收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

工业气流床水煤浆气化炉的建模、控制与优化研究

孔祥东  
【摘要】:本文以GE气流床水煤浆气化炉为研究对象,深入了解气化反应过程机理,围绕工业气化炉的建模、控制与优化等方面的问题与技术进行了研究。分别建立了工业气化炉的热力学模型和动力学模型,考察了煤质组成和操作条件等工艺参数的变化对气化性能的影响,并以此为基础建立气化炉的动态模型,研究了过程的动态特性和系统控制结构的控制性能,采用智能优化算法进行了气化炉的操作优化,为实现工业气流床气化过程的优化与控制提供了新的技术指导。主要内容总结如下: 1.建立了可预测碳转化率的三级气化炉平衡模型,采用热力学平衡假设,通过引入参与水煤气变换反应中H20的平衡分率来表征参与非均相气化反应的碳的数量,该方法克服了以往热力学模型需事先指定碳转化率的缺点,通过与实验数据和文献中的模型结果对比发现,该模型对气化过程关键指标具有较高的预测精度。研究了不同煤质组成对气化性能的影响,以煤中H/C、O/C摩尔比和灰分含量作为表征煤质的成分指标,通过模型计算发现,有效合成气产率随着氧元素相对摩尔量的增多而降低,随着氢元素相对摩尔量的增多而升高。随着灰分质量分数的增加,有效气产率降低,而比氧耗升高。作为气流床煤气化炉的原料,煤中的氧元素相对摩尔量越低,则气化炉气化性能越好,当原料煤中灰分质量分数发生变化时,应当调整气化操作参数使得气化过程能够高效稳定运行。 2.通过对气化炉内流体流动的简化处理,综合考虑煤焦的气固非均相反应动力学,提出了一种简化的气化炉一维综合模型,沿气化炉内物流流动方向将气化炉分为裂解燃烧反应区和气化反应区,采用智能优化算法对焦炭气化反应、水煤气变换反应和重整反应的动力学参数进行了优化校正,获得了符合工业装置和特定煤种特性的气化反应过程模型。针对上述模型不能表征气化炉内物料回流的影响,通过流程模拟软件,在上述一维模型的基础上,结合气化炉内的流场分布,开发了考虑炉内回流的基于反应器网络方法的分区模型,与一维模型相比,该模型可更加准确的描述炉内的温度场和组分分布。根据模型研究了包含水煤浆浓度和氧煤比在内的操作参数对气化温度和出口合成气组成、碳转化率、有效合成气收率和比氧耗的影响,结果表明对于给定的煤浆浓度,存在不同的氧煤比使得有效合成气收率最大或比氧耗最小,应根据实际需求和装置操作特性对氧煤比进行优化和调整,该模型为开发过程的动态模型和操作优化提供了良好的基础。 3.工业气流床气化炉操作变量存在着各种各样的和不同程度的波动、干扰以及操作条件的变化,同时气化过程具有停留时间短、反应速度快、各影响因素相互耦合、强非线性等特点,实际装置的运行是一个动态变化的过程。在稳态模型的基础上,建立了气流床气化过程的动态模型,并根据工业实际情况建立气化炉控制系统,研究了系统操作参数发生阶跃扰动时对过程动态特性的影响。根据工业气化炉现有的检测装置和控制现状,提出了一种新的控制系统,该控制系统以氧气流量作为负荷调节手段,气化温度由煤浆流量调节。通过阶跃扰动测试,结果表明该控制系统与原控制系统相比,在负荷出现变化时,气化温度和合成气收率的波动小,稳定时间短,提高了过程变负荷操作的安全性和经济性,为工业气化过程的稳定高效运行提供了理论基础。 4.提出了一种改进的自适应多目标差分进化算法(CSADE),将混沌操作算子引入到差分进化算法的局部搜索功能中,以增加该算法的局部搜索功能。同时,算法控制参数的自适应调整功能加速了算法的收敛速度。标准测试函数的仿真结果表明,与文献中的优化算法相比,新算法对最优可行边界解的搜索能力强,在提高算法收敛速度的同时保持了解的分布性。然后,从现场气化炉操作优化的需求出发,结合气化过程的工艺操作约束,将本文提出的优化算法应用于水煤浆气化炉的操作优化中。结果表明,通过操作优化,工业气化炉可实现在提高有效合成气收率的同时降低比氧耗,对装置优化运行有较好的指导意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 于遵宏,于建国,沈才大,王辅臣,龚欣, 孙建辉;德士古气化炉气化过程剖析(Ⅱ)─—冷态速度分布测试[J];大氮肥;1994年01期
2 于遵宏,张学刚,于建国,沈才大,龚欣,王辅臣,孙建辉;德士古气化炉气化过程剖析(Ⅳ)─—停留时间分布模型[J];大氮肥;1994年03期
3 宣爱国,陈林根;间歇法制合成氨原料气的分析[J];海军工程学院学报;1996年03期
4 王辅臣,吴韬,于建国,龚欣,于遵宏;射流携带床气化炉内宏观混合过程研究(Ⅲ)过程分析与模拟[J];化工学报;1997年03期
5 王兵,唐逾,陈德茂;气化炉用抗氧化耐冲刷热电偶研究[J];功能材料;2005年04期
6 彭启蒙;胡宇锋;刘智;;干法气化技术简介[J];科技信息(科学教研);2008年23期
7 焦凌云;;钠离子对重油部分氧化气化炉耐火材料的影响[J];化肥工业;1986年05期
8 ;鉴定简讯[J];粮油加工与食品机械;1987年05期
9 陈焕铭;在APM中实现气化炉联锁功能[J];大氮肥;1997年03期
10 邹继军;地下煤气的综合利用[J];山东煤炭科技;2003年01期
11 陈家仁,忻仕河;采用烟煤水煤气气化炉和烟煤型煤生产化工合成气[J];小氮肥;2004年05期
12 唐广军,张峰,狄成立;煤气化方法的选择[J];科技信息;2005年06期
13 李云峰,徐兴平;Shell气化炉烘炉方案改进[J];大氮肥;2005年04期
14 周占海;;气化剂分布率的改变对气化炉生产能力的影响[J];科技咨询导报;2007年23期
15 邵春林;;壳牌气化炉及合成气冷却器的设备构造[J];中氮肥;2008年02期
16 王宝立;;PKM气化炉结渣故障处理及优化操作[J];民营科技;2008年09期
