專利名稱：一種煤基合成氣廢熱回收系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種煤基合成氣廢熱回收系統及回收方法。
背景技術：
隨著石油及天然氣資源的日益匱乏，煤炭的清潔化利用越來越受到人們的重視。發展大型煤氣化技術是清潔利用煤炭資源的關鍵。在大型煤氣化技術當中，氣流床技術備受矚目。氣流床技術包括備煤、氣化爐和后續流程三個部分。備煤方式有粉煤及水煤漿兩種方式，氣化爐主要有頂噴、平噴兩種爐型，后續流程主要有廢熱鍋爐及水激冷兩種流程。這三部分工藝的相互組合形成了各種氣流床氣化技術，如Shell粉煤氣化技術(SCGP)、 G.E. 水煤漿氣化技術、以及GSP、HT-L、CROLIN、兩段爐、E-GAS等氣流床煤氣化技術。在各種氣流床煤氣化技術當中，后續流程的作用都非常重要。后續流程包括合成氣的激冷、廢熱回收、除灰、洗滌及相關流程。較佳的后續流程不僅應盡可能地降低設備投資，降低粗合成氣除灰、洗滌的成本，優化與下游工段的銜接和匹配，還應有效地回收粗合成氣所攜帶的高品位熱能。已實現商業化運行的后續流程工藝主要有包括廢熱鍋爐工藝和水激冷流程工藝。廢熱鍋爐工藝從氣化爐出來的粗合成氣，激冷固化飛灰后，經過傳導段及合成氣冷卻器，產生中壓過熱蒸汽后，再經過高溫高壓陶瓷過濾器除灰后，進入濕洗單元，去除部分酸性氣體及殘留飛灰，洗滌后的合成氣部分作為激冷氣，其余送至下游工序進一步處理。由于煤種的影響，廢熱鍋爐經常出現嚴重的積灰，因而設計有復雜的吹灰裝置，但運行效果仍不理想，廢熱不能高效回收。廢熱鍋爐出口的合成氣溫度也經常逼近安全聯鎖值，影響煤氣化聯合裝置的穩定運行。水激冷流程工藝從氣化爐出來的粗合成氣，在下降管內，與激冷水并流進入渣池，合成氣經水浴除渣降溫后，再經文丘里洗滌器和碳洗塔，去除部分酸性氣體及殘留灰分，被水蒸汽飽和后，送至下游工段。激冷流程相對簡單，但合成氣廢熱不能高品位地回收，尤其不適合煤氣化聯合發電裝置(IGCC);黑水處理系統規模也較大，運行成本較高。其它技術還有殼牌公司曾經提出的氣水雙激冷流程。該工藝先用潔凈合成氣，將粗合成氣激冷到900°C，再用霧化水降溫至500°C，旋風分離其中大部分的干灰，然后洗滌降溫至220 230°C。合成氣中水蒸氣的含量能達到60%，可以銜節高水汽比耐硫變換工藝。該工藝省去了合成氣冷卻器，整個裝置的熱效率較低；但由于釆用了激冷壓縮機，比水激冷流程復雜。

發明內容
本發明的目的是提供一種煤基合成氣廢熱回收系統及方法。該系統和方法利用蓄熱體回收合成氣所攜帶的高品位熱能，用來加熱有高溫需求的氣體。本發明的煤基合成氣廢熱回收系統包括激冷室、蓄熱式換熱器、換熱器、旋風分離器、鎖斗、濕洗單元和激冷氣壓縮機，所述激冷室、蓄熱式換熱器、換熱器、旋風分離器和濕洗單元依次連接，待加熱的氣體逆向進入所述蓄熱式換熱器進行加熱并輸送到下游用戶，所述鎖斗與旋風分離器連接，經所述濕洗單元洗滌的合成氣部分進入所述換熱器中加熱后進入所述激冷氣壓縮機，所述激冷氣壓縮機與所述氣化爐激冷室連接。優選地，所述蓄熱式換熱器內部設置有多組蓄熱體，采用機械裝置變換蓄熱體位置。進一步優選，所述蓄熱式換熱器采用連續回轉式換向閥結構。優選地，所述濕洗單元中設置有文丘里洗滌器和濕洗塔。