專利名稱：使用用于燃燒含碳物料的設(shè)備的方法及相關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用用于燃燒含碳固體物料以產(chǎn)生電能和/或蒸汽的設(shè)備的方 法及相關(guān)設(shè)備。所述固體物料可為諸如煤的化石燃料，例如，廢料或生物質(zhì)，它們被噴射到 諸如流化床燃燒室之類的燃燒室內(nèi)。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)FR 2 850 156描述了這種用于燃燒含碳物料的設(shè)備。該設(shè)備包括用于 還原氧化物的反應(yīng)器、第一旋流器、用于使氧化物氧化的反應(yīng)器、第二旋流器、用于控制循 環(huán)的氧化物的溫度的交換器、以及用于煙氣熱回收的交換器。在設(shè)備中對(duì)在兩個(gè)反應(yīng)器中 還原然后氧化的氧化物進(jìn)行循環(huán)。根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)，固體可燃物料在進(jìn)入氧化物還原反應(yīng) 器之前被磨碎/碾碎，對(duì)于煤而言，平均顆粒直徑小于500 μ m。氧化物通過(guò)與燃料接觸而被 還原，其中該燃料和由氧化物釋放的氧反應(yīng)，然后通過(guò)與使氧化物再生的空氣相接觸而被 氧化。氧化物的顆粒尺寸范圍為從50 μ m至500 μ m，密度為從2000kg/m3至7000kg/m3。事實(shí)上，由于粉碎工藝和流體動(dòng)力學(xué)的原因，在傳統(tǒng)的流化床燃燒室中進(jìn)入的煤 顆粒的平均直徑約為300 μ m。這導(dǎo)致循環(huán)的顆粒的直徑約為150 μ m。這種在大氣壓力下工作、具有集成的二氧化碳捕獲(功能)的用于燃燒含碳固體 物料類型的設(shè)備不需要任何預(yù)先的空氣分離。由于該系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性和緊湊性，在提供用于 產(chǎn)生電能的蒸汽的同時(shí)可降低捕獲二氧化碳的成本。在與還原反應(yīng)器相關(guān)聯(lián)的第一旋流器的出口處的固體顆粒(其包括氧化物顆粒 和含碳?xì)堅(jiān)?經(jīng)過(guò)密封罐，然后被引向用于去除含碳?xì)堅(jiān)难b置。該去除裝置被蒸汽流化。 通過(guò)該流化，諸如含碳?xì)堅(jiān)募?xì)小和輕的顆?？杀环蛛x并再次引入到還原反應(yīng)器中，而密 度較大的和(尺寸)較大的氧化物顆粒被朝向氧化反應(yīng)器傳遞。作為分離器的去除裝置包括形成有壁的內(nèi)部隔板，該壁與分離器的頂部成一體， 并且在分離器的底部留出流動(dòng)空間，該隔板在流化固體的通道上形成兩個(gè)隔室，在這兩個(gè) 隔室之間通過(guò)流化固體的高度提供壓力密封。每個(gè)隔室的流化通過(guò)兩個(gè)蒸汽入口獨(dú)立地控 制，以便獲得用于在第一隔室中分離氧化物和含碳?xì)堅(jiān)约皩⒀趸飩鬟f到第二隔室內(nèi)所 需要的速度場(chǎng)。在第一隔室上方，排放口將被蒸汽帶走的含碳?xì)堅(jiān)鼛Щ剡€原反應(yīng)器。此分離器是該設(shè)備中的碳屏障，該碳屏障對(duì)于捕獲二氧化碳是不可缺少的，二氧 化碳是應(yīng)當(dāng)受到排放限制的溫室氣體。專利文獻(xiàn)WO 2007/113016的目的是通過(guò)改進(jìn)這種分離器來(lái)增加該屏障的產(chǎn)量。 借助于該文獻(xiàn)中所描述的固體分離器，分層(segregation)現(xiàn)象增強(qiáng)，同時(shí)增加了用于在 第一隔室中處理固體物料的時(shí)間，并使分離器保持有限尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)這種設(shè)備，以獲得含碳?xì)堅(jiān)脱趸锏母菀椎姆蛛x，并且 確保沒(méi)有含碳?xì)堅(jiān)凰腿胗糜谑寡趸镅趸姆磻?yīng)器。