第8卷第5期神苯科技2010年10月VOL.8 NO.5Oct.2010Shell干煤粉氣化過(guò)程模擬研究單賢根1任相坤2步學(xué)朋2張翠清2(1.中國(guó)神華煤制油化工有限公司上海研究院，上海,201108;2.中國(guó)神華煤制油化工有限公司北京研究院,北京，10011)摘要:在分析Shell煤氣化反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上,建立數(shù)學(xué)模型,采用PRO II軟件對(duì)神華典型煤種進(jìn)行氣化過(guò)程模擬，模擬結(jié)果和實(shí)際操作結(jié)果吻合較好。同時(shí)本文考察了操作壓力、氣化溫度、氧煤比、蒸汽煤比、碳轉(zhuǎn)化率、煤粉輸送載氣對(duì)粉煤氣化性能的影響。結(jié)果表明:操作壓力對(duì)氣化反應(yīng)影響較小,而調(diào)節(jié)氣化溫度、氧煤比、蒸汽煤比以及輸送載氣成分可以調(diào)整出口合成體產(chǎn)品組成。關(guān)鍵詞:氣化粉煤氣化爐流程模擬中圖分類(lèi)號(hào): TQ54文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-8492( 2010 )05- -071-06 :煤氣化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤清潔轉(zhuǎn)化最關(guān)鍵的技術(shù)之應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上，結(jié)合其大量的物性數(shù)據(jù)、嚴(yán)格的熱以煤氣化為基礎(chǔ)的能源及化工系統(tǒng)已成為世界力學(xué)估算模型庫(kù)和豐富的過(guò)程單元模型庫(kù)，可用于范圍內(nèi)高效、清潔、經(jīng)濟(jì)地利用煤炭資源的熱點(diǎn)。煤多種類(lèi)型的工業(yè)過(guò)程流程的模擬。在提供了可靠的氣化是用氣化劑將煤中的可燃物最大限度地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)數(shù)據(jù)流程操作參數(shù)和準(zhǔn)確的設(shè)備模型的情況氣體產(chǎn)物的過(guò)程,同傳統(tǒng)的直接燃燒相比,煤氣化可下,PROII可用于工廠實(shí)際生產(chǎn)流程的模擬。當(dāng)PRO以提高煤的利用率,降低污染物的排放。II提供的通用過(guò)程單元模型不能滿(mǎn)足用戶(hù)需求時(shí),用模擬計(jì)算是更好地理解化工過(guò)程的有效途徑戶(hù)可 利用其提供的用戶(hù)擴(kuò)展接口將自定義的過(guò)程單之一。通過(guò)對(duì)煤氣化過(guò)程進(jìn)行模擬可以獲得對(duì)整元模型添加到系統(tǒng)中12-171。 本文將介紹使用PRO II個(gè)煤氣化過(guò)程的理論分析,尋找到最優(yōu)操作點(diǎn),以對(duì)Shell氣化過(guò)程的模擬情況。提高整個(gè)過(guò)程的熱效率,達(dá)到過(guò)程優(yōu)化的目的;也1 Shell 干煤粉氣流床氣化技術(shù)工藝流程可以進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和解釋說(shuō)明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及預(yù)測(cè)合成氣的組成和污染物的排放"。煤氣化的數(shù)學(xué)Shell干煤粉進(jìn)料氣化工藝過(guò)程主要包括以下步模擬最早始于上世紀(jì)70年代對(duì)氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的驟:原料煤經(jīng)過(guò)干燥和制粉處理,制成合格的煤粉;研究凹，如JohnsonB的加氫熱解動(dòng)力學(xué)模型,以及利用高壓氮?dú)饣蚨趸冀?jīng)噴嘴將煤粉輸送到氣化Wen等4提出的未反應(yīng)核收縮模型。為了更準(zhǔn)確的爐中 ，與氧氣和水蒸氣- -起在氣化爐中進(jìn)行反應(yīng)。在用數(shù)學(xué)模型對(duì)氣化及燃燒過(guò)程進(jìn)行模擬，需考慮氣化爐中，首先是煤中揮發(fā)分的析出和燃燒過(guò)程,然氣化過(guò)程三傳一反及動(dòng)力學(xué)行為。許多研究者對(duì).后進(jìn)入半焦反應(yīng)區(qū)，氣化爐中火焰中心溫度最高可此進(jìn)行了研究，建立了一維、二維及多維模型4。達(dá) 1500C~2000 C。由于氣化反應(yīng)溫度很高,煤氣中Watkmson!