CN114321886A - 一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置及方法，属于煤化工的低温干馏领域。该装置包括炉体、燃烧器、过量煤气补充枪、布气砖、高能点火器、窥火孔、保温层以及热载气出口。本发明在低温干馏炉外实现煤气和富氧空气的稳定燃烧，并通过过量煤气补充调节热载气温度，产生额定温度的热载气进入低温干馏炉中，为低变质煤低温干馏过程提供热量。本装置及方法可以在维持低温干馏炉炉况稳定的前提下，提高低温干馏煤气质量，促进煤低温干馏产业可持续发展。
Description
技术领域
本发明属于煤化工的低温干馏领域，具体涉及一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置及方法。
背景技术
富氧燃烧内热式煤低温干馏技术是在现行煤低温干馏技术的基础上提出的能有效提高低温干馏煤气质量的新型低温干馏技术。利用富氧助燃气代替空气助燃，与煤气燃烧产生煤低温干馏所需的热载气，热载气与煤料充分换热后，与煤低温干馏产生的气体混合在一起，共同构成低温干馏煤气。采用富氧燃烧可以最大限度地降低热载气中由于空气助燃引入的氮气含量，从而降低低温干馏煤气中的氮气含量，提高煤气质量，扩宽低温干馏煤气的应用领域，促进下游产业链的发展。
然而，现有的煤低温干馏炉为内燃内热式结构，即煤气燃烧产生热载气和热载气与煤接触换热的过程均在炉内进行。直接将助燃空气替换为富氧，会改变其在炉内的燃烧特性。富氧燃烧相对于原有的空气助燃，火焰长度显著缩短，火焰最高温度超过1500K以上，火焰脉动增强，极易造成低温干馏炉内热载气通道超温、煤灰结渣、堵塞，导致炉内气流及热量分布不均匀、炉况波动、产品质量不稳定。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置及方法，以解决目前内燃内热式干馏炉直接实施富氧燃烧，造成低温干馏炉内热载气通道超温、煤灰结渣、堵塞，导致炉内气流及热量分布不均匀、炉况波动、产品质量不稳定的技术问题。
为达到上述目的，本发明提出以下技术方案：
本发明公开了一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，包括炉体，在炉体一端端面固定有燃烧器和过量煤气补充枪，在炉体另一端开设有能够与低温干馏炉的热载气管路相通的接热载气出口，在炉体内的一端侧壁上设置有由布气砖环砌形成的布气环道，所述过量煤气补充枪与布气环道连通；在炉体侧面还设置有高能点火器；
在所述燃烧器的端部开设有富氧空气入口，在燃烧器的侧面开设有煤气入口，在燃烧器内部开设若干个同轴共设的煤气通道和富氧空气通道，若干个富氧空气通道在靠近富氧空气入口处汇集连通；每两个相邻的煤气通道在燃烧器侧面相连通，并与一个煤气入口连通；在每个煤气通道出口处均设置旋流叶片。
优选地，所述燃烧器内开设有四个煤气通道和四个富氧空气通道，所述燃烧器的侧面对称布置两个煤气入口。
优选地，所述布气砖前端面设置扇形通槽，后端面设置扇形孔。
优选地，炉体的侧面设置有窥火孔。
进一步优选地，炉体的内衬由扇形的耐火砖对称的环砌而成，且在耐火砖上于窥火孔和高能点火器所在位置处预留通孔。
优选地，所述煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置采用卧式或立式安装。
优选地，所述炉体外包覆保温层。
优选地，所述高能点火器为可伸缩小火焰点火枪，并集成火焰检测器。
优选地，热载气出口处设有温度计和压力计。
本发明还公开了上述的一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置的运行方法，包括：
富氧空气从富氧空气入口进入燃烧器，在燃烧器内分配至若干个富氧空气通道；与富氧空气流量相对应的当量比1.5～5的煤气均匀分配到各个煤气入口进入到相连通的若干个煤气通道；
煤气在煤气通道出口处的旋流叶片的作用下，形成煤气旋流，与从富氧空气通道中喷出的富氧空气射流在炉体内相混合；在高能点火器的作用下，煤气与富氧空气着火燃烧；
与富氧空气流量相对应的当量比3～7的煤气从过量煤气补充枪进入，在布气砖环砌而成的布气环道的作用下，在炉体内壁环周形成均匀分布的过量煤气混合层；
富氧空气与煤气混合燃烧后的气体经热载气出口输送到通往低温干馏炉的热载气管路。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开的一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，在所述燃烧器的端部开设有富氧空气入口，在燃烧器的侧面开设有煤气入口，在燃烧器内部开设若干个同轴共设的煤气通道和富氧空气通道，若干个富氧空气通道在靠近富氧空气入口处汇集连通，相邻的煤气通道在燃烧器侧面相连通，且与该侧煤气入口连通，在每个煤气通道出口处均设置旋流叶片，可以让煤气和富氧空气均匀地进入炉体，并在进入到炉体之后得到均匀的、充分的的混合，使得混合气体在燃烧后均匀的分布在炉体内，从而有效避免了火道内部局部温度过高的情况；本发明公开的过量煤气补充枪，在布气砖环砌而成的布气环道的作用下，在炉体内壁环周形成均匀分布的过量煤气混合层，在保护炉体内壁不受高温火焰冲刷的同时，调控热载气温度，从而避免了干馏炉内热载气通道超温、煤灰结渣、堵塞，导致炉内气流及热量分布不均匀、炉况波动、产品质量不稳定的情况。
