CN112899035A - 一种煤气化渣回收利用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤气化渣回收利用系统及方法，属于煤化工废渣处理领域。针对现有废渣处理难度大和成本高的问题，本发明提供一种煤气化渣回收利用系统，包括依次连接的干燥单元、输送单元、反应单元和预热单元；预热单元包括空气进口、空气出口和烟气出口，空气出口与输送单元连接，烟气出口和干燥单元连接。本发明对气化渣燃烧产生的高温烟气进行回收，使得高温烟气与常温空气换热，再将降温后的烟气与加热后的空气分别输送至不同的单元对气化渣进行不同程度的热处理，使得气化废渣在燃烧过程中无需掺混其他原料介质，可实现固废自身稳定反应，极大的节约了能耗。本发明的煤气化渣回收利用方法操作简便，运行稳定，成本低，节约资源，经济效应好。

Description

一种煤气化渣回收利用系统及方法

技术领域

本发明属于煤化工废渣处理领域，更具体地说，涉及一种煤气化渣回收利用系统及方法。

背景技术

气化技术是煤化工领域的先导与核心技术，是将固态的煤转化成气态的合成气的主要途径之一，气化技术的应用产生大量的气化渣，属于固废产物。我国每年产出的气化渣主要以填埋、渣场集中堆存为主，堆存后为黑色粉状，土地占压、扬尘污染、水系统污染问题突出，严重影响地方生态环境。目前，结合气化渣资源特点，目前主要在碳材料开发利用、陶瓷材料制备、铝/硅基产品制备等方面引起广泛关注，但大多处于实验室研究或扩试试验阶段，并且都需要掺烧或是加介质助燃，主要存在成本高、流程复杂、杂质难调控，下游市场小等问题，无法实现规模化利用。残碳碳含量高是制约气化渣材料化消纳掺量及产品性能的主要原因之一。因此，实现气化渣规模化消纳及资源化利用技术是相关企业实现环保效益和经济效益兼得的关键所在。

针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号CN201811409990.9，公开日为2019年3月1日，该专利公开了一种气化炉灰渣干燥熔融炉气化工艺,属于煤化工技术领域。利用气化炉内操作温度不低于1500℃，使灰渣处于熔融状态，更有利用气化过程的完全反应，实现提高利用率的目的，在气化过程中，煤气化炉渣(灰渣)在气化过程中起传递氧的作用，同时对气化也具有催化作用。通过与煤配比后在熔融炉中进行共气化，促进废渣气化效率，提高废渣利用率。气化炉生的合成气中CO：50～60％(湿基)；H2:30～35％(湿基)；CO2：2～5％；氧耗：240～270。该专利的不足之处在于：将气化炉灰渣进行回收需借助煤等外部燃烧进行燃烧气化，增加能耗同时提高生产成本。

又如中国专利申请号CN201910139938.4，公开日为2019年5月21日，该专利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。该专利的不足之处在于：该方法对气化灰渣燃烧时所产生的热量进行回收使用，使得能量浪费严重。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有废渣处理难度大和成本高的问题，本发明提供一种煤气化渣回收利用系统及方法。本发明中煤气化渣回收利用系统对气化渣燃烧产生的高温烟气进行回收，使得高温烟气与常温空气换热，再将降温后的烟气与加热后的空气分别输送至不同的单元对气化渣进行不同程度的热处理，使得气化废渣在燃烧过程中无需掺混其他原料介质，可实现固废自身稳定反应，极大的节约了能耗。本发明的煤气化渣回收利用方法操作简便，运行稳定，成本低，节约资源，经济效应好。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种煤气化渣回收利用系统，包括依次连接的干燥单元、输送单元、反应单元和预热单元；干燥单元，用于对煤气化渣进行干燥和预加热；输送单元，用于对干燥预热后的煤气化渣进行运输和二次加热；反应单元，用于对二次加热后的煤气化渣进行燃烧；预热单元，用于对反应单元产生的烟气进行回收；预热单元包括空气进口、空气出口和烟气出口，空气出口与输送单元连接，烟气出口和干燥单元连接。

更进一步的，所述干燥单元为干燥窑，干燥窑包括干燥筒体，干燥筒体的一端为煤气化渣进口，另一端为煤气化渣出口并且该端与输送单元连接，干燥筒体的内部设有换热管，换热管与预热单元中的烟气出口连接，烟气在干燥筒体内的流动方向与煤气化渣的流动方向相反。

