CN105885949B - 氧气进料控制系统及其气化炉进料系统 - Google Patents

氧气进料控制系统及其气化炉进料系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧气进料控制系统及其气化炉进料系统。所述氧气进料控制系统包括氧气流量建立系统和氧气投料系统；所述氧气流量建立系统的管线由氧气源依次经第一远程控制阀和氧气流量调节阀与所述氧气投料系统连接；所述氧气投料系统的管线依次经第一切断阀和第二切断阀后分为至少两条支管，每条所述支管经支管节流元件与喷嘴连接。所述气化炉进料系统包括所述氧气进料控制系统。本发明大大降低了一套氧气进料控制系统中阀门和计量系统的硬件投资，进而降低了整个气化炉系统的投资成本以及系统的操作强度和复杂性，减少了因阀门和计量系统的部分损坏导致的系统故障停车概率，增强了整个气化炉进料系统的可靠性。

Description

氧气进料控制系统及其气化炉进料系统
技术领域
本发明涉及一种氧气进料控制系统及其气化炉进料系统。
背景技术
煤炭气化过程是以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、水蒸气作为气化剂，在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程，其中气流床气化技术因其良好的技术指标、高处理负荷和环境友好性等特点，成为当今煤炭气化的主流技术。其中，多喷嘴对置式煤气化技术是国际先进的大型煤气化主流技术之一，其以独特的大型化优势、优异的工艺性能和安全可靠性，得到了广泛的工业应用。
多喷嘴对置式气化技术的特点是煤等含碳物质(粉态或浆态)和氧气分别经过四套流量调节、计量和多道切断阀后进入气化炉。与单喷嘴气化炉相比，其控制阀门与计量系统较复杂，投资较大，尤其是高压高纯氧气的计量与控制系统。传统的多喷嘴煤气化技术中的气化炉氧气控制系统分为氧气流量建立系统和氧气投料系统，氧气控制系统还包括四组调节、计量和控制系统，在气化炉投料与控制中采用两两组合的形式得到一套控制系统，分别对每一个烧嘴的氧气进料进行调节、计量和控制。对于一台多喷嘴对置式气化炉，一般有两套控制系统，其控制阀门与计量系统十分复杂和庞大，由于管道布置、仪器仪表、烧嘴尺寸等存在某些硬件上无法避免的细微差异，常会导致最终一对烧嘴中氧气进料分配不均匀，影响生产效果，且该控制系统投资成本巨大，长时间运行易出现系统可靠性等问题。
发明内容
本发明要解决的是现有技术控制系统操作强度大、结构复杂、长时间运行易出现可靠性问题、以及投资成本巨大的缺陷，提供了一种系统较简化、可靠性较好、投资较低的氧气进料控制系统及其气化炉进料系统。
在本发明之前，本领域常规氧气进料控制系统为了实现氧气进料比例在喷嘴间的均匀分配，分别对每个喷嘴对应设置一套控制阀门与计量系统，不仅投资成本大，系统可靠性也低，容易因单个阀门管件的损坏导致整个气化炉进料系统的停车乃至连带性的损害；另一方面，基于本领域常规知识，节流元件如标准孔板主要仅用于配合各种差压计或差压变送器测量管道中各种流体的流量等；而本发明通过实验室测试以及实际工程应用，意外地发现节流元件对于上述技术问题的解决具有较大实用意义，并结合相关技术手段最终应用节流元件实现了喷嘴间氧气进料比例的均匀分配以及系统的组成优化。
本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供了一种氧气进料控制系统，所述氧气进料控制系统包括氧气流量建立系统和氧气投料系统；
所述氧气流量建立系统的管线由氧气源依次经第一远程控制阀和氧气流量调节阀与所述氧气投料系统连接；
所述氧气投料系统的管线依次经第一切断阀和第二切断阀后分为至少两条支管，每条所述支管经支管节流元件与喷嘴连接。
本发明中，所述氧气流量调节阀和所述第一切断阀之间的管线上较佳地还设有放空支管，所述放空支管的管线依次经第三切断阀和第二远程控制阀接大气放空。
本发明中，每条所述支管较佳地分为内通道管线和外通道管线，其中，所述外通道管线经外通道节流元件与喷嘴外通道连接，所述内通道管线经内通道节流元件与喷嘴内通道连接，以实现喷嘴的内通道和外通道之间氧气进料比例的均匀分配。
本发明中，所述外通道节流元件与所述喷嘴外通道之间的管线上较佳地设有一止回阀。
本发明中，所述内通道节流元件与所述喷嘴内通道之间的管线上较佳地设有一止回阀。
本发明中，所述氧气进料控制系统较佳地还包括氮气辅助系统，用于投料前后的管道吹扫以及停车后的系统保护；所述氮气辅助系统包括前氮气辅助系统和后氮气辅助系统；
