CN207532991U - 一种高温热解气体的除尘系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种高温热解气体的除尘系统。其中，该系统包括快速热解炉、高温激冷除尘器、粗除尘装置、精除尘装置、热量回收装置、气液分离器、油水分离器和循环增压泵。高温激冷除尘器分别与快速热解炉、粗除尘装置相连，精除尘装置分别与粗除尘装置、热量回收装置相连，气液分离器分别与热量回收装置、油水分离器相连，循环增压泵分别与高温激冷除尘器、热量回收装置、油水分离器相连。本实用新型能解决高温热解煤气粉尘分离系统运行稳定性及安全性，降低高温热解煤气净化系统成本，对高温热解气体的热量进行了合理利用。
Description
技术领域
本实用新型属于煤化工技术领域，具体地，涉及一种高温热解气体的除尘系统。
背景技术
煤热解提质技术按照热解温度可分为低温(500-600℃)热解和中温(600-800℃)热解；根据供热介质不同，热解提质技术又可分为气相热载体热解技术、固相热载体热解技术以及特殊的蓄热式热解技术。诸多技术，在高温热解过程中，煤气出口温度达到800℃甚至更高，并携带了一定量焦油、大量粉尘以及大量的热量，为后续煤气净化及焦油回收带来较高难度。在一定温度条件下对气体粉尘进行分离处理，一方面降低气体除尘的难度，一方面提高焦油的回收率；因此，除尘效率和运行稳定性直接影响系统的经济效益。
目前热解煤气的粉尘分离主要有两种方法，一是煤气激冷工艺，对高温煤气直接喷水进行冷却，再对降温后的油水尘进行三相分离；二是煤气直接在高温下通过高温气固分离设备进行分离。
其中，煤气激冷工艺在成熟的焦化行业以及直立炉炼焦技术中应用比较成熟，主要是利用焦化或热解过程中产生的氨水通过循环泵在78℃时与热解气体在激冷塔内直接接触换热，利用了氨水挥发的潜热，将热解气体温度降低至83℃，焦油、氨水与煤气混合物进入气液分离器，分离出的荒煤气经初冷器上段与循环水换热温度降至45℃，经升气管进入下段被制冷水冷却至22℃，经煤气鼓风机加压。此方法适用于原煤粒径相对较大的固定床以及停留时间较长的移动床热解技术，其特点是粉尘含量较低，对于携带焦油量较高、粉尘含量高的煤气，若采用此方法，后续的油水尘分离难度较高，更容易出现堵塞的问题，影响系统运行周期；高温煤气温度较高，携带大量热量，采用直接冷却热利用效率太低，且产生大量污水。
另一种对煤气在高温条件下直接进行粉尘分离，在中低温热解过程中应用相对较多，主要目的是为了避免上述的油水尘分离较难的问题，但在高温热解过程中，煤气出口温度达到800℃甚至更高，直接利用高温设备进行粉尘分离，设备成本较高，且设备材质许用应力大幅度下降，导致系统运行安全性降低；在高温条件下，煤气中的焦油极容易发生二次裂解反应，降低焦油收率同时提高了焦油结焦率，严重影响除尘设备稳定运行。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种高温热解气体的除尘系统，能解决高温热解煤气粉尘分离系统运行稳定性及安全性，降低高温热解煤气净化系统成本，能对高温热解气体的热量进行合理利用。
本实用新型提供的高温热解气体的除尘系统包括：
快速热解炉，设有热解料入口、半焦出口和高温热解气体出口；
高温激冷除尘器，沿着气体流动的方向依次设有惯性降尘区、喷雾抑尘区和温度调节区，所述惯性降尘区、所述喷雾抑尘区、所述温度调节区通过内隔板分隔，所述惯性降尘区上设有高温热解气体入口，所述温度调节区设有煤气出口，所述惯性降尘区、所述喷雾抑尘区和所述温度调节区都设有喷头，所述喷头上设有激冷水入口；所述高温激冷除尘器还设有第一粉尘出口；所述高温热解气体入口与所述快速热解炉的高温热解气体出口相连；
粗除尘装置，设有煤气入口、粗除尘煤气出口和第二粉尘出口，所述煤气入口与所述高温激冷除尘器的煤气出口相连；
精除尘装置，设有粗除尘煤气入口、除尘煤气出口和第三粉尘出口；所述粗除尘煤气入口与所述粗除尘装置的粗除尘煤气出口相连；
热量回收装置，设有除尘煤气入口、除盐水入口、冲洗水入口、气液混合物出口、蒸汽出口和废水出口，所述除尘煤气入口与所述精除尘装置的除尘煤气出口相连；
气液分离器，设有气液混合物入口、净煤气出口和油水混合物出口，所述气液混合物入口与所述热量回收装置的气液混合物出口相连；
油水分离器，设有油水混合物入口、水出口和焦油出口，所述油水混合物入口与所述气液分离器的油水混合物出口相连；
