一种碎煤加压气化炉氮气吹扫装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种吹扫装置，具体涉及一种对碎煤加压气化炉进行氮气吹扫的装置，以及使用该装置对气化炉及其管道和配套设施进行氮气吹扫的方法。
【背景技术】
[0002]基于目前煤气化工艺技术的研究趋势和进展近况，提高气化压力、利用劣质褐煤进行碎煤加压气化是发展趋势。原因在于，气化炉操作压力的提高，有利于粗煤气中甲烷的生成，从而减小下游装置的处理能力和设备规模、降低最终装置甲烷合成的负荷，大大节约整个装置的能耗，提高能源转化效率。
[0003]目前国内外碎煤加压气化炉设计操作压力一般在3.0MPa以下。本发明人在气化炉型选择时，充分考虑到褐煤煤种的特性及人工天然气的组成特点，有效成份为合成甲烷气，将气化炉的工作压力由3.0MPa提高至4.0MPa,并增大了气化炉体积。气化炉提压和炉体增大后，直接带来以下好处:其一，提高单炉生产能力，增加了投煤量。通过对内部的布煤方式进行优化，扩大气化炉及加煤设备煤锁的容积，提高了气化炉的效率和生产能力。其二，操作压力的提高，提高了有效组份甲烷的生成量。在气化过程中甲烷含量由8%左右提高到12%以上，这样就使一次甲烷生成量达到了最终产品的48%以上。其三，随着压力的提高，为下游净化、甲烷化、压缩输送提供了足够的动力，使下游净化和合成设备规模缩小、更为紧凑；同时，大大降低了下游装置的投资。概括而言，气化炉压力的提高，提高了气化炉效率及原料煤的利用水平，对节能降耗意义重大。
[0004]采用劣质褐煤在4.0MPa压力下以碎煤加压气化炉进行气化，在世界范畴中尚属首次，加之气化炉容积和高度增加，气化炉内的床层分布及反应性均有其相应的特征。因此探索和建立与之相适应的操作管理体系、开停车压力梯度管控体系，弄清特定工况下的反应模型，确立最佳的工艺控制参数，进而确保安全稳定长周期的运行模式，是运行管控的新课题。
[0005]本发明人采用的上述劣质褐煤属于低热值、高水分、热稳定性四级的煤，其典型数据为:Mar36.9 %，TS+628.7 %，低位发热量3000kcal/kg左右，其特点表现为热稳定性极差、机械性低。在外部存放时易碎裂、易自燃；入炉气化过程中在高温高水份气氛中易爆裂，从而造成床层紊乱压差增高，而且容易随煤气从气化炉出口带出，堵塞下游设备。
[0006]归因于劣质褐煤的以上特点，有必要定期清理气化炉及有关管道和配套设备内残存的煤粉。然而，气化炉停车泄压后，炉内燃烧层及气化层极易复燃；气化炉排空后，炉内残存在设备上的煤粉因其含水量较高、热稳定性极差及机械性低等特点，在气化炉内极易自燃，这给设备及检修、清理作业均带来了极大的安全隐患。
[0007]因此，目前尚需要研发一种安全、高效的方法或装置将气化炉及有关管道内的煤粉加以清除，从而确保设备维护工作的顺利进行。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的在于克服现有技术中缺乏吹扫气化炉的有效手段之问题，提供一种对碎煤加压气化炉进行氮气吹扫的装置，以及使用该装置对气化炉进行氮气吹扫的方法。所述装置和方法安全、有效，不仅能够清除气化炉和有关管道中残存煤粉，还可在此过程中防止煤粉复燃或自燃，以保证设备维护工作的安全性，尤其适用于4.0Mpa碎煤加压气化工艺。
[0009]基于此，本发明提供了一种碎煤加压气化炉氮气吹扫装置，该装置包括与碎煤加压气化炉的气化剂混合管连通的公用空气管线I和与所述公用空气管线I连通的氮气吹扫管线2，所述氮气吹扫管线2按氮气的流动方向依次设置有氮气单向阀21、氮气闸阀22和氮气盲板23。所述氮气盲板23可以为8字盲板。
[0010]在不使用氮气时，氮气盲板23可以完全切断管道内的介质流动，防止阀门泄漏或误操作，此时氮气闸阀22为关闭状态；在使用氮气吹扫管线时，导通氮气盲板23，同时打开氮气闸阀22，使氮气能够通过氮气吹扫管线2与公用空气管线I的连通处，通入公用空气管线1、气化剂混合管以及气化炉等，此时氮气单向阀21可进一步防止介质反串或密封不严所带来的安全隐患。
[0011]根据本发明的装置，其中，所述公用空气管线I在其与所述氮气吹扫管线2的连通处的上游部分，按公用空气的流动方向依次设置有公用空气第一闸阀11和公用空气盲板12。在使用氮气吹扫管线时，不仅导通氮气盲板23并打开氮气闸阀22，同时还可导盲(即封闭)公用空气盲板12或关闭第一闸阀11，进而避免公用空气与氮气混合，保证氮气的纯度。
