本實(shí)用新型涉及一種爐窯及其集成裝置，尤其是涉及一體式高鈉煤加熱脫除裝置在IGCC電站工藝系統(tǒng)中的集成方法。

背景技術(shù)：

高鈉煤是指煤中堿金屬化合物成分較高的一類特殊煤炭。我國高鈉煤預(yù)測儲(chǔ)量高大3900億噸，主要集中在新疆準(zhǔn)東煤田。準(zhǔn)東煤屬于低灰分、高熱值、低變質(zhì)程度的優(yōu)質(zhì)煤炭，作為發(fā)電或化工的原料具有低污染、低排放的特點(diǎn)，可有效節(jié)約燃燒轉(zhuǎn)化后廢物的處理費(fèi)用，為燃煤電站和煤化工奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，高鈉煤在燃燒及轉(zhuǎn)化利用時(shí)，會(huì)對系統(tǒng)內(nèi)的受熱面如省煤器、煙氣冷卻器、空預(yù)器等造成嚴(yán)重的沾污和堿性腐蝕，并且造成排渣困難。高鈉煤強(qiáng)結(jié)焦與強(qiáng)沾污性這一難以克服的難題，成為制約電站鍋爐、氣化爐等裝置長期運(yùn)行的關(guān)鍵。

對于如何防止結(jié)渣和沾污，一方面有學(xué)者從其結(jié)渣和沾污的機(jī)理方面開展了大量的研究，多集中于提出結(jié)渣判定指數(shù)這一判定值，然而在實(shí)際應(yīng)用中有著很大的局限性，不能從根本上解決沾污對鍋爐的危害問題。另一方面，有研究人員開展通過調(diào)節(jié)鍋爐燃燒來緩解結(jié)渣的問題，這在實(shí)際中并不便于操作也未得到推廣。當(dāng)然，摻燒是目前來看高鈉煤在鍋爐中的燃燒唯一可行的方法，但這種僅僅利用20～30％的高鈉煤與長途運(yùn)輸后的其他煤中純混的方法處理量非常有限，對于如準(zhǔn)東地區(qū)儲(chǔ)存巨大的高鈉煤而言無疑是杯水車薪。此外，在高鈉煤中摻混一定數(shù)量的硅或三氧化二鋁，可以調(diào)節(jié)煤的灰熔點(diǎn)減少沾污，這種方法雖然能一定程度的改善鍋爐的沾污和結(jié)渣問題，但也增加了鍋爐受熱面的磨損，減少鍋爐使用壽命。這種摻混方式不僅降低了燃煤的發(fā)熱值，而且增加了電廠的運(yùn)行成本。

綜上的處理方式都聚焦在高鈉煤燃燒或轉(zhuǎn)化過程中進(jìn)行，相比而言，在高鈉煤進(jìn)入鍋爐或者氣化爐等裝置燃燒或反應(yīng)前實(shí)現(xiàn)鈉的脫除，反而是一種釜底抽薪式的解決方法。燃燒或反應(yīng)前脫鈉原理較為簡單，即通過高溫水洗即可溶解掉煤粉中含有的大部分鈉，如準(zhǔn)東煤的鈉含量(以灰計(jì))在3.5～12％，通過中溫水洗處理后，含鈉量的降低到2％以下，通過調(diào)節(jié)溫度及壓力促進(jìn)鈉的溶解以及通過攪拌作用促進(jìn)液體對煤粉的沖刷可進(jìn)一步降低煤中鈉的含量。許多研究及專利提出利用鍋爐排放的高溫?zé)煔饣蛘咂啓C(jī)系統(tǒng)中的高溫高壓蒸汽來加熱水煤漿，這種方法從某種程度上增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且，高溫?zé)煹兰案邷馗邏赫羝苈返母脑旒芭c脫鈉過程的過度集成增加了系統(tǒng)運(yùn)行的不可靠性，破壞了原系統(tǒng)的獨(dú)立性，在發(fā)生局部設(shè)備或系統(tǒng)故障時(shí)容易造成整個(gè)系統(tǒng)停車，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

