CN1721511A - 一种干煤粉加压气化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种干煤粉加压气化方法，主要包括以下工艺步骤：(1)将干煤粉经旋风分离器送入煤粉储仓；(2煤粉经其下方的煤粉泵经另一旋风分离器送入加煤常压仓；(3)常压仓底部设置了两段加煤通道，两计量仓向常压状态的两变压罐加煤粉，装满后关闭阀门并升压至与其下方的两输送罐压力相同后，停止升压并将煤粉加入两输送罐；(4)将部分过热蒸汽与全部氧气在两个一段混合器内混合后，分别送入气化炉；(5)两输送罐输出的干煤粉被载气以密相送入一段各喷嘴；(6)干煤粉在气化炉一段生成以CO+H2为主的粗煤气，在气化炉二段进行干馏热解、挥发分的二次裂解及水蒸汽的分解；(7)混合粗煤气经激冷使夹带的熔融态灰渣颗粒固化，靠重力淌入渣锁斗；粗煤气离开气化炉进入废热锅炉、除尘器、喷淋洗涤塔，经减压后送出系统，本发明可以广泛用于发电、供气等各种场合。

Description

一种干煤粉加压气化方法
技术领域
本发明涉及一种煤炭气化方法，特别是关于一种干煤粉加压气化方法。
背景技术
我国一次能源结构的特点是富煤而贫油、贫气，现阶段我国在能源利用方面，既存在严重着的燃煤污染环境问题，又存在着日趋紧张的石油、天然气供应问题。因此，在保护环境、发展经济及能源安全等多种杠杆作用下，发展煤基合成(油品、化学品)及联合循环发电等高效、低污染的洁净煤技术，对实现国民经济可持续发展具有十分重要的意义，而在洁净煤燃烧技术中，煤的气化是关键性的技术之一。
干煤粉气流床加压气化是发达国家20世纪末期发展成熟的新一代先进煤气化技术，与其它煤气化技术相比，具有以下明显的技术优势：1、对原料煤的适应性广；2、气化效率高；3、煤处理能力大；4、环境特性好，可以做到近零排放；5、气化炉运行经济、安全、可靠。其中的典型气化工艺包括荷兰的Shell工艺、西班牙的Prenflo工艺和德国的GSP工艺。在Shell和Prenflo气化工艺中，气化炉为下置单段多喷嘴设置，这种炉型的负荷和煤气成分的调整范围较小；其干煤粉发送罐为顶部进料、底部密相均衡出料机构，在罐内依靠重力沉降的供料方式，因此出料口有时会存在“架桥”、“鼠洞”和“沟流”等不正常的现象。在GSP气化工艺中，其气化炉为顶置单喷嘴设置，同样存在负荷和煤气成分调整范围小的缺点，其干煤粉发送罐为顶部进料、顶部密相出料机构，但只有一路内置气力输送管。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种煤气成分调整范围大，煤粉输送顺畅的干煤粉加压气化方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种干煤粉加压气化方法，主要包括以下工艺步骤：(1)将干煤粉通过气力输送方式经旋风分离器送入煤粉储仓，所述旋风分离器和煤粉储仓的排气通入布袋除尘器；(2)所述煤粉储仓中的煤粉经其下方的煤粉泵和气力输送管道经另一旋风分离器送入加煤常压仓，所述旋风分离器的排气和常压仓的排气通入布袋除尘器；(3)所述常压仓底部设置了两段加煤通道，并通过两计量仓定时定量向其下方处于常压状态的两变压罐加煤粉，所述两变压罐装满煤粉后关闭阀门并升压至与其下方的两输送罐压力相同后，停止升压并开启阀门将煤粉加入所述两输送罐；(4)中压饱和蒸汽在蒸汽过热器中加热至350℃，高压氧气经减压后送入氧