低压煤气化系统和煤气制造方法

专利名称：低压煤气化系统和煤气制造方法
技术领域：
本发明涉及工业燃气制造领域，尤其是涉及一种低压煤气化系统和一种煤气制造 方法。
背景技术：
目前，国内的工业燃气主要适用于在陶瓷、玻璃、冶金、纺织印染、造纸及城市供气 等领域的中小型能源用户。传统的燃气主要来源为固定床两段式煤气化技术，它是在固定床间歇气化的基础 上进行改进的一种炉型，此技术具有建造成本低，结构简单等优点。但该技术的用煤要求 高，只能用块状白煤或焦煤，煤种受限；而且该技术生成的合成气中二氧化碳量较高，这就 要求合成气必须先进气柜脱碳，然后经过罗茨风机加压后才能进入下游工序例如脱硫系统 等。另外，所述固定床两段式煤气化技术还具有炭转化率低、污染高等问题。

发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的 在于提出一种低压煤气化系统，所述低压煤气化系统的用煤要求低、合成气产品成分中二 氧化碳量大大减少且可减少成本。本发明的另一个目的在于提出一种煤气制造方法。为了实现上述目的，根据本发明一个方面的实施例的低压煤气化系统，包括煤浆 供应单元，用于制备将被处理的水煤浆；低压水冷壁气化炉，所述低压水冷壁气化炉燃烧从 所述煤浆供应单元供给的水煤浆以生成粗合成气，所述低压水冷壁气化炉包括气化室，用 于气化从所述煤浆供应单元供给的水煤浆；以及激冷室，所述激冷室与所述气化室相邻设 置且位于所述气化室之下，所述激冷室用于激冷所述气化室产生的燃烧产物，并获得粗合 成气且排出黑水；合成气洗涤单元，所述合成气洗涤单元连接至所述激冷室，用于洗涤所述 激冷室产生的粗合成气以生成合成气，其中所述气化室内部通过下降管与所述激冷室相连 通，且所述下降管的外壁上设置有上升管套，激冷水通入所述上升管套内且从所述上升管 套的上端喷淋冷却所述燃烧产物。根据本发明实施例的低压煤气化系统，由于采用低压水冷壁气化炉，本系统生成 的合成气的气体成分中二氧化碳量大大减少，例如在相同有效气的情况下与传统煤气化系 统产生的合成气中的二氧化碳量相比减少约10 %，这样合成气在进入下游工序时可减少合 成氨装置中用于脱碳的设备，从而大大降低了整个下游工序的耗能，降低成本。另外，根据本发明实施例的低压煤气化系统，由于低压水冷壁气化炉中上升管套 内通入激冷水且从下到上流动，与下降管换热以降低下降管的温度，从而保证下降管不至 于因高温变形甚至烧坏，同时，喷入下降管内的激冷水可与管内的高温合成气进行充分换 热，从而省掉了传统制造合成气中所使用的激冷环，极大地降低了设备的投资成本。进一步地，根据本发明实施例的低压煤气化系统，煤种限制少例如可用烟煤、白煤等，进料粒度也无要求。而且采用水煤浆进料，相较于干粉煤浆，进料更稳定以有利于整个
系统的稳定，且不需要进行干燥煤粉中的水分以及煤粉输送，成本降低。 另外，根据本发明的低压煤气化系统还具有如下附加技术特征 在本发明的一个实施例中，所述低压煤气化系统进一步包括渣池，所述渣池连接
至所述激冷室，用于对低压水冷壁气化炉内产生的炉渣和黑水进行渣水分离以产生第一灰水。在本发明的另一个实施例中，所述低压煤气化系统进一步包括沉淀单元，所述沉 淀单元分别与所述合成气洗涤单元的底部以及所述渣池流体连通，分别用于接收从所述渣 池中产生的第一灰水以进行沉淀分离出废渣和第二灰水。在本发明的再一个实施例中，所述低压煤气化系统进一步包括水供给装置，所述 水供给装置用于向所述合成气洗涤单元和/或者所述激冷室提供水，分别用于洗涤和/或 者冷却。由此可形成废水利用循环，从而减少水资源浪费且降低污染。其中，所述水供给装置接收沉淀单元所产生的第二灰水，所述第二灰水内的杂质 浓度小于所述第一灰水中的杂质浓度。在本发明的另外一个实施例中，所述低压煤气化系统进一步包括过滤机，所述过 滤机分别与所述沉降槽底部及入口连通，其中所述废渣通过沉降槽底流泵送入到所述过滤 机中以进行过滤，所述过滤机过滤出的水再循环送入到沉降槽中进行搅拌沉降。这样，不但 减少了原料的浪费，而且减少了对环境的污染，对环境保护具有很大的意义。所述气化炉内的压力为常压 1. 6MPa，气化室内的温度为1200 1600°C及激冷 室内的温度为50 210°C。所述激冷水的温度为20_80°C。在本发明的一个实施例中，所述低压水冷壁气化炉的炉体内侧壁上设有水冷壁， 冷水自下而上地通入所述水冷壁内以冷却所述低压水冷壁气化炉的壁温。