CN103436301A - 煤气联合除尘脱硫系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤气联合除尘脱硫系统，包括循环泵、反应池、进气管道、出气管道，反应池中盛放有碱性洗脱液，反应池通过整流板和水闸式隔板分隔成一室、二室和三室，其中，整流板设置在一室与二室之间，水闸式隔板设置在二室与三室之间，水闸式隔板的高度低于反应池内腔高度，反应池的一室上端连接进气管道，反应池的二室上端连接出气管道，反应池的三室下端通过循环管道连接循环泵的进液口，循环泵的出液口连接进气管道中的扩散式喷嘴，反应池的一室和二室的底部设有泥浆排出口，出气管道中设有干燥器，干燥器后端设置加热管。本发明集除尘、脱硫于一体，结构简单且易于操作，能有效解决煤气净化的问题，是环境友好型的高效除尘脱硫系统。

Description

煤气联合除尘脱硫系统

技术领域

 本发明涉及一种环保设备，特别涉及一种整体煤气化联合循环（IGCC）发电系统联合除尘脱硫装置。

背景技术

燃气轮机不能直接使用气化炉生产的粗煤气，因此必须对粗煤气进行净化处理。目前大部分IGCC发电系统是将粗煤气的净化分为除尘和脱硫两部分独立完成，这使得净化过程较为繁琐，且成本较高。在除尘的方法中，干法除尘采用电场除尘，虽使得除尘效率有所增高，但投资大，核心元件蒸发冷却器前测温元件易损、耗材，同时整个控制系统较为复杂，技术要求高。而湿法除尘在我国应用比较成熟，除尘设备寿命较长，且投资低、运行简单、好维护。而脱硫技术中，近年来虽有许多新型脱硫方法产生，包括铈镧基脱硫剂、活性炭固定床吸附剂等，但仍以采用碱性溶液进行湿法脱硫较为经济普遍。所以综合考虑，联合除尘脱硫装置在降低运行成本、简便日常维修、提高煤气净化效率等方面都是一项很好的选择。

公开的专利有：

1.宝山钢铁股份有限公司和北京中航泰达科技有限公司的沈晓林、刘显荣、石洪志、戴尔烈等发明的气喷旋冲脱硫除尘装置，专利号：200710036692.5；

2.北京龙腾华创环境能源技术有限公司的马文军、赵旭东发明的一种消除燃煤电厂脱硫“石膏雨”的装置，专利号：201220719646.1；

3.福建龙净环保股份有限公司的林国鑫、 黄建华、郑岩峰等发明的一种应用于湿法脱硫后的湿式电除尘器的收尘极板，专利号：201320160639.7；

4.华电环保系统工程有限公司和中国华电工程(集团)有限公司的苏军划、孙路长、陶爱平、沈煜晖等发明的燃煤电厂采用烟气湿法脱硫废水脱汞的装置，专利号：201120350294.2；

5.昆明理工大学的易红宏、邓华、唐晓龙、宁平、余琼粉、杨丽萍等发明的燃煤烟气同时脱硫、脱硝和脱碳的方法，专利号：201010159735.0。

上述各公开的发明专利中涉及到除尘脱硫的较多，但是大部分是基于传统火

力发电厂的除尘脱硫系统，且将除尘脱硫整合到一起的专利较少，而且火发电厂的烟气中的硫是二氧化硫形式存在，不适用于IGCC系统。部分专利将脱硫、脱硝整合到一起，但未涉及除尘且不针对IGCC这样的还原性气氛中的H₂S的脱除。综合来看，针对IGCC电厂的联合除尘脱硫专利较少，而本发明是针对IGCC煤气的联合除尘脱硫系统，结构紧凑简单，系统循环不间断工作，可靠性高，与已有专利相比具有很大优势。

近年来，随着燃气轮机发电技术的兴起，IGCC整体煤气化联合循环工艺已越来越受到人们的认可。IGCC工艺由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。其中，燃气-蒸汽联合循环部分各系统均是成熟技术，而煤的气化和净化技术却有很大空间有待提升。而且随着全球气候条件的变差，全球许多地区环境质量每况愈下，直接威胁到人们的日常生产生活和健康。

