CN208667612U - 一种高效热能回收的气化系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种高效热能回收的气化系统，包括气化炉，在气化炉的辐射换热室内的换热面上设置有喷射装置，形成贴近换热面的低温区和位于所述低温区远离所述换热面一侧的核心高温区；气固分离及冷灰设备，与所述气化炉的合成气出口连通设置；对流换热装置，用于回收合成气的显热并产生动力蒸汽；气体洗涤设备，包括串联设置的文丘里洗涤器和洗涤塔；黑水处理系统，包括串联设置的一级闪蒸装置和二级闪蒸装置。本申请同时还提供了高效热能回收的气化工艺，本申请方案采用边区控温技术的辐射换热室，即可保证换热管的安全，又可保证高辐射强度下热量回收效率更高，饱和蒸汽产量高，设备体积更小。

Description

一种高效热能回收的气化系统

技术领域

本实用新型属于合成气技术领域,具体涉及以化工产品、燃料气和IGCC为目标的，可高效回收热能的气化系统及工艺。

背景技术

以煤、石油、煤焦等含碳物质为原料生产合成气(主要成分为CO和H₂)的气化技术，作为化石原料洁净利用的重要手段，已广泛应用于燃气、合成气、IGCC等领域。在气化反应过程中，含碳原料的化学能大部分转化为合成气的化学能，但仍有约20％的化学能转化为合成气和灰渣的显热，从而导致热量损失。如何提高这部分显热的回收和利用效率，对化工装置生产和节能降耗意义重大。

目前，对气化炉产生的高温合成气的热量回收工艺主要有两种，一种是通过快速冷却方法将高温合成气中的显热转移至黑水中，再对较低温的黑水进行热量的回收和综合利用，一种是利用废热锅炉回收合成气中的高温位热能。

第一种工艺的代表为GE公司的水煤浆水气化-水激冷工艺，在该工艺中，气化炉产生的高温合成气(低于1400℃)经大量水冷却后，迅速降温至230～250℃，降温后的合成气经洗涤除尘(温度进一步降至210～240℃)后送出。冷却水和洗涤除尘水中的固含量较高，被称为黑水，合成气的显热大部分进入黑水中。黑水进入闪蒸装置进行多级闪蒸，闪蒸出的部分蒸汽用于对黑水进行直接或间接加热，剩余蒸汽则经冷却水冷却后回收。这种水激冷工艺具有操作简单的优点，但工艺中的高温位热能大部分转换为低温热能，能量利用效率较低，冷却水消耗量大，且由于灰渣全部进入水中，水系统循环量大，功耗较高。

第二种工艺主要有以下几种：一是以壳牌气化技术为代表，该技术将合成气在气化炉顶部与低温循环气混合，温度降至900℃以下后进入废锅进行换热，换热以对流换热为主，但因气体中所夹带颗粒含量较高，废锅易出现堵塞和磨蚀现象，合成气出废锅后采用飞灰过滤器进行气固分离，分离出的干灰采用高压氮气进行气提和冷却，该气化技术因采用干法除灰，具有高压黑水处理简单、循环量小的优点，但干法除灰采用的飞灰脱除系统较为复杂，操作难度高，且高压氮气的消耗量大，同时合成气水气比低，较难达到化工产品的生产要求。除了壳牌气化技术，现有技术还有以GE废锅流程为代表的技术，其通过设置辐射废锅段和对流废锅段回收合成气中的热量，但对流废锅易产生积灰现象，难以保证长周期稳定运行要求。

中国专利文件CN104017606B在循环气激冷思路的基础上，提出了一种水煤浆气化工艺系统，旨在解决水煤浆气化工艺系统中合成气的大量热能无法回收的问题。气化炉为上行结构，燃烧室出口的高温气体在上升管内与低温循环气混合降温后，进入换热器(过热器)将来自汽包的饱和蒸汽进行过热。随后合成气进入第二旋风除尘器，进行初次气固分离。然后，合成气进入冷却装置(含过热器和两个饱和蒸汽发生器)，继续回收合成气中的热量。冷却后的低温合成气进入第一旋风除尘器，进行二次气固分离，再经陶瓷过滤器除去合成气中的绝大部分的固体颗粒。从陶瓷过滤器出来的低温合成气，一部分作为激冷气经过压缩机返回气化炉，一部分经水洗后送出。两级旋风收集的干灰送入灰罐经灰水降温并降压后排入捞渣机中。前述换热器和冷却装置内部设置多个挂渣冷却组件，可将换热腔内表面的灰渣刮落，以避免灰渣堆积造成换热器的阻塞。但该工艺中，二级旋风设置于换热器(过热器)之后，进入换热器的合成气中的颗粒浓度很高，仍有可能出现换热器磨蚀堵塞的情况。刮渣冷却组件为动部件，工作环境恶劣，故障率高。此外，采用冷却合成气加压循环激冷的方法，因水煤浆气化合成气中存在大量CO₂和水蒸气，燃烧室出口气量为壳牌气化室出口气量的约1.2倍，同时用于激冷的循环合成气温度较壳牌工艺更高，导致循环气压缩机压缩量远大于壳牌工艺，压缩机工作温度更加高、能耗更高。

