[发明专利]一种氧气/二氧化碳燃烧中高钠高钙煤的预处理提质系统及方法

说明书

本发明一种氧气/二氧化碳燃烧中高钠高钙煤的预处理提质系统及方法，该系统包括氧气/二氧化碳燃烧发电系统等。通过烟气与低温氮气、低温氧气的换热实现冷能的利用，通过将收集的部分CO₂通入碳酸/煤粉酸处理反应室制造酸性环境以除去钠、钙元素。该方法能收集并利用空气分离过程所得到的冷能，实现冷‑热能量的梯级利用，并充分利用氧气/二氧化碳燃烧中所产生的CO₂。通过控制碳酸/煤粉酸处理反应室内的温度和压力，对高钠高钙煤中的钠元素以及难以通过传统水洗方法脱除的钙元素都可以进行较为高效的脱除，实现了高钠高钙煤粉的脱钠脱钙以及干燥处理。本发明可有效缓解高钠高钙煤在氧气/二氧化碳燃烧的过程中极易出现的积灰结渣等换热面沾污问题。

技术领域：

本发明属于燃煤火力发电系统领域，具体涉及一种氧气/二氧化碳燃烧中高钠高钙煤的预处理提质系统及方法。

背景技术：

随着我国工业水平的持续快速发展，电力需求与日俱增，我国能源短缺问题愈发严重。并且在目前以及可预期的未来，我国的能源结构将长期以煤炭为主。在新疆的准格尔东部地区已发现的煤田预测蕴藏着3900亿吨煤炭资源，能够一定程度上缓解我国煤炭资源短缺的问题。准东煤田是我国乃至全世界迄今为止发现的最大整装煤田。以目前我国煤炭年消耗量计算，准东煤田已探明的煤炭储量预测可供全国使用100年左右。

准东煤具有低灰、低硫、燃烧稳定性强等优点。但是，准东煤田为海洋性沉积型煤田，煤的原生矿物中含有大量钠、钙元素，其含量远高于现有已知动力用煤中相应元素的含量。煤中存在的钠元素直接关系到煤的灰污性质，而钙元素对灰渣的矿物组成和活性有很大的影响。电厂燃用准东煤的过程中，存在着结渣、积灰和腐蚀等问题，尤其是高温过热器和低温再热器区域形成的大面积强粘结性积灰，阻碍受热面的充分换热，严重影响了锅炉的安全正常运行。本发明以准东煤为高钠高钙煤的典例进行讨论。

目前对准东煤的利用主要采用掺烧沾污性弱的煤种这一方法，但这种控制方法只能减缓沾污，无法从根本上解决问题，严重阻碍了准东煤大规模燃用。究其原因，这与准东煤煤灰中高钠高钙含量(其含量大约是常规煤种的数倍至数十倍)密切相关。燃用准东煤过程中，钠会挥发进入气相，烟气中的钠蒸气很容易冷凝在热交换器表面形成冷凝液膜，呈黏稠熔融状，捕集固体颗粒，加速粘结灰的形成，严重影响设备的安全经济运行。

准东煤中钠主要以水溶钠形式存在，水洗可以有效的脱除准东煤中钠元素，改善其积灰结渣特性。但是，水洗的方法难以有效除去准东煤中所含的钙元素，而燃烧产生的氧化钙也是影响积灰结渣的重要因素，所以，必须寻求其他的方法来去除煤粉中的钙元素。

发明内容：

本发明的目的是针对准东煤煤质特性与燃用过程中产生的一系列积灰结渣等换热面沾污问题，提供了一种氧气/二氧化碳燃烧中高钠高钙煤的预处理提质系统及方法。该系统及方法实现了冷、热能量的充分利用，对高钠高钙煤进行酸处理及干燥，并充分利用了氧气/二氧化碳燃烧中的CO₂，对高钠高钙煤中的钠元素以及难以用水洗方法除去的钙元素进行了较为高效的脱除，实现了煤粉的脱钠脱钙以及干燥，弥补了水洗方法中无法除去钙元素的不足，从而达到减少换热面积沾污的目的。这对氧气/二氧化碳燃烧中煤粉的提质以及锅炉的安全运行都具有重要意义。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种氧气/二氧化碳燃烧中高钠高钙煤的预处理提质系统，包括第一级气-气换热器、第二级气-气换热器、气-液换热器、CO₂压缩液化装置、空气分离器以及煤粉酸处理系统，煤粉酸处理系统包括给煤风机、碳酸/煤粉酸处理反应室、固液分离器、废水净化装置、水泵和风机；其中，

工作时，锅炉的过热器出口连接汽轮机主蒸汽入口，汽轮机驱动发电机发电，汽轮机排汽口连接凝汽器蒸汽入口，从汽轮机抽取高温蒸汽，用来干燥由固液分离器分离出来的湿脱钠脱钙煤；空气分离器出口分别连接第一级气-气换热器和第二级气-气换热器；