水煤漿氣化系統及其工藝的製作方法
2023-12-06 10:50:36
本發明涉及煤氣化技術領域，具體而言，涉及一種水煤漿氣化系統及其工藝。
背景技術：
煤炭氣化是指用煤炭作原料，來生產工業燃料氣，它是潔淨、高效利用煤炭的最主要途徑之一，如燃料電池、煤氣聯合循環發電技術等。煤制氣應用領域非常廣泛，可用來做燃料氣(工業燃氣和民用燃氣)、化工原料氣、煤氣聯合循環發電、燃料電池和液體燃料等。
現有的水煤漿氣化工藝系統流程主要為：水煤漿與氧氣一同進入噴嘴，利用噴嘴一起進入氣化爐燃燒室，在燃燒室內1200～1300℃條件下進行氣化反應，反應後的煤氣進入氣化爐激冷室，在激冷室內利用水進行激冷，將煤氣溫度冷卻到260℃左右送出，送出的煤氣進入洗滌塔下部，在洗滌塔內，煤氣與從洗滌塔頂部進入的洗滌水進行煤氣洗滌，將煤氣溫度下降到190～230℃輸送給用戶。
現有的水煤漿氣化工藝系統仍存有以下問題：
1、燃燒室內產生1300℃左右的高溫煤氣直接用水激冷來冷卻到260℃，使得大量的氣體顯熱和蒸汽潛熱浪費，氣化爐送出的煤氣直接進入洗滌塔，再次用水進行洗滌冷卻，整個流程都沒有對大量的氣體顯熱和蒸汽潛熱進行有效的回收利用，熱利用效率不高；
2、現有的水煤漿氣化反應溫度較高，達到1200～1350℃，在此條件下產生的煤氣中甲烷含量非常低，只有ppm級別，使得現有的水煤漿氣化技術生產的煤氣熱值較低，不能用作燃料氣使用；
3、物料水煤漿與氣化劑氧氣從頂部單噴嘴進入氣化爐，使得煤漿霧化效果不佳，原料煤還沒有來得及反應就出了燃燒室反應區，使得灰渣中的殘碳含量較高。
有鑑於此，特提出本發明。
技術實現要素：
本發明的目的之一在於提供一種水煤漿氣化系統，該系統具有熱量回收單元，從氣化爐出來的高溫氣體，通過幹法氣固分離後，利用廢鍋回收高溫氣體的大量顯熱，能夠得到過熱蒸汽，部分供氣化爐反應自用，部分外送，整個流程熱利用效率高，此外，該系統中的氣化爐為二段氣化爐，下部反應區反應後產生的高溫氣體顯熱作為熱源，在上部反應區加入原料進行二次反應，使得氣體中有效氣體成分提高，同時通過調整上部反應區原料的加入量能夠實現對二次反應產生甲烷氣體含量的調節，從而實現對產生的煤氣熱值的可控調節。
本發明的目的之二在於提供一種與該水煤漿氣化系統配套的水煤漿氣化工藝，該工藝具有與上述水煤漿氣化系統相同的優勢。
為了實現本發明的上述目的，特採用以下技術方案：
一種水煤漿氣化系統，包括：
氣化單元，包括氣化爐和灰渣鎖鬥；
所述氣化爐包括連通的下部一段主反應區和上部二段輔助反應區，所述下部一段主反應區側面設置有噴嘴，所述上部二段輔助反應區下部側面設置有進入口，所述下部一段主反應區下部設置有灰渣激冷室，所述灰渣激冷室的灰渣輸出端與所述灰渣鎖鬥的輸入端連接；
分離單元，包括旋風分離器和第一集灰罐；所述旋風分離器的輸出端與所述第一集灰罐的輸入端連接；所述上部二段輔助反應區上方出氣口與所述旋風分離器的進口連通；
熱量回收單元，包括煤氣廢鍋、汽包和第二集灰罐；所述煤氣廢鍋的輸出端與所述第二集灰罐的輸入端連接，所述汽包與所述煤氣廢鍋中的列管連通；所述旋風分離器的出氣口與所述煤氣廢鍋的進氣口連通；所述煤氣廢鍋設有排氣口；
所述煤氣廢鍋產生的過熱蒸汽一部分通入所述上部二段輔助反應區的進入口，一部分與外界相通。
