发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的:
本申请的发明人通过研究发现,造成设备管道堵塞和损坏的根本原因是激冷气中含有的铵盐因管道散热降温导致铵盐结晶析出固体颗粒,这种铵盐结晶将附着在换热器、压缩机、管道的部位,对动设备造成严重损坏,对经设备造成堵塞,影响了装置连续运行。
相关技术是通过将湿洗后的合成气(约150℃)和除灰后的合成气(约210℃)混合后进压缩机返回气化炉,其目的是保证激冷气的温度高于铵盐结晶温度,从而防止堵塞。
本申请的发明人通过研究发现,这种工艺方法存在的弊端就是激冷气温度过高,激冷后的气化炉炉顶温度也高,这就需要更大的激冷气量来提供降温所需的冷量。因此这就使压缩机的循环倍率和功耗大大的升高,导致后续系统的设备尺寸要求也相应变大。此外,由于气化炉需要的激冷气量变大,导致流过压缩机的激冷气流量也随之增大,随之而来的是合成气经过压缩机等相关设备时的流速也增大,同时因为合成气对气化炉的磨损速度与气流速度的三次方成正比,所以气化炉的磨损速度也就大大的增加了,导致气化炉的使用寿命大大缩短。
因此,本发明提供了一种气化炉系统以解决上述问题。
本发明实施例的一种气化炉系统,包括洗涤塔、气化炉、铵分离塔、压缩机和复热器。所述气化炉具有合成气出口和激冷气进口。所述洗涤塔具有合成气进口、第一激冷气出口和第二激冷气出口,所述洗涤塔的所述合成气进口和所述气化炉的所述合成气出口连通;
所述铵分离塔具有激冷气洗铵进口、激冷气洗铵出口、进水口和出水口,所述铵分离塔的所述激冷气进口与所述洗涤塔的所述第一激冷气出口相连通;
所述压缩机具有激冷气压缩出口和激冷气压缩进口,所述压缩机的所述激冷气压缩出口与所述气化炉的所述激冷气进口连通。
所述复热器具有吸热侧激冷气进口、吸热侧激冷气出口、放热侧激冷气进口和放热侧激冷气出口,所述吸热侧激冷气进口和吸热侧激冷气出口相连通,所述放热侧激冷气进口与所述放热侧激冷气出口相连通;
所述复热器的吸热侧激冷气进口与所述铵分离塔的激冷气洗铵出口相连通,所述复热器的吸热侧激冷气出口与所述压缩机的激冷气压缩机进口相连通。
可选的,所述激冷气洗铵出口设置于所述铵分离塔的上端部,所述激冷气洗铵出口位于所述进水口的上方,所述进水口设置于所述铵分离塔的侧壁的上部,所述出水口设置于所述铵分离塔的下端部,所述激冷气洗铵进口设置于所述铵分离塔侧壁的下部。
可选的,所述铵分离塔内部沿其高度方向交错设置有多个折流板以便形成蛇形流道,多个所述折流板设置的一端与所述铵分离塔的内壁相连接;
所述铵分离塔内设有喷淋装置,所述喷淋装置位于多个所述折流板的上方,所述喷淋装置与所述进水口相连通。
可选的,所述气化炉为IGCC气化炉。
在一些实施例中,本发明实施例的气化炉系统还包括控制器、流量调节阀和温度检测器,所述流量调节阀设置于所述洗涤塔的激冷气出口和所述铵分离塔的激冷气进口之间以便调节流出所述洗涤塔的激冷气的流量,所述温度检测器设置于所述气化炉的合成气出口处以便检测流出所述气化炉的合成气的温度,所述控制器与所述流量调节阀和所述温度检测器中的每一者相连接,以便于根据所述温度检测器的检测值控制所述流量调节阀的开度。
