樺甸式油頁(yè)巖氣體熱載體綜合利用系統(tǒng)改造建模及分析

柏靜儒，王林濤，張慶燕，白章，王擎

（1東北電力大學(xué)油頁(yè)巖綜合利用教育部工程研究中心，吉林 吉林 132012；2中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，北京 100190）

樺甸式油頁(yè)巖氣體熱載體綜合利用系統(tǒng)改造建模及分析

柏靜儒1，王林濤1，張慶燕1，白章2，王擎1

（1東北電力大學(xué)油頁(yè)巖綜合利用教育部工程研究中心，吉林 吉林 132012；2中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，北京 100190）

樺甸式油頁(yè)巖氣體熱載體綜合利用工藝是一種重要的油頁(yè)巖利用方式，本文在原有綜合利用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了部分改造，將小顆粒油頁(yè)巖和半焦混合氣化后再與干餾氣一起送入燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電，同時(shí)利用燃機(jī)尾氣加熱循環(huán)熱載體。利用Aspen Plus軟件對(duì)原有及改造后的油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)進(jìn)行建模，并根據(jù)模擬數(shù)據(jù)對(duì)綜合利用系統(tǒng)作進(jìn)一步的能量分析和?分析。結(jié)果表明：改造后的綜合利用系統(tǒng)總的一次能量利用效率和?效率分別達(dá)到了58.23%和60.18%，遠(yuǎn)高于原有系統(tǒng)，其中各主要單元的能量利用效率和?效率均高于60%；另外，提高油頁(yè)巖干餾比例可以明顯增加系統(tǒng)頁(yè)巖油產(chǎn)量，雖然電能輸出會(huì)有所降低，但總?效率會(huì)隨之增長(zhǎng)。

油頁(yè)巖；半焦；干餾；氣化；Aspen Plus；系統(tǒng)模擬

油頁(yè)巖是一種富含有機(jī)質(zhì)的沉積巖，不僅可以用于干餾制取頁(yè)巖油，還可用于燃燒發(fā)電。中國(guó)油頁(yè)巖儲(chǔ)量巨大，居世界第四位，在能源日趨緊張的今天，尤其是石油資源不足的中國(guó)，高效利用油頁(yè)巖資源對(duì)保障我國(guó)的能源安全具有重要意義[1-2]。

現(xiàn)有的油頁(yè)巖干餾工藝主要包括氣體熱載體干餾工藝和固體熱載體干餾工藝，其中固體熱載體干餾工藝由于技術(shù)和成本問題，尚未實(shí)現(xiàn)廣泛的工業(yè)應(yīng)用[3-4]。在中國(guó)，典型的氣體熱載體干餾工藝主要包括撫順干餾工藝和樺甸式瓦斯全循環(huán)干餾工藝，撫順式干餾爐操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，對(duì)頁(yè)巖適應(yīng)性強(qiáng)，但缺點(diǎn)也很明顯，如油收率低、單爐處理量較少、不利于實(shí)現(xiàn)能源的高效利用；樺甸式瓦斯全循環(huán)干餾工藝很好的解決了上述問題，其中充當(dāng)干餾熱載體的熱循環(huán)氣經(jīng)過半焦燃燒爐和燃?xì)鉅t兩級(jí)加熱后送入干餾爐內(nèi)為干餾提供熱量，與撫順干餾工藝相比，樺甸爐克服了爐內(nèi)燒油和產(chǎn)氣熱值低的問題，干餾油收率和能量利用效率得到大幅提高[5-8]。結(jié)合油頁(yè)巖綜合開發(fā)利用集成理論[9-11]，將樺甸式氣體熱載體干餾工藝中剩余的干餾半焦和小顆粒油頁(yè)巖一并送入循環(huán)流化床鍋爐燃燒發(fā)電，同時(shí)剩余的干餾氣送入聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，構(gòu)成一套綜合利用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了油-電聯(lián)產(chǎn)[12]。

