本发明属于煤发电技术领域，特别涉及准东煤全燃技术，具体涉及一种基于自回热理论的准东煤脱碱、干燥、发电一体化系统。
背景技术：
准东煤田是中国乃至世界上最大的整装煤田，预测煤炭储量达 3.9×1011吨。在可预测的未来，准东煤将成为中国最重要的动力煤之一。随着国内国际能源局势的日益紧张，解决准东煤的利用问题对我国具有高度的战略意义。
目前准东煤在推广应用方面存在如下不可回避的问题：1.高水分，低热值；2.碱金属含量极高，可造成炉膛的严重积灰、结焦，将大幅降低锅炉热效率、明显增加锅炉运行安全风险。为此，国务院《中国制造2025——能源装备实施方案》提出了高效超超临界燃煤发电领域“全燃准东煤锅炉”的技术攻关需求，希望能从锅炉设计的角度使600-1000MW等级机组全燃准东煤发电成为可能。
目前，解决上述问题的主要方法包括对锅炉等设备及运行策略进行合理设计，掺烧优质低碱煤或添加剂等。目前，哈尔滨锅炉厂已在锅炉设备的角度有了一定的技术积累，但暂时仅见应用于小容量机组的公开报道；同时，掺烧其它优质煤需要当地电厂从其他地方购买优质燃煤，这样既增加了发电企业的燃料成本，又对准东煤田的开发和电源基地的建设带来了非常大的困难，使准东煤的优势难以得到充分的利用；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，虽然可以减轻沾污，但这种方法用到的添加剂为固体，有效率低、灰量显著增加等缺点，因此也不易大规模推广应用，且这种控制方法只能减缓沾污，无法从根本上解决问题。
事实上，在电厂热力系统中引入洗煤装置，将原煤中的碱金属盐脱除、干燥再送入锅炉燃烧，也是一种可行的技术路线。2015年国家能源局、环境保护部、工业和信息化部联合下发的《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》提出了提高煤炭产品质量和利用标准的要求，并提出2020年原煤入选率达到80%以上的目标。事实上，国内高品质煤的洗选比例已有提高，但动力煤的洗选率依然较低，整体上远远达不到这一目标。从这一角度出发，在电厂中引入洗煤装置符合国家政策与能源环境局势。此外，与上文所述技术路线相比，该技术路线不需要在材料技术、锅炉设计方面有重大突破即可实现在超超临界机组上的应用。
目前，该技术路线存在如下实际问题：
1．高水耗。近年来有关准东煤碱金属赋存形式的研究成果表明，常温水洗准东煤即可使其碱金属含量有效降低，达到优于普通褐煤的水平，实现全燃。然而耗水量也比较高。有研究表明，欲达到最佳脱碱效果，水煤比（质量）应达到5:1左右。不仅如此，大量的洗煤废液可能造成严重的水体污染，在缺水地区将面临巨大的经济压力和环境压力。需要注意的是，准东煤是一种含水量非常高的褐煤，收到基全水分可达25%以上。如果能实现准东煤含水的充分采集，结合脱碱废液的水分回收，可以大幅补偿准东煤的脱碱水耗。
2．高能耗。为了解决上述高水耗问题，有必要增设废水净化回收装置，其中常用的手段是蒸馏。由于废水量巨大，需要消耗大量的热能。同时，洗过的脱碱煤也需要经过干燥才能入炉燃烧，亦需要消耗大量热能。
与常规蒸馏与干燥过程不同，电站具有多种能级的热源用于蒸馏、干燥过程的供能，可以有效避免高品位热能的贬值利用；同时由于电站的特殊性，由电站抽汽、烟气供热或供电、供机械能的成本比单独生产供能低得多。因此电站与洗煤过程的热力耦合具备高度的可行性。然而，利用电站热力系统中的高品位热源终究会影响机组的输出能力，因此仍需探索更具备节能潜力的优化思路。
