專利名稱：高鈉煤除鈉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種燃料凈化領(lǐng)域，具體的說是一種高鈉煤除鈉系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國低階煤資源低階煤資源豐富，可以通過熱解和氣化等方式使低階煤得到有效利用，然而低階煤如褐煤中存在大量水溶性鹽，離子交換陽離子，對煤熱解、氣化過程均有一定的影響。例如，堿金屬鹽可降低灰熔點，引起結(jié)渣；堿金屬揮發(fā)進入氣相可導(dǎo)致廢熱鍋爐管路腐蝕及堵塞。對煤燃燒利用而言，煤中鈉是有害成分，通常它與鍋爐高溫受熱面積灰相關(guān)，直接造成燃燒和燃氣利用設(shè)備的積灰與腐蝕。作為新一代潔凈煤發(fā)電技術(shù)的IGCC以其高的發(fā)電效率和對環(huán)境的低污染，受到了世界各國的極大關(guān)注，但堿金屬(主要是鈉)蒸汽的存在是影響IGCC技術(shù)發(fā)展的一個重要因素。存在于煤中的鈉化合物是由含鹽(即鈉的氯化物)的地面水，滲透到煤床的裂縫和煤空隙中形成。同時鈉也是煤中粘土的組成部分，例如伊里石和高嶺土。氯化鈉是煤中鈉的主要形式，在燃燒與氣化過程中會揮發(fā)出來。在流化床燃燒的溫度范圍內(nèi)，氯化鈉具有較高的蒸汽壓，例如在1173 °C，氯化鈉的蒸汽壓為O. 4 kPa，因而氯化鈉蒸汽同樣存在于加壓流化床燃燒的煙氣中。熱力學(xué)計算表明，蒸汽狀態(tài)的氯化鈉是流化床煙氣中鈉的主要載體，反應(yīng)床內(nèi)生成的鈉金屬蒸汽可冷凝在固體表面上，從而可引起燃燒器、氣化爐下游熱能回收系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕。同時鈉也可以以氧化鈉的形式存在于原料煤或粗煤氣中，而氧化鈉也屬于易揮發(fā)物質(zhì)，在高溫下?lián)]發(fā)后，易凝結(jié)在受熱面上形成燒結(jié)或粘結(jié)的灰沉積，這類沉積多發(fā)生在屏式過熱器和對流過熱器等受熱面上，影響鍋爐傳熱，并形成結(jié)渣源。鈉金屬蒸汽冷凝在熱交換器表面上，這本身就是一種污垢，又因為冷凝物經(jīng)常是粘稠狀熔融物，它會捕集氣體中的固體顆粒，從而加劇了形成污垢的程度，這樣形成的腐蝕性沉淀層，大大降低了設(shè)備的利用率，清除它們不但成本很高，而且效果還很差。煤在氣化或燃燒等利用過程產(chǎn)生的熱氣體中存在鈉金屬化合物，它們在高溫下形成的鈉金屬蒸汽易造成設(shè)備嚴重的熱腐蝕。因此化工、電力等用煤設(shè)備對煤氣中鈉元素的含量要求一般較高。以燃氣輪機為例，鈉金屬蒸汽會引起燃氣輪機葉片材料的熱腐蝕，燃氣輪機生產(chǎn)商規(guī)定，為了防止燃氣透平葉片熱腐蝕，堿金屬蒸汽(主要為鈉金屬蒸汽)的濃度不得超過O. 024X 10_6。因此，為了確保燃氣輪機等化工、電力行業(yè)用煤設(shè)備的安全運行，必須設(shè)法脫除煤中的鈉元素。通過對洗煤工藝技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)還沒有相關(guān)專利對洗煤除鈉工藝技術(shù)進行過闡述。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種工藝簡單、除鈉效率高、節(jié)能降耗的聞納煤除納系統(tǒng)。