燃煤化学链燃烧技术的研究进展

燃煤化学链燃烧技术的研究进展

周妍琳

兰州西固热电有限责任公司甘肃省兰州市西固区730060

摘要：为了提高煤炭整体的利用效率，可以高效地利用燃煤化学链燃烧技术，在降低能源消耗的同时，还可以减少二氧化碳的捕集能耗，当代最具有发展潜力的捕集技术就是燃煤化学链燃烧技术。对燃煤化学链燃烧系统进行整体的性能分析，从不同的角度对这项技术进行综合的评价研究，通过对反应器、煤以及载氧体进行核心研究，可以对整个燃烧系统的反应性能进行更加深度的分析。在分析反应器整体开展的过程当中会存在着一些问题，通过分析开发过程中的问题，可以有效明确在未来发展当中的主要方向。

关键词：二氧化碳捕集；化学链燃烧；载氧体；反应器；研究进展

引言

随着经济的快速发展，社会各行各业对于煤炭的消耗与日俱增，全球能源消费系统当中，导致全球气候变暖的主要原因就是二氧化碳的过度排放。随着人们环保意识的逐渐加强，国家对于二氧化碳的排放量越来越重视，在所有行业当中，电力行业以煤为主要的燃料，成为所有行业当中排放二氧化碳量最高的产业。为了有效解决电力行业当中二氧化碳的排放问题，专家研究表明碳捕集与封存技术是解决该问题的主要解决方法。由于技术的局限性，目前所应用的二氧化碳捕集与封存技术所耗能源过高，在一定程度上降低了整个动力系统的工作效率，使得电力行业整体的发电成本增加。

一、燃煤CLC技术的实现途径

煤与载氧体的接触形式多种多样，在所有的接触形式当中总共分为两大类，煤间接接触和直接接触。在间接接触整体过程当中，煤需要单独的在一个气化炉内，经过气化之后生成一种合成气，然后通过引入合成气的方式，在反应器当中进行还原反应。煤与CLC直接接触的优势就是，载氧体和燃料不会进行直接的接触，在反应系统当中说进行的接触比较简单，只涉及到气体和固体之间的还原反应。任何事物都是双面的，有一定优点的同时也会存在着一定的不足，在这个反应系统当中会增加气化炉，气化炉的增加就会导致整个反应系统的运行成本增加。煤与载氧体颗粒会处于同一个反应容器当中，煤会进行热解气化，在这个过程当中，不需要添加其他的气化装置，并且整个反应体系是非常紧凑的。站在经济角度来考虑整个反应体系，目前燃煤化学链燃烧反应体系当中，主要采取的是煤直接加入的方式。载氧体的氧传递方式多种多样，通过分析这些传递方式之间存在的差异，利用具有释放气态氧的载氧体，可以直接对煤热解气化产物进行直接的燃烧。

二、燃煤CLC技术关键问题研究进展

燃煤CLC技术是在煤燃烧的过程当中，对二氧化碳进行高浓度的聚集，与此同时，可以确保煤的转化效率最大。在整个技术反应的体系当中，煤与载氧体之间会存在着有反应媒介，这些反应媒介在体系当中起到了非常重要的作用。燃煤CLC技术当中的速率控制步骤就是煤气化反应，为了提高二氧化碳气体聚集的浓度，需要选择合适的载氧体，载氧体的结构属性对于整个系统的反应性能来说非常重要。除此之外，也需要选择恰当的反应容器，为了使煤与载氧体颗粒之间的混合程度增强，需要着重挑选性能相符合的反应容器。反应器的结构好坏会直接影响反应器内的流动和各种化学反应，通过影响反应之间的耦合匹配，进而就可以对二氧化碳的聚集效率进行影响。燃煤CLC整体过程当中，无论是反应器的质量还是煤与载氧体的接触，两者对于系统反应来说都非常重要。无论是哪一方面没有达到具体的标准，都会影响整个系统的能量转换效率，在一定程度上也会限制二氧化碳的聚集效率。

三、煤对于燃煤化学链燃烧技术的影响

1.煤种的影响

煤在气化的过程当中，载氧体会对整个系统反应起到一定的促进作用，为了提高整体系统反应的效率，需要选择反应性能较好的煤种。煤种的气化速率如果比较慢，燃料在反应器当中就会进行不充分的反应，没有反应完全的原材料就会被气流带到空气当中，在空气收集反应器内，就会使二氧化碳聚集的效率下降。在整体理论研究的过程当中，主要会采用理论模拟和实验两种研究方式，从而可以研究含硫气体燃料和载氧体之间的反应情况。含硫气体燃料对于不同类型的载氧体会产生不同的影响，在进行试探性研究的过程当中，还需要对燃煤化学链燃烧技术进行更加深入的研究。通过研究不同类型的煤种，进行系统性的性能测试和各种比较，来达到燃煤化学链燃烧技术的研究。煤所具有的气化反应性能，在一定程度上与自身的挥发含量成正比，系统反应性能影响较为深远的就是煤阶，在所有的煤阶当中，褐煤的气化反应速率对于二氧化碳的捕集效率是影响最大的。其中最差的就是无烟煤，虽然在整体煤阶当中，无烟煤的挥发含量比较高，但是反应性能确是比较差的。总体来说，煤阶越低，煤的转化效率和碳捕集效率越高，对整个系统越有利。

2.煤灰的影响

在系统当中燃料反应器内，煤灰和载氧体颗粒如果不能进行充分的分离，就会使载氧体颗粒的表面沉积大量的煤灰，从而降低整体载氧体的理化性能。国内许多研究学者都通过煤灰的性能来分析铁基载氧体的理化性质，在四种煤灰当中，其中对于燃料转化效率影响最高的就是褐煤灰。除此之外，其他的煤灰对于整个系统的反应性能都会产生一定的不利影响。最终可以得出，不同性能的煤灰对于燃料的转化率提高程度不同，但是在整体系统性的研究过程当中，并没有发现煤灰和载氧体物理结构之间的关系。煤灰之所以会对载氧体的理化性质起到一定程度的影响，是因为煤灰的化学组成存在着一定的差异性，不同的组成物质对于反应活性的影响不同。不同组成物质的煤灰，都会在不同程度上造成铁基载氧体颗粒的烧结，根据在反应容器当中的循环次数不同，对于载氧体颗粒的影响也会产生差异。因此，煤灰的影响与其自身的理化性质有很大关系，需要结合煤灰的实际情况进行具体分析。

四、结束语

对燃煤化学链燃烧系统进行整体的性能分析，可以对整个燃烧系统的反应性能进行更加深度的分析，可以有效明确在未来发展当中的主要方向，站在经济角度来考虑整个反应体系，

利用具有释放气态氧的载氧体，可以直接对煤热解气化产物进行直接的燃烧。通过开展大量的研究工作，人们对化学链燃烧技术的认识越来越深刻，化学链燃烧技术研究的重点就是制备综合性能更加优良的载氧体，从而可以保障整个系统的循环能力增强，使系统内各个反应器当中的反应活性持续增强。

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