本發(fā)明涉及一種氣化燒嘴的冷卻方法及冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氣流床氣化技術(shù)是實現(xiàn)煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化利用的關(guān)鍵技術(shù)之一。氣流床氣化爐采用液態(tài)排渣方式，依據(jù)入爐原料(水煤漿/粉煤)和氣化爐耐火襯里(耐火磚/水冷壁)形式不同，氣化爐操作溫度通常在1250～1650℃之間，氣化操作壓力通常為4.0mpag和6.5mpag，氣化燒嘴作為氣化爐進料關(guān)鍵設(shè)備需要在此高溫高壓下長周期穩(wěn)定運行，必須采取相關(guān)冷卻保護措施，目前主要通過設(shè)置燒嘴冷卻水系統(tǒng)實現(xiàn)氣化燒嘴保護(專利號cn201110445598.1，cn201410440639.1，cn201620233225.6，cn201220271477.x)。

目前氣流床煤氣化采用兩種形式的氣化燒嘴。以ge煤氣化技術(shù)和多噴嘴對置式氣化技術(shù)為代表的水煤漿氣化燒嘴，其在氣化燒嘴端部設(shè)置冷卻水腔、進出冷卻水盤管等方法實現(xiàn)氣化燒嘴的冷卻保護，并且還進一步結(jié)合操作參數(shù)的方式對氣化燒嘴進行保護，如調(diào)整冷卻水壓力低于氣化爐壓力。由于氣化燒嘴端部燃燒強度極大，而冷卻水腔室結(jié)構(gòu)無法精確加工控制，致使燒嘴端部局部區(qū)域冷卻效果較差；采用盤管向燒嘴端部冷卻水腔供水，燒嘴冷卻水壓降大，且在燒嘴檢修安裝時冷卻水盤管極易被連帶拔斷，燒嘴使用壽命通常不超過3個月。以shell粉煤氣化技術(shù)為代表的粉煤氣化燒嘴，雖然采用進出冷卻水夾套較好地解決了冷卻水盤管壓降大且易損壞的問題，但由于燒嘴端部燃燒強度大，端部冷卻水腔室易燒蝕的風(fēng)險仍然較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中氣化燒嘴在長周期高溫高壓下易燒損、使用壽命短的缺陷，而提供一種可以延長氣化燒嘴的冷卻方法及冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明的冷卻方法及冷卻系統(tǒng)，通過降低燒嘴端部燃燒強度和強化冷卻水換熱，能夠顯著提高氣化燒嘴的使用壽命，可實現(xiàn)氣化燒嘴在惡劣工況下的長周期使用。

為達上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種氣化燒嘴的冷卻方法，所述氣化燒嘴包括燒嘴主體；所述燒嘴主體包括燒嘴基體和基體外殼，所述基體外殼包覆于所述燒嘴基體的外側(cè)，所述燒嘴基體和所述基體外殼之間形成冷卻通道；所述氣化燒嘴還包括冷卻水夾套，所述冷卻水夾套包覆于所述燒嘴主體的外側(cè)；

所述冷卻方法包括如下步驟：

經(jīng)所述燒嘴基體的氣化反應(yīng)原料與經(jīng)所述冷卻通道的冷卻介質(zhì)發(fā)生氣化反應(yīng)；其中：對于水煤漿的氣化反應(yīng)來說，所述冷卻介質(zhì)為水煤漿，所述水煤漿的質(zhì)量占總水煤漿的質(zhì)量的百分比為5％～20％；對于粉煤氣化反應(yīng)來說，所述冷卻介質(zhì)為載氣、水蒸氣或粉煤，所述水蒸氣的流量范圍為1～10t/h，所述粉煤占總粉煤質(zhì)量的百分比為5％～20％。

本發(fā)明的冷卻方法適用于本領(lǐng)域各種氣化燒嘴的冷卻方法，尤其適用于氣流床用氣化燒嘴的冷卻方法。

本發(fā)明中，所述粉煤按照本領(lǐng)域常規(guī)采用氣力輸送。

本發(fā)明中，所述冷卻水夾套中的冷卻水按照本領(lǐng)域常規(guī)經(jīng)過穩(wěn)壓、加壓和換熱后返回所述冷卻水夾套中。

其中，所述穩(wěn)壓之前，所述冷卻水按照本領(lǐng)域常規(guī)經(jīng)過溫度和流量的監(jiān)測。所述溫度的監(jiān)測一般采用溫度計，所述流量的監(jiān)測一般采用流量計。

