本实用新型属于煤炭高效清洁利用及高压气体回收利用技术领域，特别涉及一种气流床粉煤加压气化过程高压氮气回收装置。
背景技术：
气流床粉煤加压气化技术由于煤种适应性广、转化率高等优点在IGCC发电、合成氨、煤制氢等行业得到了广泛的应用。气流床煤气化也是当今国际上最先进的煤气化技术之一，与水煤浆气化技术相比，粉煤气流床加压气化技术具有煤种适应性广、原料消耗低、碳转化率高、冷煤气效率高等技术优势，有更强的市场竞争力。
气流床粉煤加压气化技术基本原理是：将煤炭磨制成干燥的煤粉，用惰性气体连续送入气化炉，在高温高压条件下，通过精确控制煤、氧和水蒸气等原料的比例及物料均匀分布等，经过反应生成含一氧化碳加氢气≥90%的粗煤气，然后，经过激冷、分离、洗涤等工艺过程，分离出固态物体，得到纯净的饱和态合成气体。生成的粗煤气碳转化率高、有效气成分含量高，甲烷含量低。
气流床粉煤加压气化成套装置一般包括4个单元，即磨煤和干燥单元、粉煤加压和输送单元、粉煤气化单元以及渣与灰水处理单元。其中粉煤加压和输送单元是整个气流床粉煤加压气化的核心和关键技术之一，粉煤的加料方法和装置直接影响到整个气化系统的安全性和稳定性、可靠性以及气化效率。它的作用是实现粉煤的储存、加压和输送，主要包括粉煤储罐、粉煤锁斗和粉煤给料罐三个核心部件。粉煤加压和输送具体过程为：由常压粉煤储罐接收来自磨煤和干燥单元的粉煤通过重力作用下进入粉煤锁斗，当粉煤锁斗内充满粉煤后，即与粉煤贮罐及所有低压设备隔离，然后用高压N2(CO2)载气对粉煤锁斗进行加压，当其压力升至与粉煤给料罐内的压力基本相同时，打开粉煤锁斗与粉煤给料罐之间的平衡阀门进行压力平衡。当粉煤给料罐料位降低到足以接收一批粉煤时，然后依次打开粉煤锁斗和粉煤给料罐之间的两个切断阀，粉煤通过重力作用进入粉煤给料罐。当粉煤锁斗卸料完成后，通过将气体排放至粉煤贮罐过滤器进行泄压，泄压完成后即可准备下一次加料。
目前气流床粉煤加压气化操作压力一般为4.0Mpa，这就要求粉煤加压输送过程的压力大于4.0 Mpa，一般为4.7 Mpa。每一次粉煤加料完成后，粉煤锁斗内均充装有同等压力的载气。因载气中还夹杂有煤粉，因此粉煤锁斗泄压时一般都与过滤器相连，由此将载气中夹杂的煤粉加以回收，但载气均放散排入大气。这不仅造成载气资源的浪费，而且高压载气对过滤器的损伤较大，造成过滤器使用寿命缩短，并且也会造成放散的载气中粉尘含量仍然较高，无法满足环保要求。
对于煤粉加压输送过程所用载气的回收利用，国内外已有少量资料报道。中国发明专利CN103332660公开了一种高炉喷吹煤粉过程氮气回收再利用的装置，其主要是由滤筒过滤器、均压储气罐、氮气缓冲罐、氮气增压机和氮气储气罐等核心部件组成的氮气回收再利用装置处理粉煤喷吹罐中所含的氮气。中国实用新型CN203393169、CN204198755、CN205473847均公开了一种高炉喷煤系统氮气回收装置，其主要是包括多个喷吹罐和相应泄压阀门，通过将需要泄压的喷吹罐与需要冲压的喷吹罐相连，将原本需要排放的氮气部分回收至需要冲压的喷吹罐中，由此实现氮气的回收利用。对于上述公开的发明专利或实用新型仅仅适用于压力相对较低的粉煤输送过程，并且采用喷吹罐与喷吹罐之间的均压操作，氮气回收率也不高。
对于气流床粉煤加压气化成套装置，一般是一台气化炉仅配有一套粉煤加压与输送装置，因此难以构建装置内部的均压操作流程。此外，粉煤加压输送过程压力较高，并且粉煤锁斗是在装满粉煤的条件下再进行冲压，由此导致现有技术难以实现粉煤加压输送过程高压载气的高效回收。因此，实现煤粉加压气化过程高压氮气的高效回收，需要选择或优化设计合适的高压载气回收装置，既要具有较高的载气回收率，同时避免对原有粉煤加压气化装置的影响。目前对于适用于气流床干煤粉加压气化过程高压载气回收装置尚未有相关资料公开。
技术实现要素：
下文中的术语“均压操作”指的是当两个容器相连时，压力高的容器中所含气体通过连接管道进入压力低的容器中，当两个相连容器压力相等时，关闭连接管道上的阀门，由此完成了均压操作过程。
