专利名称：一种煤基合成气废热回收系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种煤基合成气废热回收系统及回收方法。
背景技术：
随着石油及天然气资源的日益匮乏，煤炭的清洁化利用越来越受到人们的重视。发展大型煤气化技术是清洁利用煤炭资源的关键。在大型煤气化技术当中，气流床技术备受瞩目。气流床技术包括备煤、气化炉和后续流程三个部分。备煤方式有粉煤及水煤浆两种方式，气化炉主要有顶喷、平喷两种炉型，后续流程主要有废热锅炉及水激冷两种流程。这三部分工艺的相互组合形成了各种气流床气化技术，如Shell粉煤气化技术(SCGP)、 G.E. 水煤浆气化技术、以及GSP、HT-L、CROLIN、两段炉、E-GAS等气流床煤气化技术。在各种气流床煤气化技术当中，后续流程的作用都非常重要。后续流程包括合成气的激冷、废热回收、除灰、洗涤及相关流程。较佳的后续流程不仅应尽可能地降低设备投资，降低粗合成气除灰、洗涤的成本，优化与下游工段的衔接和匹配，还应有效地回收粗合成气所携带的高品位热能。已实现商业化运行的后续流程工艺主要有包括废热锅炉工艺和水激冷流程工艺。废热锅炉工艺从气化炉出来的粗合成气，激冷固化飞灰后，经过传导段及合成气冷却器，产生中压过热蒸汽后，再经过高温高压陶瓷过滤器除灰后，进入湿洗单元，去除部分酸性气体及残留飞灰，洗涤后的合成气部分作为激冷气，其余送至下游工序进一步处理。由于煤种的影响，废热锅炉经常出现严重的积灰，因而设计有复杂的吹灰装置，但运行效果仍不理想，废热不能高效回收。废热锅炉出口的合成气温度也经常逼近安全联锁值，影响煤气化联合装置的稳定运行。水激冷流程工艺从气化炉出来的粗合成气，在下降管内，与激冷水并流进入渣池，合成气经水浴除渣降温后，再经文丘里洗涤器和碳洗塔，去除部分酸性气体及残留灰分，被水蒸汽饱和后，送至下游工段。激冷流程相对简单，但合成气废热不能高品位地回收，尤其不适合煤气化联合发电装置(IGCC);黑水处理系统规模也较大，运行成本较高。其它技术还有壳牌公司曾经提出的气水双激冷流程。该工艺先用洁净合成气，将粗合成气激冷到900°C，再用雾化水降温至500°C，旋风分离其中大部分的干灰，然后洗涤降温至220 230°C。合成气中水蒸气的含量能达到60%，可以衔节高水汽比耐硫变换工艺。该工艺省去了合成气冷却器，整个装置的热效率较低；但由于釆用了激冷压缩机，比水激冷流程复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤基合成气废热回收系统及方法。该系统和方法利用蓄热体回收合成气所携带的高品位热能，用来加热有高温需求的气体。本发明的煤基合成气废热回收系统包括激冷室、蓄热式换热器、换热器、旋风分离器、锁斗、湿洗单元和激冷气压缩机，所述激冷室、蓄热式换热器、换热器、旋风分离器和湿洗单元依次连接，待加热的气体逆向进入所述蓄热式换热器进行加热并输送到下游用户，所述锁斗与旋风分离器连接，经所述湿洗单元洗涤的合成气部分进入所述换热器中加热后进入所述激冷气压缩机，所述激冷气压缩机与所述气化炉激冷室连接。优选地，所述蓄热式换热器内部设置有多组蓄热体，采用机械装置变换蓄热体位置。进一步优选，所述蓄热式换热器采用连续回转式换向阀结构。优选地，所述湿洗单元中设置有文丘里洗涤器和湿洗塔。本发明的煤基合成气废热回收方法包括下述步骤A、热合成气的激冷在激冷室内，将气化炉出来的粗合成气用温度为180 220°C的冷合成气激冷至800 1000°C ，固化其中的飞灰；B、废热蓄热式回收激冷后的合成气通过蓄热式换热器及换热器，被冷却到200 300°C，送至旋风分离器；待加热的气体逆向进入蓄热式换热器，被加热到400 900°C后，输送到下游用户；C、飞灰的旋风分离回收废热后的合成气通过旋风分离器分离出85 95%以上的所含飞灰；飞灰通过锁斗，定时与系统隔离，经气提及置换后，将飞灰温度降至80°C以下，排放至贮槽；D、合成气的湿洗来自旋风分离器的合成气进入湿洗单元进行洗涤；在换热器内，洗涤后的合成气部分被加热到18(T220°C，送至激冷气压缩机，其余送至下游装置。蓄热式换热器内部可以设计成堆砌有多组蓄热体的结构，采用机械装置变换蓄热体位置，例如可采用连续回转式换向阀结构，实现冷热气体交替流经蓄热体，实现热量的传递，并且由于气流方向的交替改变有效防止飞灰的粘堵。优选地，在湿洗单元中通过文丘里洗涤器润湿其中残留的飞灰，然后进入湿洗塔，被喷淋水逆向洗涤。本发明的目的是普通金属材料换热器所无法达到的，并且由于蓄热式换热器中冷热气体交替方向通过蓄热体的原理，可有效防止飞灰粘堵；回收废热后的合成气先经过旋风分离器，分离夹带的飞灰后，再进行湿洗，以降低设备投资和黑水处理费用。
图I为本发明的蓄热式回收合成气废热的系统图。
