CN105861064A - 煤浆预热装置及使用该装置的煤气化***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了煤浆预热装置及使用该装置的煤气化***和方法，具体涉及一种气化***，其包括气化装置，该气化装置包括用来将煤浆转化成合成气的气化室、以及用来冷却来自所述气化室中的合成气的激冷室。所述气化***还包括位于所述激冷室中的预热装置，用来在所述煤浆进入所述气化室之前以所述激冷室中的热量来对其进行预热。其中，所述预热装置包括管路装置，该管路装置中形成有可让所述煤浆通过的通道，该通道与所述气化室相通并沿煤浆的流向位于所述气化室的前端。本发明还涉及该气化***中所用的预热装置以及用该气化装置的气化方法。

Description

煤浆预热装置及使用该装置的煤气化***和方法
技术领域
本发明涉及一种用于煤气化***和方法的煤浆预热装置以及使用该预热装置的煤气化***和方法。
背景技术
煤、焦炭或石油等石化燃料可以气化用来发电，用来生产化学品或合成燃料，或用于很多其它的用途。所述气化涉及到在很高的温度下将含碳燃料与氧气反应来产生包含一氧化碳和氢气的合成气。比如，一种广泛使用的石化燃料气化技术是以水煤浆为原料进行气化的水煤浆气化工艺，其具有气化炉结构简单、煤种适应较广、进料易控制等特点。其中，水煤浆是一种由60％-70％不同粒度分布的煤，29-39％左右的水和约1％的化学添加剂制成的混合物。在目前的水煤浆气化工艺中，通常将温度较低的水煤浆原料直接输入气化炉中，在气化炉中的高温高压条件下，比如，在约1000-1500℃的温度和约4.0-9.0Mpa的压力下进行气化来获得合成气。
发明内容
本发明的一方面涉及一种气化***，其包括气化装置，该气化装置包括用来将煤浆转化成合成气的气化室、以及用来冷却来自所述气化室中的合成气的激冷室。所述气化***还包括位于所述激冷室中的预热装置，用来在所述煤浆进入所述气化室之前以所述激冷室中的热量来对其进行预热。其中，所述预热装置包括管路装置，该管路装置中形成有可让所述煤浆通过的通道，该通道与所述气化室相通并沿煤浆的流向位于所述气化室的前端。
本发明的另一方面涉及一种煤浆预热装置，该煤浆预热装置适用于一种包括用来将煤浆转化成合成气的气化室、用来冷却来自所述气化室中的合成气的激冷室、和用来将所述气化室中生成的合成气输送到所述激冷室的下降管的气化装置。所述煤浆预热装置包括用来接收待预热的煤浆的入口、用来输出预热后的煤浆并与所述气化室的一个入口相通的出口、以及连接所述入口和出口的管路装置。所述管路装置形成有与所述入口和出口相通的通道，该通道可让所述煤浆从其中通过。其中所述管路装置包括管路，该管路大致缠绕成一个圆筒状结构，该圆筒状结构的外径小于所述激冷室的内径，内径大于所述下降管的外径，可设置于所述下降管和所述激冷室的内壁之间。
本发明的又一方面涉及一种气化方法，在该方法中，在一个气化装置的气化室中将煤浆转化成合成气，在所述气化装置的激冷室中冷却来自所述气化室中的合成气。让所述煤浆从一个位于所述激冷室中的预热装置中通过，在该过程中，使得所述从预热装置中通过的煤浆被所述激冷室中的热量预热，再将所述预热过的煤浆输送到所述气化室中用于生成所述合成气。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1显示了一个实施例中的一种煤气化***。
图2显示了另一个实施例中的一种煤气化***。
图3显示了一个实施例中的一种示例性的煤气化装置的示意图。
图4A为一个实施例中的一种煤气化***的局部剖视图，显示了该煤气化***中的激冷室和位于该激冷室内的预热装置。
图4B为图4A所示结构沿A-A方向的剖视图。
图5A为另一个实施例中的一种煤气化***的局部剖视图，显示了该煤气化***中的激冷室和位于该激冷室内的预热装置。