更进一步的，输送单元为管道，管道的一端连接干燥单元，另一端连接反应单元，管道上设有气体进口，气体进口与预热单元中的空气出口连接。

更进一步的，所述反应单元为反应炉，反应炉内部设有煤气化渣进行燃烧的反应区，反应炉的顶部设有气体出口，气体出口与预热单元连接，反应炉的底部设有固体出口。

更进一步的，反应炉的内壁还设有冷却装置。

更进一步的，所述预热单元为预热器，预热器包括壳体，壳体内部设有烟气管，壳体上设有烟气出口，空气入口和空气出口，烟气管的一端连接反应单元，另一端连接烟气出口，且烟气流动方向与空气流动方向相反。

一种利用上述任一项所述的煤气化渣回收利用系统的煤气化渣回收利用方法，包括以下步骤：

S1：煤气化渣进入到干燥单元进行干燥，此时，预热单元中的烟气进入到干燥单元内对煤气化渣进行预热；

S2：经预热后的煤气化渣进入到输送单元内，此时，预热单元中的空气进入到输送单元内对煤气化渣进行二次加热；

S3：二次加热后的煤气化渣进入到反应单元进行燃烧，产生的高温烟气进入到预热单元中，产生的固体作为建筑原料；

S4：预热单元内通入常温空气，高温烟气进入到预热单元中与常温空气进行换热生成低温烟气和高温空气，低温烟气进入到干燥单元内对煤气化渣进行预热，高温空气进入到输送单元中对煤气化渣进行二次加热。

更进一步的，所述步骤S1中控制煤气化渣预热的温度为20～300℃。

更进一步的，所述步骤S3中控制燃烧温度为900～1500℃。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明将上游气化产业产生的废渣作为原料，有效解决废渣处理的问题，从源头削减三废的产生量和排放量，处理后得到的固体废弃物实现了减量化，减量化达到了80％，同时其含碳量小于3％，可作为建材、道路等行业的原料，使各个行业形成互补互动、共生共利的关系，实现资源的有效配置，极大地减轻了气化系统后续产生的生态环境压力，建设低投入、高产出，低消耗、无固废排放，循环、可持续的国民经济体系和资源节约型、环境友好型工业系统；

(2)本发明使用煤化工行业产生的多种气化废渣作为原料，通过对气化渣燃烧产生的高温烟气进行回收处理，使得高温烟气与常温空气换热，再将降温后的烟气与加热后的空气分别输送至不同的单元对气化渣进行热处理，使得气化废渣在燃烧过程中无需掺混其他原料介质，可实现固废自身稳定反应，充分利用余热热能，能耗小，系统运行稳定、成本低，同时产出蒸汽可作为外送能源；将气化废渣转变为可再利用的资源，节约资源，经济效应好；

(3)本发明中的干燥单元采用烟气和煤气化渣不直接接触，间接加热的方式对煤气化渣进行干燥升温，避免烟气与煤气化渣直接接触产生污染废渣的现象，保证后续煤气化渣燃烧后生成的建筑原料纯度高；并且采用管道作为输送单元，管道输送密封性能高并且结构简单，管道上通入的高温空气对煤气化渣进行二次加热的同时还可以起到输送作用，避免煤气化渣在管道内部发生堵塞的情况，保证输送过程的顺畅性；

(4)本发明中的反应单元采用反应炉进行煤气化渣的燃烧反应，并且燃烧反应产生的高温烟气从反应炉顶部进入至预热单元内，产生的固体从反应炉的底部排出作为建筑原料使用；同时在反应炉的内壁设有冷却装置，冷却装置对反应炉起到一个降温保护的作用，提高反应炉的使用寿命；并且在反应炉底部设有低温段，低温段的作用则是将反应后的固体迅速冷却后排出，避免结焦；

(5)本发明的煤气化渣回收利用方法操作简便，能够解决目前煤化工废渣处理利用技术中废渣产量大、处理难度大、处理成本高、环境污染严重等问题；并且无需借助外部介质对煤气化渣进行燃烧，通过煤气化渣进行燃烧反应后产生的高温烟气回收利用，对煤气化渣进行不同程度的加热，极大的节约了能耗，且保证燃烧反应过程更加平稳。

(6)本发明控制干燥单元的预热温度为20～300℃，温度在该范围内能够充分干燥煤气化渣，温度过高或过低均不利于水分的快速析出，并且在该温度范围内的经济性也是最佳的；同时控制反应单元内燃烧温度为900～1500℃，在该温度范围内使得煤气化渣的燃烧反应不易发生热量波动，保证燃烧反应的稳定进行。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的结构示意图。

