CN206337232U - 一种煤气化干法除灰系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤气化干法除灰系统。除灰系统包括依次连通的一飞灰过滤器、一飞灰收集罐、一飞灰放料罐和一飞灰储仓，飞灰收集罐设于飞灰过滤器底部，飞灰过滤器顶部还设有一合成气出口管，合成气出口管还与一湿洗单元相连，飞灰过滤器顶部还与一高压反吹气管道连通，除灰系统还包括一减压器和一气体缓冲罐，飞灰放料罐底部通过减压器与飞灰储仓直接相连，气体缓冲罐与飞灰放料罐下部相连通，用于向飞灰放料罐中通入高压气体，飞灰收集罐与飞灰放料罐之间还设有一第一下料控制阀，飞灰放料罐与减压器之间还设有一第二下料控制阀。本实用新型解决了现有干法除灰工艺的烦冗流程带来的设备投资大、操作复杂等问题。

Description

一种煤气化干法除灰系统

技术领域

本实用新型涉及一种煤气化干法除灰系统。

背景技术

煤炭作为最重要的化石燃料之一，煤气化技术应用于发电和化工产品生产是必然的选择，是一种非常重要的洁净煤利用技术。气流床煤气化技术是国际上较为先进的洁净煤气化技术之一，其主要优势在于煤种适应性广、生产强度大、结构设计简单以及接近100％的碳转化率等。煤气化过程是一个热化学过程。它是以煤为原料，以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或称气化介质)，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。由于气化炉内温度很高，在有氧条件下，碳、挥发分及部分反应产物(H₂和CO等)以发生燃烧反应为主，在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应，即气化反应阶段，最终形成以H₂和CO为主要成分的合成气离开气化炉。气化过程中，煤中矿物质会发生分解、熔融、气化、凝聚、冷凝、团聚等一系列的物理化学变化，然后在低温下形成化学成分和形态各异的飞灰。这些飞灰被合成气夹带进入下游单元，需要进行除灰处理。

常见的除灰工艺有湿法除灰和干法除灰两种。其中，Shell干粉加压气化技术、美国KBRTRIGTM煤气化技术、U-gas气化技术、西安热工研究院两段干煤粉气流床气化技术等都采用了干法排灰技术。即，煤气化产生的飞灰随合成气引出气化炉，首先采用飞灰过滤器进行干法除灰，过滤器将气化炉生成的合成气中的绝大部分粉尘过滤掉，使合成气达到一定的标准后再进入湿洗单元进一步洗涤。

图1给出了Shell干粉加压气化技术的除灰工艺的流程示意图：来自煤气化气化炉夹带着固体灰尘的粗合成气首先进入陶瓷过滤器进行除尘，过滤后的合成气经过过滤器的上部气体出口管送到湿洗工序，粗合成气中夹带的灰尘聚集在陶瓷过滤器滤芯外壁上成为滤饼，滤饼在N₂反吹作用下落入容器下部的收集罐内并通过飞灰出口管排出。排出的飞灰在放料罐内经历变压过程，压力由高压(～4.0MPa)过渡至常压状态。在卸料冷却罐A和卸料冷却罐B内，利用低温低压N₂对飞灰进行汽提。汽提后的飞灰经中间储罐进入充气仓充气，最终进入储仓。

其中，该工艺中通过对放料罐变压起到降压效果，卸料冷却罐A和卸料冷却罐B实际上起流化床作用，中间储罐临时存储飞灰、充气仓当作飞灰发料罐。卸料冷却罐A和B的主要功能是当飞灰通过放料罐降压后排入到卸料冷却罐A和B中后，充入低温(～80℃)低压气体(N₂或CO₂)对飞灰进行汽提。汽提作用表现为：(1)降低气固两相中气相中有害气体的分压，从而使有害气体从固体表面解析出来，达到脱除有害气体的目的，脱除的废气经除尘器过滤后与燃料气混合送火炬燃烧，达到合格排放的目的。(2)用低温气体降低飞灰的温度，使得飞灰粘度降低，有利于排灰和储存。该干法脱除工艺中，过滤器、收集罐和放料罐是高压状态，而卸料冷却罐及其下游设备都是常压状态，因此放料罐起到将飞灰由高压过渡至常压的作用。

