CN106051820B - 一种加压点火装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种加压点火装置及方法，该点火装置包括烧嘴、整流炉、反应炉；烧嘴通过法兰与整流炉相连接，整流炉通过三通与反应炉相连接；整流炉设有配风环管，反应炉内部预先填充了固体颗粒；本发明首先对系统建立了一定的压力及固体物料循环，避免了点火过程造成系统参数的波动及反应炉温度分布不均的现象；其次，通过对调节阀动作的标定，达到了精确控制点火过程中天然气和空气配比的目的，在提高点火效率的同时三通可防止过量可燃气体进入整流炉和反应炉。

Description

一种加压点火装置及方法

技术领域

本发明涉及一种加压循环流化床煤气化及煤热解技术投料运行前的点火装置及方法，具体涉及一种加压点火装置及方法。

背景技术

煤炭是廉价能源，是支持经济发展过程中代价最低的能源，我国目前煤炭消费占一次能源消费的比重仍大于65％，一次能源的供应在短期内将始终以煤炭为主，然而，煤炭的利用过程严重污染环境且能源利用率低下。为此，我国将不得不积极推进煤炭清洁利用技术的创新发展。2016年6月1日，国家发改委和能源局公布了《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》，《行动计划》关于煤炭清洁利用技术创新方面要求重点研究气化热解一体化、气化燃烧一体化、3000吨/天及以上煤气化、百万吨/年低阶煤热解、油化电联产等示范工程。由此可见，我国在淘汰落后产能的同时将全面推行煤炭资源的清洁高效利用，而技术创新将成为未来10-20年我国煤炭资源消费革命及能源结构调整的关键环节。

就目前的研究进展而言，气化热解一体化、气化燃烧一体化、3000吨/天及以上煤气化、百万吨/年低阶煤热解、油化电联产等煤炭清洁高效利用技术主要以加压循环流化床技术为基础展开研发创新工作。

基于加压循环流化床技术的煤炭清洁利用技术要求反应炉系统在投料前的升温过程中具有一定的固体物料循环比，从而保证反应炉系统各个部位的温度达到设计工况，避免局部出现温差应力而致使设备损坏。因此，点火升温前系统必须建立一定的压力及固体物料循环比，而应用于常压工况下的点火装置及方法将无法满足加压工况下点火程序的设计要求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述加压循环流化床技术在投料运行前的点火过程中遇到的现实问题，提供了一种可以精确控制点火过程中天然气和空气流量配比的加压点火装置与方法。

为实现上述目的，本发明的加压点火装置包括：设有电子点火杆的烧嘴，烧嘴通过法兰与整流炉的入口相连，整流炉的出口通过三通与反应炉相连接，所述的反应炉下端通过管路及安装在管路上的第二氮气流量调节阀与氮气相连，反应炉上端出口管路上安装有背压阀，所述的烧嘴上分别开设有通过冷却水管路、燃气管路、空气管路及安装在各自管路上的流量调节阀与脱盐水、天然气、空气相连通的冷却水通道、燃气通道和空气通道，且天然气管路和空气管路分别通过氮气管路及安装在氮气管路上的第一氮气切断阀、第二氮气切断阀与氮气相连，在烧嘴上还开设有与脱盐水回水管路相连的脱盐水出口。

