CN110847991A - 一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统及运行方法，该系统包括依次连通的蒸汽干燥机、塔式太阳能热解器、塔式太阳能气化器、混合器、燃烧室和燃气透平，还包括余热锅炉、蒸汽透平、凝汽器、给水泵依次连通的余热利用系统；通过塔式太阳能反射镜场聚焦太阳能作为塔式太阳能气化器与塔式太阳能热解器的热源，通过槽式太阳能集热器聚焦太阳能作为蒸汽干燥机的热源，目标为：在充分利用太阳能的基础上，保证塔式太阳能气化器、塔式太阳能热解器以及蒸汽干燥机热源维持在最佳温度；通过各乏汽调节阀对进入塔式太阳能气化器的水和乏汽流量进行调节，目标为：保证塔式太阳能气化器中的水、半焦比维持在最佳值。本发明实现了电与焦油的多联产，清洁高效。

Description

一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统及运行方法
技术领域
本发明涉及褐煤干燥、热解与气化技术领域，具体涉及太阳能驱动的褐煤多联产发电系统及运行方法。
背景技术
以煤炭为主的化石燃料在我国能源结构中占有主导地位，我国褐煤储量大，已探明褐煤储量超过1300亿吨。褐煤是煤化程度最低的矿产煤，其高灰分、高挥发分、高水分以及低热值的特点导致直接燃烧褐煤发电效率低、污染重；因此，褐煤的高效清洁利用是一项关键技术。褐煤干燥、热解、气化技术是提高其利用效率的有效手段。但目前单独的褐煤干燥、热解或气化技术面临着乏汽、挥发气体以及酚水能、质回收的难题；同时褐煤热解或气化的热源或来自于直接燃烧产生的部分半焦，或直接燃烧产生的热解气等，这一过程造成了大量高品位热量的浪费，不符合能量梯级利用的原则；同时，直接抽取部分锅炉烟气进行褐煤的干燥、热解或气化面临着抽取烟气量过大而造成的诸多问题。综上，实现褐煤干燥、热解、气化发电的过程中需要解决的问题包括：
(1)尽量实现褐煤干燥、热解以及气化过程的近零排放，构建合理而高效褐煤综合利用的新系统，合理回收系统余热，实现高效清洁的褐煤多联产；
(2)实现以清洁、可再生的能源作为干燥、热解以及气化过程的热源，并且保证热源温度的稳定。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统及运行方法，该系统中原褐煤经过干燥后进入太阳能热解器，热解产生混合气体与半焦，半焦投入太阳能气化器，并以干燥过程产生的水蒸气以及热解过程产生的酚水为气化剂对半焦进行完全气化，太阳能气化器产生的合成气与太阳能热解器产生的热解气混合后送入蒸汽燃气联合发电系统产生电能，热解过程产生的焦油回收作为产品燃料；整个干燥、热解、气化过程均采用太阳能作为热源。本发明实现了电与焦油的多联产，能量利用高效清洁。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统，包括依次相连通的蒸汽干燥机103、塔式太阳能热解器108、塔式太阳能气化器118、混合器201、燃烧室202、燃气透平210与余热锅炉205，燃气透平210连接发电机甲204；还包括与余热锅炉205的蒸汽出口依次连通的蒸汽透平206、凝汽器209和给水泵208，蒸汽透平206的转轴连接发电机乙207；所述蒸汽干燥机103的热源管道通过干燥水泵102与槽式太阳能集热器101相连通；所述蒸汽干燥机103的乏汽管道通过蒸汽阀门甲104的管路与塔式太阳能气化器118相连通，并通过蒸汽阀门乙105的管路与外部环境相连通；所述塔式太阳能热解器108的气体产物管道依次与余热回收器109的热介质流通区域、分离器甲110、分离器乙111、热解水泵112、酚水阀门甲113和塔式太阳能气化器118的酚水入口相连通，热解水泵112通过酚水阀门乙114与外部环境相连通；分离器甲110通过热解气管道与混合器201相连通；余热锅炉205的冷却水管道通过余热回收阀119与余热回收水泵115管道和余热回收器109的冷介质流通区域相连通；外部环境通过空气阀门211管道依次与压缩机203和燃烧室202的空气入口相连通；塔式太阳能气化器118的排灰口通过排灰管道与外部环境相连通，分离器乙111通过焦油管道与外部环境相连通，余热锅炉205的烟气出口通过排烟管道与外部环境相连通；该系统还包括通过光路与塔式太阳能热解器108依次连接的聚光镜甲106和塔式太阳能反射镜场甲107；通过光路与塔式太阳能气化器118依次连接的聚光镜乙116和塔式太阳能反射镜场乙117。
