一種煤氣與粉煤協(xié)同發(fā)電、多聯(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)粗煤氣進電廠鍋爐與粉煤按照特定比例進行摻燒的煤氣與粉煤協(xié)同發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)BP公司公布的2013年世界能源統(tǒng)計年鑒，2013年世界一次能源消費構(gòu)成中原油、天然氣、煤炭、核能、水電、可再生能源平均比值為32.9:23.7:30.1:4.4:6.7:2.2，而我國相應(yīng)的比例則為17.8:5.1:67.5:0.9:7.2:1.5。我國以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)，是直接造成我國環(huán)境污染的首要原因，也是造成我國整體能源利用效率低下，經(jīng)濟效益欠佳的重要原因之一。近年來，雖然我國煤炭在整個一次能源消費結(jié)構(gòu)中所占的比重在逐年下降，但我國主體的能源消費結(jié)構(gòu)基本變動不大，煤炭仍然是我國的主要消費能源，而且在近50年內(nèi)其主體消費能源的地位不會更改。因此，需要通過一些措施來提高煤炭利用效率，諸如促進煤炭深度加工、減少污染物排放、推廣潔凈煤技術(shù)等，這也是促進煤炭工業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展，改善我國能源形勢的必然途徑。
[0003]煤燃燒過程中生成的NOx有三種方式:①熱力型NOx，它是空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成的NOx !②燃料型NOx，它是燃料中含有的氮化合物在燃燒過程中進行熱分解，繼而氧化而生成的NOx 快速型，它是燃燒時空氣中氮和燃料中的碳氫化合物自由基反應(yīng)生成的NOx。在通常的燃燒溫度下，煤燃燒生成的NOx中，NO占90%以上，NO2占5%?10%。
[0004]其中熱力型NOx的產(chǎn)生主要在1400°C以上時，空氣中的氮氣在高溫下，熱力型NOx可達20%，其中燃料型NO5^t占NOx總量的75%?90%。作為脫硝技術(shù)的重要組成部分，按其技術(shù)原理，可以分為兩大類:第一類是降低鍋爐內(nèi)的燃燒溫度以減少熱力型NOx的生成；第二類是營造煤粉著火區(qū)域的還原性性氣氛以減少燃料型生成。
[0005]現(xiàn)有的煤粉鍋爐或者流化床鍋爐摻燒發(fā)電系統(tǒng)基本是以煉鋼廠的高爐煤氣、焦爐煤氣或者焦化廠的荒煤氣與煤進行摻燒，通過摻燒系統(tǒng)降低爐膛粉煤燃燒溫度、形成燃燒區(qū)域還原氣氛，最大程度上抑制燃料型及熱力型NOx的生成量。但現(xiàn)有的摻燒系統(tǒng)都未將燃煤發(fā)電技術(shù)、煤基清潔液體燃料生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，未真正實現(xiàn)煤基能源多聯(lián)產(chǎn)及煤炭資源的梯級高效利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭資源高效、梯級、綜合利用，從而將燃煤發(fā)電技術(shù)、煤基清潔液體燃料生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)煤基能源多聯(lián)產(chǎn)及煤炭資源的梯級高效利用的煤氣與粉煤協(xié)同發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)裝置及方法。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明的煤氣與粉煤協(xié)同發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)裝置包括煤粉進料裝置以及與煤粉進料裝置相連的氣化-熱解耦合反應(yīng)器和鍋爐，氣化-熱解耦合反應(yīng)器輸出的含焦油及灰分的粗煤氣與除塵、分離裝置相連，由除塵、分離裝置回收的粗煤氣中的焦油送入后續(xù)焦油處理裝置得到石腦油和柴油，含焦油及灰分的粗煤氣經(jīng)除塵、分離裝置后分為兩個支路進入鍋爐中燃燒，一個支路的煤氣通過鍋爐爐膛上部的燃燒器噴嘴進入鍋爐中與燃料煤進行混摻燃燒，另一個支路的煤氣通過鍋爐對流換熱段的燃燒器噴嘴進入鍋爐，與經(jīng)補充助燃空氣噴嘴進入鍋爐對流換熱段的預(yù)熱空氣、出爐膛經(jīng)過輻射換熱后的煙氣相混合進行二次燃燒，并與鍋爐中的過熱換熱器、再熱換熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器進行對流換熱，鍋爐過熱換熱器及再熱換熱器所產(chǎn)生的過熱蒸汽及再熱蒸汽分別通過過熱蒸汽高壓透平、再熱蒸汽中壓透平驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電，鍋爐底部煙氣出口所排出的煙氣送入后續(xù)煙氣處理裝置；
