气流床煤气化的Aspen Plus建模：平衡模型和动力学模型

郑志行，张家元，李谦，周浩宇

（1中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙 410083；2中冶长天国际工程有限责任公司国家烧结球团装备系统工程技术研究中心，湖南长沙 410205）

我国的煤炭资源储量丰富，但煤炭的直接燃烧存在利用率低下、污染严重等问题，因此煤炭的高效清洁综合利用技术就显得尤为重要。煤气化是将煤中的C、H元素转化为清洁燃气或合成气（CO+H2）的过程，可以实现对煤中化学能的阶梯利用，且产生的污染物易于控制[1-2]。煤气化炉按煤在气化炉内的运动方式分为固定床、流化床和气流床等形式。其中，气流床气化炉是最清洁、最高效的煤气化类型，但其在实际工程应用中，由于试验煤种及操作条件的多样性，通过试验法对气化过程进行优化所需周期较长、成本较高。因此结合实际操作工况，建立准确可靠的气流床气化模型，通过模拟法对操作工况进行优化，可以降低大量的时间及经济成本[3]。

煤气化过程的模型包括平衡模型和动力学模型[4]。研究人员已经对煤气化的平衡模型进行了充分的研究，Kong等[5]基于Aspen Plus软件建立了GE气化炉煤气化三级平衡模型，在不同的操作工况下预测了气体组成和碳转化率，并通过实验结果对模型进行了对比验证。Sanchez等[6]建立了加压鼓泡流化床的Aspen Plus模型，模拟结果与实验结果吻合良好，在此基础上预测并分析了温度、压力、蒸汽煤比和空气煤比对煤气组成和煤气热值的影响。为了使煤的气化模型更贴合于实际的气化过程，一些学者对煤的气化动力学模型进行了研究。……