CN201334462Y - 一种喷嘴在线更换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种喷嘴在线更换装置，其特征在于炉口凸缘(23)设有过渡压力罐(3)，其罐上设有在役喷嘴(5)和待役喷嘴(18)，新旧喷嘴(5)(18)在与炉内无压差的过渡压力罐(3)内，通过更换装置的驱动机构的作用和快装拆密封连接组件(1)的开闭，可以在线完成新旧喷嘴(5)(18)的更换；采用本实用新型可以不停炉、不置换、不抽引、不预热在线完成喷嘴更换；可以避免炉砖免遭急冷急热的损害，延长炉砖的使用寿命；可以在喷嘴气化指标没有恶化前就进行更换，保证喷嘴的性能指标总是在完好状态下运行；从而能够达到气化炉长周期稳定运行，减少喷嘴和炉砖更换费用，降低停产损失。

Description

一种喷嘴在线更换装置

技术领域

本实用新型涉及一种工业炉用配套装置，更具体的说涉及气化喷嘴在线更换装置。

背景技术

德士古水煤浆气化装置，从原料制备与输送的安全、可靠，煤耗、氧耗和电耗低，开停车方便，投资费用省，国产化率高，建设周期短，可等压合成，三废排放少和许可证费用低等诸多方面具有明显优势，却存在着先天性技术缺陷，气化喷嘴极易损坏，喷嘴运行周期短，炉砖更换和维修的费用高。

现有的德士古水煤浆工艺喷嘴，包括拥有自主产权的多喷嘴对置式水煤浆气化喷嘴，一般都是采用日本为航天工业研制的当今最耐高温的UMCo50合金材料，据介绍这种合金是应用于工况稳定、没有硬颗粒冲刷，短时段的火箭喷射口部位。对于水煤浆气化炉喷嘴而言，不仅要求该材料具备能耐1400℃～1500℃高温辐射，还要求能耐高速硬微粒的冲刷，能耐硫气氛腐蚀，又要求能够长期稳定运行。在具备这样性能的材料目前还没有研制出来的前提下，为了能在上述苛刻条件下维持装置运行。目前，国内外气化炉所用的喷嘴均是在喷嘴运行一段时间后，喷嘴损坏进行更换或喷嘴没损坏也进行预防性定期更换的被动方式来应付。

现有气化装置更换喷嘴的过程：首先切断喷嘴的气化剂与气化物料阀门，气化炉停止造气。用中压常温氮气吹扫氧气管线、气化炉、激冷室及洗涤塔，用蒸汽抽引器抽引使炉内保持微负压，这时气化炉开始炉温降低，拆开喷嘴与炉口连接法兰，用电动葫芦将喷嘴拔出炉口，这时有大量冷空气进入炉内，炉温进一步降低。安装完好的新喷嘴前，需要用预热烧嘴对气化炉进行预热至1150～1200℃温度，使炉温升高，调节抽引器的蒸汽量，使炉内保持微负压，切断预热烧嘴燃料气，用电动葫芦吊走预热烧嘴，将完好的备用喷嘴安装在气化炉炉口，将新喷嘴法兰与炉口凸缘连接好，将喷嘴各进料口法兰连接好，之后将喷嘴冷却水的金属软管切换为硬管，打开气化剂与被气化物料的阀门完成喷嘴更换，气化炉开始重新造气，整个过程如果順利，一般需要8～10小时。

在喷嘴更换的过程中，由于有大量空气和常温氮气进入炉内又有预热烧嘴升温，炉内温度由高到低，由低到高，炉内压力由高到无，由无到高，炉砖受冷热温度变化快、变化大，每更换一次喷嘴对炉砖损坏都是相当严重的，引起炉砖裂纹和剥落，甚至引起炉壁超温，被迫停炉更换或修补整套炉砖。以目前水煤浆和渣油气化技术的状况，就是因为一套40万元喷嘴的损坏被迫频繁停炉更换，结果导致400万元一整套的炉砖损坏，被迫换砖修补，甚至停炉重新砌筑。

