粉煤气化工艺过程的模拟研究

外形 无变 化 ； 第 二 阶段 ， ３ ５ ０℃到 ５ ５ ０℃ ， 这 一 阶段活
泼 分解 是主要 特征 ， 以解 聚和分 解 反应 为主 ， 生 成大
剂氧气 和水蒸气 ， 以及位 于混 合器处 的吹扫氮气 和合 成气激 冷气 。 气化产生 的合成气及 灰渣在分离罐 模型
量挥 发 物 ， 煤 黏结 成半 焦 ； 第三 阶段 ， 大于 ５ ５ ０℃ ， 这
一
阶段以缩 聚反应为主 ，半焦变成焦炭 ，挥发分 主要
中实 现气渣 分离 ， 含 灰合 成气 在混合 器模 型 中 ， 与激
冷气进行换 热 ， 温 度可降 到 ９ ０ ０℃ 。
是多种烃类气体 、氢气 和碳 的氧化物。该过程采用化
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ 一 Ｏ １ — １ ５
作者 简 介 ： 崔 洁（ １ ９ ８ ４ 一 ） ， 女， 山东威 海 ， 工程 师 ， 博士 ， ２ ０ ０ ６年本 科 毕业 于华 东理 工 大学 ， 现从 事煤 气 化方 面 的工 作 ，
本 文借 助Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 模 拟软件 ， 建 立 了粉 煤气 化
模拟模 型 ， 通过 将计 算结 果 与工业 数 据对 比， 对所 建 模 型进行 了验证 。同时 ， 分析 了操作条 件对 气化过 程 的影 响 ， 对整个 煤气 化过 程进 行 了工 艺分 析 ， 寻找 最 优化操作 点 ， 以期 达到过程优 化 的 目的 。
崔 洁， 熊 浪， 沈克宇， 夏同 伟， 曹 枫， 朱惠春， 张世程
（ 中国船舶重工集 团第七一一研究所 ， 上海 ２ ０ １ １ ０ ８ ）
摘 要 借助 Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 模 拟软件 ， 对 粉煤 加压气 流床气 化工艺 进行研 究 。采用工 业数据 ， 对 计算模 型进
１ 煤 气 化 过 程模 型 的建 立 与验 证
在气化炉 中 ， 煤炭经 历干燥 、 热解 、 气化 和燃烧几
块 中设 定碳转化 率以及各元 素的收率计 算 ， 其 中裂解 温 度具 体 的数值 对 整 个流 程 的模 拟 结果 没 有 影 响 。 Ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ模块采 用 Ｇ ｉ ｂ ｂ ｓ 反应 器单元进 行模拟 ， 它作
裂解 过程利用 Ｄ ｃ ｏ ｍ ｐ模块 模 拟 ， 该 模块作 为一个
仅计算 收率 的简单反应器 ， 其主要 功能是将 粉煤分解 成为单元素分子 （ Ｃ 、 Ｓ 、 Ｈ ２ － ， Ｎ 。 、 ０ ２ － ， Ｃ １ 。 ） 和 灰渣 ， 并 且 将
裂解 热导入 Ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ 模 块 。通过计算器 ， 在Ｄ ｃ ｏ ｍ ｐ 模
关 键词 粉煤气 化 ， Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ模拟 ， 氧煤比， 蒸 汽煤 比
文 章编 号 ： １ ０ ０ ５ — ９ ５ ９ ８（ ２ ０ １ ３ ） 一 ０ ２ — ０ ０ １ ９ — ０ ４ 中图分 类号 ： Ｔ Ｏ ５ ４ 文献标 识码 ： Ａ
学渗滤脱挥发 分模 型来预测煤热裂解 、燃烧气化 的产
引
言
物分布ｎ ］ 。（ ２ ） 气 化产物 与气化剂 、 固定碳间 以及 气化 产 物之间 的反应 。 该过程 中采用气化 达到化学平衡 时
的Ｇ ｉ ｂ ｂ ｓ自由能最 小 化原 理 ， 对 化 学 反应 平 衡 和 相 平衡过程进 行严格计 算 ， 以得 到最终的气化组 成 。
１ ． １ 气 化 模 型 的 建 立
Ｅ — ｍ ａｉ ｌ ： ｃ ｕ ｉ ｊ ｉ ｅ ６ ４ ５ １ ０ ￣１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
２ ０一
煤 化 工
２ ０ １ ３年第 ２ 期
图１ Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 模 拟 工 艺 流 程 示 意 图
１ ． ２ 气化模 型的参数设置 用Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 软件 计算时 ， 一般将所涉 及 的组 分
煤气化的 Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 模 拟 流程 示 意见 图 １ ， 其 中包 括 ４ 个 单元 模块 ，分别 为收率 反应 器 、 Ｇ ｉ ｂ ｂ ｓ最 小 自由能反应器 （ 气化炉 ） 、 分离罐 以及 混合器 。进入 系统 的工 艺流股 中包 括物 料煤 、 输送 气 体氮气 、 气 化
行验 证 ， 发现 计算结 果与 实际生产 运行数 据基 本吻合 ， 有效 合成 气最 大相 对误差 不大 于 ３ ％ 。研究表 明 ， 氧煤比
和蒸 汽煤 比对气化 性能 的ห้องสมุดไป่ตู้响 较大 ， 随着 蒸汽 煤 比的增加 ， 有 效气成 分降低 ； 随着氧 煤 比的增加 ， 有效 气含量存 在最 大值 ， 同时冷煤 气效 率也存 在最佳值 。此 外 ， 气化 温度 随氧煤 比的增加 而增加 ， 随蒸 汽煤 比的增加而 降低 。
第 ２期 （ 总第 １ ６ ５期） ２ ０ １ ３年 ４月
煤 化 工
Ｃｏ ａ １ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
Ｎ ｏ ． ２ （ Ｔ ｏ ｔ ａ ｌ Ｎ ｏ ． １ ６ ５ ）
Ａｐ ｒ ．２ ０１ ３
粉 煤 气 化 工 艺 过 程 的模 拟 研 究
为一个 基 于 Ｇ ｉ ｂ ｂ ｓ自由能最小 化原理 的反应器 ， 在 同 时考虑热损失 的前提下 ，求得气化炉 的出口组成和温
度。
个 过程 。运用 软件建模 时 ， 需对 该变化 过程进 行适 当 的简化处 理 ，将煤气 化反应分解 成两个 独立 的过程 ：
（ １ ） 煤 的热裂解 与挥发物 的燃 烧气化 过程 。在 煤热解 阶段 ，煤 中的有机质 随温度 的提高发 生一系列 变化 ， 其 结果为煤 中 的挥发 分逸 出 ， 并 残存半 焦或焦 炭 。根 据 温度 不 同， 煤 的热解 过程 大致 分 为 ３ 个 阶段 ： 第一 阶段 ， 从 室温到 ３ ５ ０℃， 此 阶段 为干燥脱气 阶段 ， 煤 的