本发明涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种清洁煤生产系统及生产方法。
背景技术：
煤炭散烧是造成大气污染的主要原因之一，与燃煤电站相比，其消费端煤质较差、污染物控制难度大。而使用煤分级炼制技术，能提取煤中的挥发分作为高附加值产品(焦油和煤气)，同时煤中硫和挥发分被部分去除，得到清洁煤(半焦)。通过上述手段得到的清洁煤(半焦)在燃烧时污染物排放可以显著降低，因此通过有组织向大城市周边供给清洁煤代替原有劣质散烧煤，则是解决我国煤炭散烧污染的一条有效路径。但目前主流的分级炼制技术都需要配置独立的热源和尾气处理装置，投资相对较高。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种清洁煤生产系统及生产方法，以解决现有技术中清洁煤装置投资较高的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种清洁煤生产方法，该生产方法包括：以燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉的至少部分高温烟气为热解热源对原料煤进行热解，得到热解油气和清洁煤，高温烟气在对原料煤进行热解换热后得到中温烟气，高温烟气直接取自燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉的炉膛高温区，高温烟气的温度t1≥900℃，优选t1≥930℃，更优选t1≥950℃。
进一步地，在对上述原料煤进行热解之前，还包括以中温烟气为至少部分干燥热源对原料煤进行加热干燥的过程，在完成加热干燥后中温烟气降温为换热烟气。
进一步地，上述中温烟气的温度t2在250～350℃之间，优选t2在280～320℃之间，更优选t2在290～310℃之间。
进一步地，上述干燥后的原料煤的温度为90～150℃，优选为100～140℃，更优选为110～130℃。
进一步地，当上述中温烟气不能满足干燥热源需求时，生产方法还包括将部分高温烟气与中温烟气混合作为干燥热源的过程。
进一步地，上述加热干燥采用直接接触换热的方式实施，干燥热源中o2的体积含量小于等于4％，优选小于等于3％。
进一步地，上述原料煤为粒度小于等于30mm的煤粉，优选直接接触换热的方式为干燥热源与煤粉并流混合换热。
进一步地，上述生产方法还包括将换热烟气作为至少部分煤粉输送的风源回送燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉进行二次燃烧的步骤，产生锅炉烟气，优选生产方法还包括利用电站的烟气净化装置对锅炉烟气进行净化处理的步骤，净化处理包括依次对锅炉烟气进行的除尘处理、脱硝处理和脱硫处理。
进一步地，上述生产方法还包括对热解油气进行除尘处理的过程，优选除尘处理的过程包括：采用颗粒床除尘器对热解油气进行第一次除尘，得到粗除尘热解油气，优选颗粒床除尘器中装填有热解产生的清洁煤颗粒，清洁煤颗粒粒径为5～10mm、温度为500～600℃；以及采用高温陶瓷过滤器对粗除尘热解油气进行第二次除尘，得到热解净气。
进一步地，上述生产方法还包括对清洁煤进行处理的过程，优选对清洁煤进行处理的过程包括：采用惰性气体将清洁煤冷却至200～250℃，得到中温清洁煤；优选的，采用惰性气体将清洁煤冷却的过程在干熄炉中完成；对中温清洁煤进行筛分和喷水降温处理，得到90～110℃的成品清洁煤。
根据本申请的另一方面，提供了一种清洁煤生产系统，包括通过第一烟气输送管道相连的供热单元和热解单元，供热单元为燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉，燃煤电站锅炉和燃油电站锅炉具有炉膛，炉膛具有高温过热器入口、炉膛出口和第一烟气出口，第一烟气出口位于高温过热器入口和炉膛出口之间，热解单元具有第一热源入口和第二烟气出口，第一烟气输送管道将供热单元的第一烟气出口与热解单元的第一热源入口相连。
进一步地，上述清洁煤生产系统还包括干燥单元，干燥单元具有第二热源入口和第三烟气出口，干燥单元的第二热源入口与热解单元的第二烟气出口通过第二烟气输送管道相连。
进一步地，上述供热单元的第一烟气出口通过第三烟气输送管道与第二烟气输送管道相连。
