生物質合成氣冷卻、洗滌工藝及系統的制作方法

專利名稱：生物質合成氣冷卻、洗滌工藝及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及新能源領域中生物質能的利用，具體地指一種生物質合成氣冷卻、洗滌工藝及系統。
背景技術：
隨著化石燃料的逐漸枯竭，生物質可再生清潔能源的開發利用受到普遍關注，并處于快速發展之中。生物質制氣、制油是新能源開發領域的重要研究課題。同煤制氣一樣，生物質制氣也須經歷冷卻、洗滌的凈化過程。現階段，有關生物質氣化方法的研究較多，并取得了大量成果，但是關于生物質合成氣冷卻、洗滌方面的研究較少，多沿用傳統煤制氣冷卻、洗滌的老辦法。煤制氣冷卻不外乎爐內、爐外或內外組合的方式。爐內水冷時，氣化爐結構復雜，爐體尺寸大，壁面易掛渣，水側易結垢，存在爆管或穿孔漏水的隱患；爐內氣冷時，用氣量大，且混合氣的體積增大較多，進而增大了后續設備的尺寸，主流程及循環煤制氣流程電耗高。爐外完全水激冷的方式，能夠直接將合成氣的溫度降至200 300°C，但完全水激冷方式僅適于特定的化工合成用，有較大的局限性。采用輻射式余熱鍋爐來冷卻高溫合成氣，要求該余熱鍋爐有較大的凝渣受熱面， 并需配備特別的清灰裝置，會增加設備投資。煤制氣除塵、除焦的方法也有很多，如沉降、過濾、旋風除塵、電除塵、水洗或文丘里除塵等。不同的方式，除塵效果和阻力消耗差別也較大。同樣地，不同的原料及氣化工藝，合成氣的特性也不盡相同，要達到先進的凈化指標和經濟指標，應采用有針對性的工藝方法和系統配置。而傳統煤制氣的處理方法，其系統復雜、流程長、能耗高、效率低、穩定性和經濟性差，對于生物質合成氣的凈化處理，并不實用。

發明內容
本發明所要解決的技術問題就是提供一種生物質合成氣冷卻、洗滌工藝及系統， 其工藝流暢、系統簡捷，而能耗低、效率高。為解決上述技術問題，本發明提供的一種生物質合成氣冷卻、洗滌工藝，是針對溫度為1000 1100°C、粉塵含量小于20g/Nm3、焦油含量小于3g/Nm3的生物質合成氣的處理工藝，它包括如下步驟1)將合成氣送入激冷塔激冷凝渣；2)將激冷凝渣后的合成氣送入余熱鍋爐進行余熱回收利用，并使合成氣中的重質焦油凝結；3)經余熱鍋爐后的合成氣送入洗滌冷卻塔進行除塵、降溫；4)經洗滌冷卻塔除塵、降溫后的合成氣送入電除塵器進行深度除塵、除焦油。
上述技術方案的所述步驟1)中，經激冷塔激冷后的合成氣溫度為780 820°C。上述技術方案的所述步驟1)中，合成氣通過水冷煙道裝置進行初步冷卻后送入激冷塔。上述技術方案的所述步驟2、中，余熱回收利用分為高溫段和低溫段兩段進行；高溫段采用水管式余熱鍋爐，出口合成氣溫度控制在400 450°C ；低溫段采用熱管式余熱鍋爐，出口合成氣溫度控制在200°C以下。進一步地，所述高溫段的余熱蒸汽壓力為1. 6MPa以上；所述低溫段的余熱蒸汽壓力為 0. 5 1. 6MPa。更進一步地，所述步驟1)中，激冷塔采用水冷式激冷塔，合成氣通過水冷煙道裝置進行初步冷卻后送入水冷式激冷塔；所述水冷煙道裝置和水冷式激冷塔回收的余熱送入熱管式余熱鍋爐，進行汽水分離后，水循環使用。上述技術方案的所述步驟幻中，洗滌冷卻塔將合成氣降溫至40 45°C。本發明提供的一種生物質合成氣冷卻、洗滌系統，包括與高溫熱解生物質氣化爐相連的激冷塔，激冷塔依次通過合成氣管道連接余熱鍋爐、洗滌冷卻塔和電除塵器。上述技術方案中，所述高溫熱解生物質氣化爐與激冷塔通過水冷煙道裝置連接。進一步地，所述水冷煙道裝置包括水冷煙道及其受熱管；水冷煙道由進口水冷煙道、上彎頭水冷煙道、直水冷煙道、下彎頭水冷煙道和出口水冷煙道順次密封連接構成；受熱管周向排列，相鄰的受熱管之間通過鋼板條無縫連接構成環形水冷壁，環形水冷壁內腔構成上述的各段煙道。更進一步地，所述的進口水冷煙道由進口環形集箱、進口環形水冷壁構成，其中進口環形水冷壁與所述上彎頭水冷煙道連通；進口環形集箱上設有冷卻介質進口管，用于導入冷卻介質，進口環形集箱還設有多個接管，接管與所述受熱管連通；所述出口水冷煙道與進口水冷煙道結構相同；所述水冷煙道的內側管壁上設有60 80mm厚的耐火層。