一种三废混燃气化炉系统的制作方法

本发明涉及煤化工生产用气化炉系统，特别涉及一种三废混燃气化炉系统。

背景技术：

我们国家的能源结构是富煤、缺油和少气，从这一国情出发，煤化工产业在国民经济中占比较大。煤的气化技术始终是煤化工生产过程的技术龙头和核心，该技术能够将煤炭转化成以一氧化碳和氢气为主的合成气，进而用于进一步合成下游化学品或作为燃料，实现煤炭的高效洁净利用。气化技术的先进性直接决定了煤化工装置的先进性和最终运行成本，也直接决定了企业的市场竞争能力。煤的气化技术一般是依靠气化炉系统实现，气化炉系统中的核心设备气化炉按照气固原料的接触方式可分为固定床气化炉、流化床气化炉和气流床气化炉。气流床气化炉的碳转化率高、产能大，目前应用最为广泛，其分为干煤粉进料气化和水煤浆进料气化两种气化工艺。气化炉生成的粗煤气排入洗气塔，经洗气塔处理的气体依次通过co变换装置(一氧化碳变换装置)、低温甲醇洗装置、液氮洗装置等环节产出氢气，洗气塔洗气过程中产生的废水进入黑水闪蒸沉降装置，排出细渣。

当前，无论是干煤粉进料气化和水煤浆进料气化均还存在一些未能解决的问题，特别是生产过程中产生的污染物(即三废：废渣、废液、废气)处置不彻底等问题亟待解决。

煤化工生产过程中的废渣主要为黑水处理装置中产生的细渣(往往通过压滤设备制成滤饼)，热值在3000kcal/kg左右，含水量一般在40％-60％，以日投煤2600吨的气化炉为例，单套气化炉系统每天的滤饼产出量在260吨左右。目前一般处理方式：一是作为制作建筑材料的辅材外销，二是送入流化床蒸汽锅炉燃烧。前者因滤饼含碳高，应用前景不好，市场需求不大；后者效率不高，对锅炉设备存在负面影响较大。因此，气化炉产生的滤饼(细渣)存在难以处理的现象。另外，这些废渣的储存不仅会占用大量土地，并且其粉尘、渗滤液会对土壤、水体造成严重污染，因此煤气化废渣的处理和利用已是一个刻不容缓的社会问题，并将制约煤气化技术的应用及推广。而对于日投煤2600吨的气化炉而言，每天约有100至200多吨(干基)细渣产生，残碳一般在20％至40％，若能够再进行利用，可有效降低煤耗5％。

煤化工生产过程中(例如生产甲醇、乙醇、乙二醇、烯烃、合成氨的过程中以及低温甲醇洗装置洗涤的过程中)的废液主要为甲醇、乙醇、乙二醇、烯烃等有机废液，特别是含硫的有机废液，处置非常困难；再如，设备运转中更换下的机油，也难以处理。

煤化工生产过程中的废气包括黑水闪蒸沉降装置中产生的除氧放空气，一般情况下，其h2、co、h2s、cos含量(v％)分别为5.52％、11.19％、4.21％、1.80％，对于日投煤2600吨的气化炉而言，每小时有0.345kg的h2s、0.262kg的cos经火炬燃烧后直排大气，每年有7600nm³以上的有效气(h2、co)放空浪费。废气还包括co变换装置中含氨洗涤水进行汽提时产生的汽提气，汽提气为酸性气，一般情况下，其中因h2s、cos含量低(0.61％，v％)，送硫回收装置处置较为困难，且增加硫回收装置投资，一般送锅炉燃烧。但该酸性气中h2、co含量(v％)约3.19％，对于投煤2600吨的气化炉而言，每年有32万nm³以上的有效气(h2、co)放空浪费。废气还包括在液氮洗精过程制工艺气时产生的解吸气(俗称燃料气)、低温甲醇洗之后的变压吸附装置产生的解析气，其中的h2、co等有效组分仍然较高，以晋华炉3.0制合成氨(60万吨氨/年，日投煤2600吨)为例，一般情况下，解吸气中含h2、co、ch4的含量(v％)分别为4.3％、41.5％、9.3％，这部分所谓“废气”送锅炉燃烧，会造成近2000万nm³/年的h2、co等绿色能源被降级使用。晋华炉3.0气化工艺生产60万吨氨/年的企业，如果将上述两种气体中的h2、co回收利用，每年可增产合成氨近10000吨；废气中ch4回收利用，每年可增加合成氨产量7300多吨。多产的合成氨，可有效降低煤炭消耗2.8％。

