CN212713377U - 一种煤气化系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种煤气化系统，其包括：气化炉，包括气化室、辐射换热室和对流换热室，所述辐射换热室的进口与所述气化室的出口连通，所述对流换热室的入口与所述辐射换热室的出口连通；飞灰处理装置，包括高压气固分离器、灰锁斗和高压给料罐；所述高压气固分离器与所述气化炉的对流换热室连通，所述灰锁斗的入口与所述高压气固分离器的灰出口连通；所述对流换热室内的经过显热回收后的该部分固态物质及合成气经由所述高压气固分离器的入口进入；输灰管线，所述高压给料罐通过所述输灰管线与所述气化室连通；通过本实用新型实施例的煤气化系统能够高效回收气化高温气体显热及通过飞灰返烧功能，提高气化反应碳转化率。

Description

一种煤气化系统

技术领域

本实用新型属于煤化工领域，特别涉及一种具有全热回收和飞灰返烧功能的煤气化系统。

背景技术

随着煤气化技术的日益成熟，及环保要求的愈加严格，提高煤气化装置原料碳转化率，降低煤气化装置外排废固量及外排废水量，成为煤气化技术发展的方向。同时石油焦、焦炭等一些反应活性差的含碳物质能够高效的进行煤气化反应，也将是气化技术发展的新需求。而全热回收气化技术被认为是能量利用效率较高的清洁煤气化技术。目前对于全热回收气化技术中飞灰的处理工艺都不太理想，有减压置换外排、水洗涤等方法，存在能量的浪费及较大的消耗问题，均不是最优的处理办法。

气化炉内气化反应产生的高温合成气显热回收方式主要有水激冷和废锅两种工艺。

水激冷工艺是指出气化炉反应室的高温粗合成气、液态熔渣及飞灰进入激冷室水浴，粗合成气通过与水的直接接触被冷却、饱和，液态熔渣在水中冷却固化沉至气化炉底部，其中携带的固体飞灰被洗涤到水中，高温合成气中的热量很大一部分转移到水系统中，水激冷工艺中合成气中的热量回收效率较低。

废锅工艺主要有半废锅工艺和全废锅工艺两种。半废锅工艺是指高温粗合成气、液态熔渣及飞灰从气化炉反应室出来，先进入辐射换热室换热，副产中压或高压饱和蒸汽，合成气降温后再进入水浴激冷，熔渣迅速冷却固化，飞灰被洗涤在水浴中，粗合成气冷却出水浴后送去洗涤净化。半废锅工艺热量回收是废锅换热与水激冷工艺的结合。全废锅工艺是指高温粗合成气、液态熔渣及飞灰从气化炉反应室出来，先后与辐射换热室和对流换热室换热，副产高压蒸汽或中压过热蒸汽，粗合成气及夹带的飞灰离开对流换热室后进入气固过滤器进行气固分离，分离出的干灰采用氮气进行气提和冷却，最后排出，粗合成气送去洗涤单元。全废锅工艺为干法全热回收工艺，相比半废锅工艺，对高温气体热量回收效率更高。

上述工艺存在如下问题，例如，(1)水激冷工艺直接将高温粗合成气的显热转移至黑水中，未能充分回收余热，能量利用率较低。为了降低粗合成气温度及洗涤灰渣，气化炉需要的激冷水用量较大，直接导致黑水处理系统负荷加大，造成能耗增高，且外排废水量大。固体颗粒飞灰被洗涤在水浴中，导致气化黑水固含量较高，造成设备和管道的堵塞与磨蚀，从而降低了使用寿命。(2)已有的全废锅工艺中粗合成气经废锅回收显热后，通过过滤器气固分离后，干灰利用氮气进行冷却和气提，造成氮气消耗量较大，逐级减压后的飞灰作为固废排出，飞灰排放量大，不易处理，且飞灰中含有未转化反应的碳，造成燃料的浪费。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种具有全热回收、飞灰返烧功能且有益环境的煤气化系统。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案是：