德士古发展公司的专利CN1037503C公布了一种制备冷却和清洗合成气以除去所夹带的颗粒状物质的方法，该方法包括闪蒸、脱气、气体冷却和洗涤水的节能过滤。对高温气体合成气的冷却提到了a)水激冷直接接触降温和b)间接换热(辐射和/或对流冷却)两种方法，其中，采用a)方法对高温合成气进行冷却，高温合成气的显热大部分进入到低温水中，能量浪费严重。采用b)方法对高温合成气进行冷却，因合成气中颗粒含量高，对流废锅磨蚀和积灰问题严重，则会导致装置长周期稳定运行困难。高温合成气产生的黑水可通过三级闪蒸进行脱气，具体为：一级闪蒸蒸汽通过灰水加热器间接换热加热灰水，二级闪蒸蒸汽在除氧器中与灰水直接接触去除灰水中溶解的氧气，三级闪蒸的蒸汽全部用冷却水冷却。在工业应用中，由于合成气高温显热大量进入黑水中，黑水排放量大，系统往往要采用3-4级闪蒸系统回收黑水中的低温热量，系统配置复杂。同时，由于一级闪蒸汽中含有大量酸性气体(H₂S和CO₂等)且灰水中悬浮物浓度、碱度和硬度都很高，灰水加热器腐蚀、结垢问题突出，设备材料费用昂贵且很难保证长周期稳定运行，运行费用高。末级闪蒸蒸汽量大，全部采用冷却水冷却，冷却水消耗量大。

除了上述冷却方法，美国专利US4859213还公开了一种有关合成气制备和净化工艺系统，该系统中的高温合成气首先与来自循环气压缩机的低温合成气混合，混合后的温度应低至可使熔融的飞灰颗粒固化，混合气夹带飞灰颗粒首先进入废锅进行热量回收，然后进入干灰分离设备(如旋风分离器)中分离出大部分细灰颗粒，最后气体进入湿洗系统进一步洗涤降温，最后经冷却换热及酸性气移除后，得到下游用户所需要的产品气。冷却灰渣和湿洗得到的黑水采用汽提方法除去其中溶解的酸性气后，可循环使用。该系统采用循环气激冷+废锅回收热量的方法，可将合成气中高温位热能可转化为动力蒸汽，有用功效率高，但在工业应用中存在以下问题：1)为使高温合成气温度降至适宜温度，需要补充大量的循环气，循环气压缩机昂贵故障率高，且功耗高；2)合成气需激冷至900℃以下后进入废锅，以对流换热为主，因气体中颗粒含量较高，易造成废锅堵塞和磨蚀；3)固体分离在工业应中通常采用陶瓷过滤器，易损坏且造价高昂。分离后的飞灰需消耗大量高压氮气进行气提和冷却。整个飞灰脱除系统复杂，操作难度高，高压氮气消耗量大。

实用新型内容

本实用新型解决的是现有技术中的合成气气化工艺和系统的显热的回收和利用效率低、废锅磨蚀情况严重导致使用寿命短、飞灰脱除系统复杂的技术问题，进而提供一种能够显著降低进入黑水的显热、提高废锅使用效率、飞灰脱除系统精简的合成气气化系统及工艺。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种高效热能回收的气化系统，包括：用于制备合成气和进行辐射换热的气化炉，所述气化炉包括气化室和位于所述气化室下游的辐射换热室，在所述辐射换热室内的换热面上设置有喷射装置，形成贴近换热面的低温区和位于所述低温区远离所述换热面一侧的核心高温区，在所述低温区和核心高温区的下游设置有激冷集渣装置，所述激冷集渣装置内存有激冷液，所述激冷集渣装置设置有黑水排放口；气固分离及冷灰设备，与所述气化炉的合成气出口连通设置；对流换热装置，与所述气固分离及冷却设备的气体出口连通，用于回收合成气的显热并产生蒸汽；气体洗涤设备，与所述对流换热装置的气体出口连通设置，包括串联设置的文丘里洗涤器和洗涤塔，所述洗涤塔设置有黑水排放口；黑水处理系统，包括串联设置的一级闪蒸装置和二级闪蒸装置，所述激冷集渣装置和所述洗涤塔的黑水排放口与所述一级闪蒸装置连接设置。

