一種用于操作供燃料式反應(yīng)器的工藝的制作方法
【專利摘要】在用于操作供燃料式反應(yīng)器的工藝中,燃料被引入反應(yīng)器中并借助于至少一個主燃燒器在反應(yīng)器中燃燒。對工藝的相關(guān)參數(shù)加以監(jiān)視,如果相關(guān)參數(shù)的一個或更多個離開預(yù)定的臨界操作范圍則關(guān)停主燃燒器。在用于強(qiáng)制性關(guān)停的預(yù)定臨界操作范圍內(nèi)實(shí)施更為嚴(yán)格的用于關(guān)停標(biāo)準(zhǔn)的次級操作范圍,如果相關(guān)參數(shù)的一個或更多個離開次級操作范圍則關(guān)停主燃燒器,但只要相關(guān)參數(shù)被維持在臨界操作范圍內(nèi)則繼續(xù)操作至少一個先導(dǎo)燃燒器。
【專利說明】一種用于操作供燃料式反應(yīng)器的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用來操作供燃料式反應(yīng)器(fuel fired reactor)的工藝,其中燃 料被引入反應(yīng)器并且借助于至少一個主燃燒器在反應(yīng)器中燃燒,其中對工藝的相關(guān)參數(shù)加 以監(jiān)視,并且其中主燃燒器在一個或更多個相關(guān)參數(shù)離開預(yù)定的臨界操作范圍時(shí)關(guān)停。
【背景技術(shù)】
[0002] 在很多熱工藝中,在連續(xù)且指定的工廠操作所需的主燃燒器系統(tǒng)啟動之前,工藝 設(shè)備被預(yù)熱燃燒器裝置加熱。當(dāng)主燃燒器系統(tǒng)操作時(shí),預(yù)熱燃燒器關(guān)停。燃燒器操作的所有 模式由國家或國際條規(guī)(諸如EN-746-2或等同內(nèi)容)規(guī)定。為了避免由不完全燃燒引起 的危險(xiǎn)操作,如這種條列規(guī)定地,違反限定出容許的或后文稱之為臨界操作范圍的參數(shù)將 導(dǎo)致燃燒器系統(tǒng)的強(qiáng)制性關(guān)停。如果違反安全相關(guān)參數(shù)--尤其是燃燒器中的溫度、空氣 /燃料比率、氧氣濃度等,則目前使用的操作模式和工藝會造成燃燒器系統(tǒng)以及整個工藝的 強(qiáng)制性停運(yùn)。此外,反應(yīng)器經(jīng)常必須加以清洗,這導(dǎo)致溫度、時(shí)間、加熱燃料和生產(chǎn)的顯著損 失,這是因?yàn)樾枰獙υ賳拥姆磻?yīng)器再加熱。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 因此,本發(fā)明的目的在于避免反應(yīng)器的不必要關(guān)停,以便減小能量和生產(chǎn)的損失。
[0004] 該目標(biāo)通過本發(fā)明由一種包括權(quán)利要求1特征的工藝實(shí)現(xiàn)。具體而言,所述工藝 被設(shè)置用于在用于強(qiáng)制性關(guān)停反應(yīng)器的預(yù)定臨界操作范圍內(nèi),實(shí)施用于關(guān)停標(biāo)準(zhǔn)的更為嚴(yán) 格的次級操作范圍,其中如果一個或更多個相關(guān)參數(shù)的離開所述次級操作范圍,則主燃燒 器被關(guān)停,但只要相關(guān)參數(shù)維持在臨界操作范圍內(nèi),則至少一個先導(dǎo)燃燒器繼續(xù)操作。先導(dǎo) 燃燒器自身優(yōu)選地由與主燃燒器系統(tǒng)分離的燃燒器管理系統(tǒng)監(jiān)視(其符合相關(guān)法律要求, 諸如 EN-746-2)。
[0005] 通過實(shí)踐示明,大多數(shù)供燃料式反應(yīng)器通常在相當(dāng)小的操作參數(shù)范圍內(nèi)操作。在 外部影響(諸如燃料成分、反應(yīng)器壓力等的波動)下,一個或更多個相關(guān)參數(shù)不僅離開正常 操作范圍而且還離開臨界操作范圍,導(dǎo)致整個反應(yīng)器的強(qiáng)制性關(guān)停。在大多數(shù)情況下,操作 參數(shù)例如可以通過調(diào)整燃料或氧氣供應(yīng)而非常快速地返回到可容許的操作范圍,但由于官 方規(guī)定,一旦違反了臨界操作范圍,則必需關(guān)停設(shè)備。
[0006] 通過提供更為嚴(yán)格的次級操作范圍,主燃燒器就在達(dá)到臨界操作范圍之前關(guān)停, 使得在大多數(shù)情況下,反應(yīng)器可以被穩(wěn)定化,并通過改變輸入變量而返回到正常操作狀況。 在這個時(shí)段中,先導(dǎo)燃燒器仍然被操作以維持反應(yīng)器內(nèi)的溫度。因此,在重新實(shí)現(xiàn)正常操作 范圍之后不必再加熱反應(yīng)器。此外,只要不違反臨界操作范圍,那么就不需要對反應(yīng)器進(jìn)行 清洗。
