系統(tǒng)思考實現(xiàn)造氣爐節(jié)能減排的極限—熱壁高效造氣爐的推廣原理(已修改)
2025-04-29 08:13 本頁面
【正文】 系統(tǒng)思考實現(xiàn)造氣爐節(jié)能減排的極限—熱壁高效造氣爐的推廣原理王子國1概述何謂系統(tǒng)思考？就是對相對封閉的一個系統(tǒng)內(nèi)部及外部所進行的思考。如同熱力學(xué)為研究方便建立個體系一樣。只有劃分出來相對封閉的系統(tǒng)(雖然這個系統(tǒng)不可能完全封閉)，才能對系統(tǒng)內(nèi)部要素進行分析，才能知道各系統(tǒng)對本系統(tǒng)外部及內(nèi)部的影響。系統(tǒng)外部總有更大的系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部至少分為兩個小系統(tǒng)。對造氣的消耗分析，很多廠家往往以噸氨(噸醇)來考核造氣，這不完全正確。因為以噸氨(噸醇)來計量，就涉及到造氣系統(tǒng)外的整個廠的大系統(tǒng)，應(yīng)該以單位有效氣的折標(biāo)煤耗較為公平。有的人喜歡把固定床造氣爐和氣流床、流化床氣化爐直接對比氣化效率，這也不完全正確。我們要分析大系統(tǒng)，因為氣流床流化床要進行空分，要多耗電，要多投資。多耗電、投資多那個不是用排放CO2換來的？固定床造氣爐通過吹風(fēng)氣回收燃燒后排CO2，最小投資獲得空氣的分離，更適合活性較低的無煙煤進行氣化。氣流床流化床采用無煙煤進行氣化，比氧耗要增加，即使加活性劑助熔劑仍不能很好地適應(yīng)。固定床造氣爐和氣流床流化床各有適用的范圍。從系統(tǒng)內(nèi)外來看，對企業(yè)的投資收益最好，對環(huán)境的影響最小，這樣的造氣配置就是最好的技術(shù)，但對每個企業(yè)二者都有個最合適值。每種氣化爐對所用原料煤都有其具體要求，生產(chǎn)的煤氣用途也不一樣，萬能氣化爐是不存在的。本文的目的就是把固定床間歇造氣爐進一步改進完善。我們把固定床造氣作為一個系統(tǒng)一分為二的分析看，它可分為人員操作和設(shè)備管線配置兩項決定因素。兩者一個是人，一個是物。在設(shè)備管線未配置之前，設(shè)備管線只能適應(yīng)工程人員的要求配置，這是工程人員的責(zé)任。在設(shè)備管線配置到位之后，操作人員只能適應(yīng)已成形的設(shè)備管線配置而操作，這是生產(chǎn)管理人員的責(zé)任。當(dāng)設(shè)備管線配置不能很好地適應(yīng)人員操作，就要進行技術(shù)改造，這是技改人員的責(zé)任。聯(lián)系二者的是工藝，工藝是設(shè)備的靈魂，設(shè)備為工藝而存在，但設(shè)備已存在，制定工藝必須適應(yīng)設(shè)備以發(fā)揮設(shè)備的最大作用。推動二者更好適應(yīng)的辦法就是技改提高配置，管理提高人員操作技能。本文要重點闡述的是，為了更好地完成造氣的工藝要求，如何進行設(shè)備管線配置才最合理。2工藝系統(tǒng)分析的工具長期以來，很少人能對固定床造氣進行深刻的工藝系統(tǒng)分析，主要原因是缺少系統(tǒng)分析工具，試想整個造氣工藝計算下來要好幾天才可完成，而系統(tǒng)分析需要人為變動調(diào)節(jié)其中的某幾個數(shù)據(jù)看其對整個系統(tǒng)的影響，一項數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)很多數(shù)據(jù)，要解很多方程組，計算下來要不知道耗費多少時日。計算機是進行系統(tǒng)分析的很好工具，近二十年來，各設(shè)計院大量引進國際上著名的化學(xué)工程專業(yè)計算軟件，如PRO(Ⅱ)、ASPEN PLAS、 HYSYS、HTFS、FRI、HTRI等，版次不斷更新。其中應(yīng)用比較廣泛的是PRO(Ⅱ)、ASPEN PLAS、 HYSYS。