CN103725325B

CN103725325B - 洁净煤气生产方法

Info

Publication number: CN103725325B
Application number: CN201310730177.2A
Authority: CN
Inventors: 郭俊成
Original assignee: China Construction Industrial Equipment Installation Co Ltd
Current assignee: China Construction Industrial and Energy Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103725325A

Abstract

本发公开了一种洁净煤气生产方法，其特征在于，包括以下工序，粉煤气化工序、高温段除尘工序和间接冷却工序。本发明的所述的洁净煤气生产工艺，其特征是由煤气的高效发生、热能回收、高温除尘、无灰水冷却新工艺组合而成，使产品气达到洁净煤气的要求。

Description

洁净煤气生产方法

技术领域

本发明涉及煤气化领域，具体涉及一种洁净煤气生产方法。

背景技术

随着现代化采煤技术的推广，粉煤和低阶煤产量在逐年增加，如何采用先进的技术，合理、高效、无污染地利用这类煤是个值得研究的大课题。已工业化的除洁净完全燃烧氧化转化为二次能源外，目前认为较好办法是将煤气化生产出洁净煤气，再供工业及其它行业使用。

流化床技术在我国已使用多年，对原料要求低，原料加工简单，粒度≤10mm,水份≤8%，可以用劣质煤（如褐煤、长焰煤）做原料，设备制气能力适中，投资低，运行周期长，运行成本低，企业容易接受。以XXX气化技术为例，其单台产量可达40000m³/h，煤气组成为：CO，32%；CO₂，24%；H₂，39%；CH₄，4%；N₂，1%。该炉运行平稳，可满足生产要求；其不足之处表现为，气化效率低，炉渣和飞灰含碳量较高使得碳利用率低，并且煤气中含尘量大，除尘效果差，煤气中含尘100mg/m³以上,必须增设精除尘设备才能满足工艺气的要求。在采用水洗除尘时，该工艺产生大量黑灰水，需要另外设置水处理设施，加大了投资。

早期流化床热回收过程大多采用一段废锅工艺，热效率低，大量废热（>200℃部分）需靠水洗降温，设备和沸腾条件受到限制，气化强度低且固体物带出物量较大，除灰困难。无论早期或当今的流化床气化技术都存在气化效率低、带出物量高、除尘不彻底、需设水直冷进行除尘及冷却，不仅造成大量灰水循环，且传统直冷时，冷却水与煤气进行直接接触进行传热传质，使煤气降至常温。该方法工艺简单，降温效果较佳，直冷除尘效果一般（煤气中灰尘含量仍达100mg/m³），且气体中粉尘排入冷却水，需另设水处理沉降设施进行处理，却无法完全除去，造成冷却后的循环使用中黑灰水的循环；直接造成精除尘和水处理设施投资大，效率低，运行管理困难。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种洁净煤气生产工艺，其特征是由煤气的高效发生、热能回收、高温除尘、无灰水冷却新工艺组合而成，使产品气达到洁净煤气的要求。

为解决上述现有技术存在的问题达到所述发明目的，本发明采取的技术方案为洁净煤气生产方法，其特征在于，包括以下工序，粉煤气化工序、高温段除尘工序和间接冷却工序。

进一步地，所述粉煤气化工序包括以下一点或多点的组合：1）合格粉煤进入气化炉，在一次气化区采用弥散式气化，具体为，多点进煤和多喷嘴进气化剂结合的方式，优选4点进固料，4-8个喷嘴进气化剂；可使一次气化区达到均匀完全高效的气化，使渣灰中碳含量降低到5%～6%；2）二次气化区采用低压喷嘴和中压喷嘴结合的形式分散气化剂，优选低压喷嘴占二次气化区总喷嘴数的2/3，中压喷嘴占二次气化区总喷嘴数的1/3，二者均沿圆周均匀分布；低压喷嘴使周边一圈小火焰反应，中压喷嘴可喷射到中心圆区使气化剂分布均匀，二者结合达到二次均布，反应完全，使飞灰中含碳量降低；3）气化炉采用倒梯台结构的形式，由于空间体积增加，流速降低，增加了反应时间，有利于反应平衡，降低了顶部灰尘带出物数量，炉中渣灰比例为6：4，高于常规气化炉渣灰比4：6。