图5B为图5A所示结构沿B-B方向的剖视图。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，“大约”同时修正第一数值和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一个工艺参数的值，比如，温度、压力、时间等等，是从1到90，20到80较佳，30到70最佳，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于1的数值，0.0001、0.001、0.01或者0.1被认为是比较适当的一个单元。前述例子仅作举例说明之用，实际上，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。
本发明的实施例涉及一种使用气化炉中的激冷室内的热量来预热该气化炉的进料水煤浆的煤浆预热装置、以及使用该煤浆预热装置的煤气化***和煤气化方法。
在一些实施例中，如图1所示，一种煤气化***100包括用来将煤浆转化为合成气的煤气化装置110和用来给该气化装置110的进料煤浆进行预热的预热装置130。其中，所述气化装置110包括气化室(燃烧室)111和激冷室113，煤浆在气化室111中转化成高温合成气，该高温合成气在激冷室113中冷却后从出口114流出以进入下一个处理单元(未图示)。在一些实施例中，在所述激冷室113内装载有水，用水来对流经其中的高温合成气进行淬冷。所述预热装置130设置于所述激冷室113内，用激冷室113内的热量来预热煤浆。该预热装置130在其前端通过管路122与提供煤浆进料的设备或装置(未图示)相连，以接收待预热的煤浆，在其后端通过管路124与气化室111的煤浆进料口116相连，以将预热后的煤浆输送到气化室112中进行气化。所述管路122和124中可包括一个或多个阀等装置用来控制煤浆的流动。比如，在图示的实施例中，在管路122中连接有阀123，在管路124中连接有阀125。
在所述预热装置130的前端或后端可连接高压泵来提供动力以将煤浆输送到气化室111。比如，在图示的实施例中，在预热装置130的后端管路124中，在预热装置130的煤浆出口和气化室111的煤浆进料口116之间连接有一个高压泵140，具体的，该高压泵140位于阀125和气化室111的煤浆进料口116之间。经过所述预热装置130预热后的煤浆具有更好的流动状态，可以更加容易地通过后端的高压泵140进行驱动。
此外，还可设置一条与所述预热装置130并联的煤浆输送路径150以备用。若预热装置130发生故障或损坏，可通过该备用路径150来将原料煤浆输送到气化室111。在图示的实施例中，备用的煤浆输送路径150一端连接于阀123的前端，另一端连接于阀125和高压泵140之间。该备用的煤浆输送路径150包括至少一个阀152，在预热装置130所在的煤浆输送路径正常运行时，可将所述阀152关闭不让煤浆从备用路径150通过，而一旦预热装置30发生故障或损坏，则可将阀123关闭不让煤浆从预热装置130通过，并将阀152打开以让煤浆从备用路径150通过。
图2显示了一个类似的煤气化***200，其包括煤气化装置210、预热装置230、以及与该预热装置230并联的备用的煤浆输送路径250。其中，所述气化装置210包括气化室211和激冷室213，所述预热装置230设置于激冷室213内，用激冷室213内的热量来预热煤浆。该预热装置230在其前端通过管路222与提供煤浆进料的设备或装置(未图示)相连，以接收待预热的煤浆，在其后端通过管路224与气化室211的煤浆进料口216相连，以将预热后的煤浆输送到气化室211中进行气化。在管路222中连接有阀223，在管路224中连接有阀225。该煤气化***200与***100的不同之处主要在于，***200中的高压泵240连接于预热装置230的前端管路222中，具体地，连接于阀223的前端，所述备用的煤浆输送路径250一端连接于高压泵240和阀223之间，另一端连接于阀225和气化室211的煤浆进料口216之间。将所述高压泵240连接于预热装置230的前端，可使该高压泵240避免接触预热后处于较高温度的煤浆，因而对其耐高温等性能的要求可以相对较低。
