专利名称：以燃水煤浆作为燃料的乙烯裂解炉生产方法
技术领域：
本发明涉及水煤浆替代甲烷氢为燃料的替代工艺，尤其涉及一种以燃水煤浆作为燃料的乙烯裂解炉生产方法。
背景技术：
我国的煤资源丰富，但石油和天然气资源匮乏，以煤为主的能源结构将长期存在，因而开发一种以煤为燃料替代石油和天然气的技术具有重大的战略意义；从资源利用角度看，将煤经过复杂的工艺过程变为油品、再将油品用作燃料，不如利用新技术、新工艺将煤直接用作工业燃料的工艺流程更直接、高效。水煤浆是一种煤基的液体燃料，一般是指由65°/Γ70%的煤粉、30°/Γ35%的水和少量化学添加剂组成的混合物。它是以煤代油的石油替代技术，既保持了煤炭原有的物理化学 特性，又具有和石油类似的流动性、稳定性和雾化特性，而且工艺过程简单，投资少，燃烧产物污染较小，具有很强的实用性和商业推广价值。制备水煤浆的原料煤是经过洗选的，含灰量和含硫量都大为降低，燃烧后产生的飞灰和SO2都比一般的燃煤锅炉低。同时由于水煤浆中的水分在燃烧时还具有还原作用，理论燃烧温度也比相同煤质的煤粉燃烧低100°c左右，因此可以在一定程度上降低NOx的排放量。现在乙烯装置裂解炉的燃料普遍使用的是自产甲烷氢(其化学成分类似于天然气)，如果能开发出使用水煤浆做裂解炉燃料的技术，可以替代出大量甲烷氢用于生产附加值更高的产品(如用作制氢装置原料)。因此，开发一种将水煤浆直接用作裂解炉燃料以替代甲烷氢的新技术，具有前瞻性、战略意义和长远的经济意义。由于没有在裂解炉上使用水煤浆做燃料的先例，且水煤浆的燃烧特性、结灰等特点与现有燃料(甲烷氢)差别极大，因此需要结合水煤浆研究方面的理论、技术和经验，以及裂解炉的生产技术和经验，开发一种以水煤浆为燃料的能够为乙烯裂解炉提供所需高温烟气的技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种具有良好工业应用前景的以燃水煤浆作为燃料的乙烯裂解炉生产方法。为解决技术问题，本发明的解决方案是提供一种以燃水煤浆作为燃料的乙烯裂解炉生产方法，是以液态排渣立式旋风炉作为乙烯裂解炉的前置燃烧室；具体包括以下步骤使用甲烷氢作为燃料点火，待液态排渣立式旋风炉的炉膛温度达到水煤浆燃烧要求后，使经过蒸汽雾化的水煤浆由燃烧器的水煤浆喷嘴喷入炉膛进行燃烧；煤浆颗粒在炉膛内的强烈旋转气流作用下，发生贴壁燃烧并形成保护炉壁耐火材料的液态渣膜；燃烧产生的烟气离开炉膛后，经水平过渡烟道由乙烯裂解炉辐射段底部进入，为位于乙烯裂解炉辐射段受热面的反应管中的乙烯裂解原料提供裂解反应所需的热量；烟气在离开乙烯裂解炉后经过SCR脱硝装置进入布袋除尘器，并由引风机送入脱硫装置，最后经由烟囱排入大气；布置于液态排渣立式旋风炉底部的刮板出渣机与渣井相连接，负责将已冷却及粒化的渣由粒化箱不断排出。本发明中，所述液态排渣立式旋风炉具有柱状的炉体，其顶部设燃烧器，在燃烧器处设一次风出口，在炉膛上部布置切向的二次风喷口，在炉膛下部布置切向的燃烧二次风喷口 ；在炉膛底部与乙烯裂解炉辐射段底部之间设置水平过渡烟道，水平过渡烟道的入口处错列布置有竖向的捕渣管束；在底部设渣栏，渣栏的下方设有渣井；所述捕渣管束的各管件外部包围设置水冷夹套，水冷夹套的外侧设涂覆的碳化硅耐火材料层。本发明中，所述液态排渣立式旋风炉的炉体为膜式水冷壁结构外侧设保温材料层、中间为水冷壁管，水冷壁管的内侧表面密布渣钉并在内侧表面及渣钉表面设置涂覆的碳化硅涂料层；炉底处设连接水冷壁管的冷却水入口，炉体上部设蒸汽出口，蒸汽出口经汽包接于水冷壁管；在燃烧器与膜式水冷壁结构的炉体之间，还设有一个绝热稳燃室，其炉壁为耐火砖砌筑的绝热壁面。本发明中，所述切向的二次风喷口和燃烧二次风喷口各有四个，每种喷口均分为两层布置；所述二次风喷口和燃烧二次风喷口的二次风速在6(T80 m/s。