技术领域
[0001] 本
发明属于
煤气化及煤化工领域，具体涉及一种水气混合激冷的干法煤气化装置及工艺。
背景技术
[0002] 以干
煤粉进料为特征的干法煤气化工艺因清洁和高效得到了广泛应用。基本流程是：来自磨煤和干燥单元的干煤粉通过加料器送入烧嘴，与来自空分单元的纯
氧及少量约5.0Mpa
蒸汽混合，然后喷入气化炉进行反应，生成约4.0Mpa、1625℃、富含H2和CO的高温
合成气。合成气随后经水冷壁
蒸汽发生器、余热
锅炉，通过释放热量发生蒸汽，被逐级冷却到约325℃进入除灰工序。除灰后的合成气除少量补充循环激冷气外，大部进入水洗涤塔，经高压工艺水(约5.7MPa、110℃)洗涤后，作为产品合成气，约165℃、3.8MPa出装置。为了保证气化炉出口合成气进
余热锅炉的
温度不高于900℃，经洗涤装置水洗后的部分低温合成气将与前述的那股除灰合成气一起，经激冷气
压缩机提压后送水冷壁蒸汽发生器出口，作为循环激冷气调节合成气进余锅的温度。显然，循环激冷气流量越大、温度越高，则激冷气压缩机功耗越大，背压式驱动透平所消耗的中压蒸汽越多。
[0003] 如果分出洗涤装置部分的外接洗涤水源，将其作为循环激冷水，和循环激冷气共同对水冷壁蒸汽发生器出口的合成气进行激冷，水的气化
潜热远远大于合成气
显热，补充少量低温工艺水将明显降低循环激冷气的流量和温度，从而减少其压缩功耗，并提高温度调节的灵敏性。
发明内容
[0004] 为了解决现有干法煤气化工艺中因循环激冷气流量大，造成压缩机能耗高的缺点，本发明的目的在于提供一种水气混合激冷的干法煤气化装置及工艺。
[0005] 本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0006] 本发明提供了一种水气混合激冷的干法煤气化装置，包括通过管道依次相连通的气化炉、余热锅炉、除灰器、洗涤装置，所述气化炉包括一粉煤烧嘴，干煤粉、
氧化剂和
过热蒸汽通过粉煤烧嘴喷入气化炉内并反应产生合成气，余热锅炉用于冷却合成气，所述除灰器用于去除合成气中的干灰，所述洗涤装置用于去除合成气中残余的灰尘，所述气化装置还包括激冷装置，所述激冷装置用于对合成气进行激冷，使合成气降温；激冷装置包括激冷气压缩机和高压工艺水支管，所述激冷气压缩机的输入端通过管道分别和除灰器的输出端、洗涤装置的输出端相连通，激冷气压缩机的输出端与气化炉的输入端通过管道相连通，除灰后的部分合成气和洗涤后的部分合成气进入激冷气压缩机，被升压提温后得循环激冷气，循环激冷气送到气化炉用于激冷合成气；所述高压工艺水支管的一端连接洗涤装置的洗涤水源，另一端连接气化炉，将洗涤装置的部分洗涤水作为循环激冷水输送到气化炉，用于激冷合成气。
[0007] 优选地，所述气化炉内设置一水冷壁蒸汽发生器，在气化炉内产生的合成气先进入水冷壁蒸汽发生器中冷却，然后再与循环激冷气、循环激冷水混合降温；所述激冷气压缩机和高压工艺水支管分别将循环激冷气和循环激冷水输送到气化炉的水冷壁蒸汽发生器的出口处。
[0008] 优选地，所述余热锅炉的输入端通过管道与气化炉的输出端相连通，在气化炉被激冷后的合成气进入余热锅炉进行热量回收和冷却降温，余热锅炉的输出端与除灰器的输入端通过管道相连通，经余热锅炉冷却后的合成气进入除灰器内去除干灰。
[0009] 优选地，所述洗涤装置包括文丘里洗涤器和水洗涤塔，所述除灰器的输出端、文丘里洗涤器、水洗涤塔和激冷气压缩机的输入端依次相连通，文丘里洗涤器和水洗涤塔用于洗涤除灰后的合成气。
