一种气化装置内循环冷却的系统的制作方法

本发明属于煤化工技术领域，尤其涉及一种气化装置内循环冷却的系统。

背景技术：

气流床气化技术由于煤种适应性高，碳转化率高，是近年来气化技术的主要发展方向。气流床气化炉分为两种，采用耐火砖的热壁炉，以及采用水冷壁的冷壁炉。其中，热壁炉因为需要定期更换耐火砖，维护成本高，另外，由于受耐火砖耐受温度的限制，煤种适应性也较差。因而，水冷壁气化炉是气流床气化技术的主要发展方向。

水冷壁气化炉的反应室主要由两部分组成，用于输送反应物质的烧嘴以及物质燃烧反应的水冷壁燃烧室，反应时大量的热量被放出，反应室的温度一般在1500℃以上，为了保护烧嘴和水冷壁燃烧室，就需要可靠的冷却系统对设备进行保护。

中国专利cn107090314a公开了气化烧嘴的冷却方法及冷却系统，该申请只是针对输送反应物质的气化炉的烧嘴冷却系统上提供了一种烧嘴冷却保护方法，但是对于气化炉燃烧室的水冷壁的保护，并没有涉及。

中国专利cn205603539u公开了一种用于煤气化装置的气化炉水冷壁循环水系统；该发提供了一种气化炉水冷壁的保护措施，但是并未考虑到对气化炉上的烧嘴冷却系统的保护。

从上述现有技术中可以看出，对于现有的水冷壁气化炉冷却系统只是独立地使用烧嘴冷却系统或是水冷壁系统，而没有将其看成为一个整体；同时，单独的冷却系统对并没有充分利用气化炉放出的能量，能量利用率低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供了一种气化装置的冷却系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明中提供的气化装置内循环的冷却系统包括：气化炉、冷却水缓冲罐、蒸汽发生器和氧气换热器；

其中，所述冷却水缓冲罐，用于向气化炉内设有的冷却系统提供冷却水以进行第一次热量交换，并获得第一次热量交换后的冷却水ⅰ；

蒸汽发生器，用于接收所述冷却水ⅰ并使所述冷却水ⅰ与用于产生蒸汽的物流进行第二次热量交换，获得第二次热量交换后的冷却水ⅱ和蒸汽；

氧气换热器，用于接收部分冷却水ⅱ并使其与待加热的氧气进行第三次热量交换，获得第三次热量交换后的冷却水ⅲ以及用于供应至气化炉的烧嘴中的氧气；

所述冷却水缓冲罐还用于接收所述冷却水ⅲ和部分所述冷却水ii。

本发明提供的冷却系统通过冷却水在气化炉内部进行热量交换并将热量带出，经过蒸汽发生器副产出低压蒸汽，再通过氧气换热器对输入的氧气进行加热，充分地做到了对气化炉内部热量的二次利用；同时，也有效降低了整个系统的消耗。

如本领域技术人员熟知，气化炉的反应室主要由两部分组成，用于输送反应物质的烧嘴以及物质燃烧反应的水冷壁燃烧室，气化炉反应室内进行反应的过程中，烧嘴和水冷壁燃烧室都会放出大量的热量。为了充分利用烧嘴和水冷壁燃烧室放出的热量，发明人研究后，将气化炉内设有两套冷却系统，其包括用于冷却气化炉的烧嘴的烧嘴冷却通道和用于冷却气化炉的燃烧室的水冷壁冷却通道。冷却水缓冲罐的冷却水出口通过管道分别与烧嘴冷却通道的进口、水冷壁冷却通道的进口连接；烧嘴冷却通道的出口和水冷壁冷却通道的出口通过管道与蒸汽发生器的冷却水ⅰ进口连接。冷却水缓冲罐中输出的冷却水流入至气化炉后，经过烧嘴冷却通道和燃烧室的水冷壁冷却通道后，将炉内的热量带出，降低了装置投资及维护费用，提高了热量的回收利用率；同时，避免了由于气化炉内局部热量过高而造成设备的损坏。

在本发明中，冷却水缓冲罐和气化炉内设有的冷却系统之间还设有冷却水循环泵，用于将冷却水缓冲罐中的冷却水送至气化炉内设有的冷却系统。

在一些具体的实施方式中，冷却水循环泵的冷却水出口和气化炉内设有的冷却系统通过冷却水ⅰ输送管线连接，冷却水ⅰ输送管线上设置有流量计和流量孔板，上述的流量计用于测定进入气化炉冷却系统的冷却水流量；在一些优选的实施方式中，流量计上还安装有安全连锁，如果测得进入气化炉内的冷却水流量值减少到一定数值后，安全联锁触发，使气化炉停止运行，防止冷却水流量过低，冷却不足从而造成气化炉受损坏。

