基于Aspen Plus煤粉工业锅炉系统建模与分析.docx

基于 Aspen Plus 煤粉工业锅炉系统建模与分析 罗伟;陈隆;崔豫泓 【摘 要】 为了研究 SZS20-1.6-AIII 卧式煤粉工业锅炉燃烧和换热特性,采用 Aspen Plus 对煤粉燃烧、烟气换热、锅筒蒸发和除尘等 4 个过程进行建模,探讨 Aspen Plus 中适用于上述 4 个过程的模块及其性质,构建完整的煤粉工业锅炉运行 模拟流程,同时在收率反应器模块 RYield 中嵌入 Fortran 语言程序以规定煤粉分解 产物和碳转化率.结果表明,建立的 Aspen Plus 模型能够准确模拟锅炉运行;空气温 度越高,换热量越多,当空气过量系数为 0.96 时烟气的换热量达到最大;煤粉湿度越 大,燃烧温度越低,换热量越少. 【期刊名称】 《洁净煤技术》 【年(卷),期】 2015(021)006 【总页数】 4 页(P91-94) 【关键词】 煤粉工业锅炉;燃烧;换热;Aspen Plus;模拟 【作 者】 罗伟;陈隆;崔豫泓 【作者单位】 煤炭科学技术研究院有限公司节能工程技术研究分院,北京 100013; 煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室,北京 100013;国家能源煤炭高效利用与 节能减排技术装备重点实验室,北京 100013;煤炭科学技术研究院有限公司节能工 程技术研究分院,北京 100013;煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室,北京 100013;国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京 100013;煤 炭科学技术研究院有限公司节能工程技术研究分院,北京 100013;煤炭资源开采与 环境保护国家重点实验室,北京 100013;国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装 备重点实验室,北京 100013 【正文语种】 中 文 【中图分类】 TD849;TK229.6 我国燃煤工业锅炉保有量近 50 万台，每年燃煤量超过 4 亿t ，大多数为普通链条 锅炉，污染物排放总量接近电站锅炉[1]。大量燃煤工业锅炉的使用是近年来区域 性雾霾天气频繁出现的重要原因之一， 2014 年 7 月 1 日新版《锅炉大气污染物排 放标准》正式实施，该标准对燃煤工业锅炉的污染物排放提出了更高的要求。在此 形势下，煤炭科学技术研究院有限公司研发的高效煤粉工业锅炉更加被市场认可, 高效煤粉工业锅炉采用旋流逆喷式双锥燃烧器和空气分级燃烧技术，具有热效率高、 污染物(NOx、 SOx、可吸入颗粒物)排放量低以及负荷调节方便的特点，已在全国 十几个省市推广使用[2]。目前对高效煤粉工业锅炉的研究主要有双锥式煤粉燃烧 器的燃烧和空气动力场特性研究[3]、高浓度煤粉供料器的两相流动特性研究[4]、 污染物排放控制技术的开发和研究[5-8] ，而在锅炉系统方面没有进行过相关的研 究。 Aspen Plus 作为一款大型的通用化工流程模拟软件，能够进行精细的流程设 计和稳态模拟，广泛用于石油化工和电力等领域的流程设计、模拟和优化，国内外 学者使用 Aspen Plus 对煤气化系统、燃气轮机系统以及循环流化床系统进行了大 量研究[9-11] ，均建立了适合的模型来模拟实际运行系统，但是对煤粉工业锅炉的 研究却鲜有出现，通过借鉴 Aspen Plus 建模的经验，对 SZS20-1.6-AIII 卧式煤 粉工业锅炉系统流程建模并进行稳态模拟计算，模拟结果与锅炉运行实际参数有很 好的符合度，在此基础上研究给风流量和温度，煤粉湿度和温度对锅炉燃烧和换热 的影响。 图 1 为高效煤粉工业锅炉系统流程。煤粉由一次风输送进入预燃室，二次风助燃， 产生高温烟气进入炉膛，与水冷壁和对流管束换热。经过换热后的低温烟气在烟道 省煤器中进一步放热，低温烟气经过布袋式除尘器进行除尘，经由烟囱排向大气。 煤粉燃烧是复杂的物理化学过程，采用 Aspen Plus 模拟时需要假设[12] ：① 燃烧 系统处于稳定的状态，各项参数不随时间发生变化；② 空气与煤炭颗粒能够在瞬 间完成混合；③ 煤炭中的 H、 O、 N、 S 全部发生反应转化为气态，而 C 则会残存， 以固态形式随烟气流出炉膛；④锅炉内部压强相等；⑤煤颗粒的温度分布均匀。 Aspen Plus 将物质分为常规组分和非常规组分，其中煤(COAL)、灰(ASH)和残碳 (UBC)为非常规固体组分，类型为 Nonconventional； N2、 H2、 O2、 H2O、 CO2、 CO、 SO2、 SO