對(duì)氣化過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)化,提出平衡模型，不含焦油等高碳?xì)浠衔?。反?yīng)區(qū)的爐襯通過(guò)水冷通過(guò)質(zhì)量和能量平衡及反應(yīng)平衡方程式關(guān)聯(lián)，可以壁冷卻,同時(shí)產(chǎn)生高溫高壓或中壓蒸汽。從氣化爐排得到產(chǎn)品煤氣組成、產(chǎn)率和最佳適宜溫度。項(xiàng)友謙8出的液態(tài)渣在集渣器的水槽中冷卻，再用碎渣機(jī)破用能量最小理論建立了加壓氣化平衡模型，并用數(shù)碎后排出。粗煤氣在進(jìn)人氣化爐上部的煤氣冷卻器學(xué)方法對(duì)偏微分方程求解，模擬顯示平衡模型對(duì)氣前,采用除塵后的冷煤氣進(jìn)行激冷,使熱煤氣中夾帶流床模擬的效果較好。為了能夠描述氣化劑在氣化的熔融態(tài)灰渣凝固，以免它們沾結(jié)在煤氣冷卻器的爐中的混合狀況，于遵宏和王輔臣等9-10開(kāi)發(fā)了短路管壁上。經(jīng)過(guò)激冷后的煤氣進(jìn)入煤氣冷卻器冷卻,并混合模型,張建勝等川"開(kāi)發(fā)了小室模型,都成功應(yīng)用在其中產(chǎn)生高壓和中壓蒸汽。被冷卻后的煤氣進(jìn)人于煤氣化的模擬中。陶瓷過(guò)濾器除塵，除塵后的煤氣進(jìn)人文丘里洗滌器PRO I1是一種通用的化工過(guò)程模擬、優(yōu)化和設(shè)和濕洗塔進(jìn)行濕法除灰，經(jīng)過(guò)除灰的合成氣進(jìn)入下計(jì)軟件,在物料和熱量平衡相平衡，化學(xué)平衡及反游的變換 工序進(jìn)行合成氣變換。●72●單賢根等:Shell干煤粉氣化過(guò)程模擬研究第5期2煤氣化過(guò)程3模擬的方法從流體特征的角度來(lái)說(shuō),Shell煤氣化爐可分為3.1模擬原理特征各異的5個(gè)流動(dòng)區(qū)一射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊擴(kuò)模擬氣化過(guò)程一般有2種模型方法:化學(xué)動(dòng)力展流區(qū)、回流區(qū)和管流區(qū)。從反應(yīng)特征的角度來(lái)說(shuō)，學(xué)模型和反應(yīng)平衡模型。動(dòng)力學(xué)模型以氣化系統(tǒng)的Shell煤氣化爐可分為- -次反應(yīng)區(qū)、二次反應(yīng)區(qū)和- - 、反應(yīng)動(dòng) 力學(xué)為基礎(chǔ)，能真實(shí)地反映爐內(nèi)的氣化過(guò)程，二次反應(yīng)共存區(qū)四。在一次反應(yīng)區(qū)內(nèi),主要發(fā)生揮發(fā)并且對(duì)最終煤氣成分的預(yù)測(cè)更為準(zhǔn)確，但這種模型分的燃燒與碳的部分燃燒反應(yīng);在二次反應(yīng)區(qū)內(nèi),殘相對(duì)比較復(fù)雜。平衡模型以反應(yīng)熱力學(xué)為基礎(chǔ),不考留的碳繼續(xù)氣化，同時(shí)一次反應(yīng)區(qū)的產(chǎn)物進(jìn)行二次慮氣化爐的流動(dòng)傳熱、傳質(zhì)特性以及氣化反應(yīng)的過(guò)反應(yīng)。而實(shí)際氣流床氣化過(guò)程是煤炭在高溫下的多程,相對(duì)比較簡(jiǎn)單，對(duì)碳轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)接近平衡的相熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,反應(yīng)過(guò)程非常復(fù)雜,可能進(jìn)行的工況預(yù)測(cè)相對(duì)較好，而對(duì)于沒(méi)有達(dá)到化學(xué)平衡的工化學(xué)反應(yīng)很多,按照煤粉、氧氣及生成的合成氣按時(shí)況則相對(duì)預(yù)測(cè)較差四。平衡模型有化學(xué)計(jì)量和非化學(xué)間劃分概括來(lái)說(shuō)有以下幾種.29。計(jì)量?jī)煞N類(lèi)型,前者是通常所說(shuō)的平衡常數(shù),后者是(1)粉煤的干燥、裂解及揮發(fā)物的燃燒氣化。受質(zhì)量守恒和非負(fù)限制約束的Gibbs自由能最小化CmH。+ (m+n/4)02 =m CO2+(n/2)H2O (1)方法，從本質(zhì)上說(shuō),兩者是等價(jià)的2-21。Cm H.+ (m/2)02=m CO +(n/2)H2(2)在PRO II軟件中,理論上可以直接用-一個(gè)Gibbs2C0 +02 = 2CO2- 566.4 k.,J/mol(3)反應(yīng)器模擬整個(gè)氣化過(guò)程，但如果直接將煤物料進(jìn)2H2 +02 = 2H20 - 484.0 k:J/mol(4)Gibbs反應(yīng)器,則必須在反應(yīng)器中定義所有組分的元CH4 + 202 = 2H20 +CO2- 890.0 k.J/mol5)素基團(tuán)數(shù)以及煤的Cibbs生成能,提供這些數(shù)據(jù)比較(2)固體顆粒與氣化劑間的反應(yīng)在高溫條件麻煩而且比較困難。