正文描述:《运用G自由能最小化方法模拟气流床煤气化炉》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷 第4期煤炭转化Vol.27No.42004年10月COALCONVERSIONOct.20043运用Gibbs自由能最小化方法模拟气流床煤气化炉1)2)3)4)汪 洋 代正华 于广锁 于遵宏 摘 要 基于AspenPlus工业系统流程模拟软件,运用Gibbs自由能最小化方法建立了气流床煤气化炉的模型.研究了气化炉的主要操作参数(即水煤浆浓度、氧煤比、碳转化率和气化温度)对气化结果的影响.对模拟结果进行了分析,发现模型基本正确,可应用于一些反应机理复杂的气化工艺的化学和热力学平衡计算.模拟结果表明,氧煤比和水煤浆浓
2、度是影响气化炉出口煤气组成的主要因素,气化炉温度随着氧煤比的增加而增加,也随着水煤浆浓度的增加而增加.结果还表明,氧煤比对气化结果的影响比水煤浆浓度的影响更为显著.关键词 气流床,气化炉,Gibbs自由能,AspenPlus中图分类号TQ545元模型库,可用于各类过程工业流程的模拟.在提供0 引 言可靠的热力学数据流程操作参数和准确的设备模型的情况下,AspenPlus可用于工厂实际生产流程的气流床气化炉的数学模型一般是平衡模型或考模拟.在AspenPlus提供的通用过程单元模型不能虑气化过程动力学的模型.平衡模型认为气化过
3、程满足用户需求时,用户可利用AspenPlus提供的用所有化学反应达到平衡,通过对气化过程质量及能户扩展接口将自定义的过程单元模型添加到系统量平衡方程求解得到反应平衡时的煤气组成及平衡中,在AspenPlus系统框架中使用.用户扩接口赋[1]温度.项友谦用能量最小原理,建立了加压气化平予AspenPlus极大的扩展能力,同时有助于保护用衡模型,并用4种方法对微分方程求解.户已有的开发成果.AspenPlus支持Fortran用户[2]Watkinson提出平衡模型,通过质量和能量平衡及模型、Excel用户模型、基于CAPE2
4、OPENCOM技反应平衡方程式关联,可以得到产品煤气组成、产率术的用户模型及由建模工具导入4种用户定义模型[3]和最佳适宜温度.Ruprecht等建立了平衡模型,并开发方式.本文基于AspenPlus化工流程模拟软用于评价实验数据分析.平衡模型可用于对出口组件,运用Gibbs自由能最小化方法建立并模拟了气成及温度进行简单预测,由于其假定的条件较理想,流床水煤浆气化系统的气化炉模型.采用Aspen如假定所有反应都达到平衡,在实际过程中是不可Plus10.2中的物性数据库和单元模块进行计算,并能的.因此其用途受到一定限制,对过程
5、控制及气化引入实际工业操作过程中的碳转化率数据和估算的[527]炉设计参考价值较少.为了更准确地用数学模型对热量损失用以修正模拟结果.气化及燃烧过程进行模拟,需要考虑气化过程三传1 气流床煤气化炉模型一反及动力学行为.许多研究者对此进行了研究,建[4]立了一维、二维及多维模型.王辅臣等在气流床煤运用Gibbs自由能最小化方法建立的气流床煤气化炉的数学模拟方面做了大量工作.气化炉模型见图1,其中包含3个单元模块、9个物AspenPlus是一种通用的化工过程模拟、优化流工艺流股和2个热流工艺流股.Decomp模块将和设计软件,在
6、物料和热量平衡、相平衡、化学平衡粉煤分解成单元素分子和灰分并将裂解热导入及反应动力学基础上,AspenPlus提供了大量的物Burn模块,Burn模块运用Gibbs自由能最小化方性数据、严格的热力学估算模型库和丰富的过程单法求得气化炉出口组成和温度,Separate模块将气3国家高技术研究发展计划项目(2003AA521020)和上海市启明星计划项目(03QF14013).1)硕士生;2)讲师;3)副教授;4)教授、博士生导师,华东理工大学洁净煤技术研究所,200237上海收稿日期:2004207215;修回日期:20042
7、082252 煤 炭 转 化 82004年[8]化产生的气相混合物洗涤冷却,得到粗合成气.粉煤气化系统的热损失,Mixture为气化产生的气Coal为进入系统的煤,Inburner为粉煤经过热相混合物,Water1为进入激冷室的激冷水,Water2裂解后的产物,Qtransfe为粉煤裂解热,Water为进为锁斗循环水,Rawgas为粗合成气,Liquid为排放入系统的水,Oxygen为进入系统的氧气,Qlost为黑水.图1 气流床煤气化炉模型示意图
8、Fig.1Diagramofentrained2flowbedcoalgasifiermodelSCPDecomp单元是一个仅计算收率的简单反应cbk=∑mjknj+∑∑mjknjl器,模块来自AspenPlus10.2中的Ryield反应模j=1j=S+1l=1k=1,⋯,E(421)块
显示全部收起