基于ASPEN PLUS的煤气化模拟与有效能分析
ASPEN_PLUS入门教程_煤气化
•PIPE 单段管线压降
•VALVE 阀压降ห้องสมุดไป่ตู้
•SCFRAC 简算法多塔精馏
•PETROFRAC 石油炼制分 馏塔
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单元操作模型及其主要功能
固体处理器 用户模型 流控制器
•USER 有限进出流股
•MULT 乘法器 •DUPL复制器 •CLCHNG 流股复类器 •SELECT 物流选择器 •ANALYZER 物流分析器 •QTVEC 热负荷控制器 •USER2 无限进出流股 •HIERARCHY 分层结构 •CYCLONE 旋风分离器 •RSP静电除尘器 •FABFL纤维过滤器 •VSCRUB文丘里涤气器 •CRUSH破碎机 •SCREEN筛选机 •HYCYC水力旋风分离器 •FILTER转鼓过滤器 •CFUGE离心过滤器 •SWASH 固体洗涤器 •CCD 逆流倾析器 •CRYSTALLIZER 结晶器 •DRYER 干燥器
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单元操作模型（Block） 物性方法（Property Method）
单元操作模型及其主要功能
热交换器 分离器 混合器和分流器 •MIXER 通用混合 •HEATER 通用加热 器 •HEATX 热交换器 •MHEATX多股物流 的热交换器 •HETRAN管壳式换 热器 •AEROTRAN空冷式 换热器 •HxFlux热传递计算 •HTRIXIST 与HTRI 的接口
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ASPEN PLUS的优势
可以模拟电解质系统
许多公司已经用Aspen Plus模拟电解质过程，如酸水汽提、苛性 盐水结晶与蒸发、硝酸生产、湿法冶金、胺净化气体和盐酸回收 等。 Aspen Plus提供Pitzer活度系数模型和陈氏模型计算物质的活度系 数，包括强弱电解质、盐类和含有机化合物的电解质系统。这些 模型已广泛地在工业中应用，计算结果准确可靠。
基于AspenPlus软件的煤气化过程模拟评述
收稿日期 : 2010 - 05 - 18 作者简介 :刘 永 (1982 - ) ,助理研究员 ,现从事煤化工工程咨询工作 ,电话 : 0351 - 4065237 - 804, Email: yongliu@ sxicc. ac. cn。
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H ENAN
河南化工 CHEM ICAL
说 ,气流床模型最接近于实际值 ,流化床次之 ,而固 用于烃加工 、燃烧 、石化等工艺过程的计算 ,适用体
定床由于反应温度低 ,反应产物复杂 ,难以利用平衡 系为非极性或弱极性的组分混合物 ,如烃类 、CO、
自由能最小原理进行准确计算 ,致使结果最差 。 2. 1 组分规定
CO2、H2 等轻气体 。在实际应用中 ,在同一种模型上 使用这两种方程分别计算 ,计算结果并无大差别 。
的 密 度 和 焓 的 工 作 的 模 型 : HCOALGEN 与 DCOAL IGT,需要模拟者输入各项的工业分析数据 、 元素分析数据和硫分析数据来完成计算 。数据输入
述 。国内也存在这样的问题 ,涉及到模型建立的文 献相当少 ,且数据不完整 。
表 1 A spen Plus软件构建的各型气化炉模型计算结果
均是以气流床为主 ,如 Shell、GE - Texaco、GSP 等 。 气流床气化炉反应温度高 ,速度快 ,碳转化率高 ,杂 质少 ,模拟结果较接近于实际结果 ,尤其是干粉进料 的气流床气化炉 。国外一些部门如 DOE、普林斯顿 大学等在进行 IGCC、FT合成 、化学链燃烧等煤炭清 洁转化技术的概念设计 、能效研究以及可行性研究
2. 76 20. 0943 19. 97
1. 784
1. 90
4. 34
0. 5195 0. 374 13. 170 13. 32
AspenPlus煤气化解读
T=25℃ P=1atm Feed=0.02cum/hr
ASH
工业分析(%)
Mad 15 Vd 45.7 Ad 9.2 FCd 45.1 Cd 67.1
