CN104832226B - 一种煤制油及煤气发电联产装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种煤制油及煤气发电联产装置及方法,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。其中,煤提取煤焦油及制煤气集成装置子系统包括进料单元、原煤提质转化单元、原煤提质转化反应产物分离净化单元;煤焦油制取清洁燃料子系统包括煤焦油预处理单元、煤焦油加氢单元、煤焦油加氢产物分离提纯单元;煤气燃烧发电子系统包括蒸汽发生单元、朗肯‑再热循环发电单元。本发明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。具有原料煤适应性广、不产生二次污染、锅炉烟气中无铅、铬、镉、砷、汞且NOX、SOX浓度极低等。

Description

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PMiq)、S02、N0X、C0、挥发性有机污染物等。针对不同污染物的源解析研究结果表明,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PMiq)、S02、N0X、C0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是生物质、石油焦、油页岩或沥青。
[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、脱盐塔进料栗和焦油脱灰塔进料栗;
[0015]所述的煤焦油加氢单元包括经高压进料栗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3.2〜3.510^,540〜545°(: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50〜600MW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50〜400μπι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进行控制;
[0026] 4)深度除尘器顶部输出的含焦油煤气进入焦油回收洗涤塔进行油气混合流体的初步分离,分离所得的重质焦油通过焦油回收洗涤塔底部出口进入重质焦油收集器,焦油回收洗涤塔顶部出口与煤气深度冷凝净化塔入口相连接,经过初步油气分离的煤气进入煤气深度冷凝净化塔进行油-气两相的深度净化分离,煤气深度冷凝净化塔顶部脱油煤气出口与煤气预热器入口相连接,煤气深度冷凝净化塔底部轻质焦油出口与轻质焦油收集器入口相连接;
[0027] 5)重质焦油、轻质焦油送入焦油储罐、油缓冲罐,经焦油脱水、脱盐塔、焦油脱灰塔进行脱水、脱盐脱灰后进入后续的煤焦油加氢单元进行全馏分加氢深度转化,煤焦油依次经过悬浮床加氢裂化反应塔加氢、加氢裂化产物热高压分离塔输出的气态轻组分与减压蒸馏塔塔顶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,后经冷高压分离塔、加氢精制产物分馏塔最终的产物分别进入石脑油收集罐、柴油收集罐,其中石脑油占比10〜25wt%,柴油占比55〜65wt%,液化气占比2〜5wt% ;
[0028] 6)煤气深度冷凝净化塔产生的煤气送入煤气预热器预热后再送入煤气-空气预混器,经过烟气预热的助燃空气分为两路,一路由锅炉底部进入锅炉炉膛,另一路则与预热后的煤气在煤气-空气预混器中进行预混后经燃气注入喷嘴进入锅炉燃烧,进入锅炉(36)中的粗煤气热值为4000〜8000kJ/Nm3,粗煤气燃烧所需的空气量为1.0〜2.0Nm3干空气/Nm3干煤气,粗煤气燃烧的空气过量系数为1.02〜1.15,炉膛中粗煤气燃烧的烟气量为2.0〜3.0Nm3烟气/Nm3干煤气,烟气温度范围为1500〜1700 °C,保证炉膛辐射换热的炉膛黑度值为
0.5〜0.9,锅炉炉膛出口烟气温度范围为950〜1150°C。产生的1500〜1700 °C的高温烟气依次经过锅炉内的辐射换热及对流换热之后最终温度降低至100〜140°C,低温烟气经引风机加压后经过烟囱排空,锅炉产生的17〜18MPa,540〜545 V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。
[0029]所述的焦油回收洗涤塔顶部设有以焦油组份中馏程230〜300°C的馏分洗油作为洗涤液的喷洒系统,洗涤塔内还装填有吸附填料床层,采用表面具有大量极性基团的亲油疏水性改性纤维球、芳香基共聚物/交联树脂高分子聚合物材料为吸附剂。
