公布日：2023.04.25
申请日：2023.02.22
分类号：C10J3/48(2006.01)I;C10J3/72(2006.01)I;C10J3/80(2006.01)I;C02F1/16(2023.01)I
摘要
本发明公开了一种上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的装置及方法，所述装置包括煤气化炉、合成气冷却器、旋风分离器、料退、颗粒物控制器、原料烧嘴、含盐废水进料装置、衬里管道等。本发明通过煤气化炉与衬里管道连接处的氧气喷嘴向生成的粗合成气中喷入氧气，使其中的含碳物料与氧气发生燃烧反应，对粗合成气进行二次升温，不再让熔融飞灰凝固，而是以熔融流体的形式存在；采用固体颗粒作为传热媒介，固体颗粒的比表面积极大，从而使得总体传热系数是传统辐射废锅的5倍以上；实现了回收粗合成气显热时可以协同处理含盐废水并产生玻璃体；本发明粗合成气的降温和净化过程完全采用干法流程，无含水细渣产生。
权利要求书
1.一种上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的装置，其特征在于，包括煤气化炉(1)、合成气冷却器(2)、旋风分离器(3)、颗粒物控制器(6)、衬里管道(16)；所述煤气化炉(1)自下而上分为渣水区、反应区和恒温区，合成气冷却器(2)自下而上分为密相区、过渡区、换热区和分离区，颗粒物控制器(6)自下而上分为冷却区、移动区及脱固区；所述煤气化炉(1)的反应区设有原料烧嘴(9)，恒温区设有氧气喷嘴，顶部通过衬里管道(16)与合成气冷却器(2)的密相区相连通；所述合成气冷却器(2)的密相区与含盐废水进料装置(15)相连通，分离区与旋风分离器(3)中上部相连通；旋风分离器(3)底部通过料腿(4)及循环密封罐(5)与合成气冷却器(2)的过渡区相连通；合成气冷却器(2)的换热区设置有换热系统(10)，换热系统(10)与锅炉给水系统(18)相连通；合成气冷却器(2)底部出口通过一号连续冷却减压排灰装置(7)与玻璃体收集器(14)相连通；所述旋风分离器(3)顶部与颗粒物控制器(6)的脱固区相连通；颗粒物控制器(6)的脱固区设置有气固分离单元(12)，移动区设置有细粉料位监测系统(11)，冷却区通过二号连续冷却减压排灰装置(8)与下游灰仓(17)相连通；颗粒物控制器(6)顶部分别与粗合成气后续处理系统(19)和反吹系统(13)相连通。
2.根据权利要求1所述的上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的装置，其特征在于，所述原料烧嘴(9)至少有两个，且安装位置相邻的原料烧嘴(9)的中线夹角为360°除以原料烧嘴(9)的总数量。
3.根据权利要求1所述的上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的装置，其特征在于，所述衬里管道(16)与水平面的夹角a为10°～45°；所述合成气冷却器(2)的密相区与含盐废水进料装置(15)连接处设有含盐废水喷嘴。
4.一种采用权利要求1所述的装置实现上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：a)开工前先在煤气化炉(1)的渣水区建立冷却水水浴，在料腿(4)内装填加热至200～400℃的固体颗粒；b)利用煤气化炉(1)反应区的原料烧嘴(9)喷入预热燃料和空气并点火升温，从而将煤气化炉(1)反应区温度升至950℃，同时确保合成气冷却器(2)密相区温度高于300℃；c)将原料烧嘴(9)喷入的预热燃料更换为气化原料及气化剂，调节气化原料和气化剂的比例使煤气化炉(1)反应区温度逐渐升高并稳定至1200～1600℃，使气化原料及气化剂在反应区发生气化反应生成粗合成气，生成的粗合成气夹带熔融飞灰向上流动进入恒温区；与此同时启动合成气冷却器(2)、换热系统(10)、锅炉给水系统(18)；d)启动煤气化炉(1)恒温区的氧气喷嘴，向粗合成气中喷入氧气，氧气的喷入量为进入衬里管道(16)的粗合成气总量的1～5vol％；e)逐渐向合成气冷却器(2)内加入料退(4)中的固体颗粒，最终使合成气冷却器(2)过渡区内的固体颗粒存量达到合成气冷却器(2)总体积的0.3～0.6倍；随着合成气冷却器(2)分离区操作温度达到200～500℃，合成气冷却器(2)开始正常循环流化；锅炉给水系统(18)的水经换热系统(10)与合成气冷却器(2)换热区的粗合成气换热产生蒸汽，换热后的粗合成气从分离区进入旋风分离器(3)，产生的蒸汽并入蒸汽管网；f)启动颗粒物控制器(6)顶部的反吹系统(13)，对脱固区进行定期的反吹操作；同时启动冷却区的冷却水管供水及移动区的细粉料位监测系统(11)；经旋风分离器(3)进一步分离后的粗合成气进入颗粒物控制器(6)的脱固区，在气固分离单元(12)内进一步分离后进入粗合成气后续处理系统(19)，产生的细粉向下进入颗粒物控制器(6)移动区内；g)启动二号连续冷却减压排灰装置(8)，将颗粒物控制器(6)移动区内的细粉冷却并降压后排出至下游灰仓(17)；h)启动含盐废水进料装置(15)，向合成气冷却器(2)的密相区喷入含盐废水，同时启动一号连续冷却减压排灰装置(7)；粗合成气中夹带的熔融飞灰和含盐废水中的可溶性盐类固体在合成气冷却器(2)的密相区和过渡区转化为玻璃体，一号连续冷却减压排灰装置(7)将玻璃体冷却并降压后排出至玻璃体收集器(14)；按上述步骤操作完后整个装置进入正常生产程序。
