CN113528194A - 高温煤气的处理方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤气化技术领域，公开了一种高温煤气的处理方法及设备。该方法包括以下步骤：(1)在除尘装置中，使高温煤气与固体颗粒接触；以及(2)在热回收装置中，通过注入气体使来自所述除尘装置的含尘固体颗粒流化，并使流化的物料与取热单元进行换热以回收热量。该方法工艺简单、所用设备投资少、运行成本低。

Description

高温煤气的处理方法及设备
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，具体涉及一种高温煤气的处理方法及设备。
背景技术
气流床煤气化技术后续流程不仅应尽可能地降低设备投资，降低粗煤气除灰、洗涤的成本，还应有效地回收粗煤气所携带的高品位热能。主要有废热锅炉工艺和水激冷工艺。
废热锅炉工艺：从气化炉出来的粗煤气，经过后续工艺返回的冷煤气激冷，高温煤气中的熔融态飞灰凝固固化后，经过煤气冷却器生产中压过热蒸汽后，再经过高温高压陶瓷过滤器除灰后，进入湿洗单元，去除部分酸性气体及残留飞灰，洗涤后的煤气部分作为激冷气，其余排出进一步处理。
废热锅炉工艺煤气采用后续工艺的冷煤气返回进行激冷，气量增加，会使后续废热回收和除尘工序负荷增大，设备操作费用都会增加。除尘采用高温高压陶瓷过滤器，阻力损失大，能耗高。
水激冷工艺：从气化炉出来的粗煤气，在下降管内，与激冷水并流进入渣池，煤气经水浴除渣降温后，再经文丘里洗涤器和碳洗塔，去除部分酸性气体及残留灰分，被水蒸汽饱和后，送至下游工段。但是，该工艺水耗较大，废水量大。
例如，CN202786151U公开了一种煤基煤气废热回收系统，提供了一种煤基煤气废热回收系统，该系统将从气化炉出来的粗煤气经过激冷气激冷固化飞灰后，再通过多组蓄热体切换，回收煤气所携带的高品位热能，然后采用文丘里洗涤器和湿洗塔将煤气除尘。该专利中，激冷气激冷需要冷煤气循环回来，气体流量增大，导致热回收、除尘系统设备需要相应增大，并且还需增加气体循环的输送设备。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的生产成本高、能耗高等问题，提供一种高温煤气处理方法及设备，所述处理方法工艺简单、所用设备投资少、运行成本低。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种高温煤气的处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)在除尘装置中，使高温煤气与固体颗粒接触；以及
(2)在热回收装置中，通过注入气体使来自所述除尘装置的含尘固体颗粒流化，并使流化的物料与取热单元进行换热以回收热量。
第二方面，本发明提供一种高温煤气的处理设备，所述设备包括：
除尘装置，高温煤气与固体颗粒在其中进行接触；以及
热回收装置，所述热回收装置中设置有取热单元，并且具有气体入口和气体出口，通过所述气体入口注入气体，使来自所述除尘装置的含尘固体颗粒流化，并使流化的物料与取热单元进行换热以回收热量。
通过上述技术方案，本发明达到了如下的技术效果：
1)本发明利用颗粒床除尘装置对高温煤气进行激冷，高温煤气中的熔融飞灰被移动式颗粒床中的冷颗粒激冷变成固态，同时飞灰利用移动式颗粒床的直接栏截、惯性碰撞、扩散效应、重力沉降和静电力等阻滞作用被截留。相对于现有冷煤气激冷工艺来说，避免了气量增加，并避免了后续废热回收和除尘工序负荷增大、设备操作费用增加；而相对于现有水激冷工艺来说，既减少了废水的产生，又不影响煤气废热的回收；
2)本发明利用颗粒床除尘装置对高温煤气进行激冷和除尘，在同一设备内同时完成高温煤气的熔融飞灰激冷和除尘，简化了工艺，降低了设备投资；
3)本发明的余热回收和颗粒再生都在热回收装置内进行，也就是说，在同一设备内同时完成了热回收和固体颗粒再生，回收热量完全，热量损失少，设备投资成本低；
