CN207627955U - 一种气化黑水闪蒸系统 - Google Patents
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Abstract
一种气化黑水闪蒸系统，主要包括：蒸发热水塔，用来在所述蒸发热水塔的下半部闪蒸来自气化炉和洗涤系统的黑水，所形成的高压闪蒸汽向上流动在所述蒸发热水塔的上半部与低压变换冷凝液和脱氧水逆流接触、换热；二级闪蒸罐，用来闪蒸来自所述蒸发热水塔底部的黑水；除氧器，用来接收所述二级闪蒸罐排出的闪蒸汽，并利用所述闪蒸汽对除氧器内的系统补水和低压灰水进行加热除氧；真空闪蒸罐，用来闪蒸来自所述二级闪蒸罐的黑水和来自捞渣机的黑水；复合空冷器，用来使来自所述真空闪蒸罐的真空闪蒸汽降温、冷凝；压力控制系统，用来监控蒸发热水塔和二级闪蒸罐压力，最大程度的回收热量并减少蒸汽放空。该气化闪蒸系统可有效提高热效率，实现整套系统的节能降耗。
Description
技术领域
本实用新型属于煤气化技术领域，更具体地说，涉及渣水处理单元的黑水闪蒸系统。
背景技术
中国是一个富煤、贫油、少气的国家，煤化工一直是国家支柱性产业，为生产生活提供必需的有机化学品。煤气化装置是将煤转化为化学品的关键步骤。而现代煤化工多采用气流床下行激冷技术，原煤在高温、高压下进行气化反应，生成的合成气连同熔融状态的灰渣被水冷却，合成气经洗涤除灰后作为下游的原料气使用，灰渣则进入黑水系统(高压)。为了能够使富含灰渣的高温、高压黑水完成液固分离，需要将其降压、冷却并添加絮凝剂等化学品才能通过自然沉降实现分离。工艺中往往采用多级闪蒸的方式降温降压，并利用闪蒸出的闪蒸汽加热循环回用的灰水达到热量回收的目的。
一般的黑水闪蒸采用2级或3级闪蒸，即高压闪蒸、低压/真空闪蒸，将黑水降温到70℃或者更低。高压闪蒸器的闪蒸汽直接或间接加热循环灰水，剩余的闪蒸汽利用循环冷却水进行冷凝降温，冷凝液回用，不凝气排出系统。低压/真空闪蒸出的蒸汽温度相对较低，一般利用循环冷却水进行冷凝降温，冷凝液回用，不凝气排出系统。虽然大部分冷凝水被回收利用，但是这需要大量的循环水将闪蒸汽冷凝，据统计气化装置中80％的循环冷却水是用来冷凝闪蒸汽的。而气化系统中还需要补充低压蒸汽，用来系统补水和循环灰水的加热除氧。这就出现了系统中热量回收不全面、不合理，存在能量浪费和利用率低的现象。
同时，化工装置的循环冷却水站一般采用0.45MPaG的上水和0.25MPaG回水的设计，这就要求循环冷却水用量大的换热器布置在水平高度25米以下，这就使得装置布置上，低楼层设备较多、高楼设备较少，造成了占地面积大、框架厂房布置不合理的现象。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能够高效回收气化装置高温高压黑水热量、减少循环水用量、优化装置布置、减少装置占地的黑水闪蒸系统。
本实用新型所提供的技术解决方案如下：
一种气化闪蒸系统，包括：
一个蒸发热水塔，用来在所述蒸发热水塔的下半部闪蒸来自气化炉和洗涤系统的黑水，所形成的高压闪蒸汽向上流动在所述蒸发热水塔的上半部与低压变换冷凝液和脱氧水逆流接触、换热；
一个高温水罐，用来存储所述蒸发热水塔内高压闪蒸汽与低压变换冷凝液和脱氧水逆流接触所形成的高温灰水；
一个酸性气冷凝器，用来使来自所述蒸发热水塔顶部的剩余高压闪蒸汽与系统中的脱盐水间接换热，以回收所述高压闪蒸汽的热量；
一个酸性气分离器，用来使来自蒸发热水塔的经冷凝后的冷凝液和酸性不凝气分离，所述冷凝液返回系统循环使用，所述酸性不凝气送入下游系统处理；
一个二级闪蒸罐，用来闪蒸来自所述蒸发热水塔底部的黑水；
一个除氧器，用来接收所述二级闪蒸罐排出的闪蒸汽，并利用所述闪蒸汽对除氧器内的系统补水和低温、低压灰水进行加热除氧；
