一种反应调控方法和系统

本公开涉及煤炭气化，具体涉及一种反应调控方法和系统。

背景技术：

1、煤炭是我国能源的基石，目前，我国60％以上煤炭资源用于直接燃烧发电和供热，其中90％以上为烟煤和褐煤。将煤炭直接燃烧利用的方式忽视了煤炭的原料属性，极大浪费了煤炭中高价值的富氢组分，影响煤炭综合利用水平和效益。然而，若仅考虑煤炭的原料属性，将煤炭直接气化转化，一方面，为保证煤炭的高碳转化率，现有技术对煤炭品质和反应条件均提出了较高要求，导致煤炭转化成本高；另一方面，气化转化的产生的飞灰和底渣作为固废需要单独处置；此外，煤炭气化转化以及后续化工合成过程需要大量蒸汽和电能，这些蒸汽和电能仍直接或间接来源于煤炭燃烧。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种反应调控方法和系统。

2、本公开的一个方面，提供了一种反应调控方法，包括：

3、将碳基原料、气化剂、辅助气体通入气化单元，以便碳基原料、气化剂、辅助气体在气化单元中进行气化反应后得到第一温度的含尘产品气，同时生成含碳气化灰渣，其中，含尘产品气中包括用于气体合成工艺的有效气体；

4、将含碳气化灰渣、氧化剂通入锅炉单元的炉膛，并且将预定温度的水通入锅炉单元的换热管束，以便含碳气化灰渣和氧化剂在炉膛中进行燃烧反应，并且利用燃烧反应产生的热量与换热管束中的预定温度的水进行换热，生成第一蒸汽；

5、将锅炉单元产生的第一蒸汽通入发电单元，以便通过发电单元将第一蒸汽的热能转换为电能；

6、获取在当前时间段，气化单元的含尘产品气中实际有效气体量、发电单元的实际发电量、用户的有效气量需求信息、用户的发电量需求信息；

7、根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，基于预定调节参数对气化单元中的气化反应进行调控。

8、根据本公开的实施例，辅助气体包括水蒸气和/或二氧化碳；

9、含尘产品气至少包括一氧化碳、氢气、二氧化碳，其中，含尘产品气中的有效气体至少包括一氧化碳和氢气；

10、气化剂包括氧气组分和非氧气组分；

11、预定调节参数包括以下至少之一：碳基原料的给入量、气化单元的当量比、气化剂中氧气组分和非氧气组分的组分比例、水蒸气和碳基原料的比值、二氧化碳和碳基原料的比值气化剂的总给入量、碳基原料的粒径。

12、根据本公开的实施例，根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，基于预定调节参数对气化单元中的气化反应进行调控包括：

13、在根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为增加含尘产品气中的有效气体量或降低发电量的情况下，执行操作：维持碳基原料的给入量不变、同时维持气化剂的组分比例不变、同时维持水蒸气和碳基原料的比值不变、同时维持二氧化碳和碳基原料的比值不变、同时增加气化剂的总给入量，以减小气化单元的当量比；

14、在根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为降低含尘产品气中的有效气体量或增加发电量的情况下，执行操作：维持碳基原料的给入量不变、同时维持气化剂的组分比例不变、同时维持水蒸气和碳基原料的比值不变、同时维持二氧化碳和碳基原料的比值不变、同时降低气化剂的总给入量，以提高气化单元的当量比。

15、根据本公开的实施例，反应调控方法还包括：

16、监控气化单元的气化反应温度，并在气化反应温度大于等于第一温度阈值的情况下，生成安全预警指令，其中，第一温度阈值根据含碳气化灰渣的软化温度计算得到；

17、计算含碳气化灰渣的热值随气化反应温度变化的热值变化率，并根据热值变化率生成能量转移分析结果，其中，能量转移分析结果用于表征：碳基原料中的能量更多地转移到产品气(煤气)中，还是更多地转移到蒸汽/电产品中。

18、根据本公开的实施例，根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，基于预定调节参数对气化单元中的气化反应进行调控包括：

19、在根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为增加含尘产品气中的有效气体量的情况下，执行操作：维持气化单元的当量比不变、同时维持气化剂的组分比例不变、同时维持水蒸气和碳基原料的比值不变、同时维持二氧化碳和碳基原料的比值不变、同时增加碳基原料的给入量、同时增加气化剂的总给入量，以增加气化单元的气化负荷；