所述前氮气辅助系统的管线包括第一氮气支管和第二氮气支管，所述第一氮气支管由氮气源依次经截止阀、第三远程控制阀和止回阀后与第一氮气接入点连接，所述第一氮气接入点位于所述第一远程控制阀与所述氧气流量调节阀之间的管线上，所述第二氮气支管由所述氮气源依次经截止阀、第四切断阀和止回阀后与第二氮气接入点连接，所述第二氮气接入点位于所述第一切断阀与所述第二切断阀之间的管线上；
所述后氮气辅助系统的管线包括第三氮气支管和第四氮气支管，所述第三氮气支管由所述氮气源依次经截止阀、第五切断阀和止回阀后与第三氮气接入点连接，所述第三氮气接入点位于所述第二切断阀与所述支管的分叉点之间的管线上，所述第四氮气支管由所述氮气源依次经截止阀和第六切断阀接入于所述第五切断阀与所述第三氮气支管上的止回阀之间的管线上。
本发明中，所述支管节流元件、所述外通道节流元件和所述内通道节流元件较佳地均为标准孔板；所述标准孔板为本领域常规使用的标准孔板，其具体规格在现场管道布置完成后，根据管道内流体流动的雷诺数计算或模拟出管道局部阻力系数，然后根据本领域常规方法计算管道内流体压降，得到标准孔板的规格选择。
本发明中，所述支管节流元件、所述外通道节流元件和所述内通道节流元件的材料与所述氧气进料控制系统的管线的材料一致，一般为本领域常规使用的氧气输送管道材料，例如Inconel600型镍-铬-铁基固溶强化合金或Inconel625型镍-铬-铁基固溶强化合金。
本发明中，所述第一远程控制阀、所述第二远程控制阀和所述第三远程控制阀均为本领域常规使用的远程控制阀，其中，所述第二远程控制阀较佳地为放空背压阀。
本发明中，所述第一切断阀、所述第二切断阀、所述第三切断阀、所述第四切断阀、所述第五切断阀和所述第六切断阀均为本领域常规使用的切断阀。
本发明中，所述氧气流量调节阀为本领域常规使用的氧气流量调节阀。
本发明中，所述第一氮气接入点与所述氧气流量调节阀之间的管线上较佳地设有一主管文丘里管，所述主管文丘里管与总流量计连接。
本发明中，所述支管的分叉点与所述支管节流元件之间的管线上较佳地设有一支管文丘里管，所述支管文丘里管与支管流量计连接。
本发明中，所述内通道管线和所述外通道管线的分叉点与所述内通道节流元件之间的管线上较佳地设有一内通道文丘里管，所述内通道文丘里管与内通道流量计连接。
本发明中，所述第三氮气支管和所述第四氮气支管之间的分叉点与所述第四氮气支管的截止阀之间的管线上较佳地接有一氮气流量计。
本发明中，所述总流量计、所述支管流量计、所述内通道流量计和所述氮气流量计均为本领域常规使用的流量计，其中，所述总流量计较佳地与本领域常规使用的流量报警器连接，所述支管流量计和所述内通道流量计较佳地与本领域常规使用的流量控制器连接，所述氮气流量计较佳地为孔板流量计。
本发明中，所述第一氮气接入点与所述主管文丘里管之间的管线上较佳地经一截止阀接有一第一压力表。
本发明中，所述氧气流量调节阀与所述放空支管之间的管线上较佳地经一截止阀接有一第二压力表。
本发明中，所述第二氮气接入点与所述第二切断阀之间的管线上较佳地经一球阀接有一第三压力表。
本发明中，所述第一压力表、所述第二压力表和所述第三压力表均为本领域常规使用的压力表。
本发明中，其他未特指的阀门如截止阀、止回阀和球阀等均为本领域常规使用的阀门。
本发明还提供了一种多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉进料系统，其包括如上所述的氧气进料控制系统。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明在不影响氧气在两个喷嘴间均匀分配进料与系统安全稳定控制的前提下，大大降低了一套氧气进料控制系统中阀门和计量系统的硬件投资，进而降低了整个气化炉系统的投资成本以及系统的操作强度和复杂性，减少了因阀门和计量系统的部分损坏导致的系统故障停车概率，增强了整个气化炉进料系统的可靠性。
附图说明
图1为实施例1的氧气进料控制系统的工艺流程示意图。
图2为对比例1的氧气进料控制系统的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一种如图1所示的氧气进料控制系统，所述氧气进料控制系统包括氧气流量建立系统和氧气投料系统；所述氧气流量建立系统的管线由氧气源依次经第一远程控制阀101和氧气流量调节阀111与所述氧气投料系统连接；所述氧气投料系统的管线依次经第一切断阀121和第二切断阀122后分为支管A和支管B，每条所述支管经支管节流元件131与喷嘴连接。所述氧气流量调节阀111和所述第一切断阀121之间的管线上还设有放空支管，所述放空支管的管线依次经第三切断阀123和第二远程控制阀102接大气放空。每条所述支管分为内通道管线和外通道管线，其中，所述外通道管线经外通道节流元件132与喷嘴外通道连接，所述内通道管线经内通道节流元件133与喷嘴内通道连接。所述外通道节流元件132与所述喷嘴外通道之间的管线上设有一止回阀。所述内通道节流元件133与所述喷嘴内通道之间的管线上设有一止回阀。所述支管节流元件131、所述外通道节流元件132和所述内通道节流元件133均为标准孔板。
