污染的低煤階煤用于燃燒的用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及制備無(wú)機(jī)鈉和/或氯污染的低煤階煤(low-rank coal)原料的工藝(方法，process)，所述低煤階煤原料用于在流化燃料燃燒器中燃燒以產(chǎn)生蒸汽和期望地聯(lián)產(chǎn)發(fā)電(co-generate electricity)。特別地，本發(fā)明在這樣的情況下通過(guò)將來(lái)自該工藝的燃燒發(fā)生(和任選的發(fā)電)段的低壓蒸汽與該工藝的原料加工段集成以及在整個(gè)該工藝中集成水回收和再循環(huán)而提供最優(yōu)的水利用和提高的效率。
【背景技術(shù)】
[0002]煤已經(jīng)被長(zhǎng)期地用作燃燒用燃料。目前，這樣的煤典型地在流化燃料燃燒器例如循環(huán)流化床燃燒器(“CFB”)和粉煤鍋爐(“PCB”)中用加壓的空氣和氧氣燃燒。CFB通常在從約760°C到約930°C的相對(duì)中等的溫度下操作，并且采用具有典型地范圍從約3000微米到約6000微米的dp (50)的“較粗大的”燃料顆粒。PCB在從約1300 °C到約1700 °C的較高溫度下操作，并且采用具有典型地范圍從約100到約200微米的dp (50)的“較細(xì)小的”燃料顆粒。
[0003]燃燒導(dǎo)致熱能，所述熱能可用于產(chǎn)生用于各種各樣用途(包括用于驅(qū)動(dòng)渦輪以發(fā)電)的蒸汽(例如，蒸汽鍋爐)。燃燒還產(chǎn)生熱的氣體，其可用于驅(qū)動(dòng)渦輪以發(fā)電。熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備是這樣的設(shè)備:其中產(chǎn)生電(electricity)和蒸汽兩者以更有效地利用燃燒的能量釋放，其中蒸汽經(jīng)常被用于驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪用于額外的發(fā)電。
[0004]然而，許多煤由于污染和物理性質(zhì)而對(duì)于這樣的用途在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。例如，包含顯著量的雜質(zhì)例如鈉和氯(例如，NaCl)的煤由于這樣的組分的高度腐蝕性和結(jié)垢的性質(zhì)而可能實(shí)際上在燃燒工藝中是不能用的，從而需要預(yù)處理以除去這樣的雜質(zhì)。來(lái)自這樣的煤的燃燒的氣態(tài)流出物物流也可為成問(wèn)題的，特別是如果所述煤在燃燒之前未被充分清潔的話。參見例如 Tillman, Duong, Figueroa 和 Miller，“Chlorine in Solid FuelsFired in Puverized Coal Boilers - Sources, Forms, React1ns, and Consequences:ALiterature Review，，，F(xiàn)oster Wheeler AG，在燃料品質(zhì)會(huì)議(Fuel Quality Conference)上提出的，Banff, Canada, 2008年9月28日-10月3日。
[0005]雖然在清潔這樣的煤的嘗試中可使用洗滌，但是該洗滌需要大量的淡水，這在世界上的許多地方、特別是其中淡水非常珍貴的那些地方(例如，干旱地區(qū))可能不是在經(jīng)濟(jì)上可行的。此外，洗滌產(chǎn)生許多廢水問(wèn)題。
[0006]典型地，增加這樣的預(yù)處理使得鈉和/或氯污染的煤的使用在經(jīng)濟(jì)上不可行。因此，期望找到更有效地預(yù)處理這些污染的煤以除去至少無(wú)機(jī)鈉和/或氯內(nèi)容物的相當(dāng)大部分，同時(shí)使淡水的使用最少化的途徑。
[0007]“低煤階”煤典型地為具有暗淡的、泥土狀外觀的較軟的、易碎的材料。它們特征在于相對(duì)較高的水分水平和相對(duì)較低的碳含量，并且因此，較低的能量含量(內(nèi)能)。低煤階煤的實(shí)例包括泥煤、褐煤和次煙煤?！案呙弘A”煤的實(shí)例包括煙煤和無(wú)煙煤。