仅生产系统的废气、气化系统废渣协同处置后，即可降低原料煤消耗5％ 2.8％＝7.8％，相对于国内气化原料煤炭整体消耗而言，能够大大节省企业成本，并且能够减轻环保压力，创造环保效益。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种三废混燃气化炉系统，解决现有的气化炉系统资源利用率低，三废排放影响环保的问题。

本发明中采用如下技术方案：

一种三废混燃气化炉系统，包括：

气化炉，气化炉包括燃烧室，燃烧室上连接有烧嘴；

气化炉之后连接洗气塔，出洗气塔的洗涤黑水进入黑水闪蒸沉降装置，出洗气塔的气体依次经过co变换装置、低温甲醇洗装置、液氮洗装置，最终产出氢气；

还包括：

废渣废液制浆装置，用于将黑水闪蒸沉降装置产生的细渣与煤化工生产过程中产生的有机废液和/或废机油混合制成渣浆，渣浆由渣浆泵输送；

所述烧嘴分为第一类型烧嘴和第二类型烧嘴；

第一类型烧嘴，连接有待气化原料供给装置、气化剂供给装置；

第二类型烧嘴，包括渣浆通道和废气通道；

渣浆通道，与所述渣浆泵的出口连接；

废气通道，与废气压缩机的出口连接，废气压缩机的进口与下列排放口中的至少一个连接：黑水闪蒸沉降装置中的除氧放空气排放口、co变换装置中的汽提气排放口、液氮洗装置中的解吸气排放口。

有益效果：采用上述技术方案，第一类型烧嘴工作时能够依靠待气化原料和气化剂进行气化反应产生热量，并实现第一类型烧嘴中加入的待气化原料的气化，同时，第二类型烧嘴能够将渣浆中的碳以及废气中的甲烷利用第一类型烧嘴提供的热量与水、二氧化碳再次进行化学反应，与现有的气化炉系统相比，不但能够充分利用废弃资源，同时也解决了三废排放影响环保的问题，有利于降低成本、提高经济效益。

