煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统的制作方法

1.本发明属于煤气化技术领域，更具体地说，是涉及煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统。


背景技术：

2.煤炭作为我国的三大石化能源之一，主要应用于民用燃料、发电、化工、工业燃料等重要领域。“富煤缺油少气”是我国能源的基本特点，煤炭作为重要的燃料和化工原料在我国国民经济发展过程中发挥着极其重要的作用。
3.煤气化是指煤在特定的设备(如粉煤灰气化炉)内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽、空气或氧气等)发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有co、h2、ch4等可燃气体和co2等非可燃气体的过程。煤气化产生的气体主要用于工业燃料、民用燃料、化工合成、冶金还原气、联合循环发电燃气、煤炭气化燃料电池、煤炭气化制氢以及煤炭液化气源等。
4.煤化工领域的煤气化技术，主要采用气流床气化技术，该技术典型代表是水煤浆气化技术和粉煤气化技术；上述两种工艺均涉及水激冷过程，目的是用水冷却粗合成气并去除其中的灰分，使粗合成气去后续工序时达到一定的温度和洁净度。水激冷过程会产生大量的高温高压(温度150-250℃、压力4.0-6.5mpa)黑灰水，黑灰水固含量大(约3-12wt.％)，对管道及阀门堵塞、磨损严重，影响黑水系统装置正常运行，严重时造成紧急停车检修，给设备安全运行造成严重的隐患；而黑灰水需要处理后返回至粉煤气化炉中循环再利用，处理黑灰水的任务是除去系统中黑灰水的灰分。
5.现阶段，传统黑灰水处理方法是将粉煤灰气化炉排出的高温高压黑灰水经三级闪蒸(三级闪蒸过程为高压闪蒸、低压闪蒸和真空闪蒸)后进入沉降槽，沉降槽中加入絮凝剂使得黑灰水分层，下层浊液的粉煤灰浆作为废弃物外排，上层清液(以下简称灰水)进入灰水槽；灰水由灰水槽经泵打出，须先经过闪蒸产生的蒸汽复热后才能进入粉煤灰气化炉循环再利用。
6.传统方法黑灰水处理工艺存在以下缺点：
7.1)能耗高。多级闪蒸造成热能损失；
8.2)资源浪费。粉煤灰浆直接外排既污染环境，又浪费资源。
9.3)占地面积大、投资大。高温黑灰水需要多级闪蒸才能降温，增加设备数量；系统流程长，使得管道、仪表及土建等采购和建设费用投资增加；
10.4)工艺不稳定，出现异常停车，影响气化炉长周期运行，检维修频繁。高温黑灰水在多级闪蒸过程，由于温度降低和酸性气体的逸出使溶解盐类析出造成后续设备结垢，影响设备长周期运行。


技术实现要素：

11.基于上述技术问题，本发明提供煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统，其
能够减少热量损失，提高水资源利用率，实现粉煤灰浆回收再利用，减小占地面积，减少投资，减少检维修次数。
12.本发明提供煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统，其中，煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统包括：
13.分离装置，所述分离装置包括壳体、设置在所述壳体内部的过滤单元及设置在所述壳体外部的反冲洗管路；所述壳体上设有引入黑灰水的入口管路和引入补偿液的补偿液管路；
14.所述过滤单元包括若干个滤芯，所述滤芯的上端均并联与排管连通，所述排管的开口端伸至所述壳体的外部，所述排管与所述反冲洗管路并联且连通，所述滤芯用于过滤黑灰水并分离出粉煤灰浆和滤清液，所述排管用于排出所述滤清液，所述粉煤灰浆留存在所述壳体内；
15.锁斗，所述锁斗与所述壳体连通，用于收集所述粉煤灰浆；