所述气固分离及冷却设备包括旋风分离器。

所述对流换热装置包括过热器，所述气化室和辐射换热室的换热面上设置有水冷换热装置，所述水冷换热装置的蒸汽出口与所述过热器连通设置，所述合成气进入所述过热器与所述蒸汽进行换热，将所述水冷换热装置出来的蒸汽加热为过热蒸汽。

所述对流换热装置包括串联设置的过热器、多级饱和蒸汽发生器和锅炉水预热器，由所述过热器出来的合成气依次进入所述多级饱和蒸汽发生器和锅炉水预热器。

与所述一级闪蒸装置和二级闪蒸装置的气体出口分别连通设置有冷凝分离装置，所述冷凝分离装置的酸性气体出口与酸性气处理装置连接；与所述一级闪蒸装置连通设置的冷凝分离装置的液体出口与除氧器连通；所述二级闪蒸装置以及与所述二级闪蒸装置连通设置的冷凝分离装置的液体出口均与沉降槽连通，所述沉降槽的液体出口与所述除氧器连通设置与所述沉降槽的固体排出口连接设置有过滤装置。

本申请中的高效热能回收的气化系统，优点在于：

(1)本申请方式中的气化炉，采用边区控温技术的辐射换热室，即可保证换热管的安全，又可保证高辐射强度下热量回收效率更高，饱和蒸汽产量高，设备体积更小；相比于采用整体喷水降温方式的热回收装置，本申请中采用边区控温技术的辐射换热室的热回收率可提高10-50％。

本申请采用辐射+对流换热装置回收合成气中的高温余热，进一步使进入黑水系统中的显热减少，与水激冷流程相比，转移到黑水中的显热降低了约49％，黑水闪蒸系统负荷显著降低，仅需配置两级闪蒸系统即可。一级闪蒸除去黑水中溶解的酸性气体，二级闪蒸降低黑水温度。本申请采用干法冷灰流程，因90％的细灰以干灰形式回收，进入到黑水中的总灰量仅为水激冷流程的45％，则黑水循环量仅为水激冷流程的50％，黑水带走显热约为水激冷流程的51％，循环冷却水用量减少约50％。

(2)通过设置旋风分离冷却装置，可实现分级控制合成气中飞灰粒径和降低颗粒浓度的目的。旋风可以为一级，也可以为二级。如采用一级旋风配置，可控制合成气中飞灰粒径≤5μm，可有效解决传统流程中对流废锅磨蚀和堵塞的问题，保证装置的长周期稳定运行；如采用二级旋风配置，则可控制合成气中飞灰粒径≤1μm，进一步降低合成气中颗粒浓度，降低洗涤塔除灰负荷和黑水浓度，改善水质，减少废水排放量。作为可选择的实施方式，气固分离装置也可以是陶瓷过滤器、烧结金属过滤器、静电除尘器等其它分离方法。

本申请进一步限定采用干法方式进行气固分离和冷却，系统配置和操作简单，设备投资小，共用工程消耗低。旋风分离器内壁设水冷盘管，即可保护旋风外壁不超温，又可产出饱和蒸汽回收部分合成气中的余热。

(3)本申请中的所述对流换热装置仅配置过热器时，可使得合成气具有一定的水气比，满足下游以做化工产品为目标的要求；所述对流换热装置配置为过热器+多级饱和蒸汽发生器+锅炉水加热器时，则可最大限度回收高温合成气中的余热，产出的合成气满足下游以做燃料气或IGCC为目标的要求。

(4)本申请中所述系统和工艺具有高动力蒸汽产出。当所述对流换热装置仅配置过热器时，每1000Nm³(CO+H₂)可外送0.5-0.65吨过热蒸汽；当所述对流换热装置配置为过热器+多级饱和蒸汽发生器+锅炉水加热器时，每1000Nm³(CO+H₂)可外送0.7-0.8吨过热蒸汽。

为了使本实用新型所述的高效热能回收的气化系统及工艺的技术方案更加清楚明白，以下结合具体附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