在本发明的一个示例中，所述水冷壁为盘绕在炉腔侧壁上的半圆管，且所述半圆 管至少缠绕至所述激冷室侧壁的一部分。在本发明的另一个示例中，水冷壁为沿炉体轴向延伸的半圆管，所述半圆管沿所 述炉体周向分布，且所述半圆管至少向下延伸到所述激冷室侧壁的一部分。根据本发明实施例的低压煤气化系统中的低压水冷壁气化炉采用半圆管水冷壁 结构，与传统的螺旋盘管相比，在热力学性能上没有根本性的差异，但耐压性能更好，焊缝 更少，更安全。而且，在所述下降管未浸没入冷却水中进行水浴时，所述半圆管的缠绕长度 要一直延伸到至少所述激冷室侧壁的一部分，以增强冷却效果。在本发明的一个实施例中，所述激冷室和所述气化室之间设置有隔板，且下降管 的上端连接至所述隔板上形成的渣口，所述渣口处形成为水夹套结构，以冷却气化室中产 生的熔渣。其中，位于所述下降管的外壁上的上升管套的上端形成有朝向下降管内部的环缝 结构。这样，由于上升管套的出水口采用环缝结构，该出水口堵塞的几率为零，并且如果灰 水中含有垢片，也会从环缝中直接喷出，而不会堵在其中，从而延长了上升管套与下降管的 使用寿命。在本发明的一个实施例中，所述低压煤气化系统进一步包括排渣单元，所述排渣单元用于控制低压水冷壁气化炉中所产生的炉渣的直接排放，包括与激冷室底部相连接 的排渣管；以及设置在所述排渣管上的至少两道排渣管阀门。气化炉内形成大块渣时，例如 由于气化炉内的炉温波动或煤种更换等原因造成的，大块渣将直接沉入激冷室的底部，需 定期从排渣管直接排除。而且采用至少两道排渣管阀门的排渣形式，一方面可以使流程更 简单，方便操作，另一方面，减少了传统的气化炉中需要的破渣机和锁斗系统，减少了气化 框架的高度，投资更低。在本发明的另一个实施例中，所述下降管的下端插入到所述激冷室下部的液面之 下。根据本发明另一方面实施例的煤气制造方法，包括以下步骤(1)将水煤浆和氧气的混合物供给到低压水冷壁气化炉的气化室中并进行燃烧反 应；(2)将步骤(1)中的燃烧产物沿着下降管输入到位于所述低压水冷壁气化炉内且 在所述气化室之下的激冷室内进行冷却；(3)将步骤O)中冷却后的合成气体从所述激冷室输出，其中通过所述下降管的 外壁上的上升管套内通入激冷水，且将所述激冷水从所述上升管套的上端喷淋冷却所述燃 烧产物。在本发明的一个实施例中，所述激冷水的温度为20_80°C。在本发明的一个实施例中，所述低压水冷壁气化炉的的炉体内侧壁设有水冷壁， 以自下而上地向所述水冷壁内通入冷水以冷却所述气化炉的壁温。在本发明的一个示例中，所述水冷壁为盘绕在炉腔侧壁上的半圆管，且所述半圆 管至少缠绕至所述激冷室侧壁的一部分。在本发明的另一个示例中，水冷壁为沿炉体轴向延伸的半圆管，所述半圆管沿所 述炉体周向分布，且所述半圆管至少向下延伸到所述激冷室侧壁的一部分。在本发明的一个实施例中，所述激冷室和所述气化室之间设置有隔板，且下降管 的上端连接至所述隔板上形成的渣口，所述渣口处形成为水夹套结构，以冷却气化室中产 生的熔渣。其中，位于所述下降管的外壁上的上升管套的上端形成有朝向下降管内部的环缝 结构。在本发明的一个实施例中，所述煤气制造方法进一步包括(4)排渣步骤，在所述排渣步骤中通过在激冷室底部设置的排渣单元向外部直接 排渣。其中所述排渣单元包括与激冷室底部相连接的排渣管；以及设置在所述排渣管 上的至少两道排渣管阀门。在本发明的一个实施例中，所述下降管的下端插入到所述激冷室下部的液面之下。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。


本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1是根据本发明实施例的低压煤气化系统采用的低压水冷壁气化炉的一个示 例的剖面示意图，其中水冷壁为盘绕在炉腔侧壁上的半圆管；图2是图1中圈示I部的放大图；图3是根据本发明实施例的低压煤气化系统采用的低压水冷壁气化炉的另一个 示例的示意图，其中水冷壁为沿炉体轴向延伸的半圆管；以及图4是根据本发明实施例的低压煤气化系统的工艺示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，术语“内侧”、“外侧”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而 不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。