CN109777546A - 气化灰渣综合利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气化灰渣综合利用方法，包括步骤：1)气化灰渣经过初步脱水处理得到浓缩灰渣；2)所述浓缩灰渣与气化载热介质接换热进一步脱水干燥，得到水含率更低的干燥灰渣；3)将所述干燥灰渣进行燃烧再利用。本发明还公开了应用所述气化灰渣综合利用方法的系统，包括浓缩系统、干燥系统、燃烧系统；通过浓缩系统降低气化灰渣中的水和提高了气化灰渣中的残碳相对含量，再在干燥系统中利用气化载热介质所带的富余热量对所述浓缩灰渣进一步干燥脱水，再将产物送往燃烧系统燃烧再利用。既充分利用了气化装置的余热，也回收利用了渣中的残碳，提高了装置总体热利用效率，还降低了渣处理成本和对环境的不利影响，具有良好的经济和环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及气化炉渣处理技术领域，特别是涉及用于固体燃料气化装置的一种气化灰渣综合利用系统及方法。
背景技术
迄今为止，气化仍是大规模、高效、清洁利用煤炭等碳氢燃料的最有效方式，也是相关化工工艺的龙头技术。所用燃料包括煤、石油焦、沥青、生物质甚至垃圾等广义碳氢燃料。
气化反应，是由煤或其他燃料，与氧气在气化炉中发生部分氧化反应，生成高压的粗合成气和气化灰渣。气化灰渣分为气化粗渣和气化细渣(或渣浆)，气化粗渣一般含碳量在5-20％(重量比，干基)，水分在40-60％(重量比)，整体颗粒粒度比较大；气化细渣(或渣浆)一般含碳量在15-40％(重量比，干基)，水分在80-95％(重量比)，整体颗粒粒度比较小。伴随着粗合成气的湿法冷却和洗涤过程，气化粗渣和气化细渣(或渣浆)分别通过气化装置的锁斗系统和黑水闪蒸沉降系统排出，同时，在黑水闪蒸过程中产生大量的闪蒸气。
在现有的气化流程设置和实际应用中，气化灰渣一般送往装置外作填埋处理，闪蒸气除系统自用部分外，剩余部分还需要通过循环水冷却处理，因此存在如下的问题：
1.气化灰渣含有大量的水分(一般在40-60％，重量比)，水分中不可避免存在少量的污染物，包括氨氮和COD等。因此采用直接填埋处理，既无法实现减量化和资源化，还需要按照环保规范和要求配套设置填埋渣场，渣场设计复杂、占地面积大、投资高和容易导致二次污染，同时还需要考虑将渣场渗滤液返回装置进行再处理的问题。
2.由于气化灰渣中还有一定含量的残碳(一般在10-40％,重量比)，填埋处理使得这部分的热量无法得到利用，因此整体能量利用效率较低；而且由于含有较高含量的残碳，也极大的限制了渣的重新利用方式，比如作为建材和路基材料等。
3.黑水闪蒸过程产生的闪蒸气量较大，闪蒸气主要组分是水，同时含有少量气体，比如二氧化碳、硫化氢和氨等。由于一般闪蒸气压力不高，同时含有少量的酸性气和氨，因此多余的部分闪蒸气需要通过循环水冷却处理，导致循环水消耗增加。
发明内容
本发明提供一种气化灰渣综合利用系统及方法，其目的在于提高气化灰渣中的碳利用率，提高装置总体热利用效率，降低了渣处理成本和对环境的不利影响。
本发明另一目的在于，提高循环冷却水利用率，以降低水消耗，达到节约能源的效果。
为达前述目的，本发明提供一种气化灰渣综合利用系统，包括浓缩系统、干燥系统和燃烧系统；
其中，所述浓缩系统对气化灰渣进行初步脱水处理，得到水含率更低、碳含率更高的浓缩灰渣；
在一种具体的实施方案中，所述浓缩系统包括过滤设备，可为真空过滤、离心过滤、板框过滤任一种过滤设备；过滤后的浓缩灰渣中水分一般在40-60％(重量比)；
