CN104629814B - 一种流化床气化煤气的余热回收和净化系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤气气化领域，提供一种流化床气化煤气的余热回收和净化系统，包括：旋风分离器、蒸汽换热器、热水换热器、导热介质间壁式换热器、冷水间壁式换热器、除尘器、煤气冷却器、脱硫塔；冷水间壁式换热器的软水出口连接热水换热器的热水进口，热水换热器的饱和蒸汽出口连接所述蒸汽换热器的蒸汽进口，所述蒸汽换热器的蒸汽出口通过管道连接流化床气化炉底部。与煤气直接激冷技术不节能、不环保相比，采用本发明的系统利用煤气更为节能，并且在煤气冷却过程中没有污水产生，具有节能环保的效果。本发明将煤气余热，最大限度的留在了气化系统本身。用煤气余热加热气化所需的气化剂，同时副产高品位的过热蒸汽。热利用率和冷煤气效率更高。
Description
技术领域
本发明属于煤气气化领域，具体涉及一种气化的煤气的余热回收系统及其应用。
背景技术
煤气化是煤炭清洁高效利用的一种重要手段。目前煤气化技术应用较多的主要有三种形式：固定床气化、流化床气化、气流床气化。由于流化床气化与气流床气化的特点是气-固之间的传热和传质速率高，提高了煤气化的生产效率，并且生产煤气过程中大大减少焦油的含量，所以流化床气化技术和气流床气化技术是大规模高效煤气化技术的主要发展方向。流化床气化煤气的出炉温度一般可达950℃左右，高温煤气携带了大量的热量，煤气后续净化不能在高温条件下进行，需将煤气进行冷却。现在煤气化的一个缺点就是冷煤气效率较低，提高冷煤气效率的一个手段就是提高入炉气化剂的温度。因此，将煤气冷却并将煤气热量高效利用成为一个技术关键。
目前气化产生煤气的冷却主要有两种方法：一是气化煤气激冷工艺，二、煤气经过废热锅炉换热生产蒸汽。
其中，煤气激冷工艺的代表为Texaco气化煤气激冷技术；煤气冷却过程主要是在激冷室中进行。激冷室主要由激冷环、下降管和上升管组成。激冷水有激冷环分配室的小孔喷射进入激冷室。激冷水通过激冷环室下环形槽缝流出，在下降管内表面形成均匀液膜，与高温气化煤气并流接触，发生热质同时传递过程，煤气降温。这种技术的缺点是本身不节能并造成能源的浪费，由于洗涤水和煤气是直接接触产生洗涤污水并且处理困难，带来严重的环境污染问题。
现行煤气余热利用的另一种方式是采用废热锅炉将一定压力的煤气中的余热转化为低压的饱和蒸汽。该工艺副产大量低压饱和蒸汽，饱和蒸汽的品味低，较多的用于IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle，整体煤气化联合循环)发电工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤气与冷却水间接接触的煤气余热利用技术，解决了煤气激冷技术的污水处理和水耗量大的问题。
废锅技术的煤气出口温度仍然较高，能量利用率较低，工艺的局限性较强。本技术充分将出炉煤气的热量回收到气化装置中，提高了能量利用效率和冷煤气效率。
本发明要解决的技术问题是提供一种安全可靠、煤气余热回收利用率高、冷煤气效率高、节能环保的热量回收系统及工艺。本发明的技术方案是通过将出炉高温煤气的热量充分回收提高入炉气化剂的温度，以减少燃气的二氧化碳含量，进而提高气化炉的冷煤气效率。一种气化煤气余热回收利用及净化系统，主要由一系列热量回收装置组成。高温度的煤气用来生产饱和蒸汽并过热，过热蒸汽作为气化蒸汽使用。通过特定导热介质加热气化空气。这样可以使煤气化系统产生的热量尽量回到气化系统中。气化煤气净化是通过除尘装置和脱硫装置完成。
