CN105349187B - 一种加压粉煤气化合成气除尘设备及除尘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种加压粉煤气化合成气除尘设备，包括旋流除尘装置、喷淋洗涤装置和丝网过滤装置，同时还公开了一种加压粉煤气化合成气除尘方法，主要过程是从气化炉出来的合成气从除尘设备的进口沿切线方向自下而上依次进入塔体，经旋流除尘、喷淋洗涤和丝网过滤后，灰尘含量降至0.2 mg/m3。具有设备结构紧凑，占地面积小，方法简单，洗涤用水少，去除灰尘效果好等优点。
Description
技术领域
本发明属于粉煤气化技术领域，涉及一种加压粉煤气化合成气除尘设备及除尘方法。
背景技术
长期以来，我国的粉煤加压气化工艺一直被壳牌公司的壳牌粉煤加压气化技术和美国GE公司的德士古水煤浆加压气化技术等国外技术垄断，投资大，技术支撑难。
中国航天科技集团和山东润银生物化工股份有限公司合作研发的HT-L加压粉煤气化技术，具有流程简单，投资小、工期短、见效快，且运行稳定性更高，物耗、电耗更低等优点，技术先进，并实现了设备的国产化。该工艺采用的除尘方法为，将约4.0MPa、1300～1750℃的合成气经激冷、增湿后进入洗涤塔，先经水浴进行气固分离，然后通过洗涤塔板进一步洗涤，洗涤后的合成气经塔顶部的旋流板除沫器离开洗涤塔进入变换工序，合成气灰尘含量可由最初的约13g/m3降低为19mg/m3。上述除尘方法，可通过洗涤方法除去合成气夹带的绝大部分固体粉尘颗粒，但由于合成气本身压力高，流速大，经洗涤后的合成气仍会夹带部分固体颗粒和细微粉尘进入变换工序，相对来说，除尘效果并不够理想，洗涤水用量大，除尘操作仍较为复杂。
由于合成气夹带粉尘颗粒进入变换工序后，粉尘会附着于变换催化剂表面而影响变换催化剂的效率和寿命，因此，研究一种有效的去除加压粉煤气化合成气灰尘的方法及设备是非常必要的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述缺点，提供一种适用于上述加压粉煤气化合成气除尘的、结构紧凑、占地面积小的除尘设备。
本发明还提供了一种流程简单，洗涤用水少，除灰效果好的加压粉煤气化合成气除尘方法。
本发明技术方案为：
一种加压粉煤气化合成气除尘设备，包括塔体，塔体底部设有沉灰槽，沉灰槽上方由下到上依次设有旋流除尘装置、喷淋洗涤装置和丝网过滤装置，塔体下部旁侧开孔垂直焊接合成气进口管，塔体顶部中心部位开孔焊接合成气出口管，其特征在于：
所述旋流除尘装置在塔体中央设有中心管，塔体与中心管之间水平安装折流板，塔体和中心管之间的环形空间设置螺旋格栅板，折流板位于螺旋格栅板上方；
所述喷淋洗涤装置，在塔体内设有筛板和喷淋器，喷淋器位于筛板上方，喷淋器包括漩涡形盘状布水管，漩涡形盘状布水管上均布离心雾化喷头；
所述丝网过滤装置包括三维立体蜂窝状结构的丝网层；
所述合成气进口管位于折流板的下方，直径800mm。
所述螺旋格栅板为不锈钢高密型钢格板，螺距为塔体内径的0.2～0.3倍，格栅板厚4mm，格栅间距20～30mm。
所述喷淋洗涤装置中，每间隔1～2层筛板设置一组喷淋器。
所述漩涡形盘状布水管的一端连接进水管，另一端设有堵头，所述离心雾化喷头为6～20个。
所述的丝网层，材质为不锈钢，厚度为500mm，蜂窝状结构孔径为0.05mm。首先由车削的不锈钢屑压制成单层的蜂窝状不锈钢丝网，然后将所需厚度的不锈钢丝网叠加，压制得到具有三维立体蜂窝状结构的不锈钢丝网层。
