一种化学循环燃烧方法与流程

专利2025-04-12  6


本发明涉及清洁煤燃烧,尤其是一种化学循环燃烧方法。


背景技术:

1、化学循环燃烧(chemical loop combustion,简称clc)相较于传统燃烧方法具有低nox排放、co2易分离、多级反应温和易控、化学能梯级利用、损低等优点。clc一般需要金属材料作为载体,空气介质与燃料介质直接循环,金属材料首先在与空气介质接触过程中被氧化,金属材料在反应中夺取o2的氧原子,然后再与燃料介质中的co、h2等还原性组分反应,生成o2和h2o,整个过程中金属材料充当了类似氧元素搬运工的角色,因此金属材料也被称为氧元素载体(oxygen carrier,简称oc)。在clc的整个氧化、还原过程中,oc并不会损耗和发生成分变化。

2、clc的过程与传统燃烧的过程一致,但由于避免了高温火焰和高氮气氛,因此能够抑制nox的生成,并且整个反应分为氧化、还原两段,反应本身没有燃烧过程剧烈,易于控制,并且尾气成分中的co2更为富集易于分离。clc技术的核心为氧元素载体,需要具备造价便宜、来源广泛、稳定性强等特点,因此现有技术中一般采用fe基类金属材料,此外还可采用cu基、ni基类材料,但目前还未有利用钒钛磁铁矿作为氧元素载体的clc技术公开。


技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是:提供一种化学循环燃烧方法,采用钒钛磁铁矿精矿作为氧元素载体,能够有效降低燃烧成本、降低nox的排放量。

2、为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是:一种化学循环燃烧方法,所述化学循环燃烧方法以钒钛磁铁矿精矿作为氧载体,并采用多个流化床以周期性转动的方式并行作业。

3、作为上述方案的改进:按照以下步骤进行:

4、s1、根据燃烧所采用的燃料成分来确定需采用的流化床数量,并根据燃料的空燃比来确定燃烧反应氧化段和燃烧反应还原段所对应流化床的占比量,使氧化段和还原段所对应的流化床保持相同的流化状态和相同的气体表观速度;

5、s2、在流化床内填充钒钛磁铁矿精矿;

6、s3、根据钒钛磁铁矿精矿的粒级确定流化床的操作气速;

7、s4、根据燃料的成分以及燃料的热力学条件确定还原段所对应流化床的工作温度;

8、s5、根据钒钛磁铁矿精矿的热力学条件确定氧化段所对应流化床的工作温度;

9、s6、设定好流化床的操作参数后启动流化床工作。

10、作为上述方案的改进:所述化学循环燃烧方法还包括热回收步骤,热回收步骤采用热回收装置;根据燃料成分选择将热回收装置设置在氧化段或还原段所对应的流化床上。

11、作为上述方案的改进:所述热回收装置为列管式换热器,热回收装置生成400℃的中温蒸汽。

12、作为上述方案的改进:所述燃料为h2、co、ch4和焦炉煤气中的至少一种。

13、作为上述方案的改进:所述燃料为h2,空燃比为1:3,流化床的数量为3个;所述步骤s4中,还原段所对应流化床的工作温度为900~1000℃;所述热回收装置设置在氧化段所对应的流化床上。

14、作为上述方案的改进:所述燃料为co,空燃比为1:3,流化床的数量为3个;所述步骤s4中,还原段所对应流化床的工作温度为1000~1100℃;所述热回收装置设置在还原段所对应的流化床上。

15、作为上述方案的改进:所述步骤s3中,钒钛磁铁矿精矿的粒径为50μm,气固比为2~4,流化床的操作气速为0.2~2m/s。

16、作为上述方案的改进:所述步骤s5中,氧化段所对应流化床的工作温度为800~1200℃。

17、作为上述方案的改进:所述流化床的底部和顶部分别连通有进气气路管道和出气气路管道,气路管道与流化床之间都设置有单向阀,气路管道与流化床之间通过快接头形成可拆卸连接。

18、本发明的有益效果是:本发明通过在化学循环燃烧中采用钒钛磁铁矿精矿,利用钒钛磁铁矿精矿作为燃烧反应的氧元素载体,能够有效降低化学循环燃烧的生产成本,并且由于钒钛磁铁矿精矿本身还原难度较高、还原及氧化需要克服的能量壁垒也较高,因此反应过程易于控制;此外,采用钒钛磁铁矿精矿的化学循环燃烧过程中反应温度较低,不会因高温反应而产生nox,从而能够有效降低nox的排放量,达到低氮排放的效果;本发明同时采用多个流化床以旋转的形式并行作用,能够有效提高操作的灵活性和作业强度。



技术特征:

1.一种化学循环燃烧方法,其特征在于:所述化学循环燃烧方法以钒钛磁铁矿精矿作为氧元素载体,并采用多个流化床以周期性转动的方式并行作业。

2.如权利要求1所述的一种化学循环燃烧方法,其特征在于:按照以下步骤进行:

3.如权利要求2所述的一种化学循环燃烧方法,其特征在于:所述化学循环燃烧方法还包括热回收步骤,热回收步骤采用热回收装置;根据燃料成分选择将热回收装置设置在氧化段或还原段所对应的流化床上。

4.如权利要求3所述的一种化学循环燃烧方法,其特征在于:所述热回收装置为列管式换热器,热回收装置生成400℃的中温蒸汽。

5.如权利要求3所述的一种化学循环燃烧方法,其特征在于:所述燃料为h2、co、ch4和焦炉煤气中的至少一种。

6.如权利要求5所述的一种化学循环燃烧方法,其特征在于:所述燃料为h2,空燃比为1:3,流化床的数量为3个;所述步骤s4中,还原段所对应流化床的工作温度为900~1000℃;所述热回收装置设置在氧化段所对应的流化床上。

7.如权利要求5所述的一种化学循环燃烧方法,其特征在于:所述燃料为co,空燃比为1:3,流化床的数量为3个;所述步骤s4中,还原段所对应流化床的工作温度为1000~1100℃;所述热回收装置设置在还原段所对应的流化床上。

8.如权利要求5所述的一种化学循环燃烧方法,其特征在于:所述步骤s3中,钒钛磁铁矿精矿的粒径为50μm,气固比为2~4,流化床的操作气速为0.2~2m/s。

9.如权利要求5所述的一种化学循环燃烧方法,其特征在于:所述步骤s5中,氧化段所对应流化床的工作温度为800~1200℃。

10.如权利要求2所述的一种化学循环燃烧方法,其特征在于:所述流化床的底部和顶部分别连通有进气气路管道和出气气路管道,气路管道与流化床之间都设置有单向阀,气路管道与流化床之间通过快接头形成可拆卸连接。


技术总结
本发明公开了一种化学循环燃烧方法,所述化学循环燃烧方法以钒钛磁铁矿精矿作为氧载体,并采用多个流化床以周期性转动的方式并行作业。本发明能够有效降低化学循环燃烧的生产成本,并且由于钒钛磁铁矿精矿本身还原难度较高、还原及氧化需要克服的能量壁垒也较高,因此反应过程易于控制;此外,采用钒钛磁铁矿精矿的化学循环燃烧过程中反应温度较低,不会因高温反应而产生NO<subgt;X</subgt;,从而能够有效降低NO<subgt;X</subgt;的排放量,达到低氮排放的效果;本发明同时采用多个流化床以旋转的形式并行作用,能够有效提高操作的灵活性和作业强度。

技术研发人员:刘凌岭,方云鹏,马凯辉,张立利
受保护的技术使用者:攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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