CN102746899A - 水煤浆/煤粉气化炉及其投料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水煤浆/煤粉气化炉及其投料方法，该投料方法包括：烘炉步骤：利用管道向气化炉的复合烧嘴的中间氧通道通入净化空气后，点火电极放电点火，然后向气化炉的复合烧嘴的投料通道通入燃料气，燃料气燃烧完成点火，开始进行烘炉；置换步骤：在烘炉结束后，停止供给净化空气和燃料气，同时使用置换用氮气置换掉管道中和气化炉内的气体；投料步骤：在置换合格后，向投料通道供给煤粉或水煤浆，在煤粉或水煤浆即将入炉时向中间氧通道和环隙氧通道供给氧气，煤粉/水煤浆在高温下燃烧，投料完成。根据本发明的气化炉，烘炉到化工投料能够连续进行，降低劳动强度，投料用时短，烘炉至950～1050℃即可投料，大幅节省了开车费用。

Description

水煤浆/煤粉气化炉及其投料方法

技术领域

本发明涉及一种水煤浆/煤粉气化炉，以及水煤浆/煤粉气化炉的投料方法。 

背景技术

煤炭是一种重要的能源，长期以来，煤炭在使用过程中伴随着严重的环境污染。近年来，以减少污染排放和提高利用效率为目的的洁净煤技术日益为人们所重视；煤气化技术作为其中的一种煤炭加工和转化技术，被认为是最为高效清洁的洁净煤技术之一。 

现代煤气化技术，尤其是高压、大容量气流床气化技术在工业上获得广泛应用。在我国已经有多家厂家引进并利用现代气流床气化技术，现代气流床气化技术主要分为水煤浆气化和粉煤气化，现代气流床气化技术具有环境污染小、自动化程度高等优点，但该技术工艺带有一些普遍存在的问题，这些问题不同程度上影响着气化装置的正常运行。 

煤气化技术的核心设备是气化炉，气化炉在投料之前，往往需要先烘炉。 

水煤浆气化炉在投料之前，首先需要使用预热烧嘴将炉温烘到1200℃附近，恒温数小时后将预热烧嘴拆下，然后安装工艺烧嘴，切换烧嘴冷却水，气化炉才能进行投料开车，切换烧嘴投料过程劳动强度极大，且若切换烧嘴、置换过程稍有延迟，很可能使炉温降至900℃以下，容易造成投料点火失败且存在安全隐患。 

干煤粉气化炉开工操作过程繁琐复杂，在冷态时首先启动点火烧嘴，点燃其喷出的可燃气体，然后由点火烧嘴点燃使用燃油的开工烧嘴，按照升温曲线对气化炉进行烘炉，当温度和压力达到了工艺要求的工况时，粉煤烧嘴再进行化工投料，如壳牌气化炉，需要准备三种不同种类的烧嘴，且在气化炉燃烧室开孔较多，容易形成安全隐患。 

煤气化炉开工操作过程繁琐，烘炉到投料过程需要切换不同作用的烧嘴，无法做到烘炉、化工投料连续进行；现有煤气化炉投料方式和结构存在安全隐患。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种水煤浆/煤粉气化炉及其投料方法，已解决目前烘炉、投料无法连续进行的问题。 

为此，根据本发明的一方面，提供了一种水煤浆/煤粉气化炉的投料方法，包括：烘炉步骤：利用管道向气化炉的复合烧嘴的中间氧通道通入净化空气后，点火电极放电点火，然后向所述气化炉的复合烧嘴的投料通道通入燃料气，燃料气燃烧完成点火，开始进行烘炉，其中，所述净化空气作为助燃剂；置换步骤：在烘炉结束后，停止供给净化空气和燃料气，同 时使用置换用氮气置换掉管道中和气化炉内的气体；投料步骤：在置换合格后，向所述投料通道供给煤粉或水煤浆，在煤粉或水煤浆即将入炉时向所述中间氧通道和环隙氧通道供给氧气，煤粉/水煤浆在高温下燃烧，投料完成。 

进一步地，在烘炉步骤中，还利用压力始终高于氧气和净化空气的氮气来隔绝氧气。 

进一步地，在投料步骤中，利用压力始终高于氧气和净化空气的氮气隔绝净化空气和燃料气。 

进一步地，上述投料方法还包括停车步骤：停车步骤：当需要停车时，停止供应所述氧气和煤粉或水煤浆，在所述气化炉保压和泄压结束后，利用置换用氮气置换管道中和气化炉中的气体直至合格。 