一个除氧器泵，用来将所述除氧器中的脱氧水输送至所述蒸发热水塔；
一个真空闪蒸罐，用来闪蒸来自所述二级闪蒸罐的黑水和来自捞渣机的黑水；
一个复合空冷器，用来使来自所述真空闪蒸罐的真空闪蒸汽降温、冷凝；
一个真空分离器，用来使来自所述复合空冷器的经降温、冷凝后的冷凝液和不凝气实现气液分离，回收冷凝水，不凝气送入下游装置；
一个沉降槽，用来接收来自所述真空闪蒸罐底部的黑水，经沉降过滤后，灰水循环使用，灰浆送入后续系统进行压滤处理；
一个压力自动控制系统，通过监控黑水及灰水温度和流量、计算黑水所含热量并自动调节蒸发热水塔和二级闪蒸罐压力，以达到黑水热量最大程度的回收。
根据本实用新型优选的技术方案，所述复合空冷器包括自下而上地依次设置的集水箱、空气进口、冷凝盘管、循环水分布器、收水器、翅片空气冷却器和轴流风机；其中，所述集水箱设置有补水口；通过设置循环水泵和循环水管线使集水箱内的一部分水输送至所述循环水分布器；所述翅片空气冷却器的管程与所述冷凝盘管相连通，且所述冷凝盘管的下部设有冷凝液出口；所述翅片空气冷却器的一外侧部设置有闪蒸汽进口，使所述闪蒸汽流经所述翅片空气冷却器的管程后进入所述冷凝盘管。
进一步优选地，所述空气进口设置在所述集水箱的上部外侧，且在所述空气进口与所述冷凝盘管之间设有气液接触空间或设置用于强化气液接触和换热的填料层。
进一步优选地，所述收水器采用折流板、丝网或旋流板结构，主要利用气体流道变化和惯性将质量较大的液滴通过与分离器的碰撞分离收集下来，并通过重力自流回集水箱。
进一步优选地，所述的气化黑水闪蒸系统还包括一个高温水泵，用来将所述高温水罐内的灰水输送至洗涤系统。
此外，为了保护内部的各个部分和便于整体安装，复合空冷器设有一个完整的壳体，因其内部工作环境为正压或微负压，同时介质没有腐蚀性，所以对壳体材料没有特殊要求。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果主要体现在以下方面：
本实用新型适用于气化装置高温、高压黑水闪蒸和与之类似的能量回收系统，可通过监控黑水温度、压力和流量，调整高压闪蒸和低压闪蒸压力的方式尽可能多的回收热量。相比于传统方式，系统除氧器中无需再使用外部低压蒸汽作为热源，热量回收更为彻底，最终需要冷凝回收的真空闪蒸汽的热量更少。如果使用传统的循环水冷却作为冷却介质，循环冷却水用量可减少30％左右。但是采用传统的循环水换热器，因闪蒸汽的温度较低(50℃)，与循环水的温差较小，需要非常大的换热面积，设备的体积也比较大。采用复合空冷器后，在设备热负荷不变的情况下，无需再引入循环冷却水，可节省循环冷却水站的投资，同时考虑循环水冷却水使用时约1.5％的浓缩率，还可以一定程度上节约水资源；复合空冷器在运行时为实现空气的强制对流，需要风机消耗一定的电能，但这部分运行用电与采用传统循环水时循环水站的用电相比基本忽略不计，而冷却时消耗的脱盐水也仅为循环冷却水浓缩量(消耗)的一半。
附图说明
图1是本实用新型所提供的气化黑水闪蒸系统的流程示意图；
图2是本实用新型所提供气化黑水闪蒸系统中的复合空冷器的一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
以下详细描述本实用新型的具体实施方式，但本申请并不因此而受到任何限制。