气加热器加热至150℃，将部分过热蒸汽与全部氧气在两个一段混合器内混合后，分别送入气化炉一段1号喷嘴和一段2号喷嘴，其余过热蒸汽根据工艺要求送入气化炉二段3号喷嘴，或同时送入4号喷嘴；(5)所述两输送罐输出的干煤粉被载气以密相送入一段各喷嘴，进料过程中若出现干煤粉供料中断，气化剂供应立即切断，并开启高压反吹N2；(6)干煤粉被气化剂雾化，在气化炉一段压力3.0MPa，温度1300～1500℃发生部分氧化反应，生成以CO+H2为主要成分的粗煤气，在气化炉二段温度1000～1200℃，主要进行煤的干馏热解、挥发分的二次裂解及水蒸汽的分解反应；(7)两段气化形成的混合粗煤气，在气化炉上部经喷淋冷却水激冷接近至900℃，使其中夹带的熔融态灰渣颗粒固化，靠重力淌入气化炉内的淬冷池，并流入气化炉下方设置的渣锁斗；所述粗煤气离开气化炉进入废热锅炉，通过与所述废热锅炉内换热管传热冷却，至出口时冷却接近至300℃；(8)出废热锅炉的粗煤气进入除尘器，脱除的飞灰排放至飞灰收集罐，经处理返回煤粉储仓；(9)出除尘器的煤气进入喷淋洗涤塔，被洗涤、冷却，出洗涤塔的洁净冷煤气经减压后送出系统，从洗涤塔底部排出的黑水并入黑水处理系统；(10)中压除氧软水自动补充进入汽包，从汽包底部下降管分别进入气化炉水冷壁管和废热锅炉换热管，气化炉水冷壁管和废热锅炉换热管产生的中压蒸汽分别经各自上升管进入汽包，完成汽水分离后，中压蒸汽并入中压管网或直接减压排放。
所述两变压罐与两计量仓之间，以及所述两变压罐与输送罐之间设有均压管，所述两变压罐连接有为其升压的充压管道，且在一段所述两变压罐下部出口管上分别设有松动风过滤器，在所述变压罐升压过程，借助充压气体在所述变压罐中松动煤粉，卸压时的排气通过排气过滤器和节流阀排入大气，所述排气过滤器设有反吹管路。
所述两输送罐设有调整罐内压力的充压管路和卸压管路，卸压时的排气分别通过排气过滤器和背压控制阀排入大气，所述排气过滤器设有反吹管路。
所述煤粉储仓和加煤常压仓均设有防止干煤粉吸湿，造成结块、架桥的氮气保护。
在系统中设置一开工旁路罐，气化炉启动时，煤粉首先在额定工况下送入开工旁路罐，在条件具备时通过切换阀切入气化炉的各加煤喷嘴，在所述切换阀后的开工旁路管上设有吹扫器，用于将管中煤粉吹扫至开工旁路罐，也用于开工旁路罐的初始升压，所述开工旁路罐中的气体经排气过滤器和背压控制阀排入大气，以稳定罐压。
排渣开始时，关闭渣锁斗上部进口阀和均压管上的平衡阀，开启渣锁斗的减压阀，将渣锁斗的压力降至常压，然后开启渣锁斗下部出口排渣阀，同时打开锁斗冲洗水箱通往渣锁斗的冲洗加水阀，向地面排渣池排渣；排渣结束，关闭渣锁斗下部的排渣阀、减压阀、冲洗加水阀，打开渣锁斗加压阀，使其压力达到设定值，关闭渣锁斗加压阀，打开均压管上的平衡阀，打开渣锁斗上部进口阀重新开始集渣。
排灰过程中，关闭飞灰收集罐进口阀门和均压管上的平衡阀，将飞灰收集罐卸压至常压，卸压时的排气通入排气过滤器，然后开启飞灰收集罐出口阀，将飞灰排至专用飞灰收集车，经处理后返回煤粉储仓，卸灰完毕，关闭飞灰收集罐出口阀、减压阀，打开冲压阀，使飞灰收集罐升压至设定压力，关闭冲压阀，打开均压管上的平衡阀，打开飞灰收集罐进口阀，重新开始收集飞灰。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采取两段式加煤方式，因此可以通过一段进入的煤粉和气化剂主要生成粗煤气，而在二段供氧不足的情况下，主要进行煤的干馏热解、挥发分的二次裂解及水蒸汽的分解反应，并通过二段供煤粉和供过热蒸汽的变化调节气化炉温度，扩大生成煤气成分的范围。