所述的反应炉内部预先填充有固体颗粒，并设有反应炉温度计和反应炉压力计，反应炉壳体内壁设有耐火绝热材料层。

所述的固体颗粒粒径分布为70目～140目的占70％～75％，200目的占25％～30％。

所述的反应炉上端出口管路上还安装有气固分离装置，经气固分离装置分离后的固体颗粒通过管路及安装在管路上的循环装置返回至反应炉。

所述的整流炉上设有火焰监测器、配风环管和烟气温度计，配风环管通过管路及安装在管路上的第一氮气流量调节阀与氮气相连，且整流炉壳体内壁设有耐火绝热材料层。

所述的冷却水管路依次设置有脱盐水泵和脱盐水流量调节阀，且在脱盐水回水管路上还安装有温度计。

所述的燃气管路自燃气来流方向依次安装有天然气流量调节阀、天然气切断阀、天然气阻火器和天然气压力计。

所述的空气管路上依次安装有空气流量调节阀、空气切断阀、空气阻火器和空气压力计。

所述的氮气经分流后一路经过第一氮气切断阀接入天然气切断阀阀后，另一路经过第二氮气切断阀接入空气切断阀阀后。

本发明的加压点火方法包括以下步骤：

1)建立系统压力：所有阀门初始状态均为关闭，开始建立系统压力时打开第二氮气流量调节阀，氮气由反应炉底部进入并对全系统进行充压，根据系统情况设定背压阀的背压参数，使反应炉压力计最终维持在0MPaG～2MPaG；

2)建立物料循环：在反应炉压力计维持在0MPaG～2MPaG的前提下，缓慢调节第二氮气流量调节阀及背压阀，逐渐增加进入反应炉底部的氮气流量，使反应炉内部表观速度最终稳定在0～1m/s，缓慢调节循环装置，使得经气固分离装置分离后的固体颗粒返回至反应炉，达到固体颗粒的稳定循环过程；

3)启动冷却系统：启动脱盐水泵，调节脱盐水流量调节阀，使得脱盐水回水温度计的示值在烧嘴点火成功后稳定在0℃～60℃；

4)标定调节阀：在反应炉压力计维持在0MPaG～2MPaG的前提下，打开天然气切断阀，缓慢调节天然气流量调节阀，当天然气流量最终稳定在设计流量的5％～20％时，记录天然气流量调节阀的阀门开度；

在反应炉压力计维持在0MPaG～2MPaG的前提下，调整空气流量调节阀的阀门开度，待空气流量调节阀稳定后，打开空气切断阀，标定空气流量调节阀在上述设定值的前提下达到稳定状态的自动调节时间；

5)系统吹扫置换：标定完成后，依次关闭天然气切断阀和空气切断阀，依次开启第一氮气切断阀和第二氮气切断阀，对全系统进行吹扫置换后，依次关闭第一氮气切断阀和第二氮气切断阀；

6)启动点火：启动点火程序前，天然气、氮气和空气管道上的阀门均为关闭状态，开始点火时依次打开第一氮气切断阀和第二氮气切断阀，氮气吹扫后，依次关闭第一氮气切断阀和第二氮气切断阀，打开空气切断阀，设定空气流量调节阀阀门开度，打开天然气切断阀，设定天然气流量调节阀阀门开度，启动电子点火杆开始点火，利用火焰检测器实时监测火焰状态；

7)烟气温度调节：根据设计工况调整天然气流量调节阀的设定值，控制天然气流量调节阀，同时调节第一氮气流量调节阀，控制进入配风环管的氮气流量，使得烟气温度计和反应炉温度计的示值满足设计工况。

与常规点火方式相比，本发明具有以下有益效果：

1)加压条件下点火。由于后续系统工艺设计条件的限制，点火过程必须在加压工况下进行，本发明完全能满足工艺要求。

2)点火过程不影响后系统的稳定性。通过对点火初始状态系统压力及物料循环过程的控制，确保循环系统不会因为点火过程中额外气体的进入而影响物料的正常循环，保证了后系统的稳定性。