在一些实施例中,本发明实施例的气化炉系统还包括分水器,所述分水器具有激冷气分水进口、激冷气分水出口和废水口,所述废水口设置于所述分水器的下端部,所述激冷气分水进口设置于所述分水器的侧壁上,所述激冷气分水出口设置于所述分水器的上端部,其中所述分水器的激冷气分水进口与所述铵分离塔的激冷气洗铵出口相连通,所述分水器的激冷气分水出口和所述压缩机的激冷气压缩进口连通。
在一些实施例中,本发明实施例的气化炉系统还包括过滤器,所述过滤器具有激冷气过滤进口和激冷气过滤出口,所述过滤器的激冷气过滤进口与所述复热器的吸热侧出口相连通,所述压缩机的激冷气压缩进口与所述过滤器的激冷气过滤出口相连通;
所述压缩机的激冷气压缩出口还可与所述复热器的放热侧进口相连通,所述复热器的放热侧出口与所述气化炉的激冷气进口相连通。
本申请还提供了一种上述气化炉系统的运行工艺,包括以下步骤:
S1:将所述气化炉内的高温的合成气通入所述洗涤塔内进行初步洗涤降温除杂,以便得到较为干净的合成气,合成气分为两路,一路为激冷气由第一激冷气出口排出,一路由第二激冷气出口去下游系统;
S2:将所述激冷气通入所述铵分离塔内,同时向铵分离塔内通入水以便利用水对所述激冷气进行洗铵处理;
S3:将经过洗铵处理的激冷气通入分水器内除去激冷气中含有的液态水;
S4:将经过分水的激冷气通入复热器的吸热侧进行复热以保证激冷气中的少量水蒸气不冷凝;
S5:将经过复热的激冷气通入过滤器进行过滤以除去多余杂质;
S6:将经过过滤的激冷气通过压缩机进行压缩增压;
S7:将经过加压处理的激冷气通过复热器放热侧与分水后的激冷气进行换热降温;
S8:将经过换热降温后的激冷气通入气化炉内对高温合成气进行降温。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的气化炉系统100。如图1所示,根据本发明实施例的气化炉系统100包括气化炉2、洗涤塔1、铵分离塔4、压缩机8和复热器6。
气化炉2具有合成气出口201和激冷气进口202。洗涤塔1具有合成气进口101、第一激冷气出口102和第二激冷气出口103,洗涤塔1的合成气进口101和气化炉2的合成气出口201相连通。
本领域技术人员可以理解的是,洗涤塔1合成气进口101和气化炉2的合成气出口201之间还可连通设置废锅、飞灰过滤器等换热器和除灰设备。
铵分离塔4具有激冷气洗铵进口401、激冷气洗铵出口402、进水口403和出水口404,铵分离塔4的激冷气洗铵进口401与洗涤塔1的第一激冷气出口102相连通。
压缩机8具有激冷气压缩出口801和激冷气压缩进口802,压缩机8的激冷气压缩出口801与气化炉2的激冷气进口202相连通。
复热器6具有吸热侧激冷气进口601、吸热侧激冷气出口602、放热侧激冷气进口603和放热侧激冷气出口604。吸热侧激冷气进口601和吸热侧激冷气出口602相连通。放热侧激冷气进口603与放热侧激冷气出口604相连通。复热器6的吸热侧激冷气进口601与铵分离塔1的激冷气洗铵出口402相连通。所述复热器6的吸热侧激冷气出口602与所述压缩机8的激冷气压缩机进口802相连通。
根据本发明实施例的气化炉系统通过在洗涤塔的下游、压缩机的上游设置铵分离塔,从而可以利用铵分离塔洗涤脱除激冷气中的铵盐。由此可以避免激冷气中的铵盐结晶,从根本上解决了激冷气中铵盐结晶堵塞管路的问题。同时避免了为了更换、疏通堵塞的管路而频繁地停止气化炉系统运行的问题,使得气化炉系统能够长时间连续稳定运行。
