煤的微波乾燥的製作方法

2023-05-22 00:53:11 3

專利名稱：煤的微波乾燥的製作方法
煤的微波乾燥背景技術本發明總的來說涉及微波加熱，更具體地，涉及在微波供能的乾燥室 中加熱煤，以減少煤的含水量。機械或熱的乾燥系統用來減少製備並用水清洗的煤的含水量。含水量 減少意味著重量減小，處理改善和更高的窯爐效率。通常用於乾燥煤的燃 氣或燃煤烤箱具有很大的火災危險。通過加熱大量煤的外表面，這些常規 烤箱使得煤外表面比相應的內部的溫度更高。同時，這些常規烤箱還在加 熱煤的同時加熱了存留的水。如果煤溫度升高超過特定的值，就冶金煤來 說，它的煉焦品質將由於氧化而開始降低。微波現已用於乾燥煤，因為在 微波頻率下，微波能量優先加熱存留的水而不是煤。但是，如果不適當地 控制微波能量，微波會使煤過熱，影響冶金煤的煉焦品質或導致熱力煤的 燃燒。因此，需要不會有害地影響冶金煤的煉焦品質或引起熱力煤的燃燒過 程的乾燥煤的方法。發明概述這種及其它需求通過包含了本發明特徵的乾燥煤的方法來實現。根據 本發明的一個方面，提供了一種用於乾燥煤的方法，該方法在不削弱煤的煉焦品質或引起燃燒的情況下達到控制的粒料含水量(aggregate moisture content)目標範圍。該方法包括按尺寸將煤原料分成一級煤和一個或多個 其它等級的煤，或其它尺寸部分；將一級煤裝載到傳送器上達到大體均勻 的料層厚度(bed depth);沿著傳送器連續地傳送一級煤層通過用於乾燥的微 波供能力卩熱室(microwave-energized heating chamber)(微波力卩熱器 (microwave applicator));將微波加熱室中乾燥的一級煤與一個或多個其它等 級的煤組合，以形成含水量降低的目標乾燥粒料；並設置傳送器的速度和 加熱室的微波功率水平，以充分降低一級煤的含水量，以便含水量降低後的乾燥粒料的含水量在粒料含水量目標範圍之內。根據本發明的另一個方面，用於乾燥煤的方法包括將煤裝載到傳送 器上達到固定的料層厚度；連續地傳送煤層通過微波供能的加熱室；使煤 層在加熱室中受到均勻熱處理，以除去煤中的水分；並設置傳送器速度和 微波功率水平以保持加熱室中的煤的溫度低於90°C。根據本發明的另一方面，提供了一種用於處理煤的方法。該方法包括 根據尺寸將溼的煤原料分成一級煤和一個或多個其它等級的煤；測定各級 溼煤的含水量；傳送一級煤通過微波供能的加熱室，以生產含水量降低的 脫水一級煤；將脫水一級煤與一個或多個其它等級煤組合，以形成粒料含 水量降低的粒料脫水煤；並調整加熱室中一級煤的熱處理，以充分地降低 一級煤的含水量，以使降低的粒料含水量符合規定的粒料含水量目標。本發明還提供了根據本發明的方法生產的煤。


參照下面的說明、所附的權利要求和附圖，可以更好地理解本發明的這些特徵和方面及其優勢，在附圖中圖1是包含了本發明特徵的煤製備設備的結構圖；圖2是圖1的結構圖中所示的微波加熱室的等軸視圖(isometric view);圖3是沿著線3-3觀察的圖2的加熱室的局部側視截面圖；圖4是沿著線4-4朝圖2的加熱室看的局部正視截面圖；圖5是用於圖1的煤製備設備的控制的電路框圖；以及圖6A和6B是圖2中使用微波加熱室的煤製備設備的煤脫水單元的側視和頂視示意圖。發明詳述圖1的結構圖示出了使用包含本發明特徵的方法的煤製備設備。煤10 的原料在預處理和清潔站12中進行篩選、分級和清潔。將清潔的煤分成三 個等級，按照尺寸增大的順序為細煤14、中粗煤15和粗煤16。