CN118059522A - 用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于清洁节能煤气化技术领域。目前的技术不能深度回收煤化工气化黑水中的热量，造成热量浪费，热量回收率低。本发明提供一种用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法和系统。方法包括：（1）将煤化工气化黑水依次进行高压、低压、真空闪蒸，分别输出高压、低压、真空闪蒸气，将真空闪蒸液灰水处理；（2）将高压闪蒸气送至汽提塔作为其蒸汽来源；（3）将低压闪蒸气送至灰水除氧器作为其热量来源；（4）将真空闪蒸气作为热介质送至热水换热器制备热水，然后将热水送至热泵系统提温后送至热用户。还提供相应的系统。该方法和系统能够深度回收煤化工气化黑水中的热量，实现了热量回收、节能降耗的目的，具有较好的经济效益。

Description

用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法和系统

技术领域

本发明属于清洁节能煤气化技术领域，具体涉及用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法和系统。

背景技术

高压水煤浆气化炉采用6.5 Mpa气化加压工艺进行，其内原料煤气化后通过激冷工艺降温，气化炉排出高温、高压的煤化工气化黑水，而煤化工气化黑水一般通过高压闪蒸、低压闪蒸和真空闪蒸依次进行浓缩降温处理，脱除其中的酸性气并回收其中的热量。但是煤化工气化黑水的这种处理工艺存在以下缺陷：（1）高压闪蒸过程一般在绝对压力0.8~1.1 MPaA下进行，高压闪蒸气温度较高，约为170~184 ℃，行业内普遍对高压闪蒸气的热量通过间接/直接加热循环灰水的方式进行热量回收，未完全冷凝的高压闪蒸气普遍通过水冷器冷凝后送往灰水槽回用，导致高压闪蒸气热量利用不充分；（2）低压闪蒸、真空闪蒸过程一般压力、温度较低，低压闪蒸气的温度约为128~144 ℃，真空闪蒸气的温度普遍为60℃左右，大部分公司内对这部分低温低压热量无有效利用方式，普遍通过循环水冷却至60℃后送至灰水槽循环使用，存在严重热量浪费，热量利用率不高，对环保不利，并造成资源的浪费。

CN110877919A公布了一种煤气化黑水热量回收方法及装置，其将高闪塔得到的第一不凝气和水蒸汽直接进入到增湿塔，在增湿塔内同已被低闪塔气相加热过一次的低温低压循环水，进行汽/水逆流直接接触换热；该工艺虽然在一定程度上实现了节能效果，但热量利用率仍然不高，未对真空闪蒸气相热量进行回用。专利CN 107158891 A公布了一种煤气化黑水闪蒸气利用工艺，其将被高温变换冷凝液洗涤干净的高闪气通过废锅副产低压蒸气、余热回收换热器预热介质等方式回收高闪气热量，回收热量后的高闪气经过后处理分离不凝气加压后返回装置做工艺气使用；该工艺虽然有一定节能效果，但仅回收了高闪气热量，热量利用仍然不高，未对低闪、真空闪蒸气相热量进行回用。CN 111453799 A公布了一种水煤浆气化黑水用多级能量回收装置及回收工艺，其通过在多级能量回收装置之间设置液力透平单元，实现对气化黑水余热余压能进行回收发电利用；该工艺虽然在一定程度上实现了节能效果，但热量利用率仍然不高，而且对设备要求较高，改造较大。CN106587233A公布了一种煤化工气化黑水高温闪蒸气的综合利用方法，其通过预热灰水、废锅产蒸汽用于汽提塔、浓盐水蒸发系统、多余蒸汽并管网等方法实现了对高闪气的充分利用；该工艺虽然在一定程度上实现了节能效果，但仅对高闪气热量进行了回用，未对低闪、真空闪蒸气相热量进行回用。

因此，基于煤化工装置气化黑水热量利用现状，目前的技术并不能深度回收煤化工气化黑水中的热量，造成热量浪费，热量回收率低，有碍于实现企业节能减排。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，该方法能够对煤化工气化黑水中的热量进行深度回收，提高热量回收率和利用率。

本发明的第二个目的在于提供一种用于前述方法中对煤化工气化黑水进行热量回收的系统，该系统能够实现对煤化工气化黑水中的热量进行深度回收，提高热量回收率和利用率。

为实现本发明的第一个目的，采用以下的技术方案：

一种用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，包括以下步骤：

（1）将煤化工气化黑水进行高压闪蒸、将所得高压闪蒸液进行低压闪蒸、将所得低压闪蒸液进行真空闪蒸，分别输出高压闪蒸气、低压闪蒸气和真空闪蒸气，然后将所得真空闪蒸液进行灰水处理；

（2）将步骤（1）所得高压闪蒸气送至汽提塔作为其蒸汽来源对其内的物料进行汽提；

（3）将步骤（1）所得低压闪蒸气送至灰水除氧器作为其蒸汽来源对其内的灰水进行加热除氧；

（4）将步骤（1）所得真空闪蒸气作为热介质送至热水换热器内对其内的水进行加热以制备热水，然后将所得热水送至热泵系统提温后送至热用户作为供暖水或工艺热源使用。

本发明用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，优选地，步骤（3）中，还将步骤（1）所得低压闪蒸气送至除氧水预热器作为其热量来源对其内的除氧水进行预热。

本发明用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，优选地，步骤（3）中，还将步骤（1）所得低压闪蒸气送至汽提塔作为其蒸汽来源对其内的物料进行汽提。

本发明用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，优选地，步骤（4）中，所述热用户包括供暖用户，且步骤（4）是将所得热水送至热泵系统提温后送至所述供暖用户作为供暖水使用。

本发明用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，优选地，步骤（4）中，所述热用户包括非供暖季用户，所述非供暖季用户包括除氧水预热器和/或甲醇精馏预塔塔釜热水再沸器，且步骤（4）是将所得热水送至热泵系统提温后送至所述非供暖季用户作为工艺热源使用。

