CN104073296A - 一种igcc粗煤气除尘净化工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及IGCC粗煤气除尘净化工艺及装置，装置包括旋风分离器、撞击式泡沫洗涤器、循环泵和渣水处理系统。其工艺为对IGCC粗煤气采用分级除尘工艺，第一级采用干法旋风分离器进行预除尘，除去10μm以上的颗粒，捕集下来的粗颗粒返回气化炉继续燃烧，提高碳的转化率。第二级采用湿法撞击式泡沫洗涤器进行精除尘，并同时除去NH3、碱金属、卤素和焦油等杂质，净化后的气体经除沫器除去夹带的液沫后由出口管进入下游脱硫工艺。洗涤液和经渣水处理系统处理后的灰水通过循环泵返回撞击式泡沫洗涤器循环使用。本发明结构简单，操作弹性大，除尘效率高，造价低，能耗低，可回收碳，耗水量低，适用于IGCC粗煤气的除尘净化过程。

Description

一种IGCC粗煤气除尘净化工艺及装置
技术领域
本发明涉及煤气除尘净化工艺及装置，尤其是涉及一种IGCC粗煤气除尘净化工艺及装置。
背景技术
整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle，简称IGCC)发电系统是将煤气化技术和高效联合循环发电相结合的先进动力系统，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种比较有前途的清洁、有效的使用煤发电的方法，也是当今世界能源动力界关注的一个热点。
IGCC的工艺流程是在气化炉中喷入煤粉(或水煤浆)、水蒸汽和经空气分离而得到的压缩纯氧气，产生中低热值的合成粗煤气(CO+H2)；经净化系统将粗煤气除尘、脱硫、去除杂质而净化成精煤气；再送入燃气-蒸汽联合循环装置发电。
用于IGCC发电的煤气，虽对热值要求不高，但对煤气净化度(如控制粉尘及硫化物含量等)的要求很高。粗煤气净化的目的一是保护燃气轮机叶片和下游设备，二是使排出的烟气符合环保标准。煤炭在气化炉中气化产生的粗煤气压力为2～4MPa，温度较高，并含有大量的煤尘及NH3，卤化物和碱性物质及微量元素等。在中等进气温度下，粒径大于5微米粒子的磨蚀和小于2微米粒子的沉积会对燃气轮机的叶片产生巨大危害，其中较大的颗粒会磨损叶片和通流部件，较小的粉尘会在叶片上沉积影响叶轮的动平衡，含硫的煤气和NH3，卤化物等也会腐蚀燃气轮机叶轮和下游设备，而碱性物质会加剧这种腐蚀，焦油也会使叶轮积灰并导致堵塞，为了确保燃气轮机和下游设备长时间平稳运行，避免出现少量的煤尘微粒及有害气体对高速旋转的燃气轮机叶片的冲蚀和腐蚀，必须在粗煤气进入发电设备之前将其中的杂质脱除。
目前全世界IGCC示范电站普遍采用“常温湿法净化系统”来净化煤气。其粗煤气除尘工艺包括：一级干式除尘，再加一级湿式洗涤除尘器。
现有干式除尘设备多使用陶瓷过滤器。陶瓷过滤器除尘效率虽较高，但存在粉尘架桥、过滤管断裂、密封失效等问题，严重影响了IGCC电站的运行稳定性，且陶瓷过滤器投资大，占地面积大，操作费用高。
现有IGCC示范电站中多使用文丘里除尘器作为湿式除尘装置，文丘里除尘器虽然具有较高的除尘效率，但其液滴雾化装置要求水质干净无杂质，否则容易引起喷嘴堵塞结垢，在运行中不便于检修、耗水量大、压力损失较大、净化后煤气的含湿量大，煤气中的H2S溶于水形成弱酸，对金属设备及附件造成腐蚀。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺流程简单、除尘效率高、系统阻力低，设备成本低和废水排放量低的IGCC粗煤气除尘净化工艺。
