一种针对高温高压灰颗粒的排灰装置及其排灰方法

摘要

本发明公开了一种针对高温高压灰颗粒的排灰装置，包括压力罐、变压罐、储灰仓、旋风分离器、U型返料阀、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和第五管路，压力罐设有进料口，压力罐的内腔中设有换热盘管，压力罐的下部设有布风板，旋风分离器与压力罐连通，旋风分离器与U型返料阀的入料端口连通，U型返料阀的出料端口与压力罐连通；压力罐的底端与变压罐的顶端连接，变压罐的底端与储灰仓的顶端连接；第一管路设有多级减压阀；第三管路设有变压罐放气阀，第四管路设有变压罐充气阀，第五管路设有储灰仓充气阀。该排灰装置可有效降低灰颗粒的温度和压力。本发明还公开了利用该排灰装置的排灰方法，该方法易操作，且安全可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对灰颗粒的排灰装置及其排灰方法，具体来说，涉及一种针对高温高压灰颗粒的排灰装置及其排灰方法。  

背景技术

我国经济在快速地发展中，面临着能源资源和环境限制的瓶颈，鉴于我国富煤缺油少气的特点，煤气化成为煤炭能源清洁高效转化的重要基础。由于目前气流床煤气化技术普遍采用液态排渣方式，因此，该技术在高灰熔点煤的选择上受到一定的限制。我国煤种在灰特性方面与国外不同，平均灰含量较高(一般在27％一28％左右)，且灰熔点普遍偏高，熔点高于l400℃的煤分别占我国煤炭年产量的55％和储量的57％左右。如此多的高灰熔点煤，若采用添加助熔剂，势必在一定程度上增加了氧耗量、排渣量以及排渣热损失；而采用提高气化温度(要求气化温度在l600℃以上)的方法，则相应增加了氧耗量、煤气中C0₂的含量，并且降低了冷煤气效率和气化炉的使用寿命。采用现有液态排渣型气流床气化技术燃用我国高灰熔点煤种将面临排渣困难等一系列问题，因此，有必要开发适合我国高灰熔点煤种的流化床煤气化技术。 

流化床气化技术燃料适应性广，包括各种煤种，石油焦，生物质等，对于我国高灰分高熔点的煤种，流化床技术优势明显。随着气化压力的提高，煤气中甲烷含量增加，煤气热值增加，气化效率提高，故加压流化床气化技术是行之有效的方法。对于高灰分高熔点的煤，流化床加压气化装置排出的灰分量大且压力大温度高，所以必须进行冷却和加压后方可排出。德国开发的高温温克勒法（HTW）气化工艺中二级分离器出来的飞灰进入一级冷灰器，然后经过三个灰锁斗进入二级冷灰器后排出。其中的冷灰器为空冷螺旋形式，需要承受高温高压，设备加工难度高，价格昂贵。  

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种针对高温高压灰颗粒的排灰装置，该排灰装置可以有效降低灰颗粒的温度和压力，同时，本发明还提供了利用该排灰装置的排灰方法，该排灰方法易操作，且安全可靠。 

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是： 

一种针对高温高压灰颗粒的排灰装置，该排灰装置包括压力罐、变压罐、储灰仓、旋风分离器、U型返料阀、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和第五管路，压力罐的上部设有进料口，压力罐的内腔中设有换热盘管，换热盘管的进水口和出水口位于压力罐的外侧，压力罐的下部设有布风板，旋风分离器和U型返料阀位于压力罐的外部，且旋风分离器通过管道与压力罐的顶部连通，旋风分离器的底部与U型返料阀的入料端口连通，U型返料阀的出料端口与压力罐连通；压力罐的底端通过第一下料阀和第二下料阀与变压罐的顶端连接，变压罐的底端通过第一出料阀和第二出料阀与储灰仓的顶端连接；第一管路的顶部进气口与旋风分离器连通，第一管路中部设有多级减压阀，第一管路下部通过第三出料阀和第四出料阀与储灰仓的底端连接；第二管路的顶端与压力罐连通，第二管路的底端与储灰仓连通，第三管路的一端与变压罐连通，第三管路的另一端与第一管路连通，并且第三管路中部与第二管路通过交汇口连通，第三管路上设有变压罐放气阀，该变压罐放气阀位于第二管路和第一管路之间； 第二管路上设有第一平衡阀和第二平衡阀，第一平衡阀位于交汇口和第二管路顶端之间，第二平衡阀位于交汇口和第二管路底端之间；多级减压阀位于第一管路顶部和第三管路之间；第四管路的一端与变压罐连通，且第四管路上设有变压罐充气阀；第五管路的一端与储灰仓连通，且第五管路上设有储灰仓充气阀。

