CN104531219A - 一种同时气化粉煤和水煤浆的加压气化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种同时气化粉煤和水煤浆的加压气化工艺，其特征在于使用特制的气化炉，该气化炉具有特制的粉煤烧嘴和开工烧嘴，可同时加工水煤浆和粉煤。气化步骤包括点火开工、点燃粉煤烧嘴、气化炉和碳洗塔升温升压、点燃水煤浆烧嘴，气化室内压力升高，控制在特定的反应条件，持续气化。本发明解决了现有水煤浆气化工艺合成气中有效组分不高、入炉煤质要求高、水煤浆烧嘴寿命短、单炉运行时间短、耐火砖寿命短、煤浆浓度低等问题，同时解决现有粉煤气化工艺投资大、设备复杂、综合能耗高等问题。

Description

一种同时气化粉煤和水煤浆的加压气化工艺
技术领域
本发明涉及到气流床及煤加压气化工艺，具体指一种同时气化粉煤和水煤浆的加压气化工艺。
背景技术
煤化工的龙头是煤气化，煤气化工艺的选择直接决定了企业的效益。目前成熟的高压煤气化技术主要有粉煤气化工艺和水煤浆工艺。
其中水煤浆气化工艺具有稳定性好、运行效率高、综合能耗中等、炉体结构简单、煤浆输送设备简单等优点，也具有合成气中有效组分不高、入炉煤质要求高、水煤浆烧嘴寿命短、单炉运行时间短、耐火砖寿命短、煤浆浓度低、单炉投煤量小、碳转化率低等缺点。
2005年，我国华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司针对GE水煤浆气化工艺单炉投煤量小、碳转化率低的缺点开发成功“多喷嘴对置式水煤浆气化工艺”，单炉投煤量达到2000吨/d、碳转化率>98％，成功解决GE水煤浆气化工艺单炉投煤量小、碳转化率低等问题，但GE水煤浆气化工艺的其他问题没有解决，同时带来了穹顶耐火砖寿命偏短问题。
粉煤气化工艺具有煤种适应能力强、合成气中有效组分高、产能大、环境友好、碳转化率高等优点，也具有投资大、设备复杂、综合能耗高等缺点。
1979年，前德国燃料研究所开发了GSP干煤粉加压气化技术，解决了壳牌粉煤气化工艺流程长、设备复杂等问题。但GSP工艺也暴露出碳转化率低于设计值、粗煤气中含灰量大、新鲜水消耗严重超标等问题。
1997年，西安热工研究院有限公司针对壳牌粉煤气化工艺投资大、设备复杂等缺点开发了两段式干煤粉加压气化技术，但两段式干煤粉加压气化技术的缺点是碳转化率低、废热锅炉结垢严重。
2007年，航天长征化学工程股份有限公司针对壳牌粉煤气化工艺投资大、设备复杂、综合能耗高等缺点开发了航天炉HT-L干煤粉加压气化技术，在减少投资、简化工艺流程方面具有优势，但航天炉的缺点是炉型小，单炉日投煤量最大为2000吨。
水煤浆气化和粉煤气化工艺同属气流床煤加压气化工艺，是目前我国新型煤化工的主流气化工艺。这两种工艺各有突出优点，也有明显缺点，如何集中水煤浆气化和粉煤气化工艺的大多数优点、抛弃大部分缺点成为新型煤气化工艺研发的一个技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能同时气化水煤浆和粉煤的气流床加压气化工艺，以解决现有水煤浆气化工艺合成气中有效组分不高、入炉煤质要求高、水煤浆烧嘴寿命短、单炉运行时间短、耐火砖寿命短、煤浆浓度低等问题，同时解决现有粉煤气化工艺投资大、设备复杂、综合能耗高等问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该同时气化粉煤和水煤浆的加压气化工艺，其特征在于：所使用的气化炉包括由压力壳体构成的炉体，所述炉体内上部设有水冷壁，水冷壁围护形成气化室；
气化室下方设有激冷室，激冷室和气化室之间通过上部下降管相连通；
其特征在于所述炉体的顶部设有水煤浆烧嘴，水煤浆烧嘴的出口连通所述气化室；
所述气化炉炉体侧壁上部设有至少三个粉煤烧嘴，各所述粉煤烧嘴沿炉体同一水平圆周上均布；所述水冷壁上设有对应于各所述粉煤烧嘴的多个安装孔，各所述粉煤烧嘴的头部穿过炉体侧壁与水冷壁相连接；
对应于各粉煤烧嘴，在所述炉体上设有第一法兰座，并且第一法兰座沿所在炉体位置的法线方向设置；所述第一法兰座内设有第二法兰座；第二法兰座的轴线与对应第一法兰座的轴线之间的夹角为0.5～5°；所述粉煤烧嘴同轴设置在各自对应的第二法兰座内；
所述炉体侧壁上还对称设有两套开工烧嘴，所述开工烧嘴位于所述粉煤烧嘴的上方；