进一步地，上述供热单元还具有风源入口，风源入口与干燥单元的第三烟气出口通过第四烟气输送管道相连。
进一步地，上述供热单元所在电站具有烟气净化单元，优选烟气净化单元包括沿烟气流动方向依次设置的除尘装置、脱硝装置和脱硫装置。
进一步地，上述热解单元包括热解油气出口和清洁煤出口，清洁煤生产系统还包括：热解油气除尘单元，与热解单元的热解油气出口相连；清洁煤处理单元，包括相连的冷却装置和分离装置，冷却装置包括清洁煤入口，清洁煤入口与清洁煤出口相连。
进一步地，上述热解油气除尘单元包括：颗粒床除尘器，具有热解油气入口和油气出口，热解油气入口与热解油气出口相连，优选颗粒床除尘器中装填有清洁煤颗粒，清洁煤颗粒的粒径为5～10mm、温度为500～600℃；高温陶瓷过滤器，通过油气出口与颗粒床除尘器相连。
应用本发明的技术方案，燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉燃烧的烟气用于加热锅炉水使之变成蒸汽为发电机提供动力，但是加热锅炉水后的烟气温度不能满足原料煤的热解需要，因此将燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉炉膛所产生的高温烟气在与锅炉水换热前作为原料煤热解的热源，从而不仅能够满足原料煤热解的温度需要，而且能够使该部分高温烟气得到充分利用，实现电站和清洁煤生产的联产。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种典型实施方式提供的清洁煤生产系统的结构示意图；以及
图2示出了根据本发明的一种优选实施例提供的清洁煤生产系统的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、第一烟气输送管道；2、第二烟气输送管道；3、第三烟气输送管道；4、第四烟气输送管道；10、供热单元；20、热解单元；30、干燥单元；40、烟气净化单元；41、除尘装置；42、脱硝装置；43、脱硫装置；50、热解油气除尘单元；51、颗粒床除尘器；52、高温陶瓷过滤器；60、清洁煤处理单元；61、冷却装置；62、分离装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如背景技术所记载的，现有技术中由于清洁煤生产需要配置独立的热源和尾气处理装置，导致其投资和能耗较高。而由于近两年来全国电力需求放缓，而火电装机增速过快，造成火电利用小时数快速下降，2015年全国火电平均利用小时数仅为4300小时，火电站负荷率整体都较低。此外随着新能源装机容量增加，传统作为主力电源供电的火电机组将逐步成为电网的调峰机组，机组利用小时数还将进一步下降，提高火电机组利用率成为目前迫切需要解决的问题。基于此，本申请将火电机组多余的热能提供给清洁煤生产系统以实现热能的最大利用效率。因此，在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种清洁煤生产方法，该生产方法包括：以燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉的至少部分高温烟气为热解热源对原料煤进行热解，得到热解油气和清洁煤，上述高温烟气在对原料煤进行热解换热后得到中温烟气，其中高温烟气直接取自燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉的炉膛高温区，高温烟气的温度t1≥900℃。
燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉燃烧的烟气用于加热锅炉水使之变成蒸汽为发电机提供动力，但是加热锅炉水后的烟气温度不能满足原料煤的热解需要，因此将燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉炉膛所产生的高温烟气在与锅炉水换热前作为原料煤热解的热源，从而不仅能够满足原料煤热解的温度需要，而且能够使该部分高温烟气得到充分利用，实现电站和清洁煤生产的联产。
为了更好地使原料煤热解，优选上述高温烟气的温度t1≥930℃，更优选t1≥950℃。
