一种湿法冷灰式高效热能回收气化系统及工艺技术方案

本申请提供了一种湿法冷灰式高效热能回收气化系统，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；气固分离及湿法冷灰装置，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。

【技术实现步骤摘要】
一种湿法冷灰式高效热能回收气化系统及工艺
本专利技术属于合成气
,具体涉及以化工产品、燃料气和IGCC为目标的，采用湿法冷灰方法的可高效回收热能的气化系统及工艺。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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、采用湿法冷灰的合成气气化系统及工艺。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：一种湿法冷灰式高效热能回收气化系统，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；气固分离及湿法冷灰装置，与所述气化炉的合成气出口连通设置，利用湿法冷灰设备对气固分离后的干灰进行冷却，所述湿法冷灰设备设置有黑水排放口；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，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿法冷灰式高效热能回收气化系统，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；气固分离及湿法冷灰装置，与所述气化炉的合成气出口连通设置，利用湿法冷灰设备对气固分离后的干灰进行冷却，所述湿法冷灰设备设置有黑水排放口；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、所述湿法冷灰设备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。

【技术特征摘要】
1.一种湿法冷灰式高效热能回收气化系统，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；气固分离及湿法冷灰装置，与所述气化炉的合成气出口连通设置，利用湿法冷灰设备对气固分离后的干灰进行冷却，所述湿法冷灰设备设置有黑水排放口；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、所述湿法冷灰设备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所述的湿法冷灰式高效热能回收气化系统，其特征在于，所述气固分离及湿法冷灰装置包括旋风分离器与所述旋风分离器的干灰出口连通设置的湿法冷灰设备。3.根据权利要求1或2所述的湿法冷灰式高效热能回收气化系统，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所述的湿法冷灰式高效热能回收气化系统，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1或2或3或4所述的湿法冷灰式高效热能回收气化系统，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体处理装置连接；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵静一，黄萍，毛炜，张燕，
申请(专利权)人：北京迈未科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11