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CN107151567A - 水煤浆气化系统及其工艺 - Google Patents

水煤浆气化系统及其工艺 Download PDF

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CN107151567A
CN107151567A CN201710513035.9A CN201710513035A CN107151567A CN 107151567 A CN107151567 A CN 107151567A CN 201710513035 A CN201710513035 A CN 201710513035A CN 107151567 A CN107151567 A CN 107151567A
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CN
China
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coal
gas
ash
coal gas
gasification
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CN201710513035.9A
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彭忆平
薛磊
李长安
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Beijing Gold And Engineering Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Gold And Engineering Technology Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明提供了一种水煤浆气化系统及其工艺，涉及煤气化技术领域。该系统包括气化单元，包括气化炉和灰渣锁斗；气化炉包括连通的下部一段主反应区、上部二段辅助反应区和灰渣激冷室，灰渣激冷室与灰渣锁斗连接；分离单元，包括旋风分离器和第一集灰罐；热量回收单元，包括煤气废锅、汽包和第二集灰罐；汽包与煤气废锅中的列管连通；旋风分离器的出气口与煤气废锅的进气口连通；煤气废锅设有排气口；煤气废锅产生的过热蒸汽一部分通入上部二段辅助反应区的进入口，一部分与外界相通。本发明缓解传统的煤浆气化系统热利用效率不高且产生的煤气热值较低的问题，通过本发明系统各单元设置整个系统流程热利用效率高且能实现对产生的煤气热值的可控调节。

Description

水煤浆气化系统及其工艺
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，具体而言，涉及一种水煤浆气化系统及其工艺。
背景技术
煤炭气化是指用煤炭作原料，来生产工业燃料气，它是洁净、高效利用煤炭的最主要途径之一，如燃料电池、煤气联合循环发电技术等。煤制气应用领域非常广泛，可用来做燃料气(工业燃气和民用燃气)、化工原料气、煤气联合循环发电、燃料电池和液体燃料等。
现有的水煤浆气化工艺系统流程主要为：水煤浆与氧气一同进入喷嘴，利用喷嘴一起进入气化炉燃烧室，在燃烧室内1200～1300℃条件下进行气化反应，反应后的煤气进入气化炉激冷室，在激冷室内利用水进行激冷，将煤气温度冷却到260℃左右送出，送出的煤气进入洗涤塔下部，在洗涤塔内，煤气与从洗涤塔顶部进入的洗涤水进行煤气洗涤，将煤气温度下降到190～230℃输送给用户。
现有的水煤浆气化工艺系统仍存有以下问题：
1、燃烧室内产生1300℃左右的高温煤气直接用水激冷来冷却到260℃，使得大量的气体显热和蒸汽潜热浪费，气化炉送出的煤气直接进入洗涤塔，再次用水进行洗涤冷却，整个流程都没有对大量的气体显热和蒸汽潜热进行有效的回收利用，热利用效率不高；
2、现有的水煤浆气化反应温度较高，达到1200～1350℃，在此条件下产生的煤气中甲烷含量非常低，只有ppm级别，使得现有的水煤浆气化技术生产的煤气热值较低，不能用作燃料气使用；