綜上所述研究均主要針對高鈉煤在鍋爐中的燃燒，不少學(xué)者同樣將此難題拓展到氣化爐中加以解決，研究發(fā)現(xiàn)，鈉的存在一定程度上促進(jìn)煤的氣化，但同樣因其燃燒過程中的結(jié)渣和沾污問題使得高鈉煤難以在氣化爐中大規(guī)模應(yīng)用。若采用目前燃燒或氣化前脫鈉技術(shù)，同樣存在加熱脫鈉過程與煤氣化工藝系統(tǒng)過度集成，影響了系統(tǒng)運(yùn)行的獨(dú)立和可靠性。這些決定了高鈉煤的大規(guī)模應(yīng)用亟需一種獨(dú)立有效的脫鈉裝置和簡單可靠的集成方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對如上問題，本實(shí)用新型選取以煤氣化為核心的IGCC電站系統(tǒng)，提出了一體式高鈉煤加熱脫除裝置與IGCC電站工藝系統(tǒng)的集成方法。通過一體式高鈉煤加熱脫除裝置的實(shí)用新型，實(shí)現(xiàn)高鈉煤脫除過程的獨(dú)立性，通過結(jié)合高鈉煤加熱脫除裝置的物料進(jìn)出口的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其與IGCC系統(tǒng)簡單可靠的集成。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種高鈉煤加熱脫除爐與燃煤電站集成裝置，包括高鈉煤加熱脫除爐系統(tǒng)和IGCC電站系統(tǒng)，所述高鈉煤加熱脫除爐系統(tǒng)包括高鈉煤加熱脫除爐、液固分離器、水煤漿制備單元、堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)、煤粉干燥裝置、煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置，所述高鈉煤加熱脫除爐上端連接水煤漿制備單元，下部連接液固分離器，所述液固分離器一端連接煤粉干燥裝置，另一端連接堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)，所述煤粉干燥裝置連接煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置，所述煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置連接堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)，所述堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)連接水煤漿制備單元；

所述IGCC電站系統(tǒng)包括氣化島、燃汽輪機(jī)和余熱鍋爐及其底循環(huán)，所述氣化島出口合成氣進(jìn)入燃汽輪機(jī)，所述燃汽輪機(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)蒸汽在底循環(huán)中利用發(fā)電；

所述燃煤干燥裝置連接氣化島；

所述氣化島合成氣出口設(shè)置支路，所述支路連接高鈉煤加熱脫除爐。

作為優(yōu)選，所述高鈉煤加熱脫除爐包括外層，所述外層是水冷壁，所述水冷壁的入口和出口分別連接余熱鍋爐系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，高鈉煤加熱脫除爐的排煙口連接煤粉干燥裝置。

作為優(yōu)選，所述氣化島中設(shè)置空氣分離裝置、氣化爐、合成氣余熱回收裝置、合成氣凈化除塵裝置，所述的余熱鍋爐系統(tǒng)包括過熱器、再熱器、省煤器、除氧器，所述底循環(huán)包括高中低壓汽輪機(jī)及凝汽器。

作為優(yōu)選，所述高鈉煤加熱脫除爐包括中心層、中間層，所述中心層是燃燒加熱室，所述中間層是水煤漿室，水煤漿室設(shè)置在中心燃燒加熱室的外周，所述水冷壁設(shè)置在水煤漿室的外周，所述燃燒室下部設(shè)置燃燒器，所述燃燒器連接外部燃料輸送管道，所述燃燒室上部設(shè)置煙氣排出口，水煤漿室上游連接制漿裝置，所述水煤漿室設(shè)置有補(bǔ)水口及蒸氣排空口，底部設(shè)置有水煤漿排出口；水冷壁層敷設(shè)在中間層水煤漿室外壁。

作為優(yōu)選，水煤漿室內(nèi)布置有攪拌器，攪拌器設(shè)置為多個(gè)，沿著高度方向，攪拌器的攪拌功率越來越小。

作為優(yōu)選，沿著高度方向，攪拌器的攪拌功率越來越小的幅度不斷的增加。

一種前面所述的集成裝置的集成方法，所述水煤漿制備單元生成的水煤漿進(jìn)入高鈉煤加熱脫除爐中進(jìn)入脫鈉操作，脫鈉后的水煤漿進(jìn)入液固分離器，在液固分離器中將水煤漿分離成濕煤和堿金屬溶液，所述濕煤進(jìn)入煤粉干燥裝置中進(jìn)行干燥，干燥后生成的煤粉進(jìn)入汽化島中，煤粉干燥裝置中的煙氣進(jìn)入煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置，在進(jìn)入煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置進(jìn)行噴淋冷卻和熱回收，噴淋冷卻后的廢水進(jìn)入堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)，堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)中處理后的水進(jìn)入水煤漿制備單元；

