煤基乙炔-電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化.pdf

1、等離子體熱解煤制乙炔工藝為煤的直接轉(zhuǎn)化利用提供了一種有前景的、低碳、清潔、高效的轉(zhuǎn)化途徑，可以有效地解決現(xiàn)有電石法制乙炔的“三廢”污染等問題，對推動煤炭資源的清潔高效利用具有重要意義。然而，隨著等離子試驗裝置容量的不斷擴(kuò)大，其耗電量高、煤轉(zhuǎn)化率低、余熱多、煤渣（主要為焦炭半焦）和馳放氣難以處理等潛在的問題日益凸顯。
　　為解決等離子體熱解煤制乙炔工藝的這些不足，本文提出將乙炔生產(chǎn)化工過程與動力系統(tǒng)耦合構(gòu)建乙炔-電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的策略

2、。首先利用Aspen Plus軟件建立等離子氣化系統(tǒng)和乙炔凈化提純系統(tǒng)的流程模型。然后利用該模型對等離子氣化流程和乙炔凈化提純流程進(jìn)行(火用)平衡分析，并得出兩個流程的(火用)流圖。根據(jù)(火用)平衡計算結(jié)果得出：系統(tǒng)總輸入(火用)為74368.72 MJ·h-1，產(chǎn)品收益(火用)比重為19.03％，內(nèi)部(火用)總損失比重為9.47%，可回收利用的外部(火用)總損失比重為71.50%。外部(火用)損失中副產(chǎn)蒸汽的(火用)損失僅為3.48%

3、，而煤渣和馳放氣的總(火用)損失占輸入(火用)的68.02%，是造成系統(tǒng)能量損失的主要原因。(火用)分析為多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化和節(jié)能改造指明了正確方向。根據(jù)(火用)損失的特點對三種動力系統(tǒng)進(jìn)行比較分析，得出燃煤電廠動力系統(tǒng)最適合與乙炔化工生產(chǎn)過程整合構(gòu)建乙炔-電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
　　本文以某亞臨界燃煤機組為藍(lán)本分別建立了鍋爐燃燒系統(tǒng)、鍋爐換熱面系統(tǒng)、汽輪機與回?zé)嵯到y(tǒng)等動力系統(tǒng)的模擬流程。將等離子裝置的容量放大至78 MW后，根據(jù)“組

4、分對口、分級轉(zhuǎn)化”和“品位對口、梯級利用”多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成原則，將子系統(tǒng)耦合建立煤基乙炔-電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的模擬流程。實施聯(lián)產(chǎn)后，電廠發(fā)電量可增加112.13 MW，等離子裝置煤渣排放減少17.84 t·h-1，馳放氣的排放減少8.92 t·h-1，乙炔的當(dāng)量單位能耗減少22.43 kW·h·kg-1，系統(tǒng)熱效率提高9.87%。
　　以乙炔產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)對系統(tǒng)工藝關(guān)鍵操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并以電能產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的流程進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)系

5、統(tǒng)能源資源利用率的最大化。優(yōu)化模擬結(jié)果表明：等離子體最佳熱解氣氛為氫氣，煤粉的最佳水分含量應(yīng)小于5%，等離子體反應(yīng)器的最佳工作壓力為1atm，最佳溫度區(qū)間為2100~3500 K，吸收塔的最佳塔板數(shù)為24，甲烷作為煤粉載氣時對乙炔產(chǎn)率的促進(jìn)效果不明顯。得到最佳工藝操作參數(shù)后，對聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的流程進(jìn)行優(yōu)化，簡化聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)流程，提高能量利用效率。此優(yōu)化后，等離子反應(yīng)器的能耗降低約4.62 MW，汽輪機的回?zé)岢槠繙p少60.728 t·h-1，發(fā)電