本发明涉及一种直接换热的黑水两级余热回收设备及工艺。
背景技术：
：气化炉、旋风分离器和水洗塔排出的黑水闪蒸热量回收效率与换热网络的配置影响较大，蒸发热水塔和低压闪蒸塔闪蒸气相换热方式不同，对黑水的热量回收效率影响较大。现有专利zl200810039551.3公开了一种激冷式浆态或粉态含碳物料的气化方法，出气化炉激冷室的高温黑水、旋风分离器的高温黑水和合成气洗涤塔的高温黑水经减压阀减压后进入蒸发热水塔，副产低压蒸汽、低压蒸汽与补充脱氧水和回用的低温灰水通过直接混合加热升温，然后通过高温灰水泵加压后进入合成气洗涤塔作为合成气洗涤水。该方法可以回收部分灰水热量，降低水耗的优点，但是该流程中仅设一级蒸发塔，对热量回收和灰水的重复利用不够高，最终换热后的灰水进入水洗塔导致粗合成气的水气比偏低。专利cn103695041b公开了另一种煤气化系统黑水的处理方法，其将气化单元的黑水一股或者多股进行固液分离，分理出固含量较低的灰水送入洗涤塔使用，可以保证洗涤塔出口合成气的温度和提高合成气的水气比。分离得到固含量较高的黑水经减压后送入蒸发热水塔，蒸发热水塔上塔的凝液再送回洗涤塔使用。该技术方案中，高温黑水在高压条件下进行部分脱灰后至合成气洗涤塔进行循环利用，以提高合成气水气比，虽然在后系统也采用了蒸发热水塔，但是也是只设一级蒸发塔，热量回收程度有限。现有的工艺中还普遍存在以下缺点：黑水经过高压闪蒸后的气相与灰水采用换热器进行间接接触换热，此台换热器由于灰水所固有的高硬度特性易使换热管结垢，降低换热效率，增加了装置的停车检修的风险。由于现有技术多采用利用低温媒介对黑水闪蒸气相进行热量回收，热量回收效率较低。低压闪蒸气相经过热量回收后凝液量较大，闪蒸效果不理想。此外，采用间接接触换热传热效率低，导致换热器的规格尺寸较大，投资高。因此，对于黑水余热回收设备及工艺，有待于做进一步的改进。技术实现要素：本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种通过灰水与黑水闪蒸的气相进行直接接触换热从而提高换热效率，同时提高换热后灰水的温度从而避免了灰水易结垢问题的直接换热的黑水两级余热回收设备。本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种采用上述直接换热的黑水两级余热回收设备的余热回收工艺。本发明解决至少一个上述技术问题所采用的技术方案为：一种直接换热的黑水两级余热回收设备，其特征在于：包括低压闪蒸塔，下段为第一气液分离区、上段为第一换热区，所述低压闪蒸塔具有供二级黑水输入且与第一气液分离区相连通的第一输入口，所述低压闪蒸塔的底部开有供换热后得到的三级黑水输出的第一输出口；所述低压闪蒸塔的上部具有与第一换热区相连通的供外界一级灰水输入的第二输入口，所述低压闪蒸塔的侧部开有供换热后得到的二级灰水输出的第二输出口；所述低压闪蒸塔的顶部开有供气相输出的第一气相输出口；高压闪蒸塔，下段为第二气液分离区、上段为第二换热区，所述高压闪蒸塔具有供来自界区的一级黑水输入且与第二气液分离区相连通的第三输入口，所述高压闪蒸塔的底部开有供换热后得到的二级黑水输出的第三输出口，该第三输出口与所述第一输入口相连接；所述高压闪蒸塔的上部具有与第二换热区相连通的供二级灰水输入的第四输入口，所述高压闪蒸塔的侧部开有供换热后得到的三级灰水输出的第四输出口；所述高压闪蒸塔的顶部开有供气相输出的第二气相输出口；酸气分离器，设于所述高压闪蒸塔的下游，用于接收所述高压闪蒸塔顶部输出的气相并对其进行气液分离，顶部具有气相输出口、底部具有液相输出口；真空闪蒸塔，设于所述低压闪蒸塔、高压闪蒸塔、酸气分离器的下游，用于接收所述低压闪蒸塔输出的三级黑水及酸气分离器输出的液相，顶部具有气相输出口、底部具有液相输出口；低压闪蒸分离器，设于低压闪蒸塔的下游，用于接收低压闪蒸塔输出的气相，顶部具有酸性气体输出口、底部具有灰水冷凝输出口；以及真空闪蒸分离器，设于真空闪蒸塔的下游，用于接收真空闪蒸塔输出的气相，顶部具有气体输出口、底部具有灰水冷凝输出口。