作为优选实施方式，冷却水ⅰ输送管线上的流量孔板包括流量孔板ⅰ和流量孔板ii，冷却水ⅰ输送管线包括连通在冷却水循环泵与烧嘴冷却通道的进口之间的烧嘴管线以及连通冷却水循环泵与水冷壁冷却通道的进口之间的水冷壁管线上，流量孔板ⅰ设在烧嘴管线上，流量孔板ii设在水冷壁管线上。通过设置在冷却水ⅰ输送管线上的流量计可以进一步调节经过流量孔板ⅰ和流量孔板ii内的冷却水量。通过发明人研究发现，烧嘴冷却通道与水冷壁冷却通道之间的冷却水量对冷却效率会产生一定的影响，当进入烧嘴冷却通道的冷却水流量控制为从冷却水缓冲罐出水口流出的冷却水流量的5-10％，进入水冷壁冷却通道的冷却水流量控制为冷却水缓冲罐出水口流出的冷却水流量的90-95％时，可以较大程度上提高冷却水的利用率，降低能耗。

本发明中冷却水ⅰ输送管线上的流量孔板，所述流量孔板为本领域公知技术，作为节流元件用来限定冷却水的流量。相较于常规使用的阀门来说，结构简单，不需要操作和维护，可有效地降低系统的运行费用。

蒸汽发生器上设置有冷却水ⅰ进口和冷却水ⅱ出口，冷却水ⅰ进口与气化炉内设有的冷却系统的冷却水ⅰ出口通过管线连接。冷却水ⅱ出口通过出口管线将冷却水ⅱ输出，并分为两路：一路将冷却水ⅱ由冷却水ⅱ输送管线一输送至冷却水缓冲罐；另外一路由冷却水ⅱ输送管线二输送至氧气换热器。冷却水ⅱ输送管线一与冷却水缓冲罐连通，冷却水ⅱ输送管线一上设置有流量控制阀，用于控制流由蒸汽发生器直接返回至冷却水缓冲罐的冷却水量。

氧气换热器上设置有氧气出口、氧气进口、冷却水ii进口和冷却水ⅲ出口；氧气进口与外部待加热的氧气相通，氧气出口与气化炉的烧嘴之间通过管线连接，管线上设置有用于检测管线内氧气温度的温度计；所述的冷却水ii进口与蒸汽发生器的冷却水ii出口之间通过冷却水ⅱ输送管线二连通，冷却水ii经过氧气换热器换热后，得到冷却水ⅲ，冷却水ⅲ从冷却水ⅲ出口流出后通过冷却水ⅲ输送管线返回冷却水缓冲罐中。

具体地说，冷却水ⅰ经蒸汽发生器的换热后，产生的冷却水ⅱ分为两路：一部分冷却水ⅱ由冷却水ⅱ输送管线一直接送回冷却水缓冲罐中，形成系统的闭路内循环，冷却水ⅱ出口与冷却水缓冲罐之间通过冷却水ⅱ输送管线一连接，冷却水ⅱ输送管线一上设置有流量控制阀，用于调节由蒸汽发生器直接流回至冷却水缓冲罐的管道内的冷却水流量；相较常规蒸汽加热的方法，使用气化炉的冷却水可有效降低蒸汽使用过程中容易泄漏的问题，并且不需要蒸汽冷凝液的外排，降低了装置的消耗。由于气化炉的冷却水始终处于单相状态，在使用过程中，也不需要考虑蒸汽在使用过程中预热不足易冷凝产生水击的问题，操作更为简便，装置可靠性得到进一步提高；

另外一部分的冷却水ⅱ由冷却水ⅱ输送管线二输送到氧气换热器的冷却水ⅱ进口，以再次进行换热降温，氧气换热器的氧气出口与气化炉的烧嘴之间通过管线连接；氧气换热器的冷却水ⅲ出口通过冷却水ⅲ输送管线连接至冷却水缓冲罐，所述冷却水ⅲ输送管线上还设置有温度控制阀，用于调节进入氧气换热器中的冷却水ⅲ的流量。经过氧气换热器换热后，使得气化炉的冷却水ⅰ带出的热量可达到100％地利用。