[0008]除了它們相對(duì)低的熱值之外，低煤階煤的使用還具有其它缺點(diǎn)。例如，這樣的煤的易碎性可導(dǎo)致在原料制備(研磨和其它加工)中和在這樣的煤的燃燒中高的細(xì)肩損失。必須管理或者甚至除掉這樣的細(xì)肩，這通常意味著對(duì)于這樣的煤的使用而言經(jīng)濟(jì)和效率劣勢(shì)(經(jīng)濟(jì)和加工障礙因素)。對(duì)于非常高度易碎的煤例如褐煤，這樣的細(xì)肩損失可接近或者甚至超過(guò)最初材料的50%。換而言之，低煤階煤的加工和使用可導(dǎo)致所開采出的低煤階煤中的碳含量的實(shí)質(zhì)(顯著)百分?jǐn)?shù)的損失(或者較不期望的使用)。
[0009]因此，被鈉和/或氯污染的低煤階煤通常被認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)上不適合于任何意圖。
[0010]因此，期望找到有效地加工鈉和/或氯污染的低煤階煤以使這樣的煤對(duì)于燃燒用途而言在經(jīng)濟(jì)上更可行，同時(shí)減少或者甚至消除淡水需求，以及潛在地減少在原料加工和這樣的低煤階煤材料在各種燃燒工藝中的最終轉(zhuǎn)換兩者中的細(xì)肩損失的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在第一方面中，本發(fā)明提供用于從顆粒狀低煤階煤原料產(chǎn)生蒸汽的工藝，所述工藝包括如下步驟:
[0012](a)提供包括初始的污染物內(nèi)容物的原始的低煤階煤原料，其中所述初始的污染物內(nèi)容物包括
[0013](I)基于所述原始的低煤階煤原料的干重的至少約0.1重量％的初始無(wú)機(jī)氯內(nèi)容物，或者
[0014](2)基于所述原始的低煤階煤原料的干重的至少約0.1重量％的初始無(wú)機(jī)鈉內(nèi)容物，或者
[0015](3)⑴和⑵兩者；
[0016](b)研磨所述原始的低煤階煤原料以產(chǎn)生經(jīng)研磨的低煤階煤原料；
[0017](c)用含水洗滌物流洗滌所述經(jīng)研磨的低煤階煤原料以產(chǎn)生經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料和廢水物流，所述經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料具有
[0018](I)小于所述初始無(wú)機(jī)氯內(nèi)容物的約50重量％，但是不大于基于所述經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料的干重的約0.1重量％的經(jīng)洗滌的無(wú)機(jī)氯內(nèi)容物，和
[0019](2)小于所述初始無(wú)機(jī)鈉內(nèi)容物的約50重量％，但是不大于基于所述經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料的干重的約0.1重量％的經(jīng)洗滌的無(wú)機(jī)鈉內(nèi)容物；
[0020](d)使所述經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料在熱干燥單元中與干燥氣體物流和熱能接觸以產(chǎn)生減少水分的經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料和水分回收物流，其中所述熱能的至少一部分是通過(guò)在從約1psig (約170kPa絕對(duì)壓力)到約50psig(約446kPa絕對(duì)壓力)的壓力下的較低壓力蒸汽物流提供的，和其中所述減少水分的經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料是自由流動(dòng)的并且具有基于所述減少水分的經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料的總重量不大于約40重量％的水分含量；
[0021](e)將所述減少水分的經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料和含氧氣的氣體物流進(jìn)料到燃燒器中；