在典型 的溼清潔過程中，由於它們不同的平均顆粒表面積與體積的比例(average particle surface-area-to-volume ratios),各等級具有與其它等級不同的含水量。例如，較大尺寸的粗煤的含水量可能為8%;中粗煤可能為14%;細等 級煤為25%。如果不進行微波乾燥或脫水，這三個等級重新組合的粒料的 粒料含水量可能是例如11-15%。但是煤的最終用戶要求的規定含水量目標 可能是10.5%。此外，為了使灰塵及其它環境危險降到最低，可能優選在 粒料中保持至少10%的含水量。因此，在該實例中，粒料含水量的目標範 圍是存留水量為10%到10.5%。因為細等級煤的含水量最高，所以將其乾燥可以使粒料含水量降低最 多。在圖1所示的過程中，細等級煤14在微波供能加熱室18中千燥。如 果例如細煤的含水量在微波乾燥器中從25%減少到14.5%，則可以達到12% 的粒料含水量目標。如果細煤乾燥器不能充分地減少水分，則中粗煤15可 以相似地在另一個乾燥器中乾燥，例如微波乾燥室19。同樣如有必要，可 使用另一個乾燥器20乾燥粗煤16。儘管可以將微波乾燥器製造成容納高吞 吐量，但有必要沿著輸送帶平行地為各個等級設置多個乾燥器，以實現更 高的吞吐量。如果細煤乾燥器18不能充分乾燥煤，則可與第一乾燥器18 串聯使用第二個這種乾燥器18'。乾燥的煤14'、 15'、 16'重新組合成具有目 標含水量的粒料22。在有些情況下，也可以通過微波乾燥中粗煤或粗煤或 不同部分的一些組合來達到目標粒料含水量。圖2-4顯示了可用在圖1的設備中的示例微波加熱室24。所示加熱室 是由矩形波導管的水平段26形成的微波加熱器。該室由高功率的微波源 28(例如磁控管)所產生的微波能量供能。來自微波源的微波能量由微波加熱 器30發射通過過渡波導管段32進入室中。波導管的彎曲段34可使微波源 位於煤36的路徑之外，煤36在傳送器38上經過加熱室運輸，所述傳送器 38例如是在輸送方向44上由電動機39驅動的傳送帶。傳送器運輸煤通過 進口 40進入用於乾燥的加熱室，並通過出口 41離開該加熱室。傳送帶由 附著於水平波導管的底壁的支撐件42支撐在加熱室中。發射到加熱室中的電磁能量在輸送方向44上通過該加熱室傳播。波導 管的出口彎曲46優選地在負載(load)48終止，以防止可能會沿著加熱室長 度方向形成駐波(standing wave)和熱點(hot spot)的反射。如果駐波是可接受 的，則可以可選地使用終止在短路板(shortingplate)，而不是終止於阻抗匹 配負載(matched-impedance load)的較短的加熱室。加熱室設計成能對煤提供均勻的熱處理。均勻的熱處理意味著在其在乾燥室中的停留時間(dwdl time)中，給定量的煤基本上與任何其它給定量 的煤的平均受熱相同。波導管或微波源包括用於通過消除熱點或沿著煤運 輸通過的加熱室的長度方向對熱點進行補償來確保均勻加熱的設置。例如， 這類設置可以包括可變頻率微波源、沿著波導管結構設置導電或介電的塊 或片、或模式攪拌器(mode stirrer)。為了便於均勻加熱，首先以固定料層厚 度D將煤稱量到輸送器上。煤輸送通過加熱室時，其溫度可以通過一個或多個溫度傳感器50監測。 如圖5的電路框圖所示，溫度傳感器傳送溫度信號51到控制器52(例如可 編程序邏輯控制器或計算機)。