基于Fe載氧體的固體燃料化學(xué)鏈燃燒實驗研究.pdf

1、CO2是眾所周知的溫室氣體，減少排放溫室氣體的必要性已經(jīng)達(dá)成了廣泛的共識。其中來自化石燃料造成的CO2排放是最主要的排放源，可以通過提高能源轉(zhuǎn)換和利用效率及提高可再生能源（生物質(zhì)能）的利用來減少CO2排放，但是，從世界范圍來說，化石燃料仍然是最主要的能源來源。另外一個減排方式可以通過對燃燒前后的化石燃料進(jìn)行CO2分離和固定來實現(xiàn)，目前，已經(jīng)有大量可分離CO2的技術(shù)出現(xiàn)，不過這些技術(shù)都有一個顯著的缺點就是需要消耗大量的能量來獲得高純的CO

2、2，這可使電廠效率下降7％-12％。因此，尋找一個只需很少的能量就能夠?qū)崿F(xiàn)CO2分離的方法是十分重要的。
　　 化學(xué)鏈燃燒是一個含有CO2內(nèi)分離的新穎的燃燒技術(shù)。其在用于化石燃料燃燒的過程中既可實現(xiàn)CO2分離也能大大降低熱力型NOx等污染物的排放。化學(xué)鏈燃燒是將傳統(tǒng)的燃燒分成兩步，分別在兩個反應(yīng)器中進(jìn)行，即用于載氧體與燃料反應(yīng)的燃料反應(yīng)器和用于載氧體與空氣反應(yīng)的空氣反應(yīng)器，載氧體在兩個反應(yīng)器之間循環(huán)。
　　 本文設(shè)計并建

3、立了10kWth級串行流化床實驗裝置，該系統(tǒng)是由循環(huán)床、鼓泡流化床和旋風(fēng)分離器組成，其中循環(huán)床作為空氣反應(yīng)器，鼓泡流化床作為燃料反應(yīng)器，循環(huán)床和鼓泡流化床之間通過返料管連接。以Fe203為載氧體，在10kWth級串行流化床上進(jìn)行了生物質(zhì)化學(xué)鏈燃燒的試驗研究，探討了燃料反應(yīng)器溫度、生物質(zhì)進(jìn)料量和水蒸氣量對兩個反應(yīng)器（燃料反應(yīng)器+空氣反應(yīng)器）氣體產(chǎn)物組成的影響。結(jié)果表明較高的反應(yīng)器溫度雖然有助于氣化反應(yīng)的進(jìn)行，但是受載氧體的載氧率和顆粒循環(huán)

4、速率的影響反而不利于CO2捕集。隨著生物質(zhì)進(jìn)料量的增加，燃料反應(yīng)器需氧量的上升，不利于燃料反應(yīng)器CO2的捕集。而水蒸氣量的增加有利于燃料反應(yīng)器CO2的捕集，但是同時也導(dǎo)致H2的出現(xiàn)。
　　 為了緩解載氧體顆粒表面的燒結(jié)，本文提出在化學(xué)鏈燃燒過程中，對空氣反應(yīng)器進(jìn)行分級送風(fēng)。以Fe203為載氧體，在10kWth級串行流化床實驗裝置上進(jìn)行煤化學(xué)鏈燃燒分級送風(fēng)實驗，探討了一二次風(fēng)的配比對兩個反應(yīng)器（空氣反應(yīng)器+燃料反應(yīng)器）氣體產(chǎn)物組成

5、以及煤中碳轉(zhuǎn)化率的影響：利用SEM、BET以及XRD對反應(yīng)前后載氧體的物化性能進(jìn)了分析。結(jié)果表明，分級送風(fēng)方法能夠有效地緩解載氧體的燒結(jié)程度，有助于載氧體在長時間使用過程中反應(yīng)性能的維持。
　　 為了進(jìn)一步較好的解決兩個反應(yīng)器之間的氣體串混問題，本文設(shè)計并建立了1kWth級串行流化床實驗裝置。使用來自澳洲的鐵礦石為載氧體，以煤為燃料，探討了鐵礦石在運行10h的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)中的壽命及燃料反應(yīng)器溫度、蒸氣量、空氣量等參數(shù)對系統(tǒng)出口