CN118088279A - 发电系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种发电系统，包括：锅炉，适用于使燃料燃烧，产生第一气体；汽轮机，基于锅炉提供的蒸汽产生电力；以及热解炉，包括：炉体；以及热辐射管道，安装在炉体内并与锅炉连通，热辐射管道适用于通过来自锅炉的第一气体对位于炉体内的低阶煤提供热量，使低阶煤进行热解，产生热解气、焦油和半焦，并排出温度低于第一气体的第二气体，其中，第二气体通过管道循环至锅炉内；其中，半焦作为燃料的至少一部分，热解气和焦油用于促进燃料燃烧。

Description

发电系统

技术领域

本公开涉及煤炭热解及燃烧技术领域，尤其涉及一种能够深度调峰的发电系统。

背景技术

在“双碳”目标下，低碳的新能源发电技术将迎来快速发展，但基于有些地区以煤为主的资源禀赋，火力发电仍然占有较大比重，所以在增加新能源消纳能力的基础上，推动煤炭和新能源优化组合，保障能源安全并降低碳排放，是低碳科技创新的重中之重。要适应大量的可再生能源接入电网，需要承担着大部分发电量的火电机组进行深度调峰，可再生能源发电的短板是间歇性、易波动、难储存、不可控，随着越来越高比例的新能源电力接入电网，煤电机组因此承担的调峰任务越来越重，电网深度调峰是一个亟待解决的问题，深度调峰也是火电机组能源转型的一条路径。

有些地区低阶煤储量巨大，占煤炭储量的半数以上，扩展中低阶煤利用方式，改善低阶煤利用难的问题，是目前煤炭资源开发利用的主要开发方向之一。

在相关技术中，低阶煤一般采用热解炉进行热解后，生成半焦和粗煤气，其中半焦可以作为高品位洁净燃料。

传统的热解炉包括外热式和内热式两种形式。外热式热解炉采用火道加热的方式干馏，炉型复杂，热效率低，并且外热式的热解炉价格昂贵。内热式的热解炉的内部一般设置有燃烧室或电加热元件，来为低阶煤提供热量，使低阶煤热解。在一些相关技术中，为了能源的充分利用，需要复杂的冷却、分离、净化系统，来对粗煤气进行净化分离，生成焦油及洁净的煤气，通过对洁净的煤气进行加热，来对内热式的热解炉内的低阶煤进行直接接触加热，工艺比较复杂。并且，在这样的技术方案中，内热式的热解炉只能处理粒径≥20mm的块煤，而块煤占原煤的比例较小，还有粘较大比例的粒径≤20mm的沫煤无法处理。

发明内容

有鉴于此，为解决上述技术问题中的至少之一，本公开提供了一种发电系统，能够提高低阶煤的热解效率。

作为本公开的一个方面，提供了一种发电系统，包括锅炉、汽轮机和热解炉。锅炉适用于使燃料燃烧，产生第一气体，汽轮机基于上述锅炉提供的蒸汽产生电力。热解炉包括炉体和热辐射管道。热辐射管道安装在上述炉体内并与上述锅炉连通，上述热辐射管道适用于通过来自上述锅炉的上述第一气体对位于上述炉体内的低阶煤提供热量，使上述低阶煤进行热解，产生热解气、焦油和半焦，并排出温度低于上述第一气体的第二气体，其中，上述第二气体通过管道循环至上述锅炉内。其中，上述半焦作为上述燃料的至少一部分，上述热解气和上述焦油用于促进上述燃料燃烧。

根据本公开的实施例，上述发电系统还包括冷却装置，冷却装置适用于提供冷却液。上述热解炉还包括冷却管，上述冷却管布置在上述炉体内，并位于上述热辐射管道的下方，并与上述冷却装置连通，适用于通过上述冷却液对上述冷却管周围的上述半焦进行降温。

根据本公开的实施例，上述冷却管包括第一冷却盘管和第二冷却盘管。上述第一冷却盘管沿竖直方向布置在上述炉体内，上述第一冷却盘管的两端与上述冷却装置连通。上述第二冷却盘管沿竖直方向布置在上述第一冷却盘管的内侧，并且上述第二冷却盘管的外侧与上述第一冷却盘管的内侧形成容纳空间，以允许上述半焦通过，上述第二冷却盘管适用于通过上述冷却液对位于上述第一冷却盘管内侧的上述半焦进一步降温。

