黑水耦合處理裝置的制作方法

本實用新型涉及煤化工領(lǐng)域，特別是涉及煤氣化裝置中黑水的處理裝置。

背景技術(shù)：

我國富煤、貧油、少氣的基本國情，決定了無論是當(dāng)前還是將來，煤炭的經(jīng)濟(jì)、高效、清潔利用，對于保證經(jīng)濟(jì)社會和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、國家能源安全都具有至關(guān)重要的作用。煤氣化技術(shù)，特別是氣流床煤氣化技術(shù)，是現(xiàn)代煤炭清潔轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)之一，是煤基化學(xué)品(甲醇、二甲醚、天然氣等)、煤基液體燃料、先進(jìn)的IGCC發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫等過程工藝的基礎(chǔ)，是這些行業(yè)的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和龍頭技術(shù)。

典型的激冷氣流床煤氣化技術(shù)工藝流程是：由煤制成漿料泵送，或煤粉氣力輸送，與氧氣在氣化爐中高溫、還原氣氛下發(fā)生部分氧化反應(yīng)生成合成氣。合成氣的主要成分為氫氣和一氧化碳，還有少量的水蒸汽、二氧化碳、硫化氫、甲烷和氮氣，以及由殘?zhí)己驮现械幕曳纸M成的液渣。熱合成氣與液渣一道通過氣化爐內(nèi)部的激冷系統(tǒng)再進(jìn)入氣化爐激冷室。激冷水來自下游粗合成氣洗滌系統(tǒng)并通過激冷水泵的增壓黑水。從氣化爐激冷室排出的飽和粗合成氣再進(jìn)入洗滌塔，進(jìn)一步脫除固體顆粒后離開氣化裝置，洗滌后的黑水從洗滌塔底部送到黑水處理單元。在激冷室中，合成氣中的液態(tài)爐渣接觸水后被固化并脆裂，粗顆粒的爐渣經(jīng)破渣機(jī)破碎后從激冷室排出，小顆粒的爐渣隨氣化黑水排出，排至黑水處理單元。

目前典型的黑水處理工藝流程如圖1所示，黑水處理單元采取的工藝是逐級閃蒸。黑水閃蒸的目的是回收黑水中的熱量，同時也分離溶解的氣體，以降低黑水溫度和提高固體濃度。根據(jù)氣化壓力的不同和具體項目的特點，閃蒸級數(shù)通常為2－4級：高壓(1級)或低壓(2級)和真空閃蒸(3級或4級)。高壓閃蒸產(chǎn)生的酸性氣在加熱灰水后送出界區(qū)待進(jìn)一步回收利用。低壓閃蒸氣作為熱源送入除氧槽，真空閃蒸氣進(jìn)一步水冷后的尾氣排出界外。逐級閃蒸后的黑水送入黑水沉淀和過濾單元，得到較為干凈的灰水和排出界外的渣餅。大部分灰水送入除氧槽進(jìn)一步循環(huán)利用，少部分排出界外。這種黑水處理工藝的缺點是：1)流程較長，設(shè)備較多，占地面積大，布置難度較高；2)因為真空閃蒸氣的熱量需要依靠循環(huán)水移除，因此能耗較高，循環(huán)水消耗大；3)由于灰水中的溶解性雜質(zhì)，比如氯根和硬度等，并沒有脫除，隨著裝置的運行將逐漸在系統(tǒng)中累積，導(dǎo)致氣化和黑水系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞和磨損，維護(hù)和操作難度更大，對氣化裝置的長周期穩(wěn)定運行帶來了很大的壓力；4)外派的灰水量大，系統(tǒng)需要補充的新鮮水和脫鹽水量更多；5)需要另外增加水質(zhì)處理藥劑來緩解黑水和灰水系統(tǒng)的結(jié)垢和磨損問題，增加了裝置的運行成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種黑水耦合處理裝置，它占地面積小，操作和維護(hù)簡單，成本低。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的黑水耦合處理裝置，包括用于脫除黑水中的固體顆粒形成灰水的固液分離單元和用于脫除灰水中的礦物質(zhì)的灰水蒸發(fā)單元，所述固液分離單元和灰水蒸發(fā)單元互相串聯(lián)。

