一种煤热解发电耦合系统和工艺的制作方法

1.本发明涉及煤化工技术领域，具体而言，涉及一种煤热解发电耦合系统和工艺。


背景技术：

2.我国煤炭资源丰富，合理利用这些煤炭资源是煤炭产业链的重要环节之一。煤热解技术是煤炭资源高效、洁净利用的重要途径，通过热解产生的半焦、煤焦油、解吸气等产物分别可以用在不同的领域，实现了煤炭分质利用。
3.目前有技术将煤热解产生的半焦用于掺烧发电，以替代传统的煤发电，达到充分利用煤炭资源的目的，同时实现煤热解产业和电力产业耦合。然而由于半焦挥发分含量低，燃烧不充分，仍然存在燃烧效率不足，发电效率不够的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种煤热解发电耦合系统和工艺。
5.根据本发明的一个方面，提供一种煤热解发电耦合系统，包括：
6.精煤储仓、煤泥储仓；
7.热解和分离系统，所述热解和分离系统包括用于将所述精煤热解的热解装置、用于将热解产物中的半焦分离出来的半焦分离装置、用于将热解产物中的热解气分离出来的热解气分离装置、用于将热解气产物中的氢气分离出去的解吸气分离装置；
8.燃煤发电系统，所述燃煤发电系统包括锅炉，所述锅炉包括半焦入口、解吸气入口和煤泥入口，所述半焦入口连接所述半焦分离装置，所述解吸气入口连接所述解吸气分离装置，所述煤泥入口连接所述煤泥储仓，所述锅炉用于使所述半焦、解吸气和煤泥共同燃烧进行发电；所述耦合系统还包括干法熄焦装置，所述干法熄焦装置设置于所述半焦分离装置和所述锅炉之间，用于给所述半焦降温。
9.根据本发明的一种示例性实施方式，所述耦合系统还包括半焦制粉装置，所述半焦制粉装置设置于所述干法熄焦装置和所述锅炉之间，用于将降温后的所述半焦制为粉状。
10.根据本发明的一种示例性实施方式，所述干法熄焦装置的气体入口与所述解吸气分离装置的解吸气出口连通，以通过所述解吸气给所述半焦降温；所述干法熄焦装置的气体出口与所述锅炉的解吸气入口连通，以将给所述半焦降温后的解吸气通入锅炉。
11.根据本发明的一种示例性实施方式，所述干法熄焦装置的气体入口与所述解吸气分离装置的解吸气出口连通，以通过所述解吸气给所述半焦降温；所述煤泥储仓连接有煤泥烘干装置，所述干法熄焦装置的气体出口与所述煤泥烘干装置连通，以通过给所述半焦降温后的解吸气烘干所述煤泥。
12.根据本发明的一种示例性实施方式，所述燃煤发电系统还包括供水管路，所述供水管路用于提供生产水蒸气所需的水；所述干法熄焦装置包括换热设备，所述换热设备与
供水管路连通，所述换热设备用于将干法熄焦过程中半焦的热量传递给所述供水管路中的水，以使所述水能够提前预热。
13.根据本发明的一种示例性实施方式，所述煤泥储仓连接有煤泥制粉装置，所述煤泥制粉装置用于将所述煤泥制备为煤泥粉；所述半焦分离装置的半焦出口与所述锅炉的半焦入口通过半焦输送管道连通，所述煤泥制粉装置的煤泥粉出口与所述锅炉的煤泥入口通过煤泥输送管道连通，所述解吸气分离装置的解吸气出口与所述锅炉的解吸气入口通过解吸气输送管道连通，所述解吸气输送管道与所述半焦输送管道连通，以使所述解吸气将分离出的焦粉吹入所述锅炉，和/或，所述解吸气输送管道与所述煤泥输送管道连通，以使所述解吸气将粉碎得到的煤泥粉吹入所述锅炉。
14.根据本发明的另一个方面，还提供一种煤热解发电耦合工艺，包括：
15.原煤洗选得到精煤和煤泥；
16.将精煤热解，对热解产物进行分离得到半焦和热解气，将热解气中的氢气脱除得到解吸气；
17.通过干法熄焦工艺，对所述半焦降温；