与湿法除灰工艺相比，干法除灰具有循环用水和污水排放量少、净化后粉尘含尘量低、环保效益高等一系列优点，但是该工艺也存在投资大、维护和操作成本高等问题。以Shell干粉加压气化技术的除灰工艺为例，其采用的是一种类似多料罐倒料方式，飞灰从高压过滤器到常压储仓之间设置了多个料罐，具体包括收集罐、放料罐、2个卸料冷却罐、中间储罐和充气仓，上述罐体巨大，容积从几立方米到几百立方米不等，而且每个料罐都需要配备相应的缓冲罐和除尘器等设备(缓冲罐和除尘器在图1中作了省略处理)。该工艺流程烦冗，且整套干法除灰单元的投资非常巨大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中的飞灰干法脱除工艺复杂、设备投资大、操作和维护成本高的缺陷，而提供了一种煤气化干法除灰系统。本实用新型旨在优化现有的煤气化干法除灰工艺，解决烦冗流程带来的设备投资巨大、操作复杂等问题，促进整套煤气化系统的长周期稳定运行。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本实用新型提供了一种煤气化干法除灰系统，所述煤气化干法除灰系统包括依次连通的一飞灰过滤器、一飞灰收集罐、一飞灰放料罐和一飞灰储仓，所述飞灰收集罐设于所述飞灰过滤器的底部，所述飞灰过滤器的顶部还设有一合成气出口管，所述合成气出口管还与一湿洗单元相连，所述飞灰过滤器的顶部还与一高压反吹气管道连通，用于向所述飞灰过滤器中输送高压反吹气，其特点在于，所述煤气化干法除灰系统还包括一减压器和一气体缓冲罐，所述飞灰放料罐的底部通过所述减压器与所述飞灰储仓直接相连，所述气体缓冲罐与所述飞灰放料罐的下部相连通，用于向所述飞灰放料罐中通入高压气体，所述飞灰收集罐与所述飞灰放料罐之间还设有一第一下料控制阀，所述飞灰放料罐与所述减压器之间还设有一第二下料控制阀。

较佳地，所述煤气化干法除灰系统还包括与一气化炉连接的一粗合成气进料管道，所述粗合成气进料管道用于连通所述气化炉与所述飞灰过滤器的底部，从而将粗合成气输送至所述飞灰过滤器中。

其中，所述的气化炉的炉型无特别限制。较佳地，所述气化炉与所述粗合成气进料管道之间还设有一换热器，达到冷却粗合成气的目的。所述换热器的换热方式不限，可以采用水激冷的方式也可以通过废热锅炉进行换热。

本实用新型中，较佳地，所述的飞灰收集罐和所述飞灰放料罐上分别设置有一第一料位传感器和一第二料位传感器。料位传感器的作用在于便于实时监控飞灰收集罐和飞灰放料罐内的飞灰堆积高度。

本实用新型中，所述煤气化干法除灰系统较佳地还设有一除灰系统控制模块，所述第一料位传感器的控制信号输出端连接所述除灰系统控制模块的控制信号输入端，所述第一下料控制阀的控制信号输入端连接所述除灰系统控制模块的控制信号输出端。所述第二料位传感器的控制信号输出端连接所述除灰系统控制模块的控制信号输入端，所述第二下料控制阀的控制信号输入端连接所述除灰系统控制模块的控制信号输出端。

本实用新型中，所述飞灰过滤器为本领域常用的高温高压陶瓷过滤器，由承压容器和内件(滤芯)两部分组成，另外包括反吹气体环形管、阀门、仪表和控制装置等。

较佳地，所述气体缓冲罐还通过一第一孔板流量计与所述飞灰收集罐的底部连通。流经所述第一孔板流量计的高压气体的实际压力与实际工艺相关。一般地，当气化炉压力为4.0MPa时，高压气体的压力5.20MPa。

较佳地，所述气体缓冲罐通过一第二孔板流量计与所述飞灰放料罐的下部连通。流经所述第二孔板流量计的高压气体的实际压力与实际工艺相关。一般地，当气化炉压力为4.0MPa时，高压气体的压力5.20MPa。

按照本领域常规，高压反吹气的实际压力也与实际工艺相关。一般地，当气化炉压力为4.0MPa时，高压反吹气的压力7.8MPa。高压反吹气一般为脉冲气流，其作用包括：将飞灰落入飞灰收集罐中、清洗飞灰过滤器的滤芯。