·本发明中，所述水平过渡烟道的底部是与水平方向呈5°夹角的斜面，其接于乙烯裂解炉辐射段底部的一端为较高一端；水平过渡烟道具有两段式结构连接炉膛底部的主体部分为膜式水冷壁结构，其外侧设保温材料层、中间为水冷壁管，水冷壁管的内侧表面密布渣钉并在内侧表面及渣钉表面设置涂覆的碳化硅涂料层；连接乙烯裂解炉辐射段底部的部分为水冷夹套。本发明中，设于液态排渣立式旋风炉顶部的燃烧器具有甲烷氢燃烧嘴和水煤浆雾化喷嘴，其中以甲烷氢作为甲烷氢燃烧嘴的点火及备用燃料。本发明中，在乙烯裂解炉的每两组受热面左右侧各设立一只液态排渣立式旋风炉。本发明中，水煤浆液态排渣炉出口烟气的温度为150(Tl600 °C，过剩空气系数为
I.05 I. 10。与现有技术相比，本发明的有益效果是I、传统的乙烯裂解炉工艺以甲烷氢作为燃料，主要来源为天然气，而目前天然气的价格呈逐步上升趋势，鉴于目前国际天然气价格已经达到4.0元/ Nm3，而考虑到石油、天然气储量的逐渐减少造成的能源危机的影响，国内天然气也势必会与国际接轨，呈逐渐走高的趋势，因此，乙烯裂解炉燃料改造为燃水煤浆从长远看具有良好的经济前景和盈利空间。2、传统的乙烯裂解炉工艺以甲烷氢作为燃料，从而导致大量甲烷氢失去了用于生产附加值更高的化工产品，用水煤浆为燃料可以解决该问题，大大提高了甲烷氢的利用效率和价值。3、目前传统的液态排渣旋风炉均已煤粉作为燃料，而以水煤浆作为燃料既保持了煤炭原有的物理化学特性，又具有和石油类似的流动性、稳定性和雾化特性，而且工艺过程简单，投资少，燃烧产物污染较小，具有很强的实用性和商业推广价值。结合液态排渣旋风炉的特点，可以将立式旋风炉捕渣率提高到90%以上，尤其适合石化行业等需要高温低灰洁净烟气的环境。
4、液态排渣旋风炉可通过掺烧石灰石利用排渣制作水泥，还可以根据灰渣的化学成分利用液态渣直接浇注铸石，液态灰渣还可以综合利用。水煤浆液态渣是经过急冷形成的，同样可以制砖、做水泥配料，或经济价值更高的耐磨砖石。因此，具有广泛的应用价值和经济效益。5、本发明针对以水煤浆为燃料的液态排渣立式旋风炉，提出了可行的布置方式，实现了炉体顺畅排渣，从而保证了炉体运行的安全性和稳定性，具有良好的工业应用前景。
图I是燃水煤浆型乙烯裂解炉的液态排渣旋风炉本体及裂解炉辐射段本体示意图。图2是燃水煤浆型乙烯裂解炉的液态排渣旋风炉布置方式俯视图。 图3是燃水煤浆型乙烯裂解炉的燃烧系统流程图。附图标记1为燃烧器；2为炉体保温层；3为膜式水冷壁；4为碳化硅涂层；5为冷却水入口 ；6为蒸汽出口 ；7为渣井；8为刮板式出渣机；9为捕渣管束；10为水冷夹套；11为炉膛；12为水平过渡烟道；13为乙烯裂解炉辐射段；14为乙烯裂解炉侧壁烧嘴；15为乙烯裂解炉辐射段受热面反应管；21为液态排渣立式旋风炉；31为卸浆泵；32为水煤浆储存罐；33为输浆泵；34为炉前搅拌罐；35为供浆泵；36为水煤浆在线过滤器；37为压差传感器；38为鼓风机；39为蒸汽雾化系统；40为电磁流量计；41为SCR脱硝系统；42为布袋除尘器；43为循环流化床半干法烟气脱硫系统；44为引风机；45为烟囱。
具体实施例方式发明思路乙烯裂解炉的炉底无法布置水煤浆燃烧器，因而需要设计一个前置炉膛作为预燃室。水煤浆在前置炉膛内着火燃烧，在前置炉膛内水煤浆基本烧烬，并尽可能多地将水煤浆中的灰分离。前置炉燃烧较为干净的高温烟气进入裂解炉内进行换热，达到裂解炉膛内原燃气的类似的温度分布。考虑到裂解炉辐射段对高温烟气和低灰环境的要求，前置炉膛的设计方案选择液态排渣旋风炉21具有以下优点燃烧强度高，前置炉的体积小，结构紧凑，易于布置；燃烧温度高，燃烧强烈，燃烬率高可达97%以上；灰的捕渣率高达70°/Γ80% ;高温烟气进入裂解炉后易于实现裂解炉内相似的温度场分布，保证裂解炉内热量交换；灰渣易处理和综合利用。而固态排渣炉方案存在的问题主要有为了保持炉内温度在1300 °C左右，必须高过量空气系数运行，明显增加了烟气量。