專利名稱：以燃水煤漿作為燃料的乙烯裂解爐生產(chǎn)方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及水煤漿替代甲烷氫為燃料的替代工藝，尤其涉及一種以燃水煤漿作為燃料的乙烯裂解爐生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
我國的煤資源豐富，但石油和天然氣資源匱乏，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)將長期存在，因而開發(fā)一種以煤為燃料替代石油和天然氣的技術(shù)具有重大的戰(zhàn)略意義；從資源利用角度看，將煤經(jīng)過復雜的工藝過程變?yōu)橛推贰⒃賹⒂推酚米魅剂?，不如利用新技術(shù)、新工藝將煤直接用作工業(yè)燃料的工藝流程更直接、高效。水煤漿是一種煤基的液體燃料，一般是指由65°/Γ70%的煤粉、30°/Γ35%的水和少量化學添加劑組成的混合物。它是以煤代油的石油替代技術(shù)，既保持了煤炭原有的物理化學 特性，又具有和石油類似的流動性、穩(wěn)定性和霧化特性，而且工藝過程簡單，投資少，燃燒產(chǎn)物污染較小，具有很強的實用性和商業(yè)推廣價值。制備水煤漿的原料煤是經(jīng)過洗選的，含灰量和含硫量都大為降低，燃燒后產(chǎn)生的飛灰和SO2都比一般的燃煤鍋爐低。同時由于水煤漿中的水分在燃燒時還具有還原作用，理論燃燒溫度也比相同煤質(zhì)的煤粉燃燒低100°c左右，因此可以在一定程度上降低NOx的排放量?，F(xiàn)在乙烯裝置裂解爐的燃料普遍使用的是自產(chǎn)甲烷氫(其化學成分類似于天然氣)，如果能開發(fā)出使用水煤漿做裂解爐燃料的技術(shù)，可以替代出大量甲烷氫用于生產(chǎn)附加值更高的產(chǎn)品(如用作制氫裝置原料)。因此，開發(fā)一種將水煤漿直接用作裂解爐燃料以替代甲烷氫的新技術(shù)，具有前瞻性、戰(zhàn)略意義和長遠的經(jīng)濟意義。由于沒有在裂解爐上使用水煤漿做燃料的先例，且水煤漿的燃燒特性、結(jié)灰等特點與現(xiàn)有燃料(甲烷氫)差別極大，因此需要結(jié)合水煤漿研究方面的理論、技術(shù)和經(jīng)驗，以及裂解爐的生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)驗，開發(fā)一種以水煤漿為燃料的能夠為乙烯裂解爐提供所需高溫煙氣的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有良好工業(yè)應用前景的以燃水煤漿作為燃料的乙烯裂解爐生產(chǎn)方法。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是提供一種以燃水煤漿作為燃料的乙烯裂解爐生產(chǎn)方法，是以液態(tài)排渣立式旋風爐作為乙烯裂解爐的前置燃燒室；具體包括以下步驟使用甲烷氫作為燃料點火，待液態(tài)排渣立式旋風爐的爐膛溫度達到水煤漿燃燒要求后，使經(jīng)過蒸汽霧化的水煤漿由燃燒器的水煤漿噴嘴噴入爐膛進行燃燒；煤漿顆粒在爐膛內(nèi)的強烈旋轉(zhuǎn)氣流作用下，發(fā)生貼壁燃燒并形成保護爐壁耐火材料的液態(tài)渣膜；燃燒產(chǎn)生的煙氣離開爐膛后，經(jīng)水平過渡煙道由乙烯裂解爐輻射段底部進入，為位于乙烯裂解爐輻射段受熱面的反應管中的乙烯裂解原料提供裂解反應所需的熱量；煙氣在離開乙烯裂解爐后經(jīng)過SCR脫硝裝置進入布袋除塵器，并由引風機送入脫硫裝置，最后經(jīng)由煙囪排入大氣；布置于液態(tài)排渣立式旋風爐底部的刮板出渣機與渣井相連接，負責將已冷卻及?；脑闪；洳粩嗯懦?。本發(fā)明中，所述液態(tài)排渣立式旋風爐具有柱狀的爐體，其頂部設燃燒器，在燃燒器處設一次風出口，在爐膛上部布置切向的二次風噴口，在爐膛下部布置切向的燃燒二次風噴口 ；在爐膛底部與乙烯裂解爐輻射段底部之間設置水平過渡煙道，水平過渡煙道的入口處錯列布置有豎向的捕渣管束；在底部設渣欄，渣欄的下方設有渣井；所述捕渣管束的各管件外部包圍設置水冷夾套，水冷夾套的外側(cè)設涂覆的碳化硅耐火材料層。