作为一种优选的技术方案：第二类型烧嘴的渣浆通道和废气通道同轴布置，渣浆通道环绕在废气通道的径向外侧，用于实现渣浆的雾化。

有益效果：采用上述技术方案能够利用废气实现渣浆的雾化，有利于进行气化反应。

作为一种优选的技术方案：所述第一类型烧嘴设置在燃烧室的顶部中心，喷射方向向下；

第二类型烧嘴设置在燃烧室的侧面，喷射方向倾斜向上。

有益效果：采用上述技术方案有利于延长气化反应时间，使气化反应更加充分、三废利用得更彻底。

作为一种优选的技术方案：所述第二类型烧嘴相对于水平面的倾斜角度为45度。

有益效果：采用上述技术方案能够更好地延长气化反应时间。

作为一种优选的技术方案：所述第二类型烧嘴绕气化炉周向均布，各第二类型烧嘴的设置高度相同。

有益效果：采用上述技术方案有利于保证渣浆和废气的均匀性，从而使气化炉内气化反应更充分。

作为一种优选的技术方案：燃烧室下方设有燃烧室出渣口，燃烧室出渣口下设有闪蒸气激冷环，闪蒸气激冷环的环体内侧均布有激冷介质喷口；

气化炉的侧向设有用于激冷的闪蒸气进口；

三废混燃气化炉系统还包括闪蒸气压缩机，闪蒸气压缩机的进口连接至低温甲醇洗装置和/或液氮洗装置的闪蒸气排放口，闪蒸气压缩机的出口连接至激冷闪蒸气进口。

有益效果：采用上述技术方案能够利用低温甲醇洗装置和/或液氮洗装置的闪蒸气排放口排放的闪蒸气实现对燃烧室中排出的气化产物激冷。

作为一种优选的技术方案：燃烧室出渣口下方设有废热回收器，废热回收器用于冷却燃烧室中排出的气化产物。

有益效果：采用上述技术方案有利于保证气化炉的顺利排渣。

作为一种优选的技术方案：所述三废混燃气化炉系统还包括激振装置，激振装置用于使废热回收器产生振动以振落废热回收器内壁上粘附的灰渣。

有益效果：采用上述技术方案有利于避免灰渣粘附在废热回收器上，有利于保证气化炉的可靠稳定运行。

作为一种优选的技术方案：废热回收器的内筒壁上喷涂有石墨烯材料，用于防止灰渣粘附。

有益效果：采用上述技术方案有利于避免灰渣粘附在废热回收器上，有利于保证气化炉的可靠稳定运行。

作为一种优选的技术方案：废热回收器的下端连接有下行通道，下行通道的下端伸入激冷水中，气化产物与激冷水充分接触，实现对气化产物的物理激冷并增湿；气化炉底部的外周面上设有粗煤气出口，粗煤气出口的内端朝向下行通道的径向外侧。

对于本专利要保护的主题，同一主题下的各优选技术方案均可以单独采用，在能够组合的情况下，也可以将同一主题下的两个以上优选的技术方案任意组合，组合形成的技术方案此处不再具体描述，以此形式包含在本专利的记载中。

附图说明

图1是本发明中一种三废混燃气化炉系统的实施例1的结构示意图；

图2是图1中气化炉的结构示意图；

图3是第二类型烧嘴的结构原理示意图；

图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：11、外壳；12、内胆；13、粗煤气出口；14、粗渣出口；15、燃烧室；16、燃烧室出渣口；17、激冷闪蒸气进口；18、气动激振接口；19、激冷水进口；21、第一类型烧嘴安装口；22、第二类型烧嘴安装口；23、渣浆通道；24、废气通道；30、闪蒸气激冷环；40、废热回收器；50、下行通道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“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，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明中一种三废混燃气化炉系统的实施例1：

如图1和图2所示，该三废混燃气化炉系统包括气化炉，这种气化炉为气流床形式，是系统的核心设备，其侧面下部设有粗煤气出口13，底部设有粗渣出口14。气化炉的粗煤气出口13依次连接有洗气塔、co变化装置、低温甲醇洗装置和液氮洗装置，最终产出h2。气化炉的具体结构将在下文进行详细说明。

黑水闪蒸沉降装置中设置有除氧放空气排放口，运行时会排放出除氧放空气；co变化装置中设置有汽提气排放口，运行时会排放汽提气；液氮洗装置中设置有解吸气排放口，运行时会排放解吸气；低温甲醇洗装置之后的变压吸附装置也具有解析气排放口，运行时也会排放解吸气。此处的除氧放空气、汽提气、解吸气均为气化炉系统的废气，一般情况下，除氧放空气中h2、co、h2s、cos含量(v％)分别为5.52％、11.19％、4.21％、1.80％，汽提气中h2、co含量(v％)约3.19％，解吸气中h2、co、ch4的含量(v％)分别为4.3％、41.5％、9.3％。气化炉之后的设备对应的工艺路线，例如合成氨、甲醇、乙二醇、烯烃等工艺路线是本领域的常规工艺路线，本发明中不再详细说明。

本实施例中，在系统运行时各设备的主气体出口的气体组成如下表：

表1系统运行时各设备的主气体出口的气体组成摩尔比

如图2，气化炉包括外壳11、内胆12(作为本领域的两种常规形式，可以选择水冷壁式或耐火砖式，本实施例中以水冷壁式为例)、第一类型烧嘴、第二类型烧嘴、闪蒸气激冷环30、废热回收器40等。水冷壁式内胆12内侧喷涂隔热材料并承受高温，外壳11承受高压，内胆12和外壳11之间有惰性气保护；内胆12设置在气化炉的顶部，形成燃烧室15，燃烧室15上连接有上述第一类型烧嘴和第二类型烧嘴这两种不同类型的烧嘴。

第一类型烧嘴为有氧烧嘴，设置在燃烧室15的顶部中心处的第一类型烧嘴安装口21中，第一类型烧嘴为四通道烧嘴，具有四个同轴布置的通道，最中间的通道用于通入lng(液化ch4)，其余通道由内向外依次用于通入氧气、水煤浆和氧气，氧气作为气化剂，向燃烧室15喷气时能够携带作为待气化含碳燃料的水煤浆，依靠喷出的气化剂对水煤浆剪切、雾化，喷射方向向下。第一类型烧嘴、与第一类型烧嘴对应的待气化原料供给装置、气化剂供给装置均为本领域的常规结构，本发明中不再详细说明。

