CN204779500U - 一种以高灰煤为原料制备燃气的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种以高灰煤为原料制备燃气的装置，所述装置包括：依次顺序连接的预处理单元、气化制气单元、高温燃气除尘单元、高温燃气余热回收单元、燃气除尘单元、燃气冷却单元和燃气脱硫单元，还进一步包括高温燃气余热回收单元。本实用新型提供的装置通过充分回收气化残渣、高温气体热量多级利用技术和两级气化器等技术，解决现有燃气制备技术对高灰煤原料的适应性差的问题，同时可降低成本，减少污染物排放，提高能源利用率和***热效率，进而实现高灰煤这种劣质资源的大规模、高效利用。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃气生产领域，具体涉及以高煤灰为原料制备燃气的装置。
背景技术
我国是世界煤炭生产大国，年产煤炭10亿吨以上。煤炭是我国的主要能源和重要化工原料。我国煤中灰分含量普遍较高，且变化较大，灰分小于10％的特低灰煤全国仅占探明储量的17％左右，显然提高煤炭资源的利用率，尤其是高灰分煤的利用率对发展我国的国民经济意义重大。然而煤的灰分高，会增加运输量和运费。在燃烧时，灰分越高，热效率越低，而且会增加烟尘排放量和炉渣量，加剧燃煤对大气的污染。炼焦时，精煤灰分越高，焦炭的灰分就越高，炼铁的焦比就增加，高炉利用系数就降低，产铁量减少。如果可以将这部分高灰分煤清洁、高效、低成本的转化为清洁燃气用于工业生产或民用燃料则对劣质煤资源高效利用、减少环境污染起到积极的促进作用。
目前的煤制气技术主要包括固定床、流化床和气流床气化技术。但对于高灰煤(灰分含量>25％)的利用方面，就目前的技术而言，气流床技术受液态排渣和氧耗等因素影响，对高灰分煤的气化还存在一定难度；尽管加压固定床气化技术可以处理高灰煤，但其对床层的均匀性、透气性要求较高，因而限制了原料范围，仅可处理一部分符合要求的块状高灰煤，同时该类气化过程需要消耗大量激冷水，水中含焦油、酚、氨等物质需要增加污水净化环节，因此增加投资与原材料消耗。流化床气化技术虽然不是最先进的气化技术，气化压力也上不去，但比较适合利用高灰煤制备燃气。然而现有流化床气化技术在处理高灰煤过程中仍然存在一系列的问题。如，灰分含量增大灰渣熔化吸收的热量增大，为了保证气化炉顺利排渣和维持气化炉的热量平衡，需要增加氧量来燃烧更多的碳原子，因此，气化***的氧耗和煤耗增加。同样的气化条件下灰分每增加1％，氧耗增加0.7-0.8％，煤耗增加1.3-1.5％。排渣***灰渣的显热随灰渣一起排除，这部分热量无法回收利用，排渣量的增加增大了***的热损失，减少了高压蒸汽产量，同时灰渣激冷消耗激冷水量大，加剧锁斗热负荷。因此，原煤中灰分高时设备维修费、排渣运输费增加，从而增加企业生产成本和能耗。
实用新型内容
本实用新型针对上述高灰煤利用过程中的技术问题，提出一种利用高灰煤制燃气的装置，可利用高灰煤自身灰分含量高的特点充分回收***热量进而实现高灰煤清洁、高效制备净煤气的目的。该技术具有原料适应性广、处理量大、碳转化率和热效率高、无污染能耗小、操作简单、成本低等特点。
本实用新型的目的在于提供一种低成本、清洁、高效率的制备燃气的装置。本实用新型通过充分回收气化残渣、高温气体热量多级利用技术和两级气化器技术解决现有燃气制备技术对高灰煤原料的适应性差的问题，同时可降低成本，减少污染物排放，提高能源利用率和***热效率，进而实现高灰煤这种劣质资源的大规模、高效利用。
本实用新型提供了一种以高灰煤为原料制备燃气的装置，所述装置包括依次顺序连接的预处理单元、气化制气单元、高温燃气除尘单元、高温燃气余热回收单元、燃气除尘单元、燃气冷却单元和燃气脱硫单元。