3、物料水煤浆与气化剂氧气从顶部单喷嘴进入气化炉，使得煤浆雾化效果不佳，原料煤还没有来得及反应就出了燃烧室反应区，使得灰渣中的残碳含量较高。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种水煤浆气化系统，该系统具有热量回收单元，从气化炉出来的高温气体，通过干法气固分离后，利用废锅回收高温气体的大量显热，能够得到过热蒸汽，部分供气化炉反应自用，部分外送，整个流程热利用效率高，此外，该系统中的气化炉为二段气化炉，下部反应区反应后产生的高温气体显热作为热源，在上部反应区加入原料进行二次反应，使得气体中有效气体成分提高，同时通过调整上部反应区原料的加入量能够实现对二次反应产生甲烷气体含量的调节，从而实现对产生的煤气热值的可控调节。
本发明的目的之二在于提供一种与该水煤浆气化系统配套的水煤浆气化工艺，该工艺具有与上述水煤浆气化系统相同的优势。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种水煤浆气化系统，包括：
气化单元，包括气化炉和灰渣锁斗；
所述气化炉包括连通的下部一段主反应区和上部二段辅助反应区，所述下部一段主反应区侧面设置有喷嘴，所述上部二段辅助反应区下部侧面设置有进入口，所述下部一段主反应区下部设置有灰渣激冷室，所述灰渣激冷室的灰渣输出端与所述灰渣锁斗的输入端连接；
分离单元，包括旋风分离器和第一集灰罐；所述旋风分离器的输出端与所述第一集灰罐的输入端连接；所述上部二段辅助反应区上方出气口与所述旋风分离器的进口连通；
热量回收单元，包括煤气废锅、汽包和第二集灰罐；所述煤气废锅的输出端与所述第二集灰罐的输入端连接，所述汽包与所述煤气废锅中的列管连通；所述旋风分离器的出气口与所述煤气废锅的进气口连通；所述煤气废锅设有排气口；
所述煤气废锅产生的过热蒸汽一部分通入所述上部二段辅助反应区的进入口，一部分与外界相通。
进一步，在本发明技术方案的基础上，煤气废锅包括壳体、余热换热列管和蒸汽过热列管；
所述余热换热列管设置在壳体内，所述余热换热列管设置有进液管和出液管，所述进液管与所述汽包底部连通，所述出液管与所述汽包中部连通；
所述蒸汽过热列管设置在壳体内且位于所述余热换热列管上方，所述蒸汽过热列管设置有进气管和出气管，所述进气管与所述汽包连通，所述出气管一部分与所述上部二段辅助反应区的进入口连通，一部分与外界相通；
所述壳体下部设置有分离空间，用于气灰分离。
优选地，在本发明技术方案的基础上，所述下部一段主反应区侧面至少相对设置一对喷嘴。
进一步，在本发明技术方案的基础上，所述水煤浆气化系统还包括：洗涤单元，所述洗涤单元包括洗涤塔，所述煤气废锅的排气口与所述洗涤塔的进气口连通。
进一步，在本发明技术方案的基础上，所述水煤浆气化系统还包括：灰水处理单元，所述灰水处理单元包括闪蒸罐、沉降槽、灰水槽和灰浆槽；
所述闪蒸罐分别与所述洗涤塔的排水口和所述灰渣激冷室的排水口连通；所述沉降槽与所述闪蒸罐连通，所述沉降槽的上部出口与所述灰水槽连通，所述沉降槽的下部出口与所述灰浆槽连通；
所述第一集灰罐和所述第二集灰罐均与所述沉降槽连通。
进一步，在本发明技术方案的基础上，所述灰水处理单元还包括除氧水槽、分离罐和换热器；
所述除氧水槽通过灰水泵与所述灰水槽连通，所述除氧水槽通过除氧水泵与所述换热器连通；
所述换热器分别与所述洗涤塔和所述分离罐连通；所述闪蒸罐依次通过所述换热器和所述分离罐后与所述沉降槽连通。
优选地，在本发明技术方案的基础上，所述水煤浆气化系统还包括：干法除尘装置；
所述煤气废锅的排气口与所述干法除尘装置的进气口连通。
进一步，在本发明技术方案的基础上，所述水煤浆气化系统还包括：沉降槽、灰水槽和灰浆槽；所述干法除尘装置与所述沉降槽连通；
所述第一集灰罐和所述第二集灰罐均与所述沉降槽连通；
所述沉降槽的上部出口与所述灰水槽连通，所述沉降槽的下部出口与所述灰浆槽连通。
一种水煤浆气化工艺，包括以下步骤：
原料料浆与气化剂通过喷嘴进入气化炉的下部一段主反应区中反应，反应后的气体进入气化炉的上部二段辅助反应区中，与上部二段辅助反应区进入口的原料料浆二次反应；
经气化炉反应后气体进入旋风分离器，经气化炉灰渣激冷室冷却后的灰渣进入灰渣锁斗后排出；