每套开工烧嘴分别包括：设置在所述炉体侧壁上的接管，接管的第一端穿过炉体侧壁位于炉体侧壁和水冷壁之间的间隙中；接管的第一端通过膨胀节连接冷却水夹套，所述冷却水夹套穿设在所述水冷壁上；
所述接管的第二端通过开工烧嘴法兰座依次连接第二切断球阀、密封函和第一切断球阀，所述第一切断球阀通过密封函连接开工烧嘴座；
所述炉体侧壁上还设有悬挂梁底座，悬挂梁设置在悬挂梁底座上，轨道梁连接在所述悬挂梁上，开工烧嘴通过环形卡套连接在能沿轨道梁移动的驱动装置上；
所述开工烧嘴、接管和冷却水夹套同轴设置，所述开工烧嘴座和所述接管的内径大于所述开工烧嘴的外径；
所述开工烧嘴的轴线与所述粉煤烧嘴中心线所在平面成13～18°夹角；
所述炉体的底部设有出渣口，所述出渣口下部设有破渣机；
水煤浆和粉煤同时加压气化的步骤如下：
1)点火开工
一体化开工烧嘴处于停车位置；启动一体化开工烧嘴的点火程序，打开一体化开工烧嘴的第一切断球阀和第二切断球阀，驱动装置工作将开工烧嘴推入开工烧嘴通道内的冷却水夹套内；随后顺序控制程序打开高压氮气阀门吹扫一体化开工烧嘴的燃料通道和氧气通道；吹扫完毕后将流量为0.40～0.60kg/s、温度为常温、压力为4.5～4.8MPaG的燃料和流量为1.30～1.40kg/s、温度为50～100℃、压力为4.4～4.8MPaG的氧气分别引入一体化开工烧嘴的对应通道内；控制氧气和燃料的流量比为2.0～3.5；
在氧气和燃料建立背压从头部喷出的同时，一体化开工烧嘴的高压点火器工作，通过高压电缆将高压电流送入高压电子点火杆，高压电子点火杆头部气体电离形成高温气流和脉冲火花，火焰检测器检测到脉冲火花，点燃开工烧嘴头部喷出的氧气和燃料混合物；高压电子点火杆的电子点火时间控制在7～25S之间，当电子打火脉冲火花消失时，立刻打开点火杆保护氮气入口管道阀门吹扫一体化开工烧嘴的点火通道，吹扫氮气流量控制在30～70Nm3/h，吹扫氮气压力为5.2MPaG；
随后，气化炉和碳洗塔开始升温升压；当气化炉升压到0.7～1.0MPaG时，逐步点燃粉煤烧嘴；水煤浆烧嘴的氧气/水煤浆通道处于氮气吹扫状态；当至少有个粉煤烧嘴处于稳定燃烧状态时，一体化开工烧嘴的燃料通道和氧气通道关闭，同时对燃料通道和氧气通道进行氮气吹扫；吹扫完毕后，驱动机构将一体化开工烧嘴从点火位置退回停车位置；关闭一体化开工烧嘴的第一切断球阀和第二切断球阀，调节循环冷却水流量为0.3kg/s。
当全部粉煤烧嘴正常工作且粉煤烧嘴负荷达到90～100％后，点燃顶部水煤浆烧嘴，并调节有效气负荷到80～100％，气化室内压力升高到1.0～8.5MPaG。
控制粉煤烧嘴中氧气通道中的氧气背压高于气化室压力0.08～0.15MPaG，粉煤烧嘴中粉煤的粉煤悬浮物背压要求高于气化炉压力0.08～0.15MPaG，粉煤烧嘴中的氧气和干煤粉的重量比为0.70～1：1；水煤浆烧嘴的氧气背压要求高于气化炉压力0.60～1.40MPaG，水煤浆烧嘴的水煤浆背压要求高于气化炉压力0.40～1.20MPaG，水煤浆烧嘴中的氧气和水煤浆的流量比为450～510NM3/h：1M3/h；
受粉煤烧嘴所送出的高速旋流粗煤气产生的离心力作用，粗煤气中微小熔渣颗粒被甩到水冷壁的内表面，形成熔融态灰渣；
高温粗煤气和熔融态灰渣共同向下流动通过渣口和上部下降管，经过均布激冷水的激冷环，沿下部下降管进入激冷室的水浴中；大部分熔渣冷却固化后，落入激冷室底部，经破渣机破碎后排出；
高温粗煤气沿下部下降管和上升管的环隙上升，并经激冷室上部挡板折流后，经粗煤气出口管线进入文丘里洗涤器，洗涤增湿后进入碳洗塔；碳洗塔顶部排出的激冷气进入变换工序或火炬系统，碳洗塔底部排出的灰水经灰水处理系统后循环使用；
激冷水泵从碳洗塔底部抽取黑水，其中第一股黑水经过激冷水冷却器降温后送入激冷环，第二股黑水直接送入文丘里洗涤器。
上述方案中，较好的，所述粉煤烧嘴的氧气背压高于气化室压力0.10～0.12MPaG；所述粉煤烧嘴的干煤粉背压高于气化室压力0.10～0.12MPaG；所述水煤浆烧嘴的氧气背压高于气化室压力0.80～1.10MPaG，所述水煤浆烧嘴的水煤浆背压高于气化室压力0.60～0.80MPaG。
优选粉煤烧嘴的数量为3～6个。
上述各方案中的粉煤烧嘴可以根据需要选用现有技术中的任意一种，较好的，所述开工烧嘴包括中心点火通道，所述中心点火通道内设有电子点火杆，电子点火杆通过高压电缆连接高压点火包，所述中心点火通道内在电子点火杆的头部还设有用于检测火焰的火焰检测器；