流化床气化炉产生的高温煤气通过蒸汽换热器将热水换热器产生饱和蒸汽变为过热蒸汽。过热蒸汽作为气化剂进入流化床气化系统；从热水换热器出来的煤气经过导热介质间壁式换热器与导热介质进行换热，高温的导热介质通过空气换热器将空气加热到一定温度，热空气作为气化剂进入气化系统。利用导热介质的目的是换热效率高,换热面积小，设备费用投资低，安全可靠。从导热介质间壁式换热器出来的煤气通过冷水间壁式换热器预热用来生产蒸汽的软水，使煤气温度进一步降低，煤气余热利用更充分。气化煤气净化装置主要包括除尘装置和干法脱硫装置。除尘采用高效除尘器使煤气中尘含量有效降低。煤气脱硫采用干法脱硫，相对于湿法脱硫，无污水产生，并且能耗低。
上述气化煤气余热回收利用及净化的工艺步骤包括：
(1)由流化床气化炉产生的高温煤气经过旋风除尘器除尘。
(2)高温煤气先后经过蒸汽换热和热水换热器，软水经过热水换热器与经过蒸汽换热器后温度初步降低后的煤气换热生产饱和蒸汽，饱和蒸汽再经过蒸汽换热器与旋风除尘器出来的高温煤气换热变为过热蒸汽。
(3)经过热水换热器煤气温度有所降低，煤气通过导热介质间壁式换热器将热量传递给导热介质，用温度较高的导热介质通过空气预热器来预热空气。
(4)过热蒸汽和预热空气作为气化剂重新回到流化床气化炉中。
(5)此时煤气温度降低，经过除尘器除尘，使煤气中灰含量降低。
(6)再经过煤气冷却器冷却煤气使煤气中的含有的少量水蒸气冷凝。
(7)最后进入干法脱硫系统进行脱硫，使煤气达到环保要求。
具体技术方案为：
一种流化床气化煤气的余热回收和净化系统，用于处理流化床气化炉产生的煤气，包括：旋风分离器、蒸汽换热器、热水换热器、导热介质间壁式换热器、冷水间壁式换热器、除尘器、煤气冷却器、脱硫塔；
所述旋风分离器、蒸汽换热器、热水换热器、导热介质间壁式换热器、除尘器、煤气冷却器和脱硫塔顺次连接；所述流化床气化炉的煤气依次通过上述装置；
所述冷水间壁式换热器设置有软水进口和软水出口，所述热水换热器设置有热水进口和饱和蒸汽出口，所述蒸汽换热器设置有热水进口和蒸汽出口；所述冷水间壁式换热器的软水出口连接热水换热器的热水进口，热水换热器的饱和蒸汽出口连接所述蒸汽换热器的蒸汽进口，所述蒸汽换热器的蒸汽出口通过管道连接流化床气化炉底部。导热介质间壁式换热器是指将煤气与导热介质用间壁隔开，使得煤气的热量通过间壁传给导热介质的换热器。冷水间壁式换热器是指将煤气与冷水用间壁隔开，使得煤气的热量通过间壁传给冷水的换热器。
所述的余热回收和净化系统，还包括空气预热器，空气预热器的热空气管道连接所述流化床气化炉底部。
其中，导热介质间壁式换热器和冷水间壁式换热器为管壳式换热器，两组换热器的内管共用一个壳体，导热介质间壁式换热器的内管为熔融盐管，冷水间壁式换热器的内管为软水管，熔融盐管位于软水管上方，两组内管不互相连接。
其中，所述空气预热器和导热介质间壁式换热器之间连接有熔融盐管道，管道上设置有泵，所述导热介质间壁式换热器的熔融盐出口通过熔融盐管道与空气预热器的熔融盐进口连接，所述空气预热器的熔融盐出口通过熔融盐管道与所述导热介质间壁式换热器的熔融盐进口连接。
其中，所述旋风分离器底部通过下料管道与流化床气化炉连接。旋风分离器分离出来的细粉经下料管回到流化床气化炉中，未燃碳再次气化。
应用本发明提出的余热回收和净化系统的方法，包括:
流化床气化炉产生的高温煤气进入旋风分离器进行除尘，再先后通过蒸汽换热器和热水换热器、导热介质间壁式换热器和冷水间壁式换热器进行换热，最后进入除尘装置、煤气冷却器和干法脱硫装置进行除尘、降温和净化；从导热介质间壁式换热器出来的煤气通过冷水间壁式换热器预热用来生产蒸汽的软水，预热后的软水经过热水换热器成为饱和蒸汽，饱和蒸汽经过蒸汽换热器与从旋风分离器出来的高温煤气换热产生过热蒸汽；过热蒸汽作为气化剂进入流化床气化炉；从热水换热器出来的煤气经过导热介质间壁式换热器与导热介质进行换热，换热后高温的导热介质进入空气换热器将空气加热，热空气作为气化剂进入流化床气化炉。
从导热介质间壁式换热器出来的煤气通过冷水间壁式换热器预热用来生产蒸汽的软水，使煤气温度进一步降低，煤气余热利用更充分。气化煤气净化装置主要包括除尘装置和干法脱硫装置。除尘采用高效的除布袋尘器使煤气中尘含量有效降低。
其中，煤气脱硫采用干法脱硫，以氧化铁为脱硫剂。干法脱硫相对于湿法脱硫，无污水产生，并且能耗低。
优选地，流化床气化炉产生的高温煤气温度为900-950℃，经蒸汽换热器换热后煤气温度降为800-880℃。再经过热水换热器换热煤气温度降低到350-400℃。
经过热水换热器的煤气通过导热介质间壁式换热器将热量传热给导热介质，煤气经过导热介质间壁式换热器温度降到200-250℃左右。导热介质间壁式换热器内的导热介质在空气预热器内预热空气，空气预热到150-200℃。导热介质在导热介质间壁式换热器与空气预热器间循环使用。
导热介质使用熔融盐。利用导热介质的目的是换热效率高,换热面积小，设备费用投资低，安全可靠。
换热过程产生的过热蒸汽和热空气作为流化床气化的气化剂送入流化床气化装置中。
其中，200-250℃的煤气经过冷水间壁式换热器后，温度降到150-200℃。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的基于流化床气化的煤气余热回收利用及净化的工艺，结合了流化床气化的技术优势，整体系统设备简单，易于操作，热效率高，无污染。
1、与煤气直接激冷技术不节能、不环保相比，本发明更节能，并且在煤气冷却过程中没有污水产生，具有节能环保的效果。
2、本发明将煤气余热，最大限度的留在了气化系统本身。用煤气余热加热气化所需的气化剂，同时副产高品位的过热蒸汽。热利用率和冷煤气效率更高。通过导热介质作为中间热载体换热，避免了空气与煤气之间直接换热可能产生的爆炸危险，系统更安全可靠。
附图说明
图1：本发明基于流化床气化的煤气余热回收利用及净化的工艺系统图。
图中，1、流化床气化炉，2、旋风分离器，3、蒸汽换热器，4、热水换热器，5、导热介质间壁式换热器，6、冷水间壁式换热器，7、除尘器，8、煤气冷却器，9、脱硫塔，10、空气预热器，11、泵。12、煤气管道，13、熔融盐管道，14、下料管。
具体实施方式
现以以下最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
一种流化床气化煤气的余热回收和净化系统，用于处理流化床气化炉产生的煤气，包括旋风分离器2，蒸汽换热器3、热水换热器4、导热介质间壁式换热器5、冷水间壁式换热器6、除尘器7、煤气冷却器8、脱硫塔9和空气预热器10、泵11。
流化床气化炉1、旋风分离器2、蒸汽换热器3、热水换热器4、导热介质间壁式换热器5、除尘器7、煤气冷却器8和脱硫塔9通过煤气管道12顺次连接；
所述冷水间壁式换热器设置有软水进口和软水出口，所述热水换热器设置有热水进口和饱和蒸汽出口，所述蒸汽换热器设置有热水进口和蒸汽出口；所述软水出口连接热水换热器的热水进口，热水换热器的饱和蒸汽出口连接所述蒸汽换热器的蒸汽进口，所述蒸汽换热器的蒸汽出口通过管道连接流化床气化炉底部。
