固定床加压熔渣气化过程的仿真模拟

为研究固定床加压熔渣气化炉气化反应过程及最优工艺参数,利用Aspen Plus软件建立固定床加压熔渣气化炉的动力学模型,并利用该模型对内蒙某固定床加压熔渣气化炉进行模拟计算,计算结果与实际生产数据的误差<5%,从而验证该模型的准确性。在该模型的基础上探讨固定床熔渣气化炉内的组分和温度分布,以及不同操作参数对气化炉性能的影响。结果表明:炉内最高温度为2019℃,在蒸氧喷嘴附近;炉内各反应层所占高度的比例为燃烧层占15%,气化层占25%,干馏+干燥层占60%;随着蒸氧比(蒸汽质量流量∶氧气体积流量)的增加,碳转化率增加,蒸汽分解率下降,当蒸氧比为0.95—1.0时,气化炉性能最优;随着氧煤比(氧气质量流量∶煤质量流量)的增加,碳转化率增加,蒸汽分解率先增加后降低,当氧煤比为0.45—0.46时,气化炉性能也最优。研究结果可为固定床加压熔渣气化炉的设计和操作提供一定的理论依据。

煤气化特性优化及低碳联合循环发电系统集成研究

为了探究煤气化过程中氧气添加量和气化介质添加种类对于煤气化效率的影响,以及煤气化整体联合循环(IGCC)发电系统的集成优化,将以2种含氧量差别较大的煤种为例进行模拟分析。首先基于平衡反应模型对比了2煤种在不同总氧碳化学计量比(考虑煤自身含氧量)情况下对气化特性的影响结果;之后分析了分别添加CO_(2)与蒸汽作为气化介质时气化特性的变化规律,优化了其气化特性;最后在此基础上考虑CO_(2)捕获,提出了一种CO_(2)辅助气化、纯氧燃烧、部分烟气再循环的新型IGCC发电系统,并对其燃气轮机模型进行了模拟优化。结果表明:总氧碳化学计量比为0.47时煤气化的特性最佳;在此最佳总氧碳化学计量比条件下,添加CO_(2)作为煤气化流程气化介质,相比于传统添加蒸汽作为气化介质,可以使冷煤气效率提升约1.3%;基于此气化方法集成新型IGCC系统与传统燃烧前脱碳的IGCC发电方式相比,其净发电效率提高了约1.5%,?效率提高了约1.7%,该研究为设计低碳高效的IGCC发电系统提供了新思路。

红沙岗高硫煤循环流化床富氧气化炉内脱硫试验研究

为进一步拓宽兰石金化首套千吨级循环流化床加压煤气化示范项目原料来源,解决甘肃省武威市民勤县红沙岗2号煤矿高硫煤(以下简称“红沙岗高硫煤”)使用下游脱硫成本过高的问题,在5 t/d的新型循环流化床富氧气化中试试验平台上,进行了红沙岗高硫煤气化炉内石灰石干法脱硫试验,考察了在气化温度为920~980℃、钙硫摩尔比为1∶1~1.5∶1的工况条件下煤气脱硫效果。结果表明,在温度为950℃、钙硫比为1∶1、富氧浓度为35.46%条件下,气化炉内脱硫效率达75.30%,脱硫效果显著,可减少下游脱硫装置投资和运行成本,综合效益明显。

基于AKF-PID的航天气化炉氧煤比先进控制

在航天气化炉生产系统中,氧煤比的自动控制对于提高航天气化炉生产效率具有重要意义。氧煤比的调控通常通过控制煤线流量完成,煤线流量具有大噪声、强干扰特性,人工手动控制无法实现氧煤比的精确控制,使用常规PID控制器无法实现对氧煤比的自动控制。为此,提出一种基于AKF-PID的氧煤比先进控制方法,针对煤线流量大噪声的特性,采用自适应卡尔曼滤波器(AKF),在保证滤波效果的同时避免了均值滤波带来的时间滞后;针对强干扰特性,将给料罐与烧嘴压差作为前馈量,克服煤线压力波动干扰造成的产品质量下降问题。该算法已成功投运,极大地改善了氧煤比的控制品质。

基于气流床的生物质与煤干粉共气化模拟研究

基于Aspen Plus软件构建了工艺流程模型,对生物质与煤混合原料的共气化过程进行了模拟设计与研究。研究发现:生物质部分替代煤粉进行共气化的过程并不影响气化炉的最优操作条件、合成气产率及合成气热值,并且在降低比氧耗方面具有一定优势;所产合成气的品质与煤粉单独气化的产品品质基本相同,且有效气产率可达94%。在生物质替代煤粉的共气化过程中,比煤耗和冷煤气效率随着生物质含量的增加而增加,冷煤气效率可提高至80%以上。但是,生物质的加入会在一定程度上降低气化温度,在实际生产中,对于高灰熔点的煤,依然需要加入助熔剂来降低灰熔点。

