一种粗煤气净化及余热回收利用系统及方法与流程

本发明涉及分离作业和能量回收工程技术领域，具体涉及一种粗煤气净化及余热回收利用系统及方法。

背景技术：

目前煤炭在能源及化工领域的应用越来越受到重视，以煤为原料生产煤气是一种清洁、高效利用煤炭的方式。现在以煤为原料制取煤气(CO+H2)所采用的工艺主要有：煤炭经过粉碎至200目以下，然后与气化剂混合进入气化炉气化，其中在气化炉出口由粗煤气带出的细灰(其中为发生气化的残炭含量有15％-20％)经过污水洗涤、浓缩、压滤等操作后，以煤泥形式堆积。部分工厂晾晒后倒运至电厂流化床锅炉燃烧。有些工厂甚至直接将这部分细灰作为工业废料处理。在这处理过程中，由于洗涤煤气，产生大量的工业污水，并且有大量固体废料，产生严重的环境污染。煤粉的处理工艺复杂，煤泥水处理设施、设备多，运行成本高，投资大。

另外，粗煤气在离开气化炉时的温度一般高达1100℃左右，由于气化炉出口处的粗煤气带有大量的细灰，其中的低位热能难以被回收利用，造成了很大的能源浪费。

因此，有必要提供一种新型的粗煤气净化及余热回收利用的系统及方法，以克服上述缺点。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种粗煤气净化及余热回收利用系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明第一方面，提供一种粗煤气净化及余热回收利用系统，包括第一煤气烟道，其连接在气化炉的出口处；第一换热器，其连接于所述第一煤气烟道的后端；余热锅炉，其通过第二煤气烟道与所述第一换热器的出口端相连；布袋除尘装置，其通过第三煤气烟道与所述余热锅炉的出口端相连；第二换热器，其连接于所述布袋除尘装置的后端；汽包，所述汽包分别与第二换热器和余热锅炉相连；混合器，其连接于所述汽包与所述第一换热器之间。

优选的，所述第一换热器上设有至少一个驰放气入口，通过管道与驰放气源相连。

优选的，所述混合器上设有至少一个纯氧入口，通过管道与纯氧源相连。

优选的，所述第二换热器上设有至少一个入脱盐水入口。

优选的，所述布袋除尘装置至少为两个，以并联的方式连接于所述余热锅炉和所述第二换热器之间。

进一步的，上述粗煤气净化及余热回收利用系统，还包括粉煤灰收集器，所述粉煤灰收集器分别与气化炉和布袋除尘装置相连。

根据本发明的第二方面，提供一种利用上述系统对粗煤气进行净化及余热回收利用的方法，步骤如下：

(1)气化炉产生的粗煤气经第一煤气烟道进入到第一换热器中，用驰放气、H2O/O2混合气体回收粗煤气中的废热，经升温后的驰放气、H2O/O2混合气体进入到气化炉中参与气化反应；

(2)粗煤气经第一换热器换热后，在第一换热器的出口处的温度为700-900℃，然后进入到余热锅炉中进一步回收废热，在余热锅炉中产生低压蒸汽在混合器内与纯氧进行混合，再进入到第一换热器中进行预热；

(3)粗煤气在余热锅炉出口处的温度为200-240℃，进入布袋除尘装置除尘，收集布袋除尘装置产生的细灰；

(4)经布袋除尘后的煤气进入到第二换热器中，利用脱盐水回收煤气中的废热，升温后的脱盐水进入到余热锅炉中，用以产生低压蒸汽；净化后的煤气由第二换热器处排出，其温度为30-40℃，含尘量不高于5mg/Nm³。

进一步的，将步骤(3)中收集的布袋除尘装置产生的细灰，连同气化炉中气化后产生的粉煤灰，采用粉煤灰收集器进行收集，作为制取粗煤气的原料，以煤气为媒介，采用气力输送的方式输送至气化炉中。由于粉煤灰本身是粉煤已经部分参与气化反应后的残余物，粉煤灰挥发性低、碳含量低，在该状态下，与粉煤掺杂气化时，粉煤灰无法充分参与反应，较多的粉煤灰仍会保持未气化状态通过煤气带出，因此不仅导致粉煤灰的回收利用率低，而且导致粉煤灰循环使用过程中的额外能源消耗；因此，本发明采用以粉煤灰作为气化炉气化制取合成气的主要原料，并不与粉煤进行掺杂气化；另外，采用(粗)煤气输送，可以保证在粉煤灰挥发性低、碳含量低的状态下充分参与气化反应。

进一步的，升温后的驰放气、H2O/O2混合气体在气化炉中进行气化反应时，驰放气在气化炉的下部不参与反应，当气化炉的上部温度达到1350-1400℃时，驰放气利用粗煤气废热发生甲烷重整反应。

