專利名稱：一種煤氣化制合成氣過程的熱量回收工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤氣化工藝過程，具體涉及一種煤氣化制合成氣熱量 回收工藝方法。
背景技術(shù)：
煤炭是世界儲量最多分布最廣的化石能源，在高油價的背景下，煤炭 資源的比價優(yōu)勢日益明顯，而且世界煤炭可開采儲量及開采年限明顯大于 石油和天然氣，這為煤化工行業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境。煤的潔凈與高效 利用是當今能源與環(huán)境保護領(lǐng)域中的重大技術(shù)課題，也是我國國民經(jīng)濟持 續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。近二十年來，國外很多公司為了提高燃煤電廠熱效率，對煤氣化聯(lián)合 循環(huán)發(fā)電技術(shù)進行了開發(fā)研究工作，促進了煤氣化技術(shù)的發(fā)展。目前國際上技術(shù)比較成熟、工藝指標先進、業(yè)績較多具有代表性的有荷蘭殼牌(She11) 公司的干煤粉氣化工藝(ZL88102581、 ZL02829258.8、 ZL200480010079.0) 和美國GE (原德士古(Texaco))公司的水煤漿煤氣化工藝(ZL94106474.3、 ZL94117093.4、 ZL98807310.2)。在已建成的工業(yè)裝置中，高溫合成氣的熱 量回收方法有兩種常見的流程， 一種是以Shell干煤粉氣化爐為代表的廢鍋 流程，另一種是以GE水煤漿氣化爐為代表的激冷流程。所謂廢鍋流程是指 利用熱交換設(shè)備(即廢熱鍋爐)直接回收高溫合成氣顯熱，并產(chǎn)生高溫高 壓蒸汽的工藝流程。激冷流程是指高溫合成氣首先用水激冷至較低的溫度 而后再利用熱交換設(shè)備回收激冷后合成氣的潛熱，發(fā)生較低溫度、壓力的 蒸汽，此種蒸汽的利用范圍不如高溫高壓的蒸汽廣泛，利用價值也相對較 低。Shell在專利US4859213中公開的一種煤氣化工藝，熔渣在重力作用下 落入氣化室下方的渣池罐，高溫合成氣夾帶著粉塵上升至急冷區(qū)，在氣化 爐出口處被再循環(huán)的冷合成氣冷激至90(TC左右，然后進入合成氣冷卻器進 一步回收熱量，根據(jù)合成氣的用途不同，合成氣溫度被冷卻至250-400'C左 右。合成氣冷卻器采用水管式廢熱鍋爐，用來生產(chǎn)高壓蒸汽、中壓蒸氣或 過熱蒸汽。合成氣出合成氣冷卻器經(jīng)干法除塵后， 一部分經(jīng)過循環(huán)氣壓縮 機壓縮后進入急冷區(qū)，用于激冷氣化爐出口的高溫合成氣，其余的合成氣 送至下游工序。Shell的煤氣化工藝存在冷煤氣效率低，設(shè)備投資增加，壓 縮機功耗大，用于激冷的合成氣需循環(huán)除塵等缺點。GE在ZL94117093.4中公開一種水煤漿煤氣化工藝，其合成氣熱量回 收有兩種形式，即直接激冷方式的氣化爐或者裝有輻射式冷卻器的氣化爐。 在直接激冷式氣化爐中，高溫合成氣在激冷室中用水噴淋，被激冷到 130~260°C，在洗滌的同時將合成氣的顯熱直接轉(zhuǎn)化成蒸汽。這種將高溫熱 源轉(zhuǎn)化成低品位的低溫熱能來使用，在熱能的利用上是極不合理的，熱量 回收的利用價值也不高。GE在美國專利US4436530, US4377132公開了兩 種裝有輻射式冷卻器的氣化爐，其輻射式冷卻器分別采用水冷壁結(jié)構(gòu)和水 管式結(jié)構(gòu)。