进一步地，本发明公开的布气砖在前端面设置扇形通槽，汇集由过量煤气补充枪进入的补充煤气，后端面设置扇形孔将补充煤气均匀分布至炉膛环周，一方面保护炉体内壁不受高温火焰冲刷，另一方面起到调节热载气温度的作用，从而避免了干馏炉内热载气通道超温、煤灰结渣、堵塞，导致炉内气流及热量分布不均匀、炉况波动、产品质量不稳定的情况。
进一步地，本发明公开的高能点火器为可伸缩小火焰点火枪，在点火成功后可以及时缩回，该高能点火器还集成火焰检测器，实时监测火焰状态，在火焰熄灭时，及时进行重新点火，可以确保富氧空气与煤气持续燃烧，从而避免炉内气流及热量分布不均匀、炉况波动、产品质量不稳定的情况。
进一步地，本发明热在载气出口处设有温度计和压力计，检测出口热载气的温度压力，保证额定温度压力的热载气经出口进入热载气供气管道，从而避免了干馏炉内热载气通道超温、煤灰结渣、堵塞，导致炉内气流及热量分布不均匀、炉况波动、产品质量不稳定的情况。
附图说明
图1为本发明的煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置的正向剖视图；
图2为本发明的煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置的端部左视图；
图3为沿图1中A-A、B-B线的剖视图；其中，(a)为A-A剖视图；(b)为B-B剖视图；
图4为本发明的煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置的布气砖结构示意图；
图5为本发明一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置的布气砖的局部结构示意图。
其中：1-燃烧器；2-富氧空气入口；3-富氧空气通道；4-煤气入口；5-煤气通道；6-布气环道；7-过量煤气补充枪；8-布气砖；9-高能点火器；10-窥火孔；11-耐火砖；12-炉体；13-保温层；14-热载气出口；15-旋流叶片；16-扇形通槽；17-扇形孔。
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：
参见图1和图2，本发明公开的一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，包括：燃烧器1、过量煤气补充枪7、布气砖8、高能点火器9、窥火孔10、耐火砖11、炉体12、保温层13以及热载气出口14。炉体12为圆筒形，耐火砖11作炉体12内衬，燃烧器1通过法兰固定于炉体12端面中心，两支过量煤气补充枪7对称布置于炉体12端面，与布气砖8环砌成的布气环道6相接通，高能点火器9、窥火孔10布置于炉体12侧面，炉体12外包覆保温层13，热载气出口14与通往低温干馏炉的热载气管路相连接，热载气管路实行严格保温。
优选地，如图3所示，燃烧器1由四个环形的煤气通道5和四个富氧空气通道3构成，且均以燃烧器1端部中心为中心对称分布，每个煤气通道5和富氧空气通道3同轴布置；四个富氧空气通道3在靠近富氧空气入口2处汇集，与位于燃烧器1端部中心的富氧空气入口2连通；两个相邻的煤气通道5在燃烧器1侧面相连通，分别于与对称布置的两个煤气入口4连通；四个煤气通道5出口处分别设置旋流叶片15。
优选地，参见图4和图5，布气环道6由扇形的布气砖8环砌而成。扇形的布气砖8前端面设置扇形通槽16，汇集由过量煤气补充枪7进入的补充煤气，后端面设置扇形孔17，将补充煤气均匀分布至炉膛环周。
优选地，耐火砖11为扇形耐火砖，对称地环砌于炉体12内壁，在窥火孔10和高能点火器9处预留通孔。
优选地，高能点火器9为可伸缩小火焰点火枪，并集成火焰检测器，实时监测火焰状态，以备火焰熄灭时，及时进行重新点火。
本发明提供一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置的使用方法。
优选地，富氧率50％～100％的富氧空气从富氧空气入口2进入，在燃烧器1内分配至四个富氧空气通道3；与富氧空气流量相对应的当量比1.5～5的煤气均分两股从两个煤气入口4进入，在燃烧器内分配至四个煤气通道5；在煤气通道出口处的旋流叶片15的作用下，形成煤气旋流，与从富氧空气通道3中喷出的富氧空气射流相混合，在高能点火器9的作用下，煤气与富氧空气着火燃烧。
优选地，装置稳定运行过程中，通过窥火孔10及高能点火器9内置的火焰监测器监控炉内火焰状态，确保火焰稳定。与富氧空气流量相对应的当量比3～7的煤气从过量煤气补充枪7进入，在布气环道6的作用下，在炉膛内壁环周形成均匀分布的过量煤气混合层，在保护炉膛内壁不受高温火焰冲刷的同时，调控热载气温度；热载气出口14处设有温度计和压力计，检测出口热载气的温度压力，保证额定温度压力的热载气经出口进入热载气供气管道，保温输送至煤低温干馏炉内，为煤低温干馏过程提供热量。
以下为具体应用实施例：
实施例应用于年产7.5万吨兰炭的煤低温干馏炉富氧燃烧改造
(1)基本情况
建设有年产7.5万吨兰炭的煤低温干馏炉，采用空气与煤气在炉内燃烧产生高温热载气，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4644m3/h，空气流量为2580m3/h。
