一种集气化反应与气体分离为一体的工艺方法
阅读说明：本技术 一种集气化反应与气体分离为一体的工艺方法 (Technological method integrating gas gathering reaction and gas separation ) 是由 曹亭亭 张超 满飞 徐胜强 王春丽 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种集气化反应与气体分离为一体的工艺方法,属于煤气化领域,本发明要解决的技术问题为如何在气化炉内同时完成气化反应和煤气的降温除尘,防止合成气管道堵塞,减少设备建设及维护成本,采用的技术方案为：该工艺方法步骤如下：S1、粉煤和氧气经烧嘴进入气化室进行气化反应,气化室内生成的高温粗合成气以及液态灰渣向下流动穿过渣口；S2、粗合成气经过激冷环内喷出的激冷水降温继续向下流动；S3、粗合成气沿下降管继续向下流动至冷却水雾化器,脱盐水在高压惰性气的雾化作用下形成微雾,微雾与粗合成气充分接触,使粗合成气快速降温；S4、粗合成气穿过冷却水雾化器后进入扩大管,粗合成气从扩大管夹带激冷水进入文丘里管。(The invention discloses a process method for integrating gas collection reaction and gas separation, belonging to the field of coal gasification, and aiming at solving the technical problems of simultaneously completing gasification reaction and temperature reduction and dust removal of coal gas in a gasification furnace, preventing the blockage of a synthesis gas pipeline and reducing the construction and maintenance cost of equipment, and adopting the technical scheme that: the process method comprises the following steps: s1, feeding pulverized coal and oxygen into a gasification chamber through a burner for gasification reaction, wherein high-temperature crude synthesis gas and liquid ash slag generated in the gasification chamber flow downwards to pass through a slag hole; s2, cooling the crude synthesis gas by chilling water sprayed from a chilling ring and continuously flowing downwards; s3, the crude synthesis gas continuously flows downwards along the downcomer to the cooling water atomizer, desalted water forms micro mist under the atomization action of the high-pressure inert gas, and the micro mist is fully contacted with the crude synthesis gas to quickly cool the crude synthesis gas; and S4, enabling the crude synthesis gas to pass through the cooling water atomizer and then enter the expansion pipe, and enabling the crude synthesis gas to carry chilling water from the expansion pipe and enter the Venturi pipe.)
