水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法.pdf

本发明提供了一种水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法。该方法包括：当煤气化炉的温度变化率的绝对值、与煤气化炉连接的氧气管道的温度变化率的绝对值以及从洗涤塔流出的合成气的温度变化率的绝对值均高于第一预设值时；和/或当煤气化炉的压力变化率的绝对值、氧气管道的压力变化率的绝对值以及从洗涤塔流出的合成气的压力变化率的绝对值均高于第二预设值时；和/或当压缩机发生异常情况时；和/或在氧气管道中，当中心氧气管路内的氧气流速发生异常情况时，均使水煤浆气化工艺系统停车。根据本发明，能够准确地对水煤浆气化工艺系统进行紧急停车控制，保证水煤浆气化工艺系统的运行稳定性和安全性，避免事故的发生。

1.  一种水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，其特征在于，包括：
当煤气化炉(11)的温度变化率的绝对值、与所述煤气化炉(11)连接的氧气管道的温度变化率的绝对值以及从洗涤塔(31)流出的合成气的温度变化率的绝对值均高于第一预设值时，使水煤浆气化工艺系统停车；和/或
当煤气化炉(11)的压力变化率的绝对值、所述氧气管道的压力变化率的绝对值以及从所述洗涤塔(31)流出的合成气的压力变化率的绝对值均高于第二预设值时，使所述水煤浆气化工艺系统停车；和/或
当压缩机(52)发生异常情况时，使所述水煤浆气化工艺系统停车；和/或
在所述氧气管道中，当中心氧气管路内的氧气流速发生异常情况时，使所述水煤浆气化工艺系统停车。

2.  根据权利要求1所述的水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，其特征在于，当煤气化炉(11)的温度高于第三预设值或所述氧气管道的温度高于第四预设值或从所述洗涤塔(31)流出的合成气的温度高于第五预设值时，使水煤浆气化工艺系统停车。

3.  根据权利要求1所述的水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，其特征在于，所述第一预设值在0.4℃/ms至0.6℃/ms的范围之内。

4.  根据权利要求1所述的水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，其特征在于，当煤气化炉(11)的压力高于第六预设值、所述氧气管道的压力高于第七预设值以及从所述洗涤塔(31)流出的合成气的压力高于第八预设值时，使所述水煤浆气化工艺系统停车。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，其特征在于，所述压缩机(52)的异常情况包括：
所述压缩机(52)的出口压力大于第九预设值；和/或
所述压缩机(52)的出口和所述煤气化炉(11)之间的压差的绝对值高于第十预设值或低于第十一预设值；和/或
所述压缩机(52)的压力变化率的绝对值大于第十二预设值。

6.  根据权利要求1所述的水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，其特征在于，所述中心氧气管道内的氧气流速发生异常情况包括：所述氧气管道内的氧气流速超过第十三预设值。

7.  根据权利要求1所述的水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，其特征在于，所述第二预设值在9kpa/ms至11kpa/ms的范围内。

8.  根据权利要求5所述的水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，其特征在于，所述第十二预设值在1.8kpa/ms至2.2kpa/ms的范围内。

水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法
技术领域
本发明涉及水煤浆气化工艺技术领域，更具体地，涉及一种水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法。
背景技术
在正常生产中，水煤浆气化工艺系统大部分时间处于高温高压的运行状态，且其内部工作介质也是及其易燃易爆有毒性的物质，可以说，安全生产和安全运行对于水煤浆气化工艺系统非常重要，气化炉安全系统就是为保证气化炉系统运行安全而设立的安全联锁系统，尤其是紧急停车联锁，更是安全的重要保障。
另外，在实际化工生产中，仪表传感元件会出现异常损坏的情况，这时仪表传送的数据常会失真，甚至导致错误的联锁停车,造成不必要的损失。在传统的方法中常常将仪表传感元件检测出的变量值简单的进行3选2的运算然后判断是否联锁停车，当仪表传感元件会出现异常失真时，容易造成不必要的联锁停车，造成不必要的经济损失。
可见，现有的煤气化技术中的紧急停车联锁还不够完善，不能够保证水煤浆气化工艺系统的安全运动。
发明内容
本发明旨在提供一种水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，以解决现有技术中的水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法不能够保证满足水煤浆气化工艺系统安全运行的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，该水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法包括：当煤气化炉的温度变化率的绝对值、与煤气化炉连接的氧气管道的温度变化率的绝对值以及从洗涤塔流出的合成气的温度变化率的绝对值均高于第一预设值时，使水煤浆气化工艺系统停车；和/或当煤气化炉的压力变化率的绝对值、氧气管道的压力变化率的绝对值以及从洗涤塔流出的合成气的压力变化率的绝对值均高于第二预设值时，使水煤浆气化工艺系统停车；和/或当压缩机发生异常情况时，使水煤浆气化工艺系统停车；和/或在氧气管道中，当中心氧气管路内的氧气流速发生异常情况时，使水煤浆气化工艺系统停车。
进一步地，当煤气化炉的温度高于第三预设值或氧气管道的温度高于第四预设值或从洗涤塔流出的合成气的温度高于第五预设值时，使水煤浆气化工艺系统停车。
进一步地，第一预设值在0.4℃/ms至0.6℃/ms的范围之内。
进一步地，当煤气化炉的压力高于第六预设值、氧气管道的压力高于第七预设值以及从洗涤塔流出的合成气的压力高于第八预设值时，使水煤浆气化工艺系统停车。
进一步地，压缩机的异常情况包括：压缩机的出口压力大于第九预设值；和/或压缩机的出口和煤气化炉之间的压差的绝对值高于第十预设值或低于第十一预设值；和/或压缩机的压力变化率的绝对值大于第十二预设值。
进一步地，中心氧气管道内的氧气流速发生异常情况包括：氧气管道内的氧气流速超过第十三预设值。
进一步地，第二预设值在9kpa/ms至11kpa/ms的范围内。
进一步地，第十二预设值在1.8kpa/ms至2.2kpa/ms的范围内。
应用发明的技术方案，水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法结合水煤浆气化工艺系统中的容易出现事故或必须杜绝出现事故的部位，即煤气化炉、氧气管道、压缩机以及从洗涤塔，结合温度变化率、压力变化率以及出现异常情况的条件来实现水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车的条件，能够准确地对水煤浆气化工艺系统进行紧急停车控制，保证水煤浆气化工艺系统的运行稳定性和安全性，避免事故的发生，能够对整个系统进行精确的控制，保证操作人员的人身安全。实际工作时，只要水煤浆气化工艺系统满足上述任何一个条件，水煤浆气化工艺系统的控制中心就控制系统执行停车操作。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示意性示出了本发明中的水煤浆气化工艺系统的主视图；
图2示意性示出了本发明中的煤气化炉的主视图；
图3示意性示出了本发明的换热器去掉部分外壳后的俯视图；
图4示意性示出了本发明的换热器的刮刀组件安装在主轴上时的左视图；
图5示意性示出了本发明的换热器的换热单元的主视图；
