煤漿預熱裝置及使用該裝置的煤氣化系統和方法
【專利摘要】本發明公開了煤漿預熱裝置及使用該裝置的煤氣化系統和方法，具體涉及一種氣化系統，其包括氣化裝置，該氣化裝置包括用來將煤漿轉化成合成氣的氣化室、以及用來冷卻來自所述氣化室中的合成氣的激冷室。所述氣化系統還包括位于所述激冷室中的預熱裝置，用來在所述煤漿進入所述氣化室之前以所述激冷室中的熱量來對其進行預熱。其中，所述預熱裝置包括管路裝置，該管路裝置中形成有可讓所述煤漿通過的通道，該通道與所述氣化室相通并沿煤漿的流向位于所述氣化室的前端。本發明還涉及該氣化系統中所用的預熱裝置以及用該氣化裝置的氣化方法。
【專利說明】
煤漿預熱裝置及使用該裝置的煤氣化系統和方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于煤氣化系統和方法的煤漿預熱裝置以及使用該預熱裝置的煤氣化系統和方法。
【背景技術】
[0002]煤、焦炭或石油等石化燃料可以氣化用來發電，用來生產化學品或合成燃料，或用于很多其它的用途。所述氣化涉及到在很高的溫度下將含碳燃料與氧氣反應來產生包含一氧化碳和氫氣的合成氣。比如，一種廣泛使用的石化燃料氣化技術是以水煤漿為原料進行氣化的水煤漿氣化工藝，其具有氣化爐結構簡單、煤種適應較廣、進料易控制等特點。其中，水煤漿是一種由60% -70%不同粒度分布的煤，29-39%左右的水和約1%的化學添加劑制成的混合物。在目前的水煤漿氣化工藝中，通常將溫度較低的水煤漿原料直接輸入氣化爐中，在氣化爐中的高溫高壓條件下，比如，在約1000-1500°C的溫度和約4.0-9.0Mpa的壓力下進行氣化來獲得合成氣。

【發明內容】

[0003]本發明的一方面涉及一種氣化系統，其包括氣化裝置，該氣化裝置包括用來將煤漿轉化成合成氣的氣化室、以及用來冷卻來自所述氣化室中的合成氣的激冷室。所述氣化系統還包括位于所述激冷室中的預熱裝置，用來在所述煤漿進入所述氣化室之前以所述激冷室中的熱量來對其進行預熱。其中，所述預熱裝置包括管路裝置，該管路裝置中形成有可讓所述煤漿通過的通道，該通道與所述氣化室相通并沿煤漿的流向位于所述氣化室的前端。
[0004]本發明的另一方面涉及一種煤漿預熱裝置，該煤漿預熱裝置適用于一種包括用來將煤漿轉化成合成氣的氣化室、用來冷卻來自所述氣化室中的合成氣的激冷室、和用來將所述氣化室中生成的合成氣輸送到所述激冷室的下降管的氣化裝置。所述煤漿預熱裝置包括用來接收待預熱的煤漿的入口、用來輸出預熱后的煤漿并與所述氣化室的一個入口相通的出口、以及連接所述入口和出口的管路裝置。所述管路裝置形成有與所述入口和出口相通的通道，該通道可讓所述煤漿從其中通過。其中所述管路裝置包括管路，該管路大致纏繞成一個圓筒狀結構，該圓筒狀結構的外徑小于所述激冷室的內徑，內徑大于所述下降管的外徑，可設置于所述下降管和所述激冷室的內壁之間。
[0005]本發明的又一方面涉及一種氣化方法，在該方法中，在一個氣化裝置的氣化室中將煤漿轉化成合成氣，在所述氣化裝置的激冷室中冷卻來自所述氣化室中的合成氣。讓所述煤漿從一個位于所述激冷室中的預熱裝置中通過，在該過程中，使得所述從預熱裝置中通過的煤漿被所述激冷室中的熱量預熱，再將所述預熱過的煤漿輸送到所述氣化室中用于生成所述合成氣。
【附圖說明】
[0006]通過結合附圖對于本發明的實施例進行描述，可以更好地理解本發明，在附圖中:
[0007]圖1顯示了一個實施例中的一種煤氣化系統。
[0008]圖2顯示了另一個實施例中的一種煤氣化系統。
[0009]圖3顯示了一個實施例中的一種示例性的煤氣化裝置的示意圖。