本發(fā)明中，所述液態(tài)排渣立式旋風爐的爐體為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)外側(cè)設保溫材料層、中間為水冷壁管，水冷壁管的內(nèi)側(cè)表面密布渣釘并在內(nèi)側(cè)表面及渣釘表面設置涂覆的碳化硅涂料層；爐底處設連接水冷壁管的冷卻水入口，爐體上部設蒸汽出口，蒸汽出口經(jīng)汽包接于水冷壁管；在燃燒器與膜式水冷壁結(jié)構(gòu)的爐體之間，還設有一個絕熱穩(wěn)燃室，其爐壁為耐火磚砌筑的絕熱壁面。本發(fā)明中，所述切向的二次風噴口和燃燒二次風噴口各有四個，每種噴口均分為兩層布置；所述二次風噴口和燃燒二次風噴口的二次風速在6(T80 m/s。·本發(fā)明中，所述水平過渡煙道的底部是與水平方向呈5°夾角的斜面，其接于乙烯裂解爐輻射段底部的一端為較高一端；水平過渡煙道具有兩段式結(jié)構(gòu)連接爐膛底部的主體部分為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，其外側(cè)設保溫材料層、中間為水冷壁管，水冷壁管的內(nèi)側(cè)表面密布渣釘并在內(nèi)側(cè)表面及渣釘表面設置涂覆的碳化硅涂料層；連接乙烯裂解爐輻射段底部的部分為水冷夾套。本發(fā)明中，設于液態(tài)排渣立式旋風爐頂部的燃燒器具有甲烷氫燃燒嘴和水煤漿霧化噴嘴，其中以甲烷氫作為甲烷氫燃燒嘴的點火及備用燃料。本發(fā)明中，在乙烯裂解爐的每兩組受熱面左右側(cè)各設立一只液態(tài)排渣立式旋風爐。本發(fā)明中，水煤漿液態(tài)排渣爐出口煙氣的溫度為150(Tl600 °C，過?？諝庀禂?shù)為
I.05 I. 10。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是I、傳統(tǒng)的乙烯裂解爐工藝以甲烷氫作為燃料，主要來源為天然氣，而目前天然氣的價格呈逐步上升趨勢，鑒于目前國際天然氣價格已經(jīng)達到4.0元/ Nm3，而考慮到石油、天然氣儲量的逐漸減少造成的能源危機的影響，國內(nèi)天然氣也勢必會與國際接軌，呈逐漸走高的趨勢，因此，乙烯裂解爐燃料改造為燃水煤漿從長遠看具有良好的經(jīng)濟前景和盈利空間。2、傳統(tǒng)的乙烯裂解爐工藝以甲烷氫作為燃料，從而導致大量甲烷氫失去了用于生產(chǎn)附加值更高的化工產(chǎn)品，用水煤漿為燃料可以解決該問題，大大提高了甲烷氫的利用效率和價值。3、目前傳統(tǒng)的液態(tài)排渣旋風爐均已煤粉作為燃料，而以水煤漿作為燃料既保持了煤炭原有的物理化學特性，又具有和石油類似的流動性、穩(wěn)定性和霧化特性，而且工藝過程簡單，投資少，燃燒產(chǎn)物污染較小，具有很強的實用性和商業(yè)推廣價值。結(jié)合液態(tài)排渣旋風爐的特點，可以將立式旋風爐捕渣率提高到90%以上，尤其適合石化行業(yè)等需要高溫低灰潔凈煙氣的環(huán)境。
4、液態(tài)排渣旋風爐可通過摻燒石灰石利用排渣制作水泥，還可以根據(jù)灰渣的化學成分利用液態(tài)渣直接澆注鑄石，液態(tài)灰渣還可以綜合利用。水煤漿液態(tài)渣是經(jīng)過急冷形成的，同樣可以制磚、做水泥配料，或經(jīng)濟價值更高的耐磨磚石。因此，具有廣泛的應用價值和經(jīng)濟效益。5、本發(fā)明針對以水煤漿為燃料的液態(tài)排渣立式旋風爐，提出了可行的布置方式，實現(xiàn)了爐體順暢排渣，從而保證了爐體運行的安全性和穩(wěn)定性，具有良好的工業(yè)應用前景。


