CN107267220A - 一种煤气化高位热能回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤气化高位热能回收系统，包括气化炉、位于气化炉下方的辐射废锅、位于辐射废锅下方的激冷装置、与辐射废锅相连通的高温旋风分离器、与高温旋风分离器相连通的对流废锅，高温旋风分离器的下部具有出灰口，辐射废锅具有通过一内筒相隔离的内通道和围设在内通道外的环隙通道，内通道和环隙通道的底部相连通，内筒和环隙通道的外壁均采用水冷壁，辐射废锅的出气口开设在环隙通道的外壁上，辐射废锅的出气口与高温旋风分离器的进气口相连接。该高位热能回收系统可以回收高温合成气中的高位余热，大大提高能量利用效率，并分离出合成气中的固体颗粒，减少辐射废锅磨蚀情况，提高废锅使用寿命，延长装置操作周期。

Description

一种煤气化高位热能回收系统
技术领域
本发明涉及煤化工节能环保设备技术领域，具体涉及一种煤气化高位热能回收系统。
背景技术
由于我国煤多油少气贫的资源禀赋，煤炭一直是我国重要的基础能源和化工原料。 煤化工是煤炭清洁高效利用的重要途径，但具有原料复杂，反应过程高温、高压，处理流程长的特点，造成其能耗较高，虽然新型煤化工通过采用新工艺、新催化剂和节能设 备，能耗水平与传统工艺相比大幅下降，但与天然气和石油化工相比，煤化工的高能耗 已成为制约其快速发展的主要因素。
近年来，国家颁布了一系列的能源法规和相应的煤化工标准规范，对煤制油、煤制天然气、煤制烯烃等能源转化项目的单位产品能源消耗提出了准入条件。煤气化是煤化 工装置的龙头，其能耗占整个装置能耗比例最大，提高煤气化装置的能效水平，对降低 煤化工装置的能耗具有至关重要作用。
目前，煤气化装置中气化炉产生的高温合成气的冷却主要有两种，一种是水激冷降 低合成气出口温度，合成气中的高位热均进入到黑水中，能量利用效率较低；另一种是采用废锅回收合成气中的高位热量，此方法的能量利用效率较高。废锅式热量回收方式 主要有以下几种：一是壳牌煤气化技术为代表的技术，其余热回收装置中无辐射废锅段， 不能回收高位余热，合成气在气化炉顶部通过合成气激冷降低温度，再进入对流废锅段， 同时，合成气带入废锅中的颗粒含量较高，易造成废锅堵塞和磨蚀，降低其运行周期； 二是以GE废锅式气化为代表的技术，其设置有辐射废锅段，但对流废锅中易产生积灰， 影响换热效果，同时无法实现长周期稳定运行；三是两段式气化技术，在气化炉上部增 加二次粉煤或水煤浆进料，通过煤与合成气的二次反应，降低粗合成气温度，然后再用 辐射废锅回收合成气中的热量，二段进料的主要问题是，煤的碳转化率偏低，废锅段易 发生磨蚀和堵塞，影响装置长周期稳定运行。另外，为降低合成气出气化炉温度，大部 分气化技术(GE水煤浆、SE东方炉、航天炉等)均被采用。
授权公告号为CN101161792B(申请号为200710175473.5)的中国发明专利《一种煤气化制合成气过程的热量回收工艺方法》，其中公开的煤气化制合成气过程的热量回收 方法，需要先将合成气进行激冷，将合成气温度降低到灰熔点T1以下，然后再进入蒸 汽发生器回收合成气的余热，最后还要经过激冷进行除渣增湿，才能进入后续装置。该 技术造成了合成气中的高位余热的浪费，同时进入Ⅰ段对流废锅中的灰含量较高，易造 成蒸汽过热器的磨蚀、腐蚀和积灰问题。
授权公告号为CN101768474B(申请号为201010106070.7)的中国发明专利《一种气流床高温粗煤气余热回收工艺》，其中公开方案的主要特点是：气化炉出口的粗合成气 先用高温时进行激冷，部分合成气进入废锅，再与另一部分合成气混合后，经激冷除尘 后进入下游装置。该技术对合成气的高位余热有浪费，同时，冷热合成气的混合易造成 材料腐蚀，工程上较难实现，可操作性低。