根据本发明的另一方面，提供了一种水煤浆/煤粉气化炉，包括复合烧嘴，复合烧嘴包括由内向外同轴设置的中间氧通道、投料通道和环隙氧通道，还包括：第一组管道，用于将净化空气、氧气和第一置换用氮气通过控制阀选择性地与复合烧嘴的中间氧通道和环隙氧通道连通；以及第二组管道，用于将第二置换用氮气、燃料气、煤粉或水煤浆通过多个控制阀选择性地与复合烧嘴的投料通道连通。 

进一步地，上述第一组管道包括与复合烧嘴的中间氧通道和环隙氧通道选择性连通的净化空气管线、氧气管线、以及第一置换用氮气管线，其中，净化空气管线、氧气管线、第一置换用氮气管线上分别设置有第一组管道控制阀；以及第二组管道包括与复合烧嘴的投料通道选择性地连通的燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线，其中，燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线上分别设有第二组管道控制阀。 

进一步地，上述第一组管道还包括对净化空气和氧气选择性地隔绝气封的第一隔绝用氮气管线。 

进一步地，上述第一组管线的净化空气管线和氧气管线上分别设置有两个控制阀，第一隔绝用氮气管线连接至净化空气管线的两控制阀之间、以及连接至氧气管线的两控制阀之间。 

进一步地，上述第二组管道上还包括对燃料气管线中的燃料气选择性隔绝气封的第二隔绝用氮气管线。 

进一步地，上述第二组管道的燃料气管线上设有两控制阀，第二隔绝用氮气管线连接至燃料气管线的两控制阀之间。 

与现有技术相比，本发明的水煤浆/煤粉气化炉的投料方法具有以下优点：一、实现气化炉从烘炉到化工投料的连续进行；二、由于实现了从烘炉到化工投料的连续进行，所以投料用时短，且气化炉因无需更换烧嘴所以没有开孔作业，在此过程中气化炉炉温几乎没有下降，所以只需烘炉到950～1050℃即可投料，且无需长时间恒温，这样，大大节省了燃料气；三、相对于现有技术可极大的降低劳动强度，节约了人工成本，同时更加安全可靠。 

除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。 

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中： 

图1示出了根据本发明的用于水煤浆/煤粉气化炉的开工复合烧嘴的结构示意图； 

图2示出了根据本发明的开工复合烧嘴的A-A截面示意图； 

图3示出了根据本发明一实施例的用于水煤浆/煤粉气化炉的投料方法的流程图； 

图4示出了根据本发明另一实施例的用于水煤浆/煤粉气化炉的投料方法的流程图；以及 

图5示出了根据本发明的开工复合烧嘴和供料管线的连接关系示意图。 

附图标记说明 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。 

图1示出了根据本发明的用于水煤浆/煤粉气化炉的开工复合烧嘴的结构示意图，图2示出了根据本发明的开工复合烧嘴的A-A截面示意图。如图1和图2所示，复合烧嘴包括同轴套置的中间氧通道2、投料通道3、环隙氧通道4、点火电极6及其保护套管61、第一冷却水夹套7、第二冷却水夹套7’、冷却水盘管8和烧嘴头部保护层9。 

中间氧通道2包括通道入口21和通向气化炉内腔的通道出口22，环隙氧通道4包括通道入口41和通向气化炉内腔的通道出口42，投料通道3包括通道入口31和通向气化炉内腔的通道出口32，用于向气化炉内腔中投放燃料气、水煤浆或煤粉。 

中间氧通道2和环隙氧通道4中分别设有旋流器11，旋流器11位于复合烧嘴的缩口的上端。 

环隙氧通道4由第一冷却水夹套7与第二冷却水夹套7’之间的环隙空间构成。第一冷却水夹套7位于投料通道3和环隙氧通道4之间，第二冷却水夹套7’安装在环隙氧通道4外层包裹住环隙氧通道4，再往外层则是冷却水盘管8和烧嘴头部保护层9，烧嘴头部保护层9为最外层，为耐高温抗磨损腐蚀材料。 

复合烧嘴的上述结构特征及其技术效果在中国发明专利201010513700.2中有记载，其全部内部结合于此供参考，在此不作详细赘述。 

在本发明中，将点火电极6及其保护套管61安装固定于投料通道3的外壁上，优选位于第一冷却水夹套7的通道内，可通过焊接在投料通道3外壁上的二到三个筋板固定。 

与将点火电极及其保护套管设置在投料通道内的现有技术相比，本发明的点火电极6及其保护套管61的安装位置位于投料通道3的外侧，避免了高速水煤浆/粉煤的冲刷，同时改善了投料通道中水煤浆或煤粉喷出的均匀性，减少缓解了烧嘴的偏喷现象。 