圖I是燃水煤漿型乙烯裂解爐的液態(tài)排渣旋風爐本體及裂解爐輻射段本體示意圖。圖2是燃水煤漿型乙烯裂解爐的液態(tài)排渣旋風爐布置方式俯視圖。 圖3是燃水煤漿型乙烯裂解爐的燃燒系統(tǒng)流程圖。附圖標記1為燃燒器；2為爐體保溫層；3為膜式水冷壁；4為碳化硅涂層；5為冷卻水入口 ；6為蒸汽出口 ；7為渣井；8為刮板式出渣機；9為捕渣管束；10為水冷夾套；11為爐膛；12為水平過渡煙道；13為乙烯裂解爐輻射段；14為乙烯裂解爐側(cè)壁燒嘴；15為乙烯裂解爐輻射段受熱面反應管；21為液態(tài)排渣立式旋風爐；31為卸漿泵；32為水煤漿儲存罐；33為輸漿泵；34為爐前攪拌罐；35為供漿泵；36為水煤漿在線過濾器；37為壓差傳感器；38為鼓風機；39為蒸汽霧化系統(tǒng)；40為電磁流量計；41為SCR脫硝系統(tǒng)；42為布袋除塵器；43為循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫系統(tǒng)；44為引風機；45為煙囪。
具體實施例方式發(fā)明思路乙烯裂解爐的爐底無法布置水煤漿燃燒器，因而需要設計一個前置爐膛作為預燃室。水煤漿在前置爐膛內(nèi)著火燃燒，在前置爐膛內(nèi)水煤漿基本燒燼，并盡可能多地將水煤漿中的灰分離。前置爐燃燒較為干凈的高溫煙氣進入裂解爐內(nèi)進行換熱，達到裂解爐膛內(nèi)原燃氣的類似的溫度分布?？紤]到裂解爐輻射段對高溫煙氣和低灰環(huán)境的要求，前置爐膛的設計方案選擇液態(tài)排渣旋風爐21具有以下優(yōu)點燃燒強度高，前置爐的體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，易于布置；燃燒溫度高，燃燒強烈，燃燼率高可達97%以上；灰的捕渣率高達70°/Γ80% ;高溫煙氣進入裂解爐后易于實現(xiàn)裂解爐內(nèi)相似的溫度場分布，保證裂解爐內(nèi)熱量交換；灰渣易處理和綜合利用。而固態(tài)排渣爐方案存在的問題主要有為了保持爐內(nèi)溫度在1300 °C左右，必須高過量空氣系數(shù)運行，明顯增加了煙氣量。主要的問題是進入對流受熱面后，由于煙氣量的增加，各段受熱面的熱量分配發(fā)生較大變化，必須對尾部受熱面進行核算；前置爐的直徑大，高度高。將來在工業(yè)應用時布置會有困難。靠高溫煙氣轉(zhuǎn)向，灰的分離效果差，會有70%左右灰?guī)霠t內(nèi)，對裂解爐的受熱面和爐墻帶來積灰、結(jié)渣的問題。而立式旋風爐為立式布置，熱強度高，二次風速在6(T80 m/s，以割向或切向進風，爐內(nèi)產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)，將煤漿顆粒和灰分離到壁面，煤主要在爐壁面燃燒。隨著煙氣旋轉(zhuǎn)向下流動，液態(tài)渣自上而下流入渣池。由于它不存在環(huán)形逆向氣流，因而，其捕渣率比臥式旋風爐略低，其捕渣率在7(Γ80%。由于旋風爐的特點水煤漿液態(tài)排渣爐出口煙氣溫度高(150(Tl600 °C)，過?？諝庀禂?shù)低(1.05 1. 10)，燃燼率高(>95%)，捕渣率高O 70%)。低灰高溫煙氣具備了在裂解爐內(nèi)達到與煙氣相似溫度分布和換熱的條件。現(xiàn)有電站液態(tài)排渣旋風爐與燃水煤漿型裂解爐試驗裝置的差別在于電站液態(tài)排渣爐燃用燃料是煤粉，燃燒溫度高，達1700°C左右；而水煤漿含30%多水份，燃燒溫度相對較低，約1500-1600°C;同時，電站爐都是大容量，最小的為65t/h，試驗裝置容量約為最小電站液態(tài)爐的1/6，存在巨大的差異性。因此，國內(nèi)外均未有高水分漿體燃料在液態(tài)排渣爐中應用的報道。本發(fā)明包括水煤漿供應系統(tǒng)、蒸汽霧化系統(tǒng)、燃氣系統(tǒng)以及煙風系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成，以下將分別介紹各系統(tǒng)的流程及主要設備。