化学链燃烧是一种新型、高效、绿色的燃烧技术和碳捕集方式,燃烧产物为CO₂和H₂O,只要通过冷凝就可以将CO₂和H₂O分离,不消耗额外的能量。探寻合适的载氧体是化学链燃烧取得进一步进展的关键,天然铁矿石具有经济环保、抗烧结等优点,是目前研究的热点。但天然铁矿石载氧体反应活性低,限制了基于天然铁矿石载氧体的化学链燃烧的大规模应用,因此需要对天然铁矿石载氧体进行修饰以提高反应活性。本文采用K、Na、Ca、Si含量不同的两种草本生物质灰(油菜秸秆灰、稻秆灰)、一种木本生物质灰(桐木灰)、一种水生生物质灰(石莼灰)为原料,使用干煅烧法对天然铁矿石进行修饰改性,搭建间歇式流化床实验台,开展化学链燃烧实验并对反应前后的载氧体进行表征分析,研究生物质灰修饰的铁矿石理化性能及不同反应工况对化学链燃烧过程的影响。本文先以CO为燃料开展化学链燃烧实验,初步筛选载氧体。研究反应温度、生物质灰种类及负载量、循环次数对反应器出口CO浓度及CO转化率的影响,用以评价载氧体的反应活性及稳定性。实验表明,提高温度可以促进铁矿石的活性,油菜秸秆灰、桐木灰、石莼灰对铁矿石的反应活性及稳定性有一定的促进作用,稻秆灰则表现出了抑制作用。在以上基础上,以大同烟煤为燃料,进一步探究生物质灰影响铁矿石活性的机理。实验发现,油菜秸秆灰、桐木灰、石莼灰修饰后的铁矿石载氧体(K+Na+Ca)含量较高,Si含量较低,对铁矿石化学链燃烧反应活性以及循环稳定性提高明显,K对铁矿石反应活性的促进作用要优于Na和Ca。高Si含量,低K/Si的20%稻秆灰修饰铁矿石载氧体对铁矿石反应活性和稳定性有一定的抑制作用。在一定范围内提高水蒸气流量可以促进化学链燃烧的进行。继续以大同无烟煤为燃料进行热解、气化和化学链燃烧实验。相比于烟煤,无烟煤挥发分含量更低,气化时间长,产物峰值低。在化学链燃烧还原反应过程中无烟煤的气化速率和碳转化率明显低于烟煤,焦炭不能完全反应。在800–950°C范围内,提升温度对无烟煤化学链燃烧的促进作用比烟煤更明显。整体而言,在800–950°C范围内提高温度可以提高载氧体的活性。K、Na、Ca含量高的生物质灰可以促进铁矿石的反应活性和稳定性,生物质灰负载量为20%时,对铁矿石的修饰效果较好,其中K的提升效果最明显,Si含量高的生物质灰则会对铁矿石活性和稳定性表现出抑制作用。在一定范围内适当提升气化介质水蒸气的流量可以促进化学链燃烧的进行。