具有CO_2分离的煤气化化学链置换燃烧初步研究

利用Fe2O3,Fe3O4作为载氧体,通过气化、化学链置换燃烧和联合循环等技术,实现燃煤发电的高效和CO2分离.假设煤气完全反应,建立了化学链置换燃烧空气反应器和燃料反应器的质量平衡和能量平衡数学模型,对置换燃烧系统特性进行仿真计算,研究了载氧体还原比率、循环倍率、煤气成分等参数对化学链置换燃烧性能的影响.结果表明还原比率的升高将增加所需载氧体量,使空气反应器出口空气作功能力下降;循环倍率的提高将使空气反应器空气作功能力下降;而煤气中CH4体积分数升高,热值增加,空气反应器空气作功能力则随之增加.

置换燃烧新型载氧体CaSO_4的化学热力学性能分析

以H2、CO作为还原剂对CaSO4的还原-氧化反应的热力学性能进行了研究,得到了CaSO4的还原-氧化反应的吉布斯自由能与温度的关系和反应的平衡相图。研究结果表明,当温度低于1 045℃时,适当控制H2、CO浓度,CaSO4的还原产物仅有CaS,而无CaO、SO2;当温度低于1 140℃时,CaS的氧化产物仅有CaSO4,而无CaO和SO2。研究结果为CaSO4置换燃烧分离CO2的实验研究提供了理论依据。

循环流化床置换燃烧机理介绍及流动特性研究

介绍了一种基于循环流化床的动力系统方案——循环流化床置换燃烧。这种燃烧系统能在没有能量损失的前提下,将CO2从燃烧产物中分离出来。本文设计建立了一套燃煤循环流化床置换燃烧冷态实验系统,以此为研究对象,选择具有代表性的实验物料,利用测试系统取得多种信号参数,获得反应装置之间的气固流动特性,总结出一定的规律,为以后的热态实验以及进一步探索奠定基础。

基于CaSO_4载氧体加压置换燃烧分离CO_2的研究

介绍了基于钙基载氧体煤加压化学链燃烧分离CO2的技术,分析了加压条件下燃料反应器内温度与燃料的摩尔比对气相、固相平衡组分的影响,以及在最佳温度和摩尔比范围内压力对不同组分的影响。研究了压力对燃料和载氧体转换率的影响以及不同压力下温度对燃料和载氧体转换率及SO2和H2S含量的影响。论述了压力对氧化反应器内不同组分的影响。结果表明,加压条件下及燃料反应器内最佳反应温度为850～950℃,最佳的载氧体与燃料摩尔比为0.250,最佳最小压力为0.5 MPa;随着压力的增加,有利于减少SO2和H2S的排放,提高载氧体和燃料的转换率。在空气反应器内,压力增加利于减少SO2排放及提高载氧体的循环利用率。

焦炉煤气化学链置换燃烧模拟研究

以焦炉煤气（COG，coke oven gas）为燃料，研究了CaSO4载氧体在燃料反应器（FR，fuelreactor）内的还原性，从原子层面对反应路径进行了探讨分析。当反应温度较低时（100—300℃），主要发生CO—H2甲烷化反应和CH4-CaSO4热化学硫酸盐还原反应，CaCO3与H2S是该温度范围内的主要产物。当反应温度较高时（400～1000℃），CaSO4与CO、H2和CH4之间的还原反应占据了主导地位，CaS、H2O和CO2是该温度范围内的主要产物。当反应温度进一步升高时（1000～1400℃），CaSO4与CaS发生固固反应生成大量的副产物SO2和CaO。温度和压力对产物中硫化物的分布有很大影响，在反应温度为1000℃，压力为0．1MPa时，焦炉煤气的燃烧反应进行的很充分，但是反应在加压条件下进行时，CaSO4、CaS和H2S含量会有明显的下降，而SO2含量有一定程度的增加。

燃煤串行流化床置换燃烧分离CO_2机理研究

提出燃煤串行流化床置换燃烧分离CO2机理,分析了水煤气反应、金属载氧体还原反应热力学关系特性;基于Aspenplus软件,NiO/Ni为载氧体,建立了串行流化床燃料反应器内各种物质的质量平衡、化学平衡和能量平衡模型,对煤置换燃烧分离CO2进行了模拟,研究了燃料反应器温度、水煤比和空气反应器温度对燃料反应器气体产物、载氧体循环倍率以及载氧体理论反应倍率等过程参数的影响;研究结果表明,随着燃料反应器温度的提高,燃料反应器气体产物中H2O体积含量略有升高,相应的CO2体积百分比下降,CO含量的上升比较迅速;煤中硫转化成SO2和H2S排出,两者随燃料反应器温度呈现轴对称、趋势相反的变化关系,SO2随反应温度升高而逐渐递增,而H2S逐渐递减;载氧体循环倍率随燃料反应器温度升高呈幂指数级增加,随空气反应器温度呈幂指数级递减,而与水煤比呈线性增加关系,研究结果为进一步试验研究提供了理论依据和参考.

煤气化置换燃烧分离CO_2模拟分析与研究

基于Aspenplus软件,根据Gibbs自由能最小化原理对煤气化置换燃烧过程进行热力学平衡分析。对徐州烟煤以NiO作为载氧体,研究在常压时燃料反应器温度、水煤比对燃料反应器气体产率和载氧体循环倍率的影响。结果表明:燃料反应器温度的降低有利于煤气化产物的氧化;水蒸气用量较少时可得到较高浓度的CO2;燃料反应器温度的降低和水蒸气用量的减少将减少载氧体循环倍率。

化学链置换燃烧数值模拟

燃烧过程中减排CO2已成为当前研究热点,化学链置换燃烧(CLC)可在没有额外能耗的前提下,将CO2从燃烧产物中分离出来,是一种崭新的洁净燃烧方式。目前国内外关于CLC模型的相关文献基本没有报道,基于欧拉多相流和化学动力学基础,利用计算流体力学软件(FLUENT)首次建立了CLC燃料反应器(CaSO4和H2)的反应动力学模型,并针对氢气的分压和床内反应温度对化学链燃烧的影响进行了相关的数值模拟。结果表明:氢气的分压和床内温度是影响化学链燃烧的重要参数,分压和温度的升高,提高了氢气的转化率。

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。