[0030]所述的煤气深度冷凝净化塔所采用的制冷剂是由盐水与乙醇、乙二醇、甘油中的一种或几种根据煤气中低分子烃类、酚类含量及种类所配制的V(盐水):v(乙醇):v(乙二醇/甘油)= (4.0〜8.0):(1.0〜3.5):(0.5〜4.0)的复合制冷剂。
[0031]本发明与直接燃煤发电技术相比,可实现以下有益的结果:
[0032] I)将煤基清洁燃料制备与燃气发电技术进行了高度集成;
[0033] 2)实现了煤炭资源的高效、清洁及梯级利用;
[0034] 3)煤气进锅炉直接燃烧,所需的空气过量系数较小,燃烧温度低于燃煤温度,可大幅削减热力型NOx生成,降低燃烧烟气产生量,由于燃料是煤气,因此无燃料型NOx、快速型NOx生成;
[0035] 4)热解煤气进锅炉燃烧所产生的烟气中PM2.5及PMiq等可吸入颗粒物浓度极低,可实现S02、N0x低浓度排放,同时燃烧烟气中几乎不含铅、铬、镉、砷、汞等重金属。
[0036]本发明煤提取煤焦油及制煤气集成装置子系统焦油收率大于15wt%,系统干煤气组成为10 〜20vol%,C0 15 〜25vol%,CHU 〜2.5vol%,C02 6 〜10vo1%,N2 50 〜55vol% ,H2S 0.01 〜0.06νο1%,NH3 0.05〜0.2vol%,CnHm 0.1〜0.5vol% ;电厂锅炉中粗煤气燃烧所需的理论空气量为1.0〜2.0Nm3干空气/Nm3干煤气,粗煤气燃烧的空气过量系数为1.02〜1.15;电厂锅炉中粗煤气燃烧的理论烟气量为2.0〜3.0Nm3烟气/Nm3干煤气,实际烟气温度范围为1500〜1700°C,电厂锅炉炉膛出口烟气温度范围为950〜1150°C;电厂锅炉中粗煤气燃烧产生的烟气组成为:CO21〜25vol%;H20 10〜20vo1%;N2 55〜70vo1%021〜2vol %,SOx小于0.lppm,与之对应的炉膛黑度为0.7〜0.9;粗煤气预热温度为150〜300°C,空气预热温度为300〜400 °C。
附图说明
[0037]图1为本发明的整体结构示意图。
[0038]图中:1、原料煤贮仓2、气力输煤管3、加压连续进料器4、气化段5、热解段6、内置气-固分流器7、内置返料管8、余碳转化器9、含碳颗粒控制器10、含碳颗粒循环器11、深度除尘器12、细灰返料器13、含碳颗粒循环速率控制器14、细灰返料速率控制器15、焦油回收洗涤塔16、重质焦油收集器17、煤气深度冷凝净化塔18、轻质焦油收集器19、焦油储罐20、焦油缓冲罐21、焦油脱水、脱盐塔进料栗22、焦油脱灰塔进料栗23、悬浮床加氢裂化反应塔进料栗24、焦油脱水、脱盐塔25、焦油脱灰塔26、悬浮床加氢裂化反应塔27、热高压分离塔28、减压蒸馏塔29、固定床加氢精制反应塔30、固定床加氢精制反应塔进料栗31、柴油收集罐32、冷高压分离塔33、石脑油收集罐34、煤气预热器35、煤气-空气预混器36、电厂锅炉37、过热蒸汽高压透平38、再热蒸汽中压透平39、发电机组40、排烟引风机41、烟囱42、加氢精制产物分馏塔43、原煤两级提质转化耦合反应器44、原煤两级提质转化耦合反应器粉煤进料喷嘴45、焦油回收洗涤塔入口 46、焦油回收洗涤塔底部出口 47、重质焦油收集器入口 48、焦油回收洗涤塔顶部出口 49、气深度冷凝净化塔入口 50、煤气深度冷凝净化塔顶部出口 51、煤气预热器(34)入口 52、煤气深度冷凝净化塔底部出口 53、重质焦油收集器出口 54、轻质焦油收集器(18)出□ 55、焦油储罐入口 56、焦油储罐出口 57、焦油缓冲罐的入口 58、焦油缓冲罐出口59、焦油脱水、脱盐塔出口 60、焦油脱灰塔出口 61、悬浮床加氢裂化反应塔顶出口 62、热高压分离塔入口 63、热高压分离塔底重质产物出口 64、减压蒸馏塔入口 65、热高压分离塔塔顶出口 66、固定床加氢精制反应塔出口 67、冷高压分离塔入口 68、冷高压分离塔顶出口 69、尾气净化处理器70、尾气净化处理器入口 71、冷高压分离塔底产物出口 72、加氢精制产物分馏塔入口73、加氢精制产物分馏塔石脑油馏分出口 74、加氢精制产物分馏塔柴油馏分出口 75、石脑油收集罐的入口 76、柴油收集罐的入口 77-79、电厂锅炉燃气注入喷嘴
具体实施方式
[0039]为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明晰,下面结合附图及实施例,对本发明所申请公开的一种煤制油及煤气发电联产装置及方法进行进一步详细说明。
[0040]参见图1,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;