本发明用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，优选地，步骤（4）中，所述热用户包括供暖用户和非供暖季用户，且二者并联设置，用于在供暖季和非供暖季切换所得热水的输出方向。

本发明用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，优选地，步骤（2）中，在异常工况下，将步骤（1）所得高压闪蒸气经循环水冷却后，送至灰水除氧器内进行除氧，出水作为循环灰水返用。

本发明用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，优选地，步骤（3）中，在异常工况下，将步骤（1）所得低压闪蒸气经循环水冷却后送至灰水槽内进行处理。

本发明用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，优选地，步骤（4）中，在异常工况下，将步骤（1）所得真空闪蒸气经循环水冷却后输出。

本发明用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，优选地，步骤（1）所得真空闪蒸气经换热降温和/或循环水冷却后送至真空闪蒸气凝液罐内进行气液分离，分离出不凝气，液相送至灰水槽内进行灰水处理。

本发明用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，优选地，步骤（1）中，闪蒸工况包括：

高压闪蒸压力为0.8~1.1 MPaA、高压闪蒸气温度为170~184 ℃；和/或，

低压闪蒸压力为0.25~0.4 MPaA，低压闪蒸气温度为128~144 ℃；和/或，

真空闪蒸压力为47~58 kPaA，真空闪蒸气温度为80~85 ℃。

为实现本发明的第二个目的，提供一种用于前述方法中对煤化工气化黑水进行热量回收的系统。

本发明的系统，优选地，所述系统包括通过管线依次连通的蒸发热水塔、低压闪蒸器、真空闪蒸器和灰水槽，其中，所述蒸发热水塔自下至上依次设置有相连通的闪蒸室和热水室，所述闪蒸室设置有煤化工气化黑水进口，所述热水室设置有出水口和进水口，用于将煤化工气化黑水通入所述蒸发热水塔内自下至上依次进行高压闪蒸和冷却，输出高压闪蒸气和高压闪蒸液，然后将所得高压闪蒸液通入所述低压闪蒸器内进行低压闪蒸，输出低压闪蒸气和低压闪蒸液，然后将所得低压闪蒸液通入所述真空闪蒸器内进行真空闪蒸，输出真空闪蒸气和真空闪蒸液，然后将所得真空闪蒸液通入所述灰水槽内进行灰水处理；

所述系统还包括汽提塔，且其连接至所述蒸发热水塔的高压闪蒸气出口，用于通入来自所述蒸发热水塔的高压闪蒸气作为其蒸汽来源；

所述系统还包括灰水除氧器，且其进口端连接至所述低压闪蒸器的低压闪蒸气出口，用于通入来自所述低压闪蒸器的低压闪蒸气作为其蒸汽来源对其内的灰水进行加热除氧；

所述系统还包括依次连接的热水换热器、热泵系统和热用户，且所述热水换热器连接至所述真空闪蒸器的真空闪蒸气出口，用于向所述热水换热器通入来自所述真空闪蒸器的真空闪蒸气作为热介质对其内的水进行加热以制备热水，然后将所得热水通入热泵系统进行提温后送至热用户作为供暖水或工艺热源使用；

所述系统还包括真空闪蒸气凝液罐，且其进口端连接至所述热水换热器的热介质出口、其顶部气相出口依次连接引风机和缓冲罐、其底部的液相出口和所述缓冲罐的底部液相出口分别连接至所述灰水槽、所述缓冲罐的顶部液相出口连接至排火炬管线，用于对经所述热水换热器降温冷凝的真空闪蒸气凝液进行气液分离，并将分离出的气相输出至排火炬管线，分离出的液相送至所述灰水槽。

本发明的系统，优选地，所述系统还包括除氧水预热器，且其连接至所述低压闪蒸器的低压闪蒸气出口，用于通入来自所述低压闪蒸器的低压闪蒸气作为其蒸汽来源。

本发明的系统，优选地，所述系统还包括第一水冷器，且其进口端连接至所述蒸发热水塔的高压闪蒸气出口，其出口端连接至所述灰水除氧器，用于在异常工况下对来自所述蒸发热水塔的高压闪蒸气进行冷却后送至所述灰水除氧器。

本发明的系统，优选地，自所述低压闪蒸器的低压闪蒸气出口至所述汽提塔还设置有物料管线，用于将来自所述低压闪蒸器的低压闪蒸气通入所述汽提塔内作为其蒸汽来源。

本发明的系统，优选地，所述系统还包括第二水冷器，且其进口端连接至所述低压闪蒸器的低压闪蒸气出口，其出口端连接至所述灰水槽，用于在异常工况下对来自所述低压闪蒸器的低压闪蒸气进行冷却后送至所述灰水槽。

本发明的系统，优选地，所述系统还包括第三水冷器，且其进口端连接至所述真空闪蒸器的真空闪蒸气出口，其出口端连接至所述真空闪蒸气凝液罐，用于在异常工况下对来自所述真空闪蒸器的真空闪蒸气进行冷却后送至所述真空闪蒸气凝液罐进行气液分离。

本发明的系统，优选地，所述系统还包括循环泵，且其进口端连接至所述热用户的出口端，其出口端连接至所述热水换热器的冷水进口，用于将经所述热用户使用降温后的水返回所述热水换热器重新加热。

本发明的系统，优选地，所述热用户包括供暖用户和/或非供暖季用户；优选地，所述热用户包括供暖用户和非供暖季用户，且二者并联可切换设置。

本发明的有益效果在于：

本发明的用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法和系统，能够深度回收煤化工气化黑水中的热量，对三级闪蒸热量进行装置内合理匹配集成，减少装置蒸汽消耗，且回收的热量后续使用更加合理、灵活，煤化工气化黑水的闪蒸气热量回收率提升至95%以上；减少了煤化工装置的蒸汽及循环水用量，解决了行业内煤化工气化黑水热量被水冷浪费问题，节约装置蒸汽和循环水消耗，有利于装置节能降耗；通过设置缓冲和调节保障了换热系统的稳定性，实现了热量回收、能耗降低的目的，具有较好的经济效益。具体地，