根据本公开的实施例，上述冷却装置包括汽包单元和循环泵。汽包单元与上述冷却管的一端连通，循环泵与上述冷却管的另一端连通，并与上述汽包单元连通。其中，外部的冷却液作为冷却介质，输送至上述汽包单元内，冷却液在上述循环泵的作用下，在上述冷却管、上述汽包单元内循环，对上述冷却管周围的半焦进行降温，并使上述汽包单元内的蒸汽气压上升，其中，上述汽包单元产生的蒸汽通过管道输送至上述锅炉参与发电。

根据本公开的实施例，上述循环泵包括第一循环泵和第二循环泵。第一循环泵，设置在上述汽包单元与上述第一冷却盘管之间，以在第一循环泵的作用下，使上述冷却液在上述第一冷却盘管与上述汽包单元之间循环。第二循环泵，设置在上述汽包单元与上述第二冷却盘管之间，以在第二循环泵的作用下，使上述冷却液在上述第二冷却盘管与上述汽包单元之间循环，使上述第二冷却盘管附近的半焦降温。

根据本公开的实施例，上述热辐射管道的数量为多个，在水平方向等间距的排列、并且在竖直平面内呈S型布置。

根据本公开的实施例，上述热辐射管道包括管体和挡板。挡板安装在轴线方向平行于水平方向的管体上，沿上述管体的径向向上凸出，以减少上述低阶煤在上述管体上的沉积。

根据本公开的实施例，上述挡板包括第一挡板和第二挡板。第一挡板从上述管体的一侧向上倾斜的延伸，第二挡板从上述管体的与上述第一挡板相对的一侧向上倾斜的延伸，并与上述第一挡板相交。

根据本公开的实施例，上述发电系统还包括干燥器，干燥器与上述热解炉顶部的进料口连通，上述干燥器适用于在部分第二气体提供的热量下，将来自于煤仓的低阶煤进行干燥和预热后，经输送单元输送至上述热解炉。

根据本公开的实施例，上述发电系统还包括制粉机，制粉机与上述热解炉底部的出焦口连接，上述制粉机适用于将上述半焦与煤进行混合破碎，形成燃料。其中，上述燃料在一次风的输送下，输送至所锅炉的燃烧器中。

根据本公开实施例的发电系统，将锅炉内的第一气体输送至位于热解炉内的热辐射管道中，第一气体以热传导和热辐射的间接换热方式为位于热辐射管道周围的低阶煤进行热解提供热量，例如，能够处理粒径小于20mm的低阶沫煤，提高热解效率，经过热传导和热辐射后的第二气体返回至锅炉中。本公开提供的发电系统利用低阶煤高挥发分特性，通过低阶煤热解产生的热解气和焦油直接参与燃烧，促进燃料的稳燃，能够使火电机组低负荷运行，提高汽轮机机组的负荷调节范围，实现低成本的火电机组灵活性运行改造。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的发电系统的工艺流程图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的热解炉的热解段的俯视图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的热解炉的热解段的剖视图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的热辐射管道的局部放大图；以及

图5示意性示出了根据本公开实施例的热解炉的息焦段的俯视图。

附图标记说明：

1-锅炉；

11-燃烧器；

2-汽轮机；

3-热解炉；

31-炉体；

32-热辐射管道；

321-管体；

322-挡板；

3221-第一挡板；

3222-第二挡板；

33-冷却管；

331-第一冷却盘管；

332-第二冷却盘管；

4-冷却装置；

41-汽包单元；

42-循环泵；

5-干燥器；

6-制粉机。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。

图1示意性示出了根据本公开实施例的发电系统的工艺流程图。

作为本公开的一个方面，提供了一种发电系统，如图1所示，发电系统包括锅炉1、汽轮机2和热解炉3。锅炉1适用于使燃料燃烧，产生第一气体，汽轮机2基于锅炉提供的蒸汽产生电力。热解炉3包括炉体31和热辐射管道32。热辐射管道32安装在炉体1内并与锅炉2连通，热辐射管道32适用于通过来自锅炉2的第一气体对位于炉体31内的低阶煤提供热量，使低阶煤进行热解，产生热解气、焦油和半焦，并排出温度低于第一气体的第二气体，其中，第二气体通过管道循环至锅炉2内。其中，半焦作为燃料的至少一部分，热解气和焦油用于促进燃料燃烧。这样，在热解炉内热解的低阶煤与锅炉的常用粒煤共同作为发电系统的燃料。