其中，飞灰在罐体内的工艺流程描述如下：来自煤气化炉夹带着固体灰尘的粗合成气，通过高温高压飞灰过滤器底部进料管和提升管送至主管板处。再通过飞灰过滤器滤芯壁上的微孔进入到滤芯内。过滤后的合成气由下而上进入容器的上部，再经过容器的上部的合成气出口管送到湿洗单元；粗合成气中夹带的灰尘聚集在飞灰过滤器的滤芯外壁上，聚集在飞灰过滤器滤芯外壁上的灰尘成为滤饼，这些滤饼将通过高压反吹气除去，反吹气体逆流而下，进入过滤器滤芯内，通过飞灰过滤器滤芯壁上的微孔吹去飞灰过滤滤芯外壁的滤饼，最后，滤饼在气体反吹作用下落入容器下部的灰斗内，通过飞灰出口管排出容器。

其中，通过设置飞灰过滤器及依次与飞灰过滤器连通的飞灰收集罐、飞灰放料罐、减压器和飞灰储仓，利用飞灰过滤器对来自气化炉夹带着固体灰尘的粗合成气进行除灰，过滤后的合成气进入湿洗单元进一步净化，除灰过程中产生的飞灰进入飞灰收集罐，继而排入到飞灰放料罐中，在一定压差条件下采用气力输送技术将飞灰由飞灰放料罐输送至飞灰储仓中。其中，本实用新型实际采用了气体缓冲罐和高压气体疏松、流化吹扫来代替现有的两个卸料冷却罐，具体机理在于：高压气体经过气体缓冲罐进入飞灰放料罐，充分对飞灰进行疏松、流化，达到置换、冷却的作用。

其中，从飞灰放料罐的底部通入高压气体，通入气体的作用包括但不限于：a、能够将部分飞灰固体表面的合成气解析出来，达到脱除合成气的目的；b、利用气体和飞灰的温度差来降低飞灰温度，使得飞灰粘度降低，有利于排灰和储存；c、用于飞灰放料罐压力的调节和控制；d、疏松、流化罐内飞灰，有利于飞灰排放和输送。放料罐同时肩负流化床和输送罐的作用，在输送前提通过气体对飞灰进行流化、置换，达到气体的目的；充分流化后作为输送源头，开展气力输送技术。

其中，输送管路上设置减压器的目的是，利用减压器先收缩再扩张的结构特征及其阻力特性，代替传统的料罐倒料方式，可有效地将飞灰从收集罐内的高压状态过渡到飞灰储仓内的常压状态。所述的减压器较佳地为一文丘里管。文丘里管先收缩后扩张的结构特征一方面可有效在输送管道中建立起有效的阻力降，另一方面不会恶化气固流动，可有效实现飞灰从高压到常压状态的过渡，实现对传统的多料罐倒料方式的替代。

与本实用新型的干法除灰系统配套使用的除灰方法，包括如下步骤：

S1：将粗合成气输送至所述飞灰过滤器中，过滤后的合成气由下而上进入所述飞灰过滤器的顶部，再经所述合成气出口管输送至所述湿洗单元；

S2：粗合成气中夹带的灰尘在高压反吹气的作用下落入所述飞灰过滤器的下部的飞灰收集罐内；

S3：利用高压气体对所述飞灰放料罐进行充压至所述飞灰收集罐的压力平衡；

S4：当飞灰收集罐的料位达到50％～70％后打开所述第一下料控制阀，使飞灰下料至所述飞灰放料罐内；

S5：当飞灰放料罐的料位达到一定程度50％～70％后，关闭所述第一下料控制阀，然后向所述飞灰放料罐的底部通入高压气体，至飞灰放料罐的压力为0.5～4MPa时，打开所述第二下料控制阀，将飞灰由所述飞灰放料罐输送至所述飞灰储仓中；

S6：输送完成后，关闭所述第一下料控制阀和所述第二下料控制阀；

S7：向所述飞灰放料罐中通入高压气体，使所述飞灰放料罐内的气压与所述飞灰收集罐相平衡，然后打开所述第一下料控制阀，进行下一次的接灰操作。

其中，所述的粗合成气中为本领域常规的夹带着固体灰尘的粗合成气。进入所述飞灰过滤器的粗合成气的温度一般为340℃左右、压力一般为4.0MPa左右。

其中，所述的高压气体较佳地为压缩空气、氮气或二氧化碳。

其中，所述的高压反吹气较佳地为合成气。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型在现有干法除灰工艺的基础上，进行了精简和优化，一方面减少了料罐个数(配套的缓冲罐、除尘器也相应减少)，另一方面采用减压器来释放压力，缩短了流程、节约了设备投资；本实用新型的除灰系统和方法适用于不同煤种、不同气化压力、不同气化炉炉型的气化装置。本实用新型提供的煤气化干法除灰系统易于实现，有利于气化设备长周期稳定运行。

