本發明屬于能源動力領域，主要涉及一種基于煤炭與生物質互補氣化的發電方法和系統。

背景技術：

1、長期以來，煤炭一直是我國能源結構的重要組成部分。近年來，我國積極推動清潔能源轉型，但煤炭仍然是主要的能源來源，用于電力和工業等多個領域。煤炭開采和利用過程會釋放大量污染物和有害氣體，導致空氣和環境污染，對人類健康和自然生態系統造成危害。我國擁有豐富的生物質資源，合理開發和利用生物質資源不僅能夠減少化石能源的使用而且能夠減少二氧化碳排放和環境污染。

2、熱解技術是一種熱化學過程，在高溫環境下將煤炭、生物質等燃料分解為氣體、液體和固體產物。通常情況下，熱解過程在缺乏氧氣或在惰性氣體氣氛下進行，熱解過程的溫度范圍在幾百攝氏度到幾千攝氏度之間。熱解產物的性質，主要受到溫度、反應時間、原料種類和反應器類型等因素的影響。氣化技術是一種在高溫和氣化劑氛圍下將碳基燃料轉化為合成氣的過程。氣化過程的溫度范圍通常在600～1500℃內，氣化劑通常為氧氣、二氧化碳和水蒸氣。合成氣的主要成分為一氧化碳、氫氣、二氧化碳和甲烷等，這些氣體成分的比例取決于燃料和反應條件。

3、在現有的氣化和熱解技術中，通常利用天然氣或煤炭等化石燃料燃燒產生的熱量為熱解爐和氣化爐供熱。但現有的供熱方式也存在能耗和二氧化碳排放較高的缺點。因此，需要尋求一種低碳和經濟的加熱方式。

4、在現有的氣化發電技術中，合成氣與空氣燃燒產生的熱量作為發電系統的高溫熱源，合成氣燃燒后產生的廢氣直接排入環境中。由于合成氣的主要成分為氫氣和一氧化碳，燃燒后的煙氣成分中含有二氧化碳，導致排放向環境中的二氧化碳量增加。

5、綜上所述，實現煤炭高效清潔利用和降低化石能源發電的二氧化碳排放量是我國亟需解決的問題。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了一種基于煤炭與生物質互補氣化的發電方法和系統，利用生物質燃燒產生的熱量為熱解和氣化過程供熱，可以有效降低供熱過程中的碳排放量；并引入碳捕集單元，可以有效降低發電過程的碳排放。

2、為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的。

3、一種基于煤炭與生物質互補氣化的發電方法，包括：

4、步驟s1、采用燃燒器產生煙氣的熱量預熱空氣和干燥生物質；

5、步驟s2、干燥生物質和熱空氣燃燒產生熱解熱量，包括第一熱解熱量和第二熱解熱量；第一熱解熱量小于第二熱解熱量；

6、步驟s3、第一熱解熱量為低溫熱解爐供熱將煤炭熱解生成半焦和低溫熱解氣；

7、步驟s4、第二熱解熱量為高溫熱解爐供熱將半焦熱解生成焦炭和高溫熱解氣；低溫熱解氣所含二氧化碳的體積分數大于高溫熱解氣；

8、步驟s5、干燥生物質和熱空氣燃燒產生氣化熱量，為氣化爐供熱將焦炭氣化生成合成氣；

9、步驟s6、低溫熱解氣、高溫熱解氣及合成氣組成高溫混合氣，通過換熱器回收高溫混合氣的熱量用于加熱氣化劑，加熱后的氣化劑進入氣化爐；

10、步驟s7、去除換熱生成低溫混合氣中的焦油，生成純凈混合氣；

11、步驟s8、純凈混合氣進行水汽變換反應生成轉換氣；

12、步驟s9、通過二氧化碳捕集單元分離轉換氣中的二氧化碳得到純度較高的氫氣；

13、步驟s10、采用純度較高的氫氣作為聯合循環單元的燃料，生產電力。

14、優選地，步驟s3進一步為低溫熱解爐通入干燥生物質，低溫熱解爐利用第一熱量對生物質和煤炭的摻混物進行熱解。

15、優選地，所述第一熱解熱量支持低溫熱解爐的運行溫度可選范圍為200-1000℃；所述第二熱解熱量支持高溫熱解爐的運行溫度可選范圍為600-1500℃；同時滿足低溫熱解爐的運行溫度小于高溫熱解爐的運行溫度。

