CN111023698A - 一种利用超低压污氮气的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用超低压污氮气的系统及方法，属于污氮利用技术领域。本发明从空冷塔上塔顶部采集超低压污氮气，经处理后输送至气化装置，分成两股，一股进入磨煤机的密封风机进口用于磨煤机的密封气，一股经减压进入惰性气体循环系统，从而有效提高氮气的利用率，避免纯度氮气的浪费，同时有效降低成本，提高经济运行效益，具有良好的实际应用之价值。

Description

一种利用超低压污氮气的系统及方法
技术领域
本发明属于污氮利用技术领域，具体涉及一种利用超低压污氮气的系统及方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
现代低温法空气分离制氧技术(简称空分技术)所采用的空气分离装置(简称空分装置)，其常规设计分离产品氧气和产品氮气的产量比例为1:1～1:1.1，空气中其余的氮组分以污氮气的形式输出，主要用作空分流程中分子筛再生气、水冷却塔冷却气。按国标氮气纯度标准分为工业用氮气、纯氮和高纯氮三级，它们的纯度分别为99.5％，99.99％和99.999％，上述的产品氮气在本领域内通常指纯度≥99.5％的氮气，污氮气通常指纯度≥96％的非纯氮气。
在煤化工领域，空分装置利用液化空气中各组份沸点的不同而将各组份分离开来，空冷塔上塔的污氮气压力为0.005MPa，此部分氮气一般都是经过过冷器、换热器、水冷塔后排放至大气中，此部分氮气纯度达到99.9％以上，直接排放会造成氮气资源的浪费。同时，在煤气化系统中，磨煤单元为制粉工段，粒径小于3cm的碎煤经皮带转运进入煤气化界区，与石灰石案比例进入磨煤机中碾磨，通过持续引入磨煤系统低压氮气，维持系统的氧含量在8％以下，用热惰性气体干燥粉煤并在微负压条件下将磨煤机中合格煤粉带入粉煤袋式过滤器中分离，分离出来的煤粉作为后工段原料，惰性气体在循环风机作用下继续循环使用，且因碾磨后的煤粉粒径很小，因此还需要补充惰性气体以确保磨煤机运动区域的密封，另外为控制磨煤系统的水含量，惰性气体还需要尽量保证为无水状态，目前为节约生产成本，某些企业直接使用空气作为密封气，然而空气中氧含量较高易引发粉煤燃爆，同时空气含水量也较高，不利于实际安全生产运行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种利用超低压污氮气的系统及方法，本发明从空冷塔上塔顶部采集超低压污氮气，经处理后输送至气化装置，分成两股，一股进入磨煤机的密封风机进口用于磨煤机的密封气，一股经减压进入惰性气体循环系统，从而有效提高氮气的利用率，避免纯度氮气的浪费，同时有效降低成本，提高经济运行效益，具有良好的实际应用之价值。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的第一个方面，提供一种利用超低压污氮气的系统，所述系统包括：超低压污氮气产生单元和超低压污氮气利用单元；
所述超低压污氮气产生单元包括空冷塔，所述空冷塔包括产氮气的上精馏塔，所述上精馏塔顶部连通管路依次与过冷器和高压换热器进行连接，所述高压换热器出口端设置两条支管路；
优选的，所述上精馏塔还设置开口与所述过冷器、低压换热器和水冷塔连接，从而通过冷量回收后将多余的污氮放空。
所述超低压污氮气利用单元包括磨煤机、磨煤机循环风加热器、煤粉收集器和循环风机；
所述磨煤机设有煤粉进口、循环气入口及循环气出口；所述循环气出口通过管路连接在所述煤粉收集器的物料进口；所述煤粉收集器的气体出口通过管路与所述循环风机的进气口相连，所述循环风机的出气口通过管路与所述磨煤机循环气加热器的进气口相连，所述磨煤机循环气加热器的出气管路分两路，其中一路与所述磨煤机的循环气入口相连，另一路连接在所述磨煤机与所述煤粉收集器之间的连接管路上；
在所述循环风机与所述磨煤机循环气加热器之间的连接管路上分别连接有放空管路和惰性气体补给管路，所述放空管路的连接点位于惰性气体补给管路之前；
优选的，所述放空管路上设有放空调节阀；
优选的，所述放空管路和惰性气体补给管路连接点间距不小于2米，从而有效稀释惰性环境，避免放空水含量调节时放出超低压污氮气。
