阅读说明：本技术 一种太阳能驱动的褐煤多联产提质系统及运行方法 (Solar-driven lignite poly-generation upgrading system and operation method ) 是由 严俊杰 刘荣堂 刘明 严卉 徐灿 于 2019-11-20 设计创作，主要内容包括：一种太阳能驱动的褐煤多联产提质系统及运行方法,该系统包括依次连通的干燥机、热解炉、太阳能气化器、干燥换热器、合成气冷却净化器以及合成气存储罐,还包括依次相连通的余热回收器、气液分离器、热解气冷却净化器以及热解气存储罐；通过塔式太阳能反射镜场聚焦太阳能作为塔式太阳能气化器的热源,保证塔式太阳能气化器温度恒定在最佳值；以太阳能气化器中产生的高温合成气作为热解炉的热源,采用热解炉出口的中温合成气和热解混合气作为干燥机的热源,通过调节各气体阀,保证热解炉与干燥机的温度稳定在最佳值,通过各乏汽调节阀对进入塔式太阳能气化器的水和乏汽流量进行调节,目标为：保证塔式太阳能气化器中的水、半焦比维持在最佳值。本发明实现了油、气的多联产与能量梯级利用,清洁高效。(A solar-driven lignite poly-generation upgrading system and an operation method thereof are disclosed, wherein the system comprises a dryer, a pyrolysis furnace, a solar gasifier, a drying heat exchanger, a synthesis gas cooling purifier and a synthesis gas storage tank which are sequentially communicated, and further comprises a waste heat recoverer, a gas-liquid separator, a pyrolysis gas cooling purifier and a pyrolysis gas storage tank which are sequentially communicated; solar energy is focused by the tower type solar reflector field to be used as a heat source of the tower type solar gasifier, so that the temperature of the tower type solar gasifier is kept constant at an optimal value; the high-temperature synthesis gas generated in the solar gasifier is used as a heat source of the pyrolysis furnace, the medium-temperature synthesis gas and the pyrolysis mixed gas at the outlet of the pyrolysis furnace are used as heat sources of the drying machine, the temperature of the pyrolysis furnace and the temperature of the drying machine are guaranteed to be stabilized at the optimal value by adjusting each gas valve, and the flow of water and exhaust steam entering the tower-type solar gasifier are adjusted by each exhaust steam adjusting valve, wherein the aim is as follows: the water-semicoke ratio in the tower type solar gasifier is kept at the optimal value. The invention realizes the poly-generation and the energy gradient utilization of oil and gas, and is clean and efficient.)

一种太阳能驱动的褐煤多联产提质系统及运行方法

技术领域

本发明涉及褐煤干燥、热解与气化技术领域，具体涉及太阳能驱动的褐煤多联产提质系统及运行方法。

背景技术

以煤炭为主的化石燃料在我国能源结构中占有主导地位，我国褐煤储量大，已探明褐煤储量超过1300亿吨。褐煤是煤化程度最低的矿产煤，其高挥发分、高水分、高灰分以及低热值的特点导致直接燃烧褐煤发电效率低、污染重；因此，褐煤的高效清洁利用是一项关键技术。褐煤干燥、热解、气化技术是提高其利用效率的有效手段。但目前单独的褐煤干燥、热解或气化技术面临着乏汽、挥发气体以及酚水能、质回收的难题；同时褐煤热解或气化的热源或来自于直接燃烧产生的部分半焦，或直接燃烧产生的热解气等，这一过程造成了大量高品位热量的浪费，不符合能量梯级利用的原则；综上，实现褐煤干燥、热解、气化的褐煤提质过程，需要解决的问题包括：

