一种煤制油及煤气发电联产装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤炭的高效清洁转化利用及煤基多联产技术领域，具体涉及一种煤提取煤焦油制取清洁燃料，副产粗煤气进电厂锅炉直接燃烧发电装置系统及方法。
【背景技术】
[0002]国家统计局发布的数据显示，预计到2015年2月，我国人均发电装机容量将历史性突破lkw。目前，我国发电总装机容量和总用电量均已超过美国位居世界第一。截至2014年底，全国发电装机容量达136019万千瓦。而发电结构方面，我国火电装机占全部装机容量的67.4%和总发电量的75.2% ;水电装机占全部装机容量的22.2%和总发电量的19.2%。剩余非常规能源发电装机容量如风电、核电和太阳能光伏发电则分别占总装机容量、总发电量的10.4%、5.6%。可以看出，我国火电发电量，而火电中燃煤发电则占90%以上，仍占绝对优势地位，高出世界平均水平约28个百分点。此外，根据国家环保部发布的监测数据，2014年，中国近90%的中国大城市空气质量没有达到标准。以京津冀地区为例，以燃煤为主的能源结构和偏重的产业结构，导致这一地区大气污染物排放居高不下。大气根据其对人类健康的危害程度进行分类，主要的大气污染物依次为可吸入颗粒物(PM2.5和PM10)、SO2, NOx, CO、挥发性有机污染物等。针对不同污染物的源解析研宄结果表明，我国大气污染物主要来源于燃料燃烧，其次是工业生产与交通运输，它们所占的比例分别为70 %、20%和10%。而我国的燃料构成是以燃煤为主，以2014年的数据为例，2014年我国能源消费总量约为38.4亿吨标准煤，其中煤炭消耗总量折合约为24.7亿吨标准煤，占能源消费总量的64.32%。因此煤的燃烧成为我国大气污染物的主要来源，同时也形成了我国煤烟型大气污染的特点。虽然随着交通运输等事业的发展，这种状况会有所改变，但我国“富煤，缺油，少气”的一次能源禀赋及经济发展水平决定了以煤为主的能源结构将长期保持，因此，控制煤烟型的大气污染，将是我国大气污染防治的主要任务。
[0003]因此，全面推行煤炭资源的清洁转化及高效利用，实现煤炭作为燃料的原料化，将成为我们国家落实能源消费革命及能源消费结构调整的一个新常态。而传统的燃煤发电则是直接将煤粉送入燃煤锅炉中燃烧，一方面资源利用效率低下，另一方面煤炭燃烧所产生的烟气中大量的颗粒物(PM2.5和PM 10)、SO2, NOx, CO等又需要在末端进行治理。特别是2014年11月26日，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，讨论通过的《中华人民共和国大气污染防治法(修订草案)》中，进一步明确了大气污染物源头治理、强化污染排放总量和浓度控制原则，增加了对重点区域和燃煤、工业、机动车、扬尘等重点领域开展多污染物协同治理和区域联防联控的专门规定。另外，随着《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》、《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271—2014)及2014年最新《大气污染防治法》的相继颁布实施，直接燃煤发电将面临越来越严峻的考验。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种实现了煤气发电技术与制取清洁燃料技术的高度耦合，从根本上实现了煤炭资源的梯级利用、多元转化及高效清洁转化利用的煤制油及煤气发电联产装置及方法。
[0005]为达到上述目的，本发明的装置包括煤提取煤焦油及制煤气集成装置子系统、煤焦油制取清洁燃料子系统、煤气燃烧发电子系统；
[0006]所述的煤提取煤焦油及制煤气集成装置子系统包括依次相连的进料单元、原煤提质转化单元、原煤提质转化反应产物分离净化单元；
[0007]所述的煤焦油制取清洁燃料子系统包括依次相连的煤焦油预处理单元、煤焦油加氢单元、煤焦油加氢产物分离提纯单元；
[0008]所述的煤气燃烧发电子系统包括蒸汽发生单元以及与其相连的朗肯-再热循环发电单元。
[0009]所述的进料单元包括依次相连的原料煤贮仓、气力输煤管和在0.1?1.0MPa条件下实现粉煤的连续稳定进料加压连续进料器；
[0010]所述的加压连续进料器采用外置高压惰性气体密封与内腔动态机械密封协同组合的方式，使加压连续进料器在0.1?2.0MPa加压条件下可实现粉煤的连续、稳定、精确定量输送；
