CN106147873B - 梯级模块化气流床煤气制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种梯级模块化气流床煤气制备系统，包括：依序连通的给煤单元、气化单元、收集单元、热处理单元，收集单元包括第一煤气出口；热处理单元包括依序连通的蒸汽过热器、蒸发器和省煤器；收集单元通过第一煤气出口与蒸汽过热器的煤气入口连通；还包括第一汽包，省煤器的出水口与第一汽包的入水口连通，第一汽包的出水口与蒸发器的入水口连通，蒸发器的出汽口与第一汽包的入汽口连通，第一汽包的出汽口与蒸汽过热器的入汽口连通。本发明适用于中低压气流床煤气制备系统，由于换热结构采用管壳式换热结构，既不会使冷却水受到污染，还能够对余热进行梯级回收利用。

Description

梯级模块化气流床煤气制备系统

技术领域

本发明涉及一种梯级模块化气流床煤气制备系统，属于煤气化技术领域。

背景技术

随着我国现代化水平持续提高，人们对能源的需求量也越来越大，而我国是一个富煤贫油贫气的国家。因此，如何清洁高效利用煤成为我国能源与环境保护领域的重大技术课题，也是我国国民经济和社会可持续发展的关键技术之一。

煤气化是指将煤通过输送设备投入到反应室中，在一定温度及压力条件下，煤中的有机质与气化剂(如蒸汽、氧气)等发生一系列的化学反应，将固体煤转化为含有CO、H₂等可燃气体和CO₂、N₂等非可燃气体的过程。

现有的气流床气化技术反应室压力在3MPa到6MPa之间、反应温度在1300到1700摄氏度之间，但对于一些工业燃料气用户，只需要压力在1MPa以内的冷煤气，因此需要对生成的煤气进行降温降压处理。现有的煤气冷却主要以激冷方式为主，如申请号为CN200910021344.X中讲述了以多级激冷的方式来对合成气进行降温。此方法由于采用水进行激冷，水与灰渣产生直接接触会造成大量洁净水被污染，即使后续增加水净化系统也会造成设备成本和运营成本大大增加。同时，3Mpa到6Mpa的气化压力会造成给料时输送压力过大，而合成气到用户的中间管路又需要增加减压装置来适应用户的需求。

发明内容

本发明提供一种梯级模块化气流床煤气制备系统，该系统适用于中低压反应并且采用管壳式换热结构，既不会使冷却水受到污染，还能够对余热进行梯级回收利用。

本发明提供一种梯级模块化气流床煤气制备系统，包括：依序连通的给煤单元、气化单元、收集单元、热处理单元，其中，所述收集单元包括至少一个第一煤气出口；

所述热处理单元包括蒸汽过热器、蒸发器和省煤器，所述省煤器上设置有第一净化水入口和第二煤气出口，所述蒸汽过热器上设置有第一蒸汽出口；

所述收集单元通过所述第一煤气出口与所述蒸汽过热器的煤气入口连通，所述蒸汽过热器的煤气出口与所述蒸发器的煤气入口连通，所述蒸发器的煤气出口与所述省煤器的煤气入口连通；

还包括第一汽包，所述省煤器的出水口与所述第一汽包的入水口连通，所述第一汽包的出水口与所述蒸发器的入水口连通，所述蒸发器的出汽口与所述第一汽包的入汽口连通，所述第一汽包的出汽口与所述蒸汽过热器的入汽口连通。