4)本发明中的热回收通过液固间接换热和气固直接换热两种方式同时进行。从热回收装置吹入的气体和热回收装置内的含尘固体颗粒直接接触，强制对流换热，气体温度升高，含尘固体颗粒温度降低，从而实现了气固直接换热；同时，含尘固体颗粒与取热单元进行换热，取热单元内的换热介质温度升高、含尘固体颗粒温度降低。换热介质为液体介质，从而实现液固间接换热。气固换热方式换热面积大，传热系数高，因而热处理能力大，同时还有液固间接换热，两种换热方式同时进行，换热效率更高，换热速度更快。
附图说明
图1是本发明所述的高温煤气的处理设备的示意图。
附图标记说明
1、颗粒仓；2、除尘装置；3、热回收装置；4、取热单元；5、固体颗粒运输装置。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
第一方面，本发明提供一种高温煤气的处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)在除尘装置中，使高温煤气与固体颗粒接触；以及
(2)在热回收装置中，通过注入气体使来自所述除尘装置的含尘固体颗粒流化，并使流化的物料与取热单元进行换热以回收热量。
作为本发明的优选实施方案，所述方法还包括将来自所述热回收装置的再生固体颗粒返回到所述除尘装置中。所述再生固体颗粒返回到除尘装置的方式不受限制，只要可以实现将再生固体颗粒返回到除尘装置即可。所述来自热回收装置的再生固体颗粒的温度要远远低于高温煤气的温度，优选地，来自所述热回收装置的再生固体颗粒的温度为300-500℃，具体地，例如可以为300℃、350℃、400℃、450℃、500℃以及这些点值中的任意两个点值构成的范围中的任意点值。
在步骤(1)中，所述高温煤气的来源没有特别的限制，例如可以为从气化炉出来的高温煤气。所述高温煤气的温度可以为1100℃以上，优选为1100-1400℃，具体地，例如可以为1100℃、1200℃、1300℃、1400℃以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
在本发明中，所述固体颗粒需要为耐高温的惰性物料，比如陶瓷颗粒。所述固体颗粒的粒径可以为1-13mm，优选为3-8mm，具体地，例如可以为1mm、3mm、5mm、8mm、11mm、13mm以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。所述固体颗粒可以为单一粒径的颗粒，也可以为多种粒径的固体颗粒的混合。
作为本发明的优选实施方案，所述固体颗粒在所述除尘装置中以移动式颗粒床的形式存在。所述移动式颗粒床可以为任何能够想的到的可以实现的方式，优选地，所述移动式颗粒床可以为顺流式颗粒床、逆流式颗粒床或错流式颗粒床。通过采用移动式颗粒床，可以确保固体颗粒连续地加入和排出除尘装置，从而保证了整个高温煤气处理过程的连续性。
在步骤(1)中，所述高温煤气与所述固体颗粒接触后，高温煤气与所述固体颗粒发生了热交换，所述高温煤气的温度降低，高温煤气的温度从1100-1400℃降低到800-1000℃，具体地，例如降温后的高温煤气的温度可以为800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。降温后的高温煤气进入了下游工序。高温煤气与所述固体颗粒接触后，高温煤气中的熔融热飞灰被固体颗粒激冷凝固，高温煤气中的粉尘被截留，同时，高温煤气与所述固体颗粒发生了热交换，热交换后所述固体颗粒的温度升高，温度升高后的含尘固体颗粒从除尘装置排出，进入热回收装置。进入所述热回收装置的含尘固体颗粒的温度可以为700-900℃，具体地，例如可以为700℃、750℃、800℃、850℃、900℃以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
步骤(1)的具体过程可以如下：从气化炉出来的1100-1400℃的高温煤气通过除尘装置上的煤气入口进入除尘装置，高温煤气中的熔融热飞灰被除尘装置中的固体颗粒激冷凝固，绝大部分粉尘被固体颗粒阻滞截留，与固体颗粒换热后，高温煤气的温度降到800-1000℃，降温后的高温煤气从除尘装置上的煤气出口排出到下游工序；同时，300-500℃的固体颗粒温度进入除尘装置，与高温煤气换热，换热后的固体颗粒的温度升为700-900℃，升温后的固体颗粒从除尘装置底部的颗粒出口排出，排出后的含尘固体颗粒被送至热回收装置。