所述筛板材质为不锈钢板，厚度12mm，10～20层，间距为500-1000mm，筛板上均布φ10mm圆孔，圆孔中心距20mm，筛板用10#槽钢制成的筛板支架支撑。
所述中心管的上端出口处设有气体分布器。
所述沉灰槽上边缘与塔体密封连接，沉灰槽上部旁侧设有溢流管，沉灰槽底部连接有灰水排出管，溢流管和灰水排出管出口端穿过塔体位于塔壁外侧；
所述折流板为圆环形，连接于塔体与中心管之间的环形空间，折流板上均布φ10mm圆孔，圆孔中心距100mm；
所述中心管直径为1m，长度为塔体内径的1.5倍。
所述的丝网层由下面的丝网支撑筛板和支架支撑，上面由丝网层上盖筛板和可拆卸压架固定。
上述除尘设备，在丝网层上方的塔体旁侧设有检修人孔，长期使用后从检修人孔进入清理丝网层。
一种加压粉煤气化合成气除尘方法，除尘过程在加压粉煤气化合成气除尘设备中进行，依次经过旋流除尘、喷淋洗涤和丝网过滤，其特征在于：包括以下步骤：
1）旋流除尘：来自加压粉煤气化炉的合成气从进口管沿切线方向进入塔体与中心管之间的环形空间形成旋流，合成气经进口管上方的折流板的阻挡，沿环形空间穿过螺旋格栅板向下旋转流动，分离出固体颗粒；
2）喷淋洗涤：旋流除尘后的合成气进入中心管底端入口，并沿中心管向上流动，在中心管的上端出口处流经气体分布器，合成气均匀分布于塔体内部空间并减速向上流动，穿过筛板，与筛板上方的喷淋器喷洒的喷淋水逆流接触，分离出固体颗粒；
3）丝网过滤：经喷淋洗涤后的合成气沿塔体向上流动穿过丝网层至塔体顶部，丝网层吸附过滤合成气中夹带的固体颗粒，除尘后的合成气从塔顶的合成气出口管排出，进入变换工序。
步骤1），所述的旋流过程中，分离出的固体颗粒被甩至塔体的内壁上，然后由上方喷淋器喷淋的水冲刷至塔底的沉灰槽中。
步骤2），所述的喷淋水携带从合成气中分离出的固体颗粒向下流动，经过塔体和中心管之间的环形空间并冲刷螺旋格栅板和塔体内壁上的固体颗粒，一并落入塔底的沉灰槽中，沉灰槽上部的澄清水从溢流管排出塔体，循环使用，沉灰槽槽底的灰水悬浮液从灰水排出管排出。
本发明加压粉煤气化合成气除尘设备及除尘方法，可除去合成气中粒度为2～100μm的固体颗粒，合成气中含灰量降低至0.2mg/m3。
本发明加压粉煤气化合成气除尘设备及除尘方法，适用的合成气进口温度210～230℃、流速10～11m/s、压力3.9～4.0MPa；除尘后合成气温度80～120℃、流速8～10m/s、压力3.5～3.8MPa。
本发明加压粉煤气化合成气除尘设备中：格栅板设为螺旋状同时具有引流作用，气流与塔壁碰撞后，沿螺旋状格栅板向下旋转流动，并通过所选的螺距和板厚优化气流在除尘器内流场的均匀性，减少高速流动的气流对塔壁的作用力，稳定除尘装置，具有明显的减震效果，可有效延长除尘器使用寿命。喷淋洗涤装置中，均布于筛板之间的每组喷淋器喷射出的漩涡形水雾，喷淋面积大，雾化效果好，能够避免喷淋水下降过程中呈水线下落，可在塔内形成多个均匀的拦截水雾层，用水量少，单位面积布水量均匀。喷淋水可引用来自合成气变换工段的冷凝水，自上而下依次穿过每层筛板的均匀分布的圆孔，并与自下而上的合成气逆流接触，洗涤合成气中的灰尘，然后通过中心管外侧冲刷塔壁及螺旋格栅板上的灰尘一并落入塔底的沉灰槽，沉灰槽上部的澄清水溢流收集后循环使用，下部的灰水排入灰水处理系统。