随着燃气—蒸汽联合循环发电系统研究的不断深入，整体煤气化联合循环（IGCC）发电系统受到广泛关注，IGCC发电系统有效提高了能源利用率，发电效率相对传统火力发电方式大大提高，污染物排放水平也大大降低。然而，煤气化处理后所得粗煤气须经过净化处理后方能供给燃气轮机燃烧利用，否则将对后续燃气—蒸汽发电设备造成堵塞、磨损和腐蚀等各种危害。该净化处理过程主要包括除尘和脱硫两个方面，现有IGCC工艺中除尘和脱硫大多分开进行处理，设备较为庞杂，耗能相对较大，为更好解决IGCC粗煤气净化问题，响应人们对环境保护的呼吁，本发明从高效、节能和环保的基本点出发，并结合目前广受关注的能源节约问题，发明出一套对煤气进行联合除尘脱硫的装置，很好的同时解决了能源节约和环境保护问题。这样一套装置在IGCC整体煤气化联合循环工艺领域是一项前所未有的创新。

发明内容

本发明是要提供一种煤气联合除尘脱硫系统，该系统：

1.可达到同时除尘脱硫的目标，且系统设备较为简单，成本相对低廉，耗能量相对减少；

2.整个系统应能稳定工作，并能实现循环不间断工作，适应电厂生产需求；

3.喷嘴喷出洗脱液需形成较大表面积的锥形水帘面积，从而实现对粗煤气的充分洗脱；

4.粗煤气在洗脱液中需充分反应，且洗脱液须稳定流动，从而实现对除尘形成的泥浆的充分快速沉积；

5.洗脱液在工作一段时间后会失效，这就要求系统在不间断工作的基础上，实现新洗脱液和旧洗脱液的更换；

6.洗脱后的气体需进行相应的干燥处理和加热处理，以满足进入燃烧室燃烧的基本要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种煤气联合除尘脱硫系统，包括循环泵、反应池、进气管道、出气管道，反应池中盛放有碱性洗脱液，其特点是：反应池通过整流板和水闸式隔板分隔成一室、二室和三室，其中，整流板设置在一室与二室之间，水闸式隔板设置在二室与三室之间，水闸式隔板的高度低于反应池内腔高度，反应池的一室上端连接进气管道，反应池的二室上端连接出气管道，反应池的三室下端通过循环管道连接循环泵的进液口，循环泵的出液口连接进气管道中的扩散式喷嘴，反应池的一室和二室的底部设有泥浆排出口，出气管道中设有干燥器，干燥器后端设置加热管。

泥浆排出口截面呈漏斗状，侧面呈柱状，柱状长度小于反应池池底宽度。

整流板上分布有均匀方形孔；干燥器中分布多层盛有硅胶的干燥板。

碱性溶液为NaOH溶液或KOH溶液或NaOH溶液和KOH溶液的混合液。

反应池的三室与循环泵连接的循环管道中装有阀门，阀门的进、出口两端分别连接有旧液排出阀门和新液注入阀门。 

反应池3的泥浆排出口下面放置有泥浆池。

本发明的有益效果是： 

1、联合脱硫除尘：煤经气化冷却成为粗煤气，通过此净化装置后，可以在除去煤气中硫化物（H₂S）和羰基硫（COS）的同时使粉尘等污染物得以沉淀。

2、锥形水帘洗脱进气：循环泵向进气管提供清洗煤气所用的碱性溶液时，采用扩散式喷嘴，使溶液呈锥形水帘，与进气充分接触、洗脱进气粉尘，从而达到除尘目的。

3、整流板整流混合浆液：反应池一室中的浆液通过整流板的孔隙进入反应池二室，在二室中能以相对稳定的状态流动，使得泥浆容易沉积。

4、使用碱性溶液（NaOH或KOH或NaOH和KOH的混合溶液）洗脱粗煤气中的硫化氢气体，提高反应进程，并用循环泵将溶液泵入扩散式喷嘴。

5、循环阀门控制循环不间断运行：在溶液循环回路中采用多个阀门，当碱性溶液趋于失效时，通过新液注入阀门注入新的碱性溶液，旧液排出阀门排出失效的旧液，实现整个系统不间断的工作。另外该循环系统还起到了节约水资源、防止废水二次污染的目的。