元素分析(%)
Hd 4.8 Nd 1.1 Sd 1.3 Od 16.4
全硫分析(％)
Sp 0.6 Ss 0.1 So 0.6
发热量 (MJ/kg) Qdaf.gr 27.21
把入口物流组分分离到出口 组分分离操作，例如，当分离的详细资 物流 料不知道或不重要时的蒸馏和吸收 把入口物流组分分离到两个 组分分离操作，例如，当分离的详细资 出口物流 料不知道或不重要时的蒸馏和吸收
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采用RYIELD模型 代表煤中挥发分的 分解过程
常用快捷键：
“CTRL+K” 改变模块图标的 形式 “CTRL+M” 修改模块或流股 的名称 “CTRL+↑/↓” 改变模块/流程图 标的大小 方向键移动模块 图标的位置
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此页是对非常规组 分（COAL）选择 物性参数，本例是 输入COAL的发热 量 单击NEW按钮，在 弹出的页面中，类 型选择 Nonconventional， 名称命名为HEAT
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Parameter选择 HCOMB，单位选 择MJ/kg,根据前 面的煤常规分析 输入发热量的值 为27.21 注意：HCOMB是 以无矿物质基为 基准的 输入完毕后单击 NEXT按钮
对于COMB模块， 在Specification页 输入压力和温度值
计算选项选择同时 计算相平衡和化学 平衡
输入完毕后单击 NEXT按钮
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在Products页选择 Identify possible products,并在下 面输入可能的产物 本例题定义的可能 产物为O2、N2、 SO2、SO3、H2O、 NO2 、NO、N2O、 H2S、CO、CO2 输入完毕后单击 NEXT按钮
基于 Aspen Plus 软件的磨煤干燥过程模拟与分析
（ ２ ）
Ｃ ＯＮ Ｖ一 （ Ｈ２ Ｏ Ｉ Ｎ— Ｈ２ ００ ＵＴ） ／（ １ ０ ０ 一 Ｈ２ ０ ０Ｕ Ｔ） （ ３ ）
式 中：Ｃ ＯＡＩ Ｉ Ｎ， 湿 煤 粉 的 质 量 流 量 ； Ｃ ＯＡＬ ＯＵＴ， 出 口 物 流 中 煤 粉 质 量 流 量 ； Ｈ２ ＯＩ Ｎ，湿煤 粉 中水 含 量 ；Ｈ２ Ｏ ＯＵＴ，干 煤 粉 中水 含量 ；Ｃ ＯＮＶ，干燥模 块 中煤粉 转化 成水 的 转 化 分率 。
ｇｕ ｉ ｄ ａ ｎｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｅ ｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎｄ ｍａ ｎｕｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｉ ｎ ｇ ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｃ ｏ ａ 【ｇ ｒ ｉ ｎｄ ｉ ｎｇ；ｄ ｒ ｙｉ ｎｇ ｐ ｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ；Ａｓ ｐ ｅ ｎ Ｐｌ ｕ ｓ；ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｇ ａ ｓ ， ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｉ ｒ ， ｄ ｉ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｉ ｒ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ ， ｅ ｔ ｃ ． Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｙ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ
被 热惰 性气 体带 入旋 转分 离器 ，粗颗 粒被 分进
