类别：国家自然科学基金优秀青年科学基金项目

负责人：赵海波

批注编号：51522603

起止日期：2016.1~2018.12

研究经费：130万元

结题摘要：

化学链燃烧作为一种革新性的燃烧方式，本身蕴含着丰富的基础科学问题；国外主要关注气体燃料化学链燃烧，而煤的化学链燃烧存在更大的理论/技术挑战。本项目围绕燃烧化学——颗粒表界面反应动力学机理和载氧体裁剪设计、燃烧物理——多相反应流多尺度建模和串行流化床多尺度设计、燃烧过程——煤化学链燃烧多尺度定向调控原理和系统集成优化等3个关键科学问题开展工作，取得的重要成果包括：通过微观模拟和高精度表征阐述了载氧体体相和表相晶格氧传递的功能原理；建立了分子尺度自下而上的载氧体颗粒裁剪设计理论；实现了高性能壳核结构载氧体颗粒的自组装燃烧合成一步制备，通过裁剪设计载氧体解决了其物化性能稳定性差的瓶颈问题；从表界面介尺度层面发展了载氧体颗粒非均相气固反应机理和化学链燃烧环境下煤焦颗粒高CO₂/H₂O气化和低O₂燃烧机理；理解了化学链复杂气氛下反应与热质传递的竞争关系，辨识了速率限制步骤，通过载氧体氧解耦实现了慢速的煤焦气化反应的定向强化；实现了串行流化床双床反应器的多尺度模拟，准确模拟反应器间热质传递和气固反应流动；发明“自热化学链”破解了载氧体颗粒循环兼顾传质平衡和传热平衡的国际难题；成功运行了目前国内最大规模50kWth煤化学链燃烧热态试验装置，综合指标跃居国际一流；发现了化学链燃烧抑制二噁英、Hg、NO_x释放的原理，发展了高效脱除SO_x、细颗粒物的技术方案；构建了动态㶲分析理论体系，实现了煤化学链燃烧系统的能量集成和过程优化。研究成果获得2018年度湖北省自然科学一等奖(排名第一)和37届国际燃烧会议杰出论文奖，已发表SCI收录论文41篇，其中在燃烧领域顶级期刊Combustion and Flame和Proceedings of the Combustion Institute共发表论文12篇，在环境领域顶级期刊Environmental Science & Technology发表论文1篇，授权发明专利6项，进行邀请报告5次。通过以上工作，在煤化学链燃烧领域形成了表界面反应动力学机理、载氧体裁剪设计、反应器热质传递定向调控等若干特色，被本领域权威期刊Progress in Energy and Combustion Science综述论文列为世界上最有影响的化学链研究团队之一。