所述中心点火通道外依次同轴套置有燃料通道、氧气通道、烧嘴冷却水给水通道和烧嘴冷却水回水通道；烧嘴冷却水给水通道和烧嘴冷却水回水通道相连通。
与现有技术相比，本发明的优点在于：与现有技术相比较，本发明的优点在于：
1、气化炉结构简单，减少了故障率高的干灰过滤系统、激冷气压缩机、合成气冷却器、渣屏等设备，设备投资大大减少，和同等规模的粉煤气化工艺相比节省投资约1.0～2.0亿元，且运行稳定性高。
2、气化强度高。单炉日投原煤量达到4000吨及以上；而现有技术中实际运行的单炉最大日投煤量为2000吨。
3、气化炉可靠性高，故障率较高的顶部水煤浆烧嘴停车后，可以通入氮气保护，依靠气化炉上部的粉煤烧嘴(故障率较低)继续运行气化炉，明显延长单炉运行时间。
4、没有渣屏，可以避免因为渣屏挂大渣块导致的非计划停车。
5、没有干灰过滤系统，可以避免陶瓷滤芯突然破裂导致的非计划停车。
6、没有合成气冷却器，可以避免合成气冷却器入口堵塞和管束结垢导致的非计划停车。
7、没有激冷气压缩机。可以避免故障率较高的激冷气压缩机故障导致的非计划停车。
8、没有耐火砖。可以避免耐火砖破裂导致的非计划停车。
9、不需要设置超高压反吹系统。不需要对气化炉进行定期反吹，节省能源。
10、下降管分为两部分。工作环境苛刻的上部下降管采用水冷壁结构，可以减少下降管故障导致的非计划停车。
11、开工方式简单。投煤前，不需要进行风险很高的预热烧嘴更换工作。
12、反应温度高，碳转化率高(大于99％)，滤饼产量少。
13、煤种适应能力强。可以通过混配方式或添加助熔剂方式掺烧高灰熔点(>1500℃)、高灰分(25％～40％)、高硫含量(2.4％～5.5％)、高碱金属含量(灰中Na2O+K2O合计在3.0％～10％)的“四高劣质煤”。
14、煤浆浓度高。可以通过混配方式使用内水含量低的无烟煤制备高浓度水煤浆。
15、粗煤气中氮气浓度低。在现有粉煤气化工艺中，需要使用超高压氮气或超高压粗煤气对粉煤气化炉激冷段、干灰过滤器、合成气冷却器等三个关键部分进行反吹，因此粗煤气中氮气浓度偏高。本发明不需要粉煤气化炉合成气激冷段、干灰过滤器、合成气冷却器等三个关键设备，因此明显降低了粗煤气中氮气浓度。
16、没有故障率较高、结构复杂的敲击器系统。
17、相对于水煤浆气化炉，节省3天开车时间。
18、可利用煤化工装置排出的废水制浆，降低污水处理装置负荷。
附图说明
图1为本发明实施例装配结构示意图；
图2为沿图1中A-A线的剖视图；
图3为本发明实施例中粉煤烧嘴的剖视图；
图4为本发明实施例中开工烧嘴的装配结构示意图；
图5为本发明实施例中开工烧嘴的剖视图；
图6为沿图1中B-B线的剖视图；
图7为本发明实施例中水煤浆烧嘴的剖视图；
图8为本发明实施例中饱和锅炉水总管/分配管的侧视结构示意图；
图9为本发明实施例中汽水混合物总管/分配管俯视方向的安装示意图；
图10为本发明实施例中汽水混合物总管和分支管的结构示意图；
图11为本发明实施例中饱和锅炉水总管和分配管的安装示意图-俯视；
图12为本发明工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1至图12所示，该能同时处理粉煤和水煤浆的气化炉结构包括：
由压力壳体构成的炉体20，炉体20内上部设有水冷壁28，水冷壁28围护形成气化室29，水冷壁28与炉体20之间的间隙构成环形空间18；在环形空间18内部安装有饱和锅炉水总管/分配管34和汽水混合物总管/分配管33。
饱和锅炉水总管/分配管34和汽水混合物总管/分配管33的结构可以根据需要选用现有技术中的任意一种。本实施例中，饱和锅炉水入口外接管110，饱和锅炉水入口内接管111，饱和锅炉水总管34，若干管道支架112，若干分配管座113，若干分配管114。
锅炉强制循环泵出口的饱和锅炉水总管的某一支管以焊接方式连接饱和锅炉水入口外接管110。管道支架112将饱和锅炉水总管34固定在环形空间18内部。管道支架112以焊接方式安装在气化炉炉体20的内表面。分配管座113的一端以焊接方式安装在饱和锅炉水总管34，另一端以焊接方式连接分配管114。某一分配管114以焊接方式安装在水冷壁28的某一通道入口。
分配管座113的一端以焊接方式安装在饱和锅炉水总管34，分配管座113的中心线垂直于饱和锅炉水总管34外表面。分配管114以焊接方式垂直安装在分配管座113上。
