[实用新型]一种基于煤炭的碳氢组分分级转化的发电系统

说明书

本实用新型属于能源动力领域，具体地说涉及一种基于煤炭的碳氢组分分级转化的发电系统。

煤在我国现在以及未来几十年内都会是最主要的能源来源。但煤炭与气体燃料的性质不同，煤炭中含有大量的灰分等有害物质，而气体燃料为清洁能源。正是由于煤炭与气体燃料的品质，及其能量转换利用方式的不同使得燃煤电厂的发电效率比天然气联合循环电站低10～15个百分点。

实现煤炭高效清洁的利用是我国目前亟待解决的难题。目前，在电力行业实现这一目标的技术是采用整体煤气化联合循环（IGCC）发电系统。IGCC系统首先将煤气化，为煤炭的进一步利用创造必要条件，然后再利用煤气化得到的合成气发电。

IGCC系统存在着气化效率低，设备成本高的难题。气化效率低主要是由于煤炭气化过程需要加入纯氧气，而产生氧气的空气分离装置的能耗较高，同时也增加了设备投资。设备成本高主要是目前气化单元的设备成本较高，同时由于气化合成气中含有较多的灰分和硫分，需要除尘和脱硫装置，这也使得设备投资进一步增加。目前IGCC的投资成本约为1500$/kW，其中空分装置约占10‑20%，气化炉约占30%，废热锅炉约占10‑15%，联合循环发电单元约占30%，合成气净化单元约占10%。

同时，与燃煤电厂不同，IGCC系统对煤种有严格的要求，这取决于IGCC系统所采用的煤气化方式。我国煤碳可采量约为1万亿吨，分为褐煤、烟煤和无烟煤。鲁奇炉可采用褐煤和部分烟煤（长焰煤、不粘煤、弱粘煤和气煤），可用资源量为5934.5亿吨，占总资源量的58%。德士古炉可采用大部分的烟煤，可用资源量为6728.8亿吨，占总资源量的66%。谢尔炉可采用褐煤和几乎全部的烟煤，资源量为9242亿吨，占总资源量的91%。恩德炉可采用褐煤和少部分烟煤（长焰煤和不粘煤），可用资源量为4479.6亿吨，占总资源量的44%。

综上所述，IGCC发电系统的应用推广，还存在着气化效率低、设备投资成本高和煤种限制等障碍。对于电力行业，提高煤气化发电系统的效率，降低煤气化发电的投资成本，提高煤气化发电系统对煤种的适应性都是亟待解决的难题。

本实用新型的目的在于提供一种基于煤炭的碳氢组分分级转化的发电系统，以克服目前IGCC发电系统中存在的设备投资高、需要单独的空分装置提供氧气、对煤种有较高的要求等弊端。

本实用新型的目的在于提供一种基于煤炭的碳氢组分分级转化的发电系统，以克服目前IGCC发电系统中存在的设备投资高、需要单独的空分装置提供氧气、对煤种有较高的要求等弊端。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于煤炭的碳氢组分分级转化的发电系统，包括外置燃烧单元、传热单元、换热单元、碳化单元、一氧化碳生产单元、变换产氢单元和发电单元，其特征在于，

所述碳化单元和一氧化碳生产单元均设置有所述换热单元，所述外置燃烧单元包括供热煤入口和高温空气入口，供热煤与经所述换热单元预热后的高温空气在外置燃烧单元中燃烧生成高温烟气，通过高温烟气管路通入各所述换热单元，各所述换热单元排出的低温烟气经管路通入所述换热单元，

所述碳化单元包括气化煤入口和焦炭出口，所述焦炭出口、所述变换产氢单元的二氧化碳出口分别经管路与所述一氧化碳生产单元连通；所述一氧化碳生产单元生成的部分一氧化碳经管路通入所述变换产氢单元;

所述一氧化碳生产单元生成的另一部分一氧化碳、所述变换产氢单元生成的富氢合成气、所述碳化单元生成的焦炉煤气分别经管路通入发电单元。

优选地，所述系统还包括二氧化碳分离单元，其进口与所述变换产氢单元连通，其出口分别与所述一氧化碳生产单元的二氧化碳进口和发电单元的富氢合成气进口连通。所述二氧化碳分离单元用以分离变换产氢单元生成的二氧化碳和氢气的混合气体。

优选地，所述高温烟气管路中设置除尘装置。用以对高温烟气进行粗除尘。

优选地，所述高温烟气管路中设置除尘装置。用以对高温烟气进行粗除尘。

优选地，上述发电单元采用联合循环发电方式，联合循环由燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉组成，燃气轮机排出的“废气”引入余热锅炉，加热水产生高温高压的蒸汽，再推动汽轮机做功。

优选地，上述碳化单元为加热炉、均热炉或煅烧炉。

进一步地，所述碳化单元还包括焦炉煤气出口和焦油出口。

进一步地，所述变换产氢单元还包括水蒸气入口和富氢合成气出口。

优选地，所述一氧化碳生产单元的顶部设置焦炭进口和一氧化碳出口，底部设置二氧化碳进口。