[0007] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中,一旦所有的相關(guān)參數(shù)已回到次級操作范圍內(nèi),主燃燒 器就被重新啟動,使得能夠快速地恢復(fù)反應(yīng)器的正常操作。
[0008] 優(yōu)選地并取決于相應(yīng)參數(shù)地,次級操作范圍上限是臨界操作范圍上限的大約5% 到50%、優(yōu)選為大約7. 5%到30%、并更優(yōu)選為10%到20%,并且次級操作范圍下限是臨界 操作范圍下限的大約5%到50%、優(yōu)選為大約7. 5%到30%、并更優(yōu)選為10%到20%。因 此,正常操作在更小的操作范圍中執(zhí)行,該更小的操作范圍優(yōu)選地對應(yīng)于相關(guān)國家或國際 條規(guī)所限定的臨界操作范圍的60%到80%。在大多數(shù)情況下,這將確保反應(yīng)器的連續(xù)操 作,并且次級操作范圍使得能夠更加容易地再調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的操作條件而不用完全關(guān)停反 應(yīng)器。
[0009] 通常,工藝的相關(guān)參數(shù)是反應(yīng)器內(nèi)的溫度、空氣/燃料比率和/或氧氣濃度。然而, 取決于工藝和相關(guān)官方規(guī)定,可以考慮其它參數(shù)。
[0010]目前的標(biāo)準(zhǔn)程序是,除了從預(yù)加熱切換到正常操作期間的簡短時(shí)間段之外,預(yù)加 熱燃燒器和主燃燒器沒有并聯(lián)地操作。更確切地說,在現(xiàn)有技術(shù)中,一旦主燃燒器開始其操 作,就關(guān)停預(yù)熱燃燒器。與此相反,本發(fā)明提供先導(dǎo)燃燒器和主燃燒器的并聯(lián)操作,只要工 藝參數(shù)被維持在次級操作范圍內(nèi)。由此確保了在主燃燒器離開次級操作范圍而關(guān)停時(shí)的平 穩(wěn)過渡。先導(dǎo)燃燒器可以容易地維持反應(yīng)器中的溫度以便允許在無需清洗反應(yīng)器的情況下 平穩(wěn)地重新啟動反應(yīng)器。
[0011] 在現(xiàn)有技術(shù)中,預(yù)熱燃燒器通常用柴油操作,而主燃燒器用重燃料油或天然氣操 作。這需要兩個分離的燃料供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施,并因此增加設(shè)備和維護(hù)成本。通過以與主燃燒 器燃料相同的燃料(尤其是用重燃料油或天然氣)操作主燃燒器和先導(dǎo)燃燒器,可以使得 基礎(chǔ)設(shè)施更為簡單且可以減小成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 現(xiàn)在將基于優(yōu)選實(shí)施例和附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0013] 在附圖中:
[0014] 圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明工藝的設(shè)備的簡化工藝流程圖,和
[0015] 圖2是示意性地示出本發(fā)明工藝中使用的操作范圍的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 在圖1中示出的設(shè)備中,反應(yīng)器1 (尤其是爐)包括主燃燒器系統(tǒng)2、以及啟動或先 導(dǎo)燃燒器系統(tǒng)3。主燃燒器系統(tǒng)2和/或先導(dǎo)燃燒器系統(tǒng)3可以各包括一個或更多個燃燒 器,尤其為四個燃燒器。主燃燒器2和先導(dǎo)燃燒器3分別通過主供應(yīng)管路5和先導(dǎo)供應(yīng)管 路6供應(yīng)有被存儲在燃料箱4中的化石燃料(尤其為重燃料油)。燃料泵7提供所需的燃 料壓力,而所需的燃料溫度由燃料預(yù)熱器8調(diào)節(jié)??梢蕴娲厝剂嫌投褂锰烊粴饣蛉魏?其它合適的化石或合成燃料。
[0017] 燃燒空氣作為主空氣通過管路9引入到反應(yīng)器1中。另外,如果需要可以引入次 級空氣。燃料氣體通過管路10從反應(yīng)器1抽離。
[0018] 在主供應(yīng)管路5和先導(dǎo)供應(yīng)管路6中設(shè)有關(guān)斷閥11、12,該關(guān)斷閥分別由安全和互 鎖系統(tǒng)13和先導(dǎo)燃燒器安全系統(tǒng)14操作。