图中：1、干燥单元；2、输送单元；3、反应单元；4、预热单元。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，一种煤气化渣回收利用系统，包括依次连接的干燥单元1、输送单元2、反应单元3和预热单元4；干燥单元1，用于对煤气化渣进行干燥和预加热；输送单元2，用于对干燥预热后的煤气化渣进行运输和二次加热；反应单元3，用于对二次加热后的煤气化渣进行燃烧；预热单元4，用于对反应单元3产生的烟气进行回收。具体的，预热单元4包括空气进口、空气出口和烟气出口，空气出口与输送单元2连接，烟气出口和干燥单元1连接，预热单元4内进行高温烟气与常温空气的换热，高温烟气为反应单元3中生成烟气，常温空气即为从空气进口进来的空气，在预热单元4内常温空气被加热成300～750℃的高温空气，并且被输送至输送单元2内对煤气化渣进行二次加热，高温烟气降温为300～800℃的低温烟气，并且被输送至干燥单元1内进行干燥和预加热。本实施中将烟气通入至干燥单元1内，空气通入至输送单元2中，是因为空气通入至输送单元2内时随着煤气化渣一同进入到反应单元3中，空气为反应单元3内煤气化渣的燃烧提供大量氧气；而烟气是燃烧后的产物，含氧量极低，如果将烟气通入至输送单元2中，烟气则不能为后续煤气化渣的燃烧反应提供氧气，无法维持反应单元3内保持稳定燃烧的状态。因此在充分利用热量的同时保证煤气化渣的燃烧稳定进行，具有较高的经济使用效益。

在这里需进行说明的是，在目前而言，低热值燃料譬如煤气化渣不借助外部介质燃烧是非常困难的，可操作难度大。而在本煤气化渣回收利用系统中，能够实现煤气化渣不借助外部介质燃烧，因为通过对煤气化渣燃烧时产生的高温烟气进行与常温空气的换热，并且将换热后的低温烟气和高温空气输送至不同的单元对煤气化渣进行不同程度的加热，在煤气化渣进入到反应单元3之前已经自身具有一定温度，为进入反应单元3内的燃烧反应创造了最佳的燃烧环境，此时燃烧所需的热能也大大的减少，因此不需要掺混介质也能实现煤气化渣的稳定燃烧，并且有效节约能耗，没有外部介质的参与消除了外部影响，使得煤气化渣的燃烧过程更加趋于平稳。并且之所以将高温空气进入到输送单元2，低温烟气进入到干燥单元1，是因为低温烟气进入干燥单元1主要是为了降低煤气化渣的含水量，并且预加热至一定温度，有利于后续燃烧；高温空气进入到输送单元2是将预热后的煤气化渣进行二次加热，使其更接近于燃烧状态，并且气体能够对煤气化渣起到一个输送作用，因为煤气化渣的独立燃烧条件非常苛刻，这样的设置都是为了后续煤气化渣在反应单元3中的燃烧不加入外部介质，节约能耗。

本发明能够将上游气化产业产生的煤气化废渣作为原料，有效解决废渣处理的问题，从源头削减三废的产生量和排放量，处理后得到的固体废弃物实现了减量化，减量化达到了80％，同时其含碳量小于3％，可作为建材、道路等行业的原料，使各个行业形成互补互动、共生共利的关系，实现资源的有效配置，极大地减轻了气化系统后续产生的生态环境压力，建设低投入、高产出，低消耗、无固废排放，循环、可持续的国民经济体系和资源节约型、环境友好型工业系统。并且实现了煤气化废渣不借助外部介质而独立燃烧的方式，充分利用余热热能，能耗小，系统运行稳定、成本低，同时产出蒸汽可作为外送能源；将气化废渣转变为可再利用的资源，节约资源，经济效应好。

一种利用上述所述的煤气化渣回收利用系统的煤气化渣回收利用方法煤气化渣回收利用方法，包括以下步骤：

S1：煤气化渣进入到干燥单元1，此时，预热单元4中的烟气进入到干燥单元1内对煤气化渣进行干燥和预热；在该步骤中，控制干燥单元1内的预热温度为20～300℃，温度在该范围内能够充分干燥煤气化渣，温度过高或过低均不利于水分的快速析出，并且在该温度范围内的经济性也是最佳的；