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种气流床粉煤加压气化过程高压载气回收装置。此装置不仅可有效实现高压载气的高效回收，而且可实现残余尾气的完全达标排放，杜绝环境污染，并且可以部分回收高压载气的压力能，减少回收载气压缩过程的电耗。
本实用新型的技术方案是：一种气流床粉煤加压气化过程高压载气回收装置，其主要包括高压载气过滤缓冲系统和高压载气分级压缩系统，特别是：
所述的高压载气过滤缓冲系统是由一个高压气体均压储罐和多个带同步粉尘过滤的高压气体缓冲罐并联组成，并且高压气体均压储罐及每个高压气体缓冲罐之间采用阀门串联连接。
所述的高压载气分级压缩系统是由多台具有不同进口压力的气体压缩机并联和一个高压气体储罐串联组成。
其中，所述的高压载气过滤缓冲系统中带同步粉尘过滤的高压气体缓冲罐的顶端设有高压载气出口，在靠近顶端处设有过滤层，在中下部设有高压载气入口，在底部设有高压载气出口。
其中，所述的高压载气分级压缩系统中气体压缩机的进口压力由高压气体缓冲罐的平衡压力决定，出口压力由高压载气管网压力决定。
其中，所述的高压气体缓冲罐的数量为2～8个；
其中，所述的气体压缩机的数量为2～8台。
其中，所述的高压载气为氮气或二氧化碳。
本实用新型提供了一种气流床粉煤加压气化过程高压载气回收装置，还具有以下特征：
（1）当粉煤锁斗卸料完成后，首先将粉煤锁斗中含有的高压载气通过高压载气入口依次冲入各个高压气体缓冲罐中。当粉煤锁斗内的压力与高压气体缓冲罐的压力相等时，关闭粉煤锁斗与高压气体缓冲罐之间的阀门。待粉煤锁斗内的高压载气无法进一步冲入高压缓冲罐时，将粉煤锁斗中最后残留的高压载气通过除尘器除尘达标后排入大气。该过程中由于采用粉煤锁斗与高压气体缓冲罐之间的均压操作，使得粉煤锁斗内的压力显著降低，由此显著减小了粉煤锁斗中高压载气对除尘器冲刷的损害作用，不仅可延长除尘器的使用寿命，同时也使得最终尾气更容易达标排放。
（2）当高压气体缓冲罐中冲入高压载气后，通过与之相连的气体压缩机，可以将高压气体缓冲罐中的高压载气抽出并增压到高压载气管网压力要求，进一步通过高压载气储罐进行稳压调节后送入高压载气管网，由此实现高压载气的高效回收。其中，在高压气体缓冲罐靠近顶部设有过滤层，可以很容易实现高压载气中固体颗粒的截留，由此保证所回收高压载气对粉尘含量的要求。
（3）当高压气体缓冲罐内载气抽出后，以及粉煤锁斗内加满煤粉后，可以将高压气体缓冲罐内残留的高压载气以及被截留下来的煤粉，通过均压操作一并送入粉煤锁斗，由此实现高压载气的进一步回收利用。其具体步骤为：首先将压力最低的高压气体缓冲罐顶端与压力次低的高压气体缓冲罐顶端连接阀门打开，以及压力最低的高压气体缓冲罐底端与粉煤锁斗连接阀门打开，由此将压力最低的高压气体缓冲罐内含有的载气及粉煤输送至粉煤锁斗中，并且利用压力次低的高压气体缓冲罐内的高压载气冲洗压力最低的高压气体缓冲罐中过滤层所粘附的煤粉，由此实现高压气体缓冲罐中过滤层的反吹再生；压力最低的高压气体缓冲罐均压完成后关闭与之连接的所有阀门，然后转入压力次低的高压气体缓冲罐均压过程，直到压力最高的高压气体缓冲罐时，通过打开高压气体均压储罐顶端与压力最高的高压气体缓冲罐顶端连接阀门，以及打开压力最高的高压气体缓冲罐底端与粉煤锁斗连接阀门，由此将高压气体均压储罐和压力最高的高压气体缓冲罐中的高压载气重新冲入粉煤锁斗中，并同步实现压力最高的高压气体缓冲罐。该过程不仅实现高压载气的进一步回收利用，而且也有效回收了高压载气中夹带的煤粉，并同步实现高压气体缓冲罐中过滤层的反吹再生。
此外，对于本实用新型高压气体缓冲罐及气体压缩机的数量选择是根据高压载气回收效率来确定。本实用新型具有显著的节能减排效果，并且具有非常高的高压载气回收效率，同步消除粉煤加压输送过程的环境污染，具有广阔的工业应用前景。
附图说明
图1是本实用新型提供的一种气流床粉煤加压气化过程高压载气回收装置示意图。
