CN114317014B - 富氧燃烧内热式煤低温干馏炉及部分预混燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉的部分预混燃烧装置及方法，属于煤化工的低温干馏领域。本发明中富氧空气和煤气在流量计和调节阀的控制下定量输送至套管式燃烧器的锥形预混段进行部分预混，之后进入火道内隔档形成的燃烧室，该燃烧室可加大过量未燃或低温煤气的返混，降低燃烧区域热点温度，富氧空气和煤气在燃烧室内进行部分预混燃烧后经燃烧室出口进入火道后段，形成温度均匀的混合气体热介质(包括燃烧产物和过量煤气)，经火道侧墙上的火眼进入干馏炉，为煤低温干馏提供热量。本装置及方法解决了火眼处温度不均匀且超温，进而造成干馏产品不稳定的技术问题。

Description

富氧燃烧内热式煤低温干馏炉及部分预混燃烧方法
技术领域
本发明属于煤化工的低温干馏领域，具体涉及一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉及部分预混燃烧方法。
背景技术
低变质煤资源丰富，通过低温干馏得到煤气、兰炭和焦油，是低变质煤分级分质利用的一种有效方法。目前主要采用直立内热炉，主要工艺为：将块煤由炉顶加入，煤气与空气自炉子下部鼓入，在火道中燃烧产生高温气体，与炉内的煤相向而行，实现换热进而使得煤中的挥发分和焦油分离，实现低温干馏。由于燃烧采用空气助燃，燃烧烟气与产生的煤气混合在一起，导致煤气中氮气含量较高，不仅增大了煤气净化系统的处理压力，而且降低了煤气的热值，导致煤气量大质低，难以有效利用。
实现有效的煤炭分质综合利用，提高煤低温干馏工艺的煤气利用价值，是目前煤低温干馏行业发展的重要目标。富氧燃烧内热式低温干馏利用富氧助燃代替空气助燃，可以有效降低煤气中无用组分氮气的含量。但是，现有炉型的烧嘴及火道结构不适用于直接富氧燃烧，容易出现烧嘴及火道局部超温，进而造成干馏炉运行中结渣、炉截面温度分布不均匀、干馏产品质量不稳定的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉及部分预混燃烧方法，解决现有炉型直接实施富氧燃烧，容易出现烧嘴及火道局部超温，进而造成干馏炉运行中结渣、炉截面温度分布不均匀、干馏产品质量不稳定的问题。
为达到上述目的，本发明提出以下技术方案：
本发明公开了一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉的部分预混燃烧装置，包括火道和套管式燃烧器；所述火道的左端面为炉墙，其余壁面均为火道壁面；在火道的左端面开设有锥形预混段，所述套管式燃烧器在锥形预混段处与炉墙固接；
所述火道内部设燃烧室隔挡，燃烧室隔挡与炉墙及火道前段壁面围成一个燃烧室；所述套管式燃烧器经锥形预混段与燃烧室相连通；所述燃烧室隔挡上开设有燃烧室出口；所述火道的后段侧墙面开设有火眼；
所述套管式燃烧器包括同轴套设的燃烧器内管和燃烧器外管，两者均与锥形预混段相通；燃烧器内管用于通入富氧空气，燃烧器外管用于通入煤气。
优选地，燃烧器内管和燃烧器外管的出口均设置锥形缩口；燃烧器外管的锥形缩口伸入锥形预混段中，由石棉垫圈密封；燃烧器外管的直管段末端与炉墙固接。
优选地，锥形预混段由在炉墙的开口处砌筑内型为锥形孔的高铝质异型耐火砖而形成，且锥形预混段沿气流方向呈渐缩型。
优选地，锥形预混段和燃烧室出口的截面均为圆形孔，且燃烧室出口的圆孔直径是锥形预混段圆孔直径的1/3～4/3，两圆孔轴线位于同一水平位置。
优选地，燃烧室隔挡设置于火道前端的1/3～1/6处，燃烧室长宽比为1.2～1.8；燃烧室由高铝质异型耐火砖砌成。
优选地，火眼与低温干馏炉内部空间相连通。
优选地，燃烧器内管与富氧空气管路连通，在富氧空气管路上设置富氧空气调节阀及富氧空气流量计；燃烧器外管与煤气管路连通，在煤气管路上设置煤气调节阀及煤气流量计。