技术领域
本发明涉及煤气化领域，具体地说是一种集气化反应与气体分离为一体的工艺方法。
背景技术
目前加压气化装置通常包括气化炉和煤气洗涤装置，其中气化炉为煤与氧化剂发生气化反应和煤气初洗降温的装置，煤气洗涤装置则是为了进一步将煤气中的煤灰去除，得到干净的合成气。由于现有工艺中气化炉和煤气洗涤装置间需通过管道相连，含有煤灰的合成气在气化炉与煤气洗涤装置间的合成气管道输送过程中会缓慢附着于管壁，长期运行后存在管线积灰和阻力增大问题，严重时会造成气化炉被迫停车。此外由于设置单独的煤气洗涤装置，还增加了装置建设成本和维护难度。
故如何在气化炉内同时完成气化反应和煤气的降温除尘，防止合成气管道堵塞，减少设备建设及维护成本是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种集气化反应与气体分离为一体的工艺方法，来解决如何在气化炉内同时完成气化反应和煤气的降温除尘，防止合成气管道堵塞，减少设备建设及维护成本的问题。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种集气化反应与气体分离为一体的工艺方法，该工艺方法步骤如下：
S1、粉煤和氧气经烧嘴进入气化室进行气化反应，气化室内生成的高温粗合成气以及液态灰渣向下流动穿过渣口；
S2、粗合成气经过激冷环内喷出的激冷水降温继续向下流动；
S3、粗合成气沿下降管继续向下流动至冷却水雾化器，脱盐水在高压惰性气的雾化作用下形成微雾，微雾与粗合成气充分接触，使粗合成气快速降温；
S4、粗合成气穿过冷却水雾化器后进入扩大管，粗合成气从扩大管夹带激冷水进入文丘里管；
S5、粗合成气在文丘里管内流速快速上升并将夹带的激冷水雾化，粗合成气中的灰尘被激冷水形成水雾润湿包裹；
S6、粗合成气和含灰水雾流出文丘里管，并切向进入激冷室形成旋流气流；
S7、净化后的合成气沿文丘里管与炉壳体内壁之间空隙旋流进入集气管，沿集气管出气化炉进入下一工段。
作为优选，所述步骤S1中的液态灰渣经激冷水激冷后形成固态灰渣并落至激冷室水浴中，随后进入排渣系统；
所述步骤S2中的激冷水一部分被粗合成气加热汽化为水蒸气进入粗合成气，另一部分激冷水沿下降管内壁向下流动，形成一层保护水膜；
所述步骤S5中的含灰水雾被甩到激冷室内壁并向下流动至水浴中，经黑水管线流至黑水闪蒸系统。
作为优选，所述步骤S6中的粗合成气和含灰水雾流出文丘里管，并切向进入激冷室形成旋流气流具体如下：
S601、正常时，激冷室液位高于扩大管内部液位，通过激冷室与扩大管液位差来保证水封效果；
S602、在激冷室上设置液位计，液位计上限高于扩大管下端6-7米，同时设置压差表P1监控下降管内部与激冷室压差，正常时控制压差不超55KPa；
S603、激冷室液位计的液位L1根据下降管与激冷室压差P1、下降管内合成气流速控制，公式为：
L1＝a+P1/0.98+K；
其中，a为扩大管下边缘与液位计下限的距离(m)；K为补偿系数，K的取值与气化炉负荷的比例为1:60-1:40，优选1：50。
更优地，所述下降管外部套设有集气管，集气管与下降管同心设置；
激冷环位于下降管上方且激冷环与下降管之间设有一条环形缝隙，环形缝隙宽度为5-10mm，保证下降管水膜分布均匀。
作为优选，所述冷却水雾化器位于下降管下方，冷却水雾化器包括内环和外环，内环上均布80-100个斜向上60°设置的内喷孔，外环上均布80-100个斜向上60°设置的外喷孔；内喷孔的孔径为2-6mm，外喷孔的孔径为4-10mm，外喷孔和内喷孔同心设置。
更优地，所述内环通入高压惰性气，外环通入脱盐水，脱盐水被高压惰性气体快速冲击雾化形成微小水滴给粗合成气快速降温，保证文丘里管不超温损坏；同时文丘里管外壁设置有温度测量装置T2，根据温度测量装置T2的变化调整冷却水雾化器脱盐水流量，温度测量装置T2上涨，提高脱盐水流量，反之降低脱盐水流量，脱盐水流量最低不小于20m3/h，为保证冷却水雾化器的雾化效果，高压惰性气流量F1与脱盐水流量F2成比例控制，公式如下：
F1＝比例系数*F2；
其中，比例系数与气化炉炉压的比为1：2.2-1：1.8，优选1：2；高压惰性气体为氮气或二氧化碳。
作为优选，所述扩大管的直径为下降管直径的1.5-2倍，以降低粗合成气流速，防止粗合成气流速过高，将炉渣、过量的激冷水夹带至文丘里管，造成文丘里管堵塞；下降管下边缘低于文丘里管进口下边缘，避免合成气夹带灰渣直接进入文丘里管。