下面首先参考图1-图3描述根据本发明实施例的低压煤气化系统中采用的低压 水冷壁气化炉。本领域内的技术人员可以理解的是，这里所称“低压锅炉”是指炉内压力为 16kgf/cm2及其以下的锅炉。如图1所示，根据本发明实施例的一种低压水冷壁气化炉1，包括炉体100、隔板 200、下降管300和上升管套400。炉体100包括炉壳和设置在炉壳内的耐火材料内衬层160，从而在炉体100内限定 有炉腔110，炉壳例如为金属炉壳，耐火材料内衬层160例如为碳化硅材料。在炉腔110的 侧壁的上部设有水冷壁120，具体地说，水冷壁120设置在炉体上部的炉壳与耐火材料内衬 层之间，水或蒸汽在水冷壁120内流动以保证炉壁的温度低于观01，防止炉壁因过高温度 而损坏。隔板200将炉腔110分隔为气化室和激冷室。在本发明的一个实施例中，水冷壁120为盘绕在炉腔110的侧壁上的半圆管，且半 圆管密封地连接至炉腔110侧壁以供水或蒸汽流动，如图1所示，以通入流体冷却所述炉腔 侧壁。也就是说，半圆管的半圆开口固定到(例如焊接到)所述炉腔侧壁上。可选地，所述 半圆管至少缠绕至所述激冷室112侧壁的一部分在本发明的另一个实施例中，水冷壁120为沿炉体100轴向延伸的半圆管，半圆管 沿炉体100周向分布且半圆管密封地连接至炉腔110侧壁以供水或蒸汽流动，如图2所示。 也就是说，半圆管的半圆开口固定到例如焊接到所述炉腔侧壁上以通入流体冷却所述炉腔 侧壁。可选地，半圆管沿炉体100周向均勻且紧密地分布，以便对炉壁进行更好的保护。可 选地，所述半圆管至少向下延伸到所述激冷室侧壁的一部分。在所述下降管300未浸没入冷却水中进行水浴时，所述半圆管的缠绕长度要一直 延伸到至少所述激冷室侧壁的一部分，以增强冷却效果。根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉，采用半圆管水冷壁结构，与传统的螺旋 盘管相比，在热力学性能上没有根本性的差异，但耐压性能更好，焊缝更少，更安全。在炉体100的顶部形成有主进口 130，炉体的底部形成有排渣口 140。可选地，在主进口 130处设有主工艺烧嘴131，如图1所示，用于通入各种反应原料例如水煤浆。可选 地，炉体100的侧壁上部进一步形成多个二次氧气喷嘴600，例如可为三个。外界氧气的一 部分例如80% -100%通过主工艺烧嘴131进入炉腔，同时水煤浆从主工艺烧嘴131中进 入炉腔，氧气的另外一部分通过二次氧气喷嘴600进入气化炉在1200-1600°C的高温和常 压 1. 6MPa压力下进行复杂的氧化还原反应，生成以CO、H2、C02为主要成分的合成气，且 水煤浆在高温下熔融后产生灰渣。如图1所示，炉体100包括第一主体101、顶壳102和底壳103。第一主体101为 竖直圆柱形。顶壳102封闭第一主体101的顶部且主进口 130形成在顶壳102上，其中，顶 壳102可形成为如图1中所示的弧形，也可以形成为如图2中所示的锥形。底壳103连接 在第一主体101的底部且其顶部形成为倒截锥形。在本发明的一个示例中，底壳103还进 一步包括连接部1031、第二主体1032和端盖1033。连接部1031为倒截锥形，且第二主体 1032形成为直径小于第一主体101直径的竖直圆柱形，端盖1033封闭第二主体1032的下 端且排渣口 140形成在端盖1033的底部以用来排出炉体中反应后的残渣。隔板200水平设在炉体100内，具体地，隔板200为与炉体直径适配的圆盘形且大 致固定在第一主体101的沿轴向的中部。隔板200将炉腔110内分隔成用于气体燃烧反应 的气化室111和位于气化室111之下的激冷室112。在隔板200上设有渣口 210，优选地， 渣口 210形成在隔板200的中央，且隔板200从其外周边缘到渣口 210逐渐向上拱起，使渣 口处形成积渣，以渣抗渣，并且气化室111内的1400-1600°C的燃烧合成气及灰渣通过渣口 210进入激冷室112中降温降压，并排出炉体。在本发明的一个示例中，气化室111内温度 约为1500°C，激冷室112上部的温度约为100°C。气化室111与激冷室112之间的隔板的 作用主要是增加气体返混，提高碳转化率。