CN104673394B - 带废热回收干粉固体燃料气化工艺及其*** - Google Patents

带废热回收干粉固体燃料气化工艺及其*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带废热回收干粉固体燃料气化工艺及其***，解决了存在的设备结构复杂，设备投资和运行成本高、***易积灰、稳定性差，污染环境等问题。技术方案为将煤粉通入气化炉的反应室内，在气化剂的作用下气化反应生成1200～1650℃的粗合成气，所述粗合成气上升至反应室上方时被雾化喷嘴喷出的水雾冷却，然后上升经具有膜式水冷壁的输气管送入火管式锅炉中走管程与壳程的水换热进一步降温，再送入多管式旋风除尘器、飞灰过滤器进一步除尘至含尘量小于1mg/m3，除尘后的粗合成气再进入省煤器进一步冷却至220～260℃后进入下一工序。本发明工艺简单、煤种适应性广、设备投资成本和运行成本低、对环境友好。

Description

带废热回收干粉固体燃料气化工艺及其***
技术领域
本发明涉及一种煤气化工艺及其***，具体的说是一种带废热回收干粉固体燃料气化工艺及其***。
背景技术
粉煤加压气化技术和水煤浆加压气化技术为第二代气流床粉煤加压气化技术。与固定床煤气化技术相比，在节能、环保和煤种适应性等方面具有十分突出的优势。目前比较先进的第二代气化工艺技术中，最具代表性的为美国GE公司和康菲公司的水煤浆加压气化技术、荷兰壳牌公司的SCGP和西门子GSP干粉煤加压气化工。
SHELL干煤粉气化工艺主要特点是气化炉干煤粉进料、多喷嘴气化、水冷壁内衬，气化的煤气上行进入废热锅炉进行冷却，冷却后的煤气经除尘，其中一部分回炉激冷热煤气，其他合成气进入下游工序。该工艺存在下述缺点：1、设备结构复杂，制造难度大，建造周期长，造价高。主要因素是废热锅炉结构复杂、激冷循环气压缩机贵重，运行成本高；2、对煤种有一定限制,煤中钾钠等碱金属含量高，易在废锅中积灰，影响传热效率，增加***阻力降。3。经过除灰***除灰后的合成气固体含量一般为5～10mg/Nm3，不能直接用于下游工序，需要经过湿洗工段和澄清工段进一步除灰，所洗涤的灰是湿灰，不能回收利用。
GSP粉煤气化技术一般采用水激冷流程，水耗大，灰含碳量高，碳转化率低，能耗高，烧嘴寿命短，不能满足大型装置长周期使用的要求，含碳量大的湿灰不能有效利用，对环境产生不利影响。
煤气化技术产生的合成气都需要进行洗涤和气液分离，需要文丘里洗涤器、水洗塔、多级气液分离器，饱和热水塔、大型澄清槽等，工艺流程长,装置投资大、占用水资源、污水排放对环境将产生严重的危害。
由此可见，虽然粉煤气化工艺具有一定的先进性，但是对于合成气生产化工产品的流程如何从工艺上进一步减少设备投资、降低设备制造周期，缩短工艺流程，实现煤炭高效转化，清洁利用，节能节水是目前本领域技术人员一直致力于研究的方向。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、煤种适应性广、除尘效果好、设备投资成运行成本低、对环境友好的带废热回收干粉固体燃料气化工艺。
本发明还提供一种用于上述工艺的***，具有***简单、设备投资和运行成本低、有效控制积灰问题，提高合成气激冷效率的优点。
本发明工艺包括将煤粉通入气化炉的反应室内，在气化剂的作用下气化反应生成1200～1650℃的粗合成气，所述粗合成气上升至反应室上方时被雾化喷嘴喷出的水雾冷却至850℃以下，然后上升经具有膜式水冷壁的输气管送入火管式锅炉中走管程与壳程的水换热进一步降温至350℃以下，再送入多管式旋风除尘器、飞灰过滤器进一步除尘至含尘量小于1mg/m3，除尘后的粗合成气再进入省煤器进一步冷却至220～260℃后进入下一工序。