在一实施方式中，所述收集单元包括辐射换热室、水冷渣池和辐射换热室外壳，所述辐射换热室和水冷渣池连通，所述辐射换热室外壳套设在所述辐射换热室和水冷渣池外部；

所述辐射换热室与所述气化单元连通，所述辐射换热室外部设置有第一水冷壁，所述第一水冷壁设置有第一水冷入口和第一水冷出口，所述第一煤气出口穿设于所述辐射换热室外壳；

所述水冷渣池下部设置有出渣口。

在一实施方式中，还包括第二汽包，所述第二汽包上设置有第二净化水入口和第二蒸汽出口；

所述第二汽包的出水口与所述第一水冷入口连通，所述第二汽包的入汽口与所述第一水冷出口连通。

在一实施方式中，所述气化单元包括气化腔，所述气化腔外部设置有第二水冷壁，所述第二水冷壁设置有第二水冷入口和第二水冷出口。

在一实施方式中，还包括第三汽包，所述第三汽包上设置有第三净化水入口和第三蒸汽出口；

所述第三汽包的出水口与所述第二水冷入口连通，所述第三汽包的入汽口与所述第二水冷出口连通。

在一实施方式中，所述气化腔的长度与直径比为1.5～4。

在一实施方式中，所述给煤单元通过至少三条给煤管道与所述气化单元连通。

在一实施方式中，所述气化单元的上部设置有与所述给煤管道数量相同的煤粉烧嘴。

在一实施方式中，所述粉煤烧嘴均匀分布在所述气化单元的上部，所述每个粉煤烧嘴与所述气化单元的轴线呈10～60°并且所述每个粉煤烧嘴的轴线彼此相交于一点。

在一实施方式中，所述给煤单元采用连续输送泵或者气力输送方式向所述气化单元输送煤粉。

本发明的实施，至少具备以下优势：

1、煤气制备系统采用中低压方案进行设计，作为气力输送的气源制备系统要求大大减小，反应生成的煤气可以直接被用户使用而不再需要减压设备。

2、采用管壳式换热结构进行换热，冷却水不会和煤气直接接触，避免了废水的产生，因此可实现工厂零排放。

3、采用梯级模块化余热利用方式有效地利用了煤气中的显热，在对煤气降温的同时产生大量的蒸汽可供用户使用。

附图说明

图1为本发明梯级模块化气流床煤气制备系统的结构示意图。

附图标记说明：

1：给煤单元； 11：给煤管道；

2：气化单元； 21：气化腔；

22：第二水冷壁； 23：第二水冷入口；

24：第二水冷出口； 25：气化腔外壳；

26：煤粉烧嘴； 3：收集单元；

31：第一煤气出口； 32：辐射换热室；

33：水冷渣池； 34：辐射换热室外壳；

35：第一水冷壁； 36：第一水冷入口；

37：第一水冷出口； 38：出渣口；

4：蒸汽过热器； 41：第一蒸汽出口；

42：蒸汽过热器的煤气入口； 43：蒸汽过热器的煤气出口；

44：蒸汽过热器的入汽口； 5：蒸发器；

51：蒸发器的煤气入口； 52：蒸发器的煤气出口；

53：蒸发器的入水口； 54：蒸发器的出汽口；

6：省煤器； 61：第一净化水入口；

62：第二煤气出口； 63：省煤器的煤气入口；

64：省煤器的出水口； 7：第一汽包；

71：第一汽包的入水口； 72：第一汽包的出水口；

73：第一汽包的入汽口； 74：第一汽包的出汽口；

8：第二汽包； 81：第二净化水入口；

82：第二蒸汽出口； 83：第二汽包的出水口；

84：第二汽包的入汽口； 9：第三汽包；

91：第三净化水入口； 92：第三蒸汽出口；

93：第三汽包的出水口； 94：第三汽包的入汽口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明梯级模块化气流床煤气制备系统的结构示意图，请参考图1，本发明的梯级模块化气流床煤气制备系统包括依序连通的给煤单元1、气化单元2、收集单元3、热处理单元，其中，收集单元3包括至少一个第一煤气出口31；热处理单元包括蒸汽过热器4、蒸发器5和省煤器6；省煤器6上设置有第一净化水入口61和第二煤气出口62，蒸汽过热器4上设置有第一蒸汽出口41；收集单元3通过第一煤气出口31与蒸汽过热器4的煤气入口42连通，蒸汽过热器4的煤气出口43与蒸发器5的煤气入口51连通，蒸发器5的煤气出口52与省煤器6的煤气入口63连通；还包括第一汽包7，省煤器6的出水口64与第一汽包7的入水口71连通，第一汽包7的出水口72与蒸发器5的入水口53连通，蒸发器5的出汽口54与第一汽包7的入汽口73连通，第一汽包7的出汽口74与蒸汽过热器4的入汽口44连通。

