[發明專利]耦合煤熱解與空氣氣化的聯合循環發電系統及方法

在審

• 申請號: 201811590180.8
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109517628A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 田斌;徐龍;馬曉迅;田原宇
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: C10J3/72
• 分類號: C10J3/72
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 郝燕燕

1.一種耦合煤熱解與空氣氣化的聯合循環發電系統，其特征在于：下行床反應器(1)的頂部設置有與其相連通的快速混合器(2)、底部出口通過管道與第二氣固分離器(4)相連通，快速混合器(2)的原煤入口通過管道與第一氣固分離器(26)的原煤出口相連通、煤焦入口通過管道與換熱裂解裝置(5)的第一煤焦出口(5-5)相連通，第一氣固分離器(26)的入口通過管道與裝有原煤的預熱提升器(3)的出口相連通、燃氣出口通過管道與第二燃氣凈化裝置的入口相連通，預熱提升器(3)的燃氣入口通過管道與換熱裂解裝置(5)的燃氣出口(5-11)相連通，第二氣固分離器(4)的半焦出口通過管道與換熱裂解裝置(5)的半焦入口(5-2)相連通、燃氣出口通過管道與冷凝器(8)的入口相連通，冷凝器(8)的焦油出口通過管道與換熱裂解裝置(5)的焦油入口(5-4)相連通、燃氣出口通過管道與第一燃氣凈化裝置的入口相連通，換熱裂解裝置(5)的燃氣入口(5-6)通過管道與空氣氣流床煤焦氣化裝置的燃氣出口相連通、第二煤焦出口(5-8)通過管道與空氣氣流床煤焦氣化裝置的煤焦入口相連通，第一燃氣凈化裝置的出口通過管道與燃氣輪機(12)的燃氣入口相連通，燃氣輪機(12)的排煙管與第二鍋爐(14)相連通，第二燃氣凈化裝置的出口通過管道與第二鍋爐(14)相連通，第二鍋爐(14)的蒸汽輸出管與蒸汽輪機(15)的入口相連通，蒸汽輪機(15)和燃氣輪機(12)上均設置有發電機。

2.根據權利要求1所述的耦合煤熱解與空氣氣化的聯合循環發電系統，其特征在于所述的換熱裂解裝置(5)為：流化床筒(5-1)內上部設置有第一旋風分離器(5-9)和第二旋風分離器(5-10)、下中部設置有氣體分布板(5-7)，流化床筒(5-1)側壁上設置有焦油進口(5-4)、半焦進口(5-2)、第一煤焦出口(5-5)、第二煤焦出口(5-8)，進焦油口內設置有噴嘴(5-3)，流化床筒(5-1)底部設置有燃氣入口(5-6)、頂部設置有燃氣出口(5-11)，第一旋風分離器(5-9)的入口置于流化床筒體(5-1)內、頂部出口與第二旋風分離器(5-10)的入口相連通，第二旋風分離器(5-10)的頂部出口與流化床筒(5-1)的燃氣出口(5-11)相連通、底部出口與第一旋風分離器(5-9)底部出口相連通。

3.根據權利要求1所述的耦合煤熱解與空氣氣化的聯合循環發電系統，其特征在于：所述的第一燃氣凈化裝置和第二燃氣凈化裝置結構相同，所述的第一燃氣凈化裝置為第一靜電除塵裝置(9)的出口通過管道與第一風機(10)的入口相連通，第一風機(10)的出口通過管道與第一低溫甲醇洗滌裝置(11)的燃氣入口相連通。

4.根據權利要求1所述的耦合煤熱解與空氣氣化的聯合循環發電系統，其特征在于所述的空氣氣流床煤焦氣化裝置為：氣化爐(7)的頂部設置有燒嘴(23)、中下部側壁上設置有燃氣出氣管、底部設置有排渣口，燒嘴(23)的進煤焦管通過管道與換熱裂解裝置(5)的第二煤焦出口(5-8)相連通、空氣進氣管通過管道與空氣壓縮機(24)相連、水蒸氣進汽管通過管道與汽包(21)相連通，汽包(21)通過管道與鍋爐(14)相連。

5.根據權利要求1所述的耦合煤熱解與空氣氣化的聯合循環發電系統，其特征在于：所述的換熱裂解裝置(5)的燃氣出口(5-11)通過安裝有燃氣壓縮機(6)的管道與換熱裂解裝置(5)的第二煤焦出口(5-8)和空氣氣流床半焦氣化裝置的煤焦入口之間的管道相連通。

6.根據權利要求5所述的耦合煤熱解與空氣氣化的聯合循環發電系統，其特征在于：所述的換熱裂解裝置(5)的第二煤焦出口(5-8)和空氣氣流床煤焦氣化裝置的煤焦入口之間的管道上設置有煤焦研磨器(22)。