进一步，所述的针对高温高压灰颗粒的排灰装置，还包括水夹套，水夹套包裹在进料口的外壁上，水夹套与换热盘管的出水口连通。 

上述的针对高温高压灰颗粒的排灰装置的排灰方法，该排灰方法包括以下步骤： 

步骤10）降低灰颗粒温度：所有阀门初始状态均为关闭，进料开始时打开多级减压阀，并向位于压力罐内部的换热盘管中通入冷却介质，向位于压力罐下部的布风板中通入氮气，然后，将高温高压的灰颗粒通过进料口排入压力罐中，冷却介质和氮气冷却灰颗粒；压力罐中的气体流向第一管路，其中，气体中含有灰颗粒，经旋风分离器分离后，灰颗粒进入旋风分离器的分离立管中，再通过U型返料阀，将分离的灰颗粒送回压力罐中；旋风分离器出口气体通过多级减压阀降压后，作为储灰仓中的灰颗粒排出输送风，从第一管路排出；

步骤20）向变压罐中排灰：首先，打开变压罐充气阀，通过变压罐充气阀向变压罐中充入氮气，当变压罐中的气体压力接近压力罐的气体压力时，关闭变压罐充气阀，打开第一平衡阀，直至压力罐和变压罐内压力相等；然后，依次打开第二下料阀和第一下料阀，压力罐中的灰颗粒进入变压罐中，最后，依次关闭第一平衡阀、第一下料阀和第二下料阀；

步骤30）降低灰颗粒压力：打开变压罐放气阀，直至变压罐内的气体压力接近储灰仓中的气体压力时，关闭变压罐放气阀； 

步骤40）排灰：首先，打开第二平衡阀，直至变压罐和储灰仓之间的压力平衡时，依次打开第二出料阀和第一出料阀，灰颗粒在重力作用下从变压罐进入储灰仓中，然后，依次关闭第一出料阀、第二出料阀和第二平衡阀，接着，打开储灰仓充气阀，向储灰仓中充入气体，随后，依次打开第四出料阀和第三出料阀，通过储灰仓充气阀向储灰仓中充入氮气，灰颗粒在重力作用下以及氮气的输送下，从储灰仓中进入第一管路中，从第一管路的出灰口排出。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点： 

1.灰颗粒冷却和降压分段进行。首先进行降温处理：在本发明的压力罐中，对灰颗粒进行冷却。具体通过设置在压力罐中的换热盘管冷却灰颗粒，从布风板处通入的松动风也有一定的冷却效果。然后进行降压处理：在变压罐中进行，打开变压罐放气阀，直至变压罐内的气体压力接近储灰仓中的气体压力。通过一次降温两次降压，实现了对灰颗粒进行降温降压处理。

2.高温高压的灰分在压力罐中冷却至400℃左右，此时对于机械阀门的材料和生产工艺要求降低，阀门易选择，节约成本；同时还延长了整个系统的寿命，并增加了运行的安全性。 

3. 压力罐上部进料口的水夹套和压力罐中换热盘管中的冷却介质为用水或者蒸汽，冷却介质和高温的灰颗粒进行换热，冷却介质吸收热量，温度升高，最后进入余热锅炉，充分利用灰颗粒中余热。 

4.在压力罐和变压罐之间、变压罐和储灰仓之间分别设立平衡阀，保证压力罐变压罐和储灰仓中压力平衡，灰颗粒依靠自身重力下落，使得灰颗粒运动更加平稳可控性增强，减少了对设备的冲击。 

