IGCC能源计划中的精馏塔的气态分离的动力模型毕业论文外文文献翻译

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　　文献、资料中文题目：IGCC能源计划中的精馏塔的气态分离的动力模型 文献、资料英文题目：

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　　翻译日期： 2017.02.14

　　IGCC能源计划中的精馏塔的气态分离的动力模型

　　摘要

　　一个整体汽化联合循环设备对于化石燃料来说，像煤和重精炼厂的残渣等，开创了高效循环结合进程，如此一个设备因此拥有一个关键的与能量联结的相关单元，例如，一个蒸气涡轮和关键进程中的重要组成部分，在目前的问题中，他们都是空气分离设备，特别是在需求载荷改变的时段，相关的一些部件的不同反应都可能会对整个系统产生不必要的大流量波动，低温精馏塔作为空气分离设备的核心，强烈地影响着系统的运输行为，热效应时塔的上部被充满，在前面的论文中也紧密地调查过这种包装结构，为了达到这种目的，一个塔的动力模型已经被开发出来，它可以用来描述和研究大流量波动的压力动力，对于那些不可控制的塔的运输行为的压力动力问题也已经被分析和讨论过了。塔压对于干扰的反应有两个时间范围，短期反应，持续时间一般为100~200秒，它在液体动力学中的运输行为中占主导作用，并且它已被详细地讨论过了，而长期的反应是在非线性动力学中占主要地位，这种反应的时间很大程度上取决于干扰的方向和强度，持续的时间一般为一万秒到几万秒。

　　简介

　　鉴于未来CO2贸易以及更加严厉的应对于氮的氧化物，二氧化硫和汞的排放物等的环境规则，能源电力市场将会被改变，特别是CO2贸易已经作为一个新的指标，它超越了燃料和投资费用，在未来的可获利能源中扮演着一个新的角色。 虽然通过增加天然气点火联合循环设备，某种特定的CO2的排放将会显著地减少，但天然气是众多燃料中最昂贵的一种，同时也可以在此成功合理地利用化学工业中的人造燃料，煤和其他化石燃料的使用，将仍然会主导能源市场，并且新应急技术不得不被严肃地考虑以提高能源的高效性和CO2的清除能力。在这篇文章中，我们可以看到，IGCC是一种最有前途的选择，它可以满足这些要求，在欧美示范设备用已经论证了它操作上的可行性，IGCC由汽化，空气分离，气体净化和联合循环等单元组成，并且它为像煤和精炼厂的残渣这样的固体燃料提供了一个高效联合循环过程，关于这方面操作经验的例子，已经由TAIT,MCDONALD,和HOLT等人在近期的调查报告中给出了。

　　为了提高IGCC能源设备的整体效率，并减少能源的净损耗，空气分离单元需要选择性地与蒸气涡轮相结合，依据此相结合的程度，蒸气涡轮萃取提供空气分离单元所需要的一些或者全部的空气，为减少压力损失，空气分离设备和蒸气涡轮机之间的任何额外的参数都应该被忽略，因此，大流量蒸气从涡轮压缩机进入空气分离单元和涡轮燃烧室，这些单元是依据现场的压力的不同而严格定义了的，当改变蒸气涡轮载荷时，涡轮燃烧室的压力也会发生变化，使用标准的涡轮控制器，不期望的大流量波动在双重单元之间也会发生，这种波动已经被实验观察到了，此时，IGCC设备也会遭受低频率和显著的操作影响。

　　低温精馏塔，作为空气分离单元的核心，严重影响到系统运输行为，这种影响作用在第一步中已经被阐述过了，此塔属于整体加热的双型塔， 塔内下部分是塔盘，上部分是填料，当前在低温空气分离的领域的研究受到手头参考书目的限制，在2000年，REFFEL研究这种低温整体加热塔的进程改变，发明了一种多

　　元灵活可变的控制方案，可以达到更好的净化控制目的。ZHU等人为氮的蒸馏开发了低温蒸馏塔的动力模型，它是基于非线性波动理论的，并且对于那些大范围的操作，他也开发了一种可产生满意预测的模拟器，在2002年，Egoshi为研究动力空气分离塔的设计建立了一个详细的静态模型，这种模型已经被发展成为了填料塔，早在2000年就有人用实验的方式建立了许多运输模型。

　　然而，如果空气分离单元在一种能源设备中广泛地应用，那么对塔压动力的理解就显得很重要了，根据SKOGESTAD的理论，一个模型要考虑到所有物质成分以及内在的能量动力平衡，对于塔的压降，这种平衡可以很好的描述这种作用，HANKE近期发表过与此塔模型有关的论文，塔内低部分的盘塔流体力学计算已经被分析过了，并且还分析过了它的短暂过程，这样的论文的发表在整体加热蒸馏塔的上层部分呈现了一个填料装置的动力模型，所有的方程和必要的参数都将会在下面被介绍，在没有安装任何控制器的情况下，塔内的瞬态反应和结果将会在第三章呈现和讨论。

