文献综述（或调研报告）：·课题背景：CLC的是基于氧载体材料在氧化还原循环中的应用。它发展成为一种公认的方法，在两个由固体运输线路连接的反应堆（燃料反应堆和空气反应堆）中进行化学循环过程。在这两个反应器之间，氧载体被输送并循环用于供氧。因此避免了燃油与空气的直接接触。这样，燃料反应堆的出口气体主要是高浓度的二氧化碳和蒸汽。蒸汽冷凝后，很容易获得几乎纯的二氧化碳，然后压缩成液体储存。在实际操作中，为了防止气体泄漏，通常在两个反应器之间采用环形密封。·前人工作：1）在循环还原和氧化过程中需要具有高化学反应活性的载体。为了减轻表面烧结，可以用惰性高温材料如SiO2、Al2O3或Y稳定ZrO2（YSA）作为支撑材料合成金属氧化物。氧载体的反应性、耐久性和寿命也可以显著提高（Zafar等人，2006年；Corbella等人，2006年；Ad_nez等人，2012年）。2）Eyring等人（2011）讨论了CLUU的材料和能量平衡以及过程建模关系，涉及相关的工程考虑。Abad等人（2012）首先调查了连续1.5 kwth CLC装置中烟煤的CLou行为，结果表明，在960°C时，二氧化碳捕获率接近100%。3）对于CLC工艺的技术实现，由于流化床具有良好的气固接触效率和较高的固体混合速率，因此互连流化床系统非常适合（Johansson等人，2003年；Kronberger等人，2004年；Shen等人，2009年b）。4）空气反应器通常在湍流流化床和气动提升管的情况下运行，例如Chalmers理工大学的10 k wth和100 k wth装置（Berguerand和Lyngfelt，2008年；Markstr_m和Lyngfelt，2012年）、CSIC的500 wth和50 k wth装置（Cuadrat等人，2011年；Ad_nez等人，2014年）、VTT的20 k wth装置和50 k装置。华中科技大学WTH单元（马等，2016）。同时，一些CLC装置使用一个立管作为空气反应器，例如，东南大学的25 kwth CLC装置（Thon等人，2012年）、1 kwth、5 kwth、10 kwth和50 kwth装置（Shen等人，2009a，b；2010年；Xiao等人，2012年；Yan等人，2017年）、IFP Lyon的10 kwth装置（Sozinho等人，2012年）、Tu Darmstadt的1 mwth装置（Orth等人，2017年）、IFP Lyon的10 kwth装置（Sozinho等人，2012年）、Tu Darmstadt的1 mwthal.，2012）和俄亥俄州立大学25 kwth单元（Kim等人，2013；Bayham等人，2013）。5）燃料反应器中的固相颗粒主要由炭、灰、氧载体以及气化剂、流化气的气相组成。当固体燃料连续地被送入燃料反应器时，它们会发生横向和轴向移动，最后在床面和/或床内漂浮。同时，挥发物在运动过程中迅速释放。当床层中固体燃料的停留时间比挥发时间短时，挥发份在床面附近释放，直接进入飞溅区和/或干舷，在那里挥发份不能被氧载体颗粒完全氧化（Bao等人，2014a）。当然，床层中的固体燃料混合很大程度上取决于操作条件，例如其特征（即尺寸、形状和密度）、氧载体颗粒特征（即尺寸、形状和密度）和表观气体速度（Lu等人，2003；Shao等人，2013；Sharma等人，2013）。6）在CLC中使用精细固体燃料的情况下，鼓泡床中的炭淘析是比较严重的。在这种情况下，鼓泡床可能不是使用固体燃料的CLC燃料反应堆的良好选择。在某种程度上，可以通过增加燃料反应堆中的固体存量来克服鼓泡床的这些缺点（Markstr_m等人，2013a，b；2014；Lyngfelt和Linderholm，2014，2017）。7）在CSIC（ad_nez等人，2014）的50 kwth CLC单元和5 kwth和50 kwth CLC单元在华中理工大学（Ma等人，2015年、2016年），燃料反应堆在鼓泡状态下运行，随后的提升管在湍流操作下将氧气载体带入旋风分离器。燃料反应器的设计基本上可以处理为两级床，包括底部鼓泡床和上部湍流床。该装置以循环流化床为基础。该设计有利于提高提升管上部的气体转化率，并通过高效旋风分离器将淘析炭回收到燃料反应器中，从而提高炭的转化率。8）碳汽提塔通常与从燃料反应器流向碳汽提塔→环封→空气反应器的固体氧载体的环封相连。碳汽提塔与空气反应器之间的回路密封起到防止气体泄漏的作用。在华中科技大学的50kwth CLC装置（图12）上实现了环路密封和碳汽提塔的组合（Ma等人，2016）。燃料反应器产生的煤焦在联合炉中进一步转化，有可能提高整个CLC系统的操作灵活性。·面临问题：1）当固体燃料被加热时，加热值的某一部分被保持在释放的挥发物中。挥发物是焦油形成的原因，并经常引起下游设备的问题。如之前的研究所示，小型CLC的操作表明，活性氧载体在摧毁大多数碳氢化合物物种方面表现出色（Cuadrat等人，2011；Song等人，2013a）。但是，当使用低成本天然矿石作为氧气载体时，一些挥发性物质无法防止从燃料反应堆中逸出（Linderholm等人，2012年、2014年；Ad_Nez等人，2012年；Lyngfelt和Leckner，2015年）。2）床底进料可能是一种缓解挥发性物质逸出的方法，但应继续努力改善燃料反应器中的气体氧化，因为氧载体的流化特性存在未转化的气体，通常为B组颗粒。燃料堆床内构件可以改变气固两相流结构，提高气体转化率。但是，由于床内构件的存在，燃料反应堆的高负荷压降应最小化。同时，对环式堆内构件的磨损、堆内构件周围冷却系统的安装等技术问题进行了进一步的评估。
3) 尽管任何一种燃料粉磨工艺都会增加电厂的运行成本，但目前的运行经验表明，有必要选择合适的燃料颗粒尺寸。
4) 床内构件的安装不应在燃料反应堆中带来高负荷的压降。为了最大限度地降低氧气载体通过床内构件的能耗，需要进一步研究。·小结：在前人工作的基础上，针对他们所遇到的问题，这次毕业设计的主要工作是：考察各反应器中不同气速，不同尺寸颗粒对物料循环量的影响规律和物料在各反应器中的分布规律。分析总结冷态的工况特点，探索叠式流化床冷态实验台另寻稳定运行的控制规律和方法。·参考文献：[1] T. Weimer, R. Berger, C. Hawthorne, J.C. Abanades, Lime enhanced gasification of solid fuels: Examination of a process for simultaneous hydrogen production and CO2 capture, Fuel 87 (2008) 1678-1686.[2] A. Bischi, Oslash;. Langoslash;rgen, J.X. Morin, J. Bakken, M. Ghorbaniyan, M. Bysveen, O. Bolland, Hydrodynamic Viability of Chemical Looping Processes by Means of Cold Flow Model Investigation, Applied Energy. 97 (2012) 201-216.[3] Lin, S.Y., Saito, T., 2016. Development of three-tower (reactors) technology for chemical looping coal combustion. In: 4th International Conference on Chemical Looping. Nanjing, China.[4] D.L. Xie, C.J. Lim, J.R. Grace, A.E.M. Adris, Gas and Particle Circulation in an Internally Circulating Fluidized Bed Membrane Reactor Cold Model, Chemical Engineering Science. 64 (2009) 2599-2606.
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