集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统技术方案

本发明专利技术公开了属于煤的分级利用领域的集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统。该系统主要包括太阳能提质、甲醇合成、燃煤发电等三个子系统。该系统中，太阳能驱动的煤提质、甲醇合成及燃煤发电三者耦合，槽式、塔式太阳能分别为煤的热解、气化提供热量，提质及甲醇合成过程的废热、废料通过燃煤发电机组的锅炉、汽水系统实现梯级回收利用。该系统通过高效的系统集成耦合，拓宽了太阳能的利用途径，实现了煤基多联产，同时有望降低化石能源消耗，提高能量的综合利用效率。

【技术实现步骤摘要】
集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统
本专利技术属于煤的分级利用领域，特别涉及一种集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统，具体说是一种太阳能辅助煤的分级提质、与甲醇合成的集成发电系统。
技术介绍
煤炭是世界上储存量最大的化石能源，目前探测的储存量约一万亿吨，几乎是石油储存量的三倍，是世界能源安全的保障。但是，在煤炭的利用过程中常常出现能量利用效率低，二氧化碳及污染物排放严重等问题。随着对能源安全、环境保护等方面的日益重视，煤炭资源的高效清洁利用是目前重要的研究方向。煤的间接液化技术是煤炭资源的一种清洁利用方式，首先对煤进行气化，生产的合成气进一步加工成液体燃料(甲醇等)，可有效减少二氧化碳及污染物的排放，拓宽了煤炭利用途径。但传统的煤的间接液化过程中的煤的热解、气化等提质过程需要吸收大量能量，通常需要煤的部分燃烧提供；煤的提质及甲醇合成过程中产生的废料废热的利用效率往往也不佳。如果在煤的提质过程中引入太阳能，并与常规燃煤发电机组深度耦合，有望进一步提高能量的综合利用效率，减少碳及污染物的排放。综上所述，本专利技术提出了一种集成太阳能的煤基甲醇合成与发电的联产系统，有望进一步提高能源利用效率，降低化石能源消耗，减少二氧化碳及污染物的排放；该系统针对太阳能辅助煤提质、甲醇合成以及燃煤发电三者进行高效耦合，对不同品味的能量进行合理梯级利用，实现甲醇、提质煤及电力的多联产，在煤的分级利用领域具有广泛应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统，集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统，主要包括太阳能提质子系统，甲醇合成子系统，燃煤发电子系统三部分；其特征在于，碎煤机1连接预干燥装置2，预干燥装置2分别连接锅炉22，和热解炉3，热解炉3分别连接太阳能的集热器4、气化炉5和高温冷煤器29，高温冷煤器29与低温冷煤器30、压缩成型装置31串联；高温冷煤器29又分别与高压加热器28的输入口、输出口与对应连接，高压加热器28与蒸汽轮机23的高压抽汽连接，蒸汽轮机23的高压抽汽又与太阳能提质子系统中气化炉5连接；低压加热器26与蒸汽轮机23的低压抽汽连接，低温冷煤器30分别与低压加热器26的输入口、输出口对应连接；蒸汽轮机23连接发电机24，其排汽连接凝汽器25，凝汽器25再与低压加热器26连接；高压加热器28和低压加热器26之间通过给水泵27连接；高压加热器28再与锅炉22、蒸汽轮机23串联；气化炉5输出连接甲醇合成子系统中1号气-水换热器8，1号气-水换热器8又与蒸汽轮机23连接；1号气-水换热器8与CO变换器9、2号气-水换热器10连接成回路；1号气-水换热器8还绕过CO变换器9直接连接3号气-水换热器11，3号气-水换热器11又分别连接2号气-水换热器10及高压加热器28的输出口；3号气-水换热器11还与5号气-水换热器12、净化装置13、压气机14、气-气换热器15、甲醇合成器16和4号气-水换热器17串联成回路；其中，5号气-水换热器12与低压加热器26的输入口和输出口分别连接；4号气-水换热器17还与高压加热器28的输入口连接；压气机14与气-气换热器15、气-液换热器20及气液分离装置19也串联成回路；冷却器18分别连接气-液换热器20和气液分离装置19；气-液换热器20输出连接甲醇提纯器21所述太阳能通过定日镜6投射到反射器7上，然后聚集到气化炉5内。