第二类型烧嘴为无氧烧嘴，设置在燃烧室15侧面的第二类型烧嘴安装口22中，喷射物为渣浆、废气。如图3，与第一类型烧嘴结构类似，第二类型烧嘴为双通道雾化烧嘴，用于在废气通道向燃烧室喷废气时雾化所述渣浆，包括同轴布置的渣浆通道和废气通道，渣浆通道环绕在废气通道的径向外侧，废气通道向燃烧室15喷气时能够剪切、雾化渣浆。本实施例中采用两只第二类型烧嘴对喷，两只第二类型烧嘴的设置高度相同，沿气化炉轴向均布，喷射方向倾斜向上45°角。

为了向第二类型烧嘴供料，三废混燃气化炉系统还包括废渣供应设备、废液供应设备、废渣废液制浆装置，以及废气压缩机。废渣供应设备采用螺旋输送机，用于供应气化炉系统产生的废渣，即黑水闪蒸沉降装置产生的细渣，这种废渣残碳较高。废液供应设备采用废液泵，用于供应煤化工生产过程中产生的废液，包括废机油以及甲醇、乙醇、乙二醇、烯烃等有机废液，特别是含硫的有机废液，能够同时实现对硫的处理。废渣废液制浆装置采用磨机，例如球磨机、棒磨机等等，磨机与废渣供应设备和废液供应设备连接，用于将生产过程中产生的细渣与煤化工生产过程中产生的前述废液混合制成渣浆，渣浆由渣浆泵输送。废气压缩机的进气端口连接至气化炉系统的相应废气口，包括黑水闪蒸沉降装置的除氧放空气排放口、co变化装置的汽提气排放口和液氮洗装置的解吸气排放口。

燃烧室15的下部设有燃烧室出渣口16，燃烧室出渣口16下方设有闪蒸气激冷环30。闪蒸气激冷环30的环体内侧均布有激冷介质喷口，用于向从闪蒸气激冷环30通过的气化产物喷气激冷；闪蒸气激冷环30的激冷闪蒸气进口17与闪蒸气压缩机连接，闪蒸气压缩机连接低温甲醇洗装置和液氮洗装置的闪蒸气排放口，用于通过闪蒸气对燃烧室15内的气体进行激冷。激冷环为气化炉的常规结构，本发明中采用了闪蒸气作为激冷介质。

废热回收器40为筒状，其侧壁自身内部设有换热介质通道，内筒壁形成换热面，换热面喷涂抗高温、高压、防止灰渣粘附的石墨烯材料，用于对燃烧室15内的气体进行激冷，并实现废热回收。所述三废混燃气化炉系统还包括激振装置，激振装置为气动激振装置，气动激振装置安装在废热回收器40侧壁上的气动激振接口18上，包括振打头，振打头沿气化炉径向往复伸缩以敲打废热回收器40产生振动，用于振落废热回收器40内壁上粘附的灰渣。气动激振装置围绕废热回收器40设置有多处。废热回收器40作为一种换热器，是气化炉的常规结构，本发明中不再具体说明。

废热回收器40的下端连接下行通道50，下行通道50的下端伸入激冷水内，实现对气化产物的物理激冷。当然，粗煤气出口13位于激冷水的液面以上。

三废混燃气化炉系统运行时，第一类型烧嘴喷出的水煤浆在燃烧室15燃烧，为气化反应提供热量并实现水煤浆的气化，产生高温合成气；另外，渣浆通过第二类型烧嘴喷入燃烧室15并被废气剪切、雾化，渣浆中的碳与h2o、co2在第一类型烧嘴提供的热量作用下发生反应，生成h2、co，反应式：c h2o＝co h2、c co2＝2co。并且，废气(解吸气)中的ch4与h2o也发生反应，生成h2、co，反应式：ch4 h2o＝co 3h2。