（1）本发明中通过优先装置内热源热阱匹配集成方法耦合热泵提温技术，对高、低、真三级气化黑水闪蒸气均进行了回收利用，将原本被水冷浪费的热量加以利用替代原有低压蒸汽用户，节约装置循环水及蒸汽消耗，煤气化黑水热量利用率行业领先水平；

（2）本发明通过替代汽提塔汽提热源、预热除氧水、供暖、作为非供暖季用户的低温位再沸器热源等方式，实现了对低品质废热的同级高效利用，节约装置蒸汽消耗；

（3）本发明通过间接换热组合热泵提温技术将原本难以利用的低温真空闪蒸气温位加以提升，通过可切换的密闭热水系统对真闪气热量回收利用。

附图说明

图1是本发明实施例1中用于对煤化工气化黑水进行热量回收的系统结构示意图；

图2是对比例1中用于对煤化工气化黑水进行热量回收的系统结构示意图；

其中，1为蒸发热水塔、101为闪蒸室、102为热水室、2为低压闪蒸器、3为真空闪蒸器、4为汽提塔、5为灰水除氧器、6为除氧水预热器、7为热水换热器、8为热泵系统、9为非供暖季用户、10为第一水冷器、11为第二水冷器、12为第三水冷器、13为真空闪蒸气凝液罐、14为引风机、15为缓冲罐、16为灰水槽、17为供暖用户、18为循环泵、19为循环水保障板换。

具体实施方式

以下结合具体实施方式/实施例对本发明的技术方案及其效果做进一步说明。以下实施方式/实施例仅用于说明本发明的内容，发明并不仅限于下述实施方式或实施例。应用本发明的构思对本发明进行的简单改变都在本发明要求保护的范围内。

如图1所示，一种用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，包括如下步骤：

（1）将煤化工气化黑水进行高压闪蒸、将所得高压闪蒸液进行低压闪蒸、将所得低压闪蒸液进行真空闪蒸，分别输出高压闪蒸气、低压闪蒸气和真空闪蒸气，然后将所得真空闪蒸液进行灰水处理；

（2）将步骤（1）所得高压闪蒸气送至汽提塔4作为其蒸汽来源对其内的物料进行汽提；

（3）将步骤（1）所得低压闪蒸气送至灰水除氧器5作为其蒸汽来源对其内的灰水进行加热除氧，从而回收利用低压闪蒸气中的热量；

（4）将步骤（1）所得真空闪蒸气作为热介质送至热水换热器7内对其内的水进行加热以制备热水，然后将所得热水送至热泵系统8提温后送至热用户作为供暖水或工艺热源使用。

本领域技术人员理解，所述煤化工气化黑水包括气流床加压气化工艺、流化床加压气化工艺和固定床气化工艺中的任一项或多项所产生的黑水，比如相应工艺中各装置产生的黑水，比如气化炉激冷水、分离器和洗涤塔产生的黑水等，本领域技术人员理解，其为高压黑水。

本领域技术人员理解，步骤（1）的灰水处理是指本领域常用的灰水处理方法，即应用灰水处理组件过滤除去其中的钙镁离子、固体杂质。本领域技术人员理解，可采用蒸发热水塔1对煤化工气化黑水进行高压闪蒸和冷却后输出高压闪蒸气和高压闪蒸液。

本发明中，煤化工气化黑水依次经高压闪蒸、低压闪蒸、真空闪蒸对其进行闪蒸浓缩降温而随闪蒸液脱除其中的酸性气，比如包含H₂S、COS（羰基硫）的由煤里面含有的硫元素经过气化炉燃烧反应后产生的杂质酸性气。

本发明的用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，通过优先装置内热源热阱匹配集成方法耦合热泵提温技术，对高、低、真三级气化黑水闪蒸气均进行了回收利用，将原本被水冷浪费的热量加以利用替代原有低压蒸汽用户，节约装置蒸汽消耗，提高了煤化工气化黑水中能量的回收率。

本发明中，步骤（1）所得低压闪蒸气的温度为128~144 ℃，步骤（3）中，利用其对除氧水预热器6内的除氧水进行预热，除氧水的进水温度为70~80 ℃，出水温度为110~120℃，即，利用步骤（1）所得低压闪蒸气作为蒸汽热源送至除氧水预热器6，可以将70~80 ℃的除氧水预热至110~120 ℃。

本发明中，步骤（1）所得真空闪蒸气的温度为80~85 ℃，步骤（4）中，利用其对热水换热器7内的水进行加热以制备热水，加热前水的进水温度为45~55 ℃，加热后热水的出水温度为75~80 ℃，即，利用步骤（1）所得真空闪蒸气作为蒸汽热源送至热水换热器7，可以将45~55 ℃的水加热至75~80 ℃。

本发明中，步骤（4）中，所述热泵系统8的进水温度为75~80 ℃、出水温度为95~100℃，即，所得热水经热泵系统8可由75~80 ℃提温至95~100 ℃。

在一种实施方式中，所述热泵系统8可选地有一类吸收式热泵、二类吸收式热泵、电热泵等，热泵工质可选地有氨、溴化锂、烷烃类等。

在一种实施方式中，所述方法还包括将所述灰水除氧器5的出水作为循环灰水返用于所述热水室102，以利用来自所述闪蒸室101的气体进行加热升温后获得高温洗涤水用于相关洗涤工艺中。

