TWI477721B - 供限制廢熱鍋爐中煙灰沉積之方法及裝置 - Google Patents

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Description

供限制廢熱鍋爐中煙灰沉積之方法及裝置
本發明係關於一種供防止或限制廢熱鍋爐的鍋爐管中煙灰沉積之方法，含煙灰之氣體並行流過該等鍋爐管道，藉由阻斷鍋爐管之一部分至防止煙灰沉積形成或至少部分磨耗掉已形成之煙灰沉積並傳送至廢熱鍋爐外部的程度以增加其中含煙灰氣體之流速。
本發明亦係關於一種執行該方法之裝置。
一氧化碳及/或含氫的氣體混合物被稱為合成氣體，其係製備多重性產物(諸如氨水、甲醇或其他合成燃料)之重要起始物質。一種廣泛應用於工業之方法係部分氧化作用，藉由該方法由烴類(天然氣、石腦油、重石腦油混合物、重油)經由合成氣體裝置製備合成氣體。該氣體中一通常預熱的含烴給料於反應室(POX反應器)中於1300至1500℃之溫度且蒸汽壓力高達100bar及氧化劑存在下以形成粗製合成氣體，其包括大量氫氣、一氧化碳、二氧化碳及水。反應所要求之熱量係經由給料中烴類之不完全(部分)氧化作用產生。因此進給至POX反應器之氧氣量係不足以烴類完全反應。
在部分氧化作用中，除氣態組分外，亦形成固體組分，諸如煙灰及灰分，其務必於起始合成氣體進一步處理前移出。以高於1300℃的溫度離開POX反應器之起始合成氣體，係通常經過被稱為合成氣體冷卻器之廢熱鍋爐的鍋爐管，並在蒸汽經水洗以除去固體之前以高壓蒸汽之產物冷卻。
當新近安裝之合成氣體冷卻器開始工作後，由於起始合成氣體夾帶之固體顆粒沉澱於鍋爐管粗糙的內表面並形成熱絕緣煙灰層，污垢問題隨之而生。冷卻的起始合成氣體之離開溫度因此迅速升高至超過管道材料設計溫度(一般480℃)。為能長時期使用合成氣體冷卻器，因此有必要避免或至少限制熱絕緣煙灰層積累之厚度。因此此氣流以高於標準操作之流速通過鍋爐管。其有必要在所有情形中在幾分鐘內進一步提高流速以磨耗掉已形成之煙灰層。
合成氣體冷卻器操作期間，鍋爐管內表面之粗糙逐漸平整直至最終不能容納更多污垢。實際上已發現經過幾週操作時間後才會開始此效應，期間氣流必須以高速通過鍋爐管以防止超過可允許溫度。
先前技術藉由關閉安裝於鍋爐管末端出口之手動斷開閥門以阻斷鍋爐管。由於手動斷開閥門安裝位置緊鄰合成氣體冷卻器高溫區域，手動斷開閥門操作者經受嚴苛生理負荷且具有相當事故風險。根據恆久位於該處之操作人員不願接近手動斷開閥門，因此更不易快速改變操作狀態。其結果為磨耗/清除及沖散已形成之煙灰層之效果總體受到限制，其有必要在極短時間間隔內驅動手動斷開閥門以避免形成煙灰層。
因此本發明之目的係說明一種開篇闡述之類型之方法亦係說明執行該其之裝置，藉由該裝置克服先前技術之缺點。
本發明方法已達到藉由備有調節驅動的斷開元件完成阻斷鍋爐管之目的，其中斷開元件自較遠之安全操作點關閉。
本案中安全操作點意指與斷開元件安裝位置相比，操作者在該點承受較小危險及負荷條件之位置。從測量站便利地遥控斷開元件，從該站控制及偵測包括廢熱鍋爐在內的工廠另一部分。
為消除鍋爐管之阻斷，亦迅速打開斷開元件。斷開元件通常備有終端開關，氣流位置的相關信號(開或關)由此發出並傳遞至安全操作點。由此僅需在斷開元件安裝點出現錯誤的情況下派遣操作人員至該點即可。
在本發明的發展中，提出根據具有一或多個製程參數進行自動操作斷開元件。較佳地，該製程參數係源自工廠負載之進入鍋爐流速及主導壓力及/或含煙灰之氣體離開鍋爐管之出口溫度及/或廢熱鍋爐壓降及/或處於打開/阻斷狀態之鍋爐管之操作時間。
可使用電流控制諸如經儲存可程式化控制(SPC)以控制及偵測工業化工廠。根據本發明方法之一有利實施例，由於觀察到，藉由電控制且較佳係藉由SPC控制及偵測廢熱鍋爐管中煙灰沉積之避免與限制。因此其可能隨含煙灰氣流中所含固體之黏合性及鍋爐管內部形成的沉積之程度以低消耗改變斷開元件的開關順序。由於較人工操作情形而言，可更頻繁操作斷開元件，從合成氣體冷卻器發出之含煙灰氣體之出口溫度與該製程變量僅經受較少變化。因其可處理更多統一邊界條件，故對下游方法具有利影響。尤其使用電控制執行安全程序而不存在問題，例如其有效防止超過可允許範圍之鍋爐管關閉。
根據本發明之方法一有用的發展，其設想可藉由超壓迴路偵測及限制廢熱鍋爐上游壓力，其中僅於預期阻斷管道後廢熱鍋爐上游壓力不超過預設極限值時阻斷鍋爐管。當阻斷一或多條鍋爐管時，若廢熱鍋爐上游壓力超過極限值，則藉由超壓迴路自動消去鍋爐管其中之一的阻斷狀態，以減少廢熱鍋爐之壓力降。
根據本發明之方法一般可用於避免及/或吹散本文涉及的所有可能的廢熱鍋爐中的煙灰沉積。然而，尤其適合避免及/或吹散合成氣體工廠用於冷卻含煙灰起始合成氣體之合成氣體冷卻器中的煙灰沉積，其中含烴給料經由部分氧化作用(POX)於該工廠內反應。
此外，本發明係關於供防止或限制廢熱鍋爐管中煙灰沉積之裝置，含煙灰之氣體可透過其並行流過，其中每一鍋爐管均於其出口端末端備有斷開元件，並可被阻斷。
上述問題可藉本發明之裝置達成，其中於每一斷開元件配有調節驅動，透過其可從安全操作點遠端控制。
就方便起見，每一斷開元件包括末端開關，經由該關斷該斷開元件的現有位置(打開或關閉)可被傳遞至安全操作點。
根據本發明裝置的發展提出該裝置包括電控制，諸如斷開元件可透過例如經儲存可程式控制(SPC)進行自動操作及偵測。
本發明將於下文藉由一示例實施例更詳細說明，該實施例以圖1圖解。
示例實施例係合成氣體工廠僅於設計容量50%操作之情形，其係藉由部分氧化作用(POX)自含烴類給料產生含煙灰的粗製合成氣體，隨後其於具有6鍋爐管之合成氣體冷卻器中冷卻。
含烴給料經管道1透過燃燒器B引入POX反應器P之反應空間R，於其中烴與氧氣2反應形成含煙灰的粗製合成氣體。粗製合成氣體經由管道3離開POX反應器R並引入合成氣體冷卻器S中，於其中釋放其大部分可感熱至經由管道10進入之鍋爐給水，隨之產生高壓蒸汽11。部分高壓蒸汽經管道12與13分流，並與含烴給料1與氧氣2一起引入POX反應器P中。冷卻的粗製合成氣體經由6個管道4-9離開合成氣體冷卻器S，並經由收集器14進入另一處理步驟(未顯示)。
為使粗製合成氣體通過合成氣體冷卻器的鍋爐管4-9時具有足夠高之流速，僅打開三個斷開元件AV1、AV2及AV3，同時關閉剩餘三個斷開元件AV4、AV5及AV6。為能夠清除鍋爐管5與6內部煙灰沉積並將煙灰吹至合成氣體冷卻器S外部，亦關閉斷開元件AV1，結果係增加2個打開的鍋爐管5與6之流速。在一段吹散時間後，例如其可介於1至20分鐘，隨斷開元件AV4的打開吹散順序持續進行。具有3個打開的鍋爐管5、6及7之合成氣體冷卻器的操作時間可介於5至240分鐘之間。隨後關閉斷開元件AV2，其導致煙灰沉積從鍋爐管6與7中清除。沿該等管道吹散順序持續進行以使部分負載操作情況下仍可使用合成氣體冷卻器的全部鍋爐管。
1．．．含烴給料
2．．．氧氣
3-10．．．鍋爐管
11．．．高壓蒸汽
12．．．分流管道
13．．．分流管道
14．．．收集器
AV1-AV6．．．斷開元件
B．．．燃燒器
P．．．反應器
R．．．反應空間
S．．．冷卻器
圖1顯示本發明一示例實施例。
1．．．含烴給料
2．．．氧氣
3-10．．．鍋爐管
11．．．高壓蒸汽
12．．．分流管道
13．．．分流管道
14．．．收集器
AV1-AV6．．．斷開元件
B．．．燃燒器
P．．．反應器
R．．．反應空間
S．．．冷卻器

