CN106946394A - 一种高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，所述处理系统将来自气化工段的灰/黑水经高压闪蒸、低压闪蒸、真空闪蒸等三级闪蒸处理，并通过热水塔进行直接换热。根据本发明的煤气化黑水和灰水处理系统，通过增加一台直接换热设备，减少了间接换热设备，提高了热量回收效率，提高了能量利用率；同时还从整体上简化了设备数量和工作流程，从而减少了设备堵塞的风险，大大减小了设备检修工作量。本发明还提供了一种高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理方法。
Description
技术领域
本发明涉及煤气化设备技术领域，具体涉及一种高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统及方法。
背景技术
煤的高效与清洁利用一直是我国环保和能源领域中的重大技术难题，也是影响我国一次能源比例结构的关键技术之一。煤气化是目前我国煤炭的主要用途之一，是将一次能源转化为较为洁净的二次能源的主要途径。目前流行的煤气化技术以气流床煤气化为主，气流床技术根据进料条件的不同分为两类：水煤浆气化和干粉气化。无论水煤浆气化还是干粉气化，出气化工段的黑水中均含有一定的细灰(干粉气化更为严重)，目前这两种工艺均各自配有灰/黑水处理系统，虽然都能做到长周期稳定运行，但是仍存在一些问题需要进一步解决。水煤浆气化工艺中，气化黑水的热量没有得到充分回收利用就是一个典型的例子。
水煤浆气化工艺是国内合成氨、甲醇、乙二醇等化学产品的主要技术之一，其灰水处理流程如图1所示。气化工段产生的高温高压黑水进入高压闪蒸罐(101)，高压闪蒸罐(101)的气相出口连接至灰水加热器(109)，高闪气与来自高压灰水泵(108)的灰水换热之后，进入高闪冷凝器(110)，经过冷却之后进入高闪分离罐(126)，高闪分离罐(126)气相出口与火炬连接，高闪分离罐(126)液相出口连接至除氧器(107)；高压闪蒸罐(101)下部的液体进入低压闪蒸罐(102)，低压闪蒸罐(102)的气相进入除氧器(107)，低压闪蒸罐(102)的液相进入真空闪蒸罐(103)；真空闪蒸罐(103)的液相进入沉降槽(104)，在沉降槽(104)中，细灰在重力和药剂的作用下沉降，浓缩的黑水由过滤机给料泵(118)送至真空过滤机(119)，真空过滤机(119)由过滤机真空泵(123)提供真空，真空过滤机(119)的细灰送至界区外，真空过滤机(119)的滤液收集到滤液槽(121)，后由滤液泵(122)送回沉降槽(104)；出真空闪蒸罐(103)顶部的气体在真闪冷凝器(111)中冷却，冷却后的液相进入灰水槽(105)，气相进入闪蒸真空泵(112)，之后再由闪蒸真空泵分离罐(113)分离，气相放空，液相流至灰水槽(105)；沉降槽(104)上部的液体进入灰水槽(105)，由低压灰水泵(106)送至各工段及除氧器(107)，在除氧器(107)中，低压灰水、原水、变换冷凝液、低压蒸汽、出低压闪蒸罐(102)气体及出高压闪蒸分离罐(126)的液体接触换热，排出除氧器(107)的气相经放空气冷却器(114)和放空气分离罐(115)冷却分离后放空至火炬，出除氧器(107)的液相与分散剂泵(125)送来的分散剂一同由经高压灰水泵(108)送至灰水加热器(109)，高压灰水与出高压闪蒸罐(101)的气体在灰水加热器(109)中间接换热后，送至气化工段。
该灰/黑水处理工艺有以下缺点：
以上流程中高压闪蒸罐(101)产生的闪蒸气与高压灰水间接换热，存在局限性，热效率较低，高闪气出灰水加热器(109)之后还需高闪冷凝器(110)进一步冷却，需要消耗大量循环水，造成能量浪费。
出高压闪蒸罐(101)的闪蒸气中夹带较多细灰，容易造成灰水加热器堵塞，增加了检修工作量。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的不足，提供一种高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统及方法，该系统及方法通过对现有工艺进行改进，能够有效解决现有工艺中存在的能量利用率低、检修工作量大等问题。
