一种处理煤气化灰水的系统和方法与流程

本发明涉及煤气化技术领域，具体涉及一种处理煤气化灰水的系统和方法。

背景技术：

煤的清洁高效利用一直是能源与环境保护的重大课题，而煤炭转化的主要途径就是煤气化。在新环保法实施以后，追求经济效益的同时，也不能忽视节能和环保，因此如何处理煤气化产生的灰水是煤化工产业的重中之重。

目前常见的灰水处理系统大多采用多级闪蒸工艺加沉降工艺，其优点是降温快速、高效，缺点是冲刷和夹带灰渣严重，而且闪蒸罐、沉降池的设备体积大、占地面积大、土建成本高、能量消耗高。

与之相比，间接换热冷却工艺有着流程短，设备少，投资少、能耗低的优点，但煤化工企业很少采用换热器间接冷却技术，主要原因是换热器的结垢和堵塞问题。灰水冷却过程中，其携带的灰渣、产生的污垢和析出的盐分会使换热器的管箱和换热管结垢，导致换热管热阻增加，降低换热效率，严重时会造成换热器堵塞，使换热器失效，最终导致系统停车。由此可见，间接换热冷却工艺对灰水固液分离的精度有很高的要求。

中国专利公开号为cn106630307a的申请介绍了一种处理煤气化灰水的系统和方法。该系统主要解决了煤气化灰水中的硬度、浊度、悬浮物的问题，彻底解决了煤气化灰水中高硬度带来的系统结垢问题。该发明以电化学方法为主要工作原理、通过调节ph值和碱度，使钙、镁离子形成沉淀物质而分离出来。在电场的作用下，将灰水中含有的固体颗粒和新形成的钙镁化合物细微颗粒物得到分离。但该专利还是存在如下缺点：1、该系统采用电化学的方法进行除硬和颗粒物分离，由于电化学方法涉及的电极板和电源装置等，因此很难应用在高温和高压的工况；2、由于该除尘及除硬系统无法在高温高压下工作，因此洗涤塔出来的灰水要逐步降温降压后，经过除尘后，在利用高速泵升压至洗涤塔压力进行回用，增加了设备和动力消耗；3、该装置无法在高温下除尘，因此在降温过程中也无法采用换热器进行换热冷却，从而只能采用闪蒸的办法进行降温和降压，大大增加的设备投资、占地面积和土建成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种处理煤气化灰水的系统和方法，减小占地面积、设备投资，降低能耗，解决固液分离的精度问题，并对资源进行循环利用。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种处理煤气化灰水的系统，包括依次连通的预处理区、固液分离区、间接冷却区和循环利用区；其中，

预处理区用于对灰水进行絮凝，输出混合水；

固液分离区用于对所述混合水进行固液分离，输出渗透侧清液；

间接冷却区用于对所述渗透侧清液进行间接换热冷却，包括高温高压冷却器和中温高压冷却器；所述高温高压冷却器的进口连通新鲜水进口及固液分离区的渗透侧清液出口，所述高温高压冷却器的出口连通循环利用区；所述中温高压冷却器的进口连通冷却水进口及高温高压冷却器的出口，所述中温高压冷却器的出口连通循环利用区；由固液分离区输出的渗透侧清液流经高温高压冷却器、中温高压冷却器间接换热冷却，输出低温高压水；

循环利用区用于对由所述高温高压冷却器和中温高压冷却器得到的水进行循环利用。

进一步地，所述预处理区有三个进口，分别为黑水、灰水和絮凝剂进口，黑水和灰水均匀混合后絮凝，输出混合水。

进一步地，所述固液分离区包括旋液分离器和高压错流过滤器，所述旋液分离器和所述高压错流过滤器串联连接；

旋液分离器的进口连通预处理区的混合水出口，旋液分离器的出口连通高压错流过滤器的进口；由预处理区输出的混合水进入旋液分离器，在旋液分离器内形成高速旋转流场，利用离心力对混合水中的固体微粒进行初步分离，输出溢流清液；

高压错流过滤器的进口连通旋液分离器的出口，高压错流过滤器的出口连通间接冷却区，所述溢流清液由旋液分离器进入高压错流过滤器错流过滤，通过分离溢流清液中的固体颗粒，输出渗透侧清液。

进一步地，所述旋液分离器包括多个旋流器，各个旋流器采用圆周并联排列；混合水进入旋液分离器后分别进入各个旋流器进口，在各个旋流器中进行旋液分离后汇集，输出溢流清液。