循环增压泵，设有水入口和增压水出口，所述水入口与所述油水分离器的水出口相连，所述增压水出口分别与所述高温激冷除尘器的激冷水入口和所述热量回收装置的冲洗水入口相连。
在本实用新型的一些实施例中，所述高温激冷除尘器内部气流通道的直径是所述高温热解气体入口直径的5-8倍。
在本实用新型的一些实施例中，所述高温激冷除尘器的外形为方形或圆形。
在本实用新型的一些实施例中，所述惯性降尘区喷头的水出口与气体流动的方向垂直。
在本实用新型的一些实施例中，所述喷雾抑尘区喷头的水出口与气体流动的方向平行。
在本实用新型的一些实施例中，所述温度调节区喷头的水出口与气体流动的方向垂直。
本实用新型避免了常规高温粉尘分离的设备结焦及设备材质许用应力下降造成安全风险，避免了常规激冷方式后续油水尘三相分离难的问题，因而能解决褐煤高温热解煤气粉尘分离运行稳定性及安全性。
本实用新型回收显热加潜热，利用效率高，水量循环小，仅需初期补充部分激冷用水，正常运行过程依靠热解自己生成水，效率高且节能环保。
此外，由于高温激冷除尘器喷入水产生的蒸汽量增加的体积低于由于温度降低导致的工况体积，可降低除尘设备处理量，而且由于温度降低，设备选材等级降低，因而系统的运行成本低。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的一种高温热解气体的除尘系统的结构示意图。
图2为本实用新型实施例中的高温激冷除尘器的结构示意图。
图3为本实用新型实施例中的一种高温热解气体除尘的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
需要说明的是，本实用新型中的术语“上”、“下”、“左”、“右”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实用新型，而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。此外，此外，本实用新型中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。
图1所示为本实用新型优选的一种高温热解气体的除尘系统，包括：原料仓1、快速热解炉2、高温激冷除尘器3、粗除尘装置4、精除尘装置5、热量回收装置6、气液分离器7、油水分离器8和循环增压泵9。
原料仓1设有原料入口101和原料出口102。
快速热解炉2设有热解料入口201、半焦出口202和高温热解气体出口203，热解料入口201与原料仓1的原料出口102相连。
高温激冷除尘器3设有高温热解气体入口301、激冷水入口302、煤气出口303和第一粉尘出口304，高温热解气体入口301与快速热解炉2的高温热解气体出口203相连。
粗除尘装置4设有煤气入口401、粗除尘煤气出口402和第二粉尘出口403，煤气入口401与高温激冷除尘器3的煤气出口303相连。
精除尘装置5设有粗除尘煤气入口501、除尘煤气出口502和第三粉尘出口503，粗除尘煤气入口501与粗除尘装置4的粗除尘煤气出口402相连。
热量回收装置6设有除尘煤气入口601、除盐水入口602、冲洗水入口603、气液混合物出口604和蒸汽出口605，除尘煤气入口601与精除尘装置5的除尘煤气出口502相连。
气液分离器7设有气液混合物入口701、油水混合物出口702和净煤气出口703，气液混合物入口701与热量回收装置6的气液混合物出口604相连。
油水分离器8设有油水混合物入口801、焦油出口802和水出口803，油水混合物入口801与气液分离器7的油水混合物出口702相连。
循环增压泵9设有水入口901和增压水出口902，水入口901与油水分离器8的水出口803相连，增压水出口902分别与高温激冷除尘器3的激冷水入口302、热量回收装置6的冲洗水入口603相连。
需要特别说明的是，原料仓1并不是实现本实用新型目的所必须的装置，可根据实际需要进行相应的增减。
高温激冷除尘器3是本实用新型的核心装置，其结构如图2所示，本实用新型其他装置为本领域常用装置，在此不对其结构进行赘述。
如图2所示，沿着气体流动的方向(先从下到上，再从上到下，最后从下到上，见内隔板307的开口，图2中305为设备本体)，高温激冷除尘器3依次设有惯性降尘区a、喷雾抑尘区b和温度调节区c，惯性降尘区a、喷雾抑尘区b和温度调节区c通过内隔板307分隔，惯性降尘区a上设有高温热解气体入口301，温度调节区b设有煤气出口303，惯性降尘区a、喷雾抑尘区b和温度调节区c都设有喷头306，喷头306上设有激冷水入口302(图中箭头所指方向为激冷水的喷入方向)。