中间氧通道2的中心设有火检通道管5，起到传导光线火焰光信号的作用，火检仪安装在火检通道管5上端的火检仪安装口51上，用于检测气化炉内腔中的火焰用，下端安装有透明的高温保护体52，例如由耐高温的石英玻璃制成，以实现了生产过程中与气化炉内腔隔绝，杜绝安全隐患。 

图3示出了根据本发明一实施例的用于水煤浆/煤粉气化炉的投料方法的流程图。本发明的用于水煤浆/煤粉气化炉的投料方法包括以下步骤： 

烘炉步骤S10：向中间氧通道2通入净化空气后，接通点火电极电源，点火电极放电点火，然后向投料通道3通入燃料气，燃料气燃烧完成点火，开始烘炉。其中，经过除油脂除尘后的净化空气作为助燃剂。 

置换步骤S20：在烘炉结束后，停止供给净化空气和燃料气，同时使用置换用氮气置换掉管道中和气化炉内的气体。 

投料步骤S30：在置换合格后，XV106/和XV205打开，隔绝用氮气（压力始终高于净化空气和氧气）作为气封用于隔绝净化空气和燃料气；接着向投料通道3供给煤粉或水煤浆，在煤粉或水煤浆即将入炉后，XV105关闭，隔绝用氮气（压力始终高于净化空气和氧气）作为气封停止隔绝氧气，然后，氧管线阀门打开向中间氧通道2和环隙氧通道4供给氧气，利用点火电极点火开车煤粉/水煤浆在高温下燃烧，投料完成。 

其中，在本发明中，只需烘炉到950～1050℃即可投料。 

正常生产过程中需保氧气管线压力始终略高于水煤浆/粉煤管线压力，水煤浆/粉煤管线压力始终略高于气化炉压力，以防发生安全事故。 

与现有技术相比，本发明的用于水煤浆/煤粉气化炉的投料方法具有以下优点：一、实现气化炉从烘炉到化工投料的连续进行；二、由于实现了从烘炉到化工投料的连续进行，所以 投料用时短，且气化炉因无需更换烧嘴所以没有开孔作业，在此过程中气化炉炉温几乎没有下降，所以只需烘炉到950～1050℃即可投料，且无需长时间恒温，这样，大大节省了燃料气；三、相对于现有技术可极大的降低劳动强度，节约了人工成本，同时更加安全可靠。 

图4示出了根据本发明另一实施例的用于水煤浆/煤粉气化炉的投料方法的流程图。如图4所示，与图3所示的投料方法相比，还包括： 

停车步骤S40：当需要停车时，停止供应氧气和煤粉或水煤浆，气化炉保压和泄压结束后，利用置换用氮气置换管道中和气化炉中的气体氛直至合格，然后利用吹扫用氮气（当采用煤粉气化时）对管道进行吹扫或利用冲洗水（当采用水煤浆气化时）对管道进行冲洗，使管道内壁无残留煤粉或煤浆之保持干净。 

根据本发明的投料方法，可采用供料管线对复合烧嘴进行投料。图5示意性地示出了根据本发明一实施例的开工复合烧嘴和供料管线的连接关系。如图5所示，气化炉包括与开工复合烧嘴10连接的第一组管道20和第二组管道30。 

图5中的第一组管道20和第二组管道30按照以下配置方案设计：第一组管道20用于将净化空气、氧气和第一置换用氮气（即低压氮气）通过控制阀选择性地与复合烧嘴的中间氧通道2和环隙氧通道4连通；第二组管道30用于将第二置换用氮气（即低压氮气）、燃料气、煤粉或水煤浆通过控制阀选择性地与复合烧嘴的投料通道3连通。 

具体地，上述第一组管道20可构建成：第一组管道20包括与复合烧嘴的中间氧通道和环隙氧通道选择性连通的净化空气管线、氧气管线、以及第一置换用氮气管线，其中，净化空气管线、氧气管线、第一置换用氮气管线上分别设置有控制阀。 

