基于Aspen Plus平台的污泥富氧气化模拟

以污泥为研究对象,利用Aspen Plus软件建立气化反应模型,对生物质高温氧气气化进行模拟计算。探讨了不同反应条件,包括空气当量比、气化压力以及污泥含水率对气化温度、气化产物、产气热值的影响。结果显示,污泥高温氧气气化得到的可燃气体主要成分为CO、H2、CO2和H2O,H2S含量很少,CH4含量基本为零;污泥含水率的增加,必须提高空气当量比才能确保气化温度在1 000℃以上;随着空气当量比的增加,CO和H2含量降低,产气的热值也降低;随气化压力的升高,H2S和CH4的含量增加,但CO和H2的含量却降低,产气的热值随压力的增加略有提高。     

稻壳与水蒸气分段热解气化流程模拟

生物质分段热解气化工艺通过提升反应温度提高碳转化率、降低焦油含量。该工艺过程中利用部分生物质热解气化产气在气化炉外部的燃烧器进行燃烧产生高温烟气,为热解、气化过程提供热量。该文选取稻壳为原料,利用Aspen Plus软件,模拟稻壳与水蒸气分段热解气化工艺过程,该过程考虑了热量回收与利用以及产气的部分循环利用,通过流程模拟,分析了气化温度、水蒸气通入量对产气各组分的产量、碳转化率、产气低位热值的影响。结果表明:利用总产气量的15.4%~20.5%用于燃烧可实现分段热解气化工艺的热量自给。随着气化温度的升高,产气中H2和CO含量增加,碳转化率升高,产气低位热值在气化温度为700℃时最低,随后逐渐升高;水蒸气的通入量增加会提高H2和CO2的产量,使碳转化率升高,产气低位热值降低;在气化温度为800~1 000℃内,w(H2O)/w(B)0.15(水蒸气与生物质质量比)时,CO的产量随水蒸气的通入量增加而减少,碳转化率接近100%。     

基于Aspen Plus的煤炭空气部分气化联合循环发电系统模拟

煤炭空气部分气化联合循环发电技术采用循环流化床反应器作为气化炉和燃烧炉,煤由给料装置送入气化炉中与空气发生反应,产生燃气然后送入燃气轮机中发电;反应剩余的半焦则送入循环流化床燃烧炉中燃烧发电。本文采用甘肃华亭煤为设计煤种,利用Aspen Plus软件对煤炭空气部分气化联合循环发电技术进行模拟研究,得出了空气煤比、碳转化率对气化温度、燃气组分、燃气热值、气化效率、发电效率等因素的影响。结果表明:随着空气煤比的增大,气化温度升高,燃气热值、发电效率及气化效率降低;随着碳转化率增大,燃气的热值提高,气化效率及发电效率均增加;系统发电效率随着碳转化率增加而增加,然而当碳转化率大于80%时,发电效率的增加幅度大幅减小,因此将碳转化率选为80%较为合适,此时的发电效率约为57%,这相较于现有的煤粉燃烧发电系统有极大的提高。     

用吉布斯自由能最小化方法模拟垃圾气化熔融工艺

基于吉布斯(Gibbs)自由能最小化方法建立了城市生活垃圾气化熔融技术工艺模型，模拟计算结果与已有文献的试验结果吻合良好。通过敏感性分析，获得了垃圾气化气体低位热值和熔融温度的相互关系，在此基础上，讨论了城市生活垃圾低位热值、垃圾含水率和气化炉过量空气系数对气化气体低位热值和气化温度的影响规律。结果表明：在无辅助热源情况下，进入熔融炉的气化气体低位热值必须高于3000kJ/m3，其燃烧绝热火焰温度方能达到1 350℃；气化气体低位热值随垃圾低位热值的增大和气化过量空气系数的减小而显著增高；气化温度随垃圾含水率的降低和过量空气系数的增大呈现线性升高趋势。模拟结果可为确定适合气化熔融技术的垃圾基本特性参数提供有益参考。     