進一步，在本發明技術方案的基礎上，煤氣廢鍋包括殼體、餘熱換熱列管和蒸汽過熱列管；
所述餘熱換熱列管設置在殼體內，所述餘熱換熱列管設置有進液管和出液管，所述進液管與所述汽包底部連通，所述出液管與所述汽包中部連通；
所述蒸汽過熱列管設置在殼體內且位於所述餘熱換熱列管上方，所述蒸汽過熱列管設置有進氣管和出氣管，所述進氣管與所述汽包連通，所述出氣管一部分與所述上部二段輔助反應區的進入口連通，一部分與外界相通；
所述殼體下部設置有分離空間，用於氣灰分離。
優選地，在本發明技術方案的基礎上，所述下部一段主反應區側面至少相對設置一對噴嘴。
進一步，在本發明技術方案的基礎上，所述水煤漿氣化系統還包括：洗滌單元，所述洗滌單元包括洗滌塔，所述煤氣廢鍋的排氣口與所述洗滌塔的進氣口連通。
進一步，在本發明技術方案的基礎上，所述水煤漿氣化系統還包括：灰水處理單元，所述灰水處理單元包括閃蒸罐、沉降槽、灰水槽和灰漿槽；
所述閃蒸罐分別與所述洗滌塔的排水口和所述灰渣激冷室的排水口連通；所述沉降槽與所述閃蒸罐連通，所述沉降槽的上部出口與所述灰水槽連通，所述沉降槽的下部出口與所述灰漿槽連通；
所述第一集灰罐和所述第二集灰罐均與所述沉降槽連通。
進一步，在本發明技術方案的基礎上，所述灰水處理單元還包括除氧水槽、分離罐和換熱器；
所述除氧水槽通過灰水泵與所述灰水槽連通，所述除氧水槽通過除氧水泵與所述換熱器連通；
所述換熱器分別與所述洗滌塔和所述分離罐連通；所述閃蒸罐依次通過所述換熱器和所述分離罐後與所述沉降槽連通。
優選地，在本發明技術方案的基礎上，所述水煤漿氣化系統還包括：幹法除塵裝置；
所述煤氣廢鍋的排氣口與所述幹法除塵裝置的進氣口連通。
進一步，在本發明技術方案的基礎上，所述水煤漿氣化系統還包括：沉降槽、灰水槽和灰漿槽；所述幹法除塵裝置與所述沉降槽連通；
所述第一集灰罐和所述第二集灰罐均與所述沉降槽連通；
所述沉降槽的上部出口與所述灰水槽連通，所述沉降槽的下部出口與所述灰漿槽連通。
一種水煤漿氣化工藝，包括以下步驟：
原料料漿與氣化劑通過噴嘴進入氣化爐的下部一段主反應區中反應，反應後的氣體進入氣化爐的上部二段輔助反應區中，與上部二段輔助反應區進入口的原料料漿二次反應；
經氣化爐反應後氣體進入旋風分離器，經氣化爐灰渣激冷室冷卻後的灰渣進入灰渣鎖鬥後排出；
經旋風分離器分離後的氣體進入煤氣廢鍋，經旋風分離器分離後的固體進入第一集灰罐；
煤氣廢鍋中的高溫氣體將汽包來的飽和蒸汽過熱成過熱蒸汽，過熱蒸汽一部分進入氣化爐的上部二段輔助反應區中，一部分外送。
進一步，在本發明技術方案的基礎上，進入上部二段輔助反應區的原料料漿佔進入氣化爐原料料漿總量的15～30％。
與已有技術相比，本發明具有如下有益效果：
(1)本發明提供的水煤漿氣化系統包括氣化單元、分離單元和熱量回收單元，氣化單元的氣化爐為兩段氣化爐，下部反應區反應後產生的高溫氣體顯熱作為熱源，在上部反應區加入料漿進行二次反應，使得氣體中有效氣體成分提高，同時通過調整上部反應區原料的加入量能夠實現對二次反應產生甲烷氣體含量的調節，從而實現對產生的煤氣熱值的可控調節。通過熱量回收單元對氣化爐的高溫煤氣進行回收利用，幹法氣固分離後，利用廢鍋回收高溫氣體的大量顯熱，並副產得到過熱蒸汽，部分重新進入氣化爐促進二次反應，部分外送，整個流程熱利用效率高。
