畢業(yè)設(shè)計（論文）基于aspen pluse的油頁巖CBF燃燒NOx生成模擬

1、第1章 緒 論1.1 課題的背景當今世界，人口、資源和環(huán)境是全人類共同關(guān)心的問題。能源是人類活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，經(jīng)濟的高速發(fā)展，人口的膨脹，人類對能源資源的需求日益增加，而目前人類長期依賴的傳統(tǒng)化石燃料煤、石油、天然氣等正在迅速減少。據(jù)世界能源委員會的評估，全球開采成本較低的化石燃料將在本世紀中期到末期耗盡1。石油，由于其不可再生，人類社會發(fā)展對石油又高度依賴，石油供應(yīng)關(guān)系國計民生，所以被人們稱為“黑色黃金”。美國能源部能源信息管理局預(yù)測全球石油需求將以每年1.9%的速度增長2。由于世界石油資源儲量有限，石油資源消費量龐大，而近幾年中東地區(qū)政治局勢的動蕩，石油供求關(guān)系緊張，不斷

2、地提醒著各國政府要積極開發(fā)其替代能源，以保證各國的能源安全。在構(gòu)建社會主義和諧社會的進程中，對急需增強綜合國力的中國來說，能源更是關(guān)系到經(jīng)濟發(fā)展和社會和諧的大事。2007年12月26日，國務(wù)院新聞辦發(fā)表的中國的能源狀況與政策白皮書指出，雖然中國能源總量比較豐富，但人均能源資源擁有量在世界上處于較低水平。其中，煤炭和水力資源人均擁有量相當于世界平均水平的50%，石油、天然氣資源人均擁有量僅為世界平均水平的十五分之一左右3。改革開放以來，我國經(jīng)濟連年穩(wěn)定增長，特別是近十年，我國gdp年增長率始終保持在8%左右，于此同時，我國已經(jīng)成為世界上石油消費增長最快的國家。相對于煤炭資源儲量，我國更是一個貧油

3、的國家，2007年我國石油資源對外依賴度已高達50%，已進入能源預(yù)警期4。石油短缺問題已逐漸成為制約經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸之一，嚴重威脅著我國能源戰(zhàn)略安全。油頁巖屬于固體化石燃料。在全世界化石燃料中, 其儲量折成發(fā)熱量僅次于煤炭而居第二位, 折成頁巖油4 750 億t , 為石油可采儲量的514 倍。我國油頁巖遠景儲量約2 萬億t , 折頁巖油800 億t , 為石油可采儲量的30 倍以上, 僅次于美國、巴西、愛沙尼亞, 居世界第四位; 1989 年探明儲量315167 億t , 其中吉林省17413 億t , 廣東省54 億t , 遼寧省36 億t , 海南省2415 億t ; 據(jù)悉, 目前探明儲量

4、超過6 000 億t 。油頁巖具有煤炭的物化特性, 可直接燃燒, 發(fā)電、供熱均可; 又含有石油的組分, 可干餾煉制頁巖油人造石油。但是, 由于它發(fā)熱值低、含油率低、灰分高, 屬高灰分低發(fā)熱值劣質(zhì)燃料類似于煤矸石, 開發(fā)利用成本高, 在石油和煤炭價格低廉時經(jīng)濟上無競爭力。因此, 在過去半個多世紀中一直沒能大規(guī)模開發(fā)利用, 只有少數(shù)國家用于煉油、發(fā)電, 并探索綜合利用、提高經(jīng)濟效益之路,中國就是其中之一。從長遠的觀點分析, 由于世界經(jīng)濟的高速發(fā)展, 石油和煤炭消耗量相應(yīng)增長, 而資源量是有限的, 人類必須尋求替代能源, 油頁巖就是最現(xiàn)實的替代者, 開發(fā)利用油頁巖是必然的。另一方面, 近幾年來國際上

5、石油價格猛漲、居高不下, 同時帶動煤炭價格相應(yīng)上揚, 使油頁巖煉油和發(fā)電成本相對降低、經(jīng)濟效益顯著提高。實踐證明傳統(tǒng)油頁巖能源利用方式由于存在著嚴重的技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境問題而不能發(fā)展35 。其有效的利用必須尋求新的途經(jīng)。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的出現(xiàn)給油頁巖的利用和油頁巖燃燒發(fā)電技術(shù)注入了新的活力,并帶來光明的前景。循環(huán)流行化床鍋爐技術(shù)是近十幾年來迅速發(fā)展的一項高效低污染清潔燃燒枝術(shù)。國際上這項技術(shù)在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和廢棄物處理利用等領(lǐng)域已得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用，并向幾十萬千瓦級規(guī)模的大型循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展；國內(nèi)在這方面的研究、開發(fā)和應(yīng)用也逐漸興起，已有上百臺循環(huán)流化床鍋爐投入運行或正在制造之中。未來的

6、幾年將是循環(huán)流化床飛速發(fā)展的一個重要時期。油頁巖作為動力燃料主要用于發(fā)電、供熱，而這些都與燃燒有關(guān)，因此，了解油頁巖的燃燒特性是更好的開發(fā)與利用油頁巖資源的關(guān)鍵。換句話說，油頁巖在爐內(nèi)燃燒的好與壞，對油頁巖的綜合利用有一定的影響，循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計就顯的尤為重要。實現(xiàn)油頁巖燃料利用工業(yè)化，顯然對其進行循環(huán)流化床燃燒是有效途徑。為避免其對環(huán)境造成嚴重污染，破壞生態(tài)平衡，影響人類正常健康發(fā)展，因此對其cfb（circulating fluidized bed）燃燒污染物的生成進行研究十分必要。由于油頁巖成分復(fù)雜、實驗成本高等特點，給研究工作帶來不便，需要尋求新的研究途徑。 aspen plus作

7、為流程模擬軟件，近年來已在煤的燃燒、氣化和生物質(zhì)氣化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，同時也得到了許多有益的模擬結(jié)果，且其模擬結(jié)果與實際試驗結(jié)果對比較好相符，因此作者將其用于油頁巖cfb燃燒燃燒。aspen plus（advanced system for process engineering）在油頁巖cfb燃燒的成功應(yīng)用，將會給油頁巖清潔利用的研究帶來許多許多方便和適用參考數(shù)據(jù)，以便緩解當前的能源危機，保證我國以及世界的經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展。1.2 文獻綜述國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展世界上開發(fā)和利用油頁巖已有200多年的歷史，只是由于近兩個世紀戰(zhàn)爭頻繁，世界石油市場價格激蕩，影響了油頁巖的開發(fā)利用和技術(shù)研發(fā)10