汽水混合物总管/分配管33安装集成件包括：
汽水混合物出口外接管120，汽水混合物出口内接管121，汽水混合物弯曲管道(没有安装汽水混合物分配管)122，管道支架123，汽水混合物直管道(安装汽水混合物分配管)124，汽水混合物分配管座125以及汽水混合物分配管126。上述部件均有多个。
连接汽包汽水混合物入口的汽水混合物总管的支管以焊接方式连接汽水混合物出口外接管120。管道支架123将汽水混合物弯曲管道122和汽水混合物直管道124固定在环形空间18内部。管道支架123以焊接方式安装在气化炉炉体20的内表面。汽水混合物分配管座125的一端以焊接方式安装在汽水混合物直管道124，另一端以焊接方式连接汽水混合物分配管126，分配管座125的中心线垂直于汽水混合物直管道124外表面上，分配管126以焊接方式垂直安装在分配管座125上，该汽水混合物分配管126以焊接方式安装在水冷壁28的对应通道出口。
气化室29下方设有激冷室30，激冷室30和气化室29之间通过上部下降管26相连通。
炉体20顶部沿气化炉中心线方向焊接安装有用于安装水煤浆烧嘴8的水煤浆烧嘴大法兰190。水煤浆烧嘴8的出口连通气化室29。
水煤浆烧嘴8可以根据需要选用现有技术中的任意一种。本实施例中的水煤浆烧嘴8由内而外依次包括：中心氧通道181、水煤浆通道183和外环氧通道185，烧嘴前部设有烧嘴冷却水盘管187。
中心氧通道181的入口上设有中心氧入口法兰180，水煤浆通道183的入口上设有水煤浆入口法兰182，外环氧通道185的入口上外环氧入口法兰184，烧嘴冷却水盘管187的入口上设有烧嘴冷却水入口法兰186，烧嘴冷却水盘管187的出口上设有烧嘴冷却水出口法兰188，水煤浆烧嘴8的外壁上还设有与炉体上水煤浆烧嘴大法兰190相对应的配对法兰189。
水冷壁顶部预留有用于安装水煤浆烧嘴8的开孔。安装水煤浆烧嘴8时，将水煤浆烧嘴8的配对法兰189与水煤浆烧嘴大法兰190联接，然后将水煤浆管道、中心氧管道、外环氧管道、烧嘴冷却水进水管道和烧嘴冷却水回水管道上的连接法兰(图中未示出)与水煤浆烧嘴相应的法兰联接，即可将水煤浆烧嘴安装好，安装后，水煤浆烧嘴8的头部到达水冷壁顶部预留开孔。
本实施例中，在炉体同标高水平圆周上设有四个粉煤烧嘴6，四个粉煤烧嘴分别设置在炉体的30°位置、120°位置、210°位置和300°位置。粉煤烧嘴的数量也可以根据气化炉的生产规模设置为三个、五个或六个。当粉煤烧嘴数量多于六个时，现场管线布置复杂，工程难度和操作难度大；当粉煤烧嘴小于三个时，难以通过旋流实现水冷壁均匀挂渣。
对应地，在水冷壁同一标高相应位置均匀设有四个安装孔，各安装孔孔内安装有四个锥形火焰罩53替代开孔附近的水冷壁，粉煤烧嘴6的头部安装在锥形火焰罩的底部。
对应于各粉煤烧嘴，在炉体上设有第一法兰座52，即粉煤烧嘴的安装座，并且第一法兰座52沿所在炉体位置的法线方向设置；第一法兰座52内设有第二法兰座51；第二法兰座51的轴线相对于第一法兰座52的轴线倾斜设置；本实施例中第二法兰座51的轴线与对应第一法兰座52的轴线之间的夹角为2～5°。各粉煤烧嘴6的中心线与各自对应的第一法兰座51和火焰罩53的轴线重合。
各粉煤烧嘴6上设有连接法兰67，连接法兰67与各自对应的第二法兰座51相连接后，即将粉煤烧嘴6安装好。
本实施例中，各粉煤烧嘴6包括设置在粉煤烧嘴中心的粉煤通道64，套设在粉煤通道64外侧的供氧气和水蒸气通过的混合物通道65，粉煤通道64和混合物通道65之间具有环形间隙69；混合物通道65外依次设有相连通的冷却水进水通道66和冷却水回水通道68。
粉煤通道64的入口上设有用于连接粉煤管道的入口法兰60，混合物通道65的入口上设有与混合物输送管道相连通的混合物入口法兰61，冷却水进水通道66的入口上设有冷却水进口法兰62，冷却水回水通道68的出口上设有冷却水出口法兰63。这些法兰的设置方便了粉煤烧嘴与各物流管道的连接和拆卸。
开工烧嘴，设置在所述炉体侧壁上，设置有两套，相互对称布置，开工烧嘴位于所述粉煤烧嘴的上方；开工烧嘴17中心线在粉煤烧嘴6中心线平面的投影处于345°角。开工烧嘴17中心线在粉煤烧嘴6中心线平面的投影与4#粉煤烧嘴座大法兰152中心线相交于点104。控制点104与粉煤烧嘴6中心线平面圆心105之间的距离D在300～400mm之间，优选D＝335mm。