第一组管道上还包括对净化空气和氧气选择性地隔绝气封的第一隔绝用氮气管线。为此，第一组管道可优化构建成：第一组管线的净化空气管线上顺序布置有两个控制阀，第一组管线的氧气管线上也顺序设置两个控制阀，第一隔绝用氮气管线连接至净化空气管线的两个控制阀之间，并且还连接至氧气管线的两个控制阀之间。其中，隔绝用氮气的压力始终高于净化空气和氧气和燃料气，如此可实现气封隔绝，提高生产过程的安全性。 

具体地，上述第二组管道30可构建成：第二组管道30包括与复合烧嘴的投料通道选择性地连通的燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线，其中，燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线上分别设有控制阀。 

第二组管道上还包括对燃料气管线中的燃料气选择性隔绝气封的第二隔绝用氮气管线。为此，第二组管道可优化构建成：第二组管道的燃料气管线上顺次设有两个控制阀，第二隔绝用氮气管线连接至燃料气管线的两个控制阀之间。其中，隔绝用氮气的压力始终高于净化空气和氧气和燃料气，如此可实现气封隔绝，提高生产过程的安全性。 

在图5中，在上述配置方案的基础上，对第一组管道和第二组管道的各管线进行了一次优化组合，具体如下： 

氧气管线上沿氧气的流动方向依次设有控制阀XV102、XV101，氧气管线通过流量可调式控制阀FV101向中间氧通道2供给氧气，通过另一流量可调式控制阀FV102向环隙氧通道 4的通道入口供给氧气。 

净化空气通过净化空气管线连接至氧气管线，该净化空气管线上沿净化空气的流动方向依次设置有盲板SFS104、控制阀XV104和控制阀XV103。其中，在烘炉时，该盲板导通；烘炉结束后，该盲板导盲。 

置换用氮气通过置换用氮气管线连接至控制阀XV104和控制阀XV103之间的净化空气管线，置换用氮气管线沿低压氮气的流动方向依次设置有控制阀XV108和控制阀XV106。 

由控制阀XV107整体控制的隔绝用氮气管线经过一支线（支线上设有控制阀XV109）连接至置换用氮气管线的控制阀XV106和控制阀XV108之间、经过另一支线（支线上设有控制阀XV105）连接至氧气管线的控制阀XV102和控制阀XV101之间。 

供给煤粉/水煤浆的煤粉/水煤浆管线上设有控制阀XV201和控制阀XV202。供给燃料气的燃料气管线连接至控制阀XV201和控制阀XV202之间的煤粉/水煤气管线，该燃料气管线上沿燃料气的流动方向依次设有控制阀XV204、控制阀XV208和控制阀XV203。 

供给置换用氮气的置换用氮气管线连接至控制阀XV204和控制阀XV208之间的燃料气管线，该置换用氮气管线上设有控制阀XV206。 

供给隔绝用氮气的隔绝用氮气管线连接至控制阀XV204和控制阀XV208之间的燃料气管线，该隔绝用氮气管线上设有控制阀XV205。 

另外，供给吹扫用氮气/冲洗水的吹扫用氮气/冲洗水管线连接至控制阀XV208和控制阀XV203之间的燃料气管线，并且用于排污的排污管线连接至煤粉/水煤浆管线的控制阀XV201和控制阀XV202之间，该吹扫用氮气/冲洗水管线上设有控制阀XV207，该排污管线上设有控制阀XV209。 

其中，置换用氮气管线可以使用同一置换用氮气源，隔绝用氮气管线可使用同一隔绝用氮气源。隔绝用氮气的压力始终高于氧气和净化空气的压力。 

气化炉开车过程如下：烘炉时使用燃料气和经过除油脂除尘后的净化空气作为助燃剂，同时隔绝用氮气（压力始终高于净化空气和氧气）作为气封用于隔绝氧气，利用点火电极点燃燃料气即可烘炉；烘炉结束后，先关闭净化空气和燃料气管线阀门，接着使用低压氮气置换掉管道及气化炉内的空气、燃料气和驰放气，在置换合格后，XV106/和XV205打开，隔绝用氮气（压力始终高于净化空气和氧气）作为气封用于隔绝净化空气和燃料气；接着向投料通道3供给煤粉或水煤浆，在煤粉或水煤浆即将入炉后，XV105关闭，隔绝用氮气（压力始终高于净化空气和氧气）作为气封停止隔绝氧气，然后，氧管线阀门打开向中间氧通道2和环隙氧通道4供给氧气，煤粉/水煤浆在高温下燃烧，即可完成投料，烘炉到投料过程的阀门动作控制程序详见下表一。 