本發明的煤基合成氣廢熱回收方法包括下述步驟A、熱合成氣的激冷在激冷室內，將氣化爐出來的粗合成氣用溫度為180 220°C的冷合成氣激冷至800 1000°C ，固化其中的飛灰；B、廢熱蓄熱式回收激冷后的合成氣通過蓄熱式換熱器及換熱器，被冷卻到200 300°C，送至旋風分離器；待加熱的氣體逆向進入蓄熱式換熱器，被加熱到400 900°C后，輸送到下游用戶；C、飛灰的旋風分離回收廢熱后的合成氣通過旋風分離器分離出85 95%以上的所含飛灰；飛灰通過鎖斗，定時與系統隔離，經氣提及置換后，將飛灰溫度降至80°C以下，排放至貯槽；D、合成氣的濕洗來自旋風分離器的合成氣進入濕洗單元進行洗滌；在換熱器內，洗滌后的合成氣部分被加熱到18(T220°C，送至激冷氣壓縮機，其余送至下游裝置。蓄熱式換熱器內部可以設計成堆砌有多組蓄熱體的結構，采用機械裝置變換蓄熱體位置，例如可采用連續回轉式換向閥結構，實現冷熱氣體交替流經蓄熱體，實現熱量的傳遞，并且由于氣流方向的交替改變有效防止飛灰的粘堵。優選地，在濕洗單元中通過文丘里洗滌器潤濕其中殘留的飛灰，然后進入濕洗塔，被噴淋水逆向洗滌。本發明的目的是普通金屬材料換熱器所無法達到的，并且由于蓄熱式換熱器中冷熱氣體交替方向通過蓄熱體的原理，可有效防止飛灰粘堵；回收廢熱后的合成氣先經過旋風分離器，分離夾帶的飛灰后，再進行濕洗，以降低設備投資和黑水處理費用。


圖I為本發明的蓄熱式回收合成氣廢熱的系統圖。
具體實施例方式下面通過實施例更詳細地說明本發明的煤基合成氣廢熱回收系統及方法。參見圖1，以投煤量為500kg/h的氣化爐所產合成氣廢熱蓄熱式回收過程為例。粉煤與氧氣、蒸汽進入氣化爐，在O. SMPa下進行氣化反應，氧煤比及水氧比分別控制在O. 8kg/kg、0. 09kg/kg。溫度為1500°C左右的粗合成氣進入氣化爐激冷室1，被溫度為200°C的激冷氣激冷到1000°C左右。激冷后的合成氣通過蓄熱式換熱器2及換熱器3，被冷卻到200 250°C后，送至旋風分離器4。來自后續工段的還原氣體進入蓄熱式換熱器2，被加熱到900°C左右后，送至用戶。回收廢熱的合成氣通過旋風分離器4分離出90%以上的飛灰；分離出來的飛灰排入鎖斗5中；鎖斗5定時與系統隔離；在隔離的鎖斗5中，用氮氣對飛灰進行氣提、降溫，置換合格并且飛灰溫度降至80°C以下后，泄壓排放至貯槽。分離飛灰后的合成氣進入濕洗單元6，首先經過文丘里洗滌器潤濕合成氣中殘留的飛灰；然后合成氣從濕洗塔底部進入，被下行的噴淋水逆向洗滌，降溫至160°C，部分經換熱器3加熱到20(TC，送至激冷氣壓縮機7 ;其余進入下游裝置。通過上述實施例，本發明的具體的優異效果如下( I)本工藝能直接回收高品位廢熱，可用來加熱有高溫需求的氣體，如煤氣化-氣基堅爐聯合裝置的還原氣，能大幅度降此類裝置的能耗。(2)由于冷、熱氣體交替逆向進入蓄熱式換熱器，有效防止了飛灰的粘堵，提高了煤氣化裝置的熱效率。(3)由于采用了蓄熱式換熱器，可利用旋風分離器對合成氣進行除灰，相關流程因而簡單、緊湊。(4)由于旋風分離器除去了 90%以上的飛灰，濕洗單元產生的黑水較少，黑水處理規模大幅度減小，也降低了黑水系統的堵塞和設備的磨損。
權利要求