上述技術方案中，所述激冷塔為水冷式激冷塔。進一步地，所述水冷式激冷塔包括密封的水冷筒體，水冷筒體由環形排列的受熱管圍合而成，相鄰受熱管之間密封連接，全部受熱管的下端與進口集箱連通，用于通入冷卻用水，全部受熱管的上端與出口集箱連通，用于導出冷卻用水；水冷筒體的上部筒壁設有進口接頭，用于通入待處理的合成氣，水冷筒體的下部筒壁設有出口接頭，用于導出處理后的合成氣；水冷筒體的下部呈倒錐形，錐形底部設有排渣口。更進一步地，所述水冷筒體的頂部布置有若干噴水管。所述噴水管的噴水管管路系統包括穩壓罐和霧化噴嘴，穩壓罐和霧化噴嘴之間接有噴水管道；穩壓罐的出水口通過出水閥接至噴水管道，穩壓罐的入水口接有進水閥；穩壓罐上還設有進氣口和出氣口，進氣口接有進氣閥，穩壓罐的出氣口接有出氣閥。上述技術方案中，所述余熱鍋爐包括依次連接的水管式余熱鍋爐和熱管式余熱鍋爐。進一步地，所述水管式余熱鍋爐包括鍋筒和設置于鍋筒下方的爐體，所述爐體為臥式結構，進口接頭和出口接頭位于爐體的水平兩端；爐體包括爐壁和若干縱向布置的受熱管，全部受熱管的頂端通過上連管與上集箱連通，全部受熱管的底端通過下連管與下集箱連通；上集箱通過蒸汽引出管與所述鍋筒連通，用于回收水蒸氣；下集箱通過下降管與所述鍋筒的底端連通，用于提供冷卻水；所述爐體的兩側壁為膜式壁管屏，膜式壁管屏的上端和下端也分別與上集箱和下集箱連通。進一步地，所述熱管式余熱鍋爐包括受熱管、鍋筒和保溫墻，受熱管采用熱管，受熱管的放熱段插入鍋筒內，受熱管的吸熱段安置在保溫墻內，保溫墻上還焊接有進口接頭和出口接頭，保溫墻的下端焊接有落灰斗。進一步地，所述激冷塔為水冷式激冷塔，所述高溫熱解生物質氣化爐與水冷式激冷塔通過水冷煙道裝置連接，所述熱管式余熱鍋爐的水管道依次與水冷煙道裝置和水冷式激冷塔的水管道串聯構成水循環系統。上述技術方案中，所述洗滌冷卻塔為填料式洗滌冷卻塔。上述技術方案中，所述電除塵器為濕式電除塵器。上述技術方案中，所述電除塵器的出氣口通過風機分別與氣柜和燃放火炬連接。與現有采用煤制氣的凈化處理方式相比，本發明采用了爐外部分噴水激冷方式， 對氣化操作無干擾，且通過控制激冷程度，兼顧了冷卻凝渣效果和系統的熱利用效率；兩級、雙壓余熱鍋爐的設置，實現了重質焦油的集中收集處理，余熱梯級回用，提高了系統的熱效率；洗滌冷卻塔和電除塵器除塵、除焦，實現了合成氣的逐級凈化，整個工藝流暢、系統結構簡單。


圖1為本發明生物質合成氣冷卻、洗滌系統一個實施例的結構示意圖，并示意了工藝流程；圖2為圖1中水冷煙道裝置一種實施方式的結構示意圖；圖3為圖2的A向俯視圖；圖4為圖2的B-B剖面放大圖；圖5為圖1中水冷式激冷塔一種實施方式的結構示意圖；圖6為圖5的C-C剖面圖；圖7為圖6中I部結構放大圖；圖8為圖5中噴水管的一種管路系統圖；圖9為圖1中水管式余熱鍋爐一種實施方式的結構示意圖；圖10為圖9的D-D剖視圖；圖11為圖1中熱管式余熱鍋爐一種實施方式的結構示意圖；圖12為圖11的E-E剖視圖；圖中1-水冷煙道裝置(其中1. 1-進口水冷煙道、1. 2-上彎頭水冷煙道、1. 3-直水冷煙道、1. 4-下彎頭冷煙道、1. 5-出口水冷煙道、1. 6-耐火層、1. 7-受熱管、1. 8-鋼板條)，2_水冷式激冷塔(其中2. 1-水冷筒體、2. 2-噴水管、2. 3-出口集箱、2. 4-進口接頭、
2.5-附加受熱結構、2. 6-出口接頭、2. 7-進口集箱、2. 8-排渣口、2. 9-受熱管、2. 10-鋼板條、2. 11-隔熱層、2. 12-耐火層)，3-水管式余熱鍋爐(其中3. . 1-受熱管、3. 2-膜式壁管屏、3. 3-上連管、3. 4-上集箱、3. 5-下連管、3. 6-下集箱、3. 7-鍋筒、3. 8-蒸汽引出管、
