耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统技术方案

耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统，下行床反应器内煤高温快速热解和换热裂解装置内煤热解半焦换热及焦油裂解以及气化炉内煤焦气化耦合，利用气化炉气化所得的高温低热值燃气首先加热半焦、在半焦上裂解焦油，生成的中温低热值燃气再预热原煤，使气化炉生成的热量被充分利用，提高了煤炭转化为燃气的热效率；利用固体热载体快速热解生成的高热值燃气和气化炉气化所得低热值燃气分别进入燃气轮机和锅炉逐级发电，本实用新型专利技术最大程度地将原煤变为燃气，即便产生的少量焦油也在高温半焦上裂解生成了小分子燃气，不产生焦油和废水，有利于燃气净化和环境。本实用新型专利技术具有对热量进行了梯级利用、能量转化效率高、无污染排放的优点。

Combined cycle power generation system with coal pyrolysis and air gasification

【技术实现步骤摘要】
耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统
本技术属于煤化工
，具体涉及到耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统及方法。
技术介绍
煤炭在我国一次能源消费中占比高达70％以上，其中又有60％以上的煤炭用于发电。长期以来，基于煤炭直接燃烧的热力发电效率始终维持在较低水平(40％左右)，能源转化效率低；并且煤炭直燃发电容易排放SOx、NOx、PM2.5颗粒和二氧化碳，污染环境并引起温室效应。因此，近些年来国家提倡基于煤炭的洁净高效发电技术开发与创新，其中整体煤气化联合循环发电系统就是一种高效煤基发电方法，受到国家和行业重点关注。整体煤气化联合循环发电系统是以煤炭高效气化技术为龙头将煤转化为富含一氧化碳、氢气和甲烷的燃气，将燃气通入燃气轮机燃烧推动涡轮发电，燃气轮机排放的高温烟气进一步在废热锅炉中产生高压蒸汽推动蒸汽轮机发电。由于该系统采用煤气化技术将煤转化为便于净化和脱碳的燃气，因此有效控制了污染物排放，并可实现二氧化碳完全铺集；其次，该系统根据燃气轮机和蒸汽轮机对热源要求的特点，进一步提取燃气轮机排放高温烟气中的热量，可对气化燃气中的能量梯级利用，最大程度地获得燃气中的能量，系统总发电效率最高可达60％以上。因而，整体煤气化联合循环发电系统是未来以煤为原料发电厂的首选，其替代燃煤发电也将成为必然。整体煤气化联合循环发电系统的龙头是煤炭气化技术，由于燃气轮机需要高热值的燃气燃烧产生高温烟气推动涡轮旋转发电，目前用于整体煤气化联合循环发电系统的气化技术主要是高温(＞1400℃)、高压(＞3MPa)、纯氧气化的气流床气化类型，例如Shell和GSP干煤粉气流床气化、Texaco水煤浆气化。但是，这些气化工艺气化温度和压力高，对设备要求非常苛刻；更重要的是这些气化工艺都需要纯氧作为气化剂，这就需要配备空气分离单元，因此此类气化工艺的投资、操作和维护成本都非常高。以空气供氧的常压中等温度气化工艺可省去设置空气分离单元，同时，常压中等温度(1000～1200℃)气化对气化炉及附属设备要求低，因此空气煤气化工艺极大地降低整体煤气化联合循环发电系统的总投资，同时操作和运行成本也较低，是整体煤气化联合循环发电系统气化单元最具潜力的替代工艺。但由于空气气化生成的燃气中混入大量氮气，燃气热值较低，无法与现有燃气轮机进行匹配；此外，空气煤气化过程由于气化温度较低会产生一定量的焦油，对燃气净化过程有较大影响，并且这些焦油无法合理利用。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供一种对热量进行了梯级利用、能源转化效率高、环保无排放污染、发电效率高的耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统。