專利名稱：等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤的大規(guī)模、高效氣化技術(shù)領(lǐng)域，涉及等離子體裂解 煤制乙炔技術(shù)，尤指一種等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
煤的大規(guī)模、高效直接液化、氣化以及高效清潔利用煤多聯(lián)產(chǎn)一 直是我國非常重視的、急待解決的問題。國內(nèi)外對利用氫氣等離子體 裂解煤制乙炔技術(shù)在實驗室規(guī)模上進行了大量基礎(chǔ)研究工作，取得了 豐富的研究成果，等離子體裂解煤制乙炔的科學性得到了驗詆
等離子體裂解煤過程中，反應爐內(nèi)溫度高，煤中的固定碳和灰分 會氣化或處于熔融狀態(tài)，容易附著在爐壁形成非常結(jié)實的焦狀物，即 發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，嚴重時在幾小時內(nèi)就會堵塞反應爐，導致生產(chǎn)中斷、 停爐檢修，因此目前世界上采用等離子體裂解煤制乙炔的工藝技術(shù)還
處于中試階段，未見有大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化裝置投入運行的報c等離子 體煤裂解制乙炔的過程中，在反應器內(nèi)壁的結(jié)焦問題一直是阻礙這個
過程進一步發(fā)展的一大難題，進而也妨礙了其工業(yè)化的步伐。在20世 紀卯年代初，國外相繼開發(fā)了用氧等離子體射流清除等離子體反應器 壁硬碳沉積技術(shù)、等離子體熱解反應器焦清除技術(shù)及氣體脈沖清焦技 術(shù)，但這些技術(shù)或者存在安全隱患并容易破壞內(nèi)襯材料，或者會破壞 反應器氣氛，降低乙炔出產(chǎn)率，或者因清焦能量太低、清焦效果差等 因素而并未從根本上解決反應器結(jié)焦問題。國內(nèi)科研機構(gòu)從不同的角 度提出了消除結(jié)焦物的辦法，但并未給出解決問題的具體方案。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種在等離子體 裂解煤制乙炔過程中，通過可燃氣和氧氣的預混氣快速燃燒即爆燃反 應，產(chǎn)生還原氣氛沖擊波清除反應器內(nèi)壁結(jié)焦，而又不破壞反應器內(nèi)
4氣體成分的等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)及方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括預燃燒室、快速燃燒室、沖擊波噴射裝置和反應器，所述 預燃燒室上設(shè)置一次可燃氣和氧氣接入口 ，預燃燒室與所述快速燃燒 室連通，快速燃燒室上設(shè)置二次可燃氣接入口，快速燃燒室輸出口通 過所述沖擊波噴射裝置與所述反應器連通，利用預燃燒室內(nèi)可燃氣體 產(chǎn)生爆燃，并將快速燃燒室內(nèi)可燃氣體快速點燃，在快速燃燒室內(nèi)可 燃氣體燃燒產(chǎn)生的沖擊波經(jīng)沖擊波噴射裝置導入到反應器內(nèi)，來清除 反應器內(nèi)壁附著的結(jié)焦物。
進一步，所述快速燃燒室內(nèi)布置有擾動器件，快速燃燒室為圓柱 形結(jié)構(gòu)，所述擾動器件均勻布置在快速燃燒室圓周壁上
進一步，所述擾動器件為圓環(huán)片、鋼板條、銷釘中的一種或幾種。
進一步，所述擾動器件焊接在所述快速燃燒室內(nèi)壁上，擾動器件 之間為等間距安裝或者不等間距安裝，擾動器件為鋼板條和/或銷釘時， 擾動器件按螺旋型或攪龍型布置。
進一步，所述一次可燃氣通過一次可燃氣測控管^^、所述氧氣通 過氧氣測控管路通入到預燃燒室內(nèi)，所述二次可燃氣通過二次可燃氣 測控管路通入到快速燃燒室內(nèi)，所述一次可燃氣測控管路、二次可燃 氣測控管路和氧氣測控管路上依次設(shè)置有電磁閥、調(diào)節(jié)閥和流量計。
進一步，所述預燃燒室上設(shè)置截止閥和點火器，所述點火器安裝
在預燃燒室內(nèi)；所述快速燃燒室輸出口處設(shè)置有壓力傳感器，用于監(jiān) 測沖擊波的壓力。
進一步，所述二次可燃氣測控管路和預燃燒室匯集到所述快速燃 燒室上。
進一步，所述沖擊波噴射裝置為1組2-4個沖擊波噴口，所述沖擊 波噴口沿著所述反應器圓周均勻布置。
