CN109179962A - 煤气化滤饼深度脱水的处理方法及其系统装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤气化滤饼深度脱水的处理方法及其系统装置，属于煤气化领域。本发明的方法首先通过入料泵的正压来脱水，再通过隔膜膨胀挤压进一步降低滤饼水分，最后向加热板内通入循环热水对滤饼加热，同时对滤饼腔室抽真空，使其内部形成负压，降低水的沸点，滤饼中的水分随之沸腾汽化，滤饼含水率得到进一步降低。采用本发明的方法和装置可以使煤气化滤饼含水率降低至20～35%，在滤饼外运量、渣场容积、滤液回收、设备节能等方面均具有较大的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于煤气化领域，尤其是涉及一种煤气化滤饼深度脱水的处理方法及其系统装置。
背景技术
目前煤气化工艺中，黑水处理系统产生的滤饼的一般处理方法是通过袋式真空过滤机脱水，然后运到渣场填埋。滤饼过滤工段存在的主要问题包括：沉降槽底流浓度偏低，一般浓度在5%左右，因此会携带大量的水进入带式真空过滤机，不利于过滤效率的提升；带式真空过滤机脱水后的滤饼含水率过高（在60%左右），滤饼不成型且仍有流动性，滤饼转运过程中跑冒滴漏严重，造成运输沿线污染，尤其是进入冬季易造成路面结冰、滤渣冻结成团块，影响卸车作业；由于残渣水分过高，不易堆高，影响渣场的库容量，且易造成滑坡、溃坝现象，形成安全隐患；如果将滤饼在渣场自然晾干，时间长且产生扬尘，对环保有影响；特别是对于4.0Mt/a煤炭间接液化项目来说，需要配备几十台过滤设备，工艺能耗非常高。
煤气化黑水沉降槽底流浓度低、颗粒粒径小，且颗粒属于多孔式结构，内在水分高，物料的过滤和干燥难度高，普通的滤饼过滤设备和工艺无法进一步降低滤渣水分，处理效果欠佳。目前常规做法为采用带式真空过滤机进行处理，该工艺是通过真空系统吸收附着在滤饼层上含有高浓度水分的气化细灰中的水分，并形成滤饼。该工艺存在以下缺陷：一是滤饼层与大气直接接触，真空度较低，耗能较高；二是脱水过程不存在相变，细灰孔道中的水分很难脱除，造成气化细灰经过真空过滤机处理后，水分仍然保持在60%左右。为了进一步降低细灰中的含水量，有企业尝试采用卧螺离心机进行气化细灰的脱水处理，在离心力的作用下，卧螺离心机对水分的分离相对带式真空过滤机效率更高一些，但由于脱水过程中没有相变产生，细灰孔道中的水分很难进一步脱除。
尝试了真空过滤、离心脱水的方法后，因其效果并不理想，很多企业意识到，如果进一步降低细灰中的水分，必须产生水相变才能彻底解决细灰脱水的问题。因此，有企业尝试采用管式干燥机进行深度脱水的方法，该工艺主要方法为加热蒸汽走管内，经过真空过滤机处理后含60%水分的滤饼直接走管式干燥机的壳层，通过管壁热源加热滤饼，并蒸发滤饼中的水分。该工艺存在以下缺陷：一是进料困难，滤饼很难输送，通常采用的螺旋给料机经常发生堵塞现象；二是滤饼经过加热蒸发后，蒸汽夹带着细灰颗粒进入蒸汽冷凝系统，造成冷凝系统堵塞，很难实现稳定生产；三是该方法的能耗高、投资费用较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种效率高、节能环保的煤气化滤饼深度脱水的处理方法及其系统装置。
本发明的煤气化滤饼深度脱水的处理方法包括以下步骤：
步骤一、取沉降槽底流的沉降物料，沉降物料的含固率为5～20%，粒径为100～500μm的物料颗粒占比≥80%，向沉降物料中投加絮凝剂，搅拌均匀；
