一种气化炉辐射废锅系统及其水汽循环方法

技术领域

本发明涉及煤气化生产设备技术领域，具体指一种气化炉辐射废锅系统及其水汽循环方法。

背景技术

气化炉辐射废锅通常设置在气化炉反应室下方，用来回收高温合成气和高温炉渣中的热量副产蒸汽，其设置大大提高了气化装置的热效率。

现有技术气化炉辐射废锅系统的水汽循环方式主要有两种，多数为自然循环，少数为强制循环。例如，授权公告号为CN207918765U的干煤粉废锅气化系统，其辐射废锅上接气化炉反应室，下接气化炉激冷水浴，为列管式结构，汽包水从下降管依靠重力送至列管底部，列管接收辐射热而内部产生气泡，造成列管和上升管内密度下降，依靠下降管和上升管内的密度差为动力，不必设泵即可实现水汽循环，即为自然循环。申请公开号为CN106010654A的一种具有热量回收功能的煤气化系统，也提出了一种包含气化炉辐射废锅的热量回收系统，其辐射废锅和对流废锅锅炉水可以采用自然循环，也可以采用强制循环，当然仅能在自然循环与强制循环中择一使用。

正常稳定工况下，辐射废锅通过自然循环即可满足水汽循环要求，经济性好；但自然循环的废锅在应对非正常工况上的安全性上有所欠缺。所谓非正常工况主要指两种，一是开车，二是异常热负荷。开车前，气化炉需要烘炉，即在汽包通入蒸汽，并使循环开始进行，让整个废热锅炉系统按一个较慢的升温曲线进行逐步升温，以避免温度骤变造成的应力损坏，但此时气化炉内处于冷态，没有自然循环循环的动力。异常热负荷可能是炉温偏高、废锅内壁渣层大面积脱落、水循环管路结垢严重或异常堵塞等情况，此时辐射废锅产汽状态急剧恶化，甚至干锅、损坏，此时不得不停车，影响长周期运行，甚至造成安全事故。强制循环的优点是运行安全性好，抗波动能力强，兼顾开车暖炉工况，但投资较高，运行经济性相对差一些。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能满足高热负荷、系统堵塞和开车工况处理需求，同时保证了运行经济性和异常条件下的安全性的气化炉辐射废锅系统。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种气化炉辐射废锅系统的水汽循环方法，其能在正常工况下使用自然循环维持运行经济性，在开车以及特殊工况下通过参数变换自动联锁启动锅炉水循环泵实现强制循环，保证系统安全性。

本发明解决至少一个上述技术问题所采用的技术方案为：

一种气化炉辐射废锅系统，包括：

辐射废锅，由列管组成，列管包围的空间上接气化炉气化室；

汽包，通过上升管与辐射废锅顶部相连接，通过下降管与辐射废锅底部相连接；所述汽包配置有产汽线、进水线、紧急排污线、连续排污线和开工蒸汽线；

强制循环泵，通过强制循环旁路与下降管相连接，所述强制循环泵具有泵进出口管线；

切断阀XV01，设于下降管自然循环主路的强制循环泵进出口引出点之间；

切断阀XV02，设于强制循环泵后的强制循环旁路上，所述切断阀XV02与切断阀XV01配合用于自然循环和强制循环的切换；

废锅进水流量计FI01，设于下降管的强制循环泵出口并入节点与辐射废锅入口之间；

密度计DI01和温度TI01，设于辐射废锅出口的上升管上，用于检测辐射废锅的异常工况，与切断阀XV01、切断阀XV02的开闭及强制循环泵的启停联锁；

液位计LI01，设于所述汽包上；

流量计FI02和压力调节阀PV01，设于所述产汽线上；

流量计FI03和液位调节阀LV01，设于所述进水线上；

液位调节阀LV02，设于所述紧急排污线上；

流量计FI04和流量调节阀FV01，设于所述连续排污线上；

流量计FI05和流量调节阀FV02，设于所述开工蒸汽线上。

优选地，所述汽包的布置高于辐射废锅，用以提供自然循环的动力。

一种气化炉辐射废锅系统的水汽循环方法，步骤如下：

在正常工况下：

(1)自然循环主路切断阀XV01开启；

(2)强制循环旁路切断阀XV02关闭；

(3)强制循环泵处于停泵状态；

(4)辐射废锅水汽循环保持自然循环模式；

在异常工况下：

(1)异常条件一：相对热负荷高(可能是炉内热负荷绝对值最高或者废锅循环水异常偏少)，设置辐射废锅出水密度计DI01低报警，低低联锁；同步设置废锅出水温度计TI01，其灵敏性不如密度计反应快，仅设置高报警，不设置联锁；