但這些軟件使用費用相當(dāng)昂貴，并且熟練掌握需要花費比較多的時間，國外也沒模擬計算固定床造氣的參考例子，因為目前它基本上是只屬于我們中國獨有研究的東西了。采用辦公軟件Excel表格進行物料熱量衡算是比較快捷準(zhǔn)確的方法。人們對Excel普遍熟悉的功能是表圖的處理，不太了解其在工程計算(如鍋爐、化工物料熱量衡算)中的應(yīng)用。Excel每一個單元格就是一個電子表格，很容易進行一般的加、減、乘、除、乘方、開方，而三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)在EXCEL中可以直接引用內(nèi)部函數(shù)。用Excel編制一般的工程計算程序還需解決的有以下兩個問題：（1）循環(huán)計算，（2）表、單曲線、曲線組的查找（如表：常壓氣體在不同溫度下的焓），也就是書中一些數(shù)據(jù)表格曲線的函數(shù)化是個難題。對于問題（1）循環(huán)計算，Excel在工具菜單中提供了兩個命令：單變量求解和規(guī)劃求解，利用這兩條命令很容易解決，單變量相當(dāng)于解一元方程，規(guī)劃求解相當(dāng)于解多元方程組。對于問題（2）表、曲線的查找，Excel沒有提供現(xiàn)成的函數(shù)，可用VLOOKUP、MATCH、IF、OFFSET等函數(shù)的組合或者用圖表擬合公式來解決，但精度太差，只能是勉強近似解決。上海的趙明利公布了一種應(yīng)用C++程序設(shè)計語言，用拉格朗日插值計算法在Excel中建立了自定義函數(shù)數(shù)據(jù)文件生成器LCZmaker，可自定義函數(shù)，筆者把常壓氣體在不同溫度下的焓等表格和設(shè)計手冊中的一些曲線函數(shù)化，以方便在Excel中調(diào)用。國外也有類似的函數(shù)插件，但不如他的好用。另一個比較好的插件是上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究所楊宇設(shè)計的，他根據(jù)IAPWSIF97和IFC67標(biāo)準(zhǔn)編制《水和蒸汽性質(zhì)計算軟件包》，設(shè)計了Excel加載插件，可很方便地在Excel表中加載水、蒸汽有關(guān)函數(shù)。有了這些插件，我們就可用Excel完整解決物料熱量的工藝計算。目前筆者已編制完成了氣液固三廢能源燃燒物料熱量衡算、固定床間歇造氣物料熱量衡算及固定床間歇造氣生產(chǎn)甲醇的物料衡算軟件。使用非常方便，可隨意選擇更改幾項數(shù)據(jù)進行工藝過程靜態(tài)模擬，原來需要幾天算出來的可在幾分鐘內(nèi)完成。各廠技術(shù)人員可考慮分工段進行編制計算書，留好數(shù)據(jù)接口，然后可很方便地組合成全廠的物料熱量衡算書，然后進行全廠工藝過程模擬，找出系統(tǒng)需解決的優(yōu)化問題。3系統(tǒng)分析降低固定床造氣爐煤耗的方法我們以造氣爐作為一個系統(tǒng)分析。在這個系統(tǒng)中，有投入的氣化原料（原料煤和氣化劑），有產(chǎn)出物，產(chǎn)出物又分為我們需要的產(chǎn)物（水煤氣或半水煤氣）及副產(chǎn)物（爐渣、吹風(fēng)氣、夾套蒸汽、爐子散熱）。當(dāng)氣化原料既定時，氣化效率就和產(chǎn)物和副產(chǎn)物有關(guān)。當(dāng)產(chǎn)物的有效成分越好、量越大，副產(chǎn)物的有效成分越少、量越小時，氣化效率最高。造氣爐氣化反應(yīng)是氣固間歇反應(yīng)，提高氣固反應(yīng)的效率，加強間歇反應(yīng)后氣體產(chǎn)物水煤氣和吹風(fēng)氣的分離效率是提高造氣爐氣化反應(yīng)的關(guān)鍵。原理的突破是最大的突破，下面我們分別從原理上和配置上來討論如何使造氣爐氣化效率最高。氣固反應(yīng)的效率與氣固原料的活性及氣固原料的接觸均勻程度有關(guān)。
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