多级的原始气体洗涤系统 |
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| 申请号 | CN201420431552.3 | 申请日 | 2014-08-01 | 公开(公告)号 | CN204311033U | 公开(公告)日 | 2015-05-06 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | F.汉内曼; M.申格尼茨; | ||||
| 摘要 | 多级的原始气体洗涤系统，为了在高达10MPa的压 力 以及超过 燃料 灰分的熔点的 温度 下从气流式 气化 的原始气体中进行除尘，使用一种多级的气体洗涤系统。第一级由经过改动的急冷系统和后置的、作为吹气柱工作的清洗筒构成。第二洗涤级由一个或者多个 串联 的文氏清洗器构成。第三洗涤级由多个用于洗涤 水 的高压喷雾机构、用于以1℃到15℃的幅度对所述原始气体进行冷却的、带有冷凝水形成机构的部分 冷凝器 以及分离筒构成，所述分离筒配备有清洗 底板 以及利用塑料涂覆的除雾器。 | ||||||
| 权利要求 | 1.多级的原始气体洗涤系统，所述原始气体洗涤系统在用于在高达10MPa的压力下及高达1900℃的温度下转换形成灰分、但也形成熔渣的燃料的气流式气化设备中获取原始气体时，针对粉尘具有较高的分离度，其中 |
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| 说明书全文 | 多级的原始气体洗涤系统技术领域[0001] 本实用新型涉及一种多级的原始气体洗涤系统，所述原始气体洗涤系统在通过在高达10MPa的压力下及高达1900℃的温度下转换形成灰分、但也形成熔渣（Schlack）的燃料的气流式气化设备中获取富含CO及H2的原始气体时，针对颗粒、尤其是精细粉尘具有较高的分离度。 背景技术[0002] “粉状燃料”是指具有不同的煤化程度的精细磨碎的煤、由生物质构成的粉尘、热预处理的产物、比如焦炭、通过“焙烧（Torrefaction）”引起的烘干产物（Dörrprodukt）以及由地区的和行业的残留物和废物构成的热值丰富的馏出物。粉状燃料可以作为气体-固体悬浮物或者作为液态-固体悬浮物来输送给气化设备。如专利文献DE 4446803和EP0677567所示出的那样，所述气化反应器可以设有冷却罩或者设有耐火的内衬层。在不同的在技术设备中所采用的系统后面，如在DE 19718131中所描述的那样，在此可以将所述原始气体和熔融的熔渣分开地或者一起从所述气化装置的反应室中排出。对于总体工艺的详细的描述可以在J. Carl、P. Fritz的文献《NOELL- KONVERSATIONSVERFAHREN》，EF出版社， 1996年，第25-53页中找到。所述气流式气化由于被磨碎成细粉状的燃料颗粒和在所述气化室中的较短的反应时间而在所述原始气体中引起较高的粉尘份额。这种飞尘根据燃料的反应能力而包括煤灰、未转化的燃料颗粒以及较细的熔渣颗粒及灰分颗粒。颗粒大小在较粗的具有大于0.5mm的直径的颗粒与较小的具有0.1μm以内的直径的颗粒之间变化。将颗粒从原始气体中分开的可分离性取决于这种直径，不过也取决于其成分。原则上，可以一方面在煤灰与灰分之间并且另一方面与熔渣颗粒之间进行区分，其中一般来说煤灰颗粒更小并且更加难以与所述原始气体分开。熔渣颗粒具有更高的密度并且由此具有更好的可分离性，但是与此相比则具有更高的硬度以及由此腐蚀的作用。这在分离式分离器（Trennabscheider）及导引原始气体的管路中引起磨损的加剧，这可能引起与安全相关的泄漏和使用寿命限制。 [0003] 以往的现有技术在专利文献DE 10 2005 041 930中并且在文献《Die Veredelung von Kohle》，DGMK（德国石油科学及煤化学协会），汉堡，2008年12月的章节“GSP-Verfahren”，第537至553页中、尤其在插图4.4.2.4.13和4.4.2.9.1中得到了证明。