在一些优选地实施方式中，氧气换热器上还设置有温度控制模块，温度控制模块与温度计、温度控制阀和流量控制阀之间通信连接。具体地，氧气换热器上的温度计将检测氧气换热器的氧气出口与气化炉的烧嘴之间管线内氧气温度并将氧气温度信号传送至温度控制模块，经温度控制模块分析后，向温度控制阀发出增加冷却水ⅲ输送管线中冷却水ⅲ的流量的信号，即增加流入氧气换热器内冷却水ⅱ的流量；同时，温度控制模块也会相应地向流量控制阀发出减少冷却水ⅱ直接流回冷却水缓冲罐流量的信号；或者，经温度控制模块分析后，向温度控制阀发出减少冷却水ⅲ输送管线中冷却水ⅲ的流量的信号，即减少流入氧气换热器内冷却水ⅱ的流量的信号；同时，温度控制模块也会相应地向流量控制阀发出增加冷却水ⅱ流回冷却水缓冲罐流量的信号；比如，若温度计测得氧气的温度过高，此信号将传送至温度控制模块经分析后将减少流入氧气换热器内冷却水ⅱ的流量信号传输到温度控制阀，则温度控制阀会关小以限制进入氧气换热器中的冷却水ⅱ的水量；同时，流量控制阀开大以增加冷却水ⅱ直接经冷却水ⅱ输送管线送回冷却水缓冲罐的流量。

本发明中，冷却水缓冲罐上设置有压力计、用于向冷却水缓冲罐内充入气体的充气进口、用于将冷却水缓冲罐内的气体放出的放气出口，充气进口与充压管线相通，放气出口与放空管线相通；进一步优选地，充压管线上还设置有用于打开或关闭充压管线的第一压力控制阀，放空管线上还设置有用于打开或关闭放空管线的第二压力控制阀。

在一些优选的实施方式中，冷却水缓冲罐上还设置有压力控制模块，压力控制模块与压力计、第一压力控制阀和第二压力控制阀之间通信连接。具体地，冷却水缓冲罐上的压力计将压力信号发送到压力控制模块上，经其分析后将打开或关闭的信号发送至第一压力控制阀和第二压力控制阀。比如，若冷却水缓冲罐中的压力过大，此信号将传送至压力控制模块分析后，将关闭第一压力控制阀的信号传输至第一压力阀以及打开第二压力控制阀的信号传输至第二压力控制阀，而后冷却水缓冲罐通过与放空管线相连，以减小冷却水缓冲罐内部的压力，维持压力稳定；反之亦然。

在本发明中，冷却水缓冲罐上设置有用于向冷却水缓冲罐内补入水的补水口和用于测定冷却水缓冲罐内冷却水量的液位计，补水口与补水管线相连；补水管线上还设置有用于打开或关闭的切断阀。

在一些优选的实施方式中，冷却水缓冲罐上还设置有液位控制模块，液位控制模块与液位计和切断阀之间通信连接。具体地，冷却水缓冲罐上的液位计将液位信号发送到液位控制模块上，经其分析后将打开或关闭的信号发送至切断阀。比如，若冷却水缓冲罐中的液位达到事先规定的液位时，此信号将传送至液位控制模块分析后，将关闭的信号传输至切断阀，以保持冷却水缓冲罐内部的液位；反之亦然。

本发明中冷却水缓冲罐设置在气化炉的上方，通过惰性气体保持冷却水缓冲罐内的压力，保持冷却水缓冲罐与气化炉的压差在0.5-1.0mpa范围之间，该压差可保证设备在泄漏时，也不会造成气化炉内的合成气窜入冷却水的管道中，危及系统运行安全；同时，通过与气化炉间的重力差，可保证冷却水在冷却水循环泵故障的情况下，依然能够在短时间内流动，为事故处理创造时间，避免因为泵的故障造成设备的损坏。在一些优选的实施方式中，冷却水缓冲罐与气化炉的高度差为10-20m，根据系统内冷却水的流量可进一步在上述范围内进行优选。

采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：

本发明的冷却系统将气化炉烧嘴冷却系统、气化炉水冷壁冷却系统合并为一个冷却系统，减少设备数量，降低装置投资及维护费用。相较其他单系统，本发明操作简单，装置运行可靠并充分考虑了封闭循环系统操作压力上的均一性。

本发明的冷却系统热量回收率高，能量利用率高，减少装置外排，降低消耗。冷却水从水冷壁带走的热量，先经过换热器副产蒸汽，再通过氧气换热器对氧气进行加热，充分做到能量的二次利用。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的结构示意图；

