化学链燃烧中空气反应器内反应过程的模拟

化学链燃烧具有二氧化碳内分离和低NOx等特点,研究固体燃料的化学链燃烧将有利于实现固体燃料的高效、经济、清洁利用,具有广阔的应用前景。基于颗粒动力学和化学动力学理论,运用基于最小能量原理的气固相间作用力计算方法,结合双流体模型,对化学链燃烧中空气反应器内流动反应过程进行数值模拟,获得了反应器内流场特性以及温度场分布规律。计算结果表明:考虑颗粒团聚效应的模型能够很好地捕捉到空气反应器中颗粒呈现出的非均匀环核流动结构,模拟结果同时分析了操作速度,操作温度对反应器中反应过程的影响,氧气转换率随着操作速度的增加而降低,随着操作温度的增加,反应速率随之增大,为耦合反应器的设计优化提供了一定的依据。     

燃料反应器中甲烷化学链燃烧的数值模拟

为了更好地了解化学链燃烧过程中气固流动的特点以及反应特性,基于化学动力学理论和颗粒动理学理论,考虑高颗粒浓度下摩擦应力的影响,运用双流体模型,对燃料反应器内化学链燃烧过程进行数值模拟,得到了燃料反应器内流场特性以及温度场分布规律。模拟结果同时得到了反应器内颗粒所形成的内循环流动结构。     

化学链燃烧技术的研究进展

化学链燃烧技术是一种高效、清洁、经济的新型无火焰燃烧技术.介绍了化学链燃烧的基本概念及特点,总结了载氧体、化学链燃烧反应器及化学链燃烧系统分析的研究进展,并指出了化学链燃烧技术仍存在且亟待解决的问题.非金属载氧体、同体燃料化学链燃烧是该技术的最新研究热点,其中固体燃料化学链燃烧是未来研究的重要趋势.     

煤基化学链燃烧串行流化床的冷态试验研究

采用“湍动床＋快速床”作为煤基化学链燃烧（CLC）系统的空气反应器（AR）,鼓泡床作为燃料反应器（FR）,设计了流动密封阀和旋风分离器,分别用于隔绝2个反应器之间的气氛和进行气固分离,在冷态试验装置上分析研究了CLC系统的压力分布、固体循环流量、气体泄漏率及煤灰与循环载体的分离效果．结果表明：该串行流化床反应器之间气氛隔绝性良好,气体泄漏率较低,固体循环流量达到甚至超过设计标准,FR二级旋风分离器的分离效率接近100％,FR中煤灰进入AR的质量分数小于1．55％,煤灰分离效果良好;装置可以长时间连续稳定运行,且操作气速范围较广,自行设计建造的循环流化床作为煤基化学链燃烧试验装置是可行的．     

流化床煤燃烧中氮氧化物的生成机理

在一个流化床反应器和一个固定床反应器中研究了流化床煤燃烧中Ｎ２Ｏ及ＮＯｘ生成的机理。发现流化床煤燃烧中Ｎ２Ｏ和ＮＯｘ主要来自于煤中的氮,即挥发分氮和焦炭氮．部分ＮＯｘ来自于空气中的Ｎ２．挥发分氮主要以两种形式ＨＣＮ和ＮＨ３均相反应生成Ｎ２Ｏ和ＮＯｘ;焦炭氮则以多种多相反应方式生成Ｎ２Ｏ和ＮＯｘＮ２Ｏ与ＮＯｘ的消减机理有很大的区别。Ｎ２Ｏ主要通过为氢原子和氧原子的还原的反应、床层中各种固态物质的催化还原及自身的热分解而减少。ＮＯｘ则通过在固态物质催化下与ＣＯ、Ｈ２、ＮＨ３和焦炭的反应而减少。     

化学链燃烧串行流化床系统的热态CFD模拟

基于商业软件Fluent对自行搭建的5,kWth级化学链燃烧串行流化床进行全床计算流体力学(CFD)模拟。以天然赤铁矿为氧载体,以 CH4为燃料,对床内气固两相反应流动的细节信息进行了分析,气相组分出口浓度模拟结果与实验结果基本吻合。基于以上的模拟分析,通过改变模拟工况进行计算,初步指导了实验的进行。以上过程体现了CFD模拟可为CLC系统的设计和运行提供重要的参考依据。     