在一种实施方式中，所述方法还包括将所述灰水槽16的出水返送至所述热水室102作为冷却用水使用和/或返送至所述灰水除氧器5进行除氧后回用。

本理解技术人员理解，所述热水室102内，冷却用水是通过其内的塔盘输送，所述热水室102内进水口和出水口分别连接至其内塔盘的进水口和出水口。

在一种实施方式中，步骤（3）中，还将步骤（1）所得低压闪蒸气送至除氧水预热器6作为其热量来源对其内的除氧水进行预热，从而进一步回收利用低压闪蒸气中的热量。

在一种实施方式中，步骤（3）中，还将步骤（1）所得低压闪蒸气送至汽提塔4作为其蒸汽来源对其内的物料进行汽提，从而进一步回收利用低压闪蒸气中的热量。

在一种实施方式中，步骤（4）中，所述热用户包括供暖用户17，且步骤（4）是将所得热水送至热泵系统8提温后送至所述供暖用户17作为供暖水使用。

在一种实施方式中，步骤（4）中，所述热用户包括非供暖季用户9，所述非供暖季用户9包括除氧水预热器和/或甲醇精馏预塔塔釜热水再沸器，且步骤（4）是将所得热水送至热泵系统8提温后送至所述非供暖季用户9作为工艺热源使用。

当所述非供暖季用户9为除氧水预热器时，相当于利用提温热水对锅炉水除氧器的上水进行了预热，节省了锅炉水除氧器的蒸汽用量。

本发明中，除氧水是指需要送去除氧的水，除氧后可作为锅炉水送至锅炉产蒸汽。

当所述非供暖季用户9为甲醇精馏预塔塔釜热水再沸器时，相当于利用提温热水对甲醇精馏预塔的塔底物料加热再沸，节省了蒸汽用量。

在一种实施方式中，步骤（4）中，所述热用户包括供暖用户17和非供暖季用户9，且二者并联设置，用于在供暖季和非供暖季切换所得热水的输出方向，从而在供暖季优选将所得热水用于供暖用户17，在非供暖季将所得热水用于非供暖季用户9，从而优化利用真空闪蒸气中的热量。

在一种实施方式中，步骤（4）中，还包括将热用户使用降温后的水经循环水保障板换19保障降温至合适温度（比如45-55 ℃）后，返送至热水换热器7进行重新加热，从而保证热水换热器7与真空闪蒸气的换热效果，提高其对真空闪蒸气的热量回收率。

本领域技术人员理解，在供暖季，供暖用户17使用降温后的热水可降至合适温度以保证热水换热器7与真空闪蒸气的换热效果和对真空闪蒸气的热量回收（此时循环水保障板换19可不通入冷却介质），但是在非供暖季，非供暖季用户9使用降温后的热水温度较高，为保保证热水换热器7与真空闪蒸气的换热效果和对真空闪蒸气的热量回收，需要先将非供暖季用户9使用降温后的热水经循环水保障板换19保障降温至合适温度（比如45-55℃）后，再返送至热水换热器7进行重新加热。

在一种实施方式中，步骤（2）中，在异常工况下，将步骤（1）所得高压闪蒸气经循环水冷却后，送至灰水除氧器5内进行除氧，出水作为循环灰水返用，从而提高系统稳定性。

在一种实施方式中，步骤（3）中，在异常工况下，将步骤（1）所得低压闪蒸气经循环水冷却后送至灰水槽16内进行灰水处理，从而提高系统稳定性。

在一种实施方式中，步骤（4）中，在异常工况下，将步骤（1）所得真空闪蒸气经循环水冷却后输出，从而提高系统稳定性。优选地，步骤（1）所得真空闪蒸气经换热降温和/或循环水冷却后送至真空闪蒸气凝液罐13内进行气液分离，分离出不凝气，液相送至灰水槽16内进行灰水处理。优选地，步骤（4）中，还将经真空闪蒸气凝液罐13分离出的不凝气经引风机14引出至缓冲罐15进行气液分离，分离出不凝气并送至火炬管线排空，分离出的凝液送至灰水槽16内进行灰水处理。

在一种实施方式中，还包括将经灰水槽16的出水返用。

本领域人员理解，将步骤（1）所得高压闪蒸气、低压闪蒸气、真空闪蒸气经循环水冷却是现有技术中的常用处理方法，本发明中，可以保留相应步骤，从而使对步骤（1）所得高压闪蒸气、低压闪蒸气、真空闪蒸气的热量回收方法与循环水冷却方法可以自由切换，从而保证方法及系统的稳定性，避免异常工况下停运。

在一种实施方式中，步骤（1）中，闪蒸工况包括：

高压闪蒸压力为0.8~1.1 MpaA，比如0.9 MpaA和1.0 MpaA；高压闪蒸气温度为170~184 ℃，比如172 ℃、174 ℃、176 ℃、178 ℃、180 ℃和182 ℃；和/或，

低压闪蒸压力为0.25~0.4 MPaA，比如0.3 MpaA和0.35 MpaA；低压闪蒸气温度为128~144 ℃，比如130 ℃、132 ℃、134 ℃、136 ℃、138 ℃、140 ℃和142 ℃；和/或，

真空闪蒸压力为47~58 kPaA，比如50 kPaA、52 kPaA、54 kPaA和56 kPaA；真空闪蒸气温度为80~85 ℃，比如82 ℃和84 ℃。

本发明的用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，能够深度回收煤化工气化黑水中的热量，对三级闪蒸热量进行装置内合理匹配集成，减少装置蒸汽消耗，且回收的热量后续使用更加合理、灵活，煤化工气化黑水的闪蒸气热量回收率提升至95%以上，甚至达到100%；减少了煤化工装置的蒸汽及循环水用量，解决了行业内煤化工气化黑水热量被水冷浪费问题，节约装置蒸汽和循环水消耗，有利于装置节能降耗；通过设置缓冲和调节保障了换热系统的稳定性，实现了热量回收、能耗降低的目的，具有较好的经济效益。

本发明还提供一种用于前述方法中处理和回收煤气化装置所产黑水的系统，如图1所示。

在一种实施方式中，如图1所示，所述系统包括通过管线依次连通的蒸发热水塔1、低压闪蒸器2、真空闪蒸器3和灰水槽16，其中，所述蒸发热水塔1自下至上依次设置有相连通的闪蒸室101和热水室102，所述闪蒸室101设置有煤化工气化黑水进口，所述热水室102设置有出水口和进水口，用于将煤化工气化黑水通入所述蒸发热水塔1内自下至上依次进行高压闪蒸和冷却，输出高压闪蒸气和高压闪蒸液，然后将所得高压闪蒸液通入所述低压闪蒸器2内进行低压闪蒸，输出低压闪蒸气和低压闪蒸液，然后将所得低压闪蒸液通入所述真空闪蒸器3内进行真空闪蒸，输出真空闪蒸气和真空闪蒸液，然后将所得真空闪蒸液通入所述灰水槽16内进行灰水处理；

