煤炭作为主要的一次化石能源,在未来始终处于我国能源消费的主体地位。化学链气化(Chemical Looping Gasification,CLG)被视为煤炭清洁高效转化的重要技术手段。煤气化转化过程中,掌握煤灰有效分离尺度是实现煤CLG技术走向工业应用的基础。本文以宁夏羊场湾烟煤灰为研究对象,考察了 CLG过程中煤灰对钛铁矿载氧体流动特性及反应行为的影响。(1)在间歇流化床反应器中,考察煤灰对钛铁矿载氧体反应性能与形貌结构的影响。结果表明:当煤灰含量小于10 wt%时,因其含有释氧组分,其加入比例增大会导致烟气中合成气含量的降低。当煤灰含量大于15 wt%时,其与钛铁矿载氧体化学结合形成Ca2FeO4、Ca2Al2·(SiO3)5、NaO·Al2O3·6SiO2等低熔点物质,导致载氧体烧结和抑制释氧性能,碳转化率随之降低。(2)通过计算流体力学(Computational particle fluid dynamics,CPFD)模拟了循环流化床反应器中,煤灰含量对载氧体颗粒流态化特性的影响。结果表明:随着煤灰含量的增加,床中的气泡尺寸增大,载氧体颗粒流动速度略有提升。煤灰含量在小于20 wt%时,轴向床层压降随含量增大而降低,可减小载氧体颗粒流化阻力。煤灰含量大于25 wt%时,轴向床层压降与煤灰含量成反比例关系。(3)对0.24 t/d煤CLG中试装置进行CPFD热态模拟,考察了装置热态运行中固体颗粒在反应器内颗粒体积分数分布、两反应器间的循环通量和稳态临界时间等。结果表明:燃料反应器与空气反应器中气-固流型均为鼓泡流化状态,在35秒时床内循环通量(数值)达到稳定状态,此时合成气产率为70.6%。(4)基于CPFD模拟参数对0.24 t/d化学链气化中试装置进行试验调试,通过调试确定了流化气速、提升风气速和循环通量等关键操作参数。在稳定工况下,研究煤灰对载氧体流动特性的影响。结果表明:煤灰含量为18 wt%时,轴向床层压降最小,促进载氧体颗粒流化。当煤灰含量超过25 wt%时,煤灰抑制载氧体颗粒流化。试验与模拟结果耦合。