公布日：2023.04.25
申請日：2023.02.22
分類號：C10J3/48(2006.01)I;C10J3/72(2006.01)I;C10J3/80(2006.01)I;C02F1/16(2023.01)I
摘要
本發明公開了一種上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的裝置及方法，所述裝置包括煤氣化爐、合成氣冷卻器、旋風分離器、料退、顆粒物控制器、原料燒嘴、含鹽廢水進料裝置、襯里管道等。本發明通過煤氣化爐與襯里管道連接處的氧氣噴嘴向生成的粗合成氣中噴入氧氣，使其中的含碳物料與氧氣發生燃燒反應，對粗合成氣進行二次升溫，不再讓熔融飛灰凝固，而是以熔融流體的形式存在；采用固體顆粒作為傳熱媒介，固體顆粒的比表面積極大，從而使得總體傳熱系數是傳統輻射廢鍋的5倍以上；實現了回收粗合成氣顯熱時可以協同處理含鹽廢水并產生玻璃體；本發明粗合成氣的降溫和凈化過程完全采用干法流程，無含水細渣產生。
權利要求書
1.一種上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的裝置，其特征在于，包括煤氣化爐(1)、合成氣冷卻器(2)、旋風分離器(3)、顆粒物控制器(6)、襯里管道(16)；所述煤氣化爐(1)自下而上分為渣水區、反應區和恒溫區，合成氣冷卻器(2)自下而上分為密相區、過渡區、換熱區和分離區，顆粒物控制器(6)自下而上分為冷卻區、移動區及脫固區；所述煤氣化爐(1)的反應區設有原料燒嘴(9)，恒溫區設有氧氣噴嘴，頂部通過襯里管道(16)與合成氣冷卻器(2)的密相區相連通；所述合成氣冷卻器(2)的密相區與含鹽廢水進料裝置(15)相連通，分離區與旋風分離器(3)中上部相連通；旋風分離器(3)底部通過料腿(4)及循環密封罐(5)與合成氣冷卻器(2)的過渡區相連通；合成氣冷卻器(2)的換熱區設置有換熱系統(10)，換熱系統(10)與鍋爐給水系統(18)相連通；合成氣冷卻器(2)底部出口通過一號連續冷卻減壓排灰裝置(7)與玻璃體收集器(14)相連通；所述旋風分離器(3)頂部與顆粒物控制器(6)的脫固區相連通；顆粒物控制器(6)的脫固區設置有氣固分離單元(12)，移動區設置有細粉料位監測系統(11)，冷卻區通過二號連續冷卻減壓排灰裝置(8)與下游灰倉(17)相連通；顆粒物控制器(6)頂部分別與粗合成氣后續處理系統(19)和反吹系統(13)相連通。
2.根據權利要求1所述的上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的裝置，其特征在于，所述原料燒嘴(9)至少有兩個，且安裝位置相鄰的原料燒嘴(9)的中線夾角為360°除以原料燒嘴(9)的總數量。
3.根據權利要求1所述的上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的裝置，其特征在于，所述襯里管道(16)與水平面的夾角a為10°～45°；所述合成氣冷卻器(2)的密相區與含鹽廢水進料裝置(15)連接處設有含鹽廢水噴嘴。