所述磨煤机上还设置有密封环管，所述密封环管通过管路与密封风机出口连接；所述密封风机进口与高压换热器出口连接的第一支管路进行连接；所述惰性气体补给管路与高压换热器出口连接的第二支管路进行连接；
所述第二支管路上设置有调节减压装置，所述调节减压装置包括减压阀。
优选地，所述循环风机出口还设有在线水分检测仪；
优选的，所述煤粉收集器物料出口下方设置螺旋输送机，从而将合格的煤粉输送至下游工序或贮藏；所述煤粉收集器为气固分离器，优选为粉煤袋式过滤器。
优选的，所述超低压污氮气利用单元还包括向磨煤机给料的原料煤储仓和称重给料机，具体的，所述原料煤储仓的出料口设有称重给料机，所述称重给料机的输出端与磨煤机的煤粉进口连接。
本发明的第二个方面，提供一种利用超低压污氮气的方法，所述方法包括：将超低压污氮气经冷量回收后输送至煤气化系统，分成两部分，一部分输送至磨煤系统作密封风，另一部分输送至磨煤系统作磨煤系统循环风。
其中，所述超低压污氮气取自空冷装置，更具体的，所述超低压污氮气取自空冷塔上精馏塔顶部；此处氮气压力通常为0.005Mpa，一般都是经过过冷器、换热器、水冷塔后排放至大气中，虽然掺杂其他杂质属于污氮范畴，但是其纯度仍然可达到99.9％以上，同时，所述超低压污氮气基本不含有水分，因此非常适合应用于磨煤系统中。
所述冷量回收进行两级处理，具体的，所述超低压污氮气经过过冷器进行一次冷量回收，然后再经过高压换热器进行二级冷量回收，经过两级冷量回收处理，减少了高纯度氮气冷量浪费和损耗，同时通过冷量回收，使得超低压污氮气温度上升，优选控制超低压污氮气温度上升至35～40℃(进一步优选40℃)，通过预热超低压氮气，满足下游使用温度要求。
进一步的，为保证磨煤系统具有良好的密封效果，经冷量回收后的超低压污氮气在输送至磨煤系统作磨煤系统密封气之前进行增压处理，优选增压至0.0135Kpa。
进一步的，为保证磨煤系统平稳安全运行，经冷量回收后的超低压污氮气在输送至磨煤系统作磨煤系统循环风之前进行减压处理，优选减压至0.0024Mpa。通过控制密封风与系统循环风的压差，可以进一步提高密封效果，从而避免煤粉颗粒从磨煤机磨盘间隙逸出，损坏磨煤机。
进一步的，上述利用超低压污氮气的方法，包括：
将空冷塔上精馏塔顶部得到的超低压污氮气进行两级冷量回收处理，控制温度达到35～40℃(进一步优选40℃)，然后分成两部分，均进入磨煤系统，其中一部分首先输送至密封风机，经密封风机加压至13.5kpa，进入磨煤机密封环管作为磨煤机密封风；另一部分进行减压至0.0024Mpa，做系统循环风使用。
其中，释放点与放空管路之间距离不小于2米，从而有效稀释惰性环境，避免放空水含量调节放空放出超低压污氮气。
其中，所述两级冷量回收处理具体为使超低压污氮气依次经过冷器和高压换热器。
本发明的有益技术效果：
1.本发明通过合理利用空分装置放空污氮气，提高了氮气的利用率，并有效进行冷量回收，避免了高纯度氮气的浪费，降低了成本，提高了装置的经济运行效益。
2.本发明在磨煤密封系统采用超低压污氮气，替代空气，避免空气与可燃粉煤接触引发燃烧，提高工艺及设备的安全性能。
3.本发明的超低压污氮气完全满足气化装置的惰性气体环境使用要求，经过简单调节减压阀即可实现系统水含量氧含量等的控制要求，操作简单，安全可靠；特别适合煤化工相关企业。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明利用超低压污氮气的系统图，其中，1.空冷塔，2.过冷器，3.高压换热器，4.低压换热器，5.水冷塔，6.密封风机，7.磨煤机，8.调节减压装置，9.循环风机，10.放空调节阀，11.磨煤机循环风加热器，12.螺旋输送机，13粉煤袋式过滤器，14.原料煤储仓。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
如前所述，在煤化工领域，空冷塔上塔的污氮气一般都是经过过冷器、换热器、水冷塔后排放至大气中，造成氮气资源的浪费。同时，在煤气化系统中，目前密封气和循环气的使用非常紧张，而使用空气则易造成生产风险。