基于草木灰修饰铁矿石载氧体的串行流化床化学链燃烧实验

采用草木灰对铁矿石载氧体进行修饰,在1kWth串行流化床反应器上,以合成气（CO H2 CH4）为燃料进行了化学链实验,对其反应活性进行测试。结果表明：生物质灰修饰铁矿石载氧体在1 kWth串行流化床上表现出较高的反应活性,且反应温度越高,反应活性越好;燃料反应器出口CO和CH4体积百分数显著降低,930 ℃下分别为0.12%和2.63%,与采用纯铁矿石相比分别降低了97.3%和16.0%,CO2捕集效率提升明显,最大值达89.38%;SEM分析表明,反应后的铁矿石颗粒表面出现了晶粒熔融粘接的现象,但生物质灰修饰铁矿石的孔隙结构仍较为明显;EDS分析表明生物质灰修饰铁矿石中K的负载情况较为稳定,没有出现明显的流失现象。     

3 MWth化学链燃烧装置设计方法

反应器系统是以煤为燃料的化学链燃烧系统的基础组成部分,是提供载氧体反应的场所,可将载氧体以合适的速率在不同的反应器之间传输,实现气固分离和不同性质颗粒的分离。因此,设计、研究反应器系统是实现以煤为燃料的化学链燃烧的根本前提。本文对反应器系统中的空气反应器、燃料反应器、炭分离器及整体的循环特性进行研究,总结建立了以煤为燃料的化学链燃烧反应器系统的设计方法,在此基础之上设计了3 MW_th的化学链燃烧示范装置,为以煤为燃料的化学链燃烧热态系统的建造与运行奠定了基础。     

零排放天然气化学链置换燃烧仿真研究

以天然气为燃料,金属氧化物为载氧体,实现化学链置换燃烧(Chemical Looping Combustion-CLC)。“燃烧”气相产物H2O(汽)+CO2,冷凝水后,可分离出CO2。结合燃气蒸汽联合循环技术,实现能量的梯级利用,构成新型化学链置换燃烧联合循环,高效发电同时分离CO2。建立了化学链置换燃烧空气反应器(AR)和燃料反应器(FR)的质量平衡和能量平衡数学模型,对燃烧特性进行仿真计算。研究结果表明:载氧体氧化比率和还原比率增大,FR的出力及所需载氧体的最小量增加,使AR空气量减小;加大循环倍率或升高AR出口预设温度均使FR出口温度升高,AR空气量将更减少。这部分计算可为化学链置换燃烧技术的实验研究和系统概念设计提供基础数据。     

基于铁矿石载氧体的化学链燃烧

针对铁矿石载氧体,在流化床上进行了模拟煤气成分化学链燃烧循环试验研究.结果表明,在反应初期可得到高浓度的CO2,CO的转化率随着循环次数的增加先减少后增加,H2的转化率在整个循环过程中为100%;CO2的收率随循环次数的增加先缓慢增加最后趋于稳定;该铁矿石载氧体在多次循环反应中保持了很高的活性,开始几个循环中,随循环次...     

化学链燃烧技术的研究现状

化学链燃烧是一种新型的无火焰燃烧技术，它把金属氧化物作为载氧体，对能源进行了更为合理和高效的利用，介绍了化学链燃烧的基本概念，主要特点，概括了载氧体的研究进展，提出了若干问题。对化学链燃烧的前景进行了展望。     

燃煤化学链燃烧技术的研究进展

燃煤化学链燃烧技术在实现煤炭高效利用的同时有效降低了CO_2的捕集能耗,是当前具有发展前景的第二代碳捕集技术。现有的研究主要从宏观层面评价燃煤化学链燃烧系统的反应性能,而从"结构与反应性"的角度进行综合评价的研究很少。围绕煤、载氧体和反应器三大系统核心,分析了煤种及其附属产物(煤灰、硫和氮)对燃煤化学链燃烧系统反应性能的影响;基于现有的载氧体开发类型及提高煤气化速率的载氧体改性方法,提出廉价、高效载氧体的规模化制备是未来载氧体研发的重点和难点;探讨了各种类型反应器的结构对煤、载氧体颗粒混合和反应的影响,指出反应器开发过程中存在的主要问题及未来的发展方向。     