一種等離子體裂解反應器清焦方法，具體為l)通過一次可燃氣 和氧氣的預混燃燒，產(chǎn)生初始爆燃，2)并點燃引入的二次可燃氣，產(chǎn) 生還原氣氛并加強燃燒反應，最后產(chǎn)生強大的沖擊波，直接作用在反 應器內(nèi)壁上清除反應器內(nèi)壁附著的焦體。
進一步，步驟2)中產(chǎn)生的沖擊波通過不斷擾動，燃燒陣面不斷加速，產(chǎn)生更為強大的沖擊波。
本發(fā)明的實施效果是由于采用了預燃燒室內(nèi)預點火爆燃，能夠使快 速燃燒室內(nèi)的二次可燃氣快速燃燒，產(chǎn)生的沖擊波能量大能夠有效清 除反應器內(nèi)壁結(jié)焦、保持反應器通道的暢通，且沖擊波作用時間很短， 只有10毫秒量級，不會影響等離子體矩的正常運^;同時由于反應為 還原氣氛，不存在爆炸隱患，確保了等離子體裂解設(shè)備安全生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖； 圖2快速燃燒室剖面示意圖； 圖3為反應器清焦示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一 步詳細i兌明
如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種等離子體裂解反應器清焦 系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括可燃氣管道l、電磁閥2、調(diào)節(jié)閥3、和流量計5 依次組成一次可燃氣流量測控管路，可燃氣管道l、電磁閥2、調(diào)節(jié)閥 4、和流量計6依次組成二次可燃氣流量測控管路，氧氣管道7、電磁 閥8、調(diào)節(jié)閥9、流量計IO依次組成氧氣流量測控管路，預燃燒室11 上設(shè)置截止閥12和點火器13，并直接與快速燃燒室14相連通，截止 閥12為快速電動球閥或者氣動球閥，二次可燃氣流量測控管路接到快 速燃燒室14的前端，壓力傳感器15安裝在快速燃燒室14的的接近出 口處，快速燃燒室14出口與沖擊波噴射裝置16連接，沖擊波噴射裝 置16為1組2-4個沖擊波噴口。
如圖2所示，快速燃燒室14內(nèi)布置有擾動器件142,擾動器件142 直接焊接在燃燒室管壁141上，擾動器件142可以為圓環(huán)片、鋼板條、 銷釘。擾動器件142之間為等間距安裝或者不等間距安裝，擾動器件 142為鋼板條和/或銷釘時，擾動器件142按螺旋型或攪龍型布置。
如圖3所示，沖擊波噴射裝置16設(shè)置有1組2-4個沖擊波噴口 161, 沖擊波噴口 161沿著反應器17圓周均勻布置。清焦沖擊波通過導向通 孔沿著反應器內(nèi)壁往下沖擊，通過剪切作用清除附著在反應器17內(nèi)壁的結(jié)焦物。
一種等離子體裂解反應器清焦方法，將一次可燃氣和氧氣按適當 比例在預燃燒室11內(nèi)進行預混燃燒，產(chǎn)生初始爆燃，并在快速燃燒室
14中引入二次可燃氣，產(chǎn)生還原氣氛并加強燃燒反應，擾動器件142 在快速燃燒室14中不斷擾動火焰陣面，導致燃燒波壓力不斷升高，最 后產(chǎn)生強大的沖擊波，直接作用在反應器17內(nèi)壁上，從而達到清焦的 目的。
本發(fā)明系統(tǒng)的工作過程為開啟電,茲閥2和截止閥12,通過流量 計5和6監(jiān)測的可燃氣流量控制調(diào)節(jié)閥3和4,調(diào)節(jié)一次可燃氣和二次 可燃氣流量，開啟電磁閥8和調(diào)節(jié)閥9，調(diào)節(jié)氧氣流量，讓一次可燃氣 和氧氣以適當比例預混， 一次可燃氣和氧氣流通8到IO秒后，關(guān)閉電 磁閥8和截止閥12,同時啟動點火器13，延時2秒后關(guān)閉電磁閥2, 此時已經(jīng)產(chǎn)生初試爆燃，預混火焰由預混管道ll進入快速燃燒室14, 并在快速燃燒室14內(nèi)與二次可燃氣進一步混合燃燒，形成還原氣氛的 燃燒波，并與擾動器件142產(chǎn)生的擾動形成正反饋燃燒機制，燃燒波 壓力不斷上升，最終形成一強沖擊波，作用在反應器內(nèi)壁上，清除結(jié) 焦物，確保反應器通道暢通。
權(quán)利要求
1. 一種等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括預燃燒室、快速燃燒室、沖擊波噴射裝置和反應器，所述預燃燒室上設(shè)置一次可燃氣和氧氣接入口，預燃燒室與所述快速燃燒室連通，快速燃燒室上設(shè)置二次可燃氣接入口，快速燃燒室輸出口通過所述沖擊波噴射裝置與所述反應器連通，利用預燃燒室內(nèi)可燃氣體產(chǎn)生爆燃，并將快速燃燒室內(nèi)可燃氣體快速點燃，在快速燃燒室內(nèi)可燃氣體燃燒產(chǎn)生的沖擊波經(jīng)沖擊波噴射裝置導入到反應器內(nèi)，來清除反應器內(nèi)壁附著的結(jié)焦物。