步骤二、用入料泵将沉降物料送入加热板和隔膜板之间的物料截留区，进料压力为0.6～1.0MPa，进料过滤时间为10～25min，进料温度为50～70℃，在入料泵的正压作用下，物料在截留区脱水形成滤饼；所述加热板内腔设有循环热水管路，所述隔膜板与物料截留区相接的侧面上设有可膨胀的隔膜；
步骤三、向隔膜板的隔膜腔内注入0.8～1.2MPa的高压水，使隔膜膨胀并挤压滤饼，受挤压的滤饼进一步脱水，滤饼挤压脱水时间为5～10min；
步骤四、向加热板内腔充入70～90℃的循环热水对滤饼加热，加热时间为30～60min，同时开启真空泵对滤饼腔室抽真空，使其内部形成负压，降低水的沸点，滤饼中的水分沸腾汽化，制得含水率为20～35%的滤饼；
步骤五、被真空泵抽出的汽水混合物经过冷凝器气液分离后，液态水定期排放，尾气经净化处理后排放。
本发明的方法首先通过入料泵的正压来脱水，再通过隔膜膨胀挤压进一步降低滤饼水分，最后向加热板内通入循环热水对滤饼加热，同时对滤饼腔室抽真空，使其内部形成负压，降低水的沸点，滤饼中的水分随之沸腾汽化。根据煤气化滤饼的特殊性质，合理设置工艺条件，最终可以将煤气化滤饼水分降低至20～35%左右，最低可降至20%。
目前受真空带式过滤系统的限制，入料温度在50℃以下，而气化炉排出的滤饼温度很高，需要先通过冷却水降低入料温度再进行过滤。本发明的方法的入料温度在50～70℃，所以对系统冷却水的需求少，更为高效节能。
此外，本发明的方法合理地控制了煤气化系统沉降物料的进料压力和频率，降低了穿滤量，提高了物料截留区的进料量。并且，本发明的方法可使滤饼含水率进一步降低，经深度脱水后的滤饼呈固态状，汽车运输过程无滴漏产生、运输线路无污染，也极大地改善了堆场容量与作业环境。与现有技术相比，本发明的方法得到的滤液更为澄清，可以作为气渣冲洗水用，也可以作为中水用于其他生产环节。真空过程会产生冷凝水，干净无杂物，可以作为新鲜水用于生产。
进一步地，若干加热板、隔膜板间隔设置，且加热板与隔膜板之间的空隙形成物料截留区。
多个加热板和隔膜板间隔设置，在两者之间的空隙处形成多个物料截留区。进料后可在多个物料截留区形成滤饼，由此增加每批次操作得到的滤饼总量，可在一台设备上完成过滤、压榨和真空脱水全过程，省去多台设备之间的搬运，减少运输量，既经济又环保。
进一步地，所述加热板两侧板面的边框与其相邻的隔膜板两侧的边框紧密接触，加热板中部两侧对称设有两个凹陷区；所述凹陷区作为物料截留区，凹陷区中央、加热板中央、隔膜板中央具有通孔，所述通孔相互贯通形成进料通道；沉降物料通过进料通道进入各凹陷区的物料截留区。
进一步地，所述步骤四中，加热过程中滤饼体积减少的空间由隔膜膨胀持续补偿。
在加热蒸发过程中滤饼体积会减少一定的空间，这时隔膜板上的隔膜会持续膨胀，进而补偿滤饼减少的空间。这个过程非常重要，其使得加热板始终紧密地接触被干燥的滤饼，热传导一直保持高效，减少真空脱水时间。
进一步地，所述步骤三结束后，先利用压缩空气吹扫进料管路，再进行步骤四的操作。压缩空气吹扫可将滤板进料孔内未过滤的物料及残留水分吹扫去除，保持进料口的畅通。
进一步地，压缩空气吹扫进料管路的同时也对滤饼进行吹扫。用以进一步去除滤饼残余水分。
进一步地，所述步骤三中，选用70～90℃的高压水，使隔膜在膨胀挤压滤饼的同时对滤饼加热。
同时向加热板和隔膜板内腔加入循环热水可以使滤饼两侧同时受热，加快滤饼的干化速度。
