本實(shí)用新型涉及一種煤氣化干法除灰系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

煤炭作為最重要的化石燃料之一，煤氣化技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電和化工產(chǎn)品生產(chǎn)是必然的選擇，是一種非常重要的潔凈煤利用技術(shù)。氣流床煤氣化技術(shù)是國際上較為先進(jìn)的潔凈煤氣化技術(shù)之一，其主要優(yōu)勢在于煤種適應(yīng)性廣、生產(chǎn)強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單以及接近100％的碳轉(zhuǎn)化率等。煤氣化過程是一個熱化學(xué)過程。它是以煤為原料，以氧氣(空氣、富氧或純氧)、水蒸氣或氫氣等作氣化劑(或稱氣化介質(zhì))，在極為短暫的時間內(nèi)完成升溫、揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化等一系列物理和化學(xué)過程。由于氣化爐內(nèi)溫度很高，在有氧條件下，碳、揮發(fā)分及部分反應(yīng)產(chǎn)物(H₂和CO等)以發(fā)生燃燒反應(yīng)為主，在氧氣消耗殆盡之后發(fā)生碳的各種轉(zhuǎn)化反應(yīng)，即氣化反應(yīng)階段，最終形成以H₂和CO為主要成分的合成氣離開氣化爐。氣化過程中，煤中礦物質(zhì)會發(fā)生分解、熔融、氣化、凝聚、冷凝、團(tuán)聚等一系列的物理化學(xué)變化，然后在低溫下形成化學(xué)成分和形態(tài)各異的飛灰。這些飛灰被合成氣夾帶進(jìn)入下游單元，需要進(jìn)行除灰處理。

常見的除灰工藝有濕法除灰和干法除灰兩種。其中，Shell干粉加壓氣化技術(shù)、美國KBRTRIGTM煤氣化技術(shù)、U-gas氣化技術(shù)、西安熱工研究院兩段干煤粉氣流床氣化技術(shù)等都采用了干法排灰技術(shù)。即，煤氣化產(chǎn)生的飛灰隨合成氣引出氣化爐，首先采用飛灰過濾器進(jìn)行干法除灰，過濾器將氣化爐生成的合成氣中的絕大部分粉塵過濾掉，使合成氣達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)入濕洗單元進(jìn)一步洗滌。

圖1給出了Shell干粉加壓氣化技術(shù)的除灰工藝的流程示意圖：來自煤氣化氣化爐夾帶著固體灰塵的粗合成氣首先進(jìn)入陶瓷過濾器進(jìn)行除塵，過濾后的合成氣經(jīng)過過濾器的上部氣體出口管送到濕洗工序，粗合成氣中夾帶的灰塵聚集在陶瓷過濾器濾芯外壁上成為濾餅，濾餅在N₂反吹作用下落入容器下部的收集罐內(nèi)并通過飛灰出口管排出。排出的飛灰在放料罐內(nèi)經(jīng)歷變壓過程，壓力由高壓(～4.0MPa)過渡至常壓狀態(tài)。在卸料冷卻罐A和卸料冷卻罐B內(nèi)，利用低溫低壓N₂對飛灰進(jìn)行汽提。汽提后的飛灰經(jīng)中間儲罐進(jìn)入充氣倉充氣，最終進(jìn)入儲倉。

其中，該工藝中通過對放料罐變壓起到降壓效果，卸料冷卻罐A和卸料冷卻罐B實(shí)際上起流化床作用，中間儲罐臨時存儲飛灰、充氣倉當(dāng)作飛灰發(fā)料罐。卸料冷卻罐A和B的主要功能是當(dāng)飛灰通過放料罐降壓后排入到卸料冷卻罐A和B中后，充入低溫(～80℃)低壓氣體(N₂或CO₂)對飛灰進(jìn)行汽提。汽提作用表現(xiàn)為：(1)降低氣固兩相中氣相中有害氣體的分壓，從而使有害氣體從固體表面解析出來，達(dá)到脫除有害氣體的目的，脫除的廢氣經(jīng)除塵器過濾后與燃料氣混合送火炬燃燒，達(dá)到合格排放的目的。(2)用低溫氣體降低飛灰的溫度，使得飛灰粘度降低，有利于排灰和儲存。該干法脫除工藝中，過濾器、收集罐和放料罐是高壓狀態(tài)，而卸料冷卻罐及其下游設(shè)備都是常壓狀態(tài)，因此放料罐起到將飛灰由高壓過渡至常壓的作用。