有鉴于此，为了尽可能的利用空分空冷塔上塔的污氮气，同时解决气化磨煤系统惰性气体的缺少的困局，本发明提供的一种超低压污氮气利用的方法，将空分空冷塔上精馏塔顶部取出纯度较高的无水超低压氮气，经过过冷器、高压换热器、通过管道输送至气化装置，分成两股，一股进入磨煤机的密封风机进口用于磨煤机的密封气，一股经过调节阀减压至0.0024Mpa进入惰性气体循环系统。
具体的，本发明提供的一种超低压污氮气利用的方法，包括空冷塔上塔顶部采出冷量回收工艺、超低压氮气磨煤机密封工艺、超低压氮气减压稀释装置，所述空冷塔上塔顶部采出冷量回收工艺包括空冷塔1、过冷器1、高压换热器2，超低压污氮气从空冷塔塔顶开孔引出，经过过冷器进行一次冷量回收，再经过高压换热器进行二级冷量回收，温度达到40℃；所述超低压氮气磨煤机密封工艺包括密封风机6、单向止回阀，超低压污氮气经过管道输送至密封风机进口处设置阀门打开，将风机进口消音装置处设置阀门关闭，超低压氮气进入风机进口，经过风机加压至13.5kpa，进入磨煤机密封环管；所述超低压氮气减压稀释工艺包括调节减压装置8、调节放空10，一股超低压污氮气通过调节阀减压至0.0024Mpa,补充至惰性气体循环风机9出口至循环风加热器管道之间，放空管道之后，距离大于2米，减压调节阀与风机出口水分检测装置及放空管道调节阀设置联锁，以此稀释调节整个惰性气体环境中的水分含量及氧含量，保证系统的稳定运行。
本发明的又一具体实施方式中，所述超低压污氮气采出从空冷塔上塔顶部采出，采出量为12000Nm3/h。
本发明的又一具体实施方式中，所述超低压污氮气采出后经过过冷器及高压冷却器两级冷量回收，有效冷量回收的同时预热超低压氮气，满足下游使用温度要求。
本发明的又一具体实施方式中，所述超低压氮气磨煤机密封工艺，使用超低压氮气代替空气进行密封，降低粉煤与空气接触的概率，提高工艺的安全性，并预留的空气的阀门进行应急。
本发明的又一具体实施方式中，所述超低压污氮气进入循环风机出口管道设置的放空管道之后，距离大于2米，有效稀释惰性环境，避免放空水含量调节放空放出超低压污氮气。
本发明的又一具体实施方式中，所述超低压氮气减压稀释工艺将调节减压装置、放空调节装置、水含量检测、氧含量检测进行联锁控制。
以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种利用超低压污氮气的系统，所述系统包括：超低压污氮气产生单元和超低压污氮气利用单元；
所述超低压污氮气产生单元包括空冷塔1，所述空冷塔1包括产氮气的上精馏塔，所述上精馏塔顶部连通管路依次与过冷器2和高压换热器3进行连接，所述高压换热器3出口端设置两条支管路；
所述上精馏塔还设置开口与所述过冷器2、低压换热器4和水冷塔5连接，从而通过冷量回收后将多余的污氮放空。
所述超低压污氮气利用单元包括磨煤机7、磨煤机循环风加热器11、粉煤袋式过滤器13和循环风机9；
所述磨煤机设有煤粉进口、循环气入口及循环气出口；所述循环气出口通过管路连接在所述煤粉收集器的物料进口；所述煤粉收集器的气体出口通过管路与所述循环风机的进气口相连，所述循环风机的出气口通过管路与所述磨煤机循环气加热器的进气口相连，所述磨煤机循环气加热器的出气管路分两路，其中一路与所述磨煤机的循环气入口相连，另一路连接在所述磨煤机与所述煤粉收集器之间的连接管路上；
在所述循环风机9与所述磨煤机循环气加热器之间的连接管路上分别连接有放空管路和惰性气体补给管路，所述放空管路的连接点位于惰性气体补给管路之前；所述放空管路上设有放空调节阀10；所述放空管路和惰性气体补给管路连接点间距不小于2米，从而有效稀释惰性环境，避免放空水含量调节时放出超低压污氮气。
所述磨煤机上还设置有密封环管，所述密封环管通过管路与密封风机6出口连接；所述密封风机6进口与高压换热器3出口连接的第一支管路进行连接；所述惰性气体补给管路和与高压换热器出口连接的第二支管路进行连接；所述第二支管路上设置有调节减压装置8，所述调节减压装置8包括减压阀。所述循环风机9出口还设有在线水分检测仪；
所述粉煤袋式过滤器13料出口下方设置螺旋输送机12，从而将合格的煤粉输送至下游工序或贮藏；所述煤粉收集器为气固分离器，优选为粉煤袋式过滤器。
