串行流化床中固体燃料化学链燃烧过程机理研究-动力工程及工程热物理;热能工程专业论文.docx

州州州 。恻 唰川A呻酬肌川Rdw唰川川，，州州a-Tm川川 州州州 。 恻 唰川A呻 酬肌川Rdw 唰川川，， 州州a-T m川川00 唰恻州州 』咽E my A Dissertation Submitted to Southeast University For theAcademic Degree ofDoctor ofEngineering BY WU Jia-hua Supervised by Prof. SHEN Laihong Thermoenergy Engineering Research Institute School of Energy and Environment Southeωt University October，2010 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除 了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明井表示了谢意。 研究生签名:足注拌日期:])1./扣/叫今 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术倍息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在必威体育官网网址 期内的必威体育官网网址论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子倍息形式刊登)论文的全部内容或中、 英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。 帆生院1 川和阳:L1J.极鸭山川 摘要 摘要 以煤为主的化石燃料燃烧排放的 CO2 是导致全球变暖的主要原因，燃煤 CO2 减排的关键是从燃烧产物 中将 CO2 分离出来。现有的煤炭利用方式主要是以空气为氧化剂进行燃烧，生成烟气中的 CO2 被大最的氯 气所稀释，致使 CO2 的后续处理(分离和压缩)成本很高，发电系统效率降低。化学链燃烧是…种具有 C02 内分离性质的新割燃烧技术，燃料不直接与空气接触燃烧，而是以载氧体在两个反应器(空气反应器 和燃料反应器)之间的循环交替反应米实现燃料的化学能释放过程。与传统燃烧方式相比，化学链燃烧能 以较低的能视实现 CO2 的高浓度捕集，并同时抑制 NO茸的生成排放，是一种洁净的燃烧方式。自化学链燃 烧概念提出以来，国内外对该技术的研究主要集中在气体燃料上。与气体燃料相比，阔体燃料储最更为丰 富，且价格低廉，尤其对于我国，煤炭;在能源结构中占主导地位，这使得研究与发展煤化学链燃烧技术对 于我国 CO2减排以及煤炭的高效利用具有章蝶的意义。本文依据化学链燃烧的基本原理，先后设计并建立 了热输入功事为 10kW 和 lkW 的串行流化床化学链燃烧反应器，对基于 NiO/Ah03 、Fe203、铁矿 以及 双组份金属载氧体的煤化学链燃烧过程机理进行了研究，对研究过程中所发现的问题和难点进行了分析和 讨论，井提出了相应的解决方案。主要研究内容与成果如下 z 分析了煤化学链燃烧过程中煤气化反应和锦蒜、铁基载氧体还原反应的热力学特性，井利用 Aspen Plus 软件对基于镰基载氧体的煤化学链燃烧分离 CO2 过程进行了模拟。结果表明， NiO 、Fe203 与煤气化产物 CO、地反应的亲和性非常好，Ni 、Fe 基载辄体可用于煤化学链燃烧; Fe 基载氧体的主要还原形态为 Fe304 在燃料反应器内存在较强的还原性气氛的情况下 Fe304 还将继续被还原为 FeO和 Fe; 在煤化学链燃烧过 程中，载氧体的循环边率是由载轼体向燃料反应器所需要提供的热最来决定的，为了维持费每个化学链燃烧 系统的正常运行，载氧体的实际循环边幕不得低于维持燃料反应器温度所需的载氧体理论循环速率。 研究了串行流化床内气体申汹特性，考察了反应器流化风速度对气体串涵盖以及串混比例的影响，通 过对两种不同结构形式的串行流化床的实验结果进行了比较，来确定合塌的化学链燃烧反应器类型。 提出了用于评价煤化学链燃烧过程的性能指标参数，即燃料反应据内煤气化产物的转换效率、煤中碳 的转换放率、煤的燃烧效率以及碳的捕集效惑。以 NiO/Ah03 为载氧体，利用串行流化床反应器，对煤化 学链燃烧过程机理进行了深入的研究，考察了燃料反应器温度、煤的粒度、蒸汽最和给煤量等多种操作参 数对性能指标的影响，梳得了煤化学链燃烧 CO2 分离的最佳反应条件和系统参数。此外，还研究燃料反应 器温度、煤灰以及煤中的碗成分对载氧体反应性能的影响，结果表明载辄体反应性能下降主要是由载轼体 颗粒表酣