其中，所述穩(wěn)壓為本領(lǐng)域常規(guī)操作，一般在冷卻水罐中進行。所述冷卻水罐中冷卻水的壓力的調(diào)節(jié)按照本領(lǐng)域常規(guī)，一般根據(jù)通入其中的惰性氣體的量來調(diào)節(jié)。當(dāng)冷卻水的壓力低于設(shè)定值時，通入惰性氣體，當(dāng)冷卻水的壓力達到設(shè)定值時，停止通入惰性氣體；當(dāng)冷卻水的壓力高于設(shè)定值時，排出惰性氣體，當(dāng)冷卻水的壓力恢復(fù)至設(shè)定值時，停止排出惰性氣體。根據(jù)氣化爐的操作工藝，冷卻水的壓力可在0～8.0mpag的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過對冷卻水的壓力的調(diào)節(jié)，可以防止冷卻夾套破損后氣化反應(yīng)所得合成氣的外泄。

其中，所述加壓為本領(lǐng)域常規(guī)操作，一般通過加壓泵實現(xiàn)。

其中，所述換熱之前，所述冷卻水按照本領(lǐng)域常規(guī)經(jīng)過流量控制。所述流量控制包括沿冷卻水流動方向依次設(shè)置的流量調(diào)節(jié)閥和流量計，所述流量計按照本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)有控制電路，所述控制電路用于控制所述流量調(diào)節(jié)閥。

其中，所述換熱為本領(lǐng)域常規(guī)操作，一般在換熱器中進行。根據(jù)冷卻水的得熱和散熱情況，可通過調(diào)整通入換熱器中冷卻水或者水蒸氣的流量來滿足工藝需求。根據(jù)氣化爐的操作工藝，所述冷卻水的溫度可在30～250℃的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過對冷卻水的溫度的調(diào)節(jié)，可以防止燒嘴主體的表面金屬的露點腐蝕。

其中，所述換熱之后，所述冷卻水按照本領(lǐng)域常規(guī)經(jīng)過溫度和壓力的監(jiān)測。所述溫度的監(jiān)測一般采用溫度計，所述壓力的監(jiān)測一般采用壓力表。

本發(fā)明還提供一種氣化燒嘴的冷卻系統(tǒng)，其包括：氣化燒嘴、冷卻水罐、加壓泵和換熱器；所述氣化燒嘴包括燒嘴主體；所述燒嘴主體包括燒嘴基體和基體外殼，所述基體外殼包覆于所述燒嘴基體的外側(cè)，所述燒嘴基體和所述基體外殼之間形成冷卻通道；所述氣化燒嘴還包括冷卻水夾套，所述冷卻水夾套包覆于所述燒嘴主體的外側(cè)；所述冷卻水夾套依次與所述冷卻水罐、所述加壓泵和所述換熱器相連通，所述換熱器的冷卻水出口與所述冷卻水夾套相連通。

本發(fā)明中，所述燒嘴基體可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的任一種燒嘴基體，用于將水煤漿或粉煤的氣化反應(yīng)原料噴入氣化爐中參與氣化反應(yīng)。

本發(fā)明中，所述冷卻水夾套內(nèi)較佳地設(shè)有導(dǎo)流部件，所述導(dǎo)流部件可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的導(dǎo)流條。導(dǎo)流部件的設(shè)置能夠使水流均布，流速加快。

本發(fā)明中，所述冷卻水夾套與所述冷卻水罐之間的管道上按照本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)有第一切斷閥。當(dāng)冷卻水夾套泄露時，可將所述第一切斷閥關(guān)閉，便于維修。

其中，所述冷卻水夾套與所述第一切斷閥之間的管道上按照本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)有第一止回閥。第一止回閥的設(shè)置，可以避免冷卻水夾套泄露后氣化反應(yīng)所得合成氣反串入冷卻水系統(tǒng)，可以使冷卻水系統(tǒng)更加平穩(wěn)的運行。

本發(fā)明中，所述冷卻水夾套與所述冷卻水罐之間的管道上按照本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)有第一溫度計和第一流量計。所述第一溫度計和所述第一流量計較佳地設(shè)于所述第一切斷閥與所述冷卻水罐之間的管道上。通過第一溫度計和第一流量計的設(shè)置，可以實時監(jiān)測冷卻水的工藝參數(shù)，可避免異常工況的發(fā)生。

