CN107090314B - 气化烧嘴的冷却方法及冷却*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种气化烧嘴的冷却方法及冷却***。该冷却***包括：气化烧嘴、冷却水罐、加压泵和换热器；气化烧嘴包括烧嘴主体；烧嘴主体包括烧嘴基体和基体外壳，基体外壳包覆于烧嘴基体的外侧，烧嘴基体和基体外壳之间形成冷却通道；气化烧嘴还包括冷却水夹套，冷却水夹套包覆于烧嘴主体的外侧；冷却水夹套依次与冷却水罐、加压泵和换热器相连通，换热器的冷却水出口与冷却水夹套相连通。该冷却方法如下：经烧嘴基体的气化反应原料与经冷却通道的冷却介质发生气化反应；所述冷却介质为水煤浆、载气、水蒸气或粉煤。该冷却方法及冷却***，可降低烧嘴端部燃烧强度及冷却水***压降，大大延长了烧嘴使用寿命。

Description

气化烧嘴的冷却方法及冷却***
技术领域
本发明涉及一种气化烧嘴的冷却方法及冷却***。
背景技术
气流床气化技术是实现煤炭清洁高效转化利用的关键技术之一。气流床气化炉采用液态排渣方式，依据入炉原料(水煤浆/粉煤)和气化炉耐火衬里(耐火砖/水冷壁)形式不同，气化炉操作温度通常在1250～1650℃之间，气化操作压力通常为4.0MPag和6.5MPag，气化烧嘴作为气化炉进料关键设备需要在此高温高压下长周期稳定运行，必须采取相关冷却保护措施，目前主要通过设置烧嘴冷却水***实现气化烧嘴保护(专利号CN201110445598.1，CN201410440639.1，CN201620233225.6，CN201220271477.X)。
目前气流床煤气化采用两种形式的气化烧嘴。以GE煤气化技术和多喷嘴对置式气化技术为代表的水煤浆气化烧嘴，其在气化烧嘴端部设置冷却水腔、进出冷却水盘管等方法实现气化烧嘴的冷却保护，并且还进一步结合操作参数的方式对气化烧嘴进行保护，如调整冷却水压力低于气化炉压力。由于气化烧嘴端部燃烧强度极大，而冷却水腔室结构无法精确加工控制，致使烧嘴端部局部区域冷却效果较差；采用盘管向烧嘴端部冷却水腔供水，烧嘴冷却水压降大，且在烧嘴检修安装时冷却水盘管极易被连带拔断，烧嘴使用寿命通常不超过3个月。以Shell粉煤气化技术为代表的粉煤气化烧嘴，虽然采用进出冷却水夹套较好地解决了冷却水盘管压降大且易损坏的问题，但由于烧嘴端部燃烧强度大，端部冷却水腔室易烧蚀的风险仍然较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中气化烧嘴在长周期高温高压下易烧损、使用寿命短的缺陷，而提供一种可以延长气化烧嘴的冷却方法及冷却***。本发明的冷却方法及冷却***，通过降低烧嘴端部燃烧强度和强化冷却水换热，能够显著提高气化烧嘴的使用寿命，可实现气化烧嘴在恶劣工况下的长周期使用。
为达上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供一种气化烧嘴的冷却方法，所述气化烧嘴包括烧嘴主体；所述烧嘴主体包括烧嘴基体和基体外壳，所述基体外壳包覆于所述烧嘴基体的外侧，所述烧嘴基体和所述基体外壳之间形成冷却通道；所述气化烧嘴还包括冷却水夹套，所述冷却水夹套包覆于所述烧嘴主体的外侧；
所述冷却方法包括如下步骤：
经所述烧嘴基体的气化反应原料与经所述冷却通道的冷却介质发生气化反应；其中：对于水煤浆的气化反应来说，所述冷却介质为水煤浆，所述水煤浆的质量占总水煤浆的质量的百分比为5％～20％；对于粉煤气化反应来说，所述冷却介质为载气、水蒸气或粉煤，所述水蒸气的流量范围为1～10t/h，所述粉煤占总粉煤质量的百分比为5％～20％。
本发明的冷却方法适用于本领域各种气化烧嘴的冷却方法，尤其适用于气流床用气化烧嘴的冷却方法。
本发明中，所述粉煤按照本领域常规采用气力输送。
本发明中，所述冷却水夹套中的冷却水按照本领域常规经过稳压、加压和换热后返回所述冷却水夹套中。
其中，所述稳压之前，所述冷却水按照本领域常规经过温度和流量的监测。所述温度的监测一般采用温度计，所述流量的监测一般采用流量计。