经旋风分离器分离后的气体进入煤气废锅，经旋风分离器分离后的固体进入第一集灰罐；
煤气废锅中的高温气体将汽包来的饱和蒸汽过热成过热蒸汽，过热蒸汽一部分进入气化炉的上部二段辅助反应区中，一部分外送。
进一步，在本发明技术方案的基础上，进入上部二段辅助反应区的原料料浆占进入气化炉原料料浆总量的15～30％。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供的水煤浆气化系统包括气化单元、分离单元和热量回收单元，气化单元的气化炉为两段气化炉，下部反应区反应后产生的高温气体显热作为热源，在上部反应区加入料浆进行二次反应，使得气体中有效气体成分提高，同时通过调整上部反应区原料的加入量能够实现对二次反应产生甲烷气体含量的调节，从而实现对产生的煤气热值的可控调节。通过热量回收单元对气化炉的高温煤气进行回收利用，干法气固分离后，利用废锅回收高温气体的大量显热，并副产得到过热蒸汽，部分重新进入气化炉促进二次反应，部分外送，整个流程热利用效率高。
(2)本发明利用二段式气化炉，第一段产生的高温煤气显热可以作为第二段二次反应的热源，第二段再次加入料浆进行二次反应后产生氢气和甲烷气体，使得煤气中有效气体成分和热值明显提高。
(3)本发明通过调整气化炉第二段再次加入料浆的加入量，能够实现对产生煤气中甲烷气体含量的调节，从而实现对产生煤气热值的可控调节，使得产生的煤气能够被用作不同的用途，使用在不同的行业中，煤气适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施方式的水煤浆气化系统的结构示意图；
图2为本发明一种实施方式的水煤浆气化系统中气化单元结构示意图；
图3本发明一种实施方式的水煤浆气化系统中热量回收单元结构示意图；
图4为本发明一种实施方式的水煤浆气化系统中洗涤塔和灰水处理单元的结构示意图；
图5为本发明实施例一的水煤浆气化系统的结构示意图；
图6为本发明实施例二的水煤浆气化系统的结构示意图。
图标：10-气化单元；11-气化炉；111-下部一段主反应区；112-上部二段辅助反应区；113-灰渣激冷室；12-灰渣锁斗；13-料浆泵；20-分离单元；21-旋风分离器；22-第一集灰罐；30-热量回收单元；31-煤气废锅；32-汽包；33-第二集灰罐；311-壳体；312-余热换热列管；313-蒸汽过热列管；40-洗涤单元；41-洗涤塔；50-灰水处理单元；51-闪蒸罐；52-分离罐；53-沉降槽；54-灰水槽；55-灰浆槽；56-除氧水槽；57-换热器；58-灰水泵；59-除氧水泵。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，因此不能理解为对本发明的限制。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。
根据本发明的第一个方面，提供了一种水煤浆气化系统，图1为本发明一种实施方式的水煤浆气化系统的结构示意图；图2为本发明一种实施方式的水煤浆气化系统中气化单元的结构示意图；图3本发明一种实施方式的水煤浆气化系统中热量回收单元的结构示意图；图4为本发明一种实施方式的水煤浆气化系统中洗涤塔和灰水处理单元的结构示意图。
如图1～4所示，水煤浆气化系统包括：
气化单元10，包括气化炉11和灰渣锁斗12；气化炉11包括连通的下部一段主反应区111和上部二段辅助反应区112，下部一段主反应区111侧面设置有喷嘴，上部二段辅助反应区112下部侧面设置有进入口，下部一段主反应区111下部设置有灰渣激冷室113，灰渣激冷室113的灰渣输出端与灰渣锁斗12的输入端连接；
分离单元20，包括旋风分离器21和第一集灰罐22；旋风分离器21的输出端与第一集灰罐22的输入端连接；上部二段辅助反应区112上方出气口与旋风分离器21的进口连通；
热量回收单元30，包括煤气废锅31、汽包32和第二集灰罐33；煤气废锅31的输出端与第二集灰罐33的输入端连接，汽包32与煤气废锅31中的列管连通；旋风分离器21的出气口与煤气废锅31的进气口连通；煤气废锅31设有排气口；煤气废锅31产生的过热蒸汽一部分通入上部二段辅助反应区112的进入口，一部分与外界相通。