所述氧气进料控制系统还包括氮气辅助系统，所述氮气辅助系统包括前氮气辅助系统和后氮气辅助系统；所述前氮气辅助系统的管线包括第一氮气支管和第二氮气支管，所述第一氮气支管由氮气源依次经截止阀、第三远程控制阀103和止回阀后与第一氮气接入点P1连接，所述第一氮气接入点P1位于所述第一远程控制阀101与所述氧气流量调节阀111之间的管线上，所述第二氮气支管由所述氮气源依次经截止阀、第四切断阀124和止回阀后与第二氮气接入点P2连接，所述第二氮气接入点P2位于所述第一切断阀121与所述第二切断阀122之间的管线上；
所述后氮气辅助系统的管线包括第三氮气支管和第四氮气支管，所述第三氮气支管由所述氮气源依次经截止阀、第五切断阀125和止回阀后与第三氮气接入点P3连接，所述第三氮气接入点P3位于所述第二切断阀122与所述支管的分叉点T1之间的管线上，所述第四氮气支管由所述氮气源依次经截止阀和第六切断阀126接入于所述第五切断阀125与所述止回阀之间的管线上。
所述第一氮气接入点P1与所述氧气流量调节阀111之间的管线上设有一主管文丘里管，所述主管文丘里管与总流量计141连接。所述支管的分叉点T1与所述支管节流元件之间的管线上设有一支管文丘里管，所述支管文丘里管与支管流量计142连接。所述内通道管线和所述外通道管线的分叉点T2与所述内通道节流元件之间的管线上设有一内通道文丘里管，所述内通道文丘里管与内通道流量计143连接。所述第三氮气支管和所述第四氮气支管之间的分叉点T3与所述第四氮气支管的截止阀之间的管线上接有一氮气流量计144。所述总流量计141与流量报警器连接，所述支管流量计142和所述内通道流量计143与流量控制器连接，所述氮气流量计144为孔板流量计。
所述第一氮气接入点P1与所述主管文丘里管之间的管线上经一截止阀接有一第一压力表151。所述氧气流量调节阀与所述放空支管之间的管线上经一截止阀接有一第二压力表152。所述第二氮气接入点P2与所述第二切断阀之间的管线上经一球阀接有一第三压力表153。
本实施例的工作流程如下：
(1)氧气流量建立
氧气通过第一远程控制阀101引氧后，分别通过总流量计141、氧气流量调节阀111、第三切断阀123和第二远程控制阀102后进行放空，氧气投料流量通过氧气流量调节阀111进行调节；
(2)氧气投料准备
氧气依次通过第一切断阀121、第二切断阀122、支管流量计142和支管节流元件131后经外通道节流元件132或内通道流量计143和内通道节流元件133后进入气化炉。
(3)投料过程
先关闭第五切断阀125，打开第二切断阀122，关闭第四切断阀124，通过设定好的延时时间后，同时打开第一切断阀121和关闭第三切断阀123，最后关闭第六切断阀126完成投料。在投料过程中，严格监控第二压力表152和第三压力表153。
对比例1
如图2所示，现有的多喷嘴煤气化技术的氧气进料控制系统包括四组调节、计量和控制系统，两两组合成一套控制系统。
现有的氧气进料控制系统的管路设置和工作流程与实施例1基本相同，在此不作赘述；其与实施例1的主要区别在于支管节流元件、外通道节流元件和内通道节流元件的设置，喷嘴的内通道支管上设有流量调节阀，以及支管A和支管B的分叉点T1在氧气流量调节阀前。
由图2可以看出，除去截止阀、止回阀和球阀等常规阀门，对于一套现有氧气进料控制系统，共有4个远程控制阀、12个切断阀、6个流量计、4个流量调节阀和5个压力表；若是对于一台气化炉的两套控制系统，则共有8个远程控制阀、24个切断阀、12个流量计、8个流量调节阀和10个压力表，系统十分复杂和庞大。而如实施例1所述，实施例1的一套氧气进料控制系统仅包括3个远程控制阀、6个切断阀、6个流量计、1个流量调节阀、3个压力表。与现有氧气进料控制系统相比，本发明的一套氧气进料控制系统复杂性降低50％，系统投资降低约40％，大大降低了一套氧气进料控制系统的硬件投资，进而降低了整个气化炉系统的投资成本以及系统的操作强度和复杂性，减少了系统因阀门等元件导致的故障停车概率，增强了整个气化炉进料系统的可靠性。

Claims (17)

1.一种氧气进料控制系统，其特征在于，其包括氧气流量建立系统和氧气投料系统；
所述氧气流量建立系统的管线由氧气源依次经第一远程控制阀和氧气流量调节阀与所述氧气投料系统连接；
所述氧气投料系统的管线依次经第一切断阀和第二切断阀后分为至少两条支管，每条所述支管经支管节流元件与喷嘴连接。