即使这样也难以保证整套装置能够正常运行，为此，人们只好采取用多设置一套热备气化炉的方案来弥补该技术缺陷。从而导致气化装置的一次性投资费用大幅度，甚至成倍的增加，另外，频繁更换喷嘴，累计起来所造成的停产损失也相当严重。

实用新型内容

为了克服现有喷嘴的技术缺陷和喷嘴更换过程中对炉砖造成损坏的弊病。本实用新型采用如“左轮手枪”或“匣子枪”和“载人卫星过渡仓”结构设计的原理，提供一种喷嘴在线更换方法及其更换装置，能够在不改变炉内压力和温度的条件下，在短的时间内全自动完成喷嘴更换；还采取在役喷嘴还没有“疲劳”就仿效“车轮战术”的方式及时进行更换，可以保证每台在役喷嘴性能指标总是在完好状态下运行，使得气化炉长期运行稳定，从而延长炉砖使用寿命。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

喷嘴在线更换方法设计思路：在炉口外设置一个能承受炉内同等压力的容器，该容器可以在炉口凸缘上转动或移动，容器上载有两台或多台喷，嘴，喷嘴与炉口采用快装拆密封结构连接，更换喷嘴前，通过给该容器充气或引入炉内气，使容器内的压力与炉内压力相等，新旧喷嘴的更换过程是在与炉内无压差的容器内进行，在外力的作用下完成拔出炉外或推入炉内的轴向移动和相互位置对调，完成新旧喷嘴的更换，新喷嘴安装完毕后，容器内压泄至常压。

喷嘴在线更换装置包括：1、过渡压力罐，2、给料切换器，3、压力罐的密封，4、伸缩输送管，5、在役喷嘴，6、待役喷嘴，7、喷嘴轴向密封，8、快装拆密封连接组件，9、充压气出入口，10、外壳体，11、驱动机构(可以采用常规组件构成，如：电机、减速机或气压、油压通过丝杠、蜗轮蜗杆、齿轮齿条或气缸、油缸完成)，12、程序控制系统。

喷嘴在线更换装置结构设计：

1、对现有喷嘴的气化剂和被气化物料等介质入口多是径向法兰进料结构，通过采用三通与弯头等管件改为与喷头中心轴线平行的可伸缩的输送管进入喷嘴的结构形式。

2、将现有喷嘴法兰与炉口凸缘之间，所采用法兰连接改为卡箍密封连接(钢制压力容器GB150-1998附录G7)或齿啮式卡箍密封连接(钢制化工容器强度计算规定GB20582-1998)，也可以采用夹块夹紧配合伍德密封压垫(钢制压力容器GB150-1998附录G4)的快装拆连接结构，其密封元件可以是强制式、自紧式或半自紧式，在驱动机构的推拉或旋转作用下，通过卡箍或夹块的移动、齿啮的转动可以方便可靠的装卸喷嘴。

3、在炉口的凸缘上设置一个能承受炉内同等压力，又能够相对炉口做一定角度的转动或一定距离的移动的容器，容器上载有两台或多台可轴向移动的喷嘴，驱动机构可以是气缸、油缸或电机通过蜗轮蜗杆、齿轮齿条的作用完成移动和旋转动作。

4、过渡压力罐充压气可以是氮气、蒸汽或其它惰性气体，也可以是炉内气化气，靠自力式压力调节阀门能够将过渡压力罐内的压力充至与炉内压力相等，保证新旧喷嘴的更换过程是在与炉内无压差的容器内进行，在外力的作用下完成。

4、给料切换器是由带有法兰连接的物料和气化剂入口的切换器芯板、切换器密封和旋转外壳组成。

5、喷嘴各伸缩输送管端法兰和喷嘴轴向移动驱动油缸或气缸的后法兰都固定在切换器的旋转壳外的下部，该驱动机构油缸或气缸的活塞杆设计成空心的管状，中心管气化剂输送管从其中心穿过的结构形式，中心管气化剂供料也可以从外环气化剂伸缩输送管分出一支管结构。