[0010] 优选地，水洗涤塔的顶部设有排气口，激冷气压缩机的输入端通过管道与排气口相连通，排气口用于输出洗涤后的合成气，部分洗涤后的合成气被输送到激冷气压缩机，剩余洗涤后的合成气作为产品合成气输出。
[0011] 优选地，水洗涤塔的顶部设有进水口，进水口通过管道连接外部洗涤水源，用于输入洗涤水，在所述管道上连接所述高压工艺水支管，所述高压工艺水支管上设置调节
阀，用以调节高压工艺水支管的水流量。
[0012] 优选地，所述洗涤装置还包括洗涤塔
循环水泵和空气冷却器；水洗涤塔的塔顶设有循环水进水口，洗涤塔循环水泵用于加压水洗涤塔的塔底循环水，空气冷却器用于
冷却水洗涤塔的塔底去塔顶的循环水，循环水进水口用于输入塔底循环水；文丘里洗涤器、水洗涤塔、洗涤塔循环水泵、空气冷却器和循环水进水口依次通过管道相连通；洗涤塔循环水泵的输出端和文丘里洗涤器的输入端相连通，用于提高水气流速度，使水和灰尘充分混合，然后再扩容降速，水和灰尘重
力作用分离出来，达到除尘效果。
[0013] 优选地，所述气化装置还包括纯氧/蒸汽换热器和氧气蒸汽混合器，所述纯氧/蒸汽换热器、氧气蒸汽混合器和粉煤烧嘴依次相连通，纯氧/蒸汽换热器用于加热氧化剂，氧气蒸汽混合器用于将加热后的氧化剂和蒸汽混合。
[0014] 优选地，所述余热锅炉包括第一余锅蒸汽发生器、余锅蒸汽
过热器、第二余锅蒸汽发生器；气化炉的输出端、第一余锅蒸汽发生器、余锅蒸汽过热器、第二余锅蒸汽发生器和除灰器的输入端依次相连通；所述第一余锅蒸汽发生器用于冷却合成气并产
饱和蒸汽；余锅蒸汽过热器用于冷却合成气并产
过热蒸汽，第二余锅蒸汽发生器用于冷却合成气并产饱和蒸汽；所述余热锅炉还包括余锅汽包和余锅给水泵；所述第一余锅蒸汽发生器的输出端、余锅汽包和余锅蒸汽过热器的输入端依次相连通；第二余锅蒸汽发生器、余锅给水泵和余锅汽包依次相连通；余锅汽包用于产饱和蒸汽；余锅给水泵用于将余锅汽包饱和液态水提压后分别送入第一余锅蒸汽发生器和第二余锅蒸汽发生器。
[0015] 本发明还提供了一种利用所述水气混合激冷的干法煤气化装置进行干法煤气化的工艺，包括以下步骤：
[0016] (1)产生合成气：
[0017] 将干煤粉、氧化剂和过热蒸汽通过粉煤烧嘴喷入气化炉内，在气化炉内发生气化反应，产生合成气，所述合成气的温度为1600～1650℃；
[0018] (2)激冷合成气：
[0019] 来自高压工艺水支管的循环激冷水和来自激冷气压缩机的循环激冷气对产生的合成气进行激冷，激冷后的合成气温度降低至700～900℃；
[0020] 洗涤水源的水流量为40.4～44.4t/h，其中8.4～12.4t/h进入高压工艺水支管，剩余部分进入洗涤装置；
[0021] (3)对激冷后的合成气进行降温：
[0022] 经激冷后的合成气通过管道输送到余热锅炉，经冷却降温至300～330℃；
[0023] (4)对降温后的合成气除灰，洗涤：
[0024] 降温后的合成气送入除灰器中除灰，除灰后的合成气中的2/25～1/7部分被输送至激冷气压缩机被升压提温，得循环激冷气，剩余部分被输送到洗涤装置去除合成气中残余的灰并进行降温冷却至160～165℃后，得饱和的合成气，饱和的合成气的2/5～5/9部分被输送至激冷气压缩机被升压得循环激冷气，剩余部分作为产品合成气被排出气化装置。