6、采用IGCC系统煤气化后的粗煤气加热净化处理后的煤气，实现混合气体的初步冷却，降低冷却能耗。

使用本发明的煤气联合除尘脱硫装置，IGCC发电的净效率可达43%～45%，并且可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，所以IGCC发电系统有望得到大力发展，然而对于该发电系统，煤气净化环节至关重要。相比目前大多数IGCC发电系统除尘脱硫工艺，本发明将除尘脱硫联合到一起，在一个系统中完成，该系统可以循环不间断工作。采取洗脱的方式进行除尘脱硫，除尘脱硫效率高，污染物排放大大减少，从而降低了对环境的污染。该系统设备简单，成本低廉，可靠性高，易于控制，是IGCC发电系统除尘脱硫工艺的革新。对推动IGCC发电系统的发展具有重要意义。 

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是整流板孔隙分布图；

图3是反应池侧视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的煤气联合除尘脱硫系统，包括循环泵2、反应池3、进气管道、出气管道，整流板4、水闸式隔板5、干燥器6、加热管7、泥浆池8、阀门9、新液注入阀门10、旧液排出阀门11、PH计12等。

反应池3中盛放有碱性洗脱液，反应池3通过整流板4和水闸式隔板5分隔成一室13、二室14和三室15，其中，整流板4设置在一室12与二室14之间，水闸式隔板5设置在二室与三室之间，水闸式隔板5的高度低于反应池3内腔高度，反应池3的一室上端连接进气管道，反应池3的二室上端连接出气管道，反应池3的三室下端通过循环管道连接循环泵2的进液口，循环泵2的出液口连接进气管道中的扩散式喷嘴1，反应池3的一室13和二室14的底部设有泥浆排出口，出气管道中设有干燥器6，干燥器6后端设置加热管7。反应池3的三室15与循环泵2连接的循环管道中装有阀门9，阀门9的进、出口两端分别连接有旧液排出阀门11和新液注入阀门10。反应池3的泥浆排出口下面放置有泥浆池8。碱性溶液为NaOH溶液或KOH溶液或NaOH溶液和KOH溶液的混合液。

泥浆排出口截面呈漏斗状，侧面呈柱状（图3），柱状长度小于反应池3池底宽度。

如图2所示，整流板4上分布有均匀方形孔。干燥器6中分布多层盛有硅胶的干燥板。

本发明采用喷射锥形水帘洗脱煤气化后冷却至温度为30~40℃的粗煤气，经洗脱后，煤气中的粉尘被洗脱液吸附沿着管道内壁流下进入反应池。经过除尘的煤气进入反应池一室13，通过整流板4上的孔隙进入反应池二室14与洗脱液充分反应，反应后进入出气管道经干燥剂干燥，再热，进入燃烧室燃烧。脱硫用洗脱液使采用碱性溶液，洗脱液通过循环泵循环使用至趋于失效，再进行更换，反应池中设置有PH计12以便检测洗脱液是否失效。反应池分为三个室，一室13与二室14用整流板4隔开，整流板4上分布有均匀方形孔。二室13与三室13用水闸式隔板5隔开，洗脱液达到隔板高度后自二室14流入三室15参与循环。循环回路中设置有新洗脱液注入和旧洗脱液排出阀门，保证整个系统不间断工作。本发明结构简单，能实现联合除尘脱硫并循环往复不间断工作，是IGCC发电系统除尘脱硫的一种新思路，具有很高的经济价值。

