《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》是中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司於2014年4月23日申請的發明專利，該專利申請號為2014101640240，公布號為CN103965966A，公布日為2014年8月6日，發明人是許世森、陶繼業、夏軍倉、任永強、李小宇、李廣宇、王恩民、劉剛、劉沅、陳智、緱志斌。
《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》包括氣化爐殼體，氣化爐殼體內設有氣化爐內水冷壁，氣化爐內水冷壁的底部設有渣池，渣池底部輸出管伸出氣化爐殼體外和渣收集罐入口連線，渣收集罐出口和渣鎖斗連線，氣化爐殼體的下部設有工藝燒嘴，氣化爐殼體的中部設有兩段減溫水噴嘴，氣化爐殼體、氣化爐內水冷壁上部通過導氣段和激冷罐連線，激冷罐氣體出口通過文丘里洗滌器和水力旋流器連線，水力旋流器氣體出口和洗滌塔連線，該發明不延長傳統上行式乾煤粉加壓氣化工藝流程，不增加工藝和操作的複雜性，僅增加有機廢水緩衝罐和過濾器等少量設備，即可以實現對化工生產中處理難度大、費用高的有機廢水降解處理。
2021年6月24日，《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置
- 申請人：中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
- 發明人：許世森、陶繼業、夏軍倉、任永強、李小宇、李廣宇、王恩民、劉剛、劉沅、陳智、緱志斌
- 申請號：2014101640240
- 申請日：2014年4月23日
- 公布號：CN103965966A
- 公布日：2014年8月6日
- 地址：北京市昌平區北七家鎮未來科技城華能創新基地實驗樓A樓
- 代理機構：西安智大智慧財產權代理事務所
- 代理人：賀建斌
- Int. Cl.：C10J3/48、C10J3/84、C02F1/00、C02F101/30
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
大型氣流床氣化技術是煤基清潔能源的關鍵技術和龍頭技術，特別是大型乾粉加壓氣化技術由於能源利用效率高、煤種適應性廣、單次運行時間長、水耗低、不產生焦油、酚、萘等有機污染物，成為21世紀大型氣化技術發展的主流方向。按照合成氣的冷卻方式，大型乾粉氣化可分為廢鍋工藝流程和激冷工藝流程。
廢鍋工藝流程是採用廢熱鍋爐對粗合成氣的顯熱進行回收。為避免廢鍋的換熱面積灰，通常抽取工藝後期的冷煤氣循環的方式對高溫煤氣進行激冷，將其溫度降低至飛灰熔點以下約200攝氏度。典型廢鍋流程包括Shell煤氣化工藝、華能兩段式乾煤粉加壓氣化工藝廢鍋流程等。廢鍋工藝流程的優點是可以充分回收合成氣熱量，提高能源利用效率。缺點氣化爐後的廢鍋、陶瓷過濾器、洗滌塔等設備規模增大，設備初投資增加；同時也存在合成氣冷卻器積灰、陶瓷過濾器破損、激冷氣循環系統故障等運行風險；在部分後續生產工藝中，需要對合成氣進行變化，為滿足變化工藝水氣比的要求，將廢鍋產生的部分蒸汽注入到合成氣變換爐，實際提高的熱效率有所降低。
激冷工藝流程採用激冷水對高溫粗合成氣直接接觸降溫，同時洗滌脫除粗合成氣中大部分飛灰，並使粗合成氣飽和。典型的激冷工藝流程包括GSP氣化工藝、華能兩段式乾煤粉加壓氣化工藝激冷流程、航天爐氣化工藝、清華爐氣化工藝等。同廢鍋工藝流程相比，激冷工藝流程工藝過程簡單，運行可靠性高，設備造價低，出界區合成氣含汽率可以滿足後續變換工藝的要求。其缺點是回收的中壓蒸汽比廢鍋工藝流程較少。
2014年4月前，上述兩種工藝流程均已成功地得到了工業套用。儘管乾粉加壓氣化工藝流程本身不會產生焦油、酚、萘等有機物廢水，但某些生產過程中，其它並行工藝或下游工藝可能產生這類有機廢水。例如，煤制替代天然氣的過程中，部分煤制氣裝置採用固定床氣化技術，可以提高合成氣中的CH4含量，但固定床氣化生產過程中會產生大量有機廢水。另外一些生產過程裝置，在下游的合成工序中，也可能產生有機廢水。這些有機廢水，處理困難，需要設定大型的有機廢水處理裝置，處理費用極為昂貴。因此，在2014年4月前已有技術的基礎上，開發一種投資和運行費用低的現代大型乾粉加壓氣化裝置是一項十分有意義的任務。