上述对原料煤的预热干燥可以采用现有技术中常规的预热方式进行，本申请优选在对原料煤进行热解之前，上述生产方法还包括以中温烟气为至少部分干燥热源对原料煤进行加热干燥的过程，在完成加热干燥后中温烟气降温为换热烟气。在高温烟气完成对原料煤的加热热解后，降温成为中温烟气，但是该中温烟气的热量可以作为干燥热源对原料煤进行加热干燥，从而实现了热量的回收利用。
利用中温烟气对原料煤进行加热干燥时，优选使用温度t2在250～350℃之间的中温烟气，更优选t2在280～320℃之间，进一步优选t2在290～310℃之间。以避免中温烟气温度过高在对原料煤进行干燥时发生热解析出焦油和煤气。如果中温烟气温度过高可以将其冷却至上述温度再利用，且一旦发现中温烟气温度过高，则从侧面可以反映出热解产物温度过低，而热解产物温度过低则有可能导致产物中焦油在热解反应器中凝结，导致反应器堵塞。
本申请在对原料煤热解时，优选干燥后的原料煤的温度为90～150℃，更优选为100～140℃，更优选为110～130℃。
在利用上述中温烟气对原料煤进行加热干燥时，如果中温烟气不能满足干燥热源需求，优选上述生产方法还包括将部分高温烟气与中温烟气混合作为干燥热源的过程。即将高温烟气与中温烟气混合，提高干燥热源的温度，使其满足需求。
上述热解过程，高温烟气和原料煤可以以间接方式进行换热，也可以直接接触换热，为了避免干燥过程中原料煤发生热解，优选控制干燥热源中o2的体积含量小于等于4％，进一步优选小于等于3％。上述干燥热源中o2含量可以通过控制锅炉空气过剩系数实现，必要时可通过掺入n2、co2等非氧化性气体来实现。
当采用间接方式换热时，优选对高温烟气进行除尘处理，避免高温烟气中的烟尘在换热管道内沉积，长期累积后堵塞管道。
当采用直接接触换热的方式对原料煤进行加热干燥时，优选先对中温烟气进行除尘处理，比如采用高温电除尘处理，以避免引入过多烟尘，影响后续热解效果。此外，为了缩短加热时间，优选原料煤为粒度小于等于30mm的煤粉，进一步优选直接接触换热的方式为干燥热源与煤粉并流混合换热。
中温烟气对原料煤完成加热干燥后降温形成的换热烟气的温度仍然比普通空气的温度高，因此可以考虑对其进一步利用，优选在本申请一种优选的实施例中，上述生产方法还包括：将换热烟气作为至少部分煤粉输送的风源回送燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉进行二次燃烧的步骤。将其返回电站应用，一方面使热量得到有效利用，另一方面避免了中温烟气外排造成的污染或者外排前的净化处理，不仅节约了烟气处理成本，而且降低了电站的运行成本。在将换热烟气返回燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉燃烧后，其产生锅炉烟气，优选上述生产方法还包括利用电站的烟气净化装置对锅炉烟气进行净化处理的步骤，净化处理包括依次对烟气进行的除尘处理、脱硝处理和脱硫处理
由于目前电站的负荷降低，所排放的烟气也减少导致其烟气净化装置不能得到充分利用，因此利用其对烟气进行烟气净化处理，不仅实现了烟气净化的目的，而且提高了烟气净化装置的利用效率，使资源得到了合理利用。
电站在本申请另一种优选的实施例，上述生产方法还包括对热解油气进行除尘处理的过程，优选除尘处理的过程包括：采用颗粒床除尘器对热解油气进行第一次除尘，得到粗除尘热解油气，优选颗粒床除尘器中装填有清洁煤颗粒，该清洁煤颗粒的粒径为5～10mm、温度为500～600℃；以及采用高温陶瓷过滤器对粗除尘热解油气进行第二次除尘，得到热解净气。
热解产生的500～600℃即热解油气(为高温含油气体)，热解油气首先通过侧面进入颗粒床除尘器，来自热解单位产生的清洁煤颗粒直接作为第一次除尘的载体，同时在对热解油气除尘时不降低热解油气的温度，气体通过扩散口均匀分布在颗粒床的迎风面。颗粒床中装填5～10mm的热清洁煤颗粒，颗粒通过螺旋给料机送入到移动床内。热解油气通过颗粒床除尘器的空隙，大颗粒的粉尘被拦截在孔道内，无法被拦截的小颗粒随气体(即粗除尘热解油气)进入高温陶瓷过滤除尘器。随着过滤时间的持续，颗粒床的压降开始上升，携带粉尘的颗粒通过底部的螺旋给料机排出，同时新的清洁煤颗粒被加入，当此过程中运行到一定的程度时，床层压降稳定在一定的数值上，可以持续运行。来自颗粒床除尘器的粗除尘热解油气，温度为550～600℃，进入高温陶瓷过滤除尘器，热解净气进入下游，灰尘被拦截在滤芯上逐渐累积，高温陶瓷过滤除尘器的压力也随之增加，此时通过变频调节风机的压差，维持气量稳定过滤。随着过滤时间的持续，滤芯上的滤饼厚度增加，高温陶瓷过滤除尘器的阻力不断上升，当过滤阻力上升到3kpa时，则滤芯需要反吹再生(还原滤芯的压损)。反吹时，高温脉冲阀自动打开，利用高压自由射流，进行反吹，高温陶瓷过滤除尘器的压差恢复。剥离后的滤饼落入除尘器下部的椎体仓内，椎体仓内的粉尘到达一定高度后泄放，泄放的焦粉采用氮气输送。