主要的问题是进入对流受热面后，由于烟气量的增加，各段受热面的热量分配发生较大变化，必须对尾部受热面进行核算；前置炉的直径大，高度高。将来在工业应用时布置会有困难。靠高温烟气转向，灰的分离效果差，会有70%左右灰带入炉内，对裂解炉的受热面和炉墙带来积灰、结渣的问题。而立式旋风炉为立式布置，热强度高，二次风速在6(T80 m/s，以割向或切向进风，炉内产生强烈的旋转，将煤浆颗粒和灰分离到壁面，煤主要在炉壁面燃烧。随着烟气旋转向下流动，液态渣自上而下流入渣池。由于它不存在环形逆向气流，因而，其捕渣率比卧式旋风炉略低，其捕渣率在7(Γ80%。由于旋风炉的特点水煤浆液态排渣炉出口烟气温度高(150(Tl600 °C)，过剩空气系数低(1.05 1. 10)，燃烬率高(>95%)，捕渣率高O 70%)。低灰高温烟气具备了在裂解炉内达到与烟气相似温度分布和换热的条件。现有电站液态排渣旋风炉与燃水煤浆型裂解炉试验装置的差别在于电站液态排渣炉燃用燃料是煤粉，燃烧温度高，达1700°C左右；而水煤浆含30%多水份，燃烧温度相对较低，约1500-1600°C;同时，电站炉都是大容量，最小的为65t/h，试验装置容量约为最小电站液态炉的1/6，存在巨大的差异性。因此，国内外均未有高水分浆体燃料在液态排渣炉中应用的报道。本发明包括水煤浆供应系统、蒸汽雾化系统、燃气系统以及烟风系统、控制系统组成，以下将分别介绍各系统的流程及主要设备。I、水煤浆供应系统水煤浆的供应系统的工艺流程为水煤浆由运浆罐车经移动式卸浆泵31，卸入水煤 浆储存罐32备用，运行时水煤浆由输浆泵33送入炉前搅拌罐34，经搅拌后的水煤浆由供浆泵35经水煤浆在线过滤器36、电磁流量计40进入水煤浆喷嘴雾化系统。喷嘴燃烧的水煤浆量用供浆泵35变频调速来控制，并用部分水煤浆回流到炉前搅拌罐34辅助调节。水煤浆回流还有在喷嘴堵塞时，保护水煤浆泵避免超压损坏的功能。2、蒸汽雾化系统雾化蒸汽由厂自产蒸汽供应，其中蒸汽雾化系统39所需蒸汽参数为P=O. 15MPa，T=300°C，蒸汽流量按照O. 3kg蒸汽/kg水煤浆计算。水煤浆的雾化蒸汽由该系统供应。3、燃气点火系统燃气系统是使用甲烷氢作为点火及备用燃料，甲烷氢经燃气流量计，紧急关断阀(紧急关断阀与火焰检测器连锁，当燃气灭火时紧急关断，保证试验炉安全)，最后进入燃烧器I的燃气点火装置进行燃烧，在系统中配有安全阀、压力表等。4、烟风系统烟风系统为炉体燃烧的供风及烟气系统。供风系统由高压风机送风，总送风道安装总风量的测量装置，并安装遥控调节风门。总风分配至一次风管，燃气风管，燃烧器二次风管。上切向风左右两侧各两个喷嘴共四个喷口和下燃尽风切向喷口，左右各二个共四个喷口，各风管均装有流量测量装置并各有调节风门，各喷口的风量根据燃烧的工况进行调节。烟气经乙烯裂解炉辐射段13出口进入对流段进行冷却，在烟气温度降至30(T40(TC左右的区域布置SCR脱硝装置41，经脱硝后离开裂解炉的烟气进入布袋除尘器42进行除尘，经循环流化床半干法烟气脱硫系统43的脱硫塔进行脱硫之后，由引风机44送入烟 45排入大气。5、监控系统裂解炉的监控系统采用计算机集中控制系统，实现各系统运行参数的监控和各设备的自动控制。本发明涉及到的设计煤种考虑到我国神华煤煤源充分，灰熔点低(1200 V )，灰份低，但难制浆，浓度低62-64%，热值在4300Kcal/Kg左右的实际情况，同时多数水煤浆是适用工业锅炉使用，其灰熔点要求在1300 °C以上，神华煤添加高灰熔点煤制成，并不适用液态排渣炉。因此，最终选用以下水煤浆作为设计煤种
权利要求