[0041]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;
[0042]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;
[0043]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。
[0044]其中进料单元包括依次相连的原料煤贮仓1、气力输煤管2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3 ;
[0045]原煤提质转化单元包括内腔有气化段4和热解段5的原煤两级提质转化耦合反应器43,加压连续进料器3与气化段相连,在原煤两级提质转化耦合反应器43内的热解段5上端设置有气-固分流器6以及与气-固分流器6相连的内置返料管7,内置反料管7的下端与气化段4相连通,原煤两级提质转化耦合反应器43的下端出口与余碳转化器8相连;
[0046]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43气体出口相连的含碳颗粒控制器9,含碳颗粒控制器9的下端的出口、上端出口分别与含碳颗粒循环器10、深度除尘器11相连,深度除尘器11下端的出口、上端出口分别与细灰返料器
12、焦油回收洗涤塔15相连,焦油回收洗涤塔15下端的出口、上端出口分别与重质焦油收集器16、煤气深度冷凝净化塔17相连,煤气深度冷凝净化塔17下端出口、上端出口分别与轻质焦油收集器18相连,重质焦油收集器16、轻质焦油收集器18依次与焦油储罐19、焦油缓冲罐20相连,且在含碳颗粒循环器10和细灰返料器12上分别安装有含碳颗粒循环速率控制器13和细灰返料速率控制器14。
[0047]煤焦油预处理单元包括依次相连的焦油脱水、脱盐塔24和焦油脱灰塔25,其中焦油脱水、脱盐塔24与焦油缓冲罐20相连,且在焦油缓冲罐20与焦油脱水、脱盐塔24、焦油脱水、脱盐塔24与焦油脱灰塔25相连通的管路上设置有焦油脱水、脱盐塔进料栗21和焦油脱灰塔进料栗22;
[0048]煤焦油加氢单元包括经高压进料栗23与焦油脱灰塔25相连的悬浮床加氢裂化反应塔26,悬浮床加氢裂化反应塔26塔顶出口与热高压分离塔27入口相连接,热高压分离塔27塔底重质产物出口与减压蒸馏塔28入口相连接,热高压分离塔27塔顶出口输出的气态轻组分与减压蒸馏塔28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29进彳丁加氣精制反应;
[0049]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29出口相连接的冷高压分离塔32,冷高压分离塔32塔顶出口与尾气净化处理器69入口相连接,冷高压分离塔32塔底产物出口与加氢精制产物分馏塔42入口相连接,加氢精制产物分馏塔42的出口分别与石脑油收集罐33、柴油收集罐31相连接。
[0050]蒸汽发生单元包括与煤气深度冷凝净化塔17上端出口相连的煤气预热器34,煤气预热器34经煤气-空气预混器35与电厂锅炉36的燃气注入喷嘴相连接,锅炉36的烟气出口经排烟引风机40由烟囱41排出,经过锅炉36的烟气预热的助燃空气80分为两路,一路由锅炉36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35中进行预混;
[0051]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38和再热中压蒸汽透平37,锅炉36产生的17〜18MPa,540〜545°C的过热蒸汽进入过热蒸汽高压透平38中膨胀做功,热蒸汽高压透平38出口与锅炉36的再热换热器入口相连接,锅炉36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37中膨胀做功,再热蒸汽中压透平37、过热蒸汽高压透平38通过联轴器连接,共同驱动发电机组39发电。
[0052]焦油回收洗涤塔15在0.2〜2.0MPa条件下进行带压操作,煤气深度冷凝净化塔17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。