附图说明

如图1所示是本实用新型所述的用于制备下游化工产品的气化系统的流程示意图；

如图2所示是本实用新型所述的气化系统中的气化炉的结构示意图；

如图3所示为本实用新型所述的辐射换热室的内筒处的截面的结构示意图；

如图4所示为本实用新型所述的换热装置的喉部通道处的截面的结构示意图；

如图5所示是本实用新型所述的用于制备下游燃料气或IGCC产品的气化系统的流程示意图。

其中，附图标记为：

1-气化炉；11-气化室；111-原料入口；112-喉部通道；113-第二喷射装置；

12-辐射换热室；

121-第一喷射装置；122-第三喷射装置；124-外筒；125-辐射换热室出口；126-内筒；

13-渣池；14-破渣机；15-渣锁斗；

2-气固分离及冷灰设备；21-旋风分离器；3-对流换热装置；31-过热器；32-多级饱和蒸汽发生器；33-锅炉水预热器；41-文丘里洗涤器；42-洗涤塔；51-一级闪蒸装置；52-二级闪蒸装置；61-连接在一级闪蒸装置后的冷凝分离装置；62-除氧器；63-连接在二级闪蒸装置后的冷凝分离装置；64-沉降槽；65-灰水槽；66-过滤装置。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种高效热能回收的气化系统，可用于制备下游的化工产品，如图1所示，所述气化系统包括：用于制备合成气和进行辐射换热的气化炉1，所述气化炉1包括气化室11和辐射换热室12，本实施例中所述气化炉1采用气化室11和辐射换热室12一体设置的结构，如图2所示。

本实施例中所述的辐射换热室12设置在所述气化室11的下方，在气化室11的顶部设置有原料入口111，所述辐射换热室12包括设置在壳体内的内筒126与外筒124；所述内筒126的内侧和外侧壁面与外筒124的内侧壁面均为换热面，在所述气化室11和辐射换热室12的换热面上设置有水冷换热装置，本实施方式中所述的水冷换热装置为水冷管，所述气化室11和辐射换热室12内的热量通过换热面与水冷管中的水冷却介质进行换热，所述水冷管内的水冷却介质蒸发形成蒸汽，所述水冷却介质采用的是锅炉水。

本实施例中的所述内筒126与外筒124均为圆柱形筒体，作为可选择的实施方式，所述内筒126与外筒124也可设置为截面为方形或其它任意形状的筒体。在所述内筒126的顶端设置有辐射换热室入口，所述辐射换热室入口与所述气化室11出口连通设置；在所述内筒126的上游的换热面上设置有第一喷射装置121，形成贴近所述换热面的低温区和位于低温区远离所述换热面一侧即内侧的核心高温区，由于本实施方式中所述内筒126的换热面为筒体，因此形成的核心高温区位于筒体内的中间位置。所述第一喷射装置121优选为第一喷嘴组，所述第一喷嘴组环绕所述内筒126的上游的换热面的一周设置，且可沿流体流动方向设置多层或者单层，本实施方式中的流体流动方向为由上向下。本实施方式中述第一喷嘴组设置有3层，相邻2层喷嘴采用交错排列，如图3所示，每层喷嘴中的多个喷嘴均匀设置，每层喷嘴中的每个喷嘴的喷射半径d₁大于0且小于喷嘴所在处内筒的当量半径，作为优选的实施方式，所述每个喷嘴的喷射半径d₁大于0且小于喷嘴所在处内筒126的当量半径的60％，更优选地，所述每个喷嘴的喷射半径d₁大于0且小于喷嘴所在处内筒126的当量半径的30％，从而有利于提高核心高温区的体积；每层喷嘴中的每个喷嘴喷出的流体流在距离其所在换热面位置第一垂直距离d₁处与位于同一层的相邻喷嘴喷出的流体流汇聚，所述第一垂直距离d₁大于0且小于喷嘴的喷射半径rs₁。作为可选择的实施方式，层与层之间的所述喷嘴也可采用非交错排列方式；每层喷嘴中的多个喷嘴也可采用非均匀设置，层与层之间的所述喷嘴喷射出的流体流可汇聚，也可相互不汇聚。本实施方式中，分散式的喷嘴喷出的流体形成一个有效隔离，从而在贴近换热面处形成低温区。进入低温区的灰渣颗粒经冷却后失去粘性，不会在壁面形成难以清除的硬渣；同时，核心高温区仍保持900℃以上的高温，从而保持较高的辐射换热能力。因为核心高温区的辐射换热量占辐射换热室12总换热量的大部分，相对于合成气整体降温方法，本实用新型中的边区降温、核心高温的方法可以有效地提高射换热量。