所述雾化喷嘴喷出的水雾粒径为80～250μm。
所述雾化喷嘴与水平方向夹角为5～15℃，向下倾角为5～15度，喷嘴喷射锥角75～150度。
本发明***包括气化炉，所述气化炉顶部经输气管依次与火管式锅炉、多管式旋风除尘器、飞灰过滤器和省煤器相连，所述输气管具有膜式水冷壁，所述气化炉的反应室上方环形设有至少一层雾化喷嘴。
所述雾化喷嘴和反应室之间的气化炉壁面上还设有吹灰器。
所述雾化喷嘴与水平方向夹角为5～15℃，向下倾角为5～15度，喷嘴喷射锥角75～150度。
所述火管式锅炉包括管程和壳程，所述管程中的换热管上端经管头***件穿过上管板与上管箱连通，其中，所述管头***件由与换热管上端插接的***段和与上管箱连通的开口段组成，所述开口段为具有斜坡状内壁的喇叭口，所述喇叭口的两端分别为大口端和小口端，所述小口端与***段的前端相连且内壁表面平滑过渡。
所述大口端的截面为多边形，小口端的截面为圆形。
所述喇叭口的斜坡状内壁的坡度为5°-20°。
所述大口端的截面为五边形或六边形。
本发明利用气化炉上段雾化喷嘴喷出的水雾对高温粗合成气进行初步冷却的方法，取代了冷却后的粗合成气回炉激冷高温合成气的方法，解决了采用部分低温粗合成气回炉激冷必须配置大型循环压缩机引起的高成本问题及粗合成气循环***能量损失大问题，从而大幅度降低了投资和运行成本，实现在了降本增效的目的。采用多管式旋风分离器配合飞灰过滤器能够完全实现干法除灰，且由于合成气上行，灰的含碳量低，能够作为高性能水泥的原料，解决环保问题，不需要进行湿法洗涤，降低水的消耗。同时采用省煤器进一步回收热量，降低温度，使得合成气能直接进入下游***。
由于气化炉内粗合成气温度可高达1400～1700℃，为使粗合成气充分降温至850℃以下满足后续火管式锅炉的进气温度要求，需要控制雾化喷嘴喷出的雾液的液滴粒径，使激冷水需要充分雾化，以强化水与合成气的充分接触，使高温高压粗合成气快速降温，雾化粒径优选为80～250μm，进一步优选为150-180μm。
所述气化剂为氧气和/或蒸汽等，其加入量参照现有气化反应要求进行操作。
进一步的，针对***中容易积灰的问题，发明人发现，积灰主要存在于两处，一是易附着在气化炉的雾化喷嘴下方：由于粗合成气上升至雾化喷嘴处时，被喷出的水雾激冷降温，气体中的灰尘附着在水雾中受重力下降，极易落在气化炉雾化喷嘴下方的壁面和板面上，导致局部积灰。二是在灰尘易堆积在火管式锅炉的上管板上：这主要是由于管头***件因为布置时，开口段突出于上板管，外部用浇注料填充固定或套装陶瓷套管，这就导致浇注料或陶瓷套管端面易形成灰尘堆积区域，当浇注料出现裂纹或者脱落时、灰尘则会直接堆积在上管板上，使上管板换热不均，甚至导致上管板变形等问题发现。针对上述问题，发明人进行了两处改进，一是在雾化喷嘴和反应室之间的气化炉壁面上设置吹灰器，促进湿化降温后的灰尘落入气化炉反应室内；二是对火管式锅炉中的管头***件结构进行改进，避免灰尘落入上管板上，克服灰尘堆积的带来的各种问题。
本发明中，将管头***件的开口段设计成喇叭口，使其内壁形成斜坡状，避免灰尘在大口端堆积，优选斜坡状内壁的坡度为5°-20°以利于排灰，更为优选坡度为7°-15°。所述喇叭口的小口端与***段前端的内壁表面平滑过渡，这样有利于含尘气体的流动。
所述大口端的截面为多边形，优选为五边形或六边形，这样，当管头***件安装后，相邻两个管头***件喇叭口的大口端可相互拼接，全面覆盖上管板的进气面，无需浇注料或陶瓷套管，喇叭口和喇叭口之间不留缝隙或平台，避免灰尘沉积在浇注料端面或管板表面带来的各种问题。
