近年来，由于全球温室效应的灾害性影响，各国都在研究能够控制并且回收CO2的新型燃烧技术。其中，化学链氧解耦燃烧技术(CLOU)便是能够有效控制CO2排放并且适合于固体燃料燃烧的新型燃烧工艺，通过特殊的载氧体在燃料反应器和空气反应器中循环释氧吸氧，采用梯级反应方式实现了常规固体燃料直接触氧的燃烧反应，这种燃烧工艺不仅可以提高燃烧反应效率，控制含氮污染物的排放，同时能够大量且低能耗地回收CO2。
本文首先在Aspen Plus平台上搭建化学链氧解耦燃烧系统以及常规触氧反应燃烧系统，通过相同边界参数的设定，比较了两种系统在烟气成分方面上的差异，同时进行了系统能量分析与(火用)分析，进一步确定了系统在(火用)损失以及(火用)效率方面的异同，结果显示化学链氧解耦燃烧系统在烟气成分上可以实现高浓度CO2气体的生成，同时在燃烧热效率以及(火用)效率等方面较常规燃烧系统也有提高。
本文采用溶胶凝胶法以及石墨成粒浸渍法制备了以ZrO2和Y2O3为惰性载体的铜基载氧体，并利用TGA、XRD以及SEM等实验设备进行了载氧体的物相结构以及释氧反应性能特性分析，同时考察了载氧体的循环稳定性。研究结果发现采用两种方法制备的载氧体在物性成分方面只有CuO以及相应的惰性载体，无其它杂质存在，纯净度符合实验要求。在释氧反应性能方面，采用溶胶凝胶法制备的CuO/ZrO2载氧体释氧性能较好，在相同的高温反应条件下释氧反应率最快，同时对CuO氧平衡分压改进效果较好，在相同氧气分压下释氧温度较低，易于氧气的释放。在循环稳定性方面，采用石墨成粒浸渍法制备的CuO/ZrO2循环稳定性更佳，在多次的释氧吸氧反应后仍能保持较高的释氧量。利用SEM对载氧体微观结构的观测表明，其循环反应后释氧性能的降低主要是因为载氧体颗粒之间形成了烧结，影响了氧气的有效释放。
在搭建的固定床燃烧实验台上，对四种铜基载氧体与煤进行了固定床燃烧实验，利用气相色谱仪测定了燃烧过程中出口烟气的成分和浓度，研究载氧体与煤反应时的释氧反应程度，发现采用溶胶凝胶法制备的CuO/ZrO2载氧体与煤粉颗粒反应时产生的CO2可以达到最大浓度，该载氧体在燃烧反应时具有最高的释氧转化率72.61％，相比较而言溶胶凝胶法以及惰性载体ZrO2更有利于铜基载氧体在氧解耦性能方面的提升。
- 作 者：
- 刘轩
- 学科专业：
- 热能工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 北京交通大学
- 导师姓名：
- 何伯述
- 学位年度：
- 2016
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