根据本公开实施例的发电系统，将锅炉内的第一气体输送至位于热解炉内的热辐射管道中，第一气体以热传导和热辐射的间接换热方式为位于热辐射管道周围的低阶煤进行热解提供热量，例如，能够处理粒径小于20mm的低阶沫煤，提高热解效率，经过热传导和热辐射后的第二气体返回至锅炉中。本公开提供的发电系统利用低阶煤高挥发分特性，通过低阶煤热解产生的热解气和焦油直接参与燃烧，促进燃料的稳燃，能够使火电机组低负荷运行，提高汽轮机机组的负荷调节范围，实现低成本的火电机组灵活性运行改造，使火电厂在用电峰谷及新能源发电的夏丰、日盈情况下，能够灵活深度调峰。

根据本公开的实施例，在热解炉内安装有热辐射管道的部位为热解炉的热解段。低阶煤在热解段内、在第一气体提供的热量的作用下，进行热解。

根据本公开的实施例，热辐射管道的一端可以与锅炉的燃烧器连通，另一端与锅炉的炉膛连通，将燃烧器燃烧产生的高温烟气作为第一气体，为热解炉内的低阶煤提供热量，高温烟气经过热传导和热辐射后转变为第二气体(温度低于第一气体的中高温烟气)，返回至炉膛中，进入锅炉后产生蒸汽，将蒸汽输送至汽轮机发电。在另一些实施例中，热辐射管道的两端与锅炉的炉膛连通，炉膛内的高温烟气作为第一气体，为热解炉内的低阶煤提供热量，第一气体经过热传导和热辐射后转变为第二气体，返回至炉膛中，再次加热为第一气体输送至汽轮机参与发电或者再次输送至热辐射管道。这样，热辐射管道内的第一气体与热解炉内的低阶煤提没有直接接触就可以实现对低阶煤的热解，可以热解处理粒径小于20mm的低阶沫煤。

根据本公开的实施例，热解炉在水平方向上的截面可以为圆形、矩形、多边形等任意一种形状，优选为正方形，将热辐射管道均匀敷设在热解炉的热阶段内，提高低阶煤的热解效率。

根据本公开的实施例，低阶煤由位于热解炉顶部的进料口进入，在重力的作用下向下缓慢移动至热辐射管道周围，位于热辐射管道内的第一气体通过热辐射管道将热量传递至热辐射管道周围的低阶煤，使低阶煤的温度上升，发生热解。

根据本公开的实施例，炉体可以由耐火砖堆砌而成。

根据本公开的实施例，在第一气体输送至热辐射管道的管道上设置有流量控制单元，以对第一气体的流量进行控制。

在一种示意性的实施例中，流量控制单元可以包括手动、气动或电动阀门等。

根据本公开的实施例，热解温度可以通过对第一气体的流量控制实现，热解温度范围可以控制在600～1000℃之间，实现中、高温热解。依据高温取气、低温取油原理，中高温热解产生了更多的热解气，降低了焦油的产量。

根据本公开的实施例，热辐射管道的材质可以为耐热钢材质，可以承受600～1000℃的高温，并且具有良好的导热性和稳定性。

图2示意性示出了根据本公开实施例的热解炉的热解段的俯视图，图3示意性示出了根据本公开实施例的热解炉的热解段的剖视图。

根据本公开的实施例，如图2和图3所示，热辐射管道32的数量为多个，在水平方向等间距的排列、并且在竖直平面内呈S型布置，使位于热解段内的低阶煤受热均匀。

在一种示意性的实施例中，热辐射管道可设置为2～6路，例如热辐射管道的数量可以为2路、3路、4路、5路或6路。可以根据热解炉的煤处理量大小计算设置路数，热辐射管直径尺寸随热解装置处理量和布置的路数灵活调整。

根据本公开的实施例，热辐射管道的截面可以包括圆形、椭圆形、多边形等中的任一，优选为圆形。

根据本公开的实施例，热解段内布置多路等间距排列的热辐射管道，通过热辐射管道内第一气体以热传导和热辐射的间接换热方式为煤热解提供热量。

在一种示意性的实施例中，从锅炉至热辐射管道的输送管道，在靠近热解炉附近为各路热辐射管道，每一路热辐射管道从热解炉的第一侧耐火砖炉墙下部进入，在竖直平面内呈S型波浪形式走向，从与第一侧相对的第二侧耐火砖炉墙下部引出。

图4示意性示出了根据本公开实施例的热辐射管道的局部放大图。

根据本公开的实施例，如图4所示，热辐射管道32包括管体321和挡板322。挡板322安装在轴线方向平行于水平方向的管体321上，沿管体321的径向向上凸出，以减少低阶煤在管体321上的沉积。