据此，气化原始气体与由燃料灰分构成的熔渣一起在1300℃至1900℃的温度下被输送给气化室，并且在紧接着的急冷室中通过过剩水的喷射来得到冷却并且被除去熔渣并且以较小的程度被除去一同携带的粉尘。进一步的除尘过程在两个串联的文氏清洗器中进行，其中第二清洗机具有能够调节的喉管，用于即使在原始气体量变化时也能够将在所述喉管中的速度保持恒定并且由此对于所携带的粉尘来说保证保持相同的速度。气体洗涤设计用3 3 3 于2g/mi.N.以内的粉尘量并且应该在出口处达到1mg/mi.N.至3mg/mi.N.的粉尘量，所述粉尘量对于后置的设备、比如CO转化设备、合成设备或者燃气涡轮机的无故障的运行来说是必要的。为了除去精细粉尘、尤其是盐雾，运行一种部分冷凝器，在所述部分冷凝器中以1℃至15℃的幅度对所述原始气体进行冷却，其中所述冷凝水尤其沉淀在盐粒上并且通 3 过小水滴的分离从所述原始气体气流中除去。对于大于2g/mi.N.的粉尘量来说，这种由两个文氏管和一个部分冷凝级构成的装置是有限制的或者是不够的，并且可能不仅在所述CO转化设备的进口中导致高得多的粉尘浓度，而且可能在文氏清洗器中导致腐蚀的加剧并且可能进一步在所述部分冷凝器以及后置的系统中导致污染以及闭塞。 实用新型内容 [0004] 以这种现有技术为出发点，本实用新型的任务是，提供一种用于气流式气化设备的气体洗涤系统，所述气体洗涤系统针对颗粒、尤其是精细粉尘具有较高的分离率，所述气体洗涤系统以可靠的运行方式考虑到燃料的不同的灰分含量及灰分特性并且该气体洗涤系统具有较高的可用性。 [0006] 为了设计用于较高的、由粗粒及细粒构成的粉尘浓度的气化设备，使用针对颗粒的选择性的分离方式。建议由粗-细分离器构成的组合，该组合在第一洗涤步骤中在坚实的并且必要时多级的洗涤级中分离较粗的并且尤其腐蚀的颗粒。这种洗涤级首先具有一急冷室，将过剩水（Überschusswasser）弥散地喷射到所述急冷室中并且在所述急冷室中除了对于所述原始气体的冷却之外还同时分离非常粗糙的尘粒。这一点通过在原始气体排出口的上方布置有一罩子的方式得到支持，所述罩子结合从下面伸到该罩子中的隔板迫使气流进行三次转向并且为了避免结块而额外地朝所述气流喷水。随后，所述原始气体气流流过具有潜管的清洗筒12，在所述清洗筒中在所积聚的洗涤液中所述原始气体作为吹气柱（Blasensäule）往上升。由于在处于上面的气室中速度较小，载尘的水滴未被携带并且落回到所述吹气柱中。通过这个清洗级，将所述大于10μm的颗粒全部分离出来。更小的颗粒则在紧接着的清洗级中被分离出来，所述紧接着的清洗级包括一个或者两个依次相连的文氏清洗器。为了也将极细的小于1μm的微粒分离出来，所述原始气体通过水的高压喷射机构18、20或者在换热器19中得到1℃至15℃的直接的冷却以及间接的冷却。载有精细粉尘的水以及冷凝水也随后在微滴分离器中与所述原始气体分开并且流回到水回路中。通过所述高压喷射和所述冷却，产生极细的、具有较大的表面的微滴，所述微滴也可以接纳很细的颗粒。所述微滴分离器21可以配备有清洗底板（Waschboden）22并且在上半部分中配备经过涂覆的除雾器包（Demisterpackung）23。为了反作用于由于液滴分离器的污染引起的危险，用PTFE（聚四氟乙烯）或者特氟龙化合物对所述液滴分离器进行涂覆。通过所提到的清洗级的所描述的组合，可以分离99.9%以上的颗粒。附图说明 [0007] 下面借助于三张附图和三种实施例在对于理解来说必需的范围内对本实用新型进行解释。在此附图示出： [0008] 图1是用于在级联（Kaskade）中进行除尘的工艺，所述级联由设有罩子的急冷机构、清洗筒、两个文氏清洗器、高压喷射机构、部分冷凝器和微滴分离器所构成； [0009] 图2是用于在级联中进行除尘的工艺，所述级联由设有罩子的急冷机构、清洗筒、两个文氏清洗器、设有除雾器-液滴分离器和后置的微滴分离器的高压喷雾机构所构成；并且 [0010] 图3是用于在级联中进行除尘的工艺，所述级联由设有罩子的急冷机构、清洗筒、文氏清洗器和具有除雾器-液滴分离器的高压喷雾机构所构成。 [0011] 在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。 具体实施方式[0012] 根据气力输送（Fließförderung）的原理，利用作为载气的二氧化碳通过粉尘输送管路1将来自贫煤的、80Mg/h的粉状燃料输送给如在图1中示出的那样的、具有500MW的总3 功率的气流式反应器，并且与45000mi.N./h的氧气一起通过管路2在气化室3中以1650℃的温度和4.5MPa的压力转化为原合成气体。所述气化室3被冷却罩4限定。燃料灰分在所提到的气化温度下熔化并且绝大部分被涂抹到所述冷却罩上，向下运动并且通过原始气体 3 及熔渣排出口5到达紧接着的急冷室6中。所述原始气体量为135000mi.N./h。在急冷之后的温度处于150℃与250℃之间，所述原始气体处于水蒸汽饱和状态。不是全部的被熔化为熔渣的燃料灰分都到达所述冷却罩4上，而是一部分随着原始气体流直接排出，从而所 3 述原始气体利用以下的粒度分布（Korngrößenverteilung）携带大约2g/mi.N.的含尘量： [0013] [0014] 因为这种粉尘在接下来的过程中由于腐蚀或者沉积物而导致干扰，所以需要将其除去，直至小于1mg/m3i.N.的剩余含量，其中精细粉尘分离代表着一种特殊的工艺上的挑战。为了实现所述设置目标，安装了一种多级的气体洗涤系统。第一级包括经过改动的急冷系统以及后置的、作为吹气柱来工作的清洗筒。在急冷室6中，首先通过过剩水的喷射来将原始气体和熔渣冷却到220℃，并且在此用水蒸汽使其饱和。通过对于所述急冷室6的特殊的改动，在这里已经开始粗尘粒的分离。为此，在所述原始气体排出口11的上方安装了带有喷水口9的罩子，其中分隔板从下面伸到被所述罩子所包围的空间中。离开所述急冷器的原始气体被强制进行三次转向，由此结合所述喷水口9对颗粒进行进一步分离。所述罩子可以在所述急冷室的一部分或者整个圆周的范围内延伸。在所述原始气体排出口11的后面，可以通过喷水口10来加入额外的洗涤水。所述原始气体进一步到达清洗筒12中，进入到所述水浴槽13中并且作为吹气柱以较小的原始气体速度向上被导引到自由空间中。在这个第一气体洗涤级中，将处于2500μm到10μm的粒度范围内的粗尘粒的30个重量百分点从所述原始气体中除去。 [0015] 所述第二洗涤级包括文氏清洗系统，在所述文氏清洗系统中布置了具有固定的喉管的第一文氏清洗器14和具有能够调节的喉管的第二文氏清洗器15以及供水管路16。 [0016] 处于第二文氏清洗器15中的能够调节的喉管允许对波动的原始气体量作出反应。在该第二洗涤级中，将在所述原始气体中所携带的、处于0.6μm以下的粒度范围内的、粉尘的大约35个重量百分点分离出来。 [0017] 在所述第三洗涤级中，解决挑战性的精细粉尘分离问题，这对所述工艺提出特殊的要求。为此，在部分冷凝器19的前面和后面通过高压喷射机构18和20来弥散地喷射无固体的洗涤水，用于对所携带的尘粒进行润湿。所述部分冷凝器19具有相同的任务，在该部分冷凝器中由于用水蒸汽饱和的原始气体冷却了1℃到15℃在形成同样极细的微滴的3 3 情况下构成大约3m/h到10m/h的水蒸汽，其中所述较细的粉尘微粒对于水蒸汽来说代表着凝结核并且由此所述精细粉尘被集成到冷凝出来的水中。为了分离出载尘的微滴，所述第三洗涤级被分离筒21封闭，该分离筒配备了清洗底板22和用塑料涂覆的除雾器23。在很大程度上不含粉尘的原始气体通过所述气体排出管路24离开所述分离室21，并且随后进入到其它的过程中，直至产生最终产物。从整个洗涤级中分离出来的煤灰水25以及冷凝水和洗涤水26在分离出所携带的固体之后又在回路中被导回到所述洗涤级中。 [0018] 在按照图2的气流式气化设备中，在所述气化室3中在燃料气化时形成的粉尘份额取决于不同的参数。