集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统的制作方法

本实用新型属于低阶煤提质领域，特别涉及低阶煤脱碱脱水技术，具体的说，涉及一种基于太阳能与低阶煤水热处理结合的低阶煤提质与发电联合系统。

背景技术：

低阶煤在世界煤炭总储量中占了很大的比重，其利用已越来越广泛。在中国，低阶煤主要分布在人口稀少的西北地区，往往需要运输到经济发达的东部地区。但低阶煤中水分和挥发分含量高，发热量低并容易自燃，不利长距离运输；并且碱金属含量极高，可造成炉膛的严重积灰、结焦，将大幅降低锅炉热效率、明显增加锅炉运行安全风险，直接利用会导致效率低、危害锅炉设备、破坏环境等问题。因此，通过一定的手段对储量巨大的低阶煤资源进行提质、加工综合利用，提高发热量，改善煤的燃烧品质，对于缓解我国日益紧张的能源压力、降低能耗、保护环境等，具有十分重要的意义。

低阶煤水热提质技术可有效脱出低阶煤中大部分水分和碱金属，实现低阶煤提质要求；然而大多的低阶煤水热提质系统仅仅着眼于煤质的提升，并未针对提质热源进行综合利用，造成很大的能量浪费，同时也没有引入太阳能等清洁的可再生能源进行提质，往往需要消耗大量化石能源。

本实用新型提出了一种基于太阳能与低阶煤水热提质结合的低阶煤提质与发电的联合系统，解决了上述的能量利用效率低、化石能源消耗量大的问题，该系统针对太阳能集热器、低阶煤水热提质系统以及燃煤发电系统三者进行高效耦合，针对能量进行了合理梯级利用，实现了提质煤和电能的双产出，可有效降低化石能源的消耗，充分利用能量，是一种适用于低阶煤提质领域，具有前景的新技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于为低阶煤提质领域提供一种同时实现脱水、脱碱、水分回收及能量高效利用的技术途径，通过提出一种基于太阳能与低阶煤水热处理结合的低阶煤提质-发电综合系统来达到该目的。

为了达到上述目的，本实用新型通过以下方式实现：集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，包括太阳能集热子系统，低阶煤水热提质子系统，燃煤发电子系统三个主要部分；其特征在于，低阶煤进入水热提质子系统后，先经过碎煤机粉碎处理，在煤水混合器与来自加压水泵的高压水混合，然后经过预热器预加热后进入水热提质装置进行脱水脱碱处理，处理后的煤水气混合物进入气液固分离装置，分离出的高温废液进入预热器进行冷却，冷却后的废液与蒸汽冷凝器产生的水分一起进入净化装置进行杂质分离，净化后的水分一部分作为低阶煤水热处理介质经过加压水泵升压后进入煤水混合器与煤进行混合，其余作为富余水分进行回收；气液固分离装置分离出的湿煤进入减压闪蒸装置进行水分分离，分离出的低压蒸汽进入蒸汽冷凝器进行冷却，经减压闪蒸装置分离水分后的高温提质煤一部分进入燃煤发电子系统中的锅炉进行燃烧，其余通过提质煤冷却器进行冷却，冷却后的提质煤进入压缩成型装置进行压缩成型处理，生产出便于运输的提质块煤；在太阳能集热子系统中，低温导热油通过槽式太阳能集热器加热，产生的高温导热油进入油罐，富余的高温导热油进行短期储热，其余的高温导热油进入水热提质装置提供水热提质过程所需热量，放热后的低温导热油经过油泵加压，重新进入槽式太阳能集热器进行加热；在燃煤发电子系统中，经气液固分离装置分离产生的高温热解气经过减压阀减压与来自减压闪蒸装置的高温提质煤一起进入锅炉燃烧，产生的高温蒸汽进入蒸汽轮机，驱动发电机发电，产生的排汽进入凝汽器冷凝成凝结水，其中一部分进入蒸汽冷凝器冷却低压蒸汽，一部分进入提质煤冷却器冷却高温提质煤，经蒸汽冷凝器和提质煤冷却器加热的凝结水与其余的凝结水混合，进入抽汽加热器进行回热处理，经给水泵加压后进入锅炉。