8、。20世紀80年代后期，世界石油資源消費量激增，各國又開始重新著眼于各種可再生能源和其它替代能源的開發(fā)利用，油頁巖工業(yè)也隨之在中國、巴西等國再次興起。目前，愛沙尼亞、中國和巴西都在進行頁巖油的商業(yè)化生產(chǎn)，年產(chǎn)量將近100萬噸，到2015年，世界上頁巖油的年產(chǎn)量預(yù)計將達到350萬噸11。面對我國石油資源匱乏，油頁巖資源儲量較大的現(xiàn)狀，合理開發(fā)高品質(zhì)的油頁巖將會是對我國石油資源緊缺的有益補充。中共中央、國務(wù)院在關(guān)于實施東北地區(qū)等老工業(yè)基地振興戰(zhàn)略的若干意見中，非常明確地提出將“油頁巖綜合利用”列為優(yōu)先科技攻關(guān)主題。國土資源部將油頁巖列為重點礦種，加強勘察，明確要求加強油頁巖綜合利用技術(shù)的研究與應(yīng)用

9、12。油頁巖作為一種重要的能源資源，目前世界上利用油頁巖主要有兩大途徑：一是在隔絕空氣的情況下，將油頁巖加熱到450600以提取頁巖油，頁巖油可以直接用作航海燃料油，也可進一步深加工提取汽油、柴油、瀝青以及其他化工原料；二是作為燃料直接送入鍋爐燃燒，用于發(fā)電或供熱13。按照干餾工藝的不同，油頁巖低溫干餾技術(shù)可以分為地上干餾技術(shù)和地下干餾技術(shù)。地下干餾技術(shù)又稱為原地干餾，但是該工藝過程控制困難，目前仍處于研發(fā)階段，還未實現(xiàn)工業(yè)化14。地上干餾技術(shù)是指將油頁巖開采出來以后，經(jīng)破碎機破碎后，送入干餾爐加熱，提取頁巖油15。從油頁巖中提煉的頁巖油可以直接作為液體燃料使用，但是頁巖油比天然石油含有更多的

10、不飽和烴及氧、氮、硫等非烴化合物，會導(dǎo)致油品安定性變差、顏色變黑。因此，要獲得較高品質(zhì)的頁巖油，還需要對頁巖油進行深加工，將不飽和組分進行加氫飽和，并除掉頁巖油中的非烴化合物。俄羅斯彼得堡地區(qū)的油頁巖煉油廠年加工油頁巖150萬噸，生產(chǎn)頁巖油20萬噸，所生產(chǎn)的頁巖油主要用于生產(chǎn)高附加值的化工產(chǎn)品。巴西petrosix公司擁有兩臺油頁巖大型工業(yè)化裝置，每臺日處理油頁巖約1萬噸，并從中提取硫和放射性鈾16。2002 年11 月在愛沙尼亞首都塔林召開的“全球油頁巖的利用與展望”國際會議上, 13 個國家230 位專家一致認為“油頁巖的開發(fā)利用潛力巨大”。美國是全球油頁巖儲量最大的國家, 政府認為“油頁

11、巖是潛力驚人的能源”, 已制定了開發(fā)戰(zhàn)略, 并在科羅拉多州西部高原峽谷中建設(shè)了尖端實驗基地, 由殼牌石油公司開展研發(fā)工作。愛沙尼亞、澳大利亞、德國、以色列等國也制定了相應(yīng)的研發(fā)計劃。我國在中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要(20062020 年) 中明確地將“礦產(chǎn)資源高效開發(fā)利用, 發(fā)展低品位與復(fù)雜難處理資源高效利用技術(shù)、礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)”列入重點攻關(guān)領(lǐng)域和優(yōu)先發(fā)展主題。中共中央、國務(wù)院在關(guān)于實施東北地區(qū)等老工業(yè)基地振興戰(zhàn)略的若干意見中, 將“支持油頁巖、煤矸石的綜合利用”列入重大攻關(guān)主題。目前, 國家已加大了油頁巖資源勘察力度; 各省、市、自治區(qū)凡有油頁巖資源的地方, 都在啟動或擬啟動油頁巖煉油或

12、發(fā)電工程項目, 形勢空前火熱。但是, 現(xiàn)有的開發(fā)利用方式, 都受傳統(tǒng)行業(yè)經(jīng)濟的約束, 只重視提高煉油效率或者只重視提高發(fā)電效率, 而輕視甚至忽視綜合利用和循環(huán)經(jīng)濟效率。這不僅造成油頁巖能源、資源上的嚴重浪費和環(huán)境上的嚴重污染, 更主要的是阻礙了油頁巖工業(yè)的發(fā)展。_為了解決這一問題, 推動油頁巖工業(yè)的發(fā)展,我們深入分析了油頁巖的物化特性和現(xiàn)有干餾煉油廠、發(fā)電廠存在的問題, 通過幾年的科技攻關(guān), 研發(fā)出新型油頁巖循環(huán)流化床鍋爐。此種鍋爐可利用干餾煉油廠廢棄的碎屑油頁巖、半焦(渣) 和剩余瓦斯混合燃燒發(fā)電, 而鍋爐的灰渣具有含碳量低、活性好的特點, 可全部送入建材廠制做水泥、砌塊、磚和陶粒等建材。如

13、此, 油頁巖礦、干餾煉油廠、循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電廠和建材廠共同組成一個鏈帶式聯(lián)合企業(yè), 使油頁巖作為能源轉(zhuǎn)化為頁巖油和電力, 又作為資源轉(zhuǎn)化為建材, 實現(xiàn)了無固體廢物排放的綜合利用; 此即為油頁巖綜合利用集成技術(shù)和循環(huán)經(jīng)濟模式, 其經(jīng)濟效益比單純煉油或單純發(fā)電倍增, 而環(huán)境和社會效益更好。本集成技術(shù), 不是原來油頁巖礦、干餾煉油廠、循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電廠和建材廠四個行業(yè)技術(shù)的機械式串聯(lián)組合, 而是互應(yīng)、有機結(jié)合為一個產(chǎn)業(yè)鏈; 在這個產(chǎn)業(yè)鏈中不追求某一環(huán)節(jié)的最優(yōu)化, 而是追求全局效益的最大化、環(huán)境和社會效益的最優(yōu)化。因此, 它的推廣應(yīng)用, 可使中國油頁巖工業(yè)即使在石油價格大幅度回落時也具有強大的生命