一种煤气化系统，其包括：气化炉，包括气化室、辐射换热室和对流换热室；所述辐射换热室的进口与所述气化室的出口连通，以使经所述气化室内反应生成的合成气及固态物质进入所述辐射换热室进行显热回收；所述对流换热室的入口与所述辐射换热室的出口连通，以使显热回收后的合成气及部分固态物质进入所述对流换热室继续换热；其余部分固态物质从所述辐射换热室的出渣口排出；飞灰处理装置，包括高压气固分离器、灰锁斗和高压给料罐；所述高压气固分离器与所述气化炉的对流换热室连通，所述灰锁斗的入口与所述高压气固分离器的灰出口连通；所述对流换热室内的经过显热回收后的该部分固态物质及合成气经由所述高压气固分离器的入口进入，并在所述高压气固分离器内进行分离处理，分离出的部分固态物质通过所述高压气固分离器的灰出口排出，并经由所述灰锁斗进入所述高压给料罐；输灰管线，所述高压给料罐通过所述输灰管线与所述气化室连通，以使该分离出的部分固态物质排出所述高压给料罐，并通过所述输灰管线进入所述气化室。

在本公开的一些实施例中，所述气化室包括第一烧嘴和至少两个第二烧嘴，所述第一烧嘴和所述第二烧嘴对应设于所述气化室的顶部和侧部。

在本公开的一些实施例中，所述第一烧嘴通过所述输灰管线与所述高压给料罐连通；所述分离出的部分固态物质从所述高压给料罐通过所述输灰管线并经由所述第一烧嘴进入所述气化室。

在本公开的一些实施例中，所述第二烧嘴以所述气化室的中轴线为中心均匀分布于所述侧部。

在本公开的一些实施例中，所述气化炉还包括渣池室，所述渣池室的入渣口与所述辐射换热室设于底部的出渣口连通；所述其余部分固态物质从所述辐射换热室的出渣口排出并通过所述渣池室的入渣口进入所述渣池室。

在本公开的一些实施例中，所述煤气化系统还包括排渣系统；所述排渣系统包括渣锁斗和捞渣机；其中，所述渣锁斗的入渣口与所述渣池室的出渣口连通，所述其余部分固态物质经处理后从所述渣锁斗的出渣口排出，并进入所述捞渣机，进行固液分离处理。

在本公开的一些实施例中，所述煤气化系统还包括合成气洗涤系统；所述合成气洗涤系统包括文丘里洗涤器、洗涤塔；所述文丘里洗涤器分别与所述洗涤塔和所述高压气固分离器连通；在所述高压气固分离器内进行分离处理后的合成气进入所述文丘里洗涤器，在所述文丘里洗涤器内经过处理后进入所述洗涤塔，进行洗涤及汽液分离处理。

在本公开的一些实施例中，所述煤气化系统还包括黑水处理系统；所述黑水处理系统包括一级闪蒸装置、二级闪蒸装置和沉降槽；所述一级闪蒸装置分别与所述渣池室和所述洗涤塔连通；所述渣池室内含固的黑水和所述洗涤塔内的排污水分别进入所述一级闪蒸装置，并进行闪蒸处理；所述一级闪蒸装置处理后的黑水进入所述二级闪蒸装置，进行闪蒸处理，所述二级闪蒸装置处理后的黑水排放至所述沉降槽，进行重力沉降固液分离处理。

在本公开的一些实施例中，所述黑水处理系统还包括固液分离装置和灰水槽；所述固液分离装置和所述灰水槽分别与所述沉降槽连通；所述沉降槽的底部的淤浆通过泵送至所述固液分离装置进行固液分离处理；从所述沉降槽的顶部溢流的水自流进入所述灰水槽。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型实施例的煤气化系统，在煤气化过程中通过气化炉和飞灰处理装置等协同作用能够带来如下有益效果：