2、本发明由于采取两段加煤通道，多个喷嘴喷射物料，因此可以降低从输送罐到气化炉各喷嘴的送料管直径，降低送料气压，当本发明的送料管直径达到7毫米时，用一公斤氮气可以送10公斤煤粉。3、本发明设置了各种松动风供给装置，使煤粉在各储煤仓、罐和管路中输送流畅，有效的防止了干煤粉吸湿、结块、架桥等现象的发生。采用本发明可以实现煤基合成及联合循环发电等高效、低污染的洁净煤技术，缓解日趋紧张的石油、天然气供应问题。
附图说明
图1是本发明干煤粉密相加料系统示意图
图2是本发明气化系统及净化系统示意图
图3是本发明加料工艺流程示意图
图4是本发明气化及净化工艺流程示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明的设备系统主要包括干煤粉密相加料系统、气化系统、冷却系统及净化系统。
本发明干煤粉加压气化方法主要以下工艺步骤：
一、干煤粉密相加料(如图1、图3所示)
1、外购干煤粉由槽罐车1运至现场，采用气力输送方式通过旋风分离器2将煤粉加入煤粉储仓3，旋风分离器2和煤粉储仓3的排气通入布袋除尘器4过滤。
2、煤粉储仓3中的煤粉经其下方的煤粉泵5和气力输送管道经旋风分离器6送至加煤常压仓7，旋风分离器6的排气和常压仓7的微量排气通入布袋除尘器4过滤。
3、常压仓7底部设置了两段加煤通道，常压仓7中的煤粉定时加入其下方的两计量仓8a、8b，两计量仓8a、8b中的煤粉定时定量地加入其下方处于常压状态的两变压罐9a、9b，两变压罐9a、9b装满煤粉后关闭阀门并升压，直至与其下方的输送罐10a、10b压力相同时，停止升压并开启其下方的阀门将煤粉加入输送罐10a、10b。
上述工艺步骤中，由常压仓7向一段变压罐9a以及由一段变压罐9a向一段输送罐10a，可以每小时加煤一次，比如每次加煤800kg。由常压仓7向二段变压罐9b以及由二段变压罐9b向二段输送罐10b，可以每4小时加煤一次，比如每次加煤800kg，两段加煤的间隔时间和加煤量可以根据需要进行调整。
为保证煤粉流动通畅，在变压罐9a、9b与计量仓8a、8b之间以及变压罐9a、9b与输送罐10a、10b之间设有均压管，变压罐9a、9b设有充压管道可以对变压罐9a、9b升压。在一段变压罐9a和二段变压罐9b下部出口管上分别设有松动风过滤器11a、11b，在变压罐9a、9b内煤粉需要松动时可借助充压气体在变压罐9a、9b升压过程中松动煤粉。
两段变压罐9a、9b卸压时的排气通过排气过滤器12a、12b和节流阀13a、13b排入大气，排气过滤器12a、12b设有反吹管路。两段的输送罐10a、10b设有充压管路和卸压管路，以调整罐内压力，卸压时的排气分别通过排气过滤器14a、14b和背压控制阀15a、15b排入大气，排气过滤器14a、14b设有反吹管路。
输送罐10a、10b中的煤粉分别通过输送管送至气化炉23，在输送罐10a、10b出口处的输煤管上设有调节器16a、16b、16c、16d用以调整输送风。变压罐9a、9b与输送罐10a、10b中的煤量设有计量装置，用以计量输煤速率。输煤管上设有差压变送器计量管路差压。