原褐煤在蒸汽干燥机103中干燥脱水成为干燥褐煤，干燥褐煤经过塔式太阳能热解器108热解，产生半焦以及混合气体，后者经过余热回收器109的热介质流通区域、分离器甲110、分离器乙111分离为热解气、水以及焦油，半焦送入塔式太阳能气化器118进行气化，气化剂采用蒸汽干燥机103干燥乏汽以及塔式太阳能热解器108中热解产生的酚水，塔式太阳能气化器118中产生的合成气与塔式太阳能热解器108中产生的热解气混合后作为蒸汽燃气联合循环发电的气体燃料，焦油回收作为产品燃料，实现电能与焦油的多联产技术。
褐煤经历干燥、热解以及完全气化过程，且均以太阳能作为驱动热源，即：槽式太阳能集热器101将太阳能转化为过热蒸汽的内能，并以此过热蒸汽作为蒸汽干燥机103的热源，实现褐煤的太阳能干燥，换热过程均为间壁式换热；聚光镜甲106聚焦塔式太阳能反射镜场甲107反射的太阳光作为塔式太阳能热解器108的热源；聚光镜乙116聚焦塔式太阳能反射镜场乙117反射的太阳光作为塔式太阳能气化器118的热源。
塔式太阳能热解器108产生的混合气体冷却分离释放的热量经过余热回收器109回收加热余热锅炉205部分给水，从而使得这部分热量进入蒸汽燃气联合循环发电。
所述的一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统及运行方法的运行方法，通过调节酚水阀门甲113与酚水阀门乙114以保证进入塔式太阳能气化器118的酚水流量的稳定，通过调节蒸汽阀门甲104与蒸汽阀门乙105保证进入塔式太阳能气化器118的蒸汽流量稳定，同时保证塔式太阳能气化器118中水与半焦的质量流量比值恒定在最佳值；通过调节余热回收阀119，保证从余热锅炉205进入余热回收器109的冷介质流通区域的水流量恒定在最佳值；通过调节空气阀门211，实现进入压缩机203的空气质量流量恒定在最佳值；通过调节聚光镜甲106与塔式太阳能反射镜场甲107，使得塔式太阳能热解器108热解温度恒定在最佳值；通过调节聚光镜乙116与塔式太阳能反射镜场乙117，使得塔式太阳能气化器108的气化温度恒定在最佳值；通过调节槽式太阳能集热器101实现蒸汽干燥机103热源温度的恒定。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)将褐煤干燥、热解以及气化三种褐煤提质技术有机结合起来，实现了褐煤提质系统的近零排放，与单独的褐煤干燥，褐煤热解或气化系统相比，显著提高了能量利用效率，实现了褐煤的清洁利用。
(2)由于耦合了蒸汽燃气联合循环发电系统，进一步回收了热解产物冷却释放的热量，实现了褐煤利用过程中电与焦油的多联产。
(3)太阳能是一种清洁、可再生的能源，以太阳能作为褐煤干燥、热解、气化过程的热源，避免了燃烧部分半焦为热源带来的能量不合理利用问题，同时也避免了抽取锅炉高温烟气为热源带来的抽烟气量过大的问题；根据干燥、热解、气化所需的温度的不同，灵活选择了不同的太阳能集热器。
(4)干燥乏汽、热解酚水以及热解气体的充分回收利用，避免了环境污染与能源浪费。
附图说明
图1为本发明一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统及运行方法图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统，包括依次相连通的蒸汽干燥机103、塔式太阳能热解器108、塔式太阳能气化器118、混合器201、燃烧室202、燃气透平210与余热锅炉205，燃气透平210连接发电机甲204；还包括与余热锅炉205的蒸汽出口依次连通的蒸汽透平206、凝汽器209和给水泵208，蒸汽透平206的转轴连接发电机乙207；所述蒸汽干燥机103的热源管道通过干燥水泵102与槽式太阳能集热器101