[0022](f)將所述減少水分的低煤階煤原料在所述燃燒器中用氧氣燃燒以產(chǎn)生包括蒸汽、二氧化碳和熱能的燃燒氣體物流；
[0023](g)通過(guò)產(chǎn)生在至少約150psig(至少約1136kPa絕對(duì)壓力)的壓力下的較高壓力蒸汽物流而從所述燃燒氣體物流回收熱能，
[0024](h)將所述較高壓力蒸汽物流的至少一部分轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生所述較低壓力蒸汽物流；
[0025](i)使來(lái)自步驟(d)的所述水分回收物流的至少一部分冷凝以產(chǎn)生冷凝的水分物流；
[0026](j)對(duì)來(lái)自洗滌步驟(C)的所述廢水物流進(jìn)行處理以產(chǎn)生回收的水物流；和
[0027](k)將(I)所述冷凝的水分物流的至少一部分，或者(2)所述回收的水物流的至少一部分，或者(3) (I)和(2)兩者再循環(huán)至洗滌步驟(c)，其中所述含水洗滌物流至少部分地包括所述冷凝的水分物流和所述回收的水物流的再循環(huán)部分。
[0028]洗滌步驟(C)可如下發(fā)生:(I)與研磨步驟(b)同時(shí)并且作為研磨步驟(b)的一部分，或者(2)在研磨步驟(b)之后，或者(3) (I)和(2)兩者，但是在任何情況下在“干燥”步驟⑷之前。
[0029]在一種選擇中，通過(guò)使所述燃燒氣體物流在熱回收步驟(g)之前或之后流經(jīng)連接至發(fā)電機(jī)的渦輪而發(fā)電(其中所述渦輪產(chǎn)生的機(jī)械能驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī))。
[0030]在另一選擇中，通過(guò)使所述較高壓力蒸汽物流流經(jīng)連接至發(fā)電機(jī)的渦輪而發(fā)電(其中所述渦輪產(chǎn)生的機(jī)械能驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī))。
[0031]在又一選擇中，存在由所述燃燒氣體和所述較高壓力蒸汽物流兩者聯(lián)產(chǎn)電能。
[0032]在又一選擇中，所述原始的低煤階煤原料具有初始水分含量，并且所述減少水分的經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料的水分含量小于所述原始的低煤階煤原料的初始水分含量(總wt/wt計(jì))。
[0033]在又一選擇中，可從所述燃燒氣體通過(guò)使所述燃燒氣體中的蒸汽的至少一部分冷凝而回收水。所述冷凝可例如如下發(fā)生:作為來(lái)自所述燃燒氣體的熱回收的一部分，和/或在其之后在將所述燃燒氣體從所述工藝排出之前?？蓪⑷魏位厥盏乃腿U水處理和/或否則再循環(huán)回該工藝中。
[0034]由于蒸汽產(chǎn)生和再循環(huán)用于原料干燥，并且由于來(lái)自原料干燥的水分物流向洗滌階段的再循環(huán)，因此本發(fā)明提供無(wú)機(jī)氯和/或無(wú)機(jī)鈉污染的低煤階煤在其中產(chǎn)生蒸汽(和期望地發(fā)電)的燃燒工藝中的提高的效率和經(jīng)濟(jì)使用的潛能。
[0035]此外，來(lái)自所述原始的低煤階煤原料的水分內(nèi)容物的一部分可實(shí)際上在本發(fā)明的工藝中被回收，特別是當(dāng)所述減少水分的經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料的水分含量低于所述原始的低煤階煤原料的初始水分含量時(shí)。這降低了整個(gè)工藝的淡水需求。實(shí)際上，取決于所述原始的低煤階煤原料和所述減少水分的經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料的水分含量之間的差異(以及任選的從所述燃燒氣體回收水分)，本發(fā)明可提供這樣的工藝:其為水中立的(平衡的，neutral)或者甚至水正向的(增加的，positive)，這對(duì)于在淡水非常珍貴的地方(例如，在干旱環(huán)境中)操作煤燃燒工藝而言是高度期望的。