所述的集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，其特征在于，太阳能通过槽式太阳能集热器对低温导热油加热，形成高温导热油，高温导热油进入水热提质装置对煤水混合物加热，提供低阶煤水热提质过程所需热量；在太阳能辐射强度较大时，通过油罐储存富余的高温导热油。

所述的集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，其特征在于，气液固分离装置分离的高温废液经过预热器预热煤水混合物，并实现自身冷却；冷却后的废液与来自蒸汽冷凝器的冷凝水一起通过净化装置分离杂质，一部分作为低阶煤处理介质通过加压水泵进入煤水混合器，其余作为富余水分进行回收。

所述的集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，其特征在于，气液固分离装置分离的湿煤进入减压闪蒸装置后，高压水分减压后形成低压蒸汽，实现提质煤水分脱离；煤水分离后的高温提质煤和低压蒸汽分别通过提质煤冷却器、蒸汽冷凝器加热来自凝汽器产生的冷凝水。

所述的集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，其特征在于，气液固分离装置分离出的高温低热值热解气经减压阀减压，与来自减压闪蒸装置的低水分提质煤在锅炉中进行混合燃烧；部分来自凝汽器产生的凝结水，通过提质煤冷却器、蒸汽冷凝器，分别对高温提质煤、低压蒸汽进行冷却，降低提质煤温度，并回收部分水分。

本实用新型具有以下优点及有益效果：（1）采用槽式太阳能集热器为低阶煤的水热提质过程提供所需热量，实现了低阶煤的脱水脱碱提质，同时充分利用太阳能资源，达到节能减排的目的。（2）采用高温废液预热煤水混合物，可以回收部分余热减少水热提质过程的能量消耗，同时降低废液温度，方便净化处理；将废液和蒸汽冷凝器回收的水分一起在净化装置除去杂质，可以实现水分的循环利用，并回收水热处理过程中低阶煤中脱除的部分水分。（3）利用减压闪蒸装置分离湿煤表面的水分，获得干燥的提质煤，同时利用凝结水对低压蒸汽和高温提质煤进行冷却，可以回收部分废热与水分；提质煤和高温低热值的热解气混合燃烧，可以有效回收水热过程的化学能损失，提高能量的综合利用效率。

附图说明

图1为集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统示意图。

图中：1-碎煤机，2-煤水混合器，3-预热器，4-水热提质装置，5-气液固分离装置，6-净化装置，7-加压水泵，8-减压闪蒸装置，9-蒸汽冷凝器，10-提质煤冷却器，11-压缩成型装置，12-槽式太阳能集热器，13-油罐，14-油泵，15-减压阀，16-锅炉，17-蒸汽轮机，18-发电机，19-凝汽器，20-抽汽加热器，21-给水泵。

具体实施方式

本实用新型提出了集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，下面结合附图予以说明。

如图1所示的集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，包括太阳能集热子系统，低阶煤水热提质子系统，燃煤发电子系统三个主要部分；其特征在于，低阶煤进入水热提质子系统后，先经过碎煤机1粉碎处理，在煤水混合器2与来自加压水泵7的高压水混合，然后经过预热器3预加热后进入水热提质装置4进行脱水脱碱处理，处理后的煤水气混合物进入气液固分离装置5，分离出的高温废液进入预热器3进行冷却，冷却后的废液与蒸汽冷凝器9产生的水分一起进入净化装置6进行杂质分离，净化后的水分一部分作为低阶煤水热处理介质经过加压水泵7升压后进入煤水混合器2与煤进行混合，其余作为富余水分进行回收；气液固分离装置5分离出的湿煤进入减压闪蒸装置8进行水分分离，分离出的低压蒸汽进入蒸汽冷凝器9进行冷却，经减压闪蒸装置8分离水分后的高温提质煤一部分进入燃煤发电子系统中的锅炉16进行燃烧，其余通过提质煤冷却器10进行冷却，冷却后的提质煤进入压缩成型装置11进行压缩成型处理，生产出便于运输的提质块煤；在太阳能集热子系统中，低温导热油通过槽式太阳能集热器12加热，产生的高温导热油进入油罐13，富余的高温导热油进行短期储热，其余的高温导热油进入水热提质装置4提供水热提质过程所需热量，放热后的低温导热油经过油泵14加压，重新进入槽式太阳能集热器12进行加热；在燃煤发电子系统中，经气液固分离装置5分离产生的高温热解气经过减压阀15减压与来自减压闪蒸装置8的高温提质煤一起进入锅炉16燃烧，产生的高温蒸汽进入蒸汽轮机17，驱动发电机18发电，产生的排汽进入凝汽器19冷凝成凝结水，其中一部分进入蒸汽冷凝器9冷却低压蒸汽，一部分进入提质煤冷却器10冷却高温提质煤，经蒸汽冷凝器9和提质煤冷却器10加热的凝结水与其余的凝结水混合，进入抽汽加热器20进行回热处理，经给水泵21加压后进入锅炉16。

