一种火电厂与高温煤焦化炉耦合系统及方法与流程

本发明涉及煤热解焦化技术领域，具体涉及一种火电厂与高温煤焦化炉耦合的系统及方法。

背景技术：

随着技术的发展，煤炭的焦化已经做到成本更低和更加环保。我国是世界上最大的焦炭产出国，产量占到世界总产量的50％以上，作为全球焦煤大国，我国的煤炭焦化技术已经十分成熟。煤炭焦化是以生产出高附加值的化工产品为主要目的，它的发展对其附属的一些产业发展起着决定作用，意义十分重要。煤炭焦化的发展朝着低成本和高环保的方向进行，随着焦化技术的长足发展，多种新型炼焦工艺快速发展起来，如捣固炼焦技术、选择性粉碎技术和煤炭调湿技术等。

煤炭焦化又称煤炭高温干馏。以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。目前的大型煤热解工艺中，存在大量的能源消耗及污染物排放，煤的热解过程中需要消耗煤自身或补燃气体的大量热值，烟气、废水等污染物处理成本高昂。

常规燃煤火力发电厂由于近几年煤炭价格上涨，进入电站锅炉的煤炭品质逐年下降，使得燃煤锅炉燃烧效率、锅炉效率都有所下降。另外，目前随着可再生能源发电比例的上升，越来越多的火电站面临长时间的低负荷调峰运行状态，现有的电站锅炉很难进行稳定的高经济性的低负荷运行。因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种火电厂与高温煤焦化炉耦合的系统及方法，通过在火电厂内设置高温煤焦化装置，实现高温煤焦化装置和火电厂的有机结合，提升锅炉燃烧品质和效率，保证电站锅炉低负荷稳定运行，增强火电厂的深度调峰能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种火电厂与高温煤焦化炉耦合系统，包括电站锅炉，还包括高温煤焦化装置，所述高温煤焦化装置包括煤气净化分离装置、高温煤焦化炉、熄焦装置、燃烧室；所述高温煤焦化炉分别与燃烧室和电站锅炉相连，所述燃烧室、电站锅炉、火电厂调峰电加热装置中的任一个或多个为所述高温煤焦化炉提供高温烟气或电热能作为加热热源；所述高温煤焦化炉的荒煤气出口连通于煤气净化分离装置的入口，尾气出口连通于所述电站锅炉的烟道尾部，焦炭出口连通于所述熄焦装置；所述煤气净化分离装置用于将荒煤气中的焦油和洁净煤气净化分离出来；所述熄焦装置的焦炭出口连通于所述电站锅炉和焦炭存储装置中的一个或两个，所述煤气净化分离装置的焦油出口连通于所述电站锅炉或焦油存储装置中的一个或两个，所述煤气净化分离装置的煤气出口连通于所述电站锅炉或煤气存储装置中的一个或两个。

进一步地，所述燃烧室包括煤气燃烧室，所述煤气净化分离装置的煤气出口连通于所述煤气燃烧室的煤气入口；所述煤气燃烧室的高温烟气出口连通于所述高温煤焦化炉，用于为高温煤焦化炉提供高温烟气作为加热热源。

进一步地，所述高温煤焦化装置还包括有换热器，所述换热器的热媒管道的入口连通于所述荒煤气出口，热媒管道的出口连通于所述煤气净化分离装置的入口；所述换热器的冷媒管道的入口连通于火电厂的冷却水管道，冷媒管道的出口连通于火电厂的汽水循环系统。

进一步地，所述火电厂与高温煤焦化炉耦合系统还包括磨煤机，所述磨煤机用于接收所述熄焦装置输出的粗焦，将粗焦单独磨成焦粉或将粗焦与原煤混合磨成焦煤混合粉，并向所述电站锅炉输出所述焦粉或焦煤混合粉作为燃料。

更进一步地，所述燃烧室包括有煤粉燃烧室，所述磨煤机向所述煤粉燃烧室输出所述焦粉或焦煤混合粉；所述煤粉燃烧室的高温烟气出口连通于所述高温煤焦化炉，用于为高温煤焦化炉提供高温烟气作为加热热源。

进一步地，所述高温煤焦化炉采用外热式焦化炉或内热式焦化炉。

进一步地，将高温煤焦化装置与电站锅炉相邻设置，利用耐高温工质管将电站锅炉的高温烟气和高温煤焦化炉的高温烟气入口连通，并利用引风机和耐高温工质管将高温煤焦化炉的尾气出口连通电站锅炉的烟道尾部；所述耐高温工质管上设有挡板，用于控制进入电站锅炉内的烟气流量。

