CN119318810B - 一种气化细渣脱水干燥回用方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气化细渣脱水干燥回用方法和系统，采用本发明的方案，能够将高含水量的气化细渣进行脱水干燥并作为燃料进行资源化利用。所述方法包括如下步骤：1)将煤气化黑水在黑水处理单元中进行处理，得到闪蒸气和待处理的气化细渣；2)将所述待处理的气化细渣送入细渣预热器中用热媒进行预热；3)将所述预热的气化细渣送入干燥装置内与过热蒸汽进行热交换，得到干燥的气化细渣和二次蒸汽；4)将二次蒸汽进行除尘处理，将得到的除尘的二次蒸汽送入细渣预热器中用作所述热媒；5)将细渣预热器输出的二次蒸汽进行过热处理，得到过热蒸汽；将过热蒸汽送入干燥装置中用于所述热交换；6)将干燥的气化细渣作为燃料送入燃烧单元中使用。

Description

一种气化细渣脱水干燥回用方法和系统

技术领域

本发明涉及气化细渣处理技术领域，具体涉及一种气化细渣脱水干燥回用方法和系统。

背景技术

随着我国煤化工产业的迅猛发展，气化灰渣年排放量与日俱增，其规模化处置与资源化利用迫在眉睫。气化灰渣主要分为气化粗渣和气化细渣。气化粗渣是煤炭在撞击气化炉后被炉壁捕获，形成液态灰渣后受重力作用从气化炉下灰渣锁斗里排出来的大颗粒灰渣。气化粗渣通常含碳量较低，因其成分与锅炉灰渣相似，可用作道路和建材的掺混原料；气化细渣是合成气夹带出气化炉的细小矿物质颗粒和未反应炭颗粒。气化细渣的烧失量过大，超国家标准和行业标准，且高的残碳含量阻碍气化细渣与水泥或石灰之间的胶凝反应，严重限制了其在于建材、建工等领域运用。

气化灰渣因产量大、利用率低、处理成本高，尚未大规模工业化应用，填埋是其主要的处理方式，这不仅造成了严重的土地资源浪费和环境污染问题，而且浪费了气化灰渣中大量的无机矿物质和碳资源，不符合目前“碳达峰、碳中和”的大趋势，也不利于我国煤化工企业的可持续发展。

随着我国生态文明建设和“固废资源化”战略的实施，气化灰渣的资源化利用是目前关注的热点。由于气化细渣含残碳20-40％，具有非常可观的回收利用价值(送入锅炉和气化炉掺烧)，但因细渣含水率高，不仅降低了气化细渣热值，还容易发生粘连、卡塞、腐蚀等问题，严重影响了气化细渣无害化处理及资源化利用。

由于气化细渣具有丰富的孔隙结构、大比表面积和小的颗粒粒径等特点，因此对水分子具有较强的附着和吸附性能；此外在煤化工黑水沉降过程中需要加入聚丙烯酰胺等絮凝剂，絮凝剂与黑水中的细渣颗粒凝结成团后会形成絮凝态的胶体结构，该结构具有较强的持水能力，从而造成气化细渣脱水难度大。气化细渣因其结构特性和持水特点与其他颗粒例如原料煤(如褐煤)等存在明显区别，水分脱除难度较大，难以直接套用或借鉴其他物料例如褐煤等的脱水处理工艺。

加热脱水技术利用热空气、热烟气和蒸汽等干燥介质通过蒸发干燥气化细渣的方式降低气化细渣水分。常见的加热脱水设备为回转干燥机、圆盘式干化机等，但是加热脱水法会消耗大量的能量，能效比低，同时存在设备投资大，日常维护检修工作难度大的问题，并且干燥后残碳量高的细渣在空气气氛中还存在爆炸性隐患。

专利申请CN201710321402公开了一种煤气化系统细渣浆液脱水干燥方法，其包含以下步骤：(a)煤气化系统产生的细渣浆液经过预脱水提浓装置进行预脱水，得到提浓细渣浆液；(b)将煤气化系统产生的余热资源与空气进行热交换，空气被加热成热空气；(c)将提浓细渣浆液和热空气同时送入喷雾干燥器内，提浓细渣浆液与热空气在喷雾干燥器内直接接触传热传质，脱除大部分水分后经底部流出成为干燥细渣。然而该方法采用热空气为热源，空气的热容比较小，所需热空气用量很大，余热加热空气热效率低，气化细渣干燥系统效率较低；同时干燥过程中的大量水蒸气与空气混杂，其余热能量无法回收，导致能量的大量浪费，同时喷雾干燥器出口湿干燥尾气含有大量空气，空气和循环水换热效率系数低，在尾气冷凝器中需要大量冷却水对尾气进行冷却，造成湿干燥尾气冷凝器冷凝负荷高，并且废气排放量也相对较高。此外，通过该工艺在干燥器出口产生的是大量空气和水蒸气混杂的尾气，通常这种尾气会被直接排放，如此则导致热量浪费；或者需要将该尾气进行冷却后再进行气液分离，之后再排放，同样也造成热量浪费；而若期望循环利用热空气，则必须先对尾气进行深度脱水，降低空气中的水分含量，才能进行再次利用，然而这样将需要采用大量冷却水对尾气进行换热实现气液分离，同时还需要对分离后的空气再次输入大量热量加热，造成冷热并现象。

如何实现气化细渣的安全、节能的脱水干燥并利于气化细渣的资源化利用，依然是本领域亟待取得突破的技术难点之一。

发明内容

本发明提供一种气化细渣脱水干燥回用方法和系统，采用本发明的方案，能够将高含水量的气化细渣进行脱水干燥并作为燃料进行资源化利用，充分利用了气化细渣中的碳资源，并解决了气化细渣处理难度大等问题；而且本发明在脱水干燥过程中无需引入热空气，干燥过程中形成的二次蒸汽还能直接在系统内循环利用，系统水资源和能量均能得到充分合理的再次利用，能量利用率高，水资源浪费少，系统安全性好。

