東赫，劉金昌，，解強(qiáng)，黨鉀濤，王新（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 00083；九州大學(xué)電子和材料應(yīng)用科學(xué)系，日本 福岡春日 86-8580 ）

研究開發(fā)

典型氣流床煤氣化爐氣化過(guò)程的建模

東赫1，劉金昌1，2，解強(qiáng)1，黨鉀濤1，王新1
（1中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2九州大學(xué)電子和材料應(yīng)用科學(xué)系，日本 福岡春日 816-8580 ）

利用Aspen Plus、基于熱力學(xué)平衡模型對(duì)GSP煤粉氣化爐、GE水煤漿氣化爐及四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐的氣化過(guò)程建模。根據(jù)煤顆粒熱轉(zhuǎn)化的歷程，將煤氣化過(guò)程劃分為熱解、揮發(fā)分燃燒、半焦裂解及氣化反應(yīng)4個(gè)階段，利用David Merrick模型計(jì)算熱解過(guò)程，采用Beath模型校正壓力對(duì)熱解過(guò)程的影響，選用化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器模擬揮發(fā)分燃燒反應(yīng)，編制Fortran程序計(jì)算半焦裂解產(chǎn)物收率，最后基于Gibbs自由能最小化方法計(jì)算氣化反應(yīng)。結(jié)果表明，采用建立的氣流床氣化過(guò)程模型模擬工業(yè)氣化過(guò)程的結(jié)果與生產(chǎn)數(shù)據(jù)基本吻合，對(duì)GSP煤粉氣化爐、GE水煤漿氣化爐及四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐等3種氣化爐有效氣成分（CO+H2）體積分?jǐn)?shù)模擬結(jié)果的誤差均不超過(guò)2%，建立模型的可靠性得到驗(yàn)證。

氣流床氣化爐；熱力學(xué)平衡模型；Aspen Plus

建立煤氣化數(shù)學(xué)模型的核心在于選擇合適的反應(yīng)模型。迄今為止，煤氣化數(shù)學(xué)模型繁多，主要為動(dòng)力學(xué)模型和熱力學(xué)平衡模型［1-2］。動(dòng)力學(xué)模型雖能真實(shí)地反映爐內(nèi)的氣化反應(yīng)過(guò)程，但該模型的建立依賴于詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)速率表達(dá)式，對(duì)于復(fù)雜的煤氣化反應(yīng)體系，其應(yīng)用往往受限于清晰定義的反應(yīng)和組分個(gè)數(shù)；另一方面，由于動(dòng)力學(xué)模擬方法及軟件的限制，僅能對(duì)氣化爐單一設(shè)備進(jìn)行模擬研究，難以考察氣化前及氣化后的整個(gè)工藝流程。相較而言［1］，熱力學(xué)平衡模型不針對(duì)特定的氣化爐型，以一定的平衡限制條件為假定基礎(chǔ)，通過(guò)建立各元素組分的反應(yīng)平衡、質(zhì)量方程及整個(gè)氣化爐熱量平衡方程，求解煤氣的平衡組成。熱力學(xué)平衡模型設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單，雖不能考察氣化爐內(nèi)的流動(dòng)傳熱、傳質(zhì)特性及氣化反應(yīng)的過(guò)程，但由于求解速度很快且在選取準(zhǔn)確的模型參數(shù)時(shí)能夠獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果，故而在氣化爐工程模擬和流程模擬中獲得了廣泛的應(yīng)用［3］。