所述预处理单元包括相连的破碎装置和筛分装置。所述破碎装置设有高灰煤的进料口。
所述气化制气单元包括制气单元。所述制气单元中包含相连的一级气化器和二级气化器；所述一级气化器与筛分装置相连。
所述的高温燃气除尘单元包括高温除尘单元，并与制气单元的二级气化器相连。高温除尘单元中包含高温旋风除尘器。根据除尘的实际需要，所述高温旋风除尘器可以为一级或串联的多级，级数越高，除尘效率越高。
所述高温燃气余热回收单元包括依次顺序连接的空气预热器、过热蒸汽单元、饱和蒸汽单元和省煤器。
所述燃气除尘单元包括干法除尘器。
所述燃气冷却单元包括间接冷却器。
所述燃气脱硫单元包括脱硫装置，所述脱硫装置设有净煤气出口。
原料高灰煤依次经过破碎装置、筛分装置、制气单元、高温除尘单元、空气预热器、过热蒸汽单元、饱和蒸汽单元、省煤器、干法除尘器、间接冷却器以及脱硫装置后，即可获得洁净的燃气。
为了实现废料的循环利用，高温除尘单元还可以通过飞灰循环管道与制气单元相连，从而实现对飞灰的循环热解气化。
为了提高能源利用率和***热效率，空气预热器还可以设置空气进气口，并通过空气气化剂管道与制气单元相连。将室温的空气通入空气预热器，经热交换后，所得到的热空气可以作为气化剂，通入制气单元。
为了提高能源利用率和***热效率，所述装置还可以进一步包括高温灰渣余热回收单元，所述高温余渣余热回收单元可包括灰渣冷却单元。
所述灰渣冷却单元设有冷灰渣出口；制气单元还可以通过灰渣冷却管道与灰渣冷却单元相连。灰渣冷却后，取出，可实现废料的持续利用。
所述灰渣冷却单元还可进一步设置软化冷水的进水口，并通过蒸汽气化剂管道，依次经由省煤器、饱和蒸汽单元和过热蒸汽单元，与制气单元相连。
本实用新型进一步提供了采用本实用新型提供的装置制备燃气的方法，所述方法包括以下步骤：
(I)取高灰煤，依次经破碎装置和筛分装置预处理后，得到粒径大于6mm的颗粒少于总量3％的气化原料；
(II)将步骤(I)所得气化原料通入制气单元，依次经制气单元中的一级气化器和二级气化器，在制气单元中的气化剂的作用下，热解气化，即得高温燃气和灰渣；
(III)将步骤(II)所得高温燃气通入高温除尘单元，经过高温除尘单元中的一级或串联的多级高温旋风除尘器，去除飞灰，即得一次净化的高温燃气；
(IV)将步骤(III)所得一次净化的高温燃气依次与空气预热器中的室温空气、过热蒸汽单元中的饱和蒸汽、饱和蒸汽单元中的高温水和省煤器中的低温水进行热交换，即得低温燃气；
(V)将步骤(IV)所得低温燃气通入干法除尘器，除去细微粉尘；通入间接冷却器，再通入脱硫装置，脱硫净化后，即得洁净的燃气。
所述步骤(II)所得的高温燃气为气态，集中在制气单元的顶部，热解后残余的灰渣为固态，位于制气单元的底部，高温燃气与灰渣因性质不同而自然分离。所述高温燃气中，混有细小的固体颗粒状粉尘，即未热解气化的飞灰，需要经过步骤(III)将飞灰从高温燃气中去除。
所述方法还可以包括对步骤(III)所得飞灰的循环利用；具体为：将步骤(III)所得飞灰通过飞灰循环管道通入制气单元，进行循环热解气化。
所述方法还可以包括：将步骤(II)所得灰渣通过灰渣冷却管道通入灰渣冷却单元，与其中的软化冷水进行热交换；灰渣冷却到室温后，输出，即得冷灰渣。
本实用新型所述制气单元中需要气化剂，所述气化剂可以通过对制备过程中产生的副产物进行进一步加工获得，从而实现能源的高效利用。
具体而言，将室温的空气通入空气预热器，经过与一次净化的高温燃气进行热交换后，所得到的空气可作为气化剂通过空气气化剂管道通入制气单元。
将软化冷水通入灰渣冷却单元，经过与灰渣进行热交换后，可得到低温水，所述低温水可通过蒸汽气化剂管道，依次经过省煤器、饱和蒸汽单元和过热蒸汽单元与燃气进行逆向热交换，最终得到气化剂，通入制气单元中。
