水煤浆气化装置水洗过程的建模与优化

煤气化技术的发展不仅提高了煤炭的高效清洁综合利用,同时也减小了煤直接燃烧造成的环境污染.煤气化过程的建模与优化具有十分重要的现实意义.本文基于化工分离技术,建立了水煤浆气化装置水洗过程的模型,并实现了流程模拟.模拟结果与实际工业过程数据相符,模型具有一定的精度.通过灵敏度分析,考察了变换冷凝液的流量和温度,水洗塔出口压力,进口粗合成气的温度、压力、负荷等关键操作参数对出口合成气水汽比的影响.分析结果表明,合成气中的水汽比随着变换冷凝液流量的增加而减小,温度的升高而增加;进口粗合成气对水汽比的大小影响较大,流量越大、温度越高,则水汽比越大;而水洗塔出口压力对水汽比的影响较小,随着压力增加水汽比有一定的减小.根据灵敏度分析的结果,对水煤浆气化装置进行了工艺操作参数的优化,提高了合成气中的水汽比,使之更利于后续工段的生产.     

水煤浆气化过程的计算机模拟

以60万吨/年煤制甲醇装置为背景,采用.Aspen Plus模拟了其中的水煤浆气化过程。将复杂的水煤浆气化过程分解为煤裂解、挥发分燃烧、气化反应、水激冷、灰分分离等子过程,由子过程的组合构成完整的气化炉模型。用现场装置实际运行数据验证了模型的可靠性,模型计算结果与现场数据吻合良好。以此模型分析了主要操作条件一水煤浆浓度、氧煤比、气化温度、气化压力一对气化过程的影响,结果是,水煤浆浓度和氧煤比对粗煤气组成和温度影响明显:提高水煤浆浓度,粗煤气温度及有效气成分（CO+H₂）的含量均升高;提高氧煤比,粗煤气温度上升,有效气成分（CO+H₂）含量下降。     

水煤浆气化制甲醇装置变换工艺模拟分析

利用流程模拟和夹点技术对水煤浆制甲醇装置的变换工艺进行了计算分析。水煤浆制甲醇装置的变换反应在较高的温度下进行即可使CO的变换总量满足工艺需求,同时可使副产蒸汽的压力等级由4.0 MPa(G)和0.5 MPa(G)提升为11.0 MPa(G)和0.5 MPa(G),增加的投资可在短期内收回。     

德士古水煤浆气化过程的建模与优化分析

根据德士古水煤浆气化工艺的操作特性和装置特点,采集实际工业运行数据,基于Aspen Plus软件平台,建立了气化炉和水洗过程的模型,模拟结果与实际生产较吻合。基于所建立的模型,进行了水煤浆浓度、气化反应温度对气化结果的灵敏度分析,并讨论了过程的节水,分析了高温汽提冷凝液对废水排放与合成气水汽比的影响。结果表明:在现有工况下,提高水煤浆浓度和反应温度,有效合成气收率会提高;适当减少高温、汽提冷凝液,有利于装置的废水排放和提高合成气水汽比。     

HS2000系统在水煤浆加压气化技术中的应用

以水煤浆气化及煤化工国家工程中心8.5Mpa气化炉中试装置为例,阐述了HS2000DCS系统在气化炉装置的应用,着重介绍控制功能。     

水煤浆气化炉温智能软测量建模

水煤浆气化装置是实现煤炭资源清洁、高效利用的重要途径.气化炉反应温度是关系到装置能否安全,稳定并长期运行的关键技术指标.针对热电偶测温元件在高温、高压、强气流冲刷环境下难以长周期工作这一问题,以一多喷嘴对置式水煤浆气化炉为研究对象,在气化反应过程机理分析的基础上,结合相关系数法,确定辅助变量,并采用最小二乘支持向量机建立了气化炉温度的智能软测量模型.经模型仿真与实际工业运行数据验证结果表明,该模型拟合精度较高、模型泛化能力较强,可以在热电偶失效的情况下进行气化炉反应温度的监测.     