所述集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统的工作原理，原煤先经过碎煤机粉碎处理，进入预干燥装置干燥，一部分进入锅炉燃烧，其余进入热解炉发生低温热解反应，反应温度为400℃，产生的高温提质煤一部分进入燃煤发电子系统，经过高温冷煤器、低温冷煤器冷却，然后进入压缩成型装置压缩成型，生产出便于运输的提质块煤；其余的高温提质煤与其他热解产物进入气化炉中，与来自蒸汽轮机的高压抽汽发生气化反应，反应温度为1000℃，产生合成气和气化渣，气化渣进入锅炉燃烧，合成气进入甲醇合成子系统中，经过1号气-水换热器降温，降温至400℃，一部分合成气进入CO变换器调节H2/CO比例系数，然后与其余合成气混合，依次通过3号气-水换热器、5号气-水换热器降低至30℃，降温后的合成气进入净化装置，脱除硫、二氧化碳等杂质气体，净化后的合成气与气液分离装置分离出的循环气混合进入压气机加压，然后通过气-气换热器预热，进入甲醇合成器进行甲醇合成，产生的甲醇/合成气混合气体，依次进入气-气换热器、气-液换热器、冷却器，冷却至40℃，冷却后的气液混合物进入气液分离器，分离出的合成气一部分作为循环气体，与净化装置出口的合成气混合，其余作为未反应气体进入锅炉燃烧；分离出的粗甲醇，经过气-液换热器加热，进入甲醇提纯器，产生纯度较高的甲醇；在太阳能提质子系统中，一部分太阳能通过槽式集热器加热导热油，进入热解炉，为热解过程提供热量；一部分太阳能通过定日镜投射到反射器上，然后聚集到气化炉内，为气化过程提供热量；在燃煤发电子系统中，气化渣、未反应气与预干燥煤作为燃料进入锅炉燃烧，加热给水，产生的高温蒸汽与来自1号气-水换热器混合一起进入蒸汽轮机，驱动发电机发电，产生的排汽进入凝汽器冷却成凝结水，其中一部分进入低温冷煤器冷却提质煤，一部分进入5号气-水换热器冷却合成气，其余进入低压加热器被来自蒸汽轮机的低压抽汽加热，然后三者混合进入给水泵加压，产生的高压水一部分进入高压加热器被来自蒸汽轮机的高压抽汽加热，一部分进入高温冷煤器冷却提质煤，其余进入4号气-水换热器，吸收甲醇合成过程的反应热，然后进入3号气-水换热器吸收合成气显热，产生270℃的高温水，产生的高温水一部分进入2号气-水换热器吸收CO变换反应热，通过1号气-水换热器，吸收高温合成气显热，产生570℃的高温蒸汽，产生的高温蒸汽与锅炉产生的高温蒸汽混合；3号气-水换热器产生的其余的高温水与高温冷煤器、高压加热器出口的高温水混合，作为给水进入锅炉。所述的太阳能提质子系统中，一部分太阳能通过槽式集热器加热导热油，进入热解炉，为热解过程提供热量；一部分太阳能通过定日镜投射到反射器上，然后聚集到气化炉内，为气化过程提供热量。所述的凝汽器冷却产生的凝结水，一部分进入低温冷煤器冷却提质煤，一部分进入5号气-水换热器冷却合成气，其余进入低压加热器被来自蒸汽轮机的低压抽汽加热，然后三者混合进入给水泵加压，产生的高压水一部分进入高压加热器被来自蒸汽轮机的高压抽汽加热，一部分进入高温冷煤器冷却提质煤，其余进入4号气-水换热器，吸收甲醇合成过程的反应热，然后进入3号气-水换热器吸收合成气显热，产生的高温水，一部分进入2号气-水换热器吸收CO变换反应热，通过1号气-水换热器，吸收高温合成气显热，产生高温蒸汽，与锅炉产生的高温蒸汽混合；3号气-水换热器产生的其余的高温水与高温冷煤器、高压加热器出口的高温水混合，作为给水进入锅炉。所述的气化炉产生的气化渣、气液分离器分离出的未反应气与预干燥装置出口的一部分预干燥煤一起进入锅炉燃烧，加热给水。所述的热解炉产生的高温提质煤，一部分进入气化炉进行气化反应，产生合成气；其余进入燃煤发电子系统，经过高温冷煤器、低温冷煤器冷却，然后进入压缩成型装置压缩成型，生产出便于运输的提质块煤。本专利技术具有以下优点及有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统，包括太阳能提质子系统，甲醇合成子系统，燃煤发电子系统三个主要部分；其特征在于，碎煤机(1)连接预干燥装置(2)，预干燥装置(2)分别连接锅炉(22)，和热解炉(3)，热解炉(3)分别连接太阳能的集热器(4)、气化炉(5)和高温冷煤器(29)，高温冷煤器(29)与低温冷煤器(30)、压缩成型装置(31)串联；高温冷煤器(29)又分别与高压加热器(28)的输入口、输出口与对应连接，高压加热器(28)与蒸汽轮机(23)的高压抽汽连接，蒸汽轮机(23)的高压抽汽又与太阳能提质子系统中气化炉(5)连接；低压加热器(26)与蒸汽轮机(23)的低压抽汽连接，低温冷煤器(30)分别与低压加热器(26)的输入口、输出口对应连接；蒸汽轮机(23)连接发电机(24)，其排汽连接凝汽器(25)，凝汽器(25)再与低压加热器(26)连接；高压加热器(28)和低压加热器(26)之间通过给水泵(27)连接；高压加热器(28)再与锅炉(22)、蒸汽轮机(23)串联；气化炉(5)输出连接甲醇合成子系统中1号气‑水换热器(8)，1号气‑水换热器(8)又与蒸汽轮机(23)连接；1号气‑水换热器(8)与CO变换器(9)、2号气‑水换热器(10)连接成回路；1号气‑水换热器(8)还绕过CO变换器(9)直接连接3号气‑水换热器(11)，3号气‑水换热器(11)又分别连接2号气‑水换热器(10)及高压加热器(28)的输出口；3号气‑水换热器(11)还与5号气‑水换热器(12)、净化装置(13)、压气机(14)、气‑气换热器(15)、甲醇合成器(16)和4号气‑水换热器(17)串联成回路；其中，5号气‑水换热器(12)与低压加热器(26)的输入口和输出口分别连接；4号气‑水换热器(17)还与高压加热器(28)的输入口连接；压气机(14)与气‑气换热器(15)、气‑液换热器(20)及气液分离装置(19)也串联成回路；冷却器(18)分别连接气‑液换热器(20)和气液分离装置(19)；气‑液换热器(20)输出连接甲醇提纯器(21)。...