Aspen Plus軟件在油頁(yè)巖綜合利用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[12-18]，本文在原有樺甸式氣體熱載體綜合利用系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，利用Aspen軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了如下改進(jìn)：①將破碎后的小顆粒油頁(yè)巖和全部半焦混合氣化，生成的合成氣送入聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，相較于循環(huán)流化床燃燒發(fā)電，氣化發(fā)電效率更高，而且更加環(huán)保；②利用燃機(jī)尾氣來(lái)加熱循環(huán)熱載體，為干餾提供能量，避免了增加新的加熱設(shè)備。隨后對(duì)改進(jìn)后的綜合利用系統(tǒng)作進(jìn)一步能量分析和?分析，并與原系統(tǒng)進(jìn)行比較，另外，本文還考慮了油頁(yè)巖干餾比例（油頁(yè)巖用于干餾的質(zhì)量與總油頁(yè)巖消耗量的比例）對(duì)改造后綜合利用系統(tǒng)產(chǎn)物分布和?效率的影響。

1 原有及改造后的樺甸式油頁(yè)巖氣體熱載體綜合利用系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)流程

原有樺甸式油頁(yè)巖氣體熱載體綜合利用系統(tǒng)[12]如圖1(a)所示，油頁(yè)巖經(jīng)破碎后按粒徑分成大小兩部分（根據(jù)實(shí)際情況考慮大小顆粒比為4∶1），大顆粒油頁(yè)巖（＞8mm）送入干餾爐，生成的油氣混合物經(jīng)冷卻凈化將頁(yè)巖油分離出來(lái)并儲(chǔ)存，剩余的干餾氣按作用分為四部分，分別用來(lái)充當(dāng)循環(huán)熱載體（熱循環(huán)氣），冷卻半焦（冷循環(huán)氣），作為燃料加熱熱載體和送入燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；把一部分半焦送入半焦燃燒爐加熱熱載體，剩余半焦和小顆粒油頁(yè)巖則送入循環(huán)流化床鍋爐燃燒發(fā)電；系統(tǒng)排放的煙氣還用來(lái)預(yù)熱物料回收部分熱能。改造后的油頁(yè)巖氣體熱載體綜合利用系統(tǒng)如圖1(b)所示，其中干餾系統(tǒng)不做改變，干餾產(chǎn)生的全部半焦和小顆粒油頁(yè)巖一起送入氣化爐氣化，氣化合成氣經(jīng)顯熱回收（HRSG-1）后與干餾氣一起送入燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，作為干餾熱載體的熱循環(huán)氣則通過在余熱鍋爐（HRSG-2）中布置換熱管道被燃?xì)馕矚饧訜嶂?00℃，在整個(gè)過程中，干餾溫度始終維持在520℃。

圖1 原有和改造后油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)流程圖

1.2 油頁(yè)巖和干餾產(chǎn)物基礎(chǔ)特性

本文選用的油頁(yè)巖樣品來(lái)自吉林樺甸公朗頭礦區(qū)，對(duì)其空干基進(jìn)行鋁甄分析表明：該油頁(yè)巖油收率為11.37%，半焦產(chǎn)率為80.63%，水分含量為3.9%，氣體及損失為4.1%，油頁(yè)巖及干餾生成的半焦和頁(yè)巖油的元素分析、工業(yè)分析和發(fā)熱量分析結(jié)果如表1所示。需要說(shuō)明的是，在Aspen模擬過程中考慮油頁(yè)巖收到基含水15.13%，另外半焦在冷卻過程中考慮吸水后含水5%。

