[發明專利]集成太陽能、余熱利用的高鈉煤脫鈉提質燃煤發電系統

在審

• 申請號: 201510041280.5
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104713113A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 張東柯;楊勇平;董偉;韓宇;許誠;徐鋼;張鍇
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;西澳大學
• 主分類號: F23K1/00
• 分類號: F23K1/00;F22D11/00;F01K11/02;C02F1/14
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于高鈉煤潔凈燃燒發電技術領域，特別涉及一種集成太陽能、余熱利用的高鈉煤脫鈉提質燃煤發電系統。

背景技術

高鈉煤是指煤中鈉含量(以灰分計)大于2％的煤種，在中國、澳大利亞、美國、德國等地都有一定的儲量。我國的高鈉煤主要分布在新疆準東，廣西也有少部分儲量。新疆準東是煤炭資源儲量非常富集的區域，預測儲量達3.9×10¹¹噸，目前累計探明煤炭資源儲量為2.136×10¹¹噸，煤田成煤面積1.4×10⁴平方米，是我國目前最大的整裝煤田。以我國現在煤炭年產量計算，一個準東煤田就能夠全國使用100年。疆準東煤儲量巨大，開采成本低，煤反應性好，容易燃盡。但是，由于成煤歷史和當地特殊的自然地理環境，準東煤中鈉的含量總體都在2％以上，遠高于其他地區動力用煤(中國國內動力煤氧化鈉Na₂O的含量都在1％以下)，有的礦區產煤甚至高達10％以上。而煤中鈉是煤在鍋爐燃燒過程中造成爐膛結焦、換熱面積灰，金屬高溫腐蝕的一個重要因素，因此，高鈉煤的燃燒利用受到了極大地限制。

目前，解決上述問題的主要方法有對鍋爐等設備進行合理設計與運行，摻燒優質低鈉煤和添加劑等。但是由于對高鈉煤燃燒研究不足，燃燒高鈉煤鍋爐等設備設計并未取得重大突破。摻燒其它優質煤就需要當地電廠從其他地方購買優質燃煤，這樣既增加了發電企業的發電成本，又對準東煤田的開發和電源基地的建設帶來了非常大的困難，使準東煤的優勢難以得到充分的利用。而在高鈉煤燃燒過程中添加高嶺土等二氧化硅、氧化鋁含量高的添加劑，使添加劑與氣相中的鈉發生反應，雖然可以減輕沾污，但這種方法用到的添加劑為固體，存在效率低、大大增加灰量等缺點，因此也未得到大規模應用。但這種控制方法只能減緩沾污，無法從根本上解決問題。

因此，如何降低準東煤中堿金屬含量，防結渣、沾污和腐蝕，確保鍋爐安全經濟運行，是發電企業和燃用準東煤的其它行業所不可回避的問題，也是當前發展準東煤電基地建設所面臨的重大挑戰。有鑒于此，亟需找到一種高效、安全運行的高鈉煤燃燒發電系統，據此本發明提出了一種集成太陽能、余熱利用的高鈉煤脫鈉提質燃煤發電系統，利用洗煤等煤前處理的方式降低高鈉煤中的堿金屬含量，利用太陽能、電廠廢熱提供煤處理中所需能量，可改善燃高鈉煤發電機組所出現的爐內結焦與受熱面沾污問題，并有望大幅提高高鈉煤電站綜合利用效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種集成太陽能、余熱利用的高鈉煤脫鈉提質燃煤發電系統，該系統主要包括碎煤機、洗煤裝置、煤液分離裝置、脫鈉煤干燥裝置、廢液蒸餾裝置、鈉濃縮液回收裝置、太陽能集熱島以及鍋爐、汽輪機、回熱給水系統和發電機；其特征在于，碎煤機、洗煤裝置、煤液分離裝置依次連接，煤液分離裝置的出口分別連接脫鈉煤干燥裝置和廢液蒸餾裝置；太陽能集熱島、廢液蒸餾裝置、油罐和輸送泵連接成循環回路；鍋爐分別連接脫鈉煤干燥裝置的煙氣入口和固體出口，鍋爐還分別連接汽輪機和回熱給水系統；汽輪機分別連接回熱給水系統的回熱加熱器和凝汽器；發電機與汽輪機連接。

所述廢液蒸餾裝置設置有低凈水出口、高凈水出口和鈉濃縮液出口；其中鈉濃縮液出口與鈉濃縮液回收裝置連接，低凈水出口與洗煤裝置連接，高凈水出口與回熱給水系統接通。

所述集成太陽能、余熱利用的高鈉煤脫鈉提質燃煤發電系統工作過程及發電方法：高鈉原煤經過碎煤機破碎后送入洗煤裝置，在洗煤裝置中與輸入的補充水、循環水混合，使高鈉原煤中的堿金屬溶于水中，得到煤水混合物，煤水混合物被送入煤液分離裝置，分離出的脫鈉煤送入脫鈉煤干燥裝置，干燥熱源為鍋爐排煙，干燥得到的潔凈煤送入鍋爐燃燒；經煤液分離器分離得到的廢液被送入廢液蒸餾裝置，廢液蒸餾裝置分級布置，其中，上層蒸餾出的高凈水作為鍋爐補水送入鍋爐循環利用，中間層蒸餾出的低凈水送回到洗煤裝置循環利用，下層蒸餾所得的鈉濃縮液被送入鈉濃縮液回收裝置作為化工原料回收利用；同時，在洗煤裝置的入口還布置有補充水入口，以補充整個洗煤流程中的水耗；提質后的潔凈煤進入鍋爐燃燒，加熱回熱給水系統給水，產生的蒸汽進入汽輪機做功，汽輪機帶動發電機旋轉產生電能。

所述的廢液蒸餾裝置分級布置，其加熱熱源為太陽能，通過太陽能集熱島匯集太陽能，以油為換熱媒介，加熱蒸餾洗煤廢液。

所述煤液分離裝置將脫鈉煤和廢水從煤水混合物中分離開，從而降低原煤中的堿金屬鈉的含量。