因此,在本文中,先將煤轉(zhuǎn)化為下，脫除揮發(fā)分的粉煤固體顆?；虬虢怪械墓潭ㄌ己性氐臍怏w組分,再由這些氣體組分進(jìn)Gibbs與氣化劑(O、水蒸氣)之間進(jìn)行氣化反應(yīng)，以及固定反應(yīng)器,基于Gibbs自由能最小化原理可以預(yù)測(cè)出最碳與水蒸氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。終氣化爐的出口氣體組成和溫度。因?yàn)榉磻?yīng)熱是狀C +02 =CO2- 406.0 k.J/mol(6)態(tài)量不是過(guò)程量,所以這樣處理不會(huì)影響最終結(jié)果。2C +O2= 2C0 - 246.0 k.J/mol3.2熱力學(xué)方程C +H20 =H2 +C0+119.0 k.J/mnol8)用PROII計(jì)算時(shí)，--般將所涉及的組分分為常C +2H20 = 2H2 +CO2+ 198.0 k.J/mnol9)規(guī)組分和非常規(guī)組分兩大類(lèi)。對(duì)于常規(guī)組分,包括常(3)生成的氣體與固體顆粒間的反應(yīng)高溫的規(guī)固體組分(即組成均勻,有確定分子量的固體),用半焦顆粒與反應(yīng)生成氣的反應(yīng)，以及在高溫條件下，SRKM方程計(jì)算物質(zhì)的相關(guān)熱力學(xué)性質(zhì)。SRKM方程煤中的硫與還原性氣體發(fā)生反應(yīng)。多用于氣體加工、煉油等工藝過(guò)程的計(jì)算。適用的體C +CO2 = 2C0+ 162.0 k:J/mol(10)系為非極性或弱極性的組分混合物，如烴類(lèi)及CO2、C+ 2H2 =CH4- 87.0 k.J/mol(11) .H2S、H2等輕氣體。該方程尤其適用于高溫、高壓條1/2S2 +H2=H2S- 114.5 k.J/mol(12)件。所以在本文中,采用SRKM方程來(lái)對(duì)被模擬體系1/2S2 +CO =COS - 209.0 k.J/mol(13)進(jìn)行熱力學(xué)描述。非常規(guī)固體組分是指不同種類(lèi)的(4)反應(yīng)生成的氣體彼此間反應(yīng)在高溫條件下，固體混合物, PRO II對(duì)這類(lèi)物質(zhì)作了簡(jiǎn)化處理,認(rèn)為反應(yīng)生成氣體的活性很強(qiáng),彼此之間存在可逆反應(yīng)。它不參與化學(xué)平衡和相平衡,只計(jì)算密度和焓。灰分C0 +H20 =H2 +C02- 42.0 k.J/mol(14)的生成焓設(shè)為0。焓計(jì)算的基準(zhǔn)為1.01325x 105 Pa,CO + 3H2 =CH4 +H20 - 206.0 k.J/mol(15)298.15 K下組分的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。CO2 + 4H2 =CH4 + 2H20- 165.1 k./mol(16)3.3 模型的建立2C0 + 2H2 =CHs +CO2- 247.0 k.J/mol(17) .通過(guò)對(duì)煤氣化過(guò)程分析，可以將其理想地分為H2S +C0 =C0S +H2- 10.8 k.J/mol(18)煤的裂解和煤的氣化2個(gè)過(guò)程。裂解過(guò)程利用Con-vert模塊模擬，它是一個(gè)僅計(jì)算收率的簡(jiǎn)單反應(yīng)器，第5期神華科技●73.其主要功能是將粉煤分解成單元素分子(C、S、H2、4.2.1氣化壓力 的影響N2、O2、Cl2)和灰渣( Ash),并將將反應(yīng)設(shè)為絕熱反應(yīng)。在氧煤比和蒸汽煤比保持定值的條件下，改變反應(yīng)模塊采用Gibbs反應(yīng)器單元進(jìn)行模擬,它是-一個(gè)氣化壓力。 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3?；贕ibbs自由能最小化原理的反應(yīng)器,在同時(shí)考慮表3氣化壓力對(duì)煤氣化反應(yīng)的影響熱損失的前提下求得氣化爐的出口組成(粗合成氣、氣化壓力氣化溫度煤氣摩爾百分比組成(干基)(%)Ash )和溫度。Sep和Scrub模塊分別模擬除灰和粗合/MPa/CC0CO2CH4成氣洗滌單元。1501.2 24.141 62.220 1.830 8.431 x 104煤氣化的模擬流程見(jiàn)圖1。模擬過(guò)程中Coal 、Ash1500.524.13762.2171.834 .