(2)本發明利用二段式氣化爐，第一段產生的高溫煤氣顯熱可以作為第二段二次反應的熱源，第二段再次加入料漿進行二次反應後產生氫氣和甲烷氣體，使得煤氣中有效氣體成分和熱值明顯提高。
(3)本發明通過調整氣化爐第二段再次加入料漿的加入量，能夠實現對產生煤氣中甲烷氣體含量的調節，從而實現對產生煤氣熱值的可控調節，使得產生的煤氣能夠被用作不同的用途，使用在不同的行業中，煤氣適用範圍廣。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明一種實施方式的水煤漿氣化系統的結構示意圖；
圖2為本發明一種實施方式的水煤漿氣化系統中氣化單元結構示意圖；
圖3本發明一種實施方式的水煤漿氣化系統中熱量回收單元結構示意圖；
圖4為本發明一種實施方式的水煤漿氣化系統中洗滌塔和灰水處理單元的結構示意圖；
圖5為本發明實施例一的水煤漿氣化系統的結構示意圖；
圖6為本發明實施例二的水煤漿氣化系統的結構示意圖。
圖標：10-氣化單元；11-氣化爐；111-下部一段主反應區；112-上部二段輔助反應區；113-灰渣激冷室；12-灰渣鎖鬥；13-料漿泵；20-分離單元；21-旋風分離器；22-第一集灰罐；30-熱量回收單元；31-煤氣廢鍋；32-汽包；33-第二集灰罐；311-殼體；312-餘熱換熱列管；313-蒸汽過熱列管；40-洗滌單元；41-洗滌塔；50-灰水處理單元；51-閃蒸罐；52-分離罐；53-沉降槽；54-灰水槽；55-灰漿槽；56-除氧水槽；57-換熱器；58-灰水泵；59-除氧水泵。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「上」、「下」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
根據本發明的第一個方面，提供了一種水煤漿氣化系統，圖1為本發明一種實施方式的水煤漿氣化系統的結構示意圖；圖2為本發明一種實施方式的水煤漿氣化系統中氣化單元的結構示意圖；圖3本發明一種實施方式的水煤漿氣化系統中熱量回收單元的結構示意圖；圖4為本發明一種實施方式的水煤漿氣化系統中洗滌塔和灰水處理單元的結構示意圖。
如圖1～4所示，水煤漿氣化系統包括：
氣化單元10，包括氣化爐11和灰渣鎖鬥12；氣化爐11包括連通的下部一段主反應區111和上部二段輔助反應區112，下部一段主反應區111側面設置有噴嘴，上部二段輔助反應區112下部側面設置有進入口，下部一段主反應區111下部設置有灰渣激冷室113，灰渣激冷室113的灰渣輸出端與灰渣鎖鬥12的輸入端連接；
分離單元20，包括旋風分離器21和第一集灰罐22；旋風分離器21的輸出端與第一集灰罐22的輸入端連接；上部二段輔助反應區112上方出氣口與旋風分離器21的進口連通；
熱量回收單元30，包括煤氣廢鍋31、汽包32和第二集灰罐33；煤氣廢鍋31的輸出端與第二集灰罐33的輸入端連接，汽包32與煤氣廢鍋31中的列管連通；旋風分離器21的出氣口與煤氣廢鍋31的進氣口連通；煤氣廢鍋31設有排氣口；煤氣廢鍋31產生的過熱蒸汽一部分通入上部二段輔助反應區112的進入口，一部分與外界相通。