图6示意性示出了本发明中的冷却装置的主视图；
图7示意性示出了本发明的第一或第二旋风除尘器的主视图；
图8示意性示出了图7的A-A视图；
图9示意性示出了本发明中的导向件的立体结构图；
图10示意性示出了本发明的洗涤塔的主视图；以及
图11示意性示出了本发明的煤气化炉进料系统的连接关系图。
附图标记说明：10、气化单元；11、煤气化炉；111、燃烧室；112、激冷室；113、进料口；114、排气口；115、通孔；116、上升管；117、低温合成气入口；118、沉降器；119、第一出气口；120、排渣口；20、热量回收单元；21、换热器；211、第一壳体；2111、换热腔；2112、出气口；2113、进气口；212、换热单元；2121、换热面；2122、换热板；2123、换热管；2124、安装孔；213、刮刀组件；2131、刮刀；214、驱动部；2141、驱动电机；2142、主轴；215、密封件；22、冷却装置；221、冷却器；2211、第二壳体；2212、冷却腔；2213、合成气入口；2214、合成气出口；222、第一旋风除尘器；223、刮渣冷却组件；224、第一汽包；225、第二汽包；2221、外壳；2222、第一卸尘口；2223、中心管；2224、第二卸尘口；2225、导向件；22251、导向通道；2226、锥体；2227、除尘腔；22271、上半腔；22272、下半腔；2228、通孔；2229、卸尘缝隙；224、第一汽包；225、第二汽包；30、洗涤单元；31、洗涤塔；310、第三壳体；311、洗涤腔；320、下降管；321、第一直管段；322、第二直管段；330、螺旋导流叶片；340、螺旋导流通道；350、排渣管；360、文丘里洗涤器；370、固阀式塔板；380、洗涤塔合成气出口；390、除沫器；32、水煤气输送器；33、水煤气过滤器；34、水煤气分离器；40、黑水处理单元；41、沉降槽；42、研磨水池；43、高压闪蒸罐；44、低压闪蒸罐；45、真空闪蒸罐；46、煤渣干燥器；47、研磨水池泵；48、灰水槽；49、沉降槽底流泵；410、带式过滤机；50、部分合成气回流单元；51、第八管道；52、压缩机；60、第二旋风除尘器；70、陶瓷过滤器；101、第一管道；102、第二管道；103、第三管道；104、第四管道；105、第五管道；106、第六管道；107、第七管道；108、第九管道；109、第十管道；110、第十一管道；100、第十二管道；200、控制阀；10a、水煤浆管道；11a、第一控制阀；20a、第一氮气管道；21a、第二控制阀；22a、第三止逆阀；30a、氧气管道；301a、第一支流管道；302a、第二支流管道；31a、第三控制阀；32a、第四控制阀；33a、第五控制阀；34a、第六控制阀；35a、第四压力传感器；36a、第一调节阀；37a、第一止逆阀；38a、第二调节阀；39a、第二止逆阀；40a、第二氮气管道；401a、第一氮气支流管道；402a、第二氮气支流管道；403a、第三氮气支流管道；404a、第四氮气支流管道；41a、第四止逆阀；42a、第七控制阀；43a、第五止逆阀；44a、第八控制阀；45a、第六止逆阀；46a、第九控制阀；47a、第十控制阀；48a、第七止逆阀；50a、第三氮气管道；51a、第十一控制阀；61a、第一压力传感器；62a、第二压力传感器；63a、第三压力传感器；70a、烧嘴；81a、第一运算器；82a、第二运算器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1至图11所示，本发明中的水煤浆气化工艺系统包括：进料单元、气化单元10和热量回收单元20。气化单元10包括煤气化炉11；热量回收单元20包括换热器21和冷却装置22，其中，换热器21的进气口2113与煤气化炉11的第一出气口119连接，冷却装置22的进气口与换热器21的出气口2112连接，且换热器21与冷却装置22均具有换热管，换热器21的换热管与冷却装置22的换热管内均通有冷却介质，该冷却介质对流经换热器21和冷却装置22的合成气携带的热量进行回收。使用本发明的水煤浆气化工艺系统时，当将水煤浆通入煤气化炉11中后，水煤浆经燃烧处理并生成以CO和H₂为主的合成气，此时合成气的温度 极高，在1350摄氏度左右。合成气从煤气化炉11流至换热器21和冷却装置22时，换热器21的换热管与冷却装置22的换热管内的冷却介质与合成气之间进行热交换，从而对合成气中的热量进行回收。
该水煤浆气化工艺系统主要包括：
一、进料单元
参见图1所示，图中的箭头方向表示管道中的流体的流动方向。应用本发明的停车方法的煤气化炉进料单元具体包括：
水煤浆管道10a，该水煤浆管道10a与煤气化炉的烧嘴70a连接，水煤浆管道10a上设置有第一控制阀11a，该第一控制阀11a控制水煤浆管道的通断；第一氮气管道20a，该第一氮气管道20a上设置有第二控制阀21a和第三止逆阀22a，其中，第一氮气管道20a与水煤浆管道10a连接，连接位置位于水煤浆管道10a的与第一控制阀11a的出口端连接的管道段上，第三止逆阀22a设置在第一氮气管道20a与水煤浆管道10a的连接位置和第二控制阀21a之间的管道段上。当将第一控制阀11a关闭时，打开第二控制阀21a，向第一氮气管道20a中通入高压氮气，就可以将水煤浆管道10a中的水煤浆管道吹扫至煤气化炉内，而第三止逆阀22a的设置则能够避免水煤浆管道10a中的流体回流至第一氮气管道20a内。
煤气化炉进料系统还包括氧气管道30a，该氧气管道30a包括第一支流管道301a和第二支流管道302a，且第一支流管道301a与第二支流管道302a均与烧嘴70a连接。从氧气管道30a的进料口到氧气管道30a的分流节点的管道上，依次设置有第三控制阀31a、第四控制阀32a、第五控制阀33a。在氧气管道30a的第一支流管道301a上，沿氧气的流动方向一次设置有第六控制阀34a、第一调节阀36a以及第一止逆阀37a，且在第六控制阀34a的入口端还设置有检测第一支流管道301a的入口处的压力大小的第四压力传感器35a，第六控制阀34a的开度根据第四压力传感器35a检测到的压力来控制。在第一支流管道301a上还设置有用于检测第一止逆阀37a到烧嘴70a之间的管路的压力大小的第二压力传感器62a，同时，烧嘴70a上设置有检测煤气化炉内的压力大小的第一压力传感器61a，第一压力传感器61a和第二压力传感器62a均与控制系统的第一运算器81a连接，第一运算器81a对第一压力传感器61a和第二压力传感器62a检测到的结果进行计算以控制第一调节阀36a的开度。第二支流管道302a上沿氧气的流动方向依次设置有第二调节阀38a和第二止逆阀39a，第二止逆阀39a至烧嘴70a之间的管道上设置有第三压力传感器63a，控制系统的第二运算器82a对第一压力传感器61a和第三压力传感器63a检测到的结果进行计算以控制第二调节阀38a的开度。
煤气化炉进料系统还包括第二氮气管道40a，第二氮气管道40a包括第一氮气支流管道401a、第二氮气支流管道402a、第三氮气支流管道403a以及第四氮气支流管道404a，且该四个支流管道均与氧气管道30a连接，将氧气管道30a中的氧气吹扫至煤气化炉内。其中，第一氮气支流管道401a与氧气管道30a的连接位置位于第三控制阀31a和第四控制阀32a之间的管道上，且第一氮气支流管道401a上沿氮气的流动方向依次设置有第七控制阀42a和第四止逆阀41a；第二氮气支流管道402a与氧气管道的连接位置位于第四控制阀32a和第五控制阀33a之间的管道上，且第二氮气支流管道402a上沿氮气的流动方向依次设置有第八控制阀44a和第五止逆阀43a；第三氮气支流管道403a与第二支流管道302a连接，且他们之间的连接位 置位于与第二调节阀38a的进口端相连接的管道上，且第三氮气支流管道403a上沿氮气的流动方向依次设置有第九控制阀46a和第六止逆阀45a；第四氮气支流管道404a与第一支流管道301a连接，且他们的连通位置位于第六控制阀34a与第一调节阀36a之间的管道上，且第四氮气支流管道404a上沿氮气的流动方向依次设置有第十控制阀47a和第七止逆阀48a。
