一种使用高温变换凝液作为气化剂的粉煤气化系统的制作方法

1.本实用新型涉及粉煤气化技术领域，特别涉及一种使用高温变换凝液作为气化剂的粉煤气化系统


背景技术：

2.干粉煤气流床加压气化技术因其在气化效率上的优势，已被国内的煤化工工厂广泛使用。该技术是将原煤经研磨并干燥后制成小颗粒煤粉经气力密相输送到气化炉中与氧气进行气化反应，煤炭转化率能达到99％以上，有效气含量87
‑
93％，冷煤气效率79
‑
83％，单位产品的氧耗、煤耗低，但是在气化时，为了达到气化炉内的热量平衡和温度均衡，需要加入一定量的水蒸气作为气化剂参与反应，尤其对于含碳量高、热值高的原煤，在气化时添加的蒸汽的量也会更高。粉煤气化的压力一般在4.0mpag左右，水蒸气的加入方法是将5.0～5.5mpag的饱和蒸汽过热后(～300℃)与氧气进行混合后，再以混合气体的形式进入烧嘴中(为了防止水蒸气冷凝损坏设备，氧气也需要加热到160℃以上)。但是，普遍的化工企业并没有～5.0mpag等级的中压蒸汽(不允许自建电厂)，过热蒸汽的来源困难，需要使用高压力等级的蒸汽经减温减压获得，复杂了流程、增加了投资。另外，氧气为高危气体，水蒸汽与氧气混合时需要绝对的洁净，微量的杂质都可能发生燃爆等安全事故。另外，受到水蒸气和氧气温度的影响，氧气系统的设备、管道和仪表的密封、材料选择等要求提高，装置的投资成本和维护成本相应的提高，尤其从氧气预热后、输送通道到烧嘴、管线及管线上的设备都必须采用高合金、极低含碳量的镍基材料；而此种材料费用极高，加工困难，给装置在成本及工期上带来极大负担。另外，每吨高压蒸汽成本在100元左右，大大增加了气化运行成本。


技术实现要素：

3.针对上述气化原理和现有气化系统的缺点和弊端，本实用新型开发一种使用高温变换凝液作为气化剂的粉煤气化系统，基于该粉煤气化系统，可以取消氧气与水蒸气混合装置等，既能够简化流程、减少设备投资，又能够降低气化运行成本。
4.本实用新型为达到其目的，提供如下技术方案：
5.一种使用高温变换凝液作为气化剂的粉煤气化系统，所述粉煤气化系统包括气化炉、点火烧嘴和多个工艺烧嘴，所述气化炉的炉体顶部固设有烧嘴座，所述点火烧嘴设置在所述烧嘴座的中心处，所述多个工艺烧嘴环绕所述点火烧嘴设置在所述烧嘴座上；所述点火烧嘴和所述工艺烧嘴的底部均设有与所述气化炉的气化室的位置相对应的底部出口；
6.所述工艺烧嘴包括烧嘴本体，还包括沿所述烧嘴本体的轴向延伸至所述烧嘴本体的底部出口的中心氧气通道、煤粉通道和高温变换凝液通道，所述工艺烧嘴还包括用于通入冷却水以冷却所述工艺烧嘴的冷却水通道，所述煤粉通道和所述高温变换凝液通道由内而外依次设置在所述中心氧气通道和所述冷却水通道之间；所述高温变换凝液通道的进口包括与高温变换凝液输送管线连接的第一连接状态和与惰性气输送管线连接的第二连接状态，所述高温变换凝液输送管线上设有高温变换凝液流量调节阀和高温变换凝液流量
计。
7.进一步的，还包括用于调控所述高温变换凝液流量调节阀的开度的高温变换凝液流量控制器，所述高温变换凝液流量控制器与所述高温变换凝液流量计通信连接。
8.进一步的，所述高温变换凝液通道的下部设有能使所述高温变换凝液通道内的高温变换凝液由所述工艺烧嘴的底部出口雾化喷射出的喷射器；或者，所述高温变换凝液通道的下部设有能使所述高温变换凝液通道内的高温变换凝液由所述工艺烧嘴的底部出口喷出的高温变换凝液旋流器。
9.进一步的，所述煤粉通道的下部设有能使所述煤粉通道内的煤粉由所述工艺烧嘴的底部出口喷出的煤粉旋流器。
10.进一步的，所述中心氧气通道的下部设有能使中心氧气通道内的氧气由所述工艺烧嘴的底部出口喷出的氧气旋流器。
11.进一步的，所述中心氧气通道的氧气进口和所述点火烧嘴的氧气进口分别连接氧气输送管线，所述氧气输送管线的材质为不锈钢。
12.进一步的，所述工艺烧嘴的数量为3个。
13.进一步的，所述惰性气输送管线为用于输送氮气或二氧化碳的输送管线。
14.进一步的，所述高温变换凝液通道上设有的用于与高温变换凝液输送管线连接的进口和用于与惰性气输送管线连接的进口为共用的进口。