根据本公开的实施例，挡板可以以焊接、螺接等任意方式安装在管体上。

根据本公开的实施例，挡板的材质可以包括耐热钢。

在一种示意性的实施例中，热辐射管道中轴线方向大致平行与水平方向的管体上设置耐热钢材质的锥形挡板，以保证低阶煤能够顺利向下移动。第一气体在热辐射管道内流动，热解用低阶煤充满热辐射管道外的炉体内。低阶煤从热解炉的顶部进入，在重力的作用下，从上至下缓慢移动至热辐射管道外围，被热辐射管道加热，发生热解反应。采用内置多路热辐射管道的加热形式，与由外围炉壁传入热解炉内的外燃式加热方式相比，减小了热辐射和热传导的传热半径，有效降低了热解炉内水平方向上低阶煤层的温度梯度，保证了炉体内的低阶煤都能够得到充分热解，并缩短了低阶煤的热解时间，提高了传热效率及单炉处理量。

根据本公开的实施例，如图4所示，挡板322包括第一挡板3221和第二挡板3222。第一挡板3221从管体321的一侧向上倾斜的延伸，第二挡板3222从管体321的与第一挡板3221相对的一侧向上倾斜的延伸，并与第一挡板3221相交。

根据本公开的实施例，第二挡板3222与第一挡板3221在管体321的顶部形成锥形挡板322。

根据本公开的实施例，在挡板的两端，还可以分别安装第三挡板，以阻止低阶煤进入第一挡板、第二挡板与管体形成的空间内。

进一步的，第三挡板可以以焊接、螺接等方式安装在第一挡板、第二挡板与管体之间，并位于第一挡板和第二挡板的两端。

根据本公开的实施例，将热解炉中的低阶煤热解产生的热解气和少量焦油(～600℃)通过保温管道直接输送入锅炉的燃烧器中参与燃烧。由于高温热解气和焦油作为气体燃料，本身具有较好的燃烧特性，且在低温下也易于燃烧，因此，当在锅炉低负荷运行时，高温热解气和焦油能够促进燃料的稳燃，从而实现燃煤电厂的深度灵活调峰。并且由于低阶煤热解产生的热解油气(焦油和热解气)无需冷却、分离及提纯，因此简化了煤热解的工艺流程，降低了设备成本，提高了系统的稳定性。

根据本公开的实施例，可以根据不同规模燃煤电厂的实际调峰需求(如20％负荷)，确定满足该调峰需求的实际高温热解油气量，进而得到热解炉规模。并将煤热解得到的高温热解油气作为“长明灯”形式始终送入锅炉燃烧，在锅炉低负荷运行时，该热解油气可作为燃料稳燃和调峰燃烧，在锅炉无需深度调峰时，热解油气辅助燃料燃烧，有利于提高燃料的燃烧效率，并降低燃料的使用量，从而整体有利于锅炉炉效的提升。

图5示意性示出了根据本公开实施例的热解炉的息焦段的俯视图。

根据本公开的实施例，如图1和图5所示，发电系统还包括冷却装置4，冷却装置4适用于提供冷却液。热解炉3还包括冷却管33，冷却管33布置在炉体31内，并位于热辐射管道32的下方，并与冷却装置4连通，适用于通过冷却液对冷却管33周围的半焦进行降温。

根据本公开的实施例，如图1所示，炉体内布置冷却管的部位形成热解炉的息焦段。息焦段位于热阶段的下方，使经过热解段产生的半焦在息焦段进行降温。

根据本公开的实施例，冷却管所采用的材质包括耐热钢。

根据本公开的实施例，冷却液可以包括水或含有水的混合液体。

根据本公开的实施例，如图5所示，冷却管33包括第一冷却盘管331和第二冷却盘管332。第一冷却盘管331沿竖直方向布置在炉体31内，第一冷却盘管331的两端与冷却装置4连通。第二冷却盘管332沿竖直方向布置在第一冷却盘管331的内侧，并且第二冷却盘管332的外侧与第一冷却盘管331的内侧形成容纳空间，以允许半焦通过，第二冷却盘管332适用于通过冷却液对位于第一冷却盘管3331内侧的半焦进一步降温。

根据本公开的实施例，如图1所示，冷却装置4包括汽包单元41和循环泵42。汽包单元41与冷却管33的一端连通，循环泵42与冷却管33的另一端连通，并与汽包单元41连通。其中，外部的冷却液作为冷却介质，输送至汽包单元41内，冷却液在循环泵42的作用下，在冷却管33、汽包单元41内循环，对冷却管33周围的半焦进行降温，并使汽包单元41内的蒸汽气压上升，其中，汽包单元41产生的蒸汽通过管道输送至锅炉1参与发电。

