專利名稱：一種煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)及回收方法。
背景技術(shù)：
隨著石油及天然氣資源的日益匱乏，煤炭的清潔化利用越來越受到人們的重視。發(fā)展大型煤氣化技術(shù)是清潔利用煤炭資源的關(guān)鍵。在大型煤氣化技術(shù)當(dāng)中，氣流床技術(shù)備受矚目。氣流床技術(shù)包括備煤、氣化爐和后續(xù)流程三個部分。備煤方式有粉煤及水煤漿兩種方式，氣化爐主要有頂噴、平噴兩種爐型，后續(xù)流程主要有廢熱鍋爐及水激冷兩種流程。這三部分工藝的相互組合形成了各種氣流床氣化技術(shù)，如Shell粉煤氣化技術(shù)(SCGP)、 G.E. 水煤漿氣化技術(shù)、以及GSP、HT-L、CROLIN、兩段爐、E-GAS等氣流床煤氣化技術(shù)。在各種氣流床煤氣化技術(shù)當(dāng)中，后續(xù)流程的作用都非常重要。后續(xù)流程包括合成氣的激冷、廢熱回收、除灰、洗滌及相關(guān)流程。較佳的后續(xù)流程不僅應(yīng)盡可能地降低設(shè)備投資，降低粗合成氣除灰、洗滌的成本，優(yōu)化與下游工段的銜接和匹配，還應(yīng)有效地回收粗合成氣所攜帶的高品位熱能。已實現(xiàn)商業(yè)化運行的后續(xù)流程工藝主要有包括廢熱鍋爐工藝和水激冷流程工藝。廢熱鍋爐工藝從氣化爐出來的粗合成氣，激冷固化飛灰后，經(jīng)過傳導(dǎo)段及合成氣冷卻器，產(chǎn)生中壓過熱蒸汽后，再經(jīng)過高溫高壓陶瓷過濾器除灰后，進(jìn)入濕洗單元，去除部分酸性氣體及殘留飛灰，洗滌后的合成氣部分作為激冷氣，其余送至下游工序進(jìn)一步處理。由于煤種的影響，廢熱鍋爐經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的積灰，因而設(shè)計有復(fù)雜的吹灰裝置，但運行效果仍不理想，廢熱不能高效回收。廢熱鍋爐出口的合成氣溫度也經(jīng)常逼近安全聯(lián)鎖值，影響煤氣化聯(lián)合裝置的穩(wěn)定運行。水激冷流程工藝從氣化爐出來的粗合成氣，在下降管內(nèi)，與激冷水并流進(jìn)入渣池，合成氣經(jīng)水浴除渣降溫后，再經(jīng)文丘里洗滌器和碳洗塔，去除部分酸性氣體及殘留灰分，被水蒸汽飽和后，送至下游工段。激冷流程相對簡單，但合成氣廢熱不能高品位地回收，尤其不適合煤氣化聯(lián)合發(fā)電裝置(IGCC);黑水處理系統(tǒng)規(guī)模也較大，運行成本較高。其它技術(shù)還有殼牌公司曾經(jīng)提出的氣水雙激冷流程。該工藝先用潔凈合成氣，將粗合成氣激冷到900°C，再用霧化水降溫至500°C，旋風(fēng)分離其中大部分的干灰，然后洗滌降溫至220 230°C。合成氣中水蒸氣的含量能達(dá)到60%，可以銜節(jié)高水汽比耐硫變換工藝。該工藝省去了合成氣冷卻器，整個裝置的熱效率較低；但由于釆用了激冷壓縮機(jī)，比水激冷流程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)和方法利用蓄熱體回收合成氣所攜帶的高品位熱能，用來加熱有高溫需求的氣體。本發(fā)明的煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)包括激冷室、蓄熱式換熱器、換熱器、旋風(fēng)分離器、鎖斗、濕洗單元和激冷氣壓縮機(jī)，所述激冷室、蓄熱式換熱器、換熱器、旋風(fēng)分離器和濕洗單元依次連接，待加熱的氣體逆向進(jìn)入所述蓄熱式換熱器進(jìn)行加熱并輸送到下游用戶，所述鎖斗與旋風(fēng)分離器連接，經(jīng)所述濕洗單元洗滌的合成氣部分進(jìn)入所述換熱器中加熱后進(jìn)入所述激冷氣壓縮機(jī)，所述激冷氣壓縮機(jī)與所述氣化爐激冷室連接。優(yōu)選地，所述蓄熱式換熱器內(nèi)部設(shè)置有多組蓄熱體，采用機(jī)械裝置變換蓄熱體位置。進(jìn)一步優(yōu)選，所述蓄熱式換熱器采用連續(xù)回轉(zhuǎn)式換向閥結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述濕洗單元中設(shè)置有文丘里洗滌器和濕洗塔。