一種煤制油及煤氣發(fā)電聯(lián)產(chǎn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭的高效清潔轉(zhuǎn)化利用及煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤提取煤焦油制取清潔燃料，副產(chǎn)粗煤氣進電廠鍋爐直接燃燒發(fā)電裝置系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2015年2月，我國人均發(fā)電裝機容量將歷史性突破lkw。目前，我國發(fā)電總裝機容量和總用電量均已超過美國位居世界第一。截至2014年底，全國發(fā)電裝機容量達136019萬千瓦。而發(fā)電結(jié)構(gòu)方面，我國火電裝機占全部裝機容量的67.4%和總發(fā)電量的75.2% ;水電裝機占全部裝機容量的22.2%和總發(fā)電量的19.2%。剩余非常規(guī)能源發(fā)電裝機容量如風(fēng)電、核電和太陽能光伏發(fā)電則分別占總裝機容量、總發(fā)電量的10.4%、5.6%。可以看出，我國火電發(fā)電量，而火電中燃煤發(fā)電則占90%以上，仍占絕對優(yōu)勢地位，高出世界平均水平約28個百分點。此外，根據(jù)國家環(huán)保部發(fā)布的監(jiān)測數(shù)據(jù)，2014年，中國近90%的中國大城市空氣質(zhì)量沒有達到標準。以京津冀地區(qū)為例，以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)和偏重的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致這一地區(qū)大氣污染物排放居高不下。大氣根據(jù)其對人類健康的危害程度進行分類，主要的大氣污染物依次為可吸入顆粒物(PM2.5和PM10)、SO2, NOx, CO、揮發(fā)性有機污染物等。針對不同污染物的源解析研宄結(jié)果表明，我國大氣污染物主要來源于燃料燃燒，其次是工業(yè)生產(chǎn)與交通運輸，它們所占的比例分別為70 %、20%和10%。而我國的燃料構(gòu)成是以燃煤為主，以2014年的數(shù)據(jù)為例，2014年我國能源消費總量約為38.4億噸標準煤，其中煤炭消耗總量折合約為24.7億噸標準煤，占能源消費總量的64.32%。因此煤的燃燒成為我國大氣污染物的主要來源，同時也形成了我國煤煙型大氣污染的特點。雖然隨著交通運輸?shù)仁聵I(yè)的發(fā)展，這種狀況會有所改變，但我國“富煤，缺油，少氣”的一次能源稟賦及經(jīng)濟發(fā)展水平?jīng)Q定了以煤為主的能源結(jié)構(gòu)將長期保持，因此，控制煤煙型的大氣污染，將是我國大氣污染防治的主要任務(wù)。
[0003]因此，全面推行煤炭資源的清潔轉(zhuǎn)化及高效利用，實現(xiàn)煤炭作為燃料的原料化，將成為我們國家落實能源消費革命及能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整的一個新常態(tài)。而傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電則是直接將煤粉送入燃煤鍋爐中燃燒，一方面資源利用效率低下，另一方面煤炭燃燒所產(chǎn)生的煙氣中大量的顆粒物(PM2.5和PM 10)、SO2, NOx, CO等又需要在末端進行治理。特別是2014年11月26日，國務(wù)院總理李克強主持召開國務(wù)院常務(wù)會議，討論通過的《中華人民共和國大氣污染防治法(修訂草案)》中，進一步明確了大氣污染物源頭治理、強化污染排放總量和濃度控制原則，增加了對重點區(qū)域和燃煤、工業(yè)、機動車、揚塵等重點領(lǐng)域開展多污染物協(xié)同治理和區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控的專門規(guī)定。