在本发明的一个示例中，渣口 210中可为水夹套形式，内衬耐火材料例如碳化硅 材料。具体地，隔板200的周缘上形成有多个冷却水进口 220例如为两个，冷却水从冷却水 进口 220中进入隔板220到达渣口 210边缘并循环流走，以使得渣的热量由冷却水循环带 走。可选地，渣口 210采用耐磨金属制作，并加装防磨瓦，与传统的耐火砖形成的渣口相比， 检修方便，更换容易。在激冷室112的靠近隔板200的炉体100的侧壁上形成有出气口 150，在激冷室 112中降温降压后的粗合成气从出气口 150中排出炉体。在激冷室112的靠近炉底的炉体 的侧壁上形成有黑水出口 170。下降管300设在隔板200下方且通过渣口 210与气化室111连通，气化室111中 的高温的粗合成气及水煤浆熔融后形成的灰渣共同通过渣口 210进入下降管300中。上升 管套400套设在下降管300外侧，上升管套400的底部设有进水口 410且顶部设有出水口 420，出水口 420与下降管300内连通以向下降管300内通入激冷水。这样，激冷水从进水口 410进入上升管套400并向上运动，并从出水口 420直喷出，由此，下降管300可通过与上升 管套400内的激冷水换热以降低温度，从而保证下降管不至于因高温变形甚至烧坏，同时， 喷入下降管300内的激冷水与下降管300内的高温的燃烧合成气进行充分换热。激冷水从 下降管300内与燃烧合成气进行热交换后在炉体中存积，可进一步使得温度较高的下降管 300在激冷水中进行水浴，以降低温度并减小损害。最后，高温合成气温度被激冷到100°C 左右，然后生成的合成气产品从出气口 150中向外排出炉体，同时，激冷水和灰渣共同形成的黑水在炉体中存积可通过黑水出口 170调节液位，即液位超过黑水出口 170的部分将被 溢出到炉体外部。在本发明的一个实施例中，上升管套400的出水口 420为形成在上升管套400顶 部的、朝向下降管300内侧开口的环形缝隙。这样，由于上升管套的出水口采用环缝结构， 该出水口堵塞的几率为零，并且如果灰水中含有垢片，也会从环缝中直接喷出，而不会堵在 其中，从而延长了上升管套与下降管的使用寿命。可选地，上升管套400和下降管300均采 用304材料，造价大幅降低而且检修方便。此外，由于省掉了传统制造合成气中所使用的激 冷环，极大地降低了设备的投资成本。由于激冷室112内的温度被激冷水激冷到100°C以下，因此在本发明的一个示例 中，水冷壁120沿炉体100的轴向从上到下延伸至隔板200下方，即激冷室112的上部，由 此可全面保护位于气化室111内的炉壁，以防止因高温造成的变形甚至烧坏。在本发明的一个实施例中，低压水冷壁气化炉进一步包括排渣单元，排渣单元包 括排渣阀(图未示)以及排渣管500。排渣阀设在炉腔110底部，具体地，设置在激冷室底 部。排渣管500连接至排渣口 140。由于根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉的压力较 低，可以不经泄压而直接排放。因此，气化炉内形成大块渣时，例如由于气化炉内的炉温波 动或煤种更换等原因造成的，大块渣将直接沉入激冷室的底部，需定期从排渣管直接排除。在本发明的另一个实施例中，排渣单元还进一步包括两道排渣管阀门(图未示)， 两道排渣管阀门依次设在排渣管500上，有类似锁斗的作用，在需要排渣时将两道排渣管 阀门同时打开便可直接排出。根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉，采用至少两道排渣管阀门的排渣形式， 一方面可以使流程更简单，方便操作，另一方面，减少了传统的气化炉中需要的破渣机和锁 斗系统，成本更低。下面将参考图1-图3描述根据本发明实施例的低压水冷壁气化炉的工作过程。首先，水煤浆由高压煤浆泵送入到炉体顶部的主进口 130并进入炉腔中，外界氧 气的一部分例如80%-100%通过主工艺烧嘴131进入炉腔，另外一部分通过二次氧气喷嘴 600进入炉腔内。煤浆、氧气和水等在气化室111内的1500°C的高温及高压条件下发生复 杂的氧化还原反应，生成以CO、H2、C02为主要成分的燃烧合成气，煤浆在高温下熔融后产 生灰渣。气化室111中的高温的燃烧合成气及灰渣通过渣口 210进入下降管300中。