18.将降温后的半焦、煤泥和解吸气送入锅炉燃烧进而实现发电。
19.根据本发明的一种示例性实施方式，所述工艺还包括：采用所述干法熄焦工艺时，利用所述解吸气对所述半焦降温，换热后的所述解吸气送入锅炉燃烧，和/或，利用换热后的所述解吸气烘干所述煤泥。
20.根据本发明的一种示例性实施方式，所述工艺还包括：采用所述干法熄焦工艺时，利用所述解吸气对所述半焦降温；收集所述干法熄焦过程中的热量，用该热量对所述燃烧发电过程中的水预热，然后将预热的水通过锅炉燃烧加热为水蒸气。
21.根据本发明的一种示例性实施方式，所述工艺还包括：将所述半焦和所述煤泥制粉，利用所述解吸气将所述半焦和/或煤泥吹入所述锅炉。
22.本发明将现代煤化工煤炭分质热解工艺和传统燃煤发电技术高效耦合，以热解副产物半焦，热解气无变换提氢后的解吸气及原煤筛选后的固废煤泥作为原料，替代燃料煤作为供能原料进行燃烧发电，其有益效果主要有以下几个方面：
23.(1)半焦作为主体供能原料，其高热值、低灰、低硫的特点，在电站锅炉上燃用时环保指标及经济性更好，通过干法熄焦工艺将煤热解产生的高温半焦产物降温后送入锅炉燃烧发电，实现了热解和发电耦合；(2)充分利用了热解的气体产物，由热解气得到的解吸气中的甲烷、一氧化碳、烃类气体等能高活性组分够有效弥补由于半焦挥发分低导致的燃烧性能较原煤变差，燃烧推迟、燃烧效率下降的问题；(3)煤泥作为固废，将其与半焦掺混后用于燃烧发电，实现了废物的资源化利用。
24.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
25.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
这些附图获得其他的附图。
26.图1为第一种煤热解发电耦合系统；
27.图2为第二种煤热解发电耦合系统。
28.图中：1、精煤储仓；11、精煤烘干装置；2、煤泥储仓；20、煤泥输送管道；21、煤泥烘干装置；22、煤泥制粉装置；3、热解装置；41、半焦分离装置；42、热解气分离装置；43、解吸气分离装置；410、半焦输送管道；430、解吸气输送管道；5、锅炉；6、干法熄焦装置；7、半焦制粉装置；8、供水管路。
具体实施方式
29.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
30.虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
31.用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
32.本发明实施方式公开了一种煤热解发电耦合系统，参考图1-图2，包括精煤储仓1、煤泥储仓2、热解和分离系统、燃煤发电系统、干法熄焦装置6。精煤和煤泥为原煤经过洗选后得到的两种主要产物，精煤储仓1用于存放精煤，煤泥储仓2用于存放煤泥。热解和分离系统包括用于将精煤热解的热解装置3、用于将热解产物中的半焦分离出来的半焦分离装置41、用于将热解产物中的热解气分离出来的热解气分离装置42、用于将热解气产物中的氢气分离出去的解吸气分离装置43。燃煤发电系统包括锅炉5，锅炉5包括半焦入口、解吸气入口和煤泥入口，半焦入口连接半焦分离装置41，解吸气入口连接解吸气分离装置43，煤泥入口连接煤泥储仓2，锅炉5用于使半焦、解吸气和煤泥共同燃烧进行发电。干法熄焦装置6设置于半焦分离装置41和锅炉5之间，用于给半焦降温后再送入锅炉。