(1)气化炉中通过设置辐射换热室和对流换热室，高效回收气化高温气体显热，同时副产高品质蒸汽，相对于水激冷流程，热能效率显著提高。

(2)气化炉的气化室侧部设置至少两个第二烧嘴，顶部设置1个用于返灰的第一烧嘴，进而可循环燃烧煤气化反应过程中产生的飞灰，提高气化反应碳转化率，达到燃料资源的高效利用。

(3)由于气化炉的气化室内燃烧反应充分，产生的渣比率高，在渣水处理系统中的细灰量较少，水循环量低，气化装置循环水水质得以控制，外排废水显著减少，解决渣水系统设备管道的结垢、堵塞问题，提高气化装置稳定运行周期。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1为本实用新型实施例的一种煤气化系统的结构示意图。

附图标记说明

1-气化炉 2-气化室 3-辐射换热室 4-渣池室

5-对流换热室 6-高压气固分离器 7-灰锁斗 8-高压给料罐

9-文丘里洗涤器 10-洗涤塔 11-一级闪蒸装置 12-二级闪蒸装置

13-沉降槽 14-固液分离装置 15-灰水槽 16-渣锁斗

17-捞渣机 18-输灰管线 21-第一烧嘴 22-第二烧嘴

具体实施方式

下面，结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细的描述，但不作为本实用新型的限定。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

为提高煤气化技术高温气体热量回收效率，解决目前全热回收气化技术中飞灰处理工艺中存在的问题，提高燃料转化效率，及避免处理过程中对周围环境产生破坏，实现清洁煤气化技术。

为此，本实用新型的实施例提供一种煤气化系统，参见图1，所述煤气化系统包括：

气化炉1，包括气化室2、辐射换热室3和对流换热室5；辐射换热室3的进口与气化室2的出口连通，以使经气化室2内反应生成的合成气及固态物质进入辐射换热室3进行显热回收；对流换热室5的入口与辐射换热室3的出口连通，以使显热回收后的合成气及部分固态物质进入对流换热室5继续换热；其余部分固态物质从辐射换热室3的出渣口排出；飞灰处理装置，包括高压气固分离器6、灰锁斗7和高压给料罐8；高压气固分离器6与气化炉1的对流换热室5连通，灰锁斗7的入口与高压气固分离器6的灰出口连通；对流换热室5内的经过显热回收后的该部分固态物质及合成气经由高压气固分离器6的入口进入，并在高压气固分离器6内进行分离处理，分离出的部分固态物质通过高压气固分离器6的灰出口排出，并经由灰锁斗7进入高压给料罐8；输灰管线18，高压给料罐8通过输灰管线18与气化室2连通，以使该分离出的部分固态物质排出高压给料罐8，并通过输灰管线18进入气化室2。

在此，需要说明的是，固态物质主要包括经气化室2内反应生成的渣和其他固体颗粒等物质，其中，其他固体颗粒通常包括飞灰。而合成气包括一氧化碳、氢气等可燃性气体为主要成分的气体组成，也包括二氧化碳、氮气、硫化氢等，下同。

通过如上的本实用新型实施例的煤气化系统，能够在煤气化过程中在气化炉1和飞灰处理装置等协同作用下高效回收气化高温气体显热，同时副产高品质蒸汽，相对于水激冷流程，热能效率显著提高。另外，还能够提高气化反应碳转化率，达到燃料资源的高效利用。

在一些实施例中，参见图1，气化室2包括第一烧嘴21和至少两个第二烧嘴22，第一烧嘴21和第二烧嘴22对应设于气化室2的顶部和侧部。其中，在一些实施例中，第一烧嘴21通过输灰管线18与高压给料罐8连通；所述分离出的部分固态物质从高压给料罐8通过输灰管线18并经由第一烧嘴21进入气化室2，并做进一步燃烧。在此，所述分离出的部分固态物质主要包括经气化室2反应后产生的飞灰及未反应完全的碳。