优选地，所述低压闪蒸塔与高压闪蒸塔均包括有塔体，该塔体的中央部位设置有向下拱起从而将塔体分隔为相对独立的上段与下段的弧形隔板，该隔板上开有供下段的气相输入上段中的开口。塔体上段的直径小于或等于下段的直径，采用弧形的隔板结构，有利于提高对塔体自身的稳固性，且便于装配。优选地，所述下段的上部设置有水平布置的挡板，该挡板的中央部位向上延伸形成能供下段的气体输入上段中的导气管，该导气管的上段位于隔板上方、下段位于隔板下方，且所述导气管的上方设置有能将其上端口覆盖的呈伞状的盖帽，该盖帽通过竖向的支撑条支撑在导气管的上端，气体通过盖帽下壁面与导气管之间的间隙上排，以避免液相进入导气管中；上述挡板成形为向上拱起的弧形板，可使上升的气体在撞击弧形板后沿径向向外扩散并自边缘处向下回旋，有利于提高气液分离效果。在上述各方案中，所述上段中设置有位于导气管上方且自上而下间隔布置的多块塔板，所述第二输入口/第四输入口位于塔板的上方。塔板可采用筛板。优选地，所述塔板上方的塔体侧壁上还开有供来自界区的低压锅炉给水输入的进液口，且该进液口位于第二输入口/第四输入口的上方。采用该结构，可对气相进一步进行净化，提高净化效果。优选地，所述高压闪蒸塔的塔体顶部设置有位于进液口上方的除沫器。以避免排出的气相中夹带有太多液相。优选地，所述高压闪蒸塔与酸气分离器的连接管线上设置有酸性气体冷凝器，所述低压闪蒸塔与低压闪蒸分离器的连接管线上设置有低压闪蒸冷凝器，所述真空闪蒸塔与真空闪蒸分离器的连接管线上设置有真空闪蒸冷凝器。优选地，所述低压闪蒸塔的第二输出口与高压闪蒸塔的第四输入口连接管线上设置有用于为二级灰水输送提供动力的低压灰水泵，所述高压闪蒸塔的第四输出口的外排管线上设置有为三级灰水提供动力的高压灰水泵。一种应用有上述直接换热的黑水两级余热回收设备的余热回收工艺，其特征在于包括以下步骤：来自上游煤气化装置的旋风分离器、气化炉和水洗塔的黑水先进入高压闪蒸塔下塔初步闪蒸，闪蒸所得气相与二级灰水直接接触回收热量，然后利用低压锅炉水对闪蒸气进行再次净化处理；再利用酸气冷凝器回收酸性气低温热后，经过酸气分离器进行气液分离，气相送至界区，液相送至真空闪蒸塔中；高压闪蒸塔下塔的液相自流至低压闪蒸塔下塔中，闪蒸气相经过与一级灰水直接接触回收热量，然后利用低压锅炉水对闪蒸气进行再次净化处理；再利用低压闪蒸冷凝器回收酸性气低温热后，经过低压闪蒸分离器气液分离，气相送至界区，液相送至真空闪蒸塔中；利用灰水分别对低压闪蒸塔和高压闪蒸塔的上塔闪蒸气相梯级回收热量，同时利用低压灰水泵和高压灰水泵加压后送至水洗塔；酸气分离器和低压闪蒸塔的液相经过真空闪蒸塔闪蒸后，气相经过酸气分离器冷却和真空闪蒸分离器气液分离后送至真空泵，液相送至灰水槽。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的设备及工艺利用灰水梯级回收低压闪蒸塔和高压闪蒸塔的热量后送至水洗塔，可以最大程度回收黑水闪蒸气相热量，且回收热量后的高温灰水进入水洗塔，可以灵活的调节粗合成气的水气比，增加下游变换装置的操作窗口；在热量回收过程中，直接利用灰水与气相接触回收闪蒸气相热量，有利于提高换热效果，且不仅可以回收闪蒸气相中水蒸气，还可以减少系统水耗，避免了采用换热器间接换热方式的易结垢缺陷，延长了装置的操作时间；本发明直接换热的灰水余热回收工艺除适用于气化装置外，还可用于其它类似易结垢、温位废水处理工艺流程中，适用范围广。附图说明图1为本发明实施例的工艺流程图；图2为本发明实施例中低压闪蒸塔/高压闪蒸塔的结构图。具体实施方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。