CN104762120B - 一种高钠煤脱钠的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高钠煤脱钠的方法及设备，包括如下：将碎原煤送入第一级洗涤，用来自第二级洗煤器的水溶液对原煤洗涤后再进入第二级洗煤器，用来自第三极洗煤器的水溶液进行洗涤，进一步将洗涤后的煤样进入第三级洗煤器，用来自反渗透净化装置处理后的纯水或来自第一级洗煤器并经振动脱水筛和离心水机的水溶液，脱除的水分进入废水处理系统，饱和后的水溶液进入浓缩池，通过添加化学沉淀剂去除水溶液中悬浮颗粒物，无钠水溶液送入第三级洗煤器循环洗涤高钠煤。同时设置了与该方法相对应的设备。本发明根据新疆高钠煤中钠存在方式，通过水溶液洗涤原煤，实现洗灰脱钠；振动脱水筛和离心脱水后，脱水后的低钠煤可直接用于燃煤发电机组或者气化炉。

Description

一种高钠煤脱钠的方法及设备

技术领域

本发明属于高钠煤清洁高效利用技术领域，涉及燃高钠煤发电技术，尤其涉及一种燃高钠煤电站锅炉的炉前预处理系统。

背景技术

近年来，我国新疆地区煤炭开采及电力发展迅猛。经勘探，作为新疆地区四大煤田之一的准东煤田就蕴藏着约3900亿吨高钠低阶煤炭资源，目前累计探明煤炭资源储量为2136亿吨，煤田成煤面积1.4万平方公里，是我国目前最大的整装煤田。按照目前我国火电年用煤量计算，一个准东煤田就够全国使用一百年。由于成煤历史和当地特殊的自然地理环境，准东煤中含钠组分的含量（以灰分计，以下同）总体都在2%以上，远高于其他地区动力用煤，有的矿区产煤甚至高达10%以上，因此通常将这些煤称为高钠煤。

但是研究表明，无论在燃烧还是气化方面，高钠煤均因为含钠高影响其可靠利用。其原因为：Na₂O属于易挥发物质，在高温下挥发后，易凝结在受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，这类沉积多发生在尾部对流受热面上，并形成结渣源。目前，在准东煤田附近建设的多个坑口电站，在燃用准东煤时相继产生了尾部对流受热面沾污积灰严重的现象，影响锅炉传热，降低了锅炉机组的整体运行可靠性；而在气化方面，因为煤中的钠是煤气化与燃烧过程中造成炉内结渣及沉积腐蚀的主要矿物质元素，对煤的热解和气化反应造成影响。因此，高钠低阶煤不能直接用于气化工艺，必须进行预处理。

目前针对高钠煤的有效利用，国内外主要是通过对锅炉等设备进行合理设计与运行，掺烧优质低钠煤和添加剂，和预处理等方法。但是由于对高钠煤燃烧研究不足，国内学者在设备设计方面并未取得重大突破，仍然大量存在水冷壁结渣，过热器/再热器受热面沾污腐蚀等问题。而国外学者早在上世纪九十年代就开始了高钠煤清洁利用方面的研究和工程示范工作。美国宾夕法尼亚州立大学主要致力于煤中钠赋存、生成和转化机理方面的研究和实验；B&W公司在燃用高钠煤锅炉设计方面进行了深入研究，并研制出了燃用高钠煤的700MW煤粉炉，工程示范于北德克他州电厂，其主要技术措施是增加尾部烟道尺寸和对流受热面管间距，并采取特殊sootblower,减轻对流受热面沾污、结渣的状况；Southerncompany开发设计了transport气化炉，在高钠煤气化方面积累了一些设计经验。

通过掺烧低钠煤或添加剂的方式，主要在国内得到使用。这一方法可实现新疆高钠煤的部分利用，但新疆煤的掺烧比例通常小于30%，难以大规模可靠利用，而且当地电厂又要从其他地方购买优质燃煤，既增加了发电企业的发电成本，又对新疆煤田的开发和电源基地的建设带来了极大的困难。而在高钠煤燃烧过程中添加高岭土等二氧化硅、氧化铝含量高的添加剂，使添加剂与气相中的钠发生反应，虽然可以不同程度上减轻沾污，但这种方法用的添加剂为固体，存在效率低、大大增加灰量等缺点，因此也未得到大规模应用。