在一种具体的实施方案中，所述浓缩系统还包括筛分洗涤或浮选设备，用于提高气化灰渣的碳含量。
其中，所述干燥系统用于将所述浓缩灰渣和从气化装置导出的载热介质进行换热进一步脱水，得到水含率更低的干燥灰渣，干燥灰渣的水含量一般小于20％(重量比)；所述载热介质在干燥系统和浓缩灰渣间接换热，换热后返回到气化装置再利用，冷却后的载热介质冷凝液返回到气化装置的水系统作为系统补充水循环利用；
在一种具体的实施方案中，所述干燥系统包括干燥机，用于干燥浓缩灰渣；
在一种具体的实施方案中，所述干燥系统还包括过滤器、引风装置、冷凝器及凝液分离器、存储设备和给料装置，用以实现干燥灰渣的干燥和排放，过滤器则用于脱除放空气中所夹带的渣粉；
所述载热介质为气化装置中富余热量产生的物流；具体的，所述载热介质为气化装置的闪蒸汽，来源于气化装置的闪蒸单元。
其中，所述燃烧系统用于将所述干燥灰渣进行燃烧再利用，为利用干燥灰渣的碳产生热量或产品的设备；具体的，所述设备为锅炉或气化炉或者其他类型的燃烧设备。
本发明还提供一种气化灰渣综合利用方法，包括步骤：
1)从气化装置来的气化灰渣经过浓缩系统进行初步处理，得到水含率更低和碳含率更高的浓缩灰渣；
2)浓缩灰渣再进入干燥系统，和从气化单元来的载热介质换热进一步脱水，得到水含量更低的干燥灰渣；
3)干燥灰渣再输送到燃烧系统，作为燃料再利用。
本发明提供的气化灰渣综合利用系统及方法，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1.通过浓缩系统，降低气化灰渣中的水相对含量的同时提高气化灰渣中的碳相对含量，有助于回收气化灰渣中的残碳，从而提高整体碳利用效率。
2.通过干燥系统，进一步降低渣中水含量，有助于下一步燃烧装置的运行优化和效率的提高；同时，充分利用了气化装置的富余热量，提高了总体热利用效率，并减少了循环冷却水的消耗，节省了大量水。
3.通过燃烧系统，干燥后的渣重新作为燃料使用，提高了碳利用率；燃烧产生的蒸汽可用于发电或作为工艺蒸汽利用，提高了燃烧装置的热效率和整个装置的能量利用效率；且燃烧后的灰渣可作为建材、路基材料等直接利用和处理，有效降低了废渣处理难度和运行成本。
综合而言，本发明提供的气化灰渣综合利用系统及方法，在安全、环保和经济的前提下实现了气化灰渣的资源利用最大化，达到了节能减排的目的，也可带来较好的经济回报，具有良好的经济和环保效益。
附图说明
图1是本发明的流程示意图
图2是本发明实施例一的流程示意图
图3是本发明实施例二的流程示意图
附图中符号标记说明：
101 过滤装置(浓缩装置) 102 筛分洗涤装置
103 浮选装置 201/203/205 给料机
202 干燥机 204 渣仓
206 过滤器 207 引风装置
208 冷却器 209 凝液分离器
S101 渣浆 S102 气化粗渣
S103 筛分粗渣 S104 筛分细渣
S105 浮选细渣 S106 浮选粗渣
S110 滤液 S201 浓缩灰渣 S204 气化载热介质(闪蒸气)
S205 气化载热介质凝液(闪蒸气凝液) S206 放空气
S208 冷凝水 S300 燃烧装置(锅炉)
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
本发明提供一种气化灰渣综合利用方法，包括步骤：
1)从气化装置来的气化灰渣经过浓缩系统进行初步处理，得到水含量更低和碳含量更高的浓缩灰渣；
