公布日：2023.04.25
申請(qǐng)日：2023.02.22
分類號(hào)：C10J3/48(2006.01)I;C10J3/72(2006.01)I;C10J3/80(2006.01)I;C02F1/16(2023.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(fēng)分離器、料退、顆粒物控制器、原料燒嘴、含鹽廢水進(jìn)料裝置、襯里管道等。本發(fā)明通過(guò)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(fā)生燃燒反應(yīng)，對(duì)粗合成氣進(jìn)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(shù)是傳統(tǒng)輻射廢鍋的5倍以上；實(shí)現(xiàn)了回收粗合成氣顯熱時(shí)可以協(xié)同處理含鹽廢水并產(chǎn)生玻璃體；本發(fā)明粗合成氣的降溫和凈化過(guò)程完全采用干法流程，無(wú)含水細(xì)渣產(chǎn)生。
權(quán)利要求書
1.一種上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(fēng)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(qū)、反應(yīng)區(qū)和恒溫區(qū)，合成氣冷卻器(2)自下而上分為密相區(qū)、過(guò)渡區(qū)、換熱區(qū)和分離區(qū)，顆粒物控制器(6)自下而上分為冷卻區(qū)、移動(dòng)區(qū)及脫固區(qū)；所述煤氣化爐(1)的反應(yīng)區(qū)設(shè)有原料燒嘴(9)，恒溫區(qū)設(shè)有氧氣噴嘴，頂部通過(guò)襯里管道(16)與合成氣冷卻器(2)的密相區(qū)相連通；所述合成氣冷卻器(2)的密相區(qū)與含鹽廢水進(jìn)料裝置(15)相連通，分離區(qū)與旋風(fēng)分離器(3)中上部相連通；旋風(fēng)分離器(3)底部通過(guò)料腿(4)及循環(huán)密封罐(5)與合成氣冷卻器(2)的過(guò)渡區(qū)相連通；合成氣冷卻器(2)的換熱區(qū)設(shè)置有換熱系統(tǒng)(10)，換熱系統(tǒng)(10)與鍋爐給水系統(tǒng)(18)相連通；合成氣冷卻器(2)底部出口通過(guò)一號(hào)連續(xù)冷卻減壓排灰裝置(7)與玻璃體收集器(14)相連通；所述旋風(fēng)分離器(3)頂部與顆粒物控制器(6)的脫固區(qū)相連通；顆粒物控制器(6)的脫固區(qū)設(shè)置有氣固分離單元(12)，移動(dòng)區(qū)設(shè)置有細(xì)粉料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(11)，冷卻區(qū)通過(guò)二號(hào)連續(xù)冷卻減壓排灰裝置(8)與下游灰倉(cāng)(17)相連通；顆粒物控制器(6)頂部分別與粗合成氣后續(xù)處理系統(tǒng)(19)和反吹系統(tǒng)(13)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(gè)，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(shù)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(qū)與含鹽廢水進(jìn)料裝置(15)連接處設(shè)有含鹽廢水噴嘴。
4.一種采用權(quán)利要求1所述的裝置實(shí)現(xiàn)上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(qū)建立冷卻水水浴，在料腿(4)內(nèi)裝填加熱至200～400℃的固體顆粒；b)利用煤氣化爐(1)反應(yīng)區(qū)的原料燒嘴(9)噴入預(yù)熱燃料和空氣并點(diǎn)火升溫，從而將煤氣化爐(1)反應(yīng)區(qū)溫度升至950℃，同時(shí)確保合成氣冷卻器(2)密相區(qū)溫度高于300℃；c)將原料燒嘴(9)噴入的預(yù)熱燃料更換為氣化原料及氣化劑，調(diào)節(jié)氣化原料和氣化劑的比例使煤氣化爐(1)反應(yīng)區(qū)溫度逐漸升高并穩(wěn)定至1200～1600℃，使氣化原料及氣化劑在反應(yīng)區(qū)發(fā)生氣化反應(yīng)生成粗合成氣，生成的粗合成氣夾帶熔融飛灰向上流動(dòng)進(jìn)入恒溫區(qū)；與此同時(shí)啟動(dòng)合成氣冷卻器(2)、換熱系統(tǒng)(10)、鍋爐給水系統(tǒng)(18)；d)啟動(dòng)煤氣化爐(1)恒溫區(qū)的氧氣噴嘴，向粗合成氣中噴入氧氣，氧氣的噴入量為進(jìn)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(nèi)加入料退(4)中的固體顆粒，最終使合成氣冷卻器(2)過(guò)渡區(qū)內(nèi)的固體顆粒存量達(dá)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(qū)操作溫度達(dá)到200～500℃，合成氣冷卻器(2)開始正常循環(huán)流化；鍋爐給水系統(tǒng)(18)的水經(jīng)換熱系統(tǒng)(10)與合成氣冷卻器(2)換熱區(qū)的粗合成氣換熱產(chǎn)生蒸汽，換熱后的粗合成氣從分離區(qū)進(jìn)入旋風(fēng)分離器(3)，產(chǎn)生的蒸汽并入蒸汽管網(wǎng)；f)啟動(dòng)顆粒物控制器(6)頂部的反吹系統(tǒng)(13)，對(duì)脫固區(qū)進(jìn)行定期的反吹操作；同時(shí)啟動(dòng)冷卻區(qū)的冷卻水管供水及移動(dòng)區(qū)的細(xì)粉料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(11)；經(jīng)旋風(fēng)分離器(3)進(jìn)一步分離后的粗合成氣進(jìn)入顆粒物控制器(6)的脫固區(qū)，在氣固分離單元(12)內(nèi)進(jìn)一步分離后進(jìn)入粗合成氣后續(xù)處理系統(tǒng)(19)，產(chǎn)生的細(xì)粉向下進(jìn)入顆粒物控制器(6)移動(dòng)區(qū)內(nèi)；g)啟動(dòng)二號(hào)連續(xù)冷卻減壓排灰裝置(8)，將顆粒物控制器(6)移動(dòng)區(qū)內(nèi)的細(xì)粉冷卻并降壓后排出至下游灰倉(cāng)(17)；h)啟動(dòng)含鹽廢水進(jìn)料裝置(15)，向合成氣冷卻器(2)的密相區(qū)噴入含鹽廢水，同時(shí)啟動(dòng)一號(hào)連續(xù)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(qū)和過(guò)渡區(qū)轉(zhuǎn)化為玻璃體，一號(hào)連續(xù)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(gè)裝置進(jìn)入正常生產(chǎn)程序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(shí)，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(shí)，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(jù)權(quán)利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(nèi)的粗合成氣的表觀速度為10～25m/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(huán)流化后的操作壓力為1～8MPaG，密相區(qū)操作溫度為1250～1600℃，過(guò)渡區(qū)操作溫度為800～900℃，換熱區(qū)操作溫度為200～800℃，分離區(qū)操作溫度為200～500℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(huán)流化的粗合成氣的表觀速度為0.5～10m/s。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(tǒng)(18)經(jīng)換熱系統(tǒng)(10)產(chǎn)生的蒸汽壓力為0.5～10MPaG，溫度為150～540℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)處理含鹽廢水的裝置及方法。