为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，所述处理系统包括高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、真空闪蒸罐、沉降槽、灰水槽、低压灰水泵、除氧器、除氧水泵、热水塔、高压灰水泵、真空闪蒸冷凝器、闪蒸真空泵、闪蒸真空泵分离罐、放空气冷却器、放空气分离罐、絮凝剂配制槽、絮凝剂泵、过滤机给料泵、真空过滤机、过滤机气液分离罐、滤液槽、滤液泵、过滤机真空泵、分散剂配制槽、分散剂泵。其中，所述高压闪蒸罐的气相出口端与热水塔气相进口端连接，所述高压闪蒸罐的液相出口端与所述低压闪蒸罐的进口端连接；所述低压闪蒸罐的气相出口端与低压蒸汽管线连接至除氧器气相进口端，所述低压闪蒸罐的液相出口端与真空闪蒸罐的进口端连接；所述真空闪蒸罐的气相出口端与真空闪蒸冷凝器的进口端连接，所述真空闪蒸罐的液相出口端与絮凝剂管线连接至沉降槽进口端；所述真空闪蒸冷凝器的气相出口端与闪蒸真空泵气相进口端连接，所述真空闪蒸冷凝器的液相出口端连接至灰水槽的进口端；所述闪蒸真空泵的出口端与闪蒸真空泵分离罐的进口端连接，所述闪蒸真空泵分离罐的液相出口端连接至灰水槽的进口端；所述沉降槽的底部出口端连接至过滤机给料泵的进口端，所述过滤机给料泵的出口端与真空过滤机进口端连接；所述真空过滤机的出口端与过滤机气液分离罐连接，所述过滤机气液分离罐的气相出口端连接至过滤机真空泵的进口端，所述过滤机气液分离罐的液相出口端连接至滤液槽的进口端；所述滤液槽的出口端与滤液泵进口端连接，所述滤液泵的出口端连接至沉降槽的进口端；所述沉降槽的上部出口端与灰水槽的进口端连接，所述灰水槽的出口端与分散剂管线连接至低压灰水泵的进口端；所述低压灰水泵的出口端与除氧器的进口端连接，所述除氧器的气相端出口与放空气冷却器的进口端连接，所述放空气冷却器的出口端连接至放空气分离罐进口端，所述放空气分离罐液相出口端连接至灰水槽的进口端；所述除氧器的液相出口端与除氧水泵的进口端连接，所述除氧水泵的出口端连接至热水塔的进口端；所述热水塔的液相出口端与高压灰水泵的进口端连接。
进一步地，原水管线及变换冷凝液管线与热水塔的进口端连接。
进一步地，所述高压灰水泵的出口端连接至气化工段，所述低压灰水泵的出口端分别与磨煤工段、气化工段、污水处理工段及除氧器进口端连接。
进一步地，所述絮凝剂配制槽中的絮凝剂与分散剂配制槽中的分散剂均来自气化界区外。
进一步地，所述低压闪蒸罐下部的液体以及来自气化渣池的渣水送入所述真空闪蒸罐的进口端。
进一步地，所述热水塔的气相出口端连接至硫回收工段；所述真空过滤机的细灰出口端连接至气化界区外。
进一步地，所述过滤机真空泵的气相出口端连接至大气；所述闪蒸真空泵分离罐的气相出口端连接至大气。
进一步地，排出除氧器的气相经放空气冷却器和放空气分离罐冷却分离后放空至火炬。
本发明的另一个方面提供了一种高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理方法，所述方法包括下列步骤：
1)多级闪蒸
来自气化工段的气化黑水依次进入高压闪蒸罐、低压闪蒸罐以及真空闪蒸罐进行闪蒸处理；高压闪蒸罐的气相进入热水塔与除氧水、原水及变换冷凝液直接接触换热，进行热量回收；低压闪蒸罐的气相进入除氧器与低压灰水换热，进行热量回收；真空闪蒸罐的气相经真空闪蒸冷凝器冷却后排放，
2)黑水沉降及过滤
来自步骤1)的经闪蒸浓缩后的气化黑水中的细灰颗粒在沉降槽中经絮凝剂和重力作用下沉降，经过滤机给料泵打压送至真空过滤机过滤出细灰，滤液回流至沉降槽，
3)灰水处理及排放
沉降槽上部的灰水流至灰水槽，经低压灰水泵打压后分别送至磨煤工段、气化工段、污水处理工段及除氧器；灰水在除氧器中除氧和加热后，由除氧水泵打至热水塔进一步回收高压闪蒸罐气相中的热量；出热水塔的灰水经高压灰水泵打压后送至气化工段。
进一步地，步骤1)中出高压闪蒸罐和低压闪蒸罐的气相中的热量被原水、变换冷凝液及步骤3)中的灰水回收利用，从而提高了进入气化工段的高压灰水的温度。
本发明方法具有如下优点：