2)浓缩灰渣再进入干燥系统，和从气化单元的载热介质换热进一步脱水，得到水含量更低的干燥灰渣；
3)干燥灰渣再输送到燃烧系统，作为燃料再利用。
本发明还提供一种应用了所述气化灰渣综合利用方法的气化灰渣综合利用系统。
实施例一：
如图2所示，本发明实施例提供的气化灰渣综合利用系统，包括浓缩系统、干燥系统和燃烧系统。
所述浓缩系统装置主要为过滤装置，采用真空过滤、离心过滤或者板框过滤等过滤方法都可以满足本实施例的技术要求。气化装置排出的气化细渣(渣浆)S101进入过滤装置101初步脱水后形成浓缩灰渣201，浓缩灰渣201通过给料机201进入干燥系统；过滤装置101中所脱除的水分作为滤液S110返回气化装置循环利用。
干燥系统包括干燥机、过滤器、引风装置、冷凝器及其分离器、存储设备和给料排出装置。本实施例中采用蒸汽管式干燥机202。在干燥机202中，浓缩灰渣201和气化载热介质闪蒸气S204间接换热而得到进一步脱水干燥，再通过给料机203进入渣仓204，再通过给料机205，将干燥灰渣S300送入燃烧系统。所述气化载热介质闪蒸气S204为在气化装置中气化反应的黑水闪蒸过程中大量产生，其浓缩灰渣201与换热冷却后形成闪蒸气凝液S205返回气化装置循环利用。
干燥机202中的脱水干燥过程产生夹带少量渣粉的气体，使其通过过滤器206，分离得到的渣粉返回渣仓204，分离渣粉后的气体通过引风装置207、冷却器208和凝液分离罐209，冷凝分离出水分后形成放空气S207排出，冷凝水S208返回气化装置循环利用。
在本实施例中，燃烧系统包括锅炉。将处理后的灰渣在锅炉中作为燃料再利用，产生的高压蒸汽可用于发电或作为工艺蒸汽利用。且燃烧后的灰渣可以直接作为建筑材料或者路基材料使用，避免了直接填埋处理带来的成本、人力、物力和二次污染的风险，具有良好的社会和环保效益。
以上所述即为本发明实施例各主要组成部分的说明，以下则以一个年产180万吨的煤基水煤浆气化制甲醇工厂为典例来说明本发明在本实施例中的主要流程参数和效果。
表1为本实施例中流程的主要物流参数：
注1：考虑了10％的干燥热损失；
注2：不考虑闪蒸气中含有的少量其他气体，占比约为1-2％(体积比)；
从上述表格可知，本发明实施例的能带来以下有益效果：
1.通过浓缩系统和干燥系统，从气化灰渣S101转变为干燥灰渣S300，其含水率从80％降到了20％，更有利于进行回收利用。且干燥系统的凝气回收装置，可以回收约6t/h的冷凝水S208，返回气化装置重新利用，因此节约了气化装置的补充水。
2.在干燥系统中，利用气化装置的闪蒸气S204所带的富余热量间接加热浓缩灰渣。在本例中，年产180万吨的煤基甲醇工厂所需的闪蒸气S204的用量为12t/h，而水煤浆激冷气化装置产生的可利用的高压闪蒸气在60t/h以上，且还有低压闪蒸气可利用，因此可完全满足对气化灰渣进行综合利用的所需用量，无需额外制造热量。且在原有流程中，高压闪蒸气需经过冷凝处理方可处理，本发明则利用了闪蒸气所带的热量，大幅减少了冷凝的需求量，因此节约了用于冷却12t/h闪蒸气的循环冷却水620t/h。
3.本实施例中，燃烧系统包括锅炉，干燥灰渣S300在锅炉燃烧后得到的灰渣含碳量低，可作为建材等直接利用；同时，燃烧产生高压蒸汽可用于发电。本实施例中，含碳～30％(干基，重量比)左右的干燥灰渣低位热值为10.2MJ/kg，能产生30t/h的4.0MPag，375℃的高压蒸汽(锅炉效率80％)。假设气化炉渣所产高压蒸汽成本为60元/t，售价为135元/t，年运行时间为8000小时，则每年可产生的经济效益为1800万元，经济效益显著。