稻壳与水蒸气分段热解气化流程模拟EI北大核心CSCD

生物质分段热解气化工艺通过提升反应温度提高碳转化率、降低焦油含量。该工艺过程中利用部分生物质热解气化产气在气化炉外部的燃烧器进行燃烧产生高温烟气,为热解、气化过程提供热量。该文选取稻壳为原料,利用Aspen Plus软件,模拟稻壳与水蒸气分段热解气化工艺过程,该过程考虑了热量回收与利用以及产气的部分循环利用,通过流程模拟,分析了气化温度、水蒸气通入量对产气各组分的产量、碳转化率、产气低位热值的影响。结果表明：利用总产气量的15.4%~20.5%用于燃烧可实现分段热解气化工艺的热量自给。随着气化温度的升高,产气中H2和CO含量增加,碳转化率升高,产气低位热值在气化温度为700℃时最低,随后逐渐升高;水蒸气的通入量增加会提高H2和CO2的产量,使碳转化率升高,产气低位热值降低;在气化温度为800~1000℃内,w（H2O）/w（B） 〉0.15（水蒸气与生物质质量比）时,CO的产量随水蒸气的通入量增加而减少,碳转化率接近100%。     

煤的空气、水蒸气部分气化特性研究

根据分级转化的思想,以空气与水蒸气的混合物作为气化介质,在小型流化床煤气化试验台上研究了汽煤比、空气煤量比(空煤比)和床层压降对气化过程的影响,并与空气气化的结果进行对比分析,得出了汽煤比和空煤比与床层温度、煤气成分、煤气热值、煤气产率、碳转化率等的关系,并获得了床层压降对煤气成分和煤气热值影响的数据.     

循环流化床煤气化试验研究

在常压循环流化床中试装置上进行了神华煤的气化试验，试验条件：加煤速率5．4～8．14kg／h、蒸汽煤比0．19～0．7kg／kg、空气煤比2．8—3．67kg/kg，分析了试验条件对煤气组成、热值、碳转化率和煤气效率的影响。在该试验阶段获得的煤气的最高热值为3．84MJ/Nm^3，最高碳转化率为73．6％。由于提升管的高度很小、气化温度较低以及旋风炉对细颗粒分离效率不高，导致损失于飞灰中碳较多。试验结果表明对神华煤而言，气化温度应低于930℃以避免结渣。     

流化床常压空气部分气化和半焦燃烧的试验研究

为进行煤的多联产方案研究,在1 MW循环流化床热电气多联产试验装置上,选取兖州煤、大同煤为试验煤种进行了部分空气气化和半焦燃烧试验。试验结果表明,空气部分气化方案得到的煤气热值较低,为3~5 MJ/m3,在气化炉中的碳转化率为40%~70%,剩余半焦被送入循环流化床反应器中燃烧,该系统的总体转化效率为90%左右。气化炉床层温度对气化炉碳转化率影响较大,随着温度升高其碳转化率明显提高,而燃烧炉燃烧效率呈下降趋势。石灰石的加入除了对焦油的裂解有一定的促进作用外,还具有脱除硫化氢作用,当[Ca]/[S]为3时,脱硫效率为90%。气化炉的给煤量、燃烧炉运行温度随气化炉鼓风温度提高而增加。     

气化剂预热温度对加压喷动流化床煤部分气化的影响

在0.1MW加压喷动流化床气化试验装置上成功验证了高温气化介质煤气化新概念,并对气化介质预热温度对煤部分气化特性的影响进行了研究.结果表明,气化介质温度从300℃提高到700℃后,煤气中N2浓度降低导致煤气热值增加幅度达23%,煤气中可燃组分H2和CO浓度分别从10.6%和10.5%上升到15.2%和12.2%,不可燃组分N2和CO2浓度从60.3%和15.3%降低到55.7%和13.5%,而甲烷含量基本不变;相应的冷煤气效率由48.7%增加到59.6%.气化介质预热温度的变化对碳转化率和干煤气产率影响不大.     

