[发明专利]耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统及方法

权利要求书

1.一种耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统，其特征在于：下行床反应器(1)的顶部设置有与其相连通的快速混合器(2)、底部出口通过管道与第二气固分离器(4)相连通，快速混合器(2)的原煤入口通过管道与第一气固分离器(26)的原煤出口相连通、煤焦入口通过管道与换热裂解装置(5)的第一煤焦出口(5-5)相连通，第一气固分离器(26)的入口通过管道与装有原煤的预热提升器(3)的出口相连通、燃气出口通过管道与第二燃气净化装置的入口相连通，预热提升器(3)的燃气入口通过管道与换热裂解装置(5)的燃气出口(5-11)相连通，第二气固分离器(4)的半焦出口通过管道与换热裂解装置(5)的半焦入口(5-2)相连通、燃气出口通过管道与冷凝器(8)的入口相连通，冷凝器(8)的焦油出口通过管道与换热裂解装置(5)的焦油入口(5-4)相连通、燃气出口通过管道与第一燃气净化装置的入口相连通，换热裂解装置(5)的燃气入口(5-6)通过管道与空气气流床煤焦气化装置的燃气出口相连通、第二煤焦出口(5-8)通过管道与空气气流床煤焦气化装置的煤焦入口相连通，第一燃气净化装置的出口通过管道与燃气轮机(12)的燃气入口相连通，燃气轮机(12)的排烟管与第二锅炉(14)相连通，第二燃气净化装置的出口通过管道与第二锅炉(14)相连通，第二锅炉(14)的蒸汽输出管与蒸汽轮机(15)的入口相连通，蒸汽轮机(15)和燃气轮机(12)上均设置有发电机。

2.根据权利要求1所述的耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统，其特征在于所述的换热裂解装置(5)为：流化床筒(5-1)内上部设置有第一旋风分离器(5-9)和第二旋风分离器(5-10)、下中部设置有气体分布板(5-7)，流化床筒(5-1)侧壁上设置有焦油进口(5-4)、半焦进口(5-2)、第一煤焦出口(5-5)、第二煤焦出口(5-8)，进焦油口内设置有喷嘴(5-3)，流化床筒(5-1)底部设置有燃气入口(5-6)、顶部设置有燃气出口(5-11)，第一旋风分离器(5-9)的入口置于流化床筒体(5-1)内、顶部出口与第二旋风分离器(5-10)的入口相连通，第二旋风分离器(5-10)的顶部出口与流化床筒(5-1)的燃气出口(5-11)相连通、底部出口与第一旋风分离器(5-9)底部出口相连通。

3.根据权利要求1所述的耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统，其特征在于：所述的第一燃气净化装置和第二燃气净化装置结构相同，所述的第一燃气净化装置为第一静电除尘装置(9)的出口通过管道与第一风机(10)的入口相连通，第一风机(10)的出口通过管道与第一低温甲醇洗涤装置(11)的燃气入口相连通。

4.根据权利要求1所述的耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统，其特征在于所述的空气气流床煤焦气化装置为：气化炉(7)的顶部设置有烧嘴(23)、中下部侧壁上设置有燃气出气管、底部设置有排渣口，烧嘴(23)的进煤焦管通过管道与换热裂解装置(5)的第二煤焦出口(5-8)相连通、空气进气管通过管道与空气压缩机(24)相连、水蒸气进汽管通过管道与汽包(21)相连通，汽包(21)通过管道与锅炉(14)相连。

5.根据权利要求1所述的耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统，其特征在于：所述的换热裂解装置(5)的燃气出口(5-11)通过安装有燃气压缩机(6)的管道与换热裂解装置(5)的第二煤焦出口(5-8)和空气气流床半焦气化装置的煤焦入口之间的管道相连通。

6.根据权利要求5所述的耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统，其特征在于：所述的换热裂解装置(5)的第二煤焦出口(5-8)和空气气流床煤焦气化装置的煤焦入口之间的管道上设置有煤焦研磨器(22)。

7.一种耦合煤热解与空气气化的联合循环发电方法，其特征在于由以下步骤组成：

(1)原煤高温快速热解

启动时，外供天然气经过天然气缓冲罐(25)在烧嘴(23)处与经空气压缩机(24)压缩来的空气混合燃烧产生1050℃的热烟气经过气化炉(7)和换热裂解装置(5)进入装有原煤的预热提升器(3)对原煤煤粉进行预热，原煤煤粉预热到300℃经过第一气固分离器(26)和快速混合器(2)进入下行床反应器(1)中，在650～700℃下发生快速热解反应生成高热值燃气、焦油和半焦；