3)有效提高了点火效率。对各流量调节阀的标定，可以准确控制点火瞬间天然气和空气的流量及比例，提高了烧嘴点火成功率。

4)有效降低了点火风险。通过对各流量调节阀开度、调节时间以及点火杆工作时间的设定可以严格控制进入整流炉和反应炉的天然气和空气量，避免了反应炉内留存过量的天然气和空气。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图中：1、脱盐水；2、天然气；3、氮气；4、空气；5、脱盐水回水；6、脱盐水泵；7、脱盐水流量调节阀；8、天然气流量调节阀；9、天然气切断阀；10、天然气阻火器；11、天然气压力计；12、第一氮气切断阀；13、电子点火杆；14、烧嘴；15、第二氮气切断阀；16、空气流量调节阀；17、空气切断阀；18、空气阻火器；19、空气压力计；20、第一氮气流量调节阀；21、温度计；22、第二氮气流量调节阀；23、法兰；24、火焰监测器；25、配风环管；26、整流炉；27、烟气温度计；28、三通；29、背压阀；30、气固分离装置；31、反应炉；32、反应炉温度计；33、循环装置；34、反应炉压力计；35、耐火绝热材料层；36、固体颗粒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

参见图1，本发明包括设有电子点火杆13的烧嘴14，电子点火杆13的工作时间至少应包括10秒和20秒的选项，烧嘴14通过法兰23与整流炉26的入口相连，整流炉26的出口通过三通28与反应炉31相连接，整流炉26上设有火焰监测器24、配风环管25和烟气温度计27，配风环管25通过管路及安装在管路上的第一氮气流量调节阀20与氮气3相连，且整流炉26壳体内壁设有耐火绝热材料层，反应炉31内部预先填充有固体颗粒36，并设有反应炉温度计32和反应炉压力计34，反应炉31壳体内壁设有耐火绝热材料层35，固体颗粒36粒径分布为70目～140目的占70％～75％，200目的占25％～30％，所述的反应炉31下端通过管路及安装在管路上的第二氮气流量调节阀22与氮气3相连，反应炉上端出口管路上安装有气固分离装置30和背压阀29，经气固分离装置30分离后的固体颗粒36通过管路及安装在管路上的循环装置33返回至反应炉31中，所述的烧嘴14上分别设置有通过冷却水管路、燃气管路、空气管路与脱盐水1、天然气2、空气4相连通的冷却水通道、燃气通道和空气通道，在烧嘴14上还开设有与脱盐水回水管路相连的脱盐水出口；

所述的冷却水管路依次设置有脱盐水泵6和脱盐水流量调节阀7，且在脱盐水回水管路上还安装有温度计21；

所述的燃气管路自燃气来流方向依次安装有天然气流量调节阀8、天然气切断阀9、天然气阻火器10和天然气压力计11。

所述的空气管路上依次安装有空气流量调节阀16、空气切断阀17、空气阻火器18和空气压力计19；

且天然气管路和空气管路分别与氮气3相连，氮气3经分流后一路经过第一氮气切断阀12接入天然气切断阀9阀后，另一路经过第二氮气切断阀15接入空气切断阀17阀后。

本发明控制室可以利用火焰监测器24实时监测点火过程及点火成功后的火焰情况，通过配风环管25内通入的氮气3可以精确控制烟气的温度。

利用天然气压力计11可以实时监测天然气2进入烧嘴14前的背压，有利于合理控制天然气流量调节阀8的动作。

利用空气压力计19可以实时监测空气4进入烧嘴14前的背压，有利于合理控制空气流量调节阀16的动作。

氮气3经分流后一路经过第一氮气切断阀12接入天然气切断阀9阀后，另一路经过第二氮气切断阀15后接入空气切断阀17阀后。氮气3可以有效置换系统中多余的天然气2和空气4。

脱盐水经脱盐水泵6通过管道与脱盐水流量调节阀7相连后接入烧嘴14的冷却水通道。

本发明的方法如下：

本发明的点火装置和方法针对点火过程要求系统开始运转、物料循环稳定的加压系统。

本发明的点火方法包括以下步骤：

1)建立系统压力:所有阀门初始状态均为关闭，开始建立系统压力时打开第二氮气流量调节阀22，氮气3由反应炉31底部进入并对全系统进行充压，根据系统情况设定背压阀29参数，使反应炉压力计34最终维持在0MPaG～2MPaG。