所述粉煤气化优选上述三点的组合，上述三点的综合效应可使煤气中CH₄残余量<2%（同类型装置CH₄残余量4%～5%），CO和H₂含量达到74%（比同类型装置增加1%～2%），渣灰中碳含量在渣及灰中分别降低至8%、14%以下，使碳利用率达94%（同类装置90%～91%）。

进一步地，所述高温除尘工序具体方式为：从气化工序来的高温煤气中还有相当多的粉尘，粒度在30～70μm左右，进入高温旋风分离器进行再分离，经过再分离粉尘含量可以降低50%左右；再分离后的煤气再进入中压余热锅炉，通过锅炉水蒸发降低煤气温度至400℃～600℃，以符合过滤器设备和管件的要求；低于600℃的高温煤气再进入一组耐高温的金属膜式除尘器，过滤去除粉尘，使其浓度低于10mg/Nm³；为进一步回收热能，煤气经中压蒸汽过热器和低压蒸汽过热器后进入低压余热锅炉，产生低压蒸汽，并使煤气温度降低至200℃以下。

其优势是：1）采用高温段除尘，煤气经废锅降温至400℃～600℃后采用金属膜式除尘器除尘，自动反吹、智能自控，使煤气中粉尘含量≤10mg/m³，可以达到满足后续工艺生产要求；2）采用中压余热锅炉和低压余热锅炉流程，可以多增加蒸汽1.1t/h，提高热量回收，降低能耗。

进一步地，所述间接冷却工序具体方式为：经高温除尘工序后的煤气，进入冷却器管内，循环水走管间，进行间接冷却；改成间接冷却后，水和煤气不直接接触，无需担心黑灰水循环。

其优势是采用间冷换热设备降低煤气温度，使循环水数量减少，省去直冷时的灰水处理和循环的复杂工艺。通过上述方案可以达到均匀、高效气化，高温除尘，节能，消灭黑灰水循环工艺，实现洁净煤气生产工艺。

另外，本发明还公开了一种洁净煤气生产的装置，其特征在于，包括气化炉，所述气化炉依次通过回流旋分器和高温旋分器与中压余热锅炉连接，所述中压余热锅炉通过金属膜式除尘器与低压余热锅炉连接，所述低压余热锅炉与冷却器相连。

进一步地，所述的气化炉是倒梯台式结构，下端为锥台结构，所述锥台结构设有3个互为90°的加煤口及一个粉尘返回口，所述锥台结构的下方设有排灰口，所述锥台结构与排灰口之间设有4～8个喷管；炉体顶部设有煤气出口。

