【技术实现步骤摘要】
本申请涉及煤气化炉领域，特别涉及一种气化炉运行性能的优化方法。
技术介绍
1、煤炭是我国的重要能源来源，是大量化学品的生产原料，煤炭的清洁高效利用符合当前节能环保的大趋势，因此成为国内的重点研究方向之一。高温高压煤气化是固体化石燃料煤在高温高压下转化为气态可燃物的一种工艺，其工作过程为以气体或水作为流化剂将煤带入气化炉反应室，煤与氧气接触发生一系列的复杂物理化学反应，生成以氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气为主的粗合成气及未燃尽的灰渣。
2、粗合成气经过冷却、净化后作为产品进行利用，灰渣离开反应室后冷却、收集、定时排放清理。高温高压煤气化技术以其反应速度快、能量利用率高及环境污染小的优势获得了大规模的推广应用。
3、但由于煤气化系统复杂，煤质波动大、反应性不同、温度高压力大，测量数据有限等特点，调控气化炉设备始终处于较好的运行状态成为行业的难点。因此，需要提供一种解决该难点的方法。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本申请实施例的目的在于提供一种气化炉运行性能的优化方法，包括如下步骤：
2、s1、建立气化炉运行性能分析的理论模型，至少包括：
3、s101、模型变量的确定：
4、原料为煤粉，采用n2或co2作为流化气输送煤粉，流量为vn2或vco2，所述原料与o2在运行压力p和运行温度t下发生反应；
5、所述运行温度t计算公式为：
6、
7、其中，h(t)i为气化炉入口物质i在温度t时的焓
8、原料的成分以c、h、o、n、s、灰分和h2o的质量分数表示，其中，原料的灰分分析以sio2、al2o3、fe2o、mgo、cao、na2o、k2o、tio2、so3、p2o5的质量分数表示；原料的能量以热值表示：
9、生成为粗合成气，所述粗合成气组分包括co、co2、h2、h2o、ch4、n2、nh3、hcn、h2s和cos；
10、所述气化炉内原料的质量计算公式为：
11、
12、其中，n*为气化炉入口各元素的量，nx*为气化炉出口含元素x的*组分的量；
13、s102、反应速率的确定：
14、气化炉内发生的主要化学反应为c+o2＝co2、c+1/2o2＝co、c+co2＝2co和c+h2o＝co+h2，其反应速率计算公式为：
15、r*＝a**k**∏n*x
16、其中，r*为反应速率，k*为反应速率常数，a*为实验室测试值与气化炉运行中实际值的修正系数，n*为反应过程中或气化炉出口*组分的量；
17、气化炉内发生的其它反应包括cos+h2＝h2s+co、n2+3h2＝2nh3，其反应平衡常数为：
18、
19、其中，k*为反应平衡常数，pi，pj分别为反应式中反应物与生成物的分压，x，y分别为反应式中反应物与生成物的化学计量数；
20、气化炉内发生的其它反应还包括co+3h2＝ch4+h2o、co2+4h2＝ch4+2h2o、nco+(2n+1)h2＝cnh2n+2+nh2o、nco2+(4n+1)h2＝cnh2n+2+2nh2o等，其中，ch4浓度与运行温度t满足关系式nch4＝a5exp(a6/t)，cnh2n+2等含量较少忽略不计；
21、s103、气化炉的碳转化率的确定：
22、元素c的转化率计算公式为(出口粗合成气碳含量-入口二氧化碳碳含量)/入口煤中碳含量；
23、s2、采集气化炉在某段时间内的运行参数，其中，所述运行参数为气化炉输入、输出参数和各项运行状态的参数；
24、s3、根据采集的运行参数，拟合参数a1、a2、a3、a4、a5和a6，以此完成所述理论模型的建立；
25、s4、根据采集的气化炉输入参数，利用所述理论模型计算所述气化炉输出参数；
26、s5、通过所述理论模型计算所述理论模型的输出参数与所述气化炉的实际输出参数的差值；
27、s6、在所述差值满足误差范围的情况下，利用所述理论模型计算修改煤量、氧量后所述气化炉的输出参数，通过评判标准判断气化炉运行性能的优异，以此监控和调节煤气化炉的工作状态。
28、作为一可选实施例，所述气化炉内原料的质量计算公式具体为：
29、nc＝nco+nco2+ncos+nch4+nhcn
30、nh＝2nh2+2nh2o+4nch4+3nnh3+nhcn+2nh2s
31、no＝nco+2nco2+nh2o+ncos
32、nn＝2nn2+nnh3+nhcn
33、ns＝nh2s+ncos
34、其中，n*为气化炉入口元素*的量，n*为出口物质*的摩尔数。
35、作为一可选实施例，所述反应速率的计算公式具体为：
36、r1＝a1*k1*nc*no2
37、r2＝a2*k2*nc*[no2]0.5
38、r3＝a3*k3*nc*nco2
39、r4＝a4*k4*nc*nh2o
40、其中，r*为反应速率，k*为反应速率常数，n*为反应过程中或气化炉出口各组分的摩尔量，a*为实验室测试值与气化炉运行中实际值的修正系数。
41、作为一可选实施例，所述反应平衡常数的计算公式具体为：
42、k1＝ph2*pcos/(ph2s*pco)
43、k2＝pn2*[ph2]3/[pnh3]2
44、其中，ki为反应i的平衡常数，p*为物质*的分压。
45、作为一可选实施例，所述气化炉的输入参数包括煤量、煤的成分、煤的灰成分分析、煤的热值、氧量、水蒸气流量、氮气或二氧化碳流量、运行压力和运行温度；
46、所述理论模型计算气化炉的输出参数包括粗合成气产量、粗合成气组分、碳转化率、气化炉的产热量和气化炉的反应温度。
47、作为一可选实施例，所述误差范围为±0.1％。
48、作为一可选实施例，所述反应速率常数的获得方式包括以下至少一种：
49、通过国标法分析煤的化学反应活性获得；
50、通过热重分析煤的化学反应活性获得；
51、通过滴管炉分析煤的化学反应活性获得。
52、作为一可选实施例，所述拟合参数a1、a2、a3、a4、a5和a6包括以下至少一种：
53、通过数值求解的方法计算获得所述气化炉输出参数；
54、通过多点数值拟合的方法计算获得所述气化炉输出参数；
55、通过人工神经网络算法的方法计算获得所述气化炉输出参数。
56、作为一可选实施例，所述通过人工神经网络算法的方法计算获得所述气化炉输出参数包括：
57、根据气化炉输入参数和气化炉输出参数，结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气化炉运行性能的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化炉内原料的质量计算公式具体为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应速率的计算公式具体为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应平衡常数的计算公式具体为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化炉的输入参数包括煤量、煤的成分、煤的灰成分分析、煤的热值、氧量、水蒸气流量、氮气或二氧化碳流量、运行压力和运行温度；
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述误差范围为±0.1％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应速率常数的获得方式包括以下至少一种：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拟合参数a1、a2、a3、a4、a5和a6包括以下至少一种：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过人工神经网络算法的方法计算获得所述气化炉输出参数包括：
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评
...【技术特征摘要】
1.一种气化炉运行性能的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化炉内原料的质量计算公式具体为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应速率的计算公式具体为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应平衡常数的计算公式具体为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化炉的输入参数包括煤量、煤的成分、煤的灰成分分析、煤的热值、氧量、水蒸气流量、氮气或二氧化碳流量、运行压力和运行温度；...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡春霞，张文斌，郭进军，孙强，麻栋，葛志红，
申请(专利权)人：航天长征化学工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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