说明：（1）为粉煤锁斗；（2-0）为高压气体均压缓冲罐；（2-1）、（2-2）、（2-3）、……、（2-n）为高压气体缓冲罐；（P-1）、（P-2）、（P-3）、……、（P-n）为气体压缩机；（4）为除尘器；（V1-1）、（V1-2）、（V1-3）、……、（V1-n）、（V2-1）、（V2-2）、（V2-3）、……、（V2-n）、（V3-1）、（V3-2）、（V3-3）、……、（V3-n）、（V4-1）、（V4-2）、（V4-3）、……、（V4-n）、（V5-1）为管道连接阀门；G为高压气体缓冲罐配置的过滤层。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步描述。
实施例1
如图1所示，本实用新型提供一种气流床粉煤加压气化过程高压载气回收装置，包括由1个高压气体均压储罐（2-0）和n（n=2～8）个带同步粉尘过滤的高压气体缓冲罐并联组成的高压载气过滤缓冲系统，以及由n（n=2～8）台具有不同进口压力的气体压缩机并联和1个高压气体储罐（3）串联组成的高压载气分级压缩系统。其中，（2-1）、（2-2）、（2-3）、……、（2-n）分别为压力依次降低的带同步粉尘过滤的高压气体缓冲罐，（P-1）、（P-2）、（P-3）、……、（P-n）分别为进口压力依次降低的气体压缩机，（V1-1）、（V1-2）、（V1-3）、……、（V1-n）分别为粉煤锁斗（1）泄压时进入高压载气过滤缓冲系统的连接阀门，（V2-1）、（V2-2）、（V2-3）、……、（V2-n）分别为每个高压气体缓冲罐与每台气体压缩机连接时的控制阀门，（V3-1）、（V3-2）、（V3-3）、……、（V3-n）为高压气体均压储罐与高压气体缓冲罐连接时的控制阀门，（V4-1）、（V4-2）、（V4-3）、……、（V4-n）分别为每个高压气体缓冲罐向粉煤锁斗（1）冲压时的管路控制阀门，（V5-1）为粉煤锁斗（1）完全排空时与除尘器（4）的连接阀门。
如图1所示的气流床粉煤加压气化过程高压载气回收装置，其操作步骤为：当粉煤锁斗（1）卸料完成后准备泄压时，首先将粉煤锁斗（1）中含有的高压载气通过高压载气入口先冲入带同步粉尘过滤的高压气体缓冲罐（2-1）及高压气体均压储罐（2-0）中，然后依次均压冲入带同步粉尘过滤的高压气体缓冲罐（2-2）、（2-3）、……、（2-n）中，最后粉煤锁斗（1）残留少量的高压载气通过除尘器（4）过滤固体颗粒后排空。粉煤锁斗（1）泄压完成后即可转入添加粉煤阶段。当粉煤锁斗（1）加满粉煤并与低压设备隔离开后，再将高压气体缓冲罐（2-1）、（2-2）、（2-3）、……、（2-n）内的高压载气按照压力从低到高的顺序依次冲入粉煤锁斗（1）中，特别在向粉煤锁斗（1）中充气时，同时打开与之相邻较高压力的高压气体缓冲罐顶端阀门，由此将相邻较高压力的高压气体缓冲罐内的高压载气对相邻较高压力的高压气体缓冲罐内的过滤层进行反吹再生。由于高压气体缓冲罐（2-1）内的压力最高，当从高压气体缓冲罐（2-1）向粉煤锁斗（1）中冲入高压载气时，需要打开高压气体均压储罐（2-0）与高压气体缓冲罐（2-1）之间的连接阀门，由此利用高压气体均压储罐（2-0）中的高压载气对高压气体缓冲罐（2-1）内的过滤层进行反吹再生。当所有高压气体缓冲罐都完成对粉煤锁斗（1）的冲压时，依次开启气体压缩机（P-1）、（P-2）、（P-3）、……、（P-n），由此将高压气体缓冲罐（2-1）、（2-2）、（2-3）、……、（2-n）及高压气体均压储罐（2-0）内残余的高压载气进一步抽出并压缩至高压载气管网要求的压力，当高压气体缓冲罐（2-1）、（2-2）、（2-3）、……、（2-n）及高压气体均压储罐（2-0）内的压力达到前述由粉煤锁斗（1）向其冲压时的初始压力时，气体压缩机停止工作。基于上述各步骤，对于气流床粉煤加压气化过程高压载气的回收效率一般均高达85%以上，并且能耗比传统空气制氮方法显著降低。
以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。