工业革命以来，以 CO2为主的温室气体大量排放，全球气候变暖加剧。燃煤电厂作为最大的CO2排放源，发展与其工艺特性相适应的CO2捕集技术刻不容缓。在众多CO2捕集技术路线中，碱金属基固体吸附剂干法捕集 CO2技术凭借其再生能耗低、对设备无腐蚀、无二次污染等特点成为脱碳技术领域的研究热点之一。然而，目前的研究中连续脱碳系统的实验装置还存在一些不足，并且对新型叠置反应器的了解不够深入，连续脱碳系统的数值模拟研究较少，目前的研究中缺乏基于碱金属基固体吸附剂的三维全循环系统的热态数值模拟研究。基于此，本文借助数值模拟软件，结合实验数据对连续脱碳系统进行了模型建立，分析了气固流动特性和脱碳反应特性，对实验装置设计和操作条件提出优化建议。具体的研究内容和主要成果如下：
　　构建了基于新型鼓泡床-输运床叠置反应器的全循环CO2捕集系统的二维气固反应模型。结果显示吸附反应主要发生在鼓泡段，很少发生在中心提升管和输送段。随着吸附剂的循环流率从 10kg/h 提高到 30kg/h，CO2捕集效率从 77.2%提高到 82.4%，超过此流率，CO2捕集效率逐渐饱和，甚至略有下降。CO2捕集效率的下降是由于烟气进入中心提升管而导致的，在该提升管中，气固间接触不如鼓泡段中的充分。烟气中的水蒸汽浓度对 CO2捕集效率有很大影响。当烟气中水蒸气浓度从8%变化到18%时，吸附床内CO2摩尔分数的轴向分布曲线朝低浓度方向偏移。
　　在二维模拟的基础上构建了基于新型鼓泡床-输运床叠置反应器的全循环三维气固流动模型，发现Gidaspow曳力模型能较好地预测物料输送量。物料输送量随中心风速和静止床高的增加而增加。全循环系统上半部分固含率低，正处在输送过程中的物料量占整体物料量比例低。鼓泡段存在边界明显的气泡，整个吸附床边壁处固含率较低。鼓泡段内物料被卷吸向上进入提升管，由于中心风射流作用，提升管中心处的固体速度要明显高于外围。鼓泡段内气体通过中心风管与中心提升管间的间隙，被卷吸向上进入提升管；中心风管内气速很高，高速气体脱离中心风管，进入管径较大的提升管后，开始径向发散变小。
　　在三维气固流动模型的基础上耦合反应模型。脱碳反应特性受吸附剂循环流率影响较大，三维模拟能提供全循环压力分布细节，这有助于控制连续脱碳系统再生床和吸附床之间的物料循环。提升管入口固体浓度分布存在中央稀疏，随径向增大的现象。并且靠近返料口一端固体浓度较高，呈现出固体浓度分布的不均匀性，解释了靠近返料口一端 CO2浓度较低的原因。高速射流卷吸部分烟气进入提升管内，一方面导致提升管内气体速度波动，从而导致物料输送的波动和振荡，另一方面导致 CO2捕集效率降低，通过计算得到提升管内脱碳效率仅为 0.092%，远低于基准工况下系统脱碳效率 81.5%。因此，提升管的卷吸量越低对系统的稳定性和脱碳效率越好，实验装置优化和操作工况的选择要往尽量降低卷吸量的方向展开。