因上述反应式对应的反应过程均都要吸收热量，因此能够使高温合成气温度下降，并且使灰渣的灰渣黏度同时下降，因此，上述用第二类型烧嘴对渣浆雾化、燃烧和气化的过程同时是一个化学反应激冷过程。高温合成气和灰渣向下通过燃烧室出渣口16时，低温甲醇洗、液氮洗装置产生的含h2较高的闪蒸气经闪蒸气压缩机加压后，通过闪蒸气激冷环30进入气化炉，对排出燃烧室出渣口16、进入废热回收器40的高温合成气进行冷却，使高温合成气携带的灰渣的灰渣黏度降低，这是一个利用闪蒸气对高温合成气、灰渣进行物理激冷的过程。本实施例中，从闪蒸气压缩机排出的闪蒸气中，各成分的摩尔比为h2：35.31％、co：1.19％、co2：61.65％、n2：1.27％、ar：0.14％、h2s：0.05％、ch4：0.35％。合成气及携带的灰渣进一步向下，能够再依次通过废热回收器40热交换激冷、灰水物理激冷并增湿。最终合成气通过粗煤气出口13排出，含碳量较低的粗渣从气化炉底部的粗渣出口14排出。

灰渣在不同温度下具有不同程度的黏性，正常生产时必须保证合成气携带的灰渣离开燃烧室出渣口16时仍然有较好的流动性，从而保证燃烧室出渣口16不堵塞。根据灰渣的黏度——温度特性曲线，一般控制离开燃烧室出渣口16的黏度在5至25pa.s之间。如果温度过高，气化炉的内水冷壁或耐火砖上无法挂渣，直接威胁气化炉内件的安全；反之，如果温度过低，则灰渣易积聚而堵塞燃烧室出渣口16。同时，正常生产中要保证气化效率就要需要较高的氧煤比，尽可能提高反应温度，一般超过灰熔点100℃，这时灰渣流动性较好，且高温煤气(1350℃以上)中含有约20％的h2o和约19％的co2。本发明用前述吸热反应过程，以化学激冷的方式使高温合成气中携带的灰渣温度降低到黏度为25pa.s所对应的温度，使灰渣离开燃烧室出渣口16进入废热回收器40。而大量高温的灰渣连续通过燃烧室出渣口16进入废热回收器40时，虽然温度逐步降低，但黏性仍较高，可能会在换热管上粘附，从而影响换热效果。本发明在合成气离开燃烧室出渣口16后、进入废热回收器40前，用上述含h2较高的闪蒸气对其冷却，使灰渣温度骤降低到灰熔点以下，同时灰渣能够快速形成玻璃体，使其失去粘性。

以陕西杭来湾煤种为例，其灰渣黏度——温度特性曲线显示，黏度为5、25pa.s时对应的温度分别为1383、1270℃，均高于其流动温度(1204℃)。本发明用第二类型烧嘴喷入渣浆中的碳、废气中的ch4等，使其与h2o、co2等进行吸热反应，首先使离开气化炉燃烧室15前的灰渣温度降低到黏度为25pa.s对应的温度(即1270℃)以上，使其顺利离开燃烧室出渣口16；离开出渣口后，进入废热回收器40前用上述含h2较高的闪蒸气对其激冷，可使高温合成气、灰渣温度降低灰熔点(1204℃)以下，使合成气中携带的灰渣失去黏性，不但实现了对煤化工生产过程产生的废液、废气、废渣的处理，同时可有效延长废热回收器40及气化炉的运行周期。

本发明中一种三废混燃气化炉系统的实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，第一类型烧嘴采用的待气化原料为水煤浆，气化剂为氧气，而本实施例中，第一类型烧嘴采用的待气化原料是粉煤，气化剂为氧气和水蒸汽。

本发明中一种三废混燃气化炉系统的实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，第一类型烧嘴的原料通道23和气化剂通道24采用同轴布置的形式，而本实施例中，第一类型烧嘴的原料通道23和气化剂通道24为并列形式，水煤浆在压力的作用下从喷头分散喷出。

本发明中一种三废混燃气化炉系统的实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，第二类型烧嘴的渣浆通道和废气通道采用同轴布置的形式，而本实施例中，第二类型烧嘴的渣浆通道和废气通道为并列形式，渣浆在压力的作用下从喷头分散喷出。

本发明中一种三废混燃气化炉系统的实施例5：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，燃烧室出渣口16设有闪蒸气激冷环30，而本实施例中，燃烧室出渣口16的激冷环为水激冷环，利用喷水实现激冷。

另外，上述实施例中，闪蒸气激冷环30仅利用闪蒸气激冷，在其他实施例中，闪蒸气激冷环30也可以辅以一部分co变换装置产出的变换气。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，本申请的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本申请的保护范围内。