(2)异常条件二：辐射废锅进水流量计低，设置辐射废锅进水流量计FI01低报警，低低联锁；

(3)上述条件任意一个联锁触发，将启动强制循环泵，同步关闭自然循环主路切断阀XV01，打开强制循环旁路切断阀XV02，开启强制循环模式；

(4)强制循环的复位，即返回自然循环模式，在导致异常工况的原因被解决后由人工执行，以确保安全；操作顺序为停止强制循环泵，同步打开自然循环主路切断阀XV01，然后关闭强制循环旁路切断阀XV02，返回自然循环模式。

在自然循环与强制循环切换时，所述汽包的相应控制方法为：

(1)汽包压力由汽包压力表PI01与汽包产汽压力调节阀PV01组成压力控制回路PIC控制；

(2)汽包液位正常由三冲量控制，三冲量指汽包液位LI01、汽包产汽流量FI02和汽包进水流量FI03，控制汽包进水液位调节阀LV01；液位异常高时启动紧急排污，控制紧急排污液位调节阀LV02，紧急排污线同时作为汽包定期排污的通道；

(3)汽包连续排污由连续排污流量计FI04与连续排污流量调节阀FV01组成流量控制回路FIC控制；

(4)开工蒸汽注入由开工蒸汽流量计FI05与开工蒸汽流量调节阀FV02组成流量控制回路FIC控制，仅用于开车暖炉，其他工况无流量。

所述开车暖炉控制方法为：

(1)开车前汽包与辐射废锅系统充满锅炉水，温度要远低于正常操作温度，必须按预设的升温速率将汽包-废锅系统逐步升温至气化炉开车不至于损坏废锅的临界温度以上；

(2)自然循环主路切断阀XV01关闭，强制循环泵启动，强制循环旁路切断阀XV02打开，系统处于强制循环模式，该过程由人工执行或者由废锅进水流量计FI01流量低低联锁自动触发；

(3)通过开工蒸汽向汽包通入开工蒸汽，开工蒸汽量的选择与预设的升温速率和系统的总水量相关；此时通过PV01控制汽包压力、通过LV02控制汽包液位，暂不投用液位三冲量控制；

(4)待系统温度升至预设温度，适当减少开工蒸汽投入量，控制系统压力、温度稳定，等待气化炉开车投料；

(5)投料且气化炉状态稳定后，人工切换至自然循环模式，操作过程与异常工况联锁启动后返回自然循环模式相同。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用出废锅汽水密度和进水流量作为自然循环与强制循环的切换触发条件，成功实现了自然循环与强制循环的耦合；在正常工况下，采用自然循环模式，维持运行经济性，一旦检测到异常条件(出废锅密度异常低或者进废锅流量异常低)，将通过合适的参数变换自动联锁启动锅炉水循环泵，切换为强制循环模式，实现强制循环，以应对高热负荷、系统堵塞和开车工况、开车暖炉工况，保证系统安全性。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例的气化炉辐射废锅系统包括：

辐射废锅3，由列管组成，列管包围的空间上接气化炉气化室；

汽包1，通过上升管4与辐射废锅3顶部相连接，通过下降管2与辐射废锅3底部相连接；汽包1的布置高于辐射废锅3，用以提供自然循环的动力；汽包1配置有产汽线7、进水线8、紧急排污线9、连续排污线10和开工蒸汽线11；