16.滤清液储罐，所述滤清液储罐与所述排管的开口端连通，用于收集滤清液；所述滤清液储罐还设有第一出口和第二出口，所述第一出口用于与所述反冲洗管路连通，所述第二出口用于与粉煤灰气化炉连通；
17.浓浆回收处理装置，与所述锁斗连通，用于处理回收粉煤灰浆。
18.在上述的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统中，优选的，所述黑灰水入口管路和所述补偿液管路并联。
19.在上述的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统中，优选的，所述排管上设有第一阀门，所述反冲洗管路上设有第二阀门。
20.在上述的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统中，优选的，所述壳体和所述锁斗之间设有第三阀门，所述锁斗上设有还设有泄压口。
21.在上述的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统中，优选的，还包括增压管路，所述增压管路与所述锁斗连通，用于向所述锁斗内注入所述黑灰水。
22.在上述的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统中，优选的，所述浓浆回收处理装置包括固液分离单元和干燥单元，所述固液分离单元与所述锁斗连通，用于粉煤灰浆除湿；所述干燥单元与所述固液分离单元连接，用于干燥所述粉煤灰浆。
23.在上述的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统中，优选的，所述浓浆回收处理装置还包括中转单元，所述中转单元与所述锁斗连接，用于存储所述粉煤灰浆；所述中转单元还与所述固液分离单元连接，用于向所述固液分离单元注入所述粉煤灰浆。
24.在上述的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统中，优选的，所述固液分离单元为离心机、框板压滤机、水平式过滤机、真空转鼓过滤机或叠片过滤机中的一种或多种组合。
25.在上述的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统中，优选的，还包括清洗液罐，用于储存清洗液，所述清洗液罐上还设有第一管路和第二管路，所述第一管路与所述壳体连通，用于向所壳体内注入清洗液，所述第二管路与所述壳体连通，用于将清洗后的液体引回至所述清洗液罐中。
26.所述滤芯材料可为烧结金属粉末微孔材料、烧结金属多层丝网材料、烧结金属毡材料或缠绕楔形丝管材料。
27.本发明提供的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统，缩减了黑灰水处理流程，摒弃了黑灰水需要闪蒸、冷凝等设备的投资，与现有技术相比，本发明黑灰水处理流程简单，不但省掉了结垢、腐蚀严重的闪蒸工序，缩减占地面积、减小投资，同时黑灰水不用降温处理，充分提高了热能利用率；黑灰水过滤后得到的粉煤灰浆通过浓浆回收处理装置得以循环再利用，降低经济成本，节约资源；通过补偿液管路中的补偿液可防止黑灰水蒸发，从而避免分离装置内部大面积结垢，增加设备使用寿命，延长系统运行周期，降低检维修次数。与现有技术相比，本发明中滤清液始终保持高温高压，没有热能损失，用于返回粉煤灰气化炉的一部分滤清液无需先经过闪蒸产生的蒸汽复热，就可直接进入粉煤灰气化炉循环再利用，另一部分滤清液可用于分离装置的反冲洗液，既提高水资源利用率，又提高热能利用率。
附图说明
28.图1为本发明实施例提供的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统连接关系的示意图；