發明內容
專利目的
《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》的目的在於提供一種帶有機廢水處理的乾粉加壓氣化裝置，在氣化爐的高溫合成氣區域噴入有機廢水，一方面對高溫合成氣降溫，另一方面在高溫環境中分解廢水中的有機物，投資少，與同類氣化裝置相比僅需增加少量廉價設備，工藝流程簡單，操作方便。
技術方案
《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》包括氣化爐殼體1，氣化爐殼體1內設有氣化爐內水冷壁2，氣化爐內水冷壁2的底部設有渣池12，渣池12底部輸出管伸出氣化爐殼體1外和渣收集罐13入口連線，渣收集罐13出口和渣鎖斗14連線，氣化爐殼體1的下部設有工藝燒嘴11，氣化爐殼體1的中部設有第一段減溫水噴嘴7，脫氧有機廢水依次通過第一段減溫水給水過濾器8、第一段減溫水緩衝罐9、第一段減溫水過濾器10和第一段減溫水噴嘴7連線，氣化爐殼體1的上部設有第二段減溫噴嘴3，脫氧鍋爐給水或灰水依次通過第二段減溫水給水過濾器4、第二段減溫水緩衝罐5、第二段減溫水過濾器6和第二段減溫噴嘴3連線，氣化爐殼體1、氣化爐內水冷壁2上部通過導氣段15和激冷罐16連線，激冷罐16氣體出口通過文丘里洗滌器17和水力旋流器18連線，水力旋流器18氣體出口和洗滌塔19連線。
所述的氣化爐為上行式乾粉加壓氣化爐。
所述的第一段減溫噴嘴7和第二段減溫噴嘴3要求使減溫水霧化粒徑小於400微米，並且應選擇小的噴霧角，噴霧角小於90°。
所述的第一段減溫噴嘴7和第二段減溫噴嘴3能夠在每段減溫區設定兩個以上，每段減溫噴嘴個數由噴水量確定，對稱布置。
所述第一段減溫水緩衝罐9、第二段減溫水緩衝罐5，其壓力通過管網來的氮氣維持壓力穩定。
所述洗滌塔19為板式塔，塔頂合成氣出口設定除沫器。
改善效果
《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》不延長傳統上行式乾煤粉加壓氣化工藝流程，不增加工藝和操作的複雜性，僅增加有機廢水緩衝罐和過濾器等少量設備，即可以實現對化工生產中處理難度大、費用高的有機廢水降解處理。
附圖說明
圖1為《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》的結構示意圖。
圖1
技術領域
《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》屬於能源化工技術領域，具體涉及一種帶有機廢水處理的乾粉加壓氣化裝置。
權利要求
1.《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》包括氣化爐殼體（1），其特徵在於：氣化爐殼體（1）內設有氣化爐內水冷壁（2），氣化爐內水冷壁（2）的底部設有渣池（12），渣池（12）底部輸出管伸出氣化爐殼體（1）外和渣收集罐（13）入口連線，渣收集罐（13）出口和渣鎖斗（14）連線，氣化爐殼體（1）的下部設有工藝燒嘴（11），氣化爐殼體（1）的中部設有第一段減溫噴嘴（7），脫氧有機廢水依次通過第一段減溫水給水過濾器（8）、第一段減溫水緩衝罐（9）、第一段減溫水過濾器（10）和第一段減溫噴嘴（7）連線，氣化爐殼體（1）的上部設有第二段減溫噴嘴（3），脫氧鍋爐給水或灰水依次通過第二段減溫水給水過濾器（4）、第二段減溫水緩衝罐（5）、第二段減溫水過濾器（6）和第二段減溫噴嘴（3）連線，氣化爐殼體（1）、氣化爐內水冷壁（2）上部通過導氣段（15）和激冷罐（16）連線，激冷罐（16）氣體出口通過文丘里洗滌器（17）和水力旋流器（18）連線，水力旋流器（18）氣體出口和洗滌塔（19）連線；所述的氣化爐為上行式乾粉加壓氣化爐；所述的第一段減溫噴嘴（7）和第二段減溫噴嘴（3）要求使減溫水霧化粒徑小於400微米，並且應選擇小的噴霧角，噴霧角小於90°。