針對(duì)上述目的，本發(fā)明提供的上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)處理含鹽廢水的裝置包括煤氣化爐、合成氣冷卻器、旋風(fēng)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(qū)、反應(yīng)區(qū)和恒溫區(qū)，合成氣冷卻器自下而上分為密相區(qū)、過(guò)渡區(qū)、換熱區(qū)和分離區(qū)，顆粒物控制器自下而上分為冷卻區(qū)、移動(dòng)區(qū)及脫固區(qū)；所述煤氣化爐的反應(yīng)區(qū)設(shè)有原料燒嘴，恒溫區(qū)設(shè)有氧氣噴嘴，頂部通過(guò)襯里管道與合成氣冷卻器的密相區(qū)相連通；所述合成氣冷卻器的密相區(qū)與含鹽廢水進(jìn)料裝置相連通，分離區(qū)與旋風(fēng)分離器中上部相連通；旋風(fēng)分離器底部通過(guò)料腿及循環(huán)密封罐與合成氣冷卻器的過(guò)渡區(qū)相連通；合成氣冷卻器的換熱區(qū)設(shè)置有換熱系統(tǒng)，換熱系統(tǒng)與鍋爐給水系統(tǒng)相連通；合成氣冷卻器底部出口通過(guò)一號(hào)連續(xù)冷卻減壓排灰裝置與玻璃體收集器相連通；所述旋風(fēng)分離器頂部與顆粒物控制器的脫固區(qū)相連通；顆粒物控制器的脫固區(qū)設(shè)置有氣固分離單元，移動(dòng)區(qū)設(shè)置有細(xì)粉料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，冷卻區(qū)通過(guò)二號(hào)連續(xù)冷卻減壓排灰裝置與下游灰倉(cāng)相連通；顆粒物控制器頂部分別與粗合成氣后續(xù)處理系統(tǒng)和反吹系統(tǒng)相連通。
進(jìn)一步，上述原料燒嘴至少有兩個(gè)，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(shù)量。
進(jìn)一步，上述合成氣冷卻器的密相區(qū)與含鹽廢水進(jìn)料裝置連接處設(shè)置有含鹽廢水噴嘴。
進(jìn)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(shí)現(xiàn)上下分流式煤氣化熱回收協(xié)調(diào)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(qū)建立冷卻水水浴，在料腿內(nèi)裝填加熱至200～400℃的固體顆粒；
b)利用煤氣化爐反應(yīng)區(qū)的原料燒嘴噴入預(yù)熱燃料和空氣并點(diǎn)火升溫，從而將煤氣化爐反應(yīng)區(qū)溫度升至950℃，同時(shí)確保合成氣冷卻器密相區(qū)溫度高于300℃；
c)將原料燒嘴噴入的預(yù)熱燃料更換為氣化原料及氣化劑，調(diào)節(jié)氣化原料和氣化劑的比例使煤氣化爐反應(yīng)區(qū)溫度逐漸升高并穩(wěn)定至1200～1600℃，使氣化原料及氣化劑在反應(yīng)區(qū)發(fā)生氣化反應(yīng)生成粗合成氣，生成的粗合成氣夾帶熔融飛灰向上流動(dòng)進(jìn)入恒溫區(qū)；與此同時(shí)啟動(dòng)合成氣冷卻器、換熱系統(tǒng)、鍋爐給水系統(tǒng)；
d)啟動(dòng)煤氣化爐恒溫區(qū)的氧氣噴嘴，向粗合成氣中噴入氧氣，氧氣的噴入量為進(jìn)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(nèi)加入料退中的固體顆粒，最終使合成氣冷卻器過(guò)渡區(qū)內(nèi)的固體顆粒存量達(dá)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(qū)操作溫度達(dá)到200～500℃，合成氣冷卻器開始正常循環(huán)流化；鍋爐給水系統(tǒng)的水經(jīng)換熱系統(tǒng)與合成氣冷卻器換熱區(qū)的粗合成氣換熱產(chǎn)生蒸汽，換熱后的粗合成氣從分離區(qū)進(jìn)入旋風(fēng)分離器，產(chǎn)生的蒸汽并入蒸汽管網(wǎng)；
f)啟動(dòng)顆粒物控制器頂部的反吹系統(tǒng)，對(duì)脫固區(qū)進(jìn)行定期的反吹操作；同時(shí)啟動(dòng)冷卻區(qū)的冷卻水管供水及移動(dòng)區(qū)的細(xì)粉料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)一步分離后的粗合成氣進(jìn)入顆粒物控制器的脫固區(qū)，在氣固分離單元內(nèi)進(jìn)一步分離后進(jìn)入粗合成氣后續(xù)處理系統(tǒng)，產(chǎn)生的細(xì)粉向下進(jìn)入顆粒物控制器移動(dòng)區(qū)內(nèi)；