1.一種煤基合成氣廢熱回收系統，包括激冷室(I)、蓄熱式換熱器(2)、換熱器(3)、旋風分離器(4)、鎖斗(5)、濕洗單元(6)和激冷氣壓縮機(7)，所述激冷室(I)、蓄熱式換熱器(2)、換熱器(3)、旋風分離器(4)和濕洗單元(6)依次連接，待加熱的氣體逆向進入所述蓄熱式換熱器(2)進行加熱并輸送到下游用戶，所述鎖斗(5)與所述旋風分離器(4)連接，經所述濕洗單元(6)洗滌的合成氣部分進入所述換熱器(3)中加熱后進入所述激冷氣壓縮機(7),所述激冷氣壓縮機(7)與所述氣化爐激冷室(I)連接。
2.根據權利要求I所述的煤基合成氣廢熱回收系統，其中所述蓄熱式換熱器(2)內部設置有多組蓄熱體，采用機械裝置變換蓄熱體位置。
3.根據權利要求2所述的煤基合成氣廢熱回收系統，其中所述蓄熱式換熱器(2)采用連續回轉式換向閥結構。
4.根據權利要求I所述的煤基合成氣廢熱回收系統，其中所述濕洗單元(6)中設置有文丘里洗滌器和濕洗塔。
5.一種煤基合成氣廢熱回收方法，包括如下步驟 A、熱合成氣的激冷在激冷室(I)內，將氣化爐出來的粗合成氣用溫度為180 220°C的冷合成氣激冷至800 1000°C，固化其中的飛灰； B、廢熱蓄熱式回收激冷后的合成氣通過蓄熱式換熱器(2)及換熱器(3)，被冷卻到200 300°C，送至旋風分離器(4);待加熱的氣體逆向進入蓄熱式換熱器(2)被加熱后，輸送到下游用戶； C、飛灰的旋風分離回收廢熱后的合成氣通過旋風分離器(4)分離出85 95%以上的所含飛灰；飛灰通過鎖斗(5)，定時與系統隔離，經氣提及置換后，將飛灰溫度降至80°C以下，排放至貯槽； D、合成氣的濕洗來自旋風分離器的合成氣進入濕洗單元(6)進行洗滌；在換熱器(3)內，洗滌后的合成氣部分被加熱到18(Γ220 V，送至激冷氣壓縮機(7 )，其余送至下游裝置。
6.根據權利要求5所述的煤基合成氣廢熱回收方法，其中在所述蓄熱式換熱器(2)內部設計成堆砌有多組蓄熱體的結構，采用機械裝置變換蓄熱體位置，實現冷熱氣體交替流經蓄熱體，并且防止飛灰的粘堵。
7.根據權利要求5所述的煤基合成氣廢熱回收方法，其中在濕洗單元(6)中通過文丘里洗滌器潤濕其中殘留的飛灰，然后進入濕洗塔，被噴淋水逆向洗滌。
8.根據權利要求5所述的煤基合成氣廢熱回收方法，其中待加熱的氣體被加熱到400 900°C后輸送到下游用戶。
全文摘要
本發明提供了一種煤基合成氣廢熱回收系統及方法。該系統和方法利用蓄熱體回收合成氣所攜帶的高品位熱能，用來加熱有高溫需求的氣體。本發明的煤基合成氣廢熱回收系統包括激冷室(1)、蓄熱式換熱器(2)、換熱器(3)、旋風分離器(4)、鎖斗(5)、濕洗單元(6)和激冷氣壓縮機(7)，所述激冷室(1)、蓄熱式換熱器(2)、換熱器(3)、旋風分離器(4)和濕洗單元(6)依次連接，待加熱的氣體逆向進入所述蓄熱式換熱器(2)進行加熱并輸送到下游用戶，所述鎖斗(5)與所述旋風分離器(4)連接，經所述濕洗單元(6)洗滌的合成氣部分進入所述換熱器(3)中加熱后進入所述激冷氣壓縮機(7)，所述激冷氣壓縮機(7)與所述氣化爐激冷室(1)連接。
文檔編號C10K1/04GK102888251SQ201210344568
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者吳道洪, 徐國壯, 肖磊 申請人:北京神霧環境能源科技集團股份有限公司