本发明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。
背景技术：
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，本发明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。
技术实现要素：
本发明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。
本发明具有以下优点及有益效果：通过引入太阳能可以降低煤热解、气化等提质过程中的化石能源消耗，减少污染物及二氧化碳的排放；同时，通过与燃煤发电站的锅炉及汽水系统耦合，可大幅度提高煤的综合利用效率，实现煤的分级利用，具有一下特点：
1.不同集热器产生的不同区间温度的热量分别用于煤的热解和气化两种不同程度的提质过程，实现太阳能的梯级利用，降低太阳能集热场的投资成本，同时可以实现煤的分质利用，减少煤炭提质过程的化石能源消耗与二氧化碳及污染物的排放。
2.煤的提质和甲醇合成过程通过与燃煤机组耦合，利用锅炉良好的燃料适应性，可以回收热解废渣和甲醇合成废气，同时可通过具有宽广连续温度区间的汽水系统合理回收过程废热，实现能量的梯级利用，从而提高能量的综合利用效率。
3.基于煤基甲醇和燃煤发电的系统耦合，太阳能提质单元热解器产生的提质煤一部分用于气化，一部分还可分离出来加工成提质块煤，增大太阳能的输入，生产便于运输的高品质提质煤，丰富煤的利用途径。
附图说明
图1为集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统示意图。
图中：1-碎煤机，2-预干燥装置，3-热解炉，4-槽式集热器，5-气化炉，6-定日镜，7-反射器，8-1号气-水换热器，9-co变换器，10-2号气-水换热器，11-3号气-水换热器，12-5号气-水换热器，13-净化装置，14-压气机，15-气-气换热器，16-甲醇合成器，17-4号气-水换热器，18-冷却器，19-气液分离装置，20-气-液换热器，21-甲醇提纯器，22-锅炉，23-蒸汽轮机，24-发电机，25-凝汽器，26-低压加热器，27-给水泵，28-高压加热器，29-高温冷煤器，30-低温冷煤器，31-压缩成型装置
具体实施方式
本发明提出了集成太阳能的煤基甲醇合成与发电联产系统，下面结合附图予以说明。
如图1所示的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；其中，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，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，反应温度1000℃，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-水汽换热器8降温至400℃，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、5号气-水换热器12降温，降低至30℃，降温后的合成气进入净化装置13，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19分离出的循环气混合进入压气机14加压，然后通过气-气换热器15预热，进入甲醇合成器16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15、气-液换热器20、冷却器18，冷却至40℃，冷却后的气液混合物进入气液分离器19，分离出的合成气一部分作为循环气体，与净化装置13出口的合成气混合，其余作为未反应气体进入锅炉22燃烧；分离出的粗甲醇，经过气-液换热器20加热，进入甲醇提纯器21，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4加热导热油，进入热解炉3，为热解过程提供热量；一部分太阳能通过定日镜6投射到反射器7上，然后聚集到气化炉5内，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22燃烧，加热给水，产生的高温蒸汽与来自1号气-水汽换热器8混合一起进入蒸汽轮机23，驱动发电机24发电，产生的排汽进入凝汽器25冷却成凝结水，其中一部分进入低温冷煤器30冷却提质煤，一部分进入5号气-水换热器12冷却合成气，其余进入低压加热器26被来自蒸汽轮机23的低压抽汽加热，然后三者混合进入给水泵27加压，产生的高压水一部分进入高压加热器28被来自蒸汽轮机23的高压抽汽加热，一部分进入高温冷煤器29冷却提质煤，其余进入4号气-水换热器17，吸收甲醇合成过程的反应热，然后进入3号气-水换热器11吸收合成气显热，产生270℃的高温水，一部分进入2号气-水换热器10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，产生高温蒸汽与锅炉22产生的高温蒸汽混合；3号气-水换热器11产生的其余的高温水与高温冷煤器29、高压加热器28出口的高温水混合，作为给水进入锅炉22。
所述的在太阳能提质子系统中，一部分太阳能通过槽式集热器4加热导热油，进入热解炉3，为热解过程提供热量；一部分太阳能通过定日镜6投射到反射器7上，然后聚集到气化炉5内，为气化过程提供热量。
所述的气化炉5产生的气化渣、气液分离器19分离出的未反应气与预干燥装置2出口的一部分预干燥煤一起进入锅炉22燃烧，加热给水。
所述的热解炉3产生的高温提质煤，一部分进入气化炉5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。