本發(fā)明中，所述冷卻水罐的頂部按照本領(lǐng)域常規(guī)一般設(shè)有第一壓力表、放空管和惰性氣體輸入管，所述放空管上設(shè)有第一壓力調(diào)節(jié)閥，所述惰性氣體輸入管上設(shè)有第二壓力調(diào)節(jié)閥。所述壓力表按照本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)有控制電路，所述控制電路用于控制所述第一壓力調(diào)節(jié)閥和第二壓力調(diào)節(jié)閥。當(dāng)冷卻水罐中的冷卻水的壓力低于設(shè)定值時，啟動所述第二壓力調(diào)節(jié)閥，惰性氣體經(jīng)所述第二壓力調(diào)節(jié)閥進入所述冷卻水罐，當(dāng)冷卻水的壓力達到設(shè)定值時，關(guān)閉所述第二壓力調(diào)節(jié)閥；當(dāng)冷卻水罐中的冷卻水的壓力高于設(shè)定值時，啟動所述第一壓力調(diào)節(jié)閥，惰性氣體經(jīng)所述第一壓力調(diào)節(jié)閥排出所述冷卻水罐，當(dāng)冷卻水的壓力恢復(fù)至設(shè)定值時，所述第一壓力調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。根據(jù)氣化爐的操作工藝，冷卻水的壓力可在0～8.0mpag范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可以防止冷卻夾套破損后氣化反應(yīng)所得合成氣的外泄。

本發(fā)明中，所述冷卻水罐按照本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)有水蒸汽入口。在氣化燒嘴運行前，首先向冷卻水罐中注入一定量的脫鹽水，可根據(jù)冷卻水的溫度的設(shè)定值，來調(diào)節(jié)水蒸汽的通入量。在氣化燒嘴運行過程中，根據(jù)冷卻水系統(tǒng)的得熱和散熱情況，可選擇通入換熱器中冷卻水或者水蒸氣的流量來維持冷卻水的溫度的恒定。根據(jù)氣化爐的操作工藝，所述冷卻水的溫度可在30～250℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可以防止燒嘴主體的表面金屬的露點腐蝕。

本發(fā)明中，所述加壓泵與所述換熱器之間的管道上按照本領(lǐng)域常規(guī)依次設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥和第二流量計，所述第二流量計按照本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)有控制電路，所述控制電路用于控制所述流量調(diào)節(jié)閥。根據(jù)氣化爐的操作工藝，可實現(xiàn)對冷卻水的流量的調(diào)節(jié)，進而可以很好的實現(xiàn)反應(yīng)熱的移除，起到保護氣化燒嘴、延長氣化燒嘴使用壽命的目的。

本發(fā)明中，所述換熱器與所述冷卻水夾套之間的管道上設(shè)有第二切斷閥。當(dāng)冷卻水夾套泄露時，可將所述第二切斷閥關(guān)閉，便于維修。

其中，所述第二切斷閥與所述冷卻水夾套之間的管道上設(shè)有第二止回閥。第二止回閥的設(shè)置，可以避免冷卻水夾套泄露后氣化反應(yīng)所得合成氣反串入冷卻水系統(tǒng)，可以使冷卻水系統(tǒng)更加平穩(wěn)的運行。

本發(fā)明中，所述換熱器與所述冷卻水夾套之間的管道上按照本領(lǐng)域常規(guī)依次設(shè)有第二壓力表和第二溫度計。所述第二壓力表和所述第二溫度計較佳地設(shè)于所述換熱器與所述第二切斷閥之間的管道上。通過第二壓力表和第二溫度計的設(shè)置，可以實時監(jiān)測冷卻水的工藝參數(shù)，可避免異常工況的發(fā)生。

本發(fā)明中，“mpag”中“mpa”為壓力單位“兆帕”，“g”表示表壓。

在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。

本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。

本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明氣化燒嘴的冷卻方法及冷卻系統(tǒng)，通過設(shè)置冷卻介質(zhì)通道，可降低燒嘴端部燃燒強度；采用冷卻水夾套，可降低冷卻水系統(tǒng)壓降，進而降低輸送能耗；此外，冷卻水夾套的安裝檢修簡單方便；通過調(diào)節(jié)冷卻水系統(tǒng)的壓力和溫度，可適應(yīng)不同煤種對氣化壓力和冷卻水溫度的需求。該冷卻方法及冷卻系統(tǒng)，大大延長了氣化燒嘴的使用壽命，有力保障了氣化裝置的安全穩(wěn)定運行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明氣化燒嘴的冷卻系統(tǒng)的示意圖。