进一步优选地，富氧空气调节阀和煤气调节阀均为电动调节阀或气动调节阀，并分别与富氧空气流量计和煤气流量计关联，富氧空气流量计和煤气流量计上均集成控制器。
本发明还公开了基于上述的富氧燃烧内热式煤低温干馏炉的部分预混燃烧装置进行部分预混燃烧的方法，富氧空气和煤气分别由套管式燃烧器的燃烧器内管和燃烧器外管进入锥形预混段，在锥形预混段进行部分预混，之后进入燃烧室，在燃烧室内进行部分预混燃烧，再经位于燃烧室隔档上的燃烧室出口进入火道后段，最后经火道后段侧墙上的火眼进入干馏炉内部空间。
优选地，进入套管式燃烧器的富氧空气是指氧气体积分数30％～100％的氧气和空气的混合气体，进入套管式燃烧器的煤气流量是富氧空气流量的1.5～15倍，富氧空气与煤气的流量由富氧空气流量计、煤气流量计、富氧空气调节阀和煤气调节阀精确控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开的富氧燃烧内热式煤低温干馏炉的部分预混燃烧装置，在火道的左端面开设有锥形预混段，所述套管式燃烧器在锥形预混段处与炉墙固接，富氧空气和煤气分别由套管式燃烧器的燃烧器内管和燃烧器外管进入锥形预混段进行部分预混；火道内部设燃烧室隔挡，燃烧室隔挡与炉墙及火道前段壁面围成一个燃烧室，所述套管式燃烧器经锥形预混段与燃烧室相连通，在锥形预混段进行部分预混之后的混合气体进入燃烧室进行部分预混燃烧；锥形预混段和燃烧室的设置促进过量未燃或低温煤气的返混，降低燃烧区域热点温度，从而保证火道出口的各火眼处温度分布均匀且不超温，避免了现有炉型的烧嘴及火道结构直接实施富氧燃烧，容易出现烧嘴及火道局部超温的问题；同时，富氧空气由燃烧器内管进入锥形预混段，实现富氧空气代替空气，与煤气燃烧产生混合热载气进入干馏炉中供热，由于燃烧后气体中氮气体积分数较低，其与干馏产生的煤气混合后对煤气质量的影响不大。因此，相比于传统内热式干馏炉中大量氮气混入干馏煤气的工艺，本发明有助于提高煤气热值，实现煤气的高附加值利用。
进一步地，燃烧器内管和燃烧器外管的出口均设置锥形缩口，有利于富氧空气与煤气以高流速进入锥形预混段，提高部分预混程度；燃烧器外管的锥形缩口伸入锥形预混段中，由石棉垫圈进行密封，可以防止气体泄露。
进一步地，燃烧室出口的圆孔直径是锥形预混段圆孔直径的1/3～4/3，且两圆孔轴线位于同一水平位置，能够使燃烧产物有效返混，且不会影响火焰稳定性。
进一步地，燃烧室隔挡设置于火道前段的1/3～1/6处，燃烧室长宽比为1.2～1.8同样能够使燃烧产物有效返混，且不会影响火焰稳定性。
进一步地，连接富氧空气和煤气的燃烧器内管与燃烧器外管均设置一组流量计和调节阀，富氧空气调节阀和煤气调节阀均为电动调节阀或气动调节阀，并分别与富氧空气流量计和煤气流量计关联，富氧空气流量计和煤气流量计上均集成控制器配合控制富氧空气和煤气的流量，可以实现富氧空气与煤气在设定流量下的稳定燃烧，避免了现有炉型的烧嘴及火道结构直接实施富氧燃烧，容易出现烧嘴及火道局部超温，进而造成干馏炉运行中结渣、炉截面温度分布不均匀、干馏产品质量不稳定的问题。
附图说明
图1为本发明一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉的部分预混燃烧装置的俯视图局部剖视图；
图2为本发明一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉的部分预混燃烧装置的主视图全剖视图；
图3为套管式燃烧器和锥形预混段的局部结构示意图。