根据本发明的高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，通过增加一台直接换热设备，减少了间接换热设备，提高了热量回收效率，提高了能量利用率；同时还从整体上简化了设备数量和工作流程，从而减少了设备堵塞的风险，大大减小了设备检修工作量。
附图说明
图1是现有技术的煤气化黑/灰水处理工艺流程图。
图2是本发明一个实施方案的煤气化黑/灰水处理工艺流程图。
其中附图标记为：
图1中：高压闪蒸罐-101、低压闪蒸罐-102、真空闪蒸罐-103、沉降槽-104、灰水槽-105、低压灰水泵-106、除氧器-107、高压灰水泵-108、灰水加热器-109、高闪冷凝器-110、真空闪蒸冷凝器-111、闪蒸真空泵-112、闪蒸真空泵分离罐-113、放空气冷却器-114、放空气分离罐-115、絮凝剂配制槽-116、絮凝剂泵-117、过滤机给料泵-118、真空过滤机-119、过滤机气液分离罐-120、滤液槽-121、滤液泵-122、过滤机真空泵-123、分散剂配制槽-124、分散剂泵-125、高闪分离罐-126。
图2中：高压闪蒸罐-201、低压闪蒸罐-202、真空闪蒸罐-203、沉降槽-204、灰水槽-205、低压灰水泵-206、除氧器-207、除氧水泵-208、热水塔-209、高压灰水泵-210、真空闪蒸冷凝器-211、闪蒸真空泵-212、闪蒸真空泵分离罐-213、放空气冷却器-214、放空气分离罐-215、絮凝剂配制槽-216、絮凝剂泵-217、过滤机给料泵-218、真空过滤机-219、过滤机气液分离罐-220、滤液槽-221、滤液泵-222、过滤机真空泵-223、分散剂配制槽-224、分散剂泵-225。
具体实施方式
下面通过具体实施方式并结合附图来进一步说明本发明的技术方案和技术效果。应理解，以下实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参考图2，显示了本发明一个实施方案的煤气化黑水和灰水处理系统以及工艺流程。所述系统包括高压闪蒸罐(201)、低压闪蒸罐(202)、真空闪蒸罐(203)、沉降槽(204)、灰水槽(205)、低压灰水泵(206)、除氧器(207)、除氧水泵(208)、热水塔(209)、高压灰水泵(210)、真空闪蒸冷凝器(211)、闪蒸真空泵(212)、闪蒸真空泵分离罐(213)、放空气冷却器(214)、放空气分离罐(215)、絮凝剂配制槽(216)、絮凝剂泵(217)、过滤机给料泵(218)、真空过滤机(219)、过滤机气液分离罐(220)、滤液槽(221)、滤液泵(222)、过滤机真空泵(223)、分散剂配制槽(224)、分散剂泵(225)。
其中，所述高压闪蒸罐(201)的气相出口端与热水塔(209)气相进口端连接，高压闪蒸罐(201)的液相出口端与低压闪蒸罐(202)的进口端连接；低压闪蒸罐的(202)气相出口端与低压蒸汽管线连接至除氧器(207)气相进口端，低压闪蒸罐(202)的液相出口端与真空闪蒸罐(203)的进口端连接；真空闪蒸罐(203)的气相出口端与真空闪蒸冷凝器(211)的进口端连接，真空闪蒸罐(203)的液相出口端与絮凝剂管线连接至沉降槽(204)进口端；真空闪蒸冷凝器(211)的气相出口端与闪蒸真空泵(212)气相进口端连接，真空闪蒸冷凝器(211)的液相出口端连接至灰水槽(205)的进口端；闪蒸真空泵(212)的出口端与闪蒸真空泵分离罐(213)的进口端连接，闪蒸真空泵分离罐(213)的液相出口端连接至灰水槽(205)的进口端；沉降槽(204)的底部出口端连接至过滤机给料泵(218)的进口端，过滤机给料泵(218)的出口端与真空过滤机(219)进口端连接；真空过滤机(219)的出口端与过滤机气液分离罐(220)连接，过滤机气液分离罐(220)的气相出口端连接至过滤机真空泵(223)的进口端，过滤机气液分离罐(220)的液相出口端连接至滤液槽(221)的进口端；滤液槽(221)的出口端与滤液泵(222)的进口端连接，滤液泵(222)的出口端连接至沉降槽(204)的进口端；沉降槽(204)的上部出口端与灰水槽(205)的进口端连接，灰水槽(205)的出口端与分散剂管线连接至低压灰水泵(206)的进口端；低压灰水泵(206)的出口端与除氧器(207)的进口端连接，除氧器(207)的气相端出口与放空气冷却器(214