本发明的另一个目的是提供适用于该工艺的IGCC粗煤气除尘净化装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明工艺为将粗煤气通入旋风分离器进行预除尘，旋风分离器捕集的粗颗粒返回气化炉继续燃烧，预除尘后的气体进入撞击式泡沫洗涤器进行精除尘，并同时出去除去NH3、碱金属、卤素和焦油等杂质，净化后的气体经除沫器除去夹带的液沫后由出口管进入下游工序。洗涤液回流至集液槽，分为两路，一路从循环洗涤液出口经循环泵返回撞击式泡沫洗涤器逆喷管下部第二级喷嘴继续使用，另一路从黑水出口经渣水处理系统处理为灰水后经循环泵返回撞击式泡沫洗涤器逆喷管上部第一级喷嘴继续使用。除沫器上方和下方各设一个清洗喷嘴，定期对除沫器进行冲洗。
优选地，所述旋风分离器是起“分级筛选”功能，通过捕集在气化炉中未完全燃烧的10μm以上粗颗粒返回气化炉燃烧，以提高碳转化率。
优选地，所述的IGCC粗煤气除尘净化工艺，黑水排放采用连续式排放。
优选地，所述的IGCC粗煤气除尘净化工艺，进入除沫器清洗喷嘴的一次水同时用于补充系统损失的水，既清洗了除沫器，又维持整个系统的水量平衡，可一定程度减少水量消耗。
根据本发明内容，提供一种IGCC粗煤气除尘净化装置。该装置包括四个部分：干法除尘装置、湿法除尘装置、循环动力系统和渣水处理系统。
干法除尘装置为一台进气口与粗煤气相连通的旋风分离器；
湿法除尘装置为一台进气口与所述旋风分离器出气口相连通的撞击式泡沫洗涤器；
循环动力系统为两台循环泵，一台循环泵分别与渣水处理系统出水口和逆喷管第一级喷嘴进口相连通，另一台循环泵分别与所述撞击式泡沫洗涤器循环洗涤液出口和逆喷管第二级喷嘴进水口相连通；
渣水处理系统分别与黑水出口和第一台循环泵进口相连通。
所述撞击式泡沫洗涤器在逆喷管上部设置第一级喷嘴，在下部设置第二级喷嘴；所述逆喷管下端通过弯头和管道与集液槽相连通；所述集液槽设置循环洗涤液出口和黑水出口；所述集液槽上方设置除沫器；所述除沫器在上方和下方各设一个清洗喷嘴。
优选地，所述旋风分离器是适用于IGCC高温高压的带螺旋导流叶片的径向进口拱顶旋风分离器，粗煤气经径向进气管进入旋风分离器，受到导向挡板阻挡，在螺旋导流叶片的引导下，沿指定方向螺旋向下运动，含尘颗粒受到离心力的作用而被甩向简体内壁面上而被分离，净化后的气体从旋风分离器出口离开进入下游工序。
优选地，所述撞击式泡沫洗涤器设置两级喷射口朝上的逆喷型喷嘴，气体自上而下进入洗涤器，与逆喷型喷嘴自下而上喷出的洗涤液高速对撞形成泡沫区，在此区域实现精除尘并除去部分有害物质。撞击式泡沫洗涤器采用动力波洗涤技术，其净化效率远高于喷淋塔、填料塔等传统的洗涤设备，并且由于撞击式泡沫洗涤器在运行过程中既利用了气相的能量，也巧妙地利用了液相的能量，与等效率的文丘里除尘器相比，其阻力损失仅为文丘里除尘器的一半。同时，撞击式泡沫洗涤器是采用特殊结构的大孔径喷嘴，有效地避免了液相内所含固体颗粒堵塞喷嘴的问题。同时，由于操作弹性大能适用于处理气量波动较大的场合，气量波动范围可达50％～100％。综上可知，撞击式泡沫洗涤器可以替代文丘里除尘器。
优选的，所述集液槽在液位较低处设置黑水出口，在液位较高处设置循环洗涤液出口。其优点在于，在液位较低处设置黑水出口，洗涤液经过一定时间沉降，在此处灰渣浓度较高，将黑水排出有利于降低集液槽内洗涤液含尘浓度；在液位较高处设置循环洗涤液出口，此处洗涤液含尘浓度较低，有利于洗涤液循环使用，提高除尘效率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明主要涉及设备旋风分离器、撞击式泡沫洗涤器均具有结构简单、操作弹性大、造价低的特点，对于保证设备维护方便、系统稳定运行有利；尤其是撞击式泡沫洗涤器，气量波动范围可达50％～100％；
(2)旋风分离器起分级作用，通过捕集气化炉中未燃烧充分颗粒并将其返回至气化炉中继续燃烧，提高了碳转化率，有利于企业降低成本。
(3)本发明涉及设备中，撞击式泡沫洗涤器与等效率的文丘里除尘器相比，其阻力损失仅为文丘里除尘器的一半，与现有除尘装置相比能耗大大降低。
