CN102072484B - 一种流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置及应用 - Google Patents

Abstract

一种流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置，它是由是由测压口(2)、换热器(18)、测温口(3)、机械阀(4)和气控阀(17)组成，其特征在于立管(1)上有两个测压口(2)，换热器(18)和两个测温口(3)，换热器(18)上有进水口(19)和出水口(20)，换热器(18)之上有第一个测温口，换热器(18)之下第二个测温口，两个测压口(2)位于第一个测温口之上，立管(1)的下端和机械阀(4)连接；机械阀(4)下端通过进料管(5)与气控阀(17)的相连。本发明具有结构简单，操作简便，适用于各种条件下流化床气化炉带出物料返炉要求的优点。

Description

一种流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置及应用

技术领域

本发明属于一种用于流化床气化炉带出物料在高压、高温、各种条件下返炉循环装置及应用。 

技术背景

流化床气化技术作为新一代洁净煤技术已在世界范围内得到广泛应用，目前正向加压大型化发展。随着加压气化炉处理量的增加，流化床气化炉炉顶带出半焦细粉量随之增大。为解决流化床气化炉半焦细粉的气化效率，必须通过气化炉带出物料多次返炉来提高它的转化效率。 

流化床气化炉中的带出细粉循环是靠固体颗粒循环系统控制循环流量和维持必要的料封，它主要由立管和返料装置返料阀组成，立管的作用是形成足够的压头来平衡旋风分离器和气化炉内之间的负压差，保持和控制循环物料在循环系统中稳定流动，同时合理的立管截面积将立管中物料的下降速度控制在允许的范围内。返料装置则起到控制物料循环的开闭、循环物料的输送、返料量的调节的作用。 

流化床气化炉不同于燃烧炉(锅炉)，带出物料为煤半焦，含碳高，循环倍率较小，返料装置中机械阀、气控阀均有应用，各有优缺点。机械阀的优点在于调节特性优良、运行控制调节灵活；但是由于长期在高温、高压环境下调节粉体物料流动，容易产生卡塞、磨蚀现象，调节性能和使用寿命受到限制。气控阀采用不同的充气方式和调节充气量来控制返料装置的开闭和调节物料流量，延长了阀门的使用寿命，阀门制造也更容易因而在循环流化床燃烧系统上得到了广泛的应用；但是气控阀的密封性较差，不能启到料封的作用，尤其是在大压差和低循环倍率(循环量与气化炉进料量之比)下启动和控制较难，另外现有气控阀的结构不能满足高压的要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，操作简便，适用于各种条件下流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置及应用。 

本发明的原理是，采用机械阀建立或控制立管料位，通过测压点判断立管内的料位；利用水夹套和测温点确定物料在立管内的下移速率、调节气控阀的流化气、松动气和侧吹气，实现对进入气控阀的物料循环倍率的控制。机械阀的作用是建立料位和料位粗控，气控阀的作用是料位的精确控制。 

本发明的流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置是由测压口、换热器、测温点、机械阀和气控阀组成，其特征在于立管上有两个测压口，换热器和两个测温口，换热器上有进水口和出水口，换热器之上有第一个测温口，换热器之下第二个测温口，两个测压口位于第一个测温口之上，立管的下端和机械阀连接；机械阀下端通过进料管与气控阀相连。 

所述的气控阀为圆柱体结构，在气控阀内的中间设置有挡板，挡板的上端与气控阀顶部相连，挡板的下端与气控阀底部形成一通道，挡板将气控阀内部分隔成两个连通的返料室和物料供给室，与进料管下部相连的是物料供给室，在物料供给室有侧吹气管，侧吹气管与通道在同一水平位置上，返料室内有一隔板，隔板下端与返料室底部相连，隔板上端与返料室顶部形成另一通道，返料斜管与返料室相连，隔板与挡板之间的返料室底部是布风板，物料供给室的底部是布风板，布风板下面分别设置松动气室和返料气室，松动气室与物料供给室相连，返料气室与返料室相连，松动气管与松动气室相连，流化气管与返料气室相连。 