同时， 激冷水从上升管套400的进水口 410进入上升管套400中并向上运动以与下降管300进行 热交换使的下降管300降温，然后从出水口 420直喷出，进入到下降管300内部。喷入下降 管300内的激冷水与管内的高温合成气进行充分换热。激冷水从下降管300内与高温合成气进行热交换后在炉体中存积，可进一步使得 温度较高的下降管300在激冷水中进行水浴，以降低温度并减小损害，同时，在炉体中存积 的激冷水的液位超过黑水出口 170的部分将被溢出到炉体外部。例如假设激冷室外排水量 约200m3/h，且气化用煤的含灰量为15%，则黑水的含渣量约0. 4%左右。最后，高温合成气温度被激冷到100°C左右，并从出气口 150中向外排出炉体，以 进行下一步的合成气洗涤步骤中进行洗涤。下面将参考图4描述根据本发明实施例的一种低压煤气化系统。
如图4所示，根据本发明实施例的低压煤气化系统，包括煤浆供应单元、低压水冷 壁气化炉1和合成气洗涤单元。煤浆供应单元用于制备将被处理的水煤浆。具体地，煤浆供应单元包括煤浆槽21、 煤浆槽搅拌器22和煤浆泵23，煤浆槽21用于盛装水煤浆，且煤浆槽搅拌器22用于搅拌煤 浆槽21中的水煤浆，其中，水煤浆通过煤浆泵23从煤浆槽21中供给至低压水冷壁气化炉 1的主工艺烧嘴131内。在本发明的一个示例中，煤浆泵23为螺杆泵。螺杆泵与传统的隔 膜泵相比，成本及维修费用低，操作简单且故障率低。低压水冷壁气化炉1为参考上述实施例中描述的低压水冷壁气化炉且用于从所 述煤浆供应单元供给的水煤浆。其中，气化室111内部通过下降管300与激冷室112相连 通，且下降管300的外壁上设置有上升管套400，激冷水通入上升管套400内，且从上升管套 400的上端喷淋以冷却燃烧产物，如上述实施例中所述，气化室111内生成的燃烧产物主要 包括以C0、H2、C02为主要成分的燃烧合成气，以及水煤浆在高温下熔融后产生的灰渣。燃 烧合成气和灰渣经激冷后生成粗合成气、炉渣和黑水，黑水从激冷室112的黑水出口 170溢 出炉体100而炉渣从激冷室112底部的排渣管500排出。其中，低压水冷壁气化炉内进行 燃烧时，气化室111内的压力范围可为常压 1.6MPa，温度范围可为1200 1600°C，以及 激冷室112内的温度范围可为50 210°C。在本发明的其中一个示例中，气化室111内的 压力为0. 3MPa，温度为1500°C，激冷室112内的温度为100°C。合成气洗涤单元连接至激冷室112，用于洗涤激冷室112产生的合成气。具体地， 合成气洗涤单元包括合成气洗涤塔7，合成气洗涤塔7与低压水冷壁气化炉1的出气口 150 相连以接收排出低压水冷壁气化炉1的炉体100的合成气产品，该合成气产品进入合成气 洗涤塔7中洗涤后被输送往下游工序，同时产生第一灰水从合成气洗涤塔7底部排出。根据本发明实施例的低压煤气化系统，由于采用低压水冷壁气化炉，本系统生成 的合成气的气体成分中二氧化碳量大大减少，例如在相同有效气的情况下与传统煤气化系 统产生的合成气中的二氧化碳量相比减少约10 %，这样合成气在进入下游工序时可减少合 成氨装置中用于脱碳的设备例如气柜和罗茨风机，从而大大降低了整个下游工序的耗能， 降低成本。另外，根据本发明实施例的低压煤气化系统，由于低压水冷壁气化炉中上升管套 内通入激冷水且从下到上流动，与下降管换热以降低下降管的温度，从而保证下降管不至 于因高温变形甚至烧坏，同时，喷入下降管内的激冷水可与管内的高温合成气进行充分换 热，从而省掉了传统制造合成气中所使用的激冷环，极大地降低了设备的投资成本。进一步地，根据本发明实施例的低压煤气化系统，煤种限制少例如可用烟煤、白煤 等，进料粒度也无要求。而且采用水煤浆进料，相较于干粉煤浆，进料更稳定以有利于整个 系统的稳定，且不需要进行干燥煤粉中的水分以及煤粉输送，成本降低。在本发明的一个实施例中，低压煤气化系统进一步包括空分装置3，空分装置3分 别与低压水冷壁气化炉1的主工艺烧嘴131和二次氧气喷嘴600连通。由此，通过空分装 置3将空气中的氧气分离后，将氧气的一部分通过所述低压水冷壁气化炉1的主工艺烧嘴 131进入炉体100中，且另一部分通过二次氧气喷嘴600进入炉体中。在本发明的一个实施例中，低压煤气化系统进一步包括渣池4，渣池4连接至激冷 室112的底部，用于对低压水冷壁气化炉1内产生的炉渣和黑水进行渣水分离后以产生第一灰水。