本发明的工艺流程如下：煤经气化处理后产生粗煤气，粗煤气温度为38℃，通过进气口直接进入进气管道。在净气管道中设有扩散式喷嘴1，工作过程中，由循环泵2提供碱性洗脱液，扩散式喷嘴1处会形成大面积锥形水帘，这种洗脱方式能够保证粗煤气与洗脱液充分接触。经过初步洗脱后，粗煤气中的大部分灰尘将混在洗脱液中沿管壁流入反应池3一室13。混合泥浆依靠自然沉降的方式会有少部分沉积留在反应池3一室13中，大部分通过整流板4流入反应池3二室14，使用整流板4的目的在于保证洗脱液从反应池3的一室13流向二室14过程中的稳定流动，使洗脱液中的泥浆在二室14中得到进一步沉积。从而达到除尘的目的。

绝大部分的灰尘洗脱后形成的泥浆经长时间自由沉降，全部沉淀于反应池3的一室13和二室14中，反应池3的一室13和二室14的底部设置有泥浆排出口，由于泥浆大部分沉积于反应池二室14中，因此，反应池3底部的泥浆排出口要更易于泥浆的排出，本发明通过在反应池3底部设置漏斗状泥浆出口的方式解决这一问题。反应池侧视图如图3所示，排出口呈柱状，长度略小于反应池3池底宽度，从而使泥浆顺利排除。

与反应池3二室中碱性洗脱液充分反应后的洁净煤气沿出气管道流出，部分液滴在反应池3上端漏斗状进气口凝结回流，但因经洗脱后的煤气中混有大量液体蒸汽，不能在进气口冷却回流，故出气管中设置有干燥器6，干燥器6中分布多层盛有硅胶的干燥板，由于硅胶优良的干燥作用，避免了频繁的更换，同时，由于多层干燥板的设置，更换干燥剂的时候可以分层进行更换，使得干燥剂的更换简单易行，且不影响系统正常运行。干燥器6后端设置加热管7，用来完成对净化后煤气的加热处理，煤气的加热器7中通入IGCC煤气作为加热介质，其温度可以高达近1000℃，可以根据需要调节流量以调节联合除尘脱硫系统出口气体的温度，供给燃气轮机燃烧室燃烧，同时对粗煤气进行一定程度的冷却，减少了除尘脱硫前对其进行冷却所需能源消耗。

该系统循环工作的实现，主要由阀门9和循环管道及相关附属设备实现，当反应池3二室中的洗脱液液面高度达到水闸式隔板5的高度时，将自动流入反应池3三室，并沿着循环管道经由阀门9和循环泵2泵入扩散式喷嘴1再次参与循环，实现系统不间断循环工作。反应池3中盛碱性洗脱液，该碱性溶液采用NaOH溶液或KOH溶液或二者的混合液，H₂S和COS与碱性溶液反应，生成的硫化物等会被粉尘溶于水形成的泥浆所吸附包裹，随泥浆一起排掉，提高碱液与H₂S和COS反应的进程，促进H₂S和COS的脱除，同时洗脱液的pH值由pH计12进行测量，以判断洗脱液是否失效，当碱液趋于失效时，进行更换，更换时先将反应池3底部的漏斗状泥浆排出口打开，排除泥浆，然后打开水闸式隔板5，使之提升，反应池3二室14中的旧洗脱液从隔板底部流入三室15，同时关闭阀门9，打开新液注入阀门10和旧液排出阀门11，旧洗脱液沿循环管道经旧液排除阀门11排除，新碱性溶液通过新液注入阀门10流经循环泵2进入喷嘴工作，此过程保证了除尘脱硫反应在更换洗脱液时一样可以照常进行，从而实现整个系统循环运行。

本发明已在实验室完成模型制作并进行实验，系统工作良好，除尘脱硫效率均可达到期望值，相比单独除尘脱硫具有很大优势，整个系统工作稳定，且实现不间断循环工作的目标。

    实验室采用人工配制的低温煤气进行系统检测：

实施例1：实验合成粗煤气1组分如下：其中硫化氢气体800ppm，含有少量COS等其他气体组分，粉尘量1.5mg/Nm³,洗脱液pH为10，经过洗脱干燥后硫化氢气体的含量约为14ppm，COS等气体含量也达到安全水平，粉尘量基本为零。