本發明中的氣化爐11為兩段式氣化爐，包括連通的下部一段主反應區111和上部二段輔助反應區112，原料料漿可以通過料漿泵13加壓，與氣化劑一起從氣化爐11的下部一段主反應區111進入氣化爐11內。
原料料漿可以由煙煤、次煙煤、褐煤、石油焦和重油等，通過與水研磨製備成一定質量濃度(如55％-65％)的漿體；下部一段主反應區加入的氣化劑為純氧氣，上部二段輔助反應區加入的氣化劑為蒸汽。
原料料漿與氣化劑反應產生以co、h2、co2為主的高溫煤氣向上移動，進入氣化爐11上部上部二段輔助反應區112中，在上部上部二段輔助反應區112內與再次加入的原料料漿及蒸汽進行二次反應，蒸汽與碳再次反應產生了h2，使得煤氣中有效氣體成分提高，同時隨著溫度的降低，也大量產生甲烷氣體，使得煤氣熱值得到顯著的提高。
氣化爐11採用兩段氣化，利用第一段高溫煤氣的顯熱氣化第二段補充噴注的料漿，使上部二段輔助反應區112上方出氣口溫度下降至1000℃左右，有利於提高熱利用率。由於增加了第二段氣化，延長了煤氣在爐內的停留時間，使煤氣中的焦油、重烴化合物能充分熱解，因而煤氣淨化處理更簡單，廢水中不含焦油、酚等有害物質，對環境汙染較少。
此外，通過調整進入氣化爐11上部二段輔助反應區112的二次料漿的加入量，可以實現煤氣中的甲烷氣體含量的調節，從而可以對產生的煤氣熱值進行可控調節。
當生產的煤氣被用來合成氨、甲醇等化工產品時，適當減少進入氣化爐11上部二段輔助反應區112的料漿加入量，甚至可以不加入，這樣可以使得煤氣中的甲烷氣體成分回到ppm級，使得煤氣更加適合生產化工產品，適合生產合成氨、甲醇的企業。
當生產的煤氣沒用來作為燃料氣時，適當加大進入氣化爐11上部二段輔助反應區112的料漿加入量，甚至可以加入到原料料漿總量的30％左右，這樣可以使得煤氣中甲烷氣體成分達到較高水平，使得煤氣更加適合用作燃料氣，適合igcc、陶瓷、玻璃等行業。
本發明能夠實現對產生的煤氣中的甲烷氣體含量的調節，使得產生的煤氣能夠被用作不同的用途，使用在不同的行業中，煤氣適用範圍廣。
氣化爐11下部一段主反應區111下部設置有灰渣激冷室113，灰渣激冷室113的灰渣輸出端與灰渣鎖鬥12的輸入端連接，氣化爐11反應後產生的煤渣進入灰渣激冷室113，灰渣激冷室113用水建立液位，用來冷卻反應後的灰渣，灰渣從氣化爐11底部進入灰渣鎖鬥12排出。
反應後的煤氣在1000℃左右送出氣化爐11進入旋風分離器21，在旋風分離器21中實現氣固分離，氣體送到煤氣廢鍋31，分離下來的煤灰進入第一集灰罐22，利用水力帶出。
採用旋風分離器21進行幹法氣固分離，有利於對分離後高溫氣體的回收。
旋風分離器21中高溫煤氣進入煤氣廢鍋31，在煤氣廢鍋31內，高溫煤氣能夠將煤氣廢鍋31汽包32來的鍋爐水加熱成飽和狀態蒸汽並能夠進一步將得到中壓飽和蒸汽過熱得到中壓過熱蒸汽，實現了對氣化爐11輸出的高溫氣體的大量顯熱的回收利用，副產的過熱蒸汽部分供氣化爐11反應自用，過熱蒸汽輸入上部上部二段輔助反應區112內與來自料漿泵13的原料料漿在高溫條件下進行二次反應，能促進二次反應進行，副產的過熱蒸汽部分部分外送，整個流程熱利用效率高。
在煤氣廢鍋31底部對煤氣再次進行氣固分離，分離之後的煤氣溫度下降到250℃，分離出來的煤灰送到第二集灰罐33，利用水力帶出。
