一种固定床气化装置的制作方法

1.本实用新型涉及固定床气化技术领域，特别是涉及一种固定床气化装置。


背景技术：

2.固定床(也称移动床)气化炉是最古老煤气化设备，它具有技术成熟、设备可靠，生产操作灵活，煤转化过程热效率高等特点。尽管现代煤气化技术在原料、环保等多方面具有先进性，固定床气化仍然有其适当的应用前景，尤其在采用熔渣排灰即使后，固定床气化在加压条件下的处理能力显著提高，而且环保特性有所改善。固定床气化炉原料准备简单，高甲烷产率高附加值的焦油副产品，高热效率，是与其它技术相比的重要特点，特别是明显的低氧气消耗，使其在煤气化联合循环发电领域的应用具有特殊的吸引力。
3.但是由于其自身特点限制，固定床气化过程中，煤气中含有大分子有机物，尽管采用无烟煤为原料，生成的煤气水仍然含有有机质，后续需要复杂过程进行处理后，才能达到排放标准。因此，有必要对目前的固定床气化装置进行改进。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型提供一种固定床气化装置，其结构简单，煤气化过程实现水的零排放。
5.本实用新型采用的技术方案是：
6.一种固定床气化装置，包括气化炉本体，所述气化炉本体顶端设有热煤气出口，所述气化炉本体底端设有灰渣排出口，还包括换热组件、过滤组件和增湿组件，所述换热组件和所述增湿组件分别与所述气化炉本体连接，所述过滤组件与所述换热组件连接。
7.对上述技术方案的进一步改进为，还包括高温汽提组件和有机物回收组件，所述高温汽提组件分别与所述增湿组件和所述气化炉本体连接，所述有机物回收组件与所述增湿组件连接。
8.对上述技术方案的进一步改进为，还包括煤气初级冷却器，所述煤气初级冷却器分别与所述气化炉本体和所述换热组件连接。
9.对上述技术方案的进一步改进为，所述换热组件包括换热器，所述换热器设有冷却水进口、冷却水出口、煤气进口、煤气出口和冷凝水出口，所述煤气进口与所述气化炉本体和所述过滤组件连接，所述冷凝水出口与所述过滤组件连接，所述冷却水进口分别与所述过滤组件和所述增湿组件连接，所述冷却水出口与所述增湿组件连接。
10.对上述技术方案的进一步改进为，所述过滤组件包括过滤器，所述过滤器设有进液口、出液口和排固口，所述进液口与所述冷凝水出口连接，所述出液口通过冷凝泵分别与所述冷却水进口和所述煤气进口连接，所述排固口用于排出过滤出的固体物。
11.对上述技术方案的进一步改进为，所述增湿组件包括空气加湿塔，所述空气加湿塔设有空气进口、热水进口、热气出口和循环水出口，所述空气进口连接有鼓风机，所述空气加湿塔内侧靠近所述空气进口的位置，设有布风结构，所述热水进口与所述冷却水出口
连接，所述热气出口与所述气化炉本体连接，在所述热水进口位置或所述热气出口位置连接有补充水蒸气管路，所述循环水出口通过循环水泵分别与所述冷却水进口、所述高温汽提组件及所述有机物回收组件连接。
12.对上述技术方案的进一步改进为，所述高温汽提组件包括高温汽提器，所述高温汽提器设有循环水进口、高温蒸汽进口和汽提气体出口，所述循环水进口与所述循环水出口连接，所述汽提气体出口与所述气化炉本体连接。
13.对上述技术方案的进一步改进为，所述热气出口处设有温度测控器，在所述热气出口与所述气化炉本体之间设有气体预热器。
14.对上述技术方案的进一步改进为，所述换热器和所述空气加湿塔分别设有液位测量仪、并分别连接有补水管路。
15.本实用新型的有益效果如下：
