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。     

化学链气化串行流化床设计及试验研究

在生物质化学链气化反应基础上设计并搭建了一套串行流化床冷态模型。以石英砂为床料、空气为流化介质,在该冷态装置上开展了压力分布及控制规律试验研究。采用PY500型智能压力检测系统及PV-6型激光颗粒速度测量仪着重研究了循环流化床冷态装置的料层阻力特性及固体循环量,考察了空气反应器、燃料反应器、返料管部件的流化风量对循环状态和流化床内压力分布的影响,获得了串行流化床稳定运行的操作条件和控制规律。试验结果表明,最佳操作状态:燃料反应器流化气速为0.23~0.32 m/s,空气反应器气速为0.42~0.47 m/s,返料管气速为0.07~0.1 m/s,两反应器存料量为2.5~4.5 kg,为热态试验装置的设计、运行提供了参考依据。     

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。     

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。     

基于钾盐修饰Fe基载氧体的化学链燃烧研究

采用典型的钾盐和惰性载体对Fe基载氧体进行修饰,在热重和小型流化床反应器上,采用CO/N2对其还原活性和化学链燃烧特性进行测试,考察了钾盐种类、反应温度对和惰性载体种类的影响。结果表明：钾盐修饰（KCl、K2SO4和K2CO3）能提高载氧体还原反应速率,并以K2CO3效果最好,最大还原反应速率提高约30%,载氧体完全还原时间由50 min缩短到25 min,主要归因于K2CO3修饰促进形成高活性的Fe-K-O化合物及发达的孔隙结构;对于K2CO3修饰Fe基载氧体,SiO2和高岭土载体易与K2CO3发生烧结,造成活性下降,TiO2与载氧体反应生成复杂的化合物,其氧化过程变慢,影响整个进程,而Al2O3载体展现了最好的反应活性,随着反应循环的增加其活性略有下降并趋于稳定,9个循环后CO2捕集效率高达98.0%     

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.     

流化床反应器中化学链燃烧的模拟

为了更好地认知以循环流化床形式作为燃料反应器的化学链燃烧过程,基于颗粒动理学理论,考虑反应器中颗粒聚团的影响,运用双流体模型,对循环流化床反应器内化学链燃烧过程进行模拟,获得了反应器内流场以及组分分布规律。模拟结果再现了颗粒聚团的多尺度流动机构以及载氧体颗粒在床中呈现出的环核流动结构,结果表明,这种非均匀分布会导致燃料转化率的下降。     

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。     

煤化学链燃烧技术的研究进展

介绍了国内外煤化学链燃烧技术的研究和发展状况,分析了其技术特点、限制环节、改进措施和发展方向.相对于以煤气化产物为燃料的煤间接化学链燃烧技术,直接以煤为燃料的化学链燃烧技术系统简单、运行成本低,具有显著的经济优势,但是过低的煤气化速率是其中的限制环节.为了提高煤的气化速率、促进煤的充分转化,需要从氧载体和煤质的选择及活化、运行参数的优化和燃料反应器结构的改进等方面进行全面考虑.高性能氧载体是煤化学链燃烧技术的基础,深入研究煤中硫组分和灰分的演化及其对氧载体活性的影响非常必要.另外,氧解耦煤化学链燃烧技术以及基于煤化学链制氢技术也需要重视.     

煤种对循环流化床焦炭燃烧速率的影响

建立了循环流化床锅炉整体数学模型,模型中考虑了循环流化床锅炉给煤和床料的宽筛分特性,特别在燃烧模型中引入了煤种通用理论,数值分析了煤种对焦炭燃烧反应速率的影响.数值分析得到温度和煤种热态实验的温度吻合良好,改进后的模型能够准确反应不同煤种在不同粒径下的焦炭反应速率.     

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。     

粉煤流化床燃烧中N2O的生成特性

粉煤流化床（ＰＣ－ＦＢ）是一项燃烧效率高,同时实现炉内脱硫,低ＮＯｘ和Ｎ２Ｏ排放的新型高效、清洁煤燃烧技术,在一座０．３ＭＷ的试验台上,研究了其Ｎ２Ｏ生成与分布特性,包括床层温度Ｔｂ、流化速度Ｕｏ、二次风率Ｒ２,ＰＣ－ＦＢ流化床燃烧区（ＦＢＣＺ）出口氧浓度Ｏ２、钙硫化（Ｃａ／Ｓ）对ＦＢＣＺ出口Ｎ２Ｏ浓度的影响;以及各层二次风份额（Ｒ２ｉ％）及悬浮空间燃烧区（ＦＣＺ）的温度分布与炉内Ｎ２Ｏ浓度分布的     

煤泥流化床燃烧脱硫试验研究

以石灰石为脱硫剂,通过大型流化床试验台研究了钙硫比,脱硫剂粒度、床层温度等参数对煤泥流化床燃烧脱硫效率的影响,为实现煤泥流化床洁净燃烧提供依据。     

粉煤流化床燃烧中N_2O的生成特性

粉煤流化床 (PC- FB)是一项燃烧效率高 ,同时实现炉内脱硫 ,低 NOx 和 N2 O排放的新型高效、清洁煤燃烧技术。在一座 0 .3MW的试验台上 ,研究了其 N2 O生成与分布特性 ,包括床层温度 Tb、流化速度 U0 、二次风率 R2 ,PC- FB流化床燃烧区 (FBCZ)出口氧浓度 O 2 、钙硫比 (Ca/S)对 FBCZ出口 N2 O浓度的影响 ;以及各层二次风份额(R2 i% )及悬浮空间燃烧区 (FCZ)的温度分布与炉内 N2 O浓度分布的关系。     

循环流化床煤燃烧产物中微量元素分布特征

利用清华大学小型循环流化床对黔西南坑硫煤进行燃烧实验，研究循环流化床燃烧过程中煤中微量元素在燃烧产物中的重新配置和对环境的影响，以及固硫添加剂对煤中部分有害微量元素排放的控制作用，结果表明，循环流化床灰中，As、Sb、Pb、Cu、Be与Zn等在细粒灰中富集，Pb、As、Sb、Se、Th、Ni与Cr等在磁性灰中富集。除尘器后烟道灰中富集Zn、As、P、Ni、Cr、Mo、Be、Pb、Th、Hg与F等，而Nb、Rb与Zr等明显亏损。在煤中加入固硫添加剂燃烧后比较发现，As、Se、Sg与Zn等在细粒流化床灰中富集能力降低，As、Se、Li、Be、Mo、Cr、Co与Ni等在除尘器后烟道灰中含量降低，烟道喷淋水中Cu、Zn、Cr、Pb、Co、Ni、F与Se等的含量降低。循环流化床燃烧过程中，固硫添加剂不仅降低SO2的排放，而且对部分有害微量元素（As、Se、Be、Cr、Co、Ni、Pb、Zn与F等）的排放有一定的控制作用。