2.如权利要求1所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述氧气流量调节阀和所述第一切断阀之间的管线上还设有放空支管，所述放空支管的管线依次经第三切断阀和第二远程控制阀接大气放空。
3.如权利要求2所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述第二远程控制阀为背压阀。
4.如权利要求2所述的氧气进料控制系统，其特征在于，每条所述支管分为内通道管线和外通道管线，其中，所述外通道管线经外通道节流元件与喷嘴外通道连接，所述内通道管线经内通道节流元件与喷嘴内通道连接。
5.如权利要求4所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述外通道节流元件与所述喷嘴外通道之间的管线上设有一止回阀。
6.如权利要求4所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述内通道节流元件与所述喷嘴内通道之间的管线上设有一止回阀。
7.如权利要求4至6中任意一项所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述支管节流元件、所述外通道节流元件和所述内通道节流元件均为标准孔板。
8.如权利要求4至6中任意一项所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述氧气进料控制系统还包括氮气辅助系统，所述氮气辅助系统包括前氮气辅助系统和后氮气辅助系统；
所述前氮气辅助系统的管线包括第一氮气支管和第二氮气支管，所述第一氮气支管由氮气源依次经截止阀、第三远程控制阀和止回阀后与第一氮气接入点连接，所述第一氮气接入点位于所述第一远程控制阀与所述氧气流量调节阀之间的管线上，所述第二氮气支管由所述氮气源依次经截止阀、第四切断阀和止回阀后与第二氮气接入点连接，所述第二氮气接入点位于所述第一切断阀与所述第二切断阀之间的管线上；
所述后氮气辅助系统的管线包括第三氮气支管和第四氮气支管，所述第三氮气支管由所述氮气源依次经截止阀、第五切断阀和止回阀后与第三氮气接入点连接，所述第三氮气接入点位于所述第二切断阀与所述支管的分叉点之间的管线上，所述第四氮气支管由所述氮气源依次经截止阀和第六切断阀接入于所述第五切断阀与所述第三氮气支管上的止回阀之间的管线上。
9.如权利要求8所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述第一氮气接入点与所述氧气流量调节阀之间的管线上设有一主管文丘里管，所述主管文丘里管与总流量计连接。
10.如权利要求9所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述支管的分叉点与所述支管节流元件之间的管线上设有一支管文丘里管，所述支管文丘里管与支管流量计连接。
11.如权利要求9所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述内通道管线和所述外通道管线的分叉点与所述内通道节流元件之间的管线上设有一内通道文丘里管，所述内通道文丘里管与内通道流量计连接。
12.如权利要求9所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述第三氮气支管和所述第四氮气支管之间的分叉点与所述第四氮气支管的截止阀之间的管线上接有一氮气流量计。
13.如权利要求9至12中任意一项所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述总流量计与流量报警器连接，所述支管流量计和所述内通道流量计与流量控制器连接，所述氮气流量计为孔板流量计。
14.如权利要求9至12中任意一项所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述第一氮气接入点与所述主管文丘里管之间的管线上经一截止阀接有一第一压力表。
15.如权利要求14所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述氧气流量调节阀与所述放空支管之间的管线上经一截止阀接有一第二压力表。
16.如权利要求14所述的氧气进料控制系统，其特征在于，所述第二氮气接入点与所述第二切断阀之间的管线上经一球阀接有一第三压力表。
17.一种多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉进料系统，其特征在于，其包括如权利要求1-16任一项所述的氧气进料控制系统。
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