参见图2所示，根据本发明的实施例，煤气化炉进料系统停车控制方法利用在上述的煤气化炉进料系统的基础上实现，具体包括：步骤S1：停止向煤气化炉的烧嘴通入氧气和水煤浆；步骤S2：利用氮气将氧气管道中的氧气通过烧嘴吹扫至煤气化炉内；步骤S3：保持对氧气管道的吹扫状态，并利用氮气将水煤浆管道中的水煤浆通过烧嘴吹扫至煤气化炉内，对水煤浆管道吹扫第一预定时间后，停止对水煤浆管道的吹扫；步骤S4：保持对氧气管道的吹扫状态，并使氧气管道内的压强大于煤气化炉内的压强，对氧气管道吹扫第二预定时间后，停止对氧气管道的吹扫；步骤S5：对煤气化炉进行泄压。根据本发明的实施例，整个停车过程中，由于氧气管道30a内的压强大于气化炉内的压强，可有效避免气化炉内的合成气携带煤粉颗粒反串入氧气管道30a中形成闪爆的现象，同时避免过多煤灰进入烧嘴在烧嘴内部粘附，使烧嘴能更长时间的保持其优良性能。需要说明的是，本实施例中所说的氮气，其压力大于氧气管道30a中的氧气的压力。在本实施例中，水煤浆管道10a里的吹扫氮气和氧气管道30a中的吹扫氮气为同一氮气源，压力一样高，均为高压氮气，一般我们将压力高于8.0MPa的氮气称为高压氮气。
结合图11所示的煤气化炉进料系统来具体说明各个步骤的操作流程。停车前，第一控制阀11a、第三控制阀31a、第四控制阀32a、第五控制阀33a、第六控制阀34a、第一调节阀36a以及第二调节阀38a均处于打开状态，其余控制阀均处于关闭状态。
在步骤S1中，关闭第一控制阀11a、第三控制阀31a，停止对煤气化炉的烧嘴70a通入水煤浆和氧气，进而停止向煤气化炉中通入水煤浆和氧气。
接着进行步骤S2，打开第七控制阀42a、第八控制阀44a、第九控制阀46a以及第十控制阀47a，并向第二氮气管道40a中通入高压氮气，将氧气管道30a中的氧气吹扫至煤气化炉内。
接着进行步骤S3，打开第二控制阀21a，向第一氮气管道20a中通入高压氮气，利用高压氮气对水煤浆管道10a进行吹扫，将水煤浆管道10a中的水煤浆吹扫至煤气化炉中，保持吹扫12S之后，关闭第二控制阀21a，此时，水煤浆管道10a中的水煤浆完全被吹扫至煤气化炉内，在本发明的其他实施例中，对水煤浆管道10a的吹扫时间还可以根据实际的使用状况进行调整，但氧气管道30a的吹扫时间必须长于水煤浆管道10a的吹扫时间。
接着进行步骤S4，由于在整个煤气化炉进料系统中，安全隐患最高的部位位于第三控制阀31a至烧嘴70a这一段氧气管道内，因此只要保证合成气不会携带着煤灰从煤气化炉反串至第一支流管道301a和第二支流管道302a内即可保证整个系统的安全性。因此，在步骤S4中，首先使第一支流管道301a内的压强大于煤气化炉内的压强，保证煤气化炉内的煤粉不会反串至第一支流管道301a中。
优选地，本实施例中，第一支流管道301a上设置有第一止逆阀37a和第一调节阀36a，第一调节阀36a，第一止逆阀37a和第一调节阀36a沿远离烧嘴70a的方向依次设置；第一支 流管道301a上还设置有第二压力传感器62a，该第二压力传感器62a用于检测第一止逆阀37a到烧嘴70a之间的管道段内的压力；气化炉上设置有检测气化炉内的压力的第一压力传感器61a；在步骤S4中，控制系统根据第一压力传感器61a和第二压力传感器62a检测的压力值的大小关系和设定的压强差自动调节第一调节阀36a的开度，以使第一止逆阀37a到烧嘴70a之间的管道段内的压强大于气化炉内的压强，避免煤气化炉内的煤粉反串至第一支流管道301a中。
优选地，控制系统包括第一运算器81a，该第一运算器81a对第一压力传感器61a和第二压力传感器62a检测的压力值进行运算，比较出第一止逆阀37a到烧嘴70a之间的管道段内压强和气化炉内的压强差，进而控制第一调节阀36a的开度以保证第一止逆阀37a到烧嘴70a之间的管道段内压强大于气化炉内压强，避免煤粉的反串，提高系统的安全性。更优选地，在步骤S4中，第一止逆阀37a到烧嘴70a之间的管道段内的压强与气化炉内的压强差在0.01MPa至0.03MPa的范围内，即第一止逆阀37a到烧嘴70a之间的管道段内的压强比煤气化炉内的压强高0.01MPa至0.03MPa。一方面避免煤气化炉内的煤粉反串回到氧气管道中，另一方面还能够避免压强差过大而产生安全隐患，在本发明的其他实施例中，压强差的值还可以根据实际的使用状况进行适当变化。
根据本发明的煤气化炉进料系统可以知道，氧气管道30a包括第二支流管道302a，第二支流管道302a与烧嘴70a连接，在步骤S4中，使第二支流管道302a内的压强大于煤气化炉内的压强，进一步提高整个系统的安全性。
优选地，在本实施例中，第二支流管道302a上设置有第二止逆阀39a和第二调节阀38a，第二止逆阀39a和第二调节阀38a沿远离烧嘴70a的方向依次设置；第二支流管道302a上还设置有第三压力传感器63a，第三压力传感器63a用于检测第二调节阀38a到烧嘴70a之间的管道段内的压力；在步骤S4中，控制系统根据第一压力传感器61a和第三压力传感器63a检测的压力值的大小关系和设定的压强差自动调节第二调节阀38a的开度，以使第二止逆阀39a到烧嘴70a之间的管道段内的压强大于煤气化炉内的压强，避免煤气化炉内的煤粉反串至第一支流管道301a中，进一步提高整个系统的安全性。
优选地，控制系统包括第二运算器82a，第二运算器82a对第一压力传感器61a和第三压力传感器63a检测的压力值进行运算，比较出第二止逆阀39a到烧嘴70a之间的管道段内压强和煤气化炉内的压强差，进而控制第二调节阀38a的开度以保证第二止逆阀39a到烧嘴70a之间的管道段内压强大于煤气化炉内压强，避免煤粉的反串，提高系统的安全性。更优选地，在步骤S4中，第二止逆阀39a到烧嘴70a之间的管道段内压强与气煤化炉内的压强差在0.01MPa至0.03MPa的范围内，即第二止逆阀39a到烧嘴70a之间的管道段内的压强比煤气化炉内的压强高0.01MPa至0.03MPa。一方面避免煤气化炉内的煤粉反串回到氧气管道中，另一方面还能够避免压强差过大而产生安全隐患，在本发明的其他实施例中，压强差的值还可以根据实际的使用状况进行适当变化。
当保持步骤S4的操作15S之后，关闭第四控制阀32a、第七控制阀42a、第八控制阀44a，停止对氧气管道30a的吹扫过程。
接着进行步骤S5，对烧嘴70a进行泄压操作泄压过程中，泄压速率小于0.1MPa/min，避 免泄压过快而损害煤气化炉内的内件结构。一般当气化炉压力低于0.4MPa时，可视为泄压结束。泄压结束后，第九控制阀46a以及第十控制阀47a关闭，停止向氧气管道30a通入高压氮气。第一运算器81a和第二运算器82a继续投用，第一调节阀36a和第二调节阀38a继续分别通过第一运算器81a和第二运算器82a的运算结果，由控制系统控制开度以调节第一、二止逆阀到烧嘴70a之间的管道段内压强与气煤化炉内的压强差在0.01MPa至0.03MPa的范围内。
在步骤S5之后还包括步骤S6：泄压结束后，保持第一止逆阀37a到烧嘴70a之间的管道段内的压强大于煤气化炉内的压强，且保持第二止逆阀39a到烧嘴70a之间的管道段内的压强大于煤气化炉内的压强，直至将氧气管道30a和水煤浆管道10a从烧嘴70a上拆除。即保持第一、二止逆阀与烧嘴70a之间氧气管道内的压强相对于煤气化炉内的压强为微正压，防止气化炉内气体携带灰尘反串或将煤气化炉内充满氮气，为下次使用煤气化炉做好充分准备，避免下次开车是出现闪爆现象。具体操作为：当第九控制阀46a以及第十控制阀47a关闭后，立即打开第三氮气管道50a上的第十一控制阀51a，即将高压氮气切换为低压氮气，继续持续向氧气管道通入低压氮气，保持其充满氮气状态，持续保持氧气管道30a内的压强大于煤气化炉内的压强，直至将氧气管道30a和水煤浆管道10a从烧嘴70a上拆除。水煤浆管道10a和氧气管道30a从烧嘴70a上拆出后，将氧气管道和烧嘴连接的法兰口封好后，即可关闭第十一控制阀51a停止通入氮气。本实施例中所说的低压氮气是压强小于0.8MPa的氮气，保证第一、二止逆阀与烧嘴70a之间氧气管道内的压强略大于煤气化炉内的压强，防止气化炉内合成气携带的煤粉反串。
二、气化单元10，主要包括煤气化炉11。利用煤气化炉11对水煤浆进行气化处理。
(1)煤气化炉11