CO_2回收式加压流化床煤气化建模与数值计算

以新型CO2回收式煤气化系统为研究对象,建立了加压流化床煤气化动态数学模型,包括颗粒模型、气相模型、气泡模型和焓平衡模型,探讨了给煤速率、氧碳比以及水蒸气比等操作参数对碳转化率、产气量以及冷煤气效率的影响,由此确定了煤投入量的最佳操作范围。计算结果表明:在采用CO2回收循环系统下可获得70%以上的(CO+H2)合成气;CO2气氛下的气化能力比在空气气氛下减少了约2%;反应压力为1.5 MPa时,给煤速率的最佳操作范围为1.3~1.8 kg/(m2·s);氧碳摩尔比为0.5时冷煤气效率可达76%;气化温度与氧碳比基本呈线性关系,通过对氧碳比的控制可有效地调节气化温度;随着水蒸气比的增加,冷煤气效率会出现最大值,气体热值会逐渐增大;在气化温度为1073~1273 K时,CO2气氛下反应的操作范围比空气气氛下的范围大。     

生物质物料气化产气特性的研究

在自行设计的气化燃烧两段炉中对4种常见的生物质物料进行了十几种不同工况的气化试验。分别研究在不同温度、不同气化介质、不同流量下，由气化生成的合成气中各组分含量和热值的变化趋势及规律。结果表明：(1)随着温度的升高，CO和H2含量增高；(2)水蒸气的加入显著提高了H2的含量；(3)在试验条件下，给料量为5kg／h、富氧流量为4．5m^3／h时，气化效果较好。     

水分对城市生活垃圾热解气化特性影响的试验研究

利用自行设计的大物料量等温热重实验装置及气体产物在线分析装置,就气化反应温度段600～800℃的范围内,水分对城市生活垃圾热解气化特性影响进行了实验研究。通过对比有无水蒸气工况下的实验结果,分析了水蒸气对垃圾热解气化各反应段的影响,着重研究了产气量、产气成分及产气热值在不同温度下受水蒸气影响的变化规律。结果显示,水蒸气对垃圾热解气化失重过程的影响十分微弱,而对气态产物的重整和二次裂解的影响比较明显,温度越高影响越剧烈。尤其是800℃时,水蒸气的存在使得产气量大幅提高,可燃气成分如CO、CH4及H2的含量增大,产气热值增加。     

基于两段式水煤浆气化的气化参数对气化性能的影响

利用Thermoflex建立基于两段式水煤浆气化的气化岛流程模型,对影响两段式水煤浆气化性能的气化参数进行分析,研究二段给煤比对气化性能的影响。结果表明,随着二段给煤比的增加,合成气的有效气含量降低,而冷煤气效率先升后降。二段给煤比存在最佳值,综合考虑气化温度和冷煤气效率,最佳二段给煤比为0.1~0.15。     

基于两段式水煤浆气化的IGCC系统变工况特性

整体煤气化联合循环(integrated gasification combinedcycle,IGCC)机组在一定情况下处于非设计工况运行。为了研究IGCC系统变工况特性,采用ThermoFlex软件建立基于两段式水煤浆气化技术的200 MW级整体煤气化联合循环系统模型,主要考查燃气轮机负荷、整体空分系数Xas、大气温度、大气压力对系统性能的影响。研究结果表明,降低燃气轮机负荷或者提高大气温度系统效率均呈先升高而后降低的趋势。整体空分系数Xas增加,机组发电效率降低。大气压力对系统效率影响较小。上述条件下采用两段水煤浆气化技术,系统性能可以得到有效改善。研究结果可为采用两段式水煤浆气化技术的IGCC系统的设计、运行提供参考。     