图 １ 磨 煤 及 干 燥 工艺 流 程 框 图
入煤 粉袋式 除尘 器 ，煤粉 和惰 性气体 在袋 式 除尘 器 中进行 气 固分 离 ，合 格 的粉煤 送 人 下 游 工序 ，
周春 平 ，甘 丹 。 ， 严 应群
［ １ ．惠生工程（ 中国） 有限公司 ，湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ３ ；２ ． 航 天 科 工 武 汉 磁 电有 限责 任 公 司 ，湖 北 武 汉
Aspenplus在煤气化过程模拟中的应用
１．３ 模型建立
煤气化 模 拟 模 型 不 是 单 一 的 单 元 操 作 模 拟，而 是 利 用 ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ中的各单元操作模型模拟气化炉中气化经历的各个 过程的组合。一般所采用的模块有 ＲＹｉｅｌｄ、Ｓｅｐ、ＲＳｔｏｉｃ、Ｍｉｘｅｒ、 ＲＧｉｂｂｓ和 Ｓｐｌｉｔｔｅｒｓ等。将煤的气化过程［２］假定为两个独立过 程：裂解过程和气化过程。主要以 ＲＹｉｅｌｄ（收率反应器）将煤分 解成 Ｃ、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｃｌ、Ｓ和 灰 渣，建 立 煤 气 化 的 裂 解 过 程。 ＲＧｉｂｂｓ反应器是以 Ｇｉｂｂｓ自由能最小原理的反应器模型用来 模拟气化炉中发生的各个反应，ＲＳｔｏｉｃ也可用来模拟煤的裂解 过程，采用以反应热力学为基础平衡模型，具有一定的通用性。
１．２ 煤的定义方法
煤是多种有机物 和 无 机 物 的 混 合 物，组 成 极 其 复 杂，无 法 直接定义其组分，一般需要以所模拟气化的实际原料煤进行工 业分析、元素分析、硫 形 态 分 析 为 基 础 将 煤 的 组 分 定 义 为 常 规 组分（在 ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ中能查到的有确定分子式的物质）和非常 规组分（灰渣，飞灰，煤等混合固体）。定义非常规组分时固体 性质模型中的焓模型一般采用 ＨＣＯＡＬＧＥＮ模型，密度模型一 般选用 ＤＣＯＡＬＩＧＴ。
１ 煤气化模型的建立 １．１ 煤气化模拟的前提条件
实际煤气化过程中有多种反应同时发生，多种相态同时存 在，情况复杂，并且其中存在许多不可控与未知因素。因此，为 了能研究煤气化的一般规律和影响因素，在模拟流程建立之前 一般需要先做如下假设［１］：
（１）气化模型处于稳定状态； （２）气流床粉煤与气化剂瞬间均匀混合； （３）模型包含气化炉发生的所有过程：干燥、干馏、氧化和 还原等； （４）气相反应速度时间可忽略不计，瞬间平衡； （５）惰性组分不参与任何反应； （６）以平推流为气固两相的流动模型。 需要指出的是模拟不同类型的气化炉所做的假设有所不 同。
AspenPlus软件应用于煤气化的模拟
４．１ 热力学方程 用 ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ 软件计算时， 一般将所涉及的组
分分为常规组分和非常规组分两大类。 对于常规组分， 包括常规固体组分 （ 即组成均
匀 ， 有 确 定 分 子 量 的 固 体 ） ， 用 ＲＫ－Ｓｏａｖｅ 方 程 计 算 物质的相关热力学性质。ＲＫ－Ｓｏａｖｅ 方程多半用于气 体加工、炼油等工艺过程的计算。适用的体系为非极 性 或 弱 极 性 的 组 分 混 合 物 ， 如 烃 类 及 ＣＯ２、Ｈ２Ｓ、Ｈ２ 等轻气体。该方程尤其适用于高温、高压条件， 如烃 类加工、超临界萃取等。本文将要计算的流化床煤气 化工艺是在高温、高压下进行的， 气化产生的组分多 为轻气体， 因此 ＲＫ－Ｓｏａｖｅ 方程是比较适合本工艺 过程的。
aspenplus软件模拟气流床气化反应能够合理预测煤气中关键组分的浓度但对ch等微量组分的计算结果不理想对气化中产生的污染物scosnox量的预测也依赖于煤热裂解产物分布的关联而cpd模型的计算结果中没有aspenplus软件模拟操作条件的改变对气化性能的影响计算结果比较符合实际可用于指导生参考文献coalgasificationsimulationusingaspenplussoftwarelinliabstract
３ 气流床粉煤气化的热力学模型