如图1所示，本实施例的直接换热的黑水两级余热回收设备包括：低压闪蒸塔2，下段为第一气液分离区2a、上段为第一换热区2b，低压闪蒸塔2具有供二级黑水输入且与第一气液分离区2a相连通的第一输入口21，低压闪蒸塔2的底部开有供换热后得到的三级黑水输出的第一输出口22；低压闪蒸塔2的上部具有与第一换热区2b相连通的供外界一级灰水输入的第二输入口23，低压闪蒸塔2的侧部开有供换热后得到的二级灰水输出的第二输出口24；低压闪蒸塔2的顶部开有供气相输出的第一气相输出口25；高压闪蒸塔1，下段为第二气液分离区1a、上段为第二换热区1b，高压闪蒸塔1具有供来自界区的一级黑水输入且与第二气液分离区1a相连通的第三输入口11，高压闪蒸塔1的底部开有供换热后得到的二级黑水输出的第三输出口12，该第三输出口12与第一输入口21相连接；高压闪蒸塔1的上部具有与第二换热区1b相连通的供二级灰水输入的第四输入口13，高压闪蒸塔1的侧部开有供换热后得到的三级灰水输出的第四输出口14；高压闪蒸塔1的顶部开有供气相输出的第二气相输出口15；酸气分离器4，设于高压闪蒸塔1的下游，用于接收高压闪蒸塔1顶部输出的气相并对其进行气液分离，顶部具有气相输出口、底部具有液相输出口；真空闪蒸塔3，设于低压闪蒸塔2、高压闪蒸塔1、酸气分离器4的下游，用于接收低压闪蒸塔2输出的三级黑水及酸气分离器4输出的液相，顶部具有气相输出口、底部具有液相输出口；低压闪蒸分离器5，设于低压闪蒸塔2的下游，用于接收低压闪蒸塔2输出的气相，顶部具有酸性气体输出口、底部具有灰水冷凝输出口；以及真空闪蒸分离器6，设于真空闪蒸塔3的下游，用于接收真空闪蒸塔3输出的气相，顶部具有气体输出口、底部具有灰水冷凝输出口。具体的，上述低压闪蒸塔2与高压闪蒸塔1均包括有塔体100，如图2所示，该塔体100的中央部位设置有向下拱起从而将塔体100分隔为相对独立的上段与下段的弧形隔板101，该隔板101上开有供下段的气相输入上段中的开口102。塔体100上段的直径小于或等于下段的直径，采用弧形的隔板101结构，有利于提高对塔体100自身的稳固性，且便于装配。塔体100下段的上部设置有水平布置的挡板103，该挡板103的中央部位向上延伸形成能供下段的气体输入上段中的导气管104，该导气管104的上段位于隔板12上方、下段位于隔板102下方，且导气管104的上方设置有能将其上端口覆盖的呈伞状的盖帽105，该盖帽105通过竖向的支撑条支撑在导气管104的上端，气体通过盖帽105下壁面与导气管104之间的间隙上排，以避免水进入导气管104中；上述挡板103成形为向上拱起的弧形板，可使上升的气体在撞击弧形板后沿径向向外扩散并自边缘处向下回旋，有利于提高气液分离效果。塔体100上段中设置有位于导气管104上方且自上而下间隔布置的多块塔板106，第二输入口23/第四输入口13位于塔板106的上方。塔板106可采用筛板。塔板106上方的塔体100侧壁上还开有供来自界区的低压锅炉给水输入的进液口107，且该进液口107位于第二输入口23/第四输入口13的上方。采用该结构，可对气相进一步进行净化，提高净化效果。塔体100下段在靠近下端处的直径自上而下逐渐缩小成形锥形部109，以提高气液分离效果。高压闪蒸塔1的塔体100顶部设置有位于进液口107上方的除沫器108。以避免排出的气相中夹带有太多蒸汽。在本实施例中，高压闪蒸塔1与酸气分离器4的连接管线上设置有酸性气体冷凝器7，低压闪蒸塔2与低压闪蒸分离器5的连接管线上设置有低压闪蒸冷凝器8，真空闪蒸塔3与真空闪蒸分离器6的连接管线上设置有真空闪蒸冷凝器9。低压闪蒸塔2的第二输出口22与高压闪蒸塔1的第四输入口13连接管线上设置有用于为二级灰水输送提供动力的低压灰水泵10，高压闪蒸塔1的第四输出口14的外排管线上设置有为三级灰水提供动力的高压灰水泵11。