表一 

在上表一中，从烘炉到投料按照时序细分为：烘炉---烘炉结束---低压氮气置换---低压氮气置换合格后结束置换（在置换合格后，XV106/和XV205打开，隔绝用氮气（压力始终高于净化空气和氧气）作为气封用于隔绝净化空气和燃料气）---投煤粉/水煤浆（1）---投煤粉/水煤浆（2）---切高压氮气气封（XV105关闭，隔绝用氮气（压力始终高于净化空气和氧气）作为气封停止隔绝氧气）---投氧气（1）---投氧气（2）---投料成功。其中，表格中的“O”表示阀门打开，表格处空白表示该阀门关闭，表格中的阴影标记表示阀门在该步骤有动作。按照上表来控制各阀门的动作，可顺利实现从烘炉到化工投料的连续进行，上述各阀门的动作由可编程控制器、单片机、DCS和SIS等控制器或控制系统来控制。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种水煤浆/煤粉气化炉的投料方法，其特征在于，包括：

烘炉步骤：利用管道向气化炉的复合烧嘴的中间氧通道通入净化空气后，点火电极放电点火，然后向所述气化炉的复合烧嘴的投料通道通入燃料气，燃料气燃烧完成点火，开始进行烘炉，其中，所述净化空气作为助燃剂；

置换步骤：在烘炉结束后，停止供给净化空气和燃料气，同时使用置换用氮气置换掉管道中和气化炉内的气体；

投料步骤：在置换合格后，向所述投料通道供给煤粉或水煤浆，在煤粉或水煤浆即将入炉时向所述中间氧通道和环隙氧通道供给氧气，煤粉/水煤浆在高温下燃烧，投料完成。

2.根据权利要求1所述的水煤浆/煤粉气化炉的投料方法，其特征在于，

在所述烘炉步骤中，还利用压力始终高于所述氧气和净化空气的氮气来隔绝氧气。

3.根据权利要求1所述的水煤浆/煤粉气化炉的投料方法，其特征在于，

在所述投料步骤中，还利用压力始终高于所述氧气和净化空气的氮气隔绝净化空气和燃料气。

4.根据权利要求1所述的水煤浆/煤粉气化炉的投料方法，其特征在于，还包括：

停车步骤：当需要停车时，停止供应所述氧气和煤粉或水煤浆，在所述气化炉保压和泄压结束后，利用置换用氮气置换管道中和气化炉中的气体直至合格，然后利用高压吹扫氮气吹扫煤粉管线或冲洗水冲洗水煤浆管线。

5.一种水煤浆/煤粉气化炉，包括复合烧嘴，所述复合烧嘴包括由内向外同轴设置的中间氧通道、投料通道和环隙氧通道，其特征在于，所述气化炉还包括：

第一组管道，用于将所述净化空气、氧气和第一置换用氮气通过控制阀选择性地与所述复合烧嘴的中间氧通道和环隙氧通道连通；以及

第二组管道，用于将第二置换用氮气、燃料气、煤粉或水煤浆通过多个控制阀选择性地与所述复合烧嘴的投料通道连通。

6.根据权利要求5所述的水煤浆/煤粉气化炉，其特征在于，

所述第一组管道包括与所述复合烧嘴的中间氧通道和环隙氧通道选择性连通的净化空气管线、氧气管线、以及第一置换用氮气管线，其中，所述净化空气管线、氧气管线、第一置换用氮气管线上分别设置有第一组管道控制阀；以及

所述第二组管道包括与所述复合烧嘴的投料通道选择性地连通的燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线，其中，所述燃料气管线、第二置换用氮气管线、以及煤粉/水煤浆管线上分别设有第二组管道控制阀。

7.根据权利要求6所述的水煤浆/煤粉气化炉，其特征在于，所述第一组管道还包括对净化空气和氧气选择性地隔绝气封的第一隔绝用氮气管线。

8.根据权利要求7所述的水煤浆/煤粉气化炉，其特征在于，所述第一组管线的净化空气管线和氧气管线上分别设置有两个控制阀，所述第一隔绝用氮气管线连接至所述净化空气管线的两控制阀之间、以及连接至所述氧气管线的两控制阀之间。

9.根据权利要求6所述的水煤浆/煤粉气化炉，其特征在于，所述第二组管道上还包括对燃料气管线中的燃料气选择性隔绝气封的第二隔绝用氮气管线。

10.根据权利要求9所述的水煤浆/煤粉气化炉，其特征在于，所述第二组管道的燃料气管线上设有两控制阀，第二隔绝用氮气管线连接至所述燃料气管线的两控制阀之间。

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