[0010]圖4A為一個實施例中的一種煤氣化系統的局部剖視圖，顯示了該煤氣化系統中的激冷室和位于該激冷室內的預熱裝置。
[0011 ] 圖4B為圖4A所示結構沿A-A方向的剖視圖。
[0012]圖5A為另一個實施例中的一種煤氣化系統的局部剖視圖，顯示了該煤氣化系統中的激冷室和位于該激冷室內的預熱裝置。
[0013]圖5B為圖5A所示結構沿B-B方向的剖視圖。
【具體實施方式】
[0014]以下將對本發明的【具體實施方式】進行詳細描述。除非另作定義，權利要求書和說明書中使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬技術領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。
[0015]本發明專利申請說明書以及權利要求書中使用的“一個”或者“一”等類似詞語并不表示數量限制，而是表示存在至少一個。“包括”或者“包含”等類似的詞語意指出現在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。本文中所使用的近似性的語言可用于定量表述，表明在不改變基本功能的情況下可允許數量有一定的變動。因此，用“大約”、“左右”等語言所修正的數值不限于該準確數值本身。此外，在“大約第一數值到第二數值”的表述中，“大約”同時修正第一數值和第二數值兩個數值。在某些情況下，近似性語言可能與測量儀器的精度有關。本發明中所提及的數值包括從低到高一個單元一個單元增加的所有數值，此處假設任何較低值與較高值之間間隔至少兩個單元。舉例來說，如果說了一個組分的數量或一個工藝參數的值，比如，溫度、壓力、時間等等，是從I到90，20到80較佳，30到70最佳，是想表達15到85，22到68，43到51，30到32等數值都已經明白的列舉在此說明書中。對于小于I的數值，0.0001,0.001,0.01或者0.1被認為是比較適當的一個單元。前述例子僅作舉例說明之用，實際上，所有在列舉的最低到最高值之間的數值組合均被視為以類似方式清楚地列在本說明書中。
[0016]本發明的實施例涉及一種使用氣化爐中的激冷室內的熱量來預熱該氣化爐的進料水煤漿的煤漿預熱裝置、以及使用該煤漿預熱裝置的煤氣化系統和煤氣化方法。
[0017]在一些實施例中，如圖1所示，一種煤氣化系統100包括用來將煤漿轉化為合成氣的煤氣化裝置I1和用來給該氣化裝置110的進料煤漿進行預熱的預熱裝置130。其中，所述氣化裝置110包括氣化室(燃燒室)111和激冷室113，煤漿在氣化室111中轉化成高溫合成氣，該高溫合成氣在激冷室113中冷卻后從出口 114流出以進入下一個處理單元(未圖示)。在一些實施例中，在所述激冷室113內裝載有水，用水來對流經其中的高溫合成氣進行淬冷。所述預熱裝置130設置于所述激冷室113內，用激冷室113內的熱量來預熱煤漿。該預熱裝置130在其前端通過管路122與提供煤漿進料的設備或裝置(未圖示)相連，以接收待預熱的煤漿，在其后端通過管路124與氣化室111的煤漿進料口 116相連，以將預熱后的煤漿輸送到氣化室112中進行氣化。所述管路122和124中可包括一個或多個閥等裝置用來控制煤漿的流動。比如，在圖示的實施例中，在管路122中連接有閥123，在管路124中連接有閥125。
[0018]在所述預熱裝置130的前端或后端可連接高壓栗來提供動力以將煤漿輸送到氣化室111。比如，在圖示的實施例中，在預熱裝置130的后端管路124中，在預熱裝置130的煤漿出口和氣化室111的煤漿進料口 116之間連接有一個高壓栗140，具體的，該高壓栗140位于閥125和氣化室111的煤漿進料口 116之間。經過所述預熱裝置130預熱后的煤漿具有更好的流動狀態，可以更加容易地通過后端的高壓栗140進行驅動。