[0053]本发明过程如下:先将一种或多种低阶煤如褐煤、长焰煤、烟煤、焦炭等经过粉碎、筛分、烘干、粉碎所得的粒径范围50〜400μπι的粉料加入原料煤仓I中,原料煤粉通过带有外部保温材料的气力输煤管2进入加压连续进料装置3,加压连续进料装置3的出口与原煤两级提质转化耦合反应器43热解段5的粉煤进料喷嘴44相连接。气化段4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5,于450〜850°C,0.1〜1.0MPa的操作条件下迅速完成煤粉的快速热解转化。气化段4产生的高温、富氢流化气上行进入热解段5,粉煤在热解段5热解产生的气-固混合流体进入内置气-固分流器6,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7循环回气化段4进行气化。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9、深度除尘器11实现含油煤气与固体物流的分离。外置含碳颗粒控制器9、深度除尘器11捕集的高温固体物料分别通过含碳颗粒循环器10、细灰返料器12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10、细灰返料器12中固体物料的循环速率则通过含碳颗粒循环速率控制器
13、细灰返料速率控制器14进行控制。深度除尘器11顶部输出的含焦油煤气通过入口 45进入焦油回收洗涤塔15进行油气混合流体的初步分离,分离所得的重质焦油通过焦油回收洗涤塔15底部出口 46与重质焦油收集器16的入口 47相连接。焦油回收洗涤塔15顶部出口 48与煤气深度冷凝净化塔17入口 49相连接,经过初步油气分离的煤气进入煤气深度冷凝净化塔17进行油-气两相的深度净化分离。煤气深度冷凝净化塔17顶部脱油煤气出口 50与煤气预热器34入口 51相连接,煤气深度冷凝净化塔17底部轻质焦油出口 52与轻质焦油收集器18入口相连接。重质焦油收集器16出口 53、轻质焦油收集器18出口 54与焦油储罐19入口 55相连接,焦油储罐19出口 56与焦油缓冲罐20的入口 57相连接。焦油缓冲罐20的出口 58与焦油脱水、脱盐塔24进料栗21相连接,焦油脱水、脱盐塔24出口 59与焦油脱灰塔25进料栗22相连接,焦油脱灰塔25出口 60与悬浮床加氢裂化反应塔26高压进料栗23相连接,悬浮床加氢裂化反应塔26塔顶出口 61与热高压分离塔27入口 62相连接,热高压分离塔27塔底重质产物出口 63与减压蒸馏塔28入口 64相连接。热高压分离塔27塔顶出口 65输出的气态轻组分与减压蒸馏塔28塔顶出口 30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29进行加氢精制反应。固定床加氢精制反应塔29出口 66与冷高压分离塔32入口 67相连接,冷高压分离塔32塔顶出口 68与尾气净化处理器69入口 70相连接。冷高压分离塔32塔底产物出口 71与加氢精制产物分馏塔42入口 72相连接,加氢精制产物分馏塔42的出口 73、74分别与石脑油收集罐33的入口 75、柴油收集罐31的入口 76相连接。
[0054]经过烟气预热的助燃空气80分为两路,一路由锅炉36底部入口 81直接进入锅炉炉膛,另一路则与预热后的煤气在煤气-空气预混器35中进行预混,煤气-空气预混器35出口与电厂锅炉36的燃气注入喷嘴77、78、79相连接,进入锅炉炉膛中完全燃烧后所产生的1500〜1700°C的高温烟气依次经过锅炉内的辐射换热及对流换热之后最终温度降低至100〜120°C,低温烟气经引风机40加压后经过烟囱41排空。锅炉36产生的17〜18MPa,540〜545°C的过热蒸汽进入过热蒸汽高压透平38中膨胀做功。过热蒸汽高压透平38出口与锅炉36的再热换热器入口相连接,锅炉36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37中膨胀做功。再热蒸汽中压透平37、过热蒸汽高压透平38通过联轴器连接,共同驱动发电机组39发电。

Claims (9)

1.一种煤制油及煤气发电联产装置,其特征在于: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; 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; 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; 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; 所述的进料单元包括依次相连的原料煤贮仓(I)、气力输煤管(2)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(3); 所述的加压连续进料器(3)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(3)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; 