设备系统中设有开工旁路罐17，在气化炉启动时，煤粉首先在额定工况下送入开工旁路罐17，在条件具备时通过切换阀18a、18b、18c、18d切入气化炉23的各加煤喷嘴24a、24b、24c、24d。在切换阀18a、18b、18c、18d后的开工旁路管17上设有吹扫器19a、19b、19c、19d用于切换后将管中煤粉吹扫至开工旁路罐17，也用于开工旁路罐17的初始升压。开工旁路罐17中的气体经排气过滤器20和背压控制阀21排入大气，以稳定罐压。排气过滤器20设有反吹管路，用于清理过滤器20。
启动完成后，开工旁路罐17卸压并将煤粉排入煤粉储仓3。布袋除尘器4中的煤粉排入常压仓7。煤粉储仓3、加煤常压仓7均设有N2保护，目的在于防止干煤粉吸湿，造成结块、架桥等现象，导致输送不畅。干煤粉密相输送系统除使用N2做输送气外，还应预留CO2输送气管路接口，在气源上可安装气体缓冲稳压罐22。
上述实施例中，从二段输送罐10b向二段4号喷嘴24d供煤的管路根据发电、供气等工艺要求的不同，可供料，也可以不供料。
二、气化、冷却及净化(如图2、图4所示)
1、气化剂过热
4.0MPa中压饱和蒸汽进入蒸汽过热器25加热至350℃；高压氧气经减压后送入氧气加热器26加热至150℃，部分过热蒸汽与全部氧气在两个一段混合器27a、27b完成混合后，作为气化剂分别送入一段1号喷嘴24a和一段2号喷嘴24b；其余过热蒸汽直接送入二段3号喷嘴24c。二段4号喷嘴24d根据工艺要求实施或不实施。
2、干煤粉喷嘴冷却保护
为保护喷嘴24a、24b、24c、24d设置喷嘴冷却水系统，以防止气化炉23内高温对喷嘴造成过热损坏。喷嘴冷却水槽28的软水，经喷嘴冷却水泵29分别送入一段喷嘴24a、24b和二段喷嘴24c、24d的冷却管，出各喷嘴的冷却水经减压后进入喷嘴冷却水冷却器30进行冷却，然后返回喷嘴冷却水槽28循环使用。在停电故障出现时，自动打开喷嘴冷却水事故水槽31底部上水阀门，依靠喷嘴冷却水事故水槽31内部高压N2产生的压力，将冷却水分别送至喷嘴24a、24b、24c、24d。
3、喷嘴进料
喷嘴进料系统包括干煤粉进料、气化剂(氧气和蒸汽形成的混合气)进料。进料输送罐10a、10b的干煤粉被载气以密相送入各喷嘴24a、24b、24c、24d的中心管，气化剂进入喷嘴24a、24b、24c、24d的环管，进料过程中若出现干煤粉供料中断，气化剂供应立即切断，并开启高压反吹N2。
4、两段式气化
干煤粉被气化剂雾化，在气化炉23的一段压力3.0MPa，温度1300～1500℃发生部分氧化反应，生成以CO+H2为主要成分的粗煤气。在气化炉23二段1000～1200℃，供氧量相对不足，主要进行煤的干馏热解、挥发分的二次裂解及水蒸汽的分解等反应。
5、高温煤气激冷
两段气化形成的混合粗煤气，在气化炉23上部经喷淋冷却水激冷至900℃左右，使其中夹带的熔融态灰渣颗粒固化。粗煤气离开气化炉23进入废热锅炉32。
6、熔渣淬冷及排渣
气化反应过程产生的熔渣靠重力作用淌入气化炉23的淬冷池33，在淬冷池33内被循环冷却水淬冷固化，然后，流入底部的渣锁斗34。渣锁斗34中的渣需定期排出。气化炉23的排渣过程由渣锁斗34、锁斗冲洗水箱35、排渣池36等设备组合完成。为保证排渣通畅，在气化炉23和渣锁斗34之间设有均压管。
排渣开始时，关闭渣锁斗34上部进口阀和均压管上的平衡阀，开启渣锁斗34的减压阀，将渣锁斗34的压力降至常压，然后开启渣锁斗34下部出口排渣阀，同时打开锁斗冲洗水箱35通往渣锁斗34的冲洗加水阀，向地面排渣池36排渣。排渣过程结束，关闭渣锁斗34下部的排渣阀、减压阀、冲洗加水阀，打开渣锁斗34加压阀，使其压力达到设定值，关闭渣锁斗34加压阀，打开均压管上的平衡阀，打开渣锁斗34上部进口阀重新开始集渣，地面排渣池36内灰渣并入渣水处理系统。
