CN111057586A - 一种水煤浆气化烧嘴系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水煤浆气化烧嘴系统，属于水煤浆气化的煤化工领域；包括烧嘴、氧气供应系统、燃料气供应系统和水煤浆供应系统；烧嘴的内部从内至外依次设置有中心氧管道、燃料气管道、水煤浆管道和主氧管道；氧气供应系统分别与中心氧管道和主氧管道连通，向烧嘴内部供氧；燃料气供应系统与燃料气管道管道连通，向烧嘴内部供燃料气；水煤浆供应系统与水煤浆管道连通，向烧嘴内部供水煤浆；烧嘴的顶部设置有外部点火器；烧嘴的底部伸入外部气化炉中；本发明气化炉点火、烘炉、投料、运行等过程可只由一个烧嘴独立连续完成而避免更换烧嘴；简化了气化炉开车流程，并减小了开车过程安全隐患。

Description

一种水煤浆气化烧嘴系统
技术领域
本发明属于水煤浆气化的煤化工领域，涉及一种水煤浆气化烧嘴系统。
背景技术
传统的水煤浆加压气化炉，均带有耐火砖内衬，以GE(德士古)气化工艺最为典型，其所使用的烧嘴设备包括预热烧嘴和工艺烧嘴两个独立的装置。预热烧嘴用于将气化炉炉膛加热到指定温度并完成烘炉过程，典型的预热烧嘴系统如图1所示，其由箱体、点火棒、电点火器、长明灯、燃料气枪及燃料气供应系统组成，助燃空气采用炉内负压引风由箱体侧面进入。其中燃料气供应系统包含一条主燃气管路及一条长明灯支管路，分别送入燃料气枪及长明灯。工艺烧嘴用于将水煤浆及氧气送入气化炉并完成投料及正常运行过程，现有工艺烧嘴系统如图2所示，其由工艺烧嘴本体、氧气供应系统及水煤浆供应系统组成。其中工艺烧嘴本体包含主氧通道、水煤浆通道及中心通道三个通道；氧气供应系统又包含一条主氧气管路及一条中心氧支管路，分别送入工艺烧嘴主氧通道及中心通道；水煤浆供应系统送入工艺烧嘴水煤浆通道。
气化炉的点火方式为耐火砖蓄热式点火：预热烧嘴首先工作，由开工抽引器使气化炉内形成负压将空气引入气化炉，然后点火棒发火引燃长明灯，长明灯火焰进一步引燃燃料气枪，并通过燃料气供应系统主燃气管路的燃料气调节阀来控制预热烧嘴负荷，最终将炉膛加热到一定温度(800℃～1000℃)，对耐火砖进行蓄热；然后及时将预热烧嘴卸下，快速更换为工艺烧嘴，并对气化炉系统进行氮气置换；最后依次打开水煤浆供应系统煤浆切断阀、氧气供应系统主氧路氧气切断阀，将水煤浆及氧气送入工艺烧嘴，水煤浆和氧气的混合物被气化炉耐火砖蓄热直接点燃，完成投料。气化炉开工过程极其繁琐，并且更换烧嘴期间及氮气置换过程中会损失部分热量，如果气化炉内温度降低到700℃以下，增加了气化炉投料成功的风险。同时在热状态下更换烧嘴，工作条件恶劣，也存在安全隐患。并且负压引风的烘炉形式，当开工抽引器工作不稳定炉膛压力波动时，预热烧嘴还容易回火伤人。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种水煤浆气化烧嘴系统，气化炉点火、烘炉、投料、运行等过程可只由一个烧嘴独立连续完成而避免更换烧嘴；简化了气化炉开车流程，并减小了开车过程安全隐患。
本发明解决技术的方案是：
一种水煤浆气化烧嘴系统，包括烧嘴、氧气供应系统、燃料气供应系统和水煤浆供应系统；其中，烧嘴为轴向竖直放置的中空管状结构；烧嘴的内部从内至外依次设置有中心氧管道、燃料气管道、水煤浆管道和主氧管道；氧气供应系统分别与中心氧管道和主氧管道连通，实现向烧嘴内部供氧；燃料气供应系统与燃料气管道管道连通，实现向烧嘴内部供燃料气；水煤浆供应系统与水煤浆管道连通，实现向烧嘴内部供水煤浆；烧嘴的顶部设置有外部点火器；烧嘴的底部伸入外部气化炉中；且中心氧管道、燃料气管道、水煤浆管道、主氧管道和烧嘴的底部均设置有通孔；实现将氧、燃料气和水煤浆输入至外部气化炉中。