[0008]冷空氣經(jīng)鍋爐空氣預(yù)熱器預(yù)熱后分也分成兩個支路，一路經(jīng)鍋爐底部預(yù)熱空氣入口進入鍋爐爐膛，另一路經(jīng)補充助燃空氣噴嘴與出爐膛經(jīng)過輻射換熱后的煙氣、經(jīng)對流換熱段的燃燒器噴嘴進入鍋爐的煤氣相混合進行二次燃燒。
[0009]所述的除塵、分離裝置包括依次相連的初級除塵器、深度除塵器、油-氣分離塔和深度油-氣分離塔，其中初級除塵器入口與氣化-熱解耦合反應(yīng)器的出口相連，深度油-氣分離塔的出口分兩路分別與鍋爐爐膛上部的燃燒器噴嘴、鍋爐對流換熱段的燃燒器噴嘴相連，初級除塵器和深度除塵器下端出口通過管路與氣化-熱解耦合反應(yīng)器相連，油-氣分離塔和深度油-氣分離塔的下端出口經(jīng)管路與后續(xù)焦油處理裝置相連。
[0010]所述的氣化-熱解耦合反應(yīng)器是以循環(huán)倍率范圍5?100的循環(huán)固體顆粒作為熱載體的氣化-熱解集成循環(huán)流化床熱解反應(yīng)裝置。
[0011]所述的鍋爐為燃煤電廠的煤粉爐或循環(huán)流化床鍋爐
[0012]所述的鍋爐采用額定出力為35?1025t/h的亞臨界鍋爐或額定出力為2020t/h的超臨界鍋爐，通過在0%?70wt%范圍內(nèi)調(diào)整摻燒煤氣所占的比例來調(diào)節(jié)鍋爐的出力。
[0013]所述的后續(xù)煙氣處理裝置包括依次相連的除塵塔、煙氣脫硫塔和煙氣脫硝塔，經(jīng)除塵凈化后的煙氣經(jīng)引風機加壓后分為兩個支路:一路煙氣經(jīng)過循環(huán)煙氣管線與加壓連續(xù)進料器的入口管線相連，另一路煙氣則通過煙囪外排。
[0014]所述的后續(xù)焦油處理裝置包括依次首尾相連的焦油儲罐、焦油緩沖罐、焦油脫鹽塔進料泵、焦油脫鹽塔、焦油除塵凈化塔進料泵、焦油除塵凈化塔、焦油預(yù)加氫反應(yīng)塔進料泵、焦油預(yù)加氫反應(yīng)塔、焦油加氫精制反應(yīng)塔和焦油精制產(chǎn)物精餾塔，精餾產(chǎn)物分別由焦油精制產(chǎn)物精餾塔頂部及底部出口進入石腦油儲罐和柴油儲罐。
[0015]本發(fā)明煤氣與粉煤協(xié)同發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)方法，包括以下步驟:
[0016]I)將高揮發(fā)分劣質(zhì)煤種褐煤、長焰煤、不粘結(jié)煤、弱粘結(jié)煤、氣煤、煤矸石中的一種或幾種組成的原料煤干燥至含水率為1.0?2.0?丨％并粉碎至粒徑為50?500 μ m原料煤粉；
[0017]2)將步驟2)的原料煤粉通過循環(huán)煙氣輸送進加壓連續(xù)進料器，在0.1?2.0MPa連續(xù)穩(wěn)定進料，原料煤粉通過連續(xù)加壓進料器進入氣化-熱解耦合反應(yīng)器，于450?I100C，0.1?1.5MPa條件下進行快速轉(zhuǎn)化，原料煤轉(zhuǎn)化生成的粗煤氣進入除塵、分離裝置后所得到的焦油送入后續(xù)焦油處理裝置回收粗煤氣中的焦油組分；
[0018]3)步驟2)所述的粗煤氣中的焦油組分通過吸附、冷凝分離與萃取協(xié)同工藝進行回收；
[0019]4)步驟3)所回收的粗煤焦油經(jīng)過必要的凈化預(yù)處理后，再進行深度加工轉(zhuǎn)化，將其最終轉(zhuǎn)化為主要由液化氣、汽油、柴油所組成的綜合液體燃料收率85wt%以上的清潔燃料油品；
[0020]5)經(jīng)過除塵、分離裝置處理后所得的凈化煤氣按照O?70被％的比例分為兩個支路通過燃燒器噴嘴進入鍋爐中燃燒，其中一個支路的煤氣通過位于鍋爐爐膛上部的燃燒器進入爐膛，與燃料煤進行摻燒，產(chǎn)生的煙氣溫度為1200?1400°C通過爐膛內(nèi)敷設(shè)的輻射換熱面產(chǎn)生飽和蒸汽，煤氣與燃料煤的摻燒方式可以是含氧量30?70vol%的富氧燃燒或空氣燃燒；另一個支路的煤氣通過鍋爐對流換熱段的燃燒器噴嘴進入鍋爐，與補充助燃空氣、出爐膛經(jīng)過輻射換熱后的煙氣相混合進行二次燃燒，燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度為850?1000°C，此部分燃燒所產(chǎn)生的高溫煙氣再與鍋爐中的過熱換熱器、再熱換熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器進行對流換熱。在1200?1400°C、850?1000°C的混摻燃燒比例下可以削減50?70被％熱力型及30?50wt%燃料型NOx的生成；
[0021]6)經(jīng)過對流換熱后的煙氣再經(jīng)過后續(xù)煙氣處理裝置凈化處理后，一路經(jīng)過引風機進入電廠煙囪外排，一路通過煤粉輸送氣管道作為輸送氣將煤粉送入步驟2)所述的連續(xù)加壓給料器。
[0022]所述的進入鍋爐與煤粉進