有益效果：
(1)，本发明采用在气化炉内雾化喷嘴喷出水雾对粗合成气进行初步激冷，然后利用火管式锅炉进一步降温并回收热能，保证有效的激冷效果同时，也避免了部分合成气回流激冷带来的能耗高、安装结构复杂等问题；而采用雾化激冷粗合成气，能够促进粗合成气中大颗粒灰尘的湿化及分离，大幅减少激冷水的消耗。
(2)，由于粗合成气的降温步骤中并未采用水浴激冷，因此后续除尘步骤中可以采用干法除尘利用多管式旋风除尘器配合飞灰过滤器进一步将粗合成气除尘至含尘量小于1mg/m3，可以直接用入下游***。分离出的灰含碳量含碳量小于质量百分数5％，能够作为高性能水泥的原料，提高了副产品的经济价值。
(3)，通过加设吹灰器以及对管头***件的结构改进有利于灰尘的流动、抗积灰性能好，大大提高了***的使用寿命，提高了煤种的适应性。
(4)本发明***稳定、设备投资和生产成本低、工艺流程简单、操作成本较低、节能节水、对环境友好。
附图说明
图1为本发明工艺流程图暨***图；
图2为管头***件在火管锅炉中的安装示意图。
图3为管头***件结构示意图；
图4为多根管头***件组合安装示意图。
图5为气化炉9中雾化喷嘴10的安装示意图。
图6为图5中的A-A剖视图。
其中，1-喇叭口、1.1-大口端、1.2-小口端、1.3-斜坡、2-***段、2.1-前端、2.2-后端、3-火管式锅炉、4-上管板、5-换热管、6-管头***件、7-耐火衬里、8-上管箱、9-气化炉、9.1-反应室、10-雾化喷嘴、11-吹灰器、12-多管式旋风除尘器、13-飞灰过滤器、14-省煤器、15-输气管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明***作进一步解释说明：
气化炉9顶部经输气管15依次与火管式锅炉3、多管式旋风除尘器12、飞灰过滤器13和省煤器14相连，所述输气管15具有膜式水冷壁，所述气化炉9的反应室9.1上方环形设有至少一层雾化喷嘴10，所述雾化喷嘴10(如采用专利号为200820067507.9的两相流雾化喷射冷却装置)可喷出液体和气体混合的水雾对反应后的粗合成气进行激冷降温，优选所述雾化喷嘴10与水平方向夹角b为5～15℃，向下倾角c为5～15度，喷嘴喷射锥角d为75～150度，通过控制雾化喷嘴的角度，可以实现高效雾化的目的，提高快速冷确效果。所述雾化喷嘴10和反应室9.1之间的气化炉9壁面上还设有吹灰器11。此外，所述气化炉9内还设有煤粉喷嘴、蒸汽喷嘴等，此为现有技术，在此不作详述。
所述火管式锅炉3具有常规的管程和壳程，所述管程中的换热管5上端经管头***件6穿过上管板4与上管箱8连通，其中，所述管头***件6由与换热管5上端插接的***段2和与上管箱8连通的开口段组成，所述开口段为具有斜坡状内壁的喇叭口1，斜坡状内壁的坡度a为5°-20°,优选7°-15°，利用喇叭口特有的斜坡状内壁结构，扩大进气的截面积同时避免局部灰尘堆积。所述喇叭口1的两端分别为大口端1.1和小口端1.2，所述小口端1.2与***段2的前端2.1相连且内壁表面平滑过渡，使含尘气顺利由喇叭口1顺气体下行经***段2通入换热管5内。所述大口端1.1的截面为多边形，优选为五边形或六边形，本实施例中为六边形，小口端1.2的截面为圆形，这样在上管板4上布置时，每个管头***件6的周围按照多边形边的数量对应拼接相应数量、同样大小的管头***件6，最终多个管头***件6的喇叭口1拼接后可全部覆盖住进气面的上管板4，喇叭口1与上管板4之间的落差空间可方便的用耐火衬里7填充，而无需浇注料或另外套装管套。所述***段2和喇叭口1的壁厚≤2mm。