(1)尽量实现褐煤干燥、热解以及气化过程的近零排放，构建合理而高效褐煤综合利用的新系统，合理回收系统余热，实现高效清洁的褐煤多联产提质技术；

(2)实现以清洁、可再生的能源作为干燥、热解以及气化过程的热源，并且保证热源温度的稳定与能量的梯级利用。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种太阳能驱动的褐煤多联产提质系统及运行方法，该系统中原褐煤经过干燥后进入热解炉，热解产生混合气体与半焦，半焦投入太阳能气化器，并以干燥过程产生的水蒸气以及热解过程产生的酚水为气化剂对半焦进行完全气化，热解过程产生的焦油、热解气，以及气化过程中产生的合成气，均经过冷却提纯后回收作为产品燃料；气化过程采用太阳能作为热源，热解过程以气化过程中产生的高温合成气作为热源，干燥过程中以热解过程中混合气冷却释放的热量以及热解炉出口中温合成气作为热源。本发明实现了油气的多联产与能量的梯级利用，褐煤提质过程高效清洁。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种太阳能驱动的褐煤多联产提质系统，包括干燥机101，与干燥机101产物出口相连通的热解炉110的热解室、塔式太阳能气化器123、气体阀甲124、热解炉110的热源管腔、风机109、气体阀乙126、干燥换热器105的热介质流通区域右腔体、合成气冷却净化器106以及合成气存储罐107；其特征在于：热解炉110的气体产物出口依次与余热回收器111的热介质流通区域、气液分离器112、热解气冷却净化器115以及热解气存储罐118组成热解气回收支路；所述气液分离器112依次与油水分离器113、焦油冷却净化器119以及焦油存储罐120相连通；所述油水分离器113的酚水出口依次与酚水泵114、酚水阀甲116以及塔式太阳能气化器123的酚水入口相连通；所述酚水泵114依次与酚水阀乙117以及外部环境相连通；所述干燥机101的热源管道依次与干燥水泵104以及干燥换热器105的冷介质流通区域相连通；所述干燥换热器105的热介质流通区域左腔体通过余热回收泵108所在管路与余热回收器111的冷介质流通区域相连通；所述干燥机101的乏汽出口通过乏汽阀甲103所在管路与塔式太阳能气化器123的蒸汽入口相连通；所述干燥机101的乏汽出口通过乏汽阀乙102所在管路与外部环境相连通；外部环境通过原褐煤管道与干燥机101的给煤入口相连通；所述塔式太阳能气化器123的气体产物出口通过气体阀丙125所在管路与风机109、气体阀丁127所在管路以及合成气冷却净化器106相连通；所述塔式太阳能气化器123的排灰出口通过排灰管道与外部环境相连通；所述合成气冷却净化器106的杂质出口通过杂质管道甲与外部环境相连通；所述热解气冷却净化器115的杂质出口通过杂质管道乙与外部环境相连通；所述焦油冷却净化器119的杂质出口通过杂质管道丙与外部环境相连通；该系统还包括通过光路与塔式太阳能气化器123连接的塔式太阳能反射镜场121和聚光镜122。

原褐煤在干燥机101中干燥脱水成为干燥褐煤，干燥褐煤经过热解炉110热解，产生半焦与混合气体，前者进入塔式太阳能气化器123进行气化，气化剂采用干燥机101干燥乏汽以及热解炉110中热解产生的酚水；塔式太阳能气化器123中产生的合成气，经过热解炉110的热源管腔、干燥换热器105的热介质流通区域右腔体以及合成气冷却净化器106放热提纯后，作为产品在合成气存储罐107中储存；热解炉110中产生的混合气体经过余热回收器111的热介质流通区域放热、气液分离器112分离后，分为两路：气体经过热解气冷却净化器115冷却提纯后作为产品在热解气存储罐118中储存；液体经过油水分离器113分离出焦油与酚水，其中焦油经过焦油冷却净化器119冷却提纯后作为产品在焦油存储罐120中储存，酚水作为气化剂进入塔式太阳能气化器123。

褐煤经历干燥、热解以及完全气化三个提质过程，其中热解与气化过程热源情况如下：完全气化过程采用聚光镜122聚焦塔式太阳能反射镜场121反射的太阳光作为塔式太阳能气化器123的热源；热解过程采用塔式太阳能气化器123中产生的高温合成气作为热源；上述换热过程均为间壁式换热。

干燥过程热源分为两部分，热解炉110中产生的高温混合气体冷凝释放的热量在余热回收器111中被回收，并传到干燥换热器105的热介质流通区域左腔体作为干燥机101的第一部分热源；热解炉110出口的中温合成气在干燥换热器105的热介质流通区域右腔体释放的热量作为干燥机101的第二部分热源。这两部分热源分两级对干燥过程供热。上述换热过程均为间壁式换热。本发明系统通过合理选取气化、热解与干燥过程的热源，实现了能量的梯级利用。

所述的一种太阳能驱动的褐煤多联产提质系统的运行方法，通过调节酚水阀甲116与酚水阀乙117以保证进入塔式太阳能气化器123的酚水流量的稳定，通过调节乏汽阀甲103与乏汽阀乙102保证进入塔式太阳能气化器123的蒸汽流量稳定，同时保证塔式太阳能气化器123中水与半焦的质量流量比值恒定在最佳值；通过调节气体阀甲124与气体阀丙125，保证进入热解炉110中的高温合成气流量稳定在最佳值；通过调节气体阀乙126与气体阀丁127，保证进入干燥换热器105的中温合成气流量稳定在最佳值；通过调节聚光镜122与塔式太阳能反射镜场121，使得塔式太阳能气化器123的气化温度恒定在最佳值。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)将褐煤干燥、热解以及气化三种褐煤提质技术有机结合起来，实现了褐煤提质系统的近零排放，与单独的褐煤干燥，褐煤热解或气化系统相比，显著提高了能量利用效率，实现了褐煤的清洁利用。

(2)太阳能是一种清洁、可再生的能源，以太阳能作为气化过程的热源，避免了燃烧部分半焦为热源带来的能量不合理利用问题，同时也避免了抽取锅炉高温烟气为热源带来的抽烟气量过大的问题。