如上所述的两个测压口的间距为0.8-1.2m。 

如上所述的挡板的下端与气控阀底部形成一通道的截面积与进料管截面积之比应在0.8-1.2之间。 

本发明的流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置的应用方法如下： 

(1)流化床气化炉开始运行时，来自旋风分离器的高温高压灰经立管向下流动，首先关闭机械阀来积攒料位； 

(2)两个测压口压差为0.2～0.8kPa时，给换热器通入水，同时机械阀开启40～100％，当循环倍率＜5时，机械阀开启40-45％，循环倍率5-10时，机械阀开启65-75％左右，循环倍率10-20时，机械阀开启90-100％； 

(3)机械阀开启后，首先用流化气先对返料室进行充气，使返料室中的物料处于流化状态，接着用松动气或侧吹气对物料供给室由小到大充气，在气控阀工作过程中，流化气、松动气和侧吹气联合充气控制物料的循环量，从而使物料进入返料斜管； 

(4)通过测量二个测温口温度点T₁、T₂，经过公式计算得出立管内下移物料的循环量； 

公式为：Q_焦＝Q_水·C_水·(T_进水-T_出水)/(C_焦·(T₁-T₂)) 

Q_水为换热器18的水量，C_水为水的比热，T_进水为进水温度，T_出水为换热器出水温度；Q_焦为下移物料的循环量，C_焦为物料的比热，T₁为物料进入换热器的温度，T₂为物料进入换热器的温度；根据计算得出立管内下移物料的循环量，如果计算得到下移物料的循环量大于预期下移物料的循环量，则通过调节流化气，松动气和侧吹气，减小总气量，使之达到预期下移物料的循环量；如果计算得到下移物料的循环量小于预期下移物料的循环量，则通过调节流化气，松动气和侧吹气，加大总气量，使之达到预期下移物料的循环量，从而实现精确控制物料的循环量。 

(5)流化床气化炉停止运行，首先关闭机械阀，停止物料进入气控阀；然后关闭气控阀的流化气、松动气和侧吹气；关闭换热器进水。 

如上所述的流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置可以在温度为常温-1100℃，压力常压-6.0MPa使用，并达到使外循环的物料量循环量与气化炉进料量之比即循环倍率在0.5～20∶1之间进行调节。 

本发明的优点是： 

(1)装置结构简单，操作简便，可以定量控制； 

(2)启动容易，可防止气体短路，安全可靠； 

(3)循环倍率范围宽，可以适用于各种原料流化床气化； 

(4)可满足高温高压物料循环控制。 

附图说明

图1为本发明的流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置的结构示意图 

图2为本发明的流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置气控阀的结构正视示意图 

图3为本发明的流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置气控阀的结构俯视示意图 

如图所示，1立管、2测压口、3测温口、4机械阀、5进料管、6物料供给室、7挡板、8布风板、9侧吹气管、10松动气室、11松动气管、12流化气管、13返料气室、14返料斜管、15隔板、16返料室、17气控阀、18换热器、19进水口、20出水口。 

具体实施方式

流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置是由测压口2、换热器18、测温口3、机械阀4和气控阀17组成，其特征在于立管1上有两个测压口2，换热器18和两个测温口3，换热器18上有进水口19和出水口20，换热器18之上有第一个测温口，换热器18之下第二个测温口，两个测压口2位于第一个测温口之上，立管1的下端和机械阀4连接；机械阀4下端通过进料管5与气控阀17相连。

