一种含高浓焦粉颗粒粗煤气能量回收及净化系统

摘要

本申请公开了一种高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，包括：蒸发器一段、过热段、蒸发器二段、旋风分离器、高效除尘器以及省煤器，蒸发器一段、过热段以及蒸发器二段依次按照上、中、下位置进行连接并组成一废热锅炉；蒸发器二段的出口通过管道与旋风分离器连接，经旋风分离器离心分离后的煤气穿过蒸发器二段后进入高效除尘器和省煤器；高效除尘器和省煤器的设置位置可互换。本申请解决了煤气降温过程中，低温段换热管磨损、腐蚀、堵塞等问题，大大延长了废热锅炉和省煤器的使用寿命，适用于流化床气化领域和气流床气化领域产的高温粗煤气降温净化。

说明书

技术领域

本申请属于高温含尘煤气热量回收及净化技术领域，具体涉及一种含高浓焦粉颗粒粗煤气能量回收及净化系统。

背景技术

我国的能源结构是多煤少油，因此，采用煤基为原料生产化工产品，降低国家对石油的依赖，提高能源安全有至关重要的作用，而煤制气是实现煤基化工的重要技术依托。目前，煤制气主要采用流化床气化炉和气流床气化炉，必须经过除尘和降温回收能量，得到洁净低温煤气才能进入下游工段进行变换或者脱硫脱碳，生产出合格的净化煤气。

对富含高浓度粉尘的高温粗煤气的降温净化，气流床气化炉分煤气上行废热锅炉降温流程和煤气下行激冷降温流程；流化床气化炉由于气化原理的限制，只有煤气上行废热锅炉流程。

现有的气流床气化炉上行废热锅炉流程多采用的是循环气激冷加盘管式、直管式水冷壁废热锅炉，降温至340℃后送陶瓷干法除尘器。这种流程配置由于熔融渣、焦粉被大量夹带进入盘管式、直管式水冷壁废热锅炉，导致废热锅炉常常堵塞，影响换热效果。

现有的流化床气化炉上行废热锅炉降温流程，一般先经过高温旋风除尘器，把850～1050℃的高温煤气进行初次除尘，旋风除尘后的高温煤气送往空气预热器、废热锅炉降温至165～280℃，这股煤气含粉尘的浓度仍旧高达30～150g/Nm

现有技术中，流化床气化炉用煤气上行废热锅炉降温流程包括高温蒸发器、过热器、低温蒸发器、省煤器。中国实用新型专利CN 208871582 U公开了一种新型废热锅炉，其采用缩颈筒和中心筒相结合的新型废热锅炉设计，焦粉主要集中在中心筒处，使得废热锅炉换热器内含尘量降低，降低了焦粉对换热器和管板的磨损。这种结构由于中心筒处煤气温度仍旧较高，中心筒处收集焦粉的效率仍然较低，仍旧有大量粉尘进入换热器内，不能彻底解决焦粉磨损废热锅炉的问题。

中国发明专利CN 102047038 B公开了一种流化床煤气化工艺用余热锅炉，其包含高温蒸发器、过热器、低温蒸发器以及省煤器，其中过热器、低温蒸发器和省煤器采用水管式结构，高温蒸发器采用火管式结构。这种组合方式，是先经过废热锅炉经一步法降温后再送往除尘器净化，但在实际运行的工业化示范装置上发现，该一体组合式的余热锅炉的换热器仍旧存在磨损、腐蚀的问题，表现在高温蒸发段煤气入口处火管磨损严重；尤其是省煤器水管壳体结垢严重，露点腐蚀严重，出现停车事故最频繁。以上说明了煤气中夹带的煤灰以及粉尘对设备的影响非常大。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种含高浓焦粉颗粒粗煤气能量回收及净化系统。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

一种高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，包括：蒸发器一段、过热段、蒸发器二段、旋风分离器、高效除尘器以及省煤器，

所述蒸发器一段、所述过热段以及所述蒸发器二段依次按照上、中、下位置进行连接并组成一废热锅炉；

其中，高温煤气从所述蒸发器一段进入一次降温，然后经过热段进行二次降温，然后再经过蒸发器二段进行三次降温后从其出口排出；

所述蒸发器二段的出口通过管道与所述旋风分离器连接，经所述旋风分离器离心分离后的煤气从所述旋风分离器的上部中心管排出，然后穿过所述蒸发器二段后进入所述高效除尘器和所述省煤器；

其中，所述高效除尘器和所述省煤器的设置位置可互换。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述蒸发器一段与所述过热段通过一挠性管板隔开设置。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述蒸发器一段内设有供煤气通过的火管，其中，在所述火管和所述蒸发器一段的壳体之间设有用于输送锅炉水的第一水流通道，其中，所述锅炉水的水流方向与所述煤气流动方向相反。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述火管为倾斜设置，其中，在所述火管的进口处设置耐磨套管。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述过热段内设有至少一段水管，其中，所述水管内通入高温饱和蒸汽，所述水管外和所述过热段的壳体之间的流通通道则供高温煤气通过。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述过热段的壳体上还设有检查孔和人孔。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述蒸发器二段设有第一管程和第二管程，