15.进一步的，所述中心氧气通道、煤粉通道和高温变换凝液通道的靠近所述工艺烧嘴底部的通道部分的内径由上至下均呈逐渐缩窄的趋势。
16.本实用新型提供的技术方案具有如下有益效果：
17.本实用新型提供的粉煤气化系统，在工艺烧嘴上设置高温变换凝液通道，该高温变换凝液通道地进口包括两种连接状态，其中一种连接状态是与高温变换凝液输送管线连接，从而能通入高温变换凝液。高温变换凝液进入高温变换凝液通道后最终由该通道底部喷射至气化炉的气化室内参与气化反应。高温变换凝液来自合成气变换工段产生的高温冷凝液，现有技术中往往将高温变换凝液回用做洗涤塔的洗涤液，发明人发现其具有高温高压的特点(例如温度152℃左右、压力5.0mpa左右)，适合作为气化剂使用。基于本实用新型的粉煤气化系统，直接通过高温变换凝液输送管线将高温变换凝液输入高温变换凝液通道内，从而避免了传统的以水蒸汽为气化剂时需增设专门的氧气加热装置、氧气水蒸汽混合装置、蒸汽减压和过滤装置等不足，因而基于本实用新型的粉煤气化系统，能够简化粉煤气化流程，减少设备，降低相应的氧气系统设备和管道的材质要求，从而极大的降低了工程建设费用，提高了装置的安全性(氧气温度降低)。
18.对于干粉气化来讲，为保证煤粉输送的稳定性，需要将煤粉中的水含量控制在一定范围内，但在气化炉运行时，往往需要在气化炉中添加一定量的水蒸汽以维持气化炉内部的温度及热量平衡。然而，基于本实用新型的粉煤气化系统进行粉煤气化，能够引入高温变换凝液，从而无需引入水蒸汽，在满足原工艺要求的基础上降低运行成本。
19.基于本实用新型的粉煤气化系统进行粉煤气化，能使用高温变换凝液替代水蒸气作为气化剂，能够简化粉煤气化流程，实现降低投资成本和运行成本的双重目的。
附图说明
20.图1为本实用新型一种实施方式中粉煤气化系统示意图；
21.图2为本实用新型一种实施方式中工艺烧嘴结构示意图；
22.图3为本实用新型一种实施方式中工艺烧嘴内部结构示意图。
具体实施方式
23.为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本实用新型的内容，但本实用新型的内容并不仅仅局限于以下实施例。
24.参见图1，本实用新型提供一种使用高温变换凝液作为气化剂的粉煤气化系统。该粉煤气化系统主要包括气化炉1、点火烧嘴3和多个工艺烧嘴4。其中气化炉1和点火烧嘴3具体可采用本领域技术人员所熟知的常规结构，对此不作赘述。具体的，如本领域技术人员所熟知的，气化炉1包括炉体26，炉体26内设有气化室10和位于气化室10下方的激冷室12，气化室10外围设有水冷壁11，气化室10和激冷室12之间设有下渣口27。在气化炉10的炉体26顶部固设有烧嘴座2。点火烧嘴3和多个工艺烧嘴4都设于烧嘴座2上。其中点火烧嘴3设置在烧嘴座2的中心处，多个工艺烧嘴4则环绕点火烧嘴3布置。工艺烧嘴4的数量例如为2个、3个或更多个，即，图1中的*n代表多个工艺烧嘴，可以为2、3或更多个工艺烧嘴。在点火烧嘴3和工艺烧嘴4的底部均设有和气化炉1的气化室10的位置相对应的底部出口，从而能使点火烧嘴3和工艺烧嘴4内的物料进入气化室10进行气化反应。
25.本实用新型中，参见图1至图3，其中所用的工艺烧嘴4具体包括烧嘴本体18。在烧嘴本体18内设有中心氧气通道28、煤粉通道19、高温变换凝液通道20和冷却水通道21。这些通道均沿着烧嘴本体18的轴向方向延伸。其中，中心氧气通道28、煤粉通道19、高温变换凝液通道20沿着烧嘴本体18的轴向方向延伸至烧嘴本体的底部出口25。冷却水通道21用于通入冷却水以便对工艺烧嘴4进行冷却。中心氧气通道28设于烧嘴本体18的中心位置，中心氧气通道28和冷却水通道21之间，由内而外的依次设置煤粉通道19和高温变换凝液通道20。具体的，由内而外，中心氧气通道28、煤粉通道19、高温变换凝液通道20和冷却水通道21依次套设。其中，冷却水通道21设有冷却水进口16和冷却水出口17。