参见图1和图2所示，煤气化炉11包括炉体，该炉体包括燃烧室111、激冷室112、进料口113以及排气口114，其中，激冷室112设置在燃烧室111的下方，且燃烧室111的底部开设有与激冷室112连通的通孔115；进料口113设置在炉体上，并与燃烧室111连通；排气口114设置在燃烧室111的顶部，并与燃烧室111连通。整个煤气化炉11的激冷室112中没有设置下降管等内件结构，燃烧室111和激冷室112之间是直接连通的，当煤气化炉11工作时，水煤浆和氧气从进料口113进入燃烧室111，经燃烧处理之后残余的熔融态灰渣直接通过通孔115落入到激冷室112底部的水冷却固化，由于激冷室112的底部为具有一定液位的水浴，因水浴将激冷室112内腔与其底部的排渣口隔开，所以激冷室112内腔形成一个密闭的腔室，此时在燃烧室111内燃烧产生的由CO₂、CO和H₂形成的粗合成气则从设置在燃烧室111上端的排气口114排出到燃烧室111外部，进而实现了将合成气与灰渣初步分离开的功能，可见，采用本发明的煤气化炉11可以实现以往煤气化炉11产气功能，而并不需要设置下降管以及激冷环等内件，从而避免了激冷室112内件损坏导致停车事故频繁发生的现象，提高了煤气化炉11使用周期和稳定性。
进料口113与燃烧室111的连通位置位于燃烧室111上，且在进料口113接近燃烧室111的位置处设置喷嘴，在本实施例中，喷嘴其实是和进料口一体化连接在一起，进入燃烧室111的水煤浆被喷入的高速高压的氧气吹散而雾化。优选地，本实施例中的进料口113为偶数个，例如4、6、8个等，且该偶数个进料口113沿燃烧室111的周向两两对称设置，此时，相对称 的两个喷嘴喷出的水煤浆相互撞击破碎，达到更好的雾化效果和更佳的气化效率，进而提高了水煤浆在燃烧室111内的气化效率。
煤气化炉11还包括设置在炉体的顶部的上升管116，该上升管116与排气口114对接且沿远离燃烧室111的方向延伸。由于水煤浆在燃烧的过程中会产生大小不一的灰渣，通常情况下，大多数灰渣会下沉并通过通孔115进入激冷室112进行冷却，然而，一部分颗粒状的灰渣则会跟随粗合成气(主要成分为CO₂、CO和H₂)排出燃烧室111。在排气口114上对接上上升管116后，粗合成气中较大颗粒状的灰渣因其密度较大在重力作用下在上升管116内上升速度逐渐变小然后停止上升，而后反向缓慢下沉，再次进入燃烧室111，最后沉入激冷室112进入水浴中冷却固化，从而避免了过多的灰渣随合成气一道进入煤气化炉11的下游装置中，经过冷却固化的灰渣最终总排渣口120流出煤气化炉11。
优选地，本实施例中的炉体为柱状结构，上升管116为直管，保证合成气流通顺畅性的同时也为灰渣的回流提供了沉降空间。并且本实施例中的上升管116、通孔115以及排气口114均沿柱状结构的中心轴线布置，进一步保证了合成气和灰渣流动的通畅性。
优选地，煤气化炉11还包括沉降器118，沉降器118设置在上升管116的远离燃烧室111的一端，且该沉降器118具有缓冲腔，缓冲腔与上升管116连通，对从上升管116进入到缓冲腔内的合成气进行缓冲处理，沉降器118的缓冲腔的内径要比上升管116的内径大，进入粗合成气流速减缓，使得粗合成气携带固体颗粒的能力变弱，从而更有利于粗合成气中灰渣沉降下来。具体来说，在上升管116中，气固获得初步分离，当合成气进入大直径的沉降器118中，流速迅速下降，部分灰渣颗粒也随之减速上升进而下落，进一步气固分离。
根据本实施例，当合成气与灰渣被分离之后，应当将合成气排出整个煤气化炉11，因此，在煤气化炉11上还设置有第一出气口119，该第一出气口119设置在沉降器118的远离上升管116的一端，并与缓冲腔连通，从而将经过气固分离之后的合成气排出煤气化炉11。
优选地，本实施例中的上升管116和缓冲腔的内壁上均设置有耐高温耐磨的内衬层，避免沉降器118和上升管受到颗粒冲刷，以便提高整个煤气化炉11的使用寿命。
在水煤浆气化的过程中，煤气化炉11的下游设置有刮渣机和除尘器等设置，而从燃烧室111出来的合成气的温度极高，约1300摄氏度，及其容易对下游设备造成热蚀损伤，因此，在煤气化炉11上还设置有低温合成气入口117，该低温合成气入口117设置在上升管116上且与上升管116连通，从低温合成气入口117处通入低温合成气时，该低温合成气会与从燃烧室111排出的高温合成气混合，从而降低了进入煤合成器下游的合成气的温度。此时，一方面能够保护下游设备受高温损坏，另一方面还可以降低下游的设备的经济投入量，极大地节约了企业的成本。
三、热量回收单元20，与气化单元10连接，对经煤气化炉11处理之后形成的合成气进行处理，回收合成气所携带的热量。该热量回收单元20主要包括换热器21、冷却装置22、以及第二旋风除尘器60。换热器21的进气口2113与煤气化炉11的第一出气口119连接，冷却装置22的进气口与换热器21的出气口2112连接，且换热器21与冷却装置22均具有换热管，换热器21的换热管与冷却装置22的换热管内均通有冷却介质，该冷却介质对流经换热 器21和冷却装置22的合成气携带的热量进行回收。
(1)换热器21
结合图1图3至图5所示，根据本发明的实施例，换热器21包括：第一壳体211、换热单元212、刮刀组件213以及驱动部214，其中，第一壳体211围设形成换热腔2111；换热单元212和刮刀组件213均设置在换热腔2111内；驱动部214驱动刮刀组件213刮落换热单元212上的灰渣。根据本发明的实施例，在驱动部214的驱动下，刮刀组件213可以将换热单元212上的灰渣刮落，避免灰渣堆积在换热腔2111内而造成换热器的阻塞，有效提高了换热器的换热效果。
优选地，换热单元212为多个，可以有效提高换热器的换热效果。在其他实施例中，换热单元212也可以是一个。根据本实施例，各换热单元212均包括换热面2121，刮刀组件213为多个，多个刮刀组件213与多个换热面2121一一对应地设置，在驱动部214的驱动下，刮刀组件213在靠近换热面2121的区域内运动，将刮落换热面2121上的灰渣。
优选地，多个换热单元212并排且间隔设置，并保持相邻两个换热单元212的换热面2121相对。具体来说，各换热单元212均包括两个换热面2121，当多个换热单元212并排间隔设置的时候，相对的两个换热面2121之间形成缝隙，对流经缝隙的流体进行换热处理。在本实施例中，多个换热单元212形成多条换热缝隙，当流体进入换热器之后，被分成多股而进入缝隙，有效提高了换热器的换热效率。
优选地，驱动部214包括驱动电机2141，驱动电机2141的主轴2142穿过多个换热单元212，刮刀组件213固定设置在主轴2142上，在换热器工作的过程中，当驱动电机2141转动时，一方面可以驱动设置在主轴2142上的刮刀组件213转动，从而刮落换热单元212上的灰渣，另一方面，刮刀组件213的运动可以改变换热腔2111内的灰渣的运动轨迹，使灰渣在空间内的运动变得更活跃，进而防止灰渣的沉积。
在本实施例中，刮刀组件213包括多把刮刀2131，多把刮刀2131沿主轴2142的同一周向均匀布置，且多个刮刀2131均垂直于主轴2142，当主轴2142旋转的时候，多把刮刀2131可以在靠近换热面2121的区域内运动，刮落换热面2121上的灰渣，并有效提高灰渣的刮落率。
优选地，驱动电机2141设置在第一壳体211的外部，便于操作和控制。各换热单元212的中部均设置有安装孔2124，驱动电机2141的主轴2142伸入换热腔2111内并贯穿各安装孔2124，此时，用一个驱动电机2141就可以带动多个刮刀组件213，大大节约了换热器的生产制造成本。更优选地，驱动电机2141的主轴2142与第一壳体211的接触位置处设置有密封件215，防止主轴2142在与第一壳体211接触的位置处产生泄露。
再次参见3和图5所示，换热单元212还包括多块换热板2122和换热管2123，多块换热板2122围设成长方体安装空间；换热管2123设置在安装空间内。根据本实施例，换热管2123设置在多块换热板2122围设成的安装空间内，增大换热单元212的换热面积，提高整个换热器的换热效果，且便于安装。更优选地，换热管2123呈波浪状布置在安装空间内，增长了换热管2123的长度，从而增加了换热单元212内的冷却介质，进一步提高换热器的换热效果。 在本实施例中，换热管2123的两端伸出换热空间并到达第一壳体211的外部，便于将冷却介质送入或排除换热器的换热腔2111。
根据本发明的实施例，第一壳体211上设置有合成气出气口2112和进气口2113，且出气口2112和进气口2113相对设置，使得被刮刀组件213刮落的灰渣可以伴随流体一起流出换热器的换热腔2111。在其他实施例中出气口2112和进气口2113也可以不相对，只要保证换热腔2111内的流体和灰渣能够被排除换热腔2111即可。