2. 如權(quán)利要求l所述的等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)，其特征在于，所述快速燃燒室內(nèi)布置有擾動器件，快速燃燒室為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述擾動器件均勻或者不等間距布置在快速燃燒室圓周壁上。
3. 如權(quán)利要求2所述的等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)，其特征在于，所述擾動器件焊接在所述快速燃燒室內(nèi)壁上，擾動器件為圓環(huán)片、鋼板條、銷釘中的一種或幾種。
4. 如權(quán)利要求3所述的等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)，其特征在于，所述擾動器件為鋼板條和/或銷釘時，擾動器件按螺旋型或攪龍型布置。
5. 如權(quán)利要求l所述的等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)，其特征在于，所述一次可燃氣通過一次可燃氣測控管i^所述氧氣通過氧氣測控管路通入到預燃燒室內(nèi)，所述二次可燃氣通過二次可燃氣測控管^各通入到快速燃燒室內(nèi)，所述一次可燃氣測控管路、二次可燃氣測控管路和氧氣測控管路上依次設(shè)置有電磁閥、調(diào)節(jié)閥和流量計。
6. 如權(quán)利要求l所述的等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)，其特征在于，所述預燃燒室上設(shè)置截止閥和點火器，所述點火器安裝在預燃燒室內(nèi)，所述快速燃燒室接近出口處設(shè)置有壓力傳感器，用于監(jiān)測沖擊波的壓力。
7. 如權(quán)利要求l所述的等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)，其特征在于，所述二次可燃氣測控管路和預燃燒室匯集到所述快速燃燒室上
8. 如權(quán)利要求l所述的等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)，其特征在于，所述沖擊波噴射裝置為1組2-4個沖擊波噴口 ，所述沖擊波噴口沿著所述反應器圓周均勻布置。
9. 一種等離子體裂解反應器清焦方法，具體為l)通過一次可燃氣和氧氣的預混燃燒，產(chǎn)生初始爆燃，2)步驟1中的爆燃氣體點燃引入的二次可燃氣，產(chǎn)生還原氣氛并加強燃燒反應，最后產(chǎn)生強大的沖擊波，直接作用在反應器內(nèi)壁上。
10. 如權(quán)利要求9所述的等離子體裂解反應器清焦方法，其特征在于，步驟2)中產(chǎn)生的沖擊波通過不斷擾動，燃燒陣面不斷加速，產(chǎn)生更為強大的沖擊波。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體裂解反應器清焦系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括預燃燒室、快速燃燒室、沖擊波噴射裝置和反應器，二次可燃氣通過預燃燒室內(nèi)氣體的爆燃點火在快速燃燒室內(nèi)產(chǎn)生爆燃，產(chǎn)生的沖擊波經(jīng)沖擊波噴射裝置導入到反應器內(nèi)壁。本發(fā)明的清焦方法，通過一次可燃氣和氧氣的預混燃燒，產(chǎn)生初始爆燃，并點燃引入的二次可燃氣，產(chǎn)生還原氣氛并加強燃燒反應，最后產(chǎn)生強大的沖擊波，直接作用在反應器內(nèi)壁上。由于采用了預燃燒室內(nèi)預點火爆燃，能夠使快速燃燒室內(nèi)的二次可燃氣快速燃燒，產(chǎn)生的沖擊波能量大能夠有效清除反應器內(nèi)壁結(jié)焦、保持反應器通道的暢通，且沖擊波作用時間很短，只有10毫秒量級，不會影響等離子體矩的正常運行。
文檔編號F23R7/00GK101487596SQ20091007618
公開日2009年7月22日 申請日期2009年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者余立新, 吳承康, 宇 張, 博 李, 騰 李, 魏小林 申請人:中國科學院力學研究所