高温煤气显热回收再利用的系统的制作方法

本实用新型属于显热回收再利用领域，具体而言，本实用新型涉及高温煤气显热回收再利用的系统。

背景技术：

在利用煤炭、生物质、垃圾等固体燃料生产煤气的过程中，产生的高温煤气温度很高，一般在800-900℃左右，必须进行冷却才能进行除尘等后续处理以达到煤气使用标准，同时高温煤气含有大量的能品较高的显热，若能用这些显热预热气化剂并重新参与气化反应，将大幅提高煤气产率和煤气化过程的能源和资源转化效率。因此，利用气化剂将高温煤气冷却降温冷却并回收其显热具有重要非常重要的节能减排意义。

但是煤气尤其是高温煤气是易燃易爆气体，在换热过程中若与气化剂直接接触，将会与其内含氧成分发生剧烈燃烧反应，形成爆燃甚至是爆炸事故，严重时会损坏设备甚至造成重大的财产甚至人员生命损失事故。

由此可见，采用合适的技术对高温煤气冷却并回收利用其显热是煤气生产行业非常关键的一环。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种高温煤气显热回收再利用的系统，采用该系统可以有效回收高温煤气中的余热，并且在设备磨蚀泄露情况下也不会直接接触，避免了发生爆燃甚至爆炸现象，确保了生产的安全性。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种高温煤气显热回收利用的系统。根据本实用新型的实施例，所述系统包括：

气化炉，所述气化炉具有煤料入口、气化剂入口和高温煤气出口；

第一换热装置，所述第一换热装置由内而外依次形成第一换热通道、第二换热通道和第三换热通道，所述第一换热通道设置有高温煤气入口和中温煤气出口，所述高温煤气入口与所述高温煤气出口相连，所述第二换热通道设置有低温介质入口和高温介质出口，所述第三换热通道设置有低温气化剂入口和高温气化剂出口，所述高温气化剂出口与所述气化剂入口相连；

第二换热装置，所述第二换热装置具有中温煤气入口、低温煤气出口、低温水入口和蒸汽出口，所述中温煤气入口与所述中温煤气出口相连。

根据本实用新型实施例的高温煤气显热回收再利用的系统通过采用由内而外的第一通道、第二通道和第三通道构成的第一换热装置，使得高温煤气走第一通道，换热介质走第二通道与第一通道中的高温煤气间接换热，而气化剂走第三通道与第二通道中的换热介质间接换热，由于高温煤气与气化剂经换热介质间接换热，高温煤气与气化剂即使在设备磨蚀泄露情况下也不会直接接触，避免了发生爆燃甚至爆炸现象，确保了生产的安全性，并且将预热后的高温气化剂供给至气化炉中参与气化反应，可以显著提高高温煤气预热的利用价值，同时将第一通道中换热后得到的中温煤气供给至第二换热装置中进行余热再回收，实现了高温煤气显热的梯级利用，从而提高能源利用率。

另外，根据本实用新型上述实施例的高温煤气显热回收再利用的系统还可以具有如下附加的技术特征：

任选的，所述低温气化剂入口为低温气体入口，所述高温气化剂入口为高温气体入口，其中，所述气体为选自空气、二氧化碳、水蒸汽和富氧空气中的至少一种。

任选的，所述低温介质入口为低温饱和蒸汽入口，所述高温介质出口为过热蒸汽出口，所述低温饱和蒸汽入口与所述蒸汽出口相连，所述过热蒸汽出口与所述气化剂入口相连。

任选的，所述低温介质入口为低温二氧化碳入口，所述高温介质出口为高温二氧化碳出口，所述高温二氧化碳出口与所述气化剂入口相连。

任选的，所述低温介质入口为液态水入口，所述高温介质出口为过热蒸汽出口，所述过热蒸汽出口与所述气化剂入口相连。

任选的，所述低温介质入口为低温氮气入口，所述高温介质出口为高温氮气出口。

任选的，所述系统进一步包括：氮气降温装置，所述氮气降温装置具有氮气进口和氮气出口，所述高温氮气出口与所述氮气进口相连，所述氮气出口与所述低温氮气入口相连。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/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是根据本实用新型一个实施例的高温煤气显热回收再利用的系统结构示意图；