此目的通過(guò)使用非常規(guī)的煤顆粒尺寸以便導(dǎo)致對(duì)碳分離器的較低效率需求并然后實(shí)現(xiàn)二氧化碳捕獲來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此，本發(fā)明涉及一種使用在其中對(duì)至少一種氧化物進(jìn)行循環(huán)的設(shè)備的方法，所 述至少一種氧化物在兩個(gè)反應(yīng)器中的每一個(gè)中被還原然后被氧化，該設(shè)備包括被磨碎的 固體燃料和氧化物進(jìn)入其中的用于還原氧化物的第一反應(yīng)器；接收來(lái)自所述用于還原氧化 物的反應(yīng)器的夾帶固體的較低效率分離裝置，該較低效率分離裝置的固體的上部流被循環(huán) 到較高效率分離裝置內(nèi)，以便從氣體中分離固體并將固體再引入所述用于還原氧化物的反 應(yīng)器中；碳分離器，該碳分離器安裝在所述較低效率分離裝置的出口處，以便將含碳顆粒送 入所述用于還原氧化物的反應(yīng)器中并將氧化物送入用于使氧化物氧化的反應(yīng)器中；以及接 收來(lái)自所述用于使氧化物氧化的反應(yīng)器的夾帶固體的分離裝置，該方法的特征在于，所述 進(jìn)入的固體燃料的平均顆粒直徑被控制成比所述進(jìn)入的氧化物的平均顆粒直徑小至少兩 倍。固體燃料優(yōu)選地為煤。所述氧化物可為金屬氧化物。所述氧化物也可為石灰石。所述金屬氧化物可基于鐵、鎳、鋁或者它們的混合物。固體燃料顆粒尺寸的減小允許更完全和更快速的燃燒。用于還原氧化物的反應(yīng)器 可因此具有較小尺寸。有利地，進(jìn)入的固體燃料的平均顆粒直徑等于約50μπι。分離裝置的效率為通過(guò)該裝置收集的顆粒量與該裝置入口處的固體量的比。本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括 被磨碎的固體燃料和氧化物進(jìn)入其中的用于還原氧化物的反應(yīng)器；接收來(lái)自所述用于還 原氧化物的反應(yīng)器的夾帶固體的較低效率分離裝置，該較低效率分離裝置的固體的上部流 (即最細(xì)小的顆粒的出口)被循環(huán)到較高效率分離裝置內(nèi)，以便從氣體中分離固體并將固 體再引入所述用于還原氧化物的反應(yīng)器中；碳分離器，該碳分離器安裝在所述較低效率分 離裝置的出口處，以便將含碳顆粒送入所述用于還原氧化物的反應(yīng)器中并將氧化物送入用 于使氧化物氧化的反應(yīng)器中；以及接收來(lái)自所述用于使氧化物氧化的反應(yīng)器的夾帶固體的 分罔裝直。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，該較低效率分離裝置具有這樣的效率，即使得從該較低效率 分離裝置逸出的最細(xì)小顆粒餾分(部分，fraction)的平均顆粒直徑約等于所述進(jìn)入的固 體燃料的平均顆粒直徑。優(yōu)選地，該較高效率分離裝置為分離旋流器。優(yōu)選地，該較低效率分離裝置為分離旋流器。它也可以是通過(guò)沖擊(起作用)的 機(jī)械分離器。所述設(shè)備可包括設(shè)置在所述較低效率分離裝置和所述較高效率分離裝置之間的 固體冷卻裝置。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，該附圖僅示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的用于燃燒含碳固體物料以便產(chǎn)生電能和/或蒸汽的設(shè) 備(在該設(shè)備中對(duì)至少一種氧化物、優(yōu)選地氧化物的混合物、有利地金屬氧化物進(jìn)行循環(huán)， 所述氧化物被還原然后被氧化)包括被磨碎的固體燃料El和氧化物E2進(jìn)入其中的用于還 原氧化物的反應(yīng)器1、供給來(lái)自用于還原氧化物的反應(yīng)器1的夾帶固體的低效率分離旋流 器2、安裝在此第一旋流器2的出口處以便將含碳顆粒送入用于還原氧化物的反應(yīng)器1并將 氧化物送入反應(yīng)器4 (該反應(yīng)器4被空氣13流化，用于使氧化物氧化)的碳分離器3、以及 接收來(lái)自用于使氧化物氧化的反應(yīng)器4的夾帶固體的分離旋流器5。