实施例2：实验合成粗煤气2组分如下：其中硫化氢气体1000ppm，含有少量COS等其他气体组分，粉尘量1.8mg/Nm3,洗脱液pH为12，经过洗脱干燥后硫化氢气体的含量约为8.5ppm，COS等气体含量也达到安全水平，粉尘量基本为零。

根据实验结果来看，该系统脱硫效率达到99%以上，粉尘脱除率基本达到100%，反应方程式如下：

                 （1）

         （2）

式中M代表钠（Na）或 钾（K）。 

本发明推广应用的可行性及前景： 　　本发明涉及一种IGCC发电系统联合除尘脱硫系统，目前，IGCC发电系统因其高效率，污染小等优势受到广泛关注和众多研究人员的关注。所以IGCC发电系统未来必将受到广泛推广。而煤气化之后对混合煤气的净化处理是整个IGCC系统的一个重要环节，主要涉及除尘和脱硫，现有大部分IGCC工艺流程将除尘和脱硫分开进行，且除尘和脱硫的工艺各不相同，本发明针对IGCC发电系统设计一种联合除尘脱硫系统与装置。采用湿法洗脱的方式，达到同时除尘脱硫的目的。将除尘和脱硫整合到一个系统中，大大的节约了设备成本，并且该系统结构简单，易于控制，对于IGCC发电系统适用性强，具有很高的推广应用价值。 　　

该系统已完成实验室试验，整个系统工作稳定，除尘脱硫效率高，一定程度上提供了一种新型的IGCC工艺，为未来IGCC发电系统的大规模推广提供了一种新型系统，具有很高的社会和经济价值，应用前景广阔。

Claims (7)

1.一种煤气联合除尘脱硫系统，包括循环泵（2）、反应池（3）、进气管道、出气管道，反应池（3）中盛放有碱性洗脱液，其特征在于：所述反应池（3）通过整流板（4）和水闸式隔板（5）分隔成一室（13）、二室（14）和三室（15），其中，整流板（4）设置在一室（13）与二室（14）之间，水闸式隔板（5）设置在二室（14）与三室（15）之间，水闸式隔板（5）的高度低于反应池（3）内腔高度，反应池（3）的一室（13）上端连接进气管道，反应池（3）的二室（14）上端连接出气管道，反应池（3）的三室（15）下端通过循环管道连接循环泵（2）的进液口，循环泵（2）的出液口连接进气管道中的扩散式喷嘴（1），反应池（3）的一室（13）和二室（14）的底部设有泥浆排出口，出气管道中设有干燥器（6），干燥器（6）后端设置加热管（7）。

2.根据权利要求1所述的煤气联合除尘脱硫系统，其特征在于：所述泥浆排出口截面呈漏斗状，侧面呈柱状，柱状长度小于反应池（3）池底宽度。

3.根据权利要求1所述的煤气联合除尘脱硫系统，其特征在于：所述整流板（4）上分布有均匀方形孔。

4.根据权利要求1所述的煤气联合除尘脱硫系统，其特征在于：所述干燥器（6）中分布多层盛有硅胶的干燥板。

5.根据权利要求1所述的煤气联合除尘脱硫系统，其特征在于：所述碱性溶液为NaOH溶液或KOH溶液或NaOH溶液和KOH溶液的混合液。

6.根据权利要求1所述的煤气联合除尘脱硫系统，其特征在于：所述反应池（3）的三室（15）与循环泵（2）连接的循环管道中装有阀门（9），阀门（9）的进、出口两端分别连接有旧液排出阀门（11）和新液注入阀门（10）。

7.根据权利要求1所述的煤气联合除尘脱硫系统，其特征在于：所述反应池（3）的泥浆排出口下面放置有泥浆池（8）。

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