[0025] 本发明提供的气化装置增设高压工艺水支管，分出部分进洗涤装置的高压低温(约5.7MPa、110℃)工艺水，与出自激冷气压缩机的循环激冷气混合，共同调节合成气进余热锅炉的温度；在上述工艺水支管上设置调节阀，以调节补充工艺水流量。
[0026] 本发明基于以下原理：
[0027] (1)水的气化潜热远远大于合成气的显热，故喷入少量低温水可明显降低合成气的温度，从而大大减少合成气降温所需的循环激冷气量；
[0028] (2)气体压缩功耗与进气的摩尔流率和开尔文温度成正比，故补充工艺水可显著减少循环激冷气的压缩功耗；
[0029] 与
现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0030] (1)降低了循环激冷气的流量以及其进激冷气压缩机的温度，从而大大减少激冷气压缩能耗；
[0031] (2)因水的气化潜热大，故循环激冷水补充循环激冷气，共同对合成气进行激冷，能大大改善其对合成气温度调节的灵敏性；
[0032] (3)流程调整发生在气化炉下游，不对气化炉核心工艺产生任何影响；且只新增一根工艺水跨线，改动量很小，易于实施，既适用于新厂建设，也适于老厂改造。
附图说明
[0033] 图1为本发明对比例的现有干法煤气化装置示意图；
[0034] 图2为本发明
实施例的水气混合激冷干法煤气化装置示意图；
[0035] 图中：
[0036] 1-纯氧/蒸汽换热器；2-氧气蒸汽混合器；3-粉煤烧嘴；4-气化炉；5-水冷壁蒸汽发生器；6-第一余锅蒸汽发生器；7-余锅蒸汽过热器；、8-第二余锅蒸汽发生器；9-余锅汽包；10-余锅给水泵；11-除灰器；12-文丘里洗涤器；13-水洗涤塔；14-空气冷却器；15-洗涤塔循环水泵；16-激冷气压缩机；17-调节阀。
具体实施方式
[0037] 下面结合实施例和附图对本发明作详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0038] 对比例
[0039] 本实施例提供了一种激冷气激冷干法煤气化装置，见图1，包括通过管道依次相连通的气化炉4、余热锅炉、除灰器11、洗涤装置，所述气化炉包括一粉煤烧嘴3，干煤粉、氧化剂和过热蒸汽通过粉煤烧嘴3喷入气化炉4内并反应产生合成气，余热锅炉用于冷却合成气，所述除灰器11用于去除合成气中的干灰，所述洗涤装置用于去除合成气中残余的灰尘，所述气化装置还包括激冷气压缩机16，所述激冷气压缩机16的输入端通过管道分别和除灰器11的输出端、洗涤装置的输出端相连通，激冷气压缩机16的输出端与气化炉4的输入端通过管道相连通，除灰后的部分合成气和洗涤后的部分合成气进入激冷气压缩机16，被升压提温后得循环激冷气，循环激冷气送到气化炉4用于激冷合成气。
[0040] 所述气化炉内设置一水冷壁蒸汽发生器5，在气化炉内产生的合成气先进入水冷壁蒸汽发生器中5冷却，然后再与循环激冷气、循环激冷水混合降温。
[0041] 所述余热锅炉的输入端通过管道与气化炉4的输出端相连通，在气化炉被激冷后的合成气进入余热锅炉进行回收热量和冷却降温，余热锅炉的输出端与除灰器11的输入端通过管道相连通，经余热锅炉冷却后的合成气进入除灰器11内去除干灰。
[0042] 所述洗涤装置包括文丘里洗涤器12和水洗涤塔13，所述除灰器11的输出端、文丘里洗涤器12、水洗涤塔13和激冷气压缩机16的输入端依次相连通，文丘里洗涤器12和水洗涤塔13用于洗涤除灰后的合成气。