14、力。油頁巖是一種高灰分、高揮發(fā)份、低熱值燃料，不適宜通常的燃燒方式而將其作為循環(huán)流化床鍋爐燃料是適宜的。循環(huán)流化床鍋爐是近年來在全世界發(fā)展起來的新興清潔能源技術(shù)，其自身可實現(xiàn)高效、低污染的燃燒，內(nèi)部的燃料及脫硫劑經(jīng)過多次循環(huán)、低溫燃燒和脫硫反應(yīng)流化床內(nèi)部的流動、內(nèi)部過程極其復(fù)雜，尚不被人們完全了解。國內(nèi)外學(xué)者都對循環(huán)流化床的燃燒進行了研究。國外的研究主要有德國濟根大學(xué)、加拿大新斯科舍工業(yè)大學(xué)、國際能源署(iea、法國電力公司等。簡單介紹幾個典型的cfb鍋爐燃燒過程數(shù)學(xué)模型。1.德國濟根大學(xué)，1980年動力工程研究所建立了一個鼓泡流化床鍋爐的數(shù)學(xué)模型，之后該模型的求解是應(yīng)用開發(fā)的牛頓一拉普森數(shù)值

15、解法。wei b在此基礎(chǔ)上建立了動態(tài)數(shù)學(xué)模型。此類模型還包括增壓循環(huán)流化床靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和循環(huán)流化床直流鍋爐的動態(tài)數(shù)學(xué)模型等。2.加拿大新斯科舍工業(yè)大學(xué)，p.basu教授建立了一個適用于250mw的循環(huán)流化床鍋爐模型，該模型研究經(jīng)歷了兩個階段，第一階段是簡單模型沒有考慮nox反應(yīng)的，第二階段則考慮nox的生成與分解反應(yīng)。3.國際能源署(工ea ) , iea組織了約巧個國家的研究人員組成一個數(shù)學(xué)模型研究組，通過成員的相互交流，使總體數(shù)學(xué)模型融合了彼此的研究成果，并基于此數(shù)學(xué)模擬編制了軟件，在計算機上來預(yù)測和診斷流化床鍋爐的運行。鼓泡流化床鍋爐的模型(iea-cfb)也由該小組建立，并且在此基礎(chǔ)上

16、建立了循環(huán)流化床鍋爐綜合數(shù)學(xué)模型。4.法國電力公司(edf ) , edf成立了研究小組，來開發(fā)一維、二維及三維cfb數(shù)學(xué)模型，對電站循環(huán)流化床鍋爐的運行起到了預(yù)測和分析的作用，對設(shè)計的放大也起了一定的作用，典型實例為一維兩相模型(idtwo-phase) o在國外對循環(huán)流化床鍋爐進行研究和開發(fā)的同時，國內(nèi)也開始了此項工作，幾大高校提出了循環(huán)流化床燃燒模型，分別是清華大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的循環(huán)流化床鍋爐燃燒模型。李政等人在德國濟根大學(xué)的cfb模型思想的基礎(chǔ)上考慮寬篩分給煤特性提出了清華大學(xué)的通用靜態(tài)數(shù)學(xué)模型，此模型燃燒系統(tǒng)內(nèi)的守恒方程是以小室模型為基礎(chǔ)的。該模型中不但細致考慮了流動、

17、煤揮發(fā)分的釋放與燃燒、焦炭燃燒，而且還考慮污染物生成及還原等問題。此模型對沒有考慮寬篩分給煤的德國濟根大學(xué)的不足進行了彌補，采用環(huán)一核邊壁流動模型，反應(yīng)的情況與實際符合較好12 浙江大學(xué)熱能工程研究所與1993年提出了一種綜合數(shù)學(xué)模型隨后又進行鍋爐啟動過程數(shù)學(xué)模型的研究。此模型采用顆粒群軌道模型，考慮了各尺寸組顆粒在拉格朗口坐標系中的流動、燃燒及能量變化的過程，氣相場和顆粒團之的相互作用也得到了考慮。該模型具有普適性和可替換性的特點，但準確性不是很好，尚待提高。 哈工大熱能工程教研室于七五期間開發(fā)了適于燃用煤研石的循環(huán)流化床燃燒模型。該模型考慮到懸浮段具體情況，獨特的模型的建立是基于運動方程和

18、能量方程的，顆粒的溫度得到了更為細致的處理，彌補上述幾種模型在此方面的不足。前蘇聯(lián)是嘗試直接利用油頁巖燃燒發(fā)電最早國家之一，從上世紀30年代開始，前蘇聯(lián)就在層燃爐上試燒油頁巖。前蘇聯(lián)首次開發(fā)油頁巖流化床鍋爐，是在愛沙尼亞的阿赫特穆中央熱電站進行的，并于1981年第一臺燃用油頁巖的流化床正式投運。1988-1989年，美國、加拿大和匈牙利先后進行油頁巖一煤混燒試驗，結(jié)果表明，可以明顯減少燃煤對環(huán)境的影響。1987年在美國西部，電力研究所資助一項含硫中等的西部煤與當?shù)孛夯鞜椖俊?988年，在加拿大新布魯斯克查塔姆的循環(huán)流化床示范廠進行了高硫煤和含酸鈣的油頁巖的燃燒實驗。1989年，匈牙利利用油頁

19、巖一煤的燃燒研究表明，新第三紀藻類油頁巖是有效的脫硫劑，1990年進行了工廠規(guī)模的實驗。以色列于1993年建成55t/h循環(huán)流化床示范電站。2003-2004年，愛莎尼亞新建了2臺215mw的油頁巖循環(huán)流化床鍋爐，這標志著燃燒發(fā)電已開始向大型化發(fā)展。70年代初期, 東北電力學(xué)院的流化床燃燒技術(shù)研究在富震宗教授的領(lǐng)導(dǎo)下, 為解決白山、紅石兩個水電站建設(shè)的燃料供應(yīng)問題, 開始研究樺甸油頁巖的流化床燃燒特性, 此后樺甸油頁巖的流化床燃燒進入工業(yè)應(yīng)用階段。并于于1992 年開始承擔原能源部電力工業(yè)重點科技項目,會同東方鍋爐廠和國家電力公司西安熱工研究院共同開發(fā)出65 t/ h 低倍率循環(huán)床油頁巖電廠鍋

