具有CO2分离的煤气化化学链置换燃烧初步研究.pdf

第 ３ ５卷第 １期 ２ ０ ０ ５年 １月 东 南 大 学 学 报（自 然 科 学 版 ） Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ ＦＳ Ｏ Ｕ Ｔ Ｈ Ｅ Ａ Ｓ Ｔ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅＥ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ） Ｖ ｏ ｌ  ３ ５ Ｎ ｏ  １ Ｊ ａ ｎ ．２ ０ ０ ５ 具有 Ｃ Ｏ ２ 分离的煤气化化学链置换燃烧初步研究 向文国 狄藤藤 肖 军 沈来宏 （ 东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室，南京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ） 摘要利用 Ｆ ｅ ２Ｏ３， Ｆ ｅ３Ｏ４作为载氧体， 通过气化、 化学链置换燃烧和联合循环等技术， 实现燃煤 发电的高效和 Ｃ Ｏ ２分离． 假设煤气完全反应， 建立了化学链置换燃烧空气反应器和燃料反应器 的质量平衡和能量平衡数学模型， 对置换燃烧系统特性进行仿真计算， 研究了载氧体还原比率、 循环倍率、 煤气成分等参数对化学链置换燃烧性能的影响． 结果表明 还原比率的升高将增加所 需载氧体量， 使空气反应器出口空气作功能力下降； 循环倍率的提高将使空气反应器空气作功能 力下降； 而煤气中 Ｃ Ｈ ４体积分数升高， 热值增加， 空气反应器空气作功能力则随之增加． 关键词化学链置换燃烧；联合循环；流化床；Ｃ Ｏ ２分离 中图分类号Ｔ Ｋ １ ６ 文献标识码Ａ 文章编号 １ ０ ０ １－ ０ ５ ０ ５ （ ２ ０ ０ ５ ） ０ １  ０ ０ ２ ０  ０ ４ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｘ ｉ ａ ｎ ｇＷｅ ｎ ｇ ｕ ｏ Ｄ ｉ Ｔ ｅ ｎ ｇ ｔ ｅ ｎ ｇ Ｘ ｉ ａ ｏＪ ｕ ｎ Ｓ ｈ ｅ ｎＬ ａ ｉ ｈ ｏ ｎ ｇ （ Ｋ ｅ ｙＬ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙｏ ｆ Ｃ ｌ ｅ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄＣ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａｎ ｅ ｗｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄｃ ｙ ｃ ｌ ｅｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ（ Ｇ Ｃ Ｌ Ｃ  Ｃ Ｃ ）ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｆ ｅ ｒ ｓａｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎｗ ｉ ｔ ｈＣ Ｏ ２ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｕ ｓ ｉ ｎ ｇｉ ｒ ｏ ｎｏ ｘ ｉ ｄ ｅａ ｓａ ｎｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ａ ｎ ｄａ ｓ ｓ ｕ ｍ ｉ ｎ ｇｔ ｈ ｅｆ ｕ ｌ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｓ ｙ ｎ ｇ ａ ｓｔ ｏｔ ｈ ｅＨ ２Ｏａ ｎ ｄ Ｃ Ｏ ２，ｔ ｈ ｅｍ ａ ｓ ｓｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓａ ｎ ｄｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓｏ ｆａ ｉ ｒｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒａ ｎ ｄｆ ｕ ｅ ｌ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒａ ｒ ｅｄ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅｏ ｆ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ａ ｔ ｉ ｏ ，ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ａ ｔ ｉ ｏａ ｎ ｄｓ ｙ ｎ ｇ ａ ｓｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓｏ ｎｔ ｈ ｅｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅｏ ｆ ｔ ｈ ｅＣ Ｌ Ｃ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ，ｆ ｏ ｒ ｅ ｘ ａ ｍ ｐ ｌ ｅ ，ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ ａ ｎ ｄｏ ｕ ｔ ｌ ｅ ｔ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅｏ ｆ ａ ｉ ｒ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄｆ ｕ ｅ ｌ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ，ｔ ｈ ｅｍ ｉ ｎ ｉ ｍ ｕ ｍａ ｉ ｒ ｎ ｅ ｅ ｄ ｅ ｄ ，ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ．Ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｒ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｆ ｌ ｏ ｗｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｏｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍ ｅ ｏ ｕ ｔ ｌ ｅ ｔ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｗ ｉ ｌ ｌ ｇ ｏｄ ｏ ｗ ｎａ ｓ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ａ ｔ ｉ ｏｏ ｒ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ａ ｔ ｉ ｏｇ ｏ ｅ ｓ ｕ ｐ ，ａ ｎ ｄｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｒ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｆ ｌ ｏ ｗｒ ａ ｔ ｅ ｗ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ａ ｓ ｔ ｈ ｅｈ ｅ ａ ｔ ｖ ａ ｌ ｕ ｅｏ ｆ ｓ ｙ ｎ ｇ ａ ｓ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ． Ｋ ｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ；ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ；ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｉ ｚ ｅ ｄｂ ｅ ｄ ；Ｃ Ｏ ２ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 收稿日期 ２ ０ ０ ４  １ １  １ ０ ． 基金项目国家自然科学基金资助项目（ ９ ０ ４ １ ０ ０ ０ ９ ， ５ ０ ３ ７ ６ ０ １ ０ ） ． 作者简介向文国（ １ ９ ６ ４ ） ， 男， 硕士， 副教授， ｗ ｇ ｘ ｉ ａ ｎ ｇ ＠ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ ． Ｃ Ｏ ２是最大的温室气体， 所以燃烧过程中减排 Ｃ Ｏ ２已成为研究热点． 燃煤火电技术均以空气为氧 化剂， 生成的烟气中 Ｃ Ｏ ２只占 １ ０ ％ ～ ２ ０ ％， Ｃ Ｏ２的 后续处理成本太高， 难以实施． 