本发明还涉及煤气化滤饼深度脱水的系统装置，所述煤气化滤饼深度脱水的系统装置包括深度脱水设备、沉降槽、底流泵、吹气系统、真空泵、热水系统；所述深度脱水设备包括若干间隔设置的加热板和隔膜板，所述加热板和隔膜板之间留有空隙，所述空隙作为物料截留区，深度脱水设备中部设有进料通道、上下两端设有滤液出口通道；底流泵的物料入口连接沉降槽底部，底流泵的出口连接深度脱水设备的进料通道，真空泵与滤液出口通道连接；吹气系统的吹气管路与深度脱水设备的进料通道连接；热水系统的循环热水管路与加热板内腔、隔膜板的隔膜腔连通，其中，与隔膜板的隔膜腔连通的是高压循环热水管路。
进一步地，所述热水系统包括热水罐、水汽换热器，其中，水汽换热器与煤气化系统的闪蒸汽管路换热，水汽换热器的热水出口管路与加热板内腔、隔膜板的隔膜腔连通，出加热板内腔、隔膜板的隔膜腔的换热水首先进入热水罐，再由热水罐通入水汽换热器换热。
进一步地，所述煤气化系统包括两级闪蒸罐，一级闪蒸罐的闪蒸汽出口管路连接减湿器，减湿器气体出口管路通往第一气液分离罐；第一气液分离罐的闪蒸汽外排，液体出口管路通入沉降槽；所述深度脱水设备的滤液出口通道、沉降槽溢流管路均连接灰水槽的灰水进口，灰水槽的灰水出口管路通入减湿器；减湿器的气体出口管路上设有水汽换热器，减湿器的液体出口管路通往气化单元；一级闪蒸罐的液体管路通往二级闪蒸罐；二级闪蒸罐的闪蒸汽外排，二级闪蒸液管路通入沉降槽；真空泵的出口管路与第二气液分离罐连接。
附图说明
图1是本发明的深度脱水设备中加热板、隔膜板、物料截留区分布结构示意图。
图2是本发明的煤气化滤饼深度脱水处理系统示意图。
图中：1.加热板；2.隔膜板；3.物料截留区；4.进料通道；5.滤液出口通道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的煤气化滤饼深度脱水的处理方法及其系统装置的优选实施方案做进一步详细说明。
实施步骤：
步骤一、取沉降槽底流的沉降物料，向沉降物料中投加絮凝剂阴离子聚丙烯酰胺，搅拌；其中，沉降物料的含固率为7.6～16.5%，粒径为100～500μm的物料颗粒占比≥90%，且物料中含有焦油；
步骤二、用底流泵将沉降物料经进料通道4送入加热板1和隔膜板2之间的物料截留区3，进料压力为 0.6～1.0MPa，进料过滤时间为10～23min，进料温度为50～70℃，在底流泵的正压作用下，物料在截留区3脱水形成滤饼；所述加热板1内腔设有循环热水管路，所述隔膜板2与物料截留区3相接的侧面上设有可膨胀的隔膜；多个加热板1、隔膜板2间隔设置，且相邻的加热板1与隔膜板2之间的空隙形成多个物料截留区3；物料截留区3中央、加热板1中央、隔膜板2中央具有通孔，所述通孔相互贯通形成进料通道4；沉降物料通过进料通道4进入各物料截留区3的腔室；加热板1、隔膜板2的顶部和底部设有相贯通的滤液出口通道5；物料由进料通道4进入各物料截留区3过滤，滤液通过滤液出口通道5排出；
步骤三、通过热水系统向隔膜板2的隔膜腔内注入0.8～1.2MPa的高压水，使隔膜膨胀并挤压滤饼，受挤压的滤饼进一步脱水，滤饼挤压脱水时间为5～10min；可根据工艺需要选用85℃的高压水，作为加热滤饼的循环热水，在挤压滤饼的同时对其加热；利用吹气系统的压缩空气吹扫进料管路，将进料孔内未过滤的物料及残留水分吹扫去除，保持进料口的畅通；
步骤四、通过热水系统向加热板1内腔充入85℃的循环热水对滤饼加热，加热时间为30～60min，同时开启真空泵对滤饼腔室抽真空，使其内部形成负压，降低水的沸点，滤饼中的水分沸腾汽化，加热过程中滤饼体积减少的空间由隔膜板2的隔膜膨胀持续补偿，最终制得含水率为20.02～32.84%的滤饼，通过皮带系统外运；