具体地，渣池4分别与设在激冷室112的靠近炉底的炉体侧壁上的黑水出口 170 和设在激冷室112底部的排渣管相连，由此，当激冷水和灰渣共同形成的黑水的液位超过 黑水出口 170的部分将被溢出，进入到渣池4中，同时，激冷室底部的炉渣从排渣管排出到 渣水中，而后炉渣和黑水在渣池4中进行渣水分离后形成尾渣和第一灰水，其中尾渣排出 后可用作其他用途例如做水泥添加剂等。在本发明的一个实施例中，低压煤气化系统进一步包括沉淀单元，沉淀单元分别 与合成气洗涤单元的底部以及渣池4流体连通，分别用于接收从渣池和合成气洗涤单元中 产生的第一灰水并进行沉降。在本发明的一个示例中，沉淀单元包括沉降槽5，沉降槽5中 设有沉降槽搅拌器51。沉降槽5分别与合成气洗涤塔7的底部和渣池4连通，例如渣池4 中的第一灰水左右可通过渣池泵41输送到沉降槽5中进行沉淀，当然，合成气洗涤塔7中 产生的第一灰水也可以通过输送泵(图未示)输送到沉降槽中。沉降槽5中第一灰水加入 絮凝剂后通过沉降槽搅拌器51不断搅拌直到第一灰水中灰渣沉淀预定时间后生成废渣和 第二灰水，此时第二灰水内的杂质例如灰渣浓度小于第一灰水中的杂质浓度。第二灰水从 沉降槽5中排出，在本发明的其中一些示例中，沉降槽5的侧壁上具有溢流口(图未示)，当 第二灰水的液位高于溢流口所在水平面时第二灰水从溢流口溢流出。当然，本发明并不限 于此，第二灰水还可从沉降槽5中以其他方式排出。在本发明的一些示例中，进一步包括过滤机8，过滤机8分别与沉降槽5的底部和 入口连通，其中从沉降槽5中排出的废渣通过与沉降槽5底部连通的沉降槽底流泵52送入 到过滤机8中以进行过滤，过滤机8过滤出的水再循环送入到沉降槽5中进行搅拌沉降，而 过滤后形成的废尾渣被运输出根据本发明实施例的低压煤气化系统然后被压缩成煤饼。这 样，不但减少了原料的浪费，而且减少了对环境的污染，对环境保护具有很大的意义。在本发明的另一个实施例中，低压煤气化系统进一步包括水供给装置，该水供给 装置用于向合成气洗涤单元和/或者低压水冷壁气化炉1的激冷室112提供水，分别用于 洗涤和/或者冷却。同时，水供给装置还可接收沉淀单元中所产生的第二灰水，并提供给合 成气洗涤单元和/或者激冷室中，以形成废水利用循环，从而减少水资源浪费且降低污染。在本发明的一个示例中，水供给装置包括集水装置61例如水塔和灰水槽62，其中 灰水槽62与沉降槽5中连通例如与沉降槽5的溢流口连通以接收沉降槽5中排出的第二 灰水，当第二灰水在灰水槽中沉淀预定时间后生成第三灰水，其中第三灰水中灰渣浓度与 第二灰水相比进一步降低。然后，第三灰水通过灰水泵被送入到集水装置61例如水塔中， 并可被提供给低压水冷壁气化炉1中，例如提供到激冷室112的激冷室入口 1121处以对燃 烧产物激冷、和/或隔板200的冷却水进口 220处以对渣口进行冷却。其中，进入激冷室 112的激冷水的温度范围为20-80°C，在本发明一个示例中，进入激冷室112的激冷水约为 40由此可将进入激冷室112中的约1500°C的燃烧产物激冷到100°C左右。第三灰水还 可被提供给合成气洗涤塔7中以用于洗涤合成气。由此，完成了整个低压煤气化系统内部 的水循环，降低了对外界环境的污染，下面参考图4描述根据本发明实施例的低压煤气化系统的工艺流程，包括如下过 程1)煤浆槽21中的水煤浆通过煤浆泵23送到低压水冷壁气化炉1的主进口 130中 进入炉体100，其中低压水冷壁气化炉1内的气化室111内的压力约为0. 且温度约为1500°C，而激冷室112内的温度约为100°C，且激冷水的水温约为40°C。2)通过空分装置3将空气中的氧气分离，将氧气的一部分通过低压水冷壁气化炉 1的主工艺烧嘴131进入炉体100中，且另一部分通过二次氧气喷嘴600进入炉体100中， 由此水、煤浆与氧气在炉体100内反应生成以C0、H2和C02为主要成分的粗合成气，并产生 炉渣和黑水。3)粗合成气被送入到合成气洗涤塔7中洗涤后生成合成气产品，该合成气产品被 送往下游工序，以最终生产工业燃气或小化肥合成气；4)炉渣和黑水从低压水冷壁气化炉1中排到渣池4中，并在渣池4中进行渣水分 离后形成尾渣和第一灰水；5)沉降槽5分别接收从渣池4和合成气洗涤塔7中产生的第一灰水，第一灰水中 的灰渣沉淀预定时间后生成废渣和第二灰水，此时第二灰水内的杂质例如灰渣浓度小于第 一灰水中的杂质浓度。