6、给料切换器是由带有固定开孔方位的切换器芯板和切换器的旋转外壳组成，外环气化剂、中心管气化剂和被气化物料的给料入口的切换是与喷嘴旋转换位同时进行的，由于外壳体的两端与切换器的旋转外壳和过渡压力罐固联，为此，当过渡压力罐旋转时，切换器的旋转外壳也同时旋转，不旋转切换器的芯板开孔固定在与在役喷嘴连通的方位，在压力罐完成一定角度旋转的同时也完成了新旧喷嘴的供料输送通道给料入口的开闭切换。

7、给料切换器的旋转外壳和压力罐与外壳体的两端固联构成一个容器，该容器将多套工艺喷嘴、伸缩输送管、喷嘴轴向移动驱动油缸等构件罩在其中，构成一套在切换器芯板和炉口凸缘之间，在驱动机构外力作用下可旋转的整体。

8、为了方便人工拆卸退役喷嘴，安装新的待役喷嘴，外壳体的一侧设有喷嘴装卸门。

喷嘴在线更换主要由以下运动幅完成：

1、快装拆密封连接组件的夹块或卡箍径向外撤与径向内推的运动幅或齿啮卡箍旋转的运动幅。

2、在役喷嘴拔出炉外和待役喷嘴推入炉内的运动幅。

3、完成待役喷嘴置换退役喷嘴(原在役喷嘴)旋转或移动的运动幅；

依靠本更换装置和程控系统、驱动机构完成上述运动幅，运行方案按以下步骤进行：

1、首先打开过渡压力罐的充压气入口靠自力式压力调节阀使压力罐内压力与炉内压力相等；

2、自动关闭外环气化剂、中心管气化剂和被气化物料给料阀门暂停供料；

3、在驱动机构的外力作用径向外撤快装拆密封连接组件的夹块或卡箍或将齿啮式卡箍旋转至开式角度；

4、由驱动机构的外力将在役喷嘴拔出炉外(拔出炉外后为退役喷嘴)完成喷嘴的快拆，并与待役喷嘴在同一并列位置；

5、在驱动机构驱动下将过渡压力罐旋转一定角度或移动一定距离，完成待役喷嘴置换退役喷嘴(拔出炉外的原在役喷嘴)的动作，使待役喷嘴对准炉口，同时也完成外环气化剂、中心管气化剂与含碳氢物料的给料入口的切换；