根据本公开的实施例，循环泵包括第一循环泵和第二循环泵。第一循环泵，设置在汽包单元与第一冷却盘管之间，以在第一循环泵的作用下，使冷却液在第一冷却盘管与汽包单元之间循环。第二循环泵，设置在汽包单元与第二冷却盘管之间，以在第二循环泵的作用下，使冷却液在第二冷却盘管与汽包单元之间循环，使第二冷却盘管附近的半焦降温。

在一种可替换的实施例中，第一冷却盘管和第二冷却盘管可以在同一个循环泵的作用下，同时对息焦段内的半焦进行降温。

根据本公开的实施例，热解后的高温半焦在重力的作用下，向下移动至熄焦段。

根据本公开的实施例，熄焦段内设置有沿竖直方向布置的第一冷却盘管331和第二冷却盘管332。第一冷却盘管331和第二冷却盘管332分别在第一循环泵和第二循环泵的作用下独立运行。

根据本公开的实施例，通过将冷却管设置为螺旋的盘管，使第一冷却盘管和第二冷却盘管均可以在较高压力下运行，高温半焦分布在第一冷却盘管和第二冷却盘管的两侧、从上向下移动逐渐降温冷却。

在一种示意性的实施例中，在熄焦段螺旋盘管式的第一冷却盘管和第二冷却盘管内，通入低温废烟气或冷却水作为冷却介质，高温半焦在重力的作用下移动至第一冷却盘管和第二冷却盘管外围，以间接换热方式降低半焦温度，低温废烟气或冷却液从第一冷却盘管和第二冷却盘管的底部送入，从第一冷却盘管和第二冷却盘管的顶部引出。可以理解的是，冷却介质也可以从第一冷却盘管和第二冷却盘管的顶部送入，从第一冷却盘管和第二冷却盘管的底部引出。

根据本公开的实施例，第二冷却盘管沿竖直方向布置在第一冷却盘管的内侧，形成内外双环状结构，减小了冷却管的传热半径，增加了传热面积，缩短了高温半焦的降温时间，能够保证了低温烟气或冷却液介质的在冷却管的管道内的有序流动及稳定。

在一种示意性的实施例中，采用冷却水为冷却液，通过独立封闭的汽包单元，生产足够压力的饱和蒸汽，对应的汽轮机所需的蒸汽参数，参与发电。

根据本公开的实施例，在熄焦段降温的半焦移动至热解炉底部的出焦口排出。

根据本公开的实施例，如图1所示，发电系统还包括干燥器5，干燥器5与热解炉3顶部的进料口连通，干燥器5适用于在部分第二气体提供的热量下，将来自于煤仓的低阶煤进行干燥和预热后，经输送单元输送至热解炉3。

根据本公开的实施例，如图1所示，发电系统还包括制粉机6，制粉机6与热解炉3底部的出焦口连接，制粉机6适用于将半焦与煤进行混合破碎，形成燃料。其中，燃料在一次风的输送下，输送至锅炉的燃烧器中。

根据本公开的实施例，燃料的成分可以根据实际需要进行调整，例如可以采用低阶煤和高阶煤中的至少一种与半焦混合。

根据本公开的实施例，将外燃式煤热解产生的富碳半焦或作为产品直接销售，或作为燃料和原煤一起送入燃煤电厂的制粉机得到煤粉燃料，随后被一次风携带进入锅炉的燃烧器进行燃烧。

根据本公开的实施例，一次风为助燃气体，例如可以是氧气。

根据本公开的实施例，如图1所示，发电系统还包括除尘单元、脱硫单元和烟囱。

根据本公开的实施例，将从锅炉中引出部分第一气体(例如可以是高温烟气)作为热解炉中的低阶煤进行热解的热源，对热解段内的低阶煤进行间接加热，使低阶煤进行热解后得到的第二气体，至少部分的返回到锅炉用于进一步换热，产生第一气体，用于汽轮机发电。而参与发电后的中低温烟气进一步通过除尘单元和脱硫单元后，通过烟囱排入大气中。

在一种示意性的实施例中，粒径在2～30mm的低阶煤，例如粒径在2～10mm、2～15mm、2～20mm、2～20mm、2～30mm的低阶煤，从料仓中,通过皮带运入煤干燥器。经干燥器干燥后的低阶煤，送入热解炉的进料口，低阶煤在重力作用向下缓慢移动。热解炉的热源由锅炉内的高温烟气和燃烧器燃烧产生的高温烟气提供。低阶煤在向下移动过程中与热辐射管道内的高温热烟气经热辐射管道的壁面，通过热传导和辐射传热方式间接换热。