所述的气控阀17为圆柱体结构，在气控阀17内的中间设置有挡板7，挡板7的上端与气控阀17顶部相连，挡板7的下端与气控阀17底部形成一通道，挡板7将气控阀内部分隔成两个连通的返料室16和物料供给室6，与进料管5下部相连的是物料供给室6，在物料供给室6有侧吹气管9，侧吹气管9与通道在同一水平位置上，返料室16内有一隔板15，隔板15下端与返料室16底部相连，隔板15上端与返料室16顶部形成另一通道，返料斜管14与返料室16相连，隔板15与挡板7之间的返料室16底部是布风板8，物料供给室6的底部是布风板8，布风板8下面分别设置松动气室10和返料气室13，松动气室10与物料供给室6相连，返料气室13与返料室16相连，松动气管11与松动气室10相连，流化气管12与返料气室13相连。 

实施例1 

气化炉进料量为2000kg/h，要求立管内物料的循环倍率为2±1，循环量2000-6000kg/h，工况时操作如下：流化床气化炉开始运行时，来自旋风分离器的高温高压灰经立管1向下流动，首先关闭机械阀4来积攒料位；对两个测压口2进行测压，当两个测压口之间的压差为0.2-0.3kPa时，给换热器18通入水，同时机械阀4开启40％，首先气体从流化气管12进入流化气室13对返料室16进行充气，使返料室16中的物料处于流化状态，流化气量为120Nm³/h，接着气体从松动气管11进入松动气室10对物料供给室6的物料松动，松动气量为110Nm³/h，从侧吹气管9进入的气体对物料供给室6的物料向返料室16输送，侧吹气量为90Nm³/h， 

经过公式计算得出立管内下移物料的循环量： 

公式为：Q_焦＝Q_水·C_水·(T_进水-T_出水)/(C_焦·(T₁-T₂)) 

Q_水为换热器18的水量，为500kg/h，C_水为水的比热，为4.2kJ/(kg·℃)，T进水为进水温度，为20℃，T_出水为换热器出水温度，Q_焦为物料下移流量，C_焦为物料的比热，为1.38kJ/(kg·℃)，T₁为第一个测温口的温度，T₂为第二个测温口的温度； 

通过测量得到下移物料进入换热器18前的温度T1为850℃，出换热器18的物料温度T2为820℃，出水口20的温度T_出水为50℃，根据计算得出立管1内下移物料的循环量为1521kg/h，小于预期下移物料的循环量，则增大总气量，使流化气量为140Nm³/h，松动气量为130Nm³/h，侧吹气量为100Nm³/h。 

再次测量得到下移物料进入换热器18前的温度T1为850℃，出换热器18的物料温度T2为835℃，出水口20的温度T_出水为80℃，根据计算得出立管1内下移物料的循环量为7608kg/h，大于预期下移物料的循环量，则减小总气量，使流化气量为133Nm³/h，松动气量为120Nm³/h，侧吹气量为95Nm³/h。 

第三次测量得到下移物料进入换热器18前的温度T1为850℃，出换热器18的物料温度T2为834℃，出水口20的温度T_出水为60℃，根据计算得出立管1内下移物料的循环量为3804kg/h，达到预期下移物料的循环量。 

流化床气化炉停止运行，首先关闭机械阀4，停止物料进入气控阀17；然后关闭气控阀17的流化气、松动气和侧吹气；关闭换热器18进水。 

实施例2 

气化炉进料量为1000kg/h，要求立管内物料的循环倍率为8±1，循环量7000～9000kg/h，工况时操作如下：流化床气化炉开始运行时，来自旋风分离器的高温高压灰经立管1向下流动，首先关闭机械阀4来积攒料位；对两个测压口2进行测压，当两个测压口之间的压差为0.5-0.6kPa时，给换热器18通入水，同时机械阀4开启70％，首先气体从流化气管12进入流化气室13对返料室16进行充气，使返料室16中的物料处于流化状态，流化气量为500Nm³/h，接着气体从松动气管11进入松动气室10对物料供给室6的物料松动，松动气量为400Nm³/h，从侧吹气管9进入的气体对物料供给室6的物料向返料室16输送，侧吹气量为300Nm³/h， 