所述系统还包括汽提塔4，且其连接至所述蒸发热水塔1的高压闪蒸气出口，用于通入来自所述蒸发热水塔1的高压闪蒸气作为其蒸汽来源；

所述系统还包括灰水除氧器5，且其进口端连接至所述低压闪蒸器2的低压闪蒸气出口，用于通入来自所述低压闪蒸器2的低压闪蒸气作为其蒸汽来源对其内的灰水进行加热除氧；

所述系统还包括依次连接的热水换热器7、热泵系统8和热用户，且所述热水换热器7连接至所述真空闪蒸器3的真空闪蒸气出口，用于向所述热水换热器7通入来自所述真空闪蒸器3的真空闪蒸气作为热介质对其内的水进行加热以制备热水，然后将所得热水通入热泵系统8进行提温后送至热用户作为供暖水或工艺热源使用；

所述系统还包括真空闪蒸气凝液罐13，且其进口端连接至所述热水换热器7的热介质出口、其顶部气相出口依次连接引风机14和缓冲罐15、其底部的液相出口和所述缓冲罐15的底部液相出口分别连接至所述灰水槽16、所述缓冲罐15的顶部液相出口连接至排火炬管线，用于对经所述热水换热器7降温冷凝的真空闪蒸气凝液进行气液分离，并将分离出的气相输出至排火炬管线，分离出的液相送至所述灰水槽16。

本发明中，所得低压闪蒸气的温度为128~144 ℃，除氧水预热器6内的除氧水的进水温度为70~80 ℃，出水温度为110~120 ℃，即，利用所得低压闪蒸气作为蒸汽热源送至除氧水预热器6，可以将70~80 ℃的除氧水预热至110~120 ℃。

本发明中，所得真空闪蒸气的温度为80~85 ℃，热水换热器7的进水温度为45~55℃，出水温度为75~80 ℃，即，利用所得真空闪蒸气作为蒸汽热源送至热水换热器7，可以将45~55 ℃的水加热至75~80 ℃。

本发明中，所述热泵系统8的进水温度为75~80 ℃、出水温度为95~100 ℃，即，所得热水经热泵系统8可由75~80 ℃提温至95~100 ℃。

本领域技术人员理解，热泵系统8包括热泵机组和循环水保障板换，从而保障其提温后的出水温度。

在一种实施方式中，所述灰水除氧器5的出口端连接至所述热水室102的进水口，用于将所述灰水除氧器5的出水作为循环灰水返用于所述热水室102，以利用来自所述闪蒸室101的气体进行加热升温后获得高温洗涤水用于相关洗涤工艺中。

在一种实施方式中，所述灰水槽16的出水口连接至所述热水室102和/或所述灰水除氧器5，用于将所述灰水槽16的出水返送至所述热水室102作为冷却用水使用和/或返送至所述灰水除氧器5进行除氧后回用。

本理解技术人员理解，所述热水室102内，冷却用水是通过其内的塔盘输送，所述热水室102内进水口和出水口分别连接至其内塔盘的进水口和出水口。

在一种实施方式中，所述热用户包括供暖用户17，且步骤（4）是将所得热水送至热泵系统提温后送至所述供暖用户作为供暖水使用；

在一种实施方式中，所述热用户为非供暖季用户9，所述非供暖季用户9为除氧水预热器和/或甲醇精馏预塔塔釜热水再沸器，且步骤（4）是将所得热水送至热泵系统8提温后送至所述非供暖季用户9作为工艺热源使用；当所述非供暖季用户9为除氧水预热器时，相当于利用提温热水对除氧水（即，锅炉水除氧器的上水）进行了预热，使除氧水由35~45℃加热至85~90 ℃，节省了锅炉水除氧器的蒸汽用量；而甲醇精馏工艺优选为三塔双效工艺/四塔双效工艺，预塔塔釜温度为70~80 ℃，当所述非供暖季用户9为甲醇精馏预塔塔釜热水再沸器时，相当于利用提温热水作为热介质对甲醇精馏预塔的塔底物料加热再沸，节省了蒸汽用量，同时提温热水由95~100 ℃降至80~85 ℃。

本发明中，除氧水是指要需要送去除氧的水，除氧后可作为锅炉水送至锅炉产蒸汽。

在一种实施方式中，所述热泵系统8可选地有一类吸收式热泵、二类吸收式热泵、电热泵等，热泵工质可选地有氨、溴化锂、烷烃类等。

在一种实施方式中，自所述热泵系统8至所述热用户的管线上还设置有热水缓冲罐，用于缓冲来自所述热泵系统8的提温热水，以减小热水流量波动对系统的影响。所述热水缓冲罐的出水温度为95~100 ℃，比如96 ℃、97 ℃、98 ℃和99 ℃；缓冲时间0.5~1 h，比如0.6 h、0.7 h、0.8 h和0.9 h。

在一种实施方式中，所述系统还包括除氧水预热器6，且其连接至所述低压闪蒸器2的低压闪蒸气出口，用于通入来自所述低压闪蒸器2的低压闪蒸气作为其蒸汽来源对其内的除氧水进行预热。

在一种实施方式中，所述系统还包括第一水冷器10，且其进口端连接至所述蒸发热水塔1的高压闪蒸气出口，其出口端连接至所述灰水除氧器5，用于在异常工况下对来自所述蒸发热水塔1的高压闪蒸气进行冷却后送至所述灰水除氧器5。