低阶煤在热解段向下移动过程中温度逐渐升高发生一系列热解反应，热解温度可以通过高温烟气的流量控制实现，热解温度范围可以控制在600～1000℃之间，实现中、高温热解。依据高温取气、低温取油原理，中高温热解提高了热解油气中热解气比例，降低了热解油气中煤焦油的比例。

与传统中低温内\外式热解工艺相比，省掉复杂的冷却、分离、净化提取煤焦油的系统，直接将所产的中高温热解油气在线直接通入锅炉的燃烧器，由于中高温热解油气的良好燃烧特性，从而有利于燃煤锅炉低负荷运行下燃料的稳燃，从而实现电厂的深度灵活调峰。换热后的生成的中温烟气部分引入煤干燥装置为低阶煤干燥提供热源。

低阶无粘结煤通常含水量高，采用干燥的低阶煤，可以降低煤热解过程的能量消耗，同时降低后续的废水处理工艺，更重要的是降低了高温热解油气中的蒸汽含量，提高了热解油气的热值和锅炉燃烧器燃烧的稳定性，减少了蒸汽在锅炉内耗能，为中高温热解油气直接引入至锅炉的燃烧器稳定燃烧提供保证。

热解产生的半焦在熄焦段与冷却管中冷却液经冷却管的壁面，通过热传导和辐射传热方式间接换热，中高温半焦在在移动过程中逐渐降温，换热后半焦温度降至目标温度(例如可以是100℃、150℃、200℃或300℃)以下，降温冷却后的半焦通过重力向下移动并经出焦口排出，吸热生成的中高温废烟气采用冷却介质生产的中压蒸汽直接利用或参与发电。

经息焦段降温后的半焦既可以外售，也可以根据调峰时根据煤量需要，掺和一定比例的干燥后低阶煤一起经制粉机破碎后，经一次风输送至锅炉煤\气混合燃烧器中，与高温热解油气混合燃烧，为提高燃烧效率以及后续烟气的二氧化碳(CO₂)的富集，一次风可以采用氧气。

在另一种示意性的实施例中，2～30mm粒径范围内的低阶煤，例如粒径在2～10mm、2～15mm、2～20mm、2～20mm、2～30mm的低阶煤，经皮带运输至料仓，料仓中的低阶煤通过阀门控制，通过低阶煤的重力移动至干燥器中。干燥器由排出热解炉的部分第二气体提供热量，低阶煤与部分第二气体在干燥器中进行间接换热，并将干燥器内的温度维持在100～200℃，干燥过程中脱出低阶煤中的水分。

干燥后的低阶煤送入已预热至600～900℃的热解炉内，低阶煤自上向下依靠重力缓慢移动，与来自锅炉的第一气体通过热辐射管道逆向间接换热。

低阶煤在热辐射管道的加热过程中发生热解反应，在加热至600～1000℃的热解温度下，热解气中氢气、一氧化碳、甲烷为主要有效气体，三种气体占气体总体积的90％以上，氢气占比大于50％。中高温下热解副产焦油小于总产物(热解煤气、半焦、煤焦油总和)的4.0％，中高温煤焦油粘度较大、流动性差不易提取，且煤焦油产量小，且高温下的气态煤焦油热值远高于氢气、甲烷、一氧化碳等气体。

因此，最佳利用方式为热解气直接在高温状态下通入锅炉的燃烧器中，基于热解油气良好的燃烧特性，有利于燃煤锅炉低负荷运行时煤粉的高效及稳定燃烧。热解过程换热后大部分第二气体返回送入锅炉上部再利用，小部分的中高温烟气用于干燥低阶煤。

锅炉的燃烧器所用的原料半焦和煤粉，需要根据调峰范围和市场价格灵活动态调整半焦和煤粉的比例，半焦市场价格较高时，半焦直接作为产品销售，而以干燥后低阶煤为主与热解油气混合燃烧参与电厂灵活调峰。

本公开实施例提供的发电系统，通过在热解炉内的热阶段，布置多路并置的热辐射管道，增加了高温热源的热辐射面积(按照布置三路热辐射管道计算，相同煤处理量装置的传热面积至少传统炉壁传热方式的两倍以上)，降低了低阶煤的受热半径，减小了水平方向煤层的温度梯度，加快了热解速率，提高了同单位体积热解炉的煤处理量。热辐射管道采用耐热钢材质，与传统的耐火砖传热形式相比，耐热钢传热系数大，提高了传热效率，省去传统外燃式热解炉需要几天时间的烘炉蓄热过程，可以快速启炉运行、停炉检修。