铜基氧载体化学链氧解耦的流化床实验研究

采用溶胶-凝胶法制备了CuO/CuAl2O4氧载体,在CO2气氛下和空气气氛下,分别研究了该氧载体的释氧和吸氧性能,研究结果表明,随着温度的升高,氧载体的释氧、吸氧速率不断升高.随后在N2气氛下研究了3种典型煤的化学链氧解耦燃烧过程,结果表明,煤中挥发分的含量直接影响燃烧过程的快慢,在氧解耦燃烧时,高挥发分的褐煤尾气中,CO2体积分数比无烟煤高15%左右,褐煤中碳的平均转化率为无烟煤的2～3倍.     

结构化载氧体颗粒化学链燃烧内扩散影响模拟分析

采用有限速率模型对CuO/Al_2O_3结构化载氧体颗粒化学链燃烧进行了数值模拟,考察了不同结构化载氧体颗粒模型和进气速度对载氧体化学反应内扩散的影响。结果表明,相比于球形载氧体,环形结构拉西环载氧体内扩散更为容易,反应快,温升高;相比于全活性载氧体,1/4活性和半活性载氧体气体扩散到活性物质距离短,反应更快;增加进气速度能够加速颗粒内扩散,改善反应速率。     

平煤集团洗煤泥流化床结团燃烧试验研究

对平顶山洗煤泥的燃料特性以及结渣特性进行了研究,并在小型电加热流化床试验台上进行了结团燃烧试验,探讨了煤泥的结团强度随粒径、床温、停留时间等参数的变化关系。试验结果表明,粒块状煤泥具有良好的结团特性,在整个燃烧过程中都有较高的结团强度,采用异重结团流化床燃烧煤泥切实可行,从而为组织大型燃烧试验和锅炉设计提供了可靠有效的理论依据。     

循环流化床颗粒团更新传热模型的修正

对颗粒团更新传热模型进行了修正,引入新的床内流动特性的研究结果。改进了颗粒团覆盖壁面的百分比和颗粒团-壁面之间的气膜厚度的表达式,使之与床的宏观运行参数以及床体,床料的参数相联系,从而避免了前人模型中凭经验来确定一个比例系数的缺陷,对于弥散相和壁面间的辐射传热,考虑到了它们的直接辐射和弥散相辐射到颗粒团,再经颗粒团反射到壁面的传递过程,模型计算结果和有关实验数据的对比吻合较好,图4表1参10     

济三煤矿洗选煤泥流化床结团燃烧的试验研究

利用小型电加热流化床试验台对济三煤矿洗选煤泥的结团燃烧进行了试验,探讨了洗选煤泥的结团强度随粒径、床温、停留时间等参数的变化关系,为循环流化床锅炉煤泥系统扩容设计提供了可靠有效的依据。     

化学链燃烧抑制二噁英生成技术研究进展

通过介绍近年来二噁英(PCDD/Fs)的生成机理及其控制技术的研究进展,指出现有PC-DD/Fs控制技术仍未能从进一步控制氧源和碳源角度降低PCDD/Fs排放.着重介绍了化学链燃烧(CLC)技术抑制PCDD/Fs的生成机理、反应过程脱氯效率以及氯元素迁移路径的诊断预测,提出CLC技术所引入的晶格氧可作为PCDD/Fs生...     

基于Fe基载氧体的生物质化学链燃烧试验研究

化学链燃烧技术(CLC)是一种含有CO2内分离的新型燃烧技术。以Fe2O3为载氧体,在10 kWth级串行流化床上进行了生物质化学链燃烧的试验研究,探讨了燃料反应器温度、生物质进料量和水蒸气量对2个反应器(燃料反应器+空气反应器)气体产物组成的影响。结果表明较高的反应器温度虽然有助于速控步(即气化反应)的进行,但是受载氧体的载氧率和颗粒循环速率的影响反而不利于CO2捕集。随着生物质进料量的增加,燃料反应器需氧量的上升,不利于燃料反应器CO2的捕集。而水蒸气量的增加有利于燃料反应器CO2的捕集,但是同时也导致H2的出现。