20、爐。3 臺用于吉林省樺甸油頁巖示范熱電廠,其中1 號鍋爐于1996 年8 月一次點火成功,現(xiàn)已運行三年多,鍋爐運行穩(wěn)定、效率高、負荷調(diào)節(jié)特性好,受熱面系統(tǒng)無明顯磨損,是目前世界上投入商業(yè)運行的最大容量燃用油頁巖的循環(huán)流化床鍋爐。長期商業(yè)運行實踐表明,該鍋爐總體性能居國際先進水平。aspen plus是一個生產(chǎn)裝置設(shè)計、穩(wěn)態(tài)模擬和優(yōu)化的大型通用流程模擬系統(tǒng)。aspen plus是大型通用流程模擬系統(tǒng)，源于美國能源部七十年代后期在麻省理工學(xué)院（mit）組織的會戰(zhàn)，開發(fā)新型第三代流程模擬軟件。該項目稱為“過程工程的先進系統(tǒng)”（advanced system for process engineeri

21、ng，簡稱aspen）,并于1981年底完成。1982年為了將其商品化，成立了aspentech公司，并稱之為aspen plus。該軟件經(jīng)過20多年來不斷地改進、擴充和提高，已先后推出了十多個版本，成為舉世公認的標準大型流程模擬軟件，應(yīng)用案例數(shù)以百萬計。它的一個重要的特點是可以處理固體和電解質(zhì)物流。例如固體的粉碎和分離、固體的粒度的分布.aspen plus也可以表示出煤和礦石物流。aspen plus使用面向問題的圖形化輸入，比較容易掌握。在進行流程模擬時，只要提供1)流程結(jié)構(gòu):2)單元操作和物流的聯(lián)系;3)單元操作的條件;4)由物性庫中所選擇的物性模型，流程的計算就會自動進行。 一個大的

22、流程可以用許多模塊來表示。每一個模塊表示了aspen plus系統(tǒng)中的一個模型子程序。一個單元操作可以用一個模塊或幾個模塊來表示。aspen plus穩(wěn)態(tài)模擬軟件的平臺己經(jīng)成為計算化工.、冶金行業(yè)強有力的軟件工具.。然而我國對aspen plus的應(yīng)用主要在化工設(shè)計方向，近年來已在煤的燃燒、氣化和生物質(zhì)氣化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)。陳漢平、趙向富、米鐵、代正華，在氣流床煤氣化工藝的基礎(chǔ)上，采用化工流程模擬軟件aspen plus 111中的物性數(shù)據(jù)庫和單元模塊對煤氣流床共氣化進行了模擬計算?？疾炝松镔|(zhì)與煤不同質(zhì)量配比下的氣化結(jié)果，分別與單獨生物質(zhì)氣化及煤氣化結(jié)果進行了比較，為工藝條件的確定提供理論

23、基礎(chǔ)。然而將其用于模擬生物質(zhì)燃燒的報道尚不多見. 鑒于aspenplus在生物質(zhì)能利用研究中的優(yōu)勢,本文采用其對生物質(zhì)燃燒過程進行模擬計算.綜上所述，目前循環(huán)流化床模型的發(fā)展，考慮了流體動力學(xué)模型、傳熱模型和燃燒模型(包括污染物排放模型)三個子模型。爐內(nèi)的實際情況是復(fù)雜的，數(shù)學(xué)模型已經(jīng)由開始簡化的一維或準二維模型，向三維發(fā)展。在已有的各種循環(huán)流化床模型基礎(chǔ)上，依賴流體計算軟件、編程、仿真等計算機強大的計算功能以及人們的不斷努力，循環(huán)流化床模型將會向多維發(fā)展，能夠更好的反應(yīng)實際循環(huán)流化床的流動、傳熱以及燃燒特性，進一步完善模型，使人們更加了解和掌握循環(huán)流化床鍋爐的內(nèi)部特性、設(shè)計以及良好的運行。1

24、.3 本課題主要研究內(nèi)容及方法本課題運用aspenpluse軟件平臺建立了油頁巖循環(huán)流化床鍋爐的燃燒模型，對燃燒中nox的生成進行了模擬計算并研究影響nox生成的影響規(guī)律。1對65t/h循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程進行研究，建立適用的aspen pluse燃燒模型；2將模擬結(jié)果與實際實驗得出結(jié)果對比，確定aspen pluse模擬循環(huán)流化床鍋爐燃燒的可行性。3對模型重新搭建，使模型更接近與實際燃燒情況。4對燃煤循環(huán)流化床燃燒分別進行不同溫度和不同過量空氣系數(shù)的燃燒模擬；5對油頁巖的燃燒進行不同溫度和不同過量空氣系數(shù)的燃燒模擬，以了解油頁巖循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)溫度和過量空氣系數(shù)對nox排放特性方面的影響。

25、6通過模擬結(jié)果分析，為油頁巖循環(huán)流化床的設(shè)計和實際運行提供一定的數(shù)據(jù)參考。 第2章循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程研究2. 3 結(jié)構(gòu)特點65t/ h 低倍率油頁巖循環(huán)床電廠鍋爐為單汽包自然循環(huán)、半塔式室內(nèi)布置、全鋼結(jié)構(gòu)爐架。爐膛四周由膜式水冷壁組成,爐膛下部為密相區(qū)、中間為稀相區(qū)、上部為對流煙道。過熱器和蒸發(fā)段布置在對流煙道內(nèi),整個爐膛為全懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐尾部在對流煙道內(nèi)布置有省煤器和管式空氣預(yù)熱器。爐膛與尾部煙道間布置有中溫(525 ) 旋風分離器及u 型返料器。粒徑為010 mm 的油頁巖從爐前4 個給煤點送入鍋爐,由鼓風機送入的燃燒所需要的空氣82 %經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱至240 后,其中的78 %作為

26、一次風經(jīng)爐膛底部布風裝置送入燃燒室,余下22 %作為上二次風從鍋爐側(cè)墻送入燃燒室。18 %的冷空氣直接送入風水共冷排渣控制冷卻器,對鍋爐底部排出的大顆?；以M行流化和冷卻,冷卻器出口風溫達260 ,作為底部二次風從燃燒室側(cè)墻送入燃燒室。鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的大顆?；以扇紵业撞颗懦?通過風水共冷排渣控制冷卻器降至約150 后排入除渣系統(tǒng)。燃燒室內(nèi)的溫度控制在850 左右。攜帶固體顆粒的高溫煙氣通過爐膛上部對流煙道進入分離器,被分離器收下來的固體顆粒經(jīng)返料立管和u 型返料器部分或全部送回燃燒室內(nèi)實現(xiàn)循環(huán)燃燒。返料器由單獨的高壓羅茨風機控制,通過改變回料的送風量來調(diào)節(jié)固體顆粒循環(huán)量。為方便負荷調(diào)節(jié)