其中，1、气化炉，2、冷却水缓冲罐，3、蒸汽发生器，4、氧气换热器，5、烧嘴，6、流量计，7、冷却水循环泵，8、流量孔板ⅰ，9、流量孔板ii，10、流量控制阀，11，切断阀，12、第一压力控制阀，13、第二压力控制阀，14、温度控制阀，15、烧嘴管线，16、水冷壁管线，17、冷却水ⅱ输送管线一，18、冷却水ⅱ输送管线二，19、冷却水ⅲ输送管线。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合本发明的具体实施方式进行阐述：

如图1所示，一种气化装置内循环的冷却系统，包括：气化炉1、冷却水缓冲罐2、蒸汽发生器3和氧气换热器4；其中，冷却水缓冲罐2，用于向气化炉1内设有的冷却系统提供冷却水以进行热量交换，并获得第一次热量交换后的冷却水ⅰ。冷却水ⅰ从蒸汽发生器3的冷却水ⅰ进口进入，与用于产生蒸汽的物流进行第二次热量交换，产生蒸汽并获得第二次热量交换后的冷却水ⅱ，产生的蒸汽可以进行再利用；产生的冷却水ⅱ从出口管线中输出，并分为两路：其一，一部分冷却水ⅱ从冷却水ⅱ出口流出后，经冷却水ⅱ输送管线一17直接送回冷却水缓冲罐2中，形成系统的闭路内循环，冷却水ⅱ输送管线一17上设置有流量控制阀10，用于调节经蒸汽发生器3直接流入至冷却水缓冲罐2的冷却水ⅱ的流量；

其二，另一部分的冷却水ⅱ从冷却水ⅱ出口流出后，经冷却水ⅱ输送管线二18送至氧气换热器4与待加热的氧气进行第三次热量交换，热量交换后的氧气由氧气换热器4的氧气出口经管线进入气化炉1的烧嘴5内进行后续反应；热量交换后的冷却水ⅲ经氧气换热器4的冷却水ⅲ出口与冷却水缓冲罐2之间的冷却水ⅲ输送管线19返回冷却水缓冲罐2。冷却水ⅲ输送管线19上还设置有温度控制阀14，用于调节进入氧气换热器4中的冷却水ⅲ的流量。经过上述的氧气换热器4后，冷却水可以将从气化炉1中带出的热量100％用于换热利用。

冷却水缓冲罐2上设置有压力计、用于向冷却水缓冲罐2内充入气体的充气进口、用于将冷却水缓冲罐2内的气体放出的放气出口，充气进口与充压管线相通，放气出口与放空管线相通；进一步优选地，充压管线上还设置有用于打开或关闭充压管线的第一压力控制阀12，放空管线上还设置有用于打开或关闭放空管线的第二压力控制阀13。

在一些优选的实施方式中，冷却水缓冲罐2上还设置有压力控制模块，压力控制模块与压力计、第一压力控制阀12和第二压力控制阀13之间通信连接。具体地，冷却水缓冲罐2上的压力计将压力信号发送到压力控制模块上，经其分析后将打开或关闭的信号发送到第一压力控制阀12和第二压力控制阀13上。比如，若冷却水缓冲罐2中的压力过大，此信号将传送至压力控制模块分析后，将关闭第一压力阀12的信号传输至第一压力阀12以及将打开第二压力控制阀13的信号传输至第二压力控制阀13，而后冷却水缓冲罐2通过与放空管线相连，以减小冷却水缓冲罐2内部的压力，维持压力稳定；反之亦然。

在本发明中，冷却水缓冲罐2上设置有用于向冷却水缓冲罐2内补入水的补水口和用于测定冷却水缓冲罐2内冷却水量的液位计，补水口与补水管线相连；补水管线上还设置有用于打开或关闭的切断阀11。

在一些优选的实施方式中，冷却水缓冲罐2上还设置有液位控制模块，液位控制模块与液位计和切断阀11之间通信连接。具体地，冷却水缓冲罐2上的液位计将液位信号发送到液位控制模块上，经其分析后将打开或关闭的信号传送至切断阀11。比如，若冷却水缓冲罐2中的液位达到预先设定的液位时，此信号将传送至液位控制模块分析后，将关闭的信号传输至切断阀11，以保持冷却水缓冲罐2内部的液位，维持压力稳定；反之亦然。

冷却水缓冲罐2和气化炉1内设有的冷却系统之间还设有冷却水循环泵7，用于将冷却水缓冲罐2中的冷却水送至气化炉1内设有的冷却系统中。冷却水循环泵7的冷却水出口和所述气化炉1内设有的冷却系统通过冷却水ⅰ输送管线连接，冷却水ⅰ输送管线上设中置有流量计6和流量孔板。