以煤制30.6万nm3/h有效气(co+h2)作为计算基准，本实施例应用有上述直接换热的黑水两级余热回收设备的余热回收工艺包括以下步骤：来自水煤浆气化装置旋风分离器、气化炉和水洗塔的黑水先进入高压闪蒸塔1下塔进行闪蒸，闪蒸压力控制为1.2～1.5mpag，低压闪蒸塔2闪蒸压力控制为0.2～0.5mpag。利用两塔之间压力差，高压闪蒸塔1闪蒸液相自流至低压闪蒸塔2中进行二次闪蒸。低压闪蒸塔2的闪蒸气相和外界送来的1.0～1.2mpag，温度为70～80℃的灰水进行直接接触换热。加热后的130～140℃的灰水利用低压灰水泵10加压至1.4～1.5mpag送至高压闪蒸塔1上塔，与其闪蒸气相进行二次直接接触换热。最终换热后的灰水温度为190～195℃，利用高压灰水泵11加压送至水洗塔。高压闪蒸塔1和低压闪蒸塔2未被吸收的酸性气利用脱盐水换热后，经过气液分离后气相送至界区，液相返回系统进行回收利用。低压闪蒸塔2的液相利用压力差送至真空闪蒸塔3，压力控制为-0.05～-0.06mpag，气相经过循环水冷却器冷却至40℃和气液分离后送至真空泵，液相返回灰水槽。真空闪蒸塔3的液相返回澄清槽。表1黑水余热回收工艺常规黑水余热回收工艺本实施例两级黑水余热回收工艺黑水进料消耗kg/h304940304940预热灰水量kg/h51285222834外排灰水量kg/h243739221142酸性气冷凝液量kg/h349238305从上表可以看出：若黑水进料消耗量和脱盐水预热负荷相同的计算基准下，本实施例采用的直接接触换热可以预热的灰水量较常规工艺较多，而且可以回收闪蒸气相中水蒸气44761kg/h，可以节省部分水耗。对于外排灰水量可以减少约22597kg/h，降低了下游灰水处理的设备规格尺寸和投资。同时对于酸性气冷凝液量也可以减少约26618kg/h，也降低了灰水槽的规格尺寸和投资。当前第1页1 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技术特征：
1.一种直接换热的黑水两级余热回收设备，其特征在于：包括
低压闪蒸塔，下段为第一气液分离区、上段为第一换热区，所述低压闪蒸塔具有供二级黑水输入且与第一气液分离区相连通的第一输入口，所述低压闪蒸塔的底部开有供换热后得到的三级黑水输出的第一输出口；所述低压闪蒸塔的上部具有与第一换热区相连通的供外界一级灰水输入的第二输入口，所述低压闪蒸塔的侧部开有供换热后得到的二级灰水输出的第二输出口；所述低压闪蒸塔的顶部开有供气相输出的第一气相输出口；
高压闪蒸塔，下段为第二气液分离区、上段为第二换热区，所述高压闪蒸塔具有供来自界区的一级黑水输入且与第二气液分离区相连通的第三输入口，所述高压闪蒸塔的底部开有供换热后得到的二级黑水输出的第三输出口，该第三输出口与所述第一输入口相连接；所述高压闪蒸塔的上部具有与第二换热区相连通的供二级灰水输入的第四输入口，所述高压闪蒸塔的侧部开有供换热后得到的三级灰水输出的第四输出口；所述高压闪蒸塔的顶部开有供气相输出的第二气相输出口；
酸气分离器，设于所述高压闪蒸塔的下游，用于接收所述高压闪蒸塔顶部输出的气相并对其进行气液分离，顶部具有气相输出口、底部具有液相输出口；
真空闪蒸塔，设于所述低压闪蒸塔、高压闪蒸塔、酸气分离器的下游，用于接收所述低压闪蒸塔输出的三级黑水及酸气分离器输出的液相，顶部具有气相输出口、底部具有液相输出口；
低压闪蒸分离器，设于低压闪蒸塔的下游，用于接收低压闪蒸塔输出的气相，顶部具有酸性气体输出口、底部具有灰水冷凝输出口；以及
真空闪蒸分离器，设于真空闪蒸塔的下游，用于接收真空闪蒸塔输出的气相，顶部具有气体输出口、底部具有灰水冷凝输出口。