所述氣化島產(chǎn)生的合成氣一部分進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電，排氣進(jìn)入余熱鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)蒸汽在底循環(huán)中加以利用，另一部分作為燃料送往高鈉煤加熱脫除爐的燃燒器。

作為優(yōu)選，所述水冷壁入口的水通常來自凝汽器或除氧器后的水，吸熱后產(chǎn)生的熱水或蒸汽分別進(jìn)入除氧器或相應(yīng)參數(shù)的余熱鍋爐汽水管路中。

作為優(yōu)選，水冷壁入口管路設(shè)置有調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)水煤漿室溫度調(diào)節(jié)水流量；還包括控制器，所述控制器與調(diào)節(jié)閥進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，如果測量的水煤漿室溫度上升到的一定溫度，則控制器自動(dòng)增加調(diào)節(jié)閥的開度，增加進(jìn)入水冷壁的水的流量，如果測量的水煤漿室溫度下降到的一定溫度，則控制器自動(dòng)降低調(diào)節(jié)閥的開度，減少進(jìn)入水冷壁的水的流量；在控制器中設(shè)置一個(gè)控制函數(shù)，控制器根據(jù)控制函數(shù)自動(dòng)調(diào)整閥門的開度，所述控制函數(shù)K＝F(T),其中K是閥門開度，T是水煤漿室溫度，其中F(T)’>0,F”(T)>0,其中F(T)’、F”(T)是F(T)的一次導(dǎo)數(shù)和二次導(dǎo)數(shù)。

作為優(yōu)選，所述攪拌器從水煤漿室的外壁向水煤漿室內(nèi)延伸。

作為優(yōu)選，水冷壁入口管路設(shè)置有調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)水煤漿室溫度調(diào)節(jié)水流量。

作為優(yōu)選，還包括控制器以及溫度壓力傳感器，所述控制器通過采集水煤漿室溫度和壓力數(shù)據(jù)，與調(diào)節(jié)閥進(jìn)行指令傳遞，如果測量的水煤漿室溫度上升到的一定溫度，則控制器自動(dòng)增加調(diào)節(jié)閥的開度，增加和保持進(jìn)入水冷壁的水的流量，如果測量的水煤漿室溫度下降到的一定溫度，則控制器自動(dòng)降低調(diào)節(jié)閥的開度，減少和保持進(jìn)入水冷壁的水的流量。

作為優(yōu)選，控制函數(shù)如下：假設(shè)水煤漿室溫度為T，調(diào)節(jié)閥開度K的時(shí)候，表示滿足溫度條件，上述的調(diào)節(jié)閥開度K、水煤漿室溫度為T是基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，所述的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制器中，

當(dāng)水煤漿室溫度為t的時(shí)候，調(diào)節(jié)閥開度k變化如下：

k＝K*(t/T)^a,其中a為參數(shù)，1.05<a<1.12；其中t,T是絕對溫度值，優(yōu)選的，a＝1.08；0.91<t/T<1.12。

作為優(yōu)選，水煤漿室的加熱溫度為300～350℃，高溫下攪拌清洗5-30分鐘。

作為優(yōu)選，水煤漿在高溫高壓狀態(tài)下攪拌清洗后，關(guān)閉燃燒器，可通過蒸汽釋放和補(bǔ)水實(shí)現(xiàn)水煤漿室溫度和壓力的劇烈變化，溫度降至60-100℃，壓力降至常壓后，重啟燃燒器對水煤漿升溫升壓。

作為優(yōu)選，通過溫度、壓力的變化對高鈉煤粉實(shí)現(xiàn)反復(fù)多次的擠壓，促使高鈉煤空隙中的鈉加速遷移到水溶液中。

本實(shí)用新型所要解決問題的重點(diǎn)在充分利用一體式高鈉煤加熱脫除裝置進(jìn)出口豐富且裝置獨(dú)立的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)其與燃煤工藝系統(tǒng)中汽水循環(huán)系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)以及煙氣余熱利用的集成。即：

1)汽水系統(tǒng)集成

水冷壁的入口水來自于燃煤工藝系統(tǒng)中汽水循環(huán)系統(tǒng)的冷凝水或除氧水，水冷壁出口與熱力系統(tǒng)管道或蒸汽管道集成；一體式高鈉煤脫除裝置的補(bǔ)水與工藝系統(tǒng)中循環(huán)水集成；一體式高鈉煤脫除裝置經(jīng)液固分離后的含堿金屬溶液經(jīng)回收處理后的水與水煤漿制備單元集成。