(2)应用方式
按照本发明内容，在煤低温干馏炉外建设富氧燃烧式热载气发生装置，采用83％的富氧空气与煤气燃烧产生热载气，经供热载气管路分配进入低温干馏炉的48个火道中，为煤低温干馏过程提供热量。其中富氧空气流量为516m3/h，全部由燃烧器端部中心的富氧空气入口进入炉膛(指热载气发生装置)，煤气总流量6708m3/h，其中3000m3/h均分两路由燃烧器侧面的两个煤气入口进入，剩余3708m3/h煤气由过量煤气补充枪进入。燃烧器喷出的富氧空气和煤气在炉膛内形成四火焰旋流燃烧，燃烧产物与补充煤气混合，产生1000K左右的热载气，经保温管道，输送至煤低温干馏炉内。
(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在煤低温干馏炉外进行稳定的大当量比燃烧，产生温度恒定的热载气进入低温干馏炉内，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式煤低温干馏，提高煤气质量。
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 (10)
1.一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，其特征在于，包括炉体(12)，在炉体(12)一端端面固定有燃烧器(1)和过量煤气补充枪(7)，在炉体(12)另一端开设有能够与低温干馏炉的热载气管路相通的接热载气出口(14)，在炉体(12)内的一端侧壁上设置有由布气砖(8)环砌形成的布气环道(6)，所述过量煤气补充枪(7)与布气环道(6)连通；在炉体(12)侧面还设置有高能点火器(9)；
在所述燃烧器(1)的端部开设有富氧空气入口(2)，在燃烧器(1)的侧面开设有煤气入口(4)，在燃烧器(1)内部开设若干个同轴共设的煤气通道(5)和富氧空气通道(3)，若干个富氧空气通道(3)在靠近富氧空气入口(2)处汇集连通；每两个相邻的煤气通道(5)在燃烧器侧面相连通，并与一个煤气入口(4)连通；在每个煤气通道(5)出口处均设置旋流叶片(15)。
2.根据权利要求1所述的煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，其特征在于，所述燃烧器(1)内开设有四个煤气通道(5)和四个富氧空气通道，所述燃烧器(1)的侧面对称布置两个煤气入口(4)。
3.根据权利要求1所述的煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，其特征在于，所述布气砖(8)前端面设置扇形通槽(16)，后端面设置扇形孔(17)。
4.根据权利要求1所述的煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，其特征在于，炉体(12)的侧面设置有窥火孔(10)。
5.根据权利要求4所述的煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，其特征在于，炉体(12)的内衬由扇形的耐火砖(11)对称的环砌而成，且在耐火砖上于窥火孔(10)和高能点火器(9)所在位置处预留通孔。
6.根据权利要求1所述的煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，其特征在于，所述煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置采用卧式或立式安装。
7.根据权利要求1所述的煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，其特征在于，所述炉体(12)外包覆保温层(13)。
8.根据权利要求1所述的一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，其特征在于，所述高能点火器(9)为可伸缩小火焰点火枪，并集成火焰检测器。
9.根据权利要求1所述的一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置，其特征在于，热载气出口(14)处设有温度计和压力计。
10.权利要求1～9中任意一项所述的一种煤低温干馏炉外设富氧燃烧式热载气发生装置的运行方法，其特征在于，包括：
富氧空气从富氧空气入口(2)进入燃烧器(1)，在燃烧器(1)内分配至若干个富氧空气通道(3)；与富氧空气流量相对应的当量比1.5～5的煤气均匀分配到各个煤气入口(4)进入到相连通的若干个煤气通道(5)；
煤气在煤气通道(5)出口处的旋流叶片(15)的作用下，形成煤气旋流，与从富氧空气通道(3)中喷出的富氧空气射流在炉体(12)内相混合；在高能点火器(9)的作用下，煤气与富氧空气着火燃烧；
与富氧空气流量相对应的当量比3～7的煤气从过量煤气补充枪(7)进入，在布气砖(8)环砌而成的布气环道(6)的作用下，在炉体(12)内壁环周形成均匀分布的过量煤气混合层；
富氧空气与煤气混合燃烧后的气体经热载气出口(14)输送到通往低温干馏炉的热载气管路。
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