高溫合成氣先經(jīng)過輻射式冷卻器的下降通道輻射換熱后，把合 成氣的溫度降到250-60(TC的范圍內(nèi)，再用水激冷除渣。這種熱量回收方式 中，熔融的灰渣容易在水冷壁表面或水管壁表面粘結(jié)，嚴重時會降低輻射 式冷卻器的傳熱效率。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有流程中存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種煤氣化 制合成氣過程的熱量回收工藝方法，該工藝方案結(jié)合了激冷流程與廢鍋流 程的優(yōu)點，將現(xiàn)有工藝中的回收低品位的低溫熱能改為回收高品位的高溫 熱能，提高熱能的使用價值。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種煤氣化制合成氣過程的熱量回收工藝方法，該方法包括以下次序 的工藝步驟(1) 將煤原料與氧化劑一起進入煤氣化爐1的氣化室5內(nèi)，在氣化室 5內(nèi)發(fā)生部分氧化反應，生成高溫合成氣；(2) 從氣化室5中出來的溫度為1200-150(TC合的成氣與熔渣，經(jīng)過一級激冷器7進行激冷后，被冷卻至原料煤的灰熔點A以下；(3) 經(jīng)步驟(2)激冷后的高溫合成氣，進入第一蒸汽發(fā)生器8的管 程，與其殼程的來自汽包14的壓力為4.0 16MPa的水進行熱交換，由水 產(chǎn)生的汽水混合物再返回汽包14，管程的合成氣在第一蒸汽發(fā)生器的出口 處被冷卻至650-1000°C;(4) 來自第一蒸汽發(fā)生器8出口的合成氣及灰渣，在激冷室的下部空 間進行重力分離，灰渣沉降在激冷室的底部，之后排至鎖渣罐16中，而合 成氣在第一蒸汽發(fā)生器8的外殼與氣化爐激冷室襯里3之間的通道折流向 上，經(jīng)煤氣化爐合成氣出口 15出氣化爐，然后，被送至蒸汽過熱器9，合 成氣在蒸汽過熱器9中，與來自汽包14的飽和蒸汽進行熱交換，將飽和蒸 汽過熱至330-59(TC，送蒸汽用戶使用，而合成氣被冷卻至500-900°C;(5) 經(jīng)步驟(4)冷卻的合成氣進入第二蒸汽發(fā)生器10，與來自汽包 14的壓力為4.0 16MPa的水進行熱交換，由水產(chǎn)生的汽水混合物再返回汽 包14，合成氣被冷卻到300—600。C;(6) 經(jīng)步驟(5)冷卻的合成氣進入除塵分離器11，合成氣中的細灰
渣在除塵分離器ll中被進一步分離，經(jīng)排渣口排出后送灰渣處理單元進行 處理；(7) 經(jīng)步驟(6)除塵后的合成氣進入鍋爐給水預熱器12，與來自水 處理單元的鍋爐給水進行熱交換，被進一步冷卻至250 400°C，并將鍋爐 給水預熱至110 330°C，預熱后的鍋爐給水送入汽包14中；(8) 經(jīng)步驟(7)冷卻后的合成氣進入二級激冷器13,合成氣在二級 激冷器13中，通過噴入激冷水，將合成氣中的細灰渣進一步清除，含有細 灰渣的渣水送渣水處理單元進行處理，同時，噴入的激冷水部分汽化，補 充到合成氣中，使合成氣中水蒸汽的含量達到飽和，從二級激冷器13出來 的合成氣溫度為200 25(TC并被送往后續(xù)工藝單元；本技術(shù)方法中所涉及的設(shè)備主要包括氣化爐l、下降管2、激冷室襯 里3、激冷室4、氣化室5、 一級激冷器7、第一蒸汽發(fā)生器8、蒸汽過熱器 9、第二蒸汽發(fā)生器10、除塵分離器11、鍋爐給水預熱器12、 二級激冷器 13、汽包14及鎖渣罐16。