所述的集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，其特征在于，太阳能通过槽式太阳能集热器12对低温导热油加热，形成高温导热油，高温导热油进入水热提质装置4对煤水混合物加热，提供低阶煤水热提质过程所需热量；在太阳能辐射强度较大时，通过油罐13储存富余的高温导热油。

所述的集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，其特征在于，气液固分离装置5分离的高温废液经过预热器3预热煤水混合物，并实现自身冷却；冷却后的废液与来自蒸汽冷凝器9的冷凝水一起通过净化装置6分离杂质，一部分作为低阶煤处理介质通过加压水泵7进入煤水混合器2，其余作为富余水分进行回收。

所述的集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，其特征在于，气液固分离装置5分离的湿煤进入减压闪蒸装置8后，高压水分减压后形成低压蒸汽，实现提质煤水分脱离；煤水分离后的高温提质煤和低压蒸汽分别通过提质煤冷却器10、蒸汽冷凝器9加热来自凝汽器19产生的冷凝水。

所述的集成太阳能的低阶煤水热提质与发电联合系统，其特征在于，气液固分离装置5分离出的高温低热值热解气经减压阀15减压，与来自减压闪蒸装置8的低水分提质煤在锅炉16中进行混合燃烧；部分来自凝汽器19产生的凝结水，通过提质煤冷却器10、蒸汽冷凝器9，分别对高温提质煤、低压蒸汽进行冷却，降低提质煤温度，并回收部分水分。

其工作过程为：低阶煤经碎煤机破碎后在煤水混合器中与高压水混合，经预热器升温至100 ~ 150°C，进入水热提质装置，被槽式太阳能集热器产生的高温导热油加热至300 ~ 350°C，进行脱水脱碱反应，并发生轻度热解，脱出部分含氧官能团；提质后的水、煤及热解气混合物经气液固分离装置分别分离出含碱废液、湿提质煤和高压热解气，含碱废液经预热器减温后，与蒸汽冷凝器出口的水分一起进入净化装置，分离杂质后，回收部分低阶煤水热提质过程中脱出水分，其余水分经加压水分加压至10 ~ 18 Mpa进入煤水混合器；气液固分离装置分离出的湿煤进入减压闪蒸装置减压至常压，湿煤表面的水分以水蒸气的形式分离出去，分离出去的低压蒸汽经蒸汽冷凝器冷却凝结，回收热量和水分，同时分离水分后的提质煤一部分用于锅炉燃烧，其余经提质煤冷却器冷却，经压缩成型装置压缩加工成方便运输的块状提质煤；气液固分离装置分离的高压热解气，经减压阀减压至常压，与提质煤一起在锅炉中燃烧，锅炉产生的高温蒸汽经蒸汽轮机中做功，经发电机产生电力；汽轮机经凝汽器凝结成冷凝水，并通过蒸汽冷凝器、提质煤冷却器及抽汽加热器加热升温，然后经给水泵加压进入锅炉；此外，在太阳能集热子系统中，当太阳能辐射强度过大时，部分导热油储存在油罐中进行短期蓄热。