一种高效回收水分的准东煤脱碱系统的制作方法

本实用新型属于低阶煤提质技术领域，特别涉及准东煤燃前预处理技术，具体涉及一种高效回收水分的准东煤脱碱系统。

背景技术：

准东煤田是中国乃至世界上最大的整装煤田，预测煤炭储量可达 3.9×10¹¹吨。同时，准东煤开采成本低，煤反应性好，容易燃尽。在可预测的未来，准东煤将成为中国最重要的动力煤之一。然而，准东煤碱金属盐含量偏高，可造成炉膛的严重积灰、结焦。同时，准东煤也是一种水分偏高的褐煤，直接燃用将使锅炉排烟温度升高,从而降低锅炉效率。

目前，解决上述问题的主要方法有对锅炉等设备进行合理设计与运行、掺烧优质低碱煤和添加剂等。但是由于对准东煤燃烧研究不足，相应的锅炉等设备设计并未取得重大突破。掺烧其它优质煤就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发电成本，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，存在效率低、大幅增加灰量等缺点，因此也未得到大规模应用。但这种控制方法只能减缓沾污，无法从根本上解决问题。

准东煤入炉前预处理是另一种解决该问题的思路。此类方法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。然而脱碱系统需要大量的水，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。同时，大量的洗煤废液也可能造成严重的水体污染。因此该方案在缺水地区将面临巨大的经济压力和环境压力。

然而需要注意的是，准东煤是一种高含水量的褐煤，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，结合脱碱用水的回收，则可以大幅补偿准东煤的脱碱水耗。同时，准东煤含水量的降低有助于提高其净热值，可提高锅炉的有效吸热量。结合脱碱带来的受热面良好传热状态可以保证锅炉较高的传热效率。从这几方面出发进行系统设计，有望同时解决准东煤燃烧过程炉内结焦、受热面沾污问题和预处理过程高水耗问题。

技术实现要素：

本实用新型针对燃煤电站准东煤碱含量和水含量高的特点,提出了一种高效回收水分的准东煤脱碱系统，通过在脱碱系统中引入高效的水分采集系统和完善的水分处理装置，实现了洗煤水的循环利用和水耗损的实时补偿。既解决了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，又有效改善了准东煤脱碱过程中的水耗情况，同时提高了准东煤的低位发热量，提高了锅炉内有效吸热量，有助于电站综合效率的提升。

为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种高效回收水分的准东煤脱碱系统，该系统包括准东煤燃前预处理子系统、干燥过程供能与水分回收子系统、废液提质与分级利用子系统、高品质水集中再分配子系统四个主要部分。其特征在于，准东煤进入燃前预处理子系统后，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干燥室进行干燥处理，热源为干燥过程供能与水分回收子系统输出的干燥的热风，蒸发出的水蒸气在热风的携带下再次进入该子系统中被凝结后收集，随后输入洗煤装置进行再利用；煤液分离装置分离出的废液进入废液提质与分级利用子系统，通过废液分级蒸馏装置进行液态水回收，以发电机组汽轮机抽汽作为其加热热源；其中，蒸馏出的高品质净化水流入高品质水贮存水箱备用，蒸馏出的低品质净化水送回洗煤装置循环利用，下层通过蒸馏作用得到的高浓度废液进入浓缩废液回收装置进行回收利用。提质后的干燥低碱煤进入锅炉燃烧。

所述的准东煤燃前预处理子系统中，洗煤过程的水源包括蒸馏装置得到的低品质净化水、除湿蒸发器收集的干燥风回收水和常规品质补充水三个部分。在高度缺水的情况下可以用高品质水贮存水箱中的高品质净化水通过应急补水阀替代部分常规品质补充水。在无需开启应急补水阀时，水箱中的高品质净化水可用作锅炉补水等水质要求较高的过程的水源，而这一部分高净水的来源可以视为洗煤装置投入的常规品质补充水，成本远低于高品质补充水。从而降低了高品质补充水的需求量，可以缩减电站的用水成本。