所述設(shè)備包括兩個(gè)包含用于煙氣和用于空氣的回收交換器的后部通道(back pass) 11、12，每個(gè)后部通道專用于反應(yīng)器中的一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明，控制進(jìn)入的固體燃料El的平均顆粒直徑小于進(jìn)入的氧化物E2的平 均顆粒直徑，更精確地，進(jìn)入的固體燃料El的平均顆粒直徑比進(jìn)入的氧化物E2的平均顆粒 直徑至少小兩倍。有利地，進(jìn)入的固體燃料El的平均顆粒直徑等于約50 μ m，并且該固體燃料優(yōu)選 地為煤。通過(guò)蒸汽和被回收的煙氣的混合物Al流化用于還原氧化物的反應(yīng)器1。在用于還 原氧化物的反應(yīng)器1中還原后，氧化物進(jìn)入第一旋流器2，在該第一旋流器中，固體氧化物 顆粒與含碳?xì)堅(jiān)约鞍珻02、SO2和蒸汽的燃燒氣體分離。根據(jù)本發(fā)明，第一分離旋流器2是低效率旋流器，并且所述設(shè)備包括其它的高效 率分離裝置6，分離裝置6連接在該第一旋流器2的上部出口處并優(yōu)選地也為分離旋流器。低效率分離旋流器2具有這樣的效率，即使得從該第一分離旋流器2逸出的上部 流的平均顆粒直徑約等于進(jìn)入的固體燃料El的所述平均顆粒直徑，即等于約50 μ m。在第一分離旋流器2和另一分離旋流器6之間設(shè)置有固體冷卻裝置10。飛灰和燃燒氣體之后進(jìn)入位于旋流器2和6下游的容納在后部通道11內(nèi)的熱交 換器。離開(kāi)低效率旋流器2的主要包括氧化物的固體進(jìn)入密封罐8，來(lái)自密封罐8的第一 部分被供給到用于還原氧化物的反應(yīng)器1，第二部分被供給到用于使含碳?xì)堅(jiān)蛛x的分離 器3?？赏ㄟ^(guò)蒸汽和/或被回收的煙氣流化密封罐8。通過(guò)蒸汽和/或被回收的煙氣流化分離器3，該分離器3分離出諸如含碳?xì)堅(jiān)?細(xì)小的和輕的顆粒，這些顆粒被供給到用于還原氧化物的反應(yīng)器1，而密度較大的和(尺 寸)較大的氧化物顆粒被供給到用于氧化的反應(yīng)器4。優(yōu)選地，固體分離器3為在專利文獻(xiàn) W02007/113016中所描述的類型的分離器。在用于使氧化物氧化的反應(yīng)器4中氧化后，氧化物和廢氣進(jìn)入旋流器5，在旋流器 5中，固體氧化物顆粒與主要包括N2和O2的氣體分離。從旋流器5的底部提取的固體氧化物顆粒進(jìn)入密封罐9，來(lái)自密封罐9的第一部分 被輸送到用于使氧化物氧化的反應(yīng)器4的底部，第二部分再循環(huán)到用于還原氧化物的反應(yīng) 器1的底部，第三部分被送至由空氣流化的設(shè)置有熱交換器的外部床7，并最終供給到用于 使氧化物氧化的反應(yīng)器4。密封罐9可用經(jīng)壓縮的空氣進(jìn)行流化。接下來(lái)對(duì)各種反應(yīng)的完 整循環(huán)進(jìn)行描述。
5將被磨碎的固體燃料El噴射到用于還原氧化物的反應(yīng)器1內(nèi)，反應(yīng)器1包括在 700°C至1150°C的高溫下的氧化物循環(huán)床。根據(jù)本發(fā)明，被磨碎的煤優(yōu)選地具有等于約 50 μ m的平均顆粒直徑。燃料的顆粒尺寸范圍避免了必須被提取的粗灰在用于還原氧化物 的第一反應(yīng)器1的底部堆積，并且產(chǎn)生幾乎100%的飛灰。因此，灰未在較粗氧化物的循環(huán) 床中堆積，其被第一旋流器2收集。金屬氧化物E2也被噴射到用于還原氧化物的反應(yīng)器1內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，金屬氧化 物優(yōu)選地具有等于或大于100 μ m的平均顆粒直徑。