帶廢熱回收干粉固體燃料氣化工藝及其系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤氣化工藝及其系統(tǒng)，具體的說是一種帶廢熱回收干粉固體燃料氣化工藝及其系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]粉煤加壓氣化技術和水煤漿加壓氣化技術為第二代氣流床粉煤加壓氣化技術。與固定床煤氣化技術相比，在節(jié)能、環(huán)保和煤種適應性等方面具有十分突出的優(yōu)勢。目前比較先進的第二代氣化工藝技術中，最具代表性的為美國GE公司和康菲公司的水煤漿加壓氣化技術、荷蘭殼牌公司的SCGP和西門子GSP干粉煤加壓氣化工。
[0003]SHELL干煤粉氣化工藝主要特點是氣化爐干煤粉進料、多噴嘴氣化、水冷壁內(nèi)襯，氣化的煤氣上行進入廢熱鍋爐進行冷卻，冷卻后的煤氣經(jīng)除塵，其中一部分回爐激冷熱煤氣，其他合成氣進入下游工序。該工藝存在下述缺點:1、設備結構復雜，制造難度大，建造周期長，造價高。主要因素是廢熱鍋爐結構復雜、激冷循環(huán)氣壓縮機貴重，運行成本高；2、對煤種有一定限制，煤中鉀鈉等堿金屬含量高，易在廢鍋中積灰，影響傳熱效率，增加系統(tǒng)阻力降。3。經(jīng)過除灰系統(tǒng)除灰后的合成氣固體含量一般為5?10mg/Nm3，不能直接用于下游工序，需要經(jīng)過濕洗工段和澄清工段進一步除灰，所洗滌的灰是濕灰，不能回收利用。
[0004]GSP粉煤氣化技術一般采用水激冷流程，水耗大，灰含碳量高，碳轉化率低，能耗高，燒嘴壽命短，不能滿足大型裝置長周期使用的要求，含碳量大的濕灰不能有效利用，對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。
[0005]煤氣化技術產(chǎn)生的合成氣都需要進行洗滌和氣液分離，需要文丘里洗滌器、水洗塔、多級氣液分離器，飽和熱水塔、大型澄清槽等，工藝流程長，裝置投資大、占用水資源、污水排放對環(huán)境將產(chǎn)生嚴重的危害。
[0006]由此可見，雖然粉煤氣化工藝具有一定的先進性，但是對于合成氣生產(chǎn)化工產(chǎn)品的流程如何從工藝上進一步減少設備投資、降低設備制造周期，縮短工藝流程，實現(xiàn)煤炭高效轉化，清潔利用，節(jié)能節(jié)水是目前本領域技術人員一直致力于研宄的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決上述技術問題，提供一種工藝簡單、煤種適應性廣、除塵效果好、設備投資成運行成本低、對環(huán)境友好的帶廢熱回收干粉固體燃料氣化工藝。
[0008]本發(fā)明還提供一種用于上述工藝的系統(tǒng)，具有系統(tǒng)簡單、設備投資和運行成本低、有效控制積灰問題，提高合成氣激冷效率的優(yōu)點。
[0009]本發(fā)明工藝包括將煤粉通入氣化爐的反應室內(nèi)，在氣化劑的作用下氣化反應生成1200?1650 °C的粗合成氣，所述粗合成氣上升至反應室上方時被霧化噴嘴噴出的水霧冷卻至850°C以下，然后上升經(jīng)具有膜式水冷壁的輸氣管送入火管式鍋爐中走管程與殼程的水換熱進一步降溫至350°C以下，再送入多管式旋風除塵器、飛灰過濾器進一步除塵至含塵量小于lmg/m3，除塵后的粗合成氣再進入省煤器進一步冷卻至220?260°C后進入下一工序。
[0010]所述霧化噴嘴噴出的水霧粒徑為80?250 μ m。
[0011]所述霧化噴嘴與水平方向夾角為5?15°C，向下傾角為5?15度，噴嘴噴射錐角75?150度。
[0012]本發(fā)明系統(tǒng)包括氣化爐，所述氣化爐頂部經(jīng)輸氣管依次與火管式鍋爐、多管式旋風除塵器、飛灰過濾器和省煤器相連，所述輸氣管具有膜式水冷壁，所述氣化爐的反應室上方環(huán)形設有至少一層霧化噴嘴。
[0013]所述霧化噴嘴和反應室之間的氣化爐壁面上還設有吹灰器。
[0014]所述霧化噴嘴與水平方向夾角為5?15°C，向下傾角為5?15度，噴嘴噴射錐角75?150度。
[0015]所述火管式鍋爐包括管程和殼程，所述管程中的換熱管上端經(jīng)管頭插入件穿過上管板與上管箱連通，其中，所述管頭插入件由與換熱管上端插接的插入段和與上管箱連通的開口段組成，所述開口段為具有斜坡狀內(nèi)壁的喇叭口，所述喇叭口的兩端分別為大口端和小口端，所述小口端與插入段的前端相連且內(nèi)壁表面平滑過渡。
[0016]所述大口端的截面為多邊形，小口端的截面為圓形。