本發(fā)明的煤基合成氣廢熱回收方法包括下述步驟A、熱合成氣的激冷在激冷室內(nèi)，將氣化爐出來的粗合成氣用溫度為180 220°C的冷合成氣激冷至800 1000°C ，固化其中的飛灰；B、廢熱蓄熱式回收激冷后的合成氣通過蓄熱式換熱器及換熱器，被冷卻到200 300°C，送至旋風(fēng)分離器；待加熱的氣體逆向進(jìn)入蓄熱式換熱器，被加熱到400 900°C后，輸送到下游用戶；C、飛灰的旋風(fēng)分離回收廢熱后的合成氣通過旋風(fēng)分離器分離出85 95%以上的所含飛灰；飛灰通過鎖斗，定時與系統(tǒng)隔離，經(jīng)氣提及置換后，將飛灰溫度降至80°C以下，排放至貯槽；D、合成氣的濕洗來自旋風(fēng)分離器的合成氣進(jìn)入濕洗單元進(jìn)行洗滌；在換熱器內(nèi)，洗滌后的合成氣部分被加熱到18(T220°C，送至激冷氣壓縮機(jī)，其余送至下游裝置。蓄熱式換熱器內(nèi)部可以設(shè)計成堆砌有多組蓄熱體的結(jié)構(gòu)，采用機(jī)械裝置變換蓄熱體位置，例如可采用連續(xù)回轉(zhuǎn)式換向閥結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)冷熱氣體交替流經(jīng)蓄熱體，實現(xiàn)熱量的傳遞，并且由于氣流方向的交替改變有效防止飛灰的粘堵。優(yōu)選地，在濕洗單元中通過文丘里洗滌器潤濕其中殘留的飛灰，然后進(jìn)入濕洗塔，被噴淋水逆向洗滌。本發(fā)明的目的是普通金屬材料換熱器所無法達(dá)到的，并且由于蓄熱式換熱器中冷熱氣體交替方向通過蓄熱體的原理，可有效防止飛灰粘堵；回收廢熱后的合成氣先經(jīng)過旋風(fēng)分離器，分離夾帶的飛灰后，再進(jìn)行濕洗，以降低設(shè)備投資和黑水處理費用。


圖I為本發(fā)明的蓄熱式回收合成氣廢熱的系統(tǒng)圖。
具體實施例方式下面通過實施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明的煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)及方法。參見圖1，以投煤量為500kg/h的氣化爐所產(chǎn)合成氣廢熱蓄熱式回收過程為例。粉煤與氧氣、蒸汽進(jìn)入氣化爐，在O. SMPa下進(jìn)行氣化反應(yīng)，氧煤比及水氧比分別控制在O. 8kg/kg、0. 09kg/kg。溫度為1500°C左右的粗合成氣進(jìn)入氣化爐激冷室1，被溫度為200°C的激冷氣激冷到1000°C左右。激冷后的合成氣通過蓄熱式換熱器2及換熱器3，被冷卻到200 250°C后，送至旋風(fēng)分離器4。來自后續(xù)工段的還原氣體進(jìn)入蓄熱式換熱器2，被加熱到900°C左右后，送至用戶?；厥諒U熱的合成氣通過旋風(fēng)分離器4分離出90%以上的飛灰；分離出來的飛灰排入鎖斗5中；鎖斗5定時與系統(tǒng)隔離；在隔離的鎖斗5中，用氮氣對飛灰進(jìn)行氣提、降溫，置換合格并且飛灰溫度降至80°C以下后，泄壓排放至貯槽。分離飛灰后的合成氣進(jìn)入濕洗單元6，首先經(jīng)過文丘里洗滌器潤濕合成氣中殘留的飛灰；然后合成氣從濕洗塔底部進(jìn)入，被下行的噴淋水逆向洗滌，降溫至160°C，部分經(jīng)換熱器3加熱到20(TC，送至激冷氣壓縮機(jī)7 ;其余進(jìn)入下游裝置。通過上述實施例，本發(fā)明的具體的優(yōu)異效果如下( I)本工藝能直接回收高品位廢熱，可用來加熱有高溫需求的氣體，如煤氣化-氣基堅爐聯(lián)合裝置的還原氣，能大幅度降此類裝置的能耗。(2)由于冷、熱氣體交替逆向進(jìn)入蓄熱式換熱器，有效防止了飛灰的粘堵，提高了煤氣化裝置的熱效率。(3)由于采用了蓄熱式換熱器，可利用旋風(fēng)分離器對合成氣進(jìn)行除灰，相關(guān)流程因而簡單、緊湊。(4)由于旋風(fēng)分離器除去了 90%以上的飛灰，濕洗單元產(chǎn)生的黑水較少，黑水處理規(guī)模大幅度減小，也降低了黑水系統(tǒng)的堵塞和設(shè)備的磨損。
權(quán)利要求