图2是根据本实用新型再一个实施例的高温煤气显热回收再利用的系统结构示意图；

图3是根据本实用新型又一个实施例的高温煤气显热回收再利用的系统结构示意图；

图4是根据本实用新型又一个实施例的高温煤气显热回收再利用的系统结构示意图；

图5是根据本实用新型又一个实施例的高温煤气显热回收再利用的系统实施高温煤气显热回收再利用的方法流程示意图；

图6是根据本实用新型又一个实施例的高温煤气显热回收再利用的系统实施高温煤气显热回收再利用的方法流程示意图；

图7是根据本实用新型又一个实施例的高温煤气显热回收再利用的系统实施高温煤气显热回收再利用的方法流程示意图；

图8是根据本实用新型又一个实施例的高温煤气显热回收再利用的系统实施高温煤气显热回收再利用的方法流程示意图；

图9是根据本实用新型又一个实施例的高温煤气显热回收再利用的系统实施高温煤气显热回收再利用的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种高温煤气显热回收再利用的系统。根据本实用新型的实施例，参考图1，该系统包括气化炉100、第一换热装置200和第二换热装置300。

根据本实用新型的实施例，气化炉100具有煤料入口101、气化剂入口102和高温煤气出口103，且适于将煤料在气化剂的作用下进行气化反应，以便得到高温煤气。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对气化过程的条件进行选择。

根据本实用新型的实施例，第一换热装置200由内而外依次形成第一换热通道21、第二换热通道22和第三换热通道23，第一换热通道21设置有高温煤气入口201和中温煤气出口202，高温煤气入口201与高温煤气出口103相连，第二换热通道22设置有低温介质入口203和高温介质出口204，第三换热通道23设置有低温气化剂入口205和高温气化剂出口206，高温气化剂出口206与气化剂入口102相连，且适于将气化炉中产生的高温煤气供给至第一通道，将换热介质供给至第二通道中，将气化剂供给至第三通道中，使得第二通道中的换热介质与第一通道中的高温煤气间接换热，而第三通道中的气化剂与第二通道中的换热介质进行间接换热，并将预热后的气化剂供给至气化炉中参与气化反应。发明人发现，通过采用由内而外的第一通道、第二通道和第三通道构成的第一换热装置，使得高温煤气走第一通道，换热介质走第二通道与第一通道中的高温煤气间接换热，而气化剂走第三通道与第二通道中的换热介质间接换热，由于高温煤气与气化剂经换热介质间接换热，高温煤气与气化剂即使在设备磨蚀泄露情况下也不会直接接触，避免了发生爆燃甚至爆炸现象，确保了生产的安全性，并且将预热后的高温气化剂供给至气化炉中参与气化反应，可以显著提高高温煤气预热的利用价值。

根据本实用新型的一个实施例，低温气化剂入口205可以为低温气体入口，高温气化剂206入口可以为高温气体入口，其中，气体可以为选自空气、二氧化碳、水蒸汽和富氧空气中的至少一种。由此，将预热后的气体供给至气化炉中作为气化剂参与气化反应，在充分利用高温煤气显热的同时提高煤料的气化效率。

根据本实用新型的实施例，第二换热装置300具有中温煤气入口301、低温煤气出口302、低温水入口303和蒸汽出口304，中温煤气入口301与中温煤气出口202相连，且适于将第一换热装置中得到的中温煤气供给至第二换热装置中与低温水进行换热，以便得到低温煤气和蒸汽，其中将所得到的低温煤气净化后供给至住户使用。发明人发现，将第一通道中换热后得到的中温煤气供给至第二换热装置中进行余热再回收，实现了高温煤气显热的梯级利用，从而提高能源利用率。

