一种固定床加压气化系统的制作方法

本实用新型涉及气化工艺技术领域，尤其是涉及一种固定床加压气化系统。

背景技术：

目前，通过气化系统中的气化反应器进行气化反应，气化反应器中参与气化反应的气化剂中包括水蒸汽，因此在气化反应过程中需要向气化反应器内通入大量水蒸汽，水蒸汽的消耗量较大。此外，气化反应器生产出来的煤气温度较高，需要进行降温后才能输送至下一工艺流程，在现有技术中是使用冷水激冷洗涤的方式为煤气降温，从而造成热利用效率低，耗水量大，污水排放量大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种固定床加压气化系统，以解决现有技术中存在的气化系统中热量利用率低，水蒸汽用量较多，耗水量大，污水排放量大的技术问题。

本实用新型提供的固定床加压气化系统，包括：依次相连的预热器、混合器、气化反应器、除尘分离器、煤气废锅、洗涤饱和塔，所述除尘分离器、所述煤气废锅和所述洗涤饱和塔均与灰水处理系统相连；

所述气化反应器为运行压力为0.1MPa～5.0MPa的压力容器，所述气化反应器具有气化剂进口、进料口、排渣口和气体出口，所述气体出口与所述除尘分离器连通，所述气化反应器为半夹套结构或者全夹套结构，所述气化反应器与夹套汽包连通；

所述煤气废锅包括具有空腔的外壳，所述空腔的上部设置有蒸汽过热器换热列管、中部设置有废热锅炉换热列管、下部为除尘区，所述废热锅炉换热列管与煤气废锅汽包相连通，所述煤气废锅汽包与所述蒸汽过热器换热列管相连通，所述蒸汽过热器换热列管与所述夹套汽包相连通，以将水蒸汽通入气化反应器的下部区域。

进一步地，所述灰水处理系统包括：闪蒸罐、沉降槽、灰水槽、除氧水槽和含尘焦油槽，所述闪蒸罐与所述洗涤饱和塔相连，所述沉降槽分别与所述闪蒸罐、所述含尘焦油槽和所述灰水槽相连，所述灰水槽与所述除氧水槽相连，所述除氧水槽与所述洗涤饱和塔相连。

优选地，所述气化反应器的顶部设置有变压进料锁斗，所述变压进料锁斗与所述气化反应器之间连接有给料罐，所述变压进料锁斗与原料仓连通，所述变压进料锁斗上设置有充压泄压气体接口。

可选地，所述变压进料锁斗的数量为两个，两个所述变压进料锁斗之间连接有平衡管道。

优选地，所述变压进料锁斗的进口和/或出口设置有自动平板阀。

较佳地，所述除尘设备为旋风分离器，所述旋风分离器的内部设置有耐热耐磨浇注料衬里。

可选地，所述旋风分离器下部连接有排灰锁斗，所述排灰锁斗的进口或者出口设置有气动锁渣球阀，所述排灰锁斗与所述闪蒸罐或者沉降槽相连。

进一步地，所述蒸汽过热器换热列管和所述废热锅炉换热列管的顶部均设置有耐磨瓦。

优选地，所述煤气废锅的进气口设置有防冲挡板。

可选地，所述气化反应器为半夹套结构或者全夹套结构，所述半夹套结构的气化反应器包括夹套部和耐火部，其中，所述夹套部位于所述气化反应器的下部区域，所述耐火部位于所述气化反应器的上部区域。

相对于现有技术，本实用新型所述的固定床加压气化系统具有以下优势：

本实用新型所述的固定床加压气化系统工作过程中，气化反应器中生成的高温气体进入除尘分离器进行初步除尘后进入煤气废锅，在煤气废锅中，蒸汽过热器换热列管中包含有冷却水，冷却水吸收进入煤气废锅中气体的热量，冷却水受热后进入煤气废锅汽包，在煤气废锅汽包内蒸发为水蒸汽，水蒸汽经过蒸汽过热器换热列管后进入夹套汽包，由于夹套汽包与气化反应器相连通，因此夹套汽包可将在煤气废锅中产生的水蒸汽通入气化反应器的下部区域，当水蒸汽直接进入气化反应器的下部区域时，进入气化反应器内的水蒸汽的温度低于气化反应器的内部温度，因此，可以起到对于气化反应器的底部区域降温的作用。此外，当气化反应器中的气化剂中包含水蒸汽时，进入气化反应器的水蒸汽可作为气化剂的一部分参与气化反应。当使用的气化剂中不包含水蒸汽时，煤气废锅中产生的过热蒸汽可用于预热气化剂，预热后的气化剂经由气化剂入口进入气化反应器内。