17 浦镕修;;近年来液态排渣压力气化研究概况[J];城市煤气;1980年03期
18 郭可夫;;国内常压粉煤气化技术开发状况[J];煤化工;1986年02期
19 汪跃;;生物质气化炉微机测试系统[J];农业工程学报;1988年01期
20 李进;;气化炉工况恶化的症结探讨[J];化肥工业;1992年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李召召;孙钟华;代正华;;煤热值对气化炉模拟结果的影响[A];上海市化学化工学会2010年度学术年会论文集[C];2010年
2 ;秸秆气化炉能否大面积推广——从山西平定县秸秆气化炉推广“草草收兵”谈起[A];2009第三届中国民用炉具研讨会暨产品展示会、2009生物质成型燃料加工设备及技术交流会会刊[C];2009年
3 ;秸秆气化炉厂家的通用骗局[A];2009第三届中国民用炉具研讨会暨产品展示会、2009生物质成型燃料加工设备及技术交流会会刊[C];2009年
4 原晓华;马隆龙;吴创之;;隔板式内循环流化床气化炉的关键尺寸的设计和防止炉内结焦的运行措施[A];2004年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2004年
5 曹子栋;;煤加压气化与IGCC技术研究现状与进展[A];07’中国西安能源动力科技创新研讨会及展示会论文集[C];2007年
6 程祖山;;金陵石化水煤浆制氢工艺技术介绍[A];炼厂制氢、废氢回收与氢气管理学术交流会论文集[C];2008年
7 王连勇;蔡九菊;王爱华;田红;刘汉桥;;煤炭气化技术进展[A];2004全国能源与热工学术年会论文集(2)[C];2004年
8 陈建俊;;30万吨/年合成氨气化炉耐热Cr-Mo钢焊接材料的研制[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
9 ;铜梁:1600台生物质气化炉将进农家[A];2009第三届中国民用炉具研讨会暨产品展示会、2009生物质成型燃料加工设备及技术交流会会刊[C];2009年
10 ;首台新型气化炉投入生产[A];煤矿安全与地球物理学术研讨会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 金渭龙;化学热回收两段组合式气化炉的实验及数值模拟研究[D];华东理工大学;2014年
2 孔祥东;工业气流床水煤浆气化炉的建模、控制与优化研究[D];华东理工大学;2014年
3 于海龙;新型水煤浆气化喷嘴和气化炉的开发以及气化过程数值模拟[D];浙江大学;2004年
4 梁钦锋;扩散火焰形态及气化炉内熔渣沉积与传热规律研究[D];华东理工大学;2010年
5 张彦;煤气化甲醇联产电系统的工业示范研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2009年
6 范晓旭;循环流化床多联供系统试验研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2007年
7 唐志国;基于无焰氧化的干法煤粉气化特性研究[D];中国科学技术大学;2009年
8 徐祥;IGCC和联产的系统研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2007年
9 高宁博;高温过热水蒸气的制备及生物质高温气化重整制氢特性研究[D];大连理工大学;2009年
10 匡建平;黑液水煤浆催化气化机理以及气流床气化数值模拟研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王朋朋;激冷式气化炉强度分析方法、焊接工艺研究及存在问题分析[D];西北大学;2014年
2 刘璇;农村户用型秸秆气化炉推广研究[D];南京农业大学;2009年
3 崔占忠;IGCC电站工艺系统设计分析与热力学系统研究[D];天津大学;2010年
4 李斌;TEXACO水煤浆气化炉的建模及仿真研究[D];重庆大学;2002年
5 李文刚;IGCC气化炉仿真模型的建立及分析[D];华北电力大学(北京);2005年
6 孙仁山;生物质—煤双燃料气化炉设计及试验研究[D];东北林业大学;2003年
7 王艳玲;分级给氧气流床气化炉动态特性的仿真研究[D];太原理工大学;2011年
8 车丽娜;户用型上吸式生物质气化炉的结构优化设计[D];石河子大学;2009年
9 王多明;气化炉制造工艺研究[D];西北大学;2012年
10 陈振洪;Shell气化炉实时仿真模型研究[D];华北电力大学(河北);2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘薇滕建锋;我市大力推广秸秆气化炉[N];镇江日报;2008年
2 王景春宋四锋;永煤20万吨/年甲醇气化炉完成吊装[N];中国化工报;2008年
3 林菲 石建华 卢黎明;襄城农民用上“绿色燃气”[N];农民日报;2005年
4 林声;多功能秸秆气化炉研成[N];黑龙江经济报;2010年
5 程东仁;上锅“煤液化”装置气化炉“走”向市场[N];中国工业报;2005年
6 本报记者 徐涛;新型秸秆气化炉推广前景广阔[N];河南科技报;2005年
7 王雅楠;扬州推出新型秸秆气化炉[N];中国改革报;2008年
8 沈燕 宏祥;秸秆气化炉在扬投产[N];扬州日报;2008年
9 拥基娜姆;色达县秸秆气化炉项目全面实施[N];甘孜日报(汉文);2007年
10 石元清;家用节能环保气化炉研制成功[N];四川科技报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978