发明人发现，通过采用由内而外的第一通道、第二通道和第三通道构成的第一换热装置，使得高温煤气走第一通道，换热介质走第二通道与第一通道中的高温煤气间接换热，而气化剂走第三通道与第二通道中的换热介质间接换热，由于高温煤气与气化剂经换热介质间接换热，高温煤气与气化剂即使在设备磨蚀泄露情况下也不会直接接触，避免了发生爆燃甚至爆炸现象，确保了生产的安全性，并且将预热后的高温气化剂供给至气化炉中参与气化反应，可以显著提高高温煤气预热的利用价值，同时将第一通道中换热后得到的中温煤气供给至第二换热装置中进行余热再回收，实现了高温煤气显热的梯级利用，从而提高能源利用率。

根据本实用新型的实施例，参考图2，根据本实用新型的实施例，参考图2，低温介质入口203为低温饱和蒸汽入口，高温介质出口204为过热蒸汽出口，低温饱和蒸汽入口203与蒸汽出口304相连，过热蒸汽出口204与气化剂入口102相连，且适于将第二换热装置中得到的蒸汽供给至第一换热装置中的第二通道中作为换热介质使用，并将换热后的过热蒸汽供给至气化炉中作为气化剂使用。

根据本实用新型的实施例，参考图3，低温介质入口203可以为低温二氧化碳入口，高温介质出口204为高温二氧化碳出口，高温二氧化碳出口204与气化剂入口102相连，且适于将低温二氧化碳供给至第二通道中作为低温介质与第一通道中的高温煤气进行间接换热，并将第二通道中换热后得到的高温二氧化碳供给至气化炉中参与气化反应。

根据本实用新型的实施例，参考图3，低温介质入口203为液态水入口，高温介质出口204为过热蒸汽出口，过热蒸汽出口204与气化剂入口102相连，且适于将液态水供给至第二通道中作为低温介质与第一通道中的高温煤气进行间接换热，并将第二通道中换热后得到的过热蒸汽供给至气化炉中参与气化反应。

根据本实用新型的实施例，参考图4，低温介质入口203为低温氮气入口，高温介质出口204为高温氮气出口，并且所述系统进一步包括：氮气降温装置400。

根据本实用新型的实施例，氮气降温装置400具有氮气进口401和氮气出口402，高温氮气出口204与氮气进口401相连，氮气出口402与低温氮气入口203相连，且适于将低温氮气供给至第二通道中作为低温介质与第一通道中的高温煤气进行间接换热，并将第二通道中换热后得到的高温氮气供给至氮气降温装置中进行降温处理，得到降温后的氮气，并将降温后的氮气供给至第二通道中作为低温介质使用，并且可以根据实际需要向氮气降温装置中补给氮气。

如上所述，根据本实用新型实施例的高温煤气显热回收再利用的系统可具有选自下列的优点至少之一：

根据本实用新型实施例的高温煤气显热回收再利用的系统由于首先用气化剂将煤气将温冷却，可将煤气显热中高能品部分回收并用于煤气化利用，回收高能品热量后再用锅炉来水蒸发回收其低能品热量，并可将部分低能品热量用于气化反应，其他低能品热量排出到气化系统以外，供其他生产生活使用，实现了煤气显热的梯级利用。

根据本实用新型实施例的高温煤气显热回收再利用的系统在煤气化过程中，对蒸汽的需求量较少且是一定的，因此，利用蒸汽将煤气显热回收并重新用于气化反应的热量也是一定的，但是本实用新型采用气化剂作为载体回收煤气显热并用于气化反应，其回收利用量大幅提高，尤其是对于不用蒸汽条件下的气化，其回收利用效果更明显。

根据本实用新型实施例的高温煤气显热回收再利用的系统由于高温煤气与气化剂经换热介质间接换热，高温煤气与含氧的气化剂即使在设备磨蚀泄露情况下也不会直接接触，避免了发生爆燃甚至爆炸现象，确保了生产的安全性。

为了方便理解，下面参考图5-9对采用本实用新型实施例的高温煤气显热回收再利用的系统实施高温煤气显热回收再利用的方法进行详细描述。根据本实用新型的实施例，参考图5，所述方法包括：