驰放气发生的甲烷重整反应包括：

CH4+CO2＝2CO+2H2△H＝24713kJ/mol；

CH4+H2O＝CO+3H2△H＝20613kJ/mol；

CH4+1/2O2＝CO+2H2△H＝-3516kJ/mol。

进一步的，气化反应后，采用液态排渣的方式排渣。

进一步的，通过调整气化炉入口处的H2O/O2比、O2/煤灰比来控制气化炉中的燃烧反应温度；通过调整驰放气/煤灰比来控制气化炉出口处粗煤气的温度，使粗煤气的温度≥1050℃。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用布袋除尘装置对粗煤气进行净化除尘，在除尘之前经过两次换热利用，降低了布袋除尘器入口处的粗煤气的温度，使除尘效率得到极大提高，除尘过程不产生废水；并且可以在后道工序中利用脱盐水进一步的回收除尘后的煤气中的低位废热，极大的减少了能源的浪费，粗煤气的余热回收利用最高可达99％以上。

(2)经本发明的系统净化后的煤气，可以使煤气中的含尘量不高于5mg/Nm³，除尘效果稳定。

(3)本发明的系统还可以对生产过程中的驰放气进行充分利用，并且利用高残碳粉煤灰中的热量进行非催化转化反应。

附图说明

图1：本发明的粗煤气净化及余热回收利用系统结构示意图。

其中，1-第一煤气烟道，2-第一换热器，3-第二煤气烟道，4-余热锅炉，5-第三煤气烟道，6-布袋除尘装置，7-第二换热器，8-汽包，9-混合器，10-气化炉，11-粉煤灰收集器，12-气化炉喷嘴I，13-气化炉喷嘴II。

具体实施方式

结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1：粗煤气净化及余热回收利用系统

本发明的粗煤气净化及余热回收利用系统，其结构如图1所示，包括第一煤气烟道1，其连接在气化炉10的出口处；第一换热器2，其连接于所述第一煤气烟道1的后端；余热锅炉4，其通过第二煤气烟道3与所述第一换热器2的出口端相连；布袋除尘装置6，其通过第三煤气烟道5与所述余热锅炉4的出口端相连；第二换热器7，其连接于所述布袋除尘装置6的后端；汽包8，所述汽包8分别与第二换热器7和余热锅炉4相连；混合器9，其连接于所述汽包8与所述第一换热器2之间。

其中，第一换热器2上设有一个驰放气入口，通过管道与驰放气源相连。所述混合器9上设有一个纯氧入口，通过管道与纯氧源相连。所述第二换热器7上设有一个入脱盐水入口。所述布袋除尘装置6为两个，以并联的方式连接于所述余热锅炉4和所述第二换热器7之间。

布袋除尘器6产生的细灰被送入至粉煤灰收集器11中，所述粉煤灰收集器11还与气化炉10相连。

实施例2：利用实施例1的系统进行粗煤气净化及余热回收利用的方法

利用实施例1的系统对粗煤气净化及余热回收利用，其具体步骤如下：

首先将气化炉产生的粗煤气经第一煤气烟道1进入到第一换热器2中，用驰放气、H2O/O2混合气体回收粗煤气中的废热，经升温后的驰放气、H2O/O2混合气体进入到气化炉10中参与气化反应；通过调整气化炉10的入口处(气化炉喷嘴I 12和气化炉喷嘴II 13)的H2O/O2比、O2/煤灰比来控制气化炉10中的燃烧反应温度；通过调整驰放气/煤灰比来控制气化炉10出口处粗煤气的温度，使粗煤气的温度≥1050℃；进行气化反应时，驰放气在气化炉10的下部不参与反应，当气化炉10的上部温度达到1350-1400℃时，驰放气利用粗煤气废热发生甲烷重整反应。

粗煤气经第一换热器2换热后，在第一换热器2的出口处的温度为700-900℃，然后进入到余热锅炉4中进一步回收废热，在余热锅炉4中产生低压蒸汽在混合器9内与纯氧进行混合，再进入到第一换热器2中进行预热；

粗煤气在余热锅炉4出口处的温度为200-240℃，进入布袋除尘装置6除尘，收集布袋除尘装置6产生的细灰；将收集的布袋除尘器6产生的细灰送至粉煤灰收集器11中，连同气化炉11中气化反应后产生的粉煤灰作为制取粗煤气的原料，以煤气为媒介，采用气力输送的方式输送至气化炉中，进行气化反应，气化反应后采用液态排渣的方式进行排渣。

经布袋除尘后的煤气进入到第二换热器7中，利用脱盐水回收煤气中的废热，升温后的脱盐水进入到余热锅炉4中，用以产生低压蒸汽；净化后的煤气由第二换热器7处排出，其温度为30-40℃，含尘量不高于5mg/Nm³。

应用例：

以一台产能为40000标立/小时的煤制气化炉为例，采用原来的余热回收系统可副产1.3MPaG的蒸汽23.5吨/小时，并产生工业污水约710吨/小时，并产生有大量的固体废料。

将余热回收系统按照图1的流程进行重新设计后，可以副产1.3MPaG的蒸汽28.6吨/小时，经净化后排出的煤气温度为30℃，含尘量不高于5mg/Nm³，粗煤气余热的回收利用率可达99.5％。

整个除尘净化过程不产生废水，粉煤灰气化后全部以液态渣的形式排出，不产生其他固体废物。