DAI等［4］基于Gibbs自由能最小化原則對(duì)煤粉氣化過(guò)程建立模型，在此基礎(chǔ)上考察了操作參數(shù)對(duì)氣化過(guò)程的影響，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，兩者具有一致性；車德勇等［5］模擬流化床氣化時(shí)將氣化過(guò)程分為熱解及氣化兩個(gè)部分，并考慮流化床氣化爐密相區(qū)和稀相區(qū)流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)不同，利用嵌入Fortran氣化動(dòng)力學(xué)子程序的2個(gè)攪拌釜式反應(yīng)器模塊分別模擬2個(gè)區(qū)內(nèi)焦炭的氣化反應(yīng)；汪洋等［6］借助Aspen Plus軟件建立了氣流床煤氣化爐的熱力學(xué)平衡模型，其中包含裂解、氣化及冷卻等3個(gè)模塊，將固體煤經(jīng)裂解轉(zhuǎn)化為Aspen Plus可處理的常規(guī)組分物質(zhì)，經(jīng)Gibbs平衡反應(yīng)器求解產(chǎn)物組成，后經(jīng)分離模塊進(jìn)行分離得到產(chǎn)品合成氣和副產(chǎn)物灰渣。至今，基于熱力學(xué)平衡模型對(duì)煤氣化過(guò)程的模擬研究主要將氣化過(guò)程簡(jiǎn)化為裂解單元和氣化單元兩部分，且側(cè)重于操作參數(shù)對(duì)氣化爐性能的分析，而關(guān)于熱力學(xué)平衡模型詳細(xì)的建立過(guò)程仍不充分，且實(shí)際的氣化反應(yīng)過(guò)程較為復(fù)雜，上述模型建立時(shí)尚未考慮煤氣化過(guò)程伴隨的熱解及揮發(fā)分燃燒反應(yīng)，難以系統(tǒng)和準(zhǔn)確地反映實(shí)際氣化過(guò)程。KONG等［7］針對(duì)水煤漿氣化過(guò)程建立了三級(jí)平衡模型，將氣化過(guò)程分為熱解和燃燒級(jí)、氣固相反應(yīng)級(jí)及氣相反應(yīng)級(jí)3個(gè)等級(jí)進(jìn)行模擬，結(jié)果表明該模型具有一定的可靠性；徐越等［8］將復(fù)雜的煤氣化過(guò)程分為熱解及揮發(fā)分燃燒、半焦燃燒氣化反應(yīng)和氣化還原反應(yīng)三部分進(jìn)行建模，模型預(yù)測(cè)較為準(zhǔn)確。此外，對(duì)于煤氣化“拔頭”工藝煤熱解過(guò)程，基于Aspen Plus的模擬方法主要使用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算熱解產(chǎn)物組成，而所擬合的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式多基于常壓條件下的熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納［9］。但對(duì)于氣流床氣化爐，壓力對(duì)熱解過(guò)程的影響不可忽略。BEATH［10］研究發(fā)現(xiàn)煤熱解析出的揮發(fā)分得率隨著壓力升高而減小，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出壓力與煤熱解產(chǎn)物收率的關(guān)系式；LIU等［11］在對(duì)氣流床氣化過(guò)程建模過(guò)程中，采用Beath模型校正了熱解過(guò)程，模擬結(jié)果更為貼近實(shí)際情況。

結(jié)合煤（顆粒）氣化反應(yīng)歷程，基于熱力學(xué)平衡模型對(duì)氣化反應(yīng)歷程中各環(huán)節(jié)的模擬在以求解產(chǎn)物組成及相態(tài)為目的的情況下準(zhǔn)確度高且計(jì)算量小。本文以實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)為依據(jù)，利用Aspen Plus軟件，對(duì)3種典型氣流床氣化爐氣化過(guò)程進(jìn)行模擬，深入明晰氣化爐煤熱解、揮發(fā)分燃燒、半焦裂解及氣化反應(yīng)過(guò)程模型建立的機(jī)理及過(guò)程，并依據(jù)Beath壓力校準(zhǔn)模型校準(zhǔn)熱解過(guò)程。

1　煤氣化過(guò)程建模

1.1煤（顆粒）氣化歷程解析

煤炭氣化過(guò)程實(shí)際上是煤炭在高溫下的熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，王輔臣［2］、于遵宏［3］等對(duì)煤炭氣化過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)分析，認(rèn)為煤氣化反應(yīng)雖受氣化方式、氣化劑及煤種等諸多因素影響，但所有的氣化過(guò)程存在明顯的共性，即煤炭顆粒進(jìn)入氣化爐內(nèi)先后經(jīng)歷了干燥、熱解、揮發(fā)分燃燒、焦炭燃燒和氣化反應(yīng)過(guò)程。