高温热解气体经高温热解气体入口301进入高温激冷除尘器3设备本体305内，在惯性降尘区a内部分沉降，并通过喷头306将部分激冷水从气体入口管道以环形方向或高温激冷除尘器3本体侧部垂直于气流方向喷入(即惯性降尘区a喷头306的水出口与气体流动的方向垂直)，使气流中携带的粉尘撞击内隔板307，实现惯性沉降区a的除尘及气化反应窗口作用。在喷雾抑尘区b内，通过喷头306喷入部分激冷水，控制喷水量，喷入点设置在气流向下的区域内，水雾喷入方向和气流方向同向(即喷雾抑尘区b喷头306的水出口与气体流动的方向平行)，不改变气流流场，保持粉尘在该区域内的加速下落的状态，达到抑尘降温的效果。在温度调节区c内，激冷水以垂直于气流方向喷入(即温度调节区c喷头306的水出口与气体流动的方向垂直)，进一步调节气体温度达到后续装置运行需求，并经煤气出口303排出。
高温激冷除尘器3的外形不用作任何限定，在本实用新型优选的实施例中，高温激冷除尘器3的外形为方形或圆形。
为了充分利用粉尘颗粒的自身重力，进而实现部分沉降，在本实用新型优选的实施例中，高温激冷除尘器3内部气流通道的直径是高温热解气体入口301直径的5-8倍。
高温热解气含有一定量CH4，且携带大量粉尘，通过分级喷入的激冷水，会发生一定的甲烷水蒸气转化反应，高活性的粉尘还会发生水煤气反应，提高煤气中有效成分H2/CO含量，同时还消耗部分已生成的热解水。
并且，通过一定量激冷水的加入，热解气中焦油蒸汽分压降低，有利于减轻焦油的二次反应。
此外，采用分级激冷，对快速热解炉2的高温热解气体出口203也有一定的抑尘效果。
由于高温激冷除尘器3喷入水产生的蒸汽量增加的体积低于由于温度降低导致的工况体积，可降低除尘设备处理量，而且由于温度降低，设备选材等级降低，因而系统的运行成本低。
如图3所示，采用本实用新型提供的系统对高温热解气体进行除尘，包括如下步骤：
将热解料送入快速热解炉2中进行热解，获得半焦和高温热解气体。半焦收集后另作他用。
将高温热解气体送入高温激冷除尘器3中，采用激冷水进行除尘、降温，获得煤气。
将煤气送入粗除尘装置4中进行粗除尘，获得粗除尘煤气。
将粗除尘煤气送入精除尘装置5中进行精除尘，获得除尘煤气。
将除尘煤气送入热量回收装置6与除盐水换热，除尘气体中的水蒸汽和焦油冷凝，除盐水被加热，获得气液混合物和蒸汽。
将气液混合物送入气液分离器7中进行分离，获得油水混合物和净煤气；
将油水混合物送入油水分离器8中进行分离，获得焦油和水。
将水通过循环增压泵9增压后，分别作为激冷水送入高温激冷除尘器3中，作为冲洗水送入热量回收装置6中。
高温激冷除尘器3初步除尘，除尘效率40％-50％。在激冷水的作用下，高温热解气体温度迅速下降，激冷水的用量根据设定的热解气体激冷后温度调整。当有快速热解炉2存在时，高温激冷除尘器3在快速热解炉2的出口就近安装，能保证高温热解气体中所含的焦油迅速降温，减少其在高温条件下的二次裂解反应，减轻甚至避免了高温段的结焦现象出现。激冷水用量约占高温热解气体质量流量的1/8-1/7，高温热解气体的温度通过激冷水能降低至380℃-550℃，保证了温度高于焦油露点，由于部分水的加入并气化，煤气中水蒸气的分压提高，焦油的分压降低，避免了焦油在后续处理设备中的凝结粘附情况发生；其次在该温度下，后续处理设备的材质较激冷前相比，可以在一定程度上降低成本，提高使用安全性。高温热解气体在高温激冷除尘器3中降温至设定温度后，带尘量25g-80g每立方米的煤气，进入粗除尘装置4及精除尘装置5将气体中的粉尘去除，成为带尘量25mg-50mg每立方米的煤气。除尘后的煤气再进入热量回收装置6，利用25℃-40℃的除盐水与煤气逆流间接换热，将煤气中的水蒸气以及焦油冷凝，产生中压过热蒸汽，满足系统回用要求或供热需求。冷凝后的焦油及凝结水在气液分离器7中与煤气分离，煤气进一步净化处理，焦油及凝结水在油水分离器8内分离，焦油作为产品进入后工段(具体工艺此处不进行赘述)，凝结水一部分通过循环增压泵9增压后分级送入高温激冷除尘器3内，一部分增压后去热量回收装置6作为冲洗水，产生的剩余热解水送入污水处理单元(具体工艺此处不进行赘述)，所述剩余热解水是热解过程产生的，约占原煤的6％-10％，在首次使用时增压去激冷除尘器3的激冷水由外界补充。