[0012]根据本发明的装置，其中，所述公用空气管线I在其与所述氮气吹扫管线2的连通处的下游部分设置有气动调节阀13。气动调节阀通常是由气动执行机构和调节阀连通安装调试后形成的调节装置。通过接收工业自动化控制系统的控制信号，该气动调节阀13可用于调节管道中流动介质的流量、压力等工艺参数，例如调整氮气的流量和压力等。
[0013]根据本发明的装置，其中，所述公用空气管线I在其与所述氮气吹扫管线2的连通处的下游部分还设置有公用空气单向阀14和公用空气第二闸阀15 ;优选地，所述公用空气单向阀14和公用空气第二闸阀15位于所述气动调节阀13的下游。
[0014]所述公用空气第二闸阀15通常处于开启状态，因为不论是气化炉系统正常工作时使用公用空气，还是吹扫气化炉时使用氮气，都经过该公用空气第二闸阀15进入气化剂混合管，然后可进入气化炉。所述公用空气单向阀14则可防止气化剂混合管中的物流反串至公用空气管线I。
[0015]根据本发明的装置，其中，所述公用空气管线I在其与所述氮气吹扫管线2的连通处与所述公用空气盲板11之间设置有第一导淋16，和/或所述气动调节阀13与所述公用空气单向阀14和/或公用空气第二闸阀15之间设置有第二导淋17。
[0016]本发明的装置还可在公用空气管线I上设置FICQ设备和/或TI设备，其中，FICQ设备指流量、显示、控制、积累量(Flow, Indicat1n, Control, Quantity)设备,TI设备指温度、显示(Temperature, Indicat1n)设备。优选地,所述FICQ设备和TI设备设置于公用空气管线I与氮气吹扫管线2的连通处和气动调节阀13之间，用于提供公用空气管线I内的流量、累积量及温度信息，并可以控制气动调节阀13加以调节。
[0017]作为一种实施方式，按公用空气的流动方向，公用空气管线I上依次设置有公用空气第一闸阀11、公用空气盲板12、气动调节阀13、公用空气单向阀14和公用空气第二闸阀15 ;按氮气的流动方向，所述氮气吹扫管线2依次设置有氮气单向阀21、氮气闸阀22和氮气盲板23，其中，所述氮气吹扫管线2连通于公用空气管线I的公用空气盲板12和气动调节阀13之间的位置。
[0018]作为另一种实施方式，按公用空气的流动方向，公用空气管线I上依次设置有公用空气第一闸阀11、公用空气盲板12、第一导淋16、气动调节阀13、第二导淋17、公用空气单向阀14和公用空气第二闸阀15 ;按氮气的流动方向，所述氮气吹扫管线2依次设置有氮气单向阀21、氮气闸阀22和氮气盲板23，其中，所述氮气吹扫管线2连通于公用空气管线I的第一导淋16和气动调节阀13之间的位置。优选地，在公用空气管线I与氮气吹扫管线2的连通处和气动调节阀13之间，还设置有FICQ设备和/或TI设备。
[0019]本发明还提供了使用上述的装置对碎煤加压气化炉进行氮气吹扫的方法，所述方法包括:
[0020]将碎煤加压气化炉泄压至常压，导通氮气吹扫管线2上的氮气盲板23，并打开氮气闸阀22，然后向氮气吹扫管线2中通入氮气,从而置换气化炉及管道中的可燃气及水蒸气，并且吹扫气化炉及管道中残存的煤粉，直至气体成分分析中可燃气含量小于0.5%为止。尽管氧气通常起助燃作用，但其实际上直接参与了燃烧过程，因此，为描述方便，本文中的可燃气包括氧气。
[0021]根据本发明的方法，所述方法还包括:封闭所述公用空气管线I的位于公用空气管线I和氮气吹扫管线2连接处上游的部分；优选地，通过关闭公用空气第一闸阀(11)和导盲公用空气盲板(12)以封闭公用空气管线(I)的所述部分。
[0022]例如，可以将碎煤加压气化炉泄压至常压，关闭所述公用空气第一闸阀11和导盲公用空气盲板12，然后导通氮气吹扫管线2上的氮气盲板23，并打开氮气闸阀22，接着向氮气吹扫管线2中通入氮气，从而置换气化炉及有关管道中的可燃气及水蒸气，并且吹扫气化炉及管道中残存的煤粉。
[0023]根据本发明的方法，其中，将气化炉及有关管道中的可燃气置换至可燃气的体积百分比低于0.45%，例如将氧气置换至氧气体积百分比低于0.45%。在实际操作过程中，氮气对氧气可燃气的置换通常需至少两次分析合格，即氧气可燃气的体积百分比低于
0.45%，从而更为有效地防止气化炉内燃烧层，并防止、气化层复燃或在气化炉停车排空后，炉内残存在设备上的煤粉自燃。
[0024]一般而言，碎煤加压气化工艺以块状褐煤为原料，为降低因煤气夹带细粒导致的碳损失，入炉煤最小粒径宜在13_以上,小于2_的粉煤量控制在1.5%以内，小于13_的细粒煤量控制在5 %以内。因而从技术角度讲，碎煤加压气化工艺对原料褐煤煤质要求极其严格，不能偏离设计指标。然而前文所述，大唐克旗煤制天然气公司使用褐煤属于低热值、高水分、高挥发分、热稳定性四级的煤，其特点表现为热稳定性极差、机械性低，空气中易风化破裂，入炉气化过程中在高温高水份气氛中易爆裂，粉化严重。这容易造成在气