耦合移動床的新型煤化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)冷態(tài)試驗研究.pdf

1、相比于傳統(tǒng)燃燒方式，化學(xué)鏈燃燒可低成本地對燃燒后產(chǎn)生的CO2氣體進行分離并回收，是一項有著良好應(yīng)用前景的CO2分離技術(shù)。目前，氣體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的中試試驗已獲得成功，煤化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的開發(fā)為國內(nèi)外學(xué)者研究的重點。針對當(dāng)前煤化學(xué)鏈燃燒技術(shù)中存在的反應(yīng)速率不匹配、系統(tǒng)功率較小及反應(yīng)器間竄氣等問題，本文設(shè)計了一種耦合移動床的新型煤化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，通過搭建冷態(tài)試驗裝置對新型系統(tǒng)氣固流動特性、反應(yīng)器間竄氣控制及熱態(tài)系統(tǒng)功率放大進行了研究，并依

2、據(jù)冷態(tài)試驗結(jié)果對此系統(tǒng)50kW加壓熱態(tài)試驗裝置進行了初步設(shè)計，為開展進一步研究打下了良好的基礎(chǔ)。
　　首先通過冷態(tài)試驗對新型煤化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)的全場壓力分布進行了研究，分析了固體循環(huán)通量、上升管表觀氣速、顆粒粒徑、空氣反應(yīng)器出口側(cè)背壓及系統(tǒng)運行料腿高度等操作參數(shù)對全場壓力分布的影響。同時，研究了兩反應(yīng)器的氣固流動特性，試驗結(jié)果表明:在較高的固體循環(huán)通量下，燃料反應(yīng)器內(nèi)氣固混合劇烈，顆粒濃度較高，返料閥側(cè)吹風(fēng)量是控制系統(tǒng)循環(huán)通量的關(guān)鍵

3、因素;空氣反應(yīng)器內(nèi)顆粒流型為柱塞流，壓力波動很小，流動穩(wěn)定。但較大的空氣反應(yīng)器入口風(fēng)量會造成錯流移動床的崩潰，限制了系統(tǒng)功率的放大。
　　進一步地提出以逆流移動床作空氣反應(yīng)器的改進方案。新式空氣反應(yīng)器進口風(fēng)量可達60 m3/h，滿足了熱態(tài)系統(tǒng)50kW功率的設(shè)計要求，床內(nèi)氣固流動穩(wěn)定，顆粒隨氣流帶出的現(xiàn)象不再出現(xiàn)。而且，空氣反應(yīng)器的改進對整個系統(tǒng)壓力分布基本沒有影響。
　　在初步掌握系統(tǒng)冷態(tài)流動規(guī)律的基礎(chǔ)上，基于示蹤系統(tǒng)研究了

4、反應(yīng)器間的竄氣規(guī)律，發(fā)現(xiàn)料腿的壓差梯度是影響反應(yīng)器間竄氣的重要因素。系統(tǒng)正向竄混率隨上側(cè)料腿壓差梯度變大而減小，逆向竄混率隨上側(cè)料腿壓差梯度變大而增大。下側(cè)料腿壓差的增大會導(dǎo)致更多側(cè)吹風(fēng)竄往空氣反應(yīng)器。同時，依據(jù)理論公式計算得出下行料腿處于臨界料封狀態(tài)及理想料封狀態(tài)時的負(fù)壓差梯度，結(jié)果與試驗測量值相近。由此，進一步地計算得出熱態(tài)系統(tǒng)的理想料封能力。結(jié)果表明:熱態(tài)系統(tǒng)中下降管料腿料封能力約是冷態(tài)系統(tǒng)的2.5倍，系統(tǒng)間竄氣控制更加容易。良好

5、的竄氣控制保證了燃料反應(yīng)器出口二氧化碳捕集濃度以及空氣反應(yīng)器的穩(wěn)定運行。
　　在掌握系統(tǒng)竄氣規(guī)律之后，確定了冷態(tài)系統(tǒng)運行標(biāo)準(zhǔn)工況:Ug,sta=11 m/s，Gs=300 kg/m2s，ZA=4.5 m，Q5,sta=45 m3/h，Pb=13 kPa。在此工況下，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，燃料反應(yīng)器內(nèi)氣固接觸劇烈，正向竄混率、逆向竄混率及側(cè)吹風(fēng)推動系數(shù)分別為0.2％、3％及85％，系統(tǒng)竄氣量很少。
　　最終，依據(jù)冷態(tài)試驗結(jié)果完成了熱態(tài)