技术领域
[0001] 本
发明涉及
煤气化领域，特别是一种处理有机废液的煤气化系统和方法。
背景技术
[0002] 我国的
能源和资源消费以煤炭为主，很多化学品的生产制造时通过煤炭转化而来的，而这些转化的源头都是利用煤的气化技术将煤炭转
化成以一
氧化
碳和氢气为主的
合成气后再进一步合成制造下游的化学品或
燃料。干粉煤气流床加压气化技术因其在气化效率上的优势，已被国内的煤化工工厂的广泛使用。该技术是将原煤经
研磨并干燥后制成小颗粒
煤粉经气
力密相输送到气化炉中与氧气进行气化反应，煤炭转化率能达到99％以上，有效气含量87-93％，冷煤气效率79-83％，单位产品的氧耗、煤耗低。
[0003] 然而，采用上述气化技术气化时，为了到达气化炉内的热量平衡和
温度均衡，需要加入一定量的
水蒸气(作为辅助气化剂参与反应)，尤其对于以
无烟煤、焦粉等含碳量高、热值高的原煤，在气化时添加的
蒸汽的量也会更高。粉煤气化的压力一般在4.0MPaG左右，水蒸气的加入方法是将5.0～5.5MPaG的
饱和蒸汽过热后(～300℃)与氧气进行混合后，再以混合气体的形式进入烧嘴中(为了防止水蒸气冷凝损坏设备，氧气也需要加热到160℃以上)。
[0004] 但是，普遍的化工企业并没有～5.0MPaG等级的中压蒸汽(不允许自建电厂)，
过热蒸汽的来源困难，需要使用高压力等级的蒸汽经减温减压获得，复杂了流程、增加了投资。另外，氧气为高危气体，水蒸汽与氧气混合时需要绝对的洁净，微量的杂质都可能发生燃爆等安全事故。另外，受到水蒸气和氧气温度的影响，氧气系统的设备、管道和仪表的密封、材料选择等要求提高，装置的投资成本和维护成本相应的提高，尤其从氧气蒸汽混合处到烧嘴，管线及管线上的设备都必须采用高
合金、极低含碳量的镍基材料，而此种材料
费用极高，加工困难，给装置在成本及工期上带来极大负担。因此，取消氧气与水蒸气进烧嘴前的混合系统，考虑直接采用液态水的形式进料，能够有效提高装置的安全性，简化工艺流程，减少装置和设备投资。另外考虑到煤化工的工厂往往有一些高COD的有机废液，其处理困难、处理成本高，例如在煤焦油加工过程中会产生大量有毒
废水(也称焦油废水)，该废水含高浓度有机物，成分复杂，处理难度大。有机废液中的水可以作为辅助气化剂参与反应，废液中的有机物则在气化炉内的高温环境下被燃烧处理，能减少环境污染，同时将多碳有机物分解成以CO、H2、CO2等为主的小分子物质，不但易于后期的处理还能够将其转化成合成气，提高经济效益。
[0005] 因此针对上述气化原理和现有气化系统的缺点和弊端，开发一种取消氧气与水蒸气混合系统，改用氧与水/有机废液直接进料的粉煤气化系统，满足既能够简化流程、降低投资，又能够处理有机废液，减少污染、创造附加值是非常有必要的。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种处理有机废液的煤气化系统，简化粉煤气化流程，实现水/有机废液作为辅助气化剂的并处理和转化废液中有机物，兼顾环境保护和循环利用。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用以下的技术方案：
[0008] 一种处理有机废液的煤气化系统，其中，所述气化系统包括气化炉、有机废液单元和
锅炉水单元；所述气化炉包括在炉体内由水冷壁分隔出的气化室、位于气化室下方的冷却室以及连通所述气化室与冷却室的下渣口，并且在所述气化室的顶部设有烧嘴部；所述冷却室用于对来自所述下渣口的气化产物进行冷却降温处理；
[0009] 所述烧嘴部包括固定至炉体的烧嘴座、设置在所述烧嘴座中心处的点火烧嘴以及在所述烧嘴座上环绕所述点火烧嘴均匀设置的多个工艺烧嘴；
[0010] 所述工艺烧嘴用于向所述气化室内送入气化原料以便在所述气化室内进行气化反应，所述工艺烧嘴由内至外依次设有氧气通道、煤粉通道、液体通道和
冷却水夹套；