如图1所示，来自气化炉和洗涤系统的黑水经控制阀送入蒸发热水塔1(高压闪蒸，0.45～0.8MPaG)，在蒸发热水塔的下半部进行闪蒸。高压闪蒸汽向上流动在蒸发热水塔的上层与低压变换冷凝液(灰水)、脱氧水逆流接触，直接换热使灰水加热到150℃以上，然后经高温热水罐2和高温热水泵3送入到洗涤塔使用。剩余的高压闪蒸汽通过酸性气冷凝器以间接换热的方式预热送入到系统中的脱盐水(不控制温度，仅为回收热量)，然后通过酸性气分离器5使蒸汽冷凝液经分离后返回系统循环利用、不凝的酸性气则送入下游脱硫系统。蒸发热水塔(高压闪蒸)底部的黑水经过控制阀送到低压闪蒸罐6(0.02-0.05MPaG)进行闪蒸，闪蒸汽直接送入除氧器7中对系统补水(预热后的脱盐水、新鲜水等)和低压灰水进行加热除氧，使其温度在100℃以上，除氧器中不再需要添加蒸汽用于加热除氧。经除氧的脱氧水经除氧器泵8输送至蒸发热水塔的上部，用于与高压闪蒸汽逆流接触。通过监控黑水的流量和温度，控制调整高闪蒸的压力，使低压闪蒸汽的量既能满足除氧器的除氧要求又不会过量外排而造成浪费。低压闪蒸罐的黑水和来自捞渣机的黑水经过控制阀送到真空闪蒸罐9(-0.07～-0.08MPaG)再次闪蒸，真空度较第二级闪蒸略有提高，闪蒸后的黑水和闪蒸汽的温度降低到50℃以下。真空闪蒸汽经真空闪蒸冷凝器10降温冷凝、真空闪蒸分离器11回收其中冷凝水后，不凝气送入下游脱硫或酸性火炬系统。真空闪蒸罐底部的黑水以低于50℃的温度送入到沉降槽12中，经沉降过滤后，灰水循环利用，灰浆经压滤系统13处理后排出界外。
根据本实用新型优选的技术方案，为了进一步实现节能降耗的目的，系统中的真空闪蒸冷凝器10采用复合空冷的冷凝、冷却方式。这种冷凝换热方式不需要引入工厂循环冷却水，可布置在框架顶部空旷区域，无需考虑循环冷却水的压力与设备位高。
如图2所示，所述复合空冷是将单一的空气冷却器、水冷却器、空冷塔结合在一起，水的循环利用循环水泵15和其自重流动，空气流动的动力则来自于顶部轴流风机16的强制循环。所述复合空冷器从底部到顶部包括集水箱16、进风口17、补水口、循环水泵15、冷凝盘管18及冷凝液出口19、循环水分布器20、收水器21、翅片空气冷却器22、闪蒸汽进口23、轴流风机24等。
复合空冷器的作用和目的是将真空闪蒸系统排出的真空闪蒸汽冷却、冷凝，收集回收冷凝液并返回至气化系统继续使用，作为整体系统中的真空闪蒸冷凝器使用。真空闪蒸汽由复合空冷器的上部翅片空气冷却器进口进入冷凝器中，冷凝器包括翅片空气冷却器和冷却盘管两部分，其内部是联通的，为适应不同的外部冷却介质，达到更好的换热效果，其外部结构可以有所区别。其中上部为翅片式冷却器，利用上升空气与闪蒸汽换热使其降温冷凝；下部为冷却盘管，利用由循环水分布器喷洒的循环水在盘管表面形成的水膜进行换热、冷凝。在整个冷凝器中由上到下，温度逐渐降低，气相蒸汽逐渐减少，液相冷凝液逐渐增多，最后由冷凝液出口排出。
循环水(脱盐水)由集水箱下部经循环水泵输送到位于复合空冷器中上部的循环水分布器中，经分布器喷洒到冷却盘管上，在冷却盘管表面形成水膜，水膜不断更新吸收管内闪蒸汽的热量，底部上升的高速空气经过水膜外侧形成局部负压，将水膜蒸发吸收热量，同时将蒸发的水蒸气和部分微小液滴带走。水蒸气随空气排出系统外，小液滴则经循环水分布器上部的收水器收集后靠自重返回到集水箱中继续循环使用。
空气(风)由集水箱的水位以上的进风口进入。在集水箱水面以上，温度最低的空气与上面不断坠落的循环水逆流接触，冷却循环水，使水箱内的水温保持不变；同时在逆流接触中，实现空气水洗过程，保证清洁的空气穿过管束，避免结垢和堵塞。洁净空气继续上升，穿过冷却盘管，帮助水膜更新冷却管内闪蒸汽，带走水膜蒸发的水蒸气，并穿过收水器进入上部翅片空气冷却器。空气到达翅片外侧时，流态从层流转变为湍流，与管内闪蒸气强制换热，最后高温空气携带不饱和蒸汽从轴流风机风筒排出。
整个闪蒸汽冷凝过程中，冷量来自进入复合空冷器的空气温升和循环水蒸发，所以要在集水箱中适时补充一定量的脱盐水以维持集水箱的液位，另外还需要根据集水箱内循环水的水质情况排出一定量的废水并补充新鲜脱盐水。
下面通过实施例进一步详细说明本实用新型所提供的气化闪蒸系统，但本实用新型并不因此而受到任何限制。