當溫度高於或低於目標值時，控制器傳送功 率水平控制信號54到微波源28，以降低或升高微波功率。可選地或另外地， 控制器可以傳送速度信號56到傳送器驅動器(例如電動機39)，以使傳送器 加速或減速。因為不將煤加熱到比蒸發存留水分所需的更高的溫度，而引起燃燒過 程或降低煤的煉焦品質是重要的，所以與其它加熱系統相比，微波乾燥室 具有許多優點。通過立體(volumetrically)加熱而不是傳導加熱，微波乾燥器 均勻加熱全部量的煤。煤層的外表面不會被加熱到比內部更高的溫度。此 外，在微波頻率下(例如915MHz或2450MHz)，能量優先被水分子吸收， 而不是被乾燥的煤吸收。因此，微波在沒有顯著地加熱煤的情況下將水蒸 發。除了增大加熱效率外，微波乾燥還保持煤自身的溫度足夠低，以避免 熱力煤的燃燒或氧化，以及在冶金煤中伴隨的煉焦品質的降低。優選地， 煤的溫度保持低於約90。C的優選水平，以保持煤的煉焦品質。使用溫度傳 感器來保持溫度低於優選水平。這樣，可以保持煉焦品質的量度CSR(與 C02反應後的焦炭強度(coke strength))。此外，因為煤中的某些雜質(例如硫、 磷及其它鹼金屬)，與煤的加熱速率不同，所以微波處理可以用來減少這些 雜質而不氧化煤。例如，煤中的黃鐵礦硫的加熱速率比碳組分更快，並且 可以在碳燃燒或煤的煉焦品質被影響之前燃盡。關於示例微波脫水系統的更多細節在圖6A和6B中示出。將分級的煤 部分運輸進入產品給料傳送器60上的微波脫水單元58。煤從給料傳送器落 到傾卸傳送帶62上，傳送帶62在一個或多個微波加熱室18的一個或多個組64的排列長度上行進。沿著傾卸傳送器來回行進的傾卸車66從傾卸傳 送器接收煤，並將煤沉積到具有多個卸料斜道70的螺旋進料鬥68中。該 料鬥將煤平均地分配到加熱室。通過斜道裝載煤，以在每個行進穿過加熱 室的傳送器38的上面形成厚度大體均勻的煤層。料層厚度的均勻性足以實 現平均的溫度分布，以及大體均勻的煤的加熱和脫水。每個微波加熱器18 由微波源供能，該微波源隨同傳送器一起由控制器52和例如封裝在電子設 備架(electronics rack)或室72中的相關電子設備和電源71控制。加熱室傳 送器38將脫水煤輸送到出料傳送器74上，該出料傳送器74將脫水煤輸送 出脫水單元以出貨或使用。如圖所示，微波加熱器18終止於由冷凝器76 和水池78冷卻的負載48中。
儘管已經參照優選形式對本發明進行了描述，但其它形式也是可能的。 例如，煤可以通過與微波能量的傳播相反的方向通過乾燥室來運輸。如另 一個實例，閉環控制可以開環運行，特別是如果煤的特性已知在某些範圍 之內，對於這些特性，已經收集了關於最優功率水平和運輸速度的經驗數 據。因此，如這些少數實例所建議的，本發明的範圍不局限於詳細描寫的 示例形式。
權利要求
1、用於乾燥煤的方法，以在不引起燃燒或降低煤的煉焦品質的情況下達到控制的粒料含水量目標範圍，該方法包括按尺寸將煤的原料分成為一級煤和一個或多個其它等級的煤；將一級煤裝載到傳送器上形成大體均勻的料層厚度；沿著傳送器連續地傳送一級煤層通過用於乾燥的微波供能加熱室；將微波加熱室中乾燥的一級煤與一個或多個其它等級煤組合，以形成含水量降低的乾燥粒料；設置傳送器的速度和加熱室的微波功率水平，以充分減少一級煤的含水量，以使含水量降低後的乾燥粒料的含水量在粒料含水量目標範圍之內。
2、 權利要求1的方法，其中設置所述微波功率水平，以將傳送通過加 熱室的一級煤層加熱到不超過約9(TC的溫度。
3.