其中：1—套管式燃烧器；2—锥形预混段；3—燃烧室；4—火道；5—燃烧室隔挡；6—燃烧室出口；7—火眼；8—富氧空气流量计；9—煤气流量计；10—富氧空气调节阀；11—煤气调节阀；12—炉墙；13—燃烧器内管；14—燃烧器外管；15—石棉垫圈；16—法兰。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明公开的富氧燃烧内热式煤低温干馏炉的部分预混燃烧装置及方法，适用于新建或现行常规内热式煤低温干馏炉改造，参见图1和图2，装置包括：火道4和套管式燃烧器1，所述火道4的左端面为炉墙12，其余壁面均为火道4壁面；在火道4的左端面开设有锥形预混段2，所述套管式燃烧器1在锥形预混段处与炉墙12固接；所述火道4内部设燃烧室隔挡5，燃烧室隔挡5与炉墙12及火道4前段壁面围成一个燃烧室3；所述套管式燃烧器1经锥形预混段2与燃烧室3相连通；所述燃烧室隔挡5上开设有燃烧室出口6；所述火道4的后段侧墙面开设有火眼7；所述套管式燃烧器1包括同轴套设的燃烧器内管13和燃烧器外管14，两者均与锥形预混段2相通；燃烧器内管13用于通入富氧空气，燃烧器外管14用于通入煤气。
优选地，火道4的左端面为炉墙12，其余壁面均为火道4壁面；套管式燃烧器1通过法兰16固接于炉墙12上，与开设于炉墙12锥形预混段2相连通；火道4内部设燃烧室隔挡5，燃烧室隔挡5与炉墙12及火道4前段壁面围成一个燃烧室3，锥形预混段2与燃烧室3相连通，燃烧室隔挡5上开设有燃烧室出口6，火道4后段的侧墙面开设有火眼7；
参见图3，套管式燃烧器1包括燃烧器内管13和燃烧器外管14，燃烧器内管13和燃烧器外管14同轴套设；燃烧器内管13和燃烧器外管14的出口均设置锥形缩口；燃烧器外管14的锥形缩口伸入锥形预混段2中，由石棉垫圈15密封；燃烧器外管14的直管段末端与炉墙12固接。
优选地，锥形预混段2由在炉墙12开口处砌筑内型为锥形孔的高铝质异型耐火砖而形成，且锥形预混段2沿气流方向呈渐缩型。
优选地，锥形预混段2和燃烧室出口6的截面均为圆形孔，且燃烧室出口6的圆孔直径是锥形预混段2圆孔直径的1/3～4/3，两圆孔轴线位于同一水平位置。
优选地，火眼7开设于火道4后段侧墙(火道4前段为燃烧室3)，火眼7与低温干馏炉内部空间相连通。
优选地，燃烧室隔挡5设置于火道4前端的1/3～1/6处，燃烧室3长宽比为1.2～1.8，其长度方向指与燃烧器内管13的轴线方向相同的方向，宽度方向是其垂直方向；燃烧室3由高铝质异型耐火砖砌成。
优选地，燃烧器内管13与富氧空气管路连通，在富氧空气管路上设置富氧空气调节阀10及富氧空气流量计8；燃烧器外管14与煤气管路连通，在煤气管路上设置煤气调节阀11及煤气流量计9；
优选地，富氧空气调节阀10和煤气调节阀11均为电动调节阀或气动调节阀，并分别与富氧空气流量计8和煤气流量计9关联，富氧空气流量计8和煤气流量计9上均集成控制器，实现自动调节。
采用本发明的上述装置进行部分预混燃烧时，富氧空气和煤气在套管式燃烧器1出口处的锥形预混段2进行部分预混，然后进入燃烧室3促进过量未燃或低温煤气的返混，降低燃烧区域热点温度；富氧空气和煤气在燃烧室3内进行部分预混燃烧后经燃烧室出口6进入火道4后段，形成温度均匀的混合气体热介质(包括燃烧产物和过量煤气)，经火道4后段侧墙上的火眼7进入干馏炉，为煤低温干馏提供热量优选地，进入套管式燃烧器1的富氧空气是指氧气体积分数30％～100％的氧气和空气的混合气体，进入套管式燃烧器1的煤气流量是富氧空气流量的1.5～15倍，富氧空气与煤气的流量由富氧空气流量计8、煤气流量计9、富氧空气调节阀10和煤气调节阀11精确控制。
以下为具体应用实施例：
实施例1应用于富氧率83％、年产量7.5万吨的富氧燃烧内热式煤低温干馏炉
(1)基本情况
建设有年产7.5万吨兰炭的煤低温干馏炉，采用富氧率83％的富氧空气与煤气在炉内燃烧产生高温热载气，进入炉膛，为煤低温干馏提供热量。炉体下部两侧共设置48个供气支路，分别向48个火道中供富氧空气和煤气。相关设施配备齐全，包括干馏炉本体、助燃风机、煤气风机、原料准备(破碎筛分系统)、加料系统、煤气导出系统、排焦系统、煤气净化系统、焦油捕收系统、水循环系统、焦油池(罐)及控制系统等。其中，回炉煤气流量为6708m3/h,富氧空气流量为516m3/h。
(2)应用方式