16、優選地，步驟s1中，生物質干燥溫度為范圍為100-150℃。

17、優選地，步驟s5中，氣化溫度為900～1500℃；

18、優選地，步驟s6中，氣化劑為水蒸氣、二氧化碳或氧氣。

19、優選地，步驟s7中，焦油去除方式為水洗法或吸附法；

20、優選地，步驟s8中，水汽變換反應的溫度范圍為200～500℃。

21、優選地，步驟s9中，二氧化碳捕集單元采用化學吸收法或物理吸收法分離轉換氣中的二氧化碳。

22、本發明還提供了一種基于煤炭與生物質互補氣化的發電系統，該系統包括：

23、干燥器，用于利用空氣預熱器排出第二排放煙氣的熱量加熱生物質生成干燥生物質，干燥生物質提供給燃燒器作為燃料，換熱后的第一排放煙氣排入環境中；

24、燃燒器，用于將干燥生物質和熱空氣燃燒產生熱量和高溫煙氣，熱量包括第一熱解熱量、第二熱解熱量和氣化熱量；第一熱解熱量小于第二熱解熱量；

25、空氣預熱器，用于利用燃燒器產生的高溫煙氣加熱空氣生產熱空氣，提供給燃燒器；經換熱產生的第一排放煙氣進入干燥器；

26、低溫熱解爐，用于采用第一熱解熱量將用于熱解的煤炭熱解生產半焦和低溫熱解氣；

27、高溫熱解爐，用于采用第二熱解熱量將半焦熱解生產焦炭和高溫熱解氣；低溫熱解氣所含二氧化碳的體積分數大于高溫熱解氣；

28、氣化爐，用于利用氣化熱量加熱焦炭和換熱器加熱后的氣化劑使得焦炭氣化，生成合成氣；

29、換熱器，用于采用低溫熱解氣、高溫熱解氣和合成氣組成的高溫混合氣的熱量加熱氣化劑，加熱后的氣化劑提供給氣化爐；換熱后產生的低溫混合氣提供給焦油分離裝置；

30、焦油分離裝置，用于分離低溫混合氣中的焦油，生成純凈混合氣；

31、水汽轉換反應器，通過水汽轉換反應將所述純凈混合氣中的一氧化碳轉化為二氧化碳，并得到以二氧化碳和氫氣為主的轉換氣；

32、二氧化碳捕集單元，用于捕集所述轉換氣中的二氧化碳并生產氫氣；

33、聯合循環單元，用于將所述氫氣作為燃料生成電力。

34、優選地，步驟s8中，水汽變換反應的溫度范圍為200～500℃。

35、該系統進一步包括煤炭預處理單元，用于對煤炭進行粉碎和干燥處理，生成所述用于熱解的煤炭提供給低溫熱解爐。

36、優選地，步驟s8中，水汽變換反應的溫度范圍為200～500℃。

37、所述干燥器與低溫熱解爐之間存在輸送通道，根據所需的生物質和煤炭的摻混比例，干燥后的生物質通過所述輸送通道進入低溫熱解爐，低溫熱解爐利用第一熱解熱量對干燥生物質和煤炭的摻混物進行熱解；所述摻混比例大于或等于0。

38、有益效果：

39、(1)本發明提出了一種基于煤炭與生物質互補氣化的發電方法，利用生物質在外置燃燒器中燃燒產生的熱量為熱解和氣化過程供熱。由于生物質是一種碳中性燃料，不會產生額外的二氧化碳排放，與傳統的供熱方式相比，生物質外燃供熱降低了供熱成本和二氧化碳排放量。

40、(2)與現有的氣化發電技術相比，本發明采用了水汽轉換反應器和碳捕集單元，首先利用水汽轉換反應將混合氣中的一氧化碳轉化為氫氣和二氧化碳，之后利用碳捕集單元捕集轉換氣中的二氧化碳，大大降低了氣化發電過程中二氧化碳的排放量。引入了碳捕集單元，可以有效降低發電過程的碳排放。因此，本發明具有良好的環境效益和工業應用場景。

41、(3)本發明還涉及余熱回收技術，生物質燃燒產生的煙氣有較高的溫度，具有較高的利用潛力。在本發明中，生物質燃燒產生的高溫煙氣用于預熱空氣，低溫煙氣用于干燥生物質，實現了煙氣熱量的梯級利用。

42、(4)通過分級熱解的方式，降低了二氧化碳分離能耗，并實現了碳氫組分的定向分離。