6、由驱动机构推动将待役喷嘴推入炉内设定的位置(成为在役喷嘴)；

7、通过驱动机构的外力作用径向内推卡箍、夹块或将齿啮式卡箍旋转至闭式角度完成喷嘴的快装；

8、自动打开外环气化剂、中心管气化剂与被气化物料给料阀门通过给料切换器向新在役喷嘴供料，新喷嘴开始制气；

9、自动关闭自力式压力调节阀门，打开压力罐的泄压阀，泄至常压，至此，更换喷嘴全自动程序运行完毕。

由人工将更换装置的退役喷嘴拆除，并安装上待役喷嘴的操作程序按以下步骤进行：

1、首先打开外壳筒体一侧的装卸门；

2、拆下外环气化剂和被气化物料伸缩闭管与给料切换器的旋转外壳的下部连接法兰，再拆下驱动喷嘴轴向移动油缸或气缸的后法兰，将全部伸缩闭管缩至最短；

3、拆除退役喷嘴轴向密封组件的填料压盖、填料和垫环；

4、将退役喷嘴轴向提出压力罐外，将退役喷嘴从喷嘴装卸孔门移出更换装置；

5、按以上逆步骤安装上性能完好的新的待役喷嘴；

6、向过渡压力罐输入非氧化介质的气体检查喷嘴轴向密封处是否泄漏；

7、检查合格后，关闭充气阀门，打开压力罐的泄压阀门泄尽罐内压力至常压；

8、关闭外壳体上的喷嘴装卸门。

喷嘴更换全部程序进行完毕。

一种喷嘴在线更换装置，包括中心气化剂伸缩通管、被气化物料伸缩通管、外环气化剂伸缩通管、喷嘴驱动机构、被气化物料伸缩闭管、外环气化剂伸缩闭管、中心气化剂伸缩闭管，其特征在于，过渡压力罐与炉口凸缘之间设有快装拆密封连接组件，在压力罐上设有在役喷嘴和待役喷嘴，所述的在役喷嘴和待役喷嘴与过渡压力罐之间设有喷嘴轴向移动密封组件；过渡压力罐上设有充压调节阀口和泄压阀口；所述的快装拆密封连接组件是卡箍密封连接组件；所述的快装拆密封连接组件是伍德密封连接组件；所述的快装拆密封连接组件是齿啮式卡箍密封连接组件。

实用新型有益效果：

1、将原有喷嘴更换时需要停炉，需要氮气吹扫，需要蒸汽抽引，需要开关阀门，需要拆卸法兰的复杂、繁重又费时的人工操作过程变成简单、方便、快捷的全自动程序控制过程。

2、由于以上旧喷嘴拔出-新旧喷嘴置换-新喷嘴推入的连贯动作只是在几分钟内轻松完成，因此，有条件缩短单嘴的运行周期，完全可以在喷嘴气化指标没有恶化前的短周期内就进行更换，从而保证喷嘴的性能指标总是完好状态下运行，进而，可提高有效气含量和产量。

3、因喷嘴更换不是在炉口开式的情况下进行，为此，可以避免大量的较低温度置换气和空气进入炉内，从而，保护炉砖免遭急冷急热的损害，可延长炉砖的使用寿命。

4、由于不会发生因喷嘴损害被迫停炉、倒炉的事故，从而能使气化炉达到单系列、长周期稳定运行，节省置换氮气、抽引蒸汽、预热燃料气消耗，减少喷嘴和炉砖更换费用，降低停产损失。

附图说明

图1为本实用新型主体结构使用状态示意图；

图2为本实用新型主体结构示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为图2的B-B剖视图；

图5为图2的C-C剖视图；

图6为图2的左视图；

图7为图6的俯视图；

图8为图2的右视图；

图9为在役喷嘴拔出后卡箍式快装拆密封连接结构示意图；

图10为图9的D-D剖视图；

图11为伍德式快装拆密封连接结构示意图；

图12为图11的E-E剖视图；

图13为齿啮卡箍式快装拆密封连接结构示意图；

图14为图13的F-F剖视图；

图15为图13的G-G剖视图；

图16为过渡压力罐移动结构示意图；

图17为图16左视图；

图18为图16的H-H剖视图；

图19为过渡压力罐移动后结构示意图；

图20为图16的L-L剖视图；

图21过渡压力罐端盖旋转局部结构图。

上述图中包括：快装拆密封连接组件1(卡箍式1a、伍德式1b、齿啮卡箍式1c)、压力罐密封2、过渡压力罐3、外壳体4、在役喷嘴5、中心管气化剂伸缩通管6、被气化物料伸缩通管7、外环气化剂伸缩通管8、喷嘴驱动机构9、切换器旋转外壳10、被气化物料阀门接口11、中心管气化剂阀门接口12、外环气化剂阀门接口13、切换器芯板14、外环气化剂伸缩闭管15、被气化物料伸缩闭管16、中心管气化剂伸缩闭管17、待役喷嘴18、喷嘴装卸门19、喷嘴密封20、泄压阀接口21、压力调节阀接口22、炉口凸缘23、过渡压力罐端盖24。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是喷嘴在线更换装置外壳体剖开的主体三维示意图。