本发明中的气化炉11为两段式气化炉，包括连通的下部一段主反应区111和上部二段辅助反应区112，原料料浆可以通过料浆泵13加压，与气化剂一起从气化炉11的下部一段主反应区111进入气化炉11内。
原料料浆可以由烟煤、次烟煤、褐煤、石油焦和重油等，通过与水研磨制备成一定质量浓度(如55％-65％)的浆体；下部一段主反应区加入的气化剂为纯氧气，上部二段辅助反应区加入的气化剂为蒸汽。
原料料浆与气化剂反应产生以CO、H2、CO2为主的高温煤气向上移动，进入气化炉11上部上部二段辅助反应区112中，在上部上部二段辅助反应区112内与再次加入的原料料浆及蒸汽进行二次反应，蒸汽与碳再次反应产生了H2，使得煤气中有效气体成分提高，同时随着温度的降低，也大量产生甲烷气体，使得煤气热值得到显著的提高。
气化炉11采用两段气化，利用第一段高温煤气的显热气化第二段补充喷注的料浆，使上部二段辅助反应区112上方出气口温度下降至1000℃左右，有利于提高热利用率。由于增加了第二段气化，延长了煤气在炉内的停留时间，使煤气中的焦油、重烃化合物能充分热解，因而煤气净化处理更简单，废水中不含焦油、酚等有害物质，对环境污染较少。
此外，通过调整进入气化炉11上部二段辅助反应区112的二次料浆的加入量，可以实现煤气中的甲烷气体含量的调节，从而可以对产生的煤气热值进行可控调节。
当生产的煤气被用来合成氨、甲醇等化工产品时，适当减少进入气化炉11上部二段辅助反应区112的料浆加入量，甚至可以不加入，这样可以使得煤气中的甲烷气体成分回到ppm级，使得煤气更加适合生产化工产品，适合生产合成氨、甲醇的企业。
当生产的煤气没用来作为燃料气时，适当加大进入气化炉11上部二段辅助反应区112的料浆加入量，甚至可以加入到原料料浆总量的30％左右，这样可以使得煤气中甲烷气体成分达到较高水平，使得煤气更加适合用作燃料气，适合IGCC、陶瓷、玻璃等行业。
本发明能够实现对产生的煤气中的甲烷气体含量的调节，使得产生的煤气能够被用作不同的用途，使用在不同的行业中，煤气适用范围广。
气化炉11下部一段主反应区111下部设置有灰渣激冷室113，灰渣激冷室113的灰渣输出端与灰渣锁斗12的输入端连接，气化炉11反应后产生的煤渣进入灰渣激冷室113，灰渣激冷室113用水建立液位，用来冷却反应后的灰渣，灰渣从气化炉11底部进入灰渣锁斗12排出。
反应后的煤气在1000℃左右送出气化炉11进入旋风分离器21，在旋风分离器21中实现气固分离，气体送到煤气废锅31，分离下来的煤灰进入第一集灰罐22，利用水力带出。
采用旋风分离器21进行干法气固分离，有利于对分离后高温气体的回收。
旋风分离器21中高温煤气进入煤气废锅31，在煤气废锅31内，高温煤气能够将煤气废锅31汽包32来的锅炉水加热成饱和状态蒸汽并能够进一步将得到中压饱和蒸汽过热得到中压过热蒸汽，实现了对气化炉11输出的高温气体的大量显热的回收利用，副产的过热蒸汽部分供气化炉11反应自用，过热蒸汽输入上部上部二段辅助反应区112内与来自料浆泵13的原料料浆在高温条件下进行二次反应，能促进二次反应进行，副产的过热蒸汽部分部分外送，整个流程热利用效率高。
在煤气废锅31底部对煤气再次进行气固分离，分离之后的煤气温度下降到250℃，分离出来的煤灰送到第二集灰罐33，利用水力带出。
传统的水煤浆气化系统流程没有对大量的气体显热和蒸汽潜热进行有效的回收利用，热利用效率不高且现有的水煤浆气化技术生产的煤气热值较低，不能用作燃料气使用。
本发明提供的水煤浆气化系统包括气化单元、分离单元和热量回收单元，气化单元的气化炉为两段气化炉，下部反应区反应后产生的高温气体显热作为热源，在上部反应区加入料浆进行二次反应，使得气体中有效气体成分提高，同时通过调整上部反应区原料的加入量能够实现对二次反应产生甲烷气体含量的调节，从而实现对产生的煤气热值的可控调节。通过热量回收单元对气化炉的高温煤气进行回收利用，干法气固分离后，利用废锅回收高温气体的大量显热，并副产得到过热蒸汽，部分重新进入气化炉促进二次反应，部分外送，整个流程热利用效率高。
在一种优选的实施方式中，如图3所示，煤气废锅31包括壳体311、余热换热列管312和蒸汽过热列管313；
余热换热列管312设置在壳体311内，余热换热列管312设置有进液管和出液管，进液管与汽包32底部连通，出液管与汽包32中部连通；