對(duì)于氣流床氣化過(guò)程，在干燥和熱解階段，由于大部分煤顆粒小于 200目，且爐內(nèi)平均溫度在1300℃以上，煤粉受熱速度極快，因而認(rèn)為干燥階段煤中水分瞬間蒸發(fā)，同時(shí)發(fā)生快速的熱分解脫除揮發(fā)分。目前氣化過(guò)程模型的建立均將水分蒸發(fā)過(guò)程與揮發(fā)分析出過(guò)程一起考慮［12］。而后，熱解析出的揮發(fā)分和形成的半焦進(jìn)行燃燒和氣化反應(yīng)，此過(guò)程中揮發(fā)分的燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量以供為后階段的氣化反應(yīng)，不可忽略。氣化反應(yīng)階段包括氣化劑與煤或焦之間的反應(yīng)、煤與反應(yīng)物之間的反應(yīng)、反應(yīng)產(chǎn)物與氣化劑及反應(yīng)產(chǎn)物之間的反應(yīng)。

需說(shuō)明，實(shí)際氣化過(guò)程中各個(gè)階段可能同時(shí)進(jìn)行，難以清晰分割。為便于氣化過(guò)程模型的建立，結(jié)合煤氣化反應(yīng)歷程，擬將復(fù)雜的煤氣化過(guò)程進(jìn)行分段，即劃分為熱解、揮發(fā)分燃燒、半焦裂解及氣化反應(yīng)4個(gè)階段。

1.2熱解過(guò)程

1.2.1David Merrick模型

David Merrick建立了煤熱解揮發(fā)分及焦炭產(chǎn)量的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?3］，該模型基于元素平衡計(jì)算熱解揮發(fā)分的成分及焦炭的產(chǎn)率，計(jì)算簡(jiǎn)便且通用性較好［14］。假設(shè)揮發(fā)分產(chǎn)物有CH4、C2H6、CO、CO2、H2、H2O、NH3、H2S和焦油，其他產(chǎn)物只有焦。具體方程如式（1）所示。式（1）是由10個(gè)方程組成的10階矩陣，矩陣每行代表每個(gè)方程中10個(gè)回歸系數(shù)。其中，第1行為碳平衡方程，2～5行分別為H、O、N、S平衡方程，第6行為質(zhì)量平衡方程，7～10行表示各個(gè)物質(zhì)的收率。

1.2.2壓力校正

氣流床氣化爐內(nèi)壓力較高，在使用熱解模型對(duì)原煤熱解產(chǎn)物進(jìn)行計(jì)算后需要通過(guò)壓力校正才能更加準(zhǔn)確地模擬氣流床氣化過(guò)程。論文擬根據(jù)BEATH［10］實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出的煙煤壓力校準(zhǔn)模型，如式（2）。

1.3揮發(fā)分燃燒過(guò)程

使用David Merrick 模型可計(jì)算出的揮發(fā)分有CH4、C2H6、CO、CO2、H2、H2O、NH3、H2S及焦油。其中可以發(fā)生燃燒反應(yīng)的有CH4、C2H6、CO、H2、H2S及焦油。假定氣化反應(yīng)過(guò)程中氣化劑充足，上述五種可燃揮發(fā)分以及焦油發(fā)生了完全燃燒反應(yīng)，采用Aspen Plus軟件現(xiàn)有的操作模塊化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器（RSTOIC）進(jìn)行模擬，主要反應(yīng)方程式如式（3）～式（7）。

1.4煤（焦）裂解過(guò)程

煤、半焦都是復(fù)雜的混合物，在模擬軟件中無(wú)法對(duì)組分不清楚的混合物進(jìn)行計(jì)算，將熱解后的半焦依據(jù)其工業(yè)分析和元素分析結(jié)果分解為單元素分子（C、H2、O2、N2、S）和灰分，裂解組分的收率通過(guò) Aspen Plus 內(nèi)嵌的 Calculator計(jì)算模塊中Fortran語(yǔ)言編寫的程序來(lái)控制。該單元本身遵循質(zhì)量守恒，只需考慮穩(wěn)態(tài)情況下系統(tǒng)能量的守恒，且由于煤氣化是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因而可采用生成焓來(lái)計(jì)算反應(yīng)中氣體和固體的焓。煤裂解單元的焓平衡方程及生成焓［15］如式（8）、式（9）。