本发明的加压粉煤气化合成气除尘方法，从加压气化炉出来的高温高压合成气从除灰塔下半部的合成气进口管沿切线方向以高速进入塔体内，沿塔体内壁和中心管之间的环形空间形成旋流，并与螺旋格栅板对冲碰撞，形成局部湍流，部分灰尘颗粒在碰撞和湍流作用下与气体分离，合成气继续旋转向下流动，在下行过程中，夹带在合成气中的部分固体颗粒在旋流产生的离心力的作用下被甩到塔体内壁上，可基本脱除粒度为50～100μm的固体颗粒。然后合成气进入中心管向上流动，经气体分布器，气体均匀分布充满塔体内部空间减速上行，依次穿过每块筛板与喷淋水逆流接触，主要脱除粒度为10～50μm固体颗粒，灰尘几乎全部被洗涤干净。被洗涤的合成气在塔顶部穿过滤网层，合成气中不易脱除的粒度2～10μm的少量剩余固体颗粒被密集的不锈钢丝网吸附过滤，粉尘含量由13g/m3降低至0.2mg/m3以下，同时除尘后合成气温度降低至80～120℃、流速8～10m/s、压力3.5～3.8MPa，可直接应用于下步变换工序，灰尘含量对催化剂没有任何影响。
本发明的显著特点是设备结构紧凑，占地面积小，方法简单，洗涤用水少，去除灰尘效果好。
附图说明
图1为本发明实施例1加压粉煤气化合成气除尘设备结构示意图；
图2为螺旋格栅板结构示意图；
图3为喷淋器结构示意图；
图中：1、灰水排出管，2、沉灰槽，3、塔座，4、清水溢流管，5、塔体，6、中心管，7、合成气进口管，8、折流板，9、气体分布器，10筛板支架，11、筛板，12、喷淋器，13、进水管，14、丝网支撑筛板，15、支架，16、丝网层，17、检修人孔，18、丝网层上盖筛板，19、可拆卸压架，20、合成气出口管，21、螺旋格栅板，22、漩涡形盘状布水管，23、离心雾化喷头。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明加压分煤气化合成气去除灰尘设备和方法作进一步说明。
实施例1
一种加压粉煤气化合成气除尘设备，如图1、2和3所示，包括塔体5，塔体5底部设有沉灰槽2，沉灰槽2上方由下到上依次设有旋流除尘装置、喷淋洗涤装置和丝网过滤装置，塔体5下部旁侧开孔垂直焊接合成气进口管7，塔体5顶部中心部位开孔焊接合成气出口管20，塔体5底部设有塔座3。
所述旋流除尘装置在塔体5中央设有中心管6，塔体5与中心管6之间的环形空间水平安装圆环形折流板8，折流板8上均布φ10mm圆孔，圆孔中心距100mm。塔体5和中心管6之间的环形空间设置螺旋格栅板21，折流板8位于螺旋格栅板21上方；所述螺旋格栅板21为不锈钢高密型钢格板，螺距为塔体5内径的0.2倍，格栅板厚4mm，格栅间距25mm。所述中心管6直径为1m，长度为塔体5内径的1.5倍，其上端出口处设有气体分布器9。
所述喷淋洗涤装置，在塔体5内设有筛板11和喷淋器12，每间隔2层筛板11设置一组喷淋器12，喷淋器12位于筛板11上方，喷淋器12包括漩涡形盘状布水管22，漩涡形盘状布水管22一端连接进水管13，另一端设有堵头，其上均布15个离心雾化喷头23；所述筛板11材质为不锈钢板，厚度12mm，20层，间距为500mm，筛板上均布φ10mm圆孔，圆孔中心距20mm，筛板11用10#槽钢制成的筛板支架10支撑。
所述丝网过滤装置包括三维立体蜂窝状结构的不锈钢丝网层16，所述的丝网层16，厚度为500mm，蜂窝状结构孔径为0.05mm。所述的丝网层16由下面的丝网支撑筛板14和支架15支撑，上面由丝网层上盖筛板18和可拆卸压架19固定。丝网层16首先由车削的不锈钢屑压制成单层的蜂窝状不锈钢丝网，然后将所需厚度的不锈钢丝网叠加，压制得到具有三维立体蜂窝状结构的不锈钢丝网层16。
所述合成气进口管7位于折流板8下方，直径800mm。
所述沉灰槽2上边缘与塔体5密封连接，沉灰槽2上部旁侧设有溢流管4，沉灰槽2底部连接有灰水排出管1，溢流管4和灰水排出管1出口端穿过塔体5位于塔壁外侧；
