專利名稱：一種燃油氣化燃燒設備和燃油氣化燃燒方法
技術領域：
本發明涉及一種燃油氣化燃燒設備和燃油氣化燃燒方法，特別是一種用于煤化工領域中以燃油作為開工或工作介質的帶背壓和連續變壓調節功能的燃燒設備及燃燒方法。
背景技術：
近年來，以煤炭焦化、煤氣化-甲醇-化肥為主導的煤化工業發展迅猛，全國各地擬建和新建的煤化工項目占據了總項目的半數 以上，作為以天然氣、馳放氣為原料的大型甲醇/合成氨裝置面臨著原料來源緊張的困境。另一方面，對于能夠利用自身老廠天然氣實施原料路線改造的國內煤化企業來說，90%屬于20萬噸/年生產能力以下的中、小型企業，鋪設配套復雜的天然氣供應管線，投資巨大。依托現有資源，尋求高經濟效益的新開工燃料及開工方式成為亟待解決的問題。隨著國內大量原油資源的開發及石油煉制品深加工技術的發展，燃油類燃料如柴油、煤油等以其熱值高、含雜質較少等優點日益得到行業內青睞。殼牌(Shell)及德士古(Texaco)公司各自開發了以輕油、渣油為原料的燃燒器用于生產甲醇/合成氨的裝置。Shell公司采用了柴油霧化燃燒的方式，以氧氣預先霧化柴油并燃燒，具有
0-1. OMPaG背壓負荷調節功能，但使用中存在燃燒器端部易燒蝕等問題，而維修燃燒器需經專利商發送到國外，耗費大量財力和時間，嚴重影響了裝置的效益及長周期穩定運行。德士古公司的柴油燒嘴采用了常壓開工，人工點火，自動化程度較低，且不能實現氣化過程的升壓升負荷變壓調節。
發明內容
本發明的目的在于避免現有技術的不足，提供一種結構簡單緊湊，使用壽命長，經濟效益高，燃燒充分，可燃率高，能夠適應定壓及變壓負荷的燃油氣化燃燒方法及其附屬設備。本發明的技術目的是通過提供如下一種燃油氣化燃燒設備及燃燒方法實現的。其中所述燃油氣化燃燒設備包括燃油儲罐，用于存儲氣化燃燒用液態燃油；氣化裝置，用于將來自液態燃油儲罐的燃油高溫氣化并氣態輸送；和燃燒裝置，用于燃燒來自氣化裝置的燃油。優選地，所述氣化裝置包括燃油氣化罐、用于測量燃油氣化罐內部壓力的壓力表、和用于測量燃油氣化罐內部溫度的溫度表，并且在燃油氣化罐內設有電加熱器。優選地，所述燃燒裝置包括由4層同軸心布置的夾套管構成的燃燒器，其中所述夾套管徑向往外依次形成油氣通道、助燃劑通道、冷卻介質內層通道和冷卻介質外層通道。優選地，所述燃燒器的出口為收縮型噴嘴結構，助燃劑通道出口加裝旋流器。優選地，所述燃燒器采用等離子體高能電點火器自動點火。優選地，所述燃燒器的冷卻方式為水冷、空冷中的任一種或多種。
優選地，所述電加熱器設有調壓器及溫控開關。優選地，所述燃油儲罐經由切斷閥、高壓油泵和阻火器與氣化裝置連通。優選地，所述氣化裝置經由增壓泵、切斷閥和阻火器與燃燒裝置連通，并且在該通路上設有壓力表和流量計。優選地，燃油氣化罐及其下游輸送管道外敷保溫材料以防止高溫油氣的液化，燃油氣化罐的保溫材料為耐火型SiC、膨脹珍珠巖、巖棉、硅酸鋁中任一種或多種，下游輸送管道的保溫材料為耐火保溫纖維類材料。優選地，所述燃油氣化罐還設有惰性氣體接入口。所述燃油氣化燃燒方法，包括以下步驟將液態燃油以一定壓力輸送至氣化裝置；在氣化裝置中將液態燃油高溫氣化并氣態輸送；和輸出高溫氣化的氣態燃油以用于定壓或 連續變壓下的燃燒。