强制循环泵5，通过强制循环旁路6与下降管2相连接，所述强制循环泵5具有泵进出口管线；

切断阀XV01，设于下降管2自然循环主路的强制循环泵5进出口引出点之间；

切断阀XV02，设于强制循环泵5后的强制循环旁路6上，所述切断阀XV02与切断阀XV01配合用于自然循环和强制循环的切换；

废锅进水流量计FI01，设于下降管2的强制循环泵5出口并入节点与辐射废锅3入口之间；

密度计DI01和温度TI01，设于辐射废锅3出口的上升管4上，用于检测辐射废锅3的异常工况，与切断阀XV01、切断阀XV02的开闭及强制循环泵5的启停联锁；

液位计LI01，设于所述汽包1上；

流量计FI02和压力调节阀PV01，设于所述产汽线7上；

流量计FI03和液位调节阀LV01，设于所述进水线8上；

液位调节阀LV02，设于所述紧急排污线9上；

流量计FI04和流量调节阀FV01，设于所述连续排污线10上；

流量计FI05和流量调节阀FV02，设于所述开工蒸汽线11上。

本实施例气化炉辐射废锅系统的水汽循环方法，步骤如下：

在正常工况下：

(1)自然循环主路切断阀XV01开启；

(2)强制循环旁路6切断阀XV02关闭；

(3)强制循环泵5处于停泵状态；

(4)辐射废锅3水汽循环保持自然循环模式；

在异常工况下：

(1)异常条件一：相对热负荷高(可能是炉内热负荷绝对值最高或者废锅循环水异常偏少)，设置辐射废锅3出水密度计DI01低报警，低低联锁；同步设置辐射废锅3出水温度计TI01，其灵敏性不如密度计反应快，仅设置高报警，不设置联锁；

(2)异常条件二：辐射废锅3进水流量计低，设置辐射废锅进水流量计FI01低报警，低低联锁；

(3)上述条件任意一个联锁触发，将启动强制循环泵5，同步关闭自然循环主路切断阀XV01，打开强制循环旁路切断阀XV02，开启强制循环模式；

(4)强制循环的复位，即返回自然循环模式，在导致异常工况的原因被解决后由人工执行，以确保安全；操作顺序为停止强制循环泵5，同步打开自然循环主路切断阀XV01，然后关闭强制循环旁路切断阀XV02，返回自然循环模式。

在自然循环与强制循环切换时，汽包1的相应控制方法为：

(1)汽包1压力由汽包压力表PI01与汽包产汽压力调节阀PV01组成压力控制回路PIC控制；

(2)汽包1液位正常由三冲量控制，三冲量指汽包液位LI01、汽包产汽流量FI02和汽包进水流量FI03，控制汽包进水液位调节阀LV01；液位异常高时启动紧急排污，控制紧急排污液位调节阀LV02，紧急排污线9同时作为汽包定期排污的通道；

(3)汽包1连续排污由连续排污流量计FI04与连续排污流量调节阀FV01组成流量控制回路FIC控制；

(4)开工蒸汽注入由开工蒸汽流量计FI05与开工蒸汽流量调节阀FV02组成流量控制回路FIC控制，仅用于开车暖炉，其他工况无流量。

开车暖炉控制方法为：

(1)开车前汽包1与辐射废锅系统充满锅炉水，温度要远低于正常操作温度，必须按预设的升温速率将汽包-废锅系统逐步升温至气化炉开车不至于损坏废锅的临界温度以上；

(2)自然循环主路切断阀XV01关闭，强制循环泵5启动，强制循环旁路切断阀XV02打开，系统处于强制循环模式，该过程由人工执行或者由废锅进水流量计FI01流量低低联锁自动触发；

(3)通过开工蒸汽向汽包通入开工蒸汽，开工蒸汽量的选择与预设的升温速率和系统的总水量相关；此时通过PV01控制汽包压力、通过LV02控制汽包液位，暂不投用液位三冲量控制；