蒸汽过热列管313设置在壳体311内且位于余热换热列管312上方，蒸汽过热列管313设置有进气管和出气管，进气管与汽包32连通，出气管一部分与上部二段辅助反应区112的进入口连通，一部分与外界相通；
壳体311下部设置有分离空间，用于气灰分离。
气化单元10生成的高温气体进入旋风分离器21进行初步除尘后进入，煤气废锅31，在余热换热列管312加热后的软水在汽包32内产生饱和蒸汽后，通过汽包32将饱和蒸汽输入至蒸汽过热列管313中，再由废热煤气加热为过热蒸汽，过热之后的蒸汽部分送到气化炉11上部二段辅助反应区112，其余外送。
利用壳体内的余热换热列管和蒸汽过热列管能够对粗煤气/原料气的热量进行有效利用，余热回收效率高，副产蒸汽品味高。
在一种优选的实施方式中，下部一段主反应区111侧面至少相对设置一对喷嘴。
优选地，下部一段主反应区111两端设置各设置有一喷嘴，两喷嘴呈180°对置对喷，原料料浆与气化剂通过喷嘴加入到气化反应器中进行反应。
料浆从单喷嘴进入气化炉，使得煤浆雾化效果不佳，原料煤还没有来得及反应就出了燃烧室反应区，使得灰渣中的残碳含量较高。通过两个相对设置的喷嘴使煤浆分别从气化炉下部一段主反应区的两端进入，使之相互撞击雾化，雾化效果好，煤与气化剂反应充分，气化效率高，碳转化率高。
作为一种优选的实施方式，水煤浆气化系统还包括：洗涤单元40，洗涤单元40包括洗涤塔41，煤气废锅31的排气口与洗涤塔41的进气口连通。
洗涤塔41为固阀结构的气液接触塔或垂直筛板结构的气液接触塔，内有多层塔板，洗涤塔使煤制气降温增湿，实现煤制气洗尘和水气饱和的目的。
来自煤气废锅31的煤气从洗涤塔41下部进入，在洗涤塔41内，煤气与从洗涤塔41顶部进入的洗涤水进行煤气洗涤，将煤气温度下降到190～230℃送给用户。
进一步优选，水煤浆气化系统还包括：灰水处理单元50，灰水处理单元50包括闪蒸罐51、沉降槽53、灰水槽54和灰浆槽55；
闪蒸罐51分别与洗涤塔41的排水口和灰渣激冷室113的排水口连通；沉降槽53与闪蒸罐51连通，沉降槽53的上部出口与灰水槽54连通，沉降槽53的下部出口与灰浆槽55连通；第一集灰罐22和第二集灰罐33均与沉降槽53连通。
洗涤塔41内的洗尘水和灰渣激冷室113送出的水通过管道送入到闪蒸罐51。
闪蒸罐51是一种通过减压再沸形式将液体中融入的不凝气体进行释放的容器，实现液体释放不凝气、降温及含固浓缩的目的。闪蒸之后的浓缩灰水通过管道送入沉降槽53。
沉降槽53是一种通过重力沉降使液体中的固定进行分离的设备，其底部的浓缩液向外输出，第一集灰罐22和第二集灰罐33中的灰渣进入沉降槽53，经沉降后上部清液溢流返回灰水槽54中，实现系统水循环利用。
进一步，灰水处理单元50还包括除氧水槽56、分离罐52和换热器57；
除氧水槽56通过灰水泵58与灰水槽54连通，除氧水槽56通过除氧水泵59与换热器57连通；换热器57分别与洗涤塔41和分离罐52连通；闪蒸罐51依次通过换热器57和分离罐52后与沉降槽53连通。
除氧水槽56是一种利用低压蒸汽加热系统水从而降低水中溶解氧浓度的设备，灰水槽54中的水进入除氧水槽56进行低温除氧，除氧之后的除氧水通过除氧水泵59送入到换热器57加热后供洗涤塔41洗涤水使用，实现循环利用。
闪蒸罐51闪蒸之后的蒸汽作为热源送入换热器57，用来加热除氧之后的除氧水，换热后的蒸汽通过分离罐52实现气液分离，液体送入沉降槽53进行处理。
作为另一种优选的实施方式，水煤浆气化系统还包括：干法除尘装置；煤气废锅31的排气口与干法除尘装置的进气口连通。
干法除尘装置可选用常规的干法除尘器。
与干法除尘装置配套的水煤浆气化系统还包括：沉降槽53、灰水槽54和灰浆槽55；沉降槽53与干法除尘装置连通；
第一集灰罐22和第二集灰罐33均述沉降槽53连通；沉降槽53的上部出口与灰水槽54连通，沉降槽53的下部出口与灰浆槽55连通。
洗涤塔用干法除尘装置代替后，由于干法除尘装置未使用水进行洗涤，因此并未产生废水，从而可以取消部分灰水处理装置，例如：闪蒸罐、分离罐、除氧水槽等设备，另外，还可以大幅减小沉降槽、灰水槽、除氧水槽、灰浆槽等设备的尺寸。
来自煤气废锅的煤气通过干法除尘装置净化后进行后续的沉降处理，采用干法净化方式后期处理更加方便，所用设备少，效率高。
