CN104178239A

CN104178239A - 高钠煤水热处理脱钠提质方法

Info

Publication number: CN104178239A
Application number: CN201410439759.XA
Authority: CN
Inventors: 赵冰; 王嘉瑞; 李小江; 陈凡敏
Original assignee: Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2014-12-03

Abstract

本发明提供的高钠煤水热处理脱钠提质方法，包括以下步骤：S1、将粒径≤0.2mm的高钠原煤和纯水装入净化容器，高钠原煤与纯水质量比为1:5～1:1，高钠原煤和纯水在净化容器内混合成为水煤浆；S2、密封净化容器；S3、加热净化容器，在加热过程中持续搅拌水煤浆，净化容器的温度升至220℃-300℃，压强升至2MPa-6MPa，持续5min-30min，实现高钠煤的脱钠。通过将小粒径的高钠原煤与纯水的接触面积增多，混合更充分，提高分离率；洗涤溶液为纯水，减少污染，节约成本，加热过程中持续混合，提高分离率。

Description

高钠煤水热处理脱钠提质方法

技术领域

本发明涉及固体燃烧处理领域，尤其涉及了一种高钠煤水热处理脱钠提质方法。

背景技术

高钠煤是指煤中碱金属化合物成分较高的一类特殊煤炭，各类碱金属化合物中，一般以钠基化合物居多，故称之为高钠煤，在中国、澳大利亚、美国、德国等地都有一定的储量。

中国新疆准噶尔盆地东部的准东煤田西起昌吉州阜康市东界，东到木垒县老君庙，北到昌吉州北部边界卡拉麦里山南麓，南接古尔班通古特沙漠北缘，东西长约220km南北宽约60km，煤田面积约13000km2，预测煤炭资源储量3900亿吨，占全疆储量(2.19万亿吨)的17.8％占全国煤炭储量(5.56万亿吨)的7％。截至2009年6月已探明煤炭资源储量213亿吨，单层煤层最厚可达80m，可采煤层平均厚度43m，煤层丰厚的地方1km2煤炭储量达5000万t，是中国乃至世界上最大的整装煤田。准东地区的煤质具有以下特点：中高水分；中等发热量；易着火、易燃尽；强结焦；准东煤中含钠组分的含量(以灰分计)总体都在2％以上，远高于其他地区动力用煤(中国国内动力煤中氧化钠(Na2O)的含量都在1％以下)，有的矿区产煤甚至高达10％以上，属于典型的高钠煤。

煤在燃烧时结渣是因为灰中矿物质成分及其含量的不同而引起的。如果煤中碱性氧化物B(Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O)较多，煤灰的沾污性就强，在燃烧时就容易引起积灰结渣；如果酸性氧化物A(Al2O3、SiO2、TiO2)较多，煤灰的沾污性就弱，在燃烧时就不易结渣。高钠煤的碱性氧化物远远大于酸性氧化物，在燃烧过程中其煤灰沾污性极强，属于强积灰结渣型灰。

高钠煤用于电站发电厂燃煤时，在锅炉的受热面、省煤器、空气预热器沾污问题非常严重。乌鲁木齐地区火电厂燃用准东高钠煤的实践表明，对于在役机组锅炉，准东煤只有掺烧才能在现有烟煤锅炉上燃用，且比例不能过高，否则容易出现炉膛燃烧器区水冷壁结焦，导致锅炉炉膛出口烟温升高，水平烟道受热面高温沾污，积灰严重，过再热器管壁超温爆管，严重时甚至不得不停炉清焦，苇湖梁、红雁池一二厂、乌石化自备电厂、天业电厂、甘肃酒钢电厂等均出现了不同程度结渣和沾污。其中，酒钢电厂435t/h锅炉燃用准东高钠煤1-2个月后，大屏、对流受热面等区域还出现了严重的高温腐蚀，被迫停炉。