与现有技术中的气化反应装置相比，本实用新型提供的固定床加压气化系统利用气化反应产生的气体的热量副产水蒸汽、且利用气化反应产生的气体显热副产过热蒸汽，并可在使用的气化剂中含有水蒸汽时将副产的水蒸汽通入气化反应器中作为气化剂的一部分参与反应，因此，提高了热量的利用率，且减少了外界水蒸汽的通入量。

进一步地，当气化剂为CO₂+氧气或者CO₂+富氧，水蒸汽不作为气化剂时，能进一步的降低原料煤和蒸汽的消耗，甚至不消耗蒸汽。从而使得煤气中水蒸汽含量极少，因煤气洗涤冷却而产生的废水基本消除，煤气中的组分更适合作为燃料气使用。

气化反应产生的气体通过除尘、显热回收和水饱和洗涤后，使气体温度下降一部分，同时使气体中的水蒸汽达到饱和。此外，旋风分离器、煤气废锅、洗涤饱和塔与水处理系统相连。与现有的技术中气化反应装置相比，本实用新型提供的固定床加压气化系统利用气体热量使煤气中的蒸汽达到饱和状态，直接达到后续变换反应所需要的水蒸汽含量。而洗涤气体产生的灰水经过灰水处理系统处理后循环使用，因此，大量减少了水消耗量，减少了污水排放量，同时也取消了后续变换反应对外来新鲜蒸汽的加入。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的固定床加压气化系统的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的固定床加压气化系统的工艺流程示意图；

图3为本实用新型实施例提供的固定床加压气化系统中煤气废锅的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的固定床加压气化系统的结构示意图二。

图中：10-预热器；20-混合器；30-气化反应器；31-原料仓；32-变压进料锁斗；33-给料罐；34-夹套汽包；40-除尘分离器；41-旋风分离器；42-排灰锁斗；50-煤气废锅；51-蒸汽过热器换热列管；52-废热锅炉换热列管；53-煤气废锅汽包；54-耐磨瓦；60-洗涤饱和塔；70-灰水处理系统；71-闪蒸罐；72-沉降槽；73-灰水槽；74-除氧水槽；75-含尘焦油槽；76-灰水泵；77-除氧水泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-3所示，本实用新型实施例提供的固定床加压气化系统，包括：依次相连的预热器10、混合器20、气化反应器30、除尘分离器40、煤气废锅50、洗涤饱和塔60，除尘分离器40、煤气废锅50和洗涤饱和塔60均与灰水处理系统70相连；气化反应器30为运行压力为0.1MPa～5.0MPa的压力容器，气化反应器30具有气化剂进口、进料口、排渣口和气体出口，气体出口与除尘分离器40连通，气化反应器30为半夹套结构或者全夹套结构，气化反应器30与夹套汽包34连通；煤气废锅50包括具有空腔的外壳，空腔的上部设置有蒸汽过热器换热列管51、中部设置有废热锅炉换热列管52、下部为除尘区，废热锅炉换热列管52与煤气废锅汽包53相连通，煤气废锅汽包53与蒸汽过热器换热列管51相连通，蒸汽过热器换热列管51与夹套汽包34相连通，夹套汽包34与气化反应器30相连通。

本实用新型实施例中的固定床加压气化系统在工作过程中，气化反应器30中生成的高温气体进入除尘分离器40进行初步除尘后进入煤气废锅50，在煤气废锅50中，废热锅炉换热列管52中包含有冷却水，冷却水吸收进入煤气废锅50中气体的热量，冷却水受热后进入煤气废锅汽包53，在煤气废锅汽包53中副产水蒸汽，水蒸汽进入蒸汽过热器换热列管51中，使水蒸汽加热为过热蒸汽，蒸汽过热器换热列管51与夹套汽包34相连，由于夹套汽包34与气化反应器30相连通，因此煤气废锅汽包53可将在煤气废锅50中产生的水蒸汽通入气化反应器30的下部区域，当水蒸汽直接进入气化反应器30的下部区域时，进入气化反应器30内的水蒸汽的温度低于气化反应器30的内部温度，因此，可以起到对于气化反应器30的底部区域降温的作用。此外，当气化反应器30中的气化剂中包含水蒸汽时，进入气化反应器30的水蒸汽可作为气化剂的一部分参与气化反应。当使用的气化剂中不包含水蒸汽时，煤气废锅50中产生的过热蒸汽可用于预热气化剂，预热后的气化剂经由气化剂入口进入气化反应器30内。

与现有技术中的气化反应装置相比，本实用新型实施例提供的固定床加压气化系统利用气化反应产生的气体的热量副产水蒸汽、且利用气化反应产生的气体显热副产过热蒸汽，并可在使用的气化剂中含有水蒸汽时将副产的水蒸汽通入气化反应器30中作为气化剂的一部分参与反应，因此，提高了热量的利用率，且减少了外界水蒸汽的通入量。