具体包括以下步骤：将软化冷水通入灰渣冷却单元，经热交换后，得到温度为60～90℃的软化水；通入省煤器，升温至90～100℃；再通入饱和蒸汽单元，形成150～200℃饱和蒸汽；再通入热蒸汽单元，形成500～650℃的过热蒸汽，所述过热蒸汽作为气化剂通入制气单元。
作为一种优选方案，本实用新型所述装置可按照以下步骤制备燃气：
(I)取高灰煤，依次经破碎装置和筛分装置预处理后，得到粒径大于6mm的颗粒少于总量1％的气化原料；
(II)将步骤(I)所得气化原料通入制气单元，经制气单元中温度为850℃的一级气化器，在气化剂的作用下进行热解；将所得热解气和剩余固体物质一同通入温度为950～1050℃的二级气化器，在气化剂的作用下充分气化，即得900～950℃的高温燃气和920～980℃的灰渣；
所述灰渣通过灰渣冷却管道通入灰渣冷却单元，与其中的软化冷水进行热交换；灰渣冷却到室温后，取出，即得冷灰渣，外运作为建材使用；
(III)将步骤(II)所得高温燃气通入高温除尘单元，经过高温除尘单元中的一级或多级高温旋风除尘器，去除飞灰，即得温度为900～950℃的一次净化的高温燃气；
所述飞灰通过飞灰循环管道通入制气单元，进行循环热解气化；
(IV)将步骤(III)所得一次净化的高温燃气通入空气预热器，与其内的室温空气进行热交换，即得温度为750℃的燃气；再通入过热蒸汽单元，与其内195℃的饱和蒸汽进行热交换，即得温度为480～500℃的燃气；再通入饱和蒸汽单元，与其内95～100℃的高温水进行热交换，即得温度为280～300℃的燃气；再通入省煤器，与其内80～90℃的低温水进行热交换，即得温度为150℃的燃气；
同时，将室温的空气通入空气预热器，经过与一次净化的高温燃气进行热交换后，得到650℃的空气，作为气化剂通过空气气化剂管道通入制气单元；
同时，将软化冷水通入灰渣冷却单元，经热交换后，得到温度为80～90℃的低温水；所述低温水通过蒸汽气化剂管道，依次经过省煤器升温至95～100℃、再经过饱和蒸汽单元形成195℃的饱和蒸汽、再经过热蒸汽单元形成600～650℃的过热蒸汽，所述过热蒸汽作为气化剂通入制气单元；
(V)将步骤(IV)所得温度为150℃的燃气通入干法除尘器，除去细微粉尘；再通入间接冷却器，得到温度为30℃的燃气；再通入脱硫装置，脱硫净化后，即得洁净的燃气。
在实际生产过程中，上述步骤均为持续进行。
本实用新型通过充分回收高温灰渣和高温燃气的热量供气化剂升温可有效减少气化过程比煤耗，提高***热效率，进而提高燃气热值和降低燃气生产成本。
本实用新型实现了优异的效果。具体而言，本实用新型实现了用高灰煤大规模、低成本、清洁高效制备燃气的目的，气化过程不产生焦油和酚水等污染物；本实用新型提供了一种高温燃气热量充分回收以及获得高温气化剂的装置和方法，采用空气预热器、过热蒸汽单元、饱和蒸汽单元、省煤器等多级换热装置一方面充分回收了高温气体热量，提高***热效率，一方面将空气和水蒸汽气化剂预热到较高温度，可满足气化高灰分物质热量需求并降低比氧耗和比煤耗，进而降低燃气成本；由于高灰煤气化后的灰渣量较大，温度较高，携带大量的显热，直接冷却造成很大浪费，因此，本实用新型提供的装置和方法充分回收高温灰渣，采用灰渣冷却装置将大部分热量通过间接换热的方式传递给低温水，升温水进一步去预热产生过热蒸汽作为气化剂，进一步提高了***的热效率和降低燃气成本。
附图说明
图1为实施例3所述装置的示意图；其中，1、破碎装置，2、筛分装置，3、制气单元，4、高温除尘单元，5、空气预热器，6、过热蒸汽单元，7、饱和蒸汽单元，8、省煤器，9、干法除尘器，10、间接冷却器，11、脱硫装置，12、灰渣冷却单元；a、飞灰循环管道，b、空气气化剂管道，c、灰渣冷却管道，d、蒸汽气化剂管道。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