准东地区煤炭资源丰富，但在现有锅炉燃烧系统不能实现该煤种的单独燃烧，在现阶段掺烧比例不高于50％的情况下，发电厂每燃烧1吨自产准东煤，至少需外运1吨其它煤种，经济成本较高。作为一个能源输出地区，燃烧依然依靠外运，不符合当地发展的模式。如何降低新疆准东煤中的碱金属含量，防结渣、沾污和腐蚀，确保锅炉安全长期运行，是燃用准东煤的发电企业和其它企业亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种高钠煤水热处理脱钠提质方法，把新疆高钠煤转变为适合电厂燃烧的低钠煤。

本发明提供的高钠煤水热处理脱钠提质方法，包括以下步骤：

S1、将粒径≤0.2mm的高钠原煤和纯水装入净化容器，高钠原煤与纯水质量比为1:5～1:1，高钠原煤和纯水在净化容器内混合成为水煤浆；

S2、密封净化容器；

S3、加热净化容器，在加热过程中持续搅拌水煤浆，净化容器的温度升至220℃-300℃，压强升至2MPa-6MPa，持续5min-30min，实现高钠煤的脱钠。

通过将小粒径的高钠原煤与纯水的接触面积增多，混合更充分，提高分离率；洗涤溶液为纯水，减少污染，节约成本，加热过程中持续混合，提高分离率。

其中，步骤S1中，所述净化容器内先装入粒径≤0.2mm的高钠原煤，对净化容器进行抽真空处理后，再将纯水装入净化容器。净化容器抽真空后，纯水沸点降低，更容易气化，升压升温时间缩短，节约了脱钠处理时间，提高了脱钠效率，且提高了脱钠率。

其中，所述水煤浆体积为净化容器容积的1/2～2/3，净化容器预留一定空间，搅拌更充分，混合均匀度高，有利于提高脱钠效率。

其中，所述净化容器加热热源为电厂排放烟气或废热蒸汽，利用废热为净化容器加热，有利于节能环保。

其中，还包括以下步骤：将脱钠处理后的煤进行固液分离，对固液分离后的煤进行干燥处理，干燥热源为电厂排放烟气或废热蒸汽。

其中，固液分离后的废液通过水处理装置进行钠的富集与分离处理。

其中，富集与分离处理后得到的纯水循环进入步骤S1。

与现有技术相比，本发明的优点与效果在于：

1、通过将小粒径的高钠原煤与纯水的接触面积增多，混合更充分，提高分离率；以纯水作为脱钠溶液，减少污染，节约成本，加热过程中持续混合，提高分离率。且当把净化容器抽真空后，纯水沸点降低，更容易气化，净化容器内升压升温时间缩短，节约了脱钠处理时间，大大提高了脱钠效率。因而，本专利技术方案工艺简单，运行安全，适合长期运行。

2、本专利脱钠提质方法简单，主要投资在初期建设，后期运行成本较低。

3、本专利脱钠提质方法中的纯水可以循环利用，加热热源和干燥热源可以为电厂排放烟气或废热蒸汽，提高了热量利用率。

4、本专利脱钠提质方法经过净化容器输出的脱钠煤通过干燥提质后，可直接用于作为煤化工和燃煤发电，从根本上解决了高钠煤发电机组所面临的炉内结焦与受热面沾污问题，减缓和改善了对锅炉材质的腐蚀。

5、本专利脱钠提质方法对煤在一定温度和压力下净化，煤在脱钠净化过程中也会脱除少量的钙、镁、硫，降低了煤的全硫含量与灰产率(燃烧后煤灰中Na₂O含量)，一定程度上的提高了煤的发热量。

6、本专利是一种煤预处理净化技术，可以与水处理与循环技术和煤干燥等技术组合使用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

本实施例中，按照本发明中公开的高钠煤水热处理脱钠提质方法，高钠原煤与纯水的质量比在1:5～1:1内取5组不同的质量比进行实验，其步骤如下：

将粒径≤0.2mm高钠煤原煤和纯水同时装入净化容器，高钠原煤与纯水的质量比依次分别取为1:5、1:4、1:3、1:2、1:1，高钠原煤和纯水在净化容器内混合成为水煤浆；