在一些实施例中，参见图1，第二烧嘴22以气化室2的中轴线为中心均匀分布于所述侧部，由此，当多股加压的物质分别通过多个第二烧嘴22均匀且等流速地进入气化室2中时，能够保证气化室2内流场对称性，使得在气化室2中的反应更加充分。关于第二烧嘴22的具体数量在此不做进一步限定，只要与气化室2的空间大小及发生反应相匹配即可，具体可根据实际应用场景做相应的调整。

在一些实施例中，参见图1，气化炉1还包括渣池室4，渣池室4的入渣口与辐射换热室3设于底部的出渣口连通；所述其余部分固态物质，例如，主要包括渣，从辐射换热室3的出渣口排出并通过渣池室4的入渣口进入渣池室4，经冷却、固化后为做进一步固液分离做准备。

在一些实施例中，参见图1，所述煤气化系统还包括排渣系统；所述排渣系统包括渣锁斗16和捞渣机17；其中，渣锁斗16的入渣口与渣池室4的出渣口连通，所述其余部分固态物质经处理后从渣锁斗16的出渣口排出，并进入捞渣机17，进行固液分离处理。在本实施例中，通过渣池室4的入渣口进入渣池室4的所述其余部分固态物质，主要包括渣，进入渣锁斗16后，经过一段时间的存储，从渣锁斗16的出渣口排出，进入捞渣机17，由此结束该工艺步骤的具体操作，渣锁斗16为下一次操作做准备。

在一些实施例中，参见图1，所述煤气化系统还包括合成气洗涤系统；所述合成气洗涤系统包括文丘里洗涤器9、洗涤塔10；文丘里洗涤器9分别与洗涤塔10和高压气固分离器6连通；在高压气固分离器6内进行分离处理后的合成气进入文丘里洗涤器9，在文丘里洗涤器9内经过处理后进入洗涤塔10，进行洗涤及汽液分离处理。

在一些实施例中，参见图1，所述煤气化系统还包括黑水处理系统；所述黑水处理系统包括一级闪蒸装置11、二级闪蒸装置12和沉降槽13；一级闪蒸装置11分别与渣池室4和洗涤塔10连通；渣池室4内含固的黑水和洗涤塔10内的排污水分别进入一级闪蒸装置11，并进行闪蒸处理；一级闪蒸装置11处理后的黑水进入二级闪蒸装置12，进行闪蒸处理，二级闪蒸装置12处理后的黑水排放至沉降槽13，进行重力沉降固液分离处理。通过设置多级闪蒸装置使黑水中的酸性气得以排出，黑水温度降低利于实现固液分离，实现水的循环利用。在本实施例中，可进一步针对闪蒸装置做相应的调整，例如，增加或减少设置闪蒸装置，可结合实践中具体应用场景做相应的调整，在此不做进一步限定。

在一些实施例中，参见图1，所述黑水处理系统还包括固液分离装置14和灰水槽15；固液分离装置14和灰水槽15分别与沉降槽13连通；沉降槽13的底部的淤浆通过泵送至固液分离装置14进行固液分离处理；从沉降槽13的顶部溢流的水自流进入灰水槽15。在本实施例中，灰水槽15内的一部分水经加压进入渣池室4，对渣池室4内固体进行相应的冷却处理。另一部分水经加压降温后，一部分作为废水排出，另一部分进入渣锁斗16作为锁斗冲洗水。

为充分理解本实施例的煤气化系统具体工作流程，在此做一简单描述：

用于本实施例煤气化系统的燃料在制粉后通过惰性气体输送至气化炉1的气化室2的N个第二烧嘴22，氧化剂与蒸汽的混合气分别通入N个第二烧嘴22，在气化室2内充分混合，并在高温高压下发生不完全燃烧反应，生成合成气(有效气为CO+H₂)、融态渣和飞灰。来自高压气固分离器6的灰通过热惰性气体输送至气化炉1的气化室2的顶部的第一烧嘴21，氧化剂通入顶部的第一烧嘴21送入气化室2进行燃烧反应。