在步骤(2)中，注入所述热回收装置的气体没有特别的限定，只要可以实现与含尘固体颗粒发生热交换即可。优选地，注入所述热回收装置的气体为低压饱和蒸汽或空气。发生完热交换的气体会携带着含尘固体颗粒夹带的粉尘从热回收装置排出，送到下游工序。步骤(2)中，所述含尘固体颗粒被流化是指，低压饱和蒸汽或空气从气体入口进入，在低压饱和蒸汽或空气的作用下，所述含尘固体颗粒表现出类似流体状态的现象。之所以要将含尘固体颗粒流化是为了增大含尘固体颗粒与气体热交换的接触面积，提高热交换效率。
在本发明中，所述取热单元可以为设置在所述热回收装置中的内热管，内热管用于注入换热介质。所述换热介质可以为液体介质。所述液体介质优选比热容比较大的液体，具体地，例如可以为水和/或导热油。
在步骤(2)中，存在两种换热方式，分别如下：(1)含尘固体颗粒被流化的过程中，含尘固体颗粒与注入的气体发生热交换，即发生了气固直接换热；(2)被流化后的含尘固体颗粒与取热单元进行热交换，取热单元再与其里面的换热介质发生热交换，即发生了液态换热介质与被流化后的含尘固体颗粒间接换热。本发明采用的是气固换热和液固换热两种方式同时进行，液固换热过程中，由于含尘固体颗粒与取热单元是点接触，接触面积小，换热效率较低，同样的换热量需要更大的传热面，换热器投资大；而采用气固换热，换热面积大，传热系数高，因而处理能力大，换热效果明显。因此，本发明采用气固换热和液固换热两种方式同时进行，可以获得较高的换热效率。
在本发明中，所述热回收装置要回收的热量是指，在除尘装置中与高温煤气进行换热后的余热，会随着含尘固体颗粒一起进入热回收装置，由于热回收装置里面设有取热单元，带着余热的含尘颗粒与取热单元接触发生热交换，取热单元温度升高，升高温度的取热单元与取热单元中的换热介质再次进行热交换，带着温度的换热介质被排出，从而实现了热量回收。
在本发明中，所述颗粒再生是指含尘固体颗粒被流化后，与取热单元进行热交换，使得含尘固体颗粒的温度降低，并且固体颗粒夹带的粉尘被气流携带并排出，从而得到再生固体颗粒，该再生固体颗粒可以返回除尘装置中重新利用。
第二方面，本发明提供一种高温煤气的处理设备，如图1所示，所述设备包括：
除尘装置2，高温煤气与固体颗粒在其中进行接触；以及
热回收装置3，所述热回收装置3中设置有取热单元4，并且具有气体入口和气体出口，通过所述气体入口注入气体，使来自所述除尘装置2的含尘固体颗粒流化，并使流化的物料与取热单元4进行换热以回收热量。
在本发明中，所述除尘装置2一方面可以带走高温煤气的余热，使得排出的煤气温度降低；另一方面可以对高温煤气中的飞尘进行激冷和去除。
作为本发明的优选实施方案，所述除尘装置2可以是移动式颗粒床，之所以用移动式颗粒床，是因为移动式颗粒床阻力小，耐高温高压，可以保证颗粒的连续加入和排出。在本发明所述的移动式颗粒床中，起作用的是固体颗粒本身，所述颗粒有以下三方面作用：截留从气化炉出来的高温煤气中的粉尘、使从气化炉出来的高温煤气中的熔融态粉尘激冷固化、与从气化炉出来的高温煤气进行换热。
作为本发明的优选实施方案，所述热回收装置3可以为流化床。之所以选择流化床，是因为气固换热效率高，粉尘和颗粒容易分离。所述流化床可以为普通流化床或者振动流化床。所述振动流化床是一种适用于颗料状、粉末状物料冷却的新型流态化高效冷却设备。振动流化床是在物料流化的基础上增加床层的振动，使物料有一个抛掷和松动的过程，以达到床层流化效果。它与普通流化床相比，不同点在于，普通流化床的物料输送与流化完全借助于风力来完成，而振动流化床则主要通过振动力来完成，振动流化床流化风速更低，床层阻力更小。
作为本发明的优选实施方案，所述取热单元4为设置在所述热回收装置3中的内热管。所述内热管可以为耐高温的中通管，中通管可以为陶瓷材质，也可以为金属材质，内热管上设有取热介质入口和取热介质出口，取热介质入口和取热介质出口与外部相通。所述取热单元用于注入换热介质。所述换热介质可以为任何可以起换热作用的物质。所述换热介质可以为液体介质，如水或者导热油。发生热交换后的换热介质从取热介质出口排出。当取热单元4内通入水作为换热介质时，取热单元4里面的水与取热单元4接触换热后会产生水蒸气，产生的水蒸气从取热单元4上的取热介质出口排出。