进一步地，所述气化炉炉体中间为二次反应区，所述二次反应区周边设有与炉体成90°的喷嘴，所述喷嘴包括低压喷嘴和中压喷嘴。

进一步地，所述金属膜式除尘器依次通过中压蒸汽过热器和低压蒸汽过热器与低压余热锅炉相连。进一步地，所述冷却器为串联的两个，中间通过汽水分离器相连。

进一步地，所述气化炉前端还依次连接有煤斗和煤贮槽，所述气化炉下方还依次设有排灰机和热灰贮槽。

进一步地，所述高温旋分器下方分别设有冷灰器和粉煤槽；所述中压余热锅炉下方设有灰斗；所述金属膜式除尘器下方设有冷灰器和粉尘槽。

本发明所述方法相对于传统方式，具有如下优势：

1) 弥散式（均匀）气化炉高效、低耗，甲烷残留量低，有效成分含量提高；气化时炉子出口处带出物料飞灰减少。

2) 带出物要在高温时除尘，且较彻底，以防后续工艺设备受损耗。

3) 在实现高温除尘情况下，采用间接冷却设备冷却煤气，取消直冷造成的灰水处理和循环工艺，有利环保，降低运行成本。

4) 减少大型设备数量，降低投资成本，方便工厂化生产。

5) 采用中压余热锅炉和低压余热锅炉二段热回收设备，实现多回收余热量。

综上所述，本发明所述的技术方案可以达到均匀，高效气化，高温除尘，节能环保，消灭黑灰水的循环工艺，实现洁净煤气生产的新工艺。

附图说明

图1是高效气化炉结构示意图；

图2是高效气化炉沿A-A所示的入煤点处剖面示意图；

图3是高效气化炉沿B-B所示的二次气化区喷嘴的结构示意图；

图4是洁净煤气生产方法的流程和结构示意图；

其中， 1.煤斗，2.煤贮槽，3.混合器，4.给煤机，5.排灰机，6.气化炉，601加煤口，602加煤口，603加煤口，604粉尘返回口，605排灰口，606喷管，607煤气出口，608低压喷嘴，609中压喷嘴，7.回流旋分器，8.高温旋分器，9.冷灰器，10.粉煤槽，11.中压余热锅炉，12.灰斗，13.安全水封，14.热灰贮槽，15.冷渣机，16.气力输送泵，17.金属膜式除尘器，18.冷灰器，19.粉尘槽，20.低压余热锅炉，21.中压给水预热器，22.冷却器，23.汽水分离器，24.煤气冷却器，25.中压蒸汽过热器，26.低压蒸汽过热器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

实施例1

如图1-4所示使用本发明生产洁净煤气的方法，包括将合格粉煤气力输送到煤斗1中，再到煤贮槽2,并经.给煤机4分三个方向成90°送入气化炉6的三个互为90°的加煤口601-603，进入气化炉6内。气化剂氧气和蒸汽经界外引入混合器3，并分成两路进入一次气化区和二次气化区（另有一路压力较高的混合气化剂也同时进入二次气化区）进行氧化还原等复杂反应生产煤气。

一次气化剂喷入的方向和角度是实现涡流托起煤粉的重要因素，相当于龙卷风效应；但由于单点进煤易造成近端与远端固体分布不均，使气化效率低，炉灰含碳量高；改成多点进煤，配合多喷管606喷入气化剂，使煤粉在流化床密相层中弥散式分布、进煤点处与远端的密相层中、平面微单元△M或立面微单元△L中粒度差、浓度差都得到减少，真正实现均匀分布和均匀气化，使渣灰中含碳量降低，残甲烷含量降低，有效成份含量升高，碳利用率增加。上升的煤气在二次反应区后进入炉上部的空间进一步达到反应平衡和气固分离，该区域由于流速低，固物量大大降低，固体带出物在回流旋分器7中被分离出50%左右，被分离的粉尘回流通过粉尘返回口604至炉内参与再气化。气化炉底部的沉渣经炉底排灰机5排至热灰贮槽14，再经冷渣机15冷却至≤100℃用气力输送泵16送至渣仓。

上述煤气中还含有相当多的粉尘，粒度在70～90μm左右。为降低后续金属膜式除尘器17的负担和投资，>30μm的粉尘可进一步利用高温旋分器8进行再分离，同时，设置中压余热锅炉11降低煤气温度至≤600℃,以符合过滤器设备和管道阀门的要求，并与一组耐高温的金属膜式除尘器17相联，达到彻底去除粉尘(<10mg/Nm³)的要求。高温旋分器8粉尘经冷灰器9进入粉煤槽10，中压余热锅炉11下方通过灰斗12和安全水封13分别进行粉尘处理和保证安全生产，而金属膜式除尘器17下方依次设有冷灰器18和粉尘槽19进行粉尘收集。去除粉尘后的热煤气需进一步回收热能，经中压蒸汽过热器25和低压蒸汽过热器26后进入低压余热锅炉20产生低压蒸汽，总产量比单段废锅多产蒸汽（约1.1t/h）。