优选地，换热面2121平行于出气口2112和进气口2113的中轴线，也即相邻的两个换热单元212之间的缝隙平行于出气口2112和进气口2113之间的连线，进一步保证被刮刀组件213刮落的灰渣可以顺畅地伴随被换热的流体一起排出换热器的换热腔2111，防止灰渣在绕过换热单元212时再次沉积在换热单元212的外表面。
(2)冷却装置22，该冷却装置22包括冷却器221、第一旋风除尘器222以及多个刮渣冷却组件223。冷却器221包括冷却腔2212、合成气入口2213以及合成气出口2214，合成气入口2213构成冷却装置22的进气口；第一旋风除尘器222设置在冷却器221的合成气出口2214处，且第一旋风除尘器222的进口与冷却器221的合成气出口2214连通，第一旋风除尘器222的出口构成冷却装置22的出气口；多个刮渣冷却组件223沿冷却腔2212的长度方向布置，且各刮渣冷却组件223均具有换热管。工作时，合成气从冷却装置22的进气口进入，在冷却腔2212中进行冷却，并通过换热管进行热量回收，然后经第一旋风除尘器222除尘后从第一旋风除尘器222的出口，即冷却装置22的出口排除冷却装置22。
结合图6所示，该冷却装置包括冷却器221，该冷却器221包括第二壳体2211、多个刮渣冷却组件223，其中第二壳体2211围设形成冷却腔2212，冷却腔2212的顶部设置有合成气入口2213，冷却腔2212的底部设置有合成气出口2214，合成气入口2213构成冷却装置22的进气口；多个刮渣冷却组件223沿冷却腔2212的长度方向布置，用于冷却流经冷却腔2212内的高温合成气并回收高温合成气所携带的热量，且多个刮渣冷却组件223还用于刮落冷却腔2212内的灰渣。根据本发明的实施例，当合成气从合成气入口2213进入冷却腔2212时，沿冷却腔2212的长度方向布置的刮渣冷却组件223一方面能够对合成气进行多级冷却，另一方面其刮刀可有效刮落附着在换热器表面的灰渣，刮破或扎破从冷却腔2212落下的大块落渣。刮落的灰渣可随合成气一起从冷却腔2212底部的合成出口流入旋风除尘器，除去合成气中的灰渣。可见，本发明的冷却装置不仅能够提高对高温合成气的热量的回收率，而且不容易出现冷却器221被堵塞的现象，大大提高了装置稳定运行的周期，降低了成本提高了效益。
在本实施例中，刮渣冷却组件223的结构与换热器21的结构基本相同，不同之处在于，刮渣冷却组件223没有设置第一壳体211，而是直接将换热器的换热单元212、刮刀组件213以及驱动部214设置在冷却器221上。具体安装位置参见图6所示。
本实施例的冷却装置还包括第一汽包224和第二汽包225，其中第一汽包224和第二汽包225均设置在第二壳体2211外部。而刮渣冷却组件223为三个(可根据具体的换热要求在冷却腔内设置若干台刮渣换热器，不一定是三台)，三个刮渣冷却组件223中的第一个和第三个，也即靠近合成气入口2213的一个刮渣冷却组件223和靠近合成气出口2214的一个刮渣冷却组件223均与第一汽包224连接；位于中间位置的刮渣冷却组件223与第二汽包225连接。
在本实施例中，沿冷却腔2212的长度方向依次设置的刮渣冷却组件223依次对冷却腔2212内的合成气进行冷却，进行热交换，利用刮渣冷却组件223内的冷却介质来吸收合成气所携带的热量，在这个过程中，合成气的温度是逐级递减的，可以将第一汽包224和第二汽包225内的冷却水变为温度不同的蒸汽，利用这些蒸汽，可用于驱动设备也可进行二次换热，可见，本实施例的冷却装置能够对合成气携带的热量进行再次回收和利用，大大提高了企业的效率并避免了能量的流失。
具体来说，第一汽包224内装有冷却水，靠近合成气出口2214的刮渣冷却组件223，即第一个刮渣冷却组件223的换热管的入口通过第一管道101与第一汽包224连接，第一管道101第一端设置在第一汽包224的底部；靠近合成气出口2214的刮渣冷却组件223，即第三个刮渣冷却组件223的换热管的出口通过第二管道102与第一汽包224连接，第二管道102第一端设置在第一汽包224的顶部；靠近合成气出口2214的刮渣冷却组件223的入口通过第三管道103与第一汽包224连接，第三管道103第一端设置在第一汽包224的顶部。在工作过程中，当需要对冷却腔2212中的合成气进行冷却时，第一汽包224内的冷却水通过第一管道101流至靠近合成气出口2214的刮渣冷却组件223的各个换热管中，与冷却腔2212中的合成气进行热交换热而产生蒸汽，蒸汽从换热管中流出，并从通过第二管道102流至第一汽包224的顶部，而位于中间位置的刮渣冷却组件223，即第二个刮渣冷却组件223的换热管的入口通过第四管道104与第二汽包225连接，第四管道104的第一端设置在第二汽包225的底部；位于中间位置的刮渣冷却组件223的换热管的出口通过第五管道105与第二汽包225连接，且第五管道105的第一端设置在第二汽包225的顶部。在进行热交换的过程中，冷却水从第四管道104流入中间位置的刮渣冷却组件223的换热管中，在冷却腔2212中与合成气进行热交换形成蒸汽后从第五管道105流出，而换热器21的换热管的入口通过第六管道106与第二汽包225连接，且第六管道106的第一端设置在第二汽包225的顶部。此时，第二汽包225中液位以上的蒸汽会进入到第六管道106中，进入到换热器21的换热管内，在换热腔2111中与合成气进行热交换后从换热器21的换热管的出口端流出，就可以得到高品质的过热高压蒸汽。
本发明中冷却腔2212竖直设置，其底部的合成气出口2214与第一旋风除尘器222相连，有利于底部连接的除尘器的气固分离操作，从而获得更好的除尘效果。
冷却腔2212内壁设置有耐磨耐高温和绝热保温材料，以防止合成气中固体颗粒的冲刷和磨损，以及合成气热量的散失；因合成气温度很高，刮渣冷却组件223设置在冷却腔2212内部，可有效减少热量散失和损失，冷却腔结构简单，制造成本不高。在本发明的其他实施例中，可以根据实际需要，设置两个或两个以上冷却腔2212，生产时，一个投用，一个作为备用，这样可在气化炉不停车的情况下，将运行的出现故障的冷却腔2212切出检修(备用的投用)，增加了生产操作的灵活性，避免了停车造成的经济损失。
本实施例的冷却装置22还包括第一旋风除尘器222，该第一旋风除尘器222设置在冷却器221底部的合成气出口2214处，对从合成器流出的带灰渣的合成气进行除尘。
具体来说，第一旋风除尘器222包括外壳2221、中心管2223、导向件2225以及锥体2226，其中，外壳2221围设形成除尘腔2227，除尘腔2227的底部设置有第一卸尘口2222；
中心管2223设置在除尘腔2227内，中心管2223的上端口延伸至除尘腔2227的外部，且上端口与合成气出口2214连接，便于经冷却器221后的合成气进入旋风除尘器，中心管2223的下端口为第二卸尘口2224，第二卸尘口2224延伸至第一卸尘口2222，用于排除中心管2223中沉积下来的固体颗粒排除到除尘腔2227的外部；
导向件2225设置在除尘腔2227内，并且导向件2225的内侧端与中心管2223相切连接，当合成气从导向通道22251中流出时，汇集成一股螺旋状运动的气流，这样，在重力和离心力的作用下，便于将有效的合成气和合成气中所携带的固体颗粒分离开，导向件2225的外侧端远离中心管2223向外延伸，导向件2225上具有导向通道22251，导向通道22251与中心管2223连通；
锥体2226设置在中心管2223内，锥体在中心管2223内的安装位置低于导向通道22251与中心管2223的连通位置，锥体的锥尖设置在靠近连通位置的一侧且位于中心管2223的中轴线上用于防止中心管2223内的固体颗粒扰动和/或大量合成气从第二卸尘口2224流出。
锥体2226的底面的边缘与中心管2223的内壁之间形成卸尘缝隙2229，便于将中心管2223内的灰渣排除。锥体2226设置在低于导向通道22251与中心管2223的连通位置时，一方面能够将卸尘口处的固体颗粒与从导向通道22251流出的合成气分开，另一方面还能够避免大量合成气从卸尘口中冲出。当合成气从为中心管2223的上端口进入时，合成气从中心管2223的上端口向下流动，固体颗粒在合成气的夹带下随之向下流动，大部分固体颗粒撞击锥体2226或中心管2223内壁后从卸尘缝隙2229滑落(也起到惯性除尘的作用)，并从第二卸尘口2224中流出，而合成气遇锥体2226阻挡后反向流动后从导向件2225的导向通道22251以螺旋状流出。
