CN107325847A - 一种含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收方法和装置 - Google Patents

一种含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收方法和装置，属于煤/生物质热解气化技术领域，包括一内设过热器和饱和水蒸发受热面的冷却余热回收器，冷却余热回收器的外部设有连通过热器和饱和水蒸发受热面的汽包及蒸汽‑水换热器；汽包的蒸汽出口连通过热器的进气端，向过热器通入用于一次冷却含焦油高温热解气化气的低温蒸汽，过热器的出汽端排出的高温蒸汽部分进入蒸汽‑水换热器；蒸汽‑水换热器上连接有进水水管，通入与高温蒸汽换热的低温水，蒸汽‑水换热器通过第一上升管将加热后的饱和水送入汽包内；饱和水蒸发受热面的入口通过下降管连通汽包，引入对含焦油高温热解气化气进行二次冷却的饱和水，出口通过第二上升管连通汽包。

Description

一种含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收方法和装置
技术领域
本发明涉及煤/生物质热解气化及后续处理技术领域，具体地说，涉及一种含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收方法和装置。
背景技术
热解气化技术是提高煤/生物质综合利用价值的重要手段，通过对反应温度的控制，可以将煤/生物质转化成煤气和焦油，为下游高附加值产品的深加工提供原料，具有广阔的市场前景。
煤/生物质在中低温热解气化过程中所产生的煤气会含有部分焦油组分和细灰颗粒，同时温度也比较高，一般都在500℃以上，为了便于后续的煤气处理或利用如焦油高温电除尘分离和气体风机增压等，需要对高温热解气化气进行一定温度范围的冷却及余热回收。为了避免高温热解气化气所含的焦油气体组分在冷却过程中冷凝成液相组分沉积在受热面上导致受热面粘结和堵塞的问题，冷却过程中在保证冷却后的高温热解气化气温度需要保持一定的温度水平之上的同时需要保证热交换器受热面表面温度也要高于焦油组分的冷凝温度(如以煤为原料的热解气化煤气温度一般需要维持在400℃以上，以生物质为原料的热解气化煤气则应保持在350℃以上)。
目前，含焦油的热解气化煤气高温冷却方法常采用高温过热蒸汽或高温导热油作为冷却介质，以保证冷却后煤气温度和受热面温度高于焦油组分的冷凝温度。以高温过热蒸汽为工作介质需要外界提供，这就需要外来热源或外来高温蒸汽，增加了系统复杂性和外部条件要求，而以高温导热油为冷却介质的方法则大幅度增加系统复杂性及成本，而且由于导热油的物理化学特性大幅度增加了系统的安全防范要求。
公布号为CN103131432A的专利公开了一种从焦炉荒煤气中回收余热的方法，该方法利用水作为换热介质，在上升管换热器中将高温荒煤气冷却后再经过桥管换热器换热，并在桥管内部采用高压氨水间歇喷淋或者水蒸汽间歇喷吹的方式对换热管外壁进行清扫，最后采用氨水将荒煤气温度降低至80～85℃。一方面，部分受热面直接采用来自除氧器的低温水作为换热介质，无法保证换热器壁面温度在焦油冷凝温度以上，因此在受热面上势必有焦油冷凝析出并沉积，从而阻塞上升管换热器。另一方面，采用喷淋氨水来冷却荒煤气会额外产生大量难处理的酚氨废水，增加废水处理成本。
公布号为CN 105925322A的专利公开了一种直立折线型高温热解气冷却及余热回收装置，主要在由多个直立段壳体和倾斜段壳体上下串接组合而成的直立折线型壳体中设置多级换热管束，以冷却水为换热介质，在一套系统内实现余热回收和焦油冷凝回收。该工艺是采用水和蒸汽为介质对高温热解气进行冷却，并降低到较低的温度，由于来自除氧器及汽包的水温较低(由具体实施方式0025中“热解气温度降至60～90℃”可推断汽包中的汽水混合物的温度应在60～90℃以下)，冷却过程中所含焦油将冷凝析出并沉积，通过采用一定温度的洗油进行喷淋，以期将沉积在受热面表面的焦油洗掉。该方法旨在将热解气直接降低到较低温度，对于固体细颗粒含量极低的热解气可能有效，但对于固体细颗粒含量较多的热解气由于焦油析出过程中产生的油尘混合物难以被洗油冲刷，将导致受热面严重的沉积及堵塞，因此难以适用，同样存在由于受热面表面温度远低于焦油冷凝温度导致焦油冷凝沉积等问题，难以有效冷却并回收高温热解气的余热。