经过公式计算得出立管内下移物料的循环量： 

公式为：Q_焦＝Q_水·C_水·(T_进水-T_出水)/(C_焦·(T₁-T₂)) 

Q_水为换热器18的水量，为1000kg/h，C_水为水的比热，为4.2kJ/(kg·℃)，T _进水为进水温度，为20℃，T_出水为换热器出水温度，Q_焦为物料下移流量，C_焦为物料的比热，为1.38kJ/(kg·℃)，T₁为第一个测温口的温度，T₂为第二个测温口的温度； 

通过测量得到下移物料进入换热器18前的温度T1为850℃，出换热器18的物料温度T2为835℃，出水口20的温度T_出水为48℃，根据计算得出立管1内下移物料的循环量为5681kg/h，小于预期下移物料的循环量，则增大总气量，使流化气量为550Nm³/h，松动气量为420Nm³/h，侧吹气量为330Nm³/h。 

再次测量得到下移物料进入换热器18前的温度T1为850℃，出换热器18的物料温度T2为837℃，出水口20的温度T_出水为56℃，根据计算得出立管1内下移物料的循环量为8428kg/h，达到预期下移物料的循环量。 

流化床气化炉停止运行，首先关闭机械阀4，停止物料进入气控阀17；然后关闭气控阀17的流化气、松动气和侧吹气；关闭换热器18进水。 

实施例3 

气化炉进料量为800kg/h，要求立管内物料的循环倍率为16±1，循环量12000～13600kg/h，工况时操作如下：流化床气化炉开始运行时，来自旋风分离器的高温高压灰经立管1向下流动，首先关闭机械阀4来积攒料位；对两个测压口2进行测压，当两个测压口2之间的压差为0.5-0.6kPa时，给换热器18通入水，同时机械阀4开启100％，首先气体从流化气管12进入流化气室13对返料室16进行充气，使返料室16中的物料处于流化状态，流化气量为650Nm³/h，接着气体从松动气管11进入松动气室10对物料供给室6的物料松动，松动气量为530Nm³/h，从侧吹气管9进入的气体对物料供给室6的物料向返料室输送，侧吹气量为420Nm³/h， 

经过公式计算得出立管内下移物料的循环量： 

公式为：Q_焦＝Q_水·C_水·(T_进水-T_出水)/(C_焦·(T₁-T₂)) 

Q_水为换热器18的水量，为2000kg/h，C_水为水的比热，为4.2kJ/(kg·℃)，T _进水为进水温度，为20℃，T_出水为换热器出水温度，Q_焦为物料下移流量，C_焦为物料的比热，为1.38kJ/(kg·℃)，T₁为第一个测温口的温度，T₂为第二个测温口的温度； 

通过测量得到下移物料进入换热器18前的温度T1为850℃，出换热器18的物料温度T2为838℃，出水口20的温度T_出水为52℃，根据计算得出立管1内下移物料的循环量为16231kg/h，大于预期下移物料的循环量，则减小总气量，使流化气量为620Nm³/h，松动气量为500Nm³/h，侧吹气量为400Nm³/h。 

再次测量得到下移物料进入换热器18前的温度T1为850℃，出换热器18的物料温度T2为836℃，出水口的温度T_出水为48℃，根据计算得出立管1内下移物料的循环量为12173kg/h，达到预期下移物料的循环量。 

流化床气化炉停止运行，首先关闭机械阀4，停止物料进入气控阀17；然后关闭气控阀17的流化气、松动气和侧吹气；关闭换热器18进水。 

Claims (6)

1.一种流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置，它是由是由测压口(2)、换热器(18)、测温口(3)、机械阀(4)和气控阀(17)组成，其特征在于立管(1)上有换热器(18)、两个测压口(2)和两个测温口(3)，换热器(18)上有进水口(19)和出水口(20)，换热器(18)之上设置有第一个测温口，换热器(18)之下设置有第二个测温口，两个测压口(2)位于第一个测温口之上，立管(1)的下端和机械阀(4)连接；机械阀(4)下端通过进料管(5)与气控阀(17)相连。