S100：将煤料和气化剂供给至气化炉中进行气化处理

该步骤中，具体的，将煤料供给至气化炉中在气化剂的作用下进行气化反应，以便得到高温煤气。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对气化过程的条件进行选择。

S200：将高温煤气、低温介质和低温气化剂分别供给至第一换热装置的第一换热通道、第二换热通道和第三换热通道，并将得到的高温气化剂供给至S100中的气化炉作为气化剂使用

该步骤中，具体的，将气化炉中产生的高温煤气供给至第一换热装置中的第一通道，将换热介质供给至第二通道中，将气化剂供给至第三通道中，使得第二通道中的换热介质与第一通道中的高温煤气间接换热，而第三通道中的气化剂与第二通道中的换热介质进行间接换热，并将预热后的气化剂供给至气化炉中参与气化反应。发明人发现，通过采用由内而外的第一通道、第二通道和第三通道构成的第一换热装置，使得高温煤气走第一通道，换热介质走第二通道与第一通道中的高温煤气间接换热，而气化剂走第三通道与第二通道中的换热介质间接换热，由于高温煤气与气化剂经换热介质间接换热，高温煤气与气化剂即使在设备磨蚀泄露情况下也不会直接接触，避免了发生爆燃甚至爆炸现象，确保了生产的安全性，并且将预热后的高温气化剂供给至气化炉中参与气化反应，可以显著提高高温煤气预热的利用价值。

根据本实用新型的一个实施例，低温气化剂可以为低温气体，气体可以为选自空气、二氧化碳、水蒸汽和富氧空气中的至少一种。由此，将预热后的气体供给至气化炉中作为气化剂参与气化反应，在充分利用高温煤气显热的同时提高煤料的气化效率。

S300：将中温煤气和低温水供给至第二换热装置中进行换热

该步骤中，具体的，将上述第一换热装置中的第一通道中得到的中温煤气供给至第二换热装置中与低温水供给进行换热，以便得到低温煤气和蒸汽，其中将所得到的低温煤气净化后供给至住户使用。发明人发现，将第一通道中换热后得到的中温煤气供给至第二换热装置中进行余热再回收，实现了高温煤气显热的梯级利用，从而提高能源利用率。

发明人发现，通过采用由内而外的第一通道、第二通道和第三通道构成的第一换热装置，使得高温煤气走第一通道，换热介质走第二通道与第一通道中的高温煤气间接换热，而气化剂走第三通道与第二通道中的换热介质间接换热，由于高温煤气与气化剂经换热介质间接换热，高温煤气与气化剂即使在设备磨蚀泄露情况下也不会直接接触，避免了发生爆燃甚至爆炸现象，确保了生产的安全性，并且将预热后的高温气化剂供给至气化炉中参与气化反应，可以显著提高高温煤气预热的利用价值，同时将第一通道中换热后得到的中温煤气供给至第二换热装置中进行余热再回收，实现了高温煤气显热的梯级利用，从而提高能源利用率。

根据本实用新型的实施例，参考图6，当低温介质为低温饱和蒸汽时，高温介质为过热蒸汽，进一步包括：

S400A：将S300得到的蒸汽供给至S200中作为低温饱和蒸汽使用，将过热蒸汽供给至S100中的气化炉作为气化剂使用。

根据本实用新型的实施例，参考图7，当低温介质为低温二氧化碳，高温介质为高温二氧化碳，进一步包括：

S400B：将S200得到的高温二氧化碳供给至S100中的气化炉作为气化剂使用。

根据本实用新型的实施例，参考图8，当低温介质为液态水，高温介质为过热蒸汽，进一步包括：

S400C：将S200得到的过热蒸汽供给至S100中的气化炉作为气化剂使用。

根据本实用新型的实施例，参考图9，当低温介质为低温氮气，高温介质为高温氮气，进一步包括：

S400D：将S200得到的高温氮气供给至氮气降温装置中进行降温，并将得到的降温后的氮气作为低温氮气使用。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。

