整体煤气化链式燃烧联合循环系统的模拟与优化

【摘要】：煤炭作为重要的能源资源，如何高效并清洁的利用它是当今的一个热点。上世纪末提出的多联产系统概念是对煤炭高效、清洁、经济利用的一种共识。先进的多联产系统实现了化学能、热能、电能的优化集成，提高了能源的利用效率并满足了污染物的“零排放”，具有广阔的应用前景。化学链燃烧作为一种能量梯级利用技术，在减少废物排放的同时实现了能量的释放，是解决能源短缺和环境污染问题的突破口。 基于以上研究背景，本文详细分析了整体煤气化链式燃烧联合循环发电系统的各个单元，并通过Aspen Plus流程模拟软件对整个循环系统进行模拟，得到了初始的循环发电净效率。同时，选择非支配排序进化策略这一多目标优化算法，通过求解测试函数来与传统的多目标优化算法——NSGA-II进行比较，验证了所选算法的可靠性和优越性。在此基础上，将循环系统中的煤气化单元和空分单元分别结合该算法进行多目标优化计算。 在煤气化单元多目标优化中，本文选取氧煤比，水煤比和气化炉压力为操作变量，冷煤气效率最高和有效气产出率最大为优化目标；在空分制氧单元多目标优化中，本文选取空气进料量和高压塔塔顶出口流股流率为操作变量，氧气提取率最大和空分单元总能耗最小为优化目标，并在Aspen Plus中规定氮流股含氮量和产品氧流股含氧量。分别将优化后的操作参数值代入到循环系统模拟流程中，得到优化后的系统净发电效率，通过与原工况的净发电效率进行比较表明，两个单元的操作优化对循环系统净发电效率的结果均有所提高，且煤气化单元的优化效果提高更为明显。 【关键词】：煤气化 链式燃烧 NSES 多目标优化
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 引言8-9
• 1.2 煤气化技术9-14
• 1.3 化学链燃烧14-16
• 1.4 国内外研究发展现状16-18
• 1.5 流程模拟软件18-20
• 1.6 本文主要工作20-22
• 第二章 整体煤气化链式燃烧联合循环系统22-40
• 2.1 系统各单元模拟23-33
• 2.1.1 空分制氧23-24
• 2.1.2 煤气化24-27
• 2.1.3 水煤气变换27-28
• 2.1.4 净化28-29
• 2.1.5 链式燃烧发电29-31
• 2.1.6 余热锅炉31-33
• 2.1.7 换热单元模拟33
• 2.2 全流程的模拟与讨论33-39
• 2.2.1 全流程模拟33-35
• 2.2.2 模拟结果与讨论35-39
• 2.3 本章小结39-40
• 第三章 非支配排序进化策略40-58
• 3.1 进化策略40-42
• 3.2 多目标优化问题42-44
• 3.3 非支配排序44-45
• 3.4 拥挤度45-46
• 3.5 算法描述46-48
• 3.6 算法分析48-52
• 3.7 测试函数求解52-55
• 3.8 优化平台55-57
• 3.9 本章小结57-58
• 第四章 煤气化过程的优化58-66
• 4.1 煤气化过程的性能指标58-59
• 4.2 煤气化多目标优化模型59-63
• 4.3 煤气化过程多目标优化求解63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 空分过程的优化66-74
• 5.1 空分过程分析66-68
• 5.2 空分过程多目标优化模型68-70
• 5.3 空分过程的多目标优化求解70-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 结论与展望74-75
• 6.1 结论74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间研究成果81

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