在燃料加熱之后，易揮發(fā)的物料被迅速地釋放并與由氧化物釋放出的氧反應(yīng)，以 實(shí)現(xiàn)繼續(xù)固定碳的燃燒的不完全燃燒/部分燃燒。固體隨后在第一分離旋流器2中循環(huán)，第一分離旋流器2的效率使得從該第一分 離旋流器2逸出的固體的平均顆粒直徑約等于50 μ m。這些固體主要由含碳?xì)堅(jiān)M成。由碳構(gòu)成的固體的上部部分被循環(huán)到與第一分離旋流器2串聯(lián)安裝的另一分離 旋流器6內(nèi)，以便使固體與氣體分離并將含碳物料再次引入用于還原氧化物的反應(yīng)器1內(nèi)。借助于串聯(lián)的低效率的第一旋流器2和另一旋流器6實(shí)現(xiàn)含碳?xì)堅(jiān)c金屬氧化物 的第一分離。在第一旋流器2的出口處的固體的下部餾分被在密封罐8的底部提取出，以在固 體分離器3中去除含碳?xì)堅(jiān)?，然后被供給到用于使氧化物氧化的反應(yīng)器4以便由大氣中的
氧氧化。氧化物進(jìn)入用于使氧化物氧化的反應(yīng)器4，被再生并且被部分地供給到用于還原 氧化物的反應(yīng)器1，以開(kāi)始新的從用于使氧化物氧化的反應(yīng)器4到用于還原氧化物的反應(yīng) 器1的氧輸送周期。通過(guò)固體流量控制閥(未示出)來(lái)控制被供給到用于還原氧化物的反 應(yīng)器1的氧化物的量。所述裝置還可被加壓。氧被耗盡的空氣在交換器中冷卻并在被排放到大氣之前通過(guò)袋式過(guò)濾器進(jìn)行除
/K土。通常通過(guò)旋流器2、密封罐8和最后的固體分離器3的布置結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)含碳?xì)堅(jiān)c 金屬氧化物的分離，該布置結(jié)構(gòu)接收小速率的固體燃料并導(dǎo)致較低的分離效率需求。借助本發(fā)明，沒(méi)有含碳?xì)堅(jiān)粋鬟f到用于使氧化物氧化的第二反應(yīng)器4內(nèi)。這是 非常重要的，因?yàn)檫@種傳遞將導(dǎo)致發(fā)熱的CO2的產(chǎn)生，而CO2隨后會(huì)被排放到大氣中。
權(quán)利要求
一種使用在其中使至少一種氧化物循環(huán)的設(shè)備的方法，所述至少一種氧化物在兩個(gè)反應(yīng)器(1，4)中的每一個(gè)中被還原然后被氧化，該設(shè)備包括用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)，被磨碎的固體燃料(E1)和氧化物(E2)進(jìn)入該用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)中；接收來(lái)自所述用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)的夾帶固體的較低效率分離裝置(2)，所述較低效率分離裝置(2)的固體的上部流被循環(huán)到較高效率分離裝置(6)內(nèi)，以便從氣體中分離出固體并將固體再引入所述用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)中；碳分離器(3)，該碳分離器安裝在所述較低效率分離裝置(2)的出口處，以便將含碳顆粒送入所述用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)中并將氧化物送入用于使氧化物氧化的反應(yīng)器(4)中；以及接收來(lái)自所述用于使氧化物氧化的反應(yīng)器(1)的夾帶固體的分離裝置(5)，該方法的特征在于，所述進(jìn)入的固體燃料(E1)的平均顆粒直徑被控制成比所述進(jìn)入的氧化物(E2)的平均顆粒直徑至少小兩倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述固體燃料(El)為煤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氧化物(E2)為金屬氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)入的固體燃料 (El)的平均顆粒直徑等于約50 μ m。