2)建立物料循环：在反应炉压力计34维持在0MPaG～2MPaG的前提下，缓慢调节第二氮气流量调节阀22及背压阀29，逐渐增加进入反应炉31底部的氮气3流量，使反应炉31内部表观速度最终稳定在0～1m/s。缓慢调节循环装置33，使得经气固分离装置30分离后的固体颗粒36返回至反应炉31，从而达到固体颗粒36的稳定循环过程。

3)启动冷却系统：启动脱盐水泵6，调节脱盐水流量调节阀7，使得脱盐水回水5温度计21的示值在烧嘴14点火成功后稳定在0℃～60℃。脱盐水1供水工况为常温常压。

4)标定调节阀：在反应炉压力计34维持在0MPaG～2MPaG的前提下，打开天然气切断阀9，缓慢调节天然气流量调节阀8，当天然气流量最终稳定在设计流量的5％～20％时，记录天然气流量调节阀8的阀门开度。

在反应炉压力计34维持在0MPaG～2MPaG的前提下，调整空气流量调节阀16的阀门开度，待空气流量调节阀16稳定后，打开空气切断阀17，标定空气流量调节阀16在上述设定值的前提下达到稳定状态的自动调节时间。

5)系统吹扫置换：标定完成后，依次关闭天然气切断阀9和空气切断阀17，依次开启第一氮气切断阀12和第二氮气切断阀15，对全系统进行吹扫置换后，依次关闭第一氮气切断阀12和第二氮气切断阀15。

6)启动点火：启动点火程序前，天然气2、氮气3和空气4管道上的阀门均为关闭状态。开始点火时依次打开第一氮气切断阀12和第二氮气切断阀15，氮气3吹扫后，依次关闭第一氮气切断阀12和第二氮气切断阀15，打开空气切断阀17，设定空气流量调节阀16阀门开度，打开天然气切断阀9，设置天然气流量调节阀8阀门开度，启动电子点火杆13开始点火，利用火焰检测器24实时监测火焰状态。

7)烟气温度调节：根据设计工况缓慢调整天然气流量调节阀8的设定值，控制天然气流量调节阀8，同时缓慢调节第一氮气流量调节阀20，控制进入配风环管25的氮气3流量，使得烟气温度计27和反应炉温度计32的示值满足设计工况。

Claims (10)

1.一种加压点火装置，其特征在于：包括设有电子点火杆(13)的烧嘴(14)，烧嘴(14)通过法兰(23)与整流炉(26)的入口相连，整流炉(26)的出口通过三通(28)与反应炉(31)相连接，所述的反应炉(31)下端通过管路及安装在管路上的第二氮气流量调节阀(22)与氮气(3)相连，反应炉上端出口管路上安装有背压阀(29)，所述的烧嘴(14)上分别开设有通过冷却水管路、燃气管路、空气管路及安装在各自管路上的流量调节阀与脱盐水(1)、天然气(2)、空气(4)相连通的冷却水通道、燃气通道和空气通道，且天然气管路和空气管路分别通过氮气管路及安装在氮气管路上的第一氮气切断阀(12)、第二氮气切断阀(15)与氮气(3)相连，在烧嘴(14)上还开设有与脱盐水回水管路相连的脱盐水出口。

2.根据权利要求1所述的加压点火装置，其特征在于：所述的反应炉(31)内部预先填充有固体颗粒(36)，并设有反应炉温度计(32)和反应炉压力计(34)，反应炉(31)壳体内壁设有耐火绝热材料层(35)。

3.根据权利要求2所述的加压点火装置，其特征在于：所述的固体颗粒(36)粒径分布为70目～140目的占70％～75％，200目的占25％～30％。

4.根据权利要求2所述的加压点火装置，其特征在于：所述的反应炉上端出口管路上还安装有气固分离装置(30)，经气固分离装置(30)分离后的固体颗粒(36)通过管路及安装在管路上的循环装置(33)返回至反应炉(31)。

5.根据权利要求4所述的加压点火装置，其特征在于：所述的整流炉(26)上设有火焰监测器(24)、配风环管(25)和烟气温度计(27)，配风环管(25)通过管路及安装在管路上的第一氮气流量调节阀(20)与氮气(3)相连，且整流炉(26)壳体内壁设有耐火绝热材料层。