本发明为达到其目的，提供如下技术方案：

本发明一方面提供一种气化细渣脱水干燥回用方法，所述方法包括如下步骤：

1)将煤气化黑水在黑水处理单元中进行闪蒸浓缩、沉降和过滤脱水，得到闪蒸气和待处理的气化细渣；

2)将所述待处理的气化细渣送入细渣预热器中用热媒进行预热，得到预热的气化细渣；

3)将所述预热的气化细渣送入干燥装置内与过热蒸汽进行热交换，得到干燥的气化细渣和二次蒸汽；

4)将步骤3)得到的二次蒸汽进行除尘处理，将得到的除尘的二次蒸汽送入步骤2)的所述细渣预热器中用作所述热媒；

5)将所述细渣预热器输出的二次蒸汽进行过热处理，得到过热蒸汽；将该过热蒸汽送入步骤3)的所述干燥装置中用于所述热交换；

6)将所述干燥的气化细渣作为燃料送入燃烧单元中使用。

一些实施方式中，步骤6)中，所述燃烧单元中包括燃煤锅炉或气化炉；

优选地，所述燃烧单元包括能够产生过热蒸汽的燃煤锅炉，将在燃煤锅炉中产生的过热蒸汽送入步骤3)的所述干燥装置中；

优选地，将所述气化细渣在所述燃烧单元中燃烧后得到的灰渣作为建材或建工领域的掺混料使用；

优选地，步骤6)中，将所述干燥的气化细渣与煤粉掺混后进行使用。

一些实施方式中，步骤5)中，所述过热处理所用的过热介质为来自煤气化系统的煤气化黑水；来自煤气化系统的煤气化黑水在步骤5)中对所述二次蒸汽进行所述过热处理后，再送入步骤1)中的所述黑水处理单元中进行处理；或者，步骤5)中，所述过热处理所用的过热介质为来自煤气化系统的粗煤气。

较佳地，步骤3)中，预热的气化细渣和所述过热蒸汽在所述干燥装置中直接接触换热。

一些实施方式中，步骤1)中，所述闪蒸浓缩包括对所述煤气化黑水先后进行高压闪蒸和真空闪蒸，优选地，在进行所述真空闪蒸之前还包括对煤气化黑水进行低压闪蒸的操作；

步骤1)中，所述沉降在沉降槽中进行；

步骤4)中，所述除尘处理包括将所述步骤3)得到的二次蒸汽先通过旋风分离器进行初步除尘，然后再送入蒸汽洗涤塔中洗涤除尘；优选地，所述蒸汽洗涤塔中进行洗涤除尘得到的洗涤水送入所述沉降槽中；

优选地，步骤2)中，所述细渣预热器中输出的二次蒸汽先送入二次蒸汽分离罐进行汽液分离后，再送入步骤5)中进行所述过热处理；二次蒸汽分离罐中分离得到的部分冷凝液送入灰水槽或送入所述蒸汽洗涤塔中用作洗液。

一些实施方式中，步骤5)中，将所述细渣预热器输出的二次蒸汽进行所述过热处理之前，先将所述细渣预热器输出的二次蒸汽送入蒸汽预热器中与所述高压闪蒸得到的高压闪蒸气进行热交换；

优选地，步骤5)中，还包括将所述蒸汽预热器中输出的闪蒸气送入闪蒸气分离罐进行汽液分离，将分离得到的冷凝液送入所述蒸汽洗涤塔中用作洗液。

本发明还提供一种能够实施上文所述的气化细渣脱水干燥回用方法的系统，所述系统包括：

黑水处理单元，用于对煤气化黑水进行闪蒸浓缩、沉降和过滤脱水，并获得闪蒸气和待处理的气化细渣；

细渣预热器，用于使用热媒对所述待处理的气化细渣进行预热处理以得到预热的气化细渣；

干燥装置，用于将所述预热的气化细渣与过热蒸汽进行热交换，以获得干燥的气化细渣和二次蒸汽；

二次蒸汽除尘单元，用于将所述干燥装置输出的所述二次蒸汽进行除尘处理；所述二次蒸汽除尘单元与所述细渣预热器连接，以将进行了所述除尘处理的二次蒸汽作为所述热媒输送至所述细渣预热器；

蒸汽过热器，用于将所述细渣预热器输出的二次蒸汽进行过热处理以获得过热蒸汽；所述蒸汽过热器的过热蒸汽出口与所述干燥装置连接；

燃烧单元，所述燃烧单元与所述干燥装置连接，用于将所述干燥的气化细渣作为燃料使用；

优选地，所述蒸汽过热器的过热介质入口与煤气化系统的煤气化黑水输送管线连接，所述蒸汽过热器的过热介质出口通过管线与所述黑水处理单元连接；或者，所述蒸汽过热器的过热介质入口与煤气化系统的粗煤气出口通过粗煤气输送管线连接；

优选地，所述干燥装置为能使所述预热的气化细渣与所述过热蒸汽直接接触换热的装置。

一些实施方式中，所述燃烧单元包括燃煤锅炉或气化炉；优选地，所述燃烧单元包括能够产生过热蒸汽的燃煤锅炉，所述燃煤锅炉的过热蒸汽出口与所述干燥装置连接；优选地，所述燃烧单元还包括燃料掺混装置，用于将所述干燥的气化细渣与煤粉掺混。