【技术特征摘要】
1.一种集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统，包括太阳能提质子系统，甲醇合成子系统，燃煤发电子系统三个主要部分；其特征在于，碎煤机(1)连接预干燥装置(2)，预干燥装置(2)分别连接锅炉(22)，和热解炉(3)，热解炉(3)分别连接太阳能的集热器(4)、气化炉(5)和高温冷煤器(29)，高温冷煤器(29)与低温冷煤器(30)、压缩成型装置(31)串联；高温冷煤器(29)又分别与高压加热器(28)的输入口、输出口与对应连接，高压加热器(28)与蒸汽轮机(23)的高压抽汽连接，蒸汽轮机(23)的高压抽汽又与太阳能提质子系统中气化炉(5)连接；低压加热器(26)与蒸汽轮机(23)的低压抽汽连接，低温冷煤器(30)分别与低压加热器(26)的输入口、输出口对应连接；蒸汽轮机(23)连接发电机(24)，其排汽连接凝汽器(25)，凝汽器(25)再与低压加热器(26)连接；高压加热器(28)和低压加热器(26)之间通过给水泵(27)连接；高压加热器(28)再与锅炉(22)、蒸汽轮机(23)串联；气化炉(5)输出连接甲醇合成子系统中1号气-水换热器(8)，1号气-水换热器(8)又与蒸汽轮机(23)连接；1号气-水换热器(8)与CO变换器(9)、2号气-水换热器(10)连接成回路；1号气-水换热器(8)还绕过CO变换器(9)直接连接3号气-水换热器(11)，3号气-水换热器(11)又分别连接2号气-水换热器(10)及高压加热器(28)的输出口；3号气-水换热器(11)还与5号气-水换热器(12)、净化装置(13)、压气机(14)、气-气换热器(15)、甲醇合成器(16)和4号气-水换热器(17)串联成回路；其中，5号气-水换热器(12)与低压加热器(26)的输入口和输出口分别连接；4号气-水换热器(17)还与高压加热器(28)的输入口连接；压气机(14)与气-气换热器(15)、气-液换热器(20)及气液分离装置(19)也串联成回路；冷却器(18)分别连接气-液换热器(20)和气液分离装置(19)；气-液换热器(20)输出连接甲醇提纯器(21)。2.根据权利要求1所述集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统，其特征在于，所述太阳能通过定日镜(6)投射到反射器(7)上，然后聚集到气化炉(5)内。3.一种权利要求1所述集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统的集成联产原理，其特征在于，原煤先经过碎煤机(1)粉碎处理，进入预干燥装置(2)干燥，一部分进入锅炉(22)燃烧，其余进入热解炉(3)发生低温热解反应，产生的高温提质煤一部分进入燃煤发电子系统，经过高温冷煤器(29)、低温冷煤器(30)冷却，然后进入压缩成型装置(31)压缩成型，生产出便于运输的提质块煤；其余的高温提质煤与其他热解产物进入气化炉(5)中，与来自蒸汽轮机(23)的高压抽汽发生气化反应，产生合成气和气化渣，气化渣进入锅炉(22)燃烧，合成气进入甲醇合成子系统中，经过1号气-水换热器(8)降温，一部分合成气进入CO变换器(9)调节H2/CO比例系数，然后与其余合成气混合，依次通过3号气-水换热器(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：许诚，辛团团，刘文毅，徐钢，杨勇平，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11