5.一種用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的方法的設(shè)備，其特征在于，所述 設(shè)備包括用于還原氧化物的第一反應(yīng)器(1)，被磨碎的固體燃料(El)和氧化物(E2)進(jìn)入 該用于還原氧化物的第一反應(yīng)器(1)中；接收來(lái)自所述用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)的夾 帶固體的較低效率分離裝置(2)，該較低效率分離裝置(2)的固體的上部流被循環(huán)到較高 效率分離裝置(6)內(nèi)，以便從氣體中分離出固體并將固體再引入所述用于還原氧化物的反 應(yīng)器⑴中；碳分離器(3)，該碳分離器安裝在所述較低效率分離裝置(2)的出口處，以便 將含碳顆粒送入所述用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)中并將氧化物送入用于使氧化物氧化 的反應(yīng)器(4)中；以及接收來(lái)自所述用于使氧化物氧化的反應(yīng)器的夾帶固體的第二分離裝 置(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述較低效率分離裝置(2)的效率使得從 所述較低效率分離裝置(2)逸出的最細(xì)小顆粒餾分的平均顆粒直徑約等于所述進(jìn)入的固 體燃料(El)的平均顆粒直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其特征在于，所述較高效率分離裝置(6)為分離旋 流器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述較低效率分離裝置(2)為分離旋流器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括設(shè)置在所述 較低效率分離裝置(2)和所述較高效率分離裝置(6)之間的固體冷卻裝置(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用在其中循環(huán)有至少一種氧化物的設(shè)備的方法，所述至少一種氧化物在兩個(gè)反應(yīng)器(1，4)中的每一個(gè)中被還原然后被氧化，該設(shè)備包括被磨碎的固體燃料(E1)和氧化物(E2)進(jìn)入其中的用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)；接收來(lái)自所述用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)的夾帶固體的較低效率分離裝置(2)，所述較低效率分離裝置(2)的固體的上部流被循環(huán)到較高效率分離裝置(6)內(nèi)，以便從氣體中分離固體并將固體再引入所述用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)中；碳分離器(3)，該碳分離器安裝在所述較低效率分離裝置(2)的出口處，以便將含碳顆粒送入所述用于還原氧化物的反應(yīng)器(1)中并將氧化物送入用于使氧化物氧化的反應(yīng)器(4)中；以及接收來(lái)自所述用于使氧化物氧化的反應(yīng)器(4)的夾帶固體的分離裝置(5)。根據(jù)本發(fā)明，所述進(jìn)入的固體燃料(E1)的平均顆粒直徑被控制成比所述進(jìn)入的氧化物(E2)的平均顆粒直徑至少小兩倍。
文檔編號(hào)F23G5/033GK101981376SQ200980111770
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日
發(fā)明者C·比爾, J-C·塞梅達(dá), L·馬格蒂希恩, P·戈維爾 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司