油頁巖固體熱載體綜合利用系統(tǒng)的分析模型

柏靜儒，張慶燕，白 章，王 擎

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

柏靜儒1，張慶燕1，白 章2，王 擎1

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

對基于油頁巖固體熱載體干餾法構建的綜合利用系統(tǒng)進行分析，采用黑箱模型法繪制系統(tǒng)各單元的分析簡化模型，系統(tǒng)地給出應用于所構建的綜合系統(tǒng)的值計算方法與計算公式，最后以圖表的形式給出綜合利用系統(tǒng)各裝置的效率和損率的計算結果。結果表明：當油頁巖預熱到140℃時，干餾爐的損率高達49.19%，是綜合利用系統(tǒng)損率最高位置；凈化冷凝單元效率為93.92%，是綜合利用系統(tǒng)效率最大的單元，各裝置的損率與效率不具有相關性。

油頁巖；固體熱載體；綜合利用；分析

油頁巖能源資源是非常規(guī)油氣能源的典型代表，世界油頁巖能源資源儲量折算為頁巖油約有4×103億t[1]，其中我國頁巖油資源為476.44億t[2]。與此同時，我國石油資源對外依存度逐年增長，到2020年將上升到60%以上[3]，加大對油頁巖的開發(fā)利用，可有效緩解我國石油資源供應不足現(xiàn)狀。

干餾煉油與燃燒發(fā)電是我國油頁巖能源資源開發(fā)利用的兩大主要方式。其中干餾煉油技術分為固體熱載體干餾技術和氣體熱載體干餾技術，固體熱載體干餾技術規(guī)避了氣體熱載體干餾技術干餾效率低、出油率低等不足，同時還具有干餾時間短、油收率高、資源利用率高等諸多優(yōu)點[4]，固體熱載體干餾技術將成為油頁巖資源開發(fā)利用的主要干餾煉油技術[5-7]。

利用油頁巖能源資源單一的煉油或發(fā)電，不僅導致能源資源的嚴重浪費和損失，同時也對環(huán)境造成破壞，故油頁巖從單一的能源利用方式發(fā)展到資源高效環(huán)保型的綜合利用方式[8]。學者們提出多種油頁巖能源資源綜合開發(fā)利用集成技術[9-13]，為了有效評價綜合利用系統(tǒng)，需要對其能量利用情況及能量損失情況等進行深入計算與分析。

1 計算實例

圖1 油頁巖固體熱載體綜合利用系統(tǒng)工藝流程示意圖

2 綜合利用系統(tǒng)的分析

根據(jù)綜合利用系統(tǒng)物料流程，分別繪制了油頁巖干餾單元(RR)、凈化冷凝單元(P/C)、循環(huán)流化床鍋爐加熱發(fā)電單元(CFB-ST)、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電單元(CC)的黑箱分析簡化模型并給出相應計算方法及公式。

結合油頁巖干餾過程，得到如下簡化黑箱模型：(P0=0.1 MPa，T0=298.15 K，T1=773.15 K)

圖2 油頁巖干餾單元(RR)分析簡化模型

其中：

其中：

2.2 凈化冷凝單元(P/C)分析

圖3 凈化冷凝單元(P/C)分析簡化模型

P/C單元平衡關系為

其中：

2.3 循環(huán)流化床鍋爐加熱發(fā)電單元(CFB-ST)分析

圖4 循環(huán)流化床鍋爐加熱發(fā)電單元(CFB-ST))分析簡化模型

其中：

2.4 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電單元(CC)分析

圖5 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電單元(CC)分析簡化模型

CC單元各組成部分平衡關系為

其中：

(2)其余各參數(shù)計算原理與CFB-ST單元相同。

3 結 論

圖6 油頁巖固體熱載體綜合利用系統(tǒng)各裝置的效率

圖7 油頁巖固體熱載體綜合利用系統(tǒng)各裝置的損率

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Exergy Analysis Model of Oil Shale Comprehensive Utilization System on Solid Heat Carrier Technology

Bai Jingru1，Zhang Qingyan1，Bai Zhang2，Wang Qing1

(1.Engineering Research Centre of Oil Shale Comprehensive Utilization,Ministry of Edncation,Northeast Electric Power University，Jilin Jilin 132012；2.Institute of Engineering Thermophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190)

Exergy analysis method is applied to the oil shale comprehensive utilization system on solid heat carrier technology.Meanwhile，the exergy analysis Simplified model of each device is built by black box model method and the computing method and calculating formula of exergy value that applied to the comprehensive utilization system are detailedly explained.Finally，the result of energy efficiency and exergy loss rate of comprehensive utilization system is expressed in the form of graph.The results show that when the oil shale is preheated to 140 ℃，the exergy loss rate of retorting reactor is as high as 49.19% and it becomes the highest energy loss rate position.The exergy efficiency of purifying condensing unit is 93.92% and it becomes the highest exergy efficiency unit among the comprehensive utilization system.Exergy loss rate and exergy efficiency of each device has no correlation.

Oil shale；Solid heat carrier；Comprehensive Utilization；Exergy analysis

2016-11-12

柏靜儒(1973-)，女，博士，教授，主要研究方向：油頁巖綜合開發(fā)利用及潔凈煤技術.

1005-2992(2017)01-0018-06

TE662

A

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