7.一種耦合煤熱解與空氣氣化的聯合循環發電方法，其特征在于由以下步驟組成：

(1)原煤高溫快速熱解

啟動時，外供天然氣經過天然氣緩沖罐(25)在燒嘴(23)處與經空氣壓縮機(24)壓縮來的空氣混合燃燒產生1050℃的熱煙氣經過氣化爐(7)和換熱裂解裝置(5)進入裝有原煤的預熱提升器(3)對原煤煤粉進行預熱，原煤煤粉預熱到300℃經過第一氣固分離器(26)和快速混合器(2)進入下行床反應器(1)中，在650～700℃下發生快速熱解反應生成高熱值燃氣、焦油和半焦；

(2)熱解半焦換熱與焦油裂解

下行床反應器(1)產生的高熱值燃氣、焦油和半焦進入第二氣固分離器(4)中，由第二氣固分離器(4)分離形成650～700℃的半焦輸入到換熱裂解裝置(5)的流化床筒(5-1)內被來自氣化爐生成的1050℃的燃氣加熱到900℃變成煤焦，同時第二氣固分離器(4)分離形成的含焦油高熱值燃氣進入冷凝器(8)冷凝得到的焦油噴入換熱裂解裝置(5)的流化床筒(5-1)內，焦油在流化床筒(5-1)內的煤焦表面裂解生成小分子燃氣，900℃的煤焦一部分由第一煤焦出口(5-5)輸出到快速混合器(2)，另一部分由第二煤焦出口(5-8)輸出，裂解生成小分子燃氣與換熱后的中溫燃氣形成的混合氣體經流化床筒(5-1)內的兩級旋風分離器除去夾雜顆粒，大量的混合燃氣輸出到預熱提升器(3)底部對原煤煤粉進行預熱，少量的混合燃氣經壓縮機(6)壓縮后用于將研磨器(22)輸出的細粉煤焦輸送到燒嘴(23)入口；

(3)煤焦氣化

正常運轉，關閉外供天然氣，由換熱裂解裝置(5)第二煤焦出口(5-8)輸出的煤焦經過煤焦研磨器(22)被磨成粒度小于75μm的細粉煤焦被來自壓縮機(6)的高壓燃氣輸送進入燃燒嘴(23)，通過空氣壓縮機(24)產生的壓縮空氣和由汽包(21)與第一鍋爐(20)產生的高壓水蒸氣同時被輸入燒嘴(23)內，煤粉和空氣及水蒸氣并流噴入氣化爐(7)內發生氣化反應，生成1050℃的低熱值燃氣進入換熱裂解裝置(5)的流化床筒(5-1)底部；

(4)重復熱解半焦換熱與焦油裂解

在換熱裂解裝置(5)的流化床筒(5-1)內由氣化爐生成的1050℃的低熱值燃氣與第二氣固分離器(4)分離形成650～700℃的半焦進行換熱后與由焦油裂解生成小分子燃氣形成的混合燃氣經過流化床筒(5-1)內的兩級旋風分離器除去夾雜顆粒，大量的混合燃氣通過管道輸出到預熱提升器(3)底部對原煤煤粉進行預熱，在流化床筒(5-1)內半焦經過換熱后變成溫度為900℃的煤焦，該煤焦一部分由第一煤焦出口(5-5)輸出到快速混合器(2)，另一部分由第二煤焦出口(5-8)輸出；

(5)重復原煤高溫快速熱解

在預熱提升器(3)內來自換熱裂解裝置(5)的混合燃氣對原煤煤粉進行預熱，原煤煤粉預熱到300℃后，混合燃氣及原煤煤粉一起輸出到第一氣固分離器(26)，第一氣固分離器(26)將混合燃氣和原煤煤粉分離開，分離出的原煤煤粉進入快速混合器(2)與來自換熱裂解裝置(5)的900℃的煤焦充分混合后進入下行床反應器(1)中，在650～700℃下發生快速熱解反應生成高熱值燃氣、焦油和半焦；

(6)高熱值燃氣和低熱值燃氣聯合循環發電

下行床反應器(1)產生的高熱值燃氣、焦油和半焦進入第二氣固分離器(4)中，由第二氣固分離器(4)分離形成650～700℃的半焦輸入到換熱裂解裝置5的流化床筒(5-1)中，分離形成的含焦油高熱值燃氣進入冷凝器(8)中冷凝得到少量焦油噴入換熱裂解裝置(5)的流化床筒(5-1)中，冷凝后的高熱值燃氣依次經過第二靜電除塵裝置(17)、第二風機(18)、第二低溫甲醇洗滌裝置(19)凈化后進入燃氣輪機(12)推動第一發電機(13)進行發電，由燃氣輪機(12)排出的高溫煙氣再進入鍋爐(14)中產生蒸汽推動第二發電機(16)聯合發電，由第一氣固分離器(26)分離出混合燃氣依次經過第一靜電除塵裝置(9)、第一風機(10)、第一低溫甲醇洗滌裝置(11)凈化后進入鍋爐(14)產生蒸汽推動第二發電機(16)發電。