傳統的水煤漿氣化系統流程沒有對大量的氣體顯熱和蒸汽潛熱進行有效的回收利用，熱利用效率不高且現有的水煤漿氣化技術生產的煤氣熱值較低，不能用作燃料氣使用。
本發明提供的水煤漿氣化系統包括氣化單元、分離單元和熱量回收單元，氣化單元的氣化爐為兩段氣化爐，下部反應區反應後產生的高溫氣體顯熱作為熱源，在上部反應區加入料漿進行二次反應，使得氣體中有效氣體成分提高，同時通過調整上部反應區原料的加入量能夠實現對二次反應產生甲烷氣體含量的調節，從而實現對產生的煤氣熱值的可控調節。通過熱量回收單元對氣化爐的高溫煤氣進行回收利用，幹法氣固分離後，利用廢鍋回收高溫氣體的大量顯熱，並副產得到過熱蒸汽，部分重新進入氣化爐促進二次反應，部分外送，整個流程熱利用效率高。
在一種優選的實施方式中，如圖3所示，煤氣廢鍋31包括殼體311、餘熱換熱列管312和蒸汽過熱列管313；
餘熱換熱列管312設置在殼體311內，餘熱換熱列管312設置有進液管和出液管，進液管與汽包32底部連通，出液管與汽包32中部連通；
蒸汽過熱列管313設置在殼體311內且位於餘熱換熱列管312上方，蒸汽過熱列管313設置有進氣管和出氣管，進氣管與汽包32連通，出氣管一部分與上部二段輔助反應區112的進入口連通，一部分與外界相通；
殼體311下部設置有分離空間，用於氣灰分離。
氣化單元10生成的高溫氣體進入旋風分離器21進行初步除塵後進入，煤氣廢鍋31，在餘熱換熱列管312加熱後的軟水在汽包32內產生飽和蒸汽後，通過汽包32將飽和蒸汽輸入至蒸汽過熱列管313中，再由廢熱煤氣加熱為過熱蒸汽，過熱之後的蒸汽部分送到氣化爐11上部二段輔助反應區112，其餘外送。
利用殼體內的餘熱換熱列管和蒸汽過熱列管能夠對粗煤氣/原料氣的熱量進行有效利用，餘熱回收效率高，副產蒸汽品味高。
在一種優選的實施方式中，下部一段主反應區111側面至少相對設置一對噴嘴。
優選地，下部一段主反應區111兩端設置各設置有一噴嘴，兩噴嘴呈180°對置對噴，原料料漿與氣化劑通過噴嘴加入到氣化反應器中進行反應。
料漿從單噴嘴進入氣化爐，使得煤漿霧化效果不佳，原料煤還沒有來得及反應就出了燃燒室反應區，使得灰渣中的殘碳含量較高。通過兩個相對設置的噴嘴使煤漿分別從氣化爐下部一段主反應區的兩端進入，使之相互撞擊霧化，霧化效果好，煤與氣化劑反應充分，氣化效率高，碳轉化率高。
作為一種優選的實施方式，水煤漿氣化系統還包括：洗滌單元40，洗滌單元40包括洗滌塔41，煤氣廢鍋31的排氣口與洗滌塔41的進氣口連通。
洗滌塔41為固閥結構的氣液接觸塔或垂直篩板結構的氣液接觸塔，內有多層塔板，洗滌塔使煤制氣降溫增溼，實現煤制氣洗塵和水氣飽和的目的。
來自煤氣廢鍋31的煤氣從洗滌塔41下部進入，在洗滌塔41內，煤氣與從洗滌塔41頂部進入的洗滌水進行煤氣洗滌，將煤氣溫度下降到190～230℃送給用戶。
進一步優選，水煤漿氣化系統還包括：灰水處理單元50，灰水處理單元50包括閃蒸罐51、沉降槽53、灰水槽54和灰漿槽55；
閃蒸罐51分別與洗滌塔41的排水口和灰渣激冷室113的排水口連通；沉降槽53與閃蒸罐51連通，沉降槽53的上部出口與灰水槽54連通，沉降槽53的下部出口與灰漿槽55連通；第一集灰罐22和第二集灰罐33均與沉降槽53連通。
洗滌塔41內的洗塵水和灰渣激冷室113送出的水通過管道送入到閃蒸罐51。