4.一種采用權利要求1所述的裝置實現上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的方法，其特征在于，包括以下步驟：a)開工前先在煤氣化爐(1)的渣水區建立冷卻水水浴，在料腿(4)內裝填加熱至200～400℃的固體顆粒；b)利用煤氣化爐(1)反應區的原料燒嘴(9)噴入預熱燃料和空氣并點火升溫，從而將煤氣化爐(1)反應區溫度升至950℃，同時確保合成氣冷卻器(2)密相區溫度高于300℃；c)將原料燒嘴(9)噴入的預熱燃料更換為氣化原料及氣化劑，調節氣化原料和氣化劑的比例使煤氣化爐(1)反應區溫度逐漸升高并穩定至1200～1600℃，使氣化原料及氣化劑在反應區發生氣化反應生成粗合成氣，生成的粗合成氣夾帶熔融飛灰向上流動進入恒溫區；與此同時啟動合成氣冷卻器(2)、換熱系統(10)、鍋爐給水系統(18)；d)啟動煤氣化爐(1)恒溫區的氧氣噴嘴，向粗合成氣中噴入氧氣，氧氣的噴入量為進入襯里管道(16)的粗合成氣總量的1～5vol％；e)逐漸向合成氣冷卻器(2)內加入料退(4)中的固體顆粒，最終使合成氣冷卻器(2)過渡區內的固體顆粒存量達到合成氣冷卻器(2)總體積的0.3～0.6倍；隨著合成氣冷卻器(2)分離區操作溫度達到200～500℃，合成氣冷卻器(2)開始正常循環流化；鍋爐給水系統(18)的水經換熱系統(10)與合成氣冷卻器(2)換熱區的粗合成氣換熱產生蒸汽，換熱后的粗合成氣從分離區進入旋風分離器(3)，產生的蒸汽并入蒸汽管網；f)啟動顆粒物控制器(6)頂部的反吹系統(13)，對脫固區進行定期的反吹操作；同時啟動冷卻區的冷卻水管供水及移動區的細粉料位監測系統(11)；經旋風分離器(3)進一步分離后的粗合成氣進入顆粒物控制器(6)的脫固區，在氣固分離單元(12)內進一步分離后進入粗合成氣后續處理系統(19)，產生的細粉向下進入顆粒物控制器(6)移動區內；g)啟動二號連續冷卻減壓排灰裝置(8)，將顆粒物控制器(6)移動區內的細粉冷卻并降壓后排出至下游灰倉(17)；h)啟動含鹽廢水進料裝置(15)，向合成氣冷卻器(2)的密相區噴入含鹽廢水，同時啟動一號連續冷卻減壓排灰裝置(7)；粗合成氣中夾帶的熔融飛灰和含鹽廢水中的可溶性鹽類固體在合成氣冷卻器(2)的密相區和過渡區轉化為玻璃體，一號連續冷卻減壓排灰裝置(7)將玻璃體冷卻并降壓后排出至玻璃體收集器(14)；按上述步驟操作完后整個裝置進入正常生產程序。
5.根據權利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的方法，其特征在于，步驟c)中，所述氣化原料為干煤粉時，氣化劑為氧氣和蒸汽，粗合成氣組成為：CH4含量為0.01～0.1vol％，H2含量為5～15vol％，CO含量為35～45vol％，CO2含量為3～10vol％，水含量為35～45vol％；所述氣化原料為水煤漿時，氣化劑為氧氣，粗合成氣組成為：CH4含量為0.01～0.1vol％，H2含量為15～25vol％，CO含量為20～30vol％，CO2含量為10～15vol％，水含量為40～50vol％。
6.根據權利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的方法，其特征在于，步驟d)中，所述襯里管道(16)內的粗合成氣的表觀速度為10～25m/s。
7.根據權利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的方法，其特征在于，步驟e)中，所述合成氣冷卻器(2)正常循環流化后的操作壓力為1～8MPaG，密相區操作溫度為1250～1600℃，過渡區操作溫度為800～900℃，換熱區操作溫度為200～800℃，分離區操作溫度為200～500℃。
8.根據權利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的方法，其特征在于，所述固體顆粒的粒徑為50～200μm，步驟e)中，參與固體顆粒循環流化的粗合成氣的表觀速度為0.5～10m/s。