授权公告号为CN204138607U(申请号为201420563103.4)的中国实用新型专利《一种煤气化余热回收系统》，公开的煤气化余热回收系统主要包括了气化炉、旋风分离器 和废热锅炉，其气化炉为激冷式气化，出气化炉的合成气经过激冷直接降温到900℃以 下，浪费高位热能。
授权公告号为CN204550484U(申请号为201520124087.3)的中国实用新型专利《一种带高温热回收装置的激冷流程气化炉》，其中公开的方案仅仅采用辐射废锅回收高位 热能，需要将900℃的高位合成气直接激冷至200℃左右，浪费能量较多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够回收高温合成器中 的高位余热、分离出合成器中的固体颗粒的煤气化高位热能回收系统。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种煤气化高位热能回收系统，包括气 化炉、高温旋风分离器和对流废锅，所述高温旋风分离器的出气口与所述对流废锅的进气口相连接，所述高温旋风分离器的下部具有出灰口，其特征在于：还包括位于所述气 化炉下方的辐射废锅以及设置在所述辐射废锅下方的激冷装置，所述辐射废锅的进气口 与所述气化炉的出气口相连通，所述辐射废锅具有通过一内筒相隔离的内通道和围设在 所述内通道外的环隙通道，所述内通道和环隙通道的底部相连通，所述内筒和环隙通道 的外壁均采用水冷壁，所述辐射废锅的出气口开设在所述环隙通道的外壁上，所述辐射 废锅的出气口与所述高温旋风分离器的进气口相连接。
优选地，所述内筒采用盘管水冷壁，所述环隙通道的外壁采用螺旋盘管水冷壁。
优选地，所述环隙通道的外壁外还围设有耐火保温层。
简单地，所述气化炉、辐射废锅均设置在一个承压壳体内，所述耐火保温层设置在所述螺旋盘管水冷壁和承压壳体之间；
所述承压壳体的下部形成有渣池，所述渣池位于所述辐射废锅的下方，所述激冷装 置设置在所述内筒的底部或者渣池的上部。
优选地，所述激冷装置包括多个激冷喷头，所述激冷喷头的喷射方向与水平面之间 的夹角为－40°～40°。
优选地，所述对流废锅包括相连通的Ⅰ段对流废锅和Ⅱ段对流废锅，所述Ⅰ段对流废锅的进气口与所述高温旋风分离器的出气口相连接。
可选择地，所述Ⅰ段对流废锅为蒸汽过热器或高压蒸汽发生器，所述Ⅱ段对流废锅包括多段废锅。
可选择地，所述高温旋风分离器的出气口与所述Ⅰ段对流废锅设置在顶部的进气口 相连接，所述Ⅰ段对流废锅设置在底部的出气口与所述Ⅱ段对流废锅设置在顶部的进气口相连接；
或者高温旋风分离器的出气口与所述Ⅰ段对流废锅设置在底部的进气口相连接，所 述Ⅰ段对流废锅设置在侧壁上的出气口与所述Ⅱ段对流废锅设置在侧壁上的进气口相连接。
可选择地，所述气化炉为水煤浆气化炉或者粉煤气化炉。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)该煤气化高位热能回收系统在气化炉底部设置有辐射废锅，并且辐射废锅内设置 有两层水冷壁，可以充分回收高温合成气的高位热量，副产高压蒸汽，克服了合成气激 冷带来的能量损失，大大提高能量利用效率。
(2)该煤气化高位热能回收系统只在辐射废锅内筒底部设置有一套激冷装置，由于 在激冷前，合成气中大部分高位余热已经被水冷壁回收利用，激冷装置所用激冷剂量很小，还充分减少合成气热量损失。整个系统可有效回收煤热值10～15％左右的高位热能，用于副产高温蒸汽。
(3)在辐射废锅和对流废锅之间，设置有高温旋风分离器，分离出合成气中的细灰， 不仅可以降低进入对流废锅合成气的灰含量，保证对流废锅长周期稳定运行，而且可以 减少下游合成气除灰单元的负荷，减少气化装置黑水排放量。
