应用AspenPlus模拟生物质耦合燃煤发电系统的研究

Aspen Plus起源于20世纪70年代后期，是由美国能源部在麻省理工学院（MIT）开发的新型第三代流程模拟软件，全称为先进过程工程系统（advanced system for process engineering，ASPEN），商品化后简称为Aspen Plus。Aspen Plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程软件，主要用于模拟各种单元操作过程，从单元操作模块到整个工艺流程均涉及。Aspen Plus主要由以下三部分组成。

（1）物性数据库。目前Aspen Plus具有工业上最完备的物性数据系统，其包含2450种无机物、1773种有机物、900种水溶电解质和3314种固体物的基本物性参数。这些物质的基本物性参数包括：分子量、密度、临界因子、偏心因子、标准生成自由能、标准生成热、正常沸点下的汽化潜热、回转半径、凝固点、偶极矩等。同时，Aspen Plus还提供了几十种用于计算传递物性和热力学性质模型的方法，如计算理想混合物汽-液平衡的拉乌尔定律，烃类混合物的Chao-Seader，非极性和弱极性混合物的Redilch-Kwong-Soave、Peng-ROB、BWRLee-Staring，计算非理想液态混合物活度系数的模型主要有NRTL、UNIFAC、UNIQUAC、Wilson等。此外，Aspen Plus还提供了较为灵活的数据回归系统（DRS），可以使用实验数据来回归求解物性参数，该方法可回归实际应用中的任何类型数据，计算任何模型参数，包括用户自编的模型。Aspen Plus中的物性常数估算系统（PCES）能够通过输入分子结构和易测性质来估算短缺的物性参数。

（2）单元操作模块。Aspen Plus中有50多种单元操作模型/模块，如混合、分离、换热、闪蒸、精馏、反应、压力变送、控制等。这些模型和模块的组合，能模拟用户所需要的流程。除此之外，Aspen Plus还提供了灵敏度分析和工况分析等模块。

（3）系统实现策略（数据输入-解算-结果输出）。Aspen Plus提供了操作方便、灵活的用户界面——Model Manager，用户通过Model Manager完成数据输入后，即可开展模拟计算，以交互方式分析计算结果，可按模拟要求修改数据，调整流程，或修改、调整输入文件中的任何语句或参数。(www.xing528.com)

Aspen Plus采用先进的数值计算方法，能使循环物料和设计规定迅速而准确地收敛，这些方法包括直接迭代法、拟牛顿法、正割法、Broyde法等。应用Aspen Plus的优化功能，可寻求工厂操作条件的最优值以达到目标函数的最大值。可以将工程和技术经济变量作为目标函数，对约束条件和可变参数的数目没有限制。Aspen Plus是世界上唯一能处理带有固体、电解质及煤、生物质和常规物料等复杂物质的流程模拟系统，目前已成为举世公认的标准大型流程模拟软件，广泛应用于能源转化过程的分析，在生物质热转化过程分析中也不乏大量应用。

本节以国内常见的600 MW燃煤锅炉为例，利用Aspen Plus流程模拟软件，对传统燃煤锅炉耦合生物质发电系统进行了详细的流程模拟与计算。首先，介绍了如何建立典型燃煤锅炉系统模型，并验证了模型能准确模拟锅炉燃烧和换热过程。然后，建立了生物质气化、生物质热解系统，并在此基础上建立了生物质直燃耦合燃煤发电系统、生物质气化耦合燃煤发电系统、生物质热解耦合燃煤发电系统三种混燃系统的模型，并基于计算结果进行了系统分析。