7、废热回收
粗煤气进入废热锅炉32后，通过与废热锅炉32内的换热管传热冷却，至出口时冷却至300℃左右。
8、干法除尘
出废热锅炉32的粗煤气进入干式除尘器37，脱除的飞灰排放至飞灰收集罐38。在除尘器37和飞灰收集罐38之间设有均压管，出飞灰收集罐38的飞灰经处理返回气化炉23循环使用。排灰过程中，关闭飞灰收集罐38进口阀门和均压管上的平衡阀，将飞灰收集罐38卸压至常压，卸压时的排气通入排气过滤器39。接着开启飞灰收集罐38出口阀，将飞灰排至专用飞灰收集车40，经处理后返回煤粉储仓3。卸灰完毕，关闭飞灰收集罐38出口阀、减压阀，打开冲压阀，使飞灰收集罐38升压至设定压力，关闭冲压阀。打开均压管上的平衡阀，打开飞灰收集罐38进口阀，重新开始收集飞灰。排气过滤器39设有反吹管路，用于清理过滤器39。飞灰收集罐38底部出口管上设有松动风过滤器41，在罐内飞灰排送不畅时可借助充压气体松动飞灰。
9、煤气洗涤、冷却
出除尘器37的煤气进入喷淋洗涤塔42，在此煤气被洗涤、冷却，出洗涤塔42的洁净冷煤气经减压后送出系统，进入后续工序。从洗涤塔42底部排出的黑水并入黑水处理系统。
10、气化炉水冷壁及废热锅炉补水
从中压除氧软水装置中出来的软化水自动补充进入汽包43，然后从汽包43底部下降管分别进入气化炉23水冷壁管和废热锅炉32换热管。气化炉23水冷壁管和废热锅炉32换热管产生的4.0MPa中压蒸汽分别经各自上升管从中部进入汽包43，完成汽水分离后，中压蒸汽并入中压管网或直接减压排放。

Claims (9)

1、一种干煤粉加压气化方法，主要包括以下工艺步骤：
(1)将干煤粉通过气力输送方式经旋风分离器送入煤粉储仓，所述旋风分离器和煤粉储仓的排气通入布袋除尘器；
(2)所述煤粉储仓中的煤粉经其下方的煤粉泵和气力输送管道经另一旋风分离器送入加煤常压仓，所述旋风分离器的排气和常压仓的排气通入布袋除尘器；
(3)所述常压仓底部设置了两段加煤通道，并通过两计量仓定时定量向其下方处于常压状态的两变压罐加煤粉，所述两变压罐装满煤粉后关闭阀门并升压至与其下方的两输送罐压力相同后，停止升压并开启阀门将煤粉加入所述两输送罐；
(4)中压饱和蒸汽在蒸汽过热器中加热至350℃，高压氧气经减压后送入氧气加热器加热至150℃，将部分过热蒸汽与全部氧气在两个一段混合器内混合后，分别送入气化炉一段1号喷嘴和一段2号喷嘴，其余过热蒸汽根据工艺要求送入气化炉二段3号喷嘴，或同时送入4号喷嘴；
(5)所述两输送罐输出的干煤粉被载气以密相送入一段各喷嘴，进料过程中若出现干煤粉供料中断，气化剂供应立即切断，并开启高压反吹N2；
(6)干煤粉被气化剂雾化，在气化炉一段压力3.0MPa，温度1300～1500℃发生部分氧化反应，生成以CO+H2为主要成分的粗煤气，在气化炉二段温度1000～1200℃，主要进行煤的干馏热解、挥发分的二次裂解及水蒸汽的分解反应；
(7)两段气化形成的混合粗煤气，在气化炉上部经喷淋冷却水激冷接近至900℃，使其中夹带的熔融态灰渣颗粒固化，靠重力淌入气化炉内的淬冷池，并流入气化炉下方设置的渣锁斗；所述粗煤气离开气化炉进入废热锅炉，通过与所述废热锅炉内换热管传热冷却，至出口时冷却接近至300℃；