进一步地，所述高压错流过滤器由多根管式膜构成，每根管式膜与两端的封头相连接，且管式膜布置有用于截留细灰的微孔；所述溢流清液由旋液分离器进入高压错流过滤器的封头，而后进入各根管式膜，管式膜内水在压差的驱动下透过管式膜的微孔渗出并汇集，输出渗透侧清液。

进一步地，所述高温高压冷却器还设置有低压蒸汽出口；所述渗透侧清液与新鲜水间接换热冷却，新鲜水被加热成低压饱和蒸汽，通过所述低压蒸汽出口回收利用。

进一步地，所述循环利用区包括气液分离设备和灰水循环设备，所述气液分离设备和所述灰水循环设备并联连接；

气液分离设备的进口连通间接冷却区，以引入低温高压水，所述低温高压水由间接冷却区进入气液分离设备，得到低温循环水；

灰水循环设备的进口连通间接冷却区，以引入中温高压水，所述中温高压水由间接冷却区进入灰水循环设备，返回到洗涤塔作为洗涤水循环利用。

进一步地，所述系统还包括减压设备，所述中温高压冷却器与所述减压设备和所述气液分离设备依次连接。

进一步地，所述减压设备为液力透平。

同时，本发明还提供了一种处理煤气化灰水的方法，包括如下步骤：

在预处理区对灰水进行絮凝，输出混合水；

在固液分离区利用旋液分离器对混合水中的固体颗粒进行初步分离，随后通过高压错流过滤器进一步过滤固体颗粒，输出渗透侧清液；

在间接冷却区利用高温高压冷却器将高温高压的渗透侧清液与新鲜水进行换热冷却，输出中温高压水，随后通过中温高压冷却器将中温高压水与冷却水进一步换热冷却，输出低温高压水；

在循环利用区通过灰水循环设备将高温高压冷却器产生的一部分中温高压水返回到洗涤塔作为洗涤水循环使用；通过气液分离设备脱除低温高压水中的酸性气体和不凝气，并得到低温循环水；其中：

预处理区、固液分离区、间接冷却区和循环利用区依次连通。

进一步地，所述方法还包括，将高温高压的渗透侧清液与新鲜水进行换热冷却过程中产生的低压饱和蒸汽回收利用。

进一步地，所述方法还包括，在所述气液分离设备前设置减压设备，将高压低温水进行减压。

进一步地，所述在气液分离设备前设置减压设备，将低温高压水进行减压，包括，利用液力透平技术回收低温高压水的压力能。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种处理煤气化灰水的系统和方法，以高温高压冷却器与中温高压冷却器组合冷却的方式，代替了多级闪蒸工艺，减小了设备体积、占地面积，节省了60％左右的热量消耗；另外，在固液分离前对灰水进行混合絮凝的预处理，使固体颗粒增长到5μm以上，以及通过旋液分离器与高压错流过滤器的串联固液分离组合方式，解决了固液分离的精度问题，使间接换热冷却工艺中换热器的结垢和堵塞问题不复存在；同时，本发明的系统和方法还实现了对能源的循环利用，可以提供4mpa左右的循环动力，提高了能源的价值和利用品味。

附图说明

图1为本发明公开的处理煤气化灰水的工艺流程图

图2为本发明处理煤气化灰水的系统示意图

图3a为旋液分离器的主视图

图3b为旋液分离器的俯视图

图4为高压错流过滤器的结构示意图

图5为高温高压冷却器的结构示意图

图6为中温高压冷却器的结构示意图

附图标记：

1-黑水进口；2-灰水进口；3-絮凝剂溶液进口；4-混合水出口；5-底流浓浆出口；6-溢流清液出口；7-渗余侧浓浆出口；8-渗透侧清液出口；9-中温高压水出口；10-高压循环水进口；11-中温高压水进口；12-低温高压水出口；13-低温常压水出口；14-低温循环水出口；15-不凝气出口；16-新鲜水进口；17-低压饱和蒸汽出口；18-冷却水进口；19-冷却回水出口；20-溢流清液进口；21-混合水进口；22-中心管；23-旋流器；24-渗透侧清液进口

具体实施方式

此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本申请的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且与上面给出的对本申请的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本申请的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本申请。

图1为本发明公开的处理煤气化灰水的工艺流程图，如图1所示，本发明公开了一种处理煤气化灰水的系统，包括依次连通的预处理区、固液分离区、间接冷却区和循环利用区；其中，

