基于高效载氧体的煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离CO2的新方法研究

本项目研发一种煤化学链燃烧分离CO2新方法，即基于高效载氧体加压燃煤高密度循环流化床化学链燃烧分离CO2新方法，通过高密度循环流化床上升管内实现高固体循环量和高颗粒浓度条件下的载氧体与煤的反应过程，特殊设计的下降管内实现载氧体的再生，即载氧过程，气体产物经除尘冷凝除水后完成CO2的分离。通过该课题的研究，将获得一套完整的基于高效载氧体的煤加压高密度循环流化床的化学链燃烧分离CO2新方法的理论体系，及其系统试验平台；研制出高效廉价的燃煤化学链燃烧载氧体来实现燃煤化学链燃烧；获得燃煤置换燃烧反应机理和多相复杂反应体系传热传质规律以及最佳反应条件和系统参数;建立多相流动和化学反应耦合的数值实验平台，为以后固体燃料化学链燃烧的研究提供基础理论和实验数据。

首先建立了加压循环流化床的冷态实验装置，实现了加压状态下的全场高密度流态，为热态试验实现反应器内高颗粒浓度提供了保障；在此基础上，搭建了以循环流化床上升管为燃料反应器，以移动床为空气反应器的新型煤化学链燃烧反应可视化冷态系统。实现了双反应器的耦合运行，同时采用气体示踪技术，获取了两反应器内气体流动分布，通过进一步的调控试验，实现了全场稳定运行且彼此不窜气的理想运行状况。. 在冷态试验的基础上，建立了燃煤加压高密度循环流化床试验平台，实现了不同工况下（反应器压力，温度，蒸汽流量，固体通量）试验台的稳定运行，以及较高的CO2浓度和捕集效率。. 然后，通过组建特定的热重分析仪(TGA)测试系统，测试了多种载氧体颗粒在不同温度和反应气组分下的反应活性，同时结合了反应动力学模拟对载氧体特性展开进一步分析。最终，我们选定了徐州利国铁矿的天然铁矿石作为煤化学链燃烧的载氧体，因为它不仅具备高温条件下的优良反应活性，同时还具有低成本，高熔点，良好的机械强度等优点，非常适合于未来的煤化学链燃烧大型机组。. 最后，在数值模拟方面，分别构建了循环流化床燃料反应器的冷热模型。通过建立冷态模型，模拟了与试验等尺度的循环流化床气固流动特性，揭示了循环流化床流动结构的流动机制，是对实验的良好补充；然后，通过分别构建热态燃气反应器模型和燃煤反应器模型，深入研究了化学链燃烧的反应特性，以及我们所提出的新型燃煤化学链燃烧试验台的可行性，同时通过研究各种操作参数的影响，对未来的实际运行提供了重要的理论指导。