2.根据权利要求1所述的直接换热的黑水两级余热回收设备，其特征在于：所述低压闪蒸塔与高压闪蒸塔均包括有塔体，该塔体的中央部位设置有向下拱起从而将塔体分隔为相对独立的上段与下段的弧形隔板，该隔板上开有供下段的气相输入上段中的开口。
3.根据权利要求2所述的直接换热的黑水两级余热回收设备，其特征在于：所述下段的上部设置有水平布置的挡板，该挡板的中央部位向上延伸形成能供下段的气体输入上段中的导气管，该导气管的上段位于隔板上方、下段位于隔板下方，且所述导气管的上方设置有能将其上端口覆盖的呈伞状的盖帽。
4.根据权利要求3所述的直接换热的黑水两级余热回收设备，其特征在于：所述上段中设置有位于导气管上方且自上而下间隔布置的多块塔板，所述第二输入口/第四输入口位于塔板的上方。
5.根据权利要求4所述的直接换热的黑水两级余热回收设备，其特征在于：所述塔板上方的塔体侧壁上还开有供来自界区的低压锅炉给水输入的进液口，且该进液口位于第二输入口/第四输入口的上方。
6.根据权利要求5所述的直接换热的黑水两级余热回收设备，其特征在于：所述高压闪蒸塔的塔体顶部设置有位于进液口上方的除沫器。
7.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的直接换热的黑水两级余热回收设备，其特征在于：所述高压闪蒸塔与酸气分离器的连接管线上设置有酸性气体冷凝器，所述低压闪蒸塔与低压闪蒸分离器的连接管线上设置有低压闪蒸冷凝器，所述真空闪蒸塔与真空闪蒸分离器的连接管线上设置有真空闪蒸冷凝器。
8.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的直接换热的黑水两级余热回收设备，其特征在于：所述低压闪蒸塔的第二输出口与高压闪蒸塔的第四输入口连接管线上设置有用于为二级灰水输送提供动力的低压灰水泵，所述高压闪蒸塔的第四输出口的外排管线上设置有为三级灰水提供动力的高压灰水泵。
9.一种应用有权利要求1～8中任一权利要求所述直接换热的黑水两级余热回收设备的余热回收工艺，其特征在于包括以下步骤：
来自上游煤气化装置的旋风分离器、气化炉和水洗塔的黑水先进入高压闪蒸塔下塔初步闪蒸，闪蒸所得气相与二级灰水直接接触回收热量，然后利用低压锅炉水对闪蒸气进行再次净化处理；
再利用酸气冷凝器回收酸性气低温热后，经过酸气分离器进行气液分离，气相送至界区，液相送至真空闪蒸塔中；
高压闪蒸塔下塔的液相自流至低压闪蒸塔下塔中，闪蒸气相经过与一级灰水直接接触回收热量，然后利用低压锅炉水对闪蒸气进行再次净化处理；
灰水分别经低压闪蒸塔和高压闪蒸塔的气相分级换热后温度可达190～195℃直接送入水洗塔进行调节粗合成气的水气比，可以使水气比提高0.1；
再利用低压闪蒸冷凝器回收酸性气低温热后，经过低压闪蒸分离器气液分离，气相送至界区，液相送至灰水槽进行处理；
利用灰水分别对低压闪蒸塔和高压闪蒸塔的上塔闪蒸气相梯级回收热量，同时利用低压灰水泵和高压灰水泵加压后送至水洗塔；酸气分离器和低压闪蒸塔的液相经过真空闪蒸塔闪蒸后，气相经过酸气分离器冷却和真空闪蒸分离器气液分离后送至真空泵，液相送至灰水槽。
技术总结
本发明涉及一种直接换热的黑水两级余热回收设备及工艺，本发明的设备及工艺利用灰水梯级回收低压闪蒸塔和高压闪蒸塔的热量后送至水洗塔，可以最大程度回收黑水闪蒸气相热量，且回收热量后的高温灰水进入水洗塔，可以灵活的调节粗合成气的水气比，增加下游变换装置的操作窗口；在热量回收过程中，直接利用灰水与气相接触回收闪蒸气相热量，有利于提高换热效果，且不仅可以回收闪蒸气相中水蒸气，还可以减少系统水耗，避免了采用换热器间接换热方式的易结垢缺陷，延长了装置的操作时间；本发明直接换热的黑水余热回收工艺除适用于气化装置外，还可用于其它类似易结垢、温位废水处理工艺流程中，适用范围广。
技术开发人、权利持有人：冯亮杰;韩振飞;庞睿;孙志刚;魏东;刘俊;曹孟常;王令光;杨德兴;李晓黎;王鲁杰;严东
