專利名稱：使用用于燃燒含碳物料的設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用用于燃燒含碳物料以產(chǎn)生電能和/或蒸汽的設(shè)備的方法。所 述含碳物料可以是諸如煤的化石燃料，例如廢料或生物質(zhì)，這些含碳物料被噴射到諸如流 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。所述設(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。在所述設(shè)備中對在兩個反應(yīng) 器中被還原然后被氧化的氧化物進(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，對于煤來說，平均顆粒直徑小于500 μ m。所述氧化物通過與燃料 接觸而被還原(所述燃料與所述氧化物釋放出的氧起反應(yīng))，并且隨后通過與空氣接觸而 被氧化以使氧化物再生。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。
由于該系統(tǒng)的簡單性和緊湊性，這種用于燃燒含碳固體物料類型的設(shè)備確保了在 提供用于產(chǎn)生電能的蒸汽的同時減少了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穿過密封罐，然后被引 向用于去除含碳?xì)堅难b置，所述固體顆粒包括氧化物顆粒和含碳?xì)堅＿@種去除裝置被 蒸汽流化。通過該流化，諸如含碳?xì)堅募?xì)小和輕的顆?？杀环蛛x并被再次引入到還原反 應(yīng)器內(nèi)，而密度較大和(尺寸)較大的氧化物顆粒被朝向氧化反應(yīng)器傳遞。
這種去除裝置是在所述設(shè)備內(nèi)形成碳屏障的分離器，其對于捕獲應(yīng)受排放限制的 作為溫室氣體的二氧化碳是不可缺少的。
更一般地，這些設(shè)備——所述——依賴于通過作為載氧體的氧化物提供固體形式 的氧，以使燃料(可以是氣體或固體燃料)轉(zhuǎn)化。這些設(shè)備可用于燃燒固體、氣體或液體燃 料，或用于通過氣化產(chǎn)生氫氣或合成氣。
在燃燒的情況下，燃料轉(zhuǎn)化的反應(yīng)可以是吸熱的。
該化學(xué)反應(yīng)為2Me0+C— 2Me+C02
MeO是氧化物、例如金屬氧化物。
為了避免反應(yīng)停止，反應(yīng)器的溫度必須保持在某一水平。
當(dāng)前的控制溫度的方式是將來自用于使氧化物氧化的反應(yīng)器(該反應(yīng)器在較高 溫度下運(yùn)行)的固體引入用于氧化物還原的反應(yīng)器內(nèi)，或者如果可被注入的氧化物的量有 限，則添加一些混合在載氧體中的惰性固體，如在氣化情況中那樣，由此提供所需的熱量。
這兩種解決方案的技術(shù)問題在于固體流太大從而導(dǎo)致設(shè)備的尺寸增加。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)這種設(shè)備，從而在不需要大尺寸設(shè)備的情況下控制溫度。
為此，本發(fā)明涉及一種使用這樣的設(shè)備的方法，所述設(shè)備包括用于還原氧化物的 第一反應(yīng)器，可燃物料和用于提供可燃物料的燃燒反應(yīng)的金屬氧化物進(jìn)入該第一反應(yīng)器， 所述第一反應(yīng)器與用于使氧化物氧化的第二反應(yīng)器相連接。
根據(jù)本發(fā)明，附加的氣態(tài)形式的氧被注入所述用于還原氧化物的第一反應(yīng)器內(nèi)， 并且所述附加的氧的量介于使可燃物料完全燃燒的所需的理論配比的氧量的10%和30% 之間。
根據(jù)本發(fā)明，由于一部分含碳物料在放熱反應(yīng)中被氣態(tài)氧氧化，所需的固體流被 還原。這使反應(yīng)器的尺寸較小。
本發(fā)明確保了燃料在反應(yīng)器內(nèi)部的停留時間增加，從而提高了碳的轉(zhuǎn)化率。
根據(jù)一優(yōu)選實施例，控制所述附加氧量，以便控制所述用于還原氧化物的第一反 應(yīng)器的溫度。
通過利用附加的氧來迅速提供熱量以恢復(fù)所需的溫度可提供短期反應(yīng)。
優(yōu)選地，附加的氧在進(jìn)入所述用于還原氧化物的第一反應(yīng)器之前與流化介質(zhì)混I=I O
可燃物料可以是煤。
所述流化介質(zhì)可以是蒸汽和最終回收的煙氣。


下面借助附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，所述附圖僅示出本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。
圖1是在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的設(shè)備的示意圖。
具體實施方式