作为优选，所述文丘里管的管径满足管内流速为60-100m/s，文丘里管压差P1与气化炉负荷Q的对应关系如下：
Q＝0.2P12+38.2；
其中，文丘里管的压差通过激冷水流量F3控制，当激冷水流量提高时，则文丘里管压差提高；当激冷水流量降低时，则文丘里管压差降低；激冷水流量最低不低于220m3/h。
更优地，所述文丘里管内壁上设置有耐磨涂层，耐磨涂层采用碳化钨或碳化铬；
文丘里管出口处设置有旋流挡板，旋流挡板开口的截面积根据文丘里管出口气体流速大小确定，文丘里管出口气体流速为10-30m/s。
作为优选，所述反应室位于炉壳体内的上端位置处且反应室由水冷壁盘管组成，烧嘴位于反应室上端，渣口位于反应室下端。
本发明的一种集气化反应与气体分离为一体的工艺方法具有以下优点：
(一)本发明在气化炉内同时完成气化反应和煤气的降温除尘，使出气化炉合成气尘含量＜10mg/L，无需单独设置煤气洗涤装置，具有防止合成气管道堵塞，减少设备建设和维护成本的优势；
(二)激冷环与下降管有一条环形缝隙，保证下降管水膜分布均匀；
(三)扩大管直径为下降管直径的1.5-2倍，以降低粗合成气流速，防止粗合成气流速过高，将炉渣、过量的激冷水夹带至文丘里管，造成文丘里管堵塞；
(四)下降管下边缘低于文丘里管进口下边缘，避免合成气夹带灰渣直接进入文丘里管；
(五)为保证煤气与水充分润湿和降温，文丘里管管径需满足管内流速为60-100m/s，由于流速无法直接测量，正常运行时通过监控文丘里压差(即下降管与激冷室压差P1)来保证润湿效果。
故本发明具有设计合理、结构简单、易于加工、体积小、使用方便、一物多用等特点，因而，具有很好的推广使用价值。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为气化炉的结构示意图；
附图2为文丘里管的结构示意图；
附图3为冷却水雾化器的结构示意图；
附图4为附图3中A-A向视图；
附图5为比例系数与气化炉炉压的曲线图；
附图6为补偿系数与气化炉负荷的曲线图；
附图7为文丘里压差P1与气化炉负荷Q的曲线图。
图中：1、烧嘴，2、炉壳体，3、渣口，4、激冷环，5、集气管，6、下降管，7、冷却水雾化器，8、文丘里管，9、水冷壁盘管，10、激冷室，11、扩大管，12、反应室，13、内环，14、外环，15、内喷孔，16、外喷孔，17、旋流挡板，18、耐磨涂层。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本发明的一种集气化反应与气体分离为一体的工艺方法作以下详细地说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”“水平”、“顶”、“底”、“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发明和简化描述。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，因此不能理解为本发明的限制。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。
在本发明的描述中，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；可以是直接连接，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发明中的具体含义。
实施例1：
如附图1所示，本发明的气化炉包括炉壳体2，炉壳体2内中部靠上的位置设有反应室12，反应室12由水冷壁盘管9组成；炉壳体2内中部靠下的位置设有激冷室10，激冷室10下端设有排渣系统，排渣系统位于炉壳体2的下端；炉壳体2上端开设有烧嘴1，烧嘴1位于反应室12上端处，反应室12下端开设有渣口3，渣口3处安装有激冷环4，激冷环4下方安装有下降管6，下降管6与激冷环4之间设有一条环形缝隙，环形缝隙宽度为7mm，保证下降管水膜分布均匀。下降管6外部套设有集气管5，集气管5与下降管6同心设置，集气管5的进气口端位于炉壳体2的中部位置且位于激冷室10的上方，集气管5的出气口端位于炉壳体2的一侧侧壁且位于反应室12下方。
