基于循环载氧体生物质串行流化床燃烧机理的研究

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1、摘要摘要众所周知，C02是引起温室效应的主要原因。化石燃料燃烧释放的C02是大气中C02增加的主要因素。为了保持能源的可持续性发展和减少温室气体的排放，生物质已经逐渐成为一种1卜常具有前景的清洁能源。生物质资源可以从森林、农业和工业生产中获得，由于生物质的C02零排放特性，在发展中国家或发达国家都成为替代化石燃料的一种重要可再生能源。化学链燃烧是一种新型的C02减排方法，在没有能量损失且不需要花费额外的气体分离装置的前提下将C02分离出米。化学链燃烧系统包括两个反应器：燃料反应器和空气反应器，利用载氧体在两个反应器中循环过程，实现氧的转移，载氧体首先和空气接触进行氧化反应，生成氧化态载氧体，

2、将空气中的氧置换出来，然后氧化态载氧体与燃料接触，进行还原反应，燃料的反应产物为C02和H20(汽)，冷凝后剔除H20，得到纯净的C02。本文以生物质作为I司体燃料，进行了串行流化床生物质气化试验和生物质化学链燃烧试验，并运用AspenPlus软件搭建生物质化学链燃烧系统模型，对生物质化学链燃烧深入研究。串行流化床生物质气化方案中，将气化和燃烧分成两个过程。气化反应器采用鼓泡流化床，以水蒸气作为气化介质：燃烧反应器采用循环流化床，流化介质为空气。分析气化反应器温度兀水蒸气／生物质比率S／B对气化结果的影响。试验结果表明：该气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含N2的高品质合成气。随着气化

3、反应器温度的提高，合成气中H2／CO减小，合成气产率增加，热值降低，总碳转换率先升高而后保持不变。随着S／B的增大，合成气产率和总碳转换率均先升高而后降低，S／B的最佳值为1．4。在试验阶段获得的最高合成气产率为1．87Nm3／kg，合成气热值为13．20MJ／Nm3，总碳转化率为91％。串行流化床生物质化学链燃烧方案中，串行流化床系统是由循环床、鼓泡流化床和旋风分离器组成，其中循环床作为空气反应器，鼓泡流化床作为燃料反应器，循环床和鼓泡流化床之间通过返料管迮接。串行流化床生物质化学链燃烧AspenPlus模拟中，发现C02的捕集效率都在97％以上，且过高的燃料反应器温度、S／B、C02再循

4、环率都不利于提高C02捕集效率。在串行流化床生物质化学链燃烧试验中，通过试验研究循环床和鼓泡流化床出口气体组成、C02捕集效率和碳燃烧效率。在氧化镍作为载氧体的条件下，结果显示：生物质气化是控制燃料反应器出口中CO、CH。含量和碳燃烧效率的主要控制因素。温度越高，越利于生物质的气化，冈此，在鼓泡流化床的温度为950。C时，鼓泡流化床出口气体中CO、CH4含量最少，碳燃烧效率最高，达剑98．6％。鼓泡流化床温度在770℃，C02获得最大捕集效率，为84．9％。在此串行流化床系统中，部分碳损失是不可避免，它是由从燃料反应器窜混到空气反应器中的C02气体承I从燃料反应器随载氧体颗粒循环入空气反应器

5、中的生物质、卜焦颗粒组成，是C02捕集效率降低的主要冈素。以后的上作应该在改善燃料反应器结构上开展研究。关键词：化学链燃烧，载氧体，生物质，C02捕集，气化，串行流化床．I．ABSTRACTC02istheprimarygreenhousegasthataffectstheclimateoftheearth．FossilfuelconsumptionisthemajorsourceofanthropogenicC02emission．Toachievesustainabilityinenergyandreducegreenhousegasemissions，biomassisgettingi

6、ncreasedattentionasapotentialenergysource．Biomasspossesseshighintrinsicvalueasasustainable，worldwidesourceofenergyinbothdevelopedanddevelopingregions．ItCallbeobtainedfromforests，agricultureandindustrialactivities，andplayallimportantroleinfindingnewalternativefuels．Sincebiomassisrenewableandconsumes

7、atmosphericC02duringitsgrowth，theutilizationofbiomassasanalternativeoffossilfuelscanhaveaC02zero．emission．Chemicalloopingcombustion(CLC)isthemostpromisingtechnologyusedtocombinefuelcombustionandpureC02produ