29.图中：1、壳体；2、反冲洗管路；3、黑灰水入口管路；4、补偿液管路；5、滤芯；6、排管；7、锁斗；8、滤清液储罐；9、浓浆回收处理装置；10、第一阀门；11、第二阀门；12、第三阀门；13、泄压口；14、增压管路；15、固液分离单元；16、干燥单元；17、中转单元；18、清洗液罐；19、第一管路；20、第二管路；21、第一增压泵；22、第二增压泵；23、第三增压泵；24、黑灰水；25、低温低压水；26、滤请液；27、第四阀门；28、第五阀门；29、第六阀门；30、第七阀门；31、第八阀门；32、第九阀门；33、第十阀门；34、第十一阀门；35、第十二阀门；36、第十三阀门；37、第十四阀门；38、第十五阀门。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.图1为本发明实施例提供的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统连接关系的示意图。
32.如图1所示，本发明实施例提供煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统，分离装置，所述分离装置包括壳体1、设置在所述壳体1内部的过滤单元及设置在所述壳体1外部的反冲洗管路2；所述壳体1上设有引入黑灰水24的入口管路3和引入补偿液的补偿液管路4；
33.所述过滤单元包括若干个滤芯5，所述滤芯5的上端均并联与排管6连通，所述排管6的开口端伸至所述壳体1的外部，所述排管6与所述反冲洗管路2并联且连通，所述滤芯5用于过滤黑灰水并分离出粉煤灰浆和滤清液26，所述排管6用于排出所述滤清液26，所述粉煤灰浆留存在所述壳体1内；
34.锁斗7，所述锁斗7与所述壳体1连通，用于收集所述粉煤灰浆；
35.滤清液储罐8，所述滤清液储罐8与所述排管6的开口端连通，用于收集滤清液26；
所述滤清液储罐8还设有第一出口和第二出口，所述第一出口用于与所述反冲洗管路2连通，所述第二出口用于与粉煤灰气化炉连通；
36.浓浆回收处理装置9，与所述锁斗7连通，用于处理回收粉煤灰浆。
37.优选的，所述排管上设有第一阀门10，所述反冲洗管路上设有第二阀门11。所述壳体1和所述锁斗7之间设有第三阀门12，所述锁斗7上还设有泄压口13。
38.优选的，还包括增压管路14，所述增压管路14与所述锁斗7连通，用于向所述锁斗7内注入所述黑灰水。利用黑灰水的高温高压，即可给锁斗7进行增压增温，提高能量利用率，而且高效快捷。
39.优选的，所述浓浆回收处理装置9包括固液分离单元15和干燥单元16，所述固液分离单元15与所述锁斗7连通，用于将所述粉煤灰浆分离为粉煤灰与液体；所述干燥单元16与所述固液分离单元15连接，用于干燥所述粉煤灰。为了使粉煤灰浆回收利用率提高，可利用先分离后干燥的工序，争取最大程度的减少粉煤灰中水分的含量。
40.优选的，所述浓浆回收处理装置9还包括中转单元17，所述中转单元17与所述锁斗7连接，用于存储所述粉煤灰浆；所述中转单元17还与所述固液分离单元15连接，用于向所述固液分离单元15注入所述粉煤灰浆。中转单元17延长了生产周期，相当于一个中转站，一般为罐体即可，
41.优选的，所述固液分离单元15为离心机、框板压滤机、水平带式过滤机、真空转鼓过滤机或叠片过滤机中的一种或多种组合。以上设备分离效果都不错，可根据具体的工况进行选择或组合使用。
42.优选的，还包括清洗液罐18，用于储存清洗液，所述清洗液罐18上还设有第一管路19和第二管路20，所述第一管路19与所述壳体1连通，用于向所壳体1内注入清洗液，所述第二管路20与所述壳体1连通，用于将清洗后的液体引回至所述清洗液罐18中。其他阀门分别设置在对应的管路上，具体对应关系可参照图1，再此不再赘述。
43.滤芯5材料可为烧结金属粉末微孔材料、烧结金属多层丝网材料、烧结金属毡材料或缠绕楔形丝管材料中的任一种，可根据现场实际情况选择适合工况的材料。
44.需要说明的是，如图1所示，本发明实施例提供的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统采用的主要设备：