定義為Solid組分，生成的粗合成氣包括CO、H、1500.0 24.130 62.215 1.837 7.641 x 10=1499.624.12062.2121.8421.359x 10-2CO2、CH4、N2.H2S、COS、HCI、HCN等氣體成分24.21。由表3中可以看出，對(duì)整個(gè)煤氣化反應(yīng)體系而CovertBumSenub + Syngas言,由于溫度比較高，氣化壓力對(duì)煤氣化反應(yīng)幾乎沒(méi)Soli有影響，隨著氣化壓力的升高，只是甲烷的生成量有圖1 Shel煤氣化模擬流程簡(jiǎn)圖微量提高。這和文獻(xiàn)凹的結(jié)論- -致。 對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程,一方面氣化壓力提高,相同容積的氣化爐處理煤4模擬結(jié)果分析與討論粉的能力增加，提高了產(chǎn)能;另一方面,氣化壓力也4.1模擬結(jié)果 與生產(chǎn)結(jié)果的比較需要和上下游工序的壓力進(jìn)行優(yōu)化匹配。神華典型煤種的工業(yè)分析和元素分析見(jiàn)表1,其4.2.2氣化溫度 的影響干基高位發(fā)熱量為29.4 MJ/kg,流動(dòng)溫度為1270C，為研究氣化溫度對(duì)氣化過(guò)程的影響，引人熱損可磨指數(shù)(HCI)為55。流程模擬結(jié)果與典型操作結(jié)失這一 - 參數(shù),用熱損失來(lái)表征氣化溫度的影響。模擬果比較見(jiàn)表2。氣化爐熱損失為0~ 2.0%。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。表1神華典型煤規(guī)格參數(shù)表4不同氣化溫 度下的氣化結(jié)果工業(yè)分析,ad%元素分析(daf),%MA，VFCCHNSCl0熱損失氣化溫度%H29 7 34.41 58.59 80.72 4.83 1.03 0.45 0.014 12.871795.423.9562.631.58139x 10-按照Shell工藝規(guī)定以及實(shí)際操作條件,磨煤干0.51721.823.9962.551.632.30x 10-3燥后的煤粉中水含量為2%,則煤粉中可燃部分的分1647.924.0362.451.70.51573.8 24.0762.341.767.14x 10-24.1262.211.841.36x 10-2表2模擬值與實(shí)際操作值比較出口溫度由表4可知:隨著熱損失增大，氣化溫度降低，項(xiàng)目2 HSHzC0 CO2CH:煤氣化反應(yīng)和CO2還原反應(yīng)減弱，導(dǎo)致CO和H2含模擬值11.67 0.13 24.12 62.21 1.84 1.36x102 1499.6量下降;隨著氣化溫度降低,變換反應(yīng)平衡點(diǎn)右移，生產(chǎn)值12.12 0.036 23.95 62.13 2.26 1x 1021500導(dǎo)致CO2和H2含量增加。綜合作用的結(jié)果是H2和計(jì)算結(jié)果表明,C0 CO2、CH4的模擬結(jié)果和實(shí)際CO2 含量增加,CO含量減少。模擬得到的合成氣組分操作值接近。但是由于在模擬的條件中,N2的加入量隨熱損失變化趨勢(shì)與張宗飛等啊的結(jié)果一致,但后者以及氣化過(guò)程的熱損失無(wú)法精確的給定，所以導(dǎo)致因?yàn)閷?duì)實(shí)際操作過(guò)程中合成氣中N2含量考慮偏低，模擬結(jié)果與實(shí)際操作值存在- -定的偏差。所以合成氣中有效氣成分模擬值結(jié)果偏大。4.2改變 操作條件對(duì)氣化產(chǎn)物組成的影響4.2.3氧煤比的 影響下面將通過(guò)模擬計(jì)算考察不同的操作條件，包氧煤比是煤氣化的核心操作條件，它直接影響括氣化爐操作壓力、氣化溫度、氧煤比、蒸汽氧比、了氣化爐溫度、碳轉(zhuǎn)化率、合成氣組成等指標(biāo),因此碳轉(zhuǎn)化率以及不同的煤粉輸送載氣對(duì)煤氣化性能有必要通過(guò)模擬計(jì)算,來(lái)優(yōu)化Shell粉煤氣化的氧煤的影響。比條件,氧煤比對(duì)煤氣化性能的影響可見(jiàn)圖2。●74●單賢根等:Shell干煤粉氣化過(guò)程模擬研究第5期1088600 t. (C048)50087。14000 t■H-●C0 -- C0+H1200 t0.00 0.05 0..15 0.200.72.76 0.80 0.84185燕汽煤比(kphg)氧煤比(kp/kg)圖4蒸汽煤比對(duì) C0+H2含量的影響圖2氧煤比對(duì)氣化溫 度和合成氣中(CO+H)含量的影響在較低的蒸汽煤比條件下,氣化溫度較高,抑制由圖2可見(jiàn)，氧煤質(zhì)量比增加,燃燒反應(yīng)加強(qiáng)，了水煤氣的變換反應(yīng)，此時(shí)CO保持較高的濃度,當(dāng)系統(tǒng)溫度升高。