在一种实施方式中，自所述低压闪蒸器2的低压闪蒸气出口至所述汽提塔4还设置有物料管线，用于将来自所述低压闪蒸器2的低压闪蒸气通入所述汽提塔4内作为其蒸汽来源。

在一种实施方式中，所述系统还包括第二水冷器11，且其进口端连接至所述低压闪蒸器2的低压闪蒸气出口，其出口端连接至所述灰水槽16，用于在异常工况下对来自所述低压闪蒸器2的低压闪蒸气进行冷却后送至所述灰水槽16。

在一种实施方式中，所述系统还包括第三水冷器12，且其进口端连接至所述真空闪蒸器3的真空闪蒸气出口，其出口端连接至所述真空闪蒸气凝液罐13，用于在异常工况下对来自所述真空闪蒸器3的真空闪蒸气进行冷却后送至所述真空闪蒸气凝液罐13进行气液分离。

本领域技术人员理解，第一水冷器10、第二水冷器11和第三水冷器12均以循环水为冷却介质，即，对高压闪蒸气、低压闪蒸气和真空闪蒸气进行循环水冷却。本发明中，在对高压闪蒸气、低压闪蒸气和真空闪蒸气进行中的热量进行深度回收的同时，保留对其的循环水冷却设置结构，有助于在异常工况下（即，在热量回收部分出现问题时）对其进行循环水冷却，从而提高系统的稳定性，避免系统停运。

在一种实施方式中，所述系统还包括循环泵18，且其进口端连接至所述热用户的出口端，其出口端连接至所述热水换热器7的冷水进口，用于将经所述热用户使用降温后的水返回所述热水换热器7重新加热，以实现循环水和热量的循环利用。

在一种实施方式中，所述系统还包括循环水保障板换19，且其设置于自所述热用户的出口端至所述循环泵18的物料管线上，用于将经所述热用户使用降温后的水进一步保障降温至合适温度（比如45~55 ℃）后，再返送至热水换热器7进行重新加热。

本领域技术人员理解，在供暖季，供暖用户17使用降温后的热水可降至合适温度以保证热水换热器7与真空闪蒸气的换热效果和对真空闪蒸气的热量回收（此时循环水保障板换19可不通入冷却介质），但是在非供暖季，非供暖季用户9使用降温后的热水温度较高，为保保证热水换热器7与真空闪蒸气的换热效果和对真空闪蒸气的热量回收，需要先将非供暖季用户9使用降温后的热水经循环水保障板换19保障降温至合适温度（比如45-55℃）后，再返送至热水换热器7进行重新加热。

在一种实施方式中，所述热用户包括供暖用户17和/或非供暖季用户9；优选地，所述热用户包括供暖用户17和非供暖季用户9，且二者并联可切换设置。

在一种实施方式中，新设的除氧水预热器6、热水换热器7为带气相管线的BEU型式，且可通过控制除氧水、热水流量来控制产冷侧出口温度。

本发明的用于对煤化工气化黑水进行热量回收的系统，能够深度回收煤化工气化黑水中的热量，对三级闪蒸热量进行装置内合理匹配集成，减少装置蒸汽消耗，且回收的热量后续使用更加合理、灵活，煤化工气化黑水的闪蒸气热量回收率提升至95%以上；减少了煤化工装置的蒸汽及循环水用量，解决了行业内煤化工气化黑水热量被水冷浪费问题，节约装置蒸汽和循环水消耗，有利于装置节能降耗；通过设置缓冲和调节保障了换热系统的稳定性，实现了热量回收、能耗降低的目的，具有较好的经济效益。

如图1所示，利用本发明前述系统对煤化工气化黑水进行热量回收的工艺流程如下：

（1）将煤化工气化黑水送至蒸发热水塔1内并自下至上依次经闪蒸室101和热水室102进行高压闪蒸和冷却，输出高压闪蒸气和高压闪蒸液；将所得高压闪蒸液送至低压闪蒸器2内进行低压闪蒸，输出低压闪蒸气和低压闪蒸液；将所得低压闪蒸液送至真空闪蒸器3内进行真空闪蒸，输出真空闪蒸气和真空闪蒸液；将所得真空闪蒸液送至灰水槽16内进行灰水处理，灰水槽16的出水返送至热水室102和/或灰水除氧器5回用；

（2）将步骤（1）所得高压闪蒸气送至汽提塔4作为其蒸汽来源对其内的物料进行汽提；

在异常工况下，将步骤（1）所得高压闪蒸气经第一水冷器10冷却后，送至灰水除氧器5内进行除氧，出水作为循环灰水返用；

（3）将步骤（1）所得低压闪蒸气送至除氧水预热器6作为其热量来源对其内的除氧水进行预热；和/或，

将步骤（1）所得低压闪蒸气送至灰水除氧器5作为其蒸汽来源对其内的灰水进行加热除氧；和/或，

将步骤（1）所得低压闪蒸气送至汽提塔4作为其蒸汽来源对其内的物料进行汽提；

在异常工况下，将步骤（1）所得低压闪蒸气经第二水冷器11冷却后送至灰水槽16内进行灰水处理；

（4）将步骤（1）所得真空闪蒸气作为热介质送至热水换热器7内对其内的水进行加热以制备热水，然后将所得热水送至热泵系统8提温后送至热水换热罐缓冲，然后送至热用户中的供暖用户17作为供暖水适用，和/或送至热用户中的非供暖季用户9作为工艺热源使用；经热用户使用降温后经循环水保障板换19保障降温至合适温度后，经循环泵18返送至热水换热器7重新加热；

在异常工况下，将步骤（1）所得真空闪蒸气经第三水冷器12冷却后输出；

将步骤（1）所得真空闪蒸气经换热降温和/或循环水冷却后送至真空闪蒸气凝液罐13内进行气液分离，分离出不凝气，液相送至灰水槽16内进行灰水处理；还将经真空闪蒸气凝液罐13分离出的不凝气经引风机14引出至缓冲罐15进行气液分离，分离出不凝气并送至火炬管线排空，分离出的凝液送至灰水槽16内进行灰水处理。

