專利名稱：以燃水煤漿作為燃料的乙烯裂解爐生產方法
技術領域：
本發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方法。
背景技術：
我國的煤資源豐富，但石油和天然氣資源匱乏，以煤為主的能源結構將長期存在，因而開發一種以煤為燃料替代石油和天然氣的技術具有重大的戰略意義；從資源利用角度看，將煤經過復雜的工藝過程變為油品、再將油品用作燃料，不如利用新技術、新工藝將煤直接用作工業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，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、穩定性和霧化特性，而且工藝過程簡單，投資少，燃燒產物污染較小，具有很強的實用性和商業推廣價值。制備水煤漿的原料煤是經過洗選的，含灰量和含硫量都大為降低，燃燒后產生的飛灰和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。現在乙烯裝置裂解爐的燃料普遍使用的是自產甲烷氫(其化學成分類似于天然氣)，如果能開發出使用水煤漿做裂解爐燃料的技術，可以替代出大量甲烷氫用于生產附加值更高的產品(如用作制氫裝置原料)。因此，開發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，具有前瞻性、戰略意義和長遠的經濟意義。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、結灰等特點與現有燃料(甲烷氫)差別極大，因此需要結合水煤漿研究方面的理論、技術和經驗，以及裂解爐的生產技術和經驗，開發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。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種具有良好工業應用前景的以燃水煤漿作為燃料的乙烯裂解爐生產方法。為解決技術問題，本發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方法，是以液態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，待液態排渣立式旋風爐的爐膛溫度達到水煤漿燃燒要求后，使經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；煤漿顆粒在爐膛內的強烈旋轉氣流作用下，發生貼壁燃燒并形成保護爐壁耐火材料的液態渣膜；燃燒產生的煙氣離開爐膛后，經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，最后經由煙囪排入大氣；布置于液態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粒化箱不斷排出。本發明中，所述液態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，水冷夾套的外側設涂覆的碳化硅耐火材料層。本發明中，所述液態排渣立式旋風爐的爐體為膜式水冷壁結構外側設保溫材料層、中間為水冷壁管，水冷壁管的內側表面密布渣釘并在內側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，蒸汽出口經汽包接于水冷壁管；在燃燒器與膜式水冷壁結構的爐體之間，還設有一個絕熱穩燃室，其爐壁為耐火磚砌筑的絕熱壁面。本發明中，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構連接爐膛底部的主體部分為膜式水冷壁結構，其外側設保溫材料層、中間為水冷壁管，水冷壁管的內側表面密布渣釘并在內側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。本發明中，設于液態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。本發明中，在乙烯裂解爐的每兩組受熱面左右側各設立一只液態排渣立式旋風爐。本發明中，水煤漿液態排渣爐出口煙氣的溫度為150(Tl600 °C，過剩空氣系數為
I.05 I. 10。與現有技術相比，本發明的有益效果是I、傳統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濟前景和盈利空間。2、傳統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附加值更高的化工產品，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、目前傳統的液態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、穩定性和霧化特性，而且工藝過程簡單，投資少，燃燒產物污染較小，具有很強的實用性和商業推廣價值。結合液態排渣旋風爐的特點，可以將立式旋風爐捕渣率提高到90%以上，尤其適合石化行業等需要高溫低灰潔凈煙氣的環境。
4、液態排渣旋風爐可通過摻燒石灰石利用排渣制作水泥，還可以根據灰渣的化學成分利用液態渣直接澆注鑄石，液態灰渣還可以綜合利用。水煤漿液態渣是經過急冷形成的，同樣可以制磚、做水泥配料，或經濟價值更高的耐磨磚石。因此，具有廣泛的應用價值和經濟效益。5、本發明針對以水煤漿為燃料的液態排渣立式旋風爐，提出了可行的布置方式，實現了爐體順暢排渣，從而保證了爐體運行的安全性和穩定性，具有良好的工業應用前景。
圖I是燃水煤漿型乙烯裂解爐的液態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為乙烯裂解爐側壁燒嘴；15為乙烯裂解爐輻射段受熱面反應管；21為液態排渣立式旋風爐；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；40為電磁流量計；41為SCR脫硝系統；42為布袋除塵器；43為循環流化床半干法煙氣脫硫系統；44為引風機；45為煙囪。