27、,在鍋爐循環(huán)回路中還設(shè)有貯灰倉。離開旋風分離器的熱煙氣進入尾部對流煙道,經(jīng)省煤器及空氣預(yù)熱器冷卻后排出鍋爐。鍋爐總體結(jié)構(gòu)見圖1 圖1鍋爐總體結(jié)構(gòu)圖1- 一次風室2- 給煤機3- 燃燒室4 - 主蒸汽出口集箱5- 過熱器6 - 蒸發(fā)管束7- 分離器8- 省煤器9- 分離器灰倉10- 回料閥11- 二次風口12- 空預(yù)器 油頁巖顆粒呈片狀結(jié)構(gòu)油頁巖不同于其它固體燃料，特殊的物理結(jié)構(gòu)決定其破碎后呈片狀結(jié)構(gòu)且具有良好的自相似性。因此油頁巖投入流化床后，其片狀結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致迎風表面積劇烈變化。最大投影面積迎風時為穩(wěn)態(tài)流化；最小投影面積迎風時則顆粒失流而沉積，種現(xiàn)象在燃燒室邊壁外更為明顯。油頁巖的片狀結(jié)構(gòu)特

28、性，極易導(dǎo)致溝流，而形成局部死區(qū)。為保證在流化床中油頁巖獲得高的流化質(zhì)量、床中顆?；旌暇鶆颍鶕?jù)65t/h爐的運行經(jīng)驗確定流化床熱態(tài)運行風速為5-6m/s，同時布風板處配置較高的小孔氣流速度為50-60m/s。 揮發(fā)分含量高樺甸油頁巖的揮發(fā)分含量很高，空氣干燥基為41.89。根據(jù)對樺甸油頁巖的實驗研究，油頁巖循環(huán)流化床密相區(qū)燃燒份額約為0.5-0.6而通常燃燒褐煤的循環(huán)流化床密相區(qū)為0.7-0.8燃燒無煙煤循環(huán)床密相區(qū)燃燒份額在0.9以上，與它們相比，油頁巖將有很大比例的可燃物質(zhì)在稀相區(qū)燃燒和燃盡。為保證可燃氣體和極細顆粒一次燃盡，減小化學(xué)不完全燃燒熱損失應(yīng)采用較低稀相區(qū)流速。這樣可使可燃氣體

29、和固體物料在爐內(nèi)停留時間延長，使鍋爐獲得高燃燒效率。同時由于稀相區(qū)處燃燒份額高，大量熱量將會被帶出爐膛，這勢必使主循環(huán)回路吸熱量少，而尾部對流受熱面吸熱量多。如對于劣質(zhì)燃料約有60熱量需帶至尾部對流受熱面；對于優(yōu)質(zhì)燃料如煙煤，則只有40熱量帶至尾部對流受熱面。因此在燃燒油頁巖的循環(huán)流化床鍋爐總體設(shè)計中應(yīng)周密考慮對流受熱面的設(shè)計。3. 1著火特性在循環(huán)流化床鍋爐實驗臺冷態(tài)條件下, 啟動試驗。采用床下燃燒液化石油氣產(chǎn)生的高溫煙氣點火方式, 這樣在油頁巖點火升溫過程中容易控制 4 。加熱床料及整個爐膛, 床料最好選擇油頁巖循環(huán)流化床燃燒后的油頁巖灰渣, 并經(jīng)過處理而成3mm 以下的顆粒 5 。逐漸加

30、大液化石油氣供應(yīng)量和控制一次風量, 當?shù)撞看矊訙囟壬?50# 左右時, 適當加入實驗用的油頁巖, 從觀察孔觀察是否有火星從爐膛下部濺出, 如果沒有, 說明此時油頁巖顆粒沒有燃燒, 暫時停止加入油頁巖, 繼續(xù)升溫。繼續(xù)密切觀察是否可見火星從爐膛下部濺出, 如果有, 說明此時油頁巖已經(jīng)開始著火燃燒, 這時候再慢慢少量投入油頁巖, 床層溫度將開始逐漸升高。那么這時的溫度就是油頁巖的冷態(tài)著火溫度。當油頁巖著火燃燒后逐漸投入油頁巖, 當床層溫度上升到800度 左右時, 再逐漸減少液化石油氣投入量, 此時油頁巖可以順利著火, 并過渡到穩(wěn)定燃燒工況。根據(jù)油頁巖的點火時間及床層溫度的記錄, 可以繪制實驗油頁巖

31、的點火特性曲線圖, 根據(jù)點火特性曲線圖可以分析油頁巖著火溫度、床溫變化、燃氣切斷以及穩(wěn)定燃燒等過程的時間及溫度變化情著火溫度對于決定何時投油頁巖具有重要意義。投油頁巖過早, 加入的油頁巖不但不會燃燒, 而且還會降低床層內(nèi)物料溫度, 最重要的是油頁巖在床內(nèi)積累過多, 由于油頁巖的揮發(fā)分含量就高, 隨著溫度升高, 這樣一來會致使床層可燃揮發(fā)分析出量的增加, 當油頁巖達到著火溫度時, 床層溫度就會因大量揮發(fā)分的燃燒而迅速升高, 可能發(fā)生油頁巖的劇烈燃燒引起結(jié)焦甚至產(chǎn)生爆燃。如果投油頁巖過晚, 會增加點火時間和浪費點火燃料液化石油氣的消耗量, 進而難于判定油頁巖的點火溫度。因此, 根據(jù)油頁巖的點火特性