图2是喷嘴在线更换装置具体实施例主体机构示意图。

图3是图2的A-A剖视图，表示各伸缩管法兰和喷嘴驱动油缸后法兰与给料切换器旋转壳连接位置图。

图4是图2的B-B剖视图，表示过渡压力罐与炉口偏心位置和两喷嘴之间相互位置图。

图5是图2的C-C剖视图，表示卡箍式快装拆密封连接结构卡箍径向内推夹紧的示意图。

图6是图2的左视图，表示在役喷嘴与其它构件相互关系和位置图。

图7是图6的俯视图，表示给料切换器芯板上外环气化剂、中心管气化剂和被气化物料入口连接法兰的位置和过渡压力罐与炉口凸缘偏心位置图。

图8是图2的右视图，表示待役喷嘴与其它构件相互关系的位置图。

图9表示在役喷嘴被拔出炉口后与待役喷嘴并列的位置图。

图10是图9的D-D剖视图，表示卡箍式快装拆密封连接结构卡箍径向外撤松开的示意图；也表示伍德密封式快装拆连接结构夹块径向外撤松开的示意图。

图11是局部结构图，表示伍德密封式快装拆连接结构示意图。

图12是图11的E-E剖视图，表示伍德密封式快装拆连接结构夹块径向内推夹紧的示意图。

图13是局部结构图，表示齿啮卡箍式密封式快装拆连接结构夹紧时示意图。

图14是图13的F-F剖视图，表示齿啮式卡箍小角度旋转啮松时的示意图。

图15是图13的G-G剖视图，表示齿啮式卡箍小角度旋转时啮紧的示意图

图16是局部结构图，表示过渡压力罐移动完成喷嘴对调示意图。

图17是图16左剖视图，表示在役喷嘴在炉内和压力罐密封剖视位置图。

图18为图16的H-H剖视图，表示过渡压力罐与密封圈相互位置示意图。

图19为局部结构图，表示过渡压力罐被移动后，待役喷嘴置换退役喷嘴，还没推入炉内时位置示意图。

图20为图16的L-L剖视图表示过渡压力罐被移动后，过渡压力罐与密封圈相互位置示意图。

图21为局部结构图，是表示过渡压力罐不转动或移动，过渡压力罐的端盖转动完成新旧喷嘴对调的结构示意图。

下面结合快装拆密封连接且压力罐旋转的结构附图，对其全自动程序操作过程做简要说明：

第一步首先按下可编程自动控制系统总按钮，自动打开充气阀门22将中压氮气注入过渡压力罐3，靠自力式调节阀维持罐内压力等于炉内压力值或引入炉内气，然后自动关闭被气化物料的供料阀门11、中心管气化剂供料阀门12和外环气化剂供料阀门13暂停给料。

第二步启动驱动系统，在驱动机构外力作用下，

a、卡箍式快装拆密封连接组件1a的卡箍径向外撤松开，如图10所示D-D剖视的位置；

b、伍德式快装拆密封连接组件1b的夹块径向外撤松开，如图10所示D-D剖视的位置；

c、齿啮卡箍式快装拆密封连接组件1c的齿啮卡箍旋转一小角度松开，如图14所示F-F剖视的位置。

第三步在喷嘴驱动机构9驱动下，在喷嘴轴向密封20密封的条件下，将在役喷嘴5拔出炉外(出炉后的喷嘴改称为退役喷嘴)并与待役喷嘴18在同一并列位置如附图9所示。

第四步是在驱动机构驱动下，将过渡压力罐3或过渡压力罐3的端盖24如图21所示，连同其所载的退役喷嘴5和待役喷嘴18、伸缩输送通管6、7、8、伸缩输送闭管15、16、17、喷嘴轴向驱动机构9、切换器的旋转外壳10和外壳体4按偏离炉口中心线一定尺寸轴线转动来完成新旧喷嘴5、18相互位置的置换；同时旋转到位后的原待役喷嘴18的被气化物料伸缩闭管15、外气化剂伸缩闭管16和中心气化剂伸缩闭管17在切换器旋转外壳10上的三闭口也旋转至了切换器芯板14三个进料通口11、12、13的位置，原伸缩闭管也就成为了可以输送物料的伸缩通管。