閃蒸罐51是一種通過減壓再沸形式將液體中融入的不凝氣體進行釋放的容器，實現液體釋放不凝氣、降溫及含固濃縮的目的。閃蒸之後的濃縮灰水通過管道送入沉降槽53。
沉降槽53是一種通過重力沉降使液體中的固定進行分離的設備，其底部的濃縮液向外輸出，第一集灰罐22和第二集灰罐33中的灰渣進入沉降槽53，經沉降後上部清液溢流返回灰水槽54中，實現系統水循環利用。
進一步，灰水處理單元50還包括除氧水槽56、分離罐52和換熱器57；
除氧水槽56通過灰水泵58與灰水槽54連通，除氧水槽56通過除氧水泵59與換熱器57連通；換熱器57分別與洗滌塔41和分離罐52連通；閃蒸罐51依次通過換熱器57和分離罐52後與沉降槽53連通。
除氧水槽56是一種利用低壓蒸汽加熱系統水從而降低水中溶解氧濃度的設備，灰水槽54中的水進入除氧水槽56進行低溫除氧，除氧之後的除氧水通過除氧水泵59送入到換熱器57加熱後供洗滌塔41洗滌水使用，實現循環利用。
閃蒸罐51閃蒸之後的蒸汽作為熱源送入換熱器57，用來加熱除氧之後的除氧水，換熱後的蒸汽通過分離罐52實現氣液分離，液體送入沉降槽53進行處理。
作為另一種優選的實施方式，水煤漿氣化系統還包括：幹法除塵裝置；煤氣廢鍋31的排氣口與幹法除塵裝置的進氣口連通。
幹法除塵裝置可選用常規的幹法除塵器。
與幹法除塵裝置配套的水煤漿氣化系統還包括：沉降槽53、灰水槽54和灰漿槽55；沉降槽53與幹法除塵裝置連通；
第一集灰罐22和第二集灰罐33均述沉降槽53連通；沉降槽53的上部出口與灰水槽54連通，沉降槽53的下部出口與灰漿槽55連通。
洗滌塔用幹法除塵裝置代替後，由於幹法除塵裝置未使用水進行洗滌，因此並未產生廢水，從而可以取消部分灰水處理裝置，例如：閃蒸罐、分離罐、除氧水槽等設備，另外，還可以大幅減小沉降槽、灰水槽、除氧水槽、灰漿槽等設備的尺寸。
來自煤氣廢鍋的煤氣通過幹法除塵裝置淨化後進行後續的沉降處理，採用幹法淨化方式後期處理更加方便，所用設備少，效率高。
根據本發明的另一個方面，提供了一種水煤漿氣化工藝，包括以下步驟：
原料料漿與氣化劑通過噴嘴進入氣化爐11的下部一段主反應區111中反應，反應後的氣體進入氣化爐11的上部二段輔助反應區112中，與上部二段輔助反應區112進入口的原料料漿二次反應；
經氣化爐11反應後氣體進入旋風分離器21，經氣化爐11灰渣激冷室113冷卻後的灰渣進入灰渣鎖鬥12後排出；
經旋風分離器21分離後的氣體進入煤氣廢鍋31，經旋風分離器21分離後的固體進入第一集灰罐22；
煤氣廢鍋31中的高溫氣體將汽包32來的飽和蒸汽過熱成過熱蒸汽，過熱蒸汽一部分進入氣化爐11的上部二段輔助反應區112中，一部分外送。
該水煤漿氣化工藝在上述的水煤漿氣化系統中進行，具有與上述水煤漿氣化系統相同的優勢，在此不再贅述。
優選地，進入上部二段輔助反應區112的原料料漿佔進入氣化爐11原料料漿總量的15～30％。
典型但非限制性的上部二段輔助反應區的原料料漿加入質量百分比為15％、20％、25％或30％。