與濕法除灰工藝相比，干法除灰具有循環(huán)用水和污水排放量少、凈化后粉塵含塵量低、環(huán)保效益高等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是該工藝也存在投資大、維護(hù)和操作成本高等問題。以Shell干粉加壓氣化技術(shù)的除灰工藝為例，其采用的是一種類似多料罐倒料方式，飛灰從高壓過濾器到常壓儲倉之間設(shè)置了多個料罐，具體包括收集罐、放料罐、2個卸料冷卻罐、中間儲罐和充氣倉，上述罐體巨大，容積從幾立方米到幾百立方米不等，而且每個料罐都需要配備相應(yīng)的緩沖罐和除塵器等設(shè)備(緩沖罐和除塵器在圖1中作了省略處理)。該工藝流程煩冗，且整套干法除灰單元的投資非常巨大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的飛灰干法脫除工藝復(fù)雜、設(shè)備投資大、操作和維護(hù)成本高的缺陷，而提供了一種煤氣化干法除灰系統(tǒng)。本實(shí)用新型旨在優(yōu)化現(xiàn)有的煤氣化干法除灰工藝，解決煩冗流程帶來的設(shè)備投資巨大、操作復(fù)雜等問題，促進(jìn)整套煤氣化系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：

本實(shí)用新型提供了一種煤氣化干法除灰系統(tǒng)，所述煤氣化干法除灰系統(tǒng)包括依次連通的一飛灰過濾器、一飛灰收集罐、一飛灰放料罐和一飛灰儲倉，所述飛灰收集罐設(shè)于所述飛灰過濾器的底部，所述飛灰過濾器的頂部還設(shè)有一合成氣出口管，所述合成氣出口管還與一濕洗單元相連，所述飛灰過濾器的頂部還與一高壓反吹氣管道連通，用于向所述飛灰過濾器中輸送高壓反吹氣，其特點(diǎn)在于，所述煤氣化干法除灰系統(tǒng)還包括一減壓器和一氣體緩沖罐，所述飛灰放料罐的底部通過所述減壓器與所述飛灰儲倉直接相連，所述氣體緩沖罐與所述飛灰放料罐的下部相連通，用于向所述飛灰放料罐中通入高壓氣體，所述飛灰收集罐與所述飛灰放料罐之間還設(shè)有一第一下料控制閥，所述飛灰放料罐與所述減壓器之間還設(shè)有一第二下料控制閥。

較佳地，所述煤氣化干法除灰系統(tǒng)還包括與一氣化爐連接的一粗合成氣進(jìn)料管道，所述粗合成氣進(jìn)料管道用于連通所述氣化爐與所述飛灰過濾器的底部，從而將粗合成氣輸送至所述飛灰過濾器中。

其中，所述的氣化爐的爐型無特別限制。較佳地，所述氣化爐與所述粗合成氣進(jìn)料管道之間還設(shè)有一換熱器，達(dá)到冷卻粗合成氣的目的。所述換熱器的換熱方式不限，可以采用水激冷的方式也可以通過廢熱鍋爐進(jìn)行換熱。

本實(shí)用新型中，較佳地，所述的飛灰收集罐和所述飛灰放料罐上分別設(shè)置有一第一料位傳感器和一第二料位傳感器。料位傳感器的作用在于便于實(shí)時監(jiān)控飛灰收集罐和飛灰放料罐內(nèi)的飛灰堆積高度。

本實(shí)用新型中，所述煤氣化干法除灰系統(tǒng)較佳地還設(shè)有一除灰系統(tǒng)控制模塊，所述第一料位傳感器的控制信號輸出端連接所述除灰系統(tǒng)控制模塊的控制信號輸入端，所述第一下料控制閥的控制信號輸入端連接所述除灰系統(tǒng)控制模塊的控制信號輸出端。所述第二料位傳感器的控制信號輸出端連接所述除灰系統(tǒng)控制模塊的控制信號輸入端，所述第二下料控制閥的控制信號輸入端連接所述除灰系統(tǒng)控制模塊的控制信號輸出端。

本實(shí)用新型中，所述飛灰過濾器為本領(lǐng)域常用的高溫高壓陶瓷過濾器，由承壓容器和內(nèi)件(濾芯)兩部分組成，另外包括反吹氣體環(huán)形管、閥門、儀表和控制裝置等。

較佳地，所述氣體緩沖罐還通過一第一孔板流量計(jì)與所述飛灰收集罐的底部連通。流經(jīng)所述第一孔板流量計(jì)的高壓氣體的實(shí)際壓力與實(shí)際工藝相關(guān)。一般地，當(dāng)氣化爐壓力為4.0MPa時，高壓氣體的壓力5.20MPa。

