生物质灰对铁基载氧体性能的影响

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1、查壹奎兰堡主兰垡堡茎___■_■●■____________________●________■■■■■■■■●■■___■___________________■■●_■__●I_____●_■■___■■■■______________________。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。’。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。’—————————————————————————————————————一煤电厂，省去了燃烧过程和设备的改造，其技术也相对成熟。但燃煤电站所产生的烟气中C02的体积分数为30／o---15％，脱碳过

2、程中能耗大，设备投资蒯5】。燃烧前碳捕集是指燃料在燃烧前便对其中的碳进行捕集。首先将化石燃料进行气化反应，生成CO和H2，经过水气变换重整生成C02和H2，再通过物理吸收工艺将C02分离出来，剩下H2被用于燃烧发电。燃烧前C02分离技术的典型应用就是整体煤气化联合循环系统(IGCC)。燃烧前C02分离实际上是H2和C02的分离，由于合成气C02浓度较高，该技术具有捕集系统小，能耗低，捕集效率高等优点，因而受到广泛关注，该技术期望与IGCC技术整合以实现高效、低碳的绿色能源转换。其缺点是投资成本高，对C02吸附剂要求高，系统也较复杂。富氧燃烧

3、技术是将空气经过空分系统得到的纯氧与再循环烟气一起，参与化石燃料的燃烧，烟气中C02浓度可达95％，再经过干燥，压缩、脱硫等过程即可得到高纯度的C02。富氧燃烧技术具有NOx排放低，可实现零C02排放等优点。但空分系统能耗大，碳捕集成本高，燃烧过程温度难以控制，目前富氧燃烧技术还处于示范阶段。1．2化学链燃烧技术图1．1三种C02捕集技术流程图上述三种传统的C02捕集技术的能耗及成本都很高，造成发电效率的下降，因此需要寻求高效、低成本的C02分离方法。化学链燃烧(chemical．100pingcombustion，CLC)技术就是一种新型

4、、高效、清洁的具有C02内分离特性的燃烧技术，它打破了传统的燃烧方式，将是未来解决能源与环境问题的创新性突破口。1．2．1化学链燃烧简介化学链燃烧概念是在1983年德国科学家Richter和Knoche首次提出的【6】，目的是降低热2第一章绪论电厂燃烧过程中产生的熵变，提高能源利用效率。其基本原理如图1-2所示。化学链燃烧的基本原理是燃料不直接与空气接触，而是通过载氧体在燃料反应器(FuelReactor，FR)和空气反应器(AirReactor，AR)之间交替循环来实现燃料的转化，其中载氧体充当氧和热量的载体。图1．2化学链燃烧原理示意图

5、首先在燃料反应器中，载氧体(一般为金属氧化物Mexoy)和燃料发生还原反应，燃料被载氧体中的晶格氧转化为C02和水蒸气，经过冷凝后即可得到高纯度C02，载氧体则被还原成低价态，如式(R1．1)：CnH2m+(2n+m)MexOy-->nC02+mH20+(2n+m)MexOy．1-Q1(Rl-1)低价态的载氧体(MexO。．1)循环至空气反应器与氧气发生氧化反应，完成载氧体的再生，如式(R1．2)，空气反应器的出口气为N2和未反应完的氧气。2MexOy-l+02--}2MexOy+Q2(R1-2)根据盖斯定律，反应式(R1．1)和反应式(R

6、1．2)相加即为传统燃烧反应，如式(R1．3)：2CnH2m+(2n+m)02--}2nC02+2mH20+Q3(R1·3)一般情况下，燃料反应器中的还原反应为吸热反应，空气反应器中氧化反应为放热反应，两个反应热的总和等于传统燃烧释放的燃烧热。与传统燃烧相比，化学链燃烧是基于两步化学反应，实现了燃料化学能的梯级利用【7】，提高了能源利用率；由于燃料不和空气接触，避免了燃料型NOx的生成，且化学链燃烧为无火焰燃烧，燃烧温度在800～1000℃之间，大大减少了热力型NOx的生成；燃料反应器出口为C02和水蒸气，只需将水冷凝即可得到高纯度C02，

7、不需要布置耗能的气体分离装置。因此，化学链燃烧是最有希望实现高效低成本分离C02的技术。1．2．2化学链燃烧反应器化学链燃烧技术研究初期的主要工作集中在载氧体的筛选和。II,工Pr台日匕B表征上，反应器多采用热重分析仪、固定床和小型流化床。在2001年，瑞典查尔姆斯理工大学的Lyngfelt教授提出了将串行流化床作为化学链燃烧反应器嘲，如图1．3所示，并于2003年建立了世界上第一台lOkWt}l串行流化床化学链燃烧反应器【9】，如图1-4所示。并且Lyngfelt等在该反应器上以NiO／A1203为载氧体，CH4为燃料，进行了100h的连

8、续运行实验，结果表明燃料的转化率高东南大学硕士学位论文达99．5％，无气体泄漏，载氧体活性基本不变，载氧体磨损率很低，该试验的完成是化学链燃烧研究的重要进展。图1．3串行流化床化