预处理区用于对灰水进行絮凝，输出混合水；

固液分离区用于对所述混合水进行固液分离，输出渗透侧清液；

间接冷却区用于对所述渗透侧清液进行间接换热冷却，包括高温高压冷却器和中温高压冷却器；所述高温高压冷却器的进口连通新鲜水进口及固液分离区的渗透侧清液出口，所述高温高压冷却器的出口连通循环利用区；所述中温高压冷却器的进口连通冷却水进口及高温高压冷却器的出口，所述中温高压冷却器的出口连通循环利用区；由固液分离区输出的渗透侧清液流经高温高压冷却器、中温高压冷却器间接换热冷却，得到低温高压水；

循环利用区用于对由所述高温高压冷却器和中温高压冷却器得到的水进行循环利用。

结合图2所示的一种处理煤气化灰水的系统图，进一步地，预处理区设置有三个进口，分别为黑水进口1、灰水进口2和絮凝剂溶液进口3，有一个出口，为混合水出口4，该出口与固液分离区的旋液分离器进口连通。来自气化炉激冷室的黑水与合成气洗涤塔底部的灰水分别进入预处理区与絮凝剂溶液混合絮凝，使细灰颗粒增长到5μm以上，输出混合水。

进一步地，固液分离区包括旋液分离器和高压错流过滤器，旋液分离器和高压错流过滤器串联连接；

旋液分离器有一个进口和两个出口。进口为混合水进口，与预处理区出口连通；顶部出口为溢流清液出口6，与高压错流过滤器进口连通；底部出口为底流浓浆出口5。来自预处理区的混合水进入旋液分离器，在旋液分离器内形成高速旋转流场，利用离心力对混合水中的固体微粒进行初步分离，输出溢流清液。

高压错流过滤器有一个进口和两个出口。进口为溢流清液进口，与旋液分离器出口连通；两个出口分别为渗透侧清液出口8和渗余侧浓浆出口7，渗透侧清液出口8与高温高压冷却器进口连通。来自旋液分离器的溢流清液进入高压错流过滤器错流过滤，通过分离溢流清液中的固体颗粒，输出渗透侧清液。

优选地，如图3a及图3b所示，旋液分离器包括多个旋流器23，各个旋流器采用圆周并联排列。混合水由混合水进口21进入旋液分离器的中心管22后流入各个旋流器进口，在各个旋流器中进行旋液分离后汇集，得到溢流清液并通过溢流清液出口6输出，分离后的浓浆通过底流浓浆出口5排出。根据模拟和试验结果，采用多个旋流器圆周并联排列的旋液分离器特别适用于高温高压灰水的固液分离，对于大于5μm的固体微粒分离效率能够达到95％，减少进入高压错流过滤器的细灰量，增加错流过滤器的处理能力。

优选地，如图4所示，高压错流过滤器由多根陶瓷管式膜构成。每根陶瓷膜的内径为10mm，长度为1～2米，采用三角形或正方形布置，陶瓷膜与两端的封头相连接，且管式膜布置有用于截留细灰的微孔。溢流清液由溢流清液进口20进入高压错流过滤器的封头，而后进入各根陶瓷管式膜，管式膜内水在压差的驱动下透过管式膜的微孔渗出并汇集，得到渗透侧清液并通过渗透侧清液出口8输出；被管式膜截留的细灰，则使液体中的固体浓度上升形成浓浆，浓浆在过滤器的另一端封头汇集并通过渗余侧浓浆出口7排出。反冲洗时，关闭溢流清液进口20，反冲液自渗透侧清液出口8进入，反冲液在反向压差的作用下，自管式膜外渗入膜内，达到冲洗滤饼的作用，冲洗后的浓浆自渗余侧浓浆出口7排出。

结合图2，进一步地，间接冷却区包括高温高压冷却器和中温高压冷却器。高温高压冷却器有两个进口和一个出口。高温高压冷却器的进口分别为渗透侧清液进口和新鲜水进口16，其中渗透侧清液进口与固液分离区的渗透侧清液出口8连通；高温高压冷却器的出口为中温高压水出口9。来自固液分离区的渗透侧清液进入高温高压冷却器与新鲜水间接换热冷却，输出中温高压水。