2)煙氣余熱利用

燃燒加熱室排放的高溫?zé)煔馀c工藝系統(tǒng)中煤粉干燥裝置集成，具有一定溫度的煙氣進(jìn)一步降溫回收利用。

3)燃料集成

燃燒器燃料與工藝系統(tǒng)中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w或可燃廢氣集成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1)一體式高鈉煤加熱脫除爐采用煤氣化時(shí)產(chǎn)生合成氣作為能源載體加熱，降低了因抽高溫介質(zhì)帶來的系統(tǒng)復(fù)雜性。相比于傳統(tǒng)較為單一的汽水集成，燃料系統(tǒng)的集成不僅增加了集成可能，也為后續(xù)工藝系統(tǒng)中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w或廢氣提供了出口。

2)燃燒室的煙氣再利用不僅應(yīng)用了能量梯級利用的概念，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，而且煙氣用于煤粉干燥，又進(jìn)一步簡化了從工藝系統(tǒng)中抽取高溫介質(zhì)導(dǎo)致的過度集成。

3)一體式高鈉煤加熱脫除裝置雖然豐富了與工藝系統(tǒng)間的集成，但同時(shí)其作為獨(dú)立裝置的存在使得集成方法簡單可靠，是對復(fù)雜集成系統(tǒng)的解耦，避免對工藝系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改造，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

4)高堿金屬含量的原煤經(jīng)制漿后，在一定的溫度和壓力下，破壞了原煤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使得鈉發(fā)生了遷移和溶解，從而降低堿金屬含量。裝置結(jié)構(gòu)、工藝簡單。

5)過程中利用了簡易、廉價(jià)的潔凈水作為溶解劑，通過攪拌、高溫高壓以及溫壓波動(dòng)的的作用加強(qiáng)堿金屬的溶解和提高堿金屬的脫除率，不需要增加其他諸如弱酸等洗滌溶液，避免二次污染。

6)高鈉煤加熱脫除爐提出了一種新的智能控制方式和方法，提高了系統(tǒng)的智能化程度。

7)通過攪拌裝置的功率分布設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了高效快速的鈉脫除功能。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型集成裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型高鈉煤加熱脫除爐結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記如下：1-燃燒加熱室；2-水煤漿室；3-水冷壁環(huán)管；4-水煤漿入口；5-蒸汽釋放口；6-補(bǔ)水口；7-煙氣排出口；8-攪拌裝置；9-燃燒器；10-水煤漿出口

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

如圖1所示的一種一體式高鈉煤加熱脫爐與IGCC電站的集成系統(tǒng)，所述集成系統(tǒng)包括兩大系統(tǒng)，分別是高鈉煤加熱脫除爐系統(tǒng)和IGCC電站系統(tǒng)。

進(jìn)一步如圖1所示，所述高鈉煤加熱脫除爐系統(tǒng)包括高鈉煤加熱脫除爐、液固分離器、水煤漿制備單元、堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)、煤粉干燥裝置、煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置，所述高鈉煤加熱脫除爐上端連接水煤漿制備單元，下部連接液固分離器，所述液固分離器一端連接煤粉干燥裝置，另一端連接堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)，所述煤粉干燥裝置連接煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置，所述煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置連接堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)，所述堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)連接水煤漿制備單元；

所述IGCC電站系統(tǒng)包括氣化島、燃汽輪機(jī)和余熱鍋爐及其底循環(huán)，所述氣化島出口合成氣進(jìn)入燃汽輪機(jī)，所述燃汽輪機(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)蒸汽在底循環(huán)中利用發(fā)電；

所述燃煤干燥裝置連接氣化島；

所述氣化島合成氣出口設(shè)置支路，所述支路連接高鈉煤加熱脫除爐。

作為優(yōu)選，所述高鈉煤加熱脫除爐包括外層，所述外層是水冷壁，所述水冷壁的入口和出口分別連接余熱鍋爐系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，高鈉煤加熱脫除爐的排煙口連接煤粉干燥裝置。

作為優(yōu)選，所述氣化島中設(shè)置空氣分離裝置、氣化爐、合成氣余熱回收裝置、合成氣凈化除塵裝置，所述的余熱鍋爐系統(tǒng)包括過熱器、再熱器、省煤器、除氧器，所述底循環(huán)包括高中低壓汽輪機(jī)和凝汽器。