作为优选的实施方式，在所述辐射换热室12的入口处或入口的上游设置有第二喷射装置113，所述第二喷射装置113优选为第二喷嘴组。所述第二喷嘴组可以设置在所述辐射换热室12的入口处，也可以设置在所述入口的上游，即所述气化室11与所述辐射换热室12入口之间的喉部通道112上。所述第二喷射装置113优选为第二喷嘴组，如图4所示，所述第二喷嘴组中喷嘴的喷射半径rs₂大于所述喉部通道112处的半径的50％(即50％R₂)小于所述喉部通道112处的半径R₂，所述第二喷嘴组可设置单层或者多层，每一层喷嘴的每个喷嘴喷出的流体流在距离其所在换热面第二垂直距离d₂处与位于同一层的相邻喷嘴喷出的流体流汇聚，所述距离d₂小于喷嘴的喷射半径。从而实现整体截面的降温所述第二喷嘴组沿所述喉部通道112的周向均匀设置。

本实施例中所述内筒126与外筒124之间形成流体通道，所述流体由所述内筒126的下游即所述内筒126的底部进入所述流体通道。在所述内筒126位于所述第一喷射装置121的下游的内壁面上还设置有第三喷射装置122，所述第三喷射装置122为第三喷嘴组，所述第三喷嘴组中每个喷嘴的喷射半径为50％R～90％R，其中R为喷嘴所在位置处的内筒126的当量半径。

在所述流体通道上还设置有第四喷射装置，所述第四喷射装置优选为第四喷嘴组，所述第四喷嘴组分布在所述内筒126的外壁面或对应的所述外筒124的内壁面上，所述第四喷嘴组靠近所述内筒126和外筒124的底端设置；在位于所述第四喷嘴组下游的外筒124上设置有辐射换热室出口125。

本实施例中的第一喷嘴组、第二喷嘴组、第三喷嘴组和第四喷嘴组喷出的流体采用的是冷却液，具体为锅炉水，作为可选择的实施方式，所述流体也可以为氮气、二氧化碳、冷却后的合成气、水蒸气、水中的任意一种或多种的组合。

本实施例中的气化炉1，在所述辐射换热室12的合成气流动路径上设置有激冷集渣装置，激冷集渣装置的作用在于对合成气中的高温灰渣进行水激冷，从而将其从合成气中去除。所述激冷集渣装置设置在所述第一喷射装置121形成的低温区和核心高温区的下游。本实施方式中所述所述激冷集渣装置采用的是渣池13，所述渣池13设置在所述辐射换热室12的底部，所述渣池13内存有激冷液，所述合成气由内筒126进入外筒124时发生转折，高温灰渣在重力作用下进入渣池13，快速被激冷液冷却，所述渣池13设置有黑水排放口。

本实施例中所述气化系统还设置有：

气固分离及冷灰设备2，与所述气化炉1的合成气出口连通设置；本实施例中所述气固分离及冷却设备包括旋风分离器21，作为可选择的实施方式，除了旋风分离器21，气固分离装置也可以是陶瓷过滤器、烧结金属过滤器、静电除尘器等其它分离装置。

对流换热装置3，与所述旋风分离器21的气体出口连通，用于回收合成气的显热并产生动力蒸汽；本实施例中所述对流换热装置3为过热器31，所述气化炉1的水冷换热装置的蒸汽出口与所述过热器31连通设置，所述合成气则进入所述过热器31与所述蒸汽进行换热，将所述水冷换热装置出来的蒸汽加热为过热蒸汽。

气体洗涤设备，与所述对流换热装置3的气体出口连通设置，包括串联设置的文丘里洗涤器41和洗涤塔42；

黑水处理系统，包括串联设置的一级闪蒸装置51和二级闪蒸装置52，所述气化炉1和所述洗涤塔42的黑水排放口与所述一级闪蒸装置51连接设置。与所述一级闪蒸装置51和二级闪蒸装置52的气体出口分别连通设置有冷凝分离装置61、63，所述冷凝分离装置的酸性气体出口与酸性气处理装置连接，所述酸性气处理装置对所述酸性气体出口排出的酸性气体进行处理，作为可选择的实施方式，可采用燃烧处理；与所述一级闪蒸装置51连通设置的冷凝分离装置的液体出口与除氧器62连通；所述二级闪蒸装置52以及与所述二级闪蒸装置52连通设置的冷凝分离装置的液体出口均与沉降槽64连通，所述沉降槽64的液体出口与所述除氧器62连通设置，作为优选的实施方式，在所述沉降槽64与所述除氧器62之间设置有用于起缓冲作用的灰水槽65，与所述沉降槽64的固体排出口连接设置有过滤装置66，所述过滤装置66的液体出口与所述沉降槽64连通设置，用于部分液体的回流。