具體實施例方式發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著火燃燒，在前置爐膛內水煤漿基本燒燼，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進行換熱，達到裂解爐膛內原燃氣的類似的溫度分布。考慮到裂解爐輻射段對高溫煙氣和低灰環境的要求，前置爐膛的設計方案選擇液態排渣旋風爐21具有以下優點燃燒強度高，前置爐的體積小，結構緊湊，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裂解爐內相似的溫度場分布，保證裂解爐內熱量交換；灰渣易處理和綜合利用。而固態排渣爐方案存在的問題主要有為了保持爐內溫度在1300 °C左右，必須高過量空氣系數運行，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。將來在工業應用時布置會有困難。靠高溫煙氣轉向，灰的分離效果差，會有70%左右灰帶入爐內，對裂解爐的受熱面和爐墻帶來積灰、結渣的問題。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，爐內產生強烈的旋轉，將煤漿顆粒和灰分離到壁面，煤主要在爐壁面燃燒。隨著煙氣旋轉向下流動，液態渣自上而下流入渣池。由于它不存在環形逆向氣流，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排渣爐出口煙氣溫度高(150(Tl600 °C)，過剩空氣系數低(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達到與煙氣相似溫度分布和換熱的條件。現有電站液態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爐的1/6，存在巨大的差異性。因此，國內外均未有高水分漿體燃料在液態排渣爐中應用的報道。本發明包括水煤漿供應系統、蒸汽霧化系統、燃氣系統以及煙風系統、控制系統組成，以下將分別介紹各系統的流程及主要設備。I、水煤漿供應系統水煤漿的供應系統的工藝流程為水煤漿由運漿罐車經移動式卸漿泵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，經攪拌后的水煤漿由供漿泵35經水煤漿在線過濾器36、電磁流量計40進入水煤漿噴嘴霧化系統。噴嘴燃燒的水煤漿量用供漿泵35變頻調速來控制，并用部分水煤漿回流到爐前攪拌罐34輔助調節。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、蒸汽霧化系統霧化蒸汽由廠自產蒸汽供應，其中蒸汽霧化系統39所需蒸汽參數為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供應。3、燃氣點火系統燃氣系統是使用甲烷氫作為點火及備用燃料，甲烷氫經燃氣流量計，緊急關斷閥(緊急關斷閥與火焰檢測器連鎖，當燃氣滅火時緊急關斷，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，在系統中配有安全閥、壓力表等。4、煙風系統煙風系統為爐體燃燒的供風及煙氣系統。供風系統由高壓風機送風，總送風道安裝總風量的測量裝置，并安裝遙控調節風門。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節風門，各噴口的風量根據燃燒的工況進行調節。煙氣經乙烯裂解爐輻射段13出口進入對流段進行冷卻，在煙氣溫度降至30(T40(TC左右的區域布置SCR脫硝裝置41，經脫硝后離開裂解爐的煙氣進入布袋除塵器42進行除塵，經循環流化床半干法煙氣脫硫系統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、監控系統裂解爐的監控系統采用計算機集中控制系統，實現各系統運行參數的監控和各設備的自動控制。本發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，同時多數水煤漿是適用工業鍋爐使用，其灰熔點要求在1300 °C以上，神華煤添加高灰熔點煤制成，并不適用液態排渣爐。因此，最終選用以下水煤漿作為設計煤種
權利要求
1.一種以燃水煤漿作為燃料的乙烯裂解爐生產方法，其特征在于，是以液態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，待液態排渣立式旋風爐的爐膛溫度達到水煤漿燃燒要求后，使經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；煤漿顆粒在爐膛內的強烈旋轉氣流作用下，發生貼壁燃燒并形成保護爐壁耐火材料的液態渣膜；燃燒產生的煙氣離開爐膛后，經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，最后經由煙囪排入大氣；布置于液態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粒化箱不斷排出。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述液態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，水冷夾套的外側設涂覆的碳化硅耐火材料層。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述液態排渣立式旋風爐的爐體為膜式水冷壁結構外側設保溫材料層、中間為水冷壁管，水冷壁管的內側表面密布渣釘并在內側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，蒸汽出口經汽包接于水冷壁管；在燃燒器與膜式水冷壁結構的爐體之間，還設有一個絕熱穩燃室，其爐壁為耐火磚砌筑的絕熱壁面。
4.根據權利要求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.根據權利要求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構連接爐膛底部的主體部分為膜式水冷壁結構，其外側設保溫材料層、中間為水冷壁管，水冷壁管的內側表面密布渣釘并在內側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.根據權利要求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.根據權利要求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各設立一只液態排渣立式旋風爐。
8.根據權利要求I至5任意一項中所述的方法，其特征在于，水煤漿液態排渣爐出口煙氣的溫度為150(Tl600 °C，過剩空氣系數為I. 05 I. 10。
全文摘要
本發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方法。該方法是以液態排渣立式旋風爐作為乙烯裂解爐的前置燃燒室；使用經過蒸汽霧化的水煤漿噴入爐膛進行燃燒；燃燒產生的煙氣離開爐膛后，經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，尤其適合石化行業等需要高溫低灰潔凈煙氣的環境；液態灰渣可綜合利用，具有廣泛的應用價值和經濟效益，具有良好的工業應用前景。
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 優先權日2012年10月12日
發明者王永健, 周俊虎, 羅強, 岑可法, 孫國臣, 黃鎮宇, 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