粉煤锁斗阀故障原因分析及解决方案

针对球阀作为锁斗阀时无法从根本上解决运行中出现的内泄漏和卡涩＂憋压＂等故障的缺点,提出了一种新型结构的阀门——盘阀,并结合其结构特点阐述了盘阀作为锁斗阀的优越性。同时,在研究Shell粉煤气化装置粉煤锁斗阀的选型基础上,分析了球阀作为锁斗阀发生故障的原因和机理。实际使用情况表明,采用盘阀替代球阀作为锁斗阀可以保证锁斗系统的长周期稳定运行。     

粉煤气化装置中黑水流量计的选型及应用

介绍楔形流量计在粉煤加压气化装置（航天炉）改造中的应用，经过生产实践证明，楔形流量计具有精度高、耐冲刷、使用周期长的特点。     

合成气分析预处理系统升级改造应用案例

通过对国内首套粉煤气化装置(航天炉)洗涤塔出口的合成气分析预处理系统的升级改造,彻底消除了合成气样气温度高、成分脏、压力高等诸多不利因素,使合成样气预处理系统能够满足气相色谱仪对样气的要求。     

多元料浆气化流程建模及分析

多元料浆气化技术(MCSG)是能源化工领域中煤炭清洁利用的新技术,主要用于合成氨、合成甲醇等基础化工原料工业以及燃料、制氧行业.化工流程模拟在化工过程的开发设计、挖潜改造、节能增效和生产指导方面是1种科学高效的研究方法.本文对多元料浆气化流程建立了流程模拟模型,并对操作参数和工艺条件变化时的情况进行了模拟分析.本文利用所建模型对1个年产15万吨合成氨和15万吨甲醇的煤气化流程进行了模拟,粗煤气中有效气体H2和CO误差分别为0.35%和1.49%,其他各组分误差一般也低于1%～2%.模拟结果验证了煤气化流程模型能准确的反映生产实际情况.此外,由于洗涤塔的操作参数将影响出口的粗煤气中的有效气体H2和CO的组成,本文分析了出洗涤塔操作参数对粗煤气中有效气体(H2和CO)流量的影响,当温度压力以及入洗涤塔工艺冷凝液分别变化10%时,有效气体变化分别为6.896e,1.7‰和0.16%,并提出了相应的调控策略.     

直接还原炼铁行业中两段粉煤气化工艺模拟的研究

根据碳和水蒸汽、二氧化碳气化是吸热反应的原理,开发了用化学反应法回收高温煤气显热的煤基两段组合式新气化工艺,在发电及钢铁行业有着非常广阔的应用前景.论文用模拟软件Aspen Plus,建立了两段(一段气流床,二段固定床)组合式粉煤气化模型,模拟直接还原炼铁过程(DRI)中的两段组合式气化工艺.研究在二段是否补加水蒸汽,以N2及CO2作为粉煤输送介质的气化工艺指标,模拟结果表明:二段炉内补加水蒸汽时,将会增加二段气化用煤量,而降低了出口煤气中的有效气含量.因此两段气化工艺用于炼铁行业时,选择一段气流床的粉煤以CO2作为输送介质,既增加二段炉内的气化剂,又增加整个气化工艺出口煤气的有效气成分,满足直接还原炼铁行业的要求.     

两段式气化工艺流程的ASPEN PLUS软件模拟

针对目前Shell、Texaco气化技术的不足,本文提出了一种新型的两段气化工艺,以达到充分利用煤气显热的目的.借助Aspen Plus过程模拟平台,运用Gibbs自由能最小化方法,模拟两段式水煤浆进料的气化工艺流程,同时建立二段固定床气化模型.考察了加入二段同定床气化炉内的煤虽及蒸汽煤比对出口煤气组分、温度及整个气化工艺的冷煤气效率、有效气产率等气化指标的影响.结果两段式气化工艺能有效利用一段炉煤气中的显热,提高气化炉的冷煤气效率.同时通过研究,还得到了不同工艺下的最佳条件.本论文所得结论为进一步研究该新型组合式气化工艺提供参考.     