32、, 在實際設(shè)計大型油頁巖cfb鍋爐時, 要設(shè)計好床層附近的蓄熱及保溫措施。在實際鍋爐點火啟動運行過程中, 當床層溫度升高到著火溫度之前, 可以適當投入一部分油頁巖, 同時要密切注意爐膛著火情況以及爐內(nèi)床層溫度和尾部煙氣含氧量的變化。如果床層溫度升高異常, 則立即停止投入油頁巖, 當床層溫度升高到著火點時再投入油頁巖, 這樣可以防止點火過程中發(fā)生的爆燃及結(jié)焦等情況。另外, 在實際鍋爐點火升溫運行中將受到諸多因素的限制, 所以需要確定合理的升溫速度等措施。3. 2 穩(wěn)定燃燒特性實現(xiàn)油頁巖著火燃燒之后, 爐膛下部密相區(qū)因吸熱量多, 溫度將會在較短的時間內(nèi)升高到850度左右, 但是爐膛上部稀相區(qū)以及旋

33、風分離器的灰循環(huán)溫度升高速度較慢。cfb 鍋爐實驗臺開始是以鼓泡流化床方式運行, 隨著爐膛下部分床層以及密相區(qū)溫度的穩(wěn)定, 逐漸采取加大投入油頁巖量、加大一次風量、投入二次風和循環(huán)灰等措施, 逐漸使床料達到完全流化狀態(tài), 使cfb 鍋爐實驗臺運行方式從鼓泡床流化床運行方式逐漸過渡到循環(huán)流化床運行方式, 當整個爐膛溫度和循環(huán)灰回路的溫度分布均勻時, 鍋爐系統(tǒng)進入穩(wěn)定燃燒階段。此時需要測量爐膛各處溫度以及灰循環(huán)系統(tǒng)的溫度, 如果各處溫度分布均勻, 而且爐膛燃燒穩(wěn)定, 灰循環(huán)量穩(wěn)定, 溫度沒有異常變化, 說明油頁巖cfb 鍋爐試驗臺運行穩(wěn)定。通過各處溫度分布的均勻性, 可以判斷出油頁巖穩(wěn)定燃燒特性。

34、在設(shè)計油頁巖cfb 鍋爐時, 對于揮發(fā)分高的燃料, 應(yīng)該考慮揮發(fā)分的燃燒對燃燒份額的影響 4 ,所以應(yīng)該適當分配油頁巖cfb鍋爐密相區(qū)、稀相區(qū)等區(qū)域的燃燒份額, 實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。實際鍋爐運行時, 由于爐膛內(nèi)存在大量的惰性高溫床料, 如灰渣和脫硫劑等, 熱容量很大, 新加入的燃料如果按照重量計算只占床料的很少一部分, 因此, 新加入的燃料很快將被周圍的高溫床料加熱到著火燃燒, 而且對床溫不會造成大的沖擊。3 . 4 油頁巖的燃燼特性與循環(huán)倍率的確定油頁巖的流化床燃燒是快速升溫燃燒, 頁巖油母中不同鍵能的化學(xué)鍵在很短的時間內(nèi)快速斷裂,產(chǎn)生大量的揮發(fā)分, 從而在頁巖內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)壓力,致使裂解產(chǎn)物通

35、過頁巖內(nèi)部產(chǎn)生的縫隙, 以較大速度噴出。噴出的揮發(fā)分使氧氣不易達到粒子表面,致使點火燃燒在氣相中進行, 而后, 氧氣才能擴散到粒子內(nèi)部進行固定碳的燃燒。雖然油頁巖的固定碳含量較煤少得多,但由于其灰分含量高達55 % , 著火燃燒后形成很厚的灰殼。導(dǎo)致油頁巖焦炭的燃燒隨碳轉(zhuǎn)化率的深化, 其灰殼的擴散阻力逐漸增大而成為控制因素。研究表明, 對于固體燃料在燃燒過程中氣體通過其表面灰層的擴散傳質(zhì)而言, 并非灰層中所有的孔隙都是有效的,有效擴散孔隙率隨表面灰層厚度的增加而呈指數(shù)規(guī)律減少。其擴散系數(shù)及燃燒比速度隨燃燒過程中灰層的增厚而減少。此外, 在油頁巖的燃燒過程中,前段的揮發(fā)分燃燒階段的速度快而后段的

36、固定碳燃燒速率慢在試驗條件下, 燃燒轉(zhuǎn)化率達到90 % 所需時間為3 0s , 而燃掉余下10 % 則需100s，其燃燒后期反應(yīng)能力很差。因此,如不有效地組織燃燒很難燃燼使其大顆粒灰渣內(nèi)部存在黑心而不能燒透。多臺油頁巖流化床鍋爐運行中都暴露出這一問題因此對于油頁巖循環(huán)流化床燃燒除選擇合適的篩分范圍降低顆粒的平均粒度、減少灰層的傳質(zhì)阻力、選擇合適的燃燒溫度外, 設(shè)置物料循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)顆粒的循環(huán)燃燒對樺甸油頁巖是極其重要的。對于樺甸油頁巖, 由控制密相區(qū)的溫度為85 0 和具有高的燃燒效率等因素要求, 由試驗確定其循環(huán)倍率為6。3.5返料系統(tǒng)主循環(huán)回路是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵，其主要作用是將大量高溫固

37、體物料從氣流中分離出來，送回燃燒室，以維持燃燒室穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)，保證燃料和脫硫劑多次循環(huán)、反復(fù)燃燒和反應(yīng)，以提高燃燒效率和脫硫效率。主循環(huán)回路不僅直接影響整個循環(huán)流化床鍋爐的總體設(shè)計、系統(tǒng)布置，而且與運行性能有直接關(guān)系。隨鍋爐容量增大，回料量相應(yīng)增加，因此在分離器回料口附近區(qū)域，局部的固體物料負荷會增加很多，導(dǎo)致流化惡化和風帽堵塞。對于大型循環(huán)流化床建議回料管采用褲衩管式結(jié)構(gòu)，將循環(huán)物料均勻分散在一個大區(qū)域內(nèi)，保證床內(nèi)流化正常。返料閥采用流動密封閥為宜，這種返料閥便于對循環(huán)灰量調(diào)節(jié)，使鍋爐運行穩(wěn)定。第3章循環(huán)流化床鍋爐燃燒基本過程模型3.1材料油頁巖選用樺甸油頁巖，其工業(yè)分析和元素分析結(jié)果如

38、表1所示表1 樺甸油頁巖工業(yè)分析和元素分析 項目種類工 業(yè)分 析元素 分析全水1()灰分、()揮發(fā)分乂()發(fā)熱量。1/碳匚()氫&()氧0()氮叱()硫5()樺甸油頁巖10.954.8280.78 37420.42.549.820.5051.015樺甸油頁巖2#14.454.2986.597 90919.12.428.500.420.873.2建立cfb鍋爐循環(huán)系統(tǒng)的物理模型cfb 鍋爐的循環(huán)系統(tǒng)通常由爐膛、分離器、立管、回料器等部件構(gòu)成。此系統(tǒng)將飛出爐膛的、較粗的、可燃的固體顆粒通過分離器捕集下來經(jīng)立管、回料器回送入爐膛。燃煤進入爐膛后，其中一部分在密相區(qū)燃燒，另一部分隨氣流向上并進入分離器