下面進(jìn)一步描述的集成裝置的所述的集成方法，所述水煤漿制備單元生成的水煤漿進(jìn)入高鈉煤加熱脫除爐中進(jìn)入脫鈉操作，脫鈉后的水煤漿進(jìn)入液固分離器，在液固分離器中將水煤漿分離成濕煤和堿金屬溶液，所述濕煤進(jìn)入煤粉干燥裝置中進(jìn)行干燥，干燥后生成的煤粉進(jìn)入汽化島中，煤粉干燥裝置中的煙氣進(jìn)入煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置，在進(jìn)入煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置進(jìn)行噴淋冷卻和熱回收，噴淋冷卻后的廢水進(jìn)入堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)，堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)中處理后的水進(jìn)入水煤漿制備單元；

所述氣化島產(chǎn)生的合成氣一部分進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)中，一部分進(jìn)入高鈉煤加熱脫除爐的燃燒器中，從燃?xì)廨啓C(jī)中排出的燃機(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，所述水冷壁入口的水通常來自凝汽器或除氧器后的水，吸熱后產(chǎn)生的熱水或蒸汽分別進(jìn)入除氧器或相應(yīng)參數(shù)的余熱鍋爐汽水管路中。

如上系統(tǒng)應(yīng)用的集成方式包括：

1)汽水系統(tǒng)集成。一體式高鈉煤加熱脫除裝置中水冷壁的入口水來自IGCC系統(tǒng)底循環(huán)中冷凝器或除氧器的出口，裝置水冷壁的出口水或蒸汽進(jìn)入底循環(huán)除氧器或蒸汽管路加以利用。

2)燃燒室煙氣再利用集成。本實(shí)施例中，一體式高鈉煤加熱脫除裝置燃燒室燃燒后的煙氣作為煤粉干燥裝置的熱量來源。

3)燃料集成。本實(shí)施例中，一體式高鈉煤加熱脫除裝置的燃料來自氣化島產(chǎn)的合成氣。

作為優(yōu)選，水煤漿制備單元包括磨煤機(jī)、混合罐以及攪拌裝置等。

粉碎后的高鈉煤經(jīng)磨煤機(jī)及制漿工藝后成為一定水煤比的漿液進(jìn)入一體式高鈉煤加熱脫除裝置的水煤漿室。開啟裝置中心燃燒加熱室加熱器，天然氣或其他燃料燃燒釋放熱量，加熱中間水煤漿室，水煤漿升溫升壓過程中調(diào)節(jié)外層水冷壁水流量，平衡加熱水煤漿的熱量以及燃燒室排煙的出口溫度，整個(gè)過程能量平衡方程為：

燃燒釋放的熱量Q＝加熱水煤漿的熱量Q1+水冷壁帶走的熱量Q2+排煙帶走的熱量Q3

在水煤漿室升溫升壓過程中，同步開啟攪拌裝置，加速水對煤粉的沖刷，提高煤中鈉的脫除效率。通過補(bǔ)水適當(dāng)調(diào)節(jié)水煤漿室內(nèi)部的壓力和溫度，綜合節(jié)能及脫鈉效率等因素，溫度宜控制在300～400℃。

經(jīng)加熱后的水煤漿在水煤漿室中靜止一段時(shí)間，在攪拌裝置的充分?jǐn)嚢柘录铀兮c的析出，脫鈉后的水煤漿排出至煤液分離器，分離后含有大量堿金屬鈉的液體流向溶液回收處理系統(tǒng)，處理后的合格水作為制漿水循環(huán)利用，處理后的堿金屬廢液可進(jìn)一步通過濃縮分離后，作為化工原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品。

經(jīng)煤液分離器分離后的煤粉仍含有一定量的水分，送至煤粉干燥裝置，與一體式高鈉煤加熱脫除裝置燃燒室燃燒后的高溫?zé)煔獬浞只旌辖佑|，在高溫?zé)煔獾淖饔孟?，快速蒸發(fā)煤中水分，得到優(yōu)質(zhì)的潔凈煤。干燥后的煙氣排出至煙氣噴淋冷卻及熱回收裝置，噴淋冷卻裝置不僅可以降低排煙的損失，也可以進(jìn)一步凝結(jié)回收煙氣因干燥煤粉所攜帶的堿金屬。煙氣經(jīng)冷卻后排出，噴淋后的水進(jìn)入溶液回收處理系統(tǒng)。