热力学模型主要是通过联立求解化学反应平衡 方程、质量能量平衡方程得到煤气组成的一种方法。 吴学成等从化学动力学的角度， 结合化学平衡， 建立 了气流床的气化动力学模型 ， ［１－２］ 该模型考虑了煤热 解和气化所经历的各反应过程， 模型计算结果与实 验实测数据吻合较好。项友谦根据物料平衡、能量平 衡和化学平衡的原理， 建立了粉煤加压气化的平衡 组成计算模型［３］， 并用 ４ 种方法进行求解， 该模型比 较适用于硫化床和气流床。Ａ．Ｐ．Ｗａｔｋｉｎｓｏｎ 建立了气 化 炉 的 平 衡 模 型［４］， 用 以 预 测 气 化 产 物 组 成 及 气 化 炉的产物分布， 模型主要包括 Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ 元素的 质量平衡， ４ 个主要反应的平衡以及能量平衡。模型 对多个煤种进行模拟计算， 并与多种商业气化炉的 文献值进行比较， 计算结果与气流床尤其是干煤进 料的气流床吻合程度较好， 流化床次之。
基于Aspen plus的煤气化链式燃烧整体联合循环模拟研究
华中科技大学硕士学位论文基于Aspen plus的煤气化链式燃烧整体联合循环模拟研究姓名：张倩申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：柳朝晖2011-01-08华中科技大学硕士学位论文摘要人类活动产生温室气体CO2的最大来源是煤、石油和天然气等化石燃料燃烧，所以研究这些化石燃料的充分利用和CO2零排放对能源和环境都有着非常重要的意义。
本文以水煤浆为燃料，NiO/NiAl2O4为氧载体，基于Aspen plus软件对新型煤气化链式燃烧联合循环系统进行研究，实现燃煤发电的高效近零排放。
针对以水煤浆为燃料，氧载体为NiO/NiAl2O4，基于Aspen plus软件对新型煤气化链式燃烧联合循环系统按照模块化分析方法对其中的增压气流床水煤浆气化炉、CLC(化学链燃烧)、GT(燃气轮机)、HRST(余热锅炉)汽水循环分别建模研究。
分别讨论选取气化部分主要参数----气化压力和温度及水煤比，CLC部分主要参数----燃料反应器温度、最小载氧体的质量，由此得出各部分优化的运行条件和参数。
将上述煤气化、链式燃烧和联合循环三部分耦合后，实现了对该系统的整体模拟。
讨论分析了空气反应器温度、补燃温度、冷却空气率等关键参数对系统性能的影响规律。
伴随AR温度T AR的上升，系统效率下降(约0.76个百分点)，补燃率下降，烟气中CO2的捕集率上升，CO2的排放量减小（约80g/kWh）。
伴随补燃温度的上升，系统净效率上升，补燃率上升，CO2捕集率降低。
伴随冷却空气量的增大，系统的效率呈降低的势头，CO2排放量略有降低，大约1.7%。
在各部分优化的运行工况下，得到系统主要的性能技术指标。
结果表明得系统净效率达到39.9%LHV，CO2捕集率为93.2%，CO2排放量为132.7 g/kWh。
与氧载体为Fe2O3/MgAl2O4时的系统、超超临界系统、IGCC系统相应参数进行对比，化学链燃烧联合循环系统在CO2捕集方面有着巨大的优越性，效率也较高。
ASPENPLUS反应器的模拟与优化解读
ASPENPLUS反应器的模拟与优化解读ASPEN Plus是一种流程模拟软件，广泛应用于化工工程、能源工程等领域。
它可以帮助工程师通过建立模型和进行仿真，预测和优化化工流程。
在化工生产过程中，反应器是一个重要的组件，ASPEN Plus能够进行反应器的模拟和优化解读，从而帮助工程师改进反应器的设计和操作条件，提高生产效率和产品质量。
首先，ASPEN Plus可以帮助工程师建立反应器的模型。
在ASPENPlus中，用户可以选择适当的反应器模型，如气相反应器、液相反应器、固相反应器等。
然后，用户可以输入反应器的物理和化学性质的数据，如反应器中的反应物浓度、反应速率常数、活化能等。
根据这些数据，ASPEN Plus可以进行数值求解，得到反应器中物质的浓度、温度、压力等参数的变化情况。
接下来，ASPEN Plus可以进行反应器的仿真。
在仿真过程中，ASPEN Plus可以帮助工程师分析反应物的转化率、选择性和产率等重要指标。
通过改变反应器的操作条件，如温度、压力、进料流量等，工程师可以观察到这些指标的变化情况。
如果仿真结果与实际情况相符，工程师可以进一步进行优化解读。
最后，ASPEN Plus可以进行反应器的优化解读。