45.此处分离装置为高压分离装置：为一台或多台并联，分离装置内选用常规的烧结滤芯,具有全自动过滤及反冲洗功能；分离装置还可为悬液(旋流)分离器，都属于现有技术；
46.锁斗7、滤清液储罐8及浓浆回收处理装置9均采用的是公知设备，是本领域技术人员知晓的。
47.连接关系如下：
48.来自粉煤灰气化炉的黑灰水24通过黑灰水入口管路3进入分离装置，第六阀门29控制黑灰水流量大小，与此同时经补偿液管路4向分离装置排入补偿液，第七阀门30控制补偿液流量。若高温高压黑灰水直接排入分离装置，黑灰水降温较大出现蒸发，出现黑灰水中溶解盐类析出造成后续设备结垢现象，为了避免上述情况发生，本实施例采用方法为：黑灰水入口管路3和补偿液管路4采用并联形式，即在黑灰水24和补偿液进入分离装置之前就使得二者混合。
49.黑灰水24进入分离装置后，由滤芯5外部进入其内部，通过滤芯5将一定粒径的灰分阻隔在滤芯5外壁上(滤芯5过滤灰分粒径的大小可根据现场实际需要选定滤芯5的过滤精度来实现)；进入滤芯5内的液体，即为滤清液26；滤清液26由经排管6进入滤清液储罐8，为了方便安装和维修拆卸，在排管6与滤清液储罐8之间可设有带法兰的连接管道；滤清液储罐8中少部分滤清液26经反冲洗管路2到达滤芯5内部进行反冲洗，此时第四阀门27为关闭状态，需要说明的是，反冲洗管路2设有第一增压泵21，滤清液储罐8中大部分滤清液26通过第二增压泵22排入粉煤灰气化炉(图1中未显示)循环使用；单台分离装置可同时进行过滤和反冲洗操作，在排管6上设有第一阀门10，反冲洗管路2上设有第二阀门11，通过切换第一阀门10和第二阀门11的开启或关闭来实现上述功能,节约经济成本和占地面积；当然，根据实际生产需要，分离装置也可为多台，多台分离装置为并联关系。
50.阻隔在滤芯5外壁上的灰分为粉煤灰浆，粉煤灰浆经过反冲会自由沉降到锁斗7中，当锁斗7内部的粉煤灰浆达到一定量后，关闭在壳体1和锁斗7之间设有的第三阀门12，阻隔壳体1内部的粉煤灰浆继续向锁斗7内排入，打开泄压口13泄压后，再打开第十三阀门36，将粉煤灰浆排入浓浆回收处理装置9中进行后续处理；当锁斗7内部的粉煤灰浆排完，需要重新与壳体1连通时，关闭第十三阀门36，打开第十二阀门35，从增压管路14先排入低温低压水25进行充满锁斗7，低温低压水25到达规定液位后，停止向锁斗7内排入低温低压水25，再向锁斗7排入黑灰水24，目的是利用黑灰水24的高温高压对锁斗7进行增温增压，当锁斗7内的压力达到所需压力后，打开第三阀门12重新与壳体1连通，如此循环向锁斗7内排入粉煤灰浆；
51.排入浓浆回收处理装置9后的粉煤灰浆，依次通过固液分离单元15及干燥单元16，固液分离单元15与锁斗7连通，用于粉煤灰与液体分离，其中固液分离单元15可以为离心机、框板压滤机、水平带式过滤机、真空转鼓过滤机或叠片过滤机中的一种或多种组合，具体的根据现场实际情况而定；干燥单元16与固液分离单元15连接，当进行干燥固液分离单元15中的粉煤灰时，打开第十五阀门38进行干燥工作。为实现上述操作的连续性，提高工作效率，需要在锁斗7与固液分离单元15之间增设中转单元17，中转单元17分别与锁斗7与固液分离单元15通过管路连接，在各自的连接管路上分别设置第十三阀门36与第十四阀门37，方便操作。
52.需要说明的是，当壳体1需要进行彻底的化学清洗时，需分别关闭第一阀门10、第三阀门12、第八阀门31及第十一阀门34，分别打开第五阀门28、第二阀门11及第四阀门27，使得清洗液罐18与壳体1之间形成一个供清洗液循环的回路，通过第三增压泵23将清洗液排入壳体1中进行化学清洗。
53.具体工作过程：
54.过滤前准备工作：打开第七阀门30、第三阀门12、第一阀门10、第十二阀门35，通过增压管路14使低温低压水25依次充满锁斗7、壳体1及滤清液储罐8；
55.系统增压过程：打开第六阀门29，黑灰水24经增压管路14依次排入锁斗7、壳体1及滤清液储罐8，对整个系统进行增压；