干燥后的煤粉含鈉量通常低于2％，在一體式高鈉煤加熱脫除裝置中，通過提高溫度以及加強(qiáng)攪拌可進(jìn)一步降低煤粉中鈉的含量。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是利用氣化后產(chǎn)生的中低熱值合成氣，其主要成分為H₂和CO，作為燃燒器的燃料，通過燃料的集成可形成封閉的IGCC自生循環(huán)系統(tǒng)，無需再依靠其他外部能源，有效降低購買天然氣以及輸送的成本。

這種集成方法為高鈉煤的應(yīng)用提供了新的思路，為儲(chǔ)量巨大的高鈉煤外銷提供了出口。

綜上所述，本實(shí)用新型應(yīng)用加熱高溫鈉脫除技術(shù)原理，將燃燒加熱室、水煤漿室以及水冷壁集成為一體式高鈉煤加熱脫除裝置，利用裝置獨(dú)立性的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)IGCC系統(tǒng)的集成，集成方法簡單，避免對原工藝系統(tǒng)大規(guī)模的改造，降低投資改造成本。

圖2進(jìn)一步公開了所述的高鈉煤加熱脫除爐，如圖2所示，所述高鈉煤加熱脫除爐，包括中心層、中間層和外層，所述中心層是燃燒加熱室1，所述中間層是水煤漿室2，所述外層是水冷壁3，水煤漿室2設(shè)置在燃燒加熱室1的外周，所述水冷壁3設(shè)置在水煤漿室2的外周，所述燃燒室1下部設(shè)置燃燒器9，所述燃燒器1連接外部燃料輸送管道，所述燃燒室1上部設(shè)置煙氣排出口7，水煤漿室2上游連接制漿裝置4，所述水煤漿室2設(shè)置有補(bǔ)水口6及蒸氣排空口5，底部設(shè)置有水煤漿排出口10；水冷壁層3敷設(shè)在水煤漿室2的外壁。

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種新式的煤脫鈉裝置，通過燃燒室燃燒加熱水煤漿室2，從而提高水煤漿室2的溫度，使水煤漿在水煤漿室中脫鈉后通過排出口10排出。

優(yōu)選的，燃燒加熱室1為一端裝有通常以天然氣為燃料的燃燒機(jī)，通過燃燒天然氣釋放熱量加熱水煤漿室2中的水煤漿。

優(yōu)選地，燃燒加熱室1宜采用用蓄熱體填充的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，一方面可以保證燃燒室溫度分布均勻，避免局部溫度過高，另一方面有利于在脫鈉后水煤漿排出時(shí)的間歇操作中將熱量盡可能的蓄留在裝置內(nèi)部，達(dá)到節(jié)能目的。

優(yōu)選地，燃燒器不局限于采用天然氣作為燃料，本實(shí)用新型在應(yīng)用于煤化工系統(tǒng)時(shí)，可采用煤化工過程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w作為燃料，實(shí)現(xiàn)與煤化工系統(tǒng)的集成，如煤氣化氣。

優(yōu)選地，燃燒室排煙仍具有一定的溫度，一方面可通過省煤器等換熱部件充分回收利用，另一方面也可作為水煤漿排出經(jīng)液固分離器分離后濕煤的干燥氣體加以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)外部補(bǔ)充能源(天然氣)的梯級利用。

水煤漿室為圍繞燃燒加熱室的環(huán)形筒狀結(jié)構(gòu)，其上端連接水煤漿制備單元，下端設(shè)置為脫鈉后水煤漿排出口，連接固液分離器。水煤漿經(jīng)水煤漿入口進(jìn)入本裝置水煤漿室，水煤漿室吸收燃燒加熱室釋放的大量熱量，使得水煤漿溫度升高，水煤漿室設(shè)置有補(bǔ)水口，根據(jù)運(yùn)行情況適當(dāng)補(bǔ)充水分，水分蒸發(fā)后，原煤漿室壓力上升，使水煤漿處于高溫高壓的易于鈉清洗和脫除的環(huán)境內(nèi)。通過調(diào)節(jié)蒸汽釋放和補(bǔ)水營造水煤漿室溫度壓力的波動(dòng)，使得高鈉煤在水煤漿室中經(jīng)受溫度和壓力的變化，反復(fù)破壞原煤結(jié)構(gòu)的平衡，加速高鈉煤表面及毛細(xì)孔中鈉的遷移和溶解。

水煤漿室外設(shè)置水冷壁，通過調(diào)節(jié)水流量控制水煤漿室內(nèi)的溫升速度和溫升高度，避免溫度上升過快過高。使得燃煤電站中，水冷壁的入口水來自冷凝器出口，經(jīng)吸熱升溫后的熱水或蒸汽與電站汽水系統(tǒng)集成，有效增加燃煤發(fā)電量。