式（8）表示在一定溫度T下，等號(hào)左邊的兩項(xiàng)分別表示進(jìn)料物流的生成焓和總焓，等號(hào)右邊前兩項(xiàng)分別表示反應(yīng)產(chǎn)物的生成焓和總焓。

在Aspen Plus 軟件模擬時(shí)，半焦裂解過(guò)程產(chǎn)物依據(jù)焦的工業(yè)分析和元素分析，通過(guò) Fortran 編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，如下所示［16］。

FACT=（100-WATER）/100

H2O=WATER/100

ASH=ULT（1）/100*FACT

C=ULT（2）/100*FACT

H2=ULT（3）/100*FACT

N2=ULT（4）/100*FACT

Cl2=ULT（5）/100*FACT

S=ULT（6）/100*FACT

O2=ULT（7）/100*FACT

其中，F(xiàn)ortran語(yǔ)言中ULT為矢量，代表煤的元素分析（ULTANAL）。

1.5煤（焦）氣化過(guò)程

氣化反應(yīng)單元采用平衡反應(yīng)器RGIBBS模塊，該模塊根據(jù)系統(tǒng)Gibbs 自由能趨于最小原則，由于氣流床煤氣化本身溫度較高，約達(dá)1500℃，壓力約為 4MPa，因此可認(rèn)為反應(yīng)體系在瞬間達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡，在考慮熱損失的前提下，通過(guò)建立下述非線性方程組計(jì)算同時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡和相平衡時(shí)的系統(tǒng)組成和分布［17］。

目標(biāo)函數(shù)如式（10）。

質(zhì)量守恒約束條件如式（11）。

焓平衡約束條件如式（12）。

非負(fù)約束條件如式（13）。

2　Aspen Plus模擬流程

2.1建模假設(shè)條件

結(jié)合煤氣化反應(yīng)特征及Aspen Plus模擬的適用性，建模需作如下假設(shè)［7］。

（1）整個(gè)氣化反應(yīng)可以分為熱解、揮發(fā)分燃燒、半焦裂解和氣化4個(gè)步驟進(jìn)行；

（2）熱解過(guò)程不受氣化爐內(nèi)氣氛條件的影響，熱解產(chǎn)物主要考慮焦、焦油（CmHn）、CH4、CO、CO2、H2、H2O、N2和H2S；

（3）揮發(fā)分燃燒過(guò)程中，由熱解產(chǎn)生揮發(fā)分的可燃成分在富氧的條件下完全燃燒；

（4）熱解產(chǎn)生的半焦根據(jù)工業(yè)分析和元素分析結(jié)果裂解為C、H、O、N、S 的單質(zhì)和灰分進(jìn)行氣化反應(yīng)；

（5）氣化爐處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，所有參數(shù)不隨時(shí)間發(fā)生變化，無(wú)壓力降，且不考慮氣化爐內(nèi)的濃度梯度和溫度梯度；

（6）半焦中的 C、H、O、N、S 等元素經(jīng)過(guò)反應(yīng)之后全部轉(zhuǎn)化為氣相，而C 根據(jù)反應(yīng)條件的不同不完全轉(zhuǎn)化；其中ASH為惰性組分，不參與氣化反應(yīng)；

（7）整個(gè)氣化過(guò)程都瞬間完成，且所有煤粒都參與到氣化反應(yīng)中。

2.2模型選擇

建模過(guò)程所選用的Aspen Plus中的模塊如表1所示。

2.3模擬流程

基于前述假設(shè)，選擇適于處理高壓烴熱力學(xué)性質(zhì)的PR-BM狀態(tài)方程［18］，采用Aspen Plus現(xiàn)有的單元操作模塊對(duì)整個(gè)煤氣化過(guò)程進(jìn)行建模，整個(gè)氣化過(guò)程模擬流程如圖1所示。