6)水供给装置接收沉降槽5中所产生的第二灰水，将第二灰水沉淀预定时间后生 成第三灰水，其中第三灰水中灰渣浓度与第二灰水相比进一步降低，然后将第三灰水提供 给合成气洗涤单元和/或者低压水冷壁气化炉1的激冷室112提供水，分别用于洗涤和/ 或者冷却，以形成废水利用循环。7)沉降槽5中排出的废渣通过沉降槽底流泵52送入过滤机中进行过滤，过滤机8 过滤出的水再循环送入到沉降槽5中进行搅拌沉降，而过滤后形成的废尾渣被运输出根据 本发明实施例的低压煤气化系统然后被压缩成煤饼。根据本发明实施例的低压煤气化系统，由于低压水冷壁气化炉采用至少两道排渣 管阀门的排渣形式，一方面可以使操作流程更简单，另一方面，减少了传统的气化炉中需要 的破渣机和锁斗系统，成本更低。下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的一种煤气制造方法。根据本发明实施例的煤气制造方法，包括以下步骤(1)将水煤浆和氧气的混合物供给到低压水冷壁气化炉1的气化室111中并进行 燃烧反应；(2)将步骤(1)中的燃烧产物沿着下降管300输入到位于低压水冷壁气化炉1内 且在气化室111之下的激冷室112内进行冷却；(3)将步骤(2)中冷却后的合成气体从激冷室112输出，其中通过所述下降管的外 壁上的上升管套内通入激冷水，将激冷水从上升管套400的上端喷淋冷却燃烧产物。其中 激冷水的温度为20-80°C。可选地，激冷水的温度为40°C。其中，本实施例中提到的低压水冷壁气化炉1为参考上述实施例中描述的低压水 冷壁气化炉1，结构不再在此描述。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结 构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的 示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特 点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本 发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种低压煤气化系统，包括煤浆供应单元，用于制备将被处理的水煤浆；低压水冷壁气化炉，所述低压水冷壁气化炉燃烧从所述煤浆供应单元供给的水煤浆以 生成粗合成气，所述低压水冷壁气化炉包括气化室，用于气化从所述煤浆供应单元供给的水煤浆；以及激冷室，所述激冷室与所述气化室相邻设置且位于所述气化室之下，所述激冷室用于 激冷所述气化室产生的燃烧产物，并获得粗合成气且排出黑水；合成气洗涤单元，所述合成气洗涤单元连接至所述激冷室，用于洗涤所述激冷室产生 的粗合成气以生成合成气，其中所述气化室内部通过下降管与所述激冷室相连通，且所述下降管的外壁上设置有上升 管套，激冷水通入所述上升管套内且从所述上升管套的上端喷淋冷却所述燃烧产物。
2.根据权利要求1所述的低压煤气化系统，其特征在于，进一步包括渣池，所述渣池连接至所述激冷室，用于对低压水冷壁气化炉内产生的炉渣和黑水进 行渣水分离以产生第一灰水。
3.根据权利要求2所述的低压煤气化系统，其特征在于，进一步包括沉淀单元，所述沉淀单元分别与所述合成气洗涤单元的底部以及所述渣池流体连通， 分别用于接收从所述渣池中产生的第一灰水以进行沉淀分离出废渣和第二灰水。
4.根据权利要求3所述的低压煤气化系统，其特征在于，进一步包括水供给装置，所述水供给装置用于向所述合成气洗涤单元和/或者所述激冷室提供 水，分别用于洗涤和/或者冷却。
5.根据权利要求4所述的低压煤气化系统，其特征在于，所述水供给装置接收沉淀单 元所产生的第二灰水，所述第二灰水内的杂质浓度小于所述第一灰水中的杂质浓度。
6.根据权利要求3所述的低压煤气化系统，其特征在于，进一步包括过滤机，所述过滤 机分别与所述沉降槽底部及入口连通，其中所述废渣通过沉降槽底流泵送入到所述过滤机 中以进行过滤，所述过滤机过滤出的水再循环送入到沉降槽中进行搅拌沉降。
7.根据权利要求1所述的低压煤气化系统，其特征在于，所述气化炉内的压力为常 压 1. 6MPa，气化室内的温度为1200 1600°C以及激冷室内的温度为50 210°C。
8.根据权利要求1所述的低压煤气化系统，其特征在于，所述激冷水的温度为20 80 "C。