附图说明

图1为现有技术中的Shell干粉加压气化技术的除灰工艺的工艺流程图。

图2为本实用新型实施例1的煤气化干法除灰系统的结构示意图。

附图标记说明如下：

飞灰过滤器 1

高压反吹气管道 101

合成气出口管 102

飞灰收集罐 2

飞灰放料罐 3

气化炉 4

粗合成气进料管道 401

气体缓冲罐 5

第一孔板流量计 501

第二孔板流量计 502

湿洗单元 6

除灰系统控制模块 7

第一料位传感器 701

第一下料控制阀 702

第二料位传感器 703

第二下料控制阀 704

减压器 8

飞灰储仓 9

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

实施例1

本实施例提供了一种煤气化干法除灰系统，如图2所示，所述煤气化干法除灰系统包括依次连通的一飞灰过滤器1、一飞灰收集罐2、一飞灰放料罐3和一飞灰储仓9，所述飞灰收集罐2设于所述飞灰过滤器1的底部，所述飞灰过滤器1的顶部还设有一合成气出口管102，所述合成气出口管102还与一湿洗单元6相连，所述飞灰过滤器1的顶部还与一高压反吹气管道101连通，用于向所述飞灰过滤器1中输送高压反吹气，所述煤气化干法除灰系统还包括一减压器8和一气体缓冲罐5，所述飞灰放料罐3的底部通过所述减压器8与所述飞灰储仓9直接相连，所述气体缓冲罐5与所述飞灰放料罐3的下部相连通，用于向所述飞灰放料罐3中通入高压气体，所述飞灰收集罐2与所述飞灰放料罐3之间还设有一第一下料控制阀702，所述飞灰放料罐3与所述减压器8之间还设有一第二下料控制阀704。

所述煤气化干法除灰系统还包括与一气化炉4连接的一粗合成气进料管道401，所述粗合成气进料管道401用于连通所述气化炉4与所述飞灰过滤器1的底部，从而将粗合成气输送至所述飞灰过滤器1中。

所述的飞灰收集罐2和所述飞灰放料罐3上分别设置有一第一料位传感器701和一第二料位传感器703。所述煤气化干法除灰系统还设有一除灰系统控制模块7，所述第一料位传感器701的控制信号输出端连接所述除灰系统控制模块7的控制信号输入端，所述第一下料控制阀702的控制信号输入端连接所述除灰系统控制模块7的控制信号输出端；所述第二料位传感器703的控制信号输出端连接所述除灰系统控制模块7的控制信号输入端，所述第二下料控制阀704的控制信号输入端连接所述除灰系统控制模块7的控制信号输出端。

所述气体缓冲罐5还通过一第一孔板流量计501与所述飞灰收集罐2的底部连通；当气化炉4压力为4.0MPa时，向所述飞灰收集罐2的底部输入的高压气体的压力5.20MPa；所述气体缓冲罐5通过一第二孔板流量计502与所述飞灰放料罐3的下部连通；当气化炉4压力为4.0MPa时，向所述飞灰放料罐3的底部输入的高压气体的压力5.20MPa。当气化炉4压力为4.0MPa时，高压反吹气的压力7.8MPa。

本实施例中，所述的减压器8为一文丘里管。

本实施例中，所述干法除灰方法包括如下步骤：

S1：来自煤气化气化炉4夹带着固体灰尘的粗合成气，通过飞灰过滤器1滤芯壁上的微孔进入到滤芯内，过滤后的合成气由下而上进入容器的上部，再经过容器的合成气出口管102送到湿洗单元6。

S2：粗合成气中夹带的灰尘聚集在飞灰过滤器1滤芯外壁上成为滤饼，在气体反吹作用下落入容器下部的飞灰收集罐2内。

S3：利用来自气体缓冲罐5的高压气体对飞灰放料罐3进行充压至飞灰收集罐2压力平衡。

S4：当飞灰收集罐2的料位达到50％～70％后打开下料管路上的第一下料控制阀702，除灰过程中产生的飞灰进入飞灰放料罐3。为了保障气化系统稳定运行，在打开飞灰收集罐2和飞灰放料罐3之间的第一下料控制阀702前，要确保两者压力基本一致，飞灰在重力作用下进入飞灰放料罐3。