优选地，除尘腔2227包括上半腔22271和下半腔22272，外壳2221上设置有与上半腔22271相切并连通的通孔2228，通孔2228的设置便于第一旋风除尘器222内的合成气的排出。本实施例中的下半腔22272的底部呈漏斗状结构，第一卸尘口2222位于漏斗状结构的最低位置处，第二卸尘口2224为中心管2223的靠近下半腔22272的下端口，便于固体颗粒的排放。
优选地，上半腔22271的容积小于下半腔22272的容积，中心管2223贯穿上半腔22271和下半腔22272，在这种结构中，当合成气处于上半腔22271中的时候，流速快，提供了对合成气的除尘效率，而当合成气进入下半腔22272中的时候，由于缓冲空间大，合成气的流速减慢，便于固体颗粒的沉积，有效提高了除尘效果。而导向件2225设置在下半腔22272内，当合成气从导向通道22251中流出并进入下半腔22272，此时，流出的合成气会在下半腔22272和上半腔22271中形成螺旋流动，在重力和离心力的作用下，部分固体颗粒被甩到下半腔22272和上半腔22271内壁后滑落下来，再次除尘，经除尘后，合成气气体从通孔2228排出，固体颗粒则从下半腔22272底部的第一卸尘口2222排出。优选地，下半腔22272的底部呈漏斗状结构，第一卸尘口2222位于漏斗状结构的最低位置处，便于固体颗粒的排放。
优选地，导向件2225为多个，多个导向件2225沿中心管2223的周向均匀布置且位于中心管2223的同一高度上当合成气进入中心管2223时，能够形成螺旋运动，便于将合成气中的固体颗粒和气体分离开。
在本实施例中，导向件2225为方形导向块，导向通道22251为设置在方形导向块上的导流槽，导流槽从方形导向块的低端向顶端凹陷，并从方形导向块的远离中心管2223一侧贯穿至靠近中心管2223的一侧。将导向件2225设置为方形导向块时，可以将导流槽设置得较狭窄，这样，不但具有一定的惯性除尘的作用由于运动气流中尘粒与气体具有不同的惯性力，含尘气体急转弯或者与某种障碍物碰撞时，尘粒的运动轨迹将分离出来，而且使得合成气在狭长导向通道22251导向作用下形成具有一定方向且方向性更强的气流，这些离开各自导向通道22251的气流的方向都与中心管2223圆周相切，此时，这些离开各自导向通道22251的气流再汇集成一股螺旋状运动的气流，而这种结构下形成的这股螺旋气流切向速度更强切向速度越大离心力更易将固体颗粒甩向器壁，此时，在重力和离心力的作用下，便于将有效的合成气和合成气中所携带的固体颗粒分离开。此外，当导向件2225为方形导向块的时候，可以将导流槽设置得较狭窄，可阻挡大颗粒灰尘进入中心管2223内或从中心管2223中流出；进一步提高除尘效果。而使导流槽从方形导向块的远离中心管2223一侧贯穿至靠近中心管2223的一侧，则为合成气的流出提供了便利。
方形导向块向靠近第一卸尘口2222的方向倾斜，这样，不但具有一定的惯性除尘的作用由于运动气流中尘粒与气体具有不同的惯性力，含尘气体急转弯或者与某种障碍物碰撞时，尘粒的运动轨迹将分离出来，而且使得合成气在狭长导向通道22251的导向作用下形成具有一定方向且方向性更强的气流，这些离开各自导向通道22251的气流的方向都与中心管圆周相切，这样这些离开各自导向通道22251的气流再汇集成一股螺旋状运动的气流，而这样结构下形成的这股螺旋气流切向速度更强切向速度越大离心力更易将固体颗粒甩向器壁，这样，在重力和离心力的作用下，便于将有效的合成气和合成气中所携带的固体颗粒分离开。此外，可以将导流槽设置得较狭窄，可阻挡大颗粒灰尘进入中心管2223内流出，进一步提高除尘效果。
优选地，中心管2223的位于锥体下方的管体比位于锥体上方的细，进一步防止合成气从第二卸尘口2224流出。
进一步地说明本发明的旋风除尘器的工作过程如下：
合成气从冷却腔2212自上而下流入中心管2223，灰渣也随合成气自上而下往下落，而导向件2225为倾斜向下设置，合成气从导向件2225出来时做螺旋运动进行分离，由于导向件2225上部的遮挡，使得小颗粒更好的沉降且不易被吹起，从而获得较小颗粒的良好的分离效果。在中心管2223的下部设置有锥体2226，可有效防止落下的灰渣由于气流的流动而被吹起提高除尘效果，还能够避免一部分合成气直接进入卸尘口。第一旋风除尘器222能够很好地将进入除尘腔2227以及中心管2223内部的合成气以及合成气携带的固体颗粒分离开，还能够防止中心管2223内的固体颗粒扰动和/或大量合成气从第二卸尘口2224流出，大大提高了旋风除尘器的除尘效果以及企业获得精合成气的量，采用简单的结构实现多级除尘，本发明中四级除尘，即：第一级，上半腔，依靠螺旋运动，离心力和重力除尘；第二级，下半腔，依靠螺旋运动，离心力和重力除尘；第三级，导向件的惯性除尘；第四级，中心管，依靠螺旋运动，离心力和重力除尘。
在本实施例中，第一旋风除尘器222设置在冷却器221的合成气出口2214处，且第一旋 风除尘器222的进口与冷却器221的合成气出口2214连通，第一旋风除尘器222的出口构成冷却装置22的出气口。连接的过程中，将第一旋风除尘器222的中心管2223与冷却器221的合成气出口2214连接。
在本实施例中，换热器21的进气口2113与煤气化炉11的第一出气口119连接，冷却装置22的进气口与换热器21的出气口2112连接，且换热器21与冷却装置22均具有换热管，换热器21的换热管与冷却装置22的换热管内均通有冷却介质，该冷却介质对流经换热器21和冷却装置22的合成气携带的热量进行回收。在本实施例中，水煤浆经煤气化炉11燃烧处理之后，生成以CO和H₂为主、温度在1350摄氏度左右的合成气，该合成气生成携带有大量热量，当合成气流经换热器21和冷却装置22时，冷却介质与合成气之间进行热量交换，使得合成气所携带的能量被换热器21和冷却装置22的换热管中的冷却介质吸收，对水煤浆气化工艺系统中的合成气的热能进行再次回收。
(3)第二旋风除尘器60
参见图7至图9所示，热量回收单元20还包括第二旋风除尘器60，该第二旋风除尘器60连接在换热器21的出气口和冷却装置22的进气口之间的管道上，除去合成气中携带的灰渣，本实施例中的第二旋风除尘器60的结构和第一旋风除尘器222的结构完全一至，不同的是，第二旋风除尘器60的在系统中合成气的进口和出口方向是相反的。此时，第二旋风除尘器60的入口为通孔2228，出口为中心管2223的上端口，具体连接方式参见图1所示。合成气从通孔2228与第二旋风除尘器60的上半腔22271切向方向连接，含灰渣的粗合成气从上半腔22271的通孔2228进入后螺旋运动，大颗粒可靠重力和离心力在上半腔22271中分离，防止大颗粒的灰尘磨损导向件2225；合成气向下进入下半腔22272，在气固分离的同时，合成气从导向件2225的导流槽进入中心管2223内部，导向件2225和中心管2223为切向连接，合成气在导向件2225通过惯性除尘除去一部分固体颗粒后进入中心管2223，再次进行螺旋运动，灰渣颗粒可靠重力和离心力在中心管2223内分离；导向件2225和中心管2223为切向连接，且均布设置的多个导向件2225的导流槽缝隙可设置较小，使得夹带灰渣的合成气一开始就贴近内壁形成较好的螺旋运动，在重力和离心力作用下，加之其惯性除尘作用，相对于普通的旋风分离器则有更佳的分离效果；在中心管2223的下部设置有阻挡件，即锥体2226，可有效防止落下的灰渣由于气流扰动而在此被吹起。
四、洗涤单元30，与热量回收单元20连接，对从热量回收单元20处理之后的合成气进行洗涤处理，为合成气的后续利用做好铺垫。该洗涤单元30包括依次连接的洗涤塔31、水煤气输送器32、水煤气过滤器33以及水煤气分离器34。
(1)洗涤塔31
参见图10所示，该洗涤塔31包括第三壳体310、下降管320以及螺旋导流叶片330，其中，第三壳体310围设形成洗涤腔311，洗涤腔311内装有洗涤液；下降管320从第三壳体310的外部延伸至洗涤腔311内，下降管320的位于洗涤腔311内的出气端设置在洗涤液的液面以下；螺旋导流叶片330围绕下降管320设置在洗涤腔311的洗涤液内，以形成螺旋导流通道340，且下降管320的出气端口低于螺旋导流叶片330。使用本实施例的洗涤塔时，合成气从下降管320进入洗涤腔311内，并从下降管320的设置在洗涤液内的出气端口进入到洗涤液内， 此时，合成气以气泡的形式在洗涤液中向洗涤液的液面的方向上升。由于螺旋导流叶片330的导流作用，合成气形成的气泡沿螺旋导流叶片330形成的导流通道向洗涤液的液面方向运动，增加了气泡在洗涤液中的运动时间及路程，此时，洗涤液能够对气泡携带的灰尘进行更长时间、更充分的有效洗涤，进而洗出更多的灰尘，使灰尘沉降在洗涤腔311的底部，与此同时，由于螺旋导流通道340的导向作用，气泡会被拉伸呈长条状，增加了气泡与洗涤液的接触面积，增强了洗涤液对合成气的洗涤效果。此外，在合成气气泡做螺旋运动的过程中，由于离心力作用，气泡内灰尘向洗涤腔311的内壁面方向甩去，当灰尘甩到气泡与洗涤液的接触界面便被洗涤液湿润并洗出，从而将有效的合成气和灰尘分离开，实现对合成气的充分洗涤，并进一步提高洗涤液对合成气的洗涤效果。