具体地，给煤单元1与气化单元2连通，气化单元2与收集单元3连通，收集单元3与热处理单元连通。给煤单元1用于接收煤粉并向气化单元2输送煤粉，气化单元2用于为煤粉和气化剂的反应提供场所使生成煤气，收集单元3用于接收煤气与反应废渣，热处理单元用于通过第一煤气出口31接收煤气并且对煤气进行冷却，同时对余热进行回收处理。

本发明的热处理单元具体包括依序连通的蒸汽过热器4、蒸发器5以及省煤器6，煤气通过第一煤气出口31进入蒸汽过热器4的煤气入口42，然后通过蒸汽过热器4的煤气出口43从蒸汽过热器4输出，再由蒸发器5的煤气入口51进入蒸发器5，然后由蒸发器5的煤气出口52输出，再通过省煤器6的煤气入口63进行省煤器6，最后通过第二煤气出口62从省煤器6中输出至使用或者储存煤气的下游单元。在具体设置时，可以根据现场的实际场地以及布置情况，将蒸汽过热器4、蒸发器5以及省煤器6整合入一个设备内。

同时，在上述煤气依次通过蒸汽过热器4、蒸发器5以及省煤器6的过程中，用于冷却煤气的净化水也从省煤器6的第一净化水入口61开始进入系统中，具体地，净化水由第一净化水入口61进入省煤器6的外壁后，净化水会与省煤器6中的煤气间接接触，净化水吸收煤气中的热量变成饱和水状态并且依次由省煤器6的出水口64、第一汽包7的入水口71进入第一汽包7中，此时，第一汽包7中的水会通过第一汽包7的出水口72、蒸发器5的入水口53进入蒸发器5的外壁中，蒸发器5外壁的水与蒸发器5内部的煤气间接接触，吸收煤气的部分热量变成蒸汽，蒸汽再由蒸发器5的出汽口54、第一汽包7的入汽口73进入第一汽包7中；而第一汽包7中的蒸汽(来自与省煤器6与蒸发器5)会通过第一汽包7的出汽口74、蒸汽过热器4的入汽口44进入蒸汽过热器4的外壁中，蒸汽在蒸汽过热器4的外壁中与蒸汽过热器4中的煤气间接接触，吸收煤气的热量变成过热蒸汽，过热蒸汽由蒸汽过热器4的第一蒸汽出口41输出至蒸汽用户处。

在上述煤气依次通过蒸汽过热器4、蒸发器5以及省煤器6的过程中，以及净化水依次通过省煤器6、第一汽包7、蒸发器5和蒸汽过热器4的过程中，净化水与煤气间接接触，净化水逐级冷却煤气的同时也吸收了煤气的热量变成过热蒸汽，因此，本发明不仅采用逐级冷却的方式对煤气实施降温，还对煤气的热量进行了回收利用，同时，蒸汽过热器4、蒸发器5以及省煤器6的管壳设计也避免了净化水与煤气的直接接触，避免了废水的生成。另外，本发明中系统的各个单元能够在中低压的压力环境中正常运行，因此能够满足需要中低压煤气产物的企业用户的需求。