本实施例的系统中还包括空气预热器10，空气预热器的热空气管道连接所述流化床气化炉底部。空气预热器10和导热介质间壁式换热器5之间连接有熔融盐管道13，管道上设置有泵11。导热介质间壁式换热器5中的导热介质为硝酸钠和硝酸钾。导热介质间壁式换热器的熔融盐出口通过熔融盐管道与空气预热器的熔融盐进口连接，所述空气预热器的熔融盐出口通过熔融盐管道与所述导热介质间壁式换热器的熔融盐进口连接。
旋风分离器2底部通过下料管14与流化床气化炉连接。
实施例2
应用实施例1的系统，进行流化床气化的煤气余热回收利用及净化的工艺，包括工艺步骤：
以长焰煤为煤气化原料。长焰煤经螺旋给料机送入常压两段流化床气化装置，经流化床气化产生的高温煤气经过旋风分离器进行初步除尘，除尘器出口煤气温度达到950℃。此时尘含量为60g/Nm3，硫含量为2400mg/Nm3。
高温煤气经热水换热器产生饱和蒸汽，再经过蒸汽换热器使饱和蒸汽变为过热蒸汽，产生的过热蒸汽作为流化床气化的气化剂送入到流化床气化炉中。
经过蒸汽换热器后煤气温度为850℃，经过热水换热器后煤气温度达到400±5℃，再将煤气与导热介质间壁式换热器5内的熔融盐进行换热，此时煤气温度降到250℃，再通过冷水间壁式换热器预热进入热水换热器的软化水，煤气温度降到180℃。
导热介质间壁式换热器5内的熔融盐通过泵11送入空气预热器10内预热空气，使作为流化床气化剂的空气温度提高到200℃。熔融盐通过泵，在导热介质间壁式换热器与空气预热器之间循环使用。
将经过换热冷却的煤气送入布袋除尘器中进行除尘，使煤气中尘含量低于20mg/Nm3。将除尘后的煤气经过煤气冷却器冷却到40℃，这个过程中将煤气中的水蒸气冷凝。最后煤气经过干法脱硫塔进行脱硫产生净煤气，含硫低于50mg/Nm3。冷煤气效率达到75％，高温煤气热量回收利用效率达到91％。
实施例3
应用实施例1的系统，进行流化床气化的煤气余热回收利用及净化的工艺，包括工艺步骤：
以长焰煤为煤气化原料。长焰煤经螺旋给料机送入常压两段流化床气化装置，经流化床气化产生的高温煤气经过旋风分离器2进行初步除尘，除尘器出口煤气温度达到920℃。此时尘含量为60g/Nm3，硫含量为2400mg/Nm3。
高温煤气经热水换热器产生饱和蒸汽，再经过蒸汽换热器使饱和蒸汽变为过热蒸汽，产生的过热蒸汽作为流化床气化的气化剂送入到流化床气化炉中。
经过蒸汽换热器后煤气温度为830℃，经过热水换热器后煤气温度达到390±5℃，再将煤气与导热介质间壁式换热器5内的熔融盐进行换热，此时煤气温度降到230℃，再通过冷水间壁式换热器预热进入热水换热器的软化水，煤气温度降到170℃。
导热介质间壁式换热器5内的熔融盐通过泵11送入空气预热器10内预热空气，使作为流化床气化剂的空气温度提高到190℃。熔融盐通过泵，在导热介质间壁式换热器与空气预热器之间循环使用。
将经过换热冷却的煤气送入布袋除尘器中进行除尘，使煤气中尘含量低于20mg/Nm3。将除尘后的煤气经过煤气冷却器冷却到35℃，这个过程中将煤气中的水蒸气冷凝。最后煤气经过干法脱硫塔用氧化铁脱硫剂进行脱硫产生净煤气，含硫低于50mg/Nm3。冷煤气效率达到74％，高温煤气热量回收利用效率达到91％。
本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。
Claims (7)