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述第一管程的上部与所述过热段连接，所述第一管程的出口通过管道与所述旋风分离器连接；

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述第二管程的下部与所述旋风分离器的上部中心管连接，所述第二管程的出口与所述高效除尘器或所述省煤器连接。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述第一管程和所述蒸发器二段的壳体之间还设有用于输送锅炉水的第二水流通道，其中，所述锅炉水的水流方向与所述煤气流动方向相反。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述蒸发器二段采用火管结构。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述旋风分离器内部采用多根直切双入口型离心管。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述高效除尘器采用高效陶瓷除尘器或金属纤维除尘器。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，经所述高效除尘器过滤后的煤气含尘量降至10mg/Nm

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述省煤器采用单程火管结构，在所述单程火管结构和所述省煤器的壳体之间还设有供除氧水通过的第三水流通道，其中，所述除氧水的水流方向与煤气流动方向相反。

进一步地，上述的高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，其中，所述省煤器出口的煤气温度降至160～210℃。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请在煤气降温过程中间环节引入高效多管旋风分离器和高效除尘器，使得高温含尘煤气降温和除尘净化有机融合，而不是将煤气降温和除尘净化工艺隔离，解决了煤气降温过程中，低温段换热管磨损、腐蚀、堵塞等问题，大大延长了废热锅炉和省煤器的使用寿命，适用于流化床气化领域和气流床气化领域产的高温粗煤气降温净化。本申请高效除尘器出口的粉尘浓度可降至10mg/Nm

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统实施例一的结构示意图；

图2：本申请高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统实施例二的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

实施例一

如图1所示，本实施例高浓焦粉颗粒煤气能量回收及净化系统，包括：蒸发器一段1、过热段2、蒸发器二段、旋风分离器5、高效除尘器6以及省煤器7，所述蒸发器一段1、所述过热段2以及所述蒸发器二段依次按照上、中、下位置进行连接并组成一废热锅炉；其中，高温煤气从所述蒸发器一段1进行一次降温，然后经过热段2进行二次降温，然后再经过蒸发器二段进行三次降温后从其出口排出；所述蒸发器二段的出口通过管道与所述旋风分离器5连接，经所述旋风分离器5离心分离后的煤气从所述旋风分离器5的上部中心管排出，然后穿过所述蒸发器二段后依次进入所述高效除尘器6和所述省煤器7。

所述蒸发器一段1内设有供煤气通过的火管，其中，在所述火管和所述蒸发器一段1的壳体之间设有用于输送锅炉水的第一水流通道，其中，所述锅炉水的水流方向与所述煤气流动方向相反。由于蒸发器一段1火管入口煤气温度达850～1050℃，煤气进口气速非常大，为了减少火管入口因气速大出现的磨损问题，所述火管优选为倾斜设置，其中，在所述火管的进口处设置耐磨套管。

在本实施例中，从流化床气化炉或者气流床气化炉来的高温粗煤气，温度达850～1050℃，首先进入废热锅炉最顶部的蒸发器一段1的管箱，通过管箱把高温煤气分配到火管，控制高温煤气进入火管处的流速在15m/s～25m/s，这样的流速状态下，火管进口管束处安装耐磨套管，煤气经耐磨套管整流后直线通过火管就不容易出现快速磨损。高温煤气通过火管对锅炉水进行对流传热，壳侧形成汽水混合物，汽水混合物为饱和蒸汽，压力等级可根据用户要求从1.0Mpa～5.0Mpa、蒸汽温度从260～450℃等不同的规格。火管内的高温煤气在蒸发器一段1出口可降至650℃左右。

在本实施例中，所述高温粗煤气压力范围可以为0.1Mpa～5.0Mpa。

进一步地，由于蒸发器一段1火管的管壁金属温度较高，而蒸发器壳体金属壁温较低，为了消除火管与壳体之间膨胀量不一致的问题以及水蒸汽顶部局部富集问题，所述蒸发器一段1与所述过热段2通过一挠性管板隔开。

进一步地，上述650℃左右的高温煤气进入所述过热段2，其中，所述过热段2内设有至少一段水管，其中，所述水管内通入高温饱和蒸汽，所述水管外和所述过热段2的壳体之间的流通通道则供高温煤气通过。

其中，所述水管优选为水平盘管式结构，采用该盘管式结构，使得上部连接管板处没有高温过热蒸汽富集，不易引起局部过热，进而引起局部高温烧毁问题；另外，这种结构可充分利用空间，设备造价较低。

所述过热段2的壳体上还设有检查孔和人孔，可以观察壳体内的积灰情况，并设置有吹灰口或者振动器，以便出现积灰时，有手段对积灰进行及时处理。高温煤气出过热段2的温度降至550℃左右。

在本实施例中，所述蒸发器二段采用火管结构，当煤气流通到此处时，温度已经降低至550℃左右，同样的流通面积下，煤气气速降低40％左右，气速降低，使得煤气中夹带的煤灰和焦粉容易沉积在壁面而引起积灰。因此，在本实施例中，所述蒸发器二段优选采用下文所述的两管程火管结构(第一管程3和第二管程4)，这样的话可以提高火管内煤气气速，不易积灰，对流传热效果更好。第一管程3的出口接旋风分离器5，除尘后的半高温煤气再进入蒸发器二段的第二管程4与锅炉水进一步换热。