所述超低压污氮气利用单元还包括向磨煤机给料的原料煤储仓14和称重给料机，具体的，所述原料煤储仓的出料口设有称重给料机，所述称重给料机的输出端与磨煤机7的煤粉进口连接。
上述利用超低压污氮气的系统的运行方法包括：
步骤一：首先将超低压污氮气在空冷塔1上精馏塔顶部采出；
步骤二：超低压氮气经过过冷器2进行一次冷量回收，再经过高压换热器3进行二级冷量回收，温度达到40℃；
步骤三：超低压氮气经高压换热器后分成两股，一股经第一支路管输送至密封风机，经密封风机加压至13.5kpa，进入磨煤机密封环管作为磨煤机密封风；另一股经第二支路管通过调节减压装置进行减压至0.0024Mpa后进入惰性气体补给管路释放，做系统循环风使用。
应注意的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种利用超低压污氮气的系统，其特征在于，所述系统包括：超低压污氮气产生单元和超低压污氮气利用单元；
所述超低压污氮气产生单元包括空冷塔，所述空冷塔包括产氮气的上精馏塔，所述上精馏塔顶部连通管路依次与过冷器和高压换热器进行连接，所述高压换热器出口端设置两条支管路；
所述超低压污氮气利用单元包括磨煤机、磨煤机循环风加热器、煤粉收集器和循环风机；
所述磨煤机设有煤粉进口、循环气入口及循环气出口；所述循环气出口通过管路连接在所述煤粉收集器的物料进口；所述煤粉收集器的气体出口通过管路与所述循环风机的进气口相连，所述循环风机的出气口通过管路与所述磨煤机循环气加热器的进气口相连，所述磨煤机循环气加热器的出气管路分两路，其中一路与所述磨煤机的循环气入口相连，另一路连接在所述磨煤机与所述煤粉收集器之间的连接管路上；
在所述循环风机与所述磨煤机循环气加热器之间的连接管路上分别连接有放空管路和惰性气体补给管路，所述放空管路的连接点位于惰性气体补给管路之前；
所述磨煤机上还设置有密封环管，所述密封环管通过管路与密封风机出口连接；所述密封风机进口与高压换热器出口连接的第一支管路进行连接；所述惰性气体补给管路与高压换热器出口连接的第二支管路进行连接。
2.如权利要求1所述的利用超低压污氮气的系统，其特征在于，所述第二支管路上设置有调节减压装置，所述调节减压装置包括减压阀；
或，所述循环风机出口还设有在线水分检测仪。
3.如权利要求1所述的利用超低压污氮气的系统，其特征在于，所述煤粉收集器物料出口下方设置螺旋输送机；
优选的，所述煤粉收集器为气固分离器，进一步优选为粉煤袋式过滤器。
4.如权利要求1所述的利用超低压污氮气的系统，其特征在于，所述超低压污氮气利用单元还包括向磨煤机给料的原料煤储仓和称重给料机；优选的，所述原料煤储仓的出料口设有称重给料机，所述称重给料机的输出端与磨煤机的煤粉进口连接。
5.如权利要求1所述的利用超低压污氮气的系统，其特征在于，所述放空管路上设有放空调节阀。
6.如权利要求1所述的利用超低压污氮气的系统，其特征在于，所述放空管路和惰性气体补给管路连接点间距不小于2米。
7.一种利用超低压污氮气的方法，其特征在于，所述方法包括：将超低压污氮气经冷量回收后输送至煤气化系统，分成两部分，一部分输送至磨煤系统作密封风，另一部分输送至磨煤系统作磨煤系统循环风。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述超低压污氮气取自空冷装置；
优选的，所述超低压污氮气取自空冷塔上精馏塔顶部。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冷量回收进行两级冷量回收处理，具体的，所述超低压污氮气经过过冷器进行一次冷量回收，然后再经过高压换热器进行二级冷量回收，优选控制超低压污氮气温度上升至35～40℃(进一步优选40℃)。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
经冷量回收后的超低压污氮气在输送至磨煤系统作磨煤系统密封气之前进行增压处理，优选增压至0.0135Kpa；
或，经冷量回收后的超低压污氮气在输送至磨煤系统作磨煤系统循环风之前进行减压处理，优选减压至0.0024Mpa。
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