中温高压冷却器有两个进口和两个出口。中温高压冷却器的进口分别为中温高压水11进口与冷却水进口18，其中中温高压水进口11与高温高压冷却器的中温高压水出口9连通；中温高压冷却器的出口分别为低温高压水出口12与冷却回水出口19。来自高温高压冷却器的中温高压水通过与冷却水进一步间接换热冷却，输出低温高压水。

优选地，高温高压冷却器还设置有低压饱和蒸汽出口17，所述渗透侧清液与新鲜水间接换热冷却，新鲜水被加热成低压饱和蒸汽，通过该低压饱和蒸汽出口回收利用。

优选地，如图5所示，高温高压冷却器为釜式再沸器，管程为u形管设计。渗透侧清液由封头的渗透侧清液进口24进入换热器管程，新鲜水由壳程的新鲜水进口16进入换热器壳程。渗透侧清液与新鲜水进行间接换热冷却，得到中温高压水并通过管程的中温高压水出口9输出；新鲜水则被加热发生相变，得到低压饱和蒸汽并通过壳程的低压饱和蒸汽出口17回收利用。

优选地，如图6所示，中温高压冷却器为单管程管壳式换热器。其中中温高压水进口11和低温高压水出口12为管程进出口，分别与换热器两端封头相连；冷却水进口18和冷却回水出口19为壳程进出口，分别与换热器壳程相连。来自高温高压冷却器的中温高压水由中温高压水进口11进入换热器管程，冷却水由冷却水进口18进入换热器壳程。中温高压水与冷却水进行间接换热冷却，得到低温高压水并通过管程的低温高压水出口12输出；冷却水则被加热，得到冷却回水并通过壳程的冷却回水出口19排出。

继续结合图2，进一步地，循环利用区包括气液分离设备和灰水循环设备。气液分离设备有一个进口，两个出口，分别为低温高压水进口，不凝气出口15和低温循环水出口14，其中低温高压水进口与中温高压冷却器出口连通。来自中温高压冷却器的低温高压水通过气液分离设备，脱除溶于水中的酸性气体和不凝气，并得到低温循环水。

灰水循环设备有一个进口和一个出口，分别为高压循环水进口10和洗涤塔洗涤水出口。其中，高压循环水进口10与高温高压冷却器中温高压水9出口连通。来自高温高压冷却器的中温高压水经过灰水循环设备后返回洗涤塔作为洗涤水循环使用。

优选地，所述气液分离设备前可设置减压设备，所述减压设备有一个进口，一个出口，低温高压水进口与中温高压冷却器的低温高压水出口12连通，低温常压水出口13与气液分离装置的进口连通。来自中温高压冷却器的低温高压水通过减压设备减压，以方便酸性气体和不凝气逸出。

优选地，所述减压设备为液力透平，利用液力透平将高压低温水中的余压回收。

本发明处理煤气化灰水的方法可以通过上述系统实现。

以下以本发明的系统的工作流程，以及相应的有益效果对本发明实施例的系统和方法进行详细说明，

本发明具体操作的流程如下：

来自气化炉激冷室的流量为154.8t/h，固体含量为3.65t/h的黑水与来自合成气洗涤塔底部的流量为18.27t/h，固体含量为1.76t/h的灰水分别进入预处理区与絮凝剂溶液混合絮凝，使细灰颗粒增长到5μm以上，输出混合水。

来自预处理区的混合水进入旋液分离器进行初步分离，分离后流量为0.9t/h，固体含量为5.15t/h的底流浓浆排出；流量为172.1t/h，固体含量为0.25t/h的顶部溢流清液进入高压错流过滤器。

顶部溢流清液经过高压错流过滤器的进一步错流过滤后，流量为11.4t/h，固体含量为0.25t/h的渗余侧浓浆排出；流量为160.7t/h的渗透侧清液进入高温高压冷却器冷却。

进入高温高压冷却器的大约220℃高温高压的渗透侧清液通过与流量为18t/h的30℃左右的新鲜水间接换热冷却，得到150℃左右的中温高压水，而新鲜水则被加热成160℃左右的低压饱和蒸汽，供厂区使用。冷却后的流量为145t/h的中温高压水经过灰水循环设备后返回洗涤塔做洗涤水循环使用；流量为15.7t/h的中温高压水则进入中温高压冷却器。

进入中温高压冷却器的中温高压水通过与流量为10t/h的冷却水进一步间接换热冷却，冷却至58℃左右，得到低温高压水。

随后低温高压水经过减压设备减压至0.1mpa后，再进入气液分离设备脱除酸性气体和不凝气后作为低温循环水使用。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。