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

本发明实施例和对比例均在48万吨每年煤制甲醇装置中进行。

实施例1（S1）

采用如图1所示系统对煤化工气化黑水进行热量回收，包括如下步骤：

（1）将煤化工气化黑水（240 ℃、6.0 MPag）送至蒸发热水塔1内并自下至上依次经闪蒸室101和热水室102进行高压闪蒸和冷却，输出高压闪蒸气（174 ℃、0.78 MPag）和高压闪蒸液；将所得高压闪蒸液送至低压闪蒸器2内进行低压闪蒸，输出低压闪蒸气（134 ℃、0.20 MPag）和低压闪蒸液；将所得低压闪蒸液送至真空闪蒸器3内进行真空闪蒸，输出真空闪蒸气（85 ℃、58 kPaA）和真空闪蒸液；将所得真空闪蒸液送至灰水槽16内进行灰水处理，灰水槽16的出水返送至热水室102和灰水除氧器5回用；

（2）将步骤（1）所得高压闪蒸气送至汽提塔4（气化氨回收系统的汽提塔）作为其蒸汽来源对其内的气化氨进行汽提回收，从而回收高压闪蒸气中的热量；

（3）将步骤（1）所得低压闪蒸气送至灰水除氧器5作为其蒸汽来源对其内的循环灰水进行加热除氧，然后将除氧后的循环灰水送至蒸发热水塔1的热水室102进一步加热后作为前洗涤系统的高温洗涤水使用，从而回收低压闪蒸气中的热量；

将步骤（1）所得低压闪蒸气送至除氧水预热器6作为其热量来源对其内的除氧水进行预热后作为锅炉水除氧器的上水，从而节省锅炉水除氧器在后续除氧过程中补加蒸汽消耗量，进而回收低压闪蒸气中的热量；

还将步骤（1）所得低压闪蒸气送至汽提塔4作为其蒸汽来源对其内的物料进行汽提，从而实现低压闪蒸气热量完全回用；

（4）将步骤（1）所得真空闪蒸气作为热介质送至热水换热器7内对其内的水进行加热以制备80 ℃的热水，然后将所得热水送至热泵系统8提温至100 ℃后送至热水缓冲罐内缓存，并在采暖季送至热用户中的供暖用户17作为供暖水使用，从而用于企业内供暖/管线伴热，节约原热水站消耗蒸汽，而在非采暖季送至热用户中的非供暖季用户9（非供暖季用户9为甲醇精馏预塔热水再沸器）作为工艺热源使用，从而节约原精馏塔蒸汽消耗；经热用户使用降温后经循环水保障板换19保障降温至55 ℃，然后经循环泵18返送至热水换热器7重新加热形成热水循环；

将步骤（1）所得真空闪蒸气经换热降温后送至真空闪蒸气凝液罐13内进行气液分离，分离出不凝气，液相送至灰水槽16内进行灰水处理；还将经真空闪蒸气凝液罐13分离出的不凝气经引风机14引出至缓冲罐15进行气液分离，分离出不凝气并送至火炬管线排空，分离出的凝液送至灰水槽16内进行灰水处理；灰水槽16的出水返用。

对比例1（D1）

与实施例1（S1）的区别在于：用水冷器替代高、低、真三级黑水闪蒸气的热用户。具体区别如下：

步骤（2）中，是将步骤（1）所得高压闪蒸气仅经第一水冷器10冷却后，送至灰水除氧器5内进行除氧，出水作为循环灰水返用于蒸发热水塔1的热水室102；

步骤（3）中，是将步骤（1）所得低压闪蒸气仅经第二水冷器11冷却后送至灰水槽16内进行处理；

步骤（4）中，是将步骤（1）所得真空闪蒸气仅经第三水冷器12冷却后送至真空闪蒸气凝液罐13内进行气液分离，分离出不凝气，液相送至灰水槽16内进行灰水处理；还将经真空闪蒸气凝液罐13分离出的不凝气经引风机14引出至缓冲罐15进行气液分离，分离出不凝气并送至火炬管线排空，分离出的凝液送至灰水槽16内进行灰水处理；灰水槽16的出水返用。

结果：

对实施例1（S1）和对比例1（D1）进行效果分析，分析结果如表1所示。

表1实施例1（S1）和对比例1（D1）的分析结果

根据实施例1（S1）和对比例1（D1）的比较及表1中的数据可知，实施例1采用本发明的方法和系统对煤化工气化黑水进行热量回收，可达到热量的100%回用，收益13270万元/年；而对比例1中仅通过水冷，热量的利用率仅达到40%，收益仅5480万元/年；相对于对比例1，实施例1中装置的蒸汽消耗在供暖季和非供暖季分别下降80 t/h和48 t/h，循环水用量分别下降3000 t/h和2500 t/h，收益提高了7790万元/年，节能效果及经济收益明显。

Claims (10)

1.一种用于对煤化工气化黑水进行热量回收的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）将煤化工气化黑水进行高压闪蒸、将所得高压闪蒸液进行低压闪蒸、将所得低压闪蒸液进行真空闪蒸，分别输出高压闪蒸气、低压闪蒸气和真空闪蒸气，然后将所得真空闪蒸液进行灰水处理；

（2）将步骤（1）所得高压闪蒸气送至汽提塔作为其蒸汽来源对其内的物料进行汽提；

（3）将步骤（1）所得低压闪蒸气送至灰水除氧器作为其蒸汽来源对其内的灰水进行加热除氧；

（4）将步骤（1）所得真空闪蒸气作为热介质送至热水换热器内对其内的水进行加热以制备热水，然后将所得热水送至热泵系统提温后送至热用户作为供暖水或工艺热源使用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤（3）中，还将步骤（1）所得低压闪蒸气送至除氧水预热器作为其热量来源对其内的除氧水进行预热；和/或，

步骤（3）中，还将步骤（1）所得低压闪蒸气送至汽提塔作为其蒸汽来源对其内的物料进行汽提。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤（4）中，所述热用户包括供暖用户，且步骤（4）是将所得热水送至热泵系统提温后送至所述供暖用户作为供暖水使用；和/或，