氧煤質(zhì)量比的增加意味著更多的CO蒸 汽煤比增加時(shí)，變換反應(yīng)加劇,H2量增加,CO減和H2燃燒生成CO2和H20，同時(shí)因溫度的升高使水少。如圖4所示，在蒸汽氧比為0時(shí),合成氣中H2含煤氣反應(yīng)平衡點(diǎn)左移,Co和H2O體積分?jǐn)?shù)增加,CO2量最低co含量最高,而總有效組分(CO+H2)最高，和H2體積分?jǐn)?shù)降低。對(duì)于Shell煤氣化裝置,隨著氧達(dá)到86.3%;隨著蒸汽煤比的增加.H2含量逐漸增煤比的增加,煤的氣化溫度逐步升高,合成氣中有效加,CO含量逐漸降低，而總有效組分( CO+H2)也在降組分(CO+H2)含量逐漸增加,但當(dāng)氧煤比超過(guò)0.79之低。在煤氣化過(guò)程中,蒸汽的加人另-一目的是為了調(diào)后,氣化爐內(nèi)由于氧氣的富裕導(dǎo)致燃燒反應(yīng)的比例增節(jié)氣化溫度,由圖3可以發(fā)現(xiàn),隨著蒸汽加入量的增加，即隨氧煤比增大而升溫速度加快,煤氣中有效氣加,氣化爐內(nèi)溫度隨之下降,因此通過(guò)向氣化爐加入體(C0+H2)量也開(kāi)始降低，導(dǎo)致冷煤氣效率降低。王同蒸汽可以延長(zhǎng)氣化爐內(nèi)耐火材料、銷(xiāo)釘和水冷壁的章叼指出:對(duì)于- -定的氣化爐,在水煤氣質(zhì)量比一-定使用壽命,但當(dāng)加入量過(guò)多時(shí)，氣化爐內(nèi)溫度過(guò)低、時(shí),氧煤質(zhì)量比過(guò)低,將使氣化爐溫度降低,碳轉(zhuǎn)化率不利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行,合成氣有效組成也將降低，降低;氧煤質(zhì)量比過(guò)高,將使煤氣品質(zhì)降低,這中間存同時(shí)氣化爐下渣也將變得困難,造成蒸汽的浪費(fèi)。因在一個(gè)最佳的氧煤質(zhì)量比。因此為了保證氣化爐所需此，對(duì)特定煤種有一-個(gè)最佳蒸汽煤比。反應(yīng)溫度、合成氣中有效氣的組成以及液態(tài)排渣的順4.2.5碳轉(zhuǎn) 化率的影響利,最佳的氧煤比為0.82 ~ 0.83之間。本文用以上計(jì)算得到的有代表性的氧煤比、蒸4.2.4蒸汽煤 比的影響汽氧比來(lái)研究碳轉(zhuǎn)化率對(duì)氣化指標(biāo)的影響，碳轉(zhuǎn)化如反應(yīng)(8).( 14)所示,通過(guò)向氣化爐內(nèi)加入蒸率的變化范圍為96% ~ 100%。計(jì)算結(jié)果如表5所示。汽可以控制調(diào)節(jié)氣化爐的爐溫以及合成氣的產(chǎn)品組表5不同碳轉(zhuǎn)化率下的合成氣溫度及組成成,蒸汽煤比對(duì)氣化性能的影響如圖3、圖4。碳轉(zhuǎn)化氣化溫度煤氣摩爾百分比組成(干基)(%)率%H2 COCO2)61594.3 23.82 62.152.76 3.52 x 10-6.51580.8 23.91 62.242.634.22x 10-*971567.323.99 62.342.505.07x 10-4097.51553.8 24.07 62.432.376.13x10*781540.3 24.14 62.532.257.44x 10*13808.51526.7 24.22 62.622.19.07x 10-991513.1 24.29 62.721.991.11x 10-132099.51499.6 24.36 62.82 1.861.37x 1020.00 0.05 0.100.15 0.201001486.124.42 62.931.731.7x 102蒸汽煤比(kghg)圖3蒸汽煤比對(duì)氣化溫度的影響由表5可知:隨著煤粉進(jìn)料碳轉(zhuǎn)化率的增加，合第5期神華科技.75.成氣出口氣化溫度隨之下降,CO和H2的含量有輕響較大。⑥載氣對(duì)合成氣的組成和溫度影響很大，如微增加,CO2含量下降,CH4含量增加。因此在進(jìn)行氣在煤粉輸送載氣中摻入CO2,將會(huì)導(dǎo)致出口合成氣中化爐設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證煤粉在氣化爐中有足夠長(zhǎng)的H2含量降低,C0含量增加。總的來(lái)說(shuō)，有效氣停留時(shí)間,增加碳的轉(zhuǎn)化率,從而實(shí)現(xiàn)煤氣化的優(yōu)化(H2+C0)含量有小幅上升,同時(shí)氣化爐出口溫度將會(huì)操作結(jié)果。出現(xiàn)一定程度的下降。因此對(duì)于不同的煤化工工藝應(yīng)4.2.6煤粉輸送載 氣的影響該綜合考慮載氣的選擇以及操作條件的優(yōu)化。煤氣化裝置的載氣需要由后續(xù)系統(tǒng)的要求來(lái)確(3)用PROII軟件模擬氣流床氣化反應(yīng)，能夠合理定,本文分別使用N2,CO,以及50%N2和50%CO2作預(yù)測(cè)煤氣中關(guān)鍵組分的濃度，但對(duì)CH4等微量組分的載氣時(shí)的模擬結(jié)果見(jiàn)表6。