（1）熱解過(guò)程原料（COAL）和載氣（CARRIERG）進(jìn)入混合器（MIX1）中混合，混合之后（FEED）煤粉在RYIELD反應(yīng)器（PYROLY1）中發(fā)生常壓下的熱解反應(yīng)生成揮發(fā)分和半焦的混合物P1。P1進(jìn)入RYIELD反應(yīng)器（PYROLY2）中進(jìn)行熱解壓力校正，得到熱解產(chǎn)物P2。P2經(jīng)過(guò)分離器（SEP2）進(jìn)行氣固相分離，得到揮發(fā)分（GAS）、半焦（CHAR）和焦油（TAR）。由于氣流床煤氣化反應(yīng)在高溫高壓富氧條件下進(jìn)行，熱解產(chǎn)生的焦油瞬間發(fā)生了完全燃燒反應(yīng)，因而將熱解產(chǎn)生的焦油作為氣相的熱解揮發(fā)分處理。

（2）揮發(fā)分燃燒過(guò)程揮發(fā)分（GAS）氧化劑（OXYGEN）混合進(jìn)入到 RSTOIC反應(yīng)器（COMBUST）中發(fā)生燃燒反應(yīng)，得到產(chǎn)物（GASPRO）。

表1　Aspen Plus模塊應(yīng)用匯總

圖1　氣流床煤氣化過(guò)程模擬流程圖

（3）半焦裂解過(guò)程半焦（CHAR）進(jìn)入到RYIELD 反應(yīng)器（DECOMP）中進(jìn)行裂解反應(yīng)，得到C、H2、O2、N2、S及ASH混合物（DECOMP）。

（4）氣化過(guò)程揮發(fā)分燃燒產(chǎn)物（GASPRO）、半焦裂解產(chǎn)物（DECOMPUD）及水蒸氣（STEAM）首先進(jìn)入混合器（MIX2）中混合，混合物（MIXTURE）進(jìn)入RGIBBS反應(yīng)器（GASIFIER）中進(jìn)行氣化，生成產(chǎn)物（PRODUCT）。

3　模擬與校核數(shù)據(jù)

3.1分析數(shù)據(jù)

（1）煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)選用寧東重化工基地某 煤氣化廠中GSP、GE及四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐實(shí)際運(yùn)行過(guò)程的氣化原煤，其主要煤質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

表2　煤的工業(yè)分析和元素分析　　單位：%

（2）半焦分析數(shù)據(jù)利用David Merrick模型估算熱解產(chǎn)物需用到半焦的工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)，將原煤通過(guò)熱解實(shí)驗(yàn)制得半焦，熱解后的半焦工業(yè)分析與元素分析數(shù)據(jù)如表3所示。

3.2熱解模型計(jì)算

根據(jù)David Merrick模型計(jì)算熱解產(chǎn)物的結(jié)果如表4所示；根據(jù)Beath模型校準(zhǔn)的熱解產(chǎn)物結(jié)果如表5所示。

表3　半焦的工業(yè)分析和元素分析　　單位：%

表4　熱解產(chǎn)物組成

表5　Beath模型校準(zhǔn)的熱解產(chǎn)物組成

3.3氣化模型驗(yàn)證

應(yīng)用建立的氣化模型進(jìn)行模擬的結(jié)果匯總于表6。表6也給出了氣化生產(chǎn)的實(shí)際數(shù)據(jù)。

由表6可知，模擬結(jié)果與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)基本吻合，GSP、GE及四噴嘴對(duì)置水煤漿氣化爐合成氣有效成分（CO+H2）體積分?jǐn)?shù)模擬結(jié)果誤差分別為1.48%、0.53%及0.31%，說(shuō)明該模型能夠較為準(zhǔn)確的模擬3種典型氣流床氣化爐氣化過(guò)程。

表6　GSP煤粉氣化爐、GE水煤漿氣化爐及四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐模擬結(jié)果驗(yàn)證

4　結(jié)　論

（1）根據(jù)煤（顆粒）氣化歷程，詳細(xì)解析了煤熱解、揮發(fā)分燃燒、半焦裂解及氣化反應(yīng)各個(gè)階段的機(jī)理及過(guò)程。