以高灰煤为原料制备燃气的装置(部分参考图1)，由破碎装置1、筛分装置2、制气单元3、高温除尘单元4、空气预热器5、过热蒸汽单元6、饱和蒸汽单元7、省煤器8、干法除尘器9、间接冷却器10和脱硫装置11依次顺序连接而成；
所述破碎装置1设有高灰煤进料口；
所述制气单元3中包含相连的一级气化器和二级气化器，其中，一级气化器与筛分装置2相连，二级气化器与高温除尘单元4相连；
所述高温除尘单元4中包含高温旋风除尘器；高温除尘单元4还通过飞灰循环管道a与制气单元3相连；
所述空气预热器5设有空气进气口；空气预热器5还通过空气气化剂管道b与制气单元3相连；
所述脱硫装置11设有净煤气出口。
实施例2
以高灰煤为原料制备燃气的装置(部分参考图1)，由破碎装置1、筛分装置2、制气单元3、高温除尘单元4、空气预热器5、过热蒸汽单元6、饱和蒸汽单元7、省煤器8、干法除尘器9、间接冷却器10和脱硫装置11依次顺序连接而成；该装置还设有灰渣冷却单元12；
所述破碎装置1设有高灰煤进料口；
所述制气单元3中包含相连的一级气化器和二级气化器，其中，一级气化器与筛分装置2相连，二级气化器与高温除尘单元4相连；制气单元3还通过灰渣冷却管道c与灰渣冷却单元12相连，灰渣冷却单元12设有冷灰渣出口；
所述高温除尘单元4中包含高温旋风除尘器；高温除尘单元4还通过飞灰循环管道a与制气单元3相连；
所述空气预热器5设有空气进气口；空气预热器5还通过空气气化剂管道b与制气单元3相连；
所述脱硫装置11设有净煤气出口。
实施例3
以高灰煤为原料制备燃气的装置(如图1所示)，由破碎装置1、筛分装置2、制气单元3、高温除尘单元4、空气预热器5、过热蒸汽单元6、饱和蒸汽单元7、省煤器8、干法除尘器9、间接冷却器10和脱硫装置11依次顺序连接而成；该装置还设有灰渣冷却单元12；
所述破碎装置1设有高灰煤进料口；
所述制气单元3中包含相连的一级气化器和二级气化器，其中，一级气化器与筛分装置2相连，二级气化器与高温除尘单元4相连；制气单元3还通过灰渣冷却管道c与灰渣冷却单元12相连，灰渣冷却单元12设有冷灰渣出口；
所述高温除尘单元4中包含高温旋风除尘器；高温除尘单元4还通过飞灰循环管道a与制气单元3相连；
所述空气预热器5设有空气进气口；空气预热器5还通过空气气化剂管道b与制气单元3相连；
所述脱硫装置11设有净煤气出口；
所述灰渣冷却单元12设有软化冷水的进水口；灰渣冷却单元12还通过蒸汽气化剂管道d，依次经由省煤器8、饱和蒸汽单元7和过热蒸汽单元6与制气单元3相连。
实施例4
采用实施例3提供的装置制备燃气：
高灰煤(性质见表1)经破碎装置1、筛分装置2处理后，粒径2-6mm、大于6mm的颗粒为1％的高灰煤先进入制气单元3的一级气化器与少量高温气化剂(650℃)进行高温热解(850℃)随后热解气、固产物一同进入二级气化器与来自空气预热器5和过热蒸汽单元6的高温气化剂(650℃)进行充分气化(950℃)，产生的高温燃气(900℃)经高温除尘单元4的旋风除尘器除去飞灰，收集到的飞灰返回制气单元3循环制气，灰渣(920℃)进入灰渣冷却单元12与软化冷水(20℃)间接换热进行热量回收，使软化冷水升温到80℃，灰渣降温到100℃，再在灰仓内进一步冷却到室温外运作为建材使用；经灰渣冷却单元12升温到80℃的软化水先进入省煤器8与280℃的燃气换热升温至95℃，再进入饱和蒸汽单元7与480℃的燃气换热产生195℃的饱和蒸汽进入过热蒸汽单元6与750℃的高温燃气换热最终得到650℃过热蒸汽作为气化剂进入制气单元3；除尘后的燃气首先进入空气预热器5与低温空气(20℃)换热使空气预热到650℃作为气化剂进入制气单元3，燃气降温后(750℃)先后进入过热蒸汽单元6、饱和蒸汽单元7和省煤器8分别与195℃的饱和蒸汽、95℃的水和80℃的水进行换热回收燃气剩余热量，使燃气温度分别降至480℃、280℃、150℃并进入干法除尘器9除去携带的细尘后进入间接冷却器10进一步降温至30℃后进入脱硫装置11脱硫净化后得到洁净燃气产品，燃气性质见表2。