(2)热解半焦换热与焦油裂解

下行床反应器(1)产生的高热值燃气、焦油和半焦进入第二气固分离器(4)中，由第二气固分离器(4)分离形成650～700℃的半焦输入到换热裂解装置(5)的流化床筒(5-1)内被来自气化炉生成的1050℃的燃气加热到900℃变成煤焦，同时第二气固分离器(4)分离形成的含焦油高热值燃气进入冷凝器(8)冷凝得到的焦油喷入换热裂解装置(5)的流化床筒(5-1)内，焦油在流化床筒(5-1)内的煤焦表面裂解生成小分子燃气，900℃的煤焦一部分由第一煤焦出口(5-5)输出到快速混合器(2)，另一部分由第二煤焦出口(5-8)输出，裂解生成小分子燃气与换热后的中温燃气形成的混合气体经流化床筒(5-1)内的两级旋风分离器除去夹杂颗粒，大量的混合燃气输出到预热提升器(3)底部对原煤煤粉进行预热，少量的混合燃气经压缩机(6)压缩后用于将研磨器(22)输出的细粉煤焦输送到烧嘴(23)入口；

(3)煤焦气化

正常运转，关闭外供天然气，由换热裂解装置(5)第二煤焦出口(5-8)输出的煤焦经过煤焦研磨器(22)被磨成粒度小于75μm的细粉煤焦被来自压缩机(6)的高压燃气输送进入燃烧嘴(23)，通过空气压缩机(24)产生的压缩空气和由汽包(21)与第一锅炉(20)产生的高压水蒸气同时被输入烧嘴(23)内，煤粉和空气及水蒸气并流喷入气化炉(7)内发生气化反应，生成1050℃的低热值燃气进入换热裂解装置(5)的流化床筒(5-1)底部；

(4)重复热解半焦换热与焦油裂解

在换热裂解装置(5)的流化床筒(5-1)内由气化炉生成的1050℃的低热值燃气与第二气固分离器(4)分离形成650～700℃的半焦进行换热后与由焦油裂解生成小分子燃气形成的混合燃气经过流化床筒(5-1)内的两级旋风分离器除去夹杂颗粒，大量的混合燃气通过管道输出到预热提升器(3)底部对原煤煤粉进行预热，在流化床筒(5-1)内半焦经过换热后变成温度为900℃的煤焦，该煤焦一部分由第一煤焦出口(5-5)输出到快速混合器(2)，另一部分由第二煤焦出口(5-8)输出；

(5)重复原煤高温快速热解

在预热提升器(3)内来自换热裂解装置(5)的混合燃气对原煤煤粉进行预热，原煤煤粉预热到300℃后，混合燃气及原煤煤粉一起输出到第一气固分离器(26)，第一气固分离器(26)将混合燃气和原煤煤粉分离开，分离出的原煤煤粉进入快速混合器(2)与来自换热裂解装置(5)的900℃的煤焦充分混合后进入下行床反应器(1)中，在650～700℃下发生快速热解反应生成高热值燃气、焦油和半焦；

(6)高热值燃气和低热值燃气联合循环发电

下行床反应器(1)产生的高热值燃气、焦油和半焦进入第二气固分离器(4)中，由第二气固分离器(4)分离形成650～700℃的半焦输入到换热裂解装置5的流化床筒(5-1)中，分离形成的含焦油高热值燃气进入冷凝器(8)中冷凝得到少量焦油喷入换热裂解装置(5)的流化床筒(5-1)中，冷凝后的高热值燃气依次经过第二静电除尘装置(17)、第二风机(18)、第二低温甲醇洗涤装置(19)净化后进入燃气轮机(12)推动第一发电机(13)进行发电，由燃气轮机(12)排出的高温烟气再进入锅炉(14)中产生蒸汽推动第二发电机(16)联合发电，由第一气固分离器(26)分离出混合燃气依次经过第一静电除尘装置(9)、第一风机(10)、第一低温甲醇洗涤装置(11)净化后进入锅炉(14)产生蒸汽推动第二发电机(16)发电。