5.根据权利要求4所述的上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的方法，其特征在于，步骤c)中，所述气化原料为干煤粉时，气化剂为氧气和蒸汽，粗合成气组成为：CH4含量为0.01～0.1vol％，H2含量为5～15vol％，CO含量为35～45vol％，CO2含量为3～10vol％，水含量为35～45vol％；所述气化原料为水煤浆时，气化剂为氧气，粗合成气组成为：CH4含量为0.01～0.1vol％，H2含量为15～25vol％，CO含量为20～30vol％，CO2含量为10～15vol％，水含量为40～50vol％。
6.根据权利要求4所述的上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的方法，其特征在于，步骤d)中，所述衬里管道(16)内的粗合成气的表观速度为10～25m/s。
7.根据权利要求4所述的上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的方法，其特征在于，步骤e)中，所述合成气冷却器(2)正常循环流化后的操作压力为1～8MPaG，密相区操作温度为1250～1600℃，过渡区操作温度为800～900℃，换热区操作温度为200～800℃，分离区操作温度为200～500℃。
8.根据权利要求4所述的上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的方法，其特征在于，所述固体颗粒的粒径为50～200μm，步骤e)中，参与固体颗粒循环流化的粗合成气的表观速度为0.5～10m/s。
9.根据权利要求4所述的上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的方法，其特征在于，步骤e)中，所述锅炉给水系统(18)经换热系统(10)产生的蒸汽压力为0.5～10MPaG，温度为150～540℃。
10.根据权利要求4所述的上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的方法，其特征在于，步骤h)中，所述含盐废水的盐分主要为NaCl和Na2SO4，其溶解总固体量为10000～60000mg/L。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术存在的问题，提供一种上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的装置及方法。
针对上述目的，本发明提供的上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的装置包括煤气化炉、合成气冷却器、旋风分离器、颗粒物控制器、衬里管道；所述煤气化炉自下而上分为渣水区、反应区和恒温区，合成气冷却器自下而上分为密相区、过渡区、换热区和分离区，颗粒物控制器自下而上分为冷却区、移动区及脱固区；所述煤气化炉的反应区设有原料烧嘴，恒温区设有氧气喷嘴，顶部通过衬里管道与合成气冷却器的密相区相连通；所述合成气冷却器的密相区与含盐废水进料装置相连通，分离区与旋风分离器中上部相连通；旋风分离器底部通过料腿及循环密封罐与合成气冷却器的过渡区相连通；合成气冷却器的换热区设置有换热系统，换热系统与锅炉给水系统相连通；合成气冷却器底部出口通过一号连续冷却减压排灰装置与玻璃体收集器相连通；所述旋风分离器顶部与颗粒物控制器的脱固区相连通；颗粒物控制器的脱固区设置有气固分离单元，移动区设置有细粉料位监测系统，冷却区通过二号连续冷却减压排灰装置与下游灰仓相连通；颗粒物控制器顶部分别与粗合成气后续处理系统和反吹系统相连通。
进一步，上述原料烧嘴至少有两个，且安装位置相邻的原料烧嘴的中线夹角为360°除以原料烧嘴的总数量。
进一步，上述合成气冷却器的密相区与含盐废水进料装置连接处设置有含盐废水喷嘴。
进一步，上述衬里管道与水平面的夹角a为10°～45°。
采用上述装置实现上下分流式煤气化热回收协调处理含盐废水的方法包括以下步骤：
a)开工前先在煤气化炉的渣水区建立冷却水水浴，在料腿内装填加热至200～400℃的固体颗粒；