I、水煤漿供應系統(tǒng)水煤漿的供應系統(tǒng)的工藝流程為水煤漿由運漿罐車經(jīng)移動式卸漿泵31，卸入水煤 漿儲存罐32備用，運行時水煤漿由輸漿泵33送入爐前攪拌罐34，經(jīng)攪拌后的水煤漿由供漿泵35經(jīng)水煤漿在線過濾器36、電磁流量計40進入水煤漿噴嘴霧化系統(tǒng)。噴嘴燃燒的水煤漿量用供漿泵35變頻調(diào)速來控制，并用部分水煤漿回流到爐前攪拌罐34輔助調(diào)節(jié)。水煤漿回流還有在噴嘴堵塞時，保護水煤漿泵避免超壓損壞的功能。2、蒸汽霧化系統(tǒng)霧化蒸汽由廠自產(chǎn)蒸汽供應，其中蒸汽霧化系統(tǒng)39所需蒸汽參數(shù)為P=O. 15MPa，T=300°C，蒸汽流量按照O. 3kg蒸汽/kg水煤漿計算。水煤漿的霧化蒸汽由該系統(tǒng)供應。3、燃氣點火系統(tǒng)燃氣系統(tǒng)是使用甲烷氫作為點火及備用燃料，甲烷氫經(jīng)燃氣流量計，緊急關(guān)斷閥(緊急關(guān)斷閥與火焰檢測器連鎖，當燃氣滅火時緊急關(guān)斷，保證試驗爐安全)，最后進入燃燒器I的燃氣點火裝置進行燃燒，在系統(tǒng)中配有安全閥、壓力表等。4、煙風系統(tǒng)煙風系統(tǒng)為爐體燃燒的供風及煙氣系統(tǒng)。供風系統(tǒng)由高壓風機送風，總送風道安裝總風量的測量裝置，并安裝遙控調(diào)節(jié)風門。總風分配至一次風管，燃氣風管，燃燒器二次風管。上切向風左右兩側(cè)各兩個噴嘴共四個噴口和下燃盡風切向噴口，左右各二個共四個噴口，各風管均裝有流量測量裝置并各有調(diào)節(jié)風門，各噴口的風量根據(jù)燃燒的工況進行調(diào)節(jié)。煙氣經(jīng)乙烯裂解爐輻射段13出口進入對流段進行冷卻，在煙氣溫度降至30(T40(TC左右的區(qū)域布置SCR脫硝裝置41，經(jīng)脫硝后離開裂解爐的煙氣進入布袋除塵器42進行除塵，經(jīng)循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫系統(tǒng)43的脫硫塔進行脫硫之后，由引風機44送入煙 45排入大氣。5、監(jiān)控系統(tǒng)裂解爐的監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機集中控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各系統(tǒng)運行參數(shù)的監(jiān)控和各設備的自動控制。本發(fā)明涉及到的設計煤種考慮到我國神華煤煤源充分，灰熔點低(1200 V )，灰份低，但難制漿，濃度低62-64%，熱值在4300Kcal/Kg左右的實際情況，同時多數(shù)水煤漿是適用工業(yè)鍋爐使用，其灰熔點要求在1300 °C以上，神華煤添加高灰熔點煤制成，并不適用液態(tài)排渣爐。因此，最終選用以下水煤漿作為設計煤種
權(quán)利要求
1.一種以燃水煤漿作為燃料的乙烯裂解爐生產(chǎn)方法，其特征在于，是以液態(tài)排渣立式旋風爐作為乙烯裂解爐的前置燃燒室；具體包括使用甲烷氫作為燃料點火，待液態(tài)排渣立式旋風爐的爐膛溫度達到水煤漿燃燒要求后，使經(jīng)過蒸汽霧化的水煤漿由燃燒器的水煤漿噴嘴噴入爐膛進行燃燒；煤漿顆粒在爐膛內(nèi)的強烈旋轉(zhuǎn)氣流作用下，發(fā)生貼壁燃燒并形成保護爐壁耐火材料的液態(tài)渣膜；燃燒產(chǎn)生的煙氣離開爐膛后，經(jīng)水平過渡煙道由乙烯裂解爐輻射段底部進入，為位于乙烯裂解爐輻射段受熱面的反應管中的乙烯裂解原料提供裂解反應所需的熱量；煙氣在離開乙烯裂解爐后經(jīng)過SCR脫硝裝置進入布袋除塵器，并由引風機送入脫硫裝置，最后經(jīng)由煙囪排入大氣；布置于液態(tài)排渣立式旋風爐底部的刮板出渣機與渣井相連接，負責將已冷卻及粒化的渣由?；洳粩嗯懦觥?