在本实用新型优选的实施例中，高温激冷除尘器3惯性降尘区a喷入的激冷水量为总激冷水量的1/6-1/5，喷雾抑尘区b喷入的激冷水量为总激冷水量的3/5-2/3，温度调节区c喷入的激冷水量为总激冷水量的1/6-1/5。通过控制激冷水的喷入量来控制不同区域中热解气的温度，以达到相应的效果。在惯性降尘区a，需维持此区间仍然有较高温度，温度约在800℃-850℃，适当提高了水蒸气分压，提供了甲烷蒸汽转化及水煤气反应窗口，增加煤气中氢气和一氧化碳成分。在喷雾抑尘区b，高温热解气体迅速降低气体温度至500℃-550℃，在气流下行过程中，随着温度的降低，气体总体积流量减少1/4，流速降低以利于粉尘的沉降。在温度调节区c需控制煤气出口303的温度在380℃-550℃。
下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述实用新型内容中所示，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。
实施例1
本实施例采用图1所示的系统对高温热解气体进行除尘，高温激冷除尘器3内部气流通道的直径是高温热解气体入口301直径的5倍，高温激冷除尘器3的外形为方形，惯性降尘区a喷头306的水出口与气体流动的方向垂直，喷雾抑尘区b喷头306的水出口与气体流动的方向平行，温度调节区c喷头306的水出口与气体流动的方向垂直。具体工艺流程如下：
粉煤从进原料仓1进入到快速热解炉2中采用下行式热解方式进行热解，原料粒径小于3mm。快速热解炉2热解后产生的高温热解气的温度为900℃，粉尘含量120g/Nm3，焦油含量80-150g/Nm3。
将高温热解气体送入高温激冷除尘器3中，采用激冷水进行除尘、降温，获得煤气。激冷水的总用量为高温热解气体质量流量的1/8，惯性降尘区a喷入的激冷水量为总激冷水量的1/6，喷雾抑尘区b喷入的激冷水量为总激冷水量的2/3，温度调节区c喷入的激冷水量为总激冷水量的1/6。获得煤气的温度为450℃-510℃。
将煤气送入粗除尘装置4中进行粗除尘，获得粗除尘煤气。
将粗除尘煤气送入精除尘装置5中进行精除尘，获得除尘煤气。除尘煤气的粉尘含量在25mg/Nm3以下。
将除尘煤气送入热量回收装置6与除盐水换热，除尘气体中的水蒸汽和焦油冷凝，除盐水被加热，获得气液混合物和蒸汽。气液混合物的温度为70℃-82℃，蒸汽的温度为400℃、压力为3.8Mpa。
将气液混合物送入气液分离器7中进行分离，获得油水混合物和净煤气。
将油水混合物送入油水分离器8中进行分离，获得焦油和水。
将水通过循环增压泵9增压后，分别作为激冷水送入高温激冷除尘器3中，作为冲洗水送入热量回收装置6中。
实施例2
本实施例采用图1所示的系统对高温热解气体进行除尘，高温激冷除尘器3内部气流通道的直径是高温热解气体入口301直径的8倍，高温激冷除尘器3的外形为圆形，惯性降尘区a喷头306的水出口与气体流动的方向垂直，喷雾抑尘区b喷头306的水出口与气体流动的方向平行，温度调节区c喷头306的水出口与气体流动的方向垂直。具体工艺流程如下：
粉煤从进原料仓1进入到快速热解炉2中采用下行式热解方式进行热解，原料粒径小于6mm。快速热解炉2热解后产生的高温热解气的温度为850℃，粉尘含量100g/Nm3，焦油含量50-100g/Nm3。
将高温热解气体送入高温激冷除尘器3中，采用激冷水进行除尘、降温，获得煤气。激冷水的总用量为高温热解气体质量流量的1/7，惯性降尘区a喷入的激冷水量为总激冷水量的1/5，喷雾抑尘区b喷入的激冷水量为总激冷水量的3/5，温度调节区c喷入的激冷水量为总激冷水量的1/5。获得煤气的温度为380℃-450℃。
将煤气送入粗除尘装置4中进行粗除尘，获得粗除尘煤气。
将粗除尘煤气送入精除尘装置5中进行精除尘，获得除尘煤气。除尘煤气的粉尘含量在20mg/Nm3以下。
将除尘煤气送入热量回收装置6与除盐水换热，除尘气体中的水蒸汽和焦油冷凝，除盐水被加热，获得气液混合物和蒸汽。气液混合物的温度为70℃-82℃，蒸汽的温度为201℃、压力为1.6Mpa。
将气液混合物送入气液分离器7中进行分离，获得油水混合物和净煤气。
将油水混合物送入油水分离器8中进行分离，获得焦油和水。
将水通过循环增压泵9增压后，分别作为激冷水送入高温激冷除尘器3中，作为冲洗水送入热量回收装置6中。
从上述实施例可知，本实用新型避免了常规高温粉尘分离的设备结焦及设备材质许用应力下降造成安全风险，避免了常规激冷方式后续油水尘三相分离难的问题，因而能解决褐煤高温热解煤气粉尘分离运行稳定性及安全性。