1.一種煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)，包括激冷室(I)、蓄熱式換熱器(2)、換熱器(3)、旋風(fēng)分離器(4)、鎖斗(5)、濕洗單元(6)和激冷氣壓縮機(jī)(7)，所述激冷室(I)、蓄熱式換熱器(2)、換熱器(3)、旋風(fēng)分離器(4)和濕洗單元(6)依次連接，待加熱的氣體逆向進(jìn)入所述蓄熱式換熱器(2)進(jìn)行加熱并輸送到下游用戶，所述鎖斗(5)與所述旋風(fēng)分離器(4)連接，經(jīng)所述濕洗單元(6)洗滌的合成氣部分進(jìn)入所述換熱器(3)中加熱后進(jìn)入所述激冷氣壓縮機(jī)(7),所述激冷氣壓縮機(jī)(7)與所述氣化爐激冷室(I)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)，其中所述蓄熱式換熱器(2)內(nèi)部設(shè)置有多組蓄熱體，采用機(jī)械裝置變換蓄熱體位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)，其中所述蓄熱式換熱器(2)采用連續(xù)回轉(zhuǎn)式換向閥結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)，其中所述濕洗單元(6)中設(shè)置有文丘里洗滌器和濕洗塔。
5.一種煤基合成氣廢熱回收方法，包括如下步驟 A、熱合成氣的激冷在激冷室(I)內(nèi)，將氣化爐出來的粗合成氣用溫度為180 220°C的冷合成氣激冷至800 1000°C，固化其中的飛灰； B、廢熱蓄熱式回收激冷后的合成氣通過蓄熱式換熱器(2)及換熱器(3)，被冷卻到200 300°C，送至旋風(fēng)分離器(4);待加熱的氣體逆向進(jìn)入蓄熱式換熱器(2)被加熱后，輸送到下游用戶； C、飛灰的旋風(fēng)分離回收廢熱后的合成氣通過旋風(fēng)分離器(4)分離出85 95%以上的所含飛灰；飛灰通過鎖斗(5)，定時與系統(tǒng)隔離，經(jīng)氣提及置換后，將飛灰溫度降至80°C以下，排放至貯槽； D、合成氣的濕洗來自旋風(fēng)分離器的合成氣進(jìn)入濕洗單元(6)進(jìn)行洗滌；在換熱器(3)內(nèi)，洗滌后的合成氣部分被加熱到18(Γ220 V，送至激冷氣壓縮機(jī)(7 )，其余送至下游裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤基合成氣廢熱回收方法，其中在所述蓄熱式換熱器(2)內(nèi)部設(shè)計成堆砌有多組蓄熱體的結(jié)構(gòu)，采用機(jī)械裝置變換蓄熱體位置，實現(xiàn)冷熱氣體交替流經(jīng)蓄熱體，并且防止飛灰的粘堵。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤基合成氣廢熱回收方法，其中在濕洗單元(6)中通過文丘里洗滌器潤濕其中殘留的飛灰，然后進(jìn)入濕洗塔，被噴淋水逆向洗滌。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤基合成氣廢熱回收方法，其中待加熱的氣體被加熱到400 900°C后輸送到下游用戶。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)和方法利用蓄熱體回收合成氣所攜帶的高品位熱能，用來加熱有高溫需求的氣體。本發(fā)明的煤基合成氣廢熱回收系統(tǒng)包括激冷室(1)、蓄熱式換熱器(2)、換熱器(3)、旋風(fēng)分離器(4)、鎖斗(5)、濕洗單元(6)和激冷氣壓縮機(jī)(7)，所述激冷室(1)、蓄熱式換熱器(2)、換熱器(3)、旋風(fēng)分離器(4)和濕洗單元(6)依次連接，待加熱的氣體逆向進(jìn)入所述蓄熱式換熱器(2)進(jìn)行加熱并輸送到下游用戶，所述鎖斗(5)與所述旋風(fēng)分離器(4)連接，經(jīng)所述濕洗單元(6)洗滌的合成氣部分進(jìn)入所述換熱器(3)中加熱后進(jìn)入所述激冷氣壓縮機(jī)(7)，所述激冷氣壓縮機(jī)(7)與所述氣化爐激冷室(1)連接。
文檔編號C10K1/04GK102888251SQ201210344568
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者吳道洪, 徐國壯, 肖磊 申請人:北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司