[0011] 所述液体通道的进料口通过管线分别连接至所述锅炉水单元、有机废液单元和惰性气源，以接收来自所述锅炉水单元的锅炉水、来自有机废液单元的有机废液和惰性气体；所述锅炉水单元还设有为所述水冷壁和烧嘴冷却水夹套提供冷却用水的管线。
[0012] 在本发明的一种实施方式中，所述有机废液单元包括有机废液储罐、用于对待进入所述有机废液储罐的有机废液进行过滤的
过滤器、用于测定来自所述有机废液储罐的有机废液的
粘度计，以及用于将测定粘度后的有机废液送入所述液相通道的废液输送
泵。
[0013] 在本发明的一种实施方式中，所述锅炉单元包括：
[0014]
余热锅炉，用于回收来自所述水冷壁的锅炉水中的热量以副产蒸汽；
[0015] 锅炉水储罐，用于接收来自界区外和所述余热锅炉的回收热量后的锅炉水；和[0016] 锅炉水泵，用于将所述锅炉水储罐中的锅炉水送入所述液相通道以及作为冷却用水送入所述水冷壁和烧嘴冷却水夹套。
[0017] 在本发明的一种实施方式中，所述工艺烧嘴个数为3～6个；所述工艺烧嘴与气化炉轴向存在一定
角度使所述工艺烧嘴的头部朝向气化炉气化室中心倾斜，所述角度为0-15，本领域技术人员可以理解，角度为0°时，工艺烧嘴与气化炉轴向平行设置。
[0018] 在本发明的一种实施方式中，所述氧气通道和煤粉通道的烧嘴头部均设置有旋流器，以使氧气和煤粉以一定的切向和轴向速度由烧嘴头部喷出；所述液相通道的烧嘴头部设置有喷射器使液相被打碎雾化后喷射入气化炉。
[0019] 在本发明的一种实施方式中，所述冷却室内设有
下降管和设置在所述下降管上端的激冷环，其中，所述下降管用于对来自所述下渣口的气化产物导入所述激冷室下部水浴进行冷却洗涤，所述激冷环用于喷射激冷水对所述下降管进行保护。
[0020] 在本发明的一种实施方式中，所述点火烧嘴由内到外依次设有燃料气通道、氧气通道和冷却水夹套，其中所述燃料气通道内还设有点火器和火焰检测器。
[0021] 在本发明的一种实施方式中，所述水冷壁为螺旋盘管式或列管式水冷壁，其向火侧敷设有水冷壁防火
内衬；所述点火烧嘴和工艺烧嘴的冷却水夹套均设有连接至所述锅炉水泵的管线，以接收冷却用水。
[0022] 本发明还进一步提供了一种利用上述煤气化系统处理有机废液的方法，其中，所述有机废液通过所述液相通道被喷入气化室进行处理。
[0023] 在本发明的一种实施方式中，点火开工时，通过气化炉顶部中心的点火烧嘴引入氧气和燃料气，并利用点火器头部高压放电引燃然后通过火焰检测器判断点火状态，确定引燃后增加氧气和燃料气的流量以提
高炉内的温度；
[0024] 点火成功且氧气、燃料气流量达到规定要求后，煤粉和氧气通过工艺烧嘴逐步投入到气化炉内；
[0025] 待对应的工艺烧嘴的煤粉和氧气投入且运行稳定后，将所述液相通道由惰性气切换为有机废液，然后调整所述工艺烧嘴的氧气、煤粉和水/有机废液的流量和比例，以达到炉内良好的气化效率；
[0026] 在所述工艺烧嘴完成投料后，降低点火烧嘴的氧气和燃料气的流量和热负荷继续作为长明灯使用，或者在点火烧嘴的氧气和燃料气通道通入惰性气体进行
正压密封保护。
[0027] 在本发明的方法的一种实施方式中，当所述工艺烧嘴的有机废液供料不足时，通过
阀门切换将部分锅炉水送入所述液相通道以替代部分有机废液，形成锅炉水和有机废液共同进料；
[0028] 当有机废液停止供应时，利用锅炉水完全替代有机废液送入所述液相通道，以保证所述工艺烧嘴进料中的水含量，进而保证气化效果；
[0029] 当所述气化炉处于不稳定状态或准备停车时，将所述液相通道中的进料切换为惰性气体进料，以进行正压密封保护，也即防止气化室内物料窜入所述液相通道。
[0030] 在一种实施方式中，所述有机废水为焦油废水。
[0031] 与
现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0032] 1.该发明具备干煤粉气化高效率的特点，取消了氧气加热系统、蒸汽减压和过滤系统、氧气蒸汽混合系统，改用低温的水/有机废液直接进料，简化了流程、减少了设备、降低了相应的氧气系统设备和管道的材质要求，从而极大了降低了工程建设费用，提高了装置的安全性(氧气温度降低)。