气化室2通常采用盘管式水冷结构，可有效降低气化室2壳体承受的温度，并产生饱和蒸汽。气化反应生成的高温合成气、融渣及飞灰离开气化室2向下进入辐射换热室3，辐射换热室3的热交换管内的冷却水介质通过与高温合成气进行显热回收，并产生饱和蒸汽。合成气及夹带的飞灰离开辐射换热室3时温度被降低。融渣(是渣的一种具体表现形式)落入渣池室4，遇激冷水后迅速冷却固化，进入渣锁斗16，通过渣锁斗16定期排出。在此阶段产生的合成气及飞灰进入对流换热室5的过热段继续换热，此过热段主要是将高温合成气通过显热回收方式副产的饱和蒸汽加热为过热蒸汽，送至蒸汽动力管网。合成气及飞灰进入对流换热室5的蒸发段进行最后的热量回收，此段对流换热室5的换热管内冷却水介质与高温合成气换热后产生饱和蒸汽，合成气及飞灰离开对流换热室5时温度进一步降低。

合成气及飞灰离开对流换热室5后，首先进入高压气固分离器6，灰在过滤器中分离下来，周期排入灰锁斗7、高压给料罐8中。灰锁斗7内充满灰后，即与高压气固分离器6隔离，然后进行加压，当其压力升至与高压给料罐8压力相同时，且高压给料罐8内的料位降低到足以接收一批灰时，灰锁斗7与高压给料罐8压力平衡后进行联通，灰通过重力作用进入高压给料罐8，通过输灰管线18进入气化炉1的气化室2的第一烧嘴21与氧化剂进行再次燃烧反应。

从高压气固分离器6过滤后的合成气进入文丘里洗涤器9，气体被完全浸湿、降温后进入洗涤塔10，合成气向上经位于洗涤塔10上部的填料床层或塔板，与来自洗涤塔10底泵的工艺水通过错流接触、洗涤、降温，再经除沫器进行汽液分离，合成气离开洗涤塔10送去下游装置。从洗涤塔10底部抽出的工艺水经泵分别送至洗涤塔10上部，文丘里洗涤器9对合成气进行洗涤，另一小部分作为排污液进入一级闪蒸装置11处理。

渣池室4排放的黑水和洗涤塔10的底部水泵的排污水在减压后首先送入一级闪蒸装置11进行闪蒸处理，闪蒸汽经冷凝分离后，酸性不凝气送去下游装置处理，一级闪蒸装置11底部黑水进入二级闪蒸装置12进一步闪蒸，闪蒸汽经冷凝分离后，气体排入大气，二级闪蒸装置12底部黑水排至沉降槽13，进行重力沉降固液分离。为了促进固体沉降，向沉降槽13中加入絮凝药剂。沉降槽13底部淤浆通过泵送至固液分离装置14进行固液分离。从沉降槽13的顶部溢流水自流进入到灰水槽15。灰水槽15是整个气化装置水系统的缓冲罐。灰水槽15回收的溢流水一部分由高压泵送至气化炉1渣池室4作为激冷水，一部分溢流由低压泵送至冷却器冷却，冷却后的溢流水一部分作为渣锁斗16冲洗水，另一部分则为了维持整个气化工艺水系统的盐份平衡，作为废水送至厂内污水处理厂。至此，煤气化系统完成全部工作流程。

此外，尽管在此描述了说明性的实施例，但是范围包括具有基于本公开的等效要素、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的方案的组合)、调整或变更的任何和所有实施例。权利要求中的要素将基于权利要求中使用的语言进行宽泛地解释，而不限于本说明书中或在本申请的存续期间描述的示例。此外，所公开的方法的步骤可以以任何方式进行修改，包括通过重新排序步骤或插入或删除步骤。因此，意图仅仅将描述视为例子，真正的范围由以下权利要求及其全部等同范围表示。

以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述之后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。而且，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图未请求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。因此，以下权利要求作为示例或实施例结合到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定本实用新型的范围。

Claims (9)