安装时，先将从管头***件6的***段2的后端2.2向下穿过上管板4***换热管5，使***段2位于换热管内，喇叭口1位于于上管板4上方，按同样的方法***第二根多边形管头***件6(***管2及与之相连的喇叭口1)，调整方位，使得相邻两根管头***件6的喇叭口1大口端1.1接触，并使其多边形边相互配合拼接，间隙控制在≤0.5mm。重复以上方法，***相应的多根管头***件6，插接后的效果详见图3。多边形管头***件6的喇叭口1与上管板4之间的空隙用耐火衬里7填充。含尘气体进入火管锅炉3后，经过管头***件6的喇叭口1及***管2进入换热管5间接换热，换热后出换热管5排出火管锅炉3。
工艺过程：
干煤粉与作为气化剂的氧气以及部分蒸汽一起混合进入气化炉9的反应室9.1内，在炉内反应生成高温粗合成气，温度为1200～1650℃，炉中气化压力为1.0～6.5MPa，粗合成气在气化炉9内形成旋流自下向上流动，在气化炉反应室9.1上方被多层环形设置的雾化喷嘴10喷出的水/气混合的80～250μm水雾部分冷激降温至850℃以下，同时吹灰器11定期吹灰，防止灰尘在局部沉积；降温后的粗合成气经具有膜式水冷壁的输气管15进入火管式锅炉3与饱和水间接换热降温得到350℃以下的粗合成气并副产水蒸汽，再经过多管旋风分离器12将合成气中所含的粒径大于5μm的固体100％除掉，然后经飞灰过滤器13进一步除去粗合成气中的干灰，除灰后的合成气含尘量小于1mg/m3,然后进入省煤器14进一步将合成气冷却到220～260℃后进入下一工序，供下游工序使用，多管旋风分离器12和飞灰过滤器13分离得到的干灰可用作高性能水泥的原料。

Claims (5)

1.一种带废热回收干粉固体燃料气化工艺，其特征在于，将煤粉通入气化炉的反应室内，在气化剂的作用下气化反应生成1200～1650℃的粗合成气，所述粗合成气上升至反应室上方时被雾化喷嘴喷出的水雾冷却至850℃以下，然后上升经具有膜式水冷壁的输气管送入火管式锅炉中走管程与壳程的水换热进一步降温至350℃以下，再送入多管式旋风除尘器、飞灰过滤器进一步除尘至含尘量小于1mg/m3，除尘后的粗合成气再进入省煤器进一步冷却至220～260℃后进入下一工序，所述雾化喷嘴喷出的水雾粒径为80～250μm，所述雾化喷嘴与水平方向夹角为5～15℃，向下倾角为5～15度，喷嘴喷射锥角75～150度。
2.一种带废热回收干粉固体燃料气化***，包括气化炉，其特征在于，所述气化炉顶部经输气管依次与火管式锅炉、多管式旋风除尘器、飞灰过滤器和省煤器相连，所述输气管具有膜式水冷壁，所述气化炉的反应室上方环形设有至少一层雾化喷嘴，所述雾化喷嘴和反应室之间的气化炉壁面上还设有吹灰器，所述雾化喷嘴与水平方向夹角为5～15℃，向下倾角为5～15度，喷嘴喷射锥角75～150度,所述火管式锅炉包括管程和壳程，所述管程中的换热管上端经管头***件穿过上管板与上管箱连通，其中，所述管头***件由与换热管上端插接的***段和与上管箱连通的开口段组成，所述开口段为具有斜坡状内壁的喇叭口，所述喇叭口的两端分别为大口端和小口端，所述小口端与***段的前端相连且内壁表面平滑过渡。
3.如权利要求2所述的带废热回收干粉固体燃料气化***，其特征在于，所述大口端的截面为多边形，小口端的截面为圆形。
4.如权利要求2所述的带废热回收干粉固体燃料气化***，其特征在于，所述喇叭口的斜坡状内壁的坡度为5°-20°。
5.如权利要求3所述的带废热回收干粉固体燃料气化***，其特征在于，所述大口端的截面为五边形或六边形。
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