ХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ СЖИГАНИЯ И ГАЗИФИКАЦИИ ТОПЛИВ. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ И НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

摘要

Выполнен анализ современного состояния исследований и разработок по улавливанию CO_2 в химических циклах сжигания и газификации топлив. Обобщены основные зарубежные публикации по данному вопросу. В настоящее время эта технология находится в стадии исследований на лабораторных и пилотных установках мощностью до 1 МВт. Показано, что технология сжигания и газификации в высокотемпературных химических циклах с оксидами металлов - носителями кислорода может быть эффективной по капитальным и эксплуатационным затратам. Суть этой технологии сводится к такой организации процесса горения, когда переносчиком кислорода к топливу является не воздух, а оксид металла. Последний при взаимодействии с топливом в топливном реакторе восстанавливается до металла (или более низкого оксида) с образованием CO_2 и водяного пара. После этого металл окисляется в специальном реакторе и получившийся оксид вновь направляется в цикл. Выходящие из топливного реактора газы после конденсации водяного пара представляют собой практически чистый CO_2, который может быть направлен на захоронение или утилизацию. Выполнены обзор и анализ данных по использованию различных оксидов металлов, особое внимание уделено исследованиям применения природных руд в качестве носителей кислорода. Показано, что для этой цели ильменит наиболее приемлем по свойствам (кислородная емкость, истираемость) и стоимости. Рассмотрены особенности конструкций и условий работы различных экспериментальных установок. Представлены основные подходы к расчету установок с химическими циклами. Показано, что важным для эффективной конверсии топлив помимо собственно свойств оксидов являются достаточное время пребывания частиц в реакторах и их удельная масса, которые во многом определяются гидродинамикой связанных между собой реакторов с кипящим и циркулирующим кипящим слоем. При этом необходимо обеспечить высокую кратность циркуляции частиц между реакторами, их эффективное улавливание в циклонах и надежное движение в опускных системах и пневматических затворах. Приведены результаты исследований гидродинамики связанных между собой реакторов и бинарных смесей частиц различной плотности.