在上述的一种水煤浆气化烧嘴系统，所述氧气供应系统包括第一调节阀、第一切断阀、第二调节阀、第三调节阀、第二切断阀、第四调节阀和第三切断阀；其中，第一调节阀的一端与外部氧源连通；第一调节阀的另一端与第一切断阀的一端连通；第一切断阀的一端分别与第四调节阀的一端和主氧管道连通；第四调节阀的另一端与第三切断阀串联后，与中心氧管道连通；第二调节阀的一端与氧源连通；第二调节阀的另一端与第二切断阀串联后与主氧管道连通；第三调节阀与第二调节阀并联。
在上述的一种水煤浆气化烧嘴系统，所述燃料气供应系统包括第五调节阀、第六调节阀、混合器和第四切断阀；第五调节阀的一端与外部燃料气源连通；第五调节阀的另一端与混合器和第四切断阀依次串联后，与燃料气管道连通；第六调节阀与第五调节阀并联。
在上述的一种水煤浆气化烧嘴系统，所述水煤浆供应系统包括第五切断阀和吹扫器；第五切断阀的一端与外部水煤浆连通；第五切断阀的另一端与水煤浆管道连通；吹扫器设置在水煤浆管道的入口处，且吹扫器与第五切断阀连通。
在上述的一种水煤浆气化烧嘴系统，所述调节阀实现对流量的调节；切断阀实现对管路连通或断开控制；所述混合器实现对燃料气的充分混合；吹扫器实现去除水煤浆的杂志。
在上述的一种水煤浆气化烧嘴系统，所述第二调节阀与第三调节阀的流量调节范围不同；通过配合调节第二调节阀和第三调节阀实现对外部氧源输入量的控制；第五调节阀与第六调节阀的流量调节范围不同；通过配合调节第五调节阀和第六调节阀实现对外部燃料气源输入量的控制。
在上述的一种水煤浆气化烧嘴系统，所述烧嘴系统的工作过程为：
初始状态，第四切断阀闭合实现管路连通；外部燃料气源经第五调节阀和第六调节阀进入混合器，混合后进入燃料气管道；第一切断阀和第三切断阀打开实现管路断开；第二切断阀闭合；实现外部氧气源经第二调节阀和第三调节阀后进入主氧管道；外部点火器点火，点燃外部氧气源和外部燃料气的混合气体；实现对外部气化炉的暖炉；
当外部气化炉温度到达阈值a时，打开第二切断阀，实现管路断开；打开第四切断阀，实现管路断开；闭合第五切断阀，实现管路连通；外部水煤浆源进入水煤浆管道；打开第一切断阀和第三切断阀；实现外部氧源依次经第一调节阀、第四调节阀后进入中心氧管道；外部水煤浆源在烧嘴中燃烧，实现正常运行。
在上述的一种水煤浆气化烧嘴系统，所述阈值a为780℃-820℃。
在上述的一种水煤浆气化烧嘴系统，所述烧嘴系统还包括2个观火通道和2个火检摄像装置；2个观火通道对称设置烧嘴的两侧；每个观火通道的顶部对应安装1个火检摄像装置；观火通道伸入外部气化炉内部；通过火检摄像装置和观火通道实现对外部气化炉内部燃烧情况的观察。
在上述的一种水煤浆气化烧嘴系统，所述观火通道与烧嘴轴线的夹角为0-45°。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明将传统预热烧嘴与工艺烧嘴功能合二为一，气化炉点火、烘炉、投料、运行等过程可只由一个烧嘴独立完成而避免更换烧嘴；
(2)本发明烧嘴开车过程可实现自动化连续操作，操作简单方便，开车程序大大简化；
(3)本发明烧嘴配套了火检摄像装置，可在点火、烘炉、投料、运行全程监测炉内火焰状况，系统运行安全可靠；
(4)烧嘴通过优化冷却结构，可显著改善烧嘴头部及外管的冷却效果，提高烧嘴使用寿命；
(5)不再需要开工抽引器对气化炉进行抽负压操作，烘炉阶段不再需要消耗低压蒸汽。