每套开工烧嘴分别包括：安装在气化炉侧壁上的开工烧嘴17，本实施例中的开工烧嘴17包括中心点火通道74，中心点火通道74内设有电子点火杆70，电子点火杆70通过高压电缆73连接高压点火包72，中心点火通道74内在电子点火杆70的头部还设有用于检测火焰的火焰检测器77。
中心点火通道74外依次同轴套置有燃料通道75、氧气通道77、烧嘴冷却水给水通道79和烧嘴冷却水回水通道81；烧嘴冷却水给水通道79和烧嘴冷却水回水通道81相连通。并且，中心点火通道74的入口上设有与氮气源相连接的保护氮气入口法兰71，燃料通道75的入口上设有燃料入口法兰76，氧气通道77的入口上设有氧气入口法兰78，烧嘴冷却水给水通道79的入口上设有烧嘴冷却水入口法兰80，烧嘴冷却水回水通道81的出口上设有烧嘴冷却水出口法兰。
开工烧嘴17通过开工烧嘴总成连接气化室。开工烧嘴总成包括：
设置在气化炉侧壁20上的接管94，接管94的第一端穿过气化炉侧壁20位于气化炉侧壁和气化炉水冷壁28之间的空隙中；接管的第一端通过膨胀节95连接冷却水夹套96，冷却水夹套96穿设在水冷壁28上；接管94的第二端通过开工烧嘴法兰座93依次连接第二切断球阀92、密封函91和第一切断球阀90，第一切断球阀通过密封函连接开工烧嘴座88。
开工烧嘴17、接管94和冷却水夹套96同轴设置，开工烧嘴座88和接管94的内径大于开工烧嘴17的外径；以方便开工烧嘴进出接管。
开工烧嘴17的轴线与粉煤烧嘴中心线所在平面成13～18°夹角，本实施例为15°。
开工烧嘴17通过环形卡套连接在驱动装置89上，本实施例中的驱动装置为由电机驱动的小车，电机连接控制程序。驱动装置89设置在轨道梁86上，并能沿轨道梁行走；轨道梁86设置在悬挂梁84上，悬挂梁84固定在悬挂梁底座85上，悬挂梁底座85，设置在气化炉侧壁20上。
本实施例中，气化室出渣口27和连接气化室29和激冷室30的上部下降管26均为水冷壁28的一部分；水冷壁28内侧均匀涂抹一层碳化硅耐火材料31。
激冷环25用法兰固定在上部下降管26下端。激冷环25的底部用焊接方式与下部下降管23相连接。炉体20和激冷环25的外缘之间焊接方式安装密封板19。密封板19上方设有用于吹扫环形空间18的吹扫气体管道191。激冷环25和下部下降管23之间的空间为激冷室30。下部下降管23的直径大于上部下降管26的直径。
炉体的底部设有出渣口，炉体下部用法兰方式安装有破渣机22。
炉体20上部设有火焰检测器32。火焰检测器32的安装集成件包括：
冷却水夹套99，膨胀节100，接管101，火焰检测器法兰座102，切断球阀103，火焰检测器32。所述的火焰检测器32有两套，两套火焰检测器的中心线与粉煤烧嘴6的中心线处于同一标高位置。其中第一套火焰检测器32安装在粉煤烧嘴6中心线平面的165°角位置，其中心线与开工烧嘴17的中心线在粉煤烧嘴6中心线平面的投影重合。
第二套火焰检测器32安装在粉煤烧嘴6中心线平面的75°角位置，其中心线与开工烧嘴17中心线在粉煤烧嘴6中心线平面的投影垂直，垂足为点104。
如图12所示，使用上述气化炉的加压气化工艺包括如下步骤：
由混配煤制备工段送来的成品混配煤送入原煤仓1。
原煤仓1底部有两个出口。
原煤仓1底部第一出口将原煤送入磨煤干燥工段4制备干燥粉煤(平均粒径15～100微米、全水分含量1.0～3.0％)备用。合格粉煤送入粉煤加压给料单元5，高压粉煤经过粉煤三通阀35和粉煤循环管道36返回粉煤加压给料单元5的粉煤仓。
原煤仓1底部第二出口将原煤送入水煤浆制备工段2制备水煤浆(煤浆浓度58～64％)备用。启动高压煤浆泵3，建立煤浆循环流程，将高压煤浆循环回水煤浆制备工段2的煤浆槽。
吹扫气源(高压氮气或高压二氧化碳)系统192备用。
粉煤烧嘴6、一体化开工烧嘴17、水煤浆烧嘴8安装完毕，其中一体化开工烧嘴17处于停车位置。
粉煤烧嘴6、一体化开工烧嘴17和水煤浆烧嘴8的冷却水流程投用。
粉煤烧嘴6的粉煤通道和氧气通道分别通入吹扫气。
水煤浆烧嘴8的水煤浆通道和氧气通道分别通入吹扫气。
一体化开工烧嘴17的燃料系统处于升压备用状态。
水冷壁一体化开工烧嘴17的2个紫外线火焰检测器32处于备用状态，打开紫外线火焰检测器32的根部阀，清理干净水冷壁上紫外线火焰检测器32观察通道内部的渣块。
浆粉混合气化炉7、碳洗塔10处于准备开车状态。水汽系统升温升压完毕，汽包压力2.0～3.0MPaG，水汽系统强制循环泵运行，水冷壁内部各通道水循环正常。