将该净化容器密封；

加热密封的净化容器，且净化容器内的搅拌桨不断搅拌水煤浆，使净化容器的温度升至220℃，压强升至2.3MPa；

维持220℃高温、2.3MPa高压条件30min。

实验结果如表一所示，从表一可知：

1.本发明中公开的高钠煤水热处理脱钠提质方法，高钠原煤脱钠率大于68％，处理过的高钠原煤燃烧后煤灰中Na₂O含量小于2.3％。(而未处理的高钠原煤直接燃烧后煤灰中Na₂O含量为7.7％)

2.高钠原煤与纯水的质量比从1:5逐步增加到1:1时，高钠原煤脱钠率由84.7％依次降低为68.6％，处理过的高钠原煤燃烧后煤灰中Na₂O含量由依次升高。

表一、温度220℃，压强为2.3MPa，维持时间为30分钟实验条件下不同质量比的实验结果。

高钠原煤与纯水的质量比	高钠原煤脱钠率	燃烧后煤灰中Na₂O含量
			1:5	84.7％	1.2％
1:4	80.3％	1.5％
			1:3	76.0％	1.8％
1:2	73.5％	2.0％
			1:1	68.6％	2.3％

由本实施例的实验可知，其他步骤条件不变时，高钠原煤与纯水的质量比越低，本发明的高钠原煤脱钠率越高，处理过的高钠原煤燃烧后煤灰中Na₂O含量越低。

实际应用时，水煤浆体积为净化容器容积的1/2～2/3较佳，实验表明净化容器预留一定空间，搅拌更充分，混合均匀度高，有利于提高脱钠效率。可利用电厂排放烟气或废热蒸汽为净化容器加热，有利于节能环保。脱钠处理后的煤需要进行固液分离，对固液分离后的煤进行干燥处理才用于燃烧，干燥热源也可选用为电厂排放烟气或废热蒸汽；固液分离后的废液通过水处理装置进行钠的富集与分离处理，富集与分离处理后得到的纯水循环进入本实施例的第一步骤。

实施例2

本实施例中，按照本发明中公开的高钠煤水热处理脱钠提质方法，在不同温度和压强下进行实验，其步骤如下：

将粒径≤0.2mm高钠煤原煤和纯水同时装入净化容器，高钠原煤与纯水的质量比分别为1:2，高钠原煤和纯水在净化容器内混合成为水煤浆；

将该净化容器密封；

加热密封的净化容器，且净化容器内的搅拌桨不断搅拌水煤浆，使净化容器的温度、压强分别为表二中的五组数据；

维持高温高压条件30min。

实验结果如表二所示，从表二可知：

1.本发明中公开的高钠煤水热处理脱钠提质方法，高钠原煤脱钠率大于64％，处理过的高钠原煤燃烧后煤灰中Na₂O含量小于2.7％。(未处理的高钠原煤直接燃烧后煤灰中Na₂O含量为7.7％)

2.净化容器温度和压强逐渐升高时，高钠原煤脱钠率由64.8％依次提高质83.9％，处理过的高钠原煤燃烧后煤灰中Na₂O含量由2.7％依次降低至1.2％。

表二、高钠原煤与纯水的质量比为1:2、维持时间为30分钟实验条件下不同温度压强下的实验结果。(压强端点值)

温度	压强	高钠原煤脱钠率	燃烧后煤灰中Na₂O含量
				120℃	0.3MPa	64.8％	2.7％
170℃	0.8MPa	64.2％	2.6％
				220℃	2.3MPa	73.5％	2.0％
270℃	4.5MPa	83.9％	1.2％
				300℃	5.8MPa	90.5％	0.7％