較佳地，所述氣體緩沖罐通過一第二孔板流量計(jì)與所述飛灰放料罐的下部連通。流經(jīng)所述第二孔板流量計(jì)的高壓氣體的實(shí)際壓力與實(shí)際工藝相關(guān)。一般地，當(dāng)氣化爐壓力為4.0MPa時，高壓氣體的壓力5.20MPa。

按照本領(lǐng)域常規(guī)，高壓反吹氣的實(shí)際壓力也與實(shí)際工藝相關(guān)。一般地，當(dāng)氣化爐壓力為4.0MPa時，高壓反吹氣的壓力7.8MPa。高壓反吹氣一般為脈沖氣流，其作用包括：將飛灰落入飛灰收集罐中、清洗飛灰過濾器的濾芯。

其中，飛灰在罐體內(nèi)的工藝流程描述如下：來自煤氣化爐夾帶著固體灰塵的粗合成氣，通過高溫高壓飛灰過濾器底部進(jìn)料管和提升管送至主管板處。再通過飛灰過濾器濾芯壁上的微孔進(jìn)入到濾芯內(nèi)。過濾后的合成氣由下而上進(jìn)入容器的上部，再經(jīng)過容器的上部的合成氣出口管送到濕洗單元；粗合成氣中夾帶的灰塵聚集在飛灰過濾器的濾芯外壁上，聚集在飛灰過濾器濾芯外壁上的灰塵成為濾餅，這些濾餅將通過高壓反吹氣除去，反吹氣體逆流而下，進(jìn)入過濾器濾芯內(nèi)，通過飛灰過濾器濾芯壁上的微孔吹去飛灰過濾濾芯外壁的濾餅，最后，濾餅在氣體反吹作用下落入容器下部的灰斗內(nèi)，通過飛灰出口管排出容器。

其中，通過設(shè)置飛灰過濾器及依次與飛灰過濾器連通的飛灰收集罐、飛灰放料罐、減壓器和飛灰儲倉，利用飛灰過濾器對來自氣化爐夾帶著固體灰塵的粗合成氣進(jìn)行除灰，過濾后的合成氣進(jìn)入濕洗單元進(jìn)一步凈化，除灰過程中產(chǎn)生的飛灰進(jìn)入飛灰收集罐，繼而排入到飛灰放料罐中，在一定壓差條件下采用氣力輸送技術(shù)將飛灰由飛灰放料罐輸送至飛灰儲倉中。其中，本實(shí)用新型實(shí)際采用了氣體緩沖罐和高壓氣體疏松、流化吹掃來代替現(xiàn)有的兩個卸料冷卻罐，具體機(jī)理在于：高壓氣體經(jīng)過氣體緩沖罐進(jìn)入飛灰放料罐，充分對飛灰進(jìn)行疏松、流化，達(dá)到置換、冷卻的作用。

其中，從飛灰放料罐的底部通入高壓氣體，通入氣體的作用包括但不限于：a、能夠?qū)⒉糠诛w灰固體表面的合成氣解析出來，達(dá)到脫除合成氣的目的；b、利用氣體和飛灰的溫度差來降低飛灰溫度，使得飛灰粘度降低，有利于排灰和儲存；c、用于飛灰放料罐壓力的調(diào)節(jié)和控制；d、疏松、流化罐內(nèi)飛灰，有利于飛灰排放和輸送。放料罐同時肩負(fù)流化床和輸送罐的作用，在輸送前提通過氣體對飛灰進(jìn)行流化、置換，達(dá)到氣體的目的；充分流化后作為輸送源頭，開展氣力輸送技術(shù)。

其中，輸送管路上設(shè)置減壓器的目的是，利用減壓器先收縮再擴(kuò)張的結(jié)構(gòu)特征及其阻力特性，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的料罐倒料方式，可有效地將飛灰從收集罐內(nèi)的高壓狀態(tài)過渡到飛灰儲倉內(nèi)的常壓狀態(tài)。所述的減壓器較佳地為一文丘里管。文丘里管先收縮后擴(kuò)張的結(jié)構(gòu)特征一方面可有效在輸送管道中建立起有效的阻力降，另一方面不會惡化氣固流動，可有效實(shí)現(xiàn)飛灰從高壓到常壓狀態(tài)的過渡，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)的多料罐倒料方式的替代。