[0043] 水洗涤塔13的顶部设有排气口，激冷气压缩机16的输入端通过管道与排气口相连通，排气口用于输出洗涤后的合成气，部分洗涤后的合成气被输送到激冷气压缩机16，剩余洗涤后的合成气作为产品合成气排出。
[0044] 水洗涤塔13的顶部设有进水口，进水口连接外部洗涤水源，用于输入洗涤水。
[0045] 所述洗涤装置还包括洗涤塔循环水泵15和空气冷却器14；水洗涤塔13的顶部设有循环水进水口，洗涤塔循环水泵15用于加压水洗涤塔的塔底循环水，空气冷却器14用于冷却水洗涤塔的塔底去塔顶的循环水，循环水进水口用于输入塔底循环水；文丘里洗涤器12、水洗涤塔13、洗涤塔循环水泵15、空气冷却器14和循环水进水口依次通过管道相连通；洗涤塔循环水泵15的输出端和文丘里洗涤器12的输入端相连通，用于用于提高水气流速度，使水和灰尘充分混合，然后再扩容降速，水和灰尘重力作用分离出来，达到除尘效果。。
[0046] 所述气化装置还包括纯氧/蒸汽换热器1和氧气蒸汽混合器2，所述纯氧/蒸汽换热器1、氧气蒸汽混合器2和粉煤烧嘴3依次相连通，纯氧/蒸汽换热器1用于加热氧化剂，氧气蒸汽混合器2用于将加热后的氧化剂和蒸汽混合。
[0047] 所述余热锅炉包括第一余锅蒸汽发生器6、余锅蒸汽过热器7、第二余锅蒸汽发生器8；气化炉4输出端、第一余锅蒸汽发生器6、余锅蒸汽过热器7、第二余锅蒸汽发生器8和除灰器11的输入端依次相连通；所述第一余锅蒸汽发生器6用于冷却合成气并产5.5MPa饱和蒸汽；余锅蒸汽过热器7用于冷却合成气并产5.5MPa、约400℃过热蒸汽，第二余锅蒸汽发生器8用于冷却合成气并产5.5MPa饱和蒸汽；所述余热锅炉还包括余锅汽包9和余锅给水泵10；所述第一余锅蒸汽发生器6的输出端、余锅汽包9和余锅蒸汽过热器10的输入端依次相连通；第二余锅蒸汽发生器8、余锅给水泵10和余锅汽包9依次相连通；余锅汽包9用于产
5.5MPa饱和蒸汽；余锅给水泵10用于将余锅汽包饱和液态水提压后分别送至第一余锅蒸汽发生器和第二余锅蒸汽发生器。
[0048] 本对比例还提供了利用所述气化装置进行干法煤气化的工艺，以某H2和CO有效成分产能为15×104Nm3/h的干法煤气化装置为例。如图1所示对比例中，来自磨煤和干燥单元的95.2t/h、80℃干煤粉通过加料器送入粉煤烧嘴3，来自空分的87.1t/h、25℃纯氧经纯氧/蒸汽换热器1被蒸汽至加热至180℃，然后与3.5t/h、5.1Mpa、400℃过热蒸汽混合送入粉煤烧嘴3。粉煤、氧气和蒸汽混合物由粉煤烧嘴3喷入气化炉4，反应生成4.0MPa、1625℃高温合成气180.0t/h。合成气先进水冷壁蒸汽发生器5，释放显热10.5MW，降温到1499.8℃，再与来自激冷气压缩机16的284.0t/h、4.15MPa、215.7℃循环激冷气混合，合计464.0t/h、741.0℃进余热锅炉，其中660.0℃出余锅蒸汽发生器6、611.8℃出余锅蒸汽过热器7、325.4℃出余锅蒸汽发生器8，共放热78.9MW，发生5.5MPa、403.4℃过热蒸汽约125.7t/h。出自余热锅炉的合成气(3.97MPa、325.4℃)随后送除灰器11，在脱除固体颗粒及水分26.5t/h后分成两路，一路59.6t/h补充循环激冷气，一路378.0t/h进洗涤装置，在42.4t/h高压工艺水(5.7MPa、105℃)的作用下，从水洗涤塔13塔顶得到饱和合成气411.7t/h(3.8MPa、162.2℃)，其中187.2t/h作为产品出洗涤装置，224.4t/h与除灰后的59.6t/h合成气(3.88MPa、325.4℃)混合，3.8MPa、284.0t/h、200.7℃进激冷气压缩机16，被升压至4.15MPa、215.7℃送气化炉内的水冷壁蒸汽发生器的出口，将合成气从1499.8℃冷却到741℃，送余热锅炉。