)的进口端连接，放空气冷却器(214)的出口端连接至放空气分离罐(215)进口端，放空气分离罐(215)液相出口端连接至灰水槽(205)的进口端；除氧器(207)的液相出口端与除氧水泵(208)的进口端连接，除氧水泵(208)的出口端连接至热水塔(209)的进口端；热水塔(209)的液相出口端与高压灰水泵(210)的进口端连接；原水管线及变换冷凝液管线与热水塔(209)的进口端连接；高压灰水泵(210)的出口端连接至气化工段，低压灰水泵(206)的出口端分别与磨煤工段、气化工段、污水处理工段及除氧器(207)进口端连接；热水塔(209)的气相出口端连接至硫回收工段；真空过滤机(219)的细灰出口端连接至气化界区外；过滤机真空泵(223)的气相出口端连接至大气；闪蒸真空泵分离罐(213)的气相出口端连接至大气；絮凝剂配制槽(216)中的絮凝剂与分散剂配制槽(224)中的分散剂均来自气化界区外；真空闪蒸罐(203)的进口端有低压闪蒸罐(202)下部的液体以及来自气化渣池的渣水。出除氧器(207)的气相经放空气冷却器(214)和放空气分离罐(215)冷却分离后放空至火炬。
该实施例中煤气化黑水和灰水处理的工艺流程包括：
1)多级闪蒸
来自气化工段的气化黑水依次进入高压闪蒸罐(201)、低压闪蒸罐(202)以及真空闪蒸罐(203)进行闪蒸处理；高压闪蒸罐(201)的气相进入热水塔(209)与除氧水、原水及变换冷凝液直接接触换热，进行热量回收；低压闪蒸罐(202)的气相进入除氧器(207)与低压灰水换热，进行热量回收；真空闪蒸罐(203)的气相经真空闪蒸冷凝器(211)冷却后排放。
2)黑水沉降及过滤
来自步骤1)的经闪蒸浓缩后的气化黑水中的细灰颗粒在沉降槽(204)中经絮凝剂和重力作用下沉降，经过滤机给料泵(218)打压送至真空过滤机(219)过滤出细灰，滤液回流至沉降槽(204)。
3)灰水处理及排放
沉降槽(204)上部的灰水流至灰水槽(205)，经低压灰水泵(206)打压后分别送至磨煤工段、气化工段、污水处理工段及除氧器(207)；灰水在除氧器(207)中除氧和加热后，由除氧水泵(208)打至热水塔(209)进一步回收高压闪蒸罐(201)气相中的热量；出热水塔(209)的灰水经高压灰水泵(210)打压后送至气化工段。
其中，步骤1)中出高压闪蒸罐(201)和低压闪蒸罐(202)的气相中的热量被原水、变换冷凝液及步骤3)中的灰水回收利用，从而提高了进入气化工段的高压灰水的温度。
本发明的煤气化黑水和灰水处理系统以及工艺流程，主要解决现有的工艺流程能量利用率低、热量损失较大的问题。以往工艺流程中普遍采用换热器设备，在换热器内出高压闪蒸罐的气体和灰水间接换热，换热效率较低，而且设备投资较大、故障率高。在本工艺流程中，首先取消了高闪冷凝器设备，减少了循环水消耗量，避免了能量浪费；然后采用热水塔替换了灰水加热器，在热水塔内，出高压闪蒸罐的气体和灰水混合接触，换热效率高，能够更好地回收灰/黑水中的热量，减少了热量损失，并且减少了设备投资。根据本发明实施例的灰/黑水处理系统和工艺流程，能量利用率高，可以减少换热器设备数量，具有使用可靠性高，检修工作量小等优点。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，所述处理系统包括高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、真空闪蒸罐、沉降槽、灰水槽、低压灰水泵、除氧器、除氧水泵、热水塔、高压灰水泵、真空闪蒸冷凝器、闪蒸真空泵、闪蒸真空泵分离罐、放空气冷却器、放空气分离罐、絮凝剂配制槽、絮凝剂泵、过滤机给料泵、真空过滤机、过滤机气液分离罐、滤液槽、滤液泵、过滤机真空泵、分散剂配制槽、分散剂泵，其特征在于，
