基于3kW塔式串行流化床差异燃料的化学链燃烧解析

化学链燃烧反应器具有广泛的燃料适应性,可同时兼顾气、液、固多类型燃料的运行。本文依托耦合内构件的3kW塔式串行流化床反应器,分别开展异丙醇、污泥以及煤炭的化学链燃烧实验,探究燃料物化属性对化学链燃烧过程与反应器运行的影响,揭示面向目标燃料的反应器针对性设计、载氧体性能选择与流化操作策略,助力形成指向性强、碳捕集效率高与操作灵活的化学链燃烧技术。面对碳化程度低、有机质含量高的固体燃料,焦炭气化速率已非强化重点,如污泥在3kW塔式反应器910℃与150s停留时间内,可实现大于99%的CO_(2)捕集效率,化学链燃烧反应器应侧重改善可燃气体转化与旋风分离器对轻质焦炭颗粒的捕捉。当采用异丙醇等高CH4含量的燃料时,Fe基矿石载氧体的反应性能不足,3kW反应器的额外耗氧率高达10%~19%,其中未燃尽CH4对额外耗氧率的贡献占比超80%。化学链燃烧反应器需依据热解反应气的物化特性,选择或掺混功能性载氧体,以针对性改善气固转化。在煤等高碳化燃料的化学链燃烧过程中,焦炭气化是反应的限制性步骤,简化循环结构的3kW塔式反应器停留时间不足,仅可获得60%的CO_(2)捕集效率。耦合碳捕集器、增添颗粒的循环回路是实现高效煤化学链燃烧的关键。同时,亟需注重固体燃料给料的连续性与稳定性,螺旋给料器批次、间歇性的非均匀给料方式,可造成燃料反应器与料腿压力的周期性大幅振荡,破坏循环操作的稳定性与安全性。