氧气系统9、灰水处理系统11、后续火炬系统、排渣锁斗12、捞渣机13、激冷水泵15、文丘里洗涤器14、激冷水冷却器16处于运行状态。
密封板19上方的环形空间吹扫气管道191投用，确保环形空间压力略高于气化炉炉膛29。
启动一体化开工烧嘴17的点火顺控，打开一体化开工烧嘴17的切断球阀90和92，启动推进机构将开工烧嘴17推入开工烧嘴通道内水夹套96内。随后顺序控制程序发出开车信号，打开高压氮气阀门吹扫一体化开工烧嘴17的燃料通道75和氧气通道77。吹扫完毕。将燃料(流量为0.40～0.60kg/s、温度为常温、压力为4.5～4.8MPaG)和高压氧气(流量为1.30～1.40kg/s、温度为50～100℃、压力为4.4～4.8MPaG)分别引入一体化开工烧嘴17，填充通道，控制氧油比在2.0～3.5之间，当氧气和燃料建立背压从头部喷出的同时，一体化开工烧嘴17的高压点火包72开始工作，通过特制高压电缆73将高压电流送入高压电子点火杆70，将高压电子点火杆70头部气体电离形成高温气流和脉冲火花，点火杆头部火焰检测器83检测到脉冲火花，产生电子点火杆正常运行信号反馈给点火顺序控制程序。脉冲火花将开工烧嘴17头部喷出的点燃氧气和燃料混合物，安装在特定位置的2个火焰检测器32检测到氧气和燃料混合物燃烧火焰中的紫外线后，产生2个火焰检测正常信号反馈给点火顺序控制程序，确认一体化开工烧嘴17点火成功，随后，气化炉7和碳洗塔10开始升温升压。高压电子点火杆70的电子点火时间控制在7～25S之间，当电子打火脉冲火花消失时，立刻打开点火杆保护氮气71入口管道阀门吹扫一体化开工烧嘴17的点火通道74，吹扫氮气流量控制在30～70Nm3/h，吹扫氮气压力为5.2MPaG。
当气化炉7升压到0.7～1.0MPaG时，逐步点燃粉煤烧嘴6。水煤浆烧嘴8的氧气/水煤浆通道处于氮气吹扫状态。当至少有2个粉煤烧嘴6处于稳定燃烧状态时，开工烧嘴的停车顺序控制程序熄灭一体化开工烧嘴17，分布关闭燃料通道75和氧气通道77的切断阀，分别打开燃料通道75和氧气通道77的吹扫氮气阀门。吹扫完成后，分别关闭燃料通道75和氧气通道77的吹扫氮气阀门关闭，关闭点火杆保护氮气71入口管道阀门停止氮气吹扫一体化开工烧嘴17的点火通道74，驱动装置将一体化开工烧嘴17从点火位置退回停车位置。关闭一体化开工烧嘴17的切断球阀90和92，调节循环冷却水流量到最低值(0.3kg/s)，停燃料泵，关闭紫外线火焰检测器32的根部阀。
全部粉煤烧嘴6工作正常，且粉煤烧嘴6负荷达到90～100％后，点燃顶部水煤浆烧嘴8，逐步调节有效气负荷到80～100％，气化炉7内压力升高到1.0～8.5MPaG。控制汽包压力高于气化炉压力1.0MPaG～1.5MPaG。
来自空分装置的高压氧气分别送入浆粉混合气流床加压气化炉顶部的水煤浆烧嘴8和上部的粉煤烧嘴6。粉煤烧嘴6的氧气背压要求高于气化炉压力0.08～0.15MPaG，较好的压差为0.10～0.12MPaG；粉煤烧嘴6的粉煤悬浮物背压要求高于气化炉压力0.08～0.15MPaG，较好的压差为0.10～0.12MPaG。水煤浆烧嘴8的氧气背压要求高于气化炉压力0.60～1.40MPaG，较好的压差为0.80～1.10MPaG；水煤浆烧嘴8的水煤浆背压要求高于气化炉压力0.40～1.20MPaG，较好的压差为0.60～0.80MPaG。高压氧气和粉煤悬浮物通过偏心安装的若干粉煤烧嘴6在炉膛内形成逆时针方向(俯视图)旋转的流场，在炉膛内旋流强化传质，气化粉煤，发生部分氧化反应。与此同时，高压氧气和高压水煤浆通过顶部垂直安装的水煤浆烧嘴8在炉膛内向下燃烧，气化水煤浆，产生1400～1700℃的粗煤气，熔化粉煤和水煤浆中灰分形成微小熔渣颗粒。其中粉煤烧嘴6的氧煤比控制在0.70～1.0kg/kg之间，较优的氧煤比为0.80～0.90kg/kg；其中水煤浆烧嘴8的氧煤比控制在450～510(氧气NM3/h)/(煤浆流量M3/h)之间，较优的氧煤比为470～490(氧气NM3/h)/(煤浆流量M3/h)之间。受高速旋流粗煤气产生的离心力作用，粗煤气中微小熔渣颗粒被甩到水冷壁28的内表面，形成渣层。渣层分为两部分，紧贴水冷壁部分为固定渣层，其厚度相对固定；迎火面渣层为液态渣层，厚度变化较大，受重力影响向下流。