33.本实施方案中，半焦作为主体供能原料，其高热值、低灰、低硫的特点，在电站锅炉上燃用时环保指标及经济性更好，通过干法熄焦工艺将煤热解产生的高温半焦产物降温后送入锅炉燃烧发电，实现了热解和发电耦合。另一方面，充分利用了热解的气体产物，由热解气得到的解吸气中的甲烷、一氧化碳、烃类气体等能高活性组分够有效弥补由于半焦挥发分低导致的燃烧性能较原煤变差，燃烧推迟、燃烧效率下降的问题。另外，煤泥作为固废，将其与半焦掺混后用于燃烧发电，实现了废物的资源化利用。
34.下面对本实施方式的煤热解发电耦合系统进行进一步的具体说明。
35.本发明中精煤是指洗选后去除矸石、煤泥后得到的能够用于热解、气化、燃烧发电的煤。本发明所述煤热解，是指煤炭在热解装置3中非氧化气氛下，受热发生物理化学反应，形成固体、气体、液体产物的热转化过程，是煤炭热转化加工的关键步骤。本发明的煤热解的原料煤为可以通过热解生成半焦的任意煤种，例如可以为褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等。其固体产物为在低温条件下(如500-900℃)煤热解生成的半焦，气体产物为以氢气、二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氮气等气体为主的热解气，液体为以链烃和芳烃为主的煤焦油。
36.热解和分离系统包括热解装置3、半焦分离装置41、热解气分离装置42、解吸气分离装置43。其中，热解装置3用于提供煤热解反应场所。热解装置3可以采用常用任意热解技术的装置，例如气流床热解技术、流化床热解技术、固定床热解技术等。热解反应结束后，包括固、液、气三种形态的热解产物由物料出口一起送出，进入后续的分离装置。
37.半焦分离装置41用于将固相的半焦从热解产物中分离出来。一般来说，由于煤热解反应温度较高，热解生成的煤焦油最初以汽态形式和热解气混合，即去除半焦以后的剩余物料为气液混合物料。半焦分离装置41可以为任何能将半焦从热解产物中分离出来的装置。在一些具体实施例中，半焦分离装置41采用旋风分离器。
38.热解气分离装置42用于将煤焦油从气液混合物料中分离出去，得到纯净的热解气。热解气中通常包括氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氮气等多种气体。热解气分离装置42可以为任何能将煤焦油从气相分离出去的装置。在一些实施例中，热解气分离装置42采用冷凝器或采用过滤床。
39.解吸气分离装置43用于将热解气产物中的氢气分离出去，以得到解吸气。热解气中的氢气可以用于作为合成气主要成分用于制备化学品，也可以用于给煤焦油加氢制备油品。因此，将氢气单独分离出来，剩余的解吸气包含甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氮气等多种气体，这些气体作为燃料，可以提高半焦和煤泥的燃烧效率。解吸气分离装置43可以为任何能将氢气分离出去的装置。在一些实施例中，解吸气分离装置43采用变压吸附装置。
40.燃煤发电系统通常由燃烧系统、电气系统等组成。燃烧系统以锅炉为核心，将煤或半焦燃烧产生热能传递给水进而生成高温高压蒸汽；电气系统实现由蒸汽的热能、机械能到电能的转变。
41.本发明实施方式中，锅炉5包括半焦入口、解吸气入口和煤泥入口。锅炉5的半焦入口连接半焦分离装置41，半焦分离装置41分离出来的半焦从半焦入口进入锅炉5。解吸气入口连接解吸气分离装置43，解吸气分离装置43分离出来的解吸气从解吸气入口进入锅炉5。煤泥入口连接煤泥储仓2，煤泥储仓2的煤泥从煤泥入口进入锅炉5。
