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,
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