Page 73 - 电力与能源2022年第六期
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马 青: 高温煤气化炉热力性能计算及分析 5 5
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N 气化达到平衡时煤气的平均温度, 在绝热气化条
ì min( ∑ μ i ) 件下由气化所得的热效应均用于加热生成物。由
ï
n i
ï
{ min ( G ( T , P , n )) = í i = 1
An =b ï N 化学热力学方程可知, 反应物的标准生成热和显
ï
î ∑ a ki n i =b k
i =1 热之和与生成物的标准生成热和显热之和相等。
( k=1 , 2 , 3 ,…, M ) ( 3 ) 反应物中标准生成热主要有单质氧气、 氮气, 标准
由此可得: 生成热为零; 煤中单质元素的标准生成热为零, 水
N M N 部分的标准生成热为 -241.82J · mol , 灰部分
-1
(
ℓ ( n , λ ) = ∑ μ i+ ∑ λ k b k - ∑ a ki n i) 4
()
n i
i =1 k= 1 i =1 的标准生成热在计算中可以作消去处理。
———拉格朗日乘数。
式中 λ k 整个反应物和生成物之间, 标准生成热和显
具体迭代流程如图 3 所示, 以满足化学平衡
热的关系就可以简化为:
条件为迭代目的使每次的迭代结果满足组元守恒
)
( Q fs 水蒸气 + Q fs 煤水中 + Q fx 水蒸气 +
( )
( )
条件, 建立煤炭气化反应器模型。针对入料边界
( )
( Q fx 氧气 + Q fx 氮气 + Q fx 煤粉 =
( )
)
条件中没有操作温度的情况, 编写程序求取各自
( Q SS CO + Q SS CO + Q SS H O + Q SS CH +
)
(
)
(
)
)
(
2 2 4
的迭代步长, 通过仿真分析在绝热气化条件和非
) ( 4 )
(
(
(
)
)
)
( Q SS COS + Q SS H S + Q SX 1 + Q SX 2
2
绝 热 气 化 条 件 下 相 耦 合 确 定 反 应 温 度 和 组 分
由分析可以得出, 当给料的质量流量、 温度、
份额。 气化压力和平衡系统中组分份额给定时, 采用定
压热容与温度的关系可以得出:
(
)
)
(
)
F ( T Ц = Q SX 1 + Q SX 2 -constant=1
( 5 )
应用 Newton-Ra p hson法便可求出与此时组
分份额相对应的气化温度。求解绝热气化温度的
流程图如图 4 所示。
图 3 煤气组分算法流程图
2.2 无确定气化温度条件下的计算方法
由于在给定温度下煤气组分的迭代求法无法
适用于计算边界条件中只有操作压力而没有给出
温度条件的情况, 需寻求一种同步求解煤气化温
度及组分的方法, 即气化温度与煤气组分份额是
耦合的, 每一个气化温度点与唯一的气化组分份
额相对应。 图 4 无确定气化温度条件下煤气组分算法流程图
绝热气化温度是指在炉壁处于绝热状态下,