实施例1
对传统的两级黑水闪蒸系统进行(高压闪蒸和真空闪蒸，高温黑水量140t/h，黑水最终温度70℃)改造，增加一级低压闪蒸(压力0.05MPaG)，闪蒸汽直接送往除氧器作为热源，可节省低压蒸汽消耗7.5t/h；真空闪蒸维持原设计不变(因低压闪蒸已闪蒸出部分蒸汽，真空闪蒸气量降低25％)，闪蒸温度仍为70℃，闪蒸汽冷凝液改为采用本实用新型所述的复合空冷器，共节省循环冷却水1100t/h。
实施例2
对新建气化装置黑水处理系统直接采用本实用新型所述的三级闪蒸和复合空气冷却的设计，高温黑水量240t/h，黑水最终温度50℃。高压闪蒸控制在0.63MPaG，闪蒸汽将循环灰水加热到158℃以上，剩余的闪蒸汽将系统补水(脱盐水)的温度提高20℃；真空闪蒸控制在-0.085MPaG，闪蒸温度仍为50℃，流量23t/h，复合空冷消耗仅为电耗240千瓦时，水耗10t/h。相比于传统的三级闪蒸设计(相同的最终黑水温度)，可节约低压蒸汽20t/h、循环水1500t/h。
Claims (5)
1.一种气化黑水闪蒸系统，其特征在于，所述气化黑水闪蒸系统包括：
一个蒸发热水塔，用来在所述蒸发热水塔的下半部闪蒸来自气化炉和洗涤系统的黑水，所形成的高压闪蒸汽向上流动在所述蒸发热水塔的上半部与低压变换冷凝液和脱氧水逆流接触、换热；
一个高温水罐，用来存储所述蒸发热水塔内高压闪蒸汽与低压变换冷凝液和脱氧水逆流接触所形成的高温灰水；
一个酸性气冷凝器，用来使来自所述蒸发热水塔顶部的剩余高压闪蒸汽与系统中的脱盐水间接换热，以回收所述高压闪蒸汽的热量；
一个酸性气分离器，用来使来自蒸发热水塔的经冷凝后的冷凝液和酸性不凝气分离，所述冷凝液返回系统循环使用，所述酸性不凝气送入下游系统处理；
一个二级闪蒸罐，用来闪蒸来自所述蒸发热水塔底部的黑水；
一个除氧器，用来接收所述二级闪蒸罐排出的闪蒸汽，并利用所述闪蒸汽对除氧器内的系统补水和低温、低压灰水进行加热除氧；
一个除氧器泵，用来将所述除氧器中的脱氧水输送至所述蒸发热水塔；
一个真空闪蒸罐，用来闪蒸来自所述二级闪蒸罐的黑水和来自捞渣机的黑水；
一个复合空冷器，用来使来自所述真空闪蒸罐的真空闪蒸汽降温、冷凝；
一个真空分离器，用来使来自所述复合空冷器的经降温、冷凝后的冷凝液和不凝气实现气液分离，回收冷凝水，不凝气送入下游装置；
一个沉降槽，用来接收来自所述真空闪蒸罐底部的黑水，经沉降过滤后，灰水循环使用，灰浆送入后续系统进行压滤处理；
一个压力自动控制系统，通过监控黑水及灰水温度和流量、计算黑水所含热量并自动调节蒸发热水塔和二级闪蒸罐压力，以达到黑水热量最大程度的回收。
2.根据权利要求1所述的气化黑水闪蒸系统，其特征在于，所述复合空冷器包括自下而上地依次设置的集水箱、空气进口、冷凝盘管、循环水分布器、收水器、翅片空气冷却器和轴流风机；其中，所述集水箱设置有补水口；通过设置循环水泵和循环水管线使集水箱内的一部分水输送至所述循环水分布器；所述翅片空气冷却器的管程与所述冷凝盘管相连通，且所述冷凝盘管的下部设有冷凝液出口；所述翅片空气冷却器的一外侧部设置有闪蒸汽进口，使所述闪蒸汽流经所述翅片空气冷却器的管程后进入所述冷凝盘管。
3.根据权利要求2所述的气化黑水闪蒸系统，其特征在于，所述空气进口设置在所述集水箱的上部外侧，且在所述空气进口与所述冷凝盘管之间设有气液接触空间或设置用于强化气液接触和换热的填料层。
4.根据权利要求3所述的气化黑水闪蒸系统，其特征在于，所述收水器采用折流板、丝网或旋流板结构。
5.根据权利要求4所述的气化黑水闪蒸系统，其特征在于，所述的气化黑水闪蒸系统还包括一个高温水泵，用来将所述高温水罐内的灰水输送至洗涤系统。
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