附图说明
图1为本发明烧嘴系统示意图；
图2为本发明观火通道和火检摄像装置示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提出了一种水煤浆气化烧嘴系统，简化了气化炉开车流程，并减小开车过程安全隐患，改造后，气化炉点火、烘炉、投料、运行等过程可只由一个烧嘴独立连续完成而避免更换烧嘴。
如图1所示，水煤浆气化烧嘴系统，主要包括烧嘴4、氧气供应系统2、燃料气供应系统1和水煤浆供应系统3；其中，烧嘴4为轴向竖直放置的中空管状结构；烧嘴4的内部从内至外依次设置有中心氧管道41、燃料气管道42、水煤浆管道43和主氧管道44；氧气供应系统2分别与中心氧管道41和主氧管道44连通，实现向烧嘴4内部供氧；燃料气供应系统1与燃料气管道42管道连通，实现向烧嘴4内部供燃料气；水煤浆供应系统3与水煤浆管道43连通，实现向烧嘴4内部供水煤浆；烧嘴4的顶部设置有外部点火器；烧嘴4的底部伸入外部气化炉中；且中心氧管道41、燃料气管道42、水煤浆管道43、主氧管道44和烧嘴4的底部均设置有通孔；实现将氧、燃料气和水煤浆输入至外部气化炉中。
其中，氧气供应系统2包括第一调节阀21、第一切断阀22、第二调节阀23、第三调节阀24、第二切断阀25、第四调节阀26和第三切断阀27；其中，第一调节阀21的一端与外部氧源连通；第一调节阀21的另一端与第一切断阀22的一端连通；第一切断阀22的一端分别与第四调节阀26的一端和主氧管道44连通；第四调节阀26的另一端与第三切断阀27串联后，与中心氧管道41连通；第二调节阀23的一端与氧源连通；第二调节阀23的另一端与第二切断阀25串联后与主氧管道44连通；第三调节阀24与第二调节阀23并联。第二调节阀23与第三调节阀24的流量调节范围不同；通过配合调节第二调节阀23和第三调节阀24实现对外部氧源输入量的控制。
燃料气供应系统1包括第五调节阀11、第六调节阀12、混合器13和第四切断阀14；第五调节阀11的一端与外部燃料气源连通；第五调节阀11的另一端与混合器13和第四切断阀14依次串联后，与燃料气管道42连通；第六调节阀12与第五调节阀11并联。第五调节阀11与第六调节阀12的流量调节范围不同；通过配合调节第五调节阀11和第六调节阀12实现对外部燃料气源输入量的控制。
水煤浆供应系统3包括第五切断阀31和吹扫器32；第五切断阀31的一端与外部水煤浆连通；第五切断阀31的另一端与水煤浆管道43连通；吹扫器32设置在水煤浆管道43的入口处，且吹扫器32与第五切断阀31连通。
调节阀实现对流量的调节；切断阀实现对管路连通或断开控制；所述混合器13实现对燃料气的充分混合；吹扫器32实现去除水煤浆的杂志。
烧嘴系统的工作过程为：
初始状态，第四切断阀14闭合实现管路连通；外部燃料气源经第五调节阀11和第六调节阀12进入混合器13，混合后进入燃料气管道42；第一切断阀22和第三切断阀27打开实现管路断开；第二切断阀25闭合；实现外部氧气源经第二调节阀23和第三调节阀24后进入主氧管道44；外部点火器点火，点燃外部氧气源和外部燃料气的混合气体；实现对外部气化炉的暖炉；
当外部气化炉温度到达阈值a时，阈值a为780℃-820℃。打开第二切断阀25，实现管路断开；打开第四切断阀14，实现管路断开；闭合第五切断阀31，实现管路连通；外部水煤浆源进入水煤浆管道43；打开第一切断阀22和第三切断阀27；实现外部氧源依次经第一调节阀21、第四调节阀26后进入中心氧管道41；外部水煤浆源在烧嘴1中燃烧，实现正常运行。
