高通量煤化学链燃烧中载氧体/煤焦定向分离机制及其协同作用机理研究

The directional separation of unconverted coal char and oxygen carrier during a coal-fired chemical looping combustion process is an important approach to achieve efficient carbon conversion. Hence it is necessary to conduct an in-depth study on the directional separation mechanism of the binary particles of oxygen carrier and coal char, together with the synergistic effect mechanism during the process. In this project, the visualization experiments and numerical calculations will be firstly conducted to study the regulation mechanism for the efficient separation of the binary particles in a carbon stripper under high flux conditions, and further reveal the high-flux directional separation mechanism of the binary particles. Secondly, the whole-system circulation of the binary particles will be achieved both in experiments and simulations, thus the synergistic regulation mechanism, and further the synergistic effect mechanism between the directional separation of the binary particles and the migration of gas phase via the high-flux carbon stripper can be acquired. Finally, on the basis of the cold-state studies and thermogravimetric experiments, we will further develop a whole-system thermal-state mathematical model of high-flux coal-fired chemical looping combustion for binary particles. This is primarily designed to study the effects of high temperature and chemical reactions on the directional separation of the binary particles in a high-flux carbon stripper, and further reveal the high-flux directional separation mechanism of the binary particles and the synergistic effect mechanism under the thermal state with reactions. This project has important research significance for the realization of high-efficiency carbon conversion and capture in the coal-fired chemical looping combustion field.

煤化学链燃烧中未转化煤焦与载氧体的定向分离是实现高效碳转化的重要途径，因此有必要对载氧体/煤焦双组分颗粒的定向分离机制和过程协同作用机理展开深入研究。本项目首先采用可视化实验与数值计算相结合的方法，研究高通量气氛下炭颗粒分离器中双组分颗粒高效分离所对应的调控机制，并揭示载氧体/煤焦双组分颗粒的高通量定向分离机理。然后，分别在实验与模拟中建立双组分颗粒的全系统循环，研究经由炭颗粒分离器的双组分颗粒定向分离与反应器间气相迁移的协同调控机制，进而揭示两者间的协同作用机理。在冷态研究的基础上，结合热重实验，进一步发展适用于高通量气氛的煤化学链燃烧双组分颗粒全系统热态数理模型，研究高通量炭颗粒分离器内高温与化学反应对双组分颗粒定向分离的影响规律，揭示热态反应状态下双组分颗粒的高通量定向分离机制与协同作用机理。本项目有望为煤化学链燃烧中高效碳转化与捕集目标的实现提供理论基础，具有重要研究意义。

煤化学链燃烧中未转化煤焦与载氧体的定向分离是实现高效碳转化的重要途径。本项目围绕项目计划，从理论设计、试验研究以及数值计算三个方面开展了对载氧体/煤焦双组分颗粒的定向分离机制和过程协同作用机理的深入研究。.在理论设计方面，优化设计了一种适用于煤化学链燃烧的主动调节式炭颗粒分离器系统，旨在防止分离器中的细煤焦颗粒脱离主气曳力作用区域，从而保证载氧体/煤焦双组分颗粒的高效分离。.在试验研究方面，首先搭建了所设计的煤化学链燃烧炭颗粒分离器冷态可视化试验系统，研究了重要结构参数和操作参数对分离器中双组分颗粒运动特性的影响规律，掌握了双组分颗粒的高效分离所对应的调控机制和优化条件。在此基础上，结合高速摄像及图像处理技术，更深入探索了双组分颗粒定向分离与空气反应器间气相迁移的协同作用机理及调控机制。.在数值计算方面，基于试验研究工作，先后建立了耦合燃料反应器的炭颗粒分离器冷态模型，煤化学链燃烧全系统冷态数理模型，以及炭颗粒分离器热态放大模型，探索了实验难以获得的细煤焦颗粒在高浓度载氧体颗粒群中的深层次运动机制，揭示了炭颗粒分离器与整个系统的运行特性以及耦合规律，获得了放大条件下炭颗粒分离器定向分离的热态耦合机制，实现了对试验研究的补充和拓展。.本项目的成功实施有望为未来煤化学链燃烧技术的大型化发展提供了借鉴和依据，具有重要的理论和工程实际应用价值。迄今为止，已发表SCI论文11篇，EI论文1篇；申请国家发明专利3项。