本實用新型高鈉煤除鈉系統(tǒng)，包括制漿系統(tǒng)、升溫加壓系統(tǒng)和分離系統(tǒng)，所述制漿系統(tǒng)包括攪拌槽，所述升溫加壓系統(tǒng)包括加熱爐和高壓釜，所述分離系統(tǒng)包括閃蒸罐、增稠器和離心分離機，所述攪拌槽、加熱爐、高壓釜、閃蒸罐、增稠器以及離心分離機依次連接。所述升溫加壓系統(tǒng)還包括有換熱器，所述攪拌槽出口經(jīng)換熱器與加熱爐連接，所述閃蒸器的蒸汽出口經(jīng)換熱器與外界連通。所述換熱器包括依次連接的一級換熱器及二級換熱器，所述閃蒸罐包括依次連接的高壓閃蒸罐和低壓閃蒸罐。所述制漿系統(tǒng)還包括有汽包，所述閃蒸汽的蒸汽出口經(jīng)換熱器與汽包進口連接，所述汽包的冷凝液出口與攪拌槽連接，汽包的蒸汽出口與外界連通。還包括有黑水處理系統(tǒng)，所述黑水處理系統(tǒng)包括依次連接的灰水槽及吸附填料塔，灰水槽進口與離心分離機的黑水出口連接；所述增稠器出口包括澄清液出口、懸濁液出口和煤漿出口，所述煤漿出口與離心分離機進口連接，所述懸濁液出口與灰水槽進口連接， 所述澄清液出口與汽包進口連接。所述工藝包括下述步驟(I)將高鈉煤在攪拌槽內(nèi)加水制成水煤漿，水煤重量比為I :0. 4 — 3 ;(2)將步驟(I)中得到的水煤漿送入加熱爐加熱至200 380°C，然后送入高壓釜加壓至80 280barg ；(3)將步驟(2)中得到的水煤漿送入閃蒸罐中閃蒸后送入增稠器靜置分層，為上層澄清液、中層懸濁液及下層煤漿；(4)將下層煤漿送入離心分離機分離出黑水及固體顆粒的除鈉煤。所述步驟(3)中，所述閃蒸出的閃蒸汽及上層澄清液送入汽包，汽包中產(chǎn)生的含鈉蒸汽排出，冷凝液回送至攪拌槽中。所述步驟(2 )中，所述閃蒸汽經(jīng)換熱器回收余熱后再送入汽包，水煤漿在換熱器中與來自閃蒸罐的閃蒸汽換熱后再送入加熱爐中加熱。所述步驟(2)中的換熱包括兩級換熱，所述步驟(3)中的閃蒸包括高壓閃蒸和低壓閃蒸。所述水煤漿先進行高壓閃蒸，然后再進行低壓閃蒸，控制高壓閃蒸的壓力為20 80barg,低壓閃蒸的壓力為I 20barg,且高壓閃蒸的壓力應(yīng)大于低壓閃蒸的壓力。所述步驟(4)中的黑水及步驟(3)中的中層懸濁液送入灰水槽，然后經(jīng)吸附填料塔吸附后排出清潔水。發(fā)明人仔細研究了高鈉煤的的除鈉方案，由于原料煤不可通過燃燒或氣化的方式除鈉，只能在低于煤的燃點及氣化點下除鈉，但僅依靠高溫使煤內(nèi)少量的水份蒸發(fā)帶走部分鈉無法滿足高效除鈉的目的，發(fā)明人經(jīng)過深入研究，付出創(chuàng)造性勞動，考慮先將原料煤加水形成水煤漿的形式，在煤以水煤漿的狀態(tài)下進行高溫及高壓處理，使鈉由煤中溶出，此時，考慮節(jié)能及脫鈉效率因素，溫度維持在200 380°C，壓力控制在80 280barg即可，實驗表明在200 270°C、80 160barg的操作條件下，煤中鈉元素脫除率在50% 75%，在320 380°C、220 280barg的操作條件下，煤中鈉元素脫除率可達99%以上，溫度和壓力過低，則煤中的鈉難以溶出，溫度和壓力過高，則易造成能耗過大，甚至使煤發(fā)生自燃或?qū)ρb置耐高壓要求高，帶來安全隱患以及設(shè)備成本高的問題。