3.9-下降管、3. 10-落灰斗、3. 11-隔熱層、3. 12-進口接頭、3. 13-出口接頭)，4-熱管式余熱鍋爐(其中4. 1-受熱管、4. 2-鍋筒、4. 3-密封套管、4. 4-落灰斗、4. 5-進口接頭、4. 6-出口接頭、4. 7-保溫墻)，5-洗滌冷卻塔，6-電除塵器，7-風機，8-氣柜，9-燃放火炬，10-高溫熱解生物質氣化爐，11-鋼板式絕熱煙道，12-噴水管管路系統(其中12. 1-穩壓罐、 12. 2-進水閥、12. 3-進氣閥、12. 4-出氣閥、12. 5-調節控制器、12. 6-出水閥、12. 7-節流孔板、12. 8-切斷閥、12. 9-壓力表、12. 10-霧化噴嘴)。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施例作進一步的詳細描述如圖1所示，本發明的一種生物質合成氣冷卻、洗滌系統，包括通過水冷煙道裝置 1與高溫熱解生物質氣化爐10相連的水冷式激冷塔2，水冷式激冷塔2依次通過合成氣管道連接水管式余熱鍋爐3、熱管式余熱鍋爐4、洗滌冷卻塔5和電除塵器6。為便于熱量的回收利用，熱管式余熱鍋爐4的水管道依次與水冷煙道裝置1和水冷式激冷塔2的水管道串聯構成水循環系統，使水冷煙道裝置1和水冷式激冷塔2回收的余熱在熱管式余熱鍋爐4 內得到應用。此外，電除塵器6的出氣口通過風機7分別與氣柜8和燃放火炬9連接。本實施例中，洗滌冷卻塔5采用填料式洗滌冷卻塔，電除塵器6采用濕式電除塵器，氣柜8采用濕式氣柜。本實施例優選了水冷煙道裝置1連接高溫熱解生物質氣化爐10和水冷式激冷塔 2，是為了避免常規煙氣連接煙道只起煙氣連接作用、不能給煙氣降溫等問題。常規煙氣連接煙道為由鋼板卷成的或由大直徑鋼管制成的筒式結構，在鋼板圓筒或大直徑管道內壁澆注200 300mm耐火澆注料。該結構為絕熱煙道，給后續冷卻設備造成了巨大的冷卻壓力； 另一方面，由于200 300mm耐火澆注料的存在，使煙道質量大，且耐火材料容易脫落，從而導致煙道筒體燒穿、煙氣外泄而引發火災甚至爆炸的危險。如圖2至圖4所示，本發明中的一種水冷煙道裝置1，包括水冷煙道及其受熱管1. 7。水冷煙道由進口水冷煙道1. 1、上彎頭水冷煙道1. 2、直水冷煙道1. 3、下彎頭水冷煙道1. 4和出口水冷煙道1. 5順次密封連接構成。受熱管1. 7周向排列，相鄰的受熱管1. 7之間通過鋼板條1. 8無縫連接構成環形水冷壁，環形水冷壁內腔構成上述的各段煙道。上述進口水冷煙道1. 1由進口環形集箱、進口環形水冷壁構成，其中進口環形水冷壁與上彎頭水冷煙道1. 2連通；進口環形集箱上設有冷卻介質進口管，用于導入冷卻介質，本實施例中冷卻介質為熱管式余熱鍋爐4送出的循環水，進口環形集箱還設有多個接管，接管與受熱管1. 7連通。出口水冷煙道1. 5與進口水冷煙道1. 1結構相同。水冷煙道的內側管壁上設有60 80mm厚的耐火層1. 6，優選70mm，以提高其抗高溫和抗磨損的性能，延長其使用壽命。這樣，熱管式余熱鍋爐4送出的冷卻水進入進口水冷煙道1. 1的進口環形集箱，然后均勻地通過接管進入組成各段水冷煙道的受熱管1. 7，匯集到出口水冷煙道1. 5的出口環形集箱中，最后流入激冷塔。冷卻水在上述流動過程中，不斷吸收生物質合成氣的熱量，水溫不斷上升，生物質合成氣的溫度不斷降低，從而實現兩者的熱交換。水冷煙道裝置1既能起到煙氣的連接作用，又能給煙氣降溫，使得煙道內壁貼壁溫度低，焦油不易凝固，有效防止了由于焦油凝固而造成的掛焦堵灰現象，保證了設備長期運行的穩定性，且煙道無需很厚的耐火層，避免了常規煙道易出現的耐火澆注料的破裂和塌落從而導致的筒體燒穿、煙氣外泄的問題，保證了設備長期運行的安全性。當然，采用常規煙道也能夠實現本發明技術方案，但效果較差。本實施例還優選了水冷式激冷塔2，以解決常規激冷塔質量大、啟動和停止慢、較厚的耐火澆注料易脫落等問題。如圖5至圖7所示，本發明中的一種水冷式激冷塔2，包括密封的水冷筒體2. 1，水冷筒體2. 1為膜式結構，即由環形排列的受熱管2. 9圍合而成，水冷筒體2. 1的上端由受熱管2. 9統一彎曲形成錐形，相鄰受熱管2. 9之間用鋼板條2. 10密封焊接。全部受熱管2. 9的下端與進口集箱2. 7連通、上端與出口集箱2. 3連通，冷卻水依次經進口集箱2. 7、受熱管2. 9和出口集箱2. 3，以吸收合成氣余熱，使合成氣降溫。水冷筒體2. 1的上部筒壁設有進口接頭2. 4，用于通入待處理的合成氣，水冷筒體2. 1的下部筒壁設有出口接頭2. 