本实施例1除尘设备，在丝网层16上方的塔体5旁侧设有检修人孔17，长期使用后从检修人孔17进入清理丝网层16。
实施例2
一种加压粉煤气化合成气除尘方法，除尘过程在实施例1的加压粉煤气化合成气除尘设备中进行，依次经过旋流除尘、喷淋洗涤和丝网过滤，包括以下步骤：
1）旋流除尘：来自加压粉煤气化炉的合成气从进口管7沿切线方向进入塔体5与中心管6之间的环形空间形成旋流，合成气经进口管7上方的折流板8的阻挡，沿环形空间穿过螺旋格栅板21向下旋转流动，分离出固体颗粒；分离出的固体颗粒被甩至塔体5的内壁上，然后由上方喷淋器12喷淋的水冲刷至塔底的沉灰槽2中。
2）喷淋洗涤：旋流除尘后的合成气进入中心管6底端入口，并沿中心管6向上流动，在中心管6的上端出口处流经气体分布器9，合成气均匀分布于塔体5内部空间并减速向上流动，穿过筛板11，与筛板11上方的喷淋器12喷洒的喷淋水逆流接触，分离出固体颗粒；喷淋水携带从合成气中分离出的固体颗粒向下流动，经过塔体5和中心管6之间的环形空间并冲刷螺旋格栅板21和塔体5内壁上的固体颗粒，一并落入塔底的沉灰槽2中，沉灰槽2上部的澄清水从溢流管4排出塔体，循环使用，沉灰槽2槽底的灰水悬浮液从灰水排出管1排出。
3）丝网过滤：经喷淋洗涤后的合成气沿塔体5向上流动穿过丝网层16至塔体顶部，丝网层16吸附过滤合成气中夹带的固体颗粒，除尘后的合成气从塔顶的合成气出口管20排出，进入变换工序。
本实施例合成气进口温度210～230℃、流速10～11m/s、压力3.9～4.0MPa，合成气中含灰量13g/m3。
经检测，出塔合成气温度80℃，流速8～10m/s、压力3.5～3.8MPa，含灰量0.2mg/m3。
实施例3
一种加压粉煤气化合成气除尘方法，除尘过程采用的除尘设备与实施例1除尘设备的不同之处在于：筛板11共10层，间距1000mm；每间隔1层筛板11设置一组喷淋器12；漩涡形盘状布水管22上均布20个离心雾化喷头23；除尘步骤同实施例2。
本实施例合成气进口温度210～230℃、流速10～11m/s、压力3.9～4.0MPa，合成气中含灰量13g/m3。
经检测出塔合成气温度100℃，流速9～10m/s、压力3.6～3.8MPa，含灰量为2 mg/m3。
实施例4
一种加压粉煤气化合成气除尘方法，除尘过程采用的除尘设备与实施例1除尘设备的不同之处在于：筛板11共10层，间距1000mm；每间隔1层筛板11设置一组喷淋器12；漩涡形盘状布水管22上均布6个离心雾化喷头23；除尘步骤同实施例2。
本实施例合成气进口温度210～230℃、流速10～11m/s、压力3.9～4.0MPa，合成气中含灰量13g/m3。
经检测出塔合成气温度120℃，流速9～10m/s、压力3.5～3.8MPa，含灰量为6 mg/m3。
Claims (6)
1.一种加压粉煤气化合成气除尘设备，包括塔体（5），塔体（5）底部设有沉灰槽（2），沉灰槽（2）上方由下到上依次设有旋流除尘装置、喷淋洗涤装置和丝网过滤装置，塔体（5）下部旁侧开孔垂直焊接合成气进口管（7），塔体（5）顶部中心部位开孔焊接合成气出口管（20），其特征在于：
所述旋流除尘装置在塔体（5）中央设有中心管（6），塔体（5）与中心管（6）之间水平安装折流板（8），塔体（5）和中心管（6）之间的环形空间设置螺旋格栅板（21），折流板（8）位于螺旋格栅板（21）上方；所述螺旋格栅板（21）为不锈钢高密型钢格板，螺距为塔体（5）内径的0.2～0.3倍，格栅板厚4mm，格栅间距20～30mm；所述中心管（6）的上端出口处设有气体分布器（9）；