下降管6下端处安装有冷却水雾化器7，如附图3和4所示，冷却水雾化器7包括内环13和外环14，内环13上均布90个斜向上60°设置的内喷孔15，外环14上均布90个斜向上60°设置的外喷孔16；内喷孔15的孔径为4mm，外喷孔16的孔径为7mm，外喷孔16和内喷孔15同心设置。下降管6下方安装有扩大管11，扩大管11位于激冷室10上方，扩大管11一侧处安装有文丘里管8，文丘里管8与扩大管11相连通且文丘里管8安装在炉壳体2内侧壁处；扩大管11的直径为下降管6直径的1.8倍，以降低粗合成气流速，防止粗合成气流速过高，将炉渣、过量的激冷水夹带至文丘里管8，造成文丘里管8堵塞；下降管6下边缘低于文丘里管8进口下边缘，避免合成气夹带灰渣直接进入文丘里管8。
如附图2所示，文丘里管8出口处安装有旋流挡板17，使出文丘里管8的合成气沿旋风室壁向上旋转，通过离心力实现气液固分离；旋流挡板17开口的截面积根据文丘里管8出口气体流速大小确定，文丘里管8出口气体流速为20m/s。由于合成气在文丘里管8流速较快，文丘里管8内壁上设有耐磨涂层18，耐磨涂层18采用碳化钨或碳化铬。
实施例2：
本发明的一种集气化反应与气体分离为一体的工艺方法，该工艺方法步骤如下：
S1、粉煤和氧气经烧嘴1进入气化室12进行气化反应，气化室12内生成的高温粗合成气以及液态灰渣向下流动穿过渣口3；
S2、液态灰渣经激冷水激冷后形成固态灰渣并落至激冷室10水浴中，随后进入排渣系统；粗合成气经过激冷环4内喷出的激冷水降温继续向下流动；其中，激冷水一部分被粗合成气加热汽化为水蒸气进入粗合成气，另一部分激冷水沿下降管6内壁向下流动，形成一层保护水膜；
S3、粗合成气沿下降管6继续向下流动至冷却水雾化器7，脱盐水在高压惰性气的雾化作用下形成微雾，微雾与粗合成气充分接触，使粗合成气快速降温；
S4、粗合成气穿过冷却水雾化器7后进入扩大管11，粗合成气从扩大管11夹带激冷水进入文丘里管8；
S5、粗合成气在文丘里管8内流速快速上升并将夹带的激冷水雾化，粗合成气中的灰尘被激冷水形成水雾润湿包裹；其中，含灰水雾被甩到激冷室10内壁并向下流动至水浴中，经黑水管线流至黑水闪蒸系统；
S6、粗合成气和含灰水雾流出文丘里管8，并切向进入激冷室10形成旋流气流；
S7、净化后的合成气沿文丘里管8与炉壳体2内壁之间空隙旋流进入集气管5，沿集气管5出气化炉进入下一工段。
本实施例中的步骤S6中的粗合成气和含灰水雾流出文丘里管8，并切向进入激冷室10形成旋流气流具体如下：
S601、为防止煤气从下降管6底部串入激冷室10，保证粗合成气切向进入激冷室10，正常时，激冷室10液位高于扩大管11内部液位，通过激冷室10与扩大管11液位差来保证水封效果；
S602、在激冷室10上设置液位计，液位计液位L1上限高于扩大管下端6-7米，同时设置压差表P1监控下降管6内部与激冷室10压差，正常时控制压差不超55KPa；
S603、激冷室10液位计的液位L1根据下降管6与激冷室10压差P1、下降管6内合成气流速控制，公式为：
L1＝a+P1/0.98+K；
其中，a为扩大管11下边缘与液位计下限的距离(m)；K为补偿系数，如附图6所示，K的取值与气化炉负荷的比例为1：50。
本实施例中的内环13通入高压惰性气，外环14通入脱盐水，脱盐水被高压惰性气体快速冲击雾化形成微小水滴给粗合成气快速降温，保证文丘里管8不超温损坏；同时文丘里管8外壁设置有温度测量装置T2，根据温度测量装置T2的变化调整冷却水雾化器7脱盐水流量，温度测量装置T2上涨，提高脱盐水流量，反之降低脱盐水流量，脱盐水流量最低不小于20m3/h，为保证冷却水雾化器7的雾化效果，高压惰性气流量F1与脱盐水流量F2成比例控制，公式如下：
F1＝比例系数*F2；
其中，如附图5所示，比例系数与气化炉炉压的比为1：2；高压惰性气体为氮气或二氧化碳。
为保证煤气与水充分润湿和降温，文丘里管的管径满足管内流速为80m/s，由于流速无法直接测量，正常运行时通过监控文丘里管压差(即下降管与激冷室压差P1)来保证润湿效果，如附图7所示，文丘里管8压差P1与气化炉负荷Q的对应关系如下：
Q＝0.2P12+38.2；
其中，文丘里管8的压差通过激冷水流量F3控制，当激冷水流量提高时，则文丘里管8压差提高；当激冷水流量降低时，则文丘里管8压差降低；激冷水流量最低不低于220m3/h。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。
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