20、在根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为降低含尘产品气中的有效气体量的情况下，执行操作：维持气化单元的当量比不变、同时维持气化剂的组分比例不变、同时维持水蒸气和碳基原料的比值不变、同时维持二氧化碳和碳基原料的比值不变、同时减小碳基原料的给入量、同时减小气化剂的总给入量，以降低气化单元的气化负荷。

21、根据本公开的实施例，反应调控方法还包括：

22、监控气化单元的气化反应温度和气化单元的气化负荷；

23、在气化反应温度大于等于第二温度阈值，且气化单元的气化负荷大于等于预定负荷阈值的情况下，生成第一能量转移分析结果，其中，第一能量转移分析结果用于表征：碳基原料中的能量更多地转移到产品气中；

24、在气化反应温度小于第二温度阈值，且气化单元的气化负荷小于预定负荷阈值的情况下，生成第二能量转移分析结果，其中，第二能量转移分析结果用于表征：碳基原料中的能量更多地转移到蒸汽/电产品中。

25、根据本公开的实施例，根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，基于预定调节参数对气化单元中的气化反应进行调控包括：

26、在根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为增加含尘产品气中的有效气体量或降低发电量的情况下，执行操作：维持气化单元的当量比不变、同时维持碳基原料的给入量不变、同时维持水蒸气和碳基原料的比值不变、同时维持二氧化碳和碳基原料的比值不变、同时增加气化剂中的氧气组分的组分比例，以及降低气化剂的总给入量；

27、在根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为降低含尘产品气中的有效气体量或增加发电量的情况下，执行操作：维持气化单元的当量比不变、同时维持碳基原料的给入量不变、同时维持水蒸气和碳基原料的比值不变、同时维持二氧化碳和碳基原料的比值不变、同时降低气化剂中的氧气组分的组分比例，以及增加气化剂的总给入量。

28、根据本公开的实施例，根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，基于预定调节参数对气化单元中的气化反应进行调控包括：

29、根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为降低含尘产品气中的有效气体量或增加发电量的情况下，执行以下操作：

30、维持气化单元的当量比不变、同时维持碳基原料的给入量不变、同时维持气化剂的组分比例不变、同时维持水蒸气和碳基原料的比值不变、同时维持二氧化碳和碳基原料的比值不变、同时维持气化剂的总给入量不变；

31、测量得到碳基原料的粒径的当前值；

32、在碳基原料的粒径的当前值小于第一参考值的情况下，减小通入气化单元中的碳基原料的粒径，其中，第一参考值根据气化单元旋风分离器出口处的飞灰中位粒径计算得到；

33、在碳基原料的粒径的当前值大于第二参考值的情况下，增加通入气化单元中的碳基原料的粒径，其中，第二参考值根据气化单元旋风分离器出口处的飞灰中位粒径计算得到，第二参考值大于第一参考值。

34、根据本公开的实施例，根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，基于预定调节参数对气化单元中的气化反应进行调控包括：

35、在根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为增加含尘产品气中的有效气体量或降低发电量的情况下，执行操作：维持碳基原料的给入量不变，维持气化剂中的氧气组分的比例不变，同时维持二氧化碳和碳基原料的比值不变，同时减小气化单元的当量比，同时增加水蒸气和碳基原料的比值，维持气化温度不变；

36、根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为降低含尘产品气中的有效气体量或增加发电量的情况下，执行操作：维持碳基原料的给入量不变，维持气化剂中的氧气组分的比例不变，同时维持二氧化碳和碳基原料的比值不变，同时增大气化单元的当量比，同时减小水蒸气和碳基原料的比值，维持气化温度不变。

37、根据本公开的实施例，根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，基于预定调节参数对气化单元中的气化反应进行调控包括：

38、在根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为增加含尘产品气中的有效气体量或降低发电量的情况下，执行操作：维持碳基原料的给入量不变，维持气化剂中的氧气组分的比例不变，同时维持水蒸汽和碳基原料的比值不变，同时减小气化单元的当量比，同时增加二氧化碳和碳基原料的比值，维持气化温度不变；