优选地，本实施例中螺旋导流叶片330的远离下降管320的外边缘紧贴洗涤腔311的内壁面。当合成气从下降管320的出气端口进入洗涤液内的时候，防止由合成气形成的气泡从螺旋导流叶片330的外边缘和洗涤腔311的内壁面之间的缝隙流出，提高洗涤塔对合成气的洗涤效果。更优选地，螺旋导流叶片330盘旋固定在下降管320上，使得所有由合成气形成的气泡都只能从螺旋导流通道340中流动才能够向洗涤液的液面上升，进一步提高洗涤塔对合成气的洗涤效果。
再次参见图10所示，本实施例中的洗涤腔311为柱状空腔，下降管320包括第一直管段321和第二直管段322，其中第一直管段321垂直于第三壳体310且从第三壳体310的外部延伸至洗涤腔311的内部；第二直管段322沿柱状空腔的中轴线布置，且第二直管段322的上端与第一直管段321的位于洗涤腔311内的一端接通，第二直管段322的下端延伸至洗涤腔311的底部，使得洗涤液能够对从下降管320出来的合成气进行充分的洗涤。
优选地，螺旋导流叶片330从第二直管段322的下端盘旋延伸至洗涤液的液面处，能够尽可能地延长气泡在洗涤液内的运动时间，气泡内的合成气能够更充分地被洗涤液洗涤。
优选地，柱状空腔的底部呈漏斗状结构，当合成气气泡中表面的灰尘被洗出后，会沉积到漏斗状结构的底部，而漏斗状结构的最低位置处设置有排渣管350，该排渣管350从漏斗状结构的底部延伸至第三壳体310的外部，从而将洗涤腔311底部的灰渣排出洗涤腔311。
在本实施例中，第一直管段321位于第三壳体310外部的另一端处设置有文丘里洗涤器360，洗涤塔的靠近液面的位置处设置有一个排液口，排液口处设置有一个激冷水泵。使用过程中，激冷水泵将洗涤塔的一部分洗涤液送入文丘里洗涤器360，当合成气从文丘里洗涤器360进入到下降管320内时，激冷水泵送来的工艺水会使合成气中夹带的固体颗粒充分润湿，当合成气进入洗涤强时，固体颗粒会在自身重力的作用下沉降在洗涤腔311的底部，进而从排渣管350中排泄出去，排渣管道可根据实际情况，选择连续外排或定期间歇性外排。
再次参见图10所示，本实施例的洗涤塔还包括多块固阀式塔板370，多块固阀式塔板370固定设置在洗涤腔311的内壁上并垂直于柱状空腔的中轴线，多块固阀式塔板370的上端的设置有冷凝液入口，当向冷凝液入口中通入冷凝液时，上升的合成气沿下降管320的环隙向上穿过多块固阀式塔板370，与冷凝液进行逆向接触，对经洗涤液洗涤后的合成气进行再次洗涤。
洗涤腔311的顶部设置有洗涤塔合成气出口380，经过洗涤液的洗涤和固阀式塔板370的 洗涤之后，从洗涤腔311的顶部流出。
洗涤塔还包括除沫器390，该除沫器390固定设置在洗涤腔311内，并位于多块固阀式塔板370和洗涤塔合成气出口380之间，进行气液分离，除去夹带在合成气中的雾沫，避免从洗涤塔合成气出口380出来的合成气从携带大量的洗涤液。
在本实施例中，当洗涤塔正常运行时，螺旋导流叶片330主体全部没入水中，由于螺旋导流叶片330主体独特的螺旋结构，使得合成气从下降管320出口出来以后，沿着螺旋导流叶片330向上做数圈的螺旋运动后，才穿出水层；由于螺旋导流叶片330主体独特的螺旋结构，合成气主要以细长条状气泡在洗涤液中运行，相对于现有技术中合成气在洗涤塔水浴内大股气泡上升的方式，螺旋运动的合成气将与水有更大的接触面积，这样，相对于现有技术，本发明中合成气在水浴中的行程更长接触面积更大接触时间更长，使得合成气中固体颗粒洗脱效果更佳；合成气的大部分固体颗粒沉降到水浴内与合成气分离。
本实施例的洗涤塔31的进气口与冷却装置22的出气口通过第七管道107连接，对经过热量回收后的合成气进行洗涤，第七管道107上设置有陶瓷过滤器70，再次分离合成气中的小颗粒灰尘。
水煤气输送器32的入口与洗涤塔31的出口通过第九管道108连接。水煤气过滤器33的入口与水煤气输送器32的出口通过第十管道109连接。水煤气分离器34的入口与水煤气过滤器33的出口通过第十一管道110连通。
经洗涤塔31洗涤之后的合成气还是携带有少量的固体颗粒甚至有能使变换催化剂中毒失活的杂质以及液态水，因此在水煤气输送器32后设置了水煤气过滤器33和水煤气分离器34，进一步除去合成气携带的固体颗粒和液态水，合成气经过水煤气过滤器33和水煤气分离器34后才进入下游变换装置，从而更好的保护下游的变换催化剂，保证下游装置的稳定运行。
五、部分合成气回流单元50，对热量回收单元20中的各结构进行保护。
水煤浆气化工艺系统还包括部分合成气回流单元50，部分合成气回流单元50包括第八管道51和压缩机52。其中第八管道51的第一端连接在第七管道107的陶瓷过滤器70和洗涤塔31之间的管道段上，压缩机52设置在第八管道51上，第八管道51的第二端与煤气化炉11的低温合成气入口117连接；压缩机52设置在第八管道51上。经过冷却流至第七管道107的合成气的已经很低了，大约390℃左右，此时，第八管道51的设置能够将低温的合成输送至煤气化炉11的上升管116内，与刚从燃烧室流出的合成气进行充分混合后，能够降低从煤气炉流出的合成气的温度，避免合成气的温度过高而损坏煤气化炉11下游的换热器21、第二旋风除尘器60、冷却装置22及洗涤塔31等后续装置。压缩机52的设置能够将冷却之后的合成气进行压缩，便于将低温的合成气输送至煤气化炉11。
六、黑水处理单元40，与洗涤单元30连接，对洗涤合成气后留下的黑水进行处理，避免污染环境。
煤气化炉11和洗涤塔31的黑水通过四级闪蒸，解析出酸性气，渣池的黑水通过两级真空闪蒸，闪蒸出有毒有害气体。闪蒸系统分为高压闪蒸、低压闪蒸、第一真空闪蒸和第二真空闪蒸。
参见图1所示，煤气化炉11和洗涤塔31流出的黑水依次经过高压闪蒸罐43，低压闪蒸罐44以及真空闪蒸罐45的闪蒸处理，该处理过程与现有的德士古煤气化工艺一致。闪蒸处理后，黑水进入沉降槽41中进行沉降。
本实施例的黑水处理单元40具有研磨水池42，研磨水池42内设置有研磨水池泵47，研磨水池泵47与沉降槽41之间通过第十二管道100连接，且第十二管道100上设置有控制阀200。现有技术中，研磨水池42的灰水返回沉降槽41和渣池泵出口共用一条管线，相互干扰，影响泵送，且使气化灰水的水质受到较大的影响。在本发明中单独敷设研磨水池泵47至沉降槽41的第十二管道100，这样，渣池泵打出的渣池水和去沉降槽41的研磨水互不干扰，有助于改善灰水系统的运行状况。且沉降槽底流泵49的进出口管线内壁堆焊耐磨合金或衬陶瓷衬里，保证系统长周期、满负荷运行。
工作过程中，从真空闪蒸罐45流出的黑水在沉降槽41中进行沉降，沉降槽41底部含固量较高的泥浆，并从沉降槽41送至真空过滤机进行过滤脱水，形成滤饼，并将滤饼送出界区；真空过滤机过滤出的滤饼含水量至少在50％以上，这部分经过真空过滤机吸水后的灰渣滤饼进入煤渣干燥器46进一步进行干燥脱水后外送处理。沉降槽41上层的澄清水溢流至灰水槽48，再循环利用。
为了加速黑水在沉降槽41中的沉降速度，在沉降槽41中添加絮凝剂。沉降槽41沉降下来的细灰(固量较高的泥浆或称黑水也可)由沉降槽底流泵49送往真空带式过滤机410。沉降槽41上部的澄清水溢流到灰水槽48进行循环使用。