在燃烧过程中生成 高质量浓度的 Ｃ Ｏ ２或便于 Ｃ Ｏ２分离的气相混合物 （ 如 Ｈ ２Ｏ＋ Ｃ Ｏ２） ， 同时消除其他污染物的生成排放 （ 如 Ｎ Ｏ ｘ， Ｓ Ｏｘ及 Ｈ ｇ等） ， 是一条有效的途径， 选择 纯氧作氧化剂， 已经得到普遍认可． 但是， 制取纯氧 或富氧， 需消耗大量的能量， 对于发电厂来说， 其消 耗的电力可占厂用电量的 １ ０ ％以上， 限制了此技 术的应用． 在燃料燃烧之前， 进行脱碳处理， 可以消 除 Ｃ Ｏ ２的排放， 如对燃料进行气化和重整， 分离出 清洁的氢能， 燃用氢能可以实现零排放， 但是需要 开发出高效低成本的 Ｃ Ｏ ２， Ｈ２分离膜等相关技术． 化学链置换燃烧， 如图 １所示， 气体燃料不直 接与空气接触， 以金属氧化物作载氧体， 在一定的 温度下， 载氧体在空气中进行氧化反应， 结合氧； 然 后与燃料进行还原反应， 释放氧． 反应产物只有 Ｃ Ｏ ２和 Ｈ２Ｏ （ 汽） ， 凝结出水， 得到高纯 Ｃ Ｏ２． 可见 在没有能量损失的前提条件下， 化学链置换燃烧能 实现 Ｃ Ｏ ２分离． 系统由 ２个不同的化学反应过程组成 ①金属 载氧体的载氧反应 图 １ 化学链置换燃烧示意图 ｘ Ｍ＋ｙ ２ Ｏ ２ → 高温 ＭｘＯ ｙ （ １ ） ② 金属氧化物与气体燃料的还原反应． 气体 燃料（ 如 Ｃ Ｈ ４） 在常温条件下， 性能相对稳定， 但在 高温下， 具有相当大的活性， 可与金属氧化物 ＭｘＯ ｙ 进行下述反应 Ｃ Ｈ ４＋４ ｙ ＭｘＯ ｙ → 高温 Ｃ Ｏ ２＋ ２ Ｈ２Ｏ＋ ４ ｘ ｙ Ｍ（ ２ ） 空气反应器内的氧化反应是放热反应， 而在燃 料反应器内的还原反应是吸热反应， 两者热量之和 等于燃料与空气直接燃烧的放热量． Ｌ ｙ ｎ ｇ ｆ ｅ ｌ ｔ 等以 Ｃ Ｈ ４为燃料， 以 Ｆ ｅ２Ｏ３和 Ｎ ｉ Ｏ作 载氧体［ １ ， ２ ］， 对化学链置换燃烧锅炉进行概念设 计［ ３ ］， 研究了该金属氧化物的反应特性． Ｂ ｒ ａ ｎ ｄ ｖ ｏ ｌ ｌ 等对采用化学链置换燃烧技术的联合循环系统进 行热力性能计算与分析［ ４ ］． Ａ ｎ ｈ ｅ ｄ ｅ ｎ对以煤气化合 成气为燃料化学链置换燃烧进行初步分析［ ５ ， ６ ］． 金 红光等研究了 Ｈ ２为燃料的化学链置换燃烧 （ Ｃ Ｌ Ｃ ） 的燃烧机理［ ７ ～ ９ ］， 分析研究了相关联合循环 的热力性能， 同时对基于 Ｃ Ｌ Ｃ燃烧技术的整体煤 气化联合循环作了初步研究［ １ ０ ， １ １ ］． 文献［ １ ２ ］ 也进 行了相关技术的研究． 本文以煤为燃料， 将煤气化、 化学链置换燃烧 和联合循环等技术结合， 构成煤气化化学链置换燃 烧联合循环（ Ｇ Ｃ Ｌ Ｃ  Ｃ Ｃ ） ， 实现燃煤高效发电和 Ｃ Ｏ ２分离． 煤经气化、 除尘、 脱硫， 成为洁净煤气， 作 为化学链置换燃烧的燃料． 以金属氧化物为载氧 体， 通过化学链置换燃烧原理等技术， 分离出 Ｃ Ｏ ２， 结合燃气蒸汽联合循环技术， 系统效率将得到提 高， 结合 Ｓ Ｏ ２， Ｎ Ｏｘ和重金属等的脱除技术， 可以实 现燃煤零排放． １ Ｇ Ｃ Ｌ Ｃ  Ｃ Ｃ系统 煤气化化学链置换燃烧结合燃气轮机、 余热锅 炉和汽轮机技术， 设计具有 Ｃ Ｏ ２分离的化学链置 换燃烧煤气化联合循环系统， 如图 ２所示． 以煤为 燃料， 煤经气化、 除尘、 脱硫， 成为洁净的煤气， 作为 化学链置换燃烧燃料．“ 燃烧” 生成 Ｃ Ｏ ２＋Ｈ２Ｏ （ 汽） ， 经冷凝， 分离出水， 得到几乎纯净的 Ｃ Ｏ ２， 再 回送部分 Ｃ Ｏ ２至燃料反应器内， 作为流化气体． 空 气经燃气轮机压缩， 进入空气反应器， 与脱氧后的 金属载氧体进行氧化反应， 完成金属氧化物的再 生， 同时释放大量热量， 一方面载氧体载热至燃料 反应器， 作为燃料“ 燃烧” 用热， 另一方面加热空气 至较高温度（ １ ２ ０ ０℃以上） ． 高温高压贫氧空气经 除尘进入燃气轮机作功． 燃气轮机排气和燃料反应 器排气进入余热锅炉， 回收余热， 产生蒸汽， 推动汽 轮机作功． 图 ２ 煤气化化学链置换燃烧联合循环系统 ２ 燃料与空气反应器的热力学数学 模型 本文选择 Ｆ ｅ ２Ｏ３， Ｆ ｅ３Ｏ４， Ｆ ｅ Ｏ ， Ｆ ｅ 作为载氧体， 分别建立 ２个反应器的数学模型． 