作为优选的实施方式，本实施例中的除氧器62的液体出口连通设置有两路管道，其中一路与洗涤塔42连通，用于将液体回流至洗涤塔42用作洗涤液；另一路与渣池13连通，用于补充渣池13中的激冷液，保持渣池13中的激冷液维持在一定的量。

基于本实施例中所述气化系统的高效热能回收的气化工艺，包括如下步骤：

(1)将气化剂与氧化剂送入气化室11进行气化反应生成合成气，其中气化剂为含碳燃料，所述氧化剂为含氧气体与蒸汽；合成气由喉部通道112进入所述辐射换热室12的内筒126，在进入过程中利用所述第二喷嘴组喷射流体进行预降温，控制进入辐射换热室12的内筒126内的流体的温度不高于1500℃；合成气进入所述内筒126，利用第一喷射装置121喷射流体，保持所述辐射换热室12的所述低温区的温度低于900℃，核心高温区的温度在900℃以上，从而保证高效的换热效率。其中所述核心高温区的当量半径占其所在位置处的辐射换热室12的当量半径的30％～95％，并进一步优选为30～60％。由所述低温区和核心高温区继续下行的流体在第三喷射装置122的进一步喷射作用下进行降温，从而使得流体截面温度整体降低，进而降低粘性，防止颗粒在由内筒126转弯进入外筒124时与壁面发生碰撞粘结，进入所述内筒与外筒124之间后，再由所述第四喷嘴组进一步喷射降温，使未充分冷却的灰渣颗粒在碰撞壁面之前进一步冷却，以减少或阻止粘附。在所述辐射换热室12中，随着合成气的气体温度下降，合成气中的液渣迅速固化，大的灰渣颗粒落入底部渣池13，经破渣机14、渣锁斗15、捞渣机排出，剩余部分形成黑水排出。

(2)利用旋风分离器21对经所述辐射换热室12换热后的合成气进行气固分离，将所述合成气中的颗粒粒径控制在小于或者等于5μm的范围内；利用干法冷却的方式对旋风分离器21分离出的高温干灰进行冷却处理，所述干法冷却是指利用气体、循环水、脱盐水等作为冷却介质对高温干灰进行对流换热，这种方式可将旋风分离出的占细灰总量90％的细灰以干灰形式回收，同时可将高温干灰中的能量进一步回收，回收的能量可进一步综合利用，如热的脱盐水可以作为汽包补水，热循环水可以作为厂内热水使用、热气体可用于对粉料进行加热或干燥使用。

(3)利用过热器31对步骤(2)中分离出的合成气进行对流换热处理，合成气作为过热器31中的加热介质，对气化炉1产生的的蒸汽进行过热处理，将所述蒸汽加热成压力为4.0-12MPa，温度为320-540℃的高品质过热蒸汽，从而回收合成气的显热并产生优质动力蒸汽，本实施方式设置过热器31进行换热处理，由过热器31出来的合成气可用于下游制备化工产品。

(4)依次利用文丘里洗涤器41和洗涤塔42对步骤(4)中对流换热处理后的合成气进行洗涤，将合成气洗涤至颗粒含量小于或者等于1mg/Nm³，洗涤水则形成黑水排出；

(5)对步骤(1)和步骤(4)中产生的黑水进行两级闪蒸处理，利用冷凝分离装置对两级闪蒸处理过程中产生的气体进行冷凝分离，对分离出的酸性气进行燃烧处理，将一级闪蒸后冷凝分离出的液体送入除氧器62进行除氧处理；二级闪蒸后冷凝分离出的液体与二级闪蒸后的剩余液体则先进入沉降槽64，经沉降处理后的上层清液再送入所述除氧器62进行除氧处理，沉降处理产生的沉降固体部分则送入过滤装置66进行过滤，过滤产生的滤液再回流至沉降槽64；本实施例中除氧器62出来的液体回流至洗涤塔42和渣池13，实现水的循环利用；沉降槽排出的液体，一部分送入除氧器，一部分送回锁渣斗用于促进排渣，一部分形成废水排出以平衡灰水系统中溶解的盐分。

实施例2

本实施例提供了一种高效热能回收的气化系统，可用于制备下游的燃料气或IGCC产品，如图5所示，所述气化系统包括：

用于制备合成气和进行辐射换热的气化炉1，本实施例中所述的气化炉1同实施例1。

气固分离及冷灰设备2，与所述气化炉1的合成气出口连通设置；本实施例中所述气固分离及冷却设备包括旋风分离器21，本实施例采用二级旋风配置，可控制合成气中飞灰粒径≤1μm。