所述的干燥过程供能与水分回收子系统，由制冷循环和除湿循环组成。其中，制冷循环的制冷剂在除湿蒸发器中蒸发形成局部低温，从而高效收集脱碱煤干燥室出口湿热风中的水分；此时制冷剂变为气态，再顺序经过压缩机、制冷剂冷凝器和膨胀阀后回到除湿蒸发器进行循环利用。除湿循环中，脱碱煤干燥室出口的湿热风在除湿蒸发器中除湿、放热，过程中被捕集的凝结水输入洗煤装置进行再利用，余下的干空气在制冷剂冷凝器中吸热升温，随后经过干燥风机进入脱碱煤干燥室作为煤干燥过程的热源；在此过程中，当干燥风的温度难以满足干燥需求时，可以通过调节控制阀组，投入辅助电加热器以进一步提高热风温度。该子系统通过引入制冷循环，降低了除湿装置的冷源温度，可以大幅提高水的回收效率。

所述的废液提质与分级利用子系统由废液蒸馏装置和浓缩废液回收装置构成；其中，废液蒸馏装置以汽轮机抽汽为加热热源，废液来源为煤液分离装置中分离出的洗煤废液；废液蒸馏装置分级布置，上层蒸馏出的高品质净化水送入高品质水贮存水箱，由高品质水集中再分配子系统进一步分配，替代一部分高品质补充水；中间层蒸馏出的低净水直接送回洗煤装置进行循环利用；下层通过蒸馏作用得到的高浓度废液进入浓缩废液回收装置，经处理后可作为化工原料进行回收利用。

所述的高品质水集中再分配子系统由高品质水贮存水箱、洗煤装置应急补水阀和高品质水输出阀组成；其中，废液提质与分级利用子系统输出的高品质净化水送入水箱，可替代部分高品质补充水，通过高品质水输出阀输送至发电机组需要高品质水的位置，从而减少高品质补充水的实际输入量。高品质净化水量与进入洗煤装置的常规品质补充水流量相近，即形成了以常规品质补充水置换高品质补充水的效果，可以降低电站采购高品质补充水的成本。

在实际运行中，如果遇到系统外界高度缺水的特殊情况，可以考虑开启洗煤装置应急补水阀，利用水箱中的高品质水裕量维持洗煤装置短期的稳定运行。由于本系统的水分回收体系相对封闭，系统内水分的实际损耗相对有限，且有从准东煤中提取出的水分作为补充，足以应对短期的突发情况，可为发电机组的进一步调整争取时间。

本实用新型具有以下优点及有益效果：

1．通过对准东煤的脱碱及干燥，可有效改善锅炉的炉内结焦和受热面沾污问题，可有效提高准东煤的低位发热量，对锅炉的综合能量利用效率有着大幅的改善；

2. 针对洗煤、干燥过程中的多个环节进行水分回收，有效降低了水分损耗，可大幅降低洗煤装置的补充水需求；

3. 与传统应用了脱碱过程的发电机组相比，本方案增加了常规品质补充水的输入量，同比减少了高品质补充水的输入量。从而有效降低了电站的用水成本。

附图说明

图1为一种高效回收水分的准东煤脱碱系统示意图。

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-高品质水贮存水箱，7-洗煤装置应急补水阀，8-高品质水输出阀，9-脱碱煤干燥室，10-除湿蒸发器，11-制冷剂冷凝器，12-辅助电加热器，13-风机，14-压缩机，15-膨胀阀，16-辅助电加热器控制阀组，17-常规品质补充水控制阀。