实施例1

以低温饱和蒸汽为低温介质，以低温空气为低温气化剂，将20000Nm³/h、800℃的高温煤气冷却至不高于200℃的低温煤气并回收利用其显热为具体实例来详细阐述本实用新型专利。

如图2所示，将从气化炉1排出的20000Nm³/h、800℃的高温煤气通入到第一换热装置第一通道内，同时向第二换热装置的第二通道内通入600kg/h由省煤器和余热锅炉组成的第二换热装置产生的温度较低的133℃的蒸汽作为低温介质，高温煤气被低温饱和蒸汽冷却降温变成298℃的中温煤气，同时低温饱和蒸汽温度由133℃升至453℃，变成高温过热蒸汽，低温饱和蒸汽在与高温煤气换热升温的同时，又与供给至第三通道中的流量为13000Nm³/h、初始温度为25℃的低温空气作为低温气化剂换热并将其加热至410℃，使其变成高温空气，产生的高温空气与过热蒸汽混合后作为混合气化剂通入气化炉内参与气化反应。

经低温饱和水蒸汽冷却后的中温煤气再次进入由余热锅炉组成的第二换热装置中，利用1540kg/h、25℃的锅炉来水进一步降温冷却成190℃低温煤气，从而满足了除尘等后续处理的要求，同时，锅炉来水变成133℃的饱和蒸汽，所产生的饱和蒸汽中的600kg/h的饱和蒸汽作为换热介质供给至第一换热装置中的第二通道中用于高温煤气冷却，剩余的1000kg/h的蒸汽可满足其他生产生活需要。

实施例2

以液态水为低温介质，以低温空气为低温气化剂，将20000Nm³/h、800℃的高温煤气冷却至不高于200℃的低温煤气并回收利用其显热为具体实例来详细阐述本实用新型专利。

如图3所示，将从气化炉排出的20000Nm³/h、800℃的高温煤气通入到第一换热装置内的第一通道中，同时第一换热装置内的第二通道内通入410kg/h、25℃的液态水作为低温介质，第一通道中的高温煤气被第二通道中的液态水冷却降温成298℃的中温煤气，同时液态水变成442℃的过热蒸汽，过热蒸汽在与高温煤气换热升温的同时，又与第三通道中的流量为13000Nm³/h、初始温度为25℃的低温空气换热并将其加热至401℃，使其变成高温空气，产生的高温空气与过热蒸汽混合后作为混合气化剂通入气化炉内参与气化反应。

经液态水初步冷却后的中温煤气再次进入由余热锅炉组成的第二换热装置中，利用1540kg/h、25℃的锅炉来水进一步降温冷却至190℃，从而满足了除尘等后续处理的要求，同时，锅炉来水变成133℃的饱和蒸汽，所产生的饱和蒸汽可满足其他生产生活需要。

实施例3

以低温氮气为低温介质，以低温空气为低温气化剂，将20000Nm³/h、800℃的高温煤气冷却至不高于200℃的低温煤气并回收利用其显热为具体实例来详细阐述本实用新型专利。

如图4所示，将从气化炉排出的20000Nm³/h、800℃的高温煤气通入到第一换热装置内的第一通道，同时第二换热装置中的第二通道内通入从氮气降温装置来的1290Nm³/h、80℃的氮气作为低温介质，高温煤气被氮气冷却降温成298℃中温煤气，同时低温氮气温度由80℃升至750℃，变成高温氮气，高温氮气进入氮气降温装置内，经处理变成低温氮气循环利用，其中，若氮气经过一段时间运行后而不足时，可补充新鲜氮气。

经氮气冷却后的中温煤气进入由余热锅炉组成的在第二换热装置中，利用1540kg/h、25℃的锅炉来水进一步降温冷却成190℃的低温煤气，从而满足了除尘等后续处理的要求；同时，锅炉来水变成133℃的饱和蒸汽，所产生的蒸汽可满足其他生产生活需要。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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实用新型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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。