[0036]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從閱讀以下【具體實(shí)施方式】將更容易地理解本發(fā)明的這些和其它實(shí)施方式、特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為本工藝的如下部分(原料制備部分)的實(shí)施方式的概要圖:其中對(duì)原始的低煤階煤原料進(jìn)行加工用于制備減少水分的低煤階煤原料，所述減少水分的低煤階煤原料還是無(wú)機(jī)鈉和/或無(wú)機(jī)氯減少的并且最終被進(jìn)料到燃燒器中。
[0038]圖2為本工藝的如下部分(燃燒部分)的實(shí)施方式的概要圖:其中將減少水分的低煤階煤原料燃燒以產(chǎn)生蒸汽并且聯(lián)產(chǎn)發(fā)電。
[0039]圖3為本工藝的燃燒部分的用于產(chǎn)生較高壓力蒸汽并且任選地聯(lián)產(chǎn)發(fā)電的另一實(shí)施方式的概要圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本發(fā)明涉及如下工藝:從低煤階煤制備適合用于某些燃燒工藝中的原料，將那些制備的原料燃燒以產(chǎn)生蒸汽和任選地發(fā)電，以及將從燃燒段產(chǎn)生的蒸汽與原料制備段集成以最小化該集成工藝所需要的淡水的量(或者甚至消除該集成工藝所需要的淡水)。以下提供進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
[0041 ] 在本說(shuō)明書的上下文中，本文中所提及的所有的出版物、專利申請(qǐng)、專利和其它參考文獻(xiàn)，如果未另有說(shuō)明的話，則明確地通過(guò)引用而全部引入本文中用于所有目的，如同其被充分闡述一樣。
[0042]除非另有定義，本文中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本公開內(nèi)容所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的相同的含義。在沖突的情況下，包括定義的本說(shuō)明書將進(jìn)行支配。
[0043]除了清楚地指出以外，商標(biāo)以大寫字母顯示。
[0044]除非另有說(shuō)明，所有的百分?jǐn)?shù)、份、比率等以重量計(jì)。
[0045]除非另有說(shuō)明，以psi單位表示的壓力為表壓，和以kPa單位表示的壓力為絕對(duì)壓力。但是，壓力差是作為絕對(duì)值表示的(例如，壓力I比壓力2高25psi)。
[0046]當(dāng)量、濃度、或者其它值或參數(shù)作為范圍、或者上限值和下限值的列表給出時(shí)，這應(yīng)被理解為具體公開了由任意對(duì)的任意范圍上限和下限形成的所有范圍，而不管范圍是否被單獨(dú)公開。當(dāng)在本文中敘述數(shù)值范圍時(shí)，除非另有說(shuō)明，否則所述范圍意圖包括其端點(diǎn)、以及在該范圍內(nèi)的所有整數(shù)和分?jǐn)?shù)。本公開內(nèi)容的(保護(hù))范圍不意圖局限于在定義(值)范圍時(shí)所敘述的具體值。
[0047]當(dāng)在描述值或者范圍端點(diǎn)中使用術(shù)語(yǔ)“約”時(shí)，本公開內(nèi)容應(yīng)被理解為包括所涉及的具體值或端點(diǎn)。
[0048]如本文中使用的，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其它變型意圖涵蓋非排他的內(nèi)含物。例如，包括要素列表的工藝、方法、制品、或設(shè)備不一定局限于僅那些要素，而是可包括未明確列出的或者這樣的工藝、方法、制品、或設(shè)備所固有的其它要素。
[0049]進(jìn)一步地，除非明確地相反說(shuō)明，否則“或”與“和/或”指的是包容性的，而不是排他性的。例如，以下的任一個(gè)均滿足條件A或B、或者A和/或B:A為真(或存在)且B為假(或不存在)、A為假(或者不存在)且B為真(或存在)、以及A和B兩者均為真(或存在)。
[0050]使用“(某)一個(gè)(種)(a，an)”來(lái)描述本文中的各種要素和組分(部件，component)