而随着自回热理论和蒸汽压缩技术的逐步发展，将自回热理论引入“电站-洗煤”联合过程具有更大的节能意义。自回热理论的应用大幅调动了低品位蒸汽的潜热，在仅消耗少量高品位能源（厂用电、机械能）的情况下，大幅降低了蒸馏、干燥过程的中、高品位抽汽、烟气的需求。本发明提出了一种基于自回热系统的全燃准东煤发电一体化系统，实现了低水耗、低能耗的洗煤，实现了可适应超超临界机组需求的准东煤全燃发电。
技术实现要素：
本发明针对准东煤高水、高碱形成的恶劣燃烧性能和传统准东煤脱碱系统高水耗、高能耗的问题，提出了一种基于自回热理论优化的全燃准东煤的洗煤、干燥、发电一体化系统，可有效改善燃准东煤发电机组出现的严重炉内结焦与受热面沾污问题，并实现超高参数燃煤电站热力系统与准东煤预处理装置间物理能与化学能的深度合理匹配。通过在传统脱碱系统中引入蒸汽升压装置，调动大量低品位蒸汽的潜热资源，可在实现准东煤全燃的前提下，大幅改善脱碱系统、干燥系统的能耗、水耗情况。同时提高准东煤的低位发热量，大幅提高了电站的燃料能级，有助于电站安全性与综合效率的提升。
为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
基于自回热理论的高效全燃准东煤发电系统，包括准东煤碱金属盐脱除子系统（Ⅰ）、废液提质回收子系统（Ⅱ）、燃前预干燥子系统（Ⅲ）、低品位蒸汽回收提质子系统（Ⅳ）和发电与站内供能子系统（V）五个主要部分。其特征在于，准东煤进入碱金属盐脱除子系统（Ⅰ）后，先后经过碎煤机、洗煤装置进行脱碱处理，处理后的固液混合物进入煤液分离装置，分离后的湿脱碱煤进入燃前预干燥子系统（Ⅲ）进行干燥处理，随后干燥的低碱煤进入锅炉燃烧；煤液分离装置分离出的废液进入废液提质回收子系统（Ⅱ），通过废液蒸馏装置以低压蒸汽的形式回收净水，在冷凝前先经过压缩机升温增压，随后在蒸馏装置的加热管中冷凝并回到洗煤装置，由于升压后蒸汽冷凝点提高后与蒸馏装置中的工质产生温差，故可与锅炉排烟共同作为蒸馏装置的加热热源；脱碱煤干燥器也以压缩机提供的升压蒸汽作为热源，凝结成的凝结水回到洗煤装置再利用，湿煤中的水分蒸发出来，经分离器后与蒸馏装置出口蒸汽混合后回到压缩机入口。
所述的准东煤碱金属盐脱除子系统（Ⅰ），洗煤过程的水源包括蒸馏装置回收的净水、脱碱煤干燥器出口废汽中分离出的凝结水和补充水三部分。
所述的废液提质回收子系统（Ⅱ），热源包括锅炉低温排烟和压缩机提供的升压蒸汽两部分，这部分蒸汽凝结后流向洗煤装置重新利用；由于压缩机的作用，蒸馏装置中可形成有限的负压；底部的浓缩废液定期流向回收装置，以待进一步处理或利用。
所述的燃前预干燥子系统（Ⅲ）由脱碱煤干燥器分离器两部分构成；加热热源为压缩机提供的升压蒸汽；湿煤中的水分蒸发出来后经过分离器回到压缩机进一步利用。
所述的低品位蒸汽回收提质子系统（Ⅳ）由压缩机、备用电动机、变速器和附属管道构成；汽源包括来自废液提质回收子系统（Ⅱ）和燃前预干燥子系统（Ⅲ）的两部分蒸汽，升压后分别回到各自系统加以利用并分别进行收集；压缩机由发电与站内供能子系统（V）输出能量驱动，驱动能为机械能时，可能需要通过变速器进行调节；备用电动机由厂用电驱动，以应对小汽轮机出力不足的状况。在容量允许的前提下，以小汽机供能可以降低直接由电动机供能带来的中间环节损失；同时，以汽轮机中压缸排汽供能，是一种低成本的供能方式。
所述的发电与站内供能子系统（V）可由常规超超临界燃煤机组改造而成；锅炉的低温排烟将引入废液提质回收子系统（Ⅱ）以提高蒸汽发生效率；在出力允许的情况下，可通过给水泵驱动汽轮机为压缩机供能；若给水泵驱动汽轮机出力不足，亦可考虑厂用电带备用电动机为压缩机提供机械功。
本发明具有以下优点及有益效果：
1．通过水洗准东煤，其灰分含量可降低至普通褐煤灰分含量以下，从而可实现准东煤的全燃发电；