16.本实用新型的固定床气化装置，包括气化炉本体，所述气化炉本体顶端设有热煤气出口，所述气化炉本体底端设有灰渣排出口，还包括换热组件、过滤组件和增湿组件，所述换热组件和所述增湿组件分别与所述气化炉本体连接，所述过滤组件与所述换热组件连接，本实用新型结构简单，设计合理，通过合理的换热组件、过滤组件和增湿组件的设置，将气化炉本体生成的煤气中的粉尘，通过过滤组件去除，煤气换热过程中的有机物冷凝液和冷凝水，通过增湿组件，水体直接生成气化炉本体所需水蒸气，重新回到气化炉本体，其余在增湿过程被降温的气体送入换热组件，继续进行换热，从而实现了煤气化过程中水的零排放，本实用新型的气化方法是将煤气的显热直接用于煤气水的加热之用，是能源的集成和优化利用，更主要特点是克服了煤气生成过程出现大量煤气水而需要处理或排放的问题，有效从源头解决了煤气化过程煤气水处理问题，具有良好的推广及应用前景。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例一的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例二的结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例三的结构示意图；
20.图4为本实用新型实施例四的结构示意图；
21.附图标记说明：1.气化炉本体、11.热煤气出口、12.灰渣排出口、2.换热组件、21.换热器、211.冷却水进口、212.冷却水出口、213.煤气出口、214.煤气出口、215.冷凝水出口、216.液位测量仪、217.补水管路、3.过滤组件、31.过滤器、311.进液口、312.出液口、313.排固口、314.冷凝泵、4.增湿组件、41.空气加湿塔、411.空气进口、412.热水进口、413.热气进口、4131.温度测控器、4132.气体预热器、414.循环水出口、415.鼓风机、416.布风结构、417.补充水蒸气管路、418.循环水泵、5.高温汽提组件、51.高温汽提器、511.循环水进口、512.高温蒸汽进口、513.汽提气体出口、6.有机物回收组件、7.煤气初级冷却器。
具体实施方式
22.下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明。
23.实施例一：
24.如图1所示，本实施例所述的固定床气化装置，包括气化炉本体1，所述气化炉本体
1顶端设有热煤气出口11，所述气化炉本体1底端设有灰渣排出口12，还包括换热组件2、过滤组件3和增湿组件4，所述换热组件2和所述增湿组件4分别与所述气化炉本体1连接，所述过滤组件3与所述换热组件2连接。
25.具体地，其中，所述换热组件2包括换热器21，所述换热器21设有冷却水进口211、冷却水出口212、煤气进口213、煤气出口214和冷凝水出口215，所述煤气进口213与所述气化炉本体1连接，所述冷凝水出口215与所述过滤组件3连接，所述冷却水进口211分别与所述过滤组件3和所述增湿组件4连接，所述冷却水出口212与所述增湿组件4连接。
26.在其它实施例中，在换热器21之后，也可设置后续冷却器，采用更低温度的冷却介质将煤气冷却到更低温度，所得冷凝液与从换热器21得到的冷凝液合并，冷却后煤气进入洗涤单元。
27.所述过滤组件3包括过滤器31，所述过滤器31设有进液口311、出液口312和排固口313，所述进液口311与所述冷凝水出口215连接，所述出液口312通过冷凝泵314分别与所述冷却水进口211和所述煤气进口213连接，所述排固口313用于排出过滤出的固体物。
28.所述增湿组件4包括空气加湿塔41，所述空气加湿塔41设有空气进口411、热水进口412、热气出口413和循环水出口414，所述空气进口411连接有鼓风机415，所述空气加湿塔41内侧靠近所述空气进口411的位置，设有布风结构416，所述热水进口412与所述冷却水出口212连接，所述热气出口413与所述气化炉本体1连接，在所述热水进口412位置或所述热气出口413位置连接有补充水蒸气管路417，所述循环水出口414通过循环水泵418与所述冷却水进口211连接。