其中，所述稳压为本领域常规操作，一般在冷却水罐中进行。所述冷却水罐中冷却水的压力的调节按照本领域常规，一般根据通入其中的惰性气体的量来调节。当冷却水的压力低于设定值时，通入惰性气体，当冷却水的压力达到设定值时，停止通入惰性气体；当冷却水的压力高于设定值时，排出惰性气体，当冷却水的压力恢复至设定值时，停止排出惰性气体。根据气化炉的操作工艺，冷却水的压力可在0～8.0MPag的范围内调节。通过对冷却水的压力的调节，可以防止冷却夹套破损后气化反应所得合成气的外泄。
其中，所述加压为本领域常规操作，一般通过加压泵实现。
其中，所述换热之前，所述冷却水按照本领域常规经过流量控制。所述流量控制包括沿冷却水流动方向依次设置的流量调节阀和流量计，所述流量计按照本领域常规设有控制电路，所述控制电路用于控制所述流量调节阀。
其中，所述换热为本领域常规操作，一般在换热器中进行。根据冷却水的得热和散热情况，可通过调整通入换热器中冷却水或者水蒸气的流量来满足工艺需求。根据气化炉的操作工艺，所述冷却水的温度可在30～250℃的范围内调节。通过对冷却水的温度的调节，可以防止烧嘴主体的表面金属的露点腐蚀。
其中，所述换热之后，所述冷却水按照本领域常规经过温度和压力的监测。所述温度的监测一般采用温度计，所述压力的监测一般采用压力表。
本发明还提供一种气化烧嘴的冷却***，其包括：气化烧嘴、冷却水罐、加压泵和换热器；所述气化烧嘴包括烧嘴主体；所述烧嘴主体包括烧嘴基体和基体外壳，所述基体外壳包覆于所述烧嘴基体的外侧，所述烧嘴基体和所述基体外壳之间形成冷却通道；所述气化烧嘴还包括冷却水夹套，所述冷却水夹套包覆于所述烧嘴主体的外侧；所述冷却水夹套依次与所述冷却水罐、所述加压泵和所述换热器相连通，所述换热器的冷却水出口与所述冷却水夹套相连通。
本发明中，所述烧嘴基体可为本领域常规使用的任一种烧嘴基体，用于将水煤浆或粉煤的气化反应原料喷入气化炉中参与气化反应。
本发明中，所述冷却水夹套内较佳地设有导流部件，所述导流部件可为本领域常规使用的导流条。导流部件的设置能够使水流均布，流速加快。
本发明中，所述冷却水夹套与所述冷却水罐之间的管道上按照本领域常规设有第一切断阀。当冷却水夹套泄露时，可将所述第一切断阀关闭，便于维修。
其中，所述冷却水夹套与所述第一切断阀之间的管道上按照本领域常规设有第一止回阀。第一止回阀的设置，可以避免冷却水夹套泄露后气化反应所得合成气反串入冷却水***，可以使冷却水***更加平稳的运行。
本发明中，所述冷却水夹套与所述冷却水罐之间的管道上按照本领域常规设有第一温度计和第一流量计。所述第一温度计和所述第一流量计较佳地设于所述第一切断阀与所述冷却水罐之间的管道上。通过第一温度计和第一流量计的设置，可以实时监测冷却水的工艺参数，可避免异常工况的发生。
本发明中，所述冷却水罐的顶部按照本领域常规一般设有第一压力表、放空管和惰性气体输入管，所述放空管上设有第一压力调节阀，所述惰性气体输入管上设有第二压力调节阀。所述压力表按照本领域常规设有控制电路，所述控制电路用于控制所述第一压力调节阀和第二压力调节阀。当冷却水罐中的冷却水的压力低于设定值时，启动所述第二压力调节阀，惰性气体经所述第二压力调节阀进入所述冷却水罐，当冷却水的压力达到设定值时，关闭所述第二压力调节阀；当冷却水罐中的冷却水的压力高于设定值时，启动所述第一压力调节阀，惰性气体经所述第一压力调节阀排出所述冷却水罐，当冷却水的压力恢复至设定值时，所述第一压力调节阀关闭。根据气化炉的操作工艺，冷却水的压力可在0～8.0MPag范围内调节，可以防止冷却夹套破损后气化反应所得合成气的外泄。
本发明中，所述冷却水罐按照本领域常规设有水蒸汽入口。在气化烧嘴运行前，首先向冷却水罐中注入一定量的脱盐水，可根据冷却水的温度的设定值，来调节水蒸汽的通入量。在气化烧嘴运行过程中，根据冷却水***的得热和散热情况，可选择通入换热器中冷却水或者水蒸气的流量来维持冷却水的温度的恒定。根据气化炉的操作工艺，所述冷却水的温度可在30～250℃范围内调节，可以防止烧嘴主体的表面金属的露点腐蚀。