表1 油頁(yè)巖、半焦和頁(yè)巖油的工業(yè)分析、元素分析結(jié)果和發(fā)熱量（空干基）

2 綜合利用系統(tǒng)能量分析和?分析

2.1 原有和改造后油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)模擬結(jié)果

所構(gòu)建油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)按照125kg/s的油頁(yè)巖輸入量進(jìn)行計(jì)算，原有樺甸氣體熱載體綜合利用系統(tǒng)模擬結(jié)果如表2所示，改造后的模擬結(jié)果如表3所示。從中可以看出，兩系統(tǒng)輸出的主要能源產(chǎn)品均為頁(yè)巖油和電能，其中兩者干餾部分產(chǎn)能一樣，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定數(shù)據(jù)，將油母質(zhì)的反應(yīng)率設(shè)為0.81，則兩系統(tǒng)均可生產(chǎn)7.76kg/s頁(yè)巖油；在電能產(chǎn)出方面，考慮系統(tǒng)內(nèi)部電耗為總能輸入的3%，則原有氣體熱載體綜合利用系統(tǒng)凈電輸出為100.01MW，系統(tǒng)一次能量利用效率為49.65%，改造后的系統(tǒng)利用固體燃料氣化發(fā)電，雖然燃機(jī)尾氣的熱量一部分來(lái)加熱循環(huán)熱載體，但系統(tǒng)的凈電輸出達(dá)到了178.18MW，遠(yuǎn)高于原系統(tǒng)，其一次能效也達(dá)到58.23%，是原系統(tǒng)的1.17倍。

表2 原有綜合利用系統(tǒng)主要物流參數(shù)

表3 改造后綜合利用系統(tǒng)主要物流參數(shù)

在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，為了更好地評(píng)價(jià)分析原有和改造后綜合利用系統(tǒng)的性能，接下來(lái)將對(duì)所構(gòu)建的系統(tǒng)作進(jìn)一步的能量分析和?分析，利用Aspen模型采集需要的參數(shù)，并結(jié)合物料的基礎(chǔ)特性可以方便地計(jì)算需要的?值。本章的分析主要包括兩部分，一是對(duì)改造后系統(tǒng)內(nèi)部重要單元（干餾系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)和余熱鍋爐）進(jìn)行具體的能量平衡和?平衡分析，二是對(duì)原有及改造后的油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)進(jìn)行全面的?分析對(duì)比。

2.2 干餾系統(tǒng)能量分析和?分析

基于Aspen模擬數(shù)據(jù)構(gòu)建干餾系統(tǒng)的能量平衡和?平衡，結(jié)果如圖2所示。圖2(a)為干餾系統(tǒng)（包括干餾爐和油氣分離凈化系統(tǒng)）能量分析結(jié)果，按照100kg/s的油頁(yè)巖處理量進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)預(yù)熱后的油頁(yè)巖還需要熱載體提供81.14MW熱量才能保證干餾爐在520℃條件下穩(wěn)定運(yùn)行，干餾系統(tǒng)主要的能源產(chǎn)品包括頁(yè)巖油、干餾氣和半焦，考慮油頁(yè)巖中油母質(zhì)的反應(yīng)率為0.81，此時(shí)三者輸出的能量分別占總能輸入的43.03%、7.07%和33.8%，能量利用效率為83.9%。干餾系統(tǒng)的能量損失主要為散熱損失，包括干餾爐體散熱以及油氣混合物和半焦冷卻過程中的散熱，本文設(shè)置干餾爐損失為干餾爐總能輸入的10%，另外兩部分的散熱分別占到總能輸入的4.1%和1.4%，因此加強(qiáng)干餾系統(tǒng)的保溫很有必要，尤其是干餾爐體的保溫。

圖2(b)是油頁(yè)巖干餾系統(tǒng)的?分析結(jié)果，從中可以看出干餾系統(tǒng)的總?輸入為742.61 MW，主要能源產(chǎn)品頁(yè)巖油、干餾氣和半焦的輸出?為663.94 MW，總?效率達(dá)到89.41%，比能量利用效率高5.51%。與能量分析不同，?損失最大的部分是干餾系統(tǒng)內(nèi)部?損失，為總?輸入的6.85%，主要是由干餾爐內(nèi)部反應(yīng)的不可逆性造成的，這部分損失難以避免；其次是散熱過程的?損失，為總?輸入的3.05%，相較于散熱的能量損失有大幅降低，這是因?yàn)樯崾サ哪芰恐饕獮榈推肺坏臒崮埽?值很低。