39、根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，确定调控方向为降低含尘产品气中的有效气体量或增加发电量的情况下，执行操作：维持碳基原料的给入量不变，维持气化剂中的氧气组分的比例不变，同时维持水蒸汽和碳基原料的比值不变，同时增大气化单元的当量比，同时减小二氧化碳和碳基原料的比值，维持气化温度不变。

40、根据本公开的实施例，反应调控方法还包括：

41、将第一温度的含尘产品气、预定温度的水通入余热回收单元，以便第一温度的含尘产品气和预定温度的水在余热回收单元中进行换热后，得到第二温度的含尘产品气和第二蒸汽；

42、将第二蒸汽通入发电单元，以便通过发电单元将第二蒸汽和第一蒸汽的热能转换为电能；

43、将第二温度的含尘产品气通入除尘单元进行气固分离，得到不含尘产品气和含碳飞灰；

44、将含碳飞灰通入锅炉单元的炉膛，以便在炉膛中将含碳飞灰和含碳气化灰渣一并作为燃料进行燃烧；

45、将不含尘产品气通入变换单元进行气体变换，得到含硫产品气中，其中，变换反应包括：不含尘产品气中的一氧化碳与通入变换单元的水蒸气发生反应，生成二氧化碳和氢气；

46、将含硫产品气通入第一脱硫单元进行硫化物回收，得到含碳产品气和硫磺产品；

47、将含碳产品气通入脱碳单元进行二氧化碳的脱除，得到目标产品气，其中脱除的二氧化碳可以用于气化单元的气化；

48、将锅炉单元中燃烧反应产生的烟气通入第二脱硫单元进行脱硫。

49、本公开的另一个方面，提供了一种反应调控系统，包括：

50、气化单元，用于碳基原料、气化剂、辅助气体在气化单元中进行气化反应后得到第一温度的含尘产品气，同时生成含碳气化灰渣，其中，含尘产品气中包括用于气体合成工艺的有效气体；

51、锅炉单元，用于含碳气化灰渣和氧化剂在锅炉单元的炉膛中进行燃烧反应，并且燃烧反应产生的热量与锅炉单元的换热管束中的预定温度的水进行换热，生成第一蒸汽；

52、发电单元，用于将第一蒸汽的热能转换为电能；

53、调控单元，用于获取在当前时间段，气化单元的含尘产品气中实际有效气体量、发电单元的实际发电量、用户的有效气量需求信息、用户的发电量需求信息，并根据实际有效气体量、实际发电量、有效气量需求信息、发电量需求信息，基于预定调节参数对气化单元中的气化反应进行调控

54、根据本公开的实施例，反应调控系统还包括：

55、余热回收单元，用于第一温度的含尘产品气和预定温度的水在余热回收单元中进行换热后，得到第二温度的含尘产品气和第二蒸汽，其中第二蒸汽被通入发电单元；

56、除尘单元，用于将第二温度的含尘产品气进行气固分离，得到不含尘产品气和含碳飞灰，其中含碳飞灰被通入锅炉单元的炉膛；

57、变换单元，用于不含尘产品气进行变换反应后得到含硫产品气中，其中，变换反应包括：不含尘产品气中的一氧化碳与通入变换单元的水蒸气发生反应，生成二氧化碳和氢气；

58、第一脱硫单元，用于将含硫产品气进行硫化物回收，得到含碳产品气和硫磺产品；

59、脱碳单元，用于脱除含碳产品气中的二氧化碳，得到目标产品气；

60、第二脱硫单元，用于对锅炉单元中燃烧反应产生的烟气进行脱硫。

61、根据本公开的实施例，在碳基原料实现气化的过程中，通过调节碳基原料、气化剂、辅助气体等含量以及其成分的比例，可以间接改变气化过程中的产品朝向气产品或者电产品的方向进行调控，满足用户用电量或用气量需求的同时实现节能。进一步地，通过基于预定调节参数的调节(如包括调节辅助气体的进入量或辅助气体中各成分的比例等)，可以进一步地调控气化产物朝着有效气体(如一氧化碳和氢气)的方向产出，或者朝着蒸汽/电产品方向产出。该方法兼顾了煤炭的原料属性和燃料属性，实现了系统中物质-能量的转化。在优化产气和产电匹配的同时，最大限度实现原料与产物的转化过程，实现了经济效益和社会效益的最大化。