在高钠煤预处理方面，国内外主要对采用水和对钠有高亲和力的液体（草酸等）洗选等方面进行了研究，以期在常温下发生物理或化学反应去除煤中的钠。这一技术的优点是可以有效降低新疆煤入炉煤中钠含量，防止结渣，沾污和腐蚀，可实现新疆高钠煤大规模纯烧。但这一技术在新疆地区得以大规模实现的主要挑战是保证高钠脱除率的同时，如何有效降低洗涤液的使用，因为新疆地区严重缺水；其次大量洗涤液的使用势必对环境破坏严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种这对新疆高钠煤脱钠净化的多级可循环水洗系统，使用最少量的水把新疆高钠煤变成低钠煤，从根本上解决燃用高钠煤发电机组所面临的炉内结焦与受热面沾污、腐蚀等问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高钠煤脱钠的方法，包括如下步骤：

（1）将高钠原煤通过破碎机破碎到1-4 mm的碎原煤，并由带式输送机送入第一级洗涤器；

（2）在第一级洗涤器中，用来自第二级洗煤器的水溶液对原煤在常温常压下进行洗涤，控制液固比为1.25:1，洗涤30分钟；

（3）步骤（2）中第一级洗涤后的煤样进入第二级洗煤器，用来自第三极洗煤器的水溶液在常温常压进行洗涤，控制液固比为1.25:1，洗涤5分钟；

（4）第二级洗涤后的煤样进入第三级洗煤器，用来自反渗透净化装置处理后的纯水或未达到饱和来自第一级洗煤器并经振动脱水筛和离心水机的水溶液，控制液固比为1.25:1，洗涤5分钟；

（5）经过三级洗涤后的煤样进入振动脱水筛进行第一次脱水，脱除的水分如果钠饱和，则进入废水处理系统；如果钠不饱和，则送到第三级洗煤器继续洗涤；同理适用于离心脱水机，离心脱水后的低钠煤样含水和原煤相当，可储存在煤仓或直接使用；

（6）饱和后的水溶液进入浓缩池，通过添加化学沉淀剂去除水溶液中悬浮颗粒物；悬浮的小颗粒经分离、干燥后，可直接用于燃烧发电或气化；

（7）浓缩池出来的纯净水进入反渗透净化装置去除包括饱和的钠、钾的碱金属离子，无钠水溶液送入第三级洗煤器循环洗涤高钠煤。

所述的化学沉淀剂为聚合氯化铝铁、硅藻土、硫酸亚铁中的一种或多种。

一种用于新疆高钠煤脱钠的设备，包括破碎机，带式输送机，洗煤器，振动脱水筛，离心脱水机，煤仓，钠离子测量仪，压力泵，浓缩池，反渗透水净化装置。破碎机与带式输送机相连；所述三级洗煤器均有两个进口两个出口，分别用于煤样和水溶液的输入输出。第一级洗煤器固体进口来自带式输送机，第一级洗煤器的固体出口端连接到第二级洗煤器固体进口，第二洗煤器固体出口连接到第三级洗煤器固体进口，第三级洗煤器固体出口连接到振动脱水筛，振动脱水筛固体出口连接到离心脱水机入口，振动脱水筛与离心脱水机的水液出口连接到钠离子测量仪，钠离子测量仪出口连至第三级洗煤器水溶液进口和浓缩池，浓缩池与反渗透净化装置相连，反渗透净化装置出口连接至第三级洗煤器水溶液进口，第三级洗煤器水溶液出口连接第二级洗煤器溶液进口，第二级洗煤器溶液出口连接第一级洗煤器溶液进口，第一级洗煤器溶液进口连接钠离子测量仪，钠离子测量仪出口连至第三级洗煤器水溶液进口和浓缩池。

所述钠离子测量仪后面设置有压力泵，连接至浓缩池和第三级洗煤器溶液进口。

采用上述技术方案，本发明具有如下优点：

（1）通过纯水多级循环洗涤原煤，可降低煤中钠含量60%，水回收率高，可达98%，大大降低水消耗率；

（2）根据新疆高钠煤中钠存在方式，通过非常简单，成本低廉的水溶液洗涤原煤，实现洗灰脱钠；

（3）振动脱水筛和离心脱水后，煤中水分含量与原煤基本相同，脱水后的低钠煤可直接用于燃煤发电机组或者气化炉；

（4）系统输出的低钠煤可大幅改善或解决燃高钠煤发电机组所面临的炉内结焦与受热面沾污问题；同时也可作为销售用煤，从而提高煤价和扩大销售范围，即本系统可实现煤电联产；