2.根據權利要求1所述的一種帶有機廢水處理的乾粉加壓氣化裝置，其特徵在於：所述的第一段減溫噴嘴（7）和第二段減溫噴嘴（3）能夠在每段減溫區設定兩個以上，每段減溫噴嘴個數由噴水量確定，對稱布置。
3.根據權利要求1所述的一種帶有機廢水處理的乾粉加壓氣化裝置，其特徵在於：所述第一段減溫水緩衝罐（9）、第二段減溫水緩衝罐（5），其壓力通過管網來的氮氣維持壓力穩定。
4.根據權利要求1所述的一種帶有機廢水處理的乾粉加壓氣化裝置，其特徵在於：所述洗滌塔（19）為板式塔，塔頂合成氣出口設定除沫器。
實施方式
參照圖1，《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》包括氣化爐殼體1，氣化爐殼體1內設有氣化爐內水冷壁2，氣化爐內水冷壁2的底部設有渣池12，渣池12底部輸出管伸出氣化爐殼體1外和渣收集罐13入口連線，渣收集罐13出口和渣鎖斗14連線，氣化爐殼體1的下部設有工藝燒嘴11，氣化爐殼體1的中部設有第一段減溫水噴嘴7，脫氧有機廢水依次通過第一段減溫水給水過濾器8、第一段減溫水緩衝罐9、第一段減溫水過濾器10和第一段減溫水噴嘴7連線，氣化爐殼體1的上部設有第二段減溫噴嘴3，脫氧鍋爐給水或灰水依次通過第二段減溫水給水過濾器4、第二段減溫水緩衝罐5、第二段減溫水過濾器6和第二段減溫噴嘴3連線，氣化爐殼體1、氣化爐內水冷壁2上部通過導氣段15和激冷罐16連線，激冷罐16氣體出口通過文丘里洗滌器17和水力旋流器18連線，水力旋流器18氣體出口和洗滌塔19連線。
所述的氣化爐為上行式乾粉加壓氣化爐。
所述的第一段減溫噴嘴7和第二段減溫噴嘴3要求使減溫水霧化粒徑小於400微米，並且應選擇小的噴霧角，噴霧角小於90°。
所述的第一段減溫噴嘴7和第二段減溫噴嘴3能夠在每段減溫區設定兩個以上，每段減溫噴嘴個數由噴水量確定，對稱布置。
所述第一段減溫水緩衝罐9、第二段減溫水緩衝罐5，其壓力通過管網來的氮氣維持壓力穩定。
所述洗滌塔19為板式塔，塔頂合成氣出口設定除沫器，減少合成氣帶水，經洗滌後的合成氣送下游工序。
《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》的工作原理為：乾粉燃料由惰性載氣以濃相輸送的方式由工藝燒嘴11的乾粉通道送入氣化爐，氧化劑（氧氣/富氧/水蒸汽/二氧化碳）由工藝燒嘴11氧氣通道送入氣化爐，乾粉燃料和氧化劑在氣化爐反應區發生氣化反應，生成高溫高壓的粗合成氣。粗合成氣攜帶飛灰上行，氣化產生的液態渣落入渣池12激冷成固體小顆粒，激冷後的固態渣落入渣收集罐13收集，並通過渣鎖斗14減壓排出。
上行的高溫高壓粗合成氣經過兩級降溫，使粗合成氣溫度降至飛灰熔點溫度以下200攝氏度左右排出氣化爐。在第一段噴水減溫區，採用系統外送來的有機廢水。首先，有機廢水經過第一段減溫水給水過濾器8過濾送入第一段減溫水緩衝罐9，為維持系統長周期運行，第一段減溫水給水過濾器8應設定備用設備，當其差壓過高時可採用線上或離線清理。第一段減溫水緩衝罐9快取的有機廢水經減溫水過濾器10過濾，由第一段減溫水噴嘴7霧化成細微液滴噴入氣化爐。為實現細微霧化的目的，應設定多台減溫噴嘴，均布。在給定工況下，第一段減溫水緩衝罐9應與氣化爐保持穩定的壓差，其壓力由管網來的氮氣或不溶於水的惰性氣體調節，典型的調節方式為分程控制。第一段減溫區出口溫度控制在1050攝氏度~1150攝氏度以上。第二段減溫區的設定和運行方式與第一段減溫區類似，減溫水為不含有機物的鍋爐給水或循環灰水或其它脫氧水，並最終將合成氣溫度降低至800攝氏度~900攝氏度。
減溫後的合成氣經導氣段15導入激冷罐16進一步激冷，同時脫除粗合成氣中的大部分飛灰，並使合成氣充分飽和，提高粗合成氣含汽率。激冷後的粗合成氣經文丘里洗滌器17洗滌、並使細微顆粒潤濕，送入水力旋流器18進一步進行固體顆粒物的脫除。由水力旋流器18來的粗合成氣進入洗滌塔19進一步洗滌，脫除細微塵粒、鹵素和其它雜質。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種帶有機廢水處理的乾煤粉加壓氣化裝置》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