（2）基于熱力學(xué)平衡模型，利用 Aspen Plus軟件建立了氣化過(guò)程各個(gè)階段的模型，其中熱解過(guò)程依據(jù)David Merrick模型計(jì)算，并采用BEATH模型校正了壓力對(duì)熱解過(guò)程的影響，揮發(fā)分燃燒反應(yīng)過(guò)程選用了化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器模擬，通過(guò)Fortran程序計(jì)算了半焦裂解產(chǎn)物收率并基于Gibbs自由能最小化方法計(jì)算了氣化反應(yīng)的產(chǎn)物組成。

（3）以GSP、GE及四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，基于所建模型對(duì)3種典型氣流床氣化爐氣化過(guò)程進(jìn)行模擬，結(jié)果表明，模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)基本吻合，3種氣化爐的模擬結(jié)果中有效氣成分（CO+H2）體積分?jǐn)?shù)的誤差均不超過(guò) 2%，驗(yàn)證了該模型用于模擬氣流床氣化爐氣化過(guò)程的可靠性。

符號(hào)說(shuō)明

bk—— 元素的摩爾數(shù)，mol

C —— 組分?jǐn)?shù)

Car—— 煤收到基中C的含量，%

G —— Gibbs自由能

HHV —— 煤收到基高位發(fā)熱量，J

Har—— 煤收到基中H的含量，%

?Hi—— 組分的焓，J

Mar—— 煤收到基中Moisture的含量，%

mjk—— 組分的原子矩陣

n —— 組分摩爾數(shù)，mol

P —— 系統(tǒng)中相的個(gè)數(shù)

QL—— 系統(tǒng)的熱損失，J

QP—— 煤粉裂解熱，J

S —— 單獨(dú)存在的相，如固體顆粒

Sar—— 煤收到基中S的含量，%

V1am*—— 常壓下?lián)]發(fā)分的得率，%

Vp*—— 壓力為Pt時(shí)的揮發(fā)分實(shí)際得率，%

w（C）—— 半焦干燥無(wú)灰基中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

w（H）—— 半焦干燥無(wú)灰基中H的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

w（N）—— 半焦干燥無(wú)灰基中N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

w（O）—— 半焦干燥無(wú)灰基中O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

w（S）—— 半焦干燥無(wú)灰基中S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

Z——系統(tǒng)中元素的個(gè)數(shù)

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Modeling of coal gasification reaction in typical entrained-flow coal gasifiers

DONG He1，LIU Jinchang1，2，XIE Qiang1，DANG Jiatao1，WANG Xin1
（1School of Chemical and Environmental Engineering，China University of Mining and Technology（Beijing），Beijing 100083，China；2Department of Applied Science for Electronics and Materials，Kyushu University，6-1 Kasuga-Koen，Kasuga，F(xiàn)ukuoka 816-8580，Japan）

This paper presents a modeling method for the coal gasification process proceeding in GSP pulverized coal gasification，GE coal-water slurry gasification and Opposed Multiple-Burner gasification based on the thermodynamic equilibrium with the aid of Aspen Plus. In the light of thermal conversion procedure of fine coal particles，the coal gasification was interpreted as consisting of four stages including pyrolysis，volatile combustion，char decomposition and gasification reaction. Then，the pyrolysis stage was calculated by the David Merrick model and the effect of pressure on the coal pyrolysis was corrected by means of Beath model. The volatile combustion stage was simulated by using Rstoic reactor and the yield of char decomposition products was calculated via compiling Fortran program. And finally，the gasification reaction stage was simulated based on the Gibbs free energy minimization. The results revealed that the simulated values from the developed simulation model of gasification processes were in good consistent with the industrial field data. The deviation of simulated results of volume fraction of the effective gas （CO+H2） of these three typical entrained-flow gasifiers were all less than 2%，which can validate the reliability of the coal gasification model.

entrained-flow gasifiers；thermodynamic equilibrium model；Aspen Plus

TQ 546

A

1000-6613（2016）08-2426-06

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.08.19

2015-10-30；修改稿日期：2015-12-09。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（2014CB238905）及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（2009KH10）項(xiàng)目。

東赫（1991—），女，碩士研究生。聯(lián)系人：解強(qiáng)，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail dr-xieq@cumtb.edu.cn。