其中第一蒸汽發(fā)生汽8、蒸汽過熱器9、第二蒸汽發(fā)生器10及鍋爐給水預 熱器12可以是普通的管殼式換熱器，合成氣走管程，其它介質(zhì)走殼程。此 行業(yè)的技術(shù)人員對此設(shè)備都很熟知；除塵分離器11為一干法旋風分離器，將合成氣中的細灰渣分離出來， 在旋風分離器的底部排出，合成氣從旋風分離器的頂部出來，實現(xiàn)氣體與 固體的分離，此設(shè)備也是化工行業(yè)常用設(shè)備之一。汽包14是將產(chǎn)生的蒸汽與飽和水分離開的設(shè)備，此設(shè)備為化工行業(yè)常 用設(shè)備之一，此行業(yè)技術(shù)人員對此熟知。本發(fā)明中的汽包14用于分離步驟(3)中來自第一蒸汽發(fā)生器8和步驟(5)中來自第二蒸汽發(fā)生器10的汽 水混合物，并用于接收步驟(7)中來自鍋爐給水預熱器12的鍋爐給水， 另外，汽包14用于步驟(3)中向第一蒸汽發(fā)生器8和步驟(5)中向第二 蒸汽發(fā)生器IO提供鍋爐給水，還用于步驟(4)中向蒸汽過熱器9提供飽 和蒸汽。氣化爐1是指采用水煤漿或粉煤等方法制合成氣的設(shè)備，它通常包括: 氣化室5、激冷室4，激冷室4包括激冷室襯里3、 一級激冷器7及下降管 2。煤在氣化室5內(nèi)，在氧化劑存在條件下進行氣化生成合成氣； 一級激冷 器7為一多噴嘴霧化設(shè)備，可以將激冷水以霧狀噴入合成氣物流中，均勻 快速地將合成氣進行冷卻，冷卻后的合成氣沿下降管2向下進入與其相連 的第一蒸汽發(fā)生器8;激冷室襯里3為耐高溫非金屬隔熱材料，用以保護氣 化爐的金屬外殼。鎖渣罐16為一容器，其上部與激冷室的下部相聯(lián)接，合成氣中的灰渣 在激冷室的下部沉降后落入鎖渣罐中，在鎖渣罐中噴入激冷水使灰渣冷卻， 然后排出鎖渣罐至灰渣處理單元。本發(fā)明方法采用了兩級激冷(一級激冷器7和二級激冷器13)方法與 廢鍋(第一蒸汽發(fā)生器8、蒸汽過熱器9和第二蒸汽發(fā)生器10)流程相結(jié) 合的工藝流程。本發(fā)明技術(shù)方案的構(gòu)思和原理是將煤原料(包括粉煤或水煤漿)與 氧化劑(氧氣、空氣、水蒸氣等) 一起進入煤氣化爐1，在氣化室5內(nèi)發(fā)生 部分氧化反應，生成粗合成氣，反應釋放出的熱量使灰渣處于熔融狀態(tài)， 合成氣夾帶著熔融的灰渣向下通過氣化室5，在氣化室出口 6處的一級激冷
器7中被循環(huán)冷卻水激冷，熔渣凝固成灰渣，合成氣與灰渣進入設(shè)置在氣 化室正下方同軸位置的第一蒸汽發(fā)生器8的管程，與殼程的來自汽包14的 鍋爐給水迸行換熱，被冷卻的合成氣及灰渣在激冷室4的下部空間進行重 力分離，灰渣沉降在激冷室的底部，之后排至鎖渣罐中，而合成氣在第一 蒸汽發(fā)生器8的外殼與氣化爐激冷室襯里3之間的通道折流向上，經(jīng)煤氣 化爐合成氣出口 15出氣化爐，然后，被送至蒸汽過熱器9，合成氣體在蒸 汽過熱器9中，與來自汽包14的飽和蒸汽進行熱交換，將飽和蒸汽過熱至 330-590°C，送蒸汽用戶使用，而合成氣被冷卻至500-900°C，然后進入第 二蒸汽發(fā)生器10交換熱量后，進入除塵分離器ll，除去合成氣中攜帶的大 部分細灰渣，再進入鍋爐給水換熱器12，進一步回收熱量后，再進入二級 激冷器13，用水將合成氣充分洗滌除去殘留的細灰渣后，進入后續(xù)工藝單 元。通過第一蒸汽發(fā)生器8、蒸汽過熱器9及第二蒸汽發(fā)生器10回收的合 成氣的高品位熱量，用來產(chǎn)生超高壓過熱蒸汽，供后續(xù)裝置進一步使用。鍋爐給水經(jīng)鍋爐給水預熱器12預熱后，送入汽包14。