更进一步地，所述耐高温工质管包括耐火层、支撑层、保温层，所述支撑层设于耐火层的内侧和/或外侧；当支撑层仅设于所述耐火层的内侧时，所述保温层设于所述耐火层的外侧，当耐火层的外侧设有支撑层时，所述保温层设于位于外侧的支撑层的外侧。

进一步地，所述火电厂调峰电加热装置包括电加热管单元、电磁加热炉单元、电极放电加热单元、高压电弧加热单元中的任意一种或几种。

本发明还提供一种利用上述火电厂与高温煤焦化炉耦合系统的方法，包括如下步骤：

通过火电厂的输煤系统向制粉系统输入原煤，制粉系统生产的煤粉通过一次风携带输送给电站锅炉，电站锅炉利用煤粉作为燃料燃烧，产生高温蒸汽驱动汽轮机带动发电机运行，将产生的电力输送至电网；

将电站锅炉产生的高温烟气引入高温煤焦化炉对其进行预热烧炉，使高温煤焦化炉内的炭化室和燃烧室温度达到500℃或以上；

通过火电厂的输煤系统将原煤经过筛选出的块煤送入高温煤焦化炉的炭化室，利用燃烧室燃烧得到的高温烟气和火电厂调峰电加热装置中的至少一个作为高温煤焦化炉的加热热源使得高温煤焦化炉继续升温至900℃或以上；

高温煤焦化炉的炭化室内的块煤在高温隔绝空气情况下进行高温热解焦化，并产生荒煤气及高温焦炭；产生的荒煤气输送至煤气净化分离装置内处理，得到洁净煤气及焦油，高温焦炭则输入至所述熄焦装置中进行熄焦；产生的尾气送回电站锅炉的烟道尾部，进入火电厂的烟气处理系统进行处理；洁净煤气输送至电站锅炉作为燃料燃烧；洁净煤气还输送至燃烧室中的煤气燃烧室进行燃烧，煤气燃烧室燃烧产生的高温烟气送入所述高温煤焦化炉中为其提供热量；所述荒煤气先进入换热器的热媒管道，和冷媒管道内的冷却水交换热能，冷却水被加热成为蒸汽输出至火电厂的汽水循环系统，降温后的荒煤气输出至煤气净化分离装置中；

经过熄焦后的焦炭经磨煤机磨成焦粉，或和原煤混合磨成焦煤混合粉后送入电站锅炉内焚烧或对外销售；所述焦粉或焦煤混合粉还输送至燃烧室中的煤粉燃烧室燃烧，产生的高温烟气送入高温煤焦化炉为其提供热量。

进一步地，所述高温煤焦化炉的热平衡的计算公式为：

q焦化炉＝q高温烟气+q电+q煤气-q散热；

q高温烟气＝f烟气*cp*(t进-t出)；

q电＝3600p调峰电*t调峰；

q煤气＝f煤气*q煤气；

其中p调峰电为火电厂调峰电加热装置的运行功率，kw；q高温烟气为电站锅炉内经耐高温工质管进入高温煤焦化炉内换热的烟气热量，kj；q散热为高温煤焦化炉产生的对外散失热量，kj；q高温煤焦化炉为高温煤焦化炉内煤焦化工艺吸收的总热量，kj；q电为火电厂调峰电加热装置产生的热量，kj；q煤气为煤气进入煤气燃烧室内燃烧产生的热量，kj；f烟气、f煤气分别为进入耐高温工质管内高温烟气、进入煤气燃烧室内煤气的流量，kg/h；cp为高温烟气的比热容，kj/(kg.℃)；t进、t出分别为高温烟气进入高温煤焦化炉内换热前、换热后的温度，℃；q煤气为单位质量煤气燃烧产生的热量，kj/kg；t调峰为火电厂调峰电加热装置的运行时间，h。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明利用高温煤焦化炉提升原煤的品质，利用焦炭部分替代燃煤进入电站锅炉焚烧，提高了电站锅炉的燃烧效率和炉膛温度。

(2)本发明利用高温煤焦化炉与火电厂有机结合，并高效利用电站锅炉烟气作为焦化炉预热热源，降低了焦化装置的能耗。

(3)将火电厂与高温煤焦化工艺耦合，焦化炉产生的污染物和烟气利用电站锅炉及其他处理设施进行无害化处理，节省了焦化厂的脱硫脱硝等烟气处理设施投资。

(4)本发明高温煤焦化装置在煤焦化热解过程中产生的其他废水、废渣，均可利用火电厂现有处理设施进行处理，降低了项目的初投资。

附图说明

图1为本发明实施例1的系统结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

本实施例提供一种火电厂与高温煤焦化炉耦合系统，如图1所示，包括电站锅炉1和高温煤焦化装置，所述高温煤焦化装置包括煤气净化分离装置2、高温煤焦化炉3、熄焦装置4、燃烧室5；所述高温煤焦化炉分别与燃烧室和电站锅炉相连，所述燃烧室5、火电厂调峰电加热装置、电站锅炉1中的任一个或多个为所述高温煤焦化炉3提供热量；所述高温煤焦化炉3的荒煤气出口连通于煤气净化分离装置2的入口，尾气出口连通于所述电站锅炉1的烟道尾部，焦炭出口连通于所述熄焦装置4；所述熄焦装置4向所述电站锅炉1输出焦炭作为燃料。