利用上述黑水耦合處理裝置處理黑水的方法，包括以下步驟：

1)用固液分離工藝分離黑水中的固體顆粒，形成灰水；

2)用蒸發(fā)工藝分離所述灰水中的礦物質(zhì)，獲得凈化灰水。

黑水中的固體主要由煤和氧氣反應(yīng)后的灰份和未反應(yīng)完的殘?zhí)冀M成。黑水中的固含量和具體組成隨氣化工藝(比如干法或濕法氣化等)和具體氣化裝置的運行工況(比如煤質(zhì)和氣化溫度等)的不同可能存在較大的不同，殘?zhí)伎梢栽诎俜种畮椎綆资g變化(干基)。因此，黑水固液分離的工藝方法也會有所不同，可以選擇過濾、水力或機(jī)械分離和沉降中的一種或多種工藝的組合，比如過濾、水力漩流+過濾、水力漩流+過濾+沉降等。黑水固液分離的目的是把黑水中含有的占黑水質(zhì)量1-3wt％的固體顆?；久摮?，使固液分離后得到的灰水中的懸浮固含量不高于100ppm，同時濾餅順利排出界區(qū)。

灰水蒸發(fā)單元主要包括蒸發(fā)器和冷凝器。蒸發(fā)工藝可以采用單效蒸發(fā)工藝和多效蒸發(fā)工藝(根據(jù)二次蒸汽的利用情況，若產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接經(jīng)冷凝器冷凝后排出，這種工藝稱為單效蒸發(fā)工藝；若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，并把若干個蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用，這種工藝稱為多效蒸發(fā)工藝)。蒸發(fā)的推動力可以是裝置可用的低等級的蒸汽或氣體，也可以采用風(fēng)機(jī)或熱泵等機(jī)械設(shè)備對二次蒸汽進(jìn)行壓縮。

本實用新型將固液分離工藝和灰水蒸發(fā)工藝有效組合應(yīng)用于煤氣化裝置黑水的處理，相比現(xiàn)有的閃蒸+沉降+過濾的黑水處理工藝及裝置，具有以下優(yōu)點和有益效果：

1.本實用新型的固液分離單元采用過濾工藝或漩流加過濾組合工藝實現(xiàn)固液分離，相比目前的工藝，可以簡化工藝流程，減少占地面積(占地面積可以減少25％)，降低裝置布置、操作和維護(hù)的難度和工作量。

2.本實用新型的灰水蒸發(fā)單元將蒸發(fā)器有機(jī)整合到氣化灰水系統(tǒng)，充分利用灰水中的熱量，利用蒸發(fā)來脫除灰水中的礦物質(zhì)，特別是脫除會對氣化裝置的設(shè)計和運行帶來負(fù)面影響的氯根和鈣鎂離子等，可以給氣化裝置的設(shè)計和運行帶來以下有益效果：

1)由于凈化后的灰水幾乎不含氯根，因此，氣化裝置水系統(tǒng)的氯根濃度很低，在設(shè)計上不需要選擇高等級的設(shè)備、管道和閥門材料(比如雙相剛材料等)，這樣一方面降低了裝置 的造價，另一方面也避免了運行上由于氯根帶來的材料腐蝕風(fēng)險，有利于裝置的安全穩(wěn)定運行。

2)由于凈化后的灰水硬度很低，使得氣化裝置水系統(tǒng)的硬度得以降低，從而可以有效緩解系統(tǒng)中因結(jié)垢導(dǎo)致的堵塞和磨損問題，降低裝置的操作、維護(hù)難度和工作量。

3)充分利用了黑水的熱量，通過單效或多效蒸發(fā)系統(tǒng)獲得了凈化灰水，不需要循環(huán)冷卻水來冷卻真空閃蒸氣，從而降低了冷卻水消耗和相應(yīng)裝置的能耗和運行成本；另一方面，由于不再需要添加灰水分散劑系統(tǒng)來凈化灰水，從而也減少了投資和運行的成本。

4)凈化后的灰水可以返回系統(tǒng)循環(huán)使用，替代新鮮水作為制漿補水和替代脫鹽水作為除氧槽補水，因此可以大大減少系統(tǒng)的水耗。

附圖說明

圖1是目前典型的黑水閃蒸處理裝置及工藝流程示意圖。

圖2是本實用新型實施例的黑水耦合處理裝置及工藝流程示意圖。

具體實施方式

為對本實用新型的技術(shù)內(nèi)容、特點與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖及具體實施例，對本實用新型詳述如下：