進一步的，通過閃蒸的方式，使水煤漿中的水變成水蒸汽閃蒸出來，溶解在水中的大部分鈉也隨水蒸汽的一同蒸發(fā)分離，一般地，閃蒸級數(shù)越多，設(shè)備投資及操作維護費用越高，但熱量回收率會有一定幅度提高。因此，優(yōu)選進行兩級閃蒸，先進行高壓閃蒸，然后進行低壓閃蒸。閃蒸汽送換熱器與進加熱爐前的水煤漿換熱以回收余熱，回收余熱后的含水閃蒸汽回到汽包，汽包中產(chǎn)生的含鈉蒸汽排出，得到的冷凝液含鈉量極少，可回送入攪拌槽中用于制造水煤漿，以減少新鮮水的使用量同時也減少了含鈉水的外排量。由于設(shè)置了兩級閃蒸，也可相應(yīng)對應(yīng)設(shè)置兩個換熱器回收余熱。經(jīng)過閃蒸后的水煤漿中還含有少量鈉元素，再經(jīng)過增稠器，在增稠器中由于重力作用，可使水煤漿出現(xiàn)分層，即上層澄清液、中層懸濁液(主要成份為含有細小煤粉顆粒及灰塵的黑水)及下層煤漿，上層澄清液也可回送汽包，下層濃稠的煤漿則進心離心分離，根據(jù)后續(xù)煤原料的進料要求，通過控制離心分離機的功率可分離出要求水含量的煤的固體顆粒，通過該步驟進一步使溶解在水中的鈉元素隨著固水分離而降低，脫除煤中的鈉，即使溶解出來的鈉以能夠隨蒸汽以及水的分離排出，達到高鈉煤除鈉的目的。離心分離后的黑水及增稠器中引出的中層懸濁液經(jīng)灰水槽再進行吸附處理，吸附填料塔可為一級或并聯(lián)的或多級吸附填料塔，填料塔內(nèi)的吸附劑可在現(xiàn)有范圍內(nèi)合理選 擇，如包括分子篩、硅膠、活性炭、硅藻土、活性礬土等中的一種或多種，所述吸附劑經(jīng)再生后可循環(huán)利用，進一步節(jié)能降耗。經(jīng)吸附后的清潔水含鈉量較少，也可循環(huán)利于其它工序中。有益效果(I)本實用新型系統(tǒng)先將煤加水變?yōu)樗簼{形式，然后利用高溫高壓下使鈉元素由煤中溶解出來，再經(jīng)閃蒸蒸發(fā)及離心分離使鈉元素與煤固體顆粒得到分離，除鈉效果好、脫除率高，得到煤的固體顆粒中鈉元素脫除率最高可達99%以上，還具有脫除煤中灰分的附加作用，大大提高了煤的品質(zhì)，減少了煤原料在后續(xù)使用過程中對設(shè)備腐蝕問題。(2)本工藝黑水處理系統(tǒng)的吸附填料塔吸附黑水后，塔底得到的清潔水可循環(huán)利用，具有降低運行成本的優(yōu)點，同時可達到節(jié)水的目的。(3)本實用新型工藝步驟簡單，操作簡便、設(shè)備投資低，得到的煤可經(jīng)簡單處理或直接用于煤氣化或IGCC發(fā)電等工藝，而無需作進一步處理，簡化了工藝步驟、進一步降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期、延長了設(shè)備的使用壽命。

圖I為本實用新型系統(tǒng)示意圖。其中1-鎖斗、2-攪拌槽、3-冷凝液泵、4-汽包、5-高壓泵、6、一級換熱器、7_ 二級換熱器，8-加熱爐、9-高壓釜、10-高壓閃蒸罐、11-低壓閃蒸罐、12-增稠器、13-灰水槽、14-離心分離機、15-高壓灰水泵、16-吸附填料塔、17-澄清液泵。
具體實施方式