[0019]此外，還可設置一條與所述預熱裝置130并聯的煤漿輸送路徑150以備用。若預熱裝置130發生故障或損壞，可通過該備用路徑150來將原料煤漿輸送到氣化室111。在圖示的實施例中，備用的煤漿輸送路徑150 —端連接于閥123的前端，另一端連接于閥125和高壓栗140之間。該備用的煤漿輸送路徑150包括至少一個閥152，在預熱裝置130所在的煤漿輸送路徑正常運行時，可將所述閥152關閉不讓煤漿從備用路徑150通過，而一旦預熱裝置30發生故障或損壞，則可將閥123關閉不讓煤漿從預熱裝置130通過，并將閥152打開以讓煤漿從備用路徑150通過。
[0020]圖2顯示了一個類似的煤氣化系統200，其包括煤氣化裝置210、預熱裝置230、以及與該預熱裝置230并聯的備用的煤漿輸送路徑250。其中，所述氣化裝置210包括氣化室211和激冷室213，所述預熱裝置230設置于激冷室213內，用激冷室213內的熱量來預熱煤漿。該預熱裝置230在其前端通過管路222與提供煤漿進料的設備或裝置(未圖示)相連，以接收待預熱的煤漿，在其后端通過管路224與氣化室211的煤漿進料口 216相連，以將預熱后的煤漿輸送到氣化室211中進行氣化。在管路222中連接有閥223，在管路224中連接有閥225。該煤氣化系統200與系統100的不同之處主要在于，系統200中的高壓栗240連接于預熱裝置230的前端管路222中，具體地，連接于閥223的前端，所述備用的煤漿輸送路徑250 —端連接于高壓栗240和閥223之間，另一端連接于閥225和氣化室211的煤漿進料口 216之間。將所述高壓栗240連接于預熱裝置230的前端，可使該高壓栗240避免接觸預熱后處于較高溫度的煤漿，因而對其耐高溫等性能的要求可以相對較低。
[0021]圖3顯示了一個實施例中的一種可用于所述煤氣化系統的煤氣化裝置310的示意圖。如圖3所示，煤氣化裝置310包括氣化室311和激冷室313，其中，煤氣化裝置310上部為氣化室311，下部為激冷室313，其中還裝有下降管312，用來將高溫合成氣從氣化室311下送到激冷室313中進行冷卻。此外，氣化室311包括至少一個原料入口 316，激冷室313包括用來輸出合成氣的合成氣出口 314、用來將冷卻水引入激冷室313的激冷水入口 315、和用來將冷卻合成氣后所形成的炭黑水導出激冷室313的炭黑水出口 317。激冷室313還包括開口 318和319，分別用來與設置于激冷室313內的煤漿預熱裝置(圖3中未圖示，見圖4A中430或圖5A中530)的入口和出口配合，以接收待預熱的煤漿進入該煤漿預熱裝置和從該煤漿預熱裝置輸出預熱后的煤漿。在一個具體的實施例中，所述開口 318和319可分別讓位于激冷室313內的煤漿預熱裝置的煤漿輸入管道和輸出管道從其中穿過，以便跟前端或后端相應的裝置相連通。
[0022]圖4A為一個實施例中的一種煤氣化系統400的局部剖視圖，顯示了該煤氣化系統中的激冷室413和位于該激冷室413內的預熱裝置430。圖4B為圖4A所示結構沿A-A方向的剖視圖。如圖4A和4B所示，預熱裝置430包括用來接收待預熱煤漿的入口 432、用來輸出預熱后的煤漿并用來與煤氣化系統中的氣化室的一個入口相通的出口 434、以及連通該入口 432和出口 434的管路裝置436。該管路裝置436內形成有與所述入口 432和出口434相通的通道，該通道可讓所述煤漿從其中通過的同時被預熱。