作为本发明的优选实施方案，为了提高整个设备的工作效率，本发明还可以包括固体颗粒运输装置5，用于将来自所述热回收装置3的再生固体颗粒返回到所述除尘装置2中。所述固体颗粒运输装置5不受结构以及运输形式的限制，可以为耐高温的、任何想得到的结构与形式，可以为传动式，也可以为提升式，只要能起到运输颗粒的作用即可。优选地，所述固体颗粒运输装置5可以为颗粒提升装置。具体操作的时候，从热回收装置3出口排出的再生固体颗粒通过颗粒提升装置运输到除尘装置2中。
作为本发明的优选实施方案，为了保证整个设备的连续运转，所述设备还包括颗粒仓1，所述颗粒仓1用于储存固体颗粒并向所述除尘装置2供给固体颗粒，以及可选地接收来自所述热回收装置3的再生固体颗粒。所述颗粒仓1的结构和形式没有特别的限定，只要能实现存储固体颗粒即可。具体到本发明中，从热回收装置3出来的再生固体颗粒被颗粒运输装置5运送到颗粒仓1，颗粒仓1中再生固体颗粒进入除尘装置2，如此反复，保证了整个设备运转的连续性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温煤气的处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在除尘装置中，使高温煤气与固体颗粒接触；以及
(2)在热回收装置中，通过注入气体使来自所述除尘装置的含尘固体颗粒流化，并使流化的物料与取热单元进行换热以回收热量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括将来自所述热回收装置的再生固体颗粒返回到所述除尘装置中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述高温煤气的温度为1100-1400℃；
优选地，在步骤(1)中，与所述固体颗粒接触后的高温煤气的温度为800-1000℃；
优选地，在步骤(2)中，进入所述热回收装置的含尘固体颗粒的温度为700-900℃；
优选地，来自所述热回收装置的再生固体颗粒的温度为300-500℃。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述取热单元为设置在所述热回收装置中的内热管，所述内热管用于注入换热介质；
优选地，所述换热介质为液体介质；
更优选地，所述换热介质为水和/或导热油。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述固体颗粒在所述除尘装置中以移动式颗粒床的形式存在；
优选地，所述移动式颗粒床为顺流式颗粒床、逆流式颗粒床或错流式颗粒床。
6.一种高温煤气的处理设备，其特征在于，所述设备包括：
除尘装置(2)，高温煤气与固体颗粒在其中进行接触；以及
热回收装置(3)，所述热回收装置(3)中设置有取热单元(4)，并且具有气体入口和气体出口，通过所述气体入口注入气体，使来自所述除尘装置(2)的含尘固体颗粒流化，并使流化的物料与取热单元(4)进行换热以回收热量。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述设备还包括固体颗粒运输装置(5)，用于将来自所述热回收装置(3)的再生固体颗粒返回到所述除尘装置(2)中。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述固体颗粒运输装置(5)为颗粒提升装置。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的设备，其中，所述设备还包括颗粒仓(1)，所述颗粒仓(1)用于储存固体颗粒并向所述除尘装置(2)供给固体颗粒，以及可选地接收来自所述热回收装置(3)的再生固体颗粒。
10.根据权利要求6-8任意一项所述的设备，其中，所述取热单元(4)为内热管，所述取热单元用于注入换热介质。
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