6，用于導出處理后的合成氣，進口接頭2. 4和出口接頭2. 6可由鋼板法蘭制成。水冷筒體2. 1的下部呈倒錐形，錐形底部設有排渣口 2.8。此外，水冷筒體2. 1內可按工藝和設計要求布置適當的附加受熱結構2. 5，以加強合成氣余熱的吸收，本實施例中的附加受熱結構2. 5為設置于水冷筒體2. 1頂壁的若干U型受熱管，如圖6所示。水冷筒體 2. 1的頂部還可設置噴水管2. 2，噴水管2. 2的數量可根據需要確定。水冷筒體2. 1的倒錐形部分的內壁可設有50 60mm厚的耐火層2. 12，以使該倒錐形部分的筒面保持一定溫度， 以利于合成氣降溫過程中形成的凝渣和焦油經排渣口 2.8順利排出。在水冷筒體2. 1的外表面還可敷設保溫棉材質的隔熱層2. 11，其保溫性能好、密度小，從而使本水冷式激冷塔的外表面溫度不超過40°C，而又不會增大整個設備的重量。該設備中的噴水管2. 2在運行時可以與受熱管2. 9同時工作或關閉，而由受熱管2. 9單獨對合成氣進行冷卻，從而改變了傳統的噴水冷卻方式，具有結構簡單、重量輕、安裝和維護方便，還可部分回收合成氣的余熱等優勢。當然，采用常規激冷塔也能夠實現本發明技術方案，只是效果較差。
當采用常規激冷塔或者上述優選的水冷式激冷塔2時，可能用到噴水管2. 2，本發明對其噴水管管路系統12優選了一種實施方案。常規噴水霧化方式分為氣力霧化和機械霧化。采用氣力霧化，其噴水流量和效果較易穩定控制，但由于有用于霧化的壓縮氣體進入需要噴水的環境內，使得此種霧化方式有一定的使用局限性；采用機械霧化時，由于常規水管道內的水壓經常是在一定幅度內波動的，所以保持水壓的相對穩定較難，當需要進行水壓變動調節時，水壓的調整也較難準確，而且調節至設定值時周期長、系統能耗大。如圖8所示，本發明中的一種噴水管管路系統12，包括穩壓罐12. 1、調節控制器12. 5、進水閥 12. 2、進氣閥12. 3、出水閥12. 6、霧化噴嘴12. 10等。穩壓罐12. 1為鋼制的密封罐體，穩壓罐12. 1上部儲有壓縮氣體，下部為水。穩壓罐12. 1上布置有進水口、出水口、進氣口、出氣口，分別與進水閥12. 2、出水閥12. 6、進氣閥12. 3、出氣閥12. 4相連。進水閥12. 2安裝在穩壓罐12. 1下部，外連接外部水源，由廠區內有一定壓力的水管道或直接用水泵供水， 本實施例中水從上述水冷煙道裝置1流入穩壓罐12. 1 ；出水閥12. 2安裝在穩壓罐12. 1底部，再連接若干組噴水支路，噴水支管依次連接節流孔板12. 7、切斷閥12. 8、壓力表12. 9、 霧化噴嘴12. 10 ；進氣閥12. 3安裝在穩壓罐12. 1上部，外連接廠區內的壓縮氣體源；出氣閥12. 4安裝在穩壓罐12. 1頂部，可直接連通外部環境。調節控制器12. 5為控制模塊，可根據穩壓罐12. 1內的壓力和操作程序控制進氣閥12. 3和出氣閥12. 4的開啟和關閉，調節穩壓罐12. 1內壓縮氣體的壓力，進而控制和調節管路系統內的噴水壓力。該噴水管管路系統12運行時，外部水源通過進水閥12. 2進入穩壓罐12. 1內，穩壓罐12. 1內的水通過出水閥12. 6，再分配流入個噴水支路，每路噴水支路內的水流經節流孔板12. 7、切斷閥12. 8， 最后通過霧化噴嘴12. 10霧化后噴到所需噴水的環境內，本實施例中的噴水環境即為激冷塔。節流孔板12. 7用于平衡各噴水支路間的壓力，可保證各支路之間噴水效果相等；切斷閥12. 8可決定任一噴水支路是否參與工作；壓力表12. . 9用于顯示準確的霧化壓力。本噴水管管路系統12內的壓力由穩壓罐12. 1內的壓縮氣體控制，系統調節準確、調節速度快， 且壓縮氣體氣源選擇范圍廣；采用了機械霧化方式，壓縮氣體不進入噴水環境內，適用范圍廣；由調節控制器12. 5控制整個過程，實現了全自動化操作。當然，采用常規氣力霧化或機械霧化方式的管路系統也能夠實現本發明技術方案，只是存在上述缺陷，噴水效果較差。本實施例中的水管式余熱鍋爐3如圖9和圖10所示，包括鍋筒3. 7和設置于鍋筒 3. 7下方的爐體。該爐體為臥式結構，進口接頭3. 12和出口接頭3. 13位于爐體的水平兩端，高溫合成氣在爐內水平流動。爐體包括爐壁和若干縱向布置的受熱管3. 1，爐體的兩側壁為膜式壁管屏3. 2，起吸熱和密封作用。高溫合成氣在若干受熱管3. 1間流動時，受熱管