中心氧气通道28顶部设有氧气进口13，该氧气进口13与氧气输送管线9连接，中心氧气通道28的底部为氧气出口；煤粉通道19的上部设有煤粉进口14，该煤粉进口14与煤粉输送管线25连接，在煤粉通道19的底部设有煤粉出口；高温变换凝液通道20的上部设有高温变换凝液进口15，高温变换凝液通道20的底部设有高温变换凝液出口。高温变换凝液通道20的进口15包括两种连接状态，分别是与高温变换凝液输送管线5连接的第一连接状态和与惰性气输送管线(图中未示出)连接的第二连接状态。在粉煤气化系统运行过程中，根据不同环节的气化工艺要求，可以将高温变换凝液通道20的进口15与惰性气输送管线连接以便通入惰性气体(例如氮气或二氧化碳)进行正压保护，需要通入高温变换凝液作为气化剂使用时，则可以将高温变换凝液通道20的进口15与高温变换凝液输送管线5连接以便通入高温变换凝液。
26.在高温变换凝液输送管线5上设有高温变换凝液流量调节阀6和高温变换凝液流量计7，通过高温变换凝液流量调节阀6的开度调节，来调节高温变换凝液输送管线5内的高温变换凝液流量，高温变换凝液流量计7用于检测高温变换凝液输送管线5内的高温变换凝液流量。优选的，还设有用于调控高温变换凝液流量调节阀6的开度的高温变换凝液流量控
制器，该高温变换凝液流量控制器与高温变换凝液流量计7通信连接，具体的，高温变换凝液流量控制器接收高温变换凝液流量计7的流量值并将其和预设的流量值进行比较，根据比较结果来调节高温变换凝液流量调节阀6的开度，使高温变换凝液输送管线5内的高温变换凝液以预设的流量通入高温变换凝液通道20内。对于预设的流量值的设定，本领域技术人员可以根据生产实际需要和生产情况(例如气化炉的运行负荷、操作温度、煤质情况等)设定预设的流量值。
27.较佳的，在高温变换凝液通道20的下部设有喷射器22，从而能使高温变换凝液通道20内的高温变换凝液由工艺烧嘴4的底部出口25雾化喷射出，进入气化炉1内。在能满足雾化喷射功能的基础上，喷射器22具体可以直接采用本领域现有的喷射器件或结构。或者，也可以在高温变换凝液通道20的下部设高温变换凝液旋流器(图中未示出)，通过设置该旋流器，从而能使高温变换凝液通道20内的高温变换凝液由工艺烧嘴4的底部出口25喷出，进入气化炉1内。旋流器具体可以直接采用本领域现有的结构形式。通过将高温变换凝液以液滴形式喷射投入气化炉，可以加快汽化(蒸发)速度，提高其在中心火焰区域与煤粉、氧气、合成气进行气化反应的速度。
28.较佳的，在煤粉通道19的下部设有煤粉旋流器23，从而能使煤粉通道19内的煤粉由工艺烧嘴4的底部出口25喷出。在中心氧气通道28的下部也可以设有氧气旋流器24，从而能使中心氧气通道28内的氧气由工艺烧嘴4的底部出口25喷出。通过设置旋流器，有利于改善物料混合效果。上述各旋流器的设置位置优选设置在靠近工艺烧嘴的底部出口(即靠近工艺烧嘴的烧嘴头)的位置。旋流器具体可以直接采用本领域现有的结构形式。
29.进一步具体的，工艺烧嘴4的中心氧气通道28、煤粉通道19和高温变换凝液通道20的靠近工艺烧嘴4底部的通道部分的内径由上至下均呈逐渐缩窄的趋势，即这些通道的靠近工艺烧嘴4底部的通道段的内壁自上而下是逐渐倾斜靠向工艺烧嘴4的中心轴的。
30.进一步的，工艺烧嘴4的中心氧气通道28的氧气进口13连接的氧气输送管线9和点火烧嘴3的氧气进口连接的氧气输送管线9均可以采用不锈钢材质，而无需镍合金材质。
31.作为示例性说明，下面对本实用新型的粉煤气化系统的工作过程进行介绍说明：
32.在气化炉1的气化室10内，氧气、煤粉与高温变换凝液等进行反应，转化为合成气并经激冷室12降温后作为气化产品送入下游装置。气化温度1400～1700℃，气化压力2.0～4.5mpag。
33.点火开工时，设置在气化炉1顶部中心的点火烧嘴3的点火通道内经由点火烧嘴3上设有的氧气进口和燃料气进口分别引入氧气和燃料气，具体为通过燃料气输送管线8向点火烧嘴3内输入燃料气，通过氧气输送管线9向点火烧嘴3内输入氧气；引燃后通过火焰检测器判断点火状态，确定引燃后增加氧气和燃料气的流量以提高气化炉内的温度，为煤粉、氧气、高温变换凝液的投入创造条件。在氧气和燃料气进入点火烧嘴3前的管线上均设置惰性气吹扫接口，用于在开车前、停车后的吹扫和切换或运行故障时的密封，防止高温合成气“回火”。