29.本实施例中，气化炉本体1采用空气气化、富氧气化或纯氧气化，煤气离开气化炉本体1顶部温度在250～650℃之间，煤气中含有有机质如煤焦油和水溶性的有机物(如苯酚)以及未反应的水蒸气，煤气在换热器21中被水冷，有机物与水蒸汽被同时冷却出来，生成冷凝液，冷凝液中含有煤气中夹带的粉尘，将冷凝液送入过滤器31，冷凝液经过滤器31除去固体物，大部分水送回换热器21作为冷却水的一部分，少部分水送至换热器21的煤气进口处，与煤气混合形成煤气气流，从而增加煤气中水分含量，有助于冲刷换热器21内测可能出现的沉积，同时也可以提高换热效果。换热器21的中使用的冷却水在冷却煤气的过程中被加热，将被加热的水送到空气加湿塔41内，进入空气加湿塔41的空气与加热水接触，部分水发生蒸发，变成水蒸气，为空气增湿后，离开空气加湿塔41，送入气化炉本体1，而在空气与加热水接触蒸发过程中吸热，使部分水降温，聚集在空气加湿塔41底部，聚集在塔底的水的温度低于从换热器21的进入塔内水温度，将此部分水作为循环水，送至换热器21，继续冷却煤气使用。如此煤气的显热通过水转移至气化炉本体1所需的水蒸汽中，使煤气热能得到充分利用，在实际操作过程中，气化炉本体1的空气流量是生产需要的，空气含湿量也是需要保证的参数，当空气加湿塔41顶部温度不能达到需要的温度时，说明来自煤气换热器21的热量不能满足空气增湿的水蒸汽发生量吸热的需要，可向热水进口412位置添加部分低压水蒸汽，或直接加入到热气出口413位置的出口空气中。
30.补充水可包括含有有机质的煤气洗涤水和含有一定盐分的其它水体等。
31.本实施例中，将气化炉本体1生成的煤气中的粉尘，通过过滤组件3去除，煤气换热过程中的冷却水和冷凝水，通过增湿组件4，水体直接生成气化炉本体1所需水蒸气，重新回到气化炉本体1，其余在增湿过程被降温的气体送入换热组件2，继续进行换热，从而实现了
煤气化过程中水的零排放，本实用新型的气化方法是将煤气的显热直接用于煤气水的加热之用，是能源的集成和优化利用，更主要特点是克服了煤气生成过程出现大量煤气水而需要处理或排放的问题，有效从源头解决了煤气化过程煤气水处理问题，具有良好的推广及应用前景。
32.实施例二：
33.如图2所示，在上述实施例的基础上，增设有高温汽提组件5和有机物回收组件6，所述高温汽提组件5分别与所述增湿组件4和所述气化炉本体1连接，所述有机物回收组件6与所述增湿组件4连接，具体地，所述高温汽提组件5包括高温汽提器51，所述高温汽提器51设有循环水进口511、高温蒸汽进口512和汽提气体出口513，所述循环水进口511与所述循环水出口414连接，所述汽提气体出口513与所述气化炉本体1连接。在空气加湿塔41内空气增湿过程中，部分水溶性有机物被空气汽提而出，一起进入气化炉本体1反应，没有被汽提的水溶性有机物部分和其它杂质进入循环水，被送至换热器21中冷却煤气使用，在循环过程中浓度变高，此时将部分循环水从循环回路中移出，其中一部分送高温汽提器51，采用高温蒸汽或其它高温气体将有机物提出后，汽提气体一起送气化炉本体1作为反应气体用，另一部分，可送有机物回收单元6，进行水中有机物的回收和提纯，如此循环，实现煤气化过程中的零水排放。
34.实施例三：
35.如图3所示，在上述实施例的基础上，本实施例中，还包括煤气初级冷却器7，所述煤气初级冷却器7设于所述气化炉本体1与所述换热组件2之间。
36.本实施例主要是针对气化炉出口煤气从本体1侧面引出时出口煤气温度较高，煤气显热多与增湿蒸发水所需热量时，或煤气中含有较多焦油时，通过设置煤气初级冷却器7，一方面是将多出的热量回收，煤气中剩余的显热热能用于空气增湿；另一方面是将比较重质的煤焦油先冷凝分离出来，具体地，煤气初级冷却器7采用水蒸发冷却，并设定在一定蒸汽压力下操作。在本案例中，湿空气既从气化炉底部进入，也从顶部进入。
37.实施例四：
38.如图4所示，在上述各实施例的基础上，在本实施例中，为了保证冷凝泵314和循环水泵418的稳定工作，所述换热器21和所述空气加湿塔41分别设有液位测量仪216、并分别连接有补水管路217，换热器21和空气加湿塔41底部需维持一定的液位，根据液位测量仪监测液位情况，通常当液位持续降低时，此时需要通过补水管路217，对于换热器21中的水位，可通过调整过滤组件3从煤气进口213进入的过滤液的量来保证液位和冷凝液泵的正常工作，也可从外部补充一定量的水，对于空气加湿塔，可以直接从外部补充一定量水，以维持整体冷凝液和增湿水消耗的平衡。所述热气出口413处设有温度测控器4131，在所述热气出口413与所述气化炉本体1之间设有气体预热器4132。离开空气加湿塔41时，空气中的水蒸汽含量基本达到饱和，此时根据设于热气出口413的温度测控器4131，即可知道空气中的水蒸汽含量，由于气化炉本体1对空气中的水蒸汽含量有一定要求，因而通过设置气体预热器4132，进行热气温度加热，可满足气化炉本体1操作的要求，通过提高入炉空气温度，有利于提高出炉煤气热值，此处的加热热源可以为低压蒸汽或热烟气等。