一些实施方式中，所述黑水处理单元包括闪蒸浓缩单元和沉降过滤单元；所述闪蒸浓缩单元用于对所述煤气化黑水进行闪蒸、浓缩以得到所述闪蒸气和浓缩的黑水；所述沉降过滤单元用于对所述浓缩的黑水进行沉降和过滤脱水，以得到所述待处理的气化细渣；

优选地，所述闪蒸浓缩单元包括依次串联的高压闪蒸塔和真空闪蒸塔，进一步优选地，所述高压闪蒸塔和所述真空闪蒸塔之间还串联有低压闪蒸塔；

优选地，所述沉降过滤单元包括沉降槽和过滤脱水装置，所述沉降槽用于对所述闪蒸浓缩单元输出的所述浓缩的黑水进行沉降处理，所述过滤脱水装置用于对经所述沉降处理得到的渣浆进行过滤脱水以获得所述待处理的气化细渣。

一些实施方式中，所述系统还包括蒸汽预热器，用于将所述细渣预热器输出的二次蒸汽与所述高压闪蒸塔输出的高压闪蒸气进行热交换，以获得预热的二次蒸汽；

所述二次蒸汽除尘单元包括旋风分离器和蒸汽洗涤塔，所述旋风分离器用于对所述干燥装置输出的二次蒸汽进行初步除尘，所述蒸汽洗涤塔用于将经所述初步除尘的二次蒸汽用洗液进行洗涤除尘以得到洗涤水和除尘后的二次蒸汽；所述蒸汽洗涤塔的洗涤水出口与所述沉降槽连接；

所述蒸汽预热器的闪蒸气出口与闪蒸汽分离罐连接，用于对所述蒸汽预热器输出的闪蒸气进行汽液分离并得到冷凝液；所述闪蒸汽分离罐的冷凝液出口与所述蒸汽洗涤塔的洗液入口连接。

一些实施方式中，所述细渣预热器的二次蒸汽出口通过管线与二次蒸汽分离罐连接，用于对所述细渣预热器输出的二次蒸汽进行汽液分离并得到冷凝液；所述二次蒸汽分离罐的汽相出口与所述蒸汽预热器的二次蒸汽入口连接；

优选地，所述二次蒸汽分离罐的冷凝液出口与灰水槽连接，或者所述二次蒸汽分离罐的冷凝液出口与所述蒸汽洗涤塔的洗液入口连接。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明提供的方法和系统，将待处理的气化细渣在干燥装置中与过热蒸汽进行热交换脱除细渣中大部分水分，能获得低水分含量的气化细渣，不仅满足了目前环保和细渣资源化利用的需求，提高气化细渣能量密度，还节约运输和处理成本，改善厂区环境，提高煤气化的水资源利用效率。

同时，本发明的干燥装置中输出的二次蒸汽在工艺系统内循环利用，经除尘后首先用于预热待处理的气化细渣，使其余热得到充分利用，然后经过热形成过热蒸汽，将该过热蒸汽返回至干燥装置中再次利用，如此不仅使得二次蒸汽的热量得到合理充分地再利用，而且也减少了水资源的浪费。此外，本发明方案不需要引入热空气，安全性好，且节能环保。

本发明将气化细渣进行脱水干燥后送至燃烧单元作为燃料燃烧，所释放的热量可以用于燃煤锅炉制造过热蒸汽，也可以用于气化炉中掺烧，使气化细渣中的碳资源能够得到充分利用，并能解决气化细渣处理难度大等问题。

附图说明

图1为一种实施方式中气化细渣脱水干燥回用系统示意图；

图2为另一种实施方式中气化细渣脱水干燥回用系统示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。应当理解，下述实施例仅是为了更好的理解本发明，并不意味着本发明仅局限于以下实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本发明所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文可能使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例中未注明具体实验步骤或条件之处，可按照本技术领域中相应的常规实验步骤的操作或条件进行即可。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本发明提供一种气化细渣脱水干燥回用方法，主要包括如下步骤：

1)将煤气化黑水在黑水处理单元中进行闪蒸浓缩、沉降和过滤脱水，得到闪蒸气和待处理的气化细渣；

2)将所述待处理的气化细渣送入细渣预热器中用热媒进行预热，得到预热的气化细渣；

3)将所述预热的气化细渣送入干燥装置内与过热蒸汽进行热交换，得到干燥的气化细渣和二次蒸汽；

4)将步骤3)得到的二次蒸汽进行除尘处理，将得到的除尘的二次蒸汽送入步骤2)的所述细渣预热器中用作所述热媒，用于和待处理的气化细渣进行热交换；

5)将所述细渣预热器输出的二次蒸汽进行过热处理，得到过热蒸汽；将该过热蒸汽送入步骤3)的所述干燥装置中用于所述热交换，从而使得气化细渣得以脱水干燥，获得干燥的气化细渣，并再次得到二次蒸汽。

6)将干燥的气化细渣作为燃料送入燃烧单元中使用。在燃烧单元中充分利用气化细渣中所含有的残碳。

本发明通过上述方法，不需要引入空气，也不需要对空气进行加热来实现气化细渣的干燥；本发明使用过热蒸汽在干燥装置中与气化细渣进行热交换，使得气化细渣中的水分受热汽化析出形成新的蒸汽，该蒸汽与周围的过热蒸汽气流混合成为二次蒸汽，随着二次蒸汽从过热蒸汽干燥装置中排出，水分也同时不断地被携带走，从而脱出细渣中大部分水分，获得低水分含量的气化细渣。不仅满足了目前环保和细渣资源化利用的需求，而且能大幅减少细渣的拉运量；同时，干燥装置中输出的二次蒸汽在工艺系统内循环利用，经除尘后首先用于预热待处理的气化细渣(可以提高气化细渣的初温，并利于在减少过热蒸汽用量的情形下获得良好的干燥脱水效果)，然后再进行过热形成过热蒸汽，将该过热蒸汽返回至干燥装置中再次利用，如此，不仅使得二次蒸汽的热量得到合理充分地再利用，而且也减少了水资源的浪费。经过上述过程得到的干燥的气化细渣其水含量能大幅降低，能满足燃烧需求，送入燃烧单元中燃烧得到进一步利用。

本发明中，采用过热蒸汽为干燥装置中的干燥介质，其具有比热容大的特点，与现有技术中采用热空气、烟气等干燥介质相比，能耗更低，对流传热系数大、水分迁移阻力较小、传热效率较高，能够实现更高的干燥效率和能源利用率。而且，在系统内没有引入空气等其他气体，干燥装置输出的二次蒸汽只需要简单的除尘处理就能够直接在系统内二次利用，循环利用所需的中间环节少，且能量损失少。进一步地，本发明不涉及热空气与气化细渣的接触，仅以过热蒸汽为干燥介质，安全性高，能避免干燥过程中残碳量高的细渣在空气气氛中发生爆炸的隐患。

一些实施方式中，步骤5)中，经过热处理得到的过热蒸汽的温度为160-190℃，过热蒸汽的压力为0.2-0.3Mpa；步骤3)中，在过热蒸汽干燥装置中输出的二次蒸汽，其温度为130-150℃，二次蒸汽的压力为0.2-0.3Mpa。

一些实施方式中，步骤1)中，在黑水处理单元最终得到的待处理的气化细渣的水含量为40-70wt％，通过本发明的方法进行脱水干燥，能使其水含量进一步降低，例如可以降低至30％以下的干燥的气化细渣，例如一些实施方式中能得到10-30％水含量的气化细渣，或例如一些实施方式中能得到15-20％的气化细渣。

本发明中，得到的气化细渣含水率得以大幅降低，具有提高的能量密度，能大幅减少掺烧对锅炉燃烧系统的影响。步骤6)中，燃烧单元中包括燃煤锅炉或气化炉，即可以将干燥的气化细渣送入燃煤锅炉中燃烧，或送入气化炉中掺烧，使得气化细渣中的碳资源得到充分利用。气化细渣在燃烧单元(例如燃煤锅炉)中燃烧后得到的灰渣可作为建材或建工领域的掺混料使用，例如作为水泥等的掺混料，如此能进一步减低气化细渣的处理难度和处理费用，并提高其利用价值。

优选地，步骤6)中的燃烧单元包括能够产生过热蒸汽的燃煤锅炉，即，将干燥的气化细渣送入燃煤锅炉中燃烧，利用其热量来加热生产过热蒸汽。将在燃煤锅炉中产生的过热蒸汽送入步骤3)的干燥装置中用于和待处理的气化细渣进行热交换。步骤6)中，将干燥的气化细渣与煤粉掺混后进行使用。

本发明中，步骤5)中，用于对二次蒸汽进行过热处理所用的过热介质较佳为煤气化系统的余热资源。一种较佳实施方式中，该余热资源为来自煤气化系统的煤气化黑水，例如来自气化炉激冷室的黑水和/或来自用于洗涤粗合成气的粗煤气洗涤塔的黑水。将来自煤气化系统的煤气化黑水先作为过热介质对二次蒸汽进行过热处理后，再进入步骤1)的黑水处理单元中继续处理。另一种较佳实施方式中，前述余热资源为来自煤气化系统的粗煤气，例如为经粗煤气洗涤塔洗涤除尘的来自气化炉的粗合成气。

本发明中，较佳地，步骤3)中，预热的气化细渣和过热蒸汽在干燥装置中直接接触换热。

一些具体实施方式中，步骤1)中进行闪蒸浓缩具体包括将煤气化黑水先送入高压闪蒸塔内进行高压闪蒸，然后送入真空闪蒸塔内进行真空闪蒸；一些实施方式中，在送入真空闪蒸塔之前，还包括将煤气化黑水送入低压闪蒸塔中进行低压闪蒸的环节。关于高压闪蒸、低压闪蒸和真空闪蒸，都是本领域对煤气化黑水进行闪蒸处理的常规操作，对此不作赘述。通过上述闪蒸浓缩得到了闪蒸气和浓缩的黑水。

一些具体实施方式中，步骤1)中，沉降在沉降槽中进行，通过沉降得到渣浆和上清液(即灰水)。在沉降过程中，可以添加絮凝剂来促进固体沉降，此为本领域常规的操作，对此不作赘述。具体地，将上清液送至下游的灰水槽中。沉降得到的渣浆(固含量例如为10-20wt％)进行过滤脱水，例如采用真空带式过滤机或板框过滤器或离心脱水机进行过滤，过滤脱水获得待处理的气化细渣，该气化细渣含水率依然较高，例如含水率在40-70wt％之间。过滤脱水得到的滤液送入灰水槽内。灰水槽中的水可回用至煤气化系统中。

一些实施方式中，步骤4)中，对干燥装置输出的二次蒸汽进行除尘处理具体包括：先将该二次蒸汽通过旋风分离器进行旋风分离，使其得到初步除尘，然后再送入蒸汽洗涤塔中用洗液进行洗涤除尘。在蒸汽洗涤塔中具体为将洗液与二次蒸汽进行逆流接触，洗涤二次蒸汽中携带的灰分，保证二次蒸汽纯度。所用洗液主要来自工艺内产生的冷凝水，具体见后续说明。优选地，蒸汽洗涤塔中对二次蒸汽进行洗涤除尘得到的洗涤水送入沉降槽中。通过上述优选的除尘处理，能够对二次蒸汽深度除尘，可以使二次蒸汽中含尘量＜10mg/m³。