9.根據權利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的方法，其特征在于，步驟e)中，所述鍋爐給水系統(18)經換熱系統(10)產生的蒸汽壓力為0.5～10MPaG，溫度為150～540℃。
10.根據權利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的方法，其特征在于，步驟h)中，所述含鹽廢水的鹽分主要為NaCl和Na2SO4，其溶解總固體量為10000～60000mg/L。
發明內容
本發明的目的是克服上述現有技術存在的問題，提供一種上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的裝置及方法。
針對上述目的，本發明提供的上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的裝置包括煤氣化爐、合成氣冷卻器、旋風分離器、顆粒物控制器、襯里管道；所述煤氣化爐自下而上分為渣水區、反應區和恒溫區，合成氣冷卻器自下而上分為密相區、過渡區、換熱區和分離區，顆粒物控制器自下而上分為冷卻區、移動區及脫固區；所述煤氣化爐的反應區設有原料燒嘴，恒溫區設有氧氣噴嘴，頂部通過襯里管道與合成氣冷卻器的密相區相連通；所述合成氣冷卻器的密相區與含鹽廢水進料裝置相連通，分離區與旋風分離器中上部相連通；旋風分離器底部通過料腿及循環密封罐與合成氣冷卻器的過渡區相連通；合成氣冷卻器的換熱區設置有換熱系統，換熱系統與鍋爐給水系統相連通；合成氣冷卻器底部出口通過一號連續冷卻減壓排灰裝置與玻璃體收集器相連通；所述旋風分離器頂部與顆粒物控制器的脫固區相連通；顆粒物控制器的脫固區設置有氣固分離單元，移動區設置有細粉料位監測系統，冷卻區通過二號連續冷卻減壓排灰裝置與下游灰倉相連通；顆粒物控制器頂部分別與粗合成氣后續處理系統和反吹系統相連通。
進一步，上述原料燒嘴至少有兩個，且安裝位置相鄰的原料燒嘴的中線夾角為360°除以原料燒嘴的總數量。
進一步，上述合成氣冷卻器的密相區與含鹽廢水進料裝置連接處設置有含鹽廢水噴嘴。
進一步，上述襯里管道與水平面的夾角a為10°～45°。
采用上述裝置實現上下分流式煤氣化熱回收協調處理含鹽廢水的方法包括以下步驟：
a)開工前先在煤氣化爐的渣水區建立冷卻水水浴，在料腿內裝填加熱至200～400℃的固體顆粒；
b)利用煤氣化爐反應區的原料燒嘴噴入預熱燃料和空氣并點火升溫，從而將煤氣化爐反應區溫度升至950℃，同時確保合成氣冷卻器密相區溫度高于300℃；
c)將原料燒嘴噴入的預熱燃料更換為氣化原料及氣化劑，調節氣化原料和氣化劑的比例使煤氣化爐反應區溫度逐漸升高并穩定至1200～1600℃，使氣化原料及氣化劑在反應區發生氣化反應生成粗合成氣，生成的粗合成氣夾帶熔融飛灰向上流動進入恒溫區；與此同時啟動合成氣冷卻器、換熱系統、鍋爐給水系統；
d)啟動煤氣化爐恒溫區的氧氣噴嘴，向粗合成氣中噴入氧氣，氧氣的噴入量為進入襯里管道的粗合成氣總量的1～5vol％；
e)逐漸向合成氣冷卻器內加入料退中的固體顆粒，最終使合成氣冷卻器過渡區內的固體顆粒存量達到合成氣冷卻器總體積的0.3～0.6倍；隨著合成氣冷卻器分離區操作溫度達到200～500℃，合成氣冷卻器開始正常循環流化；鍋爐給水系統的水經換熱系統與合成氣冷卻器換熱區的粗合成氣換熱產生蒸汽，換熱后的粗合成氣從分離區進入旋風分離器，產生的蒸汽并入蒸汽管網；