g)啟動(dòng)二號(hào)連續(xù)冷卻減壓排灰裝置，將顆粒物控制器移動(dòng)區(qū)內(nèi)的細(xì)粉冷卻并降壓后排出至下游灰倉(cāng)；
h)啟動(dòng)含鹽廢水進(jìn)料裝置，向合成氣冷卻器的密相區(qū)噴入含鹽廢水，同時(shí)啟動(dòng)一號(hào)連續(xù)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(qū)和過(guò)渡區(qū)轉(zhuǎn)化為玻璃體，一號(hào)連續(xù)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(gè)裝置進(jìn)入正常生產(chǎn)程序。
進(jìn)一步，上述步驟c)中，所述氣化原料為干煤粉時(shí)，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(shí)，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(jìn)一步，上述步驟d)中，所述襯里管道內(nèi)的粗合成氣的表觀速度為10～25m/s。
進(jìn)一步，上述步驟e)中，所述合成氣冷卻器正常循環(huán)流化后的操作壓力為1～8MPaG，密相區(qū)操作溫度為1250～1600℃，過(guò)渡區(qū)操作溫度為800～900℃，換熱區(qū)操作溫度為200～800℃，分離區(qū)操作溫度為200～500℃。
進(jìn)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(huán)流化的粗合成氣的表觀速度為0.5～10m/s。
進(jìn)一步，上述步驟e)中，所述鍋爐給水系統(tǒng)經(jīng)換熱系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽壓力為0.5～10MPaG，溫度為150～540℃。
進(jìn)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(fā)明的有益效果如下：
1.本發(fā)明通過(guò)煤氣化爐恒溫區(qū)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(fā)生氧化反應(yīng)，放出熱量，對(duì)粗合成氣進(jìn)行二次升溫，升溫后的粗合成氣夾帶熔融飛灰向上流動(dòng)進(jìn)入襯里管道，不再讓熔融飛灰凝固，而是以熔融狀態(tài)的形式存在并表現(xiàn)出流體的流動(dòng)性質(zhì)，其粘度為20Pa·s；
2.本發(fā)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(qū)和過(guò)渡區(qū)先完全混合，粗合成氣的熱量首先會(huì)傳遞給固體顆粒，進(jìn)而在換熱區(qū)固體顆粒直接和換熱系統(tǒng)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(shù)是傳統(tǒng)輻射廢鍋的5倍以上，設(shè)備投資�。�
3.本發(fā)明利用合成氣冷卻器將來(lái)自煤氣化爐的高溫粗合成氣進(jìn)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(lái)自含鹽廢水進(jìn)料裝置中的可溶性鹽類固化轉(zhuǎn)化為玻璃體，在溫度從大于1250℃降至900℃以下的過(guò)程中，該玻璃體以合成氣冷卻器內(nèi)的固體顆粒為輔料在密相區(qū)和過(guò)渡區(qū)完成造粒過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了回收粗合成氣顯熱時(shí)可以協(xié)同處理含鹽廢水并產(chǎn)生以類方鈉石(Na4Al3Si3O12Cl)、氯硅酸鈣(Ca7(SiO4)2Cl6)、藍(lán)方石(Na6Ca2(AlSiO4)6(SO4)4)等產(chǎn)物的玻璃體，實(shí)現(xiàn)了回收粗合成氣顯熱時(shí)可以協(xié)同處理含鹽廢水并產(chǎn)生玻璃體；
4.本發(fā)明粗合成氣的降溫和凈化過(guò)程完全采用干法流程，從而避免了對(duì)粗合成氣進(jìn)行水洗脫固的方式，而是通過(guò)氣固分離的方式將粗合成氣中的顆粒物脫除掉，該過(guò)程不再產(chǎn)生含水細(xì)渣。
（發(fā)明人：姚曉虹;李大鵬;蔣中山;張飛;閆斌;李海;徐新昌;閆琦）