圖2為本發(fā)明氣化燒嘴的冷卻方法的示意圖。

附圖標(biāo)號說明：

氣化燒嘴10冷卻通道11冷卻水夾套12

第一切斷閥20第一溫度計30第一流量計40

冷卻水罐50第一壓力表51第一壓力調(diào)節(jié)閥52第二壓力調(diào)節(jié)閥53

加壓泵60流量調(diào)節(jié)閥70第二流量計80換熱器90

第二壓力表100第二溫度計110第二切斷閥120

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。

如圖1所示，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的氣化燒嘴10包括燒嘴主體；燒嘴主體包括燒嘴基體和基體外殼，基體外殼包覆于燒嘴基體的外側(cè)，燒嘴基體和基體外殼之間形成冷卻通道11；氣化燒嘴10還包括冷卻水夾套12，冷卻水夾套12包覆于燒嘴主體的外側(cè)；冷卻水夾套12依次與冷卻水罐50、加壓泵60和換熱器90相連通，換熱器90的冷卻水出口與冷卻水夾套12相連通。冷卻水夾套12與冷卻水罐50之間的管道上依次設(shè)置第一切斷閥20、第一溫度計30和第一流量計40。冷卻水罐50還設(shè)有第一壓力表51、放空管和惰性氣體輸入管，放空管上設(shè)有第一壓力調(diào)節(jié)閥52，惰性氣體輸入管上設(shè)有第二壓力調(diào)節(jié)閥53，第一壓力表51的控制電路用于控制第一壓力調(diào)節(jié)閥52和第二壓力調(diào)節(jié)閥53。冷卻水罐50還設(shè)有水蒸汽入口，水蒸氣入口與冷卻水罐50相連通。加壓泵60與換熱器90之間的管道上依次設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥70和第二流量計80，第二流量計80的控制電路用于控制流量調(diào)節(jié)閥70。換熱器90與冷卻水夾套12之間的管道上依次設(shè)有第二壓力表100、第二溫度計110和第二切斷閥120。

實施例1

如圖2所示，一套日處理規(guī)模為2000噸煤的水煤漿氣化裝置，氣化爐操作溫度1300℃，壓力4.0mpag，氣化爐設(shè)置有4個氣化燒嘴10。經(jīng)燒嘴基體的水煤漿和氧氣的流量分別為32.9t/h和14100nm³/h，水煤漿濃度60wt％。經(jīng)冷卻通道11的水煤漿的流量為3t/h，水煤漿濃度60wt％。冷卻水罐50的壓力為常壓，冷卻水的流量12m³/h，進出氣化燒嘴10的冷卻水溫度分別為33℃和36℃，進出氣化燒嘴10的冷卻水的壓降約為0.2mpa。

該冷卻系統(tǒng)，利用冷卻通道11中水煤漿物料，降低了氣化燒嘴10的端部氣化燃燒強度，采用冷卻水夾套12代替?zhèn)鹘y(tǒng)水煤漿氣化燒嘴10的盤管，減少了燒嘴冷卻水壓降，降低了冷卻系統(tǒng)能耗，實現(xiàn)了氣化燒嘴10的良好冷卻保護?，F(xiàn)有水煤漿氣化噴嘴壽命一般為2～3個月，該水煤漿氣化燒嘴10的使用壽命超過3個月。

實施例2

如圖2所示，一套日處理規(guī)模為1000噸煤的粉煤加壓氣流床氣化工業(yè)裝置，氣化爐操作溫度1500℃，壓力4.0mpag，氣化爐設(shè)置1個粉煤氣化燒嘴10。經(jīng)燒嘴基體的粉煤和氧氣的流量分別為41.5t/h和24000nm³/h。經(jīng)冷卻通道11的水蒸氣的流量為4t/h。冷卻水罐50的壓力為5.0mpag高于氣化爐操作壓力，冷卻水流量20m³/h，進出氣化燒嘴10的冷卻水溫度分別為180℃和183℃，進出氣化燒嘴10的冷卻水的壓降約為0.2mpa。

該冷卻系統(tǒng)，利用粉煤氣化所需要的工藝蒸汽和冷卻水作為冷卻介質(zhì)，在保證氣化效率的前提下，降低了氣化燒嘴10的端部燃燒強度，采用冷卻水夾套12減少了燒嘴冷卻水壓降，降低了冷卻系統(tǒng)能耗，實現(xiàn)了氣化燒嘴10的良好冷卻保護?，F(xiàn)有粉煤氣化噴嘴壽命一般為3～9個月，該粉煤氣化燒嘴10的使用壽命達1年以上。