56.黑灰水24连续过滤：打开第六阀门29，黑灰水入口管路3中排入黑灰水24，与此同时补偿液管路4中排入低温低压水25，使得黑灰水24与低温低压水25按照一定比例混合后，排入壳体1内腔；当壳体1和锁斗7内的压力逐渐升高时，排管6开始排出高压高温的滤清液
26，滤清液26排入滤清液储罐8中；滤清液储罐8中的滤清液26分为两种用途，一种用于返回前段工序中的粉煤气化炉中循环利用，在不失压失温的情况下实现连续过滤；另一种作为分组反冲洗再生液体，通过反冲洗管路2从滤芯5内部进行定期反冲洗再生操作，具体操作方法为：关闭第十一阀门34、第三阀门12、第四阀门27及第一阀门10，打开第二阀门11、第八阀门31，一部分滤请液26通过第一增压泵21打入排管6，实现对滤芯5内部进行定期反冲洗再生操作。
57.定期关闭锁斗7，泄压排出粉煤灰浆：运行到一定时间后，即锁斗7内的粉煤灰浆含量较高时，将第三阀门12关闭，通过泄压口13进行泄压操作，泄压完全后，打开第十三阀门36，向锁斗7内排入低压低温水25，对锁斗7内的粉煤灰浆进行反冲洗操作，目的是快速高效的将锁斗7内的粉煤灰浆外排至中转单元17中，此时排出的粉煤灰浆固含量约为30-40％；关闭第十三阀门36，通过增压管路14向锁斗7排入低温低压水25进行补满，当低温低压水25充满锁斗7时，关闭第七阀门30；打开第六阀门29，向锁斗7引入黑灰水24进行增压，达到设定压力值后，打开第三阀门12，重新与壳体1进行连通并恢复向锁斗7排粉煤灰浆。
58.粉煤灰浆回收再利用：将中转单元17中的粉煤灰浆排入固液分离单元15中，将粉煤灰浆进行固液分离得到粉煤灰和液体，液体可直接外排或根据现场实际情况进行处理；经检测，若粉煤灰含碳量约为20-30％，则可直接用于流化床锅炉或粉煤锅炉与煤炭掺烧，若粉煤灰含碳量约为小于20％，则需进行干燥处理，即将含碳量为小于20％的粉煤灰排入干燥单元16中进行干燥处理，进一步减少粉煤灰中的水分含量后，经检测粉煤灰的含碳量约为20-30％，再将其用于流化床锅炉或粉煤锅炉与煤炭掺烧。粉煤灰还有其他用途，如其可用于卫生间回填，其质轻、易夯实、吸味，有效的解决了卫生间有异味的问题。本发明将粉煤灰浆经过处理后，得到可再次利用的炭渣，而炭渣既能作为二次材料再利用，还能对环保有好处，降低经济成本，提高能源利用率，实现能源回收再利用；而在现有技术中黑灰水处理过程，粉煤灰浆是直接当做垃圾进行处理的。
59.定期进行化学清洗操作：达到设定的压差值后，关闭第六阀门29与第七阀门30，停止向壳体1中排入黑灰水24和低温低压水25，壳体1进行泄压放空完成后，关闭第一阀门10、第三阀门12、第八阀门31及第十一阀门34，分别打开第五阀门28、第二阀门11及第四阀门27，使得清洗液罐18与壳体1之间形成一个供清洗液循环的回路，通过第三增压泵23将清洗液排入壳体1中进行离线化学清洗，清洗后的清洗液可返回至清洗液罐18中循环利用。
60.本发明提供的煤气化黑灰水能量回收及粉煤灰再利用系统，缩减了黑灰水处理流程，摒弃了黑灰水需要闪蒸、冷凝等设备的投资，与现有技术相比，本发明黑灰水处理流程简单，不但省掉了结垢、腐蚀严重的闪蒸工序，缩减占地面积、减小投资，同时黑灰水不用降温处理，充分提高了热能利用率；黑灰水过滤后得到的粉煤灰浆通过浓浆回收处理装置得以循环再利用，降低经济成本，节约资源；通过补偿液管路中的补偿液可防止黑灰水蒸发，从而避免分离装置内部大面积结垢，增加设备使用寿命，延长系统运行周期，降低检维修次数。与现有技术相比，本发明中滤清液始终保持高温高压，没有热能损失，用于返回粉煤灰气化炉的一部分滤清液无需先经过闪蒸产生的蒸汽复热，就可直接进入粉煤灰气化炉循环再利用，另一部分滤清液可用于分离装置的反冲洗液，既提高水资源利用率，又提高热能利用率。
61.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。