附图说明
图1为为本发明的IGCC粗煤气除尘净化工艺流程图。
图2为旋风分离器结构示意图；
图3为图2中A-A向的剖视图。
图中：1-旋风分离器、100-旋风分离器拱顶、101-导向挡板、102-螺旋导流叶片、103-径向进气管、2-撞击式泡沫洗涤器、200-逆喷管、201-第一级喷嘴、202-第二级喷嘴、203-集液槽、204-循环洗涤液出口、205-黑水出口、206-除沫器、207-除沫器清洗喷嘴、301-第一循环泵、302-第二循环泵、4-渣水处理系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明工艺为将粗煤气通入旋风分离器进行预除尘，流程如图1所示，旋风分离器1捕集的粗颗粒返回气化炉继续燃烧，预除尘后的气体进入撞击式泡沫洗涤器2进行精除尘，并同时除去NH3、碱金属、卤素和焦油等杂质，净化后的气体经除沫器206除去夹带的液沫后由出口管进入下游工序。洗涤液回流至集液槽203，分为两路，一路从循环洗涤液出口经第二循环泵302返回撞击式泡沫洗涤器2的逆喷管200下部第二级喷嘴202继续使用，另一路从黑水出口205经渣水处理系统4处理为灰水后经第一循环泵301返回撞击式泡沫洗涤器2的逆喷管200上部第一级喷嘴201继续使用。除沫器206上方和下方各设一个清洗喷嘴207，定期对除沫器206进行冲洗。
旋风分离器1主要起分级筛选的作用，通过捕集在气化炉中未完全燃烧的10μm以上粗颗粒返回气化炉继续燃烧，以提高碳转化率。在处理工艺中，黑水排放采用连续式排放。进入除沫器清洗喷嘴207的一次水同时用于补充系统损失的水，既清洗了除沫器206，又维持整个系统的水量平衡，可一定程度减少水量消耗。
IGCC粗煤气除尘净化装置主要包括四个部分：干法除尘装置、湿法除尘装置、循环动力系统和渣水处理系统。其中，干法除尘装置为一台进气口与粗煤气相连通的旋风分离器1；湿法除尘装置为一台进气口与旋风分离器1出气口相连通的撞击式泡沫洗涤器2；循环动力系统为两台循环泵，第一循环泵301分别与渣水处理系统4出水口和逆喷管200的第一级喷嘴201的进口相连通，第二循环泵302分别与撞击式泡沫洗涤器2的循环洗涤液出口204和逆喷管200的第二级喷嘴202的进水口相连通；渣水处理系统4分别与黑水出口205和第一循环泵301进口相连通。
撞击式泡沫洗涤器2在逆喷管200上部设置第一级喷嘴201，在下部设置第二级喷嘴202；逆喷管200下端通过弯头和管道与集液槽203相连通；集液槽203设置循环洗涤液出口204和黑水出口205；集液槽203的上方设置除沫器206；在除沫器206的上方和下方各设一个清洗喷嘴207。集液槽203在液位较低处设置黑水出口205，在液位较高处设置循环洗涤液出口204。这样的好处是：在液位较低处设置黑水出口205，洗涤液经过一定时间沉降，在此处灰渣浓度较高，将黑水排出有利于降低集液槽内洗涤液含尘浓度；在液位较高处设置循环洗涤液出口204，此处洗涤液含尘浓度较低，有利于洗涤液循环使用，提高除尘效率。
旋风分离器1的结构如图2所示，本实施例使用的是适用于IGCC高温高压的带螺旋导流叶片102以及旋风分离器拱顶100的旋风分离器，粗煤气经径向进气管103进入旋风分离器1，受到导向挡板101阻挡，在螺旋导流叶片102的引导下，沿指定方向螺旋向下运动，含尘颗粒受到离心力的作用而被甩向简体内壁面而被捕集，净化后的气体从旋风分离器出口离开进入下游工序。
撞击式泡沫洗涤器2设置两级喷射口朝上的逆喷型喷嘴，气体自上而下进入撞击式泡沫洗涤器2，与逆喷型喷嘴自下而上喷出的洗涤液高速对撞形成泡沫区，在此区域实现精除尘并除去部分有害物质。