实施例二：
如图3所示，本发明实施例提供的气化灰渣综合利用系统，包括浓缩系统、干燥系统和燃烧系统。相比于实施例一，本实施例的浓缩系统包括筛分洗涤装置、浮选装置和过滤装置。干燥系统和燃烧系统与流程均与实施例一的相同，此处不加赘述。
浓缩系统主要包括筛分洗涤装置102，浮选装置103和过滤装置101。从气化装置来的粗渣S102通过筛分洗涤装置102得到粒径更小、含碳量更高的筛分细渣S103，和粒径更大、残碳含量更低的筛分粗渣S104；筛分粗渣S104从所述气化灰渣综合利用系统排出，排出界区，可作为建材等直接利用；筛分细渣S103和从气化装置来的气化细渣(渣浆)S101进入浮选装置103。通过浮选，得到残碳含量较高的浮选细渣S105和残碳含量相对较低的浮选粗渣S106；浮选粗渣S106从所述气化灰渣综合利用系统排出，排出界区，可作为建材等直接利用或填埋处理；浮选细渣S105进入过滤装置101。浮选细渣S105在过滤装置101初步脱水后形成浓缩灰渣S201，浓缩灰渣S201通过给料机201进入干燥系统；在过滤装置101中脱除的水分作为滤液S110返回气化装置循环利用。
通过本实施例的浓缩装置，有助于回收气化灰渣中的残碳，从而提高整体碳利用效率；同时提高回收利用灰渣的碳重量比，有助于提高燃烧效率。
综上所述，上述各实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种气化灰渣综合利用系统，其特征在于，包括浓缩系统、干燥系统、燃烧系统；其中，所述浓缩系统对气化灰渣进行初步脱水处理，得到水含率更低、碳含率更高的浓缩灰渣；
所述干燥系统用于将所述浓缩灰渣和从气化装置导出的载热介质进行换热进一步脱水，得到水含率更低的干燥灰渣；所述载热介质换热后返回到气化装置再利用，冷却后的载热介质冷凝液返回到气化装置的水系统作为系统补充水循环利用；
所述燃烧系统用于将所述干燥灰渣进行燃烧再利用。
2.根据权利要求1所述的气化灰渣综合利用系统，其特征在于，所述浓缩系统为真空过滤、离心过滤、板框过滤任一种过滤设备。
3.根据权利要求1所述的气化灰渣综合利用系统，其特征在于，所述浓缩系统包括筛分洗涤或浮选设备。
4.根据权利要求1所述的气化灰渣综合利用系统，其特征在于，所述干燥系统包括干燥机。
5.根据权利要求4所述的气化灰渣综合利用系统，其特征在于，所述干燥系统还包括过滤器、引风装置、冷凝器及凝液分离器、存储设备和给料装置。
6.根据权利要求1所述的气化灰渣综合利用系统，其特征在于，所述载热介质为气化装置中富余热量产生的物流。
7.根据权利要求6所述的气化灰渣综合利用系统，其特征在于，所述载热介质为气化装置的闪蒸汽。
8.根据权利要求1所述的气化灰渣综合利用系统，其特征在于，所述燃烧系统为利用干燥灰渣的碳产生热量或产品的设备。
9.根据权利要求8所述的气化灰渣综合利用系统，其特征在于，所述设备为锅炉或气化炉。
10.一种气化灰渣综合利用方法，其特征在于，包括步骤：
1)从气化装置来的气化灰渣经过浓缩装置进行初步处理，得到水含量更低和碳含量更高的浓缩灰渣；
2)浓缩灰渣再进入干燥装置，和从气化单元的载热介质换热进一步脱水，得到水含量更低的干燥灰渣；
3)干燥灰渣再输送到燃烧装置，作为燃料再利用。
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2019
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