优选地，步骤2)的细渣预热器中，作为热媒使用的二次蒸汽在与气化细渣进行了热交换后，将其输出并先送入二次蒸汽分离罐进行汽液分离，然后再送入步骤5)中进行过热处理。优选地，二次蒸汽分离罐中分离得到的部分冷凝液送入灰水槽或送入蒸汽洗涤塔中用作洗液。

较佳地，步骤5)中，将细渣预热器输出的二次蒸汽进行过热处理之前，先将细渣预热器输出的二次蒸汽送入蒸汽预热器中与高压闪蒸塔得到的高压闪蒸气进行热交换。优选地，步骤5)中，还包括将蒸汽预热器中和二次蒸汽进行了热交换之后的高压闪蒸气送入闪蒸气分离罐进行汽液分离，将分离得到的冷凝液送入蒸汽洗涤塔中用作洗液；分离出的蒸汽则继续进入下游处理，例如进行硫回收处理等。

本发明中，以过热蒸汽为干燥介质，其与低温烟气和热空气相比，具有较高的比热容(1.968kJ/(kg·K))，具有更强的换热能力；同时本发明将待处理的气化细渣在干燥装置与过热蒸汽换热，能有效脱出气化细渣中的水，使其水含量得到降低，提高能量密度，利于在燃烧单元中作为燃料使用。本发明采用二次蒸汽来预热待处理的气化细渣，可以有效回收利用二次蒸汽的能量，提升气化细渣的初温，改善干燥效果。

本发明还提供一种能够实施上文所述的气化细渣脱水干燥回用方法的系统，参见图1，所述系统主要包括：黑水处理单元、细渣预热器、干燥装置、二次蒸汽除尘单元、蒸汽过热器和燃烧单元。

其中，黑水处理单元，用于对煤气化黑水进行闪蒸浓缩、沉降和过滤脱水，由此获得闪蒸气和待处理的气化细渣；

细渣预热器，用于使用热媒对待处理的气化细渣进行预热处理，由此获得预热的气化细渣；

过热蒸汽干燥装置，用于将预热的气化细渣与过热蒸汽接触进行热交换，使得气化细渣中的水分得到脱除，该水分被汽化为蒸汽并与周围的过热蒸汽一同形成二次蒸汽，由此获得干燥的气化细渣和二次蒸汽；

二次蒸汽除尘单元，用于将干燥装置输出的二次蒸汽进行除尘处理，由此获得除尘的二次蒸汽；二次蒸汽除尘单元与细渣预热器连接，以将进行了除尘处理的二次蒸汽作为热媒输送至细渣预热器，从而用于预热待处理的气化细渣；

蒸汽过热器，用于将细渣预热器输出的二次蒸汽进行过热处理，从而获得过热蒸汽；蒸汽过热器与干燥装置连接以向干燥装置供应过热蒸汽；

燃烧单元，燃烧单元与所述干燥装置连接，用于将干燥的气化细渣作为燃料使用，使得干燥的气化细渣中的碳资源得到充分利用。

通过上述系统对气化细渣进行脱水干燥处理并回用，利用过热蒸汽高效、安全、环保的对气化细渣进行干燥脱水，不存在热空气与高含碳量的干燥气化细渣接触的爆炸隐患，且能量利用率更高。而且，系统中没有引入空气，干燥脱水过程中产生是主要为蒸汽的二次蒸汽气流，其不需要经过复杂的中间处理环节就能够实现循环利用，本发明先将该二次蒸汽进行除尘，之后进入细渣预热器对气化细渣进行预热，然后再进入蒸汽过热器中过热，获得循环用于过热蒸汽干燥装置中的过热蒸汽，整个系统的巧妙设计和各处理装置单元的有机整合，使得二次蒸汽的能量能够得到更充分合理的利用，且能大幅减少水资源的浪费，使水资源得到高效充分的利用。同时将干燥的气化细渣作为燃料送入燃烧单元中继续利用，能够充分利用其中的碳资源，利于解决气化细渣处理难度大等问题。

一些较佳实施方式中，参见图1，蒸汽过热器的过热介质入口与煤气化系统的粗煤气出口通过粗煤气输送管线连接，即蒸汽过热器中所需的过热介质为煤气化系统的粗煤气；具体地，如图1所示，气化炉产生的合成气进入粗煤气洗涤塔内洗涤除尘得到的粗煤气作为前述过热介质通入蒸汽过热器中。作为另一种实施方式中，参见图2，蒸汽过热器的过热介质入口与煤气化系统的煤气化黑水输送管线连接，蒸汽过热器的过热介质出口通过管线与黑水处理单元连接；即，蒸汽过热器中所需的过热介质为煤气化系统的煤气化黑水，该煤气化黑水先在蒸汽过热器中与二次蒸汽进行热交换，之后再进入黑水处理单元中继续处理。

本发明中，燃烧单元包括燃煤锅炉或气化炉；图1所示的燃煤单元具体包括燃煤锅炉。较佳地，如图1所示，燃烧单元中的燃煤锅炉为能够生产过热蒸汽的燃煤锅炉，燃煤锅炉的过热蒸汽出口与干燥装置连接，向干燥装置中供应新鲜过热蒸汽。进一步地，如图1所示，燃烧单元还包括燃料掺混装置，在燃煤掺混装置中，将干燥装置得到的干燥的气化细渣与煤粉掺混，然后送入燃煤锅炉中燃烧。气化细渣燃烧后得到的灰渣可以作为建材或建工领域中的掺混料进一步利用。

