工业革命以来，由化石燃料的大量使用，人类向大气中排入的二氧化碳等温室气体剧增，产生的温室效应已引起全球气候变暖、海平面上升等一系列严重环境问题，直接威胁到人类生存空间。因此，减排CO2已经成为可持续发展的研究热点。传统燃烧方式产生的烟气中CO2浓度只占10％-14％，目前主流的CO2减排技术，如燃后捕获和富氧燃烧，在CO2分离过程需要消耗大量的能源，导致减排成本太高。化学链燃烧是一种基于零排放理念的新犁燃烧方式，它能在基本没有能量损失的前提下，在燃烧过程中将CO2分离。载氧体一直是化学链燃烧中的研究重点，当前普遍使用的金属载氧体如NiO等虽然反应活性高、机械强度好，但价格昂贵，使用中存在重金属等二次污染。在化学链燃烧走向使用固体燃料如煤这样的大背景下，具有廉价和高载氧能力的CaSO4载氧体是较佳选择。　　 论文主要针对CaSO4载氧体化学链燃烧还原反应机理进行研究，重点研究了钙基载氧体与多种煤气化产物的还原反应特性，采用缩核模型描述并获得了反应动力学。基于双欧拉气固流体动力学模型，导入化学反应模块，构建了化学链燃烧燃料反应器的整体模型。具体研究过程如下：　　 采用Gibbs自由能最小原理对煤气成分还原CaSO4进行了热力学计算和分析，获得还原温度、载氧体/燃料比等操作参数对气体平衡组成和产物分布的影响。同时，建立了以CaSO4为载氧体，基于质量平衡、化学平衡和能量平衡的煤化学链燃烧反应系统模型，研究了燃料反应器温度、空气反应器温度、水煤比对平衡产物组份、载氧体循环倍率的影响。计算结果初步表明CaSO4载氧体应用于化学链燃烧是可行的，并确定了基于CaSO4载氧体的化学链燃烧合适试验区间和操作参数。　　 在自行设计的固定床试验台上进行了基于钙基载氧体甲烷化学链燃烧试验研究。重点考察了温度，载氧体质量，反应气体进气流量和载氧体粒径对化学链燃烧的影响。研究表明反应温度对CH4还原CaSO4载氧体特别明显，高温下CH4基本上全部与载氧体反应，但高温下竞争反应也得到加强，会释放大量的SO2。气体流量、载氧体的质量和载氧体颗粒粒径等对于还原反应的影响也比较明显。证实了CaSO4作为载氧体的可行性。同时也进行了CaSO4载氧体与模拟煤气的还原反应特性试验研究，研究发现：在还原反应初期获得高浓度的CO2，提高温度可显著增加气体的转化率和CO2的收率，温度还显著影响CaSO4载氧体的反应速率和转化速率，随着温度的升高，载氧体的转化速率显著增加。试验还对硫的迁移和释放规律进行了研究，结果显示SO2主要是在反应的前期释放，H2S主要是在后期释放。XRD分析直接证明了CaSO4载氧体在模拟煤气还原条件下直接产物是CaS，高温下有少量的CaO生成。ESEM表明还原后CaSO4载氧体变得疏松多孔。EDS分析验证了载氧体表面元素的迁移和变化规律。　　 在对载氧体所进行表征分析所得到的有益结论基础上，运用未反应收缩核模型研究了CH4、H2、CO与CaSO4载氧体的表观反应动力学，并获得了相关的表观动力学参数，拟合得到的数据和试验比较吻合。　　 针对钙基载氧体化学链燃烧燃料反应器内气固流动和化学反应特性，采用欧拉双流体模型描述反应器的稠密气固流动，结合缩核反应动力学模型，构建了包含流动、传热传质、化学反应在内的燃料反应器三维数学模型。利用该模型对Ф25mm实验室反应器进行了三维数值模拟，对温度、流量、载氧体质量和粒径等因素对甲烷化学链燃烧的影响进行了模拟研究，同时还模拟了CaSO4载氧体与模拟煤气的还原反应，分析了温度的影响，并将数值模拟结果与试验结果进行了对比。利用该模型，结合煤气化反应动力学模型，建立了基于钙基载氧体固体燃料(煤)化学链燃烧燃料反应器数学模型，模拟计算了温度和压力对钙基载氧体煤化学链燃烧反应的影响。