通過調整氣化爐第二段再次加入料漿的加入量，能夠實現對產生煤氣中甲烷氣體含量的調節，甲烷氣體可調節範圍達到1～8％之間，從而實現對產生煤氣熱值的可控調節，使得產生的煤氣能夠被用作不同的用途，使用在不同的行業中，煤氣適用範圍廣，例如用來生產合成氨、甲醇等化工產品時，加入量要少，甚至可以不加入，這樣可以使得煤氣中的甲烷氣體成分回到ppm級，用作igcc、陶瓷、玻璃等行業燃料氣時，加入量要大，使得煤氣中甲烷氣體成分達到較高水平。
實施例一
一種水煤漿氣化系統，如圖5所示，該系統包括：
氣化單元10，包括氣化爐11、灰渣鎖鬥12和料漿泵13；氣化爐11包括連通的下部一段主反應區111和上部二段輔助反應區112，下部一段主反應區111側面相對設置有一對噴嘴，兩噴嘴呈180°對置對噴，上部二段輔助反應區112下部側面設置有進入口，下部一段主反應區111下部設置有灰渣激冷室113，灰渣激冷室113的灰渣輸出端與灰渣鎖鬥12的輸入端連接；料漿泵13用於將料漿輸入噴嘴；
分離單元20，包括旋風分離器21和第一集灰罐22；旋風分離器21的輸出端與第一集灰罐22的輸入端連接；上部二段輔助反應區112上方出氣口與旋風分離器21的進口連通；
熱量回收單元30，包括煤氣廢鍋31、汽包32和第二集灰罐33；煤氣廢鍋31的輸出端與第二集灰罐33的輸入端連接，汽包32與煤氣廢鍋31中的列管連通；旋風分離器21的出氣口與煤氣廢鍋31的進氣口連通；煤氣廢鍋31設有排氣口；煤氣廢鍋31產生的過熱蒸汽一部分通入上部二段輔助反應區112的進入口，一部分與外界相通。
洗滌單元40，洗滌單元40包括洗滌塔41，煤氣廢鍋31的排氣口與洗滌塔41的進氣口連通。
灰水處理單元50，灰水處理單元50包括閃蒸罐51、沉降槽53、灰水槽54、灰漿槽55、除氧水槽56、分離罐52和換熱器57；
閃蒸罐51分別與洗滌塔41的排水口和灰渣激冷室113的排水口連通；閃蒸罐51依次通過換熱器57和分離罐52後與沉降槽53連通，沉降槽53的上部出口與灰水槽54連通，沉降槽53的下部出口與灰漿槽55連通；第一集灰罐22和第二集灰罐33均與沉降槽53連通；除氧水槽56通過灰水泵58與灰水槽54連通，除氧水槽56通過除氧水泵59與換熱器57連通；換熱器57分別與洗滌塔41和分離罐52連通。
其中，煤氣廢鍋31包括殼體311、餘熱換熱列管312和蒸汽過熱列管313；餘熱換熱列管312設置在殼體311內，餘熱換熱列管312設置有進液管和出液管，進液管與汽包32底部連通，出液管與汽包32中部連通；蒸汽過熱列管313設置在殼體311內且位於餘熱換熱列管312上方，蒸汽過熱列管313設置有進氣管和出氣管，進氣管與汽包32連通，出氣管一部分與上部二段輔助反應區112的進入口連通，一部分與外界相通；殼體311下部設置有分離空間，用於氣灰分離。
該系統的工藝過程如下：
原料料漿通過料漿泵13加壓，與氣化劑一起從氣化爐11的下部一段主反應區111兩端噴嘴進入氣化爐11內，噴入的原料料漿和氣化劑進行對噴霧反應，產生以co、h2、co2為主的高溫煤氣，高溫煤氣向上移動，進入氣化爐11上部上部二段輔助反應區112中，在上部上部二段輔助反應區112內與再次加入的原料料漿及來自煤氣廢鍋31副產的過熱蒸汽進行二次反應，蒸汽與碳再次反應產生h2和ch4氣體。在1000℃左右送出氣化爐11進入旋風分離器21，在旋風分離器21中實現氣固分離，氣體送到煤氣廢鍋31，分離下來的煤灰進入第一集灰罐22，利用水力帶出。氣化爐11下部一段主反應區111反應後產生的煤渣進入灰渣激冷室113，在灰渣激冷室113用冷卻水建立液位，用來冷卻反應後的灰渣，灰渣從氣化爐11底部進入灰渣鎖鬥12排出。冷卻灰渣的水來自於除氧水泵59，冷卻後的水從氣化爐11灰渣激冷室113底部排出，送到閃蒸罐51。