圖2 油頁(yè)巖干餾系統(tǒng)能量分析和?分析結(jié)果

2.3 氣化系統(tǒng)能量分析和?分析

利用Aspen軟件提供的流程數(shù)據(jù)構(gòu)建氣化系統(tǒng)（包括氣化爐和合成氣冷卻系統(tǒng)）的能量平衡和?平衡，結(jié)果如圖3所示。其中氣化爐采用常壓空氣氣化，為了保證氣化速率，送入氣化爐的空氣事先預(yù)熱至300℃，另外，氣化反應(yīng)所需的水蒸氣來(lái)自汽輪機(jī)的高壓缸排氣。利用 RGibbs反應(yīng)器模擬氣化過程，結(jié)果表明：當(dāng)空氣和水蒸氣輸入量分別為36 kg/s和0.68 kg/s時(shí)，氣化反應(yīng)完全，此時(shí)氣化溫度為900℃，冷氣化效率達(dá)到78.41%。

圖3(a)是氣化系統(tǒng)的能量分析結(jié)果，其中氣化系統(tǒng)總輸入熱量為480.38 MW，輸出能量主要包括氣化合成氣的化學(xué)能以及合成氣和灰渣在冷卻過程中回收的熱能，經(jīng)計(jì)算氣化系統(tǒng)的能量利用效率為88.38%。散熱損失是氣化系統(tǒng)的主要損失來(lái)源，占到總能輸入的11.5%，其中爐體散熱損失設(shè)置為總能輸入的5%，此外，灰渣和合成氣冷卻過程的散熱損失也占有很大的比重，與干餾系統(tǒng)相似，加強(qiáng)爐體和管道的保溫是提高氣化系統(tǒng)效率的重要手段。

圖3(b)是氣化系統(tǒng)的?分析結(jié)果，從中可以看出系統(tǒng)總?輸入為445.19 MW，總輸出?為376.68 MW，?效率達(dá)到84.61%，其中合成氣化學(xué)?和回收的物理?分別占到總?輸入的71.57%和13.04%。與能量分析相比，由于散熱損失的能量主要為低品位的熱能，因此其引起的?損遠(yuǎn)小于能量損失，只占到總?輸入的3.56%；反而氣化系統(tǒng)內(nèi)部?損失占比較大，達(dá)到總?輸入的13.04%，主要是由氣化爐內(nèi)部反應(yīng)的不可逆性引起的。

圖3 油頁(yè)巖氣化系統(tǒng)能量分析和?分析結(jié)果

2.4 余熱鍋爐（HRSG-2）能量分析和?分析

在改造后的油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)中，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的燃?xì)馀艢鉁囟燃s為720℃，這部分煙氣進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)一步回收熱量，余熱鍋爐主要承擔(dān)了如下幾部分工作：加熱循環(huán)熱載體；加熱水/水蒸氣；預(yù)熱油頁(yè)巖和半焦以及進(jìn)入氣化爐的空氣。余熱鍋爐的能量分析和?分析結(jié)果如圖4所示，從圖4(a)的能量分析結(jié)果可以看出，進(jìn)入余熱鍋爐的總熱量為255.18MW，總能效達(dá)到了77.19%，其中絕大部分用來(lái)加熱循環(huán)熱載體以及水和水蒸氣，兩者接受的熱量分別達(dá)到了總能輸入的31.65%和36.23%，排煙損失為主要能量損失，為總能輸入的22.81%。圖4(b)是余熱鍋爐的?分析結(jié)果，從中可以看出輸入系統(tǒng)的總?值為178.57 MW，總?效率為66.38%，低于總能效，其中熱載體以及水和水蒸氣接受的?占總?的比例分別為29.78%和32.68%，也較能量分析占比低，這是因?yàn)闊崮軓母邷責(zé)嵩聪虻蜏責(zé)嵩磦鬟f的過程中，能量品質(zhì)降低了，導(dǎo)致了?的大量損失，余熱鍋爐的內(nèi)部?損主要來(lái)源于此，同理，排煙失去的主要是低品位熱能，因而?損失遠(yuǎn)小于其能量損失。