與本實(shí)用新型的干法除灰系統(tǒng)配套使用的除灰方法，包括如下步驟：

S1：將粗合成氣輸送至所述飛灰過濾器中，過濾后的合成氣由下而上進(jìn)入所述飛灰過濾器的頂部，再經(jīng)所述合成氣出口管輸送至所述濕洗單元；

S2：粗合成氣中夾帶的灰塵在高壓反吹氣的作用下落入所述飛灰過濾器的下部的飛灰收集罐內(nèi)；

S3：利用高壓氣體對所述飛灰放料罐進(jìn)行充壓至所述飛灰收集罐的壓力平衡；

S4：當(dāng)飛灰收集罐的料位達(dá)到50％～70％后打開所述第一下料控制閥，使飛灰下料至所述飛灰放料罐內(nèi)；

S5：當(dāng)飛灰放料罐的料位達(dá)到一定程度50％～70％后，關(guān)閉所述第一下料控制閥，然后向所述飛灰放料罐的底部通入高壓氣體，至飛灰放料罐的壓力為0.5～4MPa時，打開所述第二下料控制閥，將飛灰由所述飛灰放料罐輸送至所述飛灰儲倉中；

S6：輸送完成后，關(guān)閉所述第一下料控制閥和所述第二下料控制閥；

S7：向所述飛灰放料罐中通入高壓氣體，使所述飛灰放料罐內(nèi)的氣壓與所述飛灰收集罐相平衡，然后打開所述第一下料控制閥，進(jìn)行下一次的接灰操作。

其中，所述的粗合成氣中為本領(lǐng)域常規(guī)的夾帶著固體灰塵的粗合成氣。進(jìn)入所述飛灰過濾器的粗合成氣的溫度一般為340℃左右、壓力一般為4.0MPa左右。

其中，所述的高壓氣體較佳地為壓縮空氣、氮?dú)饣蚨趸肌?/p>

其中，所述的高壓反吹氣較佳地為合成氣。

本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于：本實(shí)用新型在現(xiàn)有干法除灰工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了精簡和優(yōu)化，一方面減少了料罐個數(shù)(配套的緩沖罐、除塵器也相應(yīng)減少)，另一方面采用減壓器來釋放壓力，縮短了流程、節(jié)約了設(shè)備投資；本實(shí)用新型的除灰系統(tǒng)和方法適用于不同煤種、不同氣化壓力、不同氣化爐爐型的氣化裝置。本實(shí)用新型提供的煤氣化干法除灰系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，有利于氣化設(shè)備長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的Shell干粉加壓氣化技術(shù)的除灰工藝的工藝流程圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1的煤氣化干法除灰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明如下：

飛灰過濾器 1

高壓反吹氣管道 101

合成氣出口管 102

飛灰收集罐 2

飛灰放料罐 3

氣化爐 4

粗合成氣進(jìn)料管道 401

氣體緩沖罐 5

第一孔板流量計(jì) 501

第二孔板流量計(jì) 502

濕洗單元 6

除灰系統(tǒng)控制模塊 7

第一料位傳感器 701

第一下料控制閥 702

第二料位傳感器 703

第二下料控制閥 704

減壓器 8

飛灰儲倉 9

具體實(shí)施方式

下面舉個較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本實(shí)用新型。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種煤氣化干法除灰系統(tǒng)，如圖2所示，所述煤氣化干法除灰系統(tǒng)包括依次連通的一飛灰過濾器1、一飛灰收集罐2、一飛灰放料罐3和一飛灰儲倉9，所述飛灰收集罐2設(shè)于所述飛灰過濾器1的底部，所述飛灰過濾器1的頂部還設(shè)有一合成氣出口管102，所述合成氣出口管102還與一濕洗單元6相連，所述飛灰過濾器1的頂部還與一高壓反吹氣管道101連通，用于向所述飛灰過濾器1中輸送高壓反吹氣，所述煤氣化干法除灰系統(tǒng)還包括一減壓器8和一氣體緩沖罐5，所述飛灰放料罐3的底部通過所述減壓器8與所述飛灰儲倉9直接相連，所述氣體緩沖罐5與所述飛灰放料罐3的下部相連通，用于向所述飛灰放料罐3中通入高壓氣體，所述飛灰收集罐2與所述飛灰放料罐3之間還設(shè)有一第一下料控制閥702，所述飛灰放料罐3與所述減壓器8之間還設(shè)有一第二下料控制閥704。

所述煤氣化干法除灰系統(tǒng)還包括與一氣化爐4連接的一粗合成氣進(jìn)料管道401，所述粗合成氣進(jìn)料管道401用于連通所述氣化爐4與所述飛灰過濾器1的底部，從而將粗合成氣輸送至所述飛灰過濾器1中。