表1：高灰煤样的工业和元素分析
表2：燃气性质分析
| 组分 | CO2 | CO | CH4 | C2H4 | H2 | H2S | N2 |
| V.％ | 12.15 | 15.14 | 2.83 | 0.67 | 21.29 | 1.46 | 45.16 |
实施例5
采用实施例3提供的装置制备燃气：
高灰煤(性质见表3)先经破碎装置1、筛分装置2处理后，粒径2-6mm、大于6mm的颗粒为1％的高灰煤先进入制气单元3的一级气化器与少量高温气化剂(650℃)进行高温热解(850℃)随后热解气、固产物一同进入二级气化器与来自空气预热器5和过热蒸汽单元6的高温气化剂(650℃)进行充分气化(1050℃)，产生的高温燃气(950℃)经高温除尘单元4的旋风除尘器除去飞灰，收集到的飞灰返回制气单元3循环制气，灰渣(980℃)进入灰渣冷却单元12与软化冷水(20℃)间接换热进行热量回收，使软化冷水升温到90℃，灰渣降温到100℃，再在灰仓内进一步冷却到室温外运作为建材使用；经灰渣冷却单元12升温到90℃的软化水先进入省煤器8与300℃的燃气换热升温至100℃，再进入饱和蒸汽单元7与500℃的燃气换热产生195℃的饱和蒸汽进入过热蒸汽单元6与750℃的高温燃气换热最终得到650℃过热蒸汽作为气化剂进入制气单元3；除尘后的燃气首先进入空气预热器5与低温空气(20℃)换热使空气预热到650℃作为气化剂进入制气单元3，燃气降温后(750℃)先后进入过热蒸汽单元6、饱和蒸汽单元7和省煤器8分别与195℃的饱和蒸汽、100℃的水和90℃的水进行换热回收燃气剩余热量，使燃气温度分别降至500℃、300℃、150℃并进入干法除尘器9除去携带的细尘后进入间接冷却器10进一步降温至30℃后进入脱硫装置11脱硫净化后得到洁净燃气产品，燃气性质见表4。
表3：高灰煤样的工业和元素分析
表4：燃气性质分析
| 组分 | CO2 | CO | CH4 | C2H4 | H2 | H2S | N2 |
| V.％ | 15.66 | 11.47 | 2.38 | 0.47 | 17.92 | 0.46 | 48.61 |
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种以高灰煤为原料制备燃气的装置，其特征在于，所述装置包括依次顺序连接的预处理单元、气化制气单元、高温燃气除尘单元、高温燃气余热回收单元、燃气除尘单元、燃气冷却单元和燃气脱硫单元；
所述预处理单元包括相连的破碎装置(1)和筛分装置(2)；
所述气化制气单元包括制气单元(3)；所述制气单元(3)中包含相连的一级气化器和二级气化器，所述一级气化器与筛分装置(2)相连；
所述的高温燃气除尘单元包括高温除尘单元(4)，并与制气单元(3)的二级气化器相连；所述高温除尘单元(4)中包含高温旋风除尘器；
所述高温燃气余热回收单元包括依次顺序连接的空气预热器(5)、过热蒸汽单元(6)、饱和蒸汽单元(7)和省煤器(8)；
所述燃气除尘单元包括干法除尘器(9)；
所述燃气冷却单元包括间接冷却器(10)；