b)利用煤气化炉反应区的原料烧嘴喷入预热燃料和空气并点火升温，从而将煤气化炉反应区温度升至950℃，同时确保合成气冷却器密相区温度高于300℃；
c)将原料烧嘴喷入的预热燃料更换为气化原料及气化剂，调节气化原料和气化剂的比例使煤气化炉反应区温度逐渐升高并稳定至1200～1600℃，使气化原料及气化剂在反应区发生气化反应生成粗合成气，生成的粗合成气夹带熔融飞灰向上流动进入恒温区；与此同时启动合成气冷却器、换热系统、锅炉给水系统；
d)启动煤气化炉恒温区的氧气喷嘴，向粗合成气中喷入氧气，氧气的喷入量为进入衬里管道的粗合成气总量的1～5vol％；
e)逐渐向合成气冷却器内加入料退中的固体颗粒，最终使合成气冷却器过渡区内的固体颗粒存量达到合成气冷却器总体积的0.3～0.6倍；随着合成气冷却器分离区操作温度达到200～500℃，合成气冷却器开始正常循环流化；锅炉给水系统的水经换热系统与合成气冷却器换热区的粗合成气换热产生蒸汽，换热后的粗合成气从分离区进入旋风分离器，产生的蒸汽并入蒸汽管网；
f)启动颗粒物控制器顶部的反吹系统，对脱固区进行定期的反吹操作；同时启动冷却区的冷却水管供水及移动区的细粉料位监测系统；经旋风分离器进一步分离后的粗合成气进入颗粒物控制器的脱固区，在气固分离单元内进一步分离后进入粗合成气后续处理系统，产生的细粉向下进入颗粒物控制器移动区内；
g)启动二号连续冷却减压排灰装置，将颗粒物控制器移动区内的细粉冷却并降压后排出至下游灰仓；
h)启动含盐废水进料装置，向合成气冷却器的密相区喷入含盐废水，同时启动一号连续冷却减压排灰装置；粗合成气中夹带的熔融飞灰和含盐废水中的可溶性盐类固体在合成气冷却器的密相区和过渡区转化为玻璃体，一号连续冷却减压排灰装置将玻璃体冷却并降压后排出至玻璃体收集器；
按上述步骤操作完后整个装置进入正常生产程序。
进一步，上述步骤c)中，所述气化原料为干煤粉时，气化剂为氧气和蒸汽，粗合成气组成为：CH4含量为0.01～0.1vol％，H2含量为5～15vol％，CO含量为35～45vol％，CO2含量为3～10vol％，水含量为35～45vol％；所述气化原料为水煤浆时，气化剂为氧气，粗合成气组成为：CH4含量为0.01～0.1vol％，H2含量为15～25vol％，CO含量为20～30vol％，CO2含量为10～15vol％，水含量为40～50vol％。
进一步，上述步骤d)中，所述衬里管道内的粗合成气的表观速度为10～25m/s。
进一步，上述步骤e)中，所述合成气冷却器正常循环流化后的操作压力为1～8MPaG，密相区操作温度为1250～1600℃，过渡区操作温度为800～900℃，换热区操作温度为200～800℃，分离区操作温度为200～500℃。
进一步，上述固体颗粒的粒径为50～200μm，步骤e)中，参与固体颗粒循环流化的粗合成气的表观速度为0.5～10m/s。
进一步，上述步骤e)中，所述锅炉给水系统经换热系统产生的蒸汽压力为0.5～10MPaG，温度为150～540℃。
进一步，上述步骤h)中，所述含盐废水的盐分主要为NaCl和Na2SO4，其溶解总固体量为10000～60000mg/L。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过煤气化炉恒温区与衬里管道连接处的氧气喷嘴向生成的粗合成气中喷入氧气，使其中的含碳物料与氧气发生氧化反应，放出热量，对粗合成气进行二次升温，升温后的粗合成气夹带熔融飞灰向上流动进入衬里管道，不再让熔融飞灰凝固，而是以熔融状态的形式存在并表现出流体的流动性质，其粘度为20Pa·s；
2.本发明采用固体颗粒作为传热媒介，使高温粗合成气与固体颗粒在合成气冷却器的密相区和过渡区先完全混合，粗合成气的热量首先会传递给固体颗粒，进而在换热区固体颗粒直接和换热系统接触，其中固体颗粒的比表面积极大，从而使得总体传热系数是传统辐射废锅的5倍以上，设备投资小；
3.本发明利用合成气冷却器将来自煤气化炉的高温粗合成气进行降温并回收热量，将高温粗合成气中夹带的熔融飞灰和来自含盐废水进料装置中的可溶性盐类固化转化为玻璃体，在温度从大于1250℃降至900℃以下的过程中，该玻璃体以合成气冷却器内的固体颗粒为辅料在密相区和过渡区完成造粒过程，实现了回收粗合成气显热时可以协同处理含盐废水并产生以类方钠石(Na4Al3Si3O12Cl)、氯硅酸钙(Ca7(SiO4)2Cl6)、蓝方石(Na6Ca2(AlSiO4)6(SO4)4)等产物的玻璃体，实现了回收粗合成气显热时可以协同处理含盐废水并产生玻璃体；
4.本发明粗合成气的降温和净化过程完全采用干法流程，从而避免了对粗合成气进行水洗脱固的方式，而是通过气固分离的方式将粗合成气中的颗粒物脱除掉，该过程不再产生含水细渣。
（发明人：姚晓虹;李大鹏;蒋中山;张飞;闫斌;李海;徐新昌;闫琦）