f)啟動顆粒物控制器頂部的反吹系統，對脫固區進行定期的反吹操作；同時啟動冷卻區的冷卻水管供水及移動區的細粉料位監測系統；經旋風分離器進一步分離后的粗合成氣進入顆粒物控制器的脫固區，在氣固分離單元內進一步分離后進入粗合成氣后續處理系統，產生的細粉向下進入顆粒物控制器移動區內；
g)啟動二號連續冷卻減壓排灰裝置，將顆粒物控制器移動區內的細粉冷卻并降壓后排出至下游灰倉；
h)啟動含鹽廢水進料裝置，向合成氣冷卻器的密相區噴入含鹽廢水，同時啟動一號連續冷卻減壓排灰裝置；粗合成氣中夾帶的熔融飛灰和含鹽廢水中的可溶性鹽類固體在合成氣冷卻器的密相區和過渡區轉化為玻璃體，一號連續冷卻減壓排灰裝置將玻璃體冷卻并降壓后排出至玻璃體收集器；
按上述步驟操作完后整個裝置進入正常生產程序。
進一步，上述步驟c)中，所述氣化原料為干煤粉時，氣化劑為氧氣和蒸汽，粗合成氣組成為：CH4含量為0.01～0.1vol％，H2含量為5～15vol％，CO含量為35～45vol％，CO2含量為3～10vol％，水含量為35～45vol％；所述氣化原料為水煤漿時，氣化劑為氧氣，粗合成氣組成為：CH4含量為0.01～0.1vol％，H2含量為15～25vol％，CO含量為20～30vol％，CO2含量為10～15vol％，水含量為40～50vol％。
進一步，上述步驟d)中，所述襯里管道內的粗合成氣的表觀速度為10～25m/s。
進一步，上述步驟e)中，所述合成氣冷卻器正常循環流化后的操作壓力為1～8MPaG，密相區操作溫度為1250～1600℃，過渡區操作溫度為800～900℃，換熱區操作溫度為200～800℃，分離區操作溫度為200～500℃。
進一步，上述固體顆粒的粒徑為50～200μm，步驟e)中，參與固體顆粒循環流化的粗合成氣的表觀速度為0.5～10m/s。
進一步，上述步驟e)中，所述鍋爐給水系統經換熱系統產生的蒸汽壓力為0.5～10MPaG，溫度為150～540℃。
進一步，上述步驟h)中，所述含鹽廢水的鹽分主要為NaCl和Na2SO4，其溶解總固體量為10000～60000mg/L。
本發明的有益效果如下：
1.本發明通過煤氣化爐恒溫區與襯里管道連接處的氧氣噴嘴向生成的粗合成氣中噴入氧氣，使其中的含碳物料與氧氣發生氧化反應，放出熱量，對粗合成氣進行二次升溫，升溫后的粗合成氣夾帶熔融飛灰向上流動進入襯里管道，不再讓熔融飛灰凝固，而是以熔融狀態的形式存在并表現出流體的流動性質，其粘度為20Pa·s；
2.本發明采用固體顆粒作為傳熱媒介，使高溫粗合成氣與固體顆粒在合成氣冷卻器的密相區和過渡區先完全混合，粗合成氣的熱量首先會傳遞給固體顆粒，進而在換熱區固體顆粒直接和換熱系統接觸，其中固體顆粒的比表面積極大，從而使得總體傳熱系數是傳統輻射廢鍋的5倍以上，設備投資??；
3.本發明利用合成氣冷卻器將來自煤氣化爐的高溫粗合成氣進行降溫并回收熱量，將高溫粗合成氣中夾帶的熔融飛灰和來自含鹽廢水進料裝置中的可溶性鹽類固化轉化為玻璃體，在溫度從大于1250℃降至900℃以下的過程中，該玻璃體以合成氣冷卻器內的固體顆粒為輔料在密相區和過渡區完成造粒過程，實現了回收粗合成氣顯熱時可以協同處理含鹽廢水并產生以類方鈉石(Na4Al3Si3O12Cl)、氯硅酸鈣(Ca7(SiO4)2Cl6)、藍方石(Na6Ca2(AlSiO4)6(SO4)4)等產物的玻璃體，實現了回收粗合成氣顯熱時可以協同處理含鹽廢水并產生玻璃體；
4.本發明粗合成氣的降溫和凈化過程完全采用干法流程，從而避免了對粗合成氣進行水洗脫固的方式，而是通過氣固分離的方式將粗合成氣中的顆粒物脫除掉，該過程不再產生含水細渣。
（發明人：姚曉虹;李大鵬;蔣中山;張飛;閆斌;李海;徐新昌;閆琦）