解决上述技术问题所采用的技术方案是：下行床反应器的顶部设置有与其相连通的快速混合器、底部出口通过管道与第二气固分离器相连通，快速混合器的原煤入口通过管道与第一气固分离器的原煤出口相连通、煤焦入口通过管道与换热裂解装置的第一煤焦出口相连通，第一气固分离器的入口通过管道与装有原煤的预热提升器的出口相连通、燃气出口通过管道与第二燃气净化装置的入口相连通，预热提升器的燃气入口通过管道与换热裂解装置的燃气出口相连通，第二气固分离器的半焦出口通过管道与换热裂解装置的半焦进口相连通、燃气出口通过管道与冷凝器的入口相连通，冷凝器的焦油出口通过管道与换热裂解装置的焦油进口相连通、燃气出口通过管道与第一燃气净化装置的入口相连通，换热裂解装置的燃气入口通过管道与空气气流床煤焦气化装置的燃气出口相连通、第二煤焦出口通过管道与空气气流床煤焦气化装置的煤焦入口相连通，第一燃气净化装置的出口通过管道与燃气轮机的燃气入口相连通，燃气轮机的排烟管与第二锅炉相连通，第二燃气净化装置的出口通过管道与第二锅炉相连通，第二锅炉的蒸汽输出管与蒸汽轮机的入口相连通，蒸汽轮机和燃气轮机上均设置有发电机。作为一种优选的技术方案，所述的换热裂解装置为：流化床筒内上部设置有第一旋风分离器和第二旋风分离器、下中部设置有气体分布板，流化床筒侧壁上设置有焦油进口、半焦进口、第一煤焦出口、第二煤焦出口，进焦油口内设置有喷嘴，流化床筒底部设置有燃气入口、顶部设置有燃气出口，第一旋风分离器的入口置于流化床筒内、顶部出口与第二旋风分离器的入口相连通，第二旋风分离器的顶部出口与流化床筒的燃气出口相连通、底部出口与第一旋风分离器底部出口相连通。所述的第一燃气净化装置和第二燃气净化装置结构相同，所述的第一燃气净化装置为静电除尘装置的出口通过管道与风机的入口相连通，风机的出口通过管道与低温甲醇洗涤装置的燃气入口相连通。作为一种优选的技术方案，所述的空气气流床煤焦气化装置为：气化炉的顶部设置有烧嘴、中下部侧壁上设置有燃气出气管、底部设置有排渣口，烧嘴的进煤焦管通过管道与换热裂解装置的第二煤焦出口相连通、空气进气管通过管道与空气压缩机相连、水蒸气进汽管通过管道与汽包相连通，汽包通过管道与锅炉相连。作为一种优选的技术方案，所述的换热裂解装置的燃气出口通过安装有燃气压缩机的管道与换热裂解装置的第二煤焦出口和空气气流床半焦气化装置的煤焦入口之间的管道相连通。作为一种优选的技术方案，所述的换热裂解装置的第二煤焦出口和空气气流床煤焦气化装置的煤焦入口之间的管道上设置有煤焦研磨器。本技术的有益效果如下：本技术通过下行床反应器内煤高温快速热解和换热裂解装置内煤热解半焦换热及焦油裂解以及气化炉内煤焦气化耦合，利用气化炉气化所得的高温低热值燃气首先加热半焦、在半焦上裂解焦油，生成的中温低热值燃气再预热原煤，这样使气化炉生成的热量被充分利用，提高了煤炭转化为燃气的热效率；其次，利用固体热载体快速热解生成的高热值燃气和气化炉气化所得低热解燃气分别进入燃气轮机和锅炉逐级发电，可解决单独空气气化所产燃气热值低无法与现有燃气轮机蒸汽轮机联合循环发电匹配的问题。最后，本技术组合气化炉高温气化和下行床高温快速热解技术，最大程度地将原煤变为燃气，即便产生的少量焦油也在高温半焦上裂解生成了小分子燃气，因此本专利技术不产生焦油和废水，有利于燃气净化和环境。本技术有效解决空气气化与燃气轮机蒸汽轮机发电匹配的难题，具有对热量进行了梯级利用、能量转化效率高、无污染排放的优点。附图说明图1是本技术耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统结构示意图。图2是图1中换热裂解装置5的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施对本技术进一步详细说明，但本技术不限于下述的实施方式。在图1中，本实施例的耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统由下行床反应器1、快速混合器2、预热提升器3、第二气固分离器4、换热裂解装置5、燃气压缩机6、气化炉7、冷凝器8、第一静电除尘装置9、第一风机10、第一低温甲醇洗涤装置11、燃气轮机12、第一发电机13、第二锅炉14、蒸汽轮机15、第二发电机16、第二静电除尘装置17、第二风机18、第二低温甲醇洗涤装置19、第一锅炉20、汽包21、煤焦研磨器22、烧嘴23、空气压缩机24、天然气缓冲罐25、第一气固分离器26连接构成。