S5：当飞灰放料罐3的料位达到50％～70％后，关闭与飞灰收集罐2相连的第一下料控制阀702。然后向所述飞灰放料罐3的底部通入高压气体，至飞灰放料罐3的压力为0.5～4MPa时，打开所述第二下料控制阀704，将飞灰由所述飞灰放料罐3输送至所述飞灰储仓9中。

S6：输送完成后，关闭输送管路上的第一下料控制阀702和所述第二下料控制阀704。

S7：通过来自气体缓冲罐5的高压气体对到飞灰放料罐3进行增压，使飞灰放料罐3内的气压与飞灰收集罐2相平衡，然后打开飞灰收集罐2与飞灰放料罐3之间的第一下料控制阀702，进行下一次接灰工作。

当飞灰放料罐3内的飞灰积攒到设定高度，第二料位传感器703将发送信号至除灰系统控制模块7，除灰系统控制模块7首先控制飞灰收集罐2与飞灰放料罐3之间的第一下料控制阀702关闭，使飞灰收集罐2与飞灰放料罐3完全隔离，然后通过高压气体的输送调节使飞灰放料罐3的压力降至适合输送水平。该压力值与飞灰物性、输送管路设置和减压器8结构相关。

本实用新型也可利用积灰计时器进行计时，计算粗合成气除灰处理程序运行时间，当运行时间到达设定时间时，通过除灰系统控制模块7开启/关闭飞灰收集罐2与飞灰放料罐3之间设置的第一下料控制阀702，进行干法除灰操作。

Claims (7)

1.一种煤气化干法除灰系统，所述煤气化干法除灰系统包括依次连通的一飞灰过滤器、一飞灰收集罐、一飞灰放料罐和一飞灰储仓，所述飞灰收集罐设于所述飞灰过滤器的底部，所述飞灰过滤器的顶部还设有一合成气出口管，所述合成气出口管还与一湿洗单元相连，所述飞灰过滤器的顶部还与一高压反吹气管道连通，用于向所述飞灰过滤器中输送高压反吹气，其特征在于，所述煤气化干法除灰系统还包括一减压器和一气体缓冲罐，所述飞灰放料罐的底部通过所述减压器与所述飞灰储仓直接相连，所述气体缓冲罐与所述飞灰放料罐的下部相连通，用于向所述飞灰放料罐中通入高压气体，所述飞灰收集罐与所述飞灰放料罐之间还设有一第一下料控制阀，所述飞灰放料罐与所述减压器之间还设有一第二下料控制阀。

2.如权利要求1所述的煤气化干法除灰系统，其特征在于，所述煤气化干法除灰系统还包括与一气化炉连接的一粗合成气进料管道，所述粗合成气进料管道用于连通所述气化炉与所述飞灰过滤器的底部，从而将粗合成气输送至所述飞灰过滤器中。

3.如权利要求2所述的煤气化干法除灰系统，其特征在于，所述气化炉与所述粗合成气进料管道之间还设有一换热器。

4.如权利要求1所述的煤气化干法除灰系统，其特征在于，所述的飞灰收集罐和所述飞灰放料罐上分别设置有一第一料位传感器和一第二料位传感器。

5.如权利要求4所述的煤气化干法除灰系统，其特征在于，所述煤气化干法除灰系统还设有一除灰系统控制模块，所述第一料位传感器的控制信号输出端连接所述除灰系统控制模块的控制信号输入端，所述第一下料控制阀的控制信号输入端连接所述除灰系统控制模块的控制信号输出端；所述第二料位传感器的控制信号输出端连接所述除灰系统控制模块的控制信号输入端，所述第二下料控制阀的控制信号输入端连接所述除灰系统控制模块的控制信号输出端。

6.如权利要求2所述的煤气化干法除灰系统，其特征在于，所述气体缓冲罐还通过一第一孔板流量计与所述飞灰收集罐的底部连通；所述气体缓冲罐通过一第二孔板流量计与所述飞灰放料罐的下部连通。

7.如权利要求1所述的煤气化干法除灰系统，其特征在于，所述的减压器为一文丘里管。