发明内容
本发明的目的为提供一种含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收方法和装置。
为了实现上述目的，本发明提供的含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收装置包括一内设过热器和饱和水蒸发受热面的冷却余热回收器，冷却余热回收器的外部设有连通过热器和饱和水蒸发受热面的汽包及蒸汽-水换热器；汽包的蒸汽出口连通至过热器的进气端，向过热器通入用于一次冷却含焦油高温热解气化气的低温蒸汽，过热器的出汽端排出的高温蒸汽部分进入蒸汽-水换热器将加压后的低温水加热到饱和温度；蒸汽-水换热器上连接有进水水管，通入与高温蒸汽换热的低温水，蒸汽-水换热器通过第一上升管将加压加热后的饱和水送入汽包内；饱和水蒸发受热面的入口通过下降管连通汽包，引入对含焦油高温热解气化气进行二次冷却的饱和水，出口通过第二上升管连通汽包。
上述技术方案中的冷却及余热回收装置以高温饱和水和高温蒸汽为冷却介质，不需要外来热源，减小了能源消耗及生产成本。
具体的方案为过热器的出气端与蒸汽-水换热器连通的管路上分设有外供蒸汽管路。外供蒸汽管路用于将多余的蒸汽外供给热电生产。
另一个具体的方案为蒸汽-水换热器内的高温蒸汽换热后的冷却水通入进水水管。实现蒸汽、水的循环利用。
本发明提供的含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收方法基于上述冷却及余热回收装置，包括：利用以饱和蒸汽为冷却介质的过热器对通入冷却余热回收器的含焦油高温热解气化气进行一次冷却，并利用过热器输出的高温蒸汽加热低温给水为成饱和水作为冷却介质；利用饱和水为冷却介质的饱和水蒸发受热面对一次冷却后的含焦油高温热解气化气进行二次冷却。
具体的方案为过热器中饱和蒸汽及饱和水蒸发受热面中饱和水的来源为：加压加热后的饱和水经第一上升管送至汽包，汽包内的饱和水经下降管送入饱和水蒸发受热面，在恒定的饱和温度下吸热蒸发产生蒸汽，饱和水蒸发受热面所产生的汽水混合物经第二上升管送入汽包进行汽水分离，所产的饱和蒸汽从汽包引出后进入过热器加热。
上述方案在不需要外来热源或高温冷却介质的条件下，利用高温煤气自身的余热和所设置冷却系统压力所对应下的饱和温度可保证换热受热面表面温度和冷却后温度高于焦油组分冷凝温度，从而简化系统，降低建设及运行成本。
更具体的方案为将过热器产生的高温蒸汽一部分用于将低温给水加热到饱和温度，另一部分外供用于热电生产，保证了高温蒸汽的合理利用。
另一个更具体的方案为还包括：将蒸汽-水换热器内的高温蒸汽换热后的冷却水通入进水水管进行循环利用。
另一个更具体的方案为汽包中饱和水及蒸汽压力设置依据热解气化气所含焦油的初始冷凝温度，通过所设置压力保证进入蒸发受热面饱和水的温度，从而使蒸发受热面表面温度不低于焦油初始冷凝温度，避免受热面表面的焦油冷凝沉积；以生物质或煤为原料的热解气化气，压力至少9.8Mpa，以保证蒸发受热面内饱和水的温度，从而使蒸发受热面表面温度高于所含焦油的初始冷凝温度。依据原料特性调整相应的工作压力，一般来说，以生物质为原料的系统压力应该在9.8Mpa以上，以煤为原料的系统则依据焦油特性需要进一步提高。
另一个更具体的方案为热解气化气为煤的热解气化气时，冷却后出口煤气温度至少400℃。
再一个更具体的方案为热解气化气为生物质的热解气化气时，冷却后出口煤气温度至少350℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用一定压力的饱和水和饱和蒸汽为冷却介质，并以自身产生的高温过热蒸汽为加热介质将低温给水加热成饱和水作为冷却介质。因此，在不需要外来热源或高温冷却介质的条件下，利用高温煤气自身的余热和所设置冷却系统压力所对应下的饱和温度可保证换热受热面表面温度和冷却后温度高于焦油组分冷凝温度，从而简化系统，降低建设及运行成本；