圖4 余熱鍋爐（HRSG-2）能量分析和?分析結(jié)果

2.5 原有和改造后油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)?分析對(duì)比

在流程模擬的基礎(chǔ)上，利用?分析方法對(duì)原有及改造后的樺甸式氣體熱載體綜合利用系統(tǒng)進(jìn)行?平衡計(jì)算，結(jié)果分別如表4和表5所示，為了更方便分析各主要設(shè)備?損失，作如圖5所示兩系統(tǒng)?損分布圖。從表4、表5和圖5中可以看出，經(jīng)改造后的油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)?效率從51.1%增長(zhǎng)到60.18%，其中兩者頁(yè)巖油生產(chǎn)能力相當(dāng)，但改造后的系統(tǒng)發(fā)電能力有大幅提高，輸出電能達(dá)到總?輸入的20.71%，是原系統(tǒng)輸出電能的1.78倍，系統(tǒng)總?效率隨之得到了顯著提升；在原有系統(tǒng)中，半焦燃燒爐、燃?xì)鉅t、循環(huán)流化床鍋爐以及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的?效率均較低，尤其是循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電系統(tǒng)，?效率只有31.98%，其?損占到了系統(tǒng)總?輸入27.13%，說(shuō)明將小顆粒油頁(yè)巖和半焦直接燃燒發(fā)電的方式效率低下，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)性能；改造后的綜合利用系統(tǒng)將油頁(yè)巖和半焦先氣化再發(fā)電，大幅提高了固體燃料的利用效率，各主要設(shè)備?效率均大于60%，另外，使用聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的燃機(jī)尾氣來(lái)加熱循環(huán)熱載體不僅增加了其本身的?效率，同時(shí)避免了靠干餾氣和半焦燃燒加熱熱載體這種低效的加熱方式。

表4 原有油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)?分析

表5 改造后油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)?分析

圖5 原有及改造后油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)?分布

3 油頁(yè)巖干餾比例對(duì)改造后綜合利用系統(tǒng)的影響

在改造后的油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出的主要能源產(chǎn)品包括頁(yè)巖油和電能兩部分，實(shí)際生產(chǎn)過程中通過控制油頁(yè)巖用于干餾的比例即可調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出產(chǎn)品的比例分配。圖6所示為油頁(yè)巖干餾比例對(duì)綜合利用系統(tǒng)產(chǎn)物分配和?效率的影響。從中可以看到，當(dāng)油頁(yè)巖全部用于氣化發(fā)電時(shí)，系統(tǒng)?效率為45.04%，隨著油頁(yè)巖干餾比例的增加，頁(yè)巖油輸出?占總輸入?的比例不斷提高，由0一直上升至49.33%，系統(tǒng)總?效率也隨之增長(zhǎng)至63.97%。需要指出的是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于小顆粒油頁(yè)巖的存在，油頁(yè)巖干餾比例不可能達(dá)到1，因此為了提高系統(tǒng)?效率需要盡可能增加油頁(yè)巖干餾比例；但同時(shí)還應(yīng)充分考慮市場(chǎng)對(duì)所生產(chǎn)能源產(chǎn)品的接受能力，根據(jù)油價(jià)和電價(jià)的變化合理調(diào)整生產(chǎn)情況，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

圖6 油頁(yè)巖干餾比例對(duì)綜合利用系統(tǒng)產(chǎn)物分布和?效率的影響

4 結(jié)論

本文基于Aspen軟件對(duì)原有樺甸式氣體熱載體綜合利用系統(tǒng)作部分改進(jìn)，隨后對(duì)改造后的系統(tǒng)進(jìn)行了?分析，并與原系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，分析結(jié)果如下。

（1）原有油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)中循環(huán)熱載體的加熱方式，以及小顆粒油頁(yè)巖和半焦送入循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電的利用方式?效率均較低，很大程度上影響了系統(tǒng)的性能，改造后的油頁(yè)巖綜合利用系統(tǒng)將固體燃料先氣化再進(jìn)行利用，同時(shí)解決了發(fā)電能效低和熱載體的加熱問題，系統(tǒng)總的一次能量利用效率和?效率分別達(dá)到了58.23%和60.18%，遠(yuǎn)高于原有系統(tǒng)，其中各主要單元的能量利用效率和?效率均高于60%。