温度<200℃的煤气还要经过中压给水预热器21和煤气冷却器22来进一步降温。分水后再依次经汽水分离器23和煤气冷却器24降至45℃左右，送入气柜。

上述冷却设备都是间冷，即煤气走冷却器管内，循环水走管间的方式，进行间接冷却，不与煤气接触，因此无黑灰水在系统内循环问题，实现真正的洁净煤气生产过程。

上述方案给出的弥散式均匀高效气化炉，高温过滤彻底除尘，无黑灰水循环的间冷工艺制洁净煤气的方法，其特点为采用下述步骤：

1）采用弥散式高效气化炉，多点供煤，均匀高效气化，提高碳利用率；

2）高温除尘（彻底）一次达标<10mg/（m³·气）；

3）多段热回收，采用二段废锅设备和间冷设备，免去黑灰水循环，无需配套复杂的废水处理设施，实现洁净煤气生产的新工艺。

实施例2

如图1-3所示的一种洁净煤气生产的装置，包括气化炉6，所述气化炉6依次通过回流旋分器7和高温旋分器8与中压余热锅炉11连接，所述中压余热锅炉11通过金属膜式除尘器17与低压余热锅炉20连接，所述低压余热锅炉21与冷却器22相连。所述的气化炉6是倒梯台式结构，下端为锥台结构，所述锥台结构设有3个互为90°的加煤口601-603及一个粉尘返回口604，三套煤斗，贮煤槽系统能够为给煤机提供平稳运行；多点给煤为固体物料的均匀分布提供方便，能使料层薄匀，与气化剂充分接触，气化反应过程与平衡达到最佳。所述锥台结构的下方设有排灰口605，所述锥台结构与排灰口之间设有4～8个喷管606；炉体顶部设有煤气出口607。所述气化炉炉体中间为二次反应区，所述二次反应区周边设有与炉体成90°的喷嘴，所述喷嘴包括低压喷嘴608和中压喷嘴609。所述金属膜式除尘器17依次通过中压蒸汽过热器25和低压蒸汽过热器26与低压余热锅炉20相连。进一步地，所述冷却器为串联的两个，中间通过汽水分离器23相连。所述气化炉6前端还依次连接有煤斗1和煤贮槽2，所述气化炉下方还依次设有排灰机5和热灰贮槽14。所述高温旋分器8下方分别设有冷灰器9和粉煤槽10；所述中压余热锅炉11下方设有灰斗12；所述金属膜式除尘器17下方设有冷灰器9和粉尘槽10。

实施例3

下面结合实施例子对本发明的具体技术方案做进一步说明：

荒煤气产生部分，产量为50000Nm³/h·台的梯台式气化炉6，氧气与蒸汽在混合器3中均匀、分层次加入气化炉6，使固体物料充分沸腾且又及时进行气化反应，反应温度达到950℃。在二次气化区，在固体物料均匀情况下，压力气化剂又改变了原先气化剂达不到中心的缺点，使气固反应更趋完全，反应温度可达1050℃。部分煤气在炉顶部继续进行反应，煤气主要成分为：CO，34%；H₂，40%；CO₂，23%；CH₄，2%，N₂，1%实现全炉均匀高效气化，同时流速减低，使气固分离，粉尘带出量达最少。用回流旋分器7分离煤气中大颗粒未反应粉尘，分离出的粉尘返回炉内继续进行反应。炉下煤渣的排出用排灰机5控制和冷渣机15等设备降温至<100℃后排走。

