祝贺课题组陶冶的论文：Order-reduced Simulation and Operational Regulation of a 10 MW_th Autothermal Reactor for CH₄-fueled Chemical Looping Combustion被Chemical Engineering Journal收录，赵海波教授、陈曦博士后为共同通讯作者，硕士生陶冶为第一作者。

兆瓦级化学链燃烧装置的运行涉及气固多相流动、复杂的化学反应和传热传质过程，这些过程高度耦合且具有典型的非线性特征，增加了对装置性能准确预测的难度，难以通过实验的方法证实兆瓦级化学链燃烧装置的可行性。而数值模拟方法可以弥补实验研究的不足，通过建立相关数学模型对反应器内部行为进行预测和分析，可为装置的设计和优化提供理论的支持。故如何通过数值模拟的方法准确预测兆瓦级化学链燃烧反应器的性能、优化装置设计、降低运行成本，已成为当前化学链燃烧领域的重要研究课题。

本文主要基于化学链燃烧反应机理，建立了耦合了能量守恒的双反应器联合降阶模型。通过模拟分析了装置中的气固流动、化学反应与传热传质行为，探讨了不同工况条件对装置性能的影响，揭示了系统燃烧效率、循环流量、自热运行性能之间的耦合关系。以期在理论层面逐渐熟化反应器的设计及优化方案，深入理解反应器各操作参数的协同控制机制，全面总结兆瓦级化学链燃烧反应器的自热运行调控方法，为反应器规模的进一步扩大提供有效参考。相关的模拟结果也得到了CFD模拟的验证。

在10 MW_th天然气运行模式下，两个反应器内的流化状态(气体流速、固相分布、床层压力)与预期一致，燃料反应器的燃烧效率达到了85.77 %。依据不同操作参数下的模拟结果发现：提高燃料反应器流化气CH₄比例、燃料反应器床料量和氧燃比可以提高系统的燃烧效率，但不建议将增加燃料功率作为优化反应器燃烧效率的方法。而反应器的自热运行受到多种因素的制约，包括水冷壁吸热量、固体循环流量、系统燃烧效率、反应器流化风量等。在高CH₄比例、床料量和燃料功率条件下，反应器更容易实现自热运行，而较高的氧燃比则不利于整个反应器的自热运行。

图1 燃烧效率83 %、水冷壁吸热量3.4 MW_th限制条件下，反应器系统的操作区间划分 (a) 燃料反应器流化气CH₄比例；(b) 燃料反应器床料量；(c) 氧燃比；(d) 燃料功率

本工作得到国家自然科学基金(52025063)、湖北省自然科学基金(2022CFD035)和湖北省重点研发计划(2022BCA087)的支持。

文章完整信息：

Ye Tao, Xi Chen*, Haibo Zhao*. Order-reduced simulation and operational regulation of a 10 MW_th autothermal reactor for CH₄-fueled chemical looping combustion, Chemical Engineering Journal, 2024, 499-156314

全文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156314