高温粗煤气和熔融态灰渣共同向下流动通过渣口27和上部下降管26，经过均布激冷水的激冷环25，沿下部下降管23进入激冷室30的水浴中。大部分熔渣冷却固化后，落入激冷室30底部，经破渣机22破碎大渣块后排入渣锁斗12，减压后排入捞渣机13，将渣捞出后装车外运。高温粗煤气沿下部下降管23和上升管21的环隙上升，并经激冷室30上部挡板折流后，经粗煤气出口管线24进入文丘里洗涤器14。在文丘里洗涤器14内合成气与激冷水泵15送来的激冷水充分混合增湿后，进入碳洗塔10。碳洗塔顶部排出的激冷气进入变换工序或火炬系统，碳洗塔底部排出的灰水经灰水处理系统11后循环使用。
激冷水泵15从碳洗塔10底部抽取黑水，大部分经过激冷水冷却器16降温后送入激冷环，小部分直接送入文丘里洗涤器14。
综上，本发明所述的一种同时气化水煤浆和粉煤的气流床煤加压气化工艺首先在进料方式上采用粉煤和水煤浆经过不同烧嘴分别进料，提高了煤浆浓度，降低了粗煤气中氮气浓度，提高了有效气体成分。其次本发明的流程简单，节省投资，单炉投煤量大，关键设备可靠性高，既集中了现有水煤浆气化工艺和粉煤气化工艺大部分优点，又克服了现有水煤浆气化工艺和粉煤气化工艺大部分缺点。最后，本发明具有较强的煤种适应能力，可以通过混配方式或添加助熔剂掺烧高灰熔点(>1500℃)、高灰分(25％～40％)、高硫含量(2.4％～5.5％)、高碱金属含量(灰中Na2O+K2O合计在3.0％～10％)的“四高劣质煤”。

Claims (5)

1.一种同时气化粉煤和水煤浆的加压气化工艺，其特征在于：所使用的气化炉包括由压力壳体构成的炉体(20)，所述炉体(20)内上部设有水冷壁(28)，水冷壁(28)围护形成气化室(29)，水冷壁(28)与炉体(20)之间的间隙构成环形空间(18)；
气化室(29)下方设有激冷室(30)，激冷室(30)和气化室(29)之间通过上部下降管(26)相连通；
其特征在于所述炉体的顶部设有水煤浆烧嘴(8)，水煤浆烧嘴(8)的出口连通所述气化室(29)；
所述气化炉炉体(20)侧壁上部设有至少三个粉煤烧嘴(6)，各所述粉煤烧嘴(6)沿炉体同一水平圆周上均布；所述水冷壁(28)上设有对应于各所述粉煤烧嘴(6)的多个安装孔，各所述粉煤烧嘴(6)的头部穿过炉体(20)侧壁与水冷壁(28)相连接；
对应于各粉煤烧嘴(6)，在所述炉体上设有第一法兰座(52)，并且第一法兰座(52)沿所在炉体位置的法线方向设置；所述第一法兰座(52)内设有第二法兰座(51)；第二法兰座(51)的轴线与对应第一法兰座(52)的轴线之间的夹角为0.5～5°；所述粉煤烧嘴(6)同轴设置在各自对应的第二法兰座(51)内；
所述炉体侧壁上还对称设有两套开工烧嘴(17)，所述开工烧嘴(17)位于所述粉煤烧嘴的上方；
每套开工烧嘴(17)分别包括：设置在所述炉体侧壁上的接管(94)，接管(94)的第一端穿过炉体(20)侧壁位于炉体侧壁和水冷壁(28)之间的间隙中；接管的第一端通过膨胀节(95)连接冷却水夹套(96)，所述冷却水夹套(96)穿设在所述水冷壁(28)上；
所述接管(94)的第二端通过开工烧嘴法兰座(93)依次连接第二切断球阀(92)、密封函(91)和第一切断球阀(90)，所述第一切断球阀通过密封函连接开工烧嘴座(88)；
所述炉体侧壁上还设有悬挂梁底座(85)，悬挂梁(84)设置在悬挂梁底座(85)上，轨道梁(86)连接在所述悬挂梁(85)上，开工烧嘴(17)通过环形卡套连接在能沿轨道梁(85)移动的驱动装置(89)上；
所述开工烧嘴(17)、接管(94)和冷却水夹套(96)同轴设置，所述开工烧嘴座(88)和所述接管(94)的内径大于所述开工烧嘴(17)的外径；
所述开工烧嘴(17)的轴线与所述粉煤烧嘴中心线所在平面成13～18°夹角；
所述炉体的底部设有出渣口，所述出渣口上设有破渣机(22)；
水煤浆和粉煤同时加压气化的步骤如下：
1)点火开工
一体化开工烧嘴(17)处于停车位置；启动一体化开工烧嘴(17)的点火程序，打开一体化开工烧嘴(17)的第一切断球阀(90)和第二切断球阀(92)，驱动装置(89)工作将开工烧嘴(17)推入开工烧嘴通道内的冷却水夹套(96)内；随后顺序控制程序打开高压氮气阀门吹扫一体化开工烧嘴(17)的燃料通道(75)和氧气通道(77)；吹扫完毕后将流量为0.40～0.60kg/s、温度为常温、压力为4.5～4.8MPaG的燃料和流量为1.30～1.40kg/s、温度为50～100℃、压力为4.4～4.8MPaG的氧气分别引入一体化开工烧嘴(17)的对应通道内；控制氧气和燃料的流量比为2.0～3.5；