S2：经预热后的煤气化渣进入到输送单元2内，此时，预热单元4中300～750℃的高温空气进入到输送单元2内对煤气化渣进行二次加热和输送；

S3：二次加热后的煤气化渣进入到反应单元3进行燃烧，产生的高温烟气进入到预热单元4中，产生的固体作为建筑原料；在该步骤中，控制燃烧温度为900～1500℃，在该温度范围内使得煤气化渣的燃烧反应不易发生热量波动，保证燃烧反应的稳定进行；

S4：预热单元4内通入常温空气，高温烟气进入到预热单元4中与常温空气进行换热生成低温烟气和高温空气，低温烟气进入到干燥单元1内对煤气化渣进行预热，高温空气进入到输送单元2中对煤气化渣进行二次加热。

本发明的煤气化渣回收利用方法操作简便，能够解决目前煤化工废渣处理利用技术中废渣产量大、处理难度大、处理成本高、环境污染严重等问题；并且无需借助外部介质对煤气化渣进行燃烧，通过煤气化渣进行燃烧反应后产生的高温烟气回收利用，对煤气化渣进行不同程度的加热，极大的节约了能耗，且保证燃烧反应过程更加平稳。

实施例2

如图2所示，基本同实施例1，具体的，在本实施中干燥单元1为干燥窑，干燥窑包括干燥筒体，干燥筒体的一端为煤气化渣进口，另一端为煤气化渣出口并且该端与输送单元2连接，干燥筒体的内部设有换热管，换热管与预热单元4中的烟气出口连接，烟气在干燥筒体内的流动方向与煤气化渣的流动方向相反。具体的，以图2为基准，干燥筒体的左端为煤气化渣进口，干燥筒体的右端为煤气化渣出口，煤气化渣的流动方向为从左至右，而低温烟气在干燥筒体内的流动方向为从右至左，即换热管的烟气进口设置在干燥筒体位于煤气化渣出口的一端，这样预热单元4内的低温烟气从干燥筒体的右端进入，往左端方向流动。干燥筒体是一个与水平方向略成倾角的圆筒状，圆筒状较高的一端为煤气化渣进口，煤气化渣从圆筒状较高的一端进入，低温烟气从圆筒状较低的一端与煤气化渣逆流进入干燥筒体，随着干燥筒体的转动，煤气化渣由于重力的作用运行到较低的一端，而采用换热管内流动低温烟气，使得烟气不直接与煤气化渣接触，间接加热的方式对煤气化渣进行干燥升温，避免烟气与煤气化渣直接接触产生污染废渣的现象，保证后续煤气化渣燃烧后生成的建筑原料纯度高。更进一步的，在干燥筒体内壁上装有抄板，用于把煤气化渣抄起又洒下，使得煤气化渣与低温烟气的接触表面积大，提高干燥效率并且促进煤气化渣的运动。

输送单元2为管道，管道输送密封性能高并且结构简单。管道的一端连接干燥单元1，另一端连接反应单元3，管道上设有气体进口，气体进口与预热单元4中的空气出口连接，此时预热单元4中的高温空气进入到管道内部，对管道内部的煤气化渣进行二次加热，同时气体对煤气化渣的输送起到促进作用，避免煤气化渣在管道内部发生堵塞的情况，保证输送过程的顺畅性。

反应单元3为反应炉，反应炉内部设有煤气化渣进行燃烧的反应区，反应区的温度较高，输送单元2中的管道直接与反应区进行连接，并且在与反应炉连接的管道上设置燃烧器，用于对煤气化渣进行燃烧，使得煤气化渣在反应区内直接进行燃烧反应。反应炉的顶部设有气体出口，气体出口与预热单元4连接，反应炉的底部设有固体出口和常温空气进口，反应炉的反应区发生燃烧反应温度较高，反应炉的底部为低温段，因为从反应炉底部进入的常温空气不断将反应炉底部的热量吸收且常温空气向着炉顶气体出口方向流动，在反应炉内反应区形成稳定的反应床层，同时使得反应炉底部温度较低形成低温段，低温段的作用则是将反应后的固体迅速冷却后排出，避免在炉底部结焦，提高反应炉的使用寿命。更进一步的，反应炉的内壁上部还设有冷却装置，冷却装置对反应炉内的整体温度起到一个降温作用，避免反应炉长期处于高温状态容易发生磨损，进一步提高反应炉的使用寿命。具体的，冷却装置采用水冷壁的形式进行冷却，即冷却装置包括设置在反应炉内壁上的若干根水冷管，水冷管的两端均连接汽包，实现反应炉内壁上部水循环。冷却装置的设置使得炉内壁上部为低温段，避免炉体受热易发生变形，使得燃烧反应产生的烟气中颗粒无法在炉内结焦，确保物料在反应炉内形成稳定的反应床层，进一步保证反应炉的使用寿命。

