[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

说明书

耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统及方法，下行床反应器内煤高温快速热解和换热裂解装置内煤热解半焦换热及焦油裂解以及气化炉内煤焦气化耦合，利用气化炉气化所得的高温低热值燃气首先加热半焦、在半焦上裂解焦油，生成的中温低热值燃气再预热原煤，使气化炉生成的热量被充分利用，提高了煤炭转化为燃气的热效率；利用固体热载体快速热解生成的高热值燃气和气化炉气化所得低热值燃气分别进入燃气轮机和锅炉逐级发电，本发明最大程度地将原煤变为燃气，即便产生的少量焦油也在高温半焦上裂解生成了小分子燃气，不产生焦油和废水，有利于燃气净化和环境。本发明具有对热量进行了梯级利用、能量转化效率高、环保无污染排放的优点。

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，具体涉及到耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统及方法。

背景技术

煤炭在我国一次能源消费中占比高达70％以上，其中又有60％以上的煤炭用于发电。长期以来，基于煤炭直接燃烧的热力发电效率始终维持在较低水平(40％左右)，能源转化效率低；并且煤炭直燃发电容易排放SO_x、NO_x、PM_2.5颗粒和二氧化碳，污染环境并引起温室效应。因此，近些年来国家提倡基于煤炭的洁净高效发电技术开发与创新，其中整体煤气化联合循环发电系统就是一种高效煤基发电方法，受到国家和行业重点关注。整体煤气化联合循环发电系统是以煤炭高效气化技术为龙头将煤转化为富含一氧化碳、氢气和甲烷的燃气，将燃气通入燃气轮机燃烧推动涡轮发电，燃气轮机排放的高温烟气进一步在废热锅炉中产生高压蒸汽推动蒸汽轮机发电。由于该系统采用煤气化技术将煤转化为便于净化和脱碳的燃气，因此有效控制了污染物排放，并可实现二氧化碳完全铺集；其次，该系统根据燃气轮机和蒸汽轮机对热源要求的特点，进一步提取燃气轮机排放高温烟气中的热量，可对气化燃气中的能量梯级利用，最大程度地获得燃气中的能量，系统总发电效率最高可达60％以上。因而，整体煤气化联合循环发电系统是未来以煤为原料发电厂的首选，其替代燃煤发电也将成为必然。

整体煤气化联合循环发电系统的龙头是煤炭气化技术，由于燃气轮机需要高热值的燃气燃烧产生高温烟气推动涡轮旋转发电，目前用于整体煤气化联合循环发电系统的气化技术主要是高温(＞1400℃)、高压(＞3MPa)、纯氧气化的气流床气化类型，例如Shell和GSP干煤粉气流床气化、Texaco水煤浆气化。但是，这些气化工艺气化温度和压力高，对设备要求非常苛刻；更重要的是这些气化工艺都需要纯氧作为气化剂，这就需要配备空气分离单元，因此此类气化工艺的投资、操作和维护成本都非常高。

以空气供氧的常压中等温度气化工艺可省去设置空气分离单元，同时，常压中等温度(1000～1200℃)气化对气化炉及附属设备要求低，因此空气煤气化工艺极大地降低整体煤气化联合循环发电系统的总投资，同时操作和运行成本也较低，是整体煤气化联合循环发电系统气化单元最具潜力的替代工艺。但由于空气气化生成的燃气中混入大量氮气，燃气热值较低，无法与现有燃气轮机进行匹配；此外，空气煤气化过程由于气化温度较低会产生一定量的焦油，对燃气净化过程有较大影响，并且这些焦油无法合理利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种对热量进行了梯级利用、能源转化效率高、环保无排放污染、发电效率高的耦合煤热解与空气气化的联合循环发电系统。