4、 權利要求1的方法，其還包括將在所述微波加熱室中乾燥的一級煤 傳送通過第二微波加熱室，以進一步乾燥一級煤。
5、 權利要求1的方法，其還包括將一個其它等級的煤裝載到第二傳送 器上形成大體均勻的料層厚度，並沿著第二傳送器連續地傳送該煤層通過 用於乾燥的第二微波供能加熱室。
6、 權利要求1的方法，其中所述一級煤是細等級煤，且其它等級煤是 較粗等級的煤。
7、 根據權利要求1的方法生產的煤。
8、 用於乾燥煤的方法，其包括將煤裝載到傳送器上形成大體均勻的料層厚度； 連續地傳送煤層通過微波供能加熱室； 使煤層在加熱室中受到均勻的熱處理，以除去煤中的水分； 設置傳送器速度和微波功率水平，以保持煤在加熱室中的溫度低於約 90°C。
9、 權利要求8的方法，其還包括傳送煤層通過第二微波供能加熱室， 以進一步降低煤的含水量。
10、 權利要求8的方法，其中控制所述加熱室中的熱處理，以保持煤 在與二氧化碳反應之後的焦炭強度(CSR)。
11、 根據權利要求8的方法生產的煤。
12、 用於處理煤粒料的方法，其包括按尺寸將溼的煤原料分成為一級煤和一個或多個其它等級的煤； 測定各個等級溼煤的含水量；傳送一級煤通過微波供能加熱室，以生產含水量降低的脫水一級煤； 將脫水一級煤與一個或多個其它等級煤組合，以形成粒料含水量降低 的脫水煤粒料；調整加熱室中一級煤的熱處理，以充分降低一級煤的含水量，以使降 低的粒料含水量滿足規定的粒料含水量目標。
13、 權利要求12的方法，其中調整所述加熱室中一級煤的熱處理，以 將一級煤加熱到不超過約9(TC的溫度。
14、 權利要求12的方法，其中控制所述加熱室中的熱處理，以保持一 級煤在與二氧化碳反應之後的焦炭強度(CSR)。
15、 權利要求12的方法，其還包括在所述微波室中均勻地加熱一級煤。
16、 權利要求12的方法，其還包括傳送在微波加熱室中脫水的一級煤 通過第二微波加熱室，以進一步使一級煤脫水。
17、 權利要求12的方法，其還包括將一個其它等級的煤裝載到第二傳 送器上形成大體均勻的料層厚度，並沿著第二傳送器連續地傳送該層其它 等級的煤通過用於脫水的第二微波供能加熱室。
18、 權利要求12的方法，其中所述一級煤是細等級煤，其它等級煤是 較粗等級的煤。
19、 根據權利要求12的方法生產的煤。
全文摘要
本發明公開了使用微波能量乾燥煤的方法，以在不引起燃燒或降低煤的煉焦品質的情況下達到控制的粒料含水量目標範圍。首先將煤原料分成細等級煤和一個或多個較粗等級煤。將細等級煤以固定料層厚度裝載到傳送器上。將細等級煤連續地傳送通過用於乾燥的微波供能加熱室。將細等級煤充分地乾燥，從而當它與較粗等級的煤組合時，粒料的含水量在目標含水量範圍之內。通過立體加熱並均勻加熱煤，微波加熱室在不將煤自身加熱到高於約90℃的情況下汽化水。這樣，煤不燃燒或氧化，並且保持其煉焦品質。
文檔編號C10B57/10GK101326265SQ200680044893
公開日2008年12月17日 申請日期2006年11月30日 優先權日2005年11月30日
發明者M·J·德羅茲德, T·R·萊瑞 申請人:工業微波系統有限公司;T·R·萊瑞