本文關(guān)鍵詞：煤基乙炔—電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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(wèn)題,對(duì)推動(dòng)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(yàn)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(wèn)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(guò)程與動(dòng)力系統(tǒng)耦合構(gòu)建乙炔-電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的策略。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(duì)等離子氣化流程和乙炔凈化提純流程進(jìn)行?平衡分析,并得出兩個(gè)流程的?流圖。根據(jù)?平衡計(jì)算結(jié)果得出:系統(tǒng)總輸入?為74368.72MJ·h-1,產(chǎn)品收益?比重為19.03%,內(nèi)部?總損失比重為9.47%,可回收利用的外部?總損失比重為71.50%。外部?損失中副產(chǎn)蒸汽的?損失僅為3.48%,而煤渣和馳放氣的總?損失占輸入?的68.02%,是造成系統(tǒng)能量損失的主要原因。?分析為多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化和節(jié)能改造指明了正確方向。根據(jù)?損失的特點(diǎn)對(duì)三種動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行比較分析,得出燃煤電廠動(dòng)力系統(tǒng)最適合與乙炔化工生產(chǎn)過(guò)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(jī)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(jī)與回?zé)嵯到y(tǒng)等動(dòng)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)“組分對(duì)口、分級(jí)轉(zhuǎn)化”和“品位對(duì)口、梯級(jí)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(shí)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 k W·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(duì)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(shí)現(xiàn)系統(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(shí)對(duì)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(duì)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的流程進(jìn)行優(yōu)化,簡(jiǎn)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(jī)的回?zé)岢槠繙p少60.728 t·h-1,發(fā)電量增加8.16 MW。利用四種評(píng)價(jià)準(zhǔn)則對(duì)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià),得出隨著等離子反應(yīng)器功率的增大,聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的熱效率、?效率、相對(duì)節(jié)能率及折合發(fā)電效率升高,折合比能耗降低,系統(tǒng)的最佳氫氣循環(huán)比為18。
【關(guān)鍵詞】：等離子反應(yīng)器 燃煤電廠 煤熱解 乙炔 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) Aspen Plus
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ221.242;TM621
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 等離子熱解煤制乙炔工藝的不足11-12
• 1.1.2 火電產(chǎn)能的過(guò)剩和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整12-14
• 1.1.3 煤基乙炔-電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的提出和優(yōu)勢(shì)14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展15-20
• 1.2.1 熱等離子體裂解煤制乙炔的研究進(jìn)展15-17
• 1.2.1.1 等離子體制乙炔的熱力學(xué)研究15-16
• 1.2.1.2 等離子體裂解煤制乙炔的實(shí)驗(yàn)研究16-17
• 1.2.2 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)研究的進(jìn)展17-20
• 1.2.2.1 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的模擬研究18-19
• 1.2.2.2 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)與優(yōu)化19-20
• 1.2.2.3 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則20
• 1.3 本文工作內(nèi)容20-23
• 第二章 等離子體熱解煤制乙炔系統(tǒng)的建模與分析23-43
• 2.1 等離子體氣化工藝流程簡(jiǎn)介23-24
• 2.2 等離子氣化反應(yīng)的Aspen Plus建模24-30
• 2.2.1 等離子氣化反應(yīng)器的建模24-28
• 2.2.2 乙炔凈化提純流程的建模28-30
• 2.3 等離子體制乙炔流程的（火用）平衡分析30-41
• 2.3.1 （火用）分析步驟31
• 2.3.2 （火用）計(jì)算和（火用）平衡模型31-35
• 2.3.3 系統(tǒng)的（火用）計(jì)算結(jié)果35-41
• 2.3.3.1 等離子氣化反應(yīng)流程（火用）計(jì)算結(jié)果35-37
• 2.3.3.2 乙炔凈化提純流程（火用）計(jì)算結(jié)果37-41
• 2.4 聯(lián)產(chǎn)動(dòng)力系統(tǒng)的選型41-42
• 2.5 小結(jié)42-43
• 第三章 乙炔-電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的建模與分析43-55
• 3.1 電廠動(dòng)力系統(tǒng)Aspen Plus建模43-51
• 3.1.1 燃煤鍋爐的建模43-48
• 3.1.1.1 鍋爐燃燒系統(tǒng)的建模44-45
• 3.1.1.2 鍋爐受熱面的建模45-47
• 3.1.1.3 Aspen Plus物性方法的選擇47
• 3.1.1.4 鍋爐模擬結(jié)果47-48
• 3.1.2 汽輪機(jī)與回?zé)嵯到y(tǒng)Aspen建模48-51
• 3.1.2.1 主要模塊的選擇49-50
• 3.1.2.2 汽輪機(jī)模擬結(jié)果50-51
• 3.2 乙炔和電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的耦合51-53
• 3.3 小結(jié)53-55
• 第四章 乙炔-電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化與評(píng)價(jià)55-73
• 4.1 等離子氣化單元關(guān)鍵操作參數(shù)的優(yōu)化55-63
• 4.1.1 熱解氣氛對(duì)乙炔產(chǎn)率的影響55-57
• 4.1.2 煤粉的水分含量對(duì)乙炔產(chǎn)率的影響57-59
• 4.1.3 甲烷作載氣對(duì)乙炔產(chǎn)率的影響59-60
• 4.1.4 氣化壓力對(duì)乙炔產(chǎn)率的影響60-61
• 4.1.5 氣化溫度對(duì)乙炔產(chǎn)率的影響61-62
• 4.1.6 吸收塔塔板數(shù)對(duì)乙炔產(chǎn)率的影響62-63
• 4.2 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)流程的優(yōu)化63-65
• 4.3 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)65-70
• 4.4 小結(jié)70-73
• 第五章 總結(jié)與展望73-75
• 5.1 本文主要結(jié)論73-74
• 5.2 煤基乙炔-電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79-81
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄81

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