　　2 精馏塔的模型

　　正如上面所提到过的，动力精馏塔常常被设计成填料塔，本部分将会呈现此填料塔的一种动力数学模型，这种模型可以描叙塔内的动力，因此，它是由总物质，各成分物质以及内在的能量的动态平衡方程所组成的，如果平衡方程被公式化，液体的分离关系和蒸气流量也将包含其中，可以用一组代数方程来描述压降，液体流量，蒸气流量，相交平衡和工作介质的物理属性，有了这些参数，我们就可以建立模型了。

　　平衡方程和假设条件将会包含并呈现在第一部分中，水力模型将在第二部分被介绍，工作介质通过能量状态方程来描述，这将会在第三部分被呈现，在最后一部分，底部的再沸器会被简单地介绍。

　　2.1 一般假定和平衡方程

　　由于连续介质和热量在塔内进行着液态和气态的传递，填料塔模型一般由一系列的不同方程所构成，然而，大多数的填料塔都已经被模型化了，这种对阶段模型的研究和结论是在对真实塔的观测上而开发的，但由于填料塔在获得大量传输数据方面非常困难，因此这种模型也被产生过很多质疑

　　如果没有做出任何的假定，甚至一个细节化了的塔的阶段模型，它用在目前的实际工作中会显得相当的复杂。

　　进一步简化，特别关注的塔的动力模型在接下来的部分会被讨论。根据这些假定并且考虑到一种理论，物料和能量平衡方程可以公式化，其物料公式为：

　　能量公式：

　　2.2 动力模型

　　对于上述方程，用额外的方程计算液体和气体流量很有必要，考虑到动力装料

　　和压降就很显然了，流量反应对于初始的塔反应中扮演着很重要的角色，因此在

　　本研究中，不能够目前的工作，动力模型被应用，它描述了液体成分和压降在结

　　构包装中改变载荷的最大点，在这个流量范围内，在低蒸气流量速率的条件下，

　　填料塔可以看成几乎独立，这种假定似乎很合理，因为在这种载荷之下，没有液

　　体的活动发生。

　　Mackowiak研究液体成分而不是研究液体流量的方法是基于力平衡的，忽略了

　　粘性力，重力等。

　　根据这些假定和后面一面一些重新整理的方程，液体流量可以用以下公式来计

　　算：

　　为了计算蒸气流量，动量方程也可以被应用，内在的变形力，如同蒸气流的重

　　力也可以被忽略，因此，动量守恒方程可变形为：

　　在该方程中，对于压降的表达是很有必要的，Mackowiak的模型对于压降的研

　　究是基于蒸气流通过一个空的管道的环境条件的，它可在同样的假定条件下计算

　　液体流量：

　　在动量守恒方程中插入一个压降表达式，导致了下面蒸气流量的方程：

　　对于一个塔设备，动力模型的应用取决于液体和蒸气流，因此，假定一些特殊的参数是必要的，这要看调料的属性了。

　　2.3 物理属性和气液平衡

　　，这样的变量，例如压力，蒸气成分，液体成分，密度和焓等，它们在热动力学中都有严格的定义，对于动力空气分离，我们可以在许多不同的著作中找到不同的研究方法。例如，ZHU等人研究了减阶模型中相关物质的挥发性。ROFEL和EGOSHI研究气液平衡时用过PENG-ROBINSEN方程，一项关于空气和氮气，氧气和氩气的混合物动力属性的报告已由LEMMON等人发表过.

　　在本工作中，为了描述中介空气的工作状态，有关N2-AR-O2混合物的BENDER方程被很好的运用，这种模型的建立是从前面修改过的方程中建立起来的，它体现了研究液体领域的精确性。这种模型可以允许计算气液平衡，同时在一个较大的固有范围内卡可以可靠的预测持续的能量和体积属性。而这个范围我们一般取为T=76~380K, P=1~26par。

　　2.4 双层再沸器浓缩系统

　　在第一副图中可以看到，也被介绍过，精馏塔是一个整体加热的蒸馏塔，它分高压塔和低压塔两部分组成。这两部分也构成了再沸器浓缩系统，它将在第三副图中被简化。

　　不同塔之间的不同用如此方法已被设计考虑到顶部低塔的氢气能够到达底部的高塔。而被液化。某种压缩机出口压力，决定了高压塔的压力。并且某一最大温度的限制也决定了高压塔前部氢气的纯度。为达到这一极限温度，在塔的上层可以利用一较低的压力来提高某种水坑氧气的纯度。

　　一些简单的模型描述了此种联合动力空气的浓缩再沸器设备，换热器壁的热量储存能力，也会被忽略，因为它是比较较小的热量流量，这种热量流量一般是由填料塔的底部产生的。

　　3 模拟结果

　　结论性的方程系统由160个普通不同的方程和40个复杂的代数方程组成，并且它们已被移植到了MATLAB/S模拟环境中。