根据本发明的另一个方面，提供了一种水煤浆气化工艺，包括以下步骤：
原料料浆与气化剂通过喷嘴进入气化炉11的下部一段主反应区111中反应，反应后的气体进入气化炉11的上部二段辅助反应区112中，与上部二段辅助反应区112进入口的原料料浆二次反应；
经气化炉11反应后气体进入旋风分离器21，经气化炉11灰渣激冷室113冷却后的灰渣进入灰渣锁斗12后排出；
经旋风分离器21分离后的气体进入煤气废锅31，经旋风分离器21分离后的固体进入第一集灰罐22；
煤气废锅31中的高温气体将汽包32来的饱和蒸汽过热成过热蒸汽，过热蒸汽一部分进入气化炉11的上部二段辅助反应区112中，一部分外送。
该水煤浆气化工艺在上述的水煤浆气化系统中进行，具有与上述水煤浆气化系统相同的优势，在此不再赘述。
优选地，进入上部二段辅助反应区112的原料料浆占进入气化炉11原料料浆总量的15～30％。
典型但非限制性的上部二段辅助反应区的原料料浆加入质量百分比为15％、20％、25％或30％。
通过调整气化炉第二段再次加入料浆的加入量，能够实现对产生煤气中甲烷气体含量的调节，甲烷气体可调节范围达到1～8％之间，从而实现对产生煤气热值的可控调节，使得产生的煤气能够被用作不同的用途，使用在不同的行业中，煤气适用范围广，例如用来生产合成氨、甲醇等化工产品时，加入量要少，甚至可以不加入，这样可以使得煤气中的甲烷气体成分回到ppm级，用作IGCC、陶瓷、玻璃等行业燃料气时，加入量要大，使得煤气中甲烷气体成分达到较高水平。
实施例一
一种水煤浆气化系统，如图5所示，该系统包括：
气化单元10，包括气化炉11、灰渣锁斗12和料浆泵13；气化炉11包括连通的下部一段主反应区111和上部二段辅助反应区112，下部一段主反应区111侧面相对设置有一对喷嘴，两喷嘴呈180°对置对喷，上部二段辅助反应区112下部侧面设置有进入口，下部一段主反应区111下部设置有灰渣激冷室113，灰渣激冷室113的灰渣输出端与灰渣锁斗12的输入端连接；料浆泵13用于将料浆输入喷嘴；
分离单元20，包括旋风分离器21和第一集灰罐22；旋风分离器21的输出端与第一集灰罐22的输入端连接；上部二段辅助反应区112上方出气口与旋风分离器21的进口连通；
热量回收单元30，包括煤气废锅31、汽包32和第二集灰罐33；煤气废锅31的输出端与第二集灰罐33的输入端连接，汽包32与煤气废锅31中的列管连通；旋风分离器21的出气口与煤气废锅31的进气口连通；煤气废锅31设有排气口；煤气废锅31产生的过热蒸汽一部分通入上部二段辅助反应区112的进入口，一部分与外界相通。
洗涤单元40，洗涤单元40包括洗涤塔41，煤气废锅31的排气口与洗涤塔41的进气口连通。
灰水处理单元50，灰水处理单元50包括闪蒸罐51、沉降槽53、灰水槽54、灰浆槽55、除氧水槽56、分离罐52和换热器57；
闪蒸罐51分别与洗涤塔41的排水口和灰渣激冷室113的排水口连通；闪蒸罐51依次通过换热器57和分离罐52后与沉降槽53连通，沉降槽53的上部出口与灰水槽54连通，沉降槽53的下部出口与灰浆槽55连通；第一集灰罐22和第二集灰罐33均与沉降槽53连通；除氧水槽56通过灰水泵58与灰水槽54连通，除氧水槽56通过除氧水泵59与换热器57连通；换热器57分别与洗涤塔41和分离罐52连通。
其中，煤气废锅31包括壳体311、余热换热列管312和蒸汽过热列管313；余热换热列管312设置在壳体311内，余热换热列管312设置有进液管和出液管，进液管与汽包32底部连通，出液管与汽包32中部连通；蒸汽过热列管313设置在壳体311内且位于余热换热列管312上方，蒸汽过热列管313设置有进气管和出气管，进气管与汽包32连通，出气管一部分与上部二段辅助反应区112的进入口连通，一部分与外界相通；壳体311下部设置有分离空间，用于气灰分离。
该系统的工艺过程如下：