第五步是靠喷嘴轴向驱动机构9将完好的待役喷嘴18轴向移动推入炉内设定位置(入炉后的喷嘴改称为在役喷嘴5)。

第六步是在驱动机构外力作用下，

a、将卡箍式快装拆密封连接组件1a的卡箍径向内推夹紧快开组件的高颈，如图2所示和图5的C-C剖视所示的位置；

b、将伍德式快装拆密封连接组件1b的夹块径向内推夹紧快开组件的，如图2所示和图12的E-E剖视所示的位置；

c、将齿啮卡箍式快装拆密封连接组件1a的齿啮卡箍旋转一小角度夹紧快开组件的高颈，如图15所示的G-G剖视所示的位置；

第七步靠控制系统自动关闭充压气进口22的阀门，打开过渡压力罐3的泄压阀21，使过渡压力罐3泄压至常压。

第八步通过检测压力罐3内氢气、一氧化碳含量确定快装拆密封连接组件1的密封有无泄漏，合格后自动打开气化剂和被气化物料给料阀门11、12、13通过给料切换器向新的在役喷嘴5供料，新的在役喷嘴5开始制气，气化炉恢复正常运行。

以上更换喷嘴程序全过程完毕，程序控制系统自动停止运行。

由人工将更换装置的退役喷嘴拆除，并安装上新的待役喷嘴的操作程序按以下步骤进行：

第一步首先打开外壳体4一侧的装卸门19；

第二步拆下外环气化剂和被气化物料伸缩闭管15、16、17与给料切换器的旋转外壳10的下部连接法兰，再拆下驱动喷嘴轴向驱动机构9油缸的后法兰，将全部伸缩闭管15、16、17缩至最短；

第三步拆除退役喷嘴轴向密封组件20的填料压盖、填料和垫环；

第四步将退役喷嘴的头部轴向提出过渡压力罐3外，再将退役喷嘴从喷嘴装卸门19移出更换装置的外壳体4外；

第五步按以上逆步骤安装上性能完好的新的待役喷嘴18；

第六步向过渡压力罐3输入气体检查喷嘴轴向密封20处是否泄漏；

第七步检查合格后，关闭充气调节阀门22，打开过渡压力罐3的泄压阀门21泄尽罐内压力至常压；

第八步关闭外壳体4上的喷嘴装卸门19。

完成以上人工操作卸除旧喷嘴，安装新喷嘴的程序后，也为下一次喷嘴更换做好了充分准备。

Claims (5)

1、一种喷嘴在线更换更换装置，包括中心气化剂伸缩通管(6)、被气化物料伸缩通管(7)、外环气化剂伸缩通管(8)、喷嘴驱动机构(9)、被气化物料伸缩闭管(15)、外环气化剂伸缩闭管(16)、中心气化剂伸缩闭管(17)，其特征在于，过渡压力罐(3)与炉口凸缘(23)之间设有快装拆密封连接组件(1)，在压力罐(3)上设有在役喷嘴(5)和待役喷嘴(18)，所述的在役喷嘴(5)和待役喷嘴(18)与过渡压力罐(3)之间设有喷嘴轴向移动密封组件(20)。

3、按照权利要求2所述的喷嘴在线更换装置，其特征在于，过渡压力罐(3)上设有充压调节阀口(22)和泄压阀口(21)。

4、按照权利要求2所述的喷嘴在线更换装置，其特征在于，所述的快装拆密封连接组件是卡箍密封连接组件(1a)。

5、按照权利要求2所述的喷嘴在线更换装置，其特征在于，所述的快装拆密封连接组件是伍德密封连接组件(1b)。

6、按照权利要求2所述的喷嘴在线更换装置，其特征在于，所述的快装拆密封连接组件是齿啮式卡箍密封连接组件(1c)。

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