上述火电厂与高温煤焦化炉耦合系统中，利用高温煤焦化炉提升原煤的品质，得到的焦炭可以至少部分替代燃煤进入电站锅炉焚烧，提高了电站锅炉的燃烧效率和炉膛温度。另外，上述系统中可以利用电站锅炉的高温烟气作为煤焦化的预热热源，并利用调峰电力和燃烧室作为煤焦化的主要热源，不但有效充分地对能源进行利用，实现了火电厂和高温煤焦化炉的有机结合，还可以保证电站锅炉低负荷稳定运行，增强火电厂的深度调峰能力。

进一步地，在本实施例中，所述燃烧室5和电站锅炉1的烟道连通于所述高温煤焦化炉3的高温烟气入口并向所述高温煤焦化炉3输送高温烟气。

进一步地，可以将高温煤焦化装置与电站锅炉1相邻设置，利用耐高温工质管将电站锅炉的高温烟气引入高温煤焦化炉的高温烟气入口，并利用引风机和耐高温工质管将换热后的烟气送回电站锅炉的烟道尾部，最终送入火电厂的烟气处理系统中进行处理。所述耐高温工质管上设有挡板，用于控制进入电站锅炉内的烟气流量。

更进一步地，所述耐高温工质管包括耐火层、支撑层、保温层，所述支撑层设于耐火层的内侧和/或外侧；当支撑层仅设于所述耐火层的内侧时，所述保温层设于所述耐火层的外侧，当耐火层的外侧设有支撑层时，所述保温层设于位于外侧的支撑层的外侧。

进一步地，在本实施例中，所述煤气净化分离装置2的煤气出口连通于所述电站锅炉1，用于供电站锅炉1作为燃料燃烧。煤焦化得到的荒煤气经净化分离之后得到的洁净煤气返回参与电站锅炉1的燃烧，可以进一步加深火电厂和高温煤焦化装置的耦合深度，提高能源的有效利用率。

进一步地，在本实施例中，所述燃烧室5包括煤气燃烧室，所述煤气净化分离装置2的煤气出口连通于所述煤气燃烧室的煤气入口。通过采用煤气燃烧室的高温烟气作为高温煤焦化炉的加热热源，并且采用煤焦化得到的洁净煤气作为煤气燃烧室的燃料，不但可以保证煤焦化有足够的热量来源和温度，还能进一步有效利用能源，降低煤焦化的能耗。

在实际应用中，所述煤气净化分离装置2的煤气出口除了连通所述电站锅炉1的多燃料燃烧器和煤气燃烧室让煤气参与电站锅炉和煤气燃烧室的燃烧，还可以连通煤气存储装置，将煤气全部或部分存储起来，以供后续使用或对外出售。

更进一步地，所述煤气净化分离装置2的焦油出口连通于焦油存储装置。

煤气净化分离装置2通过净化荒煤气得到的焦油既可以对外销售，也可以作为燃料返回参与电站锅炉的燃烧。

进一步地，所述火电厂调峰电加热装置采用电加热管单元、电磁加热炉单元、电极放电加热单元、高压电弧加热单元中的任意一种或几种的组合。

进一步地，在本实施例中，所述高温煤焦化装置还包括有换热器7，所述换热器7的热媒管道的入口连通于所述荒煤气出口，热媒管道的出口连通于所述煤气净化分离装置2的入口；所述换热器7的冷媒管道的入口连通于火电厂的冷却水管道，冷媒管道的出口连通于火电厂的汽水循环系统。

利用所述换热器，可以充分利用荒煤气中的热量，将荒煤气中的热量输出至火电厂，加深火电厂和高温煤焦化装置的耦合深度。

更进一步地，所述冷却水管道连通于火电厂的冷却水系统和凝结水系统中的任一个或两个。

进一步地，在本实施例中，所述火电厂与高温煤焦化炉耦合系统还包括磨煤机8，所述磨煤机8用于接收所述熄焦装置4输出的粗焦，将粗焦单独磨成焦粉或将粗焦与原煤混合磨成焦煤混合粉，并向所述电站锅炉输出所述焦粉或焦煤混合粉作为燃料。