[0019] 操作時(shí),反應(yīng)器1和/或排氣管路10中的相關(guān)參數(shù)一諸如反應(yīng)器內(nèi)的溫度、反 應(yīng)器內(nèi)的空氣/燃料比率以及/或者氧氣濃度等一由相應(yīng)的檢測器(未示出)檢測并且 反饋給控制系統(tǒng),尤其是安全和互鎖系統(tǒng)13以及先導(dǎo)燃燒器安全系統(tǒng)14,所述相關(guān)參數(shù)在 此處與操作人員和/或官方條規(guī)所限定的預(yù)定工藝參數(shù)進(jìn)行對比。
[0020] 如果反應(yīng)器1中的實(shí)際操作參數(shù)與預(yù)定工藝參數(shù)之間的對比揭示該實(shí)際操作參 數(shù)中的一個或更多個參數(shù)超過了為該工藝限定的次級操作范圍的上限或者下限,則安全和 互鎖系統(tǒng)13將關(guān)掉關(guān)斷閥11,從而將主燃燒器2關(guān)停。然而,先導(dǎo)燃燒器3仍然通過先導(dǎo) 供應(yīng)管路6供有燃料,使得它能夠繼續(xù)操作并維持反應(yīng)器1內(nèi)的溫度。如果在反應(yīng)器的另外 操作期間,在反應(yīng)器1內(nèi)測得的實(shí)際操作參數(shù)返回到次級操作范圍內(nèi)的可容許操作范圍, 則再次打開關(guān)斷閥11并再點(diǎn)燃主燃燒器2,從而使反應(yīng)器1返回到正常操作。
[0021] 然而,如果反應(yīng)器1中的實(shí)際工藝參數(shù)與預(yù)定工藝參數(shù)之間的對比揭示實(shí)際工藝 參數(shù)超過了限定出臨界操作范圍的臨界極限,則反應(yīng)器1必須完全關(guān)停以便遵守官方條 規(guī)。在這種情況下,不僅要關(guān)掉通向主燃燒器2的關(guān)斷閥11而且要關(guān)掉通向先導(dǎo)燃燒器3 的關(guān)斷閥12,從而將所有燃燒器2、3以及整個反應(yīng)器1關(guān)停。在這種情況下必須清洗反應(yīng) 器1,該清洗通常經(jīng)主空氣管路9和/或次級空氣管路執(zhí)行。此后,可以經(jīng)由先導(dǎo)燃燒器3 重新開始對反應(yīng)器1的預(yù)熱,當(dāng)達(dá)到反應(yīng)器1的預(yù)定溫度時(shí),主燃燒器2也返回到操作中。
[0022] 圖2中示出了正常操作期間測得的工藝參數(shù)。曲線T表示反應(yīng)器內(nèi)的溫度,而曲 線C表示反應(yīng)器內(nèi)的氧氣濃度。這些參數(shù)僅僅是監(jiān)視反應(yīng)器1中的受控工藝所必要的可能 相關(guān)工藝參數(shù)的示例。
[0023] 從圖2顯而易見地,曲線T和C完全處于正常操作的區(qū)域內(nèi)。正常操作的區(qū)域由 上水平線TSH和下水平線TSL限定,該上下水平線所定義的閾值用于在其與曲線T或C交 叉時(shí)對反應(yīng)器進(jìn)行受控的關(guān)停。在這種受控關(guān)停的情況下,主燃燒器2如上文所描述地被 關(guān)停,但先導(dǎo)燃燒器3仍繼續(xù)操作。因此,反應(yīng)器1內(nèi)的溫度被維持在期望水平。
[0024] 在溫度或氧氣濃度離開如上水平線TSHH和下水平線TSLL限定的臨界操作范圍的 情況下,反應(yīng)器1的完全的且不受控制的關(guān)停必須被執(zhí)行以便遵守官方條規(guī)。在這種情況 下,先導(dǎo)燃燒器3也如上文所描述地被關(guān)停。
[0025] 然而在大多數(shù)情況下,如果超過了受控的關(guān)停閾值,關(guān)停主燃燒器2便足矣,從而 燃燒器1可以返回到正常操作狀態(tài)。然后,重新點(diǎn)燃主燃燒器2。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的工藝允許快速的重新啟動,使得反應(yīng)器的停工時(shí)間最短化且增加可 用性。由此可以使得能量損失最小化且可以增加生產(chǎn)產(chǎn)量。由于主燃燒器2和先導(dǎo)燃燒器 3用相同的燃料操作,因此可以減小投資成本。由于根據(jù)本發(fā)明的工藝可以被包括在現(xiàn)有設(shè) 備的操作中,這種設(shè)備可以被維修以改進(jìn)操作效率。
[0027] 示例--氧化鋁煅燒
[0028] 氧化鋁煅燒通常在循環(huán)流化床反應(yīng)器中進(jìn)行。這種反應(yīng)器的優(yōu)選操作溫度T是大 約950°C。如果用重燃料油作燃料,則可容許的最小燃燒溫度是750°C。如果反應(yīng)器中的溫 度降到低于該極限值,則反應(yīng)器必須被關(guān)停。由于材料約束條件,煅燒反應(yīng)器的最大操作溫 度是1100°C。通常,如果自由氧(氧氣)的含量降低到大約lvol%之下,則燃燒器系統(tǒng)被 關(guān)停。不存在氧氣濃度的上限,這是由于它與設(shè)備安全性無關(guān)。