3.1和膜式壁管屏3. 2內的冷卻水吸收合成氣余熱以降低合成氣溫度。全部受熱管3. 1的頂端和底端分別與上連管3. 3和下連管3. 5焊接，上連管3. 3和下連管3. 5則分別與上集箱3. 4和下集箱3. 6焊接，膜式壁管屏3. 2的上、下端也分別與上集箱3. 4和下集箱3. 6焊接。上集箱3. 4通過蒸汽引出管3. 8與鍋筒3. 7連通，且接口位于鍋筒3. 7內的液面上方， 用于回收冷卻水吸收合成氣余熱后產生的水蒸氣，水蒸氣可由鍋筒3. 7上部導出供其它工藝使用；下集箱3. 6通過下降管3. 9與鍋筒3. 7的底端連通，鍋筒3. 7內的冷卻水依次經下降管3. 9、下集箱3. 6、下連管3. 5進入受熱管3. 1和膜式壁管屏3. 2內。這樣，利用水蒸汽和冷卻水的之間的密度差，形成了鍋筒3. 7與受熱管3. 1和膜式壁管屏2之間自然水循環。 生物質合成氣在若干受熱管3. 1間流動時，隨著熱量不斷被冷卻水吸走，溫度不斷下降，合成氣里含有的焦油也會不斷的凝結出并粘附在受熱管3. 1和膜式壁管屏3. 2的表面上，此時焦油處于液態。由于，受熱管3. 1和膜式壁管屏3. 2是縱向布置的，所以在重力作用下，焦油會沿受熱管3. 1和膜式壁管屏3. 2向下流動，滴入爐體下底面設置的落灰斗3. 10內而從出口排出。進口接頭3. 12和出口接頭3. 13可采用錐形結構，其內壁可敷設耐火澆注料構成的耐火層，也可根據需求在耐火澆注料內部敷設水冷盤管。此外，爐體的膜式壁管屏3. 2和頂壁外表面敷設有隔熱層3. 11，隔熱層3. 11優選保溫性能好且密度小的保溫棉材質，使設備的重量較傳統余熱鍋爐顯著減輕。該水管式余熱鍋爐3處于合成氣溫度較高的工藝段， 其換熱效率高，回收的高壓水蒸氣可供其它工藝段使用，自身重量輕。本實施例中的熱管式余熱鍋爐4整體采用臥式結構，合成氣水平流動，包括受熱管(熱管)4. 1，若干受熱管4. 1縱向順列布置，高溫合成氣在受熱管4. 1下段間橫向流動， 受熱管4. 1下段為光管結構；受熱管4. 1上端插入鍋筒4. 2內，為避免因出現較大溫度差造成金屬熱應力，受熱管4. 1和鍋筒4. 2連接處布置有密封套管4. 3。鍋筒4. 2上布置有冷卻水進口和熱水(或蒸汽)出口。受熱管4.1組成的管束兩側設有保溫墻4. 7，保溫墻4. 7 與合成氣接觸面為保溫磚，外側整體密封焊接鋼板，保證爐體的整體密封性，保溫磚和密封鋼板之間可按設計需要布置保溫棉。熱管式余熱鍋爐4的合成氣進口接頭4. 5、出口接頭
4.6采用鋼板卷制的方圓接的錐形結構接口，進口接頭4. 5內壁澆注保溫或耐火澆注料，進口接頭4. 5、出口接頭4. 6均與保溫墻4. 7外側的密封鋼板密封焊接。受熱管4. 1下部布置有鋼板卷制方圓接型落灰斗4. 4，落灰斗4. 4也與保溫墻4. 7外側的密封鋼板密封焊接。該熱管式余熱鍋爐4運行時，受熱管4. 1下段為吸熱段，上端為放熱段。受熱管4. 1下段吸收合成氣中的熱能，降低合成氣的溫度；鍋筒4. 2內的冷卻水吸收受熱管4. 1上端放出的熱能變成熱水或水蒸汽，熱水或水蒸汽再從鍋筒4. 2內引出，可提供工藝或生活使用，本實施例為提高熱利用效率，將回收的熱水供水冷煙道裝置1、水冷式激冷塔2，并循環使用。在熱管式余熱鍋爐4中流動的合成氣在溫度下降過程中不斷凝結出焦油，受熱管4. 1下段不與鍋筒4. 2內冷卻水直接接觸，因此受熱管4. 1下段表面可以保持較高金屬溫度，這同時就提高了粘附在其表面的焦油的溫度，溫度的提高可以減小焦油的流動黏度，同時受熱管4. 1下段為垂直向下的光管結構，沒有任何增加焦油流動阻力的附件，這就可使粘附、特別是貼緊受熱管4. 1表面的焦油得以在重力作用下流落到落灰斗4. 4內以排出。清潔的受熱管4. 1 表面對提高熱管式余熱鍋爐4的換熱效率是非常必要的，與合成氣接觸處的受熱管4. 1表面保持較高溫度對減輕合成氣對金屬的腐蝕也極為有利。