在空气反应器 中， 假设载氧体的氧化过程反应充分， Ｆ ｅ ３Ｏ４， Ｆ ｅ Ｏ ， Ｆ ｅ 全部氧化为 Ｆ ｅ ２Ｏ３； 燃料反应器中，Ｃ Ｏ ， Ｃ Ｈ４以 及 Ｈ ２完全转化为 Ｃ Ｏ２和 Ｈ２Ｏ ． ２ ． １ 燃料反应器 在燃料反应器中， 载氧体发生脱氧反应， 将煤 气转化为 Ｃ Ｏ ２和 Ｈ２Ｏ ， 具体发生如下反应 Ｆ ｅ ２Ｏ３＋ １－２ ３ β→Ｃ Ｏ ２ ３ β Ｆ ｅ ３Ｏ４＋ ２ （ １－ β ） Ｆ ｅ Ｏ＋ １－２ ３ βＣ Ｏ ２ （ ３ ） ３ Ｆ ｅ ２Ｏ３＋ １－２ ３ βＨ→ ２ ２ ３ β Ｆ ｅ ３Ｏ４＋ ２ （ １－ β ） Ｆ ｅ Ｏ＋ １－２ ３ βＨ ２Ｏ （ ４ ） Ｆ ｅ ２Ｏ３＋ １ ４－ １ ６ βＣ Ｈ→ ４ ２ ３ β Ｆ ｅ ３Ｏ４＋ ２ （ １－ １２第 １期向文国， 等 具有 Ｃ Ｏ２分离的煤气化化学链置换燃烧初步研究 β ） Ｆ ｅ Ｏ＋ １ ４－ １ ６ βＣ Ｏ ２＋ １ ２－ １ ３ βＨ ２Ｏ （ ５ ） 式中， β 为还原比率． 煤气主要成分是 Ｃ Ｏ和 Ｈ ２， 主 要发生还原反应（ ３ ） 和（ ４ ） ． 假设在燃料反应器中， 由于载氧体的循环倍率较高， Ｆ ｅ ２Ｏ３还原形式为 Ｆ ｅ ３Ｏ４或 Ｆ ｅ Ｏ ， 暂不考虑还原为单质 Ｆ ｅ ． 定义还原 比率为 β ＝ ｘ １ ｘ （ ６ ） 式中， ｘ １为 Ｆ ｅ２Ｏ３转化为 Ｆ ｅ３Ｏ４的质量； ｘ 为参加 反应的 Ｆ ｅ ２Ｏ３的总质量． 据反应（ ３ ）～（ ６ ） 可以确 定燃料反应器内的能量平衡． 另外， 定义金属氧化 物载氧率为 Ｒ ０＝ ｍ ｏ ｘ－ ｍｒ ｅ ｄ ｍ ｏ ｘ （ ７ ） 式中， ｍ ｏ ｘ为载氧体氧化后的质量流量； ｍｒ ｅ ｄ为载氧 体氧化前（ 还原后） 的质量流量． 根据煤气成分和还原比率 β ， 可以确定保证反 应完全进行的载氧体 Ｆ ｅ ２Ｏ３的最小质量为 ｍ ｍ ｉ ｎ＝ ３ ｋ ３－ ２ β （ α Ｃ Ｏ＋ ４ αＣ Ｈ４＋ αＨ２） （ ８ ） 式中， ｋ 为单位统一的系数； α Ｃ Ｏ ， α Ｃ Ｈ４ ， α Ｈ２为煤气中 Ｃ Ｏ ， Ｃ Ｈ ４， Ｈ２的体积分数． ２  ２ 空气反应器 在空气反应器中， 载氧体发生载氧反应， 即 ２ ３ β Ｆ ｅ ３Ｏ４＋ ２ （ １－ β ） Ｆ ｅ Ｏ＋ １ ２－ １ ３ βＯ→ ２ Ｆ ｅ ２Ｏ３ （ ９ ） 反应过程为放热反应． 由于暂不考虑单质 Ｆ ｅ 的还 原形式， 根据反应式（ ９ ） ， 可确定载氧体 Ｆ ｅ ２Ｏ３的 最小质量 ｍ ｍ ｉ ｎ． 实际过程中实际载氧体质量 ｍＦ ｅ ２Ｏ３ ＞ ｍ ｍ ｉ ｎ， 定义循环倍率为 ｃ ＝ ｍ Ｆ ｅ ２Ｏ３ ｍ ｍ ｉ ｎ （ １ ０ ） 同样， 根据反应方程式以及空气中氧的体积分数， 可以确定最小空气量为 Ａ ｍ ｉ ｎ＝ ３－ ２ β ３ ０ α Ｏ２ｍ ｍ ｉ ｎ （ １ １ ） 式中， α Ｏ２为空气中的 Ｏ２的体积分数． 根据空气反 应器中空气的流量和能量平衡方程可以确定出口 空气的温度． ３ 结果分析 ３  １ 还原比率的变化对 Ｃ Ｌ Ｃ性能的影响 选择空气反应器空气入口温度为 ４ ０ ０℃， 出口 温度为１ ２ ０ ０ ℃， ｃ ＝ １  ５ ， 燃料反应器的载氧体进料 温度为 １１ ９ ０℃， 出口温度为 ６ ０ ０℃， 煤气温度为 ６ ０ ０℃． 煤 气 组 φ（ Ｃ Ｈ ４）＝２  ２ ％，φ（ Ｈ２）＝ ４ ０  ７ ％， φ（ Ｃ Ｏ）＝２ ７  １ ％，φ（ Ｃ Ｏ ２）＝１ ９  ３ ％， φ （ Ｈ ２Ｏ ）＝ １ ０  ５ ％， 煤气量按 １ｍ ３（ 标态） 计算． 随 着还原为 Ｆ ｅ ３Ｏ４的比例增加， 最小载氧体量会随之 增加， 如图 ３ （ ａ ） 所示． 随着还原为 Ｆ ｅ ３Ｏ４的比例加 大， 能加热到 １２ ０ ０℃的空气量减少， 其作功能力 将随之下降． 满足载氧要求的最低空气量， 也随还 原比率的增加而减小， 如图 ３ （ ｂ ） 所示． 图 ３ 置换燃烧性能仿真部分计算结果 ３  ２ 循环倍率变化对 Ｃ Ｌ Ｃ性能的影响 选择空气反应器空气入口温度为 ４ ０ ０℃， 出口 ２２东南大学学报（ 自然科学版） 第 ３ ５卷 温度为 １ ２ ０ ０℃， β ＝ ０  ２ ，ｃ ＝ １  ５ ， 燃料反应器的载 氧体进口温度为１ １ ９ ０ ℃， 出口温度为６ ０ ０ ℃， 煤气 温度为 ６ ０ ０℃． 煤气组为 φ （ Ｃ Ｈ ４）＝ ２  ２ ％，φ （ Ｈ２） ＝ ４ ０  ７ ％， φ （ Ｃ Ｏ）＝２ ７  １ ％， φ （ Ｃ Ｏ ２）＝１ ９  ３ ％， φ （ Ｈ ２Ｏ ）＝ １ ０  ５ ％， 煤气量按 １ｍ ３（ 标态） 计算． 