进一步地，在热解炉内的息焦段，竖直方向采用内、外独立双环状螺旋盘管式结构的第一冷却盘管和第二冷却盘管，第一冷却盘管和第二冷却盘管双环独立运行，扩大了冷却管的换热面积、减小了传热半径，并且盘管式冷却管结构能够实现较高的机械强度和耐压性能，承受较高的工作压力和温度下不易变形或破裂，采用冷却水为冷却液时，冷却管可以在较高的压力与汽包单元、循环泵串联，封闭运行的副产蒸汽可以直接利用或送入锅炉参与发电。

采用冷却水作为冷却液，比热容比较大，流动性比较强、稳定性高，更易于控制，冷却效果更好。

根据本公开实施例的发电系统，在中高温热解条件下通过热解过程产生的中高温高热值热解气和焦油作为燃料燃烧助燃的燃料，恒量通入燃烧器，以“长明灯”形式辅助燃烧器中燃料稳定充分燃烧，利用中高温热解油气的高易燃、稳燃特性，仅需通过锅炉的用煤量动态调整，即可保证燃烧锅炉的稳定运行，实现锅炉的调峰需求，控制电厂的发电量。并且热解炉和锅炉之间，通过锅炉的第一气体能量输出，经热解炉能源利用后，通过载体再返回至锅炉，形成能量封闭耦合系统，保证了系统整体的高热效率。另外，低阶煤热解过程中半焦产品也可以根据需要参与锅炉的燃烧发电，达到燃煤电厂与热解炉的多层次耦合利用，在得到锅炉调峰的目的基础上，资源和能源均可得到系统内循环，充分利用，保证了发电系统整体的高效性和经济性。

根据本公开实施例的发电系统，将锅炉与热解炉耦合，锅炉所产高温热烟气(第一气体)部分作为低阶煤热解过程热源，低阶煤热解过程生成的中高温热解气和焦油作通过管道全部直接送入锅炉的燃烧器中，锅炉与热解炉形成资源和能源循环耦合系统。

在资源上，中高温热解油气作为高易燃、稳燃性强的助燃燃料辅助燃料燃烧，充分提高燃料燃烧效率，改善燃料的着火特性，增加燃烧器和锅炉的煤量操作负荷深度，满足锅炉的宽负荷调整，可以根据发电量需要通过调整用煤量深度灵活调峰，避免了锅炉低负荷运行时出现的燃料快速着火难、火焰稳定性差及易熄火等重大安全隐患，解决调峰能力与用电需求之间存在着的供需矛盾。

在能源上，从锅炉中引出部分高温烟气(第一气体)作为热解炉中低阶煤热解过程的热源，高温烟气在低阶煤热解过程通过间接换热方式，对低阶煤进行加热，使低阶煤发生热解反应，间接换热后的中高温废烟气(第二气体)返回锅炉进行加热，形成能量流动闭路循环。与高温烟气间接换热过程低阶煤吸收的热量，一部分以中高温显热的方式与热解油气送入燃烧器中充分利用，另一部分中高温半焦携带的显热能量在熄焦段与冷却间接换热，通过独立封闭的汽包单元，生产一定压力的饱和蒸汽，直接送入锅炉对应的汽轮机参与发电。实现系统能量的封闭循序利用，提高发电系统整体能量效率，达到了节能降耗效果。

根据本公开实施例的发电系统，与现有的内热式直立炉需采用大于30mm粒径的原料煤来增加煤层透气性相比，公开提供的发电系统可以采用小于30mm(甚至小于20mm)的小粒径低阶碎末煤为热解原料，解决了产量丰富的高挥发分低阶碎末煤利用难的问题，提高了技术经济性。

同时热解炉既可以利用锅炉燃烧的高于950℃的高温烟气作为热源，也可以外接燃烧器通过燃烧劣质燃料提供高温烟气，为中、高温煤热解反应提供热源。与传统中低温热解相比，更高的热解温度提高了热解煤气的比例及产量，可适应大型发电锅炉的调峰深度，采用外燃式热解工艺，且采用的原料煤粒径小能够容易增加原料煤快速干燥单元，与内热热解工艺相比，热解气中有效气组成高、水份低，热值更高，与粉煤及半焦混合掺烧提高了燃烧器燃烧火焰的稳定性，减少灭火事故的发生，有利于煤粉、半焦的充分燃烧，降低了飞灰未燃物含量，锅炉整体热效率提高。