5.在压力罐下部，设置布风板，通入氮气流能够有效避免压力罐内积灰搭桥的现象，避免灰颗粒堵塞，从而能够保证排灰通畅。 

6.压力罐中可连续进料冷却，储灰仓可以连续排出低温低压的灰颗粒。  

附图说明

图1为本发明的结构示意图。 

图中有：进料口1、水夹套2、压力罐3、换热盘管4、布风板5、第一下料阀6、第二下料阀7、变压罐充气阀8、第四管路9、变压罐10、第一出料阀11、第二出料阀12、储灰仓充气阀13、第五管路14、储灰仓15、第一管路16、旋风分离器17、U型返料阀18、多级减压阀19、第一平衡阀20、第二管路21、第三管路22、交汇口23、变压罐放气阀24、第二平衡阀25、第三出料阀26、第四出料阀27、压缩机28。  

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。本发明中提及的高温高压灰颗粒是指温度在500—1000摄氏度，压力在0.5—10Mpa的灰颗粒。 

如图1所示，本发明的一种针对高温高压灰颗粒的排灰装置，包括压力罐3、变压罐10、储灰仓15、旋风分离器17、U型返料阀18、第一管路16、第二管路21、第三管路22、第四管路9和第五管路14。压力罐3的上部设有进料口1。进料口1用于向压力罐3中加入高温高压灰颗粒。压力罐3的内腔中设有换热盘管4。换热盘管4的进水口和出水口位于压力罐3的外侧。换热盘管4中充有冷却介质，可以对高温高压灰颗粒进行降温。换热盘管4可采用水冷或汽冷。冷却介质可以为水或者是蒸汽。压力罐3的下部设有布风板5。布风板5中通入氮气，能够有效地避免灰颗粒搭桥，保证排灰通畅，同时也起到冷却灰颗粒的作用。旋风分离器17和U型返料阀18位于压力罐3的外部，且旋风分离器17通过管道与压力罐3的顶部连通。旋风分离器17的底部与U型返料阀18的入料端口连通，U型返料阀18的出料端口与压力罐3连通。压力罐3的底端通过第一下料阀6和第二下料阀7与变压罐10的顶端连接。设置第一下料阀6和第二下料阀7，第一下料阀6是控料的，把大部分物料控制住，但是存在漏气；第二下料阀7是密封的气体的，防止气体大量泄漏。变压罐10的底端通过第一出料阀11和第二出料阀12与储灰仓15的顶端连接。设置第一出料阀11和第二出料阀12，第一出料阀11是控料的，把大部分物料控制住，但是存在漏气；第二出料阀12是密封的气体的，防止气体大量泄漏。第一管路16的顶部进气口与旋风分离器17连通，第一管路16中部设有多级减压阀19，第一管路16下部通过第三出料阀26和第四出料阀27与储灰仓15的底端连接。设置第三出料阀26和第四出料阀27，第三出料阀26是控料的，把大部分物料控制住，但是存在漏气；第四出料阀27是密封的气体的，防止气体大量泄漏。第二管路21的顶端与压力罐3连通，第二管路21的底端与储灰仓15连通。第三管路22的一端与变压罐10连通，第三管路22的另一端与第一管路16连通。第三管路22中部与第二管路21通过交汇口23连通。第三管路22上设有变压罐放气阀24，该变压罐放气阀24位于第二管路21和第一管路16之间。第二管路21上设有第一平衡阀20和第二平衡阀25，第一平衡阀20位于交汇口23和第二管路21顶端之间，第二平衡阀25位于交汇口23和第二管路21底端之间。多级减压阀19位于第一管路16顶部和第三管路22之间。第四管路9的一端与变压罐10连通，且第四管路9上设有变压罐充气阀8。第五管路14的一端与储灰仓15连通，且第五管路14上设有储灰仓充气阀13。 

进一步，所述的针对高温高压灰颗粒的排灰装置，还包括水夹套2，水夹套2包裹在进料口1的外壁上，水夹套2与换热盘管4的出水口连通。设置水夹套2，可以对进料口1冷却，避免灰颗粒的高温对进料口1造成破坏，起到保护进料口1的作用。 