由汽包14出來 的飽和水分別進入第一蒸汽發(fā)生器8和第二蒸汽發(fā)生器10，換熱后產(chǎn)生的 汽水混合物返回汽包進行汽水分離，飽和蒸汽輸送至蒸汽過熱器9，過熱至 指定溫度后輸出，供蒸汽用戶使用。本方法中副產(chǎn)的超高壓蒸汽可并入蒸汽管網(wǎng)輸出，也可用來驅(qū)動汽輪 機來帶動其他轉(zhuǎn)動設(shè)備或發(fā)電。本發(fā)明的工藝方法吸取了現(xiàn)有的激冷流程與廢鍋流程的優(yōu)點，并將二 者結(jié)合在一起，將現(xiàn)有工藝中的回收低品位的低溫熱能改為回收高品位的 高溫熱能，提高熱能的使用價值，具有顯著的優(yōu)點-(1) 本發(fā)明在氣化室5的出口 6處用少量水激冷高溫的合成氣與熔渣， 使熔渣處于灰熔點T\以下，避免了熔渣在后續(xù)的蒸汽發(fā)生器的管壁上粘結(jié)， 穩(wěn)定合成氣與蒸汽發(fā)生器間的傳熱效率。(2) 本發(fā)明將出氣化室的高溫合成氣的顯熱直接進行回收并轉(zhuǎn)化為高 溫高壓的蒸汽，提高了回收的合成氣顯熱的利用價值，擴大了回收熱能的 應用范圍，有效地降低了裝置的能耗。(3) 本發(fā)明采用干法除塵分離設(shè)備將合成氣攜帶的細灰渣分離出來， 降低了熱量回收過程中激冷水與洗滌水的消耗，減少了裝置黑水的處理量 與排放量，有利于節(jié)能環(huán)保。
圖1是本發(fā)明煤氣化過程的熱量回收工藝流程圖 圖2是圖1的工藝流程框中，l.氣化爐2.下降管3.耐火襯里4.激冷室5.氣化室 6.氣化室出口7.—級激冷器8.第一蒸汽發(fā)生器9.蒸汽過熱器 IO.第二蒸汽發(fā)生器ll.除塵分離器12.鍋爐給水預熱器13.二級激冷器 14.汽包 15.氣化爐出口 16.鎖渣罐具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。以煤處理量35噸/小時的氣化爐為例，參照圖l，該裝置的煤氣化爐l 內(nèi)設(shè)有氣化室5和激冷室4;在氣化室與激冷室的過渡連接段設(shè)有一級激冷 器7， 一級激冷器7由20支霧化噴嘴組成。氣化室5產(chǎn)生的合成氣壓力為6.5MPa，溫度為1250 1350°C，從氣化室的出口 6進入一級激冷器7， 一級 激冷器7將激冷水以霧狀均勻噴入合成氣的物流中，這樣可以使合成氣均 勻、迅速地被冷卻，從而可以避免熔渣結(jié)塊，激冷后的合成氣的壓力為 6.5MPa，溫度為1050 1150°C，激冷后的合成氣與灰渣沿下降管2向下， 進入與下降管2相連接的第一蒸汽發(fā)生器8;高溫合成氣在激冷室4中的第 一蒸汽發(fā)生器8管程自上而下的運動，第一蒸汽發(fā)生器8采用火管式蒸汽 發(fā)生器進行熱量回收。第一蒸汽發(fā)生器8設(shè)在煤氣化爐的下部，在氣化室5的正下方同軸位 置處，它實際是一個管殼式換熱器，由密布的換熱管與管殼組成，兩端有 管板，合成氣走管程，飽和鍋爐水走殼程，管內(nèi)的合成氣與殼程的飽和水 進行換熱后，合成氣被冷卻到850 90(TC;在激冷室4的內(nèi)壁設(shè)有耐溫隔 熱襯里3,該耐溫隔熱襯里3為耐火材料或耐火材料加水冷壁的復合結(jié)構(gòu)； 從第一蒸汽發(fā)生器8出來的合成氣與灰渣的混合物，在其下部腔體內(nèi)，部 分灰渣沉降到激冷室4的底部，并進入鎖渣罐16，合成氣則經(jīng)過第一蒸汽 發(fā)生器8的外殼與激冷室襯里3之間形成的通道折流向上，在煤氣化爐激 冷室中上部設(shè)有煤氣化爐的出口 15，合成氣從此口出氣化爐。