9.根据权利要求1所述的低压煤气化系统，其特征在于，所述低压水冷壁气化炉的炉 体内侧壁上设有水冷壁，以自下而上地向所述水冷壁内通入冷水以冷却所述气化炉的壁
10.根据权利要求9所述的低压煤气化系统，其特征在于，所述水冷壁为盘绕在炉腔侧 壁上的半圆管，且所述半圆管至少缠绕至所述激冷室侧壁的一部分。
11.根据权利要求9所述的低压煤气化系统，其特征在于，水冷壁为沿炉体轴向延伸的 半圆管，所述半圆管沿所述炉体周向分布，且所述半圆管至少向下延伸到所述激冷室侧壁 的一部分。
12.根据权利要求1所述的低压煤气化系统，其特征在于，所述激冷室和所述气化室之 间设置有隔板，且下降管的上端连接至所述隔板上形成的渣口，所述渣口处形成为水夹套结构，以冷却气化室中产生的熔渣。
13.根据权利要求12所述的低压煤气化系统，其特征在于，位于所述下降管的外壁上 的上升管套的上端形成有朝向下降管内部的环缝结构。
14.根据权利要求1所述的低压煤气化系统，其特征在于，进一步包括排渣单元，所述排渣单元用于控制低压水冷壁气化炉中所产生的炉渣的直接排放，包括与激冷室底部相连接的排渣管；以及 设置在所述排渣管上的至少两道排渣管阀门。
15.根据权利要求1所述的低压煤气化系统，其特征在于，所述下降管的下端插入到所 述激冷室下部的液面之下。
16.一种煤气制造方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将水煤浆和氧气的混合物供给到低压水冷壁气化炉的气化室中并进行燃烧反应；(2)将步骤(1)中的燃烧产物沿着下降管输入到位于所述低压水冷壁气化炉内且在所 述气化室之下的激冷室内进行冷却；(3)将步骤O)中冷却后的合成气体从所述激冷室输出，其中通过所述下降管的外壁上的上升管套内通入激冷水，且将所述激冷水从所述上升管套 的上端喷淋冷却所述燃烧产物。
17.根据权利要求16所述的煤气制造方法，其特征在于，所述激冷水的温度为 20-80 "C。
18.根据权利要求16所述的煤气制造方法，其特征在于，所述低压水冷壁气化炉的的 炉体内侧壁设有水冷壁，以自下而上地向所述水冷壁内通入冷水以冷却所述气化炉的壁
19.根据权利要求18所述的煤气制造方法，其特征在于，所述水冷壁为盘绕在炉腔侧 壁上的半圆管，且所述半圆管至少缠绕至所述激冷室侧壁的一部分。
20.根据权利要求18所述的煤气制造方法，其特征在于，水冷壁为沿炉体轴向延伸的 半圆管，所述半圆管沿所述炉体周向分布，且所述半圆管至少向下延伸到所述激冷室侧壁 的一部分。
21.根据权利要求16所述的煤气制造方法，其特征在于，所述激冷室和所述气化室之 间设置有隔板，且下降管的上端连接至所述隔板上形成的渣口，所述渣口处形成为水夹套 结构，以冷却气化室中产生的熔渣。
22.根据权利要求16所述的煤气制造方法，其特征在于，位于所述下降管的外壁上的 上升管套的上端形成有朝向下降管内部的环缝结构。
23.根据权利要求16所述的煤气制造方法，其特征在于，进一步包括(4)排渣步骤，在所述排渣步骤中通过在激冷室底部设置的排渣单元向外部直接排渣。
24.根据权利要求23所述的煤气制造方法，其中所述排渣单元包括与激冷室底部相连接的排渣管；以及设置在所述排渣管上的至少两道排渣管阀门。
25.根据权利要求16所述的煤气制造方法，其特征在于，所述下降管的下端插入到所 述激冷室下部的液面之下。
全文摘要
本发明公开了一种低压煤气化系统，包括煤浆供应单元；低压水冷壁气化炉，包括用于气化水煤浆的气化室；以及相邻设在气化室下的激冷室，以激冷气化室产生的燃烧产物并获得粗合成气；连接至激冷室的合成气洗涤单元，用于洗涤粗合成气以生成合成气，其中气化室内通过下降管与激冷室相连通，且下降管外壁上设有上升管套，激冷水通入上升管套内且从上升管套的上端喷淋冷却燃烧产物。根据本发明实施例的低压煤气化系统，生成的合成气中二氧化碳量大大减少，这样合成气在进入下游工序时可减少合成氨装置中用于脱碳的设备，从而大大降低了整个下游工序的耗能，降低成本，而且煤种限制少。本发明还提供了一种煤气制造方法。
文档编号C10J3/50GK102071064SQ20111000734
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者张建胜, 顾大地, 马宏波 申请人:清华大学