(4)待系统温度升至预设温度，适当减少开工蒸汽投入量，控制系统压力、温度稳定，等待气化炉开车投料；

(5)投料且气化炉状态稳定后，人工切换至自然循环模式，操作过程与异常工况联锁启动后返回自然循环模式相同。

本实施例采用出废锅汽水密度和进水流量作为自然循环与强制循环的切换触发条件，成功实现了自然循环与强制循环的耦合；在正常工况下，采用自然循环模式，维持运行经济性，一旦检测到异常条件(出废锅密度异常低或者进废锅流量异常低)，将通过合适的参数变换自动联锁启动锅炉水循环泵，切换为强制循环模式，实现强制循环，以应对高热负荷、系统堵塞和开车工况、开车暖炉工况，保证系统安全性。

以下结合一实际生产案例对上述方案进行进一步详细描述。该实际生产案例是用于气流床粉煤气化的辐射废锅系统，气化系统操作压力4.0MPag，反应温度在1400～1600℃，反应生成高温合成气及熔融态渣经过辐射废锅系统回收热量，副产9.8MPag高压饱和蒸汽。辐射废锅系统操作压力9.8MPag，操作温度为9.8MPag对应的饱和温度310℃，废锅进水量303t/h，产汽量45t/h，废锅出口正常含汽率15％，对应气液混合密度252kg/m

在正常工况下：

(1)自然循环主路切断阀XV01开启；

(2)强制循环旁路6切断阀XV02关闭；

(3)强制循环泵5处于停泵状态；

(4)辐射废锅3水汽循环保持自然循环模式；

在异常工况下：

(1)异常条件一：相对热负荷高(可能是炉内热负荷绝对值最高或者废锅循环水异常偏少)，设置辐射废锅3出水密度计DI01低报警(208kg/m

(2)异常条件二：辐射废锅3进水流量计低，设置辐射废锅进水流量计FI01低报警(225t/h)，低低联锁(180t/h)，该条件仅在气化炉负荷超过90％时生效；

(3)上述条件任意一个联锁触发，将启动强制循环泵5，同步关闭自然循环主路切断阀XV01，打开强制循环旁路切断阀XV02，开启强制循环模式；

(4)强制循环的复位，即返回自然循环模式，在导致异常工况的原因被解决后由人工执行，以确保安全；操作顺序为停止强制循环泵5，同步打开自然循环主路切断阀XV01，然后关闭强制循环旁路切断阀XV02，返回自然循环模式。

在自然循环与强制循环切换时，汽包1的相应控制方法为：

(1)汽包1压力由汽包压力表PI01与汽包产汽压力调节阀PV01组成压力控制回路PIC控制；

(2)汽包1液位正常由三冲量控制，三冲量指汽包液位LI01、汽包产汽流量FI02和汽包进水流量FI03，控制汽包进水液位调节阀LV01；液位异常高时启动紧急排污，控制紧急排污液位调节阀LV02，紧急排污线9同时作为汽包定期排污的通道；

(3)汽包1连续排污由连续排污流量计FI04与连续排污流量调节阀FV01组成流量控制回路FIC控制；

(4)开工蒸汽注入由开工蒸汽流量计FI05与开工蒸汽流量调节阀FV02组成流量控制回路FIC控制，仅用于开车暖炉，其他工况无流量。

开车暖炉控制方法为：

(1)开车前汽包1与辐射废锅系统充满锅炉水，温度要远低于正常操作温度，必须按预设的升温速率将汽包-废锅系统逐步升温至气化炉开车不至于损坏废锅的临界温度以上；

(2)自然循环主路切断阀XV01关闭，强制循环泵5启动，强制循环旁路切断阀XV02打开，系统处于强制循环模式，该过程由人工执行或者由废锅进水流量计FI01流量低低联锁自动触发；

(3)通过开工蒸汽向汽包通入开工蒸汽，开工蒸汽量的选择与预设的升温速率和系统的总水量相关；此时通过PV01控制汽包压力、通过LV02控制汽包液位，暂不投用液位三冲量控制；

(4)待系统温度升至预设温度，适当减少开工蒸汽投入量，控制系统压力、温度稳定，等待气化炉开车投料；

(5)投料且气化炉状态稳定后，人工切换至自然循环模式，操作过程与异常工况联锁启动后返回自然循环模式相同。