一种气流床煤气化烟气热能回收装置及方法

本发明涉及煤化工领域，具体涉及一种气流床煤气化烟气热能回收装置及方法。

背景技术：

1、煤炭不但是重要的基础燃料，也是重要的化工原料。煤化工技术可以合成重要的化工原料，是实现煤炭清洁高效利梯级转化的重要路线。目前，相对于石油及天然气化工，煤化工存在能耗高的问题。煤气化是煤化工系统的龙头，其能耗占比最大。实现煤气化装置能源回收，提高其能源效率，对降低煤化工系统能耗具有重要意义。

2、目前世界上各类煤气化技术均有工程化应用，其中以气流床粉煤加压气化技术的应用最为广泛。煤气化产生温度为1300℃～1500℃，其粗合成气含有大量的高温显热。煤化工项目中的工艺装置一般采用水激冷至约275℃进入下游工序，浪费大量高品质能量，因此，亟需最大限度地利用气化后高温显热能量用于化工生产。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种气流床煤气化烟气热能回收的装置及方法。具体通过以下的技术方案实现:

2、本发明首先提供了一种气流床煤气化烟气热能回收的装置，包括气化炉、辐射废锅、激冷室以及对流废锅；

3、所述气化炉的上端开设有与氧气管道以及投煤口连接的汽化炉入口；汽化炉的下端开设有用于排出合成气的汽化炉出口；所述辐射废锅设置在汽化炉的下方，辐射废锅具有通过一内筒相隔离的内通道和围设在内通道外的环隙通道；所述内通道的顶部与汽化炉出口连通，内通道的底部和环隙通道连通；环隙通道的外壁上开设有辐射废锅出气口；所述辐射废锅出气口与对流废锅连接；辐射废锅的下部设置有激冷室；激冷室的激冷室外壁、辐射废锅的内筒和环隙通道的外壁均采用水冷壁，所述激冷室外壁通过给水/蒸汽管道依次连接辐射废锅的水冷壁以及对流废锅；

4、所述对流废锅内部设置有用于合成气换热的第一对流换热器和第二对流换热器；

5、所述第一对流换热器和第二对流换热器均设置有合成气入口、合成气出口、换热气入口和换热气出口；所述第一对流换热器的换热气入口与给水/蒸汽管道连通，第一对流换热器的换热气出口与外部蒸汽利用装置连通；第一对流换热器的合成气入口与辐射废锅的出气口连通，第一对流换热器的合成气出口与第二对流换热器的合成气入口连通；所述中温对流换热器的换热气入口与氧气管路连通，中温对流换热器的换热气出口通过氧气管道与气化炉入口连接。

6、作为本发明的优选方案，所述激冷室的下方设置有出灰口。

7、本发明还提供了一种上述装置的热能回收方法，包括以下步骤：

8、1)将氧气和煤分别通过氧气管道以及投煤口送入气化炉中进行气化生成高温显热的合成气；同时通过给水/蒸汽管道为激冷室外壁、辐射废锅的内筒和环隙通道的外壁补给冷却水；

9、2)合成气通过气化炉出口输送到辐射废锅的内通道；合成气在内通道与辐射废锅的内筒进行换热；

10、3)合成气经辐射废锅的内通道到达激冷室，再从激冷室到达辐射废锅的环隙通道；并且合成气与激冷室及辐射废锅水冷壁进行换热，将冷却水加热成为饱和蒸汽；

11、4)合成气在辐射废锅的环隙通道通过辐射废锅的出气口进入对流废锅中第一对流换热器的合成气入口；饱和蒸汽通过给水/蒸汽管道传输到对流废锅中第一对流换热器的换热气入口；在第一对流换热器中合成气再次与饱和蒸汽进行换热，经过再次换热的饱和蒸汽从第一对流换热器的换热气出口输出到外部蒸汽利用装置；

12、5)经过再次换热的合成气从第一对流换热器的合成气出口输出并从第二对流换热器的入口进入第二对流换热器中，第二对流换热器通过氧气管路从第二对流换热器的换热气入口输入氧气；氧气和合成气在第二对流换热器中进行换热，换热后的氧气从第二对流换热器的换热气出口输出，并通过氧气管道进入到气化炉中；换热后的合成气从第二对流换热器的合成气出口输出进入到下游装置中。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:

14、1.本发明用于气流床煤气化烟气热能回收的对流废锅设置有中温对流换热器。中温对流换热器连接氧气管路。在中温对流换热器中，利用温度为350-500℃的合成气将入炉氧气预热到400℃以上，并与气化炉入口相连接，从而实现入炉氧气的预热。由于入炉的氧气已经预热，将有效地降低气化炉内燃烧加热用煤的量，降低氧气消耗量，壁面合成气显热的浪费，有效提高气化炉自身地气化效率。从而提升煤气化系统整体运行效率。

15、2.本发明用于气流床煤气化烟气热能回收的对流废锅设置有高温对流换热器。本发明用于气流床煤气化烟气热能回收的激冷装置下部具有出灰口，激冷室的外壁设置水冷壁。激冷室外水冷壁，通过蒸汽管道依次连接辐射废锅水冷壁以及高温对流换热器。通过激冷室外水冷壁及辐射废锅水冷壁将给水加热至311℃，10mpa的饱和蒸汽。高温对流换热器内合成气温度为500-750℃，过热蒸汽可以将饱和蒸汽进一步加热成540℃，10mpa的过热蒸汽。该参数的过热蒸汽，可以用于化工生产过程的原料，从而提高整个煤化工系统的能量转化效率；也可以用于蒸汽轮机电力生产或者城市供热系统，从而构成基于煤化工的化学品-电能-热能多联产系统，有效提升能源转化效率以及利用效率。

技术特征：

1.一种气流床煤气化烟气热能回收装置，其特征在于，包括气化炉(1)、辐射废锅(2)、激冷室(3)以及对流废锅(4)；

2.根据权利要求1所述的气流床煤气化烟气热能回收装置，其特征在于，所述对流废锅(4)设置有进气口(403)，对流废锅(4)通过进气口(403)与辐射废锅的出气口(203)连通。

3.根据权利要求1所述的气流床煤气化烟气热能回收装置，其特征在于，激冷室的下方设置有出灰口(8)。

4.根据权利要求1所述的气流床煤气化烟气热能回收装置，其特征在于，所述高温对流换热器(401)内温度为500-750℃。

5.根据权利要求1所述的气流床煤气化烟气热能回收装置，其特征在于，所述的中温对流换热器(402)内温度为350-500℃。

6.一种如权利要求1所述装置的热能回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种气流床煤气化烟气热能回收装置及方法。所述装置包括：气化炉、位于气化炉下方的辐射废锅、位于辐射废锅下方的激冷装置以及与辐射废锅相联通的对流废锅。激冷室的外壁设置水冷壁。辐射废锅具有一内筒相隔离的内通道和围设在内通道外的环隙通道，内通道和环隙通道的底部联通。内筒和环隙通道的外壁均采用水冷壁，辐射废锅的出气口与对流废锅的进气口相连接。蒸汽管道依次连接激冷室外水冷壁，辐射废锅水冷壁，高温对流换热器；该烟气热能回收系统可以利用高温合成气中的高位余热产生蒸汽，利用中温合成气中的余热加热入炉氧气，从而大大提高煤气化效率，以及系统的能量利用效率，提高系统运行寿命，节约运行成本。技术研发人员：周志军,张镓铄,山石泉,马钊,蔡熙川,张亚宁,匡建平受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17