煤基多聯產技術以煤氣化為核心，集發電、供熱和化工合成等系統于一體，目前主要有以煤熱解、完全氣化和部分氣化為基礎的3種技術路線

煤基多聯產技術以煤氣化為核心，集發電、供熱和化工合成等系統于一體，目前主要有以煤熱解、完全氣化和部分氣化為基礎的3種技術路線。相較于以完全氣化為基礎的多聯產技術，部分氣化系統有以下特點：煤氣化過程無需爐膛高壓、很長的反應停留時間以及過高的碳轉化率，可以在技術要求相對簡單的氣化爐中進行部分氣化，降低了技術難度和成本。

浙江大學何勇副教授基于我國某電廠300 MW電站鍋爐，對其進行多聯產改造研究，在原有系統上新增一套氣化系統，用煤部分氣化后產生的半焦代替煤作為鍋爐的燃料進行燃燒發電。此外，在原先單純發電的基礎上，新增一項煤氣產出。整個多聯產系統最關鍵的氣化爐反應過程使用Aspen Plus軟件進行建模計算，得到產出的煤氣組分以及半焦產率后，對整個300 MW多聯產系統進行經濟效益分析。

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摘 要：為實現煤炭的清潔高效低碳利用，結合粉煤部分氣化、半焦燃燒實現煤炭的煤氣、電力分級分質利用，采用Aspen Plus流程模擬軟件針對300 MW煤粉鍋爐進行了煤粉部分氣化、半焦燃燒的煤氣、電力多聯產系統模擬研究。首先在一定假設條件下，使用Aspen Plus軟件建立了基于反應平衡原理的煤氣化模型，并將模擬計算結果與試驗臺架氣化結果進行比對驗證，模擬結果與試驗結果基本吻合。在此煤氣化模型的基礎上探究了氧煤比和煤種對氣化爐出口的煤氣組成以及300 MW多聯產系統經濟效益的影響規律。計算結果顯示，氧煤比從0.1提高到0.3時，神府東勝煤煤氣化的有效氣產率從58.49%提高到82.85%，多聯產系統增加的年收益從16 084萬元增加到62 246萬元；氧煤比為0.3時，神府東勝煤、鞏義無煙煤、神華煙煤和錫盟褐煤煤氣化的有效氣產率分別為82.85%、74.51%、77.21%和95.16%，以前3者煤種為原料的多聯產系統增加的年收益分別為46 392萬元、28 910萬元和62 246萬元。在模擬的氧煤比范圍內，隨著氧煤比升高，煤氣品質、有效氣產率以及多聯產系統的經濟效益均明顯提高；在氧煤比為0.3的工況下，使用神府東勝煤作為原料時系統經濟效益最優，其次是神華煙煤以及鞏義無煙煤，錫盟褐煤由于煤氣化后產生半焦量過低不利于多聯產系統的運作。

1 Aspen Plus 煤氣化模擬

圖1 Aspen Plus煤氣化流程模型

用于模型檢驗的對照試驗基于浙江大學設計研發的煤粉高溫裂解氣化試驗平臺進行。使用建立的Aspen Plus煤氣化流程模型模擬了3種不同氣氛條件下的煤氣化過程，分別為純氧、50%氧氣、空氣。結果顯示：模擬結果與試驗結果基本吻合，證明本文建立的氣化模型可以較為準確地預測氣化爐的出口組分，具有一定的參考價值。

2 300 MW機組煤粉部分氣化多聯產研究

本文基于我國某電廠1號鍋爐（300 MW煤粉鍋爐）進行煤粉部分氣化多聯產改造。純氧和煤粉輸入氣化爐中進行氣化反應，生成的產物主要有煤氣、半焦和水，半焦代替原煤進入電站鍋爐燃燒發電。在原先單純靠電站鍋爐燃煤發電的基礎上，增加了一項煤氣產出。

圖2 煤粉部分氣化多聯產方案流程

2.1 氧煤比對多聯產系統的影響

依據Aspen Plus 的模擬計算結果，整理得到氧煤比對煤氣組成以及有效氣產率（出口氣中CO、H2和CH4的占比總和）的影響。可知在模擬的氧煤比范圍內，其他條件相同時，氧煤比越高，有效氣率越大。這是因為C和CO2在高溫條件下可以發生反應生成CO，氧煤比增大使煤粉燃燒反應變得更加劇烈，產生更多熱量，促進了上述反應的進行，消耗CO2生成更多的CO，有效氣產率隨之上升。圖中CO2和CO的占比曲線也證實了這一點。

圖3 氧煤比對煤氣組成的影響

在模擬的氧煤比范圍內，300 MW電站鍋爐機組經多聯產改造后可以顯著提高經濟效益，且增加的收益隨氧煤比的增大而提高。氧煤比從0.1提高到0.3時，增加的小時收益從2.68萬元增加到10.37萬元，增幅達287%，可見氧煤比是影響多聯產系統經濟效益的重要參數。

2.2 煤種對多聯產系統的影響

將氧煤比固定為0.3，使用Aspen Plus軟件分別對4種煤進行煤氣化模擬。氧煤比為0.3時，錫盟褐煤氣化后的有效氣產率最大，而神華煙煤、鞏義無煙煤、神府東勝煤三者的有效氣率基本持平，略低于錫盟褐煤，這一結果主要與煤中碳含量有關。

圖4 煤種對煤氣組成的影響

氧煤比為0.3時，使用不同煤樣對300 MW電站鍋爐機組進行多聯產改造都可以顯著提高經濟效益，神府東勝煤最優，神華煙煤次之，鞏義無煙煤的選擇優先度最低。

3 結論

1）利用Aspen Plus軟件建立了煤氣化模型，模擬結果與試驗數據吻合較好，并將該模型應用于300 MW電站鍋爐機組的煤粉部分氣化多聯產改造研究。

2）在模擬的氧煤比范圍內，隨著氧煤比的升高，煤氣品質、有效氣產率以及多聯產系統的經濟效益均明顯提高。

3）氧煤比為0.3時，使用神府東勝煤的多聯產系統經濟效益最優，其次是神華煙煤以及鞏義無煙煤，錫盟褐煤由于煤氣化后產生半焦量過低不利于多聯產系統的運作。

4）本文多聯產改造經濟效益研究只是基于煤氣化模型的模擬結果，沒有考慮氣化爐設計、制造成本以及氣化爐與電站鍋爐耦合的具體工藝，需在以后的研究中進一步考慮。

引用格式

陳嘉豪,袁野,何勇,等.300 MW電站鍋爐煤粉部分氣化多聯產系統模擬及經濟性分析［J］.潔凈煤技術，2020,26(5):20-25.

CHEN Jiahao,YUAN Ye,HE Yong,et al.Simulation and economic analysis of pulverized coal partial gasification polygeneration system in 300 MW power station boiler［J］.Clean Coal Technology，2020,26(5):20-25.

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