所述喷淋洗涤装置，在塔体（5）内设有筛板（11）和喷淋器（12），喷淋器（12）位于筛板（11）上方，喷淋器（12）包括漩涡形盘状布水管（22），漩涡形盘状布水管（22）上均布离心雾化喷头（23）；
所述丝网过滤装置包括三维立体蜂窝状结构的丝网层（16）；所述的丝网层（16）材质为不锈钢，厚度为500mm，蜂窝状结构孔径为0.05mm；
所述合成气进口管（7）位于折流板（8）的下方，直径800mm。
2.根据权利要求1所述的除尘设备，其特征在于：所述喷淋洗涤装置中，每间隔1～2层筛板（11）设置一组喷淋器（12）；所述漩涡形盘状布水管（22）的一端连接进水管（13），另一端设有堵头，所述离心雾化喷头（23）为6～20个。
3.根据权利要求1所述的除尘设备，其特征在于：所述筛板（11）材质为不锈钢板，厚度12mm，10～20层，间距为500～1000mm，筛板上均布φ10mm圆孔，圆孔中心距20mm，筛板（11）用10#槽钢制成的筛板支架（10）支撑。
4.根据权利要求1所述的除尘设备，其特征在于：所述沉灰槽（2）上边缘与塔体（5）密封连接，沉灰槽（2）上部旁侧设有溢流管（4），沉灰槽（2）底部连接有灰水排出管（1），溢流管（4）和灰水排出管（1）出口端穿过塔体（5）位于塔壁外侧；
所述折流板（8）为圆环形，连接于塔体（5）与中心管（6）之间的环形空间，折流板（8）上均布φ10mm圆孔，圆孔中心距100mm；
所述中心管（6）直径为1m，长度为塔体（5）内径的1.5倍；
所述的丝网层（16）由下面的丝网支撑筛板（14）和支架（15）支撑，上面由丝网层上盖筛板（18）和可拆卸压架（19）固定。
5.一种加压粉煤气化合成气除尘方法，除尘过程在如权利要求1所述的加压粉煤气化合成气除尘设备中进行，依次经过旋流除尘、喷淋洗涤和丝网过滤，其特征在于：包括以下步骤：
1）旋流除尘：来自加压粉煤气化炉的合成气从进口管（7）沿切线方向进入塔体（5）与中心管（6）之间的环形空间形成旋流，合成气经进口管（7）上方的折流板（8）的阻挡，沿环形空间穿过螺旋格栅板（21）向下旋转流动，分离出固体颗粒；
2）喷淋洗涤：旋流除尘后的合成气进入中心管（6）底端入口，并沿中心管（6）向上流动，在中心管（6）的上端出口处流经气体分布器（9），合成气均匀分布于塔体（5）内部空间并减速向上流动，穿过筛板（11），与筛板（11）上方的喷淋器（12）喷洒的喷淋水逆流接触，分离出固体颗粒；
3）丝网过滤：经喷淋洗涤后的合成气沿塔体（5）向上流动穿过丝网层（16）至塔体顶部，丝网层（16）吸附过滤合成气中夹带的固体颗粒，除尘后的合成气从塔顶的合成气出口管（20）排出，进入变换工序；
所述的除尘方法，可除去合成气中粒度为2～100μm的固体颗粒，合成气中含灰量降低至0.2mg/m3。
6.根据权利要求5所述的除尘方法，其特征在于：步骤1），所述的旋流过程中，分离出的固体颗粒被甩至塔体（5）的内壁上，然后由上方喷淋器（12）喷淋的水冲刷至塔底的沉灰槽（2）中；
步骤2），所述的喷淋水携带从合成气中分离出的固体颗粒向下流动，经过塔体（5）和中心管（6）之间的环形空间并冲刷螺旋格栅板（21）和塔体（5）内壁上的固体颗粒，一并落入塔底的沉灰槽（2）中，沉灰槽（2）上部的澄清水从溢流管（4）排出塔体，循环使用，沉灰槽（2）槽底的灰水悬浮液从灰水排出管（1）排出。
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