根据本公开实施例的发电系统，通过控制第一气体的流量可以达到中高温热解，热解副产品煤焦油比例小，热解后的高温热解油气直接送入燃烧器燃烧，去掉传统热解工艺后系统中通过复杂的水洗降温、净化过程冷却热解煤气提取焦油过程，降低了大型设备投资和运行管理费用，热解区域设备少，热解炉作为核心设备，占地面积小，可以模块化建设，灵活程度高，与其他热解装置相比，无废水、废气、废渣产生，环保水平高。另外，所产半焦可以根据市场情况，可以选择外售或灵活调峰使用。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发电系统，其特征在于，包括：

锅炉，适用于使燃料燃烧，产生第一气体；

汽轮机，基于所述锅炉提供的蒸汽产生电力；以及

热解炉，包括：

炉体；以及

热辐射管道，安装在所述炉体内并与所述锅炉连通，所述热辐射管道适用于通过来自所述锅炉的所述第一气体对位于所述炉体内的低阶煤提供热量，使所述低阶煤进行热解，产生热解气、焦油和半焦，并排出温度低于所述第一气体的第二气体，其中，所述第二气体通过管道循环至所述锅炉内；

其中，所述半焦作为所述燃料的至少一部分，所述热解气和所述焦油用于促进所述燃料燃烧。

2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，还包括：

冷却装置，适用于提供冷却液；

所述热解炉还包括：

冷却管，所述冷却管布置在所述炉体内，并位于所述热辐射管道的下方，并与所述冷却装置连通，适用于通过所述冷却液对所述冷却管周围的所述半焦进行降温。

3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述冷却管包括：

第一冷却盘管，所述第一冷却盘管沿竖直方向布置在所述炉体内，所述第一冷却盘管的两端与所述冷却装置连通；以及

第二冷却盘管，所述第二冷却盘管沿竖直方向布置在所述第一冷却盘管的内侧，并且所述第二冷却盘管的外侧与所述第一冷却盘管的内侧形成容纳空间，以允许所述半焦通过，所述第二冷却盘管适用于通过所述冷却液对位于所述第一冷却盘管内侧的所述半焦进一步降温。

4.根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于，所述冷却装置包括：

汽包单元，与所述冷却管的一端连通；以及

循环泵，与所述冷却管的另一端连通，并与所述汽包单元连通；

其中，外部的冷却液作为冷却介质，输送至所述汽包单元内，冷却液在所述循环泵的作用下，在所述冷却管、所述汽包单元内循环，对所述冷却管周围的半焦进行降温，并使所述汽包单元内的蒸汽气压上升，其中，所述汽包单元产生的蒸汽通过管道输送至所述锅炉参与发电。

5.根据权利要求4所述的发电系统，其特征在于，所述循环泵包括：

第一循环泵，设置在所述汽包单元与所述第一冷却盘管之间，以在第一循环泵的作用下，使所述冷却液在所述第一冷却盘管与所述汽包单元之间循环；以及

第二循环泵，设置在所述汽包单元与所述第二冷却盘管之间，以在第二循环泵的作用下，使所述冷却液在所述第二冷却盘管与所述汽包单元之间循环，使所述第二冷却盘管附近的半焦降温。

6.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述热辐射管道的数量为多个，在水平方向等间距的排列、并且在竖直平面内呈S型布置。

7.根据权利要求6所述的发电系统，其特征在于，所述热辐射管道包括：

管体；

挡板，安装在轴线方向平行于水平方向的管体上，沿所述管体的径向向上凸出，以减少所述低阶煤在所述管体上的沉积。

8.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，所述挡板包括：

第一挡板，从所述管体的一侧向上倾斜的延伸；以及

第二挡板，从所述管体的与所述第一挡板相对的一侧向上倾斜的延伸，并与所述第一挡板相交。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的发电系统，其特征在于，还包括：

干燥器，与所述热解炉顶部的进料口连通，所述干燥器适用于在部分第二气体提供的热量下，将来自于煤仓的低阶煤进行干燥和预热后，经输送单元输送至所述热解炉。

10.根据权利要求9所述的发电系统，其特征在于，还包括：

制粉机，与所述热解炉底部的出焦口连接，所述制粉机适用于将所述半焦与煤进行混合破碎，形成燃料；

其中，所述燃料在一次风的输送下，输送至所锅炉的燃烧器中。