具体实施例方式下面通过实施例更详细地说明本发明的煤基合成气废热回收系统及方法。参见图1，以投煤量为500kg/h的气化炉所产合成气废热蓄热式回收过程为例。粉煤与氧气、蒸汽进入气化炉，在O. SMPa下进行气化反应，氧煤比及水氧比分别控制在O. 8kg/kg、0. 09kg/kg。温度为1500°C左右的粗合成气进入气化炉激冷室1，被温度为200°C的激冷气激冷到1000°C左右。激冷后的合成气通过蓄热式换热器2及换热器3，被冷却到200 250°C后，送至旋风分离器4。来自后续工段的还原气体进入蓄热式换热器2，被加热到900°C左右后，送至用户。回收废热的合成气通过旋风分离器4分离出90%以上的飞灰；分离出来的飞灰排入锁斗5中；锁斗5定时与系统隔离；在隔离的锁斗5中，用氮气对飞灰进行气提、降温，置换合格并且飞灰温度降至80°C以下后，泄压排放至贮槽。分离飞灰后的合成气进入湿洗单元6，首先经过文丘里洗涤器润湿合成气中残留的飞灰；然后合成气从湿洗塔底部进入，被下行的喷淋水逆向洗涤，降温至160°C，部分经换热器3加热到20(TC，送至激冷气压缩机7 ;其余进入下游装置。通过上述实施例，本发明的具体的优异效果如下( I)本工艺能直接回收高品位废热，可用来加热有高温需求的气体，如煤气化-气基坚炉联合装置的还原气，能大幅度降此类装置的能耗。(2)由于冷、热气体交替逆向进入蓄热式换热器，有效防止了飞灰的粘堵，提高了煤气化装置的热效率。(3)由于采用了蓄热式换热器，可利用旋风分离器对合成气进行除灰，相关流程因而简单、紧凑。(4)由于旋风分离器除去了 90%以上的飞灰，湿洗单元产生的黑水较少，黑水处理规模大幅度减小，也降低了黑水系统的堵塞和设备的磨损。
权利要求
1.一种煤基合成气废热回收系统，包括激冷室(I)、蓄热式换热器(2)、换热器(3)、旋风分离器(4)、锁斗(5)、湿洗单元(6)和激冷气压缩机(7)，所述激冷室(I)、蓄热式换热器(2)、换热器(3)、旋风分离器(4)和湿洗单元(6)依次连接，待加热的气体逆向进入所述蓄热式换热器(2)进行加热并输送到下游用户，所述锁斗(5)与所述旋风分离器(4)连接，经所述湿洗单元(6)洗涤的合成气部分进入所述换热器(3)中加热后进入所述激冷气压缩机(7),所述激冷气压缩机(7)与所述气化炉激冷室(I)连接。
2.根据权利要求I所述的煤基合成气废热回收系统，其中所述蓄热式换热器(2)内部设置有多组蓄热体，采用机械装置变换蓄热体位置。
3.根据权利要求2所述的煤基合成气废热回收系统，其中所述蓄热式换热器(2)采用连续回转式换向阀结构。
4.根据权利要求I所述的煤基合成气废热回收系统，其中所述湿洗单元(6)中设置有文丘里洗涤器和湿洗塔。
5.一种煤基合成气废热回收方法，包括如下步骤 A、热合成气的激冷在激冷室(I)内，将气化炉出来的粗合成气用温度为180 220°C的冷合成气激冷至800 1000°C，固化其中的飞灰； B、废热蓄热式回收激冷后的合成气通过蓄热式换热器(2)及换热器(3)，被冷却到200 300°C，送至旋风分离器(4);待加热的气体逆向进入蓄热式换热器(2)被加热后，输送到下游用户； C、飞灰的旋风分离回收废热后的合成气通过旋风分离器(4)分离出85 95%以上的所含飞灰；飞灰通过锁斗(5)，定时与系统隔离，经气提及置换后，将飞灰温度降至80°C以下，排放至贮槽； D、合成气的湿洗来自旋风分离器的合成气进入湿洗单元(6)进行洗涤；在换热器(3)内，洗涤后的合成气部分被加热到18(Γ220 V，送至激冷气压缩机(7 )，其余送至下游装置。
6.根据权利要求5所述的煤基合成气废热回收方法，其中在所述蓄热式换热器(2)内部设计成堆砌有多组蓄热体的结构，采用机械装置变换蓄热体位置，实现冷热气体交替流经蓄热体，并且防止飞灰的粘堵。
7.根据权利要求5所述的煤基合成气废热回收方法，其中在湿洗单元(6)中通过文丘里洗涤器润湿其中残留的飞灰，然后进入湿洗塔，被喷淋水逆向洗涤。
8.根据权利要求5所述的煤基合成气废热回收方法，其中待加热的气体被加热到400 900°C后输送到下游用户。
全文摘要
本发明提供了一种煤基合成气废热回收系统及方法。该系统和方法利用蓄热体回收合成气所携带的高品位热能，用来加热有高温需求的气体。本发明的煤基合成气废热回收系统包括激冷室(1)、蓄热式换热器(2)、换热器(3)、旋风分离器(4)、锁斗(5)、湿洗单元(6)和激冷气压缩机(7)，所述激冷室(1)、蓄热式换热器(2)、换热器(3)、旋风分离器(4)和湿洗单元(6)依次连接，待加热的气体逆向进入所述蓄热式换热器(2)进行加热并输送到下游用户，所述锁斗(5)与所述旋风分离器(4)连接，经所述湿洗单元(6)洗涤的合成气部分进入所述换热器(3)中加热后进入所述激冷气压缩机(7)，所述激冷气压缩机(7)与所述气化炉激冷室(1)连接。
文档编号C10K1/04GK102888251SQ201210344568
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者吴道洪, 徐国壮, 肖磊 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司