從氣化爐出口 15來的合成氣，通過管道連接進入蒸汽過熱器9，將汽 包14產(chǎn)生的壓力為13. 5MPa的飽和蒸汽過熱到510 540°C，此蒸汽可送往 蒸汽用戶使用；合成氣被冷卻到壓力為6.5MPa，溫度為600 650°C，然后 進入第二蒸汽發(fā)生器IO，繼續(xù)發(fā)生壓力為13.5MPa的飽和蒸汽，同時，合 成氣被進一步冷卻到壓力為6.45MPa，溫度為450。C;然后，合成氣進入除 塵分離器11，此除塵分離器實際為干法旋風分離器，將合成氣中的細灰渣
分離出來，在分離器的底部排出，送灰渣處理單元進行處理，合成氣則從分離器的頂部引出，用管道送到鍋爐給水預熱器12，將鍋爐給水預熱到250 'C左右，預熱后的鍋爐給水送往汽包14，同時合成氣被冷卻到壓力為 6.40MPa，溫度為350。C，然后進入二級激冷器13，在此設(shè)備中，通過噴入 激冷水將合成氣中的細粉塵進一步洗滌，洗滌后形成的渣水混合物(稱為 黑水)在其下部排出，送渣水處理單元進行處理，洗滌冷卻后的合成氣壓 力為6.40MPa，溫度為245'C，冷卻后的合成氣被送往后續(xù)工藝單元。上述 工藝流程框圖如圖2所示。本實施例中副產(chǎn)超高蒸汽的產(chǎn)量及參數(shù)見表1。表l副產(chǎn)蒸汽量及參數(shù)合成氣進第一蒸。c1100氣發(fā)生器的溫度副產(chǎn)蒸汽溫度。c520副產(chǎn)蒸汽壓力MPa13.5蒸汽產(chǎn)量kg/h41300結(jié)合圖1與實施例的詳細說明可更好地理解本發(fā)明的目的和特征，但 不作為限制本發(fā)明的依據(jù)。
權(quán)利要求
1、一種煤氣化制合成氣過程的熱量回收工藝方法，其特征在于該方法包括以下次序的工藝步驟(1)將煤原料與氧化劑一起進入煤氣化爐(1)的氣化室(5)內(nèi)，在氣化室(5)內(nèi)發(fā)生部分氧化反應，生成高溫合成氣；(2)從氣化室(5)中出來的溫度為1200-1500℃的合成氣與熔渣，經(jīng)過一級激冷器(7)進行激冷后，被冷卻至原料煤的灰熔點T1以下；(3)經(jīng)步驟(2)激冷后的高溫合成氣，進入第一蒸汽發(fā)生器(8)的管程，與其殼程的來自汽包(14)的壓力為4.0～16MPa的水進行熱交換，由水產(chǎn)生的汽水混合物再返回汽包(14)，管程的合成氣在第一蒸汽發(fā)生器的出口處被冷卻至650-1000℃；(4)來自第一蒸汽發(fā)生器(8)出口的合成氣及灰渣，在激冷室的下部空間進行重力分離，灰渣沉降在激冷室的底部，之后排至鎖渣罐(16)中，而合成氣在第一蒸汽發(fā)生器(8)的外殼與氣化爐激冷室襯里(3)之間的通道折流向上，經(jīng)煤氣化爐合成氣出口(15)出氣化爐，然后被送至蒸汽過熱器(9)，合成氣在蒸汽過熱器(9)中，與來自汽包(14)的飽和蒸汽進行熱交換，將飽和蒸汽過熱至330-590℃，送蒸汽用戶使用，而合成氣被冷卻至500-900℃；(5)經(jīng)步驟(4)冷卻的合成氣進入第二蒸汽發(fā)生器(10)，與來自汽包(14)的壓力為4.0～16MPa的水進行熱交換，由水產(chǎn)生的汽水混合物再返回汽包(14)，合成氣被冷卻到300-600℃；(6)經(jīng)步驟(5)冷卻的合成氣進入除塵分離器(11)，合成氣中的細灰渣在除塵分離器(11)中被進一步分離，經(jīng)排渣口排出后送灰渣處理單元進行處理；(7)經(jīng)步驟(6)除塵后的合成氣進入鍋爐給水預熱器(12)，與來自水處理單元的鍋爐給水進行熱交換，被進一步冷卻至