Shell粉煤气化装置配煤方案及其优化

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摘要：优化配煤对shell粉煤气化装置的优化运行具有重要意义，针对Shell粉煤气化装置优化配煤问题，建立了一个配煤优化模型。模型综合考虑了装置对煤质要求、市场价格等因素。采用非线性GRG计算方法进行计算。通过对实例的验证，证明了配煤模型的正确性。对Shell配煤具有较好的借鉴意义。

关键词：Shell气化炉；配煤；优化模型；非线性GRG算法

【分类号】TQ533

引言

Shell粉煤气化装置属于加压气流床气化工艺，以粉煤、氧气以及蒸汽为原料，生产CO和H2为主要成分的合成气，其物理-化学变化复杂剧烈，温度压力高，投煤量大，煤种适应相对宽泛。但气化装置的设计是根据煤种、工艺、容量的不同而度身定做的，为保证系统长期稳定运行和提高效益，装置对煤质仍有严格的要求。近几年来，随着国内壳牌使用厂家陆续投产，部分厂家出现了因煤质不适应气化炉需求而影响装置稳定运行的情况。另一方面，随着煤质的劣质化趋势，优质煤炭价格不断高企。针对煤的不同特性进行合理配比，能够充分利用不同煤种，克服单煤种不适应燃烧要求的缺点，使参差不齐的原料煤接近装置设计煤种，优化使用组分，从而稳定和优化工况，减少非计划停产以及装置堵塞和结焦。同时，通过合理配煤也是降低原料价格和合理利用存煤的有效途径。

然而，不同原料煤对混煤质量指标的影响十分复杂，在实施配煤操作时，必须能够预测混煤的各项质量指标。配煤优化在热电厂、焦化、传统煤化工领域有一定的研究和应用。其中，针对焦炉配煤，刘春梅等提出了机于遗传算法的炼焦配煤优化方案【1】，以及火电厂基于粒子群算法的配煤优化方案【2】。但在Shell干粉煤气化配煤方案还较少提及。

本文针对Shell粉煤气化装置优化配煤问题，建立了一个管理决策级视角下的配煤多目标优化模型。此模型综合考虑了装置对混煤质量指标的要求、市场价格等，采用软件对模型进行求解，在满足装置对煤质要求的前提下，实现原料成本最低控制。最后，对仿真结果进行分析，以验证模型和算法的可行性。

1 配煤优化模型的建立

1.1 目标函数

1.2 约束条件

3 仿真研究

本文以Shell煤气化装置配煤优化过程为研究实例，以配煤总成本最低为优化目标，应用前文提出的模型和算法进行求解，计算最优配煤方案，实现原料效益的最大化。本文选用了用于气化的3种单煤的煤质进行分析。

根据煤质分析数据、煤质要求、煤价等条件，采取非线性GRG算法，通过计算机软件求解。其中采用了Ashizawa回归公式【5】的方法对灰熔点进行预测，同时使用SiO2+FeO3/Al2O3对煤的结渣特性进行预测。

通过计算收敛得到，其结果的原料成本最低价格为709.60元。

混煤各项指标均满足要求，验证了该方法的可行性。同时，709.60元的混煤价格，低于目前该厂的采购成本730.15元，成本下降了2.8%。说明，适当选取价格低廉的煤炭，通过合理的配煤规划，可以实现，在既满足生产对原料需求的基础上，实现成本的降低。对企业规范原料成本管理具有重要意义。

4 结论

针对Shell干粉加压气化装置实施配煤优化技术，能够有效的调节煤质指标，使参差不齐的原料煤接近装置设计煤种，从而稳定和优化工况，降低氧耗、能耗，提高气化效率，节约煤炭资源。同时，配煤使装置能够适应更多煤种，充分利用低质煤炭资源，并通过合理配置降低原料成本，取得经济效益。本文从配煤管理的角度对Shell干粉气化装置建立了配煤多目标优化模型，采用非线性GRG算法进行求解，模型中应用了灰熔点经验公式进行预测，仿真结果表明，本文的方法能够得到较好的配煤方案，在满足装置对煤质要求的前提下，可充分发挥煤炭潜能，达到节约原料提高效益的目的。

参考文献：

【1】刘春梅 基于遗传算法的炼焦配煤最优化配置研究 《制造业自动化》2012年2期

【2】孙漾等 Texaco水煤浆气化装置配煤模型及其优化 《化工学报》2010年8期

【3】Lasdon，L.S.Waren，A.D.Jain，A design and Testing of a Generalized Reduced Gradient Code for Nonlinear Programming 1978

【4】解可新等 最优化方法 1998

【5】张宗飞等 煤灰分对干煤粉熔渣气化的影响研究 《化肥设计》2011年1期