圖1示出了用于燃燒含碳固體物料以產(chǎn)生電能和/或蒸汽的設(shè)備，被還原然后被 氧化的至少一種氧化物、優(yōu)選氧化物的混合物、有利地金屬氧化物在該設(shè)備中循環(huán)，所述設(shè) 備包括用于還原氧化物的第一反應(yīng)器1，可燃物料El (例如被磨碎的煤)和氧化物E2進(jìn) 入第一反應(yīng)器1內(nèi)；第一分離旋流器20，將來自所述用于還原氧化物的反應(yīng)器1的夾帶固 體供應(yīng)給第一分離旋流器20 ；碳分離器3，該碳分離器安裝在所述第一旋流器20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內(nèi)以及將氧化物E2送入被空氣13流化 的、用于使氧化物氧化的第二反應(yīng)器4內(nèi)；以及第二分離旋流器5，將來自所述用于使氧化 物氧化的反應(yīng)器1的夾帶固體供應(yīng)給第二旋流器5。所述設(shè)備包括兩個后通道11、12，后通 道11、12包括用于煙氣和用于空氣的回收交換器，每個所述后通道專用于反應(yīng)器1、4中的 一個。通過蒸汽和回收的煙氣的混合物使所述用于還原氧化物的反應(yīng)器1流化。
通常通過設(shè)置旋流器20、密封罐8和最終固體分離器3來實現(xiàn)從金屬氧化物中分 離含碳?xì)堅?br> 從第二旋流器5的底部提取出的固體氧化物顆粒進(jìn)入密封罐9，將第一部分固體 氧化物顆粒從密封罐9傳送至用于使氧化物氧化的第二反應(yīng)器4的底部，將第二部分固體 氧化物顆粒再循環(huán)至用于還原氧化物的第一反應(yīng)器1的底部，以及將第三部分固體氧化物 顆粒送至被空氣流化的、具有熱交換器的外部床7并最終送至用于使氧化物氧化的第二反 應(yīng)器4。
這種設(shè)備屬于專利文獻(xiàn)FR 2 850 156中所描述的已知設(shè)備的類型。
將附加的氣態(tài)形式的氧0注入用于還原氧化物的第一反應(yīng)器1內(nèi)，并且控制進(jìn)入 所述用于還原氧化物的第一反應(yīng)器1的物料E2的量，以便獲得可燃物料在熱平衡狀態(tài)下的 轉(zhuǎn)化反應(yīng)。
附加的氧0的量介于使可燃物料El完全燃燒所需的理論配比的氧量的約10%和 30%之間。
所述氧量取決于所使用的氧化物以及所述氧化物的反應(yīng)焓、輸運(yùn)能力和熱容量。
例如，如果使用鈦鐵礦!^eTiO3，則計算得出附加的氧0的量約等于理論配比的氧 量的10%。
化學(xué)反應(yīng)
2Me0+C — 2Me+C02
是吸熱的并需要提供熱量。并非通過氧化物提供氧的總量并因此使用大量氧化物 和大尺寸的反應(yīng)器，而是借助附加的氧0通過下面的化學(xué)反應(yīng)獲得熱量
C+02 — CO2,
上述化學(xué)反應(yīng)是放熱的。
根據(jù)本發(fā)明，氧化物流可減少至1/2到1/1. 5。
氧化物物料可包括用于持托氧化物的惰性物料。
所需的用于產(chǎn)生氧的空氣分離單元的尺寸可以是在僅使用氣態(tài)形式的氧起作用 的反應(yīng)器中的常規(guī)空氣分離單元的尺寸的20%。這取決于以氣態(tài)形式注入的附加的氧的比 率。由于空氣分離單元所造成的能量損失減少至1/5。
附加的氧0在進(jìn)入用于還原氧化物的第一反應(yīng)器1之前與流化介質(zhì)相混合，所述 流化介質(zhì)是蒸汽和回收的煙氣的混合物Al。附加的氧0被引入用于還原氧化物的第一反應(yīng) 器1的風(fēng)箱IA內(nèi)。
可通過專用的氧產(chǎn)品或通過氣態(tài)形式的含氧混合物提供氧0。
權(quán)利要求
1.一種使用包括用于還原氧化物的第一反應(yīng)器(1)的設(shè)備的方法，可燃物料(El)和 用于提供所述可燃物料(El)的燃燒反應(yīng)的金屬氧化物進(jìn)入所述用于還原氧化物的第一反 應(yīng)器(1)內(nèi)，所述第一反應(yīng)器(1)與用于使氧化物氧化的第二反應(yīng)器(4)相連接，所述方法 的特征在于，附加的氣態(tài)形式的氧(0)被注入所述用于還原氧化物的第一反應(yīng)器(1)內(nèi)，并 且所述附加的氧(0)的量介于使可燃物料(El)完全燃燒所需的理論配比的氧量的10%和 30%之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述附加的氧(0)在進(jìn)入所述用于還原氧 化物的第一反應(yīng)器(1)之前與流化介質(zhì)(Al)相混合。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述可燃物料(El)是煤。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述流化介質(zhì)(Al)是蒸汽和回收的煙氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用包括用于還原氧化物的第一反應(yīng)器(1)的設(shè)備的方法，可燃物料(E1)和用于提供該可燃物料(E1)的燃燒反應(yīng)的金屬氧化物進(jìn)入所述用于還原氧化物的第一反應(yīng)器中，所述第一反應(yīng)器與用于使氧化物氧化的第二反應(yīng)器(4)相連接，所述方法的特征在于，附加的氣態(tài)形式的氧(O)被注入所述用于還原氧化物的第一反應(yīng)器(1)內(nèi)，并且所述附加的氧(O)的量介于使可燃物料(E1)完全燃燒所需的理論配比的氧量的10％和30％之間。
文檔編號F23C10/00GK102037280SQ200980118552
公開日2011年4月27日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者A·皮頓, C·比爾, J-C·塞梅達(dá), L·馬格蒂希恩 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司