（2）油頁(yè)巖干餾比例很大程度上影響了綜合利用系統(tǒng)能源產(chǎn)品的生產(chǎn)情況，提高干餾比例可以顯著增加頁(yè)巖油能量輸出，雖然電能輸出有所減少，但系統(tǒng)總?效率會(huì)有一定的提升，同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)過程中還應(yīng)綜合考慮市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的接受程度來(lái)調(diào)節(jié)綜合利用系統(tǒng)的生產(chǎn)情況。

[1]錢家麟，尹亮，王劍秋，等．油頁(yè)巖——石油的補(bǔ)充能源[M]．北京：中國(guó)石化出版社，2008．QIAN Jialin，YIN Liang，WANG Jianqiu，et al．Oil shale：complementary energy of petroleum[M]．Beijing：China Petrochemical Press，2008．

[2]馬躍，李術(shù)元，藤錦生，等．世界油頁(yè)巖研究開發(fā)利用現(xiàn)狀——并記2015年美國(guó)油頁(yè)巖會(huì)議[J]．中外能源，2016，21（1）： 21-26．MA Yue，LI Shuyuan，TENG Jinsheng，et al．Global oil shale research，development and utilization today——oil shale symposium held in US in 2015[J]．Sino-Global Energy，2016，21（1）：21-26．

[3]韓曉輝，盧桂萍，孫朝輝，等．國(guó)外油頁(yè)巖干餾工藝研究開發(fā)進(jìn)展[J]. 中外能源，2011，16（4）：69-74．HAN Xiaohui，LU Guiping，SUN Zhaohui，et al．Progress in research and development of oil shale retorting technology abroad[J]. Sino-Global Energy，2011，16（4）：69-74．

[4]侯吉禮，馬躍，李術(shù)元，等．世界油頁(yè)巖資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀[J]．化工進(jìn)展，2015，34（5）：1183-1190．HOU Jili，MA Yue，LI Shuyuan，et al．Development and utilization of oil shale worldwide[J]．Chemical Industry and Engineering Progress，2015，34（5）：1183-1190．

[5]秦宏，岳耀奎，劉洪鵬，等．中國(guó)油頁(yè)巖干餾技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]．化工進(jìn)展，2015，34（5）：1191-1198．QIN Hong，YUE Yaokui，LIU Hongpeng，et al．Current status and prospect of oil shale retorting technologies in China[J]．Chemical Industry and Engineering Progress，2015，34（5）：1191-1198．

[6]霍威．撫順式和樺甸式油頁(yè)巖干餾工藝的比較[J]．科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2012，22（10）：122-124．HUO Wei．The comparison of oil shale’s dry distillation processes with fushun type distiller and huadian type distiller[J]．Sci-tech Information Development ＆Economy，2012，22（10）：122-124．

[7]秦宏，李建坡，王擎，等．油頁(yè)巖氣體熱載體干餾爐內(nèi)干餾特性研究[J]．化學(xué)工程，2015，43（5）：11-15．QIN Hong，LI Jianpo，WANG Qing，et al．Retorting characteristics of oil shale retort with gas heat carrier[J]．Chemical Engineering，2015，43（5）：11-15．

[8]QIAN Jialin，WANG Jianqiu，LI Shuyuan．Oil shale development in China[J]．Oil Shale，2003，20（3）：356-359．

[9]孫鍵，王擎，孫東紅，等．油頁(yè)巖綜合利用集成技術(shù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)[J]．現(xiàn)代電力，2007，24（5）：57-67．SUN Jian，WANG Qing，SUN Donghong，et al．Integrated technology for oil shale comprehensive utilization and cycling economy[J]．Modern Electric Power，2007，24（5）：57-67．

[10]楊慶春，張俊，楊思宇，等．油頁(yè)巖綜合利用過程建模與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J]．化工學(xué)報(bào)，2014，65（7）：2793-2801．YANG Qingchun，ZHANG Jun，YANG Siyu，et al．Modeling and techno-economic analysis for comprehensive utilization process of oil shale[J]．Journal of Chemical Industry and Engineering，2014，65（7）：2793-2801．

[11]HAN Xiangxin，NIU Mengting，JIANG Xiuming．Combined fluidized bed retorting and circulating fluidized bed combustion system of oil shale: 2. Energy and economic analysis[J]．Energy，2014，74（2）：788-794．