气化反应后，要彻底进行气固分离，为适应设备的工作条件，尤其管道及阀门的成熟应用条件，宜在600℃以下进行。为减轻过滤器除尘的负担，荒煤气需经高温旋分器8除尘和中压余热锅炉11进行降温至<600℃，撞击除尘后进入一组.金属膜式除尘器17（单套装置组成为4～8组）。当滤饼前后压差达到某一设定值时，各组分别使用反吹，热N₂再生循环使用。总管进出入各组过滤器时设有阀门进行控制。设备反吹使用氮气管线和阀门智能自动控制操作运行，达到除尘≤10mg/(m³·气)的指标。

高温除尘后荒煤气成为洁净煤气。但温度较高，还需进一步回收热能，遂设置中压蒸汽过热器25和低压蒸汽过热器26进行换热，使蒸汽温度达到280℃，以利气化时用汽。热煤气进入低压余热蒸汽锅炉20产生低压蒸汽0.6MPa（气化炉自用），出口处低温煤气（220℃）用于省煤器加热中压给水预热器21，使煤气温度降至180℃以下。

煤气中湿含量较高，低温煤气进入间接冷却器中用循环冷却水使煤气中的蒸汽冷凝，并使煤气降温。分水后再经煤气冷却器24冷至45℃左右，进入贮气柜。

与现有其它技术相比，本发明实施后的优点为：

1、提高气化效果：1）固相均匀分布，气化反应更趋完全，煤气主要成分为：CO，34%；H₂，40%；CO₂，23%；CH₄，2%；N₂，1%；2）渣含碳量为<8%，灰含碳量为<14%；3）CO+H₂含量增加2%，碳利用率增加3%左右；

2、高温除尘效果：1）<600℃除尘，对设备管线阀门要求低；2）除尘彻底，可以达到<10mg/（m³·气）；3）采用烧结海绵管做过滤筒，强度高；

3、无直接水洗的省水效果：1）旧工艺入水洗前，煤气中含尘量为5～20g/（m³·气），当采用水洗塔做除尘只能达到50～100mg/（m³·气）以上，除尘产生大量黑灰水（黑灰水量为32.5t/km³气），处理工艺、设备复杂难控。而高温除尘一次就能达标<10mg/（m³·气）。2）采用间接冷却冷凝器，省水且易处理，循环冷却水量20t/km³气；

同等气体产量时，多回收蒸汽1100kg，实现节能3.2GJ/h.台。

Claims

1.洁净煤气生产方法，其特征在于，包括以下工序，粉煤流化床气化工序、高温段除尘工序和间接冷却工序；其中：

所述粉煤流化床气化工序为以下三点的组合：1）合格粉煤进入气化炉，在一次气化区采用弥散式气化，具体为，多进煤点和多喷嘴进气化剂结合的方式，进料方式为气、固分开进料；2）二次气化区采用低压喷嘴和中压喷嘴结合的形式分散气化剂；3）气化炉采用倒梯台结构的形式；

所述高温除尘工序具体方式为：从气化工序来的高温煤气进入高温旋风分离器进行再分离，再分离后的煤气再进入中压余热锅炉，通过锅炉水蒸发降低煤气温度至400℃～600℃，低于600℃的高温煤气再进入一组耐高温的金属膜式除尘器，过滤去除粉尘，使其浓度低于10mg/Nm³，过滤后的煤气经中压蒸汽过热器和低压蒸汽过热器后进入低压余热锅炉，产生低压蒸汽，并使煤气温度降低至200℃以下；

所述间接冷却工序具体方式为：经高温除尘工序后的煤气，采用冷却器管内，循环水走管间的方式，进行间接冷凝冷却。

2.根据权利要求1所述的洁净煤气生产方法，其特征在于，所述进煤点为4点，用于进气化剂的喷嘴为4-8个。

3. 根据权利要求2所述的洁净煤气生产方法，其特征在于，所述低压喷嘴占二次气化区总喷嘴数的2/3，中压喷嘴占二次气化区总喷嘴数的1/3，二者均沿圆周均匀分布。