一些实施方式中，黑水处理单元具体包括闪蒸浓缩单元和沉降过滤单元。其中，闪蒸浓缩单元用于对煤气化黑水进行闪蒸、浓缩，从而得到闪蒸气和浓缩的黑水；沉降过滤单元用于对浓缩的黑水进行沉降和过滤脱水，从而得到待处理的气化细渣。具体地，参见图1，闪蒸浓缩单元包括依次串联的高压闪蒸塔和真空闪蒸塔；一些实施方式中，如图2所示，高压闪蒸塔和真空闪蒸塔之间还可串联有低压闪蒸塔。

具体地，如图1所示，沉降过滤单元包括沉降槽和过滤脱水装置。其中，沉降槽用于对闪蒸浓缩单元输出的浓缩的黑水进行沉降处理，从而得到渣浆；过滤脱水装置用于对经沉降处理得到的渣浆进行过滤脱水，从而获得所述待处理的气化细渣。优选地，过滤脱水装置具体采用真空带式过滤机或板框过滤器或离心脱水机。如图1所示，沉降过滤单元具体还包括灰水槽，用于接收沉降槽中的上清液和过滤脱水装置得到的滤液，该灰水槽中的灰水可回用至煤气化系统中，例如回用至煤气化系统的洗涤塔中。

一些较佳实施方式中，本发明的系统还包括蒸汽预热器，用于将细渣预热器输出的二次蒸汽在进入蒸汽过热器之前，与来自黑水处理单元的高压闪蒸塔中输出的高压闪蒸气进行热交换，从而获得预热的二次蒸汽。

一些具体实施方式中，参见图1，二次蒸汽除尘单元包括旋风分离器和蒸汽洗涤塔。旋风分离器与干燥装置连接，用于对干燥装置输出的二次蒸汽进行旋风分离，使其得到初步除尘。蒸汽洗涤塔的进气口与旋风分离器的连接，蒸汽洗涤塔的出气口与细渣预热器的热媒入口连接，蒸汽洗涤塔接收来自旋风分离器的经过初步除尘的二次蒸汽，该初步除尘的二次蒸汽在蒸汽洗涤塔中被洗液洗涤除尘，从而得到洗涤水和除尘后的二次蒸汽。优选地，蒸汽洗涤塔的洗涤水出口与沉降槽连接。

一些实施方式中，蒸汽预热器的闪蒸气出口与闪蒸气分离罐连接，用于对蒸汽预热器中进行了热交换的闪蒸气进行汽液分离并得到冷凝液；优选地，闪蒸气分离罐的冷凝液出口与蒸汽洗涤塔的洗液入口连接，从而能将闪蒸气分离罐中分离出的冷凝液送入蒸汽洗涤塔中作为洗液使用。进一步地，闪蒸气分离罐输出的闪蒸气进入下游单元例如硫回收单元中继续处理。

一些实施方式中，细渣预热器的二次蒸汽出口通过管线与二次蒸汽分离罐连接，用于对细渣预热器中进行了热交换的二次蒸汽进行汽液分离并得到冷凝液；二次蒸汽分离罐的汽相出口与蒸汽预热器的二次蒸汽入口连接，即能使汽液分离后的二次蒸汽进入蒸汽预热器中进行预热处理。优选地，二次蒸汽分离罐的冷凝液出口与灰水槽连接，或者二次蒸汽分离罐的冷凝液出口与蒸汽洗涤塔的洗液入口连接，从而使得二次蒸汽分离罐分离出的冷凝液进入灰水槽回用，或作为洗液使用。

本发明的系统中，干燥装置可以采用本领域常规装置进行，较佳采用能实现过热蒸汽和待处理气化细渣的直接接触换热的干燥装置，例如但不限于喷雾干燥器、流化床干燥器、回转式干燥器、盘式干化器等等。

下面通过应用案例对本发明方案作进一步说明。

实施例1

以年产180万吨煤气制甲醇厂为例，采用水煤浆气流床工艺，产生湿基气化细渣(含水率为60％)12万吨/年，目前气化细渣主要以汽运方式运输渣场进行填埋处理，运输和填埋处理600万元/年。该甲醇厂动力锅炉的燃煤的指标：灰分(收到基)为14.37％，全水分为21％，低位发热量19.85MJ/kg。气化细渣的工业分析、热值和组成结果如下：

表1气化细渣(含水率60％)工业分析和烧失量

采用本发明的方法和系统对该厂家的煤气化黑水进行脱水干燥回用，所用系统参照图1所示，关于系统和方法未特别说明之处均可参见前文描述，不再逐一赘述。本实施例中，气化细渣干燥脱水回用包括如下处理环节：

1)闪蒸浓缩、沉降和过滤

1.1)闪蒸浓缩：

来自于气化炉激冷室的黑水和来自于粗煤气洗涤塔的黑水进入高压闪蒸塔，在0.6MPa压力下，使部分可溶性气体从黑水中闪蒸释放出来，高压闪蒸塔底部的黑水进入真空闪蒸塔，在-0.5MPa进一步被闪蒸，得到浓缩的黑水；

1.2)沉降：

将步骤1.1)中得到浓缩的黑水送入沉降槽中进行重力沉降固液分离，并通过添加复合絮凝剂(85wt％的阴离子聚丙烯酰胺和15wt％的混凝剂(聚铝))加速促进黑水中固体沉降；沉降槽底部沉降出含固量20wt％的渣浆(流量：30t/h，温度：60℃，含水量80wt％)，沉降槽的上清液进入灰水槽中；

1.3)过滤脱水：

将步骤1.2)中沉降槽底部的渣浆通过渣浆泵送至过滤脱水装置(真空带式过滤机)进行过滤脱水，得到含水量60wt％的待处理的气化细渣(流量：15t/h，温度：60℃)，滤液被水泵输送返回灰水槽。