优化是指通过改变操作变量，使得一些目标函数达到最优的过程。
在反应器中，可以将产物收率、能耗、废料生成量等作为目标函数，通过改变反应器的操作变量，如反应温度、催化剂用量等，使目标函数最优化。
ASPEN Plus提供了多种优化算法，如遗传算法、模拟退火算法等，可以自动最优解。
通过ASPEN Plus的模拟与优化解读，工程师可以获得以下信息和结果：1. 反应器的性能评估：ASPEN Plus可以帮助工程师评估反应器的表现，如转化率、选择性和产率等。
这些信息对于确定反应器的效果并进行性能改进至关重要。
2. 最优操作条件：通过优化解读，ASPEN Plus可以帮助工程师确定反应器的最佳操作条件，如温度、压力、进料流量等。
基于Aspen Plus软件的燃煤烟气脱碳系统
基于Aspen Plus软件的燃煤烟气脱碳系统本文将介绍基于Aspen Plus软件的燃煤烟气脱碳系统。
燃煤烟气脱碳技术是减少二氧化碳等大气污染物排放的关键技术之一。
脱碳技术可采用碱液吸收法、活性炭吸附法、膜分离法等多种方法，但碱液吸收法是最为普遍的一种方法。
本文将介绍基于Aspen Plus软件的碳酸钠吸收法脱碳系统。
首先，在Aspen Plus软件中建立物料流程图，该系统包括燃煤锅炉、除尘器、SO2吸收器和脱碳吸收器等部分。
其中，燃煤锅炉是煤燃烧释放烟气的来源，烟气经过除尘器去除颗粒物后，进入SO2吸收器。
这一阶段主要是利用碱液吸收SO2，并在此过程中生成硫酸钠。
随后，烟气进入脱碳吸收器，利用碳酸钠溶液吸收CO2，生成碳酸钠。
最后，再经过氢氧化钠吸收器进一步净化，去除残留SO2，并通过尾气治理设备排放。
接下来，需要为化学反应建立热力学模型。
碳酸钠吸收CO2反应公式为：CO2(g)+Na2CO3(aq)→NaHCO3(aq)该反应为放热反应，需要热量计算。
在Aspen Plus中设定反应器后，输入反应物的进料流量和组成，系统可计算出放热情况和反应物质量平衡。
为了更准确地模拟整个系统，还需要设置最佳操作条件。
这可以通过调节几个关键参数来实现，包括流量、浓度等。
通过时间驱动的仿真，可以为各个部分设定最佳操作条件，进而提高系统产量和效率。
最后，需要进行系统优化，以尽量减少能耗和净化成本。
优化方案包括增加碱液浓度、减少脱碳吸收器温度等。
Aspen Plus软件可以对不同方案进行评估，系统将自动计算不同方案的成本效益，并根据结果确定最佳方案。
在完成以上步骤后，可以对整个系统进行性能评估。
通过Aspen Plus软件，可以评估系统的排放减少程度和能源消耗情况，并根据数据结果做出相应的优化调整。
总之，基于Aspen Plus软件的燃煤烟气脱碳系统，可实现对烟气的净化和捕捉二氧化碳的功能，具有相当的实用性和经济性。
基于Aspen Plus的煤炭空气部分气化联合循环发电系统模拟
第47卷第9期热力发电V ol.47 No.9基于Aspen Plus的煤炭空气部分气化联合循环发电系统模拟叶超1，王勤辉1，俞利锋2，方梦祥1，唐健2，骆仲泱1（1.浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，浙江杭州310027；2.华电国际电力股份有限公司浙江分公司，浙江杭州310016）［摘要］煤炭空气部分气化联合循环发电技术采用循环流化床反应器作为气化炉和燃烧炉，煤由给料装置送入气化炉中与空气发生反应，产生燃气然后送入燃气轮机中发电；反应剩余的半焦则送入循环流化床燃烧炉中燃烧发电。
本文采用甘肃华亭煤为设计煤种，利用Aspen Plus软件对煤炭空气部分气化联合循环发电技术进行模拟研究，得出了空气煤比、碳转化率对气化温度、燃气组分、燃气热值、气化效率、发电效率等因素的影响。
结果表明：随着空气煤比的增大，气化温度升高，燃气热值、发电效率及气化效率降低；随着碳转化率增大，燃气的热值提高，气化效率及发电效率均增加；系统发电效率随着碳转化率增加而增加，然而当碳转化率大于80%时，发电效率的增加幅度大幅减小，因此将碳转化率选为80%较为合适，此时的发电效率约为57%，这相较于现有的煤粉燃烧发电系统有极大的提高。