[0023]在圖示的實施例中，所述管路裝置436包括由一條可輸送煤漿的管路沿著激冷室413的內表面呈波紋狀曲卷形成的一個圓筒狀結構。具體地，所述圓筒狀結構可包括繞一圈并行排布成圓筒狀的多個豎直管和將該多個豎直管兩兩相連接的彎頭。該圓筒狀結構的外徑小于所述激冷室413的內徑，內徑大于用來將合成氣從氣化室(未圖示)下送到所述激冷室413中進行冷卻的下降管412的外徑，因而可設置于所述下降管412和所述激冷室413的內壁之間。在一些實施例中，相比所述下降管412，所述圓筒狀結構在徑向上更加靠近所述激冷室413的內壁。在圖示的具體實施例中，所述圓筒狀結構的外徑接近但略小于所述激冷室413的內徑，使得管路裝置436與激冷室413之間形成一定空隙以讓預熱介質(如，水)進入。在一些實施例中，所述激冷室413設置來用水冷卻來自下降管412的合成氣，所述管路裝置436位于正常運行時的激冷室413的水位線460之下，以使管路裝置436可以浸沒于激冷室413內的水中。
[0024]在煤氣化系統運行的過程中，從激冷室413的激冷水入口 415往激冷室413中通入激冷水，用來冷卻從下降管412送來的高溫合成氣，冷卻后的合成氣從激冷室413的合成氣出口 414輸出，冷卻過程中形成的炭黑水從激冷室413的炭黑水出口 417輸出。待預熱的煤漿從入口 432進入管路裝置436，通過激冷室413內的熱量進行預熱，預熱后的煤漿從出口 434輸出到氣化室中用于氣化產生合成氣。所述激冷室413內用于預熱煤漿熱量可以是直接來自激冷室413內的合成氣的熱量，也可以是來自被該合成氣加熱的水的熱量。
[0025]圖5A為另一個實施例中的一種煤氣化系統500的局部剖視圖，顯示了該煤氣化系統中的激冷室513和位于該激冷室513內的預熱裝置530。圖5B為圖5A所示結構沿B-B方向的剖視圖。與圖4A和4B所示結構類似地，預熱裝置530包括用來接收待預熱煤漿的入口 532、用來輸出預熱后的煤漿并用來與煤氣化系統中的氣化室的一個入口相通的出口534、以及連通該入口 532和出口 534的管路裝置536。該管路裝置536內形成有與所述入口 532和出口 534相通的通道，該通道可讓所述煤漿從其中通過的同時被預熱。與圖4A和4B所示管路裝置不同的是，所述管路裝置536包括由一條可輸送煤漿的管路沿著激冷室513的內表面呈螺旋狀纏繞形成的一個圓筒狀結構。煤氣化系統500的其它結構與煤氣化系統400中的類似，在此不再贅述。
[0026]在所述實施例中，管路裝置436或536的結構、排布和尺寸的設置使得從其中輸出的預熱后的煤漿的溫度至少在激冷室內溫度的40%以上，或進一步地，在激冷室內溫度的50%以上，或更進一步地，在激冷室內溫度的65%以上。在一個具體的實施例中，所述激冷室內的溫度約在200°C至350°C的范圍內，或進一步地，約在220°C至300°C的范圍內，或更進一步地，約在220°C至240°C的范圍內，所述待預熱的煤漿的溫度在50°C左右，所述預熱后的煤漿的溫度約在100°C至300°C的范圍內，或進一步地，約在150°C至250°C的范圍內。
[0027]本發明實施例中的預熱裝置能夠將所述煤漿加熱至合適的溫度，在提高所述煤漿的溫度同時，還能確保煤漿保持良好的性能和狀態，比如，保證其具有較好的流動狀態。所述煤漿預熱方式充分有效地利用了激冷室中的低品級熱量來提高煤漿的初始進料溫度，從而提高整個水煤漿氣化過程的能量效率。通過適當地提高水煤漿的初始溫度，不僅能夠確保煤漿具有較好的流動狀態，還能夠提高水煤漿氣化的效率，比如，降低氣化過程的比氧耗和比煤耗等。因此，所述實施例中的煤氣化系統具有高效、節能、構造簡單、耐堵等優點。