在本实施例中，所述蒸发器二段设有第一管程3和第二管程4，所述第一管程3的上部与所述过热段2连接，所述第一管程3的出口通过管道与所述旋风分离器5连接；所述第二管程4的下部与所述旋风分离器5的上部中心管连接，所述第二管程4的出口与所述高效除尘器6或所述省煤器7连接。

所述第一管程3和所述蒸发器二段的壳体之间还设有用于输送锅炉水的第二水流通道，其中，所述锅炉水的水流方向与所述煤气流动方向相反。除尘后的半高温煤气再进入蒸发器二段的第二管程4与锅炉水进一步换热。

进一步地，550℃左右的高温煤气进入第一管程3，其中，第一管程3上部直接与过热段2下部管箱焊接，煤气通过管箱分配到第一管程3内各个火管内。煤气自上而下流经第一管程3后，温度降低至400℃左右出第一管程3。第一管程3出口与高效多管旋风分离器5通过管道连接。其中，该管道优选地采取耐磨损的衬里结构。

其中，所述旋风分离器5内部采用多根直切双入口型离心管，操作弹性大，分离效率高；并且这种结构涡核变形小，气流不易短路，是首次用于流化床和气流床干法除尘领域。

上述400℃左右的中温煤气沿着切向矩形口进入旋风分离器5，经旋风分离器5分离出的煤灰和焦通过下部灰斗、灰泵输送出界区。经过旋风分离器5离心除尘后的中温煤气含尘量大大降低，煤气从旋风分离器5上部中心管排出。由于煤气中粉尘降低，减少了对设备的冲刷，延长了后续设备的使用寿命。上述中温煤气进入旋风分离器5脱除颗粒较大的焦粉，中温煤气由于温度较低，旋风除尘效率大大提高。

旋风分离器5中心管通过管道与第二管程4下部管箱连接，中温煤气自下往上流经废热锅炉蒸发器二段的第二管程4，期间与壳侧的锅炉水进一步换热，换热后的中温煤气温度降至260℃左右后出废热锅炉。

在本实施例中，上述260℃左右的煤气进入高效除尘器6，在本实施例中，所述高效除尘器6由除尘器筒体及其附件(净煤气室、荒煤气室、灰斗组成)、过滤系统、脉冲喷吹系统、放散系统等组成。鉴于除尘器操作温度较高，所述高效除尘器6优选选用耐磨、耐高温、不易脆裂材质，如，所述高效除尘器6采用高效陶瓷除尘器或金属纤维除尘器。煤气主管分配到该高效除尘器6中，并进入煤气室，颗料较大的粉尘由于重力作用自然沉降而进入灰斗，颗料较小的粉尘随煤气上升。经过滤袋时，粉尘被阻留在滤袋的外表面，煤气得到净化。

在本实施例中所述高效除尘器6的过滤风速高，过滤效果明显，经所述高效除尘器6过滤后的煤气含尘量降至10mg/Nm

进一步的，含尘量≤10mg/Nm

本申请采用火管结构，管内煤气处于湍流状态，不易积灰，使得换热管寿命大大加强。

在所述单程火管结构和所述省煤器7的壳体之间还设有供150℃左右的除氧水通过的第三水流通道，其中，所述除氧水的水流方向与煤气流动方向相反。省煤器7出口煤气可降至160～210℃左右，降温后的合成气经过热水洗或冷水洗进入下游变换或脱硫脱碳工段。

其中，上述火管结构可以采取碳钢或合金钢，采用合金钢的话，省煤器7耐低温腐蚀效果更好。

进一步地，所述省煤器7采用换向省煤器结构，进一步地解决了省煤器7内积灰的问题，有效防止出现露点腐蚀和垢下腐蚀的可能。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一的区别之处在于：经过所述蒸发器二段的第二管程4后的煤气先进入省煤器7，然后进入高效除尘器6进行处理。

上述降温后的合成气经过热水洗或冷水洗进入下游变换或脱硫脱碳工段。

需要说明地是，在本实施例中，所述蒸发器二段的第二管程4的260℃左右的煤气可以先进入省煤器7与150℃左右的除氧水换热，换热后的160～210℃的煤气进入高效除尘器6。这样的流程配置，虽然进入省煤器7的煤气含尘量高，可能影响省煤器7的使用寿命，但高效除尘器的滤芯材质可以选用价格低廉的高分子，使得造价降低。

在实际应用过程中，具体选择实施例一或者实施例二的流程搭配，可以综合成本与稳定性两方面进行确定。

本申请在煤气降温过程中间环节引入高效多管旋风分离器和高效除尘器，使得高效除尘器出口的粉尘浓度可降至10mg/Nm

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述某些部件，但这些部件不应仅仅被限于定于这些术语中。这些术语仅用来将各部件彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一某某部件也可以被称为第二某某部件，类似地，第二某某部件也可以被称为第一某某部件。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。