1080 m^(3)高炉提高富氧率的强化冶炼实践

安源钢铁1080 m^(3)高炉因入炉原燃料质量波动大、炉况稳定性差、富氧率低等因素导致冶炼强度较小,产铁量较低,因此实行了富氧强化冶炼实践。本文分析了富氧率提高对高炉增加产铁量、提高喷煤比的积极作用,并针对高炉生产过程中出现的渣铁排放不尽、炉缸环碳温度上升、冷却壁破损加剧等问题,提出了应对措施。通过增加出铁炉次、增设固定罐位,提高喷煤比至155~160 kg,调整上下部操作制度,针对不同炉体位置采用不同的冷却方式,加强对炉缸环碳侵蚀的监护,配置风口成像系统和红外测温等措施,高炉稳定顺行,产铁量有所提升。

氧碳原子比和水煤浆质量分数对水煤浆气化影响的数值模拟

用数值方法模拟了水煤浆气化过程中氧碳原子比和水煤浆质量分数对气化过程和出口煤气成分以及碳转化率的影响规律。总结了在具有复杂化学反应的高温、高压容器中,对水煤浆气化过程的数值模拟时经常遇到的问题和解决方法。得到了气化炉内的温度场、流场、浓度场以及出口粗煤气成分,其结果与工程实际相比非常接近;并利用得到的结果分析了影响水煤浆气化过程和出口煤气成分的主要因素:氧碳原子比、水煤浆质量分数等,提出了提高出口煤气有效成分(CO+H2)的方法。

氧煤比对水煤浆气化影响的数值模拟

用数值方法模拟了水煤浆气化过程中氧煤比对气化过程和出口煤气成分以及碳转化率的影响规律.总结了在具有复杂化学反应的高温、高压容器中,对水煤浆气化过程的数值模拟时经常遇到的问题和解决方法.得到了气化炉内的温度场、流场、浓度场以及出口粗煤气成分,其结果与工程实际相比非常接近;并利用得到的结果分析了影响水煤浆气化过程和出口煤气成分的主要因素即氧煤比,提出了提高出口煤气有效成分(CO+H2)的措施.

氧煤比对气流床煤气化过程的影响

为研究氧煤比对气流床煤气化炉气化过程的影响,对某厂运行的Texaco气化炉进行了数值模拟研究。利用所建立的数学模型,分析了Texaco气化炉内的气化过程,以及氧煤比对炉内温度、气相成分及炉膛出口合成气成分的影响规律。结果表明：Texaco气化炉内下行火焰的长度约占气化炉高度的1/3,炉膛上部火焰高度区域内气相温度及主要成分浓度的变化梯度最大,而在炉膛下部气相成分及温度的变化均不明显;随着氧煤比的增大（0.95~1.10）,气化炉出口合成气有效成分（H2＋CO）浓度逐渐降低,CO2和H2O的浓度及气化炉内气相温度逐渐升高;在保证顺利排渣和合适的出口合成气成分的条件下,存在一个最佳氧煤比。

整体煤气化联合循环系统气化岛特性模拟研究

气化岛是整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统中较为复杂的关键单元,对整个系统性能有较大的影响。利用Thermoflex软件建立200MW级IGCC系统模型,从系统角度出发,对直接激冷式、除尘系统前带有气/气热交换器和取消气/气热交换器的3种IGCC系统进行比较,结果表明取消气/气热交换器的IGCC系统同样具有较高的效率,且系统更加安全可靠。对此系统中空分单元的氮气回注系数、气化炉单元的氧煤质量比,以及对流废锅出口粗合成气温度进行计算。计算结果表明:在空分系数为30%时,系统最佳氮气回注系数为70%;综合多种因素考虑,所研究煤种的最佳的氧煤质量比约为0.91;系统效率随着对流废锅(convective syngas cooler,CSC)合成气出口温度的增加而下降,当辐射废锅(radiant syngas cooler,RSC)粗合成气出口温度为700℃,对流废锅出口合成气温度取350℃,系统效率较高。

操作参数的选择及对煤气化结果的影响

基于化工系统流程模拟软件的应用,初步预测出水煤浆气化炉出口的合成气组成和温度,模拟计算结果与文献基本吻合;此外,通过模拟得到的数据,分析了气化炉的主要操作参数对气化结果的影响,为气化炉的操作优化提供一定的参考依据.

HT-L气化炉的煤气化特性研究

详细介绍了国内首套拥有自主知识产权的HT-L粉煤气化炉的气化特点,具有煤种适用广、碳转化率高、对环境污染小及投资运行费用低等优点。对濮阳龙宇的HT-L粉煤气化炉进行特性研究,通过实验数据分析可知,随着气化炉温度升高,有效气(H2+CO)含量降低,CO2含量有所增加,CH4和HCN含量逐渐减少。