本发明中，所述加压泵与所述换热器之间的管道上按照本领域常规依次设有流量调节阀和第二流量计，所述第二流量计按照本领域常规设有控制电路，所述控制电路用于控制所述流量调节阀。根据气化炉的操作工艺，可实现对冷却水的流量的调节，进而可以很好的实现反应热的移除，起到保护气化烧嘴、延长气化烧嘴使用寿命的目的。
本发明中，所述换热器与所述冷却水夹套之间的管道上设有第二切断阀。当冷却水夹套泄露时，可将所述第二切断阀关闭，便于维修。
其中，所述第二切断阀与所述冷却水夹套之间的管道上设有第二止回阀。第二止回阀的设置，可以避免冷却水夹套泄露后气化反应所得合成气反串入冷却水***，可以使冷却水***更加平稳的运行。
本发明中，所述换热器与所述冷却水夹套之间的管道上按照本领域常规依次设有第二压力表和第二温度计。所述第二压力表和所述第二温度计较佳地设于所述换热器与所述第二切断阀之间的管道上。通过第二压力表和第二温度计的设置，可以实时监测冷却水的工艺参数，可避免异常工况的发生。
本发明中，“MPag”中“MPa”为压力单位“兆帕”，“g”表示表压。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明气化烧嘴的冷却方法及冷却***，通过设置冷却介质通道，可降低烧嘴端部燃烧强度；采用冷却水夹套，可降低冷却水***压降，进而降低输送能耗；此外，冷却水夹套的安装检修简单方便；通过调节冷却水***的压力和温度，可适应不同煤种对气化压力和冷却水温度的需求。该冷却方法及冷却***，大大延长了气化烧嘴的使用寿命，有力保障了气化装置的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明气化烧嘴的冷却***的示意图。
图2为本发明气化烧嘴的冷却方法的示意图。
附图标号说明：
气化烧嘴10 冷却通道11 冷却水夹套12
第一切断阀20 第一温度计30 第一流量计40
冷却水罐50 第一压力表51 第一压力调节阀52 第二压力调节阀53
加压泵60 流量调节阀70 第二流量计80 换热器90
第二压力表100 第二温度计110 第二切断阀120
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
如图1所示，本发明的冷却***的气化烧嘴10包括烧嘴主体；烧嘴主体包括烧嘴基体和基体外壳，基体外壳包覆于烧嘴基体的外侧，烧嘴基体和基体外壳之间形成冷却通道11；气化烧嘴10还包括冷却水夹套12，冷却水夹套12包覆于烧嘴主体的外侧；冷却水夹套12依次与冷却水罐50、加压泵60和换热器90相连通，换热器90的冷却水出口与冷却水夹套12相连通。冷却水夹套12与冷却水罐50之间的管道上依次设置第一切断阀20、第一温度计30和第一流量计40。冷却水罐50还设有第一压力表51、放空管和惰性气体输入管，放空管上设有第一压力调节阀52，惰性气体输入管上设有第二压力调节阀53，第一压力表51的控制电路用于控制第一压力调节阀52和第二压力调节阀53。冷却水罐50还设有水蒸汽入口，水蒸气入口与冷却水罐50相连通。加压泵60与换热器90之间的管道上依次设有流量调节阀70和第二流量计80，第二流量计80的控制电路用于控制流量调节阀70。换热器90与冷却水夹套12之间的管道上依次设有第二压力表100、第二温度计110和第二切断阀120。
实施例1
如图2所示，一套日处理规模为2000吨煤的水煤浆气化装置，气化炉操作温度1300℃，压力4.0MPag，气化炉设置有4个气化烧嘴10。经烧嘴基体的水煤浆和氧气的流量分别为32.9t/h和14100Nm3/h，水煤浆浓度60wt％。经冷却通道11的水煤浆的流量为3t/h，水煤浆浓度60wt％。冷却水罐50的压力为常压，冷却水的流量12m3/h，进出气化烧嘴10的冷却水温度分别为33℃和36℃，进出气化烧嘴10的冷却水的压降约为0.2MPa。