參照圖1，本實用新型系統(tǒng)包括制漿系統(tǒng)、升溫加壓系統(tǒng)、分離系統(tǒng)和黑水處理系統(tǒng)，所述制漿系統(tǒng)包括攪拌槽2和汽包4，所述升溫加壓系統(tǒng)包括一級換熱器6、二級換熱器7、加熱爐8和高壓釜9，所述分離系統(tǒng)包括高壓閃蒸罐10、低壓閃蒸罐11、增稠器12和離心分離機14，所述黑水處理系統(tǒng)包括灰水槽13及吸附填料塔16，所述攪拌槽2出口連接高壓泵5后再分別經(jīng)一級換熱器6及二級換熱器7的管程(或殼程)、加熱爐8、高壓釜9、高壓閃蒸罐10、低壓閃蒸罐11與增稠器12的進口連接，增稠器12設(shè)有澄清液出口、懸濁液出口和煤漿出口，所述增稠器12底部的煤漿出口與及離心分離機14的進口連接、離心分離機14包括煤出口及黑水出口，所述黑水出口經(jīng)灰水槽13、高壓灰水泵15與吸附填料塔16(本實施例中為并聯(lián)的兩個吸附填料塔)連接。所述高壓閃蒸罐10和低壓閃蒸罐11的閃蒸汽出口經(jīng)對應(yīng)的二級換熱器7和一級換熱器6的殼程(或管程)與汽包4進口連接，所述增稠器12的澄清液出口也經(jīng)澄清液泵17與汽包4進口連接，所述汽包4出口包括蒸汽出口和冷凝液出口，冷凝液出口經(jīng)冷凝液泵3與攪拌槽2連接，蒸汽出口與外界連通。所述增稠器12的懸濁液出口與灰水槽13的進口連接。工藝實施例I :原料煤的主要指標(biāo)如下全水含量31.9 wt%,干燥基灰含量8. 92 wt%, Na2O的含量高達12. 78wt%。(I)高鈉煤經(jīng)鎖斗I送入攪拌槽2內(nèi)加水(包括新鮮水及由汽包循環(huán)而來的冷凝液)攪拌制成水煤漿，水煤重量比為2. 5 :1 I :3，攪拌速度為500 1500 rpm ；(2)將步驟(I)中得到的水煤漿經(jīng)高壓泵3、一級換熱器6及二級換熱器7的管程與來自低壓閃蒸罐11和高壓閃蒸罐12的閃蒸氣預(yù)熱至130 170°C后，送入加熱爐8加熱至200 270°C，然后送入高壓釜加壓至80 160barg ；(3)將步驟(2)中得到的水煤漿依次送入高壓閃蒸罐10及低壓閃蒸罐11中閃蒸后送入增稠器12，控制高壓閃蒸的壓力為20 80barg，低壓閃蒸的壓力為I 20barg，且高壓閃蒸的壓力應(yīng)大于低壓閃蒸的壓力。閃蒸后的閃蒸汽送入一級換熱器6及二級換熱器7的殼程與水煤漿換熱后再送入汽包4 ;閃蒸后的水煤漿在增稠器12靜置后分層為上層澄清液、中層懸濁液及下層煤漿，上層澄清液經(jīng)增稠器12的澄清液出口也回送至汽包4內(nèi)，汽包4產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸氣出口外排，冷凝液由凝液出口回送至攪拌槽2中與新鮮水一起加入煤中攪拌制水煤漿；(4)將下層煤漿經(jīng)增稠器12的煤漿出口送入離心分離機13分離出黑水及固體顆粒的除鈉煤(除鈉煤的水含量及顆粒度可根據(jù)下游工序的需要合理控制)，除鈉煤由底部煤出口排出，黑水經(jīng)由黑水出口送入灰水槽13，且在增稠器12中分層得到的中層懸濁液也經(jīng)由懸濁液出口送入灰水槽13中，然后一起送入吸附填料塔16吸附處理，經(jīng)吸附處理后由塔底排出的清潔水可循環(huán)用于其它工序。經(jīng)上述除鈉工藝方法得到的除鈉煤中含水量為約6. I wt%，干燥基灰含量3. 71wt%, Na2O 的含量為 6. 57wt%0得到的清潔水中水含量彡99. 9 wt%,灰含量< 20 ppm, Na2O含量< I ppm。