当使用的气化剂中不包含水蒸汽，仅为CO₂+氧气或者CO₂+富氧时，夹套部产生的水蒸汽可用于预热气化剂，水蒸汽不作为气化剂，能进一步的降低原料煤和蒸汽的消耗，甚至不消耗蒸汽。从而使得煤气中水蒸汽含量极少，因煤气洗涤冷却而产生的废水基本消除，煤气中的组分更适合作为燃料气使用。

气化反应产生的气体通过除尘、显热回收和水饱和洗涤后，使气体温度下降一部分，同时使气体中的水蒸汽达到饱和。此外，旋风分离器41、煤气废锅50、洗涤饱和塔60与灰水处理系统70相连。与现有的技术中气化反应装置相比，本实用新型提供的固定床加压气化系统利用气体热量使煤气中的蒸汽达到饱和状态，直接达到后续变换反应所需要的水蒸汽含量。而洗涤气体产生的灰水经过灰水处理系统处理后循环使用，因此，大量减少了水消耗量，减少了污水排放量，同时也取消了后续变换反应对外来新鲜蒸汽的加入。

在本实施例的一种优选实施方式中，蒸汽过热器换热列管51和废热锅炉换热列管52的顶部均设置有耐磨瓦54。煤气废锅50的进气口设置有防冲挡板。

气化反应器30的内部反应区自下至上分别为灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；气化反应器30的炉壁可以为全夹套结构或者半夹套结构，夹套结构与夹套汽包34相连，夹套汽包34用于将夹套结构中产出的水蒸汽通入气化反应器30中，从而进一步减少外界水蒸汽的用量；当气化反应器30的炉壁为半夹套结构时，气化反应器30包括夹套部和耐火部，气化反应器30分为上下两个区域，耐火部位于上部区域，夹套部位于下部区域，夹套部内壁采用碳钢+不锈钢复合钢板或者碳钢+不锈钢堆焊，且夹套部具有吸收热膨胀量消除热应力变形能力，耐火部内存耐热耐火材料，向火面为耐磨浇注料或者重质耐火料衬里。在气化反应器30中，气体出口设置于气化反应器30上部侧壁或者顶盖上，且气体出口内侧具有耐热浇注衬里；气化反应器30的下部设置有环形管道，环形管道上设置有多个水蒸汽入口，煤气废锅汽包53和夹套汽包34均与环形管道相连，将水蒸汽通入环形管道中，水蒸汽经由环形管道上的水蒸汽入口进入气化反应器30内部。为了便于排渣，气化反应器30下部区域的内侧安装有排渣结构，排渣结构包括转动件和驱动器，驱动器驱动转动件相对气化反应器30转动，从而将气化反应器30内壁上的废渣清除，防止废渣粘结在炉壁上。

气化反应器30的顶部设置有变压进料锁斗32，变压进料锁斗32与气化反应器30之间连接有给料罐33，变压进料锁斗32与原料仓31连通，变压进料锁斗32上设置有充压泄压气体接口，进料锁斗充压可以使用本装置煤气和其他惰性气体；变压进料锁斗32的数量可以为一个、两个或者多个，当变压进料锁斗32的数量为两个或者多个时，各变压进料锁斗32之间连接有平衡管道。在本实施例的一种具体实施方式中，变压进料锁斗32的数量为两个，两个变压进料锁斗32之间连接有平衡管道。

灰水处理系统70包括：闪蒸罐71、沉降槽72、灰水槽73、除氧水槽74和含尘焦油槽75，闪蒸罐71与洗涤饱和塔60相连，沉降槽72分别与闪蒸罐71、含尘焦油槽75和灰水槽73相连，灰水槽73与除氧水槽74相连，除氧水槽74的除氧水与洗涤饱和塔60相连。闪蒸罐71与洗涤饱和塔60下部排水管线相连，并通过减压再沸使液体中不凝气体进行释放；沉降槽72与闪蒸罐71底部排水相连，通过重力沉降的方式将液体中的固体进行分离，其上部清液通过溢流方式进入灰水槽73储存使用；除氧水槽74是为通过加热除氧的方式来降低水溶氧的设备，其与灰水槽73送水相连；除氧水槽74的除氧水与洗涤饱和塔60相连；含尘焦油槽75与沉降槽72底部相连，收集沉降槽72底部含焦油灰浆。由于灰水处理系统70将洗涤气体后的灰水进行分离处理，实现了废渣和水的分离，分离出来的水可在固定床加压气化系统中循环使用，因此，降低了水的消耗量，且降低了污水的排放量。