作為優(yōu)選，水煤漿室2內(nèi)布置有攪拌器3。通過設(shè)置攪拌器3，可以使得煤中的鈉盡快的溶入水中。

作為優(yōu)選，所述攪拌器3從水煤漿室2的外壁向水煤漿室2內(nèi)延伸。

作為優(yōu)選，攪拌器3設(shè)置為多個(gè)，沿著高度方向，攪拌器3的攪拌功率越來越小。

作為優(yōu)選，補(bǔ)水口設(shè)置在水煤漿室的上部。

環(huán)形水煤漿室對稱布置多個(gè)攪拌器，由外部電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過攪拌加強(qiáng)水在煤顆粒間的循環(huán)，加速煤中鈉的溶解。

通過研究發(fā)現(xiàn)，因下部煤粉的堆積，不利于鈉的遷移，因此通過設(shè)置攪拌功率的變化，將更多的功率分配在下部的攪拌器3中，與功率分配完全相同相比，能夠進(jìn)一步提高鈉的脫除。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，能夠提高12－15％左右的脫除效率。

作為優(yōu)選，沿著高度方向，攪拌器3的攪拌功率越來越小的幅度不斷的增加。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如此設(shè)置符合煤中鈉的脫除規(guī)律，即越往下部走脫除難度越大，通過如此設(shè)置能夠進(jìn)一步提高脫除效率。

作為優(yōu)選，水冷壁2入口管路設(shè)置有調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)水煤漿室溫度調(diào)節(jié)水流量。

作為優(yōu)選，水煤漿室2內(nèi)設(shè)置溫度傳感器，用于測量水煤漿室內(nèi)水的溫度。

本身壓力和溫度是同時(shí)變化的。設(shè)定了溫度的范圍，一般情況下，對應(yīng)的壓力也是確定的。因此本實(shí)用新型只需要控制一個(gè)參數(shù)的變化即可以控制溫度和壓力的變化。作為優(yōu)選，本實(shí)用新型選擇控制溫度的變化。

作為優(yōu)選，所述的脫除爐還還包括控制器，所述控制器與調(diào)節(jié)閥進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，作為優(yōu)選，控制器與水煤漿室2內(nèi)的溫度傳感器數(shù)據(jù)連接，如果測量的水煤漿室溫度上升到的一定溫度，則控制器自動(dòng)增加調(diào)節(jié)閥的開度，增加進(jìn)入水冷壁的水的流量，如果測量的水煤漿室溫度下降到的一定溫度，則控制器自動(dòng)降低調(diào)節(jié)閥的開度，減少進(jìn)入水冷壁的水的流量。

通過上述的調(diào)節(jié)閥開度的控制，能夠保證水煤漿室的溫度在合理范圍內(nèi)，保證脫除的效果，避免溫度過低，脫除效果太差，溫度過高，浪費(fèi)能源。

作為優(yōu)選，在控制器中設(shè)置一個(gè)控制函數(shù)，控制器根據(jù)控制函數(shù)自動(dòng)調(diào)整閥門的開度，所述控制函數(shù)K＝F(T),其中K是閥門開度，T是水煤漿室溫度，其中F(T)’>0,F”(T)>0,其中F(T)’、F”(T)是F(T)的一次導(dǎo)數(shù)和二次導(dǎo)數(shù)。

上述的公式表明，隨著水煤漿室溫度的增加，調(diào)節(jié)閥開度越來越大，而且增長的幅度也越來越大。上述公式的關(guān)系是通過大量實(shí)驗(yàn)得到的，因?yàn)殡S著水煤漿室溫度的增加，水冷壁中需要的水流量越來越大，但是水冷壁中的水流量并不是與閥門開度的增加呈正比例增加，而是增加的幅度越來越大，只有這樣，才能更好的滿足水煤漿室內(nèi)溫度控制的需要。

作為優(yōu)選，控制函數(shù)如下：假設(shè)水煤漿室溫度為T，調(diào)節(jié)閥開度K的時(shí)候，表示滿足溫度條件，上述的調(diào)節(jié)閥開度K、水煤漿室溫度為T是基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，所述的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制器中，

當(dāng)水煤漿室溫度為t的時(shí)候，調(diào)節(jié)閥開度k變化如下：

k＝K*(t/T)^a,其中a為參數(shù)，1.05<a<1.12；其中t,T是絕對溫度值，優(yōu)選的，a＝1.08；0.91<t/T<1.12。

通過上述的公式，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)水煤漿室的溫度智能控制水冷壁內(nèi)水的流量的功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化。