步骤五、被真空泵抽出的汽水混合物经过冷凝器气液分离后，液态水定期排放，尾气经净化处理后排放。
各实施例运行数据：
图1是本实施例的深度脱水设备中加热板、隔膜板、物料截留区分布结构示意图。将图1中的深度脱水设备整合进煤气化系统中即形成图2所示的煤气化滤饼深度脱水的系统装置。
图2的煤气化滤饼深度脱水的系统装置包括图1中的深度脱水设备、沉降槽、底流泵、吹气系统、真空泵、热水罐、水汽换热器、一级闪蒸罐、减湿器、二级闪蒸罐、第一气液分离罐、第二气液分离罐、灰水槽。底流泵的物料入口连接沉降槽底部，将沉降槽底流的物料送入深度脱水设备的进料通道；真空泵与深度脱水设备的滤液出口通道连接；吹气系统的吹气管路与深度脱水设备的进料通道连接。
水汽换热器的热水出口管路与加热板内腔、隔膜板的隔膜腔连通，出加热板内腔、隔膜板的隔膜腔的换热水首先进入热水罐，再由热水罐通入水汽换热器换热。其中，与隔膜板的隔膜腔连通的是高压循环热水管路，用以向隔膜腔通入高压热水，在挤压滤饼的同时对其加热。
一级闪蒸罐的闪蒸汽排入减湿器，减湿器排出的气体通往第一气液分离罐。水汽换热器设置在减湿器气体出口管路上，与减湿器排出的气体换热。第一气液分离罐的闪蒸汽外排，液体通入沉降槽。深度脱水设备的滤液、沉降槽溢流均通入灰水槽，再由灰水槽通入减湿器，在减湿器内与一级闪蒸罐排出的闪蒸汽混合换热。减湿器排出的气体与水汽换热器进行热交换，减湿器排出的灰水通往气化单元。一级闪蒸罐闪蒸液通往二级闪蒸罐进一步闪蒸；二级闪蒸罐的闪蒸汽外排，闪蒸液通入沉降槽。被真空泵抽出的汽水混合物进入第二气液分离罐进行气液分离后，液态水定期排放，分离的尾气经净化处理后排放。
与现有技术相比，采用本发明的方法可以使滤饼含水率进一步降低，在滤饼外运量、渣场容积、滤液回收、设备节能等方面均具有较大的经济效益，详细说明如下：
（1）滤饼装车、运输、填埋不再担忧：经深度脱水后的滤饼成块状，汽车运输或皮带机输送都不会产生跑冒滴漏现象，全过程绿色环保；
（2）能提高渣场库容量：残渣成块状饼，具有很高的抗压能力，可多层堆积填埋，和现有技术相比，库容量至少增大3倍以上；
（3）滤饼残水回收：优选工况下，滤渣最终水分可降至20～30%之间，相对于真空带式过滤机可以进一步降低25%以上的水分，每年可多回收水量55万m3。与现有技术的生产相比，采用本发明的方法，滤液更为澄清，可以作为气渣冲洗水用，也可以作为中水用于其他生产环节。另外，真空过程会产生冷凝水，干净无杂物，可以作为新鲜水用于生产；
（4）电力消耗低：目前在用的真空带式过滤机为连续作业，过滤系统装机功率超过200KW，采用本发明的方法，间歇式工作，消耗的功率约100KW/h，设备节能空间巨大；
（5）热能消耗：目前真空带式过滤系统的限制，入料温度在50℃以下，气化炉排出的滤饼温度很高，依靠冷却水降低温度。本发明的方法的入料温度在50～70℃更为高效节能，所以对系统冷却水的需求就会减少，是一个节约成本点。在真空阶段，需要热源（85℃热水，循环使用）供应，利用残热（闪蒸汽）对循环的热水进行升温即可。
虽然以上描述了本发明的优选实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种煤气化滤饼深度脱水的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、取沉降槽底流的沉降物料，沉降物料的含固率为5～20%，粒径为100～500μm的物料颗粒占比≥80%，向沉降物料中投加絮凝剂，搅拌均匀；