如图2所示，烧嘴系统还包括2个观火通道5和2个火检摄像装置6；2个观火通道5对称设置烧嘴4的两侧；每个观火通道5的顶部对应安装1个火检摄像装置6；观火通道5伸入外部气化炉内部；通过火检摄像装置6和观火通道5实现对外部气化炉内部燃烧情况的观察。观火通道5与烧嘴4轴线的夹角为0-45°。
本发明对氧气供应系统2改造包括：在现有的氧气供应系统基础上，增加一个氧气支路，该氧气支路与主氧气管路并联，自主氧路氧气调节阀前引出，在烧嘴主氧入口前汇入主氧气管路，用于烘炉阶段氧气供给。在现有中心氧管路上中心氧调节阀后、烧嘴中心氧入口前增加中心氧切断阀及中心氧路氮气吹扫/保护切断阀旁路，用于烘炉阶段烧嘴中心通道保护隔离。
本发明对燃料气供应系统1改造包括：对现有预热烧嘴燃料气供应系统进行整体替换，用于烘炉阶段燃料气供给。新燃料气供应系统依次由燃气支管、稀释氮气支管、燃气-氮气混合器、燃气切断阀及燃气路氮气吹扫/保护切断阀旁路组成。其中燃气支管和稀释氮气支管并联汇入燃气-氮气混合器，用于对燃料气热值进行调节；燃气切断阀及燃气路氮气吹扫/保护切断阀旁路用于正常运行阶段烧嘴燃气通道保护隔离。
本发明对烧嘴4改造包括：舍弃传统预热烧嘴，在现有工艺烧嘴中心通道内增加自动点火装置；在中心通道外、水煤浆通道内增加一层燃气通道，燃气通道尾部侧面设置一个燃料气入口，形成新的主工艺烧嘴。在主工艺烧嘴两侧对称增加两个观火通道，与主工艺烧嘴中心轴线夹角0～45°；该观火通道头部靠近主工艺烧嘴头部，尾部侧面设置一个吹扫气入口，尾部为观火通道切断球阀及阀后的火检摄像装置。
所述的氧气支路依次由两个并联的支路氧气调节阀、氧气支路切断阀及氧气支路氮气吹扫切断阀旁路组成。其中两个支路氧气调节阀设计流量比为5～10，以保证氧气流量在1:50调节比范围内精确调节。
所述的燃气支管由两个并联的燃料气调节阀组成。其中两个燃料气调节阀设计流量比为5～10，以保证燃料气流量在1:50调节比范围内精确调节。
所述的新燃料气供应系统以燃气切断阀为界，燃气切断阀及燃气切断阀到烧嘴燃料气入口段压力等级按正常运行工况设计，其余部分压力等级按烘炉工况设计。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种水煤浆气化烧嘴系统，其特征在于：包括烧嘴(4)、氧气供应系统(2)、燃料气供应系统(1)和水煤浆供应系统(3)；其中，烧嘴(4)为轴向竖直放置的中空管状结构；烧嘴(4)的内部从内至外依次设置有中心氧管道(41)、燃料气管道(42)、水煤浆管道(43)和主氧管道(44)；氧气供应系统(2)分别与中心氧管道(41)和主氧管道(44)连通，实现向烧嘴(4)内部供氧；燃料气供应系统(1)与燃料气管道(42)管道连通，实现向烧嘴(4)内部供燃料气；水煤浆供应系统(3)与水煤浆管道(43)连通，实现向烧嘴(4)内部供水煤浆；烧嘴(4)的顶部设置有外部点火器；烧嘴(4)的底部伸入外部气化炉中；且中心氧管道(41)、燃料气管道(42)、水煤浆管道(43)、主氧管道(44)和烧嘴(4)的底部均设置有通孔；实现将氧、燃料气和水煤浆输入至外部气化炉中。