在本申请又一种优选的实施例，上述生产方法还包括对清洁煤进行处理的过程，优选对清洁煤进行处理的过程包括：采用惰性气体将清洁煤冷却至200～250℃，得到中温清洁煤，优选地采用惰性气体将清洁煤冷却的过程在干熄炉中完成；对中温清洁煤进行筛分和喷水降温处理，得到90～110℃的成品清洁煤。干熄炉的惰性气体对清洁煤颗粒冷却，热量交换后的惰性气体去锅炉换热产生热蒸汽，同时自身被冷却，然后再次循环回干熄炉进行干熄焦过程和冷却清洁煤的过程。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种清洁煤生产系统，如图1所示，该清洁煤生产系统包括通过第一烟气输送管道1相连的供热单元10和热解单元20，供热单元10为燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉，该燃煤电站锅炉和该燃油电站锅炉具有炉膛，炉膛具有高温过热器入口、炉膛出口和第一烟气出口，第一烟气出口位于高温过热器入口和炉膛出口之间，热解单元20具有第一热源入口和第二烟气出口，第一烟气输送管道将供热单元10的第一烟气出口与热解单元20的第一热源入口相连。
上述高温过热器设置电站锅炉的炉膛上方，其中有利用电站锅炉燃烧产生的锅炉烟气进行加热的锅炉水，高温过热器入口为高温过热器的烟气入口，将第一烟气出口设置在高温过热器入口和第一烟气出口之间，能够将电站锅炉燃烧产生的锅炉烟气(即前述的高温烟气)在未与高温过热器中的锅炉水进行换热之前即输送至热解单元。因此，在燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉的炉膛上设置第一烟气出口，将其所产生的高温烟气在与锅炉水换热前作为原料煤热解的热源，从而不仅能够满足原料煤热解的温度需要，而且能够使该部分高温烟气得到充分利用。
为了实现对烟气热能的充分利用，在本申请另一种优选的实施例中，如图2所示，上述清洁煤生产系统还包括干燥单元30，干燥单元30具有第二热源入口和第三烟气出口，干燥单元30的第二热源入口与热解单元20的第二烟气出口通过第二烟气输送管道2相连。利用第二烟气输送管道2将热解单元20产生的烟气输送至干燥单元30，用于对原料煤的加热干燥。
当热解单元20产生的烟气不能满足干燥单元30的温度需求时，优选如图2所示，上述供热单元10的第一烟气出口通过第三烟气输送管道3与第二烟气输送管道2相连。利用第三烟气输送管道3和第二烟气输送管道2将供热单元10的炉膛内的高温烟气与热解单元20产生的烟气混合后输送至干燥单元30实现对原料煤的加热干燥。
本申请干燥单元30产生的烟气温度仍然较高，为了对其热量进行充分利用，优选如图2所示，供热单元10具有风源入口，风源入口与干燥单元30的第三烟气出口通过第四烟气输送管道4相连。通过第四烟气输送管道4将干燥单元30产生的烟气输送至燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉的炉膛内作为风源为燃料提供输送动力，同时还可以加热燃料进而将其热量进行利用，而且避免了换热烟气外排造成的污染或者外排前的净化处理，不仅节约了烟气处理成本，而且降低了电站的运行成本。
如本领域技术人员所熟知的，电站中都会设置烟气净化单元以对所排放的烟气进行净化，使烟气达到排放标准，本申请的供热单元10所在的电站也具有烟气净化单元40，优选如图2所示，该烟气净化单元40包括连接设置的除尘装置41、脱硝装置42和脱硫装置43。为了实现对装置的充分利用，可以将该烟气净化单元40与第二烟气输送管道2相连以对经过第二烟气输送管道2的烟气进行净化处理。当然本申请的干燥单元30所产生的烟气如果不再利用而排放，也可以将其所产生的烟气经过烟气净化单元40处理后再排放，实现电站和清洁煤生产系统的多方面联产。