步骤二、用入料泵将沉降物料送入加热板和隔膜板之间的物料截留区，进料压力为0.6～1.0MPa，进料过滤时间为10～25min，进料温度为50～70℃，在入料泵的正压作用下，物料在截留区脱水形成滤饼；所述加热板内腔设有循环热水管路，所述隔膜板与物料截留区相接的侧面上设有可膨胀的隔膜；
步骤三、向隔膜板的隔膜腔内注入0.8～1.2MPa的高压水，使隔膜膨胀并挤压滤饼，受挤压的滤饼进一步脱水，滤饼挤压脱水时间为5～10min；
步骤四、向加热板内腔充入70～90℃的循环热水对滤饼加热，加热时间为30～60min，同时开启真空泵对滤饼腔室抽真空，使其内部形成负压，降低水的沸点，滤饼中的水分沸腾汽化，制得含水率为20～35%的滤饼；
步骤五、被真空泵抽出的汽水混合物经过冷凝器气液分离后，液态水定期排放，尾气经净化处理后排放。
2.根据权利要求1所述的煤气化滤饼深度脱水的处理方法，其特征在于：若干加热板、隔膜板间隔设置，且加热板与隔膜板之间的空隙形成物料截留区。
3.根据权利要求1所述的煤气化滤饼深度脱水的处理方法，其特征在于：所述加热板两侧板面的边框与其相邻的隔膜板两侧的边框紧密接触，加热板中部两侧对称设有两个凹陷区；所述凹陷区作为物料截留区，凹陷区中央、加热板中央、隔膜板中央具有通孔，所述通孔相互贯通形成进料通道；沉降物料通过进料通道进入各凹陷区的物料截留区。
4.根据权利要求1所述的煤气化滤饼深度脱水的处理方法，其特征在于：所述步骤四中，加热过程中滤饼体积减少的空间由隔膜膨胀持续补偿。
5.根据权利要求1所述的煤气化滤饼深度脱水的处理方法，其特征在于：所述步骤三结束后，先利用压缩空气吹扫进料管路，再进行步骤四的操作。
6.根据权利要求5所述的煤气化滤饼深度脱水的处理方法，其特征在于：压缩空气吹扫进料管路的同时也对滤饼进行吹扫。
7.根据权利要求1所述的煤气化滤饼深度脱水的处理方法，其特征在于：所述步骤三中，选用70～90℃的高压水，使隔膜在膨胀挤压滤饼的同时对滤饼加热。
8.一种煤气化滤饼深度脱水的系统装置，包括深度脱水设备、沉降槽、底流泵、吹气系统、真空泵、热水系统；所述深度脱水设备包括若干间隔设置的加热板和隔膜板，所述加热板和隔膜板之间留有空隙，所述空隙作为物料截留区，深度脱水设备中部设有进料通道、上下两端设有滤液出口通道；底流泵的物料入口连接沉降槽底部，底流泵的出口连接深度脱水设备的进料通道，真空泵与滤液出口通道连接；吹气系统的吹气管路与深度脱水设备的进料通道连接；热水系统的循环热水管路与加热板内腔、隔膜板的隔膜腔连通，其中，与隔膜板的隔膜腔连通的是高压循环热水管路。
9.根据权利要求8所述的煤气化滤饼深度脱水的系统装置，所述热水系统包括热水罐、水汽换热器，其中，水汽换热器与煤气化系统的闪蒸汽管路换热，水汽换热器的热水出口管路与加热板内腔、隔膜板的隔膜腔连通，出加热板内腔、隔膜板的隔膜腔的换热水首先进入热水罐，再由热水罐通入水汽换热器换热。
10.根据权利要求9所述的煤气化滤饼深度脱水的系统装置，所述煤气化系统包括两级闪蒸罐，一级闪蒸罐的闪蒸汽出口管路连接减湿器，减湿器气体出口管路通往第一气液分离罐；第一气液分离罐的闪蒸汽外排，液体出口管路通入沉降槽；所述深度脱水设备的滤液出口通道、沉降槽溢流管路均连接灰水槽的灰水进口，灰水槽的灰水出口管路通入减湿器；减湿器的气体出口管路上设有水汽换热器，减湿器的液体出口管路通往气化单元；一级闪蒸罐的液体管路通往二级闪蒸罐；二级闪蒸罐的闪蒸汽外排，二级闪蒸液管路通入沉降槽；真空泵的出口管路与第二气液分离罐连接。
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