整体煤气化联合循环发电系统中气化参数对气化单元性能的影响

整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)发电系统中气化岛包含气化单元和净化单元,气化单元由气化炉、废热锅炉和空分分离装置组成。合成气化学能和冷煤气效率直接影响着整个IGCC电站系统效率,是衡量合成气品质和气化炉性能的关键参数。采用Thermoflex软件对200 MW级IGCC气化单元进行模拟计算。着重研究水煤浆浓度、氧碳摩尔比、气化温度、气化压力对气化单元性能的影响。计算结果表明：在较低气化温度下增加水煤浆浓度有利于冷煤气效率和合成气化学能的增加。调节氧碳摩尔比对调节气化炉温度水平具有良好的灵敏性和有效性。另外,氧碳摩尔比还能够起到分配煤中化学能的作用,即调节煤中化学能在合成气化学能和物理显热之间的分配比例。采用低温、加压方式,有利于提高合成气化学能。     

气流床固态排渣实验研究

煤气化技术由于其高煤炭利用率和低污染排放,近年来得到快速发展。为扩大该技术对高灰熔点煤种的适应性,在0.5 kg/h规模的常压富氧气流床气化实验系统上,对我国高、低灰熔点煤在固态排渣温度范围内进行了煤粉富氧气化特性实验研究。研究结果表明：随着温度的升高,有效气浓度增大,碳转化率增大,冷煤气效率增大,灰渣熔融程度增强;随着氧碳比的升高,有效气浓度降低,碳转化率升高;随着停留时间的增大,有效气浓度、碳转化率和冷煤气效率都升高,灰熔融特性更加显著。不同煤种在相同条件下,灰熔融特性也不相同,低灰熔点褐煤在1300 ℃、停留时间为1.5 s时,灰熔融特性比高灰熔点烟煤明显。     

生物质与煤流化床共气化特性的试验研究

为了提高生物质的气化效率,掺杂煤作为惰性粒子,在流化床上进行了不同温度和生物质与煤不同质量比的气化试验,得出了各工况下气体产率及气化特性,分析了温度和质量比对二者的影响。结果表明:当气化温度在800～900℃之间时,温度提高,气化效率增加;当生物质与煤质量比为3∶1时,气化效率最佳。     

热解条件及煤种对煤焦气化活性的影响

该文对煤焦的常压CO2气化活性与热解制焦条件及煤种的关联耦合进行了分析研究。采用加压热重分析仪与常压热重分析仪联用对不同煤种在不同热解压力与热解终温制得煤焦的CO2气化活性进行对比分析,并提出最大比气化速率和平均气化速率用于表征煤焦的气化活性。最大比气化速率能准确表征煤焦的最大气化活性,其随热解压力的升高先减小后增大,而随热解终温的升高先增加后减小。小龙潭褐煤具有较高的最大气化活性,而神府烟煤和平寨无烟煤的最大气化活性较低。平均气化速率可很好地描述煤焦的气化过程和气化完全信息,两者结合可全面、有效地反映煤焦的气化特性,为气化炉的设计提供科学依据。     

生物质气化特性的实验研究

在小型固定气化炉和中型气化炉内对典型生物质进行气化实验,分别采用空气、氧气及水蒸气作为气化介质。实验分析了物料、气化温度、气化剂及气化剂流量等影响因素发生变化时对气化产气特性的影响。研究表明,物料含可燃质高时,产气品位也好;随着气化温度的升高,产气中可燃气含量增加;空气作气化剂时产气的热值低于氧气作气化剂时的产气热值;气化剂的流量发生变化时,气化产气成分也相应改变。     

催化剂对天然焦–蒸汽气化特性的影响

在小型流化床实验台上研究催化剂对天然焦–蒸汽气化特性的影响,考察了Ni、Fe、K、Ca基及其混合基催化剂对气化性能的影响。实验结果表明,添加催化剂能有效改善气化特性;单组分催化剂中,Ni基催化剂催化效果较好;复合型催化剂催化效果强于单组分催化剂。干混法添加天然焦质量4%的混合催化剂,其Fe基、Ni基、Cu基金属含量比分别为35%、55%、10%、与无催化剂相比,可将气化反应碳转化率从原来的34.6%提高到56.4%,提高1.63倍,产气量提高1.75倍,小时产气热值提高近2倍。