基于响应面法的煤气化工艺优化

基于响应面法可在考虑因素间交互作用的基础上对煤气化工艺进行优化,利用Aspen Plus建立了Shell气化炉模型,采用Box-Hehnken设计进行煤气化仿真试验,构建了目标值与工艺参数间的响应曲面,在考虑工艺参数交互作用的基础上对工艺进行多目标优化。结果表明:氧煤比与蒸汽煤比的交互作用及氧煤比与压力的交互作用的影响能力大于蒸汽煤比与压力的交互作用,且氧煤比对参数交互作用的影响能力有较大贡献。经试验验证确定煤气化性能指标多目标优化方案为:氧煤比0.784 kg/kg,蒸汽煤比0.0786 kg/kg,压力2.76 MPa。方案下的计算结果为:煤气有效成分97.75%,冷煤气效率84.25%,煤气产率1.92 m3/kg;验证优化方案下的试验结果为:煤气有效成分98.04%,冷煤气效率85.20%,煤气产率1.93 m3/kg,与计算结果的误差较小,说明响应面模型计算精度较高,优化方案合理。

富氧喷煤高炉能量变化的分析

用计算模拟不同的富氧率和喷煤量对高炉热量分布的影响。分析富氧高炉喷吹煤量后高炉入炉风量、热风带入热量、总热收入量及理论燃烧温度的变化对高炉冶炼的影响。探讨富氧喷煤高炉热量变化的特点 ,结果表明 :在保证高炉热量合理分布的前提下 ,选择好合适的喷煤量和富氧率 ,可以使高炉热量分布合理 。

循环流化床富氧气化实验研究

在循环流化床富氧气化实验台上,通过调节水蒸气流量使气化温度基本稳定在910℃,研究了不同氧气浓度及气化当量比对煤气组分、产气率、冷煤气效率及碳转化率的影响。结果表明,氧气浓度从25%增加至40%时,N2体积分数从48.82%降低至33.83%,H2从21.47%不断增加至27.59%,CH4基本不变;受水蒸气流量影响,氧气浓度高于35%时,CO体积分数降低,CO2体积分数增加;氧气浓度40%时的煤气热值为空气气化煤气热值的1.84倍,产气率随氧气浓度增加从2.35 m3/kg降至2.13 m3/kg,冷煤气效率和碳转化率不断增大;当气化当量比从0.20增加至0.29时,N2体积分数先降低后升高,H2体积分数从24.01%增加到25.46%后基本保持不变,CO和CH4持续减小,CO2不断增加,产气率由1.94 m3/kg升高到2.29 m3/kg;受水蒸气和气化当量比综合影响,冷煤气效率先增大后减小,碳转化率持续增加。

基于Aspen Plus的水煤浆气化模拟

文章以过程模拟软件Aspen Plus为工具,建立了以纯氧为气化剂的气流床煤气化的数学模型,模拟计算了Texaco气化炉的制气过程;并利用该模型模拟研究了氧煤比和水煤浆浓度对煤气化指标的影响。结果表明:水煤浆浓度和氧煤比是影响水煤浆气化过程和出口煤气成分的主要因素,同时提出了提高出口煤气有效成分(CO+H2)的措施。

压力、煤浆浓度、氧煤比对水煤浆气化的影响

研究了水煤浆气化技术操作参数的优化途径;分析了气化压力、煤浆浓度、氧煤比(氧碳比、氧浆比)对碳转化率、产气率、冷煤气效率、合成气有效组分含量等水煤浆气化参数的影响;对各参数之间的最佳搭配进行了优化;确定了各个量的最佳操作值,为气化装置低能耗、高效益运行提供依据。

富氢高炉风口理论燃烧温度的数学模型开发

以传统的理论燃烧温度模型为基础,建立了高炉富氢燃料喷吹的新理论燃烧温度模型.基于某厂1号高炉的实际生产数据,验证了模型的准确性和可靠性.研究结果表明,富氢高炉理论燃烧温度新模型预测结果与高炉实测数据吻合良好.新模型以合理的理论燃烧温度范围为基准,分别获得了富氧率(f_(O))、煤比(M_(PCI))、天然气喷吹量(V_(NG))等参数与理论燃烧温度(t_(f))间的关系,同时还分析了3个操作参数间的合理匹配问题.新模型获得的参数匹配规律可以为不同企业的高炉在复合喷吹煤粉与天然气时实现稳定运行提供一定的参考依据.

干煤粉加压气化工艺的控制策略

针对干煤粉加压激冷气化工艺特点,介绍了煤给料顺序控制、负荷控制、气体组分氧煤比控制、气化炉压力调节阀控制、火炬阀控制,以及煤烧嘴的氧气、蒸汽、煤粉流量和煤粉速率的控制。同时,还给出气化炉减温水、除渣、湿洗等系统控制方式和方法。

煤气化系统中的氧煤比控制

为了改善煤气化系统中因氧煤比控制不够精确而导致的资源浪费和生产效率低下的状况,在CENTUM CS3000软件中采用交叉耦合调节、负荷控制和交叉限幅选择调节算法设计了一套氧煤比的控制方案.现场运行表明,此方案不仅能根据管线上的煤浆和氧气的实测流量来精确控制它们的入炉量,而且对现场的一些突发故障还可以自行处理,实现了氧煤比的自动控制.