煤代谢过程的(火用)分析

应用热力学理论,对煤代谢网络中典型的4种代谢模式,即民用燃烧、炼焦、发电和气化多联产,进行了热力学分析,通过热效率、效率的计算找出各个过程的有用能利用薄弱环节,提出可能的改进方法,以提高能量利用效率,进而改善资源利用状况;对比不同过程的能量能质利用情况,说明在能源利用方面,基于煤气化的多联产系统效率更高;未来煤资源利用将会朝着更清洁、更高效的方向,一方面探索新的利用模式,另一方面致力于现有模式能源利用效率的提高。     

Robust tracking of the heating value in an underground coal gasification process using dynamic integral sliding mode control and a gain-scheduled modified Utkin observer

In this paper, a model-based control and state reconstruction of an underground coal gasification (UCG) process is elaborated. In order to deploy model-based control strategies, a sophisticated model of the UCG process based on partial differential equations is approximated with a nonlinear control-oriented model that adequately preserves the fundamental dynamic characteristics of the process. A robust dynamic integral sliding mode control (DISMC) is designed based on the control-oriented model to track the desired heating value, which is one of the key indicators for evaluating the performance of an UCG process. Unknown states required for the model-based control are reconstructed using a gain-scheduled modified Utkin observer (GSMUO). In order to assess the robustness of the nonlinear control and estimation techniques, the water influx phenomenon is considered as an input disturbance. Moreover, the underlying UCG plant model is subjected to parametric variations as well as measurement noise. In order to guarantee the stability of the overall system, the boundedness of the internal dynamics is also proved. To make a fair comparison, the performance of the proposed controller is compared with an integral sliding mode control (ISMC) and a classical proportional-integral (PI) controller. Simulation results highlight the effectiveness of the proposed control scheme in terms of minimum control energy and improved tracking error. Moreover, the simulation study shows that the combination of DISMC and GSMUO exhibit robustness against an input disturbance, parametric uncertainties and measurement noise.     

Control oriented modeling and optimization of one dimensional packed bed model of underground coal gasification

To account for nonlinear nature and huge model uncertainties of underground coal gasification (UCG) process, a robust model based control strategy is to be employed. The available models in the literature do not lend themselves to control applications easily. In this work a control oriented one dimensional (1-D) packed bed model of UCG is developed, which can be used in a closed loop configuration with a robust controller to maintain a desired heating value of the exit gas mixture by manipulating the flow rate of injected gases. The model is also capable of predicting time and space profiles of some important parameters, which include solid temperature, composition of exit gas mixture, rates of different chemical reactions and expected life of the UCG reactor in response to different operating conditions and coal properties. Most of these parameters are either impossible or very expensive to measure. There is uncertainty in some coal properties which is addressed by optimizing few input parameters using sequential quadratic programming (SQP) algorithm, a nonlinear optimization technique. The model results are compared with actual field trials which show a good agreement for the calorific value of exit gas.     

Optimization and control of one dimensional packed bed model of underground coal gasification

This paper discusses the optimization and control of the one dimensional (1-D) packed bed model of underground coal gasification (UCG) process for an actual UCG site. The optimization is performed to compensate for the uncertainty in coal and char ultimate analysis (caused by repeated measurements of different samples) and in steam to oxygen (O₂) ratio at the reaction front. The constrained nonlinear optimization problem is solved by using state of the art sequential quadratic programing (SQP) algorithm to minimize the error between experimental and simulated heating values. The results of the optimized model are validated with actual filed trials which show a good match for heating value of the product gases. The super twisting controller, a second order sliding mode control (SOSMC) algorithm is successfully implemented on the process model, which keeps the heating value of the product gas at the desired level in the presence of the matched disturbance: steam produced from water influx from surrounding aquifers and due to the moisture content of the coal.     

煤炭计量计质信息系统研究

针对使用者对煤质分析和煤重测量的新需求,提出了煤炭计量计质信息系统,阐述了系统的总体设计思路;从数据库设计、保证数据传输完整性算法的设计、基于Ajax技术的Web系统开发模式等方面详细论述了系统所采用的关键技术及实现方法。现场应用结果表明,该系统可以满足不同层面用户的需求,且具有较好的稳定性和可靠性。