［关键词］煤炭；部分气化；联合循环发电；循环流化床；Aspen Plus［中图分类号］TQ523.6 ［文献标识码］A ［DOI编号］10.19666/j.rlfd.201711129［引用本文格式］叶超, 王勤辉, 俞利锋, 等. 基于Aspen Plus的煤炭空气部分气化联合循环发电系统模拟[J]. 热力发电, 2018, 47(9): 63-68. YE Chao, WANG Qinhui, YU Lifeng, et al. Simulation of combined-cycle power system of coal/air partial gasification based on Aspen Plus[J]. Thermal Power Generation, 2018, 47(9): 63-68.Simulation of combined-cycle power system of coal/air partial gasificationbased on Aspen PlusYE Chao1, WANG Qinhui1, YU Lifeng2, FANG Mengxiang1, TANG Jian2, LUO Zhongyang1(1. State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;2. Huadian Power International Corporation Limited Zhejiang Branch, Hangzhou 310016, China)Abstract: Combined-cycle power generation technology of coal/air partial gasification uses the circulating fluidized bed (CFB) reactor as a gasifier and a combustion furnace. Coal is fed into the gasifier by the feed device and reacts with the air to produce gas which is then sent to the gas turbine for power generation. And the remaining semicoke is then fed to the circulating fluidized bed combustion furnace for combustion and power generation. This study uses Gansu Huating coal as design coal. And a simulation study on combined-cycle power generation technology of coal/air partial gasification is conducted by using Aspen Plus. The effects of air-coal ratio, carbon conversion rate on factors such as gasification temperature, gas composition, gas calorific value, gasification efficiency and power generation efficiency are studied. The results show that, when the air-coal ratio increases, gasification temperature increases and the gas calorific value, power generation efficiency and gasification efficiency decreases. Both the gasification efficiency and power generation efficiency increases when the carbon 收稿日期：2017-11-10基金项目：国家重点研发计划项目(2016YFE0102500-05)Supported by：National Key Research and Development Program(2016YFE0102500-05)第一作者简介：叶超(1991—)，男，主要研究方向为固体燃料转化技术，11327071@。