所述的原煤提质转化单元包括内内置气化段(4)和热解段(5)的原煤两级提质转化耦合反应器(43),加压连续进料器(3)与气化段相连,在原煤两级提质转化耦合反应器(43)内的热解段(5)上端设置有气-固分流器(6)以及与气-固分流器(6)相连的内置返料管(7),内置返料管(7)的下端与气化段(4)相连通,原煤两级提质转化耦合反应器(43)的下端出口与余炭转化器(8)相连; 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(43)气体出口相连的含碳颗粒控制器(9),含碳颗粒控制器(9)的下端的出口、上端出口分别与含碳颗粒循环器(10)、深度除尘器(11)相连,深度除尘器(11)下端的出口、上端出口分别与细灰返料器(12)、焦油回收洗涤塔(15)相连,焦油回收洗涤塔(15)下端的出口、上端出口分别与重质焦油收集器(16)、煤气深度冷凝净化塔(I 7)相连,煤气深度冷凝净化塔(17)下端出口、上端出口分别与轻质焦油收集器(18)相连,重质焦油收集器(16)、轻质焦油收集器(18)依次与焦油储罐(19)、焦油缓冲罐(20)相连,且在含碳颗粒循环器(10)和细灰返料器(12)上分别安装有含碳颗粒循环速率控制器(13)和细灰返料速率控制器(14)。
2.根据权利要求1所述的煤制油及煤气发电联产装置,其特征在于:所述的煤提取煤焦油及制煤气集成装置子系统进料是生物质、石油焦、油页岩或沥青。
3.根据权利要求1所述的煤制油及煤气发电联产装置,其特征在于: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(24)和焦油脱灰塔(25),其中焦油脱水、脱盐塔(24)与焦油缓冲罐(20)相连,且在焦油缓冲罐(20)与焦油脱水、脱盐塔(24)、焦油脱水、脱盐塔(24)与焦油脱灰塔(25)相连通的管路上设置有焦油脱水、脱盐塔进料栗(21)和焦油脱灰塔进料栗(22); 所述的煤焦油加氢单元包括经高压进料栗(23)与焦油脱灰塔(25)相连的悬浮床加氢裂化反应塔(26),悬浮床加氢裂化反应塔(26)塔顶出口与热高压分离塔(27)入口相连接,热高压分离塔(27)塔底重质产物出口与减压蒸馏塔(28)入口相连接,热高压分离塔(27)塔顶出口输出的气态轻组分与减压蒸馏塔(28)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(29)进行加氢精制反应; 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(29)出口相连接的冷高压分离塔(32),冷高压分离塔(32)塔顶出口与尾气净化处理器(69)入口相连接,冷高压分离塔(32)塔底产物出口与加氢精制产物分馏塔(42)入口相连接,加氢精制产物分馏塔(42)的出口分别与石脑油收集罐(33)、柴油收集罐(31)相连接。
4.根据权利要求1所述的煤制油及煤气发电联产装置,其特征在于:所述的蒸汽发生单元包括与煤气深度冷凝净化塔(17)上端出口相连的煤气预热器(34),煤气预热器(34)经煤气-空气预混器(35)与电厂锅炉(36)的燃气注入喷嘴相连接,锅炉(36)的烟气出口经排烟引风机(40)由烟囱(41)排出,经过锅炉(36)的烟气预热的助燃空气(80)分为两路,一路由锅炉(36)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(35)中进行预混; 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(38)和再热中压蒸汽透平(37),锅炉(36)产生的17〜18MPa,540〜545°C的过热蒸汽进入过热蒸汽高压透平(38)中膨胀做功,热蒸汽高压透平(38)出口与锅炉(36)的再热换热器入口相连接,锅炉(36)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(37)中膨胀做功,再热蒸汽中压透平(37)、过热蒸汽高压透平(38)通过联轴器连接,共同驱动发电机组(39)发电; 所述的朗肯-再热循环发电单元为50〜600MW级的亚临界、超临界发电机组。
5.根据权利要求1所述的煤制油及煤气发电联产装置,其特征在于:所述的焦油回收洗涤塔(15)在0.1〜2.0MPa条件下进行带压操作。
6.根据权利要求1所述的煤制油及煤气发电联产装置,其特征在于:所述的煤气深度冷凝净化塔(17)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。