優選地，還包括以下步驟中的至少一個步驟在將液態燃油經氣化裝置輸送至燃燒裝置之前預先增壓、定壓和變壓，其中氣化加壓范圍為0-8. 5MPaG，定壓、變壓調節范圍為0-8. OMPaG ;氣化裝置包括電加熱器，對燃油實施電加熱，通過調節電加熱裝置的熱功率控制氣化裝置內的高溫油氣產氣量范圍，燃油氣化量調節范圍為0-1000kg/h ;在向氣化裝置通入液體燃油之前，向氣化裝置內預先通入體積含量95%以上的高純度潔凈氮氣或氬氣，維持惰性氣體環境；在向氣化裝置中注入液體燃油的過程中，液體燃油體積保持在30%-70%的范圍內。本發明與現有技術相比的優點在于(I)燃油氣化后燃燒，相比于傳統柴油霧化后的液滴燃燒，極大減少了燃油介質的混合與著火時間，提高了裝置的可燃率和燃盡率。(2)氣化段溫控及調壓裝置的引入可實現高溫油氣不同流量、壓力參數的負荷要求，對于具有連續升壓、升溫調節要求的開工過程意義重大；(3)燃燒裝置采用同軸夾套管結構，簡單緊湊，投資成本低；(4)燃燒裝置外層水冷、空冷結構設置，能夠經受住爐溫1200-1600°C的高溫惡劣環境下長周期運行的考驗，大大延長燃燒器使用壽命；(5)助燃劑出口設置旋流裝置，加快助燃劑與高溫油氣的混合速度(6)燃燒裝置采用等離子體高能電點火，自動化程度高。
圖I為本發明的系統結構示意圖，圖2為燃燒段燃燒裝置結構示意圖。其中，I.燃油儲罐，2.高壓油泵，3.燃油氣化罐，4.壓力表，5.溫度表，6.增壓泵，7.流量計，8.切斷閥，9.阻火器，10.燃燒裝置，11.電加熱器，12.高能點火器，13.高溫油氣進口，14.助燃劑進口，15.助燃劑通道，16.高溫油氣通道，17.助燃劑旋流器，18.冷卻夾套的冷卻介質進口，19.冷卻夾套的冷卻介質外層通道，20.冷卻夾套鈍體，21.冷卻夾套的冷卻介質內層通道，22.冷卻夾套的冷卻介質出口
具體實施例方式如圖I、圖2所示，一種燃油氣化燃燒設備和燃油氣化燃燒方法，可實現液態燃油先氣化后燃燒的帶背壓下的高效燃燒，主要由氣化段與燃燒段兩部分組成。氣化段由液態燃油存儲、燃油高溫氣化、燃油氣態輸送三道工藝流程組成，主要包括全封閉燃油儲罐I、高壓油泵2、燃油氣化罐3、壓力表4、溫度表5、增壓泵6、流量計7、切斷閥8、阻火器9、電加熱器11，其中切斷閥8、高壓油泵2和阻火器9設置于燃油儲罐I出口，用來實現燃油氣化罐3內燃油的定時、定量供給，同時防止下游高壓油氣回流；電加熱器11設有調壓器及溫控開關，可通過調節加熱功率控制高溫油氣的產氣量范圍；燃油氣化罐3頂部設有溫度表5、壓力表4以及油氣出口，底部(圖中為左側下部)設有與燃油儲罐I相連的燃油進口。溫度計5與壓力表4用來監測氣化罐3內壓力和溫度，保證氣化罐3的安全運行；燃油氣化罐3下游管路設有增壓泵6、壓力表4、流量計7、切斷閥8及阻火器9，用來滿足燃燒段對燃油蒸汽壓力、流量參數的負荷要求。燃燒段包括氣態燃燒這一道工藝流程，主要由4層同軸心布置的夾套管組成，夾套中的空間徑向往外依次形成高溫油氣通道16、助燃劑通道15和冷卻介質內層通道21和冷卻介質外層通道19。夾套管出口位置設置為收縮型噴嘴結構，提高介質射流速度；助燃劑通道出口加裝旋流器，增加油氣與助燃劑之間的混合效果。