[12]BAI Jingru，BAI Zhang，WANG Qing，et al．Process simulation of oil shale comprehensive utilization system based on huadian-type retorting technique[J]．Oil Shale，2015，32（1）：66-81．

[13]白章，柏靜儒，王擎，等．撫順式油頁(yè)巖干餾工藝系統(tǒng)模擬及分析[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（14）：2228-2234．BAI Zhang，BAI Jingru，WANG Qing，et al．Process simulation and analysis of the Fushun-type oil shale retorting system[J]．Proceedings of the CSEE，2014，34（14）：2228-2234．

[14]柏靜儒，白章，王擎，等．基于Aspen Plus的樺甸式油頁(yè)巖干餾工藝系統(tǒng)模擬[J]．化工學(xué)報(bào)，2012，63（12）：4075-4081．BAI Jingru，BAI Zhang，WANG Qing，et al．Process simulation for Huadian-type oil shale retorting system by Aspen Plus[J]. CIESC Journal，2012，63（12）：4075-4081．

[15]柏靜儒，白章，王擎，等．油頁(yè)巖固體熱載體綜合利用系統(tǒng)工藝模擬[J]．石油學(xué)報(bào)：石油加工，2014，30（5）：902-908．BAI Jingru，BAI Zhang，WANG Qing，et al．Process simulation of oil shale comprehensive utilization system on solid heat carrier technology[J]．Acta Petrolei Sinica：Petroleum Processing Section， 2014，30（5）：902-908．

[16]柏靜儒，韓冰，李夢(mèng)迪，等．黑龍江雞西油頁(yè)巖綜合利用過程能效分析[J]．東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（12）：56-61．BAI Jingru，HAN Bing，LI Mengdi，et al．Energy efficiency analysis of Heilongjiang Jixi oil shale comprehensive utilization[J]．Journal of Northeast Dianli University，2015，35（12）：56-61．

[17]YANG Qingchun，QING Yu，ZHOU Huairong，et al．Development of a coupling oil shale retorting process of gas and solid heat carrier technologies[J]．Energy & Fuels，2015，29（9）：6155-6163．

[18]YANG Siyu，ZHANG Jun，YANG Qingchun，et al．Development of an integrated oil shale refinery with retorting gas steam reforming for hydrogen production[J]．Energy & Fuels，2014，28（8）：5557-5564．

Simulation and analysis of modified comprehensive utilization system of Hua-dian oil shale using gaseous heat carrier

BAI Jingru1，WANG Lintao1，ZHANG Qingyan1，BAI Zhang2，WANG Qing1
（1Engineering Research Centre of Ministry of Education for Comprehensive Utilization of Oil Shale，Northeast Dianli University，Jilin 132012，Jilin，China；2Institute of Engineering Thermophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China）

The comprehensive utilization system of Hua-dian oil shale，which uses gaseous heat carrier technology，is an important utilization method of oil shale. Some parts of the system are modified in this paper，and the retorting gas and the syngas produced by the gasifier are fed into the gas-steam combined cycle power generation system. Meanwhile，the fuel gas from the gas turbine is used to heat the gaseous heat carrier. The system is simulated with Aspen Plus，and the balance of energy and exergy is analyzed with the simulated data. The results show that the total energy efficiency and exergy efficiency of the system reach 58.23% and 60.18% respectively，which is much higher than the original system. Furthermore，the energy efficiency and exergy efficiency of the main units in the modified system are both higher than 60%. Further analysis suggests that the increase in mass fraction of the oil shale for retorting can improve the yield of liquid fuel of the system effectively. Besides，although the electricity output of the system is reduced，the total exergy efficiency will increase obviously.

oil shale；semi-coke；retorting；gasification；Aspen Plus；process simulation

TE662

A

1000–6613（2017）04–1258–07

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.04.014

2016-09-05；修改稿日期：2016-12-18。

吉林省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（20140204004SF）及吉林市科技計(jì)劃項(xiàng)目（201434001）。

及聯(lián)系人：柏靜儒(1973—)，女，教授，博士。研究方向?yàn)橛晚?yè)巖綜合利用。E-mail：bai630@mail.nedu.edu.cn。