对流换热装置3，与所述旋风分离器21的气体出口连通，用于回收合成气的显热并产生动力蒸汽；本实施例中所述对流换热装置3为串联设置的过热器31、多级饱和蒸汽发生器32和锅炉水预热器33。本实施例中所述气化炉1的水冷换热装置的蒸汽出口与所述过热器31连通设置，所述合成气则进入所述过热器31与所述蒸汽进行换热，将所述水冷换热装置出来的蒸汽加热为过热蒸汽，所述合成气由所述过热器31出来后再依次进入多级饱和蒸汽发生器32和锅炉水预热器33，用于产生饱和蒸汽和对锅炉水进行预热，从而进一步回收合成气中的热量，其中预热后的锅炉水用作气化炉1中的水冷却介质和喷射装置喷出的冷却液；所述多级饱和蒸汽发生器32适宜采用二级到四级饱和蒸汽发生器中的任意一种。

气体洗涤设备，与所述对流换热装置3的气体出口连通设置，包括串联设置的文丘里洗涤器41和洗涤塔42，对完成对流换热的合成气进行洗涤。

黑水处理系统，包括串联设置的一级闪蒸装置51和二级闪蒸装置52，所述气化炉1和所述洗涤塔42的黑水排放口与所述一级闪蒸装置51连接设置。与所述一级闪蒸装置51和二级闪蒸装置52的气体出口分别连通设置有冷凝分离装置，所述冷凝分离装置的酸性气体出口与酸性气处理装置连接；与所述一级闪蒸装置51连通设置的冷凝分离装置的液体出口与除氧器62连通；所述二级闪蒸装置52以及与所述二级闪蒸装置52连通设置的冷凝分离装置的液体出口均与沉降槽64连通，所述沉降槽64的液体出口与所述除氧器62连通设置，作为优选的实施方式，在所述沉降槽64与所述除氧器62之间设置有用于起缓冲作用的灰水槽65，与所述沉降槽64的固体排出口连接设置有过滤装置66，所述过滤装置66的液体出口与所述沉降槽64连通设置，用于部分液体的回流。

基于本实施例中所述气化系统的高效热能回收的气化工艺，包括如下步骤：

(1)将气化剂与氧化剂送入气化室11进行气化反应生成合成气，其中气化剂为含碳燃料，所述氧化剂为含氧气体与蒸汽；合成气由喉部通道112进入所述辐射换热室12的内筒，在进入过程中利用所述第二喷嘴组喷射流体进行预降温，控制进入辐射换热室12的内筒内的流体的温度不高于1500℃；合成气进入所述内筒，利用第一喷射装置121喷射流体，保持所述辐射换热室123的所述低温区的温度低于900℃，核心高温区的温度在900℃以上，从而保证高效的换热效率。其中所述核心高温区的当量半径占其所在位置处的辐射换热室12的当量半径的30％～95％，并进一步优选为30～60％。由所述低温区和核心高温区继续下行的流体在第三喷射装置122的进一步喷射作用下进行降温，从而使得流体截面温度整体降低，进而降低粘性，防止颗粒在由内筒转弯进入外筒124时与壁面发生碰撞粘结，进入所述内筒与外筒124之间后，再由所述第四喷嘴组进一步喷射降温，使未充分冷却的灰渣颗粒在碰撞壁面之前进一步冷却，以减少或阻止粘附。在所述辐射换热室12中，随着合成气的气体温度下降，合成气中的液渣迅速固化，大的灰渣颗粒落入底部渣池13，经破渣机14、渣锁斗15、捞渣机排出，剩余部分形成黑水。

(2)利用旋风分离器21对经所述辐射换热室12换热后的合成气进行气固分离，将所述合成气中的颗粒粒径控制在小于或者等于1μm的范围内；利用干法方式对分离出的细灰进行冷却处理，将占细灰总量90％的细灰以干灰形式回收。

(3)利用过热器31对步骤(2)中分离出的合成气进行对流换热处理，将所述合成气依次送入过热器31、多级饱和蒸汽发生器32和锅炉水预热器33，合成气作为过热器31和蒸汽发生器、锅炉水预热器33中的加热介质，用于产生动力蒸汽、饱和蒸汽，并进一步对锅炉水进行预热，从而充分回收合成气的显热。本实施例中的过热器31对气化炉1和多级饱和蒸汽发生器32产生的的蒸汽进行过热处理，可将所述蒸汽加热成压力为4.0-12MPa，温度为320-540℃的高品质过热蒸汽。