1.一种流化床气化煤气的余热回收和净化系统，用于处理流化床气化炉产生的煤气，其特征在于，包括：旋风分离器、蒸汽换热器、热水换热器、导热介质间壁式换热器、冷水间壁式换热器、除尘器、煤气冷却器、脱硫塔和空气预热器；
所述流化床气化炉、旋风分离器、蒸汽换热器、热水换热器、导热介质间壁式换热器、冷水间壁式换热器、除尘器、煤气冷却器和脱硫塔顺次连接，所述流化床气化炉的煤气依次通过上述装置；
所述冷水间壁式换热器设置有软水进口和软水出口，所述热水换热器设置有热水进口和饱和蒸汽出口，所述蒸汽换热器设置有蒸汽进口和蒸汽出口；所述冷水间壁式换热器的软水出口连接热水换热器的热水进口，热水换热器的饱和蒸汽出口连接所述蒸汽换热器的蒸汽进口，所述蒸汽换热器的蒸汽出口通过管道连接流化床气化炉底部；
导热介质间壁式换热器和冷水间壁式换热器为管壳式换热器，两组换热器的内管共用一个壳体，导热介质间壁式换热器的内管为熔融盐管，冷水间壁式换热器的内管为软水管，熔融盐管位于软水管上方，两组内管不互相连接；
所述空气预热器的热空气管道连接所述流化床气化炉底部；所述空气预热器和导热介质间壁式换热器之间连接有熔融盐管道，管道上设置有泵，所述导热介质间壁式换热器的熔融盐出口通过熔融盐管道与空气预热器的熔融盐进口连接，所述空气预热器的熔融盐出口通过熔融盐管道与所述导热介质间壁式换热器的熔融盐进口连接。
2.根据权利要求1所述的余热回收和净化系统，其特征在于，所述旋风分离器底部通过下料管与流化床气化炉连接。
3.应用权利要求1或2所述的余热回收和净化系统的方法，其特征在于，包括:
流化床气化炉产生的高温煤气进入旋风分离器进行除尘，再先后通过蒸汽换热器、热水换热器、导热介质间壁式换热器和冷水间壁式换热器进行换热，最后进入除尘装置、煤气冷却器和干法脱硫装置进行除尘、降温和净化；从导热介质间壁式换热器出来的煤气通过冷水间壁式换热器预热用来生产蒸汽的软水，预热后的软水经过热水换热器成为饱和蒸汽，饱和蒸汽经过蒸汽换热器与从旋风分离器出来的高温煤气换热产生过热蒸汽；过热蒸汽作为气化剂进入流化床气化炉；从热水换热器出来的煤气经过导热介质间壁式换热器与导热介质进行换热，换热后高温的导热介质进入空气预热器将空气加热，热空气作为气化剂进入流化床气化炉。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述导热介质间壁式换热器内的导热介质为熔融盐。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，流化床气化炉产生的高温煤气温度为900-950℃，经蒸汽换热器换热后煤气温度降为800-880℃，再经过热水换热器换热煤气温度降低到350-400℃。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，经过热水换热器的煤气通过导热介质间壁式换热器将热量传热给导热介质，煤气经过导热介质间壁式换热器温度降到200-250℃，导热介质间壁式换热器内的导热介质在空气预热器内预热空气，空气预热到150-200℃，导热介质在导热介质间壁式换热器与空气预热器间循环使用。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，200-250℃的煤气经过冷水间壁式换热器冷水间壁式换热器后，温度降到150-200℃。
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