（5）煤液分离后的饱和溶液进入反渗透净化装置，分离出的钠钾浓缩液可回收用于制碱和钾肥生产；

（6）本系统是集煤净化，干燥，水回收循环利用，提质，废水处理等一系列循环节能环保技术，可实现废气，废液，废渣零排放。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。1-破碎机，2-带式输送机，3-第一级洗煤器，4-第二级洗煤器，5-第三级洗煤器，6-振动脱水筛，7-离心脱水机，8-煤仓，9-1钠离子测量仪一，9-2钠离子测量仪二，10-压力泵，11-浓缩池，12-反渗透净化装置。

具体实施方式

参照图1，本发明系统包括制煤系统，三级洗涤系统，分离脱水系统和废水净化系统。所述制煤系统包括破碎机1和带式输送机2，所述三级洗涤系统包括第一级洗涤器3，第二级洗涤器4，和第三级洗涤器5，所述分离脱水系统包括振动脱水筛6和离心脱水机7，所述废水净化系统包括浓缩池11，钠离子测量仪和反渗透净化装置12.

本发明的脱钠原理为：大部分钠是以可溶性无机钠（如硫酸钠和氯化钠）和部分有机钠（羟酸钠和配位形式的钠等），通过将原煤在纯水中浸泡，煤中可溶性钠即可溶解在水溶液中。通过对固液混合物搅拌，增加高钠煤和水溶液的混合与接触，提高水溶液在煤颗粒孔隙中的扩散速度，从而提升钠的脱除速率。

本实施例中涉及的新疆高钠煤脱钠方法包含以下步骤：

（1）首先将新疆高钠原煤通过破碎机破碎到1-4 mm之间的碎原煤，并由带式输送机送入第一级洗涤器；

（2）在洗涤器中，用来自第二级洗煤器的水溶液对原煤在常温常压下进行洗涤，液固比设为1.25:1，洗涤时间30分钟；

（3）第一级洗涤后的煤样进入第二级洗煤器继续常温常压洗涤，水溶液来自第三级洗涤器，液固比仍未1.25:1，洗涤时间为5分钟；

（4）第二级洗涤后的煤样进入第三级洗煤器进行最后洗涤，条件仍是常温常压，液固比1.25:1，洗涤5分钟，溶液为来自反渗透净化装置处理后的纯水或者仍未达到饱和来自第一级洗煤器，振动脱水筛和离心脱水机的水溶液；

（5）经过三级洗涤后的煤进入振动脱水筛进行第一次脱水，脱除的水分如果钠饱和，则进入废水处理系统；如果没饱和，则送到第三级洗煤器继续洗涤；同理适用于离心脱水机，离心脱水后的低钠煤样含水和原煤相当，可储存在煤仓或直接使用；

（6）饱和后的水溶液进入浓缩池，通过添加化学沉淀剂去除水溶液中悬浮颗粒物；悬浮的小颗粒分离后进行干燥后，可直接用于燃烧发电或气化；

（7）浓缩池出来的纯净水进入反渗透净化装置去除饱和的钠、钾等碱金属离子，无钠水溶液送入第三级洗煤器循环洗涤高钠煤。

实施例2

一种高钠煤脱钠的设备，包括破碎机1，带式输送机2，洗煤器，振动脱水筛6，离心脱水机7，煤仓8，钠离子测量仪，压力泵10，浓缩池11，反渗透水净化装置12，破碎机1与带式输送机2相连；

洗煤器有3级，每一级洗煤器均设置有两个进口和两个出口，分别用于煤样和水溶液的输入输出；

第一级洗煤器3的固体进口与带式输送机2相连，第一级洗煤器3固体出口与第二级洗煤器4固体进口相连；

第二级洗煤器4固体出口与第三级洗煤器5固体进口相连，第三级洗煤器5固体出口与振动脱水筛6进口相连，振动脱水筛6固体出口与离心脱水机7进口相连；

振动脱水筛6与离心脱水机7的水溶液出口与钠离子测量仪一9-1相连，钠离子测量仪一9-1与第三级洗煤器5水溶液进口及浓缩池11相连；

浓缩池11与反渗透净化装置12相连，反渗透净化装置12出口与第三级洗煤器5水溶液进口相连；

第三级洗煤器5水溶液出口与第二级洗煤器4水溶液进口连接，第二级洗煤器4水溶液出口与第一级洗煤器3水溶液进口连接，第一级洗煤器3水溶液进口与钠离子测量仪二9-2连接，钠离子测量仪二9-2出口与第三级洗煤器5水溶液进口和浓缩池11相连。