(3)干燥乏汽、热解酚水以及热解气体的充分回收利用，避免了环境污染与能源浪费。

(4)热解过程采用高温合成气为热源，干燥过程采用热解产生的混合气、热解炉出口的中温合成气为热源，实现了能量的梯级利用。

附图说明

图1为本发明一种太阳能驱动的褐煤多联产提质系统及运行方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种太阳能驱动的褐煤多联产提质系统，包括干燥机101，与干燥机101产物出口相连通的热解炉110的热解室、塔式太阳能气化器123、气体阀甲124、热解炉110的热源管腔、风机109、气体阀乙126、干燥换热器105的热介质流通区域右腔体、合成气冷却净化器106以及合成气存储罐107；其特征在于：热解炉110的气体产物出口依次与余热回收器111的热介质流通区域、气液分离器112、热解气冷却净化器115以及热解气存储罐118组成热解气回收支路；所述气液分离器112依次与油水分离器113、焦油冷却净化器119以及焦油存储罐120相连通；所述油水分离器113的酚水出口依次与酚水泵114、酚水阀甲116以及塔式太阳能气化器123的酚水入口相连通；所述酚水泵114依次与酚水阀乙117以及外部环境相连通；所述干燥机101的热源管道依次与干燥水泵104以及干燥换热器105的冷介质流通区域相连通；所述干燥换热器105的热介质流通区域左腔体通过余热回收泵108所在管路与余热回收器111的冷介质流通区域相连通；所述干燥机101的乏汽出口通过乏汽阀甲103所在管路与塔式太阳能气化器123的蒸汽入口相连通；所述干燥机101的乏汽出口通过乏汽阀乙102所在管路与外部环境相连通；外部环境通过原褐煤管道与干燥机101的给煤入口相连通；所述塔式太阳能气化器123的气体产物出口通过气体阀丙125所在管路与风机109、气体阀丁127所在管路以及合成气冷却净化器106相连通；所述塔式太阳能气化器123的排灰出口通过排灰管道与外部环境相连通；所述合成气冷却净化器106的杂质出口通过杂质管道甲与外部环境相连通；所述热解气冷却净化器115的杂质出口通过杂质管道乙与外部环境相连通；所述焦油冷却净化器119的杂质出口通过杂质管道丙与外部环境相连通；该系统还包括通过光路与塔式太阳能气化器123连接的塔式太阳能反射镜场121和聚光镜122。

作为本发明的优选实施方式，原褐煤在干燥机101中干燥脱水成为干燥褐煤，干燥褐煤经过热解炉110热解，产生半焦与混合气体，前者进入塔式太阳能气化器123进行气化，气化剂采用干燥机101干燥乏汽以及热解炉110中热解产生的酚水；塔式太阳能气化器123中产生的合成气，经过热解炉110的热源管腔、干燥换热器105的热介质流通区域右腔体以及合成气冷却净化器106放热提纯后，作为产品在合成气存储罐107中储存；热解炉110中产生的混合气体经过余热回收器111的热介质流通区域放热、气液分离器112分离后，分为两路：气体经过热解气冷却净化器115冷却提纯后作为产品在热解气存储罐118中储存；液体经过油水分离器113分离出焦油与酚水，其中焦油经过焦油冷却净化器119冷却提纯后作为产品在焦油存储罐120中储存，酚水作为气化剂进入塔式太阳能气化器123。

作为本发明的优选实施方式，褐煤经历干燥、热解以及完全气化三个提质过程，其中热解与气化过程热源情况如下：完全气化过程采用聚光镜122聚焦塔式太阳能反射镜场121反射的太阳光作为塔式太阳能气化器123的热源；热解过程采用塔式太阳能气化器123中产生的高温合成气作为热源；上述换热过程均为间壁式换热。

作为本发明的优选实施方式，干燥过程热源分为两部分，热解炉110中产生的高温混合气体冷凝释放的热量在余热回收器111中被回收，并传到干燥换热器105的热介质流通区域左腔体作为干燥机101的第一部分热源；热解炉110出口的中温合成气在干燥换热器105的热介质流通区域右腔体释放的热量作为干燥机101的第二部分热源。这两部分热源分两级对干燥过程供热。上述换热过程均为间壁式换热。本发明系统通过合理选取气化、热解与干燥过程的热源，实现了能量的梯级利用。

如图1所示，本发明一种太阳能驱动的褐煤多联产提质系统的运行方法：通过调节酚水阀甲116与酚水阀乙117以保证进入塔式太阳能气化器123的酚水流量的稳定，通过调节乏汽阀甲103与乏汽阀乙102保证进入塔式太阳能气化器123的蒸汽流量稳定，同时保证塔式太阳能气化器123中水与半焦的质量流量比值恒定在最佳值；通过调节气体阀甲124与气体阀丙125，保证进入热解炉110中的高温合成气流量稳定在最佳值；通过调节气体阀乙126与气体阀丁127，保证进入干燥换热器105的中温合成气流量稳定在最佳值；通过调节聚光镜122与塔式太阳能反射镜场121，使得塔式太阳能气化器123的气化温度恒定在最佳值。