6.根据权利要求5所述的加压点火装置，其特征在于：所述的冷却水管路依次设置有脱盐水泵(6)和脱盐水流量调节阀(7)，且在脱盐水回水管路上还安装有温度计(21)。

7.根据权利要求6所述的加压点火装置，其特征在于：所述的燃气管路自燃气来流方向依次安装有天然气流量调节阀(8)、天然气切断阀(9)、天然气阻火器(10)和天然气压力计(11)。

8.根据权利要求7所述的加压点火装置，其特征在于：所述的空气管路上依次安装有空气流量调节阀(16)、空气切断阀(17)、空气阻火器(18)和空气压力计(19)。

9.根据权利要求7或8所述的加压点火装置，其特征在于：所述的氮气(3)经分流后一路经过第一氮气切断阀(12)接入天然气切断阀(9)阀后，另一路经过第二氮气切断阀(15)接入空气切断阀(17)阀后。

10.一种如权利要求8所述的加压点火装置的加压点火方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)建立系统压力：所有阀门初始状态均为关闭，开始建立系统压力时打开第二氮气流量调节阀(22)，氮气(3)由反应炉(31)底部进入并对全系统进行充压，根据系统情况设定背压阀(29)的背压参数，使反应炉压力计(34)最终维持在0MPaG～2MPaG；

2)建立物料循环：在反应炉压力计(34)维持在0MPaG～2MPaG的前提下，缓慢调节第二氮气流量调节阀(22)及背压阀(29)，逐渐增加进入反应炉(31)底部的氮气(3)流量，使反应炉(31)内部表观速度最终稳定在0～1m/s，缓慢调节循环装置(33)，使得经气固分离装置(30)分离后的固体颗粒(36)返回至反应炉(31)，达到固体颗粒(36)的稳定循环过程；

3)启动冷却系统：启动脱盐水泵(6)，调节脱盐水流量调节阀(7)，使得脱盐水回水(5)温度计(21)的示值在烧嘴(14)点火成功后稳定在0℃～60℃；

4)标定调节阀：在反应炉压力计(34)维持在0MPaG～2MPaG的前提下，打开天然气切断阀(9)，缓慢调节天然气流量调节阀(8)，当天然气流量最终稳定在设计流量的5％～20％时，记录天然气流量调节阀(8)的阀门开度；

在反应炉压力计(34)维持在0MPaG～2MPaG的前提下，调整空气流量调节阀(16)的阀门开度，待空气流量调节阀(16)稳定后，打开空气切断阀(17)，标定空气流量调节阀(16)在上述设定值0MPaG～2MPaG的前提下达到稳定状态的自动调节时间；

5)系统吹扫置换：标定完成后，依次关闭天然气切断阀(9)和空气切断阀(17)，依次开启第一氮气切断阀(12)和第二氮气切断阀(15)，对全系统进行吹扫置换后，依次关闭第一氮气切断阀(12)和第二氮气切断阀(15)；

6)启动点火：启动点火程序前，天然气(2)、氮气(3)和空气(4)管道上的阀门均为关闭状态，开始点火时依次打开第一氮气切断阀(12)和第二氮气切断阀(15)，氮气(3)吹扫后，依次关闭第一氮气切断阀(12)和第二氮气切断阀(15)，打开空气切断阀(17)，设定空气流量调节阀(16)阀门开度，打开天然气切断阀(9)，设定天然气流量调节阀(8)阀门开度，启动电子点火杆(13)开始点火，利用火焰检测器(24)实时监测火焰状态；

7)烟气温度调节：根据设计工况调整天然气流量调节阀(8)的设定值，控制天然气流量调节阀(8)，同时调节第一氮气流量调节阀(20)，控制进入配风环管(25)的氮气(3)流量，使得烟气温度计(27)和反应炉温度计(32)的示值满足设计工况。