[0049] 实施例
[0050] 本实施例提供了一种水气混合激冷的干法煤气化装置，和对比例提供的气化装置不同的是，所述激冷装置包括激冷气压缩机16和高压工艺水支管，所述激冷气压缩机16的输入端通过管道分别和除灰器11的输出端、洗涤装置的输出端相连通，激冷气压缩机16的输出端与气化炉4的输入端通过管道相连通，除灰后的部分合成气和洗涤后的部分合成气进入激冷气压缩机16，被升压提温后得循环激冷气，循环激冷气进入气化炉4中用于激冷合成气；所述高压工艺水支管的一端连接洗涤装置的洗涤水源，另一端连接气化炉4，将洗涤装置的部分洗涤水作为循环激冷水输送到气化炉内的水冷壁蒸汽发生器的出口处，用于激冷合成气。所述高压工艺水支管上有一调节阀17，用于调节循环激冷水的流量。
[0051] 实施例相比对比例做了如下改进：
[0052] (1)设置了高压工艺水跨线。从进水洗涤塔13的42.4t/h工艺水中分出8.4t/h(5.7MPa、105℃)作为循环激冷水输送至气化炉内水冷壁蒸汽发生器的出口，作为补充冷却剂，与激冷气压缩机输出的循环激冷气一起调节合成气进余热锅炉的温度。循环激冷水的流量由其调节阀17控制。
[0053] (2)由于补充了8.4t/h工艺水做激冷剂，进激冷气压缩机16的循环激冷气流量由284.0t/h调整为175.1t/h，温度由200.7℃调整为191.2℃。其中出自除灰器11的合成气进入激冷气压缩机的流量由59.6t/h调整为28.7t/h，温度由325.4℃调整为308.4℃；出自洗涤装置的合成气进入激冷气压缩机的流量由224.5t/h调整为146.4t/h(温度保持162.2℃不变)。调整过程中，控制激冷气压缩机进气温度≮192℃，以防止氯化物结晶。
[0054] (3)合成气进余热锅炉的温度由741.0℃调整为828.9℃，出余热锅炉的温度由325.4℃调整为308.4℃，流量由464.0t/h调整到363.5t/h，但总放热量没有改变；同样，水冷壁蒸汽发生器的取热量也没有改变，因此调整前后装置蒸汽产量不变。
[0055] (4)产品合成气保持187.2t/h、3.8MPa、162.2℃不变，组成也没有改变。
[0056] (5)空气冷却器14继续停开，洗涤装置的污水
排放量由8.7t/h调整为11.8t/h，除灰器的
灰水排量由26.5t/h调整为23.4t/h。
[0057] 表1列出了对比例和实施例激冷气压缩机的主要操作参数。
[0058] 表1对比例和实施例激冷气压缩机主要操作参数
[0059]
[0060] 可见，本发明提供的水气混合激冷的干法煤气化装置和对比例相比，降低循环激冷气流量108.9t/h、温度9.5℃，按等熵效率75％计算，减少压缩功耗691.4kw，降幅42.2％。
[0061] 表2列出了对比例和实施例余热锅炉的主要操作参数。
[0062] 表2对比例和实施例余热锅炉主要操作参数
[0063]
[0064] 可见，本发明提供的水气混合激冷的干法煤气化装置和对比例相比，余锅系统的
传热温差提高，更有利于传热。
[0065] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