进一步地，收集单元3包括辐射换热室32、水冷渣池33和辐射换热室外壳34，辐射换热室32和水冷渣池33连通，辐射换热室外壳34套设在辐射换热室32和水冷渣池33外部；辐射换热室32与气化单元2连通，辐射换热室32外部设置有第一水冷壁35，第一水冷壁35设置有第一水冷入口36和第一水冷出口37，第一煤气出口31穿设于辐射换热室外壳34；水冷渣池33下部设置有出渣口38。

当气化单元2中的煤粉反应完全后，生成的煤气和废渣会从气化单元2进入收集单元3中。具体地，在重力和气化单元2的煤气惯性力作用下，煤气和废渣会沿着辐射换热室32先向下进入水冷渣池33中，废渣在水冷渣池33中快速降温后经过出渣口38排出系统外部，而煤气中的重量较大的粉尘由于在惯性力的作用下也会被水冷渣池33中的水捕集通过出渣口38排出，另一部分重量较小的粉尘则随煤气进入下游，通过下游的粉尘处理装置进行处理。在收集单元3中，煤气先后经过两次冷却处理，第一次是在进入水冷渣池33的过程中被辐射换热室32外的第一水冷壁35冷却，第二次是在环形腔室中再次被射换热室32外的第一水冷壁25冷却，所不同的是，第一次是在第一水冷壁35的内侧被冷却，第二次是在第一水冷壁35的外侧被冷却。

因此，在煤气未进入热处理单元时，上述装置已经使煤气中的部分热量被冷却水吸收而降温。

为了能够使煤气在收集单元3中被吸收的这部分热量不被浪费，在一实施方式中，本系统还可以包括第二汽包8，第二汽包8上设置有第二净化水入口81和第二蒸汽出口82；第二汽包8的出水口83与第一水冷入口36连通，第二汽包8的入汽口84与第一水冷出口37连通。

第一水冷壁35的水具体为从第二净化水入口81进入的第二汽包8的净化水，当净化水从第二汽包8的出水口83进入第一水冷入口36后，净化水会和在收集单元3中的煤气发生热交换，吸收了热量的净化水会变成蒸汽从第一水冷出口37进入第二汽包8的入汽口84，最后蒸汽会从第二蒸汽出口82输出第二汽包8至蒸汽用户。上述第二汽包8的设置在不影响煤气降温的前提下，还有效地对煤气中的热量进行了回收利用。

进一步地，气化单元2包括气化腔21，气化腔21外部设置有第二水冷壁22，第二水冷壁22设置有第二水冷入口23和第二水冷出口24。该第二水冷壁22也能够对生成物煤气进行降温。可以想到的是，气化单元2除了气化腔21外，还包括设置在气化腔21外部的气化腔外壳25，第二水冷壁22紧贴设置在气化腔21的外壁并且处于气化腔21与气化腔外壳25之间。本发明不限制气化腔21的具体形状，优选的可以选用圆形水冷壁式反应器，并且为了保证煤粉在气化腔21内的转化率，可以将气化腔21的长度与直径比限定为1.5-4。

同样的，为了能够有效利用第二水冷壁22中水所吸收的气化单元2中的热量，本发明的系统还可以包括第三汽包9，第三汽包9上设置有第三净化水入口91和第三蒸汽出口92；第三汽包9的出水口93与第二水冷入口23连通，第三汽包9的入汽口94与第二水冷出口24连通。第二水冷壁22的水为从第三净化水入口91进入的第三汽包9的净化水，当净化水从第三汽包9的出水口93进入第二水冷入口23后，净化水会和在气化单元2中的煤气发生热交换，吸收了热量的净化水会变成蒸汽从第二水冷出口24进入第三汽包9的入汽口94，最后蒸汽会从第三蒸汽出口92输出第三汽包9至蒸汽用户。上述第三汽包9的设置有效地对煤气中的热量进行了回收利用。