工藝實施例2 原料煤的主要指標(biāo)如下全水含量25. 4 wt%,干燥基灰含量7. 35 wt%, Na2O的含量6. 53 wt%。除將步驟(2)中水煤漿的加熱溫度改為320 380°C、壓力改為220 280barg外，其余同實施例I。經(jīng)上述除鈉工藝方法得到的除鈉煤中含水量為約2. 8 wt%,干燥基灰含量2. 8wt%, Na2O 的含量為 O. 2 wt%0[0047] 得到的清潔水中水含量彡99.9 wt%，灰含量彡20 ppm，Na2O含量彡2. 5 ppm。
權(quán)利要求1.一種高鈉煤除鈉系統(tǒng)，其特征在于，包括制漿系統(tǒng)、升溫加壓系統(tǒng)和分離系統(tǒng)，所述制漿系統(tǒng)包括攪拌槽，所述升溫加壓系統(tǒng)包括加熱爐和高壓釜，所述分離系統(tǒng)包括閃蒸罐、增稠器和離心分離機，所述攪拌槽、加熱爐、高壓釜、閃蒸罐、增稠器以及離心分離機依次連接。
2.如權(quán)利要求I所述的高鈉煤除鈉系統(tǒng)，其特征在于，所述升溫加壓系統(tǒng)還包括有換熱器，所述攪拌槽出口經(jīng)換熱器與加熱爐連接，所述閃蒸器的蒸汽出口經(jīng)換熱器與外界連通。
3.如權(quán)利要求2所述高鈉煤除鈉系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器包括依次連接的一級換熱器及二級換熱器，所述閃蒸罐包括依次連接的高壓閃蒸罐和低壓閃蒸罐。
4.如權(quán)利要求I一 3任一項所述的高鈉煤除鈉系統(tǒng)，其特征在于，所述制漿系統(tǒng)還包括有汽包，所述閃蒸汽的蒸汽出口經(jīng)換熱器與汽包進口連接，所述汽包的冷凝液出口與攪拌槽連接，汽包的蒸汽出口與外界連通。
5.如權(quán)利要求4所述的高鈉煤除鈉系統(tǒng)，其特征在于，還包括有黑水處理系統(tǒng)，所述黑水處理系統(tǒng)包括依次連接的灰水槽及吸附填料塔，灰水槽進口與離心分離機的黑水出口連接；所述增稠器出口包括澄清液出口、懸濁液出口和煤漿出口，所述煤漿出口與離心分離機進口連接，所述懸濁液出口與灰水槽進口連接，所述澄清液出口與汽包進口連接。
專利摘要本實用新型涉及一種高鈉煤除鈉系統(tǒng)，解決了目前高鈉煤無專門的脫除工藝，造成對后續(xù)工藝及設(shè)備嚴重影響的問題。本實用新型包括制漿系統(tǒng)、升溫加壓系統(tǒng)和分離系統(tǒng)，所述制漿系統(tǒng)包括攪拌槽，所述升溫加壓系統(tǒng)包括加熱爐和高壓釜，所述分離系統(tǒng)包括閃蒸罐、增稠器和離心分離機，所述攪拌槽、加熱爐、高壓釜、閃蒸罐、增稠器以及離心分離機依次連接。本實用新型系統(tǒng)操作簡單、設(shè)備投資成本低、具有對環(huán)境友好，具有工藝簡單、除鈉效率高、節(jié)能降耗的優(yōu)點，適用于含鈉煤的凈化開發(fā)利用，尤其適用于將高含鈉煤除鈉后用于煤氣化及IGCC發(fā)電等技術(shù)。
文檔編號C10L9/02GK202671513SQ201220202249
公開日2013年1月16日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者張宗飛, 唐鳳金, 章衛(wèi)星, 趙濤, 徐建民 申請人:中國五環(huán)工程有限公司