39.使用上述固定床气化装置的气化方法，包括如下步骤：
40.离开气化炉本体1的煤气温度及有机质含量较低时，直接进入换热组件2，离开气
化炉本体1的煤气温度及有机质含量较高时，先进入煤气初级冷却器7，将多于热量回收及将重质的有机质先分离出来后，再进入换热组件2；
41.煤气在换热组件2中被水冷却，有机质与水蒸汽被同时冷却出来，并生成冷凝液，冷凝液经所述过滤组件3除去固体物后，部分水体送入换热组件2作为冷却水，另一部分水体与煤气混合后，重新进入换热组件2；
42.将换热组件2换热过程被加热的冷却水送入增湿组件4中，部分水体与进入增湿组件4的空气接触，形成饱和水蒸气后，离开增湿组件4，并进入气化炉本体1参与反应，其余水体降温集聚，此处，送入增热组件4水体较少时，采用补水管路216，向增湿组件4中补入水体，将降温集聚的部分水体送入换热组件2作为冷却水使用，将降温集聚的其余部分水体分别送入高温汽提组件5和有机回收组件6处理；
43.送入高温汽提组件5的水体，采用高温气体将水体中的有机物汽提后，汽提气体送入气化炉本体1参与反应，送入有机回收组件6的水体，进行水中有机物的回收和提纯；
44.如此循环，实现煤气化过程中的零水排放。
45.在本实用新型的气化方法中，一个典型的低压气化炉操作条件是，气化炉本体空气在加湿后温度达到53℃，此时的水蒸汽含量为15％左右。空气加湿塔底部的水温降至45℃左右，经循环水泵被送至换热器，水被加热至65℃左右，加热水送空气加湿塔顶部与空气接触增湿。
46.低压纯氧气化案例，气化炉在0.2mpa压力下纯氧气化时，调节循环水温度以保证增湿塔出口温度达到115℃，水蒸汽分压为0.143mpa，在氧气分压为0.057时，其含湿量以水蒸汽：氧气表示可达3：1(m3/m3)左右。
47.另一个案例是气化炉在加压下操作，气化炉压力在4.0mpa时，控制循环水温度在235℃左右，氧气在空气加湿塔内与循环水接触增湿，当氧气离开空气加湿塔时，其含湿量以水蒸汽：氧气表示可达3：1(m3/m3)。
48.煤气经换热器被50～60℃的水冷却，降温至60℃左右，换热器底部收集的冷凝液被过滤器除去固体物质，过滤器过滤后的水体送换热器的水侧做补水之用。由于在煤气冷却换热器水侧没有水蒸发过程，水侧基本没有结垢问题，如此可有利于换热器的长周期工作。
49.煤在气化炉中生成的灰渣从气化炉底部排出。
50.上述中只是举例之用，可以根据煤种、氧气浓度和操作压力等工作条件的变化而变化。
51.将本实施例的气化方法应用于现有气化炉装置系统时，采用现有的煤气冷却设备，煤气冷凝液泵将经过滤的冷凝液送至空气加湿器，空气加湿器为间接换热器，水蒸汽用做加热热源(也可以是其它热气体)，煤气水在空气加湿器的另一侧被水蒸气加热，蒸汽冷凝得到冷凝水。空气从换热器煤气水一侧的底部通入，空气经过喷嘴或其它布风结构后鼓泡与水接触，然后穿过换热器换热管，空气中水蒸汽达到饱和后离开增湿器顶部，经过气体预热器提高温度后，进入气化炉，此处相当于先用冷却水将煤气冷却，然后又用水蒸汽进行加热，需要冷却水和水蒸汽的两次操作和消耗，作为现有设备系统的改造之用，且本技术尤为适合于产生焦油量较少，但含酚的煤气化制备煤气的生产过程。
52.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，
但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。