化學(xué)鏈鐵基載氧體磨損特性及機(jī)理研究

亢煒燎，劉 方，楊 麗，黎彩富，宋 晨

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 低碳能源與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

0 引 言

化學(xué)鏈燃燒(Chemical Looping-Combustion，CLC)是一種新型的，無(wú)火焰的燃燒技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)能量梯級(jí)化利用和內(nèi)分離CO2的目的[1-2]。CLC系統(tǒng)一般由燃料反應(yīng)器、空氣反應(yīng)器和載氧體(Oxygen Carrier，OC)等部分組成，載氧體作為連接2個(gè)反應(yīng)器交換的媒介，是CLC技術(shù)的關(guān)鍵組成部分[3-4]。在燃料反應(yīng)器中，載氧體傳遞內(nèi)部的晶格氧與燃料發(fā)生反應(yīng)并生成CO2和H2O，僅冷凝H2O后便可以得到高濃度的CO2，實(shí)現(xiàn)了低能耗、高濃度捕集CO2[5-7]。經(jīng)歷過(guò)還原反應(yīng)后的低價(jià)態(tài)載氧體進(jìn)入空氣反應(yīng)器中發(fā)生吸氧的氧化反應(yīng)，然后重新進(jìn)入燃料反應(yīng)器中開(kāi)啟下一個(gè)新的循環(huán)反應(yīng)。此外，CLC中反應(yīng)溫度低的特點(diǎn)有效降低了NOx氣體的產(chǎn)生，被公認(rèn)為是最先進(jìn)的CO2捕集技術(shù)之一[8-9]。

然而，CLC技術(shù)的運(yùn)行推廣還存在一定的障礙，大部分載氧體的壽命遠(yuǎn)達(dá)不到商業(yè)化運(yùn)行的上千小時(shí)[10]，抗磨損性能是影響其壽命的重要指標(biāo)。研究表明復(fù)雜流化環(huán)境中的機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力和化學(xué)應(yīng)力的相互作用是導(dǎo)致載氧體磨損的主要原因[11-12]。載氧體的磨損極大減少了其運(yùn)行壽命，降低了氧運(yùn)輸能力，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，此外，從反應(yīng)器中淘析出來(lái)的細(xì)粉也造成了大氣污染。因此，載氧體的磨損現(xiàn)象已經(jīng)引起了眾多研究工作者的關(guān)注[13-14]。

針對(duì)載氧體的磨損問(wèn)題，目前主要采用通過(guò)研究其磨損速率和機(jī)械強(qiáng)度這2個(gè)參數(shù)來(lái)表征其抗磨損性能。磨損速率表示一定時(shí)間內(nèi)收集到細(xì)粉質(zhì)量占初始床料質(zhì)量的百分比與經(jīng)歷時(shí)間的比值。……