在氧气和燃料建立背压从头部喷出的同时，一体化开工烧嘴(17)的高压点火包(72)工作，通过高压电缆(73)将高压电流送入高压电子点火杆(70)，高压电子点火杆(70)头部气体电离形成高温气流和脉冲火花，火焰检测器(83)检测到脉冲火花，点燃开工烧嘴(17)头部喷出的氧气和燃料混合物；高压电子点火杆(70)的电子点火时间控制在7～25S之间，当电子打火脉冲火花消失时，立刻打开点火杆保护氮气(71)入口管道阀门吹扫一体化开工烧嘴(17)的点火通道(74)，吹扫氮气流量控制在30～70Nm3/h，吹扫氮气压力为5.2MPaG；
随后，气化炉(7)和碳洗塔(10)开始升温升压；当气化炉(7)升压到0.7～1.0MPaG时，逐步点燃粉煤烧嘴(6)；水煤浆烧嘴(8)的氧气/水煤浆通道处于氮气吹扫状态；当至少有2个粉煤烧嘴(6)处于稳定燃烧状态时，一体化开工烧嘴(17)的燃料通道(75)和氧气通道(77)关闭，同时对燃料通道(75)和氧气通道(77)进行氮气吹扫；吹扫完毕后，驱动机构将一体化开工烧嘴(17)从点火位置退回停车位置；关闭一体化开工烧嘴(17)的第一切断球阀(90)和第二切断球阀(92)，调节循环冷却水流量为0.3kg/s。
当全部粉煤烧嘴(6)正常工作且粉煤烧嘴(6)负荷达到90～100％后，点燃顶部水煤浆烧嘴(8)，并调节有效气负荷到80～100％，气化室(7)内压力升高到1.0～8.5MPaG。
控制粉煤烧嘴(6)中氧气通道中的氧气背压高于气化室压力0.08～0.15MPaG，粉煤烧嘴(6)中粉煤的粉煤悬浮物背压要求高于气化炉压力0.08～0.15MPaG，粉煤烧嘴(6)中的氧气和干煤粉的重量比为0.70～1：1；水煤浆烧嘴(8)的氧气背压要求高于气化炉压力0.60～1.40MPaG，水煤浆烧嘴(8)的水煤浆背压要求高于气化炉压力0.40～1.20MPaG，水煤浆烧嘴(8)中的氧气和水煤浆的流量比为450～510NM3/h：1M3/h；
受粉煤烧嘴所送出的高速旋流粗煤气产生的离心力作用，粗煤气中微小熔渣颗粒被甩到水冷壁(28)的内表面，形成熔融态灰渣；
高温粗煤气和熔融态灰渣共同向下流动通过渣口(27)和上部下降管(26)，经过均布激冷水的激冷环(25)，沿下部下降管(23)进入激冷室(30)的水浴中；激冷室中激冷水的温度为160～230℃，熔渣冷却固化后，落入激冷室(30)底部，经破渣机(22)破碎后排出；
高温粗煤气沿下部下降管(23)和上升管(21)的环隙上升，并经激冷室(30)上部挡板折流后，经粗煤气出口管线(24)进入文丘里洗涤器(14)，洗涤增湿后进入碳洗塔(10)；碳洗塔顶部排出的激冷气进入变换工序或火炬系统，碳洗塔底部排出的灰水经灰水处理系统(11)后循环使用；
激冷水泵(15)从碳洗塔(10)底部抽取黑水，其中第一股黑水经过激冷水冷却器(16)降温后送入激冷环，第二股黑水直接送入文丘里洗涤器(14)。
2.根据权利要求1所述的加压气化工艺，其特征在于所述粉煤烧嘴(6)的氧气背压高于气化室压力0.10～0.12MPaG；所述粉煤烧嘴(6)的干煤粉背压高于气化室压力0.10～0.12MPaG；所述水煤浆烧嘴(8)的氧气背压高于气化室压力0.80～1.10MPaG，所述水煤浆烧嘴(8)的水煤浆背压高于气化室压力0.60～0.80MPaG。
3.根据权利要求1或2所述的加压气化工艺，其特征在于所述其特征在于所述粉煤烧嘴有3～6个。
4.根据权利要求3所述的加压气化工艺，其特征在于所述开工烧嘴(17)包括中心点火通道(74)，所述中心点火通道(74)内设有电子点火杆(70)，电子点火杆(70)通过高压电缆(73)连接高压点火包(72)，所述中心点火通道(74)内在电子点火杆(70)的头部还设有用于检测火焰的火焰检测器(77)；
所述中心点火通道(74)外依次同轴套置有燃料通道(75)、氧气通道(77)、烧嘴冷却水给水通道(79)和烧嘴冷却水回水通道(81)；烧嘴冷却水给水通道(79)和烧嘴冷却水回水通道(81)相连通。
5.根据权利要求4所述的加压气化工艺，其特征在于所述激冷室所用激冷水的温度为110～160℃。
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