本实用新型回收显热加潜热，利用效率高，水量循环小，仅需初期补充部分激冷用水，正常运行过程依靠热解自己生成水，效率高且节能环保。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种高温热解气体的除尘系统，其特征在于，包括：
快速热解炉，设有热解料入口、半焦出口和高温热解气体出口；
高温激冷除尘器，沿着气体流动的方向依次设有惯性降尘区、喷雾抑尘区和温度调节区，所述惯性降尘区、所述喷雾抑尘区、所述温度调节区通过内隔板分隔，所述惯性降尘区上设有高温热解气体入口，所述温度调节区设有煤气出口，所述惯性降尘区、所述喷雾抑尘区和所述温度调节区都设有喷头，所述喷头上设有激冷水入口；所述高温激冷除尘器还设有第一粉尘出口；所述高温热解气体入口与所述快速热解炉的高温热解气体出口相连；
粗除尘装置，设有煤气入口、粗除尘煤气出口和第二粉尘出口，所述煤气入口与所述高温激冷除尘器的煤气出口相连；
精除尘装置，设有粗除尘煤气入口、除尘煤气出口和第三粉尘出口；所述粗除尘煤气入口与所述粗除尘装置的粗除尘煤气出口相连；
热量回收装置，设有除尘煤气入口、除盐水入口、冲洗水入口、气液混合物出口、蒸汽出口和废水出口，所述除尘煤气入口与所述精除尘装置的除尘煤气出口相连；
气液分离器，设有气液混合物入口、净煤气出口和油水混合物出口，所述气液混合物入口与所述热量回收装置的气液混合物出口相连；
油水分离器，设有油水混合物入口、水出口和焦油出口，所述油水混合物入口与所述气液分离器的油水混合物出口相连；
循环增压泵，设有水入口和增压水出口，所述水入口与所述油水分离器的水出口相连，所述增压水出口分别与所述高温激冷除尘器的激冷水入口和所述热量回收装置的冲洗水入口相连。
2.根据权利要求1所述的除尘系统，其特征在于，所述高温激冷除尘器内部气流通道的直径是所述高温热解气体入口直径的5-8倍。
3.根据权利要求1所述的除尘系统，其特征在于，所述高温激冷除尘器的外形为方形或圆形。
4.根据权利要求1所述的除尘系统，其特征在于，所述惯性降尘区喷头的水出口与气体流动的方向垂直。
5.根据权利要求1所述的除尘系统，其特征在于，所述喷雾抑尘区喷头的水出口与气体流动的方向平行。
6.根据权利要求1所述的除尘系统，其特征在于，所述温度调节区喷头的水出口与气体流动的方向垂直。
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|---|---|---|---|
| CN201721299436.0U CN207532991U (zh) | 2017-10-10 | 2017-10-10 | 一种高温热解气体的除尘系统 |
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| CN201721299436.0U CN207532991U (zh) | 2017-10-10 | 2017-10-10 | 一种高温热解气体的除尘系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107537266A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-01-05 | 北京神雾电力科技有限公司 | 一种高温热解气体的除尘系统及除尘方法 |
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2017
- 2017-10-10 CN CN201721299436.0U patent/CN207532991U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107537266A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-01-05 | 北京神雾电力科技有限公司 | 一种高温热解气体的除尘系统及除尘方法 |
| CN107537266B (zh) * | 2017-10-10 | 2023-05-05 | 北京恒丰亚业科技发展有限公司 | 一种高温热解气体的除尘系统及除尘方法 |
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