2.根据权利要求1所述的一种水煤浆气化烧嘴系统，其特征在于：所述氧气供应系统(2)包括第一调节阀(21)、第一切断阀(22)、第二调节阀(23)、第三调节阀(24)、第二切断阀(25)、第四调节阀(26)和第三切断阀(27)；其中，第一调节阀(21)的一端与外部氧源连通；第一调节阀(21)的另一端与第一切断阀(22)的一端连通；第一切断阀(22)的一端分别与第四调节阀(26)的一端和主氧管道(44)连通；第四调节阀(26)的另一端与第三切断阀(27)串联后，与中心氧管道(41)连通；第二调节阀(23)的一端与氧源连通；第二调节阀(23)的另一端与第二切断阀(25)串联后与主氧管道(44)连通；第三调节阀(24)与第二调节阀(23)并联。
3.根据权利要求2所述的一种水煤浆气化烧嘴系统，其特征在于：所述燃料气供应系统(1)包括第五调节阀(11)、第六调节阀(12)、混合器(13)和第四切断阀(14)；第五调节阀(11)的一端与外部燃料气源连通；第五调节阀(11)的另一端与混合器(13)和第四切断阀(14)依次串联后，与燃料气管道(42)连通；第六调节阀(12)与第五调节阀(11)并联。
4.根据权利要求3所述的一种水煤浆气化烧嘴系统，其特征在于：所述水煤浆供应系统(3)包括第五切断阀(31)和吹扫器(32)；第五切断阀(31)的一端与外部水煤浆连通；第五切断阀(31)的另一端与水煤浆管道(43)连通；吹扫器(32)设置在水煤浆管道(43)的入口处，且吹扫器(32)与第五切断阀(31)连通。
5.根据权利要求4所述的一种水煤浆气化烧嘴系统，其特征在于：所述调节阀实现对流量的调节；切断阀实现对管路连通或断开控制；所述混合器(13)实现对燃料气的充分混合；吹扫器(32)实现去除水煤浆的杂志。
6.根据权利要求5所述的一种水煤浆气化烧嘴系统，其特征在于：所述第二调节阀(23)与第三调节阀(24)的流量调节范围不同；通过配合调节第二调节阀(23)和第三调节阀(24)实现对外部氧源输入量的控制；第五调节阀(11)与第六调节阀(12)的流量调节范围不同；通过配合调节第五调节阀(11)和第六调节阀(12)实现对外部燃料气源输入量的控制。
7.根据权利要求6所述的一种水煤浆气化烧嘴系统，其特征在于：所述烧嘴系统的工作过程为：
初始状态，第四切断阀(14)闭合实现管路连通；外部燃料气源经第五调节阀(11)和第六调节阀(12)进入混合器(13)，混合后进入燃料气管道(42)；第一切断阀(22)和第三切断阀(27)打开实现管路断开；第二切断阀(25)闭合；实现外部氧气源经第二调节阀(23)和第三调节阀(24)后进入主氧管道(44)；外部点火器点火，点燃外部氧气源和外部燃料气的混合气体；实现对外部气化炉的暖炉；
当外部气化炉温度到达阈值a时，打开第二切断阀(25)，实现管路断开；打开第四切断阀(14)，实现管路断开；闭合第五切断阀(31)，实现管路连通；外部水煤浆源进入水煤浆管道(43)；打开第一切断阀(22)和第三切断阀(27)；实现外部氧源依次经第一调节阀(21)、第四调节阀(26)后进入中心氧管道(41)；外部水煤浆源在烧嘴(1)中燃烧，实现正常运行。
8.根据权利要求7所述的一种水煤浆气化烧嘴系统，其特征在于：所述阈值a为780℃-820℃。
9.根据权利要求8所述的一种水煤浆气化烧嘴系统，其特征在于：所述烧嘴系统还包括2个观火通道(5)和2个火检摄像装置(6)；2个观火通道(5)对称设置烧嘴(4)的两侧；每个观火通道(5)的顶部对应安装1个火检摄像装置(6)；观火通道(5)伸入外部气化炉内部；通过火检摄像装置(6)和观火通道(5)实现对外部气化炉内部燃烧情况的观察。
10.根据权利要求9所述的一种水煤浆气化烧嘴系统，其特征在于：所述观火通道(5)与烧嘴(4)轴线的夹角为0-45°。
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