計(jì)算結(jié)果不理想，對(duì)氣化中產(chǎn)生的污染物(HS.COS、表6不同輸送載氣條件下的合成氣組成NOx )量的預(yù)測(cè)也依賴(lài)于煤熱裂解產(chǎn)物分布的關(guān)聯(lián)。項(xiàng)目煤氣摩爾百分比組成(干基)(%)出口溫度參考文獻(xiàn).N; HSH2CO COCH模擬值11.670.1324.1262.211.84 1.36x102 1499.61]林立. Aspen Plus軟件應(yīng)用于煤氣化的模擬[J].上海化L,2006,31(8):10- 13.模擬值0.370 0.141 20.21 70.6 8.67 8.29 x102 1378.9模擬值' 7.76 0.137 22.23 65.59 4.27 9.59x10- 1440.2[2] 步學(xué)朋,彭萬(wàn)旺,徐振剛，煤炭氣化氣流床氣化爐的數(shù)學(xué)模擬[J].煤炭轉(zhuǎn)化2000,21( 1):8-11.注:1.載氣全部為N2;2.載氣全部為Co2(包括管道、氣化爐吹掃[3 ] Johnson J L Kinetics of coal gasifcation[J] New York: John Willy &氣均采用C02);3.載氣為50%N2 .50%CO2。CO2進(jìn)入氣化爐溫度和N2Sons, 1979.1-100.致。其余條件和上面一致。[4] WenC Y,ChuangTZ Entrained-bed coal gsifcation modeling interim由.上述模擬結(jié)果得知,如果在運(yùn)行過(guò)程中,載氣report[J] USDepartmentofEnergy Report, FE- 2274 -T1,1979,1-41. .由N2切換為CO2,氣化爐溫將會(huì)出現(xiàn)一-定 程度的下[5] Ubhayakar s K, Stichler D B, Ganon R E. Modeling of entrained bed降,H2含量會(huì)有所降低,C0含量有所增加，同時(shí)有效[6] Govind R, Shah J. Modeling and Simulation of a entrained flow coal氣( H2+CO)的含量有小幅上升。這與文獻(xiàn)四中所報(bào)道gasifier.AIChE J, 1984, 130( 1);:79- -92.的結(jié)果相同。[7] WakmsonA P, LucasJ P, Lin C J. A predication of performance ofcommerial coal gasifcers. Fuel, 1991, 70(4):519. -527.5結(jié)論[8] 項(xiàng)友謙煤氣化過(guò) 程熱力學(xué)平衡組成的理論計(jì)算[J].煤氣與熱力, 1986(1):4-9.(1)本文以PROII為模擬工具，應(yīng)用Gibbs自由能[9] 王輔 臣.于遵宏.德士古渣油氣化系統(tǒng)數(shù)學(xué)模擬[J].華東化I學(xué)院學(xué)報(bào).1993,19(4);393- -399.最小化方法建立了煤氣化模型，并將計(jì)算結(jié)果與文[10]田榮林， 王輔臣.6.0 MPa謝爾氣化爐的數(shù)學(xué)模擬[J]大氮肥.獻(xiàn)值進(jìn)行了比較，結(jié)果表明模擬值和實(shí)際操作值較1994,4:263-267.為吻合。1] 張建勝.胡文斌，吳玉新，呂俊復(fù),岳光溪分級(jí)氣流床氣化爐模型研究[]化學(xué)工程.2007 ,35(3);14-18.(2)對(duì)不同操作條件的氣化性能進(jìn)行了研究,結(jié)果[12] 汪洋,代正華,于廣鎖，于遵宏.運(yùn)用Gibbs自由能最小化方法模表明:①壓力的提高也使氣化過(guò)程得到強(qiáng)化,有利于擬氣流床煤氣化爐[ ].煤炭轉(zhuǎn)化, 2004,27(4):27 - 33.甲烷的生成,但總體上來(lái)看,對(duì)最終煤氣組分影響較[13] SimSei Tchnology. PRO II中文用戶(hù)手冊(cè).北京中油奧特科技有小。②溫度是影響系統(tǒng)反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)鍵因素,溫度的限公司,2001.升高使氣化過(guò)程得到強(qiáng)化，同時(shí)隨著CO和H2體積分[14] Aspen Technology. Aspen Plus User Guide [M]. USA: AspenTechnology, 2000.數(shù)增加,CH4、CO2和HO體積分?jǐn)?shù)相應(yīng)減少。