250～400℃，并將鍋爐給水預熱至110～330℃，預熱后的鍋爐給水送入汽包(14)中；(8)經(jīng)步驟(7)冷卻后的合成氣進入二級激冷器(13)，合成氣在二級激冷器(13)中，通過噴入激冷水，將合成氣中的細灰渣進一步清除，含有細灰渣的渣水送渣水處理單元進行處理，同時，噴入的激冷水部分汽化，補充到合成氣中，使合成氣中水蒸汽的含量達到飽和，從二級激冷器(13)出來的合成氣溫度為200～250℃并被送往后續(xù)工藝單元；所述的汽包(14)用于分離步驟(3)中來自第一蒸汽發(fā)生器(8)和步驟(5)中來自第二蒸汽發(fā)生器(10)的汽水混合物，并用于接收步驟(7)中來自鍋爐給水預熱器(12)的鍋爐給水，另外，汽包(14)用于步驟(3)中向第一蒸汽發(fā)生器(8)和步驟(5)中向第二蒸汽發(fā)生器(10)提供鍋爐給水，還用于步驟(4)中向蒸汽過熱器(9)提供飽和蒸汽。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤氣化制合成氣過程的熱量回&工藝方法，其特 征在于采用兩級激冷方法與廢鍋流程相結(jié)合的工藝流程；所述的兩級激冷方 法為合成氣經(jīng)過一級激冷器(7)和二級激冷器(13)進行激冷的方法；所述的 廢鍋流程為合成氣進入第一蒸汽發(fā)生器(8)、蒸汽過熱器(9)和第二蒸汽發(fā)生 器(10)的流程。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤氣化制合成氣過程的熱量回收工藝方法，其特 征在于首先采用一級激冷器將高溫合成氣的溫度冷卻至煤的灰熔點1以下。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤氣化制合成氣過程的熱量回收工藝方法，其特 征在于高溫合成氣在激冷室(4)中的第一蒸汽發(fā)生器(8)管程自上而下的 運動，第一蒸汽發(fā)生器(8)采用火管式蒸汽發(fā)生器進行熱量回收。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤氣化制合成氣過程的熱量回收工藝方法，其特征在于從第一蒸汽發(fā)生器(8)出來的合成氣，在第一蒸汽發(fā)生器的外殼與激 冷室襯里(3)之間的通道折流向上，并從氣化爐的合成氣出口 (15)出氣化爐， 而灰渣等固體顆粒沉降在激冷室(4)的底部，并排至鎖渣罐(16)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤氣化制合成氣過程的熱量回收工藝方法，該方法包括在煤氣化爐氣化室中產(chǎn)生的高溫合成氣與熔渣，在其出口處通過一級激冷器噴入激冷水，將合成氣與熔渣激冷至灰熔點T1以下，激冷后的合成氣與灰渣進入第一蒸汽發(fā)生器、蒸汽過熱器和第二蒸汽發(fā)生器回收合成氣的余熱，并經(jīng)除塵分離器除去部分細灰渣，再經(jīng)鍋爐給水預熱器進一步回收熱量后，進入二級激冷器除去剩余的細灰渣，同時，使合成氣增濕，經(jīng)本方法處理后的合成氣進入后續(xù)工藝單元。本發(fā)明提高了回收熱能的利用價值，避免了熔渣在第一蒸汽發(fā)生器的管壁上凝固，可使裝置的能耗進一步降低。
文檔編號C10J3/86GK101161792SQ20071017547
公開日2008年4月16日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者方邦吾, 李保有, 趙丙國, 鄒永勝 申請人:上海惠生化工工程有限公司