其中，所述高压闪蒸罐的气相出口端与热水塔气相进口端连接，所述高压闪蒸罐的液相出口端与所述低压闪蒸罐的进口端连接；所述低压闪蒸罐的气相出口端与低压蒸汽管线连接至除氧器气相进口端，所述低压闪蒸罐的液相出口端与真空闪蒸罐的进口端连接；所述真空闪蒸罐的气相出口端与真空闪蒸冷凝器的进口端连接，所述真空闪蒸罐的液相出口端与絮凝剂管线连接至沉降槽进口端；所述真空闪蒸冷凝器的气相出口端与闪蒸真空泵气相进口端连接，所述真空闪蒸冷凝器的液相出口端连接至灰水槽的进口端；所述闪蒸真空泵的出口端与闪蒸真空泵分离罐的进口端连接，所述闪蒸真空泵分离罐的液相出口端连接至灰水槽的进口端；所述沉降槽的底部出口端连接至过滤机给料泵的进口端，所述过滤机给料泵的出口端与真空过滤机进口端连接；所述真空过滤机的出口端与过滤机气液分离罐连接，所述过滤机气液分离罐的气相出口端连接至过滤机真空泵的进口端，所述过滤机气液分离罐的液相出口端连接至滤液槽的进口端；所述滤液槽的出口端与滤液泵进口端连接，所述滤液泵的出口端连接至沉降槽的进口端；所述沉降槽的上部出口端与灰水槽的进口端连接，所述灰水槽的出口端与分散剂管线连接至低压灰水泵的进口端；所述低压灰水泵的出口端与除氧器的进口端连接，所述除氧器的气相端出口与放空气冷却器的进口端连接，所述放空气冷却器的出口端连接至放空气分离罐进口端，所述放空气分离罐液相出口端连接至灰水槽的进口端；所述除氧器的液相出口端与除氧水泵的进口端连接，所述除氧水泵的出口端连接至热水塔的进口端；所述热水塔的液相出口端与高压灰水泵的进口端连接。
2.如权利要求1所述的高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，其特征在于，原水管线及变换冷凝液管线与热水塔的进口端连接。
3.如权利要求2所述的高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，其特征在于，所述高压灰水泵的出口端连接至气化工段，所述低压灰水泵的出口端分别与磨煤工段、气化工段、污水处理工段及除氧器进口端连接。
4.如权利要求3所述的高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，其特征在于，所述絮凝剂配制槽中的絮凝剂与分散剂配制槽中的分散剂均来自气化界区外。
5.如权利要求4所述的高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，其特征在于，所述低压闪蒸罐下部的液体以及来自气化渣池的渣水送入所述真空闪蒸罐的进口端。
6.如权利要求5所述的高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，其特征在于，所述热水塔的气相出口端连接至硫回收工段；所述真空过滤机的细灰出口端连接至气化界区外。
7.如权利要求6所述的高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，其特征在于，所述过滤机真空泵的气相出口端连接至大气；所述闪蒸真空泵分离罐的气相出口端连接至大气。
8.如权利要求7所述的高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理系统，其特征在于，排出除氧器的气相经放空气冷却器和放空气分离罐冷却分离后放空至火炬。
9.一种高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
1)多级闪蒸
来自气化工段的气化黑水依次进入高压闪蒸罐、低压闪蒸罐以及真空闪蒸罐进行闪蒸处理；高压闪蒸罐的气相进入热水塔与除氧水、原水及变换冷凝液直接接触换热，进行热量回收；低压闪蒸罐的气相进入除氧器与低压灰水换热，进行热量回收；真空闪蒸罐的气相经真空闪蒸冷凝器冷却后排放，
2)黑水沉降及过滤
来自步骤1)的经闪蒸浓缩后的气化黑水中的细灰颗粒在沉降槽中经絮凝剂和重力作用下沉降，经过滤机给料泵打压送至真空过滤机过滤出细灰，滤液回流至沉降槽，
3)灰水处理及排放
沉降槽上部的灰水流至灰水槽，经低压灰水泵打压后分别送至磨煤工段、气化工段、污水处理工段及除氧器；灰水在除氧器中除氧和加热后，由除氧水泵打至热水塔进一步回收高压闪蒸罐气相中的热量；出热水塔的灰水经高压灰水泵打压后送至气化工段。
10.如权利要求9所述的高热量回收效率的煤气化黑水和灰水处理方法，其特征在于，步骤1)中出高压闪蒸罐和低压闪蒸罐的气相中的热量被原水、变换冷凝液及步骤3)中的灰水回收利用，从而提高了进入气化工段的高压灰水的温度。
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