2．基于自回热理论的系统设计，可有效降低脱碱、干燥、水回收系统的能耗，有助于提高全厂热经济性；
3．实现了煤脱碱、煤干燥、煤发电三个过程的相互耦合与能量梯级利用，炉内安全性得到有效保证，燃料热值显著提高，可有力提高电站的运行经济性。
附图说明
图1为一种基于自回热理论的高效全燃准东煤发电系统示意图。
图中：1-碎煤机，2-洗煤装置，3-煤液分离装置，4-废液蒸馏装置，5-浓缩废液回收装置，6-压缩机，7-备用电动机，8-变速器，9-脱碱煤干燥器，10-厂用电输入，11-分离器，12-锅炉，13-汽轮机，14-发电机，15-凝汽器，16-给水泵驱动汽轮机，17-给水泵，18-补充水阀。
具体实施方式
本实用新型提出了一种基于自回热理论的高效全燃准东煤发电系统，下面结合附图和实例予以说明。
如图1所示的基于自回热理论的高效全燃准东煤发电系统，包括准东煤碱金属盐脱除子系统（Ⅰ）、废液提质回收子系统（Ⅱ）、燃前预干燥子系统（Ⅲ）、低品位蒸汽回收提质子系统（Ⅳ）和发电与站内供能子系统（V）五个主要部分。其特征在于，准东煤进入碱金属盐脱除子系统（Ⅰ）后，先后经过碎煤机1、洗煤装置2进行脱碱处理，处理后的固液混合物进入煤液分离装置3，分离后的湿脱碱煤进入燃前预干燥子系统（Ⅲ）进行干燥处理，随后干燥的低碱煤进入锅炉燃烧；煤液分离装置3分离出的废液进入废液提质回收子系统（Ⅱ），通过废液蒸馏装置4以低压蒸汽的形式回收净水，在冷凝前先经过压缩机6升温增压，随后在废液蒸馏装置4的加热管中冷凝并回到洗煤装置，由于升压后蒸汽冷凝点提高后与废液蒸馏装置4中的工质产生温差，故可与锅炉排烟共同作为废液蒸馏装置4的加热热源；脱碱煤干燥器9也以压缩机6提供的升压蒸汽作为热源，凝结成的凝结水回到洗煤装置2再利用，湿煤中的水分蒸发出来，经分离器11后与废液蒸馏装置4出口蒸汽混合后回到压缩机6入口。
所述的准东煤碱金属盐脱除子系统（Ⅰ），洗煤过程的水源包括蒸馏装置4回收的净水、脱碱煤干燥器9出口废汽中分离出的凝结水和补充水18三部分。
所述的废液提质回收子系统（Ⅱ），热源包括锅炉低温排烟和压缩机6提供的升压蒸汽两部分，这部分蒸汽凝结后流向洗煤装置2重新利用；由于压缩机的作用，废液蒸馏装置4中可形成有限的负压；底部的浓缩废液定期流向回收装置5，以待进一步处理或利用。
所述的燃前预干燥子系统（Ⅲ）由脱碱煤干燥器9、煤分离器11、分离器11两部分构成；加热热源为压缩机6提供的升压蒸汽；湿煤中的水分蒸发出来后经过分离器11回到压缩机6进一步利用。
所述的低品位蒸汽回收提质子系统（Ⅳ）由压缩机6、备用电动机7、变速器8和附属管道构成；汽源包括来自废液提质回收子系统（Ⅱ）和燃前预干燥子系统（Ⅲ）的两部分蒸汽，升压后分别回到各自系统加以利用并分别进行收集；压缩机6由发电与站内供能子系统（V）输出能量驱动，驱动能为机械能时，可能需要通过变速器8进行调节；备用电动机7由厂用电10驱动，以应对小汽轮机16出力不足的状况。
所述的发电与站内供能子系统（V）可由常规超超临界燃煤机组改造而成；锅炉的低温排烟将引入废液提质回收子系统（Ⅱ）以提高蒸汽发生效率；在出力允许的情况下，可通过给水泵驱动汽轮机16为压缩机6供能；若给水泵驱动汽轮机16出力不足，亦可考虑厂用电带备用电动机7为压缩机6提供机械功。
本发明具有以下优点及有益效果：
1．通过水洗准东煤，其灰分含量可降低至普通褐煤灰分含量以下，从而可实现准东煤的全燃发电；
2．基于自回热理论的系统设计，可有效降低脱碱、干燥、水回收系统的能耗，有助于提高全厂热经济性；
3．实现了煤脱碱、煤干燥、煤发电三个过程的能量梯级利用，炉内安全性得到有效保证，燃料热值显著提高，可有力提高电站的运行经济性。