[0033] 2.该气化系统采用顶置多
喷嘴下喷的结构，在炉内混合和返混效果好、炉内流场和温度场分布均匀，水/有机废液经喷射和雾化装置以高速的微小液滴的形式直接喷射到气化室的高温火焰中心区，能够在较高的气化效率和较低的原材料消耗下，保证其较高的处理效果。
[0034] 3.对于干粉气化来讲，为保证煤粉输送的
稳定性，需要将煤粉中的水含量控制在一定范围内，但在气化炉运行时，需要在气化炉中添加一定量的水蒸汽以维持气化炉内部的温度及热量平衡。本
专利中在气化炉内引入有机废液，在满足原工艺要求的
基础上还能够处理工厂内的有机废液，既能够保护环境、降低废
水处理投资和处理成本，还能通过循环利用创造经济效益、创造附加值。
[0035] 4.同时设置了水进料和有机废液的储存、输送和添加系统，其中水进料借用气化装置中原有的水冷壁和烧嘴冷却水系统的锅炉
水循环泵，流程简单且没有额外的设备增加；有机废液进料问独立的系统，运行过程中既可采用有机废液、水的独立进料，又可以采用水与有机废液混合进料，保证在有机废液供应不正常时气化炉仍可高效、稳定运行。
[0036] 5.通过对本专利采用的烧嘴的设计可以对已经运行的气化装置添加相应的设备进行升级改造，实现有机废液的处理。
附图说明
[0037] 图1为本发明的煤气化系统的一种实施方式的示意图；
[0038] 图2为所述工艺烧嘴的剖面示意图；
[0039] 其中，10-气化炉，11-气化室，12-冷却室，13-下渣口，14-烧嘴座，15-点火烧嘴，16’-多个工艺烧嘴集合，16-工艺烧嘴，18-下降管，19-激冷环，21-锅炉水储罐，22-余热锅炉，23-锅炉水泵，31-有机废液储罐，32-过滤器，33-废液输送泵，34-
粘度计，161-氧气通道，162-氧气进口，163-煤粉进口，164-煤粉通道，165-液相通道，166-液相进口，167-工艺烧嘴冷却水夹套，168-烧嘴冷却水进口，169-烧嘴冷却水出口，170-煤粉旋流器，171-氧气旋流器，172-喷射器。
具体实施方式
[0040] 以下通过具体实施方式对本发明的技术方案及其效果做进一步说明。以下实施方式仅用于说明本发明的内容，发明并不仅限于下述实施方式或
实施例。应用本发明的构思对本发明进行的简单改变都在本发明要求保护的范围内。
[0041] 如图1-2所示，本发明的煤气化系统包括气化炉10、有机废液单元和锅炉水单元；所述气化炉1包括在炉体内由水冷壁17分隔出的气化室11、位于气化室11下方的冷却室12以及连通所述气化室11与冷却室12的下渣口13，并且在所述气化室11的顶部设有烧嘴部；
[0042] 所述烧嘴部包括固定至炉体的烧嘴座14、设置在所述烧嘴座14中心处的点火烧嘴15以及在所述烧嘴座14上环绕所述点火烧嘴15均匀设置的多个工艺烧嘴(参见图1中16’，然而为简化附图，图1中仅示出一个工艺烧嘴，)比如3～6个(如图1所示为3个)，工艺烧嘴16与气化炉10轴向平行设置(如图1中所示)，或者使所述工艺烧嘴16的头部(也即向火端)朝向气化炉气化室11中心倾斜，所述角度为0-15°(不含0°)。
[0043] 所述工艺烧嘴16用于向所述气化室11内送入气化原料以便在所述气化室11内进行气化反应，所述工艺烧嘴16由内至外依次设有氧气通道161、煤粉通道164、液体通道165和冷却水夹套167；其中，所述液体通道165的进料口166通过管线分别连接至所述锅炉水单元、有机废液单元和惰性气源，以接收来自所述锅炉水单元的锅炉水、来自有机废液单元的有机废液和惰性气体。
[0044] 所述工艺烧嘴16的氧气通道161的烧嘴头部设置氧气旋流器171，使氧气以一定的切向和轴向速度由烧嘴头部喷出；煤粉通道164的烧嘴头部设置有煤粉旋流器170使煤粉以一定的切向和轴向速度由烧嘴头部喷出；液相通道165的烧嘴头部设置水/有机废液喷射器172使液相被打碎后喷射入气化炉10，其中，水和有机废液可分别单独进料，也可按一定比例混合进料。煤粉和氧气在离开烧嘴头部后通过其切向和轴向速度，实现氧气和煤粉的切割、旋流和均匀混合，提高煤粉在炉内高温环境下的气化效率和气化炉的内的均匀挂渣；