Claims (5)

  1. 一種供防止或限制廢熱鍋爐(S)的鍋爐管(4-9)中煙灰沉積之方法，含煙灰之氣體(3)並行流過該等鍋爐管(4-9)，藉由阻斷鍋爐管(4-9)中之一部分增加包含煙灰的氣體(3)之流速，直至防止煙灰沉積形成或至少部分磨耗掉已形成之煙灰沉積並傳送至廢熱鍋爐(S)外部的程度，其特徵在於使用配有調節驅動之斷開元件(AV1-AV6)阻斷該鍋爐管(4-9)，其中自安全操作點遠端關閉該斷開元件。
  2. 如請求項1之方法，其特徵為該斷開元件(AV1-AV6)係按照一或多個方法參數進行自動操作。
  3. 如請求項1或2中任一項之方法，其特徵為該斷開元件(AV1-AV6)係按照來自工廠負載及主導壓力之進入鍋爐管(4-9)的流速、及/或含煙灰氣體離開鍋爐管(4-9)之出口溫度及/或廢熱鍋爐(S)之壓降及/或處於打開/關閉狀態之鍋爐管(4-9)的操作時間進行操作。
  4. 一種供防止或限制廢熱鍋爐(S)的鍋爐管(4-9)中煙灰沉積之裝置，含煙灰之氣體(3)並行流過該等鍋爐管(4-9)，其中每個鍋爐管(4-9)之出口末端備有斷開元件(AV1-AV6)並可被阻斷，其特徵為每一斷開元件(AV1-AV6)備有調節驅動，經由該調節驅動可從安全操作點遠端控制每一斷開元件。
  5. 如請求項4之裝置，其特徵為其包括經儲存之可程式控制，藉由其可自動控制及偵測煙灰沉積之清除。
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