此外，還可以對本發明的燃燒設備作如下進一步優選設計(所涉及的大部分部件在附圖中未示出或用附圖標記標出，但本領域技術人員可以其一般技術知識并在充分理解本發明的情況下，可以知道如何實施):電加熱器設有調壓器及溫控開關，通過調節加熱功率可控制燃油氣化罐內的高溫油氣產氣量，燃油氣化量調節范圍0-1000kg/h。所述的燃油氣化加壓、變壓方式采用增壓泵進行調節，氣化加壓范圍0-8. 5MPaG，定壓、變壓調節范圍0-8. OMPaG。所述的燃油氣化方法采用燃油氣化罐及下游管道外敷保溫材料的方式防止高溫油氣的液化，氣化罐的保溫材料可選擇耐火型碳化硅、膨脹珍珠巖、巖棉、硅酸鋁等，輸送管道的保溫材料可選擇耐火保溫纖維類以及其他性能相近材料。保溫層通常由1-4層不同性能的保溫材料組成。所述的氣態燃油的點火方式采用等離子體高能電點火器自動點火。
所述的燃油儲罐為全封閉結構，罐內設置液位計，監測罐內液位。進料口設置開關閥，出料口設置高壓防爆切斷閥、高壓油泵及阻火器，保證下游氣化罐內液體燃油的定時、定量供給，同時防止下游高壓油氣回流。所述的燃油氣化罐為全封閉結構，罐內注入液體燃油前，需要預先通入體積含量95%以上的高純度潔凈氮氣或氬氣，維持罐內惰性氣體環境；注入液體燃油過程中，液體燃油體積保持在30% -70%范圍。燃燒裝置冷卻介質通道的冷卻方式可設置為水冷、空冷中的任一種或多種方式，保證設備在1200-1600°C的高溫下長周期運行。本發明優選的工作過程如下燃油經燃油儲罐I出口的高壓油泵2向燃油氣化罐3內定時補充新鮮燃油，維持燃油氣化罐3內燃油體積保持在30% -70%范圍。燃油氣化罐3為全封閉結構，系統啟動前，燃油氣化罐3及其下游管路預先通入高純度潔凈氮氣或氬氣，維持罐內惰性氣體環境，隨后開始注入燃油。當燃油氣化罐3內燃油達到規定體積流量后，關閉燃油氣化罐3進、出口切斷閥門，通過電加熱器11將燃油氣化罐3內燃油加熱至氣化溫度以上。隨著燃油氣化罐3內油氣的增加，燃油氣化罐3內壓力、溫度逐漸升高。當罐內壓力、溫度達到額定氣量、壓力負荷時，開啟氣化罐出口切斷閥8，高溫油氣經由下游管道進入燃燒段參與燃燒。燃燒段入口前設有增壓泵6，對入燃燒段前的高溫油氣進行二次增壓，以滿足燃燒室內背壓、變壓調節要求。增壓后的高溫油氣經由燃燒段的高溫油氣通道16的噴口高速噴出，與由燃燒 段助燃劑通道15的噴口高速旋流噴出的助燃劑進行充分混合，遇到明火，高溫油氣混合物即刻被點燃。高溫油氣混合物的的點火由高能點火器12完成。
權利要求
1.一種燃油氣化燃燒設備，其特征在于該燃燒設備包括 燃油儲罐(1)，用于存儲氣化燃燒用液態燃油； 氣化裝置，用于將來自燃油儲罐(I)的液態燃油高溫氣化并氣態輸送；和 燃燒裝置(10)，用于定壓或連續變壓下燃燒來自氣化裝置的氣態燃油。
2.根據權利要求I所述的燃油氣化燃燒設備，其特征在于，所述氣化裝置包括燃油氣化罐(3)、用于測量燃油氣化罐(3)內部壓力的壓力表(4)、和用于測量燃油氣化罐(3)內部溫度的溫度表(5),并且在燃油氣化罐(3)內設有電加熱器(11)。
