CN107641528B - 一种节能节水气/汽联产气化工艺 - Google Patents

一种节能节水气/汽联产气化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于煤化工技术领域，涉及一种煤炭清洁高效利用的气化工艺路线，具体涉及一种节能节水气/汽联产气化工艺。该气化工艺，其过程包括：含碳的粉体物料在气化炉内与氧化剂发生反应，生成的高温合成气和废渣由辐射废锅直接冷却，回收高温显热产生高品质蒸汽，然后再通过干法除灰工序进行气固分离，再进入下游工序。利用本发明，回收高温粗煤气和高温熔渣的显热，同时可获得高温、高压蒸汽，实现气、汽联产，节约水资源，提高能源利用效益，具备良好的经济效益，工艺过程运行可靠，环境友好、绿色高效。

Description

一种节能节水气/汽联产气化工艺
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，涉及一种煤炭清洁高效利用气化工艺路线，具体涉及一种节能节水气/汽联产气化工艺。
背景技术
煤气化技术是煤化工产业的龙头技术。近年来，煤气化技术取得了显著的成果和进步，尤其是粉煤气化技术，因其煤种适应性好、气化效率高、环保性能优，现已逐步成为煤气化的首选技术；特别是激冷流程粉煤加压气化技术，已成为现代煤化工的主流技术，主要的研究方向在于干煤粉气化技术的大型化、节能、节水和规模化效益等方面。
目前国内外较成熟的气化技术主要有：shell废锅流程气化技术、GSP气化技术、科林气化技术和GE的水煤浆气化技术；其中，shell废锅流程气化技术属于气体激冷流程结合废锅回收热量，能量利用率比较高，但是投资成本也相对较高；西门子的GSP气化技术采用的是空间水激冷，在国内一些烯烃项目首次工业化运行时情况并不理想；科林气化技术与GSP气化原理类似，国内应用此技术的有兖矿贵州项目，实际投煤量并不大，在1500t/d左右；GE的水煤浆气化技术，虽然目前在大型化方面有一定的进步，但受煤种成浆性和气化炉砖寿命的限制，应用范围具有局限性。
国内开发的气化技术还有神宁炉、航天炉、四喷嘴水煤浆气化、东方炉、两段炉等，但基本还是已有的气化理念，多为激冷流程煤气化技术。该技术虽然具备流程短、造价低的优势，但也存在能量利用率低、水耗高等缺陷。
综合而言，现代煤气化技术仍然存在单炉负荷能力低、气化炉热效率低、气化过程耗水量大等问题，气化工艺也尚处于升级示范的成长期。因此，节能节水、运行可靠、环境友好的粉煤气化技术是煤气化技术的重要研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节能节水气/汽联产气化工艺，采用粉煤加压气化结合高温合成气辐射废锅直接冷却，实现干法除灰技术，节能节水，可高品位回收热量，减少水资源消耗；运行可靠、环境友好、绿色高效。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：
一种节能节水气/汽联产气化工艺，其过程包括：含碳的粉体物料在气化炉内与氧化剂发生反应，生成的高温合成气和废渣经过辐射废锅后，通过干法除灰工序进行气固分离，再进入下游工序；同时，将经过辐射废锅的高温合成气和废渣的高温显热进行回收，生成蒸汽。
该气化工艺，经过干法除灰工序进行气固分离后，也可再经过湿法除灰后，再进入下游工序。
该气化工艺，经过干法除灰工序、湿法除灰工序后，可再经过湿洗工序进行精洗后，再进入下游工序。
该气化工艺，其干法除灰工序为利用旋风分离器采用旋风分离的方法，或者利用旋风分离器采用旋风分离与利用过滤器采用过滤相结合的方法，实现气固分离；其湿法除灰工序为采用文丘里洗涤器进行降温和增湿；其湿洗工序为采用碳洗塔进行精洗。
该气化工艺，含碳的粉体物料为煤、固体废弃物、生活垃圾或生物质中的一种或几种；氧化剂为空气、氧气、富氧空气、水或水蒸气中的一种或几种。
该气化工艺，辐射废锅回收高温显热后的产物为饱和蒸汽或过热蒸汽；饱和蒸汽为中压蒸汽、高压蒸汽或低压蒸汽中的一种，过热蒸汽为中压蒸汽、高压蒸汽或低压蒸汽中的一种；优选的，饱和蒸汽为高压蒸汽，过热蒸汽为高压蒸汽。
一种节能节水气/汽联产气化工艺，其具体过程为：
来自界区外的研磨干燥后的煤粉和氧气在气化炉的燃烧室内发生氧化还原反应，生产以CO、CO2、H2、H2O为主要产物的粗煤气以及高温液态熔渣，经气化炉喉管后进入到高温显热回收，其中，高温显热回收的主要设备是辐射废锅。
当高温合成气和液态熔渣通过辐射废锅时，通过高温辐射换热从而加热流经辐射废锅管程的锅炉给水，同时降低自身温度，实现高温显热的回收利用。
被加热的锅炉给水通过自然循环或强制循环的方式进入到汽包中，在汽包内进行汽液分离后，蒸汽通过压力调节并入到***管网，分离下来的液态水从汽包底部经自然循环或强制循环重新进入到辐射废锅。
降温以后，部分液态熔渣固化成为煤灰颗粒，这部分固体颗粒在辐射废锅下部的分离空间进行初步的气固分离，质量较大不能被气体携带的固体颗粒落入底部的水浴渣池中，质量较小容易被气流携带的颗粒随粗煤气通过连接管通入到对流废锅进行进一步的冷却降温。其中，对流废锅是一种火管式换热器，含灰粗煤气从管程自下而上，通过对流换热的方式加热壳程的锅炉给水同时降低自身的温度；连接管为水夹套结构，且采用大坡度设计，从而利于粗煤气中的固体颗粒能够有效的沿着连接管流动，避免重新滑入气化炉内。