當然，采用普通余熱鍋爐而非上述水管式余熱鍋爐3、熱管式余熱鍋爐4的結構也能夠實現整個系統的功能，只是換熱效率和余熱回收等效果較差。結合上述生物質合成氣冷卻、洗滌系統，進行生物質合成氣冷卻、洗滌的工藝過程如下1)高溫熱解生物質氣化爐10產生的生物質合成氣溫度在1000 1100°C、粉塵含量小于20g/Nm3、焦油含量小于3g/Nm3，該合成氣經水冷煙道裝置1初步冷卻后進入水冷式激冷塔2，水冷或者水冷并噴水激冷至約780 820°C，凝出的熔渣，從塔底排出，避免后續程序中的余熱鍋爐受熱面結渣污染，保證了余熱鍋爐的換熱性能穩定；2)水冷式激冷塔2激冷凝渣后的合成氣進入余熱鍋爐，本實施例的余熱鍋爐分為高溫段和低溫段兩段設置，高溫段采用水管式余熱鍋爐3，出口合成氣溫度控制在400 450°C，即控制在重質焦油的凝點以上，避免重質焦油在此段凝結，同時，設計該段的余熱鍋爐蒸汽壓力在1. 6MPa以上，以提高蒸汽溫度品質，滿足相應化工用汽需求；低溫段采用熱管式余熱鍋爐4以提高換熱功效，出口合成氣溫度控制在200°C以下，以使重質焦油在此段凝結，并通過槽斗收集處理，同時，設計該段的余熱鍋爐蒸汽壓力為0. 5 1. 6MPa，產生的低壓蒸汽可供電除塵設備吹掃用。水冷煙道裝置1和水冷式激冷塔2回收的余熱進入熱管式余熱鍋爐4，進行汽水分離后，爐水循環使用；3)與煤制氣不同，生物質合成氣的粉塵、焦油含量較低，粗除塵無需配置旋風或文丘里除塵器，所以熱管式余熱鍋爐4出口的合成氣直接通入了填料式洗滌冷卻塔，既達到除塵、降溫的目的，又能洗去合成氣中的H2S、NH3和HCN等有害氣體，還能減小系統阻力，節省風機7電耗，洗滌后的合成氣溫度降至約40 45°C ；4)最后，合成氣送入濕式電除塵器進行深度除塵、除焦油，確保合成氣達到粉塵和焦油含量均低于10mg/Nm3，溫度低于45°C的要求，完全滿足后續工段的用氣要求；同時，顯熱回收率大于80%。合格的合成氣經風機7抽吸至濕式氣柜儲存或者供下游工段使用；與濕式氣柜并聯的燃放火炬9，能夠在系統啟動或合成氣成分超標時，對廢氣進行燃燒處理。本發明的核心在于通過設置激冷塔激冷、余熱鍋爐冷卻并余熱回用和回收重質焦油、洗滌冷卻塔和電除塵器逐級除塵、除焦，以低能耗、高效率的實現生物質合成氣的冷卻和洗滌。所以，其保護范圍并不限于上述實施例。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變形而不脫離本發明的范圍和精神，例如不限于實施例所述具體結構的水冷煙道裝置1、水冷式激冷塔2、水管式余熱鍋爐3和熱管式余熱鍋爐4，采用常規煙道、激冷塔、余熱鍋爐也能夠實施本發明技術方案；系統中各設備的結構也不限于實施例中的具體結構，其等同的改動和變形也都是可行的；熱管式余熱鍋爐4、水冷煙道裝置1、水冷式激冷塔2也不限于實施例中構成水循環的形式，采用水冷煙道裝置1和水冷式激冷塔2單獨供水，而熱管式余熱鍋爐4的回收余熱供其它工藝段使用等也是可行的；各步驟中的溫度、壓力等參數可以根據處理前合成氣的溫度、粉塵含量和焦油含量合理調整等。倘若這些改動和變形屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍內，則本發明也意圖包含這些改動和變形在內。
權利要求
1.一種生物質合成氣冷卻、洗滌工藝，是針對溫度為1000 1100°C、粉塵含量小于 20g/Nm3、焦油含量小于3g/Nm3的生物質合成氣的處理工藝，其特征在于，它包括如下步驟1)將合成氣送入激冷塔激冷凝渣；2)將激冷凝渣后的合成氣送入余熱鍋爐進行余熱回收利用，并使合成氣中的重質焦油凝結；3)經余熱鍋爐后的合成氣送入洗滌冷卻塔進行除塵、降溫；4)經洗滌冷卻塔除塵、降溫后的合成氣送入電除塵器進行深度除塵、除焦油。
2.根據權利要求1所述的生物質合成氣冷卻、洗滌工藝，其特征在于所述步驟1)中， 經激冷塔激冷后的合成氣溫度為780 820°C。
3.根據權利要求1或2所述的生物質合成氣冷卻、洗滌工藝，其特征在于所述步驟1) 中，合成氣通過水冷煙道裝置進行初步冷卻后送入激冷塔。