撞击式泡沫洗涤器2采用动力波洗涤技术，其净化效率远高于喷淋塔、填料塔等传统的洗涤设备，并且由于撞击式泡沫洗涤器在运行过程中既利用了气相的能量，也巧妙地利用了液相的能量，与等效率的文丘里除尘器相比，其阻力损失仅为文丘里除尘器的一半。同时，撞击式泡沫洗涤器是采用特殊结构的大孔径喷嘴，有效地避免了液相内所含固体颗粒堵塞喷嘴的问题；大开孔喷嘴的另一大优点是喷出的液体不发生雾化，因此排气中含有较少使气液难以分离的细小液滴，可以避免已捕集下来的细颗粒被雾沫带走，因此对脱除亚微粒子更为有效。同时，由于操作弹性大能适用于处理气量波动较大的场合，气量波动范围可达50％～100％。综上可知，撞击式泡沫洗涤器可以替代文丘里除尘器。

Claims (10)

1.一种IGCC粗煤气除尘净化工艺，其特征在于，该工艺采用以下步骤：
a：将粗煤气通入旋风分离器(1)进行预除尘，旋风分离器捕集的粗颗粒返回气化炉继续燃烧，预除尘后的气体进入撞击式泡沫洗涤器(2)进行精除尘，并同时除去NH3、碱金属、卤素和焦油杂质，净化后的气体经除沫器(206)除去夹带的液沫后由出口管进入下游工序；
b：洗涤液回流至集液槽(203)，分为两路，一路从循环洗涤液出口(204)经循环泵(302)返回逆喷管(200)下部第二级喷嘴(202)继续使用，另一路从黑水出口(205)经渣水处理系统(4)处理为灰水后经循环泵(301)返回逆喷管(200)上部第一级喷嘴(201)继续使用。
2.根据权利要求1所述的一种IGCC粗煤气除尘净化工艺，其特征在于，所述的旋风分离器(1)将除去进入其中的粗煤气中10μm以上粗颗粒，并将捕集的粉体返回气化炉继续燃烧。
3.根据权利要求1所述的一种IGCC粗煤气除尘净化工艺，其特征在于，黑水排放采用连续式排放。
4.根据权利要求1所述的一种IGCC粗煤气除尘净化工艺，其特征在于，所述的除沫器(206)上方和下方各设一个清洗喷嘴(207)对其定期进行冲洗，清洗除沫器(206)的一次水可用于补充系统损失的水。
5.如权利要求1-4中任一项所述的IGCC粗煤气除尘净化工艺用装置，其特征在于，该装置包括：
进气口与粗煤气相连通的旋风分离器(1)；
进气口与旋风分离器(1)出气口相连通的撞击式泡沫洗涤器(2)；
两台循环泵，一台循环泵(301)分别与渣水处理系统(4)出水口和逆喷管(200)第一级喷嘴(201)进口相连通，另一台循环泵(302)分别与撞击式泡沫洗涤器循环洗涤液出口(204)和逆喷管(200)第二级喷嘴(202)进口相连通；
与黑水出口(205)和循环泵(301)进口相连通的渣水处理系统(4)。
6.根据权利要求5所述的一种IGCC粗煤气除尘净化装置，其特征在于，所述的旋风分离器(1)为适用于IGCC高温高压的带螺旋导流叶片的径向进口拱顶旋风分离器。
7.根据权利要求5所述的一种IGCC粗煤气除尘净化装置，其特征在于，所述的撞击式泡沫洗涤器(2)在逆喷管(200)上部设置第一级喷嘴(201)，下部设置第二级喷嘴(202)；所述逆喷管(200)下端通过弯头和管道与集液槽(203)相连通；所述集液槽(203)设置循环洗涤液出口(204)和黑水出口(205)；集液槽(203)上方设置除沫器(206)；该除沫器(206)的上方和下方各设一个清洗喷嘴(207)。
8.根据权利要求5或7所述的一种IGCC粗煤气除尘净化装置，其特征在于，所述的第一级喷嘴(201)及第二级喷嘴(202)为喷射口朝上的逆喷型喷嘴。
9.根据权利要求7所述的一种IGCC粗煤气除尘净化装置，其特征在于，所述的集液槽(203)在液位较低处设置黑水出口(204)，在液位较高处设置循环洗涤液出口(205)。
10.根据权利要求7所述的一种IGCC粗煤气除尘净化装置，其特征在于，所述的渣水处理系统(4)为沉降池或液固过滤系统。
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