在本实施例中，所述电站锅炉1处设有多燃料燃烧器6，所述多燃料燃烧器6用于对电站锅炉1进行燃烧，煤焦化得到的洁净煤气输入多燃料燃烧器的煤气入口，得到的焦炭产品(在本实施例中具体为焦粉或焦煤混合粉)输入多燃料燃烧器的煤粉入口。

在本实施例中，所述煤气净化分离装置的荒煤气出口还连通至停运电站锅炉脱硫脱硝烟气处理系统。当荒煤气的瞬时量超过煤气净化分离装置所能处理的上限时，可以送至停运电站锅炉脱硫脱硝烟气处理系统进行净化处理。

更进一步地，所述燃烧室5包括有煤粉燃烧室，所述磨煤机8向所述煤粉燃烧室输出所述焦粉或焦煤混合粉。和煤气燃烧室类似，通过采用煤粉燃烧室的高温烟气作为高温煤焦化炉的加热热源，并且采用煤焦化得到的焦炭产品作为煤粉燃烧室的燃料，不但可以保证煤焦化有足够的热量来源和温度，还能进一步有效利用能源，降低煤焦化的能耗。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1所述系统的方法，包括如下步骤：

s1、通过火电厂的输煤系统9向制粉系统输入原煤，制粉系统生产的煤粉通过一次风携带输送给电站锅炉，电站锅炉利用煤粉作为燃料燃烧，产生高温蒸汽驱动汽轮机带动发电机运行，将产生的电力输送至电网；

s2、将电站锅炉产生的高温烟气引入高温煤焦化炉对其进行预热烧炉，使高温煤焦化炉内的炭化室和燃烧室温度达到500℃或以上；

s3、通过火电厂的输煤系统9将原煤经过筛选出的块煤送入高温煤焦化炉的炭化室，利用燃烧室燃烧得到的高温烟气和火电厂调峰电加热装置中的至少一个作为高温煤焦化炉的加热热源使得高温煤焦化炉继续升温至900℃或以上；

s4、高温煤焦化炉的炭化室内的块煤在高温隔绝空气情况下进行高温热解焦化，并产生荒煤气及高温焦炭；产生的荒煤气输送至煤气净化分离装置内处理，得到洁净煤气及焦油，高温焦炭则输入至所述熄焦装置中进行熄焦(可利用干法或湿法，干法为向熄焦装置中输入电站锅炉的一二次风，湿法可向熄焦装置中输入冷却水，冷却水的来源为火电厂的冷却水系统或凝结水系统)；产生的尾气送回电站锅炉的烟道尾部，进入火电厂的烟气处理系统进行处理；

s5、经过熄焦后的焦炭送入电站锅炉内焚烧或对外销售。

进一步地，步骤s4中，洁净煤气输送至电站锅炉作为燃料燃烧。

进一步地，步骤s4中，洁净煤气输送至燃烧室中的煤气燃烧室进行燃烧，煤气燃烧室燃烧产生的高温烟气送入所述高温煤焦化炉中为其提供热量。

进一步地，步骤s4中，所述荒煤气先进入换热器的热媒管道，和冷媒管道内的冷却水交换热能，冷却水被加热成为蒸汽输出至火电厂的汽水循环系统，降温后的荒煤气输出至煤气净化分离装置中。

进一步地，步骤s5中，所述焦炭经磨煤机磨成焦粉，或和原煤混合磨成焦煤混合粉后送入电站锅炉内焚烧或对外销售。

更进一步地，所述燃烧室包括有煤粉燃烧室，所述焦粉或焦煤混合粉还输送至煤粉燃烧室燃烧，产生的高温烟气送入高温煤焦化炉为其提供热量。

上述火电厂与高温煤焦化炉耦合系统中，所述高温煤焦化炉的热平衡的计算公式为

q焦化炉＝q高温烟气+q电+q煤气-q散热；

q高温烟气＝f烟气*cp*(t进-t出)；

q电＝3600p调峰电*t调峰；

q煤气＝f煤气*q煤气；

其中p调峰电为火电厂调峰电加热装置的运行功率，kw；q高温烟气为电站锅炉内经耐高温工质管进入高温煤焦化炉内换热的烟气热量，kj；q散热为高温煤焦化炉产生的对外散失热量，kj；q高温煤焦化炉为高温煤焦化炉内煤焦化工艺吸收的总热量，kj；q电为火电厂调峰电加热装置产生的热量，kj；q煤气为煤气进入煤气燃烧室内燃烧产生的热量，kj；f烟气、f煤气分别为进入耐高温工质管内高温烟气、进入煤气燃烧室内煤气的流量，kg/h；cp为高温烟气的比热容，kj/(kg.℃)；t进、t出分别为高温烟气进入高温煤焦化炉内换热前、换热后的温度，℃；q煤气为单位质量煤气燃烧产生的热量，kj/kg；t调峰为火电厂调峰电加热装置的运行时间，h。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。