水/有机废液被打碎雾化后，以液滴的形式喷射出，加快
汽化(
蒸发)速度，提高其在中心火焰区与煤粉、氧气、合成气进行气化反应的速度。
[0045] 所述有机废液单元包括有机废液储罐31、用于对待进入所述有机废液储罐31的有机废液进行过滤的过滤器32、用于测定来自所述有机废液储罐31的有机废液的粘度计34，以及用于将测定粘度后的有机废液送入所述液相通165道的废液输送泵33。其中，通过粘度计34在线测量有机废液的粘度，当粘度值超过规定数值时，联
锁停有机废液进料，工艺烧嘴16的液相通道165改为通入水运行或惰性气体进行正压保护，防止高温合成气倒流；有机废液单元还可以包括流量计和流量调节阀，根据气化炉的运行负荷、运行负荷、操作温度、煤质情况给定流量设定值，通过设定值与流量计的测量值的比较，流量调节阀
自动调节，控制进入工艺烧嘴中的有机废液的流量。
[0046] 所述锅炉水单元还设有为所述水冷壁17和烧嘴冷却水夹套提供冷却用水的管线。所述锅炉单元包括余热锅炉22、锅炉水储罐21和锅炉水泵23，其中，所述余热锅炉22用于回收来自所述水冷壁17的锅炉水中的热量以副产蒸汽；所述锅炉水储罐21用于接收来自界区外和所述余热锅炉22的后回收热量后的锅炉水；所述锅炉水泵23用于将所述锅炉水储罐21中的锅炉水送入所述液相通道165以及作为冷却用水送入所述水冷壁17。同时，所述点火烧嘴15和工艺烧嘴16的冷却水夹套167均设有连接至所述锅炉水泵23的管线，以接收来自锅炉水泵23的冷却水，用以给烧嘴头部降温，避免烧嘴头部长期高温受热损坏。
[0047] 所述点火烧嘴15由内到外依次设有燃料气通道、氧气通道和冷却水夹套(图中未示出)，其中所述燃料气通道内还设有点火器和火焰检测器。在一个实施例中，点火烧嘴位于气化炉顶部中心
位置、垂直插入气化炉中、头部与烧嘴座平齐，氧气、燃料气分别通过烧嘴上的不同的进口和内部通道进入气化炉，点火器和火焰检测器作为辅助装置配套安装点火烧嘴上。点火时，将少量氧气和燃料气引入气化炉中，通过深入到烧嘴头部的点火枪将从点火烧嘴头部喷射出的燃料气和氧气引燃，火检检测器自动判断炉内燃料气和氧气是否引燃；确定点火成功后，提高氧气和燃料气流量，增加炉内燃烧强度和热负荷至规定要求后可进行工艺烧嘴的投料。在工艺烧嘴成功投料后，点火烧嘴可降低流量并继续通入氧气和燃料气使用，也可以在氧气和燃料气通道通入惰性气体进行正压密封保护。
[0048] 所述冷却室12用于对来自所述下渣口13的气化产物进行冷却降温处理，可以是全部水激冷式、废锅式或水激冷+废锅式，如图1和2所示，所述冷却室采用全部水激冷式，内设有下降管18和设置在所述下降管18上端的激冷环19，其中，所述下降管18用于对来自所述下渣口13的气化产物导入所述冷却室12下部水浴进行冷却洗涤，所述激冷环19用于喷射激冷水对所述下降管18进行保护。
[0049] 当然，本领域普通技术人员可以理解，所述煤气化系统中还可以其它仪表、阀门和泵等，这些设备的设置可以是本领域技术人员根据实际需要加以确定，在此不再赘述。
[0050] 本设备系统的工作方式如下：
[0051] 在气化炉的气化室内，氧气、煤粉、与水/有机废液体等进行反应，转化为合成气(有机废液中的多碳有机物被高温分解成CO、CO2、H2，H2S、N2、NH3、HCN等小分子物质或气体)并经激冷室降温后作为产品送入下游装置。气化温度1400～1700℃，气化压力2.0～4.5MPaG。
[0052] 点火开工时，气化炉顶部中心的点火烧嘴引入氧气和燃料气，点火器头部高压放电引燃并通过火焰检测器判断点火状态，确定引燃后增加氧气和燃料气的流量以提高炉内的温度为煤粉、氧气、水/有机废液的投入创造条件。在氧气和燃料气进入烧嘴前的管线上均设置了惰性气吹扫
接口，用于在开车前、停车后的吹扫和切换或运行故障时的密封，防止高温合成气“回火”。