2.如权利要求1所述的一种流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置，其特征在于所述的两个测压口(2)的间距为0.8-1.2m。

3.如权利要求1所述的一种流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置，其特征在于所述的气控阀(17)为圆柱体结构，在气控阀(17)内的中间设置有挡板(7)，挡板(7)的上端与气控阀(17)顶部相连，挡板(7)的下端与气控阀(17)底部形成一通道，挡板(7)将气控阀内部分隔成两个连通腔室，即返料室(16)和物料供给室(6)，与进料管(5)下部相连的是物料供给室(6)，在物料供给室(6)有侧吹气管(9)，侧吹气管(9)与所述通道在同一水平位置上，返料室(16)内有一隔板(15)，隔板(15)下端与返料室(16)底部相连，隔板(15)上端与返料室(16)顶部形成另一通道，返料斜管(14)与返料室(16)相连，隔板(15)与挡板(7)之间的返料室(16)底部是布风板(8)，物料供给室(6)的底部是布风板(8)，布风板(8)下面分别设置松动气室(10)和返料气室(13)，松动气室(10)与物料供给室(6)相连，返料气室(13)与返料室(16)相连，松动气管(11)与松动气室(10)相连，流化气管(12)与返料气室(13)相连。

4.如权利要求3所述的一种流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置，其特征在于所述的挡板(7)的下端与气控阀(17)底部形成的所述通道的截面积与进料管(5)截面积之比在0.8-1.2之间。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置的应用，其特征在于包括如下步骤：

(1)流化床气化炉开始运行时，来自旋风分离器的高温高压灰经立管(1)向下流动，首先关闭机械阀(4)来积攒料位；

(2)两个测压口(2)压差为0.2～0.8kPa时，给换热器通入水，同时机械阀(4)开启40～100％，当循环倍率＜5时，机械阀(4)开启40-45％，循环倍率5-10时，机械阀(4)开启65-75％左右，循环倍率10-20时，机械阀(4)开启90-100％；

(3)机械阀(4)开启后，首先用流化气先对返料室(16)进行充气，使返料室(16)中的物料处于流化状态，接着用松动气和侧吹气对物料供给室(6)由小到大充气，在气控阀(17)工作过程中，流化气、松动气和侧吹气联合充气控制物料的循环量，从而使物料进入返料斜管(14)；

(4)通过测量二个测温口(2)温度点T₁、T₂，经过公式计算得出立管内下移物料的循环量；

公式为：Q_焦＝Q_水·C_水·(T_进水-T_出水)/(C_焦·(T₁-T₂))

Q_水为换热器(18)的水量，C_水为水的比热，T_进水为进水温度，T_出水为换热器(18)出水温度；Q_焦为下移物料的循环量，C_焦为物料的比热，T₁为第一个测温口的温度，T₂为第二个测温口的温度；根据计算得出立管(1)内下移物料的循环量，如果计算得到下移物料的循环量大于预期下移物料的循环量，则通过调节流化气，松动气和侧吹气，减小总气量，使之达到预期下移物料的循环量；如果计算得到下移物料的循环量小于预期下移物料的循环量，则通过调节流化气，松动气和侧吹气，加大总气量，使之达到预期下移物料的循环量，从而实现精确控制物料的循环量；

(5)流化床气化炉停止运行，首先关闭机械阀(4)，停止物料进入气控阀(17)；然后关闭气控阀(17)的流化气、松动气和侧吹气；关闭换热器(18)进水。

6.如权利要求5所述的一种流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置的应用，其特征在于所述的流化床气化炉带出物料返炉循环控制装置在温度为常温至1100℃，压力常压至6.0MPa使用，并达到使外循环的物料量循环量与气化炉进料量之比即循环倍率在0.5～20∶1之间进行调节使用。

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