7.—种如权利要求1-4中任意一项所述装置的煤制油及煤气发电联产方法,其特征在于包括以下步骤: 1)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50〜400μπι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; 2)气化段(4)半焦气化产生的高温、富氢流化气上行进入热解段(5),粉煤在热解段(5)热解产生的气-固混合流体进入内置气-固分流器(6),内置气-固分流器(6)中气-固一次分离所得的粗含碳颗粒通过内置返料管(7)循环回气化段(4)进行气化; 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(9)、深度除尘器(11)实现含油煤气与固体物流的分离,外置含碳颗粒控制器(9)、深度除尘器(11)捕集的高温固体物料分别通过含碳颗粒循环器(10)、细灰返料器(12)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(10)、细灰返料器(12)中固体物料的循环速率则通过含碳颗粒循环速率控制器(13)、细灰返料速率控制器(14)进行控制; 4)深度除尘器(11)顶部输出的含焦油煤气进入焦油回收洗涤塔(15)进行油气混合流体的初步分离,分离所得的重质焦油通过焦油回收洗涤塔(15)底部出口进入重质焦油收集器(I6),焦油回收洗涤塔(I5)顶部出口与煤气深度冷凝净化塔(I7)入口相连接,经过初步油气分离的煤气进入煤气深度冷凝净化塔(17)进行油-气两相的深度净化分离,煤气深度冷凝净化塔(I7)顶部脱油煤气出口与煤气预热器(34)入口相连接,煤气深度冷凝净化塔(17)底部轻质焦油出口与轻质焦油收集器(18)入口相连接; 5)重质焦油、轻质焦油送入焦油储罐(19)、油缓冲罐(20),经焦油脱水、脱盐塔(24)、焦油脱灰塔(25)进行脱水、脱盐脱灰后进入后续的煤焦油加氢单元进行全馏分加氢深度转化,煤焦油依次经过悬浮床加氢裂化反应塔(26)加氢、加氢裂化产物热高压分离塔(27)输出的气态轻组分与减压蒸馏塔(28)塔顶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(29)进行加氢精制反应,后经冷高压分离塔(32)、加氢精制产物分馏塔(42)最终的产物分别进入石脑油收集罐(33)、柴油收集罐(31),其中石脑油占比10〜25wt%,柴油占比55〜65wt%,液化气占比2〜5wt% ; 6)煤气深度冷凝净化塔(17)产生的煤气送入煤气预热器(34)预热后再送入煤气-空气预混器(35),经过烟气预热的助燃空气(80)分为两路,一路由锅炉(36)底部进入锅炉炉膛,另一路则与预热后的煤气在煤气-空气预混器(35)中进行预混后经燃气注入喷嘴(77、78、79)进入锅炉(36)燃烧,进入锅炉(36)中的粗煤气热值为4000〜8000kJ/Nm3,粗煤气燃烧所需的空气量为1.0〜2.0Nm3干空气/Nm3干煤气,粗煤气燃烧的空气过量系数为1.02〜1.15,炉膛中粗煤气燃烧的烟气量为2.0〜3.0Nm3烟气/Nm3干煤气,烟气温度范围为1500〜17000C,保证炉膛辐射换热的炉膛黑度值为0.5〜0.9,锅炉(36)炉膛出口烟气温度范围为950〜1150°C,产生的1500〜1700 °C的高温烟气依次经过锅炉内的辐射换热及对流换热之后最终温度降低至100〜140°C,低温烟气经引风机(40)加压后经过烟囱(41)排空,锅炉(36)产生的17〜18MPa,540〜545°C的过热蒸汽进入过热蒸汽高压透平(38)中膨胀做功,热蒸汽高压透平(38)出口与锅炉(36)的再热换热器入口相连接,锅炉(36)再热换热器产生的3.2〜3.510^,540〜545°(:的再热蒸汽进入再热蒸汽中压透平(37)中膨胀做功,再热蒸汽中压透平(37)、过热蒸汽高压透平(38)通过联轴器连接,共同驱动发电机组(39)发电。
8.根据权利要求7所述的煤制油及煤气发电联产方法,其特征在于:所述的焦油回收洗涤塔(15)顶部设有以焦油组份中馏程230〜300°C的馏分洗油作为洗涤液的喷洒系统,洗涤塔内还装填有吸附填料床层,采用表面具有大量极性基团的亲油疏水性改性纤维球、芳香基共聚物/交联树脂高分子聚合物材料为吸附剂。
9.根据权利要求7所述的煤制油及煤气发电联产方法,其特征在于:所述的煤气深度冷凝净化塔(17)所采用的制冷剂是由盐水与乙醇、乙二醇、甘油中的一种或几种根据煤气中低分子烃类、酚类含量及种类所配制的V(盐水):V(乙醇):V(乙二醇/甘油)= (4.0〜8.0):(1.0〜3.5):(0.5〜4.0)的复合制冷剂。
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