1.一种煤气化系统，其特征在于，其包括：

气化炉，包括气化室、辐射换热室和对流换热室；所述辐射换热室的进口与所述气化室的出口连通，以使经所述气化室内反应生成的合成气及固态物质进入所述辐射换热室进行显热回收；所述对流换热室的入口与所述辐射换热室的出口连通，以使显热回收后的合成气及部分固态物质进入所述对流换热室继续换热；其余部分固态物质从所述辐射换热室的出渣口排出；

飞灰处理装置，包括高压气固分离器、灰锁斗和高压给料罐；所述高压气固分离器与所述气化炉的对流换热室连通，所述灰锁斗的入口与所述高压气固分离器的灰出口连通；所述对流换热室内的经过显热回收后的该部分固态物质及合成气经由所述高压气固分离器的入口进入，并在所述高压气固分离器内进行分离处理，分离出的部分固态物质通过所述高压气固分离器的灰出口排出，并经由所述灰锁斗进入所述高压给料罐；

输灰管线，所述高压给料罐通过所述输灰管线与所述气化室连通，以使该分离出的部分固态物质排出所述高压给料罐，并通过所述输灰管线进入所述气化室。

2.根据权利要求1所述的煤气化系统，其特征在于，所述气化室包括第一烧嘴和至少两个第二烧嘴，所述第一烧嘴和所述第二烧嘴对应设于所述气化室的顶部和侧部。

3.根据权利要求2所述的煤气化系统，其特征在于，所述第一烧嘴通过所述输灰管线与所述高压给料罐连通；所述分离出的部分固态物质从所述高压给料罐通过所述输灰管线并经由所述第一烧嘴进入所述气化室。

4.根据权利要求3所述的煤气化系统，其特征在于，所述第二烧嘴以所述气化室的中轴线为中心均匀分布于所述侧部。

5.根据权利要求1所述的煤气化系统，其特征在于，所述气化炉还包括渣池室，所述渣池室的入渣口与所述辐射换热室设于底部的出渣口连通；所述其余部分固态物质从所述辐射换热室的出渣口排出并通过所述渣池室的入渣口进入所述渣池室。

6.根据权利要求5所述的煤气化系统，其特征在于，其还包括排渣系统；所述排渣系统包括渣锁斗和捞渣机；其中，所述渣锁斗的入渣口与所述渣池室的出渣口连通，所述其余部分固态物质经处理后从所述渣锁斗的出渣口排出，并进入所述捞渣机，进行固液分离处理。

7.根据权利要求6所述的煤气化系统，其特征在于，其还包括合成气洗涤系统；所述合成气洗涤系统包括文丘里洗涤器、洗涤塔；所述文丘里洗涤器分别与所述洗涤塔和所述高压气固分离器连通；在所述高压气固分离器内进行分离处理后的合成气进入所述文丘里洗涤器，在所述文丘里洗涤器内经过处理后进入所述洗涤塔，进行洗涤及汽液分离处理。

8.根据权利要求7所述的煤气化系统，其特征在于，其还包括黑水处理系统；所述黑水处理系统包括一级闪蒸装置、二级闪蒸装置和沉降槽；所述一级闪蒸装置分别与所述渣池室和所述洗涤塔连通；所述渣池室内含固的黑水和所述洗涤塔内的排污水分别进入所述一级闪蒸装置，并进行闪蒸处理；所述一级闪蒸装置处理后的黑水进入所述二级闪蒸装置，进行闪蒸处理，所述二级闪蒸装置处理后的黑水排放至所述沉降槽，进行重力沉降固液分离处理。

9.根据权利要求8所述的煤气化系统，其特征在于，所述黑水处理系统还包括固液分离装置和灰水槽；所述固液分离装置和所述灰水槽分别与所述沉降槽连通；所述沉降槽的底部的淤浆通过泵送至所述固液分离装置进行固液分离处理；从所述沉降槽的顶部溢流的水自流进入所述灰水槽。

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