另外，隨著《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》、《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271—2014)及2014年最新《大氣污染防治法》的相繼頒布實施，直接燃煤發(fā)電將面臨越來越嚴峻的考驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)了煤氣發(fā)電技術(shù)與制取清潔燃料技術(shù)的高度耦合，從根本上實現(xiàn)了煤炭資源的梯級利用、多元轉(zhuǎn)化及高效清潔轉(zhuǎn)化利用的煤制油及煤氣發(fā)電聯(lián)產(chǎn)裝置及方法。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明的裝置包括煤提取煤焦油及制煤氣集成裝置子系統(tǒng)、煤焦油制取清潔燃料子系統(tǒng)、煤氣燃燒發(fā)電子系統(tǒng)；
[0006]所述的煤提取煤焦油及制煤氣集成裝置子系統(tǒng)包括依次相連的進料單元、原煤提質(zhì)轉(zhuǎn)化單元、原煤提質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)產(chǎn)物分離凈化單元；
[0007]所述的煤焦油制取清潔燃料子系統(tǒng)包括依次相連的煤焦油預(yù)處理單元、煤焦油加氫單元、煤焦油加氫產(chǎn)物分離提純單元；
[0008]所述的煤氣燃燒發(fā)電子系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生單元以及與其相連的朗肯-再熱循環(huán)發(fā)電單元。
[0009]所述的進料單元包括依次相連的原料煤貯倉、氣力輸煤管和在0.1?1.0MPa條件下實現(xiàn)粉煤的連續(xù)穩(wěn)定進料加壓連續(xù)進料器；
[0010]所述的加壓連續(xù)進料器采用外置高壓惰性氣體密封與內(nèi)腔動態(tài)機械密封協(xié)同組合的方式，使加壓連續(xù)進料器在0.1?2.0MPa加壓條件下可實現(xiàn)粉煤的連續(xù)、穩(wěn)定、精確定量輸送；
[0011]所述的原煤提質(zhì)轉(zhuǎn)化單元包括內(nèi)內(nèi)置氣化段和熱解段的原煤兩級提質(zhì)轉(zhuǎn)化耦合反應(yīng)器，加壓連續(xù)進料器與氣化段相連，在原煤兩級提質(zhì)轉(zhuǎn)化耦合反應(yīng)器內(nèi)的熱解段上端設(shè)置有氣-固分流器以及與氣-固分流器相連的內(nèi)置返料管，內(nèi)置返料管的下端與氣化段相連通，原煤兩級提質(zhì)轉(zhuǎn)化耦合反應(yīng)器的下端出口與余炭轉(zhuǎn)化器相連；
[0012]所述的原煤提質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)產(chǎn)物分離凈化單元包括與原煤兩級提質(zhì)轉(zhuǎn)化耦合反應(yīng)器氣體出口相連的含碳顆?？刂破?，含碳顆?？刂破鞯南露说某隹?、上端出口分別與含碳顆粒循環(huán)器、深度除塵器相連，深度除塵器下端的出口、上端出口分別與細灰返料器、焦油回收洗滌塔相連，焦油回收洗滌塔下端的出口、上端出口分別與重質(zhì)焦油收集器、煤氣深度冷凝凈化塔相連，煤氣深度冷凝凈化塔下端出口、上端出口分別與輕質(zhì)焦油收集器相連，重質(zhì)焦油收集器、輕質(zhì)焦油收集器依次與焦油儲罐、焦油緩沖罐相連，且在含碳顆粒循環(huán)器和細灰返料器上分別安裝有含碳顆粒循環(huán)速率控制器和細灰返料速率控制器。
[0013]所述的煤提取煤焦油及制煤氣集成裝置子系統(tǒng)進料還可以是生物質(zhì)、石油焦、油頁巖、瀝青等含碳物料。