42.需要说明的是，半焦入口、解吸气入口和煤泥入口可以为不同的入口，也可以为同一个入口，本发明对此不进行具体限定。
43.本发明实施方式中，干法熄焦装置6设置于半焦分离装置41和锅炉5之间，是一种利用炽热的半焦和循环的惰性气体直接接触换热，将半焦降温冷却的一种的新型的熄焦工艺，对应的装置包括干熄炉和惰性气体循环风。
44.参考图1，在一种具体例中，采用解吸气替代惰性气体冷却半焦。由于在将煤焦油从热解气中分离出去时通常采用冷凝工艺，因此热解气温度已被降低，从而解吸气温度也已降低。因此，可以直接利用冷的解吸气进行干法熄焦，既能够实现半焦降温，又节约了惰
性气体使用。如图所示，干法熄焦装置6的气体入口与解吸气分离装置42的解吸气出口连通。解吸气从干法熄焦装置6的气体入口进入干熄炉，直接和半焦接触，进而使半焦实现降温。，干法熄焦装置6的气体出口与锅炉5的解吸气入口连通，解吸气在干法熄焦过程中温度升高，将干法熄焦装置6的气体出口出来的热解吸气直接通入锅炉5，能够提高燃料的入炉温度，缩短升温时间，降低锅炉5能耗。如图1所示，本实施例将解吸气分为两路，一路用于干法熄焦工艺，一路直接通入锅炉5，此处不再赘述。
45.在本实施例中，经过干法熄焦得到升温的解吸气还能够用于烘干煤泥。如图1所示，煤泥储仓2连接有煤泥烘干装置21，干法熄焦装置6的气体出口与煤泥烘干装置21连通，利用热解吸气烘干煤泥。在图2所示的实施例中，仅使用部分热解吸气烘干煤泥，其余热解吸气均直接进入锅炉5掺烧。在其他实施例中，也可以将全部热解吸气用于烘干煤泥，然后再将解吸气回收通入锅炉。
46.在图1、2所示的实施例中，该耦合系统还包括半焦制粉装置7，半焦制粉装置7设置于干法熄焦装置6和锅炉5之间，用于将降温后的半焦制为粉状，以使进入锅炉燃烧的半焦具有更大的接触面积，从而使燃烧更充分。半焦制粉装置7可以采用磨煤机等设备。当然，在其他实施例中，干法熄焦装置6也可以用于处理碎焦或块焦，而不对半焦进行制粉。
47.在图1、2所示的实施例中实施例中，燃煤发电系统还包括供水管路8，供水管路8用于提供生产水蒸气所需的水。干法熄焦装置6包括换热设备，换热设备可以为设置在干熄炉外壁上的冷却盘管，也可以是设置在干熄炉侧壁上的水冷壁。换热设备与供水管路8连通，供水管路8中的水经过冷却盘管或水冷壁时，将干熄炉的热量带走使得半焦降温，供水管路8中的水得到预热，再通过锅炉燃烧加热生成水蒸气时，可以缩短升温时间，提高加热效率。
48.本发明锅炉5可以为煤粉炉、流化床锅炉等，采用煤粉炉时，对入炉燃烧的燃料粒径要求为微米级，因此，半焦制粉装置7需要将半焦制成微米级尺寸。煤泥储仓2也连接有煤泥制粉装置22，该煤泥制粉装置22用于将煤泥制备为煤泥粉，以满足煤粉炉的要求。以粉状的半焦和煤泥进行掺烧，与空气接触面积大，燃烧更充分，减少灰渣残炭等固体废弃物。如图1所示，本实施例中，粉焦和煤泥粉可以通过输送气从同一个入口吹入锅炉5，即半焦入口和煤泥入口为同一个入口。
49.在图1所示的实施例中，采用解吸气替代输送气将粉焦和煤泥粉吹入锅炉5。如图1所示，半焦通过半焦输送管道410输送，解吸气通过解吸气输送管道430输送，煤泥通过煤泥输送管道20输送。解吸气输送管道430与半焦输送管道410连通，解吸气输送管道430还与煤泥输送管道20连通，以使解吸气能够将焦粉和煤泥粉吹入锅炉5。利用解吸气作粉焦和煤泥粉的输送气，可以节省输送气的使用，也充分利用了解吸气，解吸气在干法熄焦过程中被加热后，还能进一步给煤泥粉和粉焦预热。