循 环倍率越大空气反应器加热空气的能力随之降低， 其作功能力降低， 如图 ３ （ ｃ ） 所示． ３  ３ 煤气成分对 Ｃ Ｌ Ｃ性能的影响 计算中， 取某增压煤气化的数据， 对应于不同 压力（ ０  １ ， １ ， ２ ， ３ ， ４ＭＰ ａ ） 下的组分， φ （ Ｃ Ｈ ４）＝ ２  ２ ％， ５  ６ ％， ９  ４ ％， １ ２  ６ ％， １ ６  １ ％，φ（ Ｈ ２）＝ ４ ０  ７ ％， ３ ３  ５ ％， ２ ７  ２ ％， ２ ０  ４ ％， １ ５  ８ ％， φ （ Ｃ Ｏ ）＝ ２ ７  １ ％， １ ９  ５ ％， １ ４  ２ ％， １ ３  １ ％， ９  ２ ％． 计算结果 表明， 由于气化压力增加， 煤气中 Ｃ Ｈ ４的体积分数 增加， 煤气的热值增加， 空气反应器的作功能力随 之增加． 但是， 燃料反应器将随着 Ｃ Ｈ ４体积分数的 增加， 还原反应对热量的需求增加， 甚至于会出现 载氧体携带的热量（ ｃ ＝ １  ５ ） 不能满足反应对热量 的要求． 此时， 必须加大循环倍率， 才能维持燃料反 应器的正常运行， 结果如图 ３ （ ｄ ） 所示． ４ 结 论 １ ）还原比率对 Ｃ Ｌ Ｃ性能的影响较明显， 还原 比率小， 燃料反应器吸热， 空气反应器内会释放更 多的热量， 有利于燃气轮机循环效率和作功能力． ２ ）还原比率大， 即 Ｆ ｅ ３Ｏ４还原形式增多， 则燃 料反应器将会放热， 燃气轮机作功能力下降， 但是 燃料反应器出口 Ｃ Ｏ ２和水蒸气的作功能力将提 高． 循环倍率对 Ｃ Ｌ Ｃ的性能影响明显， 循环倍率加 大， 则载氧体带出空气氧化反应器的显热增加， 空 气反应器的作功能力减小， 燃料反应器的作功能力 增加． 参考文献 （ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ） ［ １ ］Ｍａ ｔ ｔ ｉ ｓ ｓ ｏ ｎＴ ，Ｌ ｙ ｎ ｇ ｆ ｅ ｌ ｔ Ａ ．Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ  ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎｗ ｉ ｔ ｈｃ ａ ｐ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ Ｃ Ｏ ２［ Ａ ］ ． Ｉ ｎ ２ ｎ ｄＮ ｏ ｒ  ｄ ｉ ｃＭｉ ｎ ｉ ｓ ｙ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｕ ｍ ｏ ｎＣ ａ ｒ ｂ ｏ ｎＤ ｉ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅＣ ａ ｐ ｔ ｕ ｒ ｅａ ｎ ｄ Ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ［ Ｃ ］ ．Ｇ  ｔ ｅ ｂ ｏ ｒ ｇ ，Ｓ ｗ ｅ ｄ ｅ ｎ ， ２ ０ ０ １ ． ［ ２ ］Ｍａ ｔ ｔ ｉ ｓ ｓ ｏ ｎＴ ，Ｌ ｙ ｎ ｇ ｆ ｅ ｌ ｔ Ａ ，Ｃ ｈ ｏＰ ．Ｔ ｈ ｅ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｒ ｏ ｎｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ａ ｓ ａ ｎｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｉ ｎｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｍ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅｗ ｉ ｔ ｈｉ ｎ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆＣ Ｏ ２［ Ｊ ］ ．Ｆ ｕ ｅ ｌ ， ２ ０ ０ １ ， ８ ０ （ １ ３ ） １ ９ ５ ３ １ ９ ６ ２ ． ［ ３ ］Ｌ ｙ ｎ ｇ ｆ ｅ ｌ ｔ Ａ ，Ｌ ｅ ｃ ｋ ｎ ｅ ｒ Ｂ ，Ｍａ ｔ ｔ ｉ ｓ ｓ ｏ ｎＴ ．Ａｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｉ ｚ ｅ ｄ  ｂ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈｉ ｎ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｃ Ｏ ２ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ  ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ［ Ｊ ］ ．Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＳ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， ２ ０ ０ １ ， ５ ６ （ １ ０ ） ３ １ ０ １ ３ １ １ ３ ． ［ ４ ］ Ｂ ｒ ａ ｎ ｄ ｖ ｏ ｌ ｌ  ，Ｂ ｏ ｌ ｌ ａ ｎ ｄＯ ．Ｉ ｎ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｃ Ｏ ２ｃ ａ ｐ ｔ ｕ ｒ ｅｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎａ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｆ ｉ ｒ ｅ ｄｐ ｏ ｗ  ｅ ｒ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ［ Ａ］ ．Ｉ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓｏ ｆ Ａ Ｓ ＭＥＴ ｕ ｒ ｂ ｏＥ ｘ ｐ ｏ ［ Ｃ ］ ．Ａ ｍ ｓ ｔ ｅ ｒ ｄ ａ ｍ，Ｎ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｌ ａ ｎ ｄ ｓ ， ２ ０ ０ ２ ． ［ ５ ］Ａ ｎ ｈ ｅ ｄ ｅ ｎＭ． Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｆ ｏ ｒ ｓ ｕ ｓ ｔ ａ ｉ ｎ  ａ ｂ ｌ ｅｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ［ Ｄ ］ ．Ｓ ｔ ｏ ｃ ｋ ｈ ｏ ｌ ｍ，Ｓ ｗ ｅ ｄ ｅ ｎ Ｄ ｅ  ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇａ ｎ ｄＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙＥ ｎ ｅ ｒ  ｇ ｙＰ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ，Ｒ ｏ ｙ ａ ｌ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ２ ０ ０ ０ ． ［ ６ ］Ａ ｎ ｈ ｅ ｄ ｅ ｎＭ，Ｓ ｖ ｅ ｄ ｂ ｅ ｒ ｇＧ ．Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ［ Ｊ ］ ．Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙＣ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓＭｇ  ｍ ｔ ， １ ９ ９ ８ ， ３ ９ （ １ ６ １ ８ ） １ ９ ６ ７ １ ９ ８ ０ ． ［ ７ ］Ｊ ｉ ｎＨ ，Ｏ ｋ ａ ｍ ｏ ｔ ｏＴ ，Ｉ ｓ ｈ ｉ ｄ ａＭ．Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓｏ ｆａｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈａｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅｏ ｆＣ ｏ Ｏ  Ｎ ｉ Ｏ［ Ｊ ］ ． Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ＆Ｆ ｕ ｅ ｌ ｓ ， １ ９ ９ ８ ， １ ２ （ ６ ） １ ２ ７ ２ １ ２ ７ ７ ． ［ ８ ］Ｊ ｉ ｎＨ ，Ｏ ｋ ａ ｍ ｏ ｔ ｏＴ ，Ｉ ｓ ｈ ｉ ｄ ａＭ．Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓｏ ｆａｓ ｏ ｌ ｉ ｄｌ ｏ ｏ  ｐ ｉ ｎ ｇｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎ ｉ Ｏ／ Ｎ ｉ Ａ ｌ ２Ｏ４［ Ｊ ］ ．Ｉ ｎ ｄＥ ｎ ｇＣ ｈ ｅ ｍＲ ｅ ｓ ， １ ９ ９ ９ ， ３ ８ （ １ ） １ ２ ６ １ ３ ２ ． ［ ９ ］Ｊ ｉ ｎＨ ，Ｉ ｓ ｈ ｉ ｄ ａＭ．Ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙｓ ｔ ｕ ｄ ｙｏ ｎａｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｆ ｕ ｅ ｌ ｅ ｄｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ［ Ｊ ］ ．Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎＥ ｎ  ｅ ｒ ｇ ｙ ， ２ ０ ０ １ ， ２ ６ （ ８ ） ８ ８ ９ ８ ９ ４ ． ［ １ ０ ］Ｊ ｉ ｎＨ ，Ｉ ｓ ｈ ｉ ｄ ａＭ．Ａｎ ｅ ｗａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄＩ Ｇ Ｃ Ｃｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ［ Ａ ］ ．Ｉ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃＩ ｎ ｔ ｅ ｒ Ｓ ｙ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｕ ｍｏ ｎＴ ｈ ｅ ｒ ｍ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄＩ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ  ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙＳ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ［ Ｃ ］ ．Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇＷｏ ｒ ｌ ｄ Ｐ ｕ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇＣ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， １ ９ ９ ７ ． ５ ４ ８ ５ ５ ３ ． ［ １ １ ］Ｊ ｉ ｎＨ ，Ｉ ｓ ｈ ｉ ｄ ａ Ｍ． Ａｎ ｅ ｗｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｆ ｕ ｅ ｌ ｅ ｄｃ ｈ ｅ ｍ ｉ  ｃ ａ ｌ  ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ［ Ｊ ］ ． Ｆ ｕ ｅ ｌ ， ２ ０ ０ ４ ， ８ ３ （ １ ７ ， １ ８ ） ２ ４ １ １ ２ ４ １ ７ ． ［ １ ２ ］向文国， 狄藤藤， 肖 军， 等．新型煤气化间接燃烧联 合循环研究 ［ Ｊ ］ ．中国电机工程学报， ２ ０ ０ ４ ， ２ ４（ ８ ） １ ７ ０ １ ７ ５ ． Ｘ ｉ ａ ｎ ｇＷｅ ｎ ｇ ｕ ｏ ，Ｄ ｉ Ｔ ｅ ｎ ｇ ｔ ｅ ｎ ｇ ，Ｘ ｉ ａ ｏＪ ｕ ｎ ，ｅ ｔ ａ ｌ ．Ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ  ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ  ｔ ｉ ｏ ｎｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ［ Ｊ ］ ．Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｓ Ｅ Ｅ ， ２ ０ ０ ４ ， ２ ４ （ ８ ） １ ７ ０ １ ７ ５ ．（ ｉ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ） ３２第 １期向文国， 等 具有 Ｃ Ｏ２分离的煤气化化学链置换燃烧初步研究