39、，經(jīng)分離器分離下來的物料通過回料器回送入爐膛實施循環(huán)燃燒。我們將c f b 鍋爐的燃燒看作一般鍋爐的一次燃燒和系統(tǒng)的循環(huán)燃燒疊加。在爐膛中的燃燒沿爐膛高度可分為密相區(qū)的燃燒和稀相區(qū)的燃燒。進入分離器的物料有隨燃料一次上升直接進入分離器的部分及循環(huán)物料兩部分，循環(huán)物料要考慮經(jīng)過爐膛時的燃燒減重。燃燒所需的空氣進入鍋爐，生成的煙氣從爐膛經(jīng)分離器離開循環(huán)系統(tǒng)。對于循環(huán)系統(tǒng)來說，穩(wěn)定狀態(tài)下，始終有循環(huán)物料在系統(tǒng)內(nèi)流動，從分離器逸出的飛灰將由進入系統(tǒng)的燃料一次上升進入分離器的部分扣除循環(huán)燃燒減重所得的質(zhì)量得到補充，系統(tǒng)將處于周而復(fù)始的循環(huán)運行狀態(tài)。這就是我們所討論的cfb 鍋爐循環(huán)系統(tǒng)的物理模型。其系統(tǒng)

40、原理如圖1 所示。顯然，該模型具有真實、客觀、物理概念清晰的優(yōu)點。圖2 c fb 鍋爐循環(huán)系統(tǒng)原理圖3.2模型建立為了更簡便地應(yīng)用該軟件描述油頁巖的燃燒過程,給出以下假設(shè): 燃燒爐處于穩(wěn)定運行狀態(tài),所有參數(shù)不隨時間發(fā)生變化; 油頁巖燃燒時,先熱解釋放出揮發(fā)份并產(chǎn)生焦炭,再燃燒; 熱解后的產(chǎn)物在爐內(nèi)燃燒時反應(yīng)溫度唯一,即所有反應(yīng)的反應(yīng)溫度相同; 燃燒過程中燃料和氧分布均勻; 油頁巖熱解、燃燒反應(yīng)完全; 整個模擬過程中沒有壓力損失; 油頁巖燃料中的氮均轉(zhuǎn)化為hcn、nh3和no; 燃燒速度很快,只受化學(xué)反應(yīng)速度控制,能夠達到理想的化學(xué)平衡; 油頁巖中的灰分為惰性物質(zhì),在燃燒中不參與反應(yīng). 3. 2

41、. 1構(gòu)建燃燒流程燃燒模擬流程如圖1所示.其過程主要包含干燥反應(yīng)模塊、分離反應(yīng)模塊、裂解反應(yīng)模塊、燃燒反應(yīng)模塊。干燥反應(yīng)模塊使用化學(xué)計量反應(yīng)器， 裂解反應(yīng)模塊使用收率反應(yīng)器,燃燒反應(yīng)模塊使用平衡反應(yīng)器(gibbs自由能最小)，分離模塊分別使用兩股出料閃蒸。3.2.2干燥模塊 啟動軟件后，在工具欄中將流股和模塊名稱設(shè)置為手動設(shè)置。干燥模塊選用化學(xué)計量反應(yīng)器，即規(guī)定反應(yīng)程度和轉(zhuǎn)化率的化學(xué)計量反應(yīng)器。由于在干燥模塊中同時產(chǎn)生干燥油頁巖和水兩種產(chǎn)物，需要設(shè)置一分離器，作者選用flash2（兩股出料閃蒸），與干燥化學(xué)劑量反應(yīng)器一起完成油頁巖的干燥部分，這樣也就增加了一條額外流股，我們定義為in-drie

42、r流股。 在該模塊中，輸入輸出單位定義為公斤米秒制，流股定義為mcincpsd(混合惰性非常規(guī)固體)。根據(jù)65t/h油頁巖循環(huán)流化床鍋爐參數(shù)，設(shè)定w-o-sh（濕油頁巖）流股信息：溫度為25攝氏度、壓力為一個標準大氣壓、油頁巖流量為24215kg/h，nitrogen(干燥用氮氣)流股信息：溫度為132攝氏度、壓力為一個標準大氣壓、氣體流量為12107.31kg/h，其中氮氧比設(shè)定為0.999:0.001。根據(jù)樺甸油頁巖的常規(guī)分析數(shù)據(jù)，輸入物流w-o-sh的相應(yīng)的工業(yè)分析、元素分析，其數(shù)據(jù)見表格1、2。 元素比重（%）mar2.9fcad3.6vad41.89aad51.61表1油頁巖工業(yè)分析

43、元素比重（%）aad53.78cad31.63had4.37nad0.73sad1.00oad7.76表2油頁巖元素分析輸入反應(yīng)方程式oilshale0.029h2o,完成本模塊搭建和設(shè)置設(shè)置控制模塊。本模塊主要涉及三個問題，即供給的油頁巖中所含有的水分、油頁巖中轉(zhuǎn)化為水的百分比和已干燥的油頁巖中所含的水oilshalein*=oilshaleout*+oilshalein*convoilshalein=oilshaleout+oilshalein*conv其中oilshalein：濕油頁巖的質(zhì)量流量oilshaleout：in-drier中油頁巖的質(zhì)量流量h2oin:濕油頁巖中水分的含量h2

44、odry: in-drier中油頁巖水分含量conv:在干燥模塊中油頁巖轉(zhuǎn)化為水的百分比公式1是水分平衡方程，公式2是總物質(zhì)平衡。由此，可推出公式3conv=在計算模塊中通過公式3保證這三個規(guī)格持續(xù)運行通過這個控制模塊來設(shè)置流程信息，能夠讓我們實現(xiàn)對不同案例的模擬。3.2.3裂解模塊模型中的油頁巖和循環(huán)灰定義為非常規(guī)組分,通過輸入工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)來模擬油頁巖物流.其中循環(huán)灰的元素分析和工業(yè)分析如下表3表4.元素比重（%）mar0.00fcad0.00vad0.00aad100.00表3油頁巖工業(yè)分析元素比重（%）aad100.00cad0.00had0.00nad0.00sad0.00o