[0014]所述的煤焦油預(yù)處理單元包括依次相連的焦油脫水、脫鹽塔和焦油脫灰塔，其中焦油脫水、脫鹽塔與焦油緩沖罐相連，且在焦油緩沖罐與焦油脫水、脫鹽塔、焦油脫水、脫鹽塔與焦油脫灰塔相連通的管路上設(shè)置有焦油脫水、脫鹽塔進料泵和焦油脫灰塔進料泵；
[0015]所述的煤焦油加氫單元包括經(jīng)高壓進料泵與焦油脫灰塔相連的懸浮床加氫裂化反應(yīng)塔，懸浮床加氫裂化反應(yīng)塔塔頂出口與熱高壓分離塔入口相連接，熱高壓分離塔塔底重質(zhì)產(chǎn)物出口與減壓蒸餾塔入口相連接，熱高壓分離塔塔頂出口輸出的氣態(tài)輕組分與減壓蒸餾塔塔頂出口輸出的減壓蒸餾輕組分匯合后進入固定床加氫精制反應(yīng)塔進行加氫精制反應(yīng);
[0016]所述的煤焦油加氫產(chǎn)物分離提純單元包括與固定床加氫精制反應(yīng)塔出口相連接的冷高壓分離塔，冷高壓分離塔塔頂出口與尾氣凈化處理器入口相連接，冷高壓分離塔塔底產(chǎn)物出口與加氫精制產(chǎn)物分餾塔入口相連接，加氫精制產(chǎn)物分餾塔的出口分別與石腦油收集罐、柴油收集罐相連接。
[0017]所述的蒸汽發(fā)生單元包括與煤氣深度冷凝凈化塔上端出口相連的煤氣預(yù)熱器，煤氣預(yù)熱器經(jīng)煤氣-空氣預(yù)混器與電廠鍋爐的燃氣注入噴嘴相連接，鍋爐的煙氣出口經(jīng)排煙引風(fēng)機由煙囪排出，經(jīng)過鍋爐的煙氣預(yù)熱的助燃空氣分為兩路，一路由鍋爐底部入口進入鍋爐爐膛，另一路則與預(yù)熱后的煤氣在煤氣-空氣預(yù)混器中進行預(yù)混；
[0018]所述的朗肯-再熱循環(huán)發(fā)電單元包括與鍋爐串聯(lián)的過熱高壓蒸汽透平和再熱中壓蒸汽透平，鍋爐產(chǎn)生的17?18MPa，540?545°C的過熱蒸汽進入過熱蒸汽高壓透平中膨脹做功，熱蒸汽高壓透平出口與鍋爐的再熱換熱器入口相連接，鍋爐再熱換熱器產(chǎn)生的
3.2?3.5MPa，540?545°C的再熱蒸汽進入再熱蒸汽中壓透平中膨脹做功，再熱蒸汽中壓透平、過熱蒸汽高壓透平通過聯(lián)軸器連接，共同驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電。
[0019]所述的朗肯-再熱循環(huán)發(fā)電單元為50?600麗級的亞臨界、超臨界發(fā)電機組。
[0020]所述的焦油回收洗滌塔在0.1?2.0MPa條件下進行帶壓操作。
[0021]所述的煤氣深度冷凝凈化塔內(nèi)布置有盤管式、蛇管式列管冷卻器，列管冷卻器管道內(nèi)設(shè)置有旋片和導(dǎo)流槽。
[0022]本發(fā)明的煤制油及煤氣發(fā)電聯(lián)產(chǎn)方法，包括以下步驟:
[0023]I)以褐煤、長焰煤、煙煤、焦炭中的一種或多種低階煤經(jīng)粉碎、篩分、烘干得到粒徑為50?400 μ m的煤粉，以空氣+水蒸汽為氣化劑在0.1?2.0MPa下將煤粉送入原煤提質(zhì)轉(zhuǎn)化單元，原煤提質(zhì)轉(zhuǎn)化單元氣化段產(chǎn)生的高溫氣-固混合流體作為流化氣及熱載體上行進入熱解段，于400?850°C，0.1?2.0MPa的操作條件下迅速完成煤粉的快速熱解轉(zhuǎn)化；
[0024]2)氣化段半焦氣化產(chǎn)生的高溫、富氫流化氣上行進入熱解段，粉煤在熱解段熱解產(chǎn)生的氣-固混合流體進入內(nèi)置氣-固分流器，內(nèi)置氣-固分流器中氣-固一次分離所得的粗含碳顆粒通過內(nèi)置返料管循環(huán)回氣化段進行氣化；
[0025]3)初步氣-固分離后所得的含焦油及粉塵粗煤氣依次通過外置含碳顆?？刂破?、深度除塵器實現(xiàn)含油煤氣與固體物流的分離，外置含碳顆粒控制器、深度除塵器捕集的高溫固體物料分別通過含碳顆粒循環(huán)器、細灰返料器返回氣化段，完成固體物料在原煤提質(zhì)轉(zhuǎn)化單元內(nèi)的循環(huán)，其中含碳顆粒循環(huán)器、細灰返料器中固體物料的循環(huán)速率則通過含碳顆粒循環(huán)速率控制器、細灰返料速率控制器