[0028]本發明可用其他的不違背本發明的精神或主要特征的具體形式來概述。因此，本發明的上述實施方案都只能認為是對本發明的說明而不能限制本發明，本發明的范圍是由權利要求書界定，而不是由上述具體實施方案界定的，因此，在與本發明的權利要求書相當的含義和范圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的范圍內。
【主權項】
1.一種氣化系統，其包括: 氣化裝置，其包括用來將煤漿轉化成合成氣的氣化室、以及用來冷卻來自所述氣化室中的合成氣的激冷室； 位于所述激冷室中的預熱裝置，用來在所述煤漿進入所述氣化室之前以所述激冷室中的熱量來對其進行預熱， 其中，所述預熱裝置包括管路裝置，該管路裝置中形成有可讓所述煤漿通過的通道，該通道與所述氣化室相通并沿煤漿的流向位于所述氣化室的前端。2.如權利要求1所述的氣化系統，其進一步包括下降管，用來將氣化室中生成的合成氣輸送到所述激冷室，所述管路裝置設置于所述下降管的外表面和所述激冷室的內表面之間。3.如權利要求2所述的氣化系統，其中，所述管路裝置包括管路，該管路大致纏繞成一個圓筒狀結構，該圓筒狀結構的外徑小于所述激冷室的內徑，內徑大于所述下降管的外徑。4.如權利要求2所述的氣化系統，其中，相比所述下降管，所述圓筒狀結構在徑向上更加靠近所述激冷室。5.如權利要求1所述的氣化系統，其中，所述激冷室設置來用水冷卻所述合成氣，所述管路裝置設置于所述激冷室在正常運行時的水位線之下。6.如權利要求1所述的氣化系統，其進一步包括高壓栗，位于所述預熱裝置和所述氣化室之間。7.如權利要求1所述的氣化系統，其進一步包括高壓栗，位于所述預熱裝置的前端。8.一種煤漿預熱裝置，適用于一種包括用來將煤漿轉化成合成氣的氣化室、用來冷卻來自所述氣化室中的合成氣的激冷室、和用來將所述氣化室中生成的合成氣輸送到所述激冷室的下降管的氣化裝置，其包括: 入口，用來接收待預熱的煤漿； 出口，用來輸出預熱后的煤漿并與所述氣化室的一個入口相通；以及管路裝置，形成有與所述入口和出口相通的通道，該通道可讓所述煤漿從其中通過，其中，所述管路裝置包括管路，該管路大致纏繞成一個圓筒狀結構，該圓筒狀結構的外徑小于所述激冷室的內徑，內徑大于所述下降管的外徑，可設置于所述下降管和所述激冷室的內壁之間。9.如權利要求8所述的煤漿預熱裝置，其中，所述圓筒狀結構是由所述管路呈螺旋狀纏繞形成的。10.如權利要求8所述的煤漿預熱裝置，其中，所述圓筒狀結構是由所述管路呈波紋狀曲卷形成的。11.一種氣化方法，其包括: 在一個氣化裝置的氣化室中將煤漿轉化成合成氣； 在所述氣化裝置的激冷室中冷卻來自所述氣化室中的合成氣； 讓所述煤漿從一個位于所述激冷室中的預熱裝置中通過，并使得所述從預熱裝置中通過的煤漿被所述激冷室中的熱量預熱；以及 將所述預熱過的煤漿輸送到所述氣化室中用于生成所述合成氣。12.如權利要求11所述的氣化方法，其進一步包括:將所述氣化室中產生的合成氣通過下降管輸送到所述激冷室，所述預熱裝置包括設置于所述下降管的外表面和所述激冷室的內表面之間的管路裝置。13.如權利要求11所述的氣化方法，其中，在所述激冷室中是用水來冷卻所述氣化室中產生的合成氣的，所述預熱裝置浸沒在所述水中。
【文檔編號】C10J3/72GK105861064SQ201510035717
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月23日
【發明人】余量, 薛俊利, 畢喜婧, 呂靜
【申請人】通用電氣公司