摘要：体相氧迁移过程被认为是化学链反应中的限速步骤,对体相氧迁移过程的研究有助于载氧体的开发与反应器的设计。然而,气固两相反应受到气体在固体产物层内扩散的影响,很难获得准确的本征体相氧迁移动力学结果。本文提出了一种排除气体扩散影响的方法,使用YSZ氧传导膜抑制还原性气体的内扩散,将气体扩散过程与体相氧迁移过程解耦。基于质量守恒定律和菲克第二定律构建赤泥载氧体体相氧迁移过程的数学模型,并通过模型求解得到体相氧迁移过程的动力学方程。研究结果表明:YSZ氧传导膜能将还原性气体的内扩散和载氧体体相氧迁移过程解耦,赤泥载氧体本征体相氧迁移过程的活化能为77.32kJ/mol,指前因子为7.98×10^(-7)m^(2)·s。

摘要：化学链燃烧具有高效、二氧化碳内分离和低NOx等特点,已受到较多关注。介绍了化学链燃烧方式的基本概念,概括分析了它的主要特点,对化学链燃烧系统中具有重要作用的载氧剂的研究现状进行了详细的分析,并对有关化学链燃烧系统设计、试验以及与其它系统耦合方面的进展进行了描述,最后对化学链燃烧发展方向进行了展望。

摘要：在化学链反应过程中,载氧体作为氧和热量的载体起着至关重要的作用,载氧体设计一直是化学链技术研究的重点和难点。化学链燃烧通常发生在流化床反应器中,由于化学反应带来的化学应力对载氧体磨损贡献率最大,导致载氧体寿命大大缩短,有效成分流失。从载氧体结构设计角度出发,定性评价了不同复合载氧体的抗磨损机理:核壳结构抑制了活性组分的相分离现象,避免了由于活性组分表面磨损带来的载氧体失活;添加Al_(2)O_(3)纤维和“铆钉”抑制了裂纹扩展,减缓了材料的磨损;添加燃料灰改善了复合载氧体的骨架强度,提高了载氧体抗磨性和抗结渣团聚性;利用复合载氧体的协同增效提高了反应活性,减缓了烧结团聚现象。从磨损动力学和使用寿命角度出发,定量比较了不同载氧体的磨损情况:通过对数拟合Gwyn磨损动力学方程,求出不同载氧体拟合参数K和n,可以反映磨损机制和磨损变化规律。

摘要：选用钛铁矿作为载氧体,对以煤为燃料的化学链燃烧系统的设计原理和方法进行了研究,并基于质量衡算、能量衡算、反应动力学和流态化理论编写了热力计算平台。利用该平台设计了额定热输入为3 MW th的煤化学链燃烧装置,获得了系统循环流率、气量分配、设备尺寸等结果;并研究了系统热量分配特性,发现该反应器能够实现自热运行。讨论了循环流率、钛铁矿转化率之差、过量空气系数和热输入对反应器装置自热运行的影响。结果表明,为保证化学链燃烧装置实现自热运行,系统的实际循环流率和热输入应分别大于4 kg/(s·MW th)和2.4 MW th,而过量空气系数应小于1.9。该工作为以煤为燃料的化学链燃烧示范装置的建造与运行奠定了基础。

摘要：基于商业软件Fluent对自行搭建的5,k Wth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.

摘要：针对化学链燃烧反应器,特别设计了双循环流化床反应器。提出“鼓泡流化床/湍动流化床+提升管”的设计,通过提升管提供颗粒循环的动力,调整2个流化床反应器(空气反应器和燃料反应器)的流化气速以分别控制反应器的固体循环流量;提出双向流动密封阀的设计,形成对固体循环流量和床料量分布的柔性控制。建立了全尺寸双循环流化床冷态实验装置,并进行了连续稳定的冷态运行,实验研究了不同运行操作条件对反应器性能的影响。实验结果表明,流动密封阀内压力差范围在955~1834 Pa,固体循环流量范围在0.27~0.38 kg/s,双循环流化床之间的气体泄漏率为0.10%~0.22%。冷态实验提供了流体动力学参量,并验证了设计的可行性。

摘要：由于流化床-热重分析仪(FB-TGA)将流态化与质量测量相结合,在表征传递与反应紧密耦合的反应过程中具有独特优势,因此总结了FB-TGA在化学链燃烧反应动力学及载氧体性能表征的应用进展.通过概述FB-TGA的构造发展,揭示其操作测量特性与性能优化方向;通过剖析FB-TGA的研究成果,阐述了载氧体气固反应动力学的新认知.解析了长周期循环中载氧体磨损和团聚的演化行为与过程规律,并为后续载氧体构筑、性能活性保持与反应器设计提出策略建议.

摘要：对自主设计的10 MW_(th)化学链燃烧装置进行了全流程全尺度的计算颗粒流体力学(CPFD)模拟,得到了系统内详细的气固两相流流体动力学信息。首先基于经典实验验证了各曳力模型的可靠性,利用优选的EMMSYang曳力模型对系统进行了全流程模拟,分析了系统内的压力平衡,之后分析了系统内的固体循环流量,反应器内固含率分布、压力分布等关键参数,补充了实际运行过程中难以测量的细节信息,同时可以指导操作条件优化及反应器调控策略。模拟结果显示,系统实现了良好的压力平衡,空气反应器出口固体循环流量达到103.80 kg/s,燃料反应器出口固体循环流量达到40.10 kg/s,底部返料阀返料顺畅,使得系统快速达到稳定运行状态。

摘要：目前,化学链燃烧技术主要局限于不充分的燃料转化和低效的碳捕集率。为了解决这一问题,本文提出了一种基于多腔室塔式鼓泡床的化学链燃烧反应器系统。该系统由塔式燃料反应器、空气反应器、旋风分离器、返料器、提升管和下降管组成循环回路。采用压力测量和气体检测的方法,基于冷态模型研究在不同风量下该系统内的压力分布、气固分布、固体循环量以及窜气规律等气固流动特性。结果表明:返料器可以弥补两个反应器间存在的压差,保持系统内的压力平衡;燃料反应器内流化数应控制在3.5~4.0之间,在保证反应器内气固均匀分布的同时,减弱隔板处的压力损失;固体循环量与提升管内压降成正比,最高可达0.013kg/s,主要影响因素为反应器内流化数;返料器至反应器的窜气率为4%~8%,而两个反应器间几乎没有气体窜混,这为热态反应器的设计与运行提供了良好的实验基础。

摘要：选用钛铁矿为载氧体、伊敏褐煤为燃料,基于质量平衡、能量平衡、反应动力学模型和流态化理论,开展了热输入功率为10 MW th的煤化学链燃烧反应器的热力计算,获得了自热条件下的反应器尺寸、热量平衡参数等数据。结果表明:空气反应器为快速流化床,床高为38.9 m,横截面积为1.64 m^2,表观气速为4.74 m/s,平均载氧体循环流率为57.45 kg/s;燃料反应器为鼓泡流化床,床高为13.4 m,横截面积3.76 m^2,表观气速为1.91 m/s,平均载氧体循环流率为56.66 kg/s。空气反应器中,载氧体放出大量的热,其中钛铁矿载氧体携带的显热为4732.63 kJ/kg,占总放热量的40.73%;在燃料反应器中,钛铁矿放出热量为4996.9 kJ/kg,气体吸收的热量占62.94%。该结果为以煤为燃料的化学链燃烧热态系统的设计建造提供了参考。