按照本发明内容，在48个供气支路上分别设置电动调节阀和流量计，连接富氧空气喷嘴和煤气喷嘴。富氧空气喷嘴同布置于煤气喷嘴中，煤气喷嘴出口收缩段伸入炉墙的锥形预混段。设置富氧空气流量计和煤气流量计设定值分别为10.75m3/h和139.75m3/h，利用流量计反馈控制调节阀开度，维持富氧空气和煤气的流量稳定。在火道长度1/4处用异型耐火砖堆砌燃烧室隔挡，在燃烧室隔挡上开设与富氧空气喷嘴相同高度的燃烧室出口圆孔，孔径设置为锥形预混段孔径的1/2。
(3)应用结果
按照上述方案，可以实现低温干馏煤气和富氧空气的稳定的大当量比燃烧，在预混孔和燃烧室形成部分预混火焰，并在火道内形成温度均匀的燃烧后气体，从火眼喷入干馏炉内。可保证各火眼处温度均匀且不超温，避免了火眼结渣，实现稳定的富氧燃烧内热式煤低温干馏工艺长周期运行，煤气中氢气、甲烷比例大幅度提高，氮气含量可降低到7％以下。
实施例2应用于富氧率65％、年产量7.5万吨的富氧燃烧内热式煤低温干馏炉
(1)基本情况
建设有年产7.5万吨兰炭的煤低温干馏炉，采用富氧率65％的富氧空气与煤气在炉内燃烧产生高温热载气，进入炉膛，为煤低温干馏提供热量。炉体下部两侧共设置48个供气支路，分别向48个火道中供富氧空气和煤气。相关设施配备齐全，包括干馏炉本体、助燃风机、煤气风机、原料准备(破碎筛分系统)、加料系统、煤气导出系统、排焦系统、煤气净化系统、焦油捕收系统、水循环系统、焦油池(罐)及控制系统等。其中，回炉煤气流量为6565m3/h,富氧空气流量为659m3/h。
(2)应用方式
按照本发明内容，在48个供气支路上分别设置电动调节阀和流量计，连接富氧空气喷嘴和煤气喷嘴。富氧空气喷嘴同布置于煤气喷嘴中，煤气喷嘴出口收缩段伸入炉墙的锥形预混段。设置富氧空气流量计和煤气流量计设定值分别为13.73m3/h和136.77m3/h，利用流量计反馈控制调节阀开度，维持富氧空气和煤气的流量稳定。在火道长度1/4处用异型耐火砖堆砌燃烧室隔挡，在燃烧室隔挡上开设与富氧空气喷嘴相同高度的燃烧室出口圆孔，孔径设置为锥形预混段孔径的1/2。
(3)应用结果
按照上述方案，可以实现低温干馏煤气和富氧空气的稳定的大当量比燃烧，在预混孔和燃烧室形成部分预混火焰，并在火道内形成温度均匀的燃烧后气体，从火眼喷入干馏炉内。与传统烧嘴结构比，燃烧热点温度降低，各火眼处温度均匀且不超温，避免了火眼结渣，实现稳定的富氧燃烧内热式煤低温干馏，煤气质量明显提高，氢气、甲烷可分别达到40％和18％以上，氮气含量可降低到6％以下。
实施例3应用于富氧率100％、年产量11.25万吨的富氧燃烧内热式煤低温干馏炉
(1)基本情况
建设有年产11.25万吨兰炭的煤低温干馏炉，采用富氧率100％的富氧空气与煤气在炉内燃烧产生高温热载气，进入炉膛，为煤低温干馏提供热量。炉体下部两侧共设置72个供气支路，分别向72个火道中供富氧空气和煤气。相关设施配备齐全，包括干馏炉本体、助燃风机、煤气风机、原料准备(破碎筛分系统)、加料系统、煤气导出系统、排焦系统、煤气净化系统、焦油捕收系统、水循环系统、焦油池(罐)及控制系统等。其中，回炉煤气流量为10194m3/h,富氧空气流量为642m3/h。
(2)应用方式
按照本发明内容，在72个供气支路上分别设置电动调节阀和流量计，连接富氧空气喷嘴和煤气喷嘴。富氧空气喷嘴同布置于煤气喷嘴中，煤气喷嘴出口收缩段伸入炉墙的锥形预混段。设置富氧空气流量计和煤气流量计设定值分别为8.92m3/h和141.58m3/h，利用流量计反馈控制调节阀开度，维持富氧空气和煤气的流量稳定。在火道长度1/4处用异型耐火砖堆砌燃烧室隔挡，在燃烧室隔挡上开设与富氧空气喷嘴相同高度的燃烧室出口圆孔，孔径设置为锥形预混段孔径的1/2。
(3)应用结果