而且,根据本发明实施例的气化炉系统通过利用铵分离塔洗涤脱除激冷气中的铵盐,从而可以在基本不改变激冷气的流量的情况下降低激冷气的温度,即降低通入气化炉内的激冷气的温度、基本不改变通入气化炉内的激冷气的流量。由此可以降低压缩机等其他设备的工作压力、有效地减少激冷气对压缩机和其他设备的磨损,提高了气化炉设备的使用寿命。
因此,根据本发明实施例的气化炉系统具有管路不易堵塞、连续运行时间长、压缩机损耗低、使用寿命长等优点。
如图1和图2所示,根据本发明实施例的气化炉系统100包括气化炉2、洗涤塔1、铵分离塔4、分水器5、复热器6、过滤器7和压缩机8。
气化炉2具有合成气出口201和激冷气进口202,气化炉可采用IGCC气化炉。
洗涤塔1具有合成气进口101、第一激冷气出口102和第二激冷气出口103,洗涤塔1的合成气进口101和气化炉2的合成气出口201相连通。同时洗涤塔1合成气进口101和气化炉2的合成气出口201之间还可连通设置废锅、飞灰过滤器等换热器和除灰设备。
铵分离塔4具有激冷气洗铵进口401、激冷气洗铵出口402、进水口403和出水口404,铵分离塔4的激冷气洗铵进口401与洗涤塔1的第一激冷气出口102相连通。
压缩机8具有激冷气压缩出口801和激冷气压缩进口802,压缩机8的激冷气压缩出口801与气化炉2的激冷气进口202相连通。
复热器6具有吸热侧激冷气进口601、吸热侧激冷气出口602、放热侧激冷气进口603和放热侧激冷气出口604。吸热侧激冷气进口601和吸热侧激冷气出口602相连通。放热侧激冷气进口603与放热侧激冷气出口604相连通。铵分离塔4的激冷气洗铵出口4与复热器6的吸热侧激冷气进口601相连通。复热器6的吸热侧激冷气出口602与所述压缩机8的激冷气压缩机进口802相连通。对激冷气进行复热干燥,防止进入压缩机中的激冷气含有液态水,从而对压缩机的叶片造成损伤。
如图2所示,铵分离塔4的激冷气洗铵出口402设置于铵分离塔4的上端,且位于进水口403的上方,进水口403设置于铵分离塔4的侧壁的上方,铵分离塔4的激冷气洗铵进口401设置于铵分离塔4侧壁的下方。激冷气洗铵进口401设置在铵分离塔4的侧壁的下方,使得激冷气能够由铵分离塔4的底部向上传输与向下喷淋的洁净水充分接触,使得激冷气中的铵盐能够充分的溶解在洁净水中。出水口404设置于铵分离塔4的下端,便于溶解有铵盐的洁净水排出。
可选地,铵分离塔4内部沿其高度方向交错设置有多个折流板405,多个折流板405设置的一端与铵分离塔4的内壁相连接固定,多个折流板405将铵分离塔4内部分隔为S型回转结构。多个折流板405上方设置有喷淋结构406,喷淋结构406与铵分离塔4内壁相连接固定,并且喷淋结构406与进水口403相连通。
多个折流板将铵分离塔内部分隔为S型回转结构可以使激冷气由铵分离塔底部向上传输时在铵分离塔内部停留的时间延长,从而使得激冷气和向下喷淋的洁净水充分的接触,使得激冷气中的铵盐能够充分的溶解在洁净水中然后由出水口排出,进一步的去除了激冷气中含有的铵盐,防止激冷气中的铵盐在后续管路中结晶析出堵塞管路。
在一些实施例中,本发明实施例的一种气化炉2系统还包括控制器、流量调节阀3和温度检测器9,流量调节阀3设置于洗涤塔1的第一激冷气出口102和铵分离塔4的激冷气进口401之间,以便调节流出所述洗涤塔1的激冷气的流量。温度检测器9设置于气化炉2的合成气出口处,以便检测流出所述气化炉2的合成气的温度,温度控制器与流量调节阀3和温度检测器9中的每一者相连接,以便于根据温度检测器9的检测值控制流量调节阀3的开度。