34.点火成功且氧气、燃料气流量达到规定要求后，将煤粉和氧气同时投入到气化炉1内，煤粉采用常规的密相输送方式进料，通过二氧化碳或氮气等惰性气体密相输送进入工艺烧嘴4和气化炉1。在煤粉和氧气进入工艺烧嘴4前的管线上均设置氮气吹扫接口，用于在开车前、停车后的吹扫和运行故障时的密封，防止高温合成气“回火”。
35.待工艺烧嘴4的煤粉和氧气投入后，在高温变换凝液投料前，先将高温变换凝液通道20的进口15与惰性气输送管线连接，通入惰性气进行正压密封保护，待工艺烧嘴运行稳定(本领域技术人员熟知的，例如根据煤粉的速度、密度，气化炉压力、合成气出口温度、合成气组分稳定等来判断)，将产生的合成气送至变换工段后，将高温变换凝液通道20的进口切换为与高温变换凝液输送管线5连接，从而进行高温变换凝液的投料，高温变换凝液投料后由工艺烧嘴4的底部出口25以液滴形式喷射入气化炉1参与气化反应。
36.文中对于本实用新型粉煤气化系统和粉煤气化系统的工作过程未做特别说明之处，均为本领域技术人员根据其掌握的本领域公知常识或常规技术知识所能理解或知晓的，对此不再一一赘述。
37.采用本实用新型提供的粉煤气化系统进行粉煤气化，能够以高温变换凝液作为气化剂，从而替代传统的水蒸气作为气化剂的方式。因而能够取消氧气加热装置、蒸汽减压装置、过滤装置和氧气蒸汽混合装置，以高温变换凝液直接进料，简化了流程，减少了设备，降低了相应的氧气系统设备和管道的材质要求。本实用新型中涉及的氧气输送管线可以不采用镍合金而采用不锈钢，从而极大的降低了工程建设费用，提高了装置的安全性(氧气温度降低)。此外，本实用新型的工艺烧嘴为顶置多通道下喷结构，在炉内混合和返混效果好，炉内流场和温度场分布均匀，高温变换凝液经喷射器或旋流器以高速的微小液滴的形式直接喷射到气化室的高温火焰中心区，能够在较高的气化效率和较低的原材料消耗下，保证其较高的处理效果。进一步的，对于干粉气化来讲，为保证煤粉输送的稳定性，通常需要将煤粉中的水含量控制在一定范围内，但在气化炉运行时，需要在气化炉中添加一定量的水蒸汽以维持气化炉内部的温度及热量平衡；然而，基于本实用新型的粉煤气化系统，能够引入高温变换凝液，从而避免了水蒸汽的引入，在满足原工艺要求的基础上降低运行成本。
38.下面通过一个具体案例对本实用新型的粉煤气化系统的应用进行介绍，但应说明的是，该案例仅为示例性说明，并非意味着本实用新型局限于此。
39.煤化工工厂以煤为原料生产多种化学品，煤质数据如表1所示，原煤通过煤气化生产合成气供下游合成其他化学品。
40.厂内气化装置采用多台上述本实用新型提供的粉煤气化系统(或称为粉煤气化设备)，以单台投煤量1500吨级的粉煤气化设备为例，采用顶置3 1烧嘴，即1个点火烧嘴和3个工艺烧嘴，在点火、开工后，工艺烧嘴的高温变换凝液通道通入高温变换凝液(温度152℃左右、压力5.0mpa左右)，气化温度为1500℃，气化压力为4.0mpag。每个工艺烧嘴的投煤量～17t/h、氧气～9100nm/h，高温变换凝液投入量～1.5t/h，生产合成气(干基)～90000nm3/h，有效气含量～92vol％，碳转化率99％。
41.相比于传统的添加过热蒸汽作为气化剂的粉煤气化装置，本实用新型取消了氧气加热装置、蒸汽减压和过滤装置、氧气蒸汽混合装置，相应的氧气输送管线的材料也从镍基合金下降到不锈钢，单套系统可节省投资～200万元，减少蒸汽使用～4.5t/h，回用高温变换凝液～4.5t/h，节约蒸汽费用～540元/h，年节约运行费用432万元。
42.表1：原煤数据表
[0043][0044]
本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本实用新型做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本实用新型权利要求所限定的范围之内。