在本系统中，给煤单元1可以采用气力输送方式或者连续输送泵方式向气化单元2输送煤粉，一般的，气力输送方式适用的压力范围为100KPa-2.5MPa，连续输送泵使用的压力范围为常压-100Kpa，因此，具体的输送方式可以根据具体的系统制备压力来选择。同时，为了有利于负荷的分配以及减少给煤单元1的故障率，给煤单元1与气化单元2之间的给煤管道11至少为三条，这样，即使其中一条给煤管道发生故障，也不会造成系统给煤失败而停车。

具体地，给煤管道11的另一端与在气化单元2上部设置的煤粉烧嘴26连通，当给煤单元1通过煤管道11将煤粉输入至气化单元2时，煤粉首先进入煤粉烧嘴26然后通过煤粉烧嘴26向气化单元2的气化腔21中喷射煤粉，因此，煤粉烧嘴26的个数与给煤管道11的个数相同。其中，多个粉煤烧嘴26均匀分布在气化单元2的上部，每个粉煤烧嘴26与气化单元2的轴线呈10-60°并且每个粉煤烧嘴26的轴线彼此相交于一点。本发明中给煤管道11与煤粉烧嘴26的设置能够均匀的分配断面热负荷，从而在相同容积的气化腔21内能够大大增加给煤量。

本发明的梯级模块化气流床煤气制备系统能够适用于中低压气化方案，采用梯级模块化方式对余热进行回收利用，并且采用管壳式换热结构，冷却水与煤气不发生直接接触，有力的控制了废水处理成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种梯级模块化气流床煤气制备系统，其特征在于，包括：依序连通的给煤单元、气化单元、收集单元、热处理单元，其中，所述收集单元包括至少一个第一煤气出口；

所述热处理单元包括蒸汽过热器、蒸发器和省煤器，所述省煤器上设置有第一净化水入口和第二煤气出口，所述蒸汽过热器上设置有第一蒸汽出口；

所述收集单元通过所述第一煤气出口与所述蒸汽过热器的煤气入口连通，所述蒸汽过热器的煤气出口与所述蒸发器的煤气入口连通，所述蒸发器的煤气出口与所述省煤器的煤气入口连通；

还包括第一汽包，所述省煤器的出水口与所述第一汽包的入水口连通，所述第一汽包的出水口与所述蒸发器的入水口连通，所述蒸发器的出汽口与所述第一汽包的入汽口连通，所述第一汽包的出汽口与所述蒸汽过热器的入汽口连通；

所述收集单元包括辐射换热室、水冷渣池和辐射换热室外壳，所述辐射换热室和水冷渣池连通，所述辐射换热室外壳套设在所述辐射换热室和水冷渣池外部；

所述辐射换热室与所述气化单元连通，所述辐射换热室外部设置有第一水冷壁，所述第一水冷壁设置有第一水冷入口和第一水冷出口，所述第一煤气出口穿设于所述辐射换热室外壳；

所述水冷渣池下部设置有出渣口；

所述气化腔的长度与直径比为1.5～4；

所述给煤单元通过至少三条给煤管道与所述气化单元连通；

所述气化单元的上部设置有与所述给煤管道数量相同的煤粉烧嘴；

所述粉煤烧嘴均匀分布在所述气化单元的上部，每个所述粉煤烧嘴与所述气化单元的轴线呈10～60°并且每个所述粉煤烧嘴的轴线彼此相交于一点。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第二汽包，所述第二汽包上设置有第二净化水入口和第二蒸汽出口；

所述第二汽包的出水口与所述第一水冷入口连通，所述第二汽包的入汽口与所述第一水冷出口连通。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气化单元包括气化腔，所述气化腔外部设置有第二水冷壁，所述第二水冷壁设置有第二水冷入口和第二水冷出口。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括第三汽包，所述第三汽包上设置有第三净化水入口和第三蒸汽出口；

所述第三汽包的出水口与所述第二水冷入口连通，所述第三汽包的入汽口与所述第二水冷出口连通。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述给煤单元采用连续输送泵或者气力输送方式向所述气化单元输送煤粉。

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