原料料浆通过料浆泵13加压，与气化剂一起从气化炉11的下部一段主反应区111两端喷嘴进入气化炉11内，喷入的原料料浆和气化剂进行对喷雾反应，产生以CO、H2、CO2为主的高温煤气，高温煤气向上移动，进入气化炉11上部上部二段辅助反应区112中，在上部上部二段辅助反应区112内与再次加入的原料料浆及来自煤气废锅31副产的过热蒸汽进行二次反应，蒸汽与碳再次反应产生H2和CH4气体。在1000℃左右送出气化炉11进入旋风分离器21，在旋风分离器21中实现气固分离，气体送到煤气废锅31，分离下来的煤灰进入第一集灰罐22，利用水力带出。气化炉11下部一段主反应区111反应后产生的煤渣进入灰渣激冷室113，在灰渣激冷室113用冷却水建立液位，用来冷却反应后的灰渣，灰渣从气化炉11底部进入灰渣锁斗12排出。冷却灰渣的水来自于除氧水泵59，冷却后的水从气化炉11灰渣激冷室113底部排出，送到闪蒸罐51。
来自旋风分离器21中高温煤气进入煤气废锅31，在煤气废锅31内，高温煤气首先将汽包32来的中压饱和蒸汽进行过热，过热之后的过热蒸汽部分送到气化炉11上部二段辅助反应区112，其余外送。之后煤气将锅炉水加热成饱和状态进入汽包32副产中压饱和蒸汽。在煤气废锅31底部对煤气再次进行气固分离，分离之后的煤气温度下降到250℃左右送到洗涤塔41中，分离出来的煤灰送到第二集灰罐33，利用水力带出。
来自煤气废锅31的煤气从洗涤塔41下部进入，在洗涤塔41内，煤气与从洗涤塔41顶部进入的洗涤水进行煤气洗涤，将煤气温度下降到190～230℃送给用户。
洗涤塔41中洗涤后的灰水从洗涤塔41底部出来与气化炉11灰渣激冷室113送出的水一起送入到闪蒸罐51，闪蒸罐51灰水部分闪蒸成蒸汽，蒸汽送入到换热器57，用来加热从除氧水泵59送来的除氧水，之后送入到洗涤塔41内使用，换热之后的蒸汽通过分离罐52实现气液分离，分离下来的液体送到沉降槽53，气体送往火炬焚烧处理。闪蒸之后的浓缩灰水送入到沉降槽53，在沉降槽53内，利用药剂和重力进行固体自然沉降，实现固液的分离。沉降槽53上部的清液溢流进入灰水槽54，利用灰水泵58送入到除氧水槽56进行低温除氧，除氧后的除氧水利用除氧水泵59送往换热器57加热。沉降槽53底部的浓缩灰浆从底部送到灰浆槽55，用泵送到用户。
本实施例具有如下优点：
1、入炉煤浆分别从气化炉下部一段主反应区两端进入，使之相互撞击雾化，雾化效果好，煤与气化剂反应充分，气化效率高，碳转化率高；
2、利用下部一段主反应区产生的高温煤气显热作为热源，在立式段再次加入原料进行二次反应，额外产生了H2，使得煤气中有效气体成分提高，同时能产生甲烷气体，使得煤气热值得到显著的提高；
3、通过调整进入气化炉上部二段辅助反应区的二次煤浆的加入量，可以实现煤气中的甲烷气体含量的调节，从而可以对产生的煤气热值进行可控调节；
4、从气化炉出来的高温煤气，通过干法气固分离，之后利用废锅回收高温煤气的大量显热来中压过热蒸汽，部分自用外还外送，整个流程热利用效率高。
实施例二
一种水煤浆气化系统，如图6所示，该系统中气化单元10、分离单元20和热量回收单元30均与实施例一相同，与实施例一不同的是该系统洗涤单元40为干法除尘器，灰水处理单元50包括：沉降槽53、灰水槽54和灰浆槽55；第一集灰罐22和第二集灰罐33均述沉降槽53连通；沉降槽53的上部出口与灰水槽54连通，沉降槽53的下部出口与灰浆槽55连通。
该实施例使用高效干法除尘装置代替洗涤塔后，闪蒸罐、换热器、分离罐、除氧水槽、灰水泵均可取消，沉降槽、灰水槽、除氧水泵、灰浆槽设备尺寸或者设备能力均能实现大幅度减小，节约了设备及占地面积。
尽管已用具体实施例来说明和描述本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种水煤浆气化系统，其特征在于，包括：
气化单元(10)，包括气化炉(11)和灰渣锁斗(12)；
所述气化炉(11)包括连通的下部一段主反应区(111)和上部二段辅助反应区(112)，所述下部一段主反应区(111)侧面设置有喷嘴，所述上部二段辅助反应区(112)下部侧面设置有进入口，所述下部一段主反应区(111)下部设置有灰渣激冷室(113)，所述灰渣激冷室(113)的灰渣输出端与所述灰渣锁斗(12)的输入端连接；
分离单元(20)，包括旋风分离器(21)和第一集灰罐(22)；所述旋风分离器(21)的输出端与所述第一集灰罐(22)的输入端连接；所述上部二段辅助反应区(112)上方出气口与所述旋风分离器(21)的进口连通；