[0011]所述的原煤提质转化单元包括内内置气化段和热解段的原煤两级提质转化耦合反应器，加压连续进料器与气化段相连，在原煤两级提质转化耦合反应器内的热解段上端设置有气-固分流器以及与气-固分流器相连的内置返料管，内置返料管的下端与气化段相连通，原煤两级提质转化耦合反应器的下端出口与余炭转化器相连；
[0012]所述的原煤提质转化反应产物分离净化单元包括与原煤两级提质转化耦合反应器气体出口相连的含碳颗粒控制器，含碳颗粒控制器的下端的出口、上端出口分别与含碳颗粒循环器、深度除尘器相连，深度除尘器下端的出口、上端出口分别与细灰返料器、焦油回收洗涤塔相连，焦油回收洗涤塔下端的出口、上端出口分别与重质焦油收集器、煤气深度冷凝净化塔相连，煤气深度冷凝净化塔下端出口、上端出口分别与轻质焦油收集器相连，重质焦油收集器、轻质焦油收集器依次与焦油储罐、焦油缓冲罐相连，且在含碳颗粒循环器和细灰返料器上分别安装有含碳颗粒循环速率控制器和细灰返料速率控制器。
[0013]所述的煤提取煤焦油及制煤气集成装置子系统进料还可以是生物质、石油焦、油页岩、沥青等含碳物料。
[0014]所述的煤焦油预处理单元包括依次相连的焦油脱水、脱盐塔和焦油脱灰塔，其中焦油脱水、脱盐塔与焦油缓冲罐相连，且在焦油缓冲罐与焦油脱水、脱盐塔、焦油脱水、脱盐塔与焦油脱灰塔相连通的管路上设置有焦油脱水、脱盐塔进料泵和焦油脱灰塔进料泵；
[0015]所述的煤焦油加氢单元包括经高压进料泵与焦油脱灰塔相连的悬浮床加氢裂化反应塔，悬浮床加氢裂化反应塔塔顶出口与热高压分离塔入口相连接，热高压分离塔塔底重质产物出口与减压蒸馏塔入口相连接，热高压分离塔塔顶出口输出的气态轻组分与减压蒸馏塔塔顶出口输出的减压蒸馏轻组分汇合后进入固定床加氢精制反应塔进行加氢精制反应;
[0016]所述的煤焦油加氢产物分离提纯单元包括与固定床加氢精制反应塔出口相连接的冷高压分离塔，冷高压分离塔塔顶出口与尾气净化处理器入口相连接，冷高压分离塔塔底产物出口与加氢精制产物分馏塔入口相连接，加氢精制产物分馏塔的出口分别与石脑油收集罐、柴油收集罐相连接。
[0017]所述的蒸汽发生单元包括与煤气深度冷凝净化塔上端出口相连的煤气预热器，煤气预热器经煤气-空气预混器与电厂锅炉的燃气注入喷嘴相连接，锅炉的烟气出口经排烟引风机由烟囱排出，经过锅炉的烟气预热的助燃空气分为两路，一路由锅炉底部入口进入锅炉炉膛，另一路则与预热后的煤气在煤气-空气预混器中进行预混；
[0018]所述的朗肯-再热循环发电单元包括与锅炉串联的过热高压蒸汽透平和再热中压蒸汽透平，锅炉产生的17?18MPa，540?545°C的过热蒸汽进入过热蒸汽高压透平中膨胀做功，热蒸汽高压透平出口与锅炉的再热换热器入口相连接，锅炉再热换热器产生的
3.2?3.5MPa，540?545°C的再热蒸汽进入再热蒸汽中压透平中膨胀做功，再热蒸汽中压透平、过热蒸汽高压透平通过联轴器连接，共同驱动发电机组发电。
[0019]所述的朗肯-再热循环发电单元为50?600丽级的亚临界、超临界发电机组。
[0020]所述的焦油回收洗涤塔在0.1?2.0MPa条件下进行带压操作。
[0021]所述的煤气深度冷凝净化塔内布置有盘管式、蛇管式列管冷却器，列管冷却器管道内设置有旋片和导流槽。
[0022]本发明的煤制油及煤气发电联产方法，包括以下步骤:
[0023]I)以褐煤、长焰煤、烟煤、焦炭中的一种或多种低阶煤经粉碎、筛分、烘干得到粒径为50?400 μ m的煤粉，以空气+水蒸汽为气化剂在0.1?2.0MPa下将煤粉送入原煤提质转化单元，原煤提质转化单元气化段产生的高温气-固混合流体作为流化气及热载体上行进入热解段，于400?850°C，0.1?2.0MPa的操作条件下迅速完成煤粉的快速热解转化；
[0024]2)气化段半焦气化产生的高温、富氢流化气上行进入热解段，粉煤在热解段热解产生的气-固混合流体进入内置气-固分流器，内置气-固分流器中气-固一次分离所得的粗含碳颗粒通过内置返料管循环回气化段进行气化；
[0025]3)初步气-固分离后所得的含焦油及粉尘粗煤气依次通过外置含碳颗粒控制器、深度除尘器实现含油煤气与固体物流的分离，外置含碳颗粒控制器、深度除尘器捕集的高温固体物料分别通过含碳颗粒循环器、细灰返料器返回气化段，完成固体物料在原煤提质转化单元内的循环，其中含碳颗粒循环器、细灰返料器中固体物料的循环速率则通过含碳颗粒循环速率控制器、细灰返料速率控制器