按照上述方案，可以实现低温干馏煤气和富氧空气的稳定的大当量比燃烧，在预混孔和燃烧室形成部分预混火焰，并在火道内形成温度均匀的燃烧后气体，从火眼喷入干馏炉内。保证各火眼处温度均匀且不超温，避免火眼结渣，实现稳定的富氧燃烧内热式煤低温干馏炉长周期运行，煤气质量大幅度提高，煤气中氢气、甲烷比例大幅度提高，氮气含量可降低到6％以下。可用于合成气原料。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉，其特征在于，包括火道（4）和套管式燃烧器（1）；所述火道（4）的左端面为炉墙（12），其余壁面均为火道（4）壁面；在火道（4）的左端面开设有锥形预混段（2），所述套管式燃烧器（1）在锥形预混段处与炉墙（12）固接；
所述火道（4）内部设燃烧室隔挡（5），燃烧室隔挡（5）与炉墙（12）及火道（4）前段壁面围成一个燃烧室（3）；所述套管式燃烧器（1）经锥形预混段（2）与燃烧室（3）相连通；所述燃烧室隔挡（5）上开设有燃烧室出口（6），锥形预混段（2）和燃烧室出口（6）的截面均为圆形孔，且燃烧室出口（6）的圆孔直径是锥形预混段（2）圆孔直径的1/3~4/3，两圆孔轴线位于同一水平位置；所述火道（4）的后段侧墙面开设有火眼（7），火眼（7）与低温干馏炉内部空间相连通；
所述套管式燃烧器（1）包括同轴套设的燃烧器内管（13）和燃烧器外管（14），两者均与锥形预混段（2）相通；燃烧器内管（13）用于通入富氧空气，燃烧器外管（14）用于通入煤气。
2.根据权利要求1所述的一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉，其特征在于，燃烧器内管（13）和燃烧器外管（14）的出口均设置锥形缩口；燃烧器外管（14）的锥形缩口伸入锥形预混段（2）中，由石棉垫圈（15）密封；燃烧器外管（14）的直管段末端与炉墙（12）固接。
3.根据权利要求1所述的一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉，其特征在于，锥形预混段（2）由在炉墙（12）的开口处砌筑内型为锥形孔的高铝质异型耐火砖而形成，且锥形预混段（2）沿气流方向呈渐缩型。
4.根据权利要求1所述的一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉，其特征在于，燃烧室隔挡（5）设置于火道（4）前端的1/3~1/6处，燃烧室（3）长宽比为1.2~1.8；燃烧室（3）由高铝质异型耐火砖砌成。
5.根据权利要求1所述的一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉，其特征在于，燃烧器内管（13）与富氧空气管路连通，在富氧空气管路上设置富氧空气调节阀（10）及富氧空气流量计（8）；燃烧器外管（14）与煤气管路连通，在煤气管路上设置煤气调节阀（11）及煤气流量计（9）。
6.根据权利要求5所述的一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉，其特征在于，富氧空气调节阀（10）和煤气调节阀（11）均为电动调节阀或气动调节阀，并分别与富氧空气流量计（8）和煤气流量计（9）关联，富氧空气流量计（8）和煤气流量计（9）上均集成控制器。
7.基于权利要求1~6任意一项所述的一种富氧燃烧内热式煤低温干馏炉进行部分预混燃烧的方法，其特征在于，富氧空气和煤气分别由套管式燃烧器（1）的燃烧器内管（13）和燃烧器外管进入锥形预混段（2），在锥形预混段（2）进行部分预混，之后进入燃烧室（3），在燃烧室（3）内进行部分预混燃烧，再经位于燃烧室隔档（5）上的燃烧室出口（6）进入火道（4）后段，最后经火道（4）后段侧墙上的火眼（7）进入干馏炉内部空间。
8.根据权利要求7所述的部分预混燃烧的方法，其特征在于，进入套管式燃烧器（1）的富氧空气是指氧气体积分数30%~100%的氧气和空气的混合气体，进入套管式燃烧器（1）的煤气流量是富氧空气流量的1.5~15倍，富氧空气与煤气的流量由富氧空气流量计（8）、煤气流量计（9）、富氧空气调节阀（10）和煤气调节阀（11）精确控制。
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