3.根據權利要求I所述的燃油氣化燃燒設備，其特征在于，所述燃燒裝置(10)包括由4層同軸心布置的夾套管構成的燃燒器，其中所述夾套管徑向往外依次形成油氣通道(16)、助燃劑通道(15)、冷卻介質內層通道(21)和冷卻介質外層通道(19)。
4.根據權利要求3所述的燃油氣化燃燒設備，其特征在于，所述燃燒器的出口為收縮型噴嘴結構，助燃劑通道(15)出口加裝旋流器。
5.根據權利要求3所述的燃油氣化燃燒設備，其特征在于，所述燃燒器采用等離子體高能電點火器自動點火。
6.根據權利要求3所述的燃油氣化燃燒設備，其特征在于，所述燃燒器的冷卻方式為水冷、空冷中的任一種或多種。
7.根據權利要求2所述的燃油氣化燃燒設備，其特征在于，所述電加熱器(11)設有調壓器及溫控開關。
8.根據權利要求I所述的燃油氣化燃燒設備，其特征在于，所述燃油儲罐(I)經由切斷閥(8)、高壓油泵(2)和阻火器(9)與氣化裝置連通。
9.根據權利要求I所述的燃油氣化燃燒設備，其特征在于，所述氣化裝置經由增壓泵(6)、切斷閥(8)和阻火器(9)與燃燒裝置連通，并且在該通路上設有壓力表(4)和流量計(7)。
10.根據權利要求2所述的燃油氣化燃燒設備，其特征在于，所述燃油氣化罐(3)及其下游輸送管道外敷保溫材料以防止高溫油氣的液化，燃油氣化罐(3)的保溫材料為耐火型碳化硅、膨脹珍珠巖、巖棉、硅酸鋁中任一種或多種，下游輸送管道的保溫材料為耐火保溫纖維類材料。
11.根據權利要求2所述的燃油氣化燃燒設備，其特征在于，所述燃油氣化罐(3)還設有惰性氣體接入口。
12.一種燃油氣化燃燒方法，其特征在于，該燃燒方法包括以下步驟 將液態燃油以一定壓力輸送至氣化裝置； 在氣化裝置中將液態燃油高溫氣化并氣態輸送；和 輸出高溫氣化的氣態燃油以用于定壓或連續變壓下的燃燒。
13.根據權利要求12所述的燃油氣化燃燒方法，其特征在于還包括以下步驟中的至少一個步驟 在將液態燃油經氣化裝置輸送至燃燒裝置之前預先增壓、定壓和變壓，其中氣化加壓范圍為0-8. 5MPaG，定壓、變壓調節范圍為0-8. OMPaG ； 氣化裝置包括電加熱器，對燃油實施電加熱，通過調節電加熱裝置的熱功率控制氣化裝置內的高溫油氣產氣量范圍，燃油氣化量調節范圍為0-1000kg/h ；在向氣化裝置通入液態燃油之前，向氣化裝置內預先通入體積含量95%以上的高純度潔凈氮氣或氬氣，維持惰性氣體環境； 在向氣化裝置中注入液態燃油的過程中，液態燃油體積保持在30%-70%的范圍內。
全文摘要
本發明提供了一種燃油氣化燃燒設備和燃油氣化燃燒方法。其中，所述燃油氣化燃燒設備包括燃油儲罐(1)，用于存儲氣化燃燒用液態燃油；氣化裝置，用于將來自燃油儲罐(1)的液態燃油高溫氣化并氣態輸送；和燃燒裝置(10)，用于燃燒來自氣化裝置的氣態燃油。所述燃油氣化燃燒方法包括以下步驟將液態燃油以一定壓力輸送至氣化裝置；在氣化裝置中將液態燃油高溫氣化；和加壓輸出高溫氣化的氣態燃油以用于定壓或連續變壓下的燃燒。
文檔編號F23D11/44GK102721052SQ20121021088
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月20日 優先權日2012年6月20日
發明者信偉, 郭進軍, 陳栓柱, 馬東, 魏佳 申請人:航天長征化學工程股份有限公司