下行床反应器1的顶部安装有与其相连通的快速混合器2、底部出口通过管道与第二气固分离器4的入口相连通，快速混合器2的原煤入口通过管道与第一气固分离器26的原煤出口相连通、煤焦入口通过管道与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统，其特征在于：下行床反应器(1)的顶部设置有与其相连通的快速混合器(2)、底部出口通过管道与第二气固分离器(4)相连通，快速混合器(2)的原煤入口通过管道与第一气固分离器(26)的原煤出口相连通、煤焦入口通过管道与换热裂解装置(5)的第一煤焦出口(5‑5)相连通，第一气固分离器(26)的入口通过管道与装有原煤的预热提升器(3)的出口相连通、燃气出口通过管道与第二燃气净化装置的入口相连通，预热提升器(3)的燃气入口通过管道与换热裂解装置(5)的燃气出口(5‑11)相连通，第二气固分离器(4)的半焦出口通过管道与换热裂解装置(5)的半焦进口(5‑2)相连通、燃气出口通过管道与冷凝器(8)的入口相连通，冷凝器(8)的焦油出口通过管道与换热裂解装置(5)的焦油进口(5‑4)相连通、燃气出口通过管道与第一燃气净化装置的入口相连通，换热裂解装置(5)的燃气入口(5‑6)通过管道与空气气流床煤焦气化装置的燃气出口相连通、第二煤焦出口(5‑8)通过管道与空气气流床煤焦气化装置的煤焦入口相连通，第一燃气净化装置的出口通过管道与燃气轮机(12)的燃气入口相连通，燃气轮机(12)的排烟管与第二锅炉(14)相连通，第二燃气净化装置的出口通过管道与第二锅炉(14)相连通，第二锅炉(14)的蒸汽输出管与蒸汽轮机(15)的入口相连通，蒸汽轮机(15)和燃气轮机(12)上均设置有发电机。...

【技术特征摘要】
1.一种耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统，其特征在于：下行床反应器(1)的顶部设置有与其相连通的快速混合器(2)、底部出口通过管道与第二气固分离器(4)相连通，快速混合器(2)的原煤入口通过管道与第一气固分离器(26)的原煤出口相连通、煤焦入口通过管道与换热裂解装置(5)的第一煤焦出口(5-5)相连通，第一气固分离器(26)的入口通过管道与装有原煤的预热提升器(3)的出口相连通、燃气出口通过管道与第二燃气净化装置的入口相连通，预热提升器(3)的燃气入口通过管道与换热裂解装置(5)的燃气出口(5-11)相连通，第二气固分离器(4)的半焦出口通过管道与换热裂解装置(5)的半焦进口(5-2)相连通、燃气出口通过管道与冷凝器(8)的入口相连通，冷凝器(8)的焦油出口通过管道与换热裂解装置(5)的焦油进口(5-4)相连通、燃气出口通过管道与第一燃气净化装置的入口相连通，换热裂解装置(5)的燃气入口(5-6)通过管道与空气气流床煤焦气化装置的燃气出口相连通、第二煤焦出口(5-8)通过管道与空气气流床煤焦气化装置的煤焦入口相连通，第一燃气净化装置的出口通过管道与燃气轮机(12)的燃气入口相连通，燃气轮机(12)的排烟管与第二锅炉(14)相连通，第二燃气净化装置的出口通过管道与第二锅炉(14)相连通，第二锅炉(14)的蒸汽输出管与蒸汽轮机(15)的入口相连通，蒸汽轮机(15)和燃气轮机(12)上均设置有发电机。2.根据权利要求1所述的耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统，其特征在于所述的换热裂解装置(5)为：流化床筒(5-1)内上部设置有第一旋风分离器(5-9)和第二旋风分离器(5-10)、下中部设置有气体分布板(5-7)，流化床筒(5-1)侧壁上设置有焦油进口(5-4)、半焦进口(5-2)、第一煤焦出口(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：田斌，徐龙，马晓迅，田原宇，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61