實施例1

本實施例處理的黑水來自原煤單爐進(jìn)料規(guī)模為1500t/d、氣化壓力為6.5Mpag的激冷氣化工藝，黑水的規(guī)格如表1所示：

表1實施例1處理的黑水的規(guī)格

黑水處理裝置，主要包括兩個串聯(lián)的工藝單元：固液分離單元和灰水蒸發(fā)單元。其中，固液分離單元主要包括水力漩流器、粗過濾器和精密過濾器。水力漩流器的下部為圓錐形容器。

黑水處理流程，請參見圖2所示，來自高壓/低壓閃蒸的黑水以一定速度沿切線方向進(jìn)入水力漩流器，獲得旋轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生很大的離心力。在離心力的作用下，黑水中較粗的顆粒拋向器壁，并以螺旋線的軌跡向下運動，到達(dá)水力漩流器底部，和部分黑水一起排出。另一部分黑水和少部分較細(xì)的顆粒呈內(nèi)螺旋線的軌跡由水力漩流器頂部的溢流管排出。

水力漩流器底部排出的顆粒和黑水進(jìn)入粗過濾器。在粗過濾器中，固體基本被脫除，并以濾渣的形式排出界外進(jìn)一步處理；含部分細(xì)小顆粒的濾液可以作為制漿補水送入制漿水槽，也可以循環(huán)回到水力漩流器入口。

從水力漩流器頂部溢流的黑水及其夾帶的部分細(xì)小顆粒進(jìn)入精密過濾器。在精密過濾器，黑水中的固體被過濾出來，黑水將穿過過濾元件(比如布袋或過濾管)，形成灰水?；宜械墓毯恳蟛怀^100ppm，如果大于此要求，可以通過調(diào)整精細(xì)過濾器過濾元件的孔隙等來確?；宜墓毯俊＿^濾出來的細(xì)小顆粒排出界區(qū)進(jìn)一步處理。

從精密過濾器出來的固含量不超過100ppm的高溫灰水接著進(jìn)入灰水蒸發(fā)單元。本實施例的灰水蒸發(fā)單元采用單效蒸發(fā)工藝，核心設(shè)備為單效蒸發(fā)器(蒸發(fā)器的主要部件為加熱室和蒸發(fā)室)，輔助部件包括冷凝器和除沫器等。高溫灰水在蒸發(fā)器的加熱室中通過間接加熱(熱源可以是外加的蒸汽，也可以用機(jī)械風(fēng)機(jī)作為推動力)沸騰氣化，然后通過冷凝形成蒸餾液，即凈化灰水；而溶解在灰水中的礦物質(zhì)由于不能冷凝，將隨少量灰水一起外排，形成濃度約5％的濃鹽水。

本實施例中，進(jìn)入灰水蒸發(fā)單元前的灰水和從灰水蒸發(fā)單元出來的凈化灰水的主要組成如表2所示。

表2灰水和凈化灰水的規(guī)格

從表2可以看出，經(jīng)過灰水蒸發(fā)單元凈化后的灰水，基本不含對氣化裝置運行不利的氯根和鈣離子(相同規(guī)格的黑水若采用常規(guī)的黑水閃蒸工藝處理，所得灰水中的氯根和鈣離子的濃度分別為300ppm、500ppm，與處理前的黑水幾乎相同)，硬度很低。除少部分灰水需要外排以控制氣化水系統(tǒng)中的氨氮和化學(xué)需氧量，大部分凈化灰水可以回收，用以替換新鮮水作為制漿補水和替換脫鹽水作為除氧槽補水(每個氣化裝置可以節(jié)約40-50m³/h的新鮮水和脫鹽水)，實現(xiàn)凈化灰水的循環(huán)利用，灰水的回收率可以達(dá)到95％。此外，由于充分利用了黑水的熱量，有效減少了常規(guī)蒸發(fā)工藝需要的外加熱量，以及原有的閃蒸工藝需要的大量的循環(huán)水消耗(本實施例的黑水耦合處理工藝相比常規(guī)黑水閃蒸工藝可以節(jié)約循環(huán)水1000t/h)。