(2)本发明针对不同燃料的含焦油高温热解气化气的物性，在保证焦油组分不凝结的情况下，通过调节冷却水介质的工作压力来生产高品质的蒸汽，从而实现煤气余热的高效回收。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
其中：1、冷却余热回收器；2、过热器；3、饱和水蒸发受热面；4、汽包；5、第二上升管；6、下降管；7、蒸汽-水换热器；8、给水泵；9、第一上升管。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
参见图1，含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收装置包括一内设过热器2和饱和水蒸发受热面3的冷却余热回收器1，以及设置在冷却余热回收器1外部的汽包4和蒸汽-水换热器7；过热器2的进气端连通汽包4的蒸汽出口，出气端连通蒸汽-水换热器7，且在该出气端与蒸汽-水换热器7连通的管路上分设有外供蒸汽管路；饱和水蒸发受热面3的入口通过下降管6连通汽包4，出口通过第二上升管5连通汽包4；蒸汽-水换热器7上设有进水水管，该进水水管上装有给水泵8；蒸汽-水换热器7通过第一上升管9连通汽包4的进水口。
含焦油高温热解气化气首先经过以高压饱和蒸汽为介质的过热器2冷却，然后进入以高压饱和水为介质的饱和水蒸发受热面3继续冷却到一定温度，最后进入后续煤气除尘或风机加压工段。
由于作为换热介质的饱和水和饱和蒸汽温度随压力提高而提高，当给水压力在9.8Mpa以上时，饱和水温度在310℃以上，则蒸发受热面3和过热器2金属受热面表面温度应在350℃以上，从而保证了冷却过程中焦油组分不凝结。低温水经给水泵8加压到9.8Mpa以上后经蒸汽-水换热器7与过热器2所产生的部分过热蒸汽进行换热，加热成饱和水后经第一上升管9送至汽包4，汽包4内的饱和水经下降管6送入饱和水蒸发受热面3，在恒定的饱和温度下吸热蒸发产生蒸汽，饱和水蒸发受热面3所产生的汽水混合物经第二上升管5送入汽包4进行汽水分离，所产的饱和蒸汽从汽包4引出后进入过热器2加热，过热器2产生的高温蒸汽一部分用于加热给水，多余的蒸汽则外供用于热电生产。
本实施例中，汽包4中饱和蒸汽压力设置为9.8Mpa以上，依据原料特性调整相应的工作压力，一般来说，以生物质为原料的系统压力应该在9.8Mpa以上，以煤为原料的系统则依据焦油特性需要进一步提高；热解气化气，若是煤的热解气化气，冷却后出口煤气温度保持在400℃以上，若是生物质的热解气化气，冷却后出口煤气温度保持在350℃以上。
本实施例采用一定压力的饱和水和饱和蒸汽作为冷却介质，并以自身产生的高温过热蒸汽为加热介质将低温给水加热成饱和水作为冷却介质，在不需要外来热源或高温冷却介质的条件下，利用高温煤气自身的余热可保证换热受热面表面温度和冷却后温度高于焦油组分冷凝温度，从而简化系统，降低建设及运行成本。同时针对不同燃料的含焦油高温热解气化气的物性，在保证焦油组分不凝结的情况下，通过调节冷却水介质的工作压力来生产高品质的蒸汽，从而实现煤气余热的高效回收。
应用例1
以长焰煤为原料，热解气化所产生的含焦油高温煤气的温度为650℃。高温煤气进入冷却余热回收器1后，首先经过过热器2冷却后温度降至520℃，然后进入饱和水蒸发受热面3继续冷却到400℃后进入后续煤气除尘或风机加压工段。
80℃的给水经给水泵8加压到14.6Mpa后经蒸汽-水换热器7与过热器2所产生的部分过热蒸汽进行换热，加热成340℃左右的饱和水后送至汽包4，汽包4内的饱和水经下降管6送入饱和水蒸发受热面3，饱和水蒸发受热面3所产生的340℃左右汽水混合物经第二上升管5送入汽包4进行汽水分离，所产的饱和蒸汽从汽包4引出后进入过热器2加热，过热器2产生的480℃高温蒸汽一部分用于加热给水，多余的蒸汽则外供用于热电生产。
过热器2所产生的部分过热蒸汽经蒸汽-水换热器7换热后变成120℃热水，该热水随80℃的给水经加压加热成饱和水后一同送入汽包4中。
应用例2