该冷却***，利用冷却通道11中水煤浆物料，降低了气化烧嘴10的端部气化燃烧强度，采用冷却水夹套12代替传统水煤浆气化烧嘴10的盘管，减少了烧嘴冷却水压降，降低了冷却***能耗，实现了气化烧嘴10的良好冷却保护。现有水煤浆气化喷嘴寿命一般为2～3个月，该水煤浆气化烧嘴10的使用寿命超过3个月。
实施例2
如图2所示，一套日处理规模为1000吨煤的粉煤加压气流床气化工业装置，气化炉操作温度1500℃，压力4.0MPag，气化炉设置1个粉煤气化烧嘴10。经烧嘴基体的粉煤和氧气的流量分别为41.5t/h和24000Nm3/h。经冷却通道11的水蒸气的流量为4t/h。冷却水罐50的压力为5.0MPag高于气化炉操作压力，冷却水流量20m3/h，进出气化烧嘴10的冷却水温度分别为180℃和183℃，进出气化烧嘴10的冷却水的压降约为0.2MPa。
该冷却***，利用粉煤气化所需要的工艺蒸汽和冷却水作为冷却介质，在保证气化效率的前提下，降低了气化烧嘴10的端部燃烧强度，采用冷却水夹套12减少了烧嘴冷却水压降，降低了冷却***能耗，实现了气化烧嘴10的良好冷却保护。现有粉煤气化喷嘴寿命一般为3～9个月，该粉煤气化烧嘴10的使用寿命达1年以上。

Claims (10)

1.一种气化烧嘴的冷却方法，所述气化烧嘴包括烧嘴主体，所述烧嘴主体包括烧嘴基体和基体外壳，所述基体外壳包覆于所述烧嘴基体的外侧，其特征在于，所述烧嘴基体和所述基体外壳之间形成冷却通道，所述气化烧嘴还包括冷却水夹套，所述冷却水夹套包覆于所述烧嘴主体的外侧；
所述冷却方法包括如下步骤：
经所述烧嘴基体的气化反应原料与经所述冷却通道的冷却介质发生气化反应；其中：对于水煤浆的气化反应来说，所述冷却介质为水煤浆，所述水煤浆的质量占总水煤浆的质量的百分比为5%~20%；对于粉煤气化反应来说，所述冷却介质为水蒸汽或粉煤，所述水蒸汽的流量范围为1~10t/h，所述粉煤占总粉煤质量的百分比为5%~20%。
2.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述冷却水夹套中的冷却水经过稳压、加压和换热后返回所述冷却水夹套中。
3.如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于，所述冷却水的压力为0~8.0MPag。
4.如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于，所述冷却水的温度为30~250℃。
5.一种气化烧嘴的冷却***，其特征在于，所述气化烧嘴的冷却***用于如权利要求1-4任一项所述气化烧嘴的冷却方法，其包括：气化烧嘴、冷却水罐、加压泵和换热器；所述气化烧嘴包括烧嘴主体；所述烧嘴主体包括烧嘴基体和基体外壳，所述基体外壳包覆于所述烧嘴基体的外侧，所述烧嘴基体和所述基体外壳之间形成冷却通道；所述气化烧嘴还包括冷却水夹套，所述冷却水夹套包覆于所述烧嘴主体的外侧；所述冷却水夹套依次与所述冷却水罐、所述加压泵、所述换热器相连通，所述换热器的冷却水出口与所述冷却水夹套相连通。
6.如权利要求5所述的冷却***，其特征在于，所述冷却水夹套内设有导流部件，所述导流部件为导流条。
7.如权利要求5所述的冷却***，其特征在于，所述冷却水夹套与所述冷却水罐之间的管道上依次设有第一止回阀、第一切断阀、第一温度计和第一流量计。
8.如权利要求5所述的冷却***，其特征在于，所述冷却水罐的顶部设有第一压力表、放空管和惰性气体输入管，所述放空管上设有第一压力调节阀，所述惰性气体输入管上设有第二压力调节阀；所述冷却水罐设有水蒸汽入口。
9.如权利要求5所述的冷却***，其特征在于，所述加压泵与所述换热器之间的管道上依次设有流量调节阀和第二流量计，所述第二流量计设有控制电路，所述控制电路用于控制所述流量调节阀。
10.如权利要求5所述的冷却***，其特征在于，所述换热器与所述冷却水夹套之间的管道上依次设有第二压力表、第二温度计、第二切断阀和第二止回阀。
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