具体实施方式

本实用新型提出了一种高效回收水分的准东煤脱碱系统，下面结合附图和实例予以说明。

如图1所示的一种高效回收水分的准东煤脱碱系统，该系统包括准东煤燃前预处理子系统（Ⅰ）、干燥过程供能与水分回收子系统（Ⅱ）、废液提质与分级利用子系统（Ⅲ）、高品质水集中再分配子系统（Ⅳ）四个主要部分。其特征在于，准东煤进入燃前预处理子系统（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干燥室9进行干燥处理，其热源是干燥过程供能与水分回收子系统（Ⅱ）输出的干燥的热风，蒸发出的水蒸气在热风的携带下再次进入该子系统中被凝结后收集，随后输入洗煤装置2进行再利用；煤液分离装置3分离出的废液进入废液提质与分级利用子系统（Ⅲ），通过废液分级蒸馏装置4进行液态水回收，以发电机组汽轮机抽汽作为加热热源；其中，蒸馏出的高品质净化水流入高品质水贮存水箱6备用，蒸馏出的低品质净化水送回洗煤装置2循环利用，下层通过蒸馏作用得到的高浓度废液进入浓缩废液回收装置5进行回收利用。提质后的干燥低碱煤进入锅炉燃烧。

所述的准东煤燃前预处理子系统（Ⅰ）中，洗煤过程的水源包括蒸馏装置4得到的低品质净化水、除湿蒸发器10收集的干燥风回收水和常规品质补充水17三个部分。在高度缺水的特殊情况下可以用高品质水贮存水箱6中的高品质净化水通过应急补水阀7替代部分常规品质补充水17。在无需开启应急补水阀7时，水箱6中的高品质净化水可用作锅炉补水等水质要求较高的过程的水源，而这一部分高净水的来源可以视为洗煤装置2投入的常规品质补充水17，成本远低于高品质补充水。从而降低了高品质补充水的需求量，可以缩减电站的用水成本。

所述的干燥过程供能与水分回收子系统（Ⅱ），由制冷循环和除湿循环组成。其中，制冷循环的制冷剂在除湿蒸发器10中蒸发形成局部低温，从而高效收集脱碱煤干燥室9出口湿热风中的水分；此时制冷剂变为气态，再顺序经过压缩机14、制冷剂冷凝器11和膨胀阀15后回到除湿蒸发器10进行循环利用。除湿循环中，脱碱煤干燥室9出口的湿热风在除湿蒸发器10中除湿、放热，过程中被捕集的凝结水输入洗煤装置2进行再利用，余下的干空气经制冷剂冷凝器11中吸热升温，随后经过干燥风机13进入脱碱煤干燥室19作为煤干燥过程的热源；在此过程中，当干燥风的温度不能满足干燥需求时，可以通过调节控制阀组16，投入辅助电加热器以进一步提高热风温度。该子系统通过引入制冷循环，降低了除湿装置的冷源温度，可以大幅提高水的回收效率。

所述的废液提质与分级利用子系统（Ⅲ）由废液蒸馏装置4和浓缩废液回收装置5构成；其中，废液蒸馏装置4以汽轮机抽汽为加热热源，废液来源为煤液分离装置3中分离出的洗煤废液；废液蒸馏装置5分级布置，上层蒸馏出的高品质净化水送入高品质水贮存水箱6，由高品质水集中再分配子系统（Ⅳ）进一步分配；中间层蒸馏出的低净水直接送回洗煤装置2循环利用；下层通过蒸馏作用得到的高浓度废液进入浓缩废液回收装置5，经处理后可作为化工原料进行回收利用。

所述的高品质水集中再分配子系统（Ⅳ）由高品质水贮存水箱6、洗煤装置应急补水阀7和高品质水输出阀8组成；其中，废液提质与分级利用子系统（Ⅲ）输出的高品质净化水送入水箱，可替代部分高品质补充水，通过高品质水输出阀输送至发电机组需要高品质水的位置，从而减少高品质补充水的实际输入量。高品质净化水的来源可以视为洗煤装置2投入的常规品质补充水17，即形成了以常规品质补充水置换高品质补充水的效果，可以降低电站采购高品质补充水的成本。

在实际运行中，如果遇到系统外界高度缺水的特殊情况，可以考虑开启洗煤装置应急补水阀7，利用水箱6中的高品质水裕量维持洗煤装置短期的稳定运行。由于本系统的水分回收体系相对封闭，系统内水分的实际损耗相对有限，且有从准东煤中提取出的水分作为补充，足以应对短期的突发情况，可为发电机组的进一步调整争取时间。