预热单元4为预热器，预热器包括壳体，壳体内部设有烟气管，壳体上设有烟气出口，空气入口和空气出口，烟气管的一端连接反应单元3，另一端连接烟气出口，且烟气流动方向与空气流动方向相反。烟气从反应炉进入到预热器内，向烟气出口的方向流动，而从空气入口进去的空气向空气出口方向流动，二者流动方向相反是为了相比于相同流向，具有更好的换热效果。使得烟气与空气不直接接触，避免了空气被烟气污染，因为经过换热后的空气将作为助燃剂通过输送单元2进入到反应单元3内参与煤气化渣的燃烧反应起到助燃效果，因此保证空气的纯净度，提高燃烧效果。同时值得说明的是本发明并不局限于本实施所描述的这些结构，能起到相同作用的结构均可使用在本发明中。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种煤气化渣回收利用系统，其特征在于：包括依次连接的干燥单元(1)、输送单元(2)、反应单元(3)和预热单元(4)；干燥单元(1)，用于对煤气化渣进行干燥和预加热；输送单元(2)，用于对干燥预热后的煤气化渣进行运输和二次加热；反应单元(3)，用于对二次加热后的煤气化渣进行燃烧；预热单元(4)，用于对反应单元(3)产生的烟气进行回收；预热单元(4)包括空气进口、空气出口和烟气出口，空气出口与输送单元(2)连接，烟气出口和干燥单元(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤气化渣回收利用系统，其特征在于：所述干燥单元(1)为干燥窑，干燥窑包括干燥筒体，干燥筒体的一端为煤气化渣进口，另一端为煤气化渣出口并且该端与输送单元(2)连接，干燥筒体的内部设有换热管，换热管与预热单元(4)中的烟气出口连接，烟气在干燥筒体内的流动方向与煤气化渣的流动方向相反。

3.根据权利要求1或2所述的一种煤气化渣回收利用系统，其特征在于：输送单元(2)为管道，管道的一端连接干燥单元(1)，另一端连接反应单元(3)，管道上设有气体进口，气体进口与预热单元(4)中的空气出口连接。

4.根据权利要求1所述的一种煤气化渣回收利用系统，其特征在于：所述反应单元(3)为反应炉，反应炉内部设有煤气化渣进行燃烧的反应区，反应炉的顶部设有气体出口，气体出口与预热单元(4)连接，反应炉的底部设有固体出口。

5.根据权利要求4所述的一种煤气化渣回收利用系统，其特征在于：反应炉的内壁还设有冷却装置。

6.根据权利要求1所述的一种煤气化渣回收利用系统，其特征在于：所述预热单元(4)为预热器，预热器包括壳体，壳体内部设有烟气管，壳体上设有烟气出口，空气入口和空气出口，烟气管的一端连接反应单元(3)，另一端连接烟气出口，且烟气流动方向与空气流动方向相反。

7.一种利用权力要求1-6任一项所述的煤气化渣回收利用系统的煤气化渣回收利用方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：煤气化渣进入到干燥单元(1)，此时，预热单元(4)中的烟气进入到干燥单元(1)内对煤气化渣进行干燥和预热；

S2：经预热后的煤气化渣进入到输送单元(2)内，此时，预热单元(4)中的空气进入到输送单元(2)内对煤气化渣进行二次加热和输送；

S3：二次加热后的煤气化渣进入到反应单元(3)进行燃烧，产生的高温烟气进入到预热单元(4)中，产生的固体作为建筑原料；

S4：预热单元(4)内通入常温空气，高温烟气进入到预热单元(4)中与常温空气进行换热生成低温烟气和高温空气，低温烟气进入到干燥单元(1)内对煤气化渣进行预热，高温空气进入到输送单元(2)中对煤气化渣进行二次加热。

8.根据权利要求7所述的一种煤气化渣回收利用方法，其特征在于：所述步骤S1中控制煤气化渣预热的温度为20～300℃。

9.根据权利要求7所述的一种煤气化渣回收利用方法，其特征在于：所述步骤S3中控制燃烧温度为900～1500℃。

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