300MWth化学链燃烧反应器的设计计算

摘要

化学链燃烧技术是一种低能耗、低污染、具有内在分离 CO2性质的燃烧技术，受到了广泛的关注与研究。本文对使用气体燃料的300MWth化学链燃烧反应器进行了理论设计与热力计算。 （1）空气反应器（AR）的流化床型选择快速床，空隙率为0.93，保证床料可以被快速氧化和输送；燃料反应器（FR）选用鼓泡流化床，空隙率为0.75，可以使气体燃料与床料充分混合，并增长停留时间保证燃料反应完全。 （2）反应器的本体结构尺寸：AR的截面积和高度分别为81 m2、38 m，FR的截面积和高度分别为为116 m2、13.8 m。反应器的初始运行参数：AR和FR的运行温度分别为970℃、950℃，床料量分别约为25.1 t、40.4 t，表观气速分别为4.17 m/s、1.63 m/s，单位时间进气量分别为145.15 m3的空气和56.79 m3的水煤气，进气温度均为280℃。 （3）AR的水工质换热流程为省煤器→水冷壁→低温过热器→屏式过热器→高温过热器，FR的水工质换热流程为省煤器→蒸发器→低温过热器→高温过热器，通过热力计算确定了各受热面的热量分配和布置，并完成了对受热面尺寸结构的设计，最终AR与FR的排烟温度分别为63.6℃、115.7℃。 （4）通过理论计算和用Aspen Plus对换热过程变工况模拟相结合，得出CLC反应器六个工况的热效率均在在87%以上，与常规锅炉的85~92%相当；低能耗碳捕集率达99.97%，常规锅炉很难达到。

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第1章 绪论

1.1 工程背景

1.2 技术背景

1.3 化学链燃烧技术概况

1.3.1 载氧体的研究现状

1.3.2 化学链燃烧反应器设计、优化的国内外发展现状

1.3.3 化学链燃烧系统分析以及与其他系统的耦合

1.4 本课题研究的主要内容

第2章 CLC反应器的结构设计

2.1 设计流程

2.2设计方案

2.2.1 反应器流化床型的选择

2.2.2 初始参数的选择

2.2.3 基于化学反应平衡与反应动力学，确定各物质的量

2.2.4 流体动力学分析

2.2.5 反应器几何结构的确定

2.3 设计结果

2.4 本章小结

第3章 300MWthCLC反应器的设计热力计算

3.1 CLC反应器系统的热量平衡及AR的运行温度

3.2 两套换热系统换热流程的确定以及计算模型的建立

3.2.1 CLC反应器换热流程和换热结构的选取

3.2.2 烟道段的传热计算模型的建立

3.3 FR与AR换热部分的设计热力计算

3.3.1 FR内还原反应热量分配及热力计算结果

3.3.2 AR内氧化反应热量分配及热力计算结果

3.4 本章小结

第4章 CLC反应器热效能研究

4.1 反应器的热效能计算方法

4.2 变工况下CLC的换热系统Aspen模拟

4.2.1 Aspen Plus软件的应用介绍

4.2.2 基于CLC反应器变工况运行的换热流程模拟

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