③通過(guò)[15] Aspen Technology. Aspen Plus Physical Property Methods and Models對(duì)氧煤比的分析，認(rèn)為對(duì)于給定的氣化爐和煤質(zhì),存[M]. USA: Aspen Technology , 2000.在最佳的氧煤質(zhì)量比,因此可通過(guò)流程模擬來(lái)獲得優(yōu)[16] Aspen Technology. Aspen Plus Getting Started Solids [M], USA:Aspen Technology, 2000.化的氧煤比操作范圍;④在氣化劑中加入適量的水蒸17] 徐越,吳一寧,危師讓基于ASPEN PLUS平臺(tái)的干煤粉加壓氣流氣不僅能夠增加煤氣中零排放氣體H2的體積分?jǐn)?shù)，床氣化性能模擬[N].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2003, 37(7):692-694控制爐溫不致過(guò)高,同時(shí)還能降低氧耗量(因H2O中[18] 王輔臣，龔欣,劉海峰，于廣鎖，周志杰，于遵宏Shell 粉煤氣化爐的分析與模擬大氮肥,2002 ,25(6):381 - 384.含有氧),但水蒸氣過(guò)多將導(dǎo)致?tīng)t溫降低，影響氣化效[19] 亢萬(wàn)忠粉煤氣化爐的模擬計(jì)算及其分析[J].石油化工設(shè)計(jì)，果。⑤考察了不同碳轉(zhuǎn)化率隨氣化結(jié)果的影響，結(jié)果2008.25(1):29-33.表明碳轉(zhuǎn)化率對(duì)合成氣組成影響較小，對(duì)氣化溫度影(下轉(zhuǎn)第93頁(yè))第5期神苯科技范圍內(nèi)波動(dòng)。特別是整流裝置上車(chē)運(yùn)用--段時(shí)間后,流裝置投人運(yùn)用后，應(yīng)定期檢測(cè)元件承受的正反向返段檢修時(shí)，無(wú)--例整流裝置的均流系數(shù)能夠達(dá)標(biāo)。電壓能力及其漏電流變化，建立完整的整流柜故障這說(shuō)明元件在應(yīng)用中特性是有變化的，而且部分元診斷記錄，從而避免或盡量降低半導(dǎo)體元件的在車(chē)件因不均流已過(guò)快老化。加裝了均流電抗器以后的故障,保證機(jī)車(chē)的可靠運(yùn)行。整流裝置在地面試驗(yàn)時(shí)無(wú)論電流從零到額定電流，相位角從0~π,溫度如何變化,所有橋臂的均流系參考文獻(xiàn).數(shù)都穩(wěn)定在0.95以上，大多數(shù)在0.99。[1] 劉友梅韶山4B型電力機(jī)車(chē)[M ].北京:中國(guó)鐵道出版社, 199.[2]張有松 ,朱龍駒.韶山4型電力機(jī)車(chē)[ M 1.北京:中國(guó)鐵道出版社,5總結(jié)1998.3]朱家欣通過(guò)加裝電抗器提高整流裝置均流系數(shù)的建議[]電力目前我段改造的SSqg型機(jī)車(chē)已經(jīng)運(yùn)行了半年機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛,2007(6).多，沒(méi)有出現(xiàn)任何元件燒損的現(xiàn)象,各橋臂電流負(fù)荷4] 黃俊半導(dǎo)體變流技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1982.均衡，均流系數(shù)穩(wěn)定在0.95以上。大橋拆除了多余的[5] TB/T2437- -93,機(jī)車(chē)半導(dǎo)體變流裝置技術(shù)條件[S]元件,剩余兩元件通過(guò)均流電抗器并聯(lián)工作可靠,無(wú)任何過(guò)熱現(xiàn)象。事實(shí)證明,該橋臂用兩并聯(lián)加均流電作者簡(jiǎn)介:劉華偉( 1976-),工程師，1998年畢業(yè)于西南交通抗器是完全滿(mǎn)足工作負(fù)荷要求的。需要注意的是,整大學(xué)電力牽引與傳動(dòng)控制專(zhuān)業(yè),現(xiàn)從事機(jī)車(chē)技術(shù)及職工教育管理工作。A new Method ofImproving the Reliability ofType SSgLocomotive RectifierLIU Huawei(Shenshuo Railuvay Branch Depot of Shenhua Industry Group of China, Shaanxi Shenmu, 719316, China)Abstract: The design' s defects are found by analyzing the current of every branch component in type SS4B electric locomotive rectifer. Anew method is proposed, which can improve the reliability of based on adding the reactor and removing the extra components.Key words: Type SSw locomotive; Rectifier; Adhesion limit curent; Improvement(收稿日期:2010-9-15責(zé)任編輯:馬小軍)(上接第75頁(yè))[20]秦云峰.