洗涤饱和塔60为一固阀/垂直筛板结构的气液接触塔，使煤气降温增湿，实现煤气洗尘和水气饱和的目的。洗涤饱和塔60为多层塔板，通过三条工艺路线向塔板供水。从除氧水槽74来的除氧水通过灰水加热器加热后进入中部塔板供水、洗涤饱和塔60内上部清液通过泵送入下部塔板、从界区外的变换装置送入的冷凝液送入顶部塔板。洗涤饱和塔60将煤气洗尘并提高水汽比后，通过气水分离器后做为产品外送，洗涤饱和塔60底部设置有排水口，在一种优选实施方式中，排水口通过输水管道与水轮机相连。利用水力压差产生动力来发电或者带动转动设备节约用电。

洗涤饱和塔60内的洗尘水通过管道送入到闪蒸罐71，闪蒸罐71为一通过减压再沸形式将液体中融入不凝气体进行释放的容器，实现液体释放不凝气、降温、含固浓缩的目的。闪蒸罐71设置为一到三级，压力逐渐进行递减，闪蒸罐71内的液体通过管道送入沉降槽72。沉降槽72为一通过重力沉降使液体中的固定进行分离的设备，其底部浓缩液外送，上部清液溢流返回循环使用，从而实现系统水循环重复使用的目的。

在本实施例中，除尘设备为旋风分离器41，旋风分离器41的内部设置有耐热耐磨浇注料衬里。旋风分离器41下部连接有排灰锁斗42，排灰锁斗42的进口或者出口设置有气动锁渣球阀，排灰锁斗42与闪蒸罐71或者沉降槽72相连。

气化反应器30的底部也可设置有排灰锁斗42，排灰锁斗42的进口与气化反应器30的排渣口连通，排灰锁斗42的进口或者出口设置有自动平板阀或者锁渣球阀，排灰锁斗42的内壁设置有耐磨耐腐蚀护板，排灰锁斗42为变压排渣罐，并与排灰阀相连。

在使用本实施例提供的固定床加压气化系统的过程中，使用原料煤或者焦炭为原料，气化剂为纯氧+水蒸汽，还可以是富氧+水蒸汽、纯氧+水蒸汽+CO₂、富氧+水蒸汽+CO₂、纯氧+CO₂或者富氧+CO₂。气化剂经过预热混合后由气化反应器30的气化剂入口进入炉内，原料自气化反应器30的顶部进料口进入炉内，气体自下而上通过灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；气化剂经由灰层吸收显热升高温度达260～350℃，经氧化层原料煤(或者焦炭)与发生燃烧反应生成CO₂，气\固物料温度迅速升高达1100～1200℃，之后上升气流进入第一还原层和第二还原层，原料煤(或焦炭)与高温气体发生煤气化反应：C+CO₂→2CO、C+H₂0→CO+H₂，此气化反应为吸热反应，上升气流温度下降到850～900℃再次进入干馏层和干燥层，在此层上升气流与进炉冷原料煤(或焦炭)接触进行热交换，气流最后温度下降到500～550℃，从气化反应器30的气体出口导出；冷原料煤(或焦炭)在干馏层和干燥层中受热升温以及在气体作用下，将存于原料煤(或焦炭)中的挥发份和水分溢出进入上升气流随出口煤气带走。

入炉原料煤(或焦炭)粒度为6～25mm，贮于原料仓31，按照一定计量进入变压锁斗，按时间顺序控制加入给料罐33和气化反应器30中，与上升气流逆向移动，由上而下通过干燥层、干馏层、第二还原层、第一还原层、氧化层和灰层，此时入炉原料煤(或焦炭)已经燃烧及气化反应变成灰渣，灰渣再经过排渣口排入到排灰锁斗42，灰渣从排灰锁斗42的排渣阀外排。

气化反应器30生产的煤气进入旋风分离器41分离除尘后进入煤气废锅50。来自装置外的锅炉给水(软水)进入废热锅炉换热列管52换热产生饱和水后进入煤气废锅汽包53，在煤气废锅汽包53中产生蒸汽，蒸汽通过煤气废锅汽包53引出后进入上部的蒸汽过热器换热列管51，将饱和蒸汽过热后引至气化反应器30中供气化自用。煤气经过换热降温后在煤气废锅50下部再进行一次除尘分离，之后引出煤气废锅50，温度下降至180～230℃送入到洗涤饱和塔60。

煤气由洗涤饱和塔60底部进气口经塔内设置的垂直塔盘与塔顶下来的洗涤水逆流接触，煤气经水洗涤降温、传热传质，煤气中尘和杂质得到进一步洗涤清除，同时煤气被水蒸汽所饱和，送入到下一工序。

洗涤饱和塔60、旋风分离器41、煤气废锅50底部排出高含灰黑水经过闪蒸罐71，灰水温度下降到100℃以下后送入沉降槽72，水中细灰汇集与沉降槽72底部送入到含尘焦油槽75，再通过泵压外送。沉降槽72顶部溢流出来的清液送入到灰水槽73，再经由灰水槽73的灰水泵76送回系统循环使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。