步骤（4）中，所述热用户包括非供暖季用户，所述非供暖季用户包括除氧水预热器和/或甲醇精馏预塔塔釜热水再沸器，且步骤（4）是将所得热水送至热泵系统提温后送至所述非供暖季用户作为工艺热源使用；

优选地，步骤（4）中，所述热用户包括供暖用户和非供暖季用户，且二者并联设置，用于在供暖季和非供暖季切换所得热水的输出方向。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤（2）中，在异常工况下，将步骤（1）所得高压闪蒸气经循环水冷却后，送至灰水除氧器内进行除氧，出水作为循环灰水返用；和/或，

步骤（3）中，在异常工况下，将步骤（1）所得低压闪蒸气经循环水冷却后送至灰水槽内进行灰水处理；和/或，

步骤（4）中，在异常工况下，将步骤（1）所得真空闪蒸气经循环水冷却后输出；优选地，步骤（1）所得真空闪蒸气经换热降温和/或循环水冷却后送至真空闪蒸气凝液罐内进行气液分离，分离出不凝气，液相送至灰水槽内进行处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤（1）中，闪蒸工况包括：

高压闪蒸压力为0.8~1.1 MPaA、高压闪蒸气温度为170~184 ℃；和/或，

低压闪蒸压力为0.25~0.4 MPaA，低压闪蒸气温度为128~144 ℃；和/或，

真空闪蒸压力为47~58 kPaA，真空闪蒸气温度为80~85 ℃。

6.一种用于权利要求1-5中任一项所述方法中对煤化工气化黑水进行热量回收的系统。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述系统包括通过管线依次连通的蒸发热水塔（1）、低压闪蒸器（2）、真空闪蒸器（3）和灰水槽（16），其中，所述蒸发热水塔（1）自下至上依次设置有相连通的闪蒸室（101）和热水室（102），所述闪蒸室（101）设置有煤化工气化黑水进口，所述热水室（102）设置有出水口和进水口，用于将煤化工气化黑水通入所述蒸发热水塔（1）内自下至上依次进行高压闪蒸和冷却，输出高压闪蒸气和高压闪蒸液，然后将所得高压闪蒸液通入所述低压闪蒸器（2）内进行低压闪蒸，输出低压闪蒸气和低压闪蒸液，然后将所得低压闪蒸液通入所述真空闪蒸器（3）内进行真空闪蒸，输出真空闪蒸气和真空闪蒸液，然后将所得真空闪蒸液通入所述灰水槽（16）内进行灰水处理；

所述系统还包括汽提塔（4），且其连接至所述蒸发热水塔（1）的高压闪蒸气出口，用于通入来自所述蒸发热水塔（1）的高压闪蒸气作为其蒸汽来源；

所述系统还包括灰水除氧器（5），且其进口端连接至所述低压闪蒸器（2）的低压闪蒸气出口，用于通入来自所述低压闪蒸器（2）的低压闪蒸气作为其蒸汽来源对其内的灰水进行加热除氧；

所述系统还包括依次连接的热水换热器（7）、热泵系统（8）和热用户，且所述热水换热器（7）连接至所述真空闪蒸器（3）的真空闪蒸气出口，用于向所述热水换热器（7）通入来自所述真空闪蒸器（3）的真空闪蒸气作为热介质对其内的水进行加热以制备热水，然后将所得热水通入热泵系统（8）进行提温后送至热用户作为供暖水或工艺热源使用；

所述系统还包括真空闪蒸气凝液罐（13），且其进口端连接至所述热水换热器（7）的热介质出口、其顶部气相出口依次连接引风机（14）和缓冲罐（15）、其底部的液相出口和所述缓冲罐（15）的底部液相出口分别连接至所述灰水槽（16）、所述缓冲罐（15）的顶部液相出口连接至排火炬管线，用于对经所述热水换热器（7）降温冷凝的真空闪蒸气凝液进行气液分离，并将分离出的气相输出至排火炬管线，分离出的液相送至所述灰水槽（16）。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述系统还包括除氧水预热器（6），且其连接至所述低压闪蒸器（2）的低压闪蒸气出口，用于通入来自所述低压闪蒸器（2）的低压闪蒸气作为其蒸汽来源；和/或，

所述系统还包括第一水冷器（10），且其进口端连接至所述蒸发热水塔（1）的高压闪蒸气出口，其出口端连接至所述灰水除氧器（5），用于在异常工况下对来自所述蒸发热水塔（1）的高压闪蒸气进行冷却后送至所述灰水除氧器（5）。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

自所述低压闪蒸器（2）的低压闪蒸气出口至所述汽提塔（4）还设置有物料管线，用于将来自所述低压闪蒸器（2）的低压闪蒸气通入所述汽提塔（4）内作为其蒸汽来源；和/或，

所述系统还包括第二水冷器（11），且其进口端连接至所述低压闪蒸器（2）的低压闪蒸气出口，其出口端连接至所述灰水槽（16），用于在异常工况下对来自所述低压闪蒸器（2）的低压闪蒸气进行冷却后送至所述灰水槽（16）；和/或，

所述系统还包括第三水冷器（12），且其进口端连接至所述真空闪蒸器（3）的真空闪蒸气出口，其出口端连接至所述真空闪蒸气凝液罐（13），用于在异常工况下对来自所述真空闪蒸器（3）的真空闪蒸气进行冷却后送至所述真空闪蒸气凝液罐（13）进行气液分离。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述系统还包括循环泵（18），且其进口端连接至所述热用户的出口端，其出口端连接至所述热水换热器（7）的冷水进口，用于将经所述热用户使用降温后的水返回所述热水换热器（7）重新加热；和/或，

所述热用户包括供暖用户（17）和/或非供暖季用户（9）；优选地，所述热用户包括供暖用户（17）和非供暖季用户（9），且二者并联可切换设置。