控制器与温度检测器与流量调节阀之间通过控制器相连接,通过温度检测器来监测气化炉的合成气出口温度,当气化炉的炉顶温度过高时,则可增大洗涤塔激冷气出口上的流量调节阀开启程度,从而增加冷量输入,达到降低气化炉的炉顶温度的目的。同理,当气化炉的炉顶温度过低时,则可减小洗涤塔激冷气出口上的流量调节阀开度,达到升高气化炉的炉顶温度的目的。温度检测器和流量调节阀相互配合,实现了对气化炉炉顶的温度灵活调控。增加了本气化炉系统运行的灵活性和平稳性,同时延长了设备的使用寿命,实现了本气化炉系统能够长时间稳定的运行。
在一些实施例中,本发明实施例的一种气化炉2系统还包括分水器5,分水器5具有激冷气分水进口501、激冷气分水出口502和废水口503。其中废水口设置于分水器5的下端,激冷气分水进口501设置于分水器5的侧壁上,激冷气分水出口502设置于分水器5的上端。分水器5的激冷气分水进口501与铵分离塔4的激冷气洗铵出口402相连通。
分水器可使来自铵分离塔的激冷气中的气态水液化为液态水,然后液态水由分水器下端的废水口排出,达到激冷气分离液态水的效果。
在一些实施例中,本发明实施例的一种气化炉2系统还包括过滤器7,过滤器7具有激冷气过滤进口701和激冷气过滤出口702,过滤器7的激冷气过滤进口701与复热器6的吸热侧激冷气出口602相连通,压缩机8的激冷气压缩进口802与过滤器7的激冷气过滤出口702相连通。过滤器7可对由复热器6传输过来的激冷气进行过滤除杂处理,防止激冷气中的固体杂质对压缩机高速转动的叶片造成损伤。
压缩机8的激冷气压缩出口801与复热器6的放热侧激冷气进口603相连通,复热器6的放热侧激冷气出口604与气化炉2的激冷气进口202相连通。
根据本发明实施例的一种气化炉系统100至少具有以下优点:
(1)能够除去激冷气中的铵盐,防止激冷气中的铵盐结晶析出堵塞气化炉系统100中的管路,提高气化炉系统100的连续运行稳定性。
(2)通过设置控制器、温度检测器和流量调节阀。控制器、温度检测器和流量调节阀相互配合,实现了对气化炉炉顶的温度灵活调控。
本申请还提供了上述气化炉系统的运行工艺,包括以下步骤:
S1:将所述气化炉内的高温的合成气通入所述洗涤塔内进行初步洗涤降温除杂,以便得到较为干净的合成气,合成气分为两路,一路为激冷气由第一激冷气出口排出,一路由第二激冷气出口去下游系统;
S2:将所述激冷气通入所述铵分离塔内,同时向铵分离塔内通入水以便利用水对所述激冷气进行洗铵处理;
S3:将经过洗铵处理的激冷气通入分水器内除去激冷气中含有的液态水;
S4:将经过分水的激冷气通入复热器的吸热侧进行复热以保证激冷气中的少量水蒸气不冷凝;
S5:将经过复热的激冷气通入过滤器进行过滤以除去多余杂质;
S6:将经过过滤的激冷气通过压缩机进行压缩增压;
S7:将经过加压处理的激冷气通过复热器放热侧与分水后的激冷气进行换热降温;
S8:将经过换热降温后的激冷气通入气化炉内对高温合成气进行降温。
本发明实施例的气化炉系统的运行工艺,通过将激冷气通入铵分离塔内除去激冷气中的铵盐,防止了激冷气中的铵盐结晶堵塞管路。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。