以木薯杆生物质为原料，热解气化所产生的含焦油高温气的温度为650℃。高温热解气化气进入冷却余热回收器1的高温热解气化气，首先经过过热器2冷却后温度降至490℃，然后进入饱和水蒸发受热面3继续冷却到350℃后进入后续煤气除尘或风机加压工段。
80℃的给水经给水泵8加压到9.8Mpa后经蒸汽-水换热器7与过热器2所产生的部分过热蒸汽进行换热，加热成310℃左右的饱和水后送至汽包4，汽包4内的饱和水经下降管6送入饱和水蒸发受热面3，饱和水蒸发受热面3所产生的310℃左右汽水混合物经第二上升管5送入汽包4进行汽水分离，所产的饱和蒸汽从汽包4引出后进入过热器2加热，过热器2产生的450℃高温蒸汽一部分用于加热给水，多余的蒸汽则外供用于热电生产。
过热器2所产生的部分过热蒸汽经蒸汽-水换热器7换热后变成100℃热水，该热水随80℃的给水经加压加热成饱和水后一同送入汽包4中。

Claims (10)

1.一种含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收装置，包括一内设过热器和饱和水蒸发受热面的冷却余热回收器，其特征在于：
所述冷却余热回收器的外部设有连通所述过热器和所述饱和水蒸发受热面的汽包及蒸汽-水换热器；
所述汽包的蒸汽出口连通至所述过热器的进气端，向过热器通入用于一次冷却含焦油高温热解气化气的低温蒸汽，所述过热器的出汽端排出的高温蒸汽部分进入所述的蒸汽-水换热器将加压后的低温水加热到饱和温度；
所述蒸汽-水换热器上连接有进水水管，通入与所述高温蒸汽换热的低温水，所述的蒸汽-水换热器通过第一上升管将加压加热后的饱和水送入所述的汽包内；
所述饱和水蒸发受热面的入口通过下降管连通所述汽包，引入对所述含焦油高温热解气化气进行二次冷却的饱和水，出口通过第二上升管连通所述汽包。
2.根据权利要求1所述的冷却及余热回收装置，其特征在于：
所述的过热器的出气端与所述蒸汽-水换热器连通的管路上分设有外供蒸汽管路。
3.根据权利要求1所述的冷却及余热回收装置，其特征在于：
所述的蒸汽-水换热器内的高温蒸汽换热后的冷却水通入所述的进水水管。
4.一种含焦油高温热解气化气的冷却及余热回收方法，基于权利要求1至3任一权利要求所述的冷却及余热回收装置，其特征在于，包括：
利用以饱和蒸汽为冷却介质的过热器对通入冷却余热回收器的含焦油高温热解气化气进行一次冷却，
并利用所述过热器输出的高温蒸汽加热低温给水为饱和水作为冷却介质；
利用饱和水为冷却介质的饱和水蒸发受热面对一次冷却后的含焦油高温热解气化气进行二次冷却。
5.根据权利要求4所述的冷却及余热回收方法，其特征在于：
所述的过热器中饱和蒸汽及所述的饱和水蒸发受热面中饱和水的来源为：
加压加热后的饱和水经第一上升管送至汽包，汽包内的饱和水经下降管送入饱和水蒸发受热面，在恒定的饱和温度下吸热蒸发产生蒸汽，饱和水蒸发受热面所产生的汽水混合物经第二上升管送入汽包进行汽水分离，所产的饱和蒸汽从汽包引出后进入过热器加热。
6.根据权利要求5所述的冷却及余热回收方法，其特征在于：
将所述的过热器产生的高温蒸汽一部分用于将低温给水加热到饱和温度，另一部分外供用于热电生产。
7.根据权利要求5所述的冷却及余热回收方法，其特征在于：
还包括：将所述的蒸汽-水换热器内的高温蒸汽换热后的冷却水通入进水水管进行循环利用。
8.根据权利要求5所述的冷却及余热回收方法，其特征在于：
所述的汽包中饱和水及蒸汽压力设置依据热解气化气所含焦油的初始冷凝温度，通过所设置压力保证进入蒸发受热面饱和水的温度，从而使蒸发受热面表面温度不低于焦油初始冷凝温度，避免受热面表面的焦油冷凝沉积；以生物质或煤为原料的热解气化气，压力至少9.8Mpa。
9.根据权利要求5所述的冷却及余热回收方法，其特征在于：
所述的热解气化气为煤的热解气化气时，冷却后出口煤气温度至少400℃。
10.根据权利要求5所述的冷却及余热回收方法，其特征在于：
所述的热解气化气为生物质的热解气化气时，冷却后出口煤气温度至少350℃。
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