可以完全回收高温合成气中的高位余热，并且该煤气化高位热能回收系统分离出合 成气中的固体颗粒，减少辐射废锅磨蚀和堵塞情况，提高废锅使用寿命，延长该煤气化高位热能回收系统的操作周期。
附图说明
图1为本发明实施例中煤气化高位热能回收系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中另一种连接方式的煤气化高位热能回收系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1和图2所示，本实施例中的煤气化高位热能回收系统，包括依次连通的气化炉1、辐射废锅4、高温旋风分离器2、对流废锅3，还包括激冷装置5。
其中气化炉1和辐射废锅4安装设置在一个承压壳体100内，辐射废锅4位于气化炉1下方，辐射废锅4顶部的进气口与气化炉1底部的出气口直连对接。在承压壳体100 的底部形成有位于辐射废锅4的下方的渣池6。
气化炉1可以根据生产需要选择水煤浆气化炉或者粉煤气化炉。承压壳体100内在气化炉1的下方设置有一内筒41，该内筒41将承压壳体100内的空间隔离为辐射废锅 4的内通道401和围设在内通道401外的环隙通道402，内通道401和环隙通道402的 通过下部相连通，辐射废锅4的出气口则开设在该环隙通道402的外壁42上。其中内 筒41采用盘管水冷壁，而环隙通道402的外壁42采用螺旋盘管水冷壁，该螺旋盘管水 冷壁和承压壳体100之间填充有耐火保温层43。
根据需要激冷装置5设置在内筒41的底部或者渣池6的上部。激冷装置5包括多 个激冷喷头，各激冷喷头可以布置在同一高度平面上，也可以布置在不同高度上。各激 冷喷头的喷射方向与水平面之间的夹角为－40°～40°。较宜地，各激冷喷头的喷射方 向相对于水平面向下倾斜5～30°。根据情况激冷装置5中的激冷介质可以采用低温合成 气、水蒸气或水。
辐射废锅4的出气口与开设在高温旋风分离器2一侧的进气口通过导管相连接，高温旋风分离器2的底部设置有出灰口21。
对流废锅3包括相连通的Ⅰ段对流废锅31和Ⅱ段对流废锅32。其中Ⅰ段对流废锅 31的进气口与高温旋风分离器2设置在顶部的出气口相连接。
根据具体的要求，高温旋风分离器2的出气口通过导管与Ⅰ段对流废锅31设置在顶部的进气口相连接，而Ⅰ段对流废锅31设置在底部的出气口则与Ⅱ段对流废锅32设 置在顶部的进气口直连对接。或者高温旋风分离器2的出气口与Ⅰ段对流废锅31设置 在底部的进气口直连对接，Ⅰ段对流废锅31设置在侧壁上的出气口通过导管与Ⅱ段对 流废锅32设置在侧壁上的进气口相连接。Ⅱ段对流废锅32的出气口则位于Ⅱ段对流废 锅32的底部。
可选择地，Ⅰ段对流废锅31为蒸汽过热器或高压蒸汽发生器，Ⅱ段对流废锅32包括多段废锅。Ⅰ段对流废锅31和Ⅱ段对流废锅32均可采用火管式或者水管式废锅。
该煤气化高位热能回收系统的工作过程为：由气化炉1产生的高温高压合成气通过 与辐射废锅4相连的入口进入辐射废锅4的内通道401中，沿着辐射废锅4的内通道401向下流动，在此过程中，通过辐射传热将高温传递到构成内筒41的水冷壁管道内的水 中，产生高温蒸汽，以实现对高位热能的利用。在内筒41的下部，根据情况采用灰水 将合成气激冷至900℃以下，根据需要，可以激冷至800℃或者700℃，以将合成气中的 渣充分硬化，然后废渣则掉落至渣池6中，如此则避免自辐射废锅4内通道401进入的 合成气中的渣带入到辐射废锅4的环隙通道402中去。激冷后的粗合成气进入环隙通道 402，通过环隙通道402两侧的水冷壁中的水充分吸收粗合成气中的热量，如此可将自 辐射废锅4出气口流出的合成气温度降低650℃或600℃等750℃以下的温度，降温后的 合成气通过辐射废锅4和高温旋风分离器2间连接的导管进入高温旋风分离器2，高温 旋风分离器2分离出合成气中90％以上的细灰，以减少下游流废锅积灰和磨蚀的风险， 延长运行周期。分离出的细灰自高温旋风分离器2的出灰口21排出。除灰后的粗合成 气先进入I段对流废锅3，该I段对流废锅3采用对流水管废锅，通过对流方式加热饱 和气或水分，生产过热蒸汽或饱和蒸汽。然后在I段对流废锅3降温后的合成气再进入 II段对流废锅3，II段对流废锅3可以包含2段或者3段废锅，加热II段对流废锅3的 锅炉水生产饱和蒸汽，降温后的合成气最终自II段对流废锅3底部的出气口排出，排出 合成气的温度控制在340℃左右，然后进入下游装置。