由本实施例的实验可知，其他步骤条件不变时，.净化容器温度和压强越高，本发明的高钠原煤脱钠率越高，处理过的高钠原煤燃烧后煤灰中Na₂O含量越低。

实施例3

本实施例中，按照本发明中公开的高钠煤水热处理脱钠提质方法，在不同维持时间下进行实验，其步骤如下：

将该净化容器密封；

加热密封的净化容器，并不断搅拌水煤浆，使净化容器的温度升至220℃，压强升至2.3MPa；

高温高压的维持时间依次为5min、15min、30min、60min、90min。

实验结果如表三所示，从表三可知：

1.本发明中公开的高钠煤水热处理脱钠提质方法，高钠原煤脱钠率大于69％，处理过的高钠原煤燃烧后煤灰中Na₂O含量小于2.3％。(未处理的高钠原煤直接燃烧后煤灰中Na₂O含量为7.7％)

2.维持时间逐渐加长时，高钠原煤脱钠率略有提高但趋于稳定，处理过的高钠原煤燃烧后煤灰中Na₂O含量小于2.3％。(未处理的高钠原煤直接燃烧后煤灰中Na₂O含量为7.7％)

表三、温度220℃，压强为2.3MPa，高钠原煤与纯水的质量比为1:2，不同维持时间条件下的实验结果。

维持时间	高钠原煤脱钠率	燃烧后煤灰中Na₂O含量
			5min	69.6％	2.3％
15min	70.6％	2.3％
			30min	73.5％	2.0％
60min	72.3％	2.2％
			90min	72.0％	2.3％

由本实施例的实验可知，其他步骤条件不变时，维持时间延长至30min后，固相与液相之间钠已经达到了动态平衡，本发明的高钠原煤脱钠率基本维持稳定。

实施例4

本实施例中，按照本发明中公开的高钠煤水热处理脱钠提质方法，其步骤如下：

先将粒径≤0.2mm高钠煤原煤装入净化容器，净化容器进行抽真空处理后，再将纯水装入净化容器，高钠原煤与纯水的质量比分别为1:5，高钠原煤和纯水在净化容器内混合成为水煤浆，通常抽真空处理后净化容器的真空度为0.02MPa～0.05MPa；

将该净化容器密封；

加热密封的净化容器，且净化容器的搅拌桨不断搅拌水煤浆，使净化容器的温度升至220℃-300℃，压强升至2MPa-6MPa；

维持高温高压30min。

本实施例的实验结果结合前面的实验结果得到表四，从表四可知：在真空状态下，净化容器加热到一定温度和压强下的加热时间，比非真空状态下的加热时间均有所减少，高钠原煤脱钠率提高了，燃烧后煤灰中Na₂O含量减少了。

表四、净化容器在不同真空和非真空状态下的实验结果。

由本实施例可知，净化容器抽真空后，纯水沸点降低，更容易气化，升压升温的加热时间缩短，节约了脱钠处理需要的时间，且也提高了脱钠效率。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高钠煤水热处理脱钠提质方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2、密封净化容器；

2.根据权利要求1所述的高钠煤水热处理脱钠提质方法，其特征在于，步骤S1中，所述净化容器内先装入粒径≤0.2mm的高钠原煤，对净化容器进行抽真空处理后，再将纯水装入净化容器。

3.根据权利要求1所述的高钠煤水热处理脱钠提质方法，其特征在于，所述水煤浆体积为净化容器容积的1/2～2/3。

4.根据权利要求1、2或3所述的高钠煤水热处理脱钠提质方法，其特征在于，所述净化容器加热热源为电厂排放烟气或废热蒸汽。

5.根据权利要求1、2或3所述的高钠煤水热处理脱钠提质方法，其特征在于，还包括以下步骤：将脱钠处理后的煤进行固液分离，对固液分离后的煤进行干燥处理，干燥热源为电厂排放烟气或废热蒸汽。

6.根据权利要求5所述的高钠煤水热处理脱钠提质方法，其特征在于，还包括以下步骤：固液分离后的废液通过水处理装置进行钠的富集与分离处理。

7.根据权利要求6所述的高钠煤水热处理脱钠提质方法，其特征在于，还包括以下步骤：富集与分离处理后得到的纯水循环进入步骤S1。