此外，本申请的清洁煤生产系统还可以包括对进入热解单元20的烟气进行除尘的除尘器，该除尘器可以设置在第一烟气输送管道1上也可以利用前述的烟气净化单元40的除尘装置41来代替，避免烟气中的烟气在热解单元20沉积导致管道堵塞。
在本申请再一种优选的实施例中，如图2所示，上述热解单元20包括热解油气出口和清洁煤出口，清洁煤生产系统还包括热解油气除尘单元50和清洁煤处理单元60，热解油气除尘单元与热解单元20的热解油气出口相连，以对热解单元产生的热解油气进行除尘处理；清洁煤处理单元60包括相连的冷却装置61和分离装置62，冷却装置61包括清洁煤入口，清洁煤入口与清洁煤出口相连。
为了实现理想的除尘效果，优选上述热解油气除尘单元50包括颗粒床除尘器51和高温陶瓷过滤器52，颗粒床除尘器51具有热解油气入口和油气出口，热解油气入口与热解油气出口相连，优选颗粒床除尘器中装填有清洁煤颗粒，该清洁煤颗粒的粒径为5～10mm、温度为500～600℃；高温陶瓷过滤器52，通过油气出口与颗粒床除尘器51相连，连接方式可参见图2。具体除尘过程可以参考前述生产方法的描述。
以下结合本申请的清洁煤生产系统对清洁煤生产方法做详细描述。
干燥段：
干燥单元干燥热源采用热解单元产生的中温烟气，温度为300℃左右的中温烟气与粒度为0～30mm的原料煤在干燥窑内采用并流混合直接接触换热，换热后得到的换热烟气经过布袋除尘器、引风机和烟气脱硫后进入烟囱排放。烟气脱硫采用电站的烟气脱硫装置实施。当解热烟气温度不满足干燥需求时，引入部分高温烟气。
热解段：
干燥后温度为100℃左右的原料煤，经过螺旋给料机进入热解单元，与从电站锅炉过来的温度为950℃以上的高温烟气，经过配风调节后在热解单元的管内间接换热，换热后的中温烟气进入高温风机输送至干燥单元作为干燥窑的干燥热源；在500～600℃反应后的清洁煤和热解油气进行以下的后续处理。电站锅炉放出的多余烟气可以通过电站配制的烟气净化单元净化后外排。
热解油气除尘：
热解产生的500～600℃高温含油气体(即热解油气)，进入组合除尘单元，热解油气首先通过侧面进入颗粒床除尘器，热解油气通过扩散口均匀分布在颗粒床的迎风面。颗粒床中装填5～10mm的热清洁煤颗粒，颗粒通过螺旋给料机送入到移动床内。热解油气通过颗粒床除尘器的空隙，将大颗粒的粉尘拦截在孔道内，无法拦截的小颗粒随气体进入高温陶瓷过滤除尘器。随着过滤时间的持续，颗粒床的压降开始上升，携带粉尘的颗粒通过底部的螺旋给料机排出，同时新的清洁煤颗粒被加入，当此过程中运行到一定的程度时，床层压降稳定在一定的数值上，可以持续运行。来自颗粒床除尘器的油气，温度550～600℃，进入高温陶瓷过滤除尘器，干净油气进入下游，灰尘被拦截在滤芯上逐渐累积，其过滤器的压力也随之增加，此时通过变频调节风机的压差，维持气量稳定过滤。随着过滤时间的持续，滤芯上的滤饼厚度增加，过滤器的阻力不断上升，当过滤阻力上升到3kpa时，则滤芯需要反吹再生(还原滤芯的压损)。反吹时，高温脉冲阀自动打开，利用高压自由射流，进行反吹，过滤器的压差恢复。剥离后的滤饼落入除尘器下部的椎体仓内。椎体仓内的粉尘到达一定高度后泄放，泄放的焦粉采用氮气输送。
清洁煤处理：
高温清洁煤在500～600℃，经干熄炉的惰性气体冷却至200～250℃，后续再分别经过筛分和喷水降温降尘处理成为成品清洁煤，筛出的粉颗粒在100℃左右进入成型单元，生产清洁型煤作为产品。
煤气、焦油收集和加工：
经过高温除尘的高温含油气体经过喷淋塔和横管冷却器进行冷却，冷却后的油进入静置罐进一步分离油和水，冷却后的气体再经过电捕进一步回收油后，进入脱硫单元，脱硫后的气体进入气体储罐或直接作为燃料气外供。焦油可以进一步通过焦油加工生产汽油、柴油等。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉燃烧的烟气用于加热锅炉水使之变成蒸汽为发电机提供动力，但是加热锅炉水后的烟气温度不能满足原料煤的热解需要，因此将燃煤电站锅炉或燃油电站锅炉炉膛所产生的高温烟气在与锅炉水换热前作为原料煤热解的热源，从而不仅能够满足原料煤热解的温度需要，而且能够使该部分高温烟气得到充分利用，实现电站和清洁煤生产的联产。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。