界区外送来的锅炉给水，首先通过对流废锅进行初步的加热，加热后的锅炉给水进入到汽包，然后再进入辐射废锅。连接管采用水夹套的形式，界区外来的锅炉给水从连接管水夹套的管程流过，保护连接管不被高温粗煤气烧损。进一步降温后的粗煤气从对流废锅的顶部接入到干法除灰工序中，即旋风分离器中；经旋风分离后，固体颗粒被分离下来，并通过减压锁斗同时冷却降温后，送入煤灰冷却收集仓；在煤灰冷却收集仓内，通过通入常温低压氮气或者低温水间接换热的方式，在保证煤灰流化不团聚的前提下继续降温至50℃～80℃，冷却后的煤灰经罐车收集运输出界区。经旋风分离器分离后的粗煤气，其尘含量达到1g/Nm3以下，并从分离器顶部引出后进入到湿法洗涤过程。在湿法洗涤过程中，通过一种可调式文丘里洗涤器对粗煤气进行降温、增湿，使粒径较小的固体颗粒发生团聚后与粗煤气一起进入到碳洗塔中，再在碳洗塔内进一步精洗后，最终实现粗煤气中尘含量降低至0.5mg/Nm3以下后送入下游工段。
碳洗塔底部的黑水送入到黑水闪蒸过程，经闪蒸回收热量后，通过沉降的方式进行固液分离，分离下来的洁净水继续回用，分离的固体经过过滤***浓缩后送出界区。
利用本发明气/汽联产气化工艺的有益效果为：
(1)通过设置辐射废锅和对流废锅，可回收高温粗煤气中蕴藏的气化显热，实现能量的高效回收利用；同时，将锅炉给水加热，获得高温、高压饱和蒸汽，实现气、汽联产；另外，按照测算，一台日投煤量2000t的气化炉，通过辐射废锅和对流废锅的显热回收，每小时可回收副产蒸汽120t左右，一年回收的蒸汽价值即可收回废锅设备的相关投资；
(2)通过以煤粉为原料以及设置旋风分离器，实现干法气化和干法除灰工艺，可降低粗煤气的洗涤用水量，实现节水的目的；同时，由于减少***水量的使用，进一步降低了黑水处理的设备投资和基础建设投资；节约水资源，减少资源消耗，具备良好的经济效益；
(3)工艺过程运行可靠，环境友好、绿色高效。
附图说明
图1为本发明节能节水气/汽联产气化工艺的装置结构示意图。
附图中的编码分别为：1为气化炉，2为辐射废锅，3为连接管，4为对流废锅，5为旋风分离器，6为文丘里洗涤器，7为碳洗塔，8为汽包，9为激冷池，10为渣锁斗，11为渣池，12为第一罐车，13为煤灰暂存罐，14为煤灰锁斗，15为煤灰冷却收集仓，16为第二罐车。
具体实施方式
如图1所示，一种节能节水气/汽联产气化工艺所用的装置，包括依次连接的气化炉1、辐射废锅2、连接管3、对流废锅4、旋风分离器5、文丘里洗涤器6和碳洗塔7；包括汽包8，汽包8分别与辐射废锅2和对流废锅4连接；包括位于辐射废锅2底部并依次连接的激冷池9、渣锁斗10、渣池11和第一罐车12；包括位于旋风分离器5底部并依次连接的煤灰暂存罐13、煤灰锁斗14、煤灰冷却收集仓15、第二罐车16；其中，连接管3与水平线的夹角为45°；另外，煤灰暂存罐13的底部还设置有高压氮气流化装置，保证煤灰的持续流化和初步冷却，煤灰锁斗14设置有底部流化装置。
一种节能节水气/汽联产气化工艺的主要过程为：
煤和氧气在气化炉1内发生煤气化反应，生成以CO、H2为主的高温合成气，同时夹带液态渣颗粒进入到辐射废锅2中；经辐射冷却至800℃以下后通过水夹套设计的连接管3进入到对流废锅4中，在对流废锅4中与高压锅炉给水对流换热冷却至400℃以下后，进入到旋风分离器5。
经旋风分离器5分离后的煤灰首先进入煤灰暂存罐13，煤灰暂存罐13的底部设置有高压氮气流化装置，保证煤灰的持续流化和初步冷却；煤灰暂存罐13中的煤灰进入煤灰锁斗14进行减压，煤灰锁斗14设置有底部流化装置，在锁斗减压过程中持续通入减压氮气，保证煤灰不团聚和对煤灰实现二次降温至150℃以下；经过煤灰锁斗14减压后的煤灰进入到煤灰冷却收集仓15中，继续通入低压氮气持续流化和降温冷却至80℃以后通过第二罐车16运送出界区。
经旋风分离器5分离后的高温合成气，其含尘量降低至1g/Nm3以下，通过可调式高效的文丘里洗涤器6进行增湿后进入到碳洗塔7中进行进一步精洗，最终实现合成气中的尘含量＜0.5mg/Nm3。
高压锅炉给水从界区外引入后分成两路，一路进入汽包8中，另一路进入到对流废锅4和连接管3中，其中，以进入到对流废锅4的流量为主；进入汽包8的高压锅炉给水流量通过汽包温度和压力进行控制，对流废锅4内与高温合成气换热后的高压锅炉给水温度升至280℃以上，再进入到汽包8中；进入到汽包8中的高锅水通过自然循环的方式进入到辐射废锅2中，在辐射废锅2内换热后温度升至310℃以上，循环回汽包8中，在汽包8内进行汽液分离后，高压饱和蒸汽送入管网，液体进入下一周期锅炉给水自然循环；连接管3通入锅炉给水的主要目的是保护连接管3不受烧损。
另外，气化炉1生成的液态熔渣经过辐射废锅2初步冷却后在重力作用下落入气化炉1底部的激冷池9中，发生淬冷成为固态不融的灰渣颗粒，进一步通过渣锁斗10处理，进入渣池11，再由第一罐车12运出界区外。
碳洗塔7底部的黑水送入到黑水闪蒸过程，经闪蒸回收热量后，通过沉降的方式进行固液分离，分离下来的洁净水继续回用，分离的固体经过过滤***浓缩后送出界区。
辐射废锅2回收高温显热后的产物为饱和蒸汽，饱和蒸汽为高压蒸汽。