属于所述参数是：燃料特性比如其反应能力、粒度分布、灰分含量、灰分成分以及由此灰分熔点和所形成的熔渣的粘度特性。在考虑到特殊的燃料特性的情况下对所述三级的洗涤系统进行改动。在这种具有和上面所描述的实施例相同的效率的实施例中，通过浆体管路（Slurryleitung）1a来将具有60个质量百分点的固体份额的水-粉状燃料悬浮物输送给所述气化反应器，并且用氧气通过管路2在所述气化室3中将其转化为原3 始气体。通过所携带的水份额，氧气供给量（Sauerstoffeinsatz）提高到53000mi.N./h。 3 气化温度为1550℃，压力为4.5MPa。同样产生与预先给定的135000mi.N./h的效率相对应的原始气体量。所述第一洗涤级类似于前面的按照图1的实施例。所述第二洗涤级被限制到具有供水管路16的文氏清洗器14和水分离器17上。所述文氏清洗器14有利地为了与所产生的原始气体量的出现的波动相匹配而配备了能够调节的喉管。在所述洗涤水分离器17的后面，作为第三洗涤级跟随着具有作为除雾器的液滴分离器27，在所述液滴分离器 27的后面布置了额外的分离筒21，该分离筒同样配备有一清洗底板22和另一用塑料涂覆的除雾器。所述煤灰水排出管路以及所述冷凝及洗涤水排出管路25或者26被集成到水处理及循环系统中。 [0019] 在按照图3的气流式气化设备中，在和前面的实施例相同的条件下，同样使水-燃料悬浮物气化。所述第一及第二洗涤级相应于在前面的按照图2的实施例中的图示。所述第三洗涤级被限制到洗涤水的高压喷雾机构18和所述构造为除雾器（Demister）的液滴分离器27上。为了使水蒸汽冷凝，在所述高压喷雾机构18中所使用的洗涤水以这样的量和温度来使用，使得所述原始气体得到1℃到15℃的冷却效果。煤灰水25以及冷凝水和洗涤水26同样被集成到所述水处理及循环系统中。 [0020] 本实用新型也通过一种方法来产生，该方法用于在高达10MPa的压力和处于150℃与250℃之间的温度下在水蒸汽饱和的状态中通过三级的气体洗涤系统来从对于以气动或者液压的方式所输送的粉状燃料的气流式气化过程的原始气体中进行除尘，其中： [0021] -所述第一级由急冷系统构成，在所述急冷系统中在所述原始气体排出口11的上面布置有用水喷洒的设有喷水口9的罩子，在其后面跟随着清洗筒12，所述清洗筒在下半部分中具有水浴槽13，所述水浴槽被吹气柱的形式的原始气体流过； [0022] -所述第二洗涤级由一个或者多个文氏清洗器17构成，所述文氏清洗器串联布置并且具有后置的分离器17； [0023] -所述第三洗涤级由部分冷凝器19构成，在所述部分冷凝器的前面和后面布置有高压喷雾机构18和20以及分离筒21，该分离筒具有清洗底板22和利用塑料涂覆的除雾器23。 [0024] 附图标记列表： [0025] 1 粉尘输送管路 [0026] 1a 浆体管路 [0027] 2 氧气管路 [0028] 3 气化室 [0029] 4 冷却罩 [0030] 5 原始气体及熔渣排出口 [0031] 6 急冷室 [0032] 7 急冷水喷射 [0033] 8 熔渣排出口 [0034] 9 带有喷水口的罩子 [0035] 10 洗涤水喷口 [0036] 11 原始气体排出口 [0037] 12 清洗筒 [0038] 13 水浴槽 [0039] 14 文氏清洗器1 [0040] 15 文氏清洗器2 [0041] 16 洗涤水 [0042] 17 洗涤水分离器 [0043] 18 在部分冷凝器19之前的洗涤水高压喷雾机构 [0044] 19 部分冷凝器 [0045] 20 在部分冷凝器19之后的洗涤水高压喷雾机构 [0046] 21 分离筒 [0047] 22 清洗底板 [0048] 23 经过涂覆的除雾器 [0049] 24 气体排出管路 [0050] 25 煤灰水排出口 [0051] 26 冷凝水及洗涤水排出口 [0052] 27 用作除雾器的液滴分离器 |
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