作為優(yōu)選，可以在控制器中輸入多組基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。當(dāng)出現(xiàn)兩組或者多組基準(zhǔn)數(shù)據(jù)情況下，可以提供用戶選擇的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的界面，優(yōu)選的，系統(tǒng)可以自動(dòng)選擇(1－t/T)²的值最小的一個(gè)。

作為優(yōu)選，水煤漿室的加熱溫度為300～350℃，高溫下攪拌清洗5-30分鐘。

作為優(yōu)選，水煤漿室的加熱溫度為320～330℃，高溫下攪拌清洗15-20分鐘。

具體實(shí)施中，煤粉制漿后經(jīng)上端水煤漿入口進(jìn)入水煤漿室，開啟中心燃燒加熱室燃燒器，天然氣或其他燃料燃燒釋放熱量，加熱中間水煤漿室，水煤漿升溫升壓過程中調(diào)節(jié)外層水冷壁水流量，平衡加熱水煤漿的熱量以及燃燒室排煙的出口溫度，整個(gè)過程能量平衡方程為：

燃燒釋放的熱量Q＝加熱水煤漿的熱量Q1+水冷壁帶走的熱量Q2+排煙帶走的熱量Q3

在水煤漿室升溫升壓過程中，同步開啟攪拌裝置，加速水對煤粉顆粒的沖刷，提高鈉的溶解脫除效率。根據(jù)脫鈉后分析，若鈉的脫除效果不能滿足要求，可根據(jù)水煤漿室的材料以及耐壓設(shè)計(jì)提高水煤漿室的溫度。通常，對于鈉含量在3.5～12％的準(zhǔn)東煤，靜止和攪拌時(shí)間半小時(shí)可控制脫鈉后的煤中鈉含量不超過2％。

通過調(diào)節(jié)蒸汽釋放和補(bǔ)水營造水煤漿室溫度壓力的波動(dòng)，使得高鈉煤在水煤漿室中經(jīng)受溫度和壓力的變化，反復(fù)破壞原煤結(jié)構(gòu)的平衡，加速高鈉煤表面及毛細(xì)孔中鈉的遷移和溶解。

脫鈉后的水煤漿排出至液固分離器，其中含有大量堿金屬鈉的液體流向堿金屬溶液回收處理系統(tǒng)，仍然含有一定水分的煤粉進(jìn)入干燥器。其中，堿金屬溶液通過濃縮分離后，可作為化工原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品，水分經(jīng)回收后進(jìn)入水煤漿制備系統(tǒng)。煤粉干燥裝置宜采用燃燒室燃燒后的熱煙氣直接接觸干燥，以充分利用燃燒排煙的余熱，干燥后的濕煙氣通過噴淋回收煙氣中的水分循環(huán)利用，煙氣經(jīng)噴淋降溫后排出。本行業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該清楚，若噴淋后的煙氣仍具有較高溫度，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行余熱回收，實(shí)現(xiàn)能量的梯級利用，提高外部補(bǔ)充能源天然氣等燃料的利用效率。

綜上所述，本實(shí)用新型應(yīng)用高溫鈉脫除技術(shù)原理，將燃燒加熱室、水煤漿室以及水冷壁集成為一體式高鈉煤加熱脫除裝置，利用IGCC系統(tǒng)中煤氣化產(chǎn)生的合成氣作為外部能源，通過能量梯級利用充分回收合成氣燃燒釋放的熱量，實(shí)現(xiàn)煤粉高效的直接接觸干燥，一舉兩得；通過熱量的有效合理分配保證水煤漿室高溫高壓的條件；過程中不需增加其它溶劑，有效避免二次污染；裝置與IGCC系統(tǒng)的汽水系統(tǒng)集成簡單，避免了大規(guī)模的管路改造以及有效解耦脫鈉過程與燃煤電站的深度集成，降低投資成本。

本專業(yè)的工程人員應(yīng)該清楚，本實(shí)用新型僅是將IGCC系統(tǒng)作為煤氣化的一個(gè)比較有代表性的工藝系統(tǒng)用來描述其與一體式高鈉煤加熱脫除裝置的集成方法，凡是涉及煤氣化的其他煤化工領(lǐng)域，在利用本方法處理高鈉煤時(shí)均屬于本專利范圍內(nèi)。

雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例披露如上，但本實(shí)用新型并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。