4.根據權利要求1所述的生物質合成氣冷卻、洗滌工藝，其特征在于所述步驟2)中， 余熱回收利用分為高溫段和低溫段兩段進行；高溫段采用水管式余熱鍋爐，出口合成氣溫度控制在400 450°C ；低溫段采用熱管式余熱鍋爐，出口合成氣溫度控制在200°C以下。
5.根據權利要求4所述的生物質合成氣冷卻、洗滌工藝，其特征在于所述高溫段的余熱蒸汽壓力為1.6MPa以上。
6.根據權利要求4所述的生物質合成氣冷卻、洗滌工藝，其特征在于所述低溫段的余熱蒸汽壓力為0.5 1.6MPa。
7.根據權利要求4至6中任一權利要求所述的生物質合成氣冷卻、洗滌工藝，其特征在于所述步驟1)中，激冷塔采用水冷式激冷塔，合成氣通過水冷煙道裝置進行初步冷卻后送入水冷式激冷塔；所述水冷煙道裝置和水冷式激冷塔回收的余熱送入熱管式余熱鍋爐， 進行汽水分離后，水循環使用。
8.根據權利要求1所述的生物質合成氣冷卻、洗滌工藝，其特征在于所述步驟3)中， 洗滌冷卻塔將合成氣降溫至40 45°C。
9.一種生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于它包括與高溫熱解生物質氣化爐 (10)相連的激冷塔，激冷塔依次通過合成氣管道連接余熱鍋爐、洗滌冷卻塔( 和電除塵器(6)。
10.根據權利要求9所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述高溫熱解生物質氣化爐(10)與激冷塔通過水冷煙道裝置(1)連接。
11.根據權利要求10所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述水冷煙道裝置(1)包括水冷煙道及其受熱管(1.7)；水冷煙道由進口水冷煙道(1. 1)、上彎頭水冷煙道(1. 2)、直水冷煙道(1. 3)、下彎頭水冷煙道(1. 4)和出口水冷煙道(1. 5)順次密封連接構成；受熱管(1. 7)周向排列，相鄰的受熱管(1. 7)之間通過鋼板條(1. 8)無縫連接構成環形水冷壁，環形水冷壁內腔構成上述的各段煙道。
12.根據權利要求11所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述的進口水冷煙道(1.1)由進口環形集箱、進口環形水冷壁構成，其中進口環形水冷壁與所述上彎頭水冷煙道(1. 連通；進口環形集箱上設有冷卻介質進口管，用于導入冷卻介質，進口環形集箱還設有多個接管，接管與所述受熱管(1. 7)連通；所述出口水冷煙道(1. 5)與進口水冷煙道(1.1)結構相同。
13.根據權利要求11所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述水冷煙道的內側管壁上設有60 80mm厚的耐火層(1. 6)。
14.根據權利要求9所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述激冷塔為水冷式激冷塔(2)。
15.根據權利要求14所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述水冷式激冷塔( 包括密封的水冷筒體(2. 1)，水冷筒體(2. 1)由環形排列的受熱管(2.9)圍合而成，相鄰受熱管(2.9)之間密封連接，全部受熱管(2.9)的下端與進口集箱(2.7)連通，用于通入冷卻用水，全部受熱管(2.9)的上端與出口集箱(2.3)連通，用于導出冷卻用水；水冷筒體(2. 1)的上部筒壁設有進口接頭O. 4)，用于通入待處理的合成氣，水冷筒體(2. 1) 的下部筒壁設有出口接頭O. 6)，用于導出處理后的合成氣；水冷筒體(2. 1)的下部呈倒錐形，錐形底部設有排渣口 0.8)。
16.根據權利要求15所示的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述水冷筒體 (2. 1)的頂部布置有若干噴水管(2. 2)。