來自旋風分離器21中高溫煤氣進入煤氣廢鍋31，在煤氣廢鍋31內，高溫煤氣首先將汽包32來的中壓飽和蒸汽進行過熱，過熱之後的過熱蒸汽部分送到氣化爐11上部二段輔助反應區112，其餘外送。之後煤氣將鍋爐水加熱成飽和狀態進入汽包32副產中壓飽和蒸汽。在煤氣廢鍋31底部對煤氣再次進行氣固分離，分離之後的煤氣溫度下降到250℃左右送到洗滌塔41中，分離出來的煤灰送到第二集灰罐33，利用水力帶出。
來自煤氣廢鍋31的煤氣從洗滌塔41下部進入，在洗滌塔41內，煤氣與從洗滌塔41頂部進入的洗滌水進行煤氣洗滌，將煤氣溫度下降到190～230℃送給用戶。
洗滌塔41中洗滌後的灰水從洗滌塔41底部出來與氣化爐11灰渣激冷室113送出的水一起送入到閃蒸罐51，閃蒸罐51灰水部分閃蒸成蒸汽，蒸汽送入到換熱器57，用來加熱從除氧水泵59送來的除氧水，之後送入到洗滌塔41內使用，換熱之後的蒸汽通過分離罐52實現氣液分離，分離下來的液體送到沉降槽53，氣體送往火炬焚燒處理。閃蒸之後的濃縮灰水送入到沉降槽53，在沉降槽53內，利用藥劑和重力進行固體自然沉降，實現固液的分離。沉降槽53上部的清液溢流進入灰水槽54，利用灰水泵58送入到除氧水槽56進行低溫除氧，除氧後的除氧水利用除氧水泵59送往換熱器57加熱。沉降槽53底部的濃縮灰漿從底部送到灰漿槽55，用泵送到用戶。
本實施例具有如下優點：
1、入爐煤漿分別從氣化爐下部一段主反應區兩端進入，使之相互撞擊霧化，霧化效果好，煤與氣化劑反應充分，氣化效率高，碳轉化率高；
2、利用下部一段主反應區產生的高溫煤氣顯熱作為熱源，在立式段再次加入原料進行二次反應，額外產生了h2，使得煤氣中有效氣體成分提高，同時能產生甲烷氣體，使得煤氣熱值得到顯著的提高；
3、通過調整進入氣化爐上部二段輔助反應區的二次煤漿的加入量，可以實現煤氣中的甲烷氣體含量的調節，從而可以對產生的煤氣熱值進行可控調節；
4、從氣化爐出來的高溫煤氣，通過幹法氣固分離，之後利用廢鍋回收高溫煤氣的大量顯熱來中壓過熱蒸汽，部分自用外還外送，整個流程熱利用效率高。
實施例二
一種水煤漿氣化系統，如圖6所示，該系統中氣化單元10、分離單元20和熱量回收單元30均與實施例一相同，與實施例一不同的是該系統洗滌單元40為幹法除塵器，灰水處理單元50包括：沉降槽53、灰水槽54和灰漿槽55；第一集灰罐22和第二集灰罐33均述沉降槽53連通；沉降槽53的上部出口與灰水槽54連通，沉降槽53的下部出口與灰漿槽55連通。
該實施例使用高效幹法除塵裝置代替洗滌塔後，閃蒸罐、換熱器、分離罐、除氧水槽、灰水泵均可取消，沉降槽、灰水槽、除氧水泵、灰漿槽設備尺寸或者設備能力均能實現大幅度減小，節約了設備及佔地面積。
儘管已用具體實施例來說明和描述本發明，然而應意識到，在不背離本發明的精神和範圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權利要求中包括屬於本發明範圍內的所有這些變化和修改。