如何用PR0 II模擬煤及煤氣化過(guò)程[ M ].2009.[25 ] Hong Yue W ang. Modeling and Simulation study on the gasification21]吳學(xué)成，王勤輝,駱仲泱,方夢(mèng)祥.岑可法氣化參數(shù)影響氣流床perfomance of an entrained-low pulverized gaifir[M].的模擬研究( I )一模 型建立及驗(yàn)證[N ].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)[26]張宗飛，湯連英，呂慶元，章衛(wèi)星,何正兆,畢東煌.基于Aspen版),2004,38( 10):1361 - 1366.Plus 的粉煤氣化模擬[J].化肥設(shè)計(jì).2008 , 46(3):14-19.2] Smih W R, Missen R W. Chemical reaction equilibrium analysis:[27]王同章煤炭氣化原理與設(shè)備[M ].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.theory and agorithms[ M]. New York: Wiley, 1982[28]岑濤， 陳二孩.關(guān)于Shell煤氣化裝置的投煤試車(chē)及載氣切換[23]代正華 龔欣，王輔臣，于刊鎖,譚可榮,于遵宏氣流床煤氣化的Gibbs[].化肥設(shè)計(jì)2009,47(3):33- 35.自由能最小化模擬[N]燃料化學(xué)學(xué)報(bào)2005,23(2):129-133.24] Aspen Technology. Getting started modeling processes with solids作者簡(jiǎn)介:單賢根( 1982- ),現(xiàn)供職于中國(guó)神華煤制油化工有[M]. USA: Aspen Technology.2000限公司上海研究院。Process Simulation of Shell Pulverized Coal GasificationSHAN Xiangen', REN Xiangkun, BU Xuepeng, ZHANG Cuiqing(1.China Shenhua Coal to Liquid and Chemical Shanghai Research Instiute, Shanghai 201 108 ,China; 2. China Shenhua Coal to Liquidand Chemical Bejing Research Institute, Bejing10001,China)Abstract: Based on the analysis of the process of Shell coal gasification, the process simulation model was build, and PRO II was adopted tosimulate the gasification process using typical Shenhua coal. Good agreement between the operations and simulations was observed. Inaddition, operating conditions like pressure, temperature, coal- oxygen ratio, steam-coal ration, coal convert rate, and transform gas weresimulated. From the simulation, the pressure has lttle influence on the coal gasification, but the composition of syngas can be manipulated bychanging temperature, coal-oxygen ratio, steam-coal ration, and transform gas.Keywords :Gasification; Pulverized coal; Gasifier; Process simulation(收稿日期:2010-9-24責(zé)任編輯:劉云仿)