进一步，所述的针对高温高压灰颗粒的排灰装置，还包括压缩机28，所述第一管路16的下部呈T形，含有第一支路、第二支路和第三支路，其中，第一支路与多级减压阀19连接，第二支路的末端与压缩机的吹风口相对，第三支路通过第三出料阀26和第四出料阀27与储灰仓15的底端连接，第三支路的末端为出灰口。 

增加设置压缩机28，可以保证灰颗粒从第支路的出灰口排出，并且提高排灰效率。 

上述的针对高温高压灰颗粒的排灰装置的排灰方法，包括以下步骤： 

步骤10）降低灰颗粒温度：所有阀门初始状态均为关闭，进料开始时打开多级减压阀19，并向位于压力罐3内部的换热盘管4中通入冷却介质，向位于压力罐3下部的布风板5中通入氮气，然后，将高温高压的灰颗粒通过进料口1排入压力罐3中，冷却介质和氮气冷却灰颗粒；压力罐3中的气体流向第一管路16，其中，气体中含有灰颗粒，经旋风分离器17分离后，灰颗粒进入旋风分离器17的分离立管中，再通过U型返料阀18，将分离的灰颗粒送回压力罐3中；旋风分离器17出口气体通过多级减压阀19降压后，作为储灰仓15中的灰颗粒排出输送风，从第一管路16排出；

步骤20）向变压罐10中排灰：首先，打开变压罐充气阀8，通过变压罐充气阀8向变压罐10中充入氮气，当变压罐10中的气体压力接近压力罐3的气体压力时，关闭变压罐充气阀8，打开第一平衡阀20，直至压力罐3和变压罐10内压力相等；然后，依次打开第二下料阀7和第一下料阀6，压力罐3中的灰颗粒进入变压罐10中，最后，依次关闭第一平衡阀20、第一下料阀6和第二下料阀7；

步骤30）降低灰颗粒压力：打开变压罐放气阀24，直至变压罐10内的气体压力接近储灰仓15中的气体压力时，关闭变压罐放气阀24； 

步骤40）排灰：首先，打开第二平衡阀25，直至变压罐10和储灰仓15之间的压力平衡时，依次打开第二出料阀12和第一出料阀11，灰颗粒在重力作用下从变压罐10进入储灰仓15中，然后，依次关闭第一出料阀11、第二出料阀12和第二平衡阀25，接着，打开储灰仓充气阀13，向储灰仓15中充入气体，随后，依次打开第四出料阀27和第三出料阀26，通过储灰仓充气阀13向储灰仓15中充入氮气，灰颗粒在重力作用下以及氮气的输送下，从储灰仓15中进入第一管路16中，从第一管路16的出灰口排出。

本发明的排灰方法对高温高压灰颗粒进行了一次降温一次降压处理，从而得到低温低压的灰颗粒。本发明首先进行降温处理：在压力罐3中，对灰颗粒进行冷却。具体通过设置在压力罐3中的换热盘管4以及布风板5，冷却灰颗粒。然后进行降压处理：降压处理在变压罐10中进行，打开变压罐放气阀24，直至变压罐10内的气体压力接近储灰仓15中的气体压力。通过一次降温一次降压，实现了对灰颗粒进行降温降压处理。储灰仓中压力可以为2MP-4MP，具体数值由灰颗粒的输送距离决定。储灰仓15中排除的灰颗粒的温度低于400摄氏度。多级减压阀19的作用使压力罐3中的压力保持恒定的值，不会因为充气而使压力罐3中的压力升高。 

在本发明中，压力罐3和变压罐10之间，变压罐10和储灰仓15之间分别设置了两个阀门。其中位于上方的阀门用于控料，把大部分物料控制住，但是存在漏气。位于下方的阀门用于密封气体，防止气体大量泄漏。启用时，先开启位于下方的阀门，再开启位于上方的阀门。关闭时，先关闭位于上方的阀门，再关闭位于下方的阀门。两个阀门的设置，有利于整个装置安全运行。 

本发明的排灰过程中，高温高压的灰颗粒先在压力罐3中被冷却介质以及松动风冷却降温，然后在变压罐10中降压，在储灰仓15中存储，最终低温低压的灰颗粒通过气力排出。针对固态排渣排灰的气化技术，本发明提供的固态排灰方法，可解决高温高压排灰困难的难题。