所述的飛灰收集罐2和所述飛灰放料罐3上分別設(shè)置有一第一料位傳感器701和一第二料位傳感器703。所述煤氣化干法除灰系統(tǒng)還設(shè)有一除灰系統(tǒng)控制模塊7，所述第一料位傳感器701的控制信號輸出端連接所述除灰系統(tǒng)控制模塊7的控制信號輸入端，所述第一下料控制閥702的控制信號輸入端連接所述除灰系統(tǒng)控制模塊7的控制信號輸出端；所述第二料位傳感器703的控制信號輸出端連接所述除灰系統(tǒng)控制模塊7的控制信號輸入端，所述第二下料控制閥704的控制信號輸入端連接所述除灰系統(tǒng)控制模塊7的控制信號輸出端。

所述氣體緩沖罐5還通過一第一孔板流量計(jì)501與所述飛灰收集罐2的底部連通；當(dāng)氣化爐4壓力為4.0MPa時，向所述飛灰收集罐2的底部輸入的高壓氣體的壓力5.20MPa；所述氣體緩沖罐5通過一第二孔板流量計(jì)502與所述飛灰放料罐3的下部連通；當(dāng)氣化爐4壓力為4.0MPa時，向所述飛灰放料罐3的底部輸入的高壓氣體的壓力5.20MPa。當(dāng)氣化爐4壓力為4.0MPa時，高壓反吹氣的壓力7.8MPa。

本實(shí)施例中，所述的減壓器8為一文丘里管。

本實(shí)施例中，所述干法除灰方法包括如下步驟：

S1：來自煤氣化氣化爐4夾帶著固體灰塵的粗合成氣，通過飛灰過濾器1濾芯壁上的微孔進(jìn)入到濾芯內(nèi)，過濾后的合成氣由下而上進(jìn)入容器的上部，再經(jīng)過容器的合成氣出口管102送到濕洗單元6。

S2：粗合成氣中夾帶的灰塵聚集在飛灰過濾器1濾芯外壁上成為濾餅，在氣體反吹作用下落入容器下部的飛灰收集罐2內(nèi)。

S3：利用來自氣體緩沖罐5的高壓氣體對飛灰放料罐3進(jìn)行充壓至飛灰收集罐2壓力平衡。

S4：當(dāng)飛灰收集罐2的料位達(dá)到50％～70％后打開下料管路上的第一下料控制閥702，除灰過程中產(chǎn)生的飛灰進(jìn)入飛灰放料罐3。為了保障氣化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，在打開飛灰收集罐2和飛灰放料罐3之間的第一下料控制閥702前，要確保兩者壓力基本一致，飛灰在重力作用下進(jìn)入飛灰放料罐3。

S5：當(dāng)飛灰放料罐3的料位達(dá)到50％～70％后，關(guān)閉與飛灰收集罐2相連的第一下料控制閥702。然后向所述飛灰放料罐3的底部通入高壓氣體，至飛灰放料罐3的壓力為0.5～4MPa時，打開所述第二下料控制閥704，將飛灰由所述飛灰放料罐3輸送至所述飛灰儲倉9中。

S6：輸送完成后，關(guān)閉輸送管路上的第一下料控制閥702和所述第二下料控制閥704。

S7：通過來自氣體緩沖罐5的高壓氣體對到飛灰放料罐3進(jìn)行增壓，使飛灰放料罐3內(nèi)的氣壓與飛灰收集罐2相平衡，然后打開飛灰收集罐2與飛灰放料罐3之間的第一下料控制閥702，進(jìn)行下一次接灰工作。

當(dāng)飛灰放料罐3內(nèi)的飛灰積攢到設(shè)定高度，第二料位傳感器703將發(fā)送信號至除灰系統(tǒng)控制模塊7，除灰系統(tǒng)控制模塊7首先控制飛灰收集罐2與飛灰放料罐3之間的第一下料控制閥702關(guān)閉，使飛灰收集罐2與飛灰放料罐3完全隔離，然后通過高壓氣體的輸送調(diào)節(jié)使飛灰放料罐3的壓力降至適合輸送水平。該壓力值與飛灰物性、輸送管路設(shè)置和減壓器8結(jié)構(gòu)相關(guān)。

本實(shí)用新型也可利用積灰計(jì)時器進(jìn)行計(jì)時，計(jì)算粗合成氣除灰處理程序運(yùn)行時間，當(dāng)運(yùn)行時間到達(dá)設(shè)定時間時，通過除灰系統(tǒng)控制模塊7開啟/關(guān)閉飛灰收集罐2與飛灰放料罐3之間設(shè)置的第一下料控制閥702，進(jìn)行干法除灰操作。