【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及氣化爐運行參數檢測，尤其是涉及根據工業現場采集的運行數據通過事先建立好的模型在線求解爐內重要變量的一種殼牌氣流床氣化爐爐膛溫度的在線軟測量方法。
技術介紹
Shell氣流床煤氣化技術由荷蘭Shell國際石油公司于20世紀50年代開始研發，目前已在德國、荷蘭、意大利等多個國家建成并投入使用，是已經商業化的第二代煤氣化技術中最有競爭力的技術之一。Shell煤氣化技術的工藝流程主要包括磨煤干燥、加壓輸送、氣化、除渣、除灰、濕洗等單元，煤場的原料煤首先由帶式輸送機送入磨煤與干燥單元中研磨和干燥，之后依次通過煤粉加壓與輸送單元內的常壓煤粉倉、加壓煤粉倉及給料倉，由高壓氮氣或二氧化碳將煤粉輸送至氣化爐煤燒嘴，在氣化爐內與來自空分的高壓氧氣發生一系列反應，產生合成氣、飛灰與爐渣。其中，氣化產物中的爐渣從氣化爐底部以熔渣的形式流入渣池，在渣池中被激冷分散后排出氣化系統；氣化產物中的合成氣與飛灰由氣化爐頂部送出，在激冷段內被激冷壓縮機送來的激冷氣激冷至800～900℃，然后經合成氣冷卻器(廢鍋)進一步冷卻后送入干法除灰單元；合成氣中夾帶的熔融飛灰在之前的激冷段中由于溫度的陡然降低會發生固化，這些固化的飛灰在除灰系統中大部分被高溫高壓過濾器分離出合成氣并送入飛灰貯罐；經過干法除灰的合成氣被分為兩股，一股回到激冷壓縮機作為激冷氣，另一股進入濕洗單元，待合成氣中的鹵化物被除去且飛灰含量進一步降低(<1mg/m3)之后再被分為兩股，一股送回激冷壓縮機作激冷氣，另一股作為最后的粗合成氣給下游工段使用。在目前Shell氣化爐工業運行的過程中，由于爐內狀況復雜、爐溫...
【技術保護點】
一種殼牌氣流床氣化爐爐膛溫度的在線軟測量方法，其特征在于包括以下步驟：1)數據采集；2)計算輸出；在接受采集的數據后，通過相應的數學計算式及守恒方程，計算并輸出爐內的溫度數據給現場操作人員，為其判斷氣化爐內氣化過程及裝置的運行狀態提供參考。
【技術特征摘要】
1.一種殼牌氣流床氣化爐爐膛溫度的在線軟測量方法，其特征在于包括以下步驟：1)數據采集；2)計算輸出；在接受采集的數據后，通過相應的數學計算式及守恒方程，計算并輸出爐內的溫度數據給現場操作人員，為其判斷氣化爐內氣化過程及裝置的運行狀態提供參考。2.如權利要求1所述一種殼牌氣流床氣化爐爐膛溫度的在線軟測量方法，其特征在于在步驟1)中，所述數據包括入爐煤質數據、氣化爐結構參數和氣化爐運行實時數據。3.如權利要求2所述一種殼牌氣流床氣化爐爐膛溫度的在線軟測量方法，其特征在于所述入爐煤質數據由相關人員通過煤質分析獲得。4.如權利要求2所述一種殼牌氣流床氣化爐爐膛溫度的在線軟測量方法，其特征在于所述氣化爐結構參數包括氣化爐高度、氣化爐直徑、氣化爐水冷壁厚度。5.如權利要求2所述一種殼牌氣流床氣化爐爐膛溫度的在線軟測量方法，其特征在于所述氣化爐結構參數通過氣化爐設計圖紙獲得。6.如權利要求2所述一種殼牌氣流床氣化爐爐膛溫度的在線軟測量方法，其特征在于所述氣化爐運行實時數據通過工廠DCS系統采集。7.如權利要求2所述一種殼牌氣流床氣化爐爐膛溫度的在線軟測量方法，其特征在于所述氣化爐運行實時數據包括進煤量、進氧量、蒸汽量、載氣量以及氣化爐壓力，所述載氣為二氧化碳或氮氣。8.如權利要求1所述一種殼牌氣流床氣化爐爐膛溫度的在線軟測量方法，其特征在于在步驟2)中，所述計算并輸出爐內的溫度數據包括爐內的化學反應和爐內向外傳熱的計算，以及爐溫的輸出整個軟測量，具體方法如下：(1)根據計算精度與計算速度的要求確定氣化室個數；(2)接收數據采集部分傳來的本時刻氣化爐運行數據；(3)根據進料參數計算本時刻進入氣化爐熱解燃燒室內的煤粉發生熱解及燃燒反應的質量與能量平衡，其求解過程按下述表達式描述：(Cg,i,0,Cp,j,0,T0,u0,ρN0,dp,0,εp,0,εg,0,P)＝f(Tfeeding,x,mfeeding,x,dp,feeding,ρcoal)式中Cg,i,0代表熱解燃燒室內氣相組分i的摩爾濃度，其中i包括二氧化碳、水、氫氣、一氧化碳、甲烷、氮氣以及硫化氫七種物質，Cp,j,0代表熱解燃燒室內固相組分j的質量濃度，其中j包括煤焦與灰分兩種物質，T0代表熱解燃燒室溫度，u0代表熱解燃燒室內所有物質的流速，ρN0代表熱解燃燒室內固體顆粒數，dp,0代表熱解燃燒室內煤焦顆粒直徑，εp,0代表熱解燃燒室內固相物質體積分數，εg,0代表熱解燃燒室內氣相物質體積分數，P代表氣化爐操作壓力，Tfeeding,x代表進入氣化爐的x組分的溫度，其中x包括煤粉、氧氣、蒸汽、氮氣、二氧化碳五種物質，mfeeding,x代表進入氣化爐的x組分的質量流量，其中的x仍然包括煤粉、氧氣、蒸汽、氮氣、二氧化碳五種物質，dp,feeding代表進入氣化爐的煤粉顆粒的直徑，ρcoal代表進入氣化爐的煤粉密度；(4)計算本時刻各氣化室內物質發生氣化反應時的質量與能量源項，其中的氣化反應速率(均相、非均相)由相關反應的動力學方程計算： MS