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)排渣立式旋風爐具有柱狀的爐體，其頂部設燃燒器，在燃燒器處設一次風出口，在爐膛上部布置切向的二次風噴口，在爐膛下部布置切向的燃燒二次風噴口 ；在爐膛底部與乙烯裂解爐輻射段底部之間設置水平過渡煙道，水平過渡煙道的入口處錯列布置有豎向的捕渣管束；在底部設渣欄，渣欄的下方設有渣井；所述捕渣管束的各管件外部包圍設置水冷夾套，水冷夾套的外側(cè)設涂覆的碳化硅耐火材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)排渣立式旋風爐的爐體為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)外側(cè)設保溫材料層、中間為水冷壁管，水冷壁管的內(nèi)側(cè)表面密布渣釘并在內(nèi)側(cè)表面及渣釘表面設置涂覆的碳化硅涂料層；爐底處設連接水冷壁管的冷卻水入口，爐體上部設蒸汽出口，蒸汽出口經(jīng)汽包接于水冷壁管；在燃燒器與膜式水冷壁結(jié)構(gòu)的爐體之間，還設有一個絕熱穩(wěn)燃室，其爐壁為耐火磚砌筑的絕熱壁面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述切向的二次風噴口和燃燒二次風噴口各有四個，每種噴口均分為兩層布置；所述二次風噴口和燃燒二次風噴口的二次風速在60 80 m/s 。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平過渡煙道的底部是與水平方向呈5°夾角的斜面，其接于乙烯裂解爐輻射段底部的一端為較高一端；水平過渡煙道具有兩段式結(jié)構(gòu)連接爐膛底部的主體部分為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，其外側(cè)設保溫材料層、中間為水冷壁管，水冷壁管的內(nèi)側(cè)表面密布渣釘并在內(nèi)側(cè)表面及渣釘表面設置涂覆的碳化硅涂料層；連接乙烯裂解爐輻射段底部的部分為水冷夾套。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5任意一項中所述的方法，其特征在于，設于液態(tài)排渣立式旋風爐頂部的燃燒器具有甲烷氫燃燒嘴和水煤漿霧化噴嘴，其中以甲烷氫作為甲烷氫燃燒嘴的點火及備用燃料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5任意一項中所述的方法，其特征在于，在乙烯裂解爐的每兩組受熱面左右側(cè)各設立一只液態(tài)排渣立式旋風爐。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至5任意一項中所述的方法，其特征在于，水煤漿液態(tài)排渣爐出口煙氣的溫度為150(Tl600 °C，過?？諝庀禂?shù)為I. 05 I. 10。
全文摘要
本發(fā)明涉及水煤漿替代工藝，旨在提供一種以燃水煤漿作為燃料的乙烯裂解爐生產(chǎn)方法。該方法是以液態(tài)排渣立式旋風爐作為乙烯裂解爐的前置燃燒室；使用經(jīng)過蒸汽霧化的水煤漿噴入爐膛進行燃燒；燃燒產(chǎn)生的煙氣離開爐膛后，經(jīng)水平過渡煙道由乙烯裂解爐輻射段底部進入，為位于乙烯裂解爐輻射段受熱面的反應管中的乙烯裂解原料提供裂解反應所需的熱量；煙氣脫硫后排入大氣；布置于旋風爐底部的刮板出渣機負責將渣排出。本發(fā)明用水煤漿替代甲烷氫，大大提高了后者的利用效率和價值；可以將立式旋風爐捕渣率提高到90%以上，尤其適合石化行業(yè)等需要高溫低灰潔凈煙氣的環(huán)境；液態(tài)灰渣可綜合利用，具有廣泛的應用價值和經(jīng)濟效益，具有良好的工業(yè)應用前景。
文檔編號C10G9/20GK102911707SQ201210387400
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者王永健, 周俊虎, 羅強, 岑可法, 孫國臣, 黃鎮(zhèn)宇, 宋立臣, 張彥威, 張寶生, 劉建忠, 陳立國, 趙西明 申請人:中國石油化工股份有限公司, 浙江大學