Claims (9)

1.一种煤气化高位热能回收系统，包括气化炉(1)、高温旋风分离器(2)和对流废锅(3)，所述高温旋风分离器(2)的出气口与所述对流废锅(3)的进气口相连接，所述高温旋风分离器(2)的下部具有出灰口(21)，其特征在于：还包括位于所述气化炉(1)下方的辐射废锅(4)以及设置在所述辐射废锅(4)下方的激冷装置(5)，所述辐射废锅(4)的进气口与所述气化炉(1)的出气口相连通，所述辐射废锅(4)具有通过一内筒(41)相隔离的内通道(401)和围设在所述内通道(401)外的环隙通道(402)，所述内通道(401)和环隙通道(402)的底部相连通，所述内筒(41)和环隙通道(402)的外壁(42)均采用水冷壁，所述辐射废锅(4)的出气口开设在所述环隙通道(402)的外壁(42)上，所述辐射废锅(4)的出气口与所述高温旋风分离器(2)的进气口相连接。
2.根据权利要求1所述的煤气化高位热能回收系统，其特征在于：所述内筒(41)采用盘管水冷壁，所述环隙通道(402)的外壁(42)采用螺旋盘管水冷壁。
3.根据权利要求2所述的煤气化高位热能回收系统，其特征在于：所述环隙通道(402)的外壁(42)外还围设有耐火保温层(43)。
4.根据权利要求3所述的煤气化高位热能回收系统，其特征在于：所述气化炉(1)、辐射废锅(4)均设置在一个承压壳体(100)内，所述耐火保温层(43)设置在所述螺旋盘管水冷壁和承压壳体(100)之间；
所述承压壳体(100)的下部形成有渣池(6)，所述渣池(6)位于所述辐射废锅(4)的下方，所述激冷装置(5)设置在所述内筒(41)的底部或者渣池(6)的上部。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的煤气化高位热能回收系统，其特征在于：所述激冷装置(5)包括多个激冷喷头，所述激冷喷头的喷射方向与水平面之间的夹角为－40°～40°。
6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的煤气化高位热能回收系统，其特征在于：所述对流废锅(3)包括相连通的Ⅰ段对流废锅(31)和Ⅱ段对流废锅(32)，所述Ⅰ段对流废锅(31)的进气口与所述高温旋风分离器(2)的出气口相连接。
7.根据权利要求6所述的煤气化高位热能回收系统，其特征在于：所述Ⅰ段对流废锅(31)为蒸汽过热器或高压蒸汽发生器，所述Ⅱ段对流废锅(32)包括多段废锅。
8.根据权利要求6所述的煤气化高位热能回收系统，其特征在于：所述高温旋风分离器(2)的出气口与所述Ⅰ段对流废锅(31)设置在顶部的进气口相连接，所述Ⅰ段对流废锅(31)设置在底部的出气口与所述Ⅱ段对流废锅(32)设置在顶部的进气口相连接；
或者高温旋风分离器(2)的出气口与所述Ⅰ段对流废锅(31)设置在底部的进气口相连接，所述Ⅰ段对流废锅(31)设置在侧壁上的出气口与所述Ⅱ段对流废锅(32)设置在侧壁上的进气口相连接。
9.根据权利要求1至4任一权利要求所述的煤气化高位热能回收系统，其特征在于：所述气化炉(1)为水煤浆气化炉或者粉煤气化炉。
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