1.一种以燃水煤浆作为燃料的乙烯裂解炉生产方法，其特征在于，是以液态排渣立式旋风炉作为乙烯裂解炉的前置燃烧室；具体包括使用甲烷氢作为燃料点火，待液态排渣立式旋风炉的炉膛温度达到水煤浆燃烧要求后，使经过蒸汽雾化的水煤浆由燃烧器的水煤浆喷嘴喷入炉膛进行燃烧；煤浆颗粒在炉膛内的强烈旋转气流作用下，发生贴壁燃烧并形成保护炉壁耐火材料的液态渣膜；燃烧产生的烟气离开炉膛后，经水平过渡烟道由乙烯裂解炉辐射段底部进入，为位于乙烯裂解炉辐射段受热面的反应管中的乙烯裂解原料提供裂解反应所需的热量；烟气在离开乙烯裂解炉后经过SCR脱硝装置进入布袋除尘器，并由引风机送入脱硫装置，最后经由烟囱排入大气；布置于液态排渣立式旋风炉底部的刮板出渣机与渣井相连接，负责将已冷却及粒化的渣由粒化箱不断排出。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述液态排渣立式旋风炉具有柱状的炉体，其顶部设燃烧器，在燃烧器处设一次风出口，在炉膛上部布置切向的二次风喷口，在炉膛下部布置切向的燃烧二次风喷口 ；在炉膛底部与乙烯裂解炉辐射段底部之间设置水平过渡烟道，水平过渡烟道的入口处错列布置有竖向的捕渣管束；在底部设渣栏，渣栏的下方设有渣井；所述捕渣管束的各管件外部包围设置水冷夹套，水冷夹套的外侧设涂覆的碳化硅耐火材料层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述液态排渣立式旋风炉的炉体为膜式水冷壁结构外侧设保温材料层、中间为水冷壁管，水冷壁管的内侧表面密布渣钉并在内侧表面及渣钉表面设置涂覆的碳化硅涂料层；炉底处设连接水冷壁管的冷却水入口，炉体上部设蒸汽出口，蒸汽出口经汽包接于水冷壁管；在燃烧器与膜式水冷壁结构的炉体之间，还设有一个绝热稳燃室，其炉壁为耐火砖砌筑的绝热壁面。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述切向的二次风喷口和燃烧二次风喷口各有四个，每种喷口均分为两层布置；所述二次风喷口和燃烧二次风喷口的二次风速在60 80 m/s 。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平过渡烟道的底部是与水平方向呈5°夹角的斜面，其接于乙烯裂解炉辐射段底部的一端为较高一端；水平过渡烟道具有两段式结构连接炉膛底部的主体部分为膜式水冷壁结构，其外侧设保温材料层、中间为水冷壁管，水冷壁管的内侧表面密布渣钉并在内侧表面及渣钉表面设置涂覆的碳化硅涂料层；连接乙烯裂解炉辐射段底部的部分为水冷夹套。
6.根据权利要求I至5任意一项中所述的方法，其特征在于，设于液态排渣立式旋风炉顶部的燃烧器具有甲烷氢燃烧嘴和水煤浆雾化喷嘴，其中以甲烷氢作为甲烷氢燃烧嘴的点火及备用燃料。
7.根据权利要求I至5任意一项中所述的方法，其特征在于，在乙烯裂解炉的每两组受热面左右侧各设立一只液态排渣立式旋风炉。
8.根据权利要求I至5任意一项中所述的方法，其特征在于，水煤浆液态排渣炉出口烟气的温度为150(Tl600 °C，过剩空气系数为I. 05 I. 10。
全文摘要
本发明涉及水煤浆替代工艺，旨在提供一种以燃水煤浆作为燃料的乙烯裂解炉生产方法。该方法是以液态排渣立式旋风炉作为乙烯裂解炉的前置燃烧室；使用经过蒸汽雾化的水煤浆喷入炉膛进行燃烧；燃烧产生的烟气离开炉膛后，经水平过渡烟道由乙烯裂解炉辐射段底部进入，为位于乙烯裂解炉辐射段受热面的反应管中的乙烯裂解原料提供裂解反应所需的热量；烟气脱硫后排入大气；布置于旋风炉底部的刮板出渣机负责将渣排出。本发明用水煤浆替代甲烷氢，大大提高了后者的利用效率和价值；可以将立式旋风炉捕渣率提高到90%以上，尤其适合石化行业等需要高温低灰洁净烟气的环境；液态灰渣可综合利用，具有广泛的应用价值和经济效益，具有良好的工业应用前景。
文档编号C10G9/20GK102911707SQ201210387400
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者王永健, 周俊虎, 罗强, 岑可法, 孙国臣, 黄镇宇, 宋立臣, 张彦威, 张宝生, 刘建忠, 陈立国, 赵西明 申请人:中国石油化工股份有限公司, 浙江大学