相连通；所述蒸汽干燥机103的乏汽管道通过蒸汽阀门甲104的管路与塔式太阳能气化器118相连通，并通过蒸汽阀门乙105的管路与外部环境相连通；所述塔式太阳能热解器108的气体产物管道依次与余热回收器109的热介质流通区域、分离器甲110、分离器乙111、热解水泵112、酚水阀门甲113和塔式太阳能气化器118的酚水入口相连通，热解水泵112通过酚水阀门乙114与外部环境相连通；分离器甲110通过热解气管道与混合器201相连通；余热锅炉205的冷却水管道通过余热回收阀119与余热回收水泵115管道和余热回收器109的冷介质流通区域相连通；外部环境通过空气阀门211管道依次与压缩机203和燃烧室202的空气入口相连通；塔式太阳能气化器118的排灰口通过排灰管道与外部环境相连通，分离器乙111通过焦油管道与外部环境相连通，余热锅炉205的烟气出口通过排烟管道与外部环境相连通；该系统还包括通过光路与塔式太阳能热解器108依次连接的聚光镜甲106和塔式太阳能反射镜场甲107；通过光路与塔式太阳能气化器118依次连接的聚光镜乙116和塔式太阳能反射镜场乙117。
作为本发明的优选实施方式，原褐煤在蒸汽干燥机103中干燥脱水成为干燥褐煤，干燥褐煤经过塔式太阳能热解器108热解，产生半焦以及混合气体，后者经过余热回收器109的热介质流通区域、分离器甲110、分离器乙111分离为热解气、水以及焦油，半焦送入塔式太阳能气化器118进行气化，气化剂采用蒸汽干燥机103干燥乏汽以及塔式太阳能热解器108中热解产生的酚水，塔式太阳能气化器118中产生的合成气与塔式太阳能热解器108中产生的热解气混合后作为蒸汽燃气联合循环发电的气体燃料，焦油回收作为产品燃料，实现电与焦油的多联产技术。
作为本发明的优选实施方式，褐煤经历干燥、热解以及完全气化过程，且均以太阳能作为驱动热源，即：槽式太阳能集热器101将太阳能转化为过热蒸汽的内能，并以此过热蒸汽作为蒸汽干燥机103的热源，实现褐煤的太阳能干燥，换热过程均为间壁式换热；聚光镜甲106聚焦塔式太阳能反射镜场甲107反射的太阳光作为塔式太阳能热解器108的热源；聚光镜乙116聚焦塔式太阳能反射镜场乙117反射的太阳光作为塔式太阳能气化器118的热源。
作为本发明的优选实施方式，塔式太阳能热解器108产生的混合气体冷却分离释放的热量经过余热回收器109回收加热余热锅炉205部分给水，从而使得这部分热量进入蒸汽燃气联合循环发电。
如图1所示，本发明一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统的运行方法：通过调节酚水阀门甲113与酚水阀门乙114以保证进入塔式太阳能气化器118的酚水流量的稳定，通过调节蒸汽阀门甲104与蒸汽阀门乙105保证进入塔式太阳能气化器118的蒸汽流量稳定，同时保证塔式太阳能气化器118中水与半焦的质量流量比值恒定在最佳值；通过调节余热回收阀119，保证从余热锅炉205进入余热回收器109的冷介质流通区域的水流量恒定在最佳值；通过调节空气阀门211，实现进入压缩机203的空气质量流量恒定在最佳值；通过调节聚光镜甲106与塔式太阳能反射镜场甲107，使得塔式太阳能热解器108热解温度恒定在最佳值；通过调节聚光镜乙116与塔式太阳能反射镜场乙117，使得塔式太阳能气化器108的气化温度恒定在最佳值；通过调节槽式太阳能集热器101实现蒸汽干燥机103热源温度的恒定。

Claims (5)

1.一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统，包括依次相连通的蒸汽干燥机(103)、塔式太阳能热解器(108)、塔式太阳能气化器(118)、混合器(201)、燃烧室(202)、燃气透平(210)与余热锅炉(205)，燃气透平(210)连接发电机甲(204)；其特征在于：还包括与余热锅炉(205)的蒸汽出口依次连通的蒸汽透平(206)、凝汽器(209)和给水泵(208)，蒸汽透平(206)的转轴连接发电机乙(207)；所述蒸汽干燥机(103)的热源管道通过干燥水泵(102)与槽式太阳能集热器(101)相连通；所