50.进一步的，粉焦和煤泥粉在吹送进入锅炉5前，可在一混合器中先进行充分混合，然后再进入锅炉5，由此可以使粉焦、煤泥粉、解吸气提前进行充分的混合，使燃烧更充分。
51.本发明实施方式还公开一种煤热解发电耦合工艺，包括：
52.步骤s100，原煤洗选得到精煤和煤泥；
53.步骤s200，将精煤热解，对热解产物进行分离得到半焦和热解气，将热解气中的氢气脱除得到解吸气；
54.步骤s300，通过干法熄焦工艺，对半焦降温；
55.步骤s400，将降温后的半焦、煤泥和解吸气送入锅炉燃烧进而实现发电。
56.下面对本实施方式的煤热解发电耦合工艺进行进一步的具体说明。
57.上述步骤s100中的洗选是指从煤中去除矸石或其他杂质的过程。一般是利用煤与矸石、煤泥的物理性质不同来进行的，在不同密度或特性的介质中使煤与矸石、煤泥等分开。洗选得到的精煤、煤泥在进一步利用前通常会在烘干装置中进行烘干。
58.上述步骤s200中，首先将精煤送入热解装置3进行煤热解，热解反应结束后，包括固、液、气三种形态的热解产物进入后续的分离装置。首先通过半焦分离装置41将固相的半焦从热解产物中分离出来。其次，通过热解气分离装置42将煤焦油从气液混合物料中分离出去，得到纯净的热解气。最后，通过解吸气分离装置43将热解气产物中的氢气分离出去，以得到解吸气。解吸气包含甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氮气等多种气体，这些气体作为燃料，可以提高半焦和煤泥的燃烧效率。
59.上述步骤s300中，由于热解分离出来的半焦温度较高，现有的管道难以直接运送高温半焦进入锅炉，因此需要直先行降温，例如通过干法熄焦工艺对半焦降温。在本实施例中，利用解吸气替代惰性气体对半焦进行降温。本实施例中，解吸气经干法熄焦后升温，该解吸气可以送入锅炉燃烧，也可以利用该解吸气烘干煤泥。当然，也可以一部分进入锅炉，另一部分用于烘干煤泥。
60.在一种具体实施例中，还可以将降温后的半焦制备为粉焦，即粒径为微米级的半焦粉末，粉焦可以用于多种锅炉类型，例如煤粉炉，由于其和氧气之间具有较高的接触面积，可以实现高效率燃烧。本实施例中，还可以利用解吸气将粉状的半焦和/或煤泥吹入锅炉，由此可以减少输送气的使用。
61.上述步骤s400中，将半焦、煤泥和解吸气送入锅炉燃烧进而实现发电的原理是，燃料在锅炉内燃烧加热水成为水蒸气，蒸汽压力推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变为电能。燃烧发电系统通常由燃烧系统、电气系统等组成。燃烧系统以锅炉为核心，将煤或半焦燃烧产生热能传递水进而生成高温高压蒸汽；电气系统实现由蒸汽的热能、机械能到电能的转变。
62.在一种实施例中，在进行干法熄焦的过程中，收集半焦的热量，用该热量对燃烧发电过程中的水预热，然后将预热的水通过锅炉燃烧加热为水蒸气。具体来说，在干法熄焦装置6的干熄炉外壁上设置冷却盘管，或将干熄炉侧壁设置为水冷壁。供水管路8中的水经过冷却盘管或水冷壁时，将干熄炉的热量带走使得半焦降温，供水管路8中的水得到预热，再进入锅炉燃烧加热生成水蒸气。
63.上述工艺的具体过程可参考前文对耦合系统的描述，此处不再赘述。需要说明的是，本发明的步骤编号仅为了表述方便而使用，不代表对步骤顺序的限定。
64.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。