(8)出废热锅炉的粗煤气进入除尘器，脱除的飞灰排放至飞灰收集罐，经处理返回气化炉；
(9)出除尘器的煤气进入喷淋洗涤塔，被洗涤、冷却，出洗涤塔的洁净冷煤气经减压后送出系统，从洗涤塔底部排出的黑水并入黑水处理系统；
(10)中压除氧软水自动补充进入汽包，从汽包底部下降管分别进入气化炉水冷壁管和废热锅炉换热管，气化炉水冷壁管和废热锅炉换热管产生的中压蒸汽分别经各自上升管进入汽包，完成汽水分离后，中压蒸汽并入中压管网或直接减压排放。
2、如权利要求1所述的一种干煤粉加压气化方法，其特征在于：所述两变压罐与两计量仓之间，以及所述两变压罐与输送罐之间设有均压管，所述两变压罐连接有为其升压的充压管道，且在一段所述两变压罐下部出口管上分别设有松动风过滤器，在所述变压罐升压过程，借助充压气体在所述变压罐中松动煤粉，卸压时的排气通过排气过滤器和节流阀排入大气，所述排气过滤器设有反吹管路。
3、如权利要求1所述的一种干煤粉加压气化方法，其特征在于：所述两输送罐设有调整罐内压力的充压管路和卸压管路，卸压时的排气分别通过排气过滤器和背压控制阀排入大气，所述排气过滤器设有反吹管路。
4、如权利要求2所述的一种干煤粉加压气化方法，其特征在于：所述两输送罐设有调整罐内压力的充压管路和卸压管路，卸压时的排气分别通过排气过滤器和背压控制阀排入大气，所述排气过滤器设有反吹管路。
5、如权利要求1或2或3或4所述的一种干煤粉加压气化方法，其特征在于：所述煤粉储仓和加煤常压仓均设有防止干煤粉吸湿，造成结块、架桥的氮气保护。
6、如权利要求1或2或3或4所述的一种干煤粉加压气化方法，其特征在于：在系统中设置一开工旁路罐，气化炉启动时，煤粉首先在额定工况下送入开工旁路罐，在条件具备时通过切换阀切入气化炉的各加煤喷嘴，在所述切换阀后的开工旁路管上设有吹扫器，用于将管中煤粉吹扫至开工旁路罐，也用于开工旁路罐的初始升压，所述开工旁路罐中的气体经排气过滤器和背压控制阀排入大气，以稳定罐压。
7、如权利要求5所述的一种干煤粉加压气化方法，其特征在于：在系统中设置一开工旁路罐，气化炉启动时，煤粉首先在额定工况下送入开工旁路罐，在条件具备时通过切换阀切入气化炉的各加煤喷嘴，在所述切换阀后的开工旁路管上设有吹扫器，用于将管中煤粉吹扫至开工旁路罐，也用于开工旁路罐的初始升压，所述开工旁路罐中的气体经排气过滤器和背压控制阀排入大气，以稳定罐压。
8、如权利要求1或2或3或4或7所述的一种干煤粉加压气化方法，其特征在于：排渣开始时，关闭渣锁斗上部进口阀和均压管上的平衡阀，开启渣锁斗的减压阀，将渣锁斗的压力降至常压，然后开启渣锁斗下部出口排渣阀，同时打开锁斗冲洗水箱通往渣锁斗的冲洗加水阀，向地面排渣池排渣；排渣结束，关闭渣锁斗下部的排渣阀、减压阀、冲洗加水阀，打开渣锁斗加压阀，使其压力达到设定值，关闭渣锁斗加压阀，打开均压管上的平衡阀，打开渣锁斗上部进口阀重新开始集渣。
9、如权利要求1或2或3或4或7所述的一种干煤粉加压气化方法，其特征在于：排灰过程中，关闭飞灰收集罐进口阀门和均压管上的平衡阀，将飞灰收集罐卸压至常压，卸压时的排气通入排气过滤器，然后开启飞灰收集罐出口阀，将飞灰排至专用飞灰收集车，经处理后返回煤粉储仓，卸灰完毕，关闭飞灰收集罐出口阀、减压阀，打开冲压阀，使飞灰收集罐升压至设定压力，关闭冲压阀，打开均压管上的平衡阀，打开飞灰收集罐进口阀，重新开始收集飞灰。
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