Claims (3)

1.一种节能节水气/汽联产气化方法，其特征在于，其过程包括：含碳的粉体物料在气化炉内与氧化剂发生反应，生成的高温合成气和废渣经过辐射废锅、对流废锅后，通过干法除灰工序进行气固分离，再经过湿法除灰工序后，经过湿洗工序进行精洗；同时，将经过辐射废锅的高温合成气和废渣的高温显热进行回收，生成蒸汽；
其中，含碳的粉体物料为煤，氧化剂为氧气，干法除灰工序为采用旋风分离的方法；
该方法具体为：
（1）煤和氧气在气化炉内发生煤气化反应，生成以CO、H2为主的高温合成气，同时夹带液态渣颗粒进入到辐射废锅中；经辐射冷却至800℃以下后通过水夹套设计的连接管进入到对流废锅中，在对流废锅中与高压锅炉给水对流换热冷却至400℃以下后，进入到旋风分离器；其中，连接管为水夹套结构，连接管与水平线的夹角为45°、且连接管沿高温合成气气体流动方向为倾斜向上设置；
（2）经旋风分离器分离后的煤灰首先进入煤灰暂存罐，煤灰暂存罐的底部设置有高压氮气流化装置，保证煤灰的持续流化和初步冷却；煤灰暂存罐中的煤灰进入煤灰锁斗进行减压，煤灰锁斗设置有底部流化装置，在锁斗减压过程中持续通入减压氮气，保证煤灰不团聚和对煤灰实现二次降温至150℃以下；经过煤灰锁斗减压后的煤灰进入到煤灰冷却收集仓中，继续通入低压氮气持续流化和降温冷却至80℃以后通过第二罐车运送出界区；
（3）经旋风分离器分离后的高温合成气，其含尘量降低至1g/Nm3以下，通过可调式高效的文丘里洗涤器进行增湿后进入到碳洗塔中进行进一步精洗，最终实现合成气中的尘含量＜0.5mg/Nm3；
（4）高压锅炉给水从界区外引入后分成两路，一路进入汽包中，另一路进入到对流废锅和连接管中，其中，以进入到对流废锅的流量为主；进入汽包的高压锅炉给水流量通过汽包温度和压力进行控制，对流废锅内与高温合成气换热后的高压锅炉给水温度升至280℃以上，再进入到汽包中；进入到汽包中的高压锅炉给水通过自然循环的方式进入到辐射废锅中，在辐射废锅内换热后温度升至310℃以上，循环回汽包中，在汽包内进行汽液分离后，高压饱和蒸汽送入管网，液体进入下一周期锅炉给水自然循环。
2.如权利要求1所述的一种节能节水气/汽联产气化方法，其特征在于，所述辐射废锅回收高温显热后的产物为饱和蒸汽。
3.如权利要求2所述的一种节能节水气/汽联产气化方法，其特征在于，所述饱和蒸汽为高压蒸汽。
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