热量回收单元(30)，包括煤气废锅(31)、汽包(32)和第二集灰罐(33)；所述煤气废锅(31)的输出端与所述第二集灰罐(33)的输入端连接，所述汽包(32)与所述煤气废锅(31)中的列管连通；所述旋风分离器(21)的出气口与所述煤气废锅(31)的进气口连通；所述煤气废锅(31)设有排气口；
所述煤气废锅(31)产生的过热蒸汽一部分通入所述上部二段辅助反应区(112)的进入口，一部分与外界相通。
2.按照权利要求1所述的水煤浆气化系统，其特征在于，所述煤气废锅(31)包括壳体(311)、余热换热列管(312)和蒸汽过热列管(313)；
所述余热换热列管(312)设置在壳体(311)内，所述余热换热列管(312)设置有进液管和出液管，所述进液管与所述汽包(32)底部连通，所述出液管与所述汽包(32)中部连通；
所述蒸汽过热列管(313)设置在壳体内且位于所述余热换热列管(312)上方，所述蒸汽过热列管(313)设置有进气管和出气管，所述进气管与所述汽包(32)连通，所述出气管一部分与所述上部二段辅助反应区(112)的进入口连通，一部分与外界相通；
所述壳体(311)下部设置有分离空间，用于气灰分离。
3.按照权利要求1或2所述的水煤浆气化系统，其特征在于，所述下部一段主反应区(111)侧面至少相对设置一对喷嘴。
4.按照权利要求1或2所述的水煤浆气化系统，其特征在于，所述水煤浆气化系统还包括：洗涤单元(40)，所述洗涤单元(40)包括洗涤塔(41)，所述煤气废锅(31)的排气口与所述洗涤塔(41)的进气口连通。
5.按照权利要求4所述的水煤浆气化系统，其特征在于，所述水煤浆气化系统还包括：灰水处理单元(50)，所述灰水处理单元(50)包括闪蒸罐(51)、沉降槽(53)、灰水槽(54)和灰浆槽(55)；
所述闪蒸罐(51)分别与所述洗涤塔(41)的排水口和所述灰渣激冷室(113)的排水口连通；所述沉降槽(53)与所述闪蒸罐(51)连通，所述沉降槽(53)的上部出口与所述灰水槽(54)连通，所述沉降槽(53)的下部出口与所述灰浆槽(55)连通；
所述第一集灰罐(22)和所述第二集灰罐(33)均与所述沉降槽(53)连通。
6.按照权利要求5所述的水煤浆气化系统，其特征在于，所述灰水处理单元(50)还包括除氧水槽(56)、分离罐(52)和换热器(57)；
所述除氧水槽(56)通过灰水泵(58)与所述灰水槽(54)连通，所述除氧水槽(56)通过除氧水泵(59)与所述换热器(57)连通；
所述换热器(57)分别与所述洗涤塔(41)和所述分离罐(52)连通；所述闪蒸罐(51)依次通过所述换热器(57)和所述分离罐(52)后与所述沉降槽(53)连通。
7.按照权利要求1或2所述的水煤浆气化系统，其特征在于，所述水煤浆气化系统还包括：干法除尘装置；
所述煤气废锅(31)的排气口与所述干法除尘装置的进气口连通。
8.按照权利要求7所述的水煤浆气化系统，其特征在于，所述水煤浆气化系统还包括：沉降槽(53)、灰水槽(54)和灰浆槽(55)；
所述干法除尘装置与所述沉降槽(53)连通；
所述第一集灰罐(22)和所述第二集灰罐(33)均与所述沉降槽(53)连通；
所述沉降槽(53)的上部出口与所述灰水槽(54)连通，所述沉降槽(53)的下部出口与所述灰浆槽(55)连通。
9.一种水煤浆气化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
原料料浆与气化剂通过喷嘴进入气化炉(11)的下部一段主反应区(111)中反应，反应后的气体进入气化炉(11)的上部二段辅助反应区(112)中，与上部二段辅助反应区(112)进入口的原料料浆二次反应；
经气化炉(11)反应后气体进入旋风分离器(21)，经气化炉(11)灰渣激冷室(113)冷却后的灰渣进入灰渣锁斗(12)后排出；
经旋风分离器(21)分离后的气体进入煤气废锅(31)，经旋风分离器(21)分离后的固体进入第一集灰罐(22)；
煤气废锅(31)中的高温气体将汽包(32)来的饱和蒸汽过热成过热蒸汽，过热蒸汽一部分进入气化炉(11)的上部二段辅助反应区(112)中，一部分外送。
10.按照权利要求9所述的水煤浆气化工艺，其特征在于，进入上部二段辅助反应区(112)的原料料浆占进入气化炉(11)原料料浆总量的15～30％。
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