[0017]所述喇叭口的斜坡狀內(nèi)壁的坡度為5° -20°。
[0018]所述大口端的截面為五邊形或六邊形。
[0019]本發(fā)明利用氣化爐上段霧化噴嘴噴出的水霧對高溫粗合成氣進行初步冷卻的方法，取代了冷卻后的粗合成氣回爐激冷高溫合成氣的方法，解決了采用部分低溫粗合成氣回爐激冷必須配置大型循環(huán)壓縮機引起的高成本問題及粗合成氣循環(huán)系統(tǒng)能量損失大問題，從而大幅度降低了投資和運行成本，實現(xiàn)在了降本增效的目的。采用多管式旋風分離器配合飛灰過濾器能夠完全實現(xiàn)干法除灰，且由于合成氣上行，灰的含碳量低，能夠作為高性能水泥的原料，解決環(huán)保問題，不需要進行濕法洗滌，降低水的消耗。同時采用省煤器進一步回收熱量，降低溫度，使得合成氣能直接進入下游系統(tǒng)。
[0020]由于氣化爐內(nèi)粗合成氣溫度可高達1400?1700°C，為使粗合成氣充分降溫至850°C以下滿足后續(xù)火管式鍋爐的進氣溫度要求，需要控制霧化噴嘴噴出的霧液的液滴粒徑，使激冷水需要充分霧化，以強化水與合成氣的充分接觸，使高溫高壓粗合成氣快速降溫，霧化粒徑優(yōu)選為80?250 μ m，進一步優(yōu)選為150-180 μ m。
[0021]所述氣化劑為氧氣和/或蒸汽等，其加入量參照現(xiàn)有氣化反應要求進行操作。
[0022]進一步的，針對系統(tǒng)中容易積灰的問題，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，積灰主要存在于兩處，一是易附著在氣化爐的霧化噴嘴下方:由于粗合成氣上升至霧化噴嘴處時，被噴出的水霧激冷降溫，氣體中的灰塵附著在水霧中受重力下降，極易落在氣化爐霧化噴嘴下方的壁面和板面上，導致局部積灰。二是在灰塵易堆積在火管式鍋爐的上管板上:這主要是由于管頭插入件因為布置時，開口段突出于上板管，外部用澆注料填充固定或套裝陶瓷套管，這就導致澆注料或陶瓷套管端面易形成灰塵堆積區(qū)域，當澆注料出現(xiàn)裂紋或者脫落時、灰塵則會直接堆積在上管板上，使上管板換熱不均，甚至導致上管板變形等問題發(fā)現(xiàn)。針對上述問題，發(fā)明人進行了兩處改進，一是在霧化噴嘴和反應室之間的氣化爐壁面上設置吹灰器，促進濕化降溫后的灰塵落入氣化爐反應室內(nèi)；二是對火管式鍋爐中的管頭插入件結構進行改進，避免灰塵落入上管板上，克服灰塵堆積的帶來的各種問題。
[0023]本發(fā)明中，將管頭插入件的開口段設計成喇叭口，使其內(nèi)壁形成斜坡狀，避免灰塵在大口端堆積，優(yōu)選斜坡狀內(nèi)壁的坡度為5° -20°以利于排灰，更為優(yōu)選坡度為V -15°。所述喇叭口的小口端與插入段前端的內(nèi)壁表面平滑過渡，這樣有利于含塵氣體的流動。
[0024]所述大口端的截面為多邊形，優(yōu)選為五邊形或六邊形，這樣，當管頭插入件安裝后，相鄰兩個管頭插入件喇叭口的大口端可相互拼接，全面覆蓋上管板的進氣面，無需澆注料或陶瓷套管，喇叭口和喇叭口之間不留縫隙或平臺，避免灰塵沉積在澆注料端面或管板表面帶來的各種問題。
[0025]有益效果:
[0026](I)，本發(fā)明采用在氣化爐內(nèi)霧化噴嘴噴出水霧對粗合成氣進行初步激冷，然后利用火管式鍋爐進一步降溫并回收熱能，保證有效的激冷效果同時，也避免了部分合成氣回流激冷帶來的能耗高、安裝結構復雜等問題；而采用霧化激冷粗合成氣，能夠促進粗合成氣中大顆?；覊m的濕化及分離，大幅減少激冷水的消耗。
[0027](2)，由于粗合成氣的降溫步驟中并未采用水浴激冷，因此后續(xù)除塵步驟中可以采用干法除塵利用多管式旋風除塵器配合飛灰過濾器進一步將粗合成氣除塵至含塵量小于lmg/m3，可以直接用入下游系統(tǒng)。分離出的灰含碳量含碳量小于質(zhì)量百分數(shù)5%，能夠作為尚性能水泥的原料，提尚了副廣品的經(jīng)濟價值。
[0028](3)，通過加設吹灰器以及對管頭插入件的結構改進有利于灰塵的流動、抗積灰性能好，大大提高了系統(tǒng)的使用壽命，提高了煤種的適應性。
[0029](4)本發(fā)明系統(tǒng)穩(wěn)定、設備投資和生產(chǎn)成本低、工藝流程簡單、操作成本較低、節(jié)能節(jié)水、對環(huán)境友好。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明工藝流程圖暨系統(tǒng)圖；
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