所述燃气脱硫单元包括脱硫装置(11)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，高温除尘单元(4)还通过飞灰循环管道(a)与制气单元(3)相连。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，空气预热器(5)设有空气进气口；所述空气预热器(5)还通过空气气化剂管道(b)与制气单元(3)相连。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括高温灰渣余热回收单元；
所述高温余渣余热回收单元包括灰渣冷却单元(12)；所述灰渣冷却单元(12)设有冷灰渣出口；
制气单元(3)通过灰渣冷却管道(c)与灰渣冷却单元(12)相连。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括高温灰渣余热回收单元；
所述高温余渣余热回收单元包括灰渣冷却单元(12)；所述灰渣冷却单元(12)设有冷灰渣出口；
制气单元(3)通过灰渣冷却管道(c)与灰渣冷却单元(12)相连。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述灰渣冷却单元(12)设有软化冷水的进水口；
所述灰渣冷却单元(12)还通过蒸汽气化剂管道(d)，依次经由省煤器(8)、饱和蒸汽单元(7)和过热蒸汽单元(6)，与制气单元(3)相连。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述灰渣冷却单元(12)设有软化冷水的进水口；
所述灰渣冷却单元(12)还通过蒸汽气化剂管道(d)，依次经由省煤器(8)、饱和蒸汽单元(7)和过热蒸汽单元(6)，与制气单元(3)相连。
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| CN201520243624.6U CN204779500U (zh) | 2015-04-21 | 2015-04-21 | 一种以高灰煤为原料制备燃气的装置 |
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| CN201520243624.6U CN204779500U (zh) | 2015-04-21 | 2015-04-21 | 一种以高灰煤为原料制备燃气的装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN104804774A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-29 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 一种以高灰煤为原料制备燃气的方法和装置 |
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2015
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104804774A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-29 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 一种以高灰煤为原料制备燃气的方法和装置 |
| CN104804774B (zh) * | 2015-04-21 | 2017-06-06 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 一种以高灰煤为原料制备燃气的方法和装置 |
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