根据本发明的实施例，提供了一种水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法，本实施例的水煤浆气化工艺系统为上述的水煤浆气化工艺系统。在本实施例中，水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法包括：当煤气化炉11的温度变化率的绝对值、与煤气化炉11连接的氧气管道的温度变化率的绝对值以及从洗涤塔31流出的合成气的温度变化率的绝对值均高于第一预设值时，使水煤浆气化工艺系统停车；和/或当煤气化炉11的压力变化率的绝对值、氧气管道的压力变化率的绝对值以及从洗涤塔31流出的合成气的压力变化率的绝对值均高于第二预设值时，使水煤浆气化工艺系统停车；和/或当压缩机52发生异常情况时，使水煤浆气化工艺系统停车；和/或在与煤气化炉11连接的氧气管道中，当中心氧气管路内的氧气流速发生异常情况时，使水煤浆气化工艺系统停车。需要说明的是，这里的与煤气化炉11连接的氧气管道为上述的第一支流管道301a和第二支流管道302a，中心氧气管路为第一支流管道301a。根据本实施例的方法，结合水煤浆气化工艺系统中的容易出现事故或必须杜绝出现事故的部位，即煤气化炉11、氧气管道、压缩机52以及从洗涤塔31，结合温度变化率、压力变化率以及出现异常情况的条件来实现水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车的条件，能够准确地对水煤浆气化工艺系统进行紧急停车控制，保证水煤浆气化工艺系统的运行稳定性，避免事故的发生，能够对整个系统进行精确的控制，保证操作人员的人身安全。实际工作时，只要水煤浆气化工艺系统满足上述任何一个条件，水煤浆气化工艺系统的控制中心(图中未示出)就控制系统执行停车操作。
在实际生产过程中，相对于其他位置，煤气化炉11和与进料口113连接的氧气进料管线，即第一支流管道301a和第二支流管道302a发生闪爆的频率更多；且也存在氧压大幅波动和煤 气化炉11炉头氧气管线阀门即第一调节阀36a、第二调节阀38a、以及第一止逆阀37a以及第二止逆阀39a损坏内漏的隐患，此时煤气化炉11内合成气将瞬间反串入氧气进料管线，将首先使进料口113附近的氧气管线发生爆燃，这时，相对于温度高和压力高高低低联锁停车，温度变化率和压力变化率将是更快能反应事故的重要参数，在发生爆燃时，温度升高和压力变化的过程，虽然这个时间很短，但是温度和压力达到联锁值是需要时间的，而在这短暂的时间内，爆燃将极快的蔓延到更多的氧气管线，造成更大的安全事故，爆燃过程中温度和压力变化极快极大，通过计算机系统，温度和压力变化率在非常短的时间就可得出，故本实施例中设置温度变化率联锁停车，迅速切断氧气管线各阀和建立高压氮封，可有效更快的阻止爆燃的蔓延和事故的扩大。由于本实施例紧急联锁停车方法中的一种是根据温度变化率来控制的，为了使系统的温度不能够无休止的上升，避免温度过高而引起系统的爆炸。因此，在本实施例中，当煤气化炉11的温度高于第三预设值或氧气管道的温度高于第四预设值或从洗涤塔31流出的合成气的温度高于第五预设值时，使水煤浆气化工艺系统停车，降低系统温度过高而带来的安全隐患。本实施例中的第三预设值、第四预设值以及第五预设值可以根据试验确定，会随水煤浆气化工艺系统中的各结构的变化而不同，以5.5MPa的煤气化炉11为例，当煤气化炉11超过1800℃时、或氧气管道的温度高于260℃时、或从洗涤塔31流出的合成气的温度高于280℃时，均需使系统实现紧急联锁停车。
优选地，为了保证整个系统的安全性和稳定性，本实施例中的第一预设值在0.4℃/ms至0.6℃/ms的范围之内，例如0.3℃/ms，更优选地，第二预设值在9kpa/ms至11kpa/ms的范围内，例如10kpa/ms，避免系统内的温度变化和压力变化过快而引起系统出现闪爆现象。
同样地，相对于温度高和压力高高低低联锁停车，压力变化率将是更快能反应事故的重要参数，在发生爆燃时，温度升高和压力变化的过程，虽然这个时间很短，但是温度和压力达到联锁值是需要时间的，而在这短暂的时间内，爆燃将极快的蔓延到更多的氧气管线，造成更大的安全事故，爆燃过程中温度和压力变化极快极大，通过计算机系统，温度和压力变化率在非常短的时间就可得出，故设置压力变化率联锁停车，迅速切断氧气管线各阀和建立高压氮封，可有效更快的阻止爆燃的蔓延和事故的扩大。由于本实施例紧急联锁停车方法中的一种是根据压力变化率来控制的，系统的压力不能够无休止的上升，为了避免压力过高而引起系统爆炸。因此，在本实施例中，当煤气化炉11的压力高于第六预设值或氧气管道的压力高于第七预设值或从洗涤塔31流出的合成气的压力高于第八预设值时，均需要使水煤浆气化工艺系统停车。本实施例中的第六预设值、第七预设值以及第八预设值根据试验确定，会随水煤浆气化工艺系统中的各结构的变化而不同，以6.5MPa的煤气化炉11为例，当煤气化炉11超过6.75MPa时、或氧气管道的温度高于6.75MPa时、或从洗涤塔31流出的合成气的温度高于6.75MPa时，均需使系统实现紧急联锁停车。
因为在本发明的工艺中，经过冷却后的合成气(大约390℃左右)离开陶瓷过滤器70以后有一部分通过压缩机52增压后返回到进入到煤气化炉11上升管116对煤气化炉11生成的高温合成气(大约1300℃左右)进行激冷，使之高温合成气温度降至930℃左右，若压缩机52发生异常停止运行，没有激冷的1300℃左右的高温合成气直接进入换热器21、第二旋风除尘器60、冷却装置22及洗涤塔31等后续装置，将会对设备和正常的生产造成破坏性的影响从而导致安全事故的发生，故本实施例中需设置压缩机52异常停车联锁。压缩机52的异常 情况包括：压缩机52的出口压力大于第九预设值；和/或压缩机52的出口和煤气化炉11之间的压差的绝对值高于第十预设值或低于第十一预设值；和/或压缩机52的压力变化率的绝对值大于第十二预设值。本实施例中的第九预设值、第十预设值、第十一预设值以及第十二预设值均根据实验确定，以6.5MPa的煤气化炉11为例，第九预设值为7.2±0.5MPa、第十预设值为1.5±0.5MPa、第十一预设值为0.5MPa以及第十二预设值为2kpa/ms。
优选地，第十二预设值在1.8kpa/ms至2.2kpa/ms的范围内，例如2.0kpa/ms。
由于与煤气化炉11连接的氧气管道中，中心氧气管道，即第一直流管道301a更容易发生爆炸事故，因此，还需要单独对中心氧气管道处的工作情况进行单独的监控，即当中心氧气管道发生异常情况时，还需要使水煤浆气化工艺系统停车。具体来说，中心氧气管道，即第一支流管道301a内的氧气流速发生异常情况包括：氧气流速超过第十三预设值，第三预设值可设定为满负荷时正常流速的130％，以6.5Mpa投煤量为1500吨的气化炉为例，满负荷时正常的总氧气流速为42400Nm³/h左右，中心氧流速即第一支流管道301a内的氧气正常流速在6600Nm³/h左右，此时第一支流管道301a内的氧气流速超过6600Nm³/h的30％即8580Nm³/h左右就使该系统停车。
在煤气化炉11运行过程中，煤气化炉11、与煤气化炉11连接的氧气管道以及从洗涤塔31流出的合成气的瞬时压力即实时压力可由压力传感器(或称压力表)测得，压力传感器测得的实时压力信号或压力数据传送到控制中心，控制中心同步计算出压力的变化率，控制中心可以根据传输进来实时的压力数据作出压力随时间的变化的曲线，该曲线的斜率就是压力变化率。
在煤气化炉11运行过程中，煤气化炉11、与煤气化炉11连接的氧气管道以及从洗涤塔31流出的合成气的瞬时温度即实时温度可有温度传感器(或称温度表)测得，温度传感器测得的实时温度信号或温度数据传送到控制中心，控制中心计算出温度的变化率，控制中心可以根据传输进来实时的温度数据作出温度随时间的变化的曲线，该曲线的斜率就是温度变化率。
同样地，压缩机52出口的压力、温度变化以及与煤气化炉11之间的压差也可以通过压力传感器和温度传感器检测后传递到控制中心处理，进而实时监测整个水煤浆气化工艺系统的运行情况，在压缩机52发生异常时使系统停车。
本发明的水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车方法可有效避免煤气化炉内的合成气携带煤粉颗粒反串入氧气管线形成闪爆的安全隐患，使进料口能更长时间的保持其优良性能。本发明结合水煤浆气化工艺系统中的容易出现事故的结构，即煤气化炉、氧气管道、压缩机以及从洗涤塔，结合温度变化率、压力变化率以及出现异常情况的条件来实现水煤浆气化工艺系统的紧急联锁停车的条件，能够准确地对水煤浆气化工艺系统进行紧急停车控制，保证水煤浆气化工艺系统的运行稳定性，避免事故的发生，能够对整个系统进行精确的控制，保证操作人员的人身安全。实际工作时，只要水煤浆气化工艺系统满足上述任何一个条件，水煤浆气化工艺系统的控制中心就控制系统执行停车操作。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。