图3显示了一个实施例中的一种可用于所述煤气化***的煤气化装置310的示意图。如图3所示，煤气化装置310包括气化室311和激冷室313，其中，煤气化装置310上部为气化室311，下部为激冷室313，其中还装有下降管312，用来将高温合成气从气化室311下送到激冷室313中进行冷却。此外，气化室311包括至少一个原料入口316，激冷室313包括用来输出合成气的合成气出口314、用来将冷却水引入激冷室313的激冷水入口315、和用来将冷却合成气后所形成的炭黑水导出激冷室313的炭黑水出口317。激冷室313还包括开口318和319，分别用来与设置于激冷室313内的煤浆预热装置(图3中未图示，见图4A中430或图5A中530)的入口和出口配合，以接收待预热的煤浆进入该煤浆预热装置和从该煤浆预热装置输出预热后的煤浆。在一个具体的实施例中，所述开口318和319可分别让位于激冷室313内的煤浆预热装置的煤浆输入管道和输出管道从其中穿过，以便跟前端或后端相应的装置相连通。
图4A为一个实施例中的一种煤气化***400的局部剖视图，显示了该煤气化***中的激冷室413和位于该激冷室413内的预热装置430。图4B为图4A所示结构沿A-A方向的剖视图。如图4A和4B所示，预热装置430包括用来接收待预热煤浆的入口432、用来输出预热后的煤浆并用来与煤气化***中的气化室的一个入口相通的出口434、以及连通该入口432和出口434的管路装置436。该管路装置436内形成有与所述入口432和出口434相通的通道，该通道可让所述煤浆从其中通过的同时被预热。
在图示的实施例中，所述管路装置436包括由一条可输送煤浆的管路沿着激冷室413的内表面呈波纹状曲卷形成的一个圆筒状结构。具体地，所述圆筒状结构可包括绕一圈并行排布成圆筒状的多个竖直管和将该多个竖直管两两相连接的弯头。该圆筒状结构的外径小于所述激冷室413的内径，内径大于用来将合成气从气化室(未图示)下送到所述激冷室413中进行冷却的下降管412的外径，因而可设置于所述下降管412和所述激冷室413的内壁之间。在一些实施例中，相比所述下降管412，所述圆筒状结构在径向上更加靠近所述激冷室413的内壁。在图示的具体实施例中，所述圆筒状结构的外径接近但略小于所述激冷室413的内径，使得管路装置436与激冷室413之间形成一定空隙以让预热介质(如，水)进入。在一些实施例中，所述激冷室413设置来用水冷却来自下降管412的合成气，所述管路装置436位于正常运行时的激冷室413的水位线460之下，以使管路装置436可以浸没于激冷室413内的水中。
在煤气化***运行的过程中，从激冷室413的激冷水入口415往激冷室413中通入激冷水，用来冷却从下降管412送来的高温合成气，冷却后的合成气从激冷室413的合成气出口414输出，冷却过程中形成的炭黑水从激冷室413的炭黑水出口417输出。待预热的煤浆从入口432进入管路装置436，通过激冷室413内的热量进行预热，预热后的煤浆从出口434输出到气化室中用于气化产生合成气。所述激冷室413内用于预热煤浆热量可以是直接来自激冷室413内的合成气的热量，也可以是来自被该合成气加热的水的热量。
图5A为另一个实施例中的一种煤气化***500的局部剖视图，显示了该煤气化***中的激冷室513和位于该激冷室513内的预热装置530。图5B为图5A所示结构沿B-B方向的剖视图。与图4A和4B所示结构类似地，预热装置530包括用来接收待预热煤浆的入口532、用来输出预热后的煤浆并用来与煤气化***中的气化室的一个入口相通的出口534、以及连通该入口532和出口534的管路装置536。该管路装置536内形成有与所述入口532和出口534相通的通道，该通道可让所述煤浆从其中通过的同时被预热。与图4A和4B所示管路装置不同的是，所述管路装置536包括由一条可输送煤浆的管路沿着激冷室513的内表面呈螺旋状缠绕形成的一个圆筒状结构。煤气化***500的其它结构与煤气化***400中的类似，在此不再赘述。
在所述实施例中，管路装置436或536的结构、排布和尺寸的设置使得从其中输出的预热后的煤浆的温度至少在激冷室内温度的40％以上，或进一步地，在激冷室内温度的50％以上，或更进一步地，在激冷室内温度的65％以上。在一个具体的实施例中，所述激冷室内的温度约在200℃至350℃的范围内，或进一步地，约在220℃至300℃的范围内，或更进一步地，约在220℃至240℃的范围内，所述待预热的煤浆的温度在50℃左右，所述预热后的煤浆的温度约在100℃至300℃的范围内，或进一步地，约在150℃至250℃的范围内。