钠离子测量仪一9-1与浓缩池11之间的管线上设置有压力泵10，钠离子测量仪一9-1与第三级洗煤器5水溶液进口之间的管线上设置有压力泵10。

通过三级洗涤后，新疆高钠煤中60%的钠可以脱除，可大大提高高钠煤的品质和利用率，降低新疆煤燃用过程中引起的沾污，结渣和积灰等问题。

Claims (4)

1.一种高钠煤脱钠的设备，包括破碎机（1），带式输送机（2），洗煤器，振动脱水筛（6），离心脱水机（7），煤仓（8），钠离子测量仪，压力泵（10），浓缩池（11），反渗透水净化装置（12），其特征在于，破碎机（1）与带式输送机（2）相连；

洗煤器有3级，每一级洗煤器均设置有两个进口和两个出口，分别用于煤样和水溶液的输入输出；

第一级洗煤器（3）的固体进口与带式输送机（2）相连，第一级洗煤器（3）固体出口与第二级洗煤器（4）固体进口相连；

第二级洗煤器（4）固体出口与第三级洗煤器（5）固体进口相连，第三级洗煤器（5）固体出口与振动脱水筛（6）进口相连，振动脱水筛（6）固体出口与离心脱水机（7）进口相连；

振动脱水筛（6）与离心脱水机（7）的水溶液出口与钠离子测量仪一（9-1）相连，钠离子测量仪一（9-1）与第三级洗煤器（5）水溶液进口及浓缩池（11）相连；

浓缩池（11）与反渗透净化装置（12）相连，反渗透净化装置（12）出口与第三级洗煤器（5）水溶液进口相连；

第三级洗煤器（5）水溶液出口与第二级洗煤器（4）水溶液进口连接，第二级洗煤器（4）水溶液出口与第一级洗煤器（3）水溶液进口连接，第一级洗煤器（3）水溶液出口与钠离子测量仪二（9-2）连接，钠离子测量仪二（9-2）出口与第三级洗煤器（5）水溶液进口和浓缩池（11）相连。

2.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠的设备，其特征在于：

钠离子测量仪一（9-1）与浓缩池（11）之间的管线上设置有压力泵（10），钠离子测量仪一（9-1）与第三级洗煤器（5）水溶液进口之间的管线上设置有压力泵（10）。

3.根据权利要求1所述的高钠煤脱钠的设备，其特征在于：采用该高钠煤脱钠的设备进行脱钠的方法，包括如下步骤：

（1）将高钠原煤通过破碎机破碎到1-4 mm的碎原煤，并由带式输送机送入第一级洗涤器；

（2）在第一级洗涤器中，用来自第二级洗煤器的水溶液对原煤在常温常压下进行洗涤，控制液固比为1.25:1，洗涤30分钟；

（3）步骤（2）中第一级洗涤后的煤样进入第二级洗煤器，用来自第三极洗煤器的水溶液在常温常压进行洗涤，控制液固比为1.25:1，洗涤5分钟；

（4）第二级洗涤后的煤样进入第三级洗煤器，用来自反渗透净化装置处理后的纯水或未达到饱和来自第一级洗煤器并经振动脱水筛和离心水机的水溶液，控制液固比为1.25:1，洗涤5分钟；

（5）经过三级洗涤后的煤样进入振动脱水筛进行第一次脱水，脱除的水分如果钠饱和，则进入废水处理系统；如果钠不饱和，则送到第三级洗煤器继续洗涤；同理适用于离心脱水机，离心脱水后的低钠煤样含水和原煤相当，可储存在煤仓或直接使用；

（6）饱和后的水溶液进入浓缩池，通过添加化学沉淀剂去除水溶液中悬浮颗粒物；悬浮的小颗粒经分离、干燥后，可直接用于燃烧发电或气化；

（7）浓缩池出来的纯净水进入反渗透净化装置去除包括饱和的钠、钾的碱金属离子，无钠水溶液送入第三级洗煤器循环洗涤高钠煤。

4.根据权利要求3所述的高钠煤脱钠的设备，其特征在于：所述的化学沉淀剂为聚合氯化铝铁、硅藻土、硫酸亚铁中的一种或多种。