45、ad0.00表4油頁巖元素分析由于aspen plus處理非常規(guī)物質(zhì)的復(fù)雜性,一般方法是使用ryield模塊將煤等分解為具有相同質(zhì)量和發(fā)熱量的由碳、氫等純凈元素和其他化合物、灰等組成的常規(guī)物流混合物. 其中,灰被處理為具有特定物性的純元素,然后再通到平衡反應(yīng)器中進行計算. 但通常這與實際的反應(yīng)過程相差較大. 為了更加真實反映油頁巖燃燒過程的實際情況,本文以已有文獻的研究結(jié)果為基礎(chǔ)( 溫度對油頁巖快速熱解的影響.王軍等, 2010) ,建立了以典型油頁巖快速熱解產(chǎn)物為主的油頁巖裂解收率模型,包括各裂解產(chǎn)物和各產(chǎn)物占總產(chǎn)物的質(zhì)量分數(shù).裂解產(chǎn)物定為: o2、h2、h2 o 、c 、co 、co2、c

46、h4、c3h6 (環(huán)丙烷) 、ch3oh、c3h6o (丙酮) 、c4h8 (丁烯) 、c2h4o (乙醛) 、c8h8o2 (苯甲酸甲酯) 、hcn、nh3、no、s和灰.油頁巖燃燒過程中,燃料n的釋出主要在揮發(fā)分燃燒階段和焦炭燃燒階段,而這兩個階段n析出的形式有所不同.油頁巖揮發(fā)分燃燒階段n析出的主要方式為hcn 和nh3 ;而焦碳燃燒階段n 的析出主要是no. 本文在模型中予以區(qū)別對待,根據(jù)選取的主要產(chǎn)物,設(shè)定油頁巖燃料n全部轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分n和焦炭n,而揮發(fā)分n轉(zhuǎn)化形式為hcn和nh3 ,焦炭n轉(zhuǎn)化形式為no.綜合有關(guān)油頁巖燃燒過程中n 在揮發(fā)分燃燒階段和焦炭燃燒階段析出量的研究結(jié)果 ,在

47、模擬中分別設(shè)定揮發(fā)分n與焦炭n的摩爾比為32和41的兩種情況進行研究,發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果在數(shù)值上的變化很小,模型最后設(shè)定的揮發(fā)分n與焦炭n的摩爾比為32.揮發(fā)分n 在燃燒中的轉(zhuǎn)化形式為hcn 和nh3 ,而hcn和nh3的生成量受熱解溫度、氮的存在形態(tài)及氮氧比等諸多因素的影響. 為了簡化計算,將nh3和hcn的摩爾比選取為191,從而確定裂解收率模型中3 種nox 前驅(qū)體的摩爾比為n (no)n (nh3 )n (hcn) = 40573.根據(jù)對油頁巖燃燒和油頁巖快速熱解過程中生成物的實驗研究結(jié)果(宋文麗等, 2010) ,確定收率模型中co 、co2、ch4、c3 h6 (環(huán)丙烷) 、ch3 oh

48、、c3h6o (丙酮) 、c4 h8 (丁烯) 、c2 h4 o (乙醛) 和c8h8o2 (苯甲酸甲酯) 按質(zhì)量收率分別定為301629%、5. 922%、12. 309%、3. 314%、5. 272%、61456%、2. 684%、3. 435%和1. 643%. 采用自定義的fortran模塊根據(jù)油頁巖的工業(yè)和元素分析數(shù)據(jù)控制其余各產(chǎn)物的收率,從而完成裂解模塊的設(shè)置.油頁巖在不同的熱解溫度下,其典型產(chǎn)物的收率會略有不同,但變化并不明顯(王軍等, 2010).研究中亦對分解模塊進行調(diào)整,采用不同的分解產(chǎn)物收率,發(fā)現(xiàn)nox 的產(chǎn)量幾乎沒有變化,故可認為在不同燃燒溫度下分解模型均是穩(wěn)定不變的

49、. 3. 2. 4燃燒模塊燃燒模塊選用的平衡反應(yīng)器是基于gibbs自由能最小原理. 在給定的壓力、溫度和系統(tǒng)組成條件下,當系統(tǒng)的gibbs自由能最小時,化學(xué)反應(yīng)處于熱力平衡狀態(tài),此時系統(tǒng)有熱力穩(wěn)定的化學(xué)組分和相組成(李英杰等, 2007). 油頁巖燃燒過程中存在復(fù)雜的組分變化和相變, 適合采用rgibbs模塊進行模擬,使用該模塊的內(nèi)建計算模型可以得出較為精確的結(jié)果. 在該模塊中的產(chǎn)物設(shè)定為o2、h2、h2 o、c、co、co2、n2、hcn、nh3、no、no2、n2o、s、h2 s、so2、so3及灰.3. 2. 5物性方法aspen plus建模中,選擇接近的物性方法是決定模擬結(jié)果精確度的

50、關(guān)鍵步驟. 對于用于發(fā)電的燃料系統(tǒng), aspen推薦的是rks2bm和pr2bm兩種物性方法. 本模擬中,兩種物性方法的計算結(jié)果沒有明顯差別,文中選用pr2bm模型.3. 2. 6模型的其他參數(shù)模擬中表示過量空氣系數(shù),通過計算不同燃燒溫度t和不同過量空氣系數(shù)對生物質(zhì)燃燒產(chǎn)物的影響. 文中采用體積濃度和質(zhì)量流量來表征煙氣中的nox 產(chǎn)量.計算工況:燃燒氣氛為空氣(o2和n2摩爾比為2179) ,油頁巖流量為24215kg/h ,循環(huán)灰流量為121075kg/h，粒徑均為為0-10mm,系統(tǒng)壓力為101. 325 kpa, t 為750 1150,為0.91. 6,出口物流溫度設(shè)定與t相同。.3.2.7數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理均使用origin7.0軟件進行。3.3結(jié)果3. 3.1模型的可靠性驗證模型建立后,首先對其進行了可靠性驗證.研究了溫度為750、800、850和900,為1. 0、1. 2和1. 4時,油頁巖在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)燃燒時的nox 排放特性. 將 = 1. 4時的計算結(jié)果( calculated1)與其實驗結(jié)果(measured)進行對比(圖2) ,從圖2可以看出,模擬結(jié)