本发明实施例中的预热装置能够将所述煤浆加热至合适的温度，在提高所述煤浆的温度同时，还能确保煤浆保持良好的性能和状态，比如，保证其具有较好的流动状态。所述煤浆预热方式充分有效地利用了激冷室中的低品级热量来提高煤浆的初始进料温度，从而提高整个水煤浆气化过程的能量效率。通过适当地提高水煤浆的初始温度，不仅能够确保煤浆具有较好的流动状态，还能够提高水煤浆气化的效率，比如，降低气化过程的比氧耗和比煤耗等。因此，所述实施例中的煤气化***具有高效、节能、构造简单、耐堵等优点。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，本发明的范围是由权利要求书界定，而不是由上述具体实施方案界定的，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (13)

1.一种气化***，其包括：
气化装置，其包括用来将煤浆转化成合成气的气化室、以及用来冷却来自所述气化室中的合成气的激冷室；
位于所述激冷室中的预热装置，用来在所述煤浆进入所述气化室之前以所述激冷室中的热量来对其进行预热，
其中，所述预热装置包括管路装置，该管路装置中形成有可让所述煤浆通过的通道，该通道与所述气化室相通并沿煤浆的流向位于所述气化室的前端。
2.如权利要求1所述的气化***，其进一步包括下降管，用来将气化室中生成的合成气输送到所述激冷室，所述管路装置设置于所述下降管的外表面和所述激冷室的内表面之间。
3.如权利要求2所述的气化***，其中，所述管路装置包括管路，该管路大致缠绕成一个圆筒状结构，该圆筒状结构的外径小于所述激冷室的内径，内径大于所述下降管的外径。
4.如权利要求2所述的气化***，其中，相比所述下降管，所述圆筒状结构在径向上更加靠近所述激冷室。
5.如权利要求1所述的气化***，其中，所述激冷室设置来用水冷却所述合成气，所述管路装置设置于所述激冷室在正常运行时的水位线之下。
6.如权利要求1所述的气化***，其进一步包括高压泵，位于所述预热装置和所述气化室之间。
7.如权利要求1所述的气化***，其进一步包括高压泵，位于所述预热装置的前端。
8.一种煤浆预热装置，适用于一种包括用来将煤浆转化成合成气的气化室、用来冷却来自所述气化室中的合成气的激冷室、和用来将所述气化室中生成的合成气输送到所述激冷室的下降管的气化装置，其包括：
入口，用来接收待预热的煤浆；
出口，用来输出预热后的煤浆并与所述气化室的一个入口相通；以及
管路装置，形成有与所述入口和出口相通的通道，该通道可让所述煤浆从其中通过，
其中，所述管路装置包括管路，该管路大致缠绕成一个圆筒状结构，该圆筒状结构的外径小于所述激冷室的内径，内径大于所述下降管的外径，可设置于所述下降管和所述激冷室的内壁之间。
9.如权利要求8所述的煤浆预热装置，其中，所述圆筒状结构是由所述管路呈螺旋状缠绕形成的。
10.如权利要求8所述的煤浆预热装置，其中，所述圆筒状结构是由所述管路呈波纹状曲卷形成的。
11.一种气化方法，其包括：
在一个气化装置的气化室中将煤浆转化成合成气；
在所述气化装置的激冷室中冷却来自所述气化室中的合成气；
让所述煤浆从一个位于所述激冷室中的预热装置中通过，并使得所述从预热装置中通过的煤浆被所述激冷室中的热量预热；以及
将所述预热过的煤浆输送到所述气化室中用于生成所述合成气。
12.如权利要求11所述的气化方法，其进一步包括：将所述气化室中产生的合成气通过下降管输送到所述激冷室，所述预热装置包括设置于所述下降管的外表面和所述激冷室的内表面之间的管路装置。
13.如权利要求11所述的气化方法，其中，在所述激冷室中是用水来冷却所述气化室中产生的合成气的，所述预热装置浸没在所述水中。
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