述蒸汽干燥机(103)的乏汽管道通过蒸汽阀门甲(104)的管路与塔式太阳能气化器(118)相连通，并通过蒸汽阀门乙(105)的管路与外部环境相连通；所述塔式太阳能热解器(108)的气体产物管道依次与余热回收器(109)的热介质流通区域、分离器甲(110)、分离器乙(111)、热解水泵(112)、酚水阀门甲(113)和塔式太阳能气化器(118)的酚水入口相连通，热解水泵(112)通过酚水阀门乙(114)与外部环境相连通；分离器甲(110)通过热解气管道与混合器(201)相连通；余热锅炉(205)的冷却水管道通过余热回收阀(119)与余热回收水泵(115)管道和余热回收器(109)的冷介质流通区域相连通；外部环境通过空气阀门(211)管道依次与压缩机(203)和燃烧室(202)的空气入口相连通；塔式太阳能气化器(118)的排灰口通过排灰管道与外部环境相连通，分离器乙(111)通过焦油管道与外部环境相连通，余热锅炉(205)的烟气出口通过排烟管道与外部环境相连通；该系统还包括通过光路与塔式太阳能热解器(108)依次连接的聚光镜甲(106)和塔式太阳能反射镜场甲(107)；通过光路与塔式太阳能气化器(118)依次连接的聚光镜乙(116)和塔式太阳能反射镜场乙(117)。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统，其特征在于：原褐煤在蒸汽干燥机(103)中干燥脱水成为干燥褐煤，干燥褐煤经过塔式太阳能热解器(108)热解，产生半焦以及混合气体，后者经过余热回收器(109)的热介质流通区域、分离器甲(110)、分离器乙(111)分离为热解气、水以及焦油，半焦送入塔式太阳能气化器(118)进行气化，气化剂采用蒸汽干燥机(103)干燥乏汽以及塔式太阳能热解器(108)中热解产生的酚水，塔式太阳能气化器(118)中产生的合成气与塔式太阳能热解器(108)中产生的热解气混合后作为蒸汽燃气联合循环发电的气体燃料，焦油回收作为产品燃料，实现电与焦油的多联产技术。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统，其特征在于：褐煤经历干燥、热解以及完全气化过程，且均以太阳能作为驱动热源，即：槽式太阳能集热器(101)将太阳能转化为过热蒸汽的内能，并以此过热蒸汽作为蒸汽干燥机(103)的热源，实现褐煤的太阳能干燥，换热过程均为间壁式换热；聚光镜甲(106)聚焦塔式太阳能反射镜场甲(107)反射的太阳光作为塔式太阳能热解器(108)的热源；聚光镜乙(116)聚焦塔式太阳能反射镜场乙(117)反射的太阳光作为塔式太阳能气化器(118)的热源。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统，其特征在于：塔式太阳能热解器(108)产生的混合气体冷却分离释放的热量经过余热回收器(109)回收加热余热锅炉(205)部分给水，从而使得这部分热量进入蒸汽燃气联合循环发电。
5.权利要求1至4任一项所述的一种太阳能驱动的褐煤多联产发电系统的运行方法，其特征在于：通过调节酚水阀门甲(113)与酚水阀门乙(114)以保证进入塔式太阳能气化器(118)的酚水流量的稳定，通过调节蒸汽阀门甲(104)与蒸汽阀门乙(105)保证进入塔式太阳能气化器(118)的蒸汽流量稳定，同时保证塔式太阳能气化器(118)中水与半焦的质量流量比值恒定在最佳值；通过调节余热回收阀(119)，保证从余热锅炉(205)进入余热回收器(109)的冷介质流通区域的水流量恒定在最佳值；通过调节空气阀门(211)，实现进入压缩机(203)的空气质量流量恒定在最佳值；通过调节聚光镜甲(106)与塔式太阳能反射镜场甲(107)，使得塔式太阳能热解器(108)热解温度恒定在最佳值；通过调节聚光镜乙(116)与塔式太阳能反射镜场乙(117)，使得塔式太阳能气化器(108)的气化温度恒定在最佳值；通过调节槽式太阳能集热器(101)实现蒸汽干燥机(103)热源温度的恒定。
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