2)细渣预热：

将前述待处理的气化细渣送至细渣预热器中与热媒进行间接换热，得到预热的气化细渣；待系统运行过程中产生了二次蒸汽后，该热媒为来自蒸汽洗涤塔中输出的除尘的二次蒸汽。在该预热过程中，二次蒸汽降温冷凝，将其送入二次蒸汽分离罐进行汽液分离，分离出的冷凝液(流量：7.5t/h)被送入灰水槽。

3)干燥脱水：

将前述预热的气化细渣和过滤蒸汽同时送入干燥装置(流化床干燥器)内，过热蒸汽与气化细渣在干燥装置内直接接触，气化细渣被加热，使气化细渣中水分受热汽化析出形成新的蒸汽，并与周围的过热蒸汽气流混合成为二次蒸汽(温度144℃，0.3MPa，226.2t/h)。采用干燥装置配备的引风机将二次蒸汽从干燥装置中排出，水分不断被携带走，从而脱出细渣中大部分水分，获得含水量20％的干燥的气化细渣(产量7.5t/h)。

表2干燥的气化细渣(含水率20％)工业分析和烧失量

4)二次蒸汽除尘：

从干燥装置排出的二次蒸汽先通过旋风分离器使大部分固体与二次蒸汽进行分离，初步除尘的二次蒸汽然后进入蒸汽洗涤塔，在蒸汽洗涤塔中以来自闪蒸汽分离罐中的冷凝液为洗液洗涤二次蒸汽使其进一步除尘，最终得到的除尘的二次蒸汽中含尘量＜10mg/m³，蒸汽洗涤塔底部的洗涤水被输送入沉降槽中；该环节得到的除尘的二次蒸汽送入前述步骤2)的细渣预热器中作为热媒用于预热气化细渣。

5)二次蒸汽预热：

将步骤2)中在二次蒸汽分离罐中进行了汽液分离的二次蒸汽(温度144℃，压力：0.3MPa，流量：218.7kg/h)送入蒸汽预热器中，与来自高压闪蒸塔的高压闪蒸气进行换热，得到预热的二次蒸汽。

6)二次蒸汽过热：

将预热的二次蒸汽(温度150℃，压力：0.30MPa，流量：218.7kg/h)与粗煤气洗涤塔出来的粗煤气进行换热，即形成新的过热蒸汽(温度190℃，0.3MPa，218.7kg/h)；该过热蒸汽循环送至步骤3)的干燥装置中(在系统运行初期，步骤3)可采用系统外引入的新鲜过热蒸汽，系统运行过程中在蒸汽过热器产生了过热蒸汽后，则在步骤3)中引入来自蒸汽过热器中产生的过热蒸汽)。

7)锅炉掺烧：

将步骤3)得到干燥的气化细渣(7.5t/h，含水量20％)输送入燃煤掺混装置中，煤粉与气化细渣混合后送入燃煤锅炉燃烧处理，充分利用气化细渣中残碳资源。在燃煤锅炉中生产的过热蒸汽可作为新鲜过热蒸汽送入干燥装置中使用。

采用上述方法，可以节约燃烧煤2.24万吨/年(细渣中残碳转化率为92％)，按照当地燃料煤平均价格380元/吨，每年可节约燃煤成本为851.2万元。气化细渣锅炉掺烧产生的灰渣可作为水泥的掺混原料，因此每年可节约气化细渣运输和填埋处理600万元/年。

本实施例中灰水槽中的灰水作为粗煤气洗涤塔的洗涤水使用。

容易理解的，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并不意味着本发明仅局限于此。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (18)

1.一种气化细渣脱水干燥回用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）将煤气化黑水在黑水处理单元中进行闪蒸浓缩、沉降和过滤脱水，得到闪蒸气和待处理的气化细渣；所述闪蒸浓缩包括对所述煤气化黑水先后进行高压闪蒸和真空闪蒸；

2）将所述待处理的气化细渣送入细渣预热器中用热媒进行预热，得到预热的气化细渣；

3）将所述预热的气化细渣送入干燥装置内与过热蒸汽直接接触进行热交换，得到干燥的气化细渣和二次蒸汽；

4）将步骤3）得到的二次蒸汽进行除尘处理，将得到的除尘的二次蒸汽送入步骤2）的所述细渣预热器中用作所述热媒；所述除尘处理包括将所述步骤3）得到的二次蒸汽先通过旋风分离器进行初步除尘，然后再送入蒸汽洗涤塔中洗涤除尘；

5）将所述细渣预热器输出的二次蒸汽先送入二次蒸汽分离罐进行汽液分离，然后送入蒸汽预热器中与所述高压闪蒸得到的高压闪蒸气进行热交换，之后再进行过热处理，得到过热蒸汽；将该过热蒸汽送入步骤3）的所述干燥装置中用于所述热交换；所述过热处理所用的过热介质为来自煤气化系统的煤气化黑水或者为来自煤气化系统的粗煤气；将所述蒸汽预热器中输出的闪蒸气送入闪蒸气分离罐进行汽液分离，将分离得到的冷凝液送入所述蒸汽洗涤塔中用作洗液；

6）将所述干燥的气化细渣作为燃料送入燃烧单元中使用。

2.根据权利要求1所述的气化细渣脱水干燥回用方法，其特征在于，步骤6）中，所述燃烧单元中包括燃煤锅炉或气化炉。

3.根据权利要求2所述的气化细渣脱水干燥回用方法，其特征在于，所述燃烧单元包括能够产生过热蒸汽的燃煤锅炉，将在燃煤锅炉中产生的过热蒸汽送入步骤3）的所述干燥装置中。