p , c h a r , n H e t e r o = Σ m ( - R m , n H e t e r o ) ]]> MS p , a s h , n H e t e r o = x A s h Σ m R m , n H e t e r o ]]> MS g , i , n H e t e r o = x c h a r M C Σ m υ i , m R m , n H e t e r o ]]> MS g , i , n H o m o = Σ m υ i , m R m , n H o m o ]]> HS p , n H e t e r o = x c h a r M C Σ m ( R m , n H e t e r o ( - ΔH m ) ) ]]> HS g , n H o m o = Σ m R m , n H o m o ( - ΔH m ) ]]>式中，代表第n個氣化室內煤焦的非均相反應質量源項，代表第n個氣化室內相關非均相反應m的反應速率，代表第n個氣化室內灰分的非均相反應質量源項，xAsh代表灰分在煤粉中的質量分數，代表第n個氣化室內氣相組分i的非均相反應質量源項，其中i包括二氧化碳、水、氫氣、一氧化碳、甲烷、氮氣以及硫化氫七種物質，xchar代表煤焦在煤粉中的質量分數，MC代表煤焦的摩爾質量，υi,m代表組分i在化學反應m中的化學計量系數，代表第n個氣化室內氣相組分i的均相反應質量源項，其中i包括二氧化碳、水、氫氣、一氧化碳、甲烷、氮氣以及硫化氫七種物質，代表第n個氣化室內相關均相反應m的反應速率，代表第n個氣化室內所有固相組分的非均相反應能量源項，ΔHm代表化學反應m的反應焓，代表第n個氣化室內所有氣相組分的均相反應能量源項；(5)計算本時刻各氣化室與爐壁的傳熱源項，包括氣相對流傳熱與氣固輻射傳熱兩部分；Qconv,n＝Awα(Tn-Twall) Q r a d , n = A p σ ( e p T n 4 - e w a l l T w a l l 4 ) ]]>式中，Qconv,n代表第n個氣化室內的對流傳熱量，Aw代表對流傳熱面積，α代表對流傳熱系數，Twall代表爐壁溫度，Tn代表第n個氣化室內的溫度，Qrad,n代表第n個氣化室內的輻射傳熱量，Ap代表輻射傳熱面積，σ代表玻爾茲曼常數，ep代表爐內固體顆粒黑度，ewall代表爐壁黑度；(6)建立本時刻各氣化室的質量、能量守恒的動態方程式，并計算流速與顆粒數：氣相質量守恒： d ( ϵ g , n C g , i , n ) d t = 1 L n ( u n - 1 ϵ g , n - 1 C g , i , n - 1 - u n ϵ g , n C g , i , n ) + ( MS g , i , n H e t e r o + MS g , i , n H o m o ) ]]>固相質量守恒： d ( C p , j , n ) d t = 1 L n ( u n - 1 C p , j , n - 1 - u n C p , j , n ) + MS p , j , n H e t e r o ]]>顆粒數： dρN n d t = 1 L n ( ρN n - 1 · u n - 1 - ρN n · u n ) ]]>氣固兩相能量守恒： d ( ( ϵ g , n Σ i ( C g , i , n Cp i , n ) + Σ j ( ...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曹志凱，解泰瓅，周華，江青茵，師佳，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：福建;35
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