在一些优选的实施方式，流量孔板包括流量孔板ⅰ8和流量孔板ii9，冷却水ⅰ输送管线包括连通在冷却水循环泵7与烧嘴冷却通道的进口之间的烧嘴管线15以及连通冷却水循环泵7与水冷壁冷却通道的进口之间的水冷壁管线16上，流量孔板ⅰ8设在烧嘴管线15上，流量孔板ii9设在水冷壁管线16上。烧嘴冷却通道与水冷壁冷却通道之间的冷却水量对冷却效率会产生一定的影响，当进入烧嘴冷却通道的冷却水流量控制为从冷却水缓冲罐2出水口流出的冷却水流量的5-10％，进入水冷壁冷却通道的冷却水流量应控制为冷却水缓冲罐2出水口流出的冷却水流量的90-95％时，气化炉1内的能量可以得到较大程度地循环利用。

蒸汽发生器3上分别设置有冷却水ⅰ进口和冷却水ⅱ出口，冷却水ⅰ进口与气化炉1内设有的冷却系统的冷却水ⅰ出口通过管线连接，同时；氧气换热器4上设置有氧气出口、氧气进口、冷却水ii进口和冷却水ⅲ出口；氧气出口与气化炉1的烧嘴5之间通过管线连通，管线上设置有检测进入烧嘴5的氧气温度的温度计，用于检测经氧气换热器4换热后的氧气是否达到预热的效果；在氧气换热器4的冷却水ⅲ出口与冷却水缓冲罐2之间通过冷却水ⅲ输送管线19连接，管线上还设置有温度控制阀14。

在一些优选地实施方式中，氧气换热器4上还设置有温度控制模块，温度控制模块与温度计、温度控制阀14和流量控制阀10之间通信连接。具体地，氧气换热器4上的温度计将烧嘴5内的氧气温度信号传送至温度控制模块，经温度控制模块分析后将温度控制信号的信号传输至温度控制阀14；比如，若温度计测得氧气的温度过高，即进入烧嘴5内的氧气温度过高，则此信号将传送至温度控制模块并经分析后，温度控制模块会减少流经温度控制阀14的冷却水ⅱ的水量，同时，增大流经流量控制阀10的冷却水ⅱ的水量，以降低经过氧气换热器4换热的氧气温度；若温度计测得氧气的温度过低，即进入烧嘴5内的氧气温度过低，则此信号将传送至温度控制模块并经分析后，温度控制模块会增加流经温度控制阀14的冷却水ⅱ的水量，同时，减少流经流量控制阀10的冷却水ⅱ的水量，以提高经过氧气换热器4换热的氧气温度。

在一些优选的实施方式中，冷却水缓冲罐2设置在气化炉1的上方，通过惰性气体保持冷却水缓冲罐2内的压力，保持冷却水缓冲罐2与气化炉1的压差在0.5-1.0mpa范围之间，该压差可保证设备在泄漏时，也不会造成气化炉1内的合成气窜入冷却水的管道中，危及系统运行安全；同时，通过与气化炉1间的重力差，可保证冷却水在冷却水循环泵7故障的情况下，依然能够在短时间内流动，为事故处理创造时间，避免因为冷却水循环泵7的故障造成设备的损坏。在一些优选的实施方式中，冷却水缓冲罐2与气化炉1的高度差为10-20m范围内的任意数值，根据系统内冷却水的流量可进一步在上述范围内进行优选。

在一种具体的实施方式中，上述一套日处理量为2000吨级的粉煤加压气化炉1，气化炉1的操作温度为1600℃，操作压力为4.0mpag。冷却水缓冲罐2的操作压力为5.0mpag，冷却水循环泵7的出口流量为238t/h，其冷却水的温度为193℃，进入气化炉烧嘴5冷却通道的冷却水流量为9t/h，进入气化炉水冷壁冷却通道的冷却水的流量为229t/h。气化炉1的冷却水出口温度为220℃，进入蒸汽发生器3后，生成0.5mpa的低压蒸汽约10t。冷却水从蒸汽发生器3出来后，温度降至200℃。进入氧气加热器4的冷却水约为37t/h，将进入氧气加热器4的氧气从20℃，加热至180℃；从氧气加热器4出来的冷却水与旁路冷却水混合后进入冷却水缓冲罐2，温度为193℃。上述的全装置投资，相较其他设计节省约150万元。

虽然，本发明所揭露的具体实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。