[0029] 基于溫度750°C <T〈110(TC的臨界操作范圍,次級操作范圍的相應(yīng)下限將被設(shè)定 在例如800°C或825°C,而次級操作范圍的上限將被設(shè)置在例如1050°C。如果上限與設(shè)備安 全性不相關(guān)(在違反這個極限的情況下不強(qiáng)制關(guān)停該設(shè)備),則不需要為次級操作范圍限 定上限。
[0030] 氧氣濃度C的次級操作范圍的下限可以被設(shè)定在例如1. 5vol %。不存在氧氣濃度 的關(guān)鍵上限,這是由于它與設(shè)備安全性無關(guān)。因此,不限定相應(yīng)次級操作范圍的上限。
[0031] 由此產(chǎn)生的操作范圍為:
[0032] T :臨界操作范圍:750°C <T〈1100°C
[0033] 次級操作范圍:800°C <T(〈1050°C )
[0034] C :臨界操作范圍:C>lvol%
[0035] 次級操作范圍:C>1. 5vol%
[0036] 上述值意圖僅基于優(yōu)選實(shí)施例例示本發(fā)明但不限制所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。臨 界操作范圍和次級操作范圍的極限之間的適當(dāng)關(guān)系將必須適合相應(yīng)的參數(shù)、工藝和設(shè)備。
[0037] 附圖標(biāo)記
[0038] 1反應(yīng)器
[0039] 2主燃燒器
[0040] 3先導(dǎo)燃燒器
[0041] 4燃料箱
[0042] 5主供應(yīng)管路
[0043] 6先導(dǎo)供應(yīng)管路
[0044] 7燃料泵
[0045] 8燃料預(yù)熱器
[0046] 9 管路
[0047] 10 管路
[0048] 11主燃燒器2的關(guān)斷閥
[0049] 12先導(dǎo)燃燒器3的關(guān)斷閥
[0050] 13安全和互鎖系統(tǒng)
[0051] 14先導(dǎo)燃燒器安全系統(tǒng)
[0052] T 溫度
[0053] C氧氣濃度
[0054] TSL次級操作范圍的下閾值
[0055] TSH次級操作范圍的上閾值
[0056] TSLL臨界操作范圍的下閾值
[0057] TSHH臨界操作范圍的上閾值
【權(quán)利要求】
1. 一種用來操作供燃料式反應(yīng)器的工藝,其中燃料被引入反應(yīng)器中并借助于至少一個 主燃燒器在反應(yīng)器中燃燒,其中對工藝的相關(guān)參數(shù)加以監(jiān)視,并且其中如果相關(guān)參數(shù)的一 個或更多個離開預(yù)定的臨界操作范圍則關(guān)停主燃燒器,其特征在于,在用于強(qiáng)制性關(guān)停的 預(yù)定臨界操作范圍內(nèi)實(shí)施更為嚴(yán)格的用于關(guān)停標(biāo)準(zhǔn)的次級操作范圍,如果相關(guān)參數(shù)的一個 或更多個離開次級操作范圍則關(guān)停主燃燒器,但只要相關(guān)參數(shù)被維持在臨界操作范圍內(nèi)則 繼續(xù)操作至少一個先導(dǎo)燃燒器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝,其中,如果所有相關(guān)參數(shù)已返回到次級操作范圍內(nèi)則 重新啟動主燃燒器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工藝,其中,次級操作范圍上限是臨界操作范圍上限的大 約5%到50%。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝,其中,次級操作范圍下限是臨界操作范圍 下限的大約5%到50%。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝,其中,工藝的相關(guān)參數(shù)是反應(yīng)器內(nèi)的溫度、 空氣/燃料比率和/或氧氣濃度。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝,其中,在處于次級操作范圍內(nèi)的正常操作 期間,先導(dǎo)燃燒器與主燃燒器并聯(lián)地操作。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝,其中,主燃燒器和先導(dǎo)燃燒器用相同的燃 料操作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝,其中,主燃燒器和先導(dǎo)燃燒器用重燃料油或天然氣操 作。
【文檔編號】B01J19/00GK104114271SQ201280068064
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月27日
【發(fā)明者】B·施特格曼, P·希爾圖嫩 申請人:奧圖泰(芬蘭)公司