(4)依次利用文丘里洗涤器41和洗涤塔42对步骤(4)中对流换热处理后的合成气进行洗涤，将合成气洗涤至颗粒含量小于或者等于1mg/Nm³，洗涤水则形成黑水。

(5)对步骤(1)和步骤(4)中产生的黑水进行两级闪蒸处理，利用冷凝分离装置对两级闪蒸处理过程中产生的气体进行冷凝分离，对分离出的酸性气体进行燃烧处理，将一级闪蒸后冷凝分离出的液体送入除氧器62进行除氧处理；二级闪蒸后冷凝分离出的液体与二级闪蒸后的剩余液体则先进入沉降槽64，经沉降处理后的上层清液再送入所述除氧器62进行除氧处理，沉降处理产生的沉降固体部分则送入过滤装置66进行过滤，过滤产生的滤液再回流至沉降槽64；本实施例中除氧器62出来的液体回流至洗涤塔42和渣池13，实现水的回收利用。

实验例

本申请中的工艺系统可有效回收合成气中高温位热能，以(CO+H₂)的产出量为100,000Nm³/h、气化室11内的平均反应温度为1400℃、年操作时间为8000小时为基础估算实施例1和实施例2中的产值，结果如下表所示：

注：10MPag动力蒸汽价格按120元/吨计，循环冷却水价格按0.1元/吨计。

由上表可知合成气中高温显热转化为10.0MPag等级动力蒸汽的比例可达50-70％。采用本工艺可产10.0MPag等级动力蒸汽50-65吨/h(非化工产品方案为70-80吨/h)，年增加产值4862-6302万元(非化工产品方案为6778-7738万元)，同时循环冷却水消耗减少约780吨/h(非化工产品方案为720吨/h)，年可节约费用62万元(燃料气或IGCC产品方案为58万元)，经济效益和节能降耗效果均十分显著。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (5)

1.一种高效热能回收的气化系统，其特征在于，包括：

用于制备合成气和进行辐射换热的气化炉，所述气化炉包括气化室和位于所述气化室下游的辐射换热室，在所述辐射换热室内的换热面上设置有喷射装置，形成贴近换热面的低温区和位于所述低温区远离所述换热面一侧的核心高温区，在所述低温区和核心高温区的下游设置有激冷集渣装置，所述激冷集渣装置内存有激冷液，所述激冷集渣装置设置有黑水排放口；

气固分离及冷灰设备，与所述气化炉的合成气出口连通设置；

对流换热装置，与所述气固分离及冷却设备的气体出口连通，用于回收合成气的显热并产生蒸汽；

气体洗涤设备，与所述对流换热装置的气体出口连通设置，包括串联设置的文丘里洗涤器和洗涤塔，所述洗涤塔设置有黑水排放口；

黑水处理系统，包括串联设置的一级闪蒸装置和二级闪蒸装置，所述激冷集渣装置和所述洗涤塔的黑水排放口与所述一级闪蒸装置连接设置。

2.根据权利要求1所述的高效热能回收的气化系统，其特征在于，所述气固分离及冷却设备包括旋风分离器。

3.根据权利要求1或2所述的高效热能回收的气化系统，其特征在于，所述对流换热装置包括过热器，所述气化室和辐射换热室的换热面上设置有水冷换热装置，所述水冷换热装置的蒸汽出口与所述过热器连通设置，所述合成气进入所述过热器与所述蒸汽进行换热，将所述水冷换热装置出来的蒸汽加热为过热蒸汽。

4.根据权利要求3所述的高效热能回收的气化系统，其特征在于，所述对流换热装置包括串联设置的过热器、多级饱和蒸汽发生器和锅炉水预热器，由所述过热器出来的合成气依次进入所述多级饱和蒸汽发生器和锅炉水预热器。

5.根据权利要求3所述的高效热能回收的气化系统，其特征在于，与所述一级闪蒸装置和二级闪蒸装置的气体出口分别连通设置有冷凝分离装置，所述冷凝分离装置的酸性气体出口与酸性气处理装置连接；与所述一级闪蒸装置连通设置的冷凝分离装置的液体出口与除氧器连通；所述二级闪蒸装置以及与所述二级闪蒸装置连通设置的冷凝分离装置的液体出口均与沉降槽连通，所述沉降槽的液体出口与所述除氧器连通设置与所述沉降槽的固体排出口连接设置有过滤装置。