[0053] 煤粉和氧气通过均匀设置在点火烧嘴周围的三个工艺烧嘴，在点火成功且氧气、燃料气流量达到规定要求后，逐一或同时投入到气化炉内。在氧气和燃料气进入烧嘴前的管线上均设置氮气吹扫接口，用于在开车前、停车后的吹扫和运行故障时的密封，防止高温合成气“回火”。
[0054] 待对应的工艺烧嘴的煤粉和氧气投入且运行稳定后可进行水/有机废液的投料，水可直接经锅炉水
循环泵进料、有机废液进料时需启动输送系统，水/有机液通道由惰性气切换为水/有机废液，调整氧气、煤粉和水/有机废液的流量和比例，以达到炉内良好的气化效率。
[0055] 点火烧嘴可以在工艺烧嘴投料后，降低氧气和燃料气的流量和热负荷继续作为长明灯使用，也可以在氧气和燃料气通道通入惰性气体进行正压密封保护。
[0056] 工艺烧嘴的水/有机废液进料可以在运行中进行切换、流量或配比调整，也可以退出水/有机废液，或仅通入惰性气体进行正压密封保护，例如，在运行过程中，当所述工艺烧嘴的有机废液供料不足时，通过阀门切换将部分锅炉水送入所述液相通道以替代部分有机废液，形成锅炉水和有机废液共同进料；当有机废液停止供应时，利用锅炉水完全替代有机废液送入所述液相通道，以保证所述工艺烧嘴进料中的水含量，进而保证气化效果；当所述气化炉处于不稳定状态或停车时，将所述液相通道中的进料切换为惰性气体进料，以进行正压密封保护。
[0057] 因此，在本发明中，所述工艺烧嘴的水/有机废液的流量配比可以采用分程控制，即调节水和有机废液的流量进行互补，满足总的水量要求。
[0058] 煤粉、氧气、水/有机废液在气化炉气化室内进行气化反应，产生的高温合成气携带熔融灰渣经渣口进入冷却室冷却降温和灰渣分离后作为产品送入后系统装置。
[0059] 以下结合实施例进一步说明。
[0060] 实施实例：
[0061] 煤化工工厂以煤为原料生产多种化学品，煤质数据如表1，部分原煤通过
热解生产焦油、其他油品和焦粉，部分原煤通过煤气化生产合成气供下游合成其他化学品。焦油废水排出的废水COD及
氨氮含量高(水质见表2)，含有氨氮，酚类、吲哚、喹啉等单环或多环
芳香族化合物以及含氮、硫、氧的杂环有机物，属于非常难处理废水之一。
[0062] 厂内气化装置采用多台上述粉煤加压气化设备，以单台投煤量1500吨级的气化设备为例，如图1和2所示，采用顶置3+1烧嘴，即1个点火烧嘴和3个工艺烧嘴，在点火、开工后，工艺烧嘴的水/有机废液通道通入焦油废水，气化温度1500℃，气化压力4.0MPaG。每个煤粉烧嘴的投煤量～17t/h、氧气～9100Nm/h，有机废液投入量8～10t/h，生产合成气(干基)～90000Nm3/h，有效气含量～92vol％，碳转化率99％。气化排出的废水～15t/h，其主要成分如表3，COD低于300mg/L，氨氮低于250mg/L，不含大于1个碳的有机化合物，通过普通的生化
污水处理系统即可完成处理后回用或达标排放。当煤热解气
净化装置停车时，可切换成水作为辅助气化剂，流量8～9t/h，保证气化炉的高效运行。
[0063] 相比于传统的添加过热蒸汽的粉煤气化装置，取消了氧气加热系统、蒸汽减压和过滤系统、氧气蒸汽混合系统，相应的氧气管道的材料也从镍基合金下降到不锈
钢，单套系统可节省投资～50万元，减少蒸汽使用～12t/h。运行过程中通过上述气化系统，单套处理有机废液8～10t/h，不考虑废水中有机物气化产生合成气的效益，仅与传统的有机废液处理方式对比，可节省废水处理装置投资～700万元，节省废水处理的操作成本～60万元/年(以年运行8000小时计)。
[0064] 表1：原煤数据表
[0065]
[0066]
[0067] 表2：焦油废水水质表
[0068]项目 CODcr 氨氮 酚 SS PH
单位 mg/L mg/L mg/L mg/L
数值 6900～7700 2500～2600 900～1100 <300 8～9
[0069] 表3：气化废水水质表
[0070] 项目 CODcr 氨氮 酚 SS PH单位 mg/L mg/L mg/L mg/L
数值 <200 <100 0 <100 6～9