4.根据权利要求2所述的气化细渣脱水干燥回用方法，其特征在于，将所述气化细渣在所述燃烧单元中燃烧后得到的灰渣作为建材或建工领域的掺混料使用。

5.根据权利要求2所述的气化细渣脱水干燥回用方法，其特征在于，步骤6）中，将所述干燥的气化细渣与煤粉掺混后进行使用。

6.根据权利要求1所述的气化细渣脱水干燥回用方法，其特征在于，来自煤气化系统的煤气化黑水在步骤5）中对所述二次蒸汽进行所述过热处理后，再送入步骤1）中的所述黑水处理单元中进行处理。

7.根据权利要求1-6任一项所述的气化细渣脱水干燥回用方法，其特征在于，

步骤1）中，在进行所述真空闪蒸之前还包括对煤气化黑水进行低压闪蒸的操作；

步骤1）中，所述沉降在沉降槽中进行；

步骤4）中，所述蒸汽洗涤塔中进行洗涤除尘得到的洗涤水送入所述沉降槽中。

8.根据权利要求7所述的气化细渣脱水干燥回用方法，其特征在于，二次蒸汽分离罐中分离得到的部分冷凝液送入灰水槽或送入所述蒸汽洗涤塔中用作洗液。

9.一种能够实施权利要求1-8任一项所述的气化细渣脱水干燥回用方法的系统，其特征在于，所述系统包括：

黑水处理单元，用于对煤气化黑水进行闪蒸浓缩、沉降和过滤脱水，并获得闪蒸气和待处理的气化细渣；所述黑水处理单元包括闪蒸浓缩单元，所述闪蒸浓缩单元用于对所述煤气化黑水进行闪蒸、浓缩以得到所述闪蒸气和浓缩的黑水；所述闪蒸浓缩单元包括依次串联的高压闪蒸塔和真空闪蒸塔；

细渣预热器，用于使用热媒对所述待处理的气化细渣进行预热处理以得到预热的气化细渣；所述细渣预热器的二次蒸汽出口通过管线与二次蒸汽分离罐连接，用于对所述细渣预热器输出的二次蒸汽进行汽液分离并得到冷凝液；

干燥装置，用于将所述预热的气化细渣与过热蒸汽进行热交换，以获得干燥的气化细渣和二次蒸汽；

二次蒸汽除尘单元，用于将所述干燥装置输出的所述二次蒸汽进行除尘处理；所述二次蒸汽除尘单元与所述细渣预热器连接，以将进行了所述除尘处理的二次蒸汽作为所述热媒输送至所述细渣预热器；所述二次蒸汽除尘单元包括旋风分离器和蒸汽洗涤塔，所述旋风分离器用于对所述干燥装置输出的二次蒸汽进行初步除尘，所述蒸汽洗涤塔用于将经所述初步除尘的二次蒸汽用洗液进行洗涤除尘以得到洗涤水和除尘后的二次蒸汽；

蒸汽预热器，用于将所述细渣预热器输出的二次蒸汽在二次蒸汽分离罐中进行汽液分离后，与所述高压闪蒸塔输出的高压闪蒸气进行热交换，以获得预热的二次蒸汽；所述蒸汽预热器的闪蒸气出口与闪蒸汽分离罐连接，用于对所述蒸汽预热器输出的闪蒸气进行汽液分离并得到冷凝液；所述闪蒸汽分离罐的冷凝液出口与所述蒸汽洗涤塔的洗液入口连接；

蒸汽过热器，用于将所述细渣预热器输出的二次蒸汽在所述蒸汽预热器中进行热交换得到的所述预热的二次蒸汽进行过热处理以获得过热蒸汽；所述蒸汽过热器的过热蒸汽出口与所述干燥装置连接；

燃烧单元，所述燃烧单元与所述干燥装置连接，用于将所述干燥的气化细渣作为燃料使用；所述蒸汽过热器的过热介质入口与煤气化系统的煤气化黑水输送管线连接，所述蒸汽过热器的过热介质出口通过管线与所述黑水处理单元连接；或者，所述蒸汽过热器的过热介质入口与煤气化系统的粗煤气出口通过粗煤气输送管线连接；

所述干燥装置为能使所述预热的气化细渣与所述过热蒸汽直接接触换热的装置。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述燃烧单元包括燃煤锅炉或气化炉。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述燃烧单元包括能够产生过热蒸汽的燃煤锅炉，所述燃煤锅炉的过热蒸汽出口与所述干燥装置连接。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述燃烧单元还包括燃料掺混装置，用于将所述干燥的气化细渣与煤粉掺混。

13.根据权利要求9或10所述的系统，其特征在于，

所述黑水处理单元包括沉降过滤单元；所述沉降过滤单元用于对所述浓缩的黑水进行沉降和过滤脱水，以得到所述待处理的气化细渣。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述高压闪蒸塔和所述真空闪蒸塔之间还串联有低压闪蒸塔。

15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述沉降过滤单元包括沉降槽和过滤脱水装置，所述沉降槽用于对所述闪蒸浓缩单元输出的所述浓缩的黑水进行沉降处理，所述过滤脱水装置用于对经所述沉降处理得到的渣浆进行过滤脱水以获得所述待处理的气化细渣。

16.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，

所述蒸汽洗涤塔的洗涤水出口与所述沉降槽连接。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述二次蒸汽分离罐的汽相出口与所述蒸汽预热器的二次蒸汽入口连接。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述二次蒸汽分离罐的冷凝液出口与灰水槽连接，或者所述二次蒸汽分离罐的冷凝液出口与所述蒸汽洗涤塔的洗液入口连接。