17.根據權利要求16所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述噴水管 (2. 2)的噴水管管路系統(12)包括穩壓罐(12. 1)和霧化噴嘴(12. 10)，穩壓罐(12. 1)和霧化噴嘴(12. 10)之間接有噴水管道；穩壓罐(12. 1)的出水口通過出水閥(12.6)接至噴水管道，穩壓罐(12. 1)的入水口接有進水閥(12 ；穩壓罐(12. 1)上還設有進氣口和出氣口，進氣口接有進氣閥(12. 3)，穩壓罐(12. 1)的出氣口接有出氣閥(12.4)。
18.根據權利要求9所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述余熱鍋爐包括依次連接的水管式余熱鍋爐( 和熱管式余熱鍋爐G)。
19.根據權利要求18所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述水管式余熱鍋爐(3)包括鍋筒(3. 7)和設置于鍋筒(3. 7)下方的爐體，所述爐體為臥式結構，進口接頭(3. 12)和出口接頭(3. 13)位于爐體的水平兩端；爐體包括爐壁和若干縱向布置的受熱管(3. 1)，全部受熱管(3. 1)的頂端通過上連管(3. 與上集箱(3.4)連通，全部受熱管(3. 1)的底端通過下連管(3. 5)與下集箱(3. 6)連通；上集箱(3. 4)通過蒸汽引出管 (3. 8)與所述鍋筒(3. 7)連通，用于回收水蒸氣；下集箱(3. 6)通過下降管(3. 9)與所述鍋筒(3.7)的底端連通，用于提供冷卻水；所述爐體的兩側壁為膜式壁管屏(3. 2)，膜式壁管屏(3.2)的上端和下端也分別與上集箱(3.4)和下集箱(3.6)連通。
20.根據權利要求18所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述熱管式余熱鍋爐(4)包括受熱管(4. 1)、鍋筒(4. 2)和保溫墻(4. 7)，受熱管(4. 1)采用熱管，受熱管 (4. 1)的放熱段插入鍋筒G.2)內，受熱管(4. 1)的吸熱段安置在保溫墻G.7)內，保溫墻 (4.7)上還焊接有進口接頭(4. 和出口接頭G.6)，保溫墻(4.7)的下端焊接有落灰斗 (4. 4)。
21.根據權利要求18所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述激冷塔為水冷式激冷塔O)，所述高溫熱解生物質氣化爐(10)與水冷式激冷塔( 通過水冷煙道裝置(1)連接，所述熱管式余熱鍋爐(4)的水管道依次與水冷煙道裝置(1)和水冷式激冷塔 (2)的水管道串聯構成水循環系統。
22.根據權利要求9至21中任一權利要求所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述洗滌冷卻塔( 為填料式洗滌冷卻塔。
23.根據權利要求9至21中任一權利要求所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述電除塵器(6)為濕式電除塵器。
24.根據權利要求9至21中任一權利要求所述的生物質合成氣冷卻、洗滌系統，其特征在于所述電除塵器(6)的出氣口通過風機(7)分別與氣柜⑶和燃放火炬(9)連接。
全文摘要
一種生物質合成氣冷卻、洗滌工藝，是針對溫度為1000～1100℃、粉塵含量小于20g/Nm3、焦油含量小于3g/Nm3的生物質合成氣的處理工藝，它包括如下步驟1)將合成氣送入激冷塔激冷凝渣；2)將激冷凝渣后的合成氣送入余熱鍋爐進行余熱回收利用，并使合成氣中的重質焦油凝結；3)經余熱鍋爐后的合成氣送入洗滌冷卻塔進行除塵、降溫；4)經洗滌冷卻塔除塵、降溫后的合成氣送入電除塵器進行深度除塵、除焦油。一種生物質合成氣冷卻、洗滌系統，包括與高溫熱解生物質氣化爐相連的激冷塔，激冷塔依次通過合成氣管道連接余熱鍋爐、洗滌冷卻塔和電除塵器。本發明工藝流暢、系統結構簡單、熱利用效率高、合成氣處理效果好。
文檔編號C10K1/06GK102559289SQ20111044951
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者劉文焱, 夏明貴, 張亮, 張巖豐 申請人:武漢凱迪工程技術研究總院有限公司