用于干燥顆粒物質(zhì)的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說(shuō)明】用于干燥顆粒物質(zhì)的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求在2012年10月5日申請(qǐng)的澳大利亞臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.2012904352的權(quán)益，在此通過(guò)參考將此臨時(shí)專利申請(qǐng)并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及比如褐煤顆粒之類的顆粒物質(zhì)的干燥，尤其是涉及一種用于經(jīng)由干燥流化床輸送潮濕顆粒物質(zhì)比如原煤的方法和設(shè)備。
[0004]發(fā)明背景
[0005]煤是一種重要的能源并且已經(jīng)使用了很長(zhǎng)時(shí)間。然而，持續(xù)的勘探和開(kāi)采導(dǎo)致高質(zhì)量的煤資源變得越來(lái)越少。煤質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)是濕氣含量；濕氣含量越高，質(zhì)量越低。典型地，比如想要購(gòu)買(mǎi)煤的發(fā)電廠的一方需要煤具有低濕氣含量，例如在10%左右的濕氣含量。為了改善潮濕煤的質(zhì)量，因而需要執(zhí)行干燥處理以便減少濕氣含量。
[0006]褐煤具有中度至高度濕氣含量。在世界上最大的礦床之一的澳大利亞維多利亞的礦床中，褐煤的濕氣含量的范圍在55至65的重量百分比左右。褐煤的地質(zhì)年齡較短，其典型地出現(xiàn)在淺埋層中。褐煤通常具有高濕度，并在燃燒時(shí)產(chǎn)生極少的熱量。高濕氣含量和相對(duì)低的能量含量通常會(huì)令褐煤的遠(yuǎn)距離輸送不經(jīng)濟(jì)。一個(gè)進(jìn)一步的難題在于褐煤是易燃的且能夠自燃，因而對(duì)褐煤的處理和輸送需要將褐煤與空氣分離。
[0007]在生煤、半生煤、褐煤中的高濕氣含量會(huì)帶來(lái)一系列不利。當(dāng)用于發(fā)電時(shí)，燃料的濕氣含量越高，發(fā)電廠的熱效率就會(huì)越低，如圖1所示。圖1中的上部曲線示出了對(duì)于參數(shù)為168b/540C/540C，Tstackl85C的500MW發(fā)電廠而言熱效率與濕氣含量的相對(duì)關(guān)系；下部曲線示出了對(duì)于參數(shù)為275b/580C/600C，TstacklOOC的1000MW發(fā)電廠而言熱效率與濕氣含量的相對(duì)關(guān)系。較低的效率會(huì)不期望地導(dǎo)致較高的燃料使用率來(lái)維持輸出量，增加了 CO2的排放。較干的燃料減少了燃料需求量，減少了 CO2的排放，并減少了發(fā)電廠的投資成本。因此，高效節(jié)能的煤干燥處理對(duì)于在現(xiàn)有和將來(lái)的褐煤使用中減少溫室排放而言很關(guān)鍵。
[0008]當(dāng)可用的煤具有高濕氣含量時(shí)，會(huì)由此需要燃料的預(yù)干燥處理。干煤或干褐煤重量也較輕，因而更易于運(yùn)輸。從煤或褐煤中去除水分也會(huì)容易去除鹽分，這在鍋爐中使用干煤時(shí)通常是有利的。為了將褐煤處理成氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物以及高級(jí)固體燃料，其濕氣含量根據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)通常必須降為10至20重量百分比。
[0009]已經(jīng)提出了很多技術(shù)來(lái)干燥煤或褐煤。這些技術(shù)包括蒸汽流化床干燥、一體式干燥氣化、密化褐煤、機(jī)械熱膨脹以及水熱脫水。
[0010]蒸汽流化床干燥涉及在過(guò)熱蒸汽流化床中的煤蒸發(fā)干燥。圖2a示出了一種提出的蒸汽流化床干燥器，圖2b和2c示出了分別利用水汽再壓縮和水汽冷凝來(lái)使用這種干燥器的處理原理。在圖2b的系統(tǒng)中，從熱交換器輸出的蒸汽冷凝液傳遞到煤預(yù)熱器。在圖2c的系統(tǒng)中，從熱交換器輸出的蒸汽冷凝液作為副產(chǎn)物傳送出廠房。在現(xiàn)有的褐煤蒸汽流化床干燥處理中，鍋爐或其它熱源在流化床干燥器加熱管中生成蒸汽，蒸汽將穿過(guò)褐煤。產(chǎn)生的冷凝蒸汽混合物被排放到汲取槽或脫氣器比如堿回收單元，繼而會(huì)返回至鍋爐以形成軟循環(huán)。
[0011]通過(guò)磨損原礦煤以產(chǎn)生潮濕的、“塑料的”、細(xì)粒狀的煤“粘土”，隨后將其空氣干燥為低濕氣含量煤并呈現(xiàn)“黑煤等同物”產(chǎn)物，來(lái)獲得密化褐煤。此技術(shù)提供了回收水含量的可能性。毛褐煤被磨粉為大約50mm的塊，然后饋送給低強(qiáng)度剪切擦碎機(jī)，其中煤呈現(xiàn)出大約10 μπι的平均顆粒尺寸。顆粒尺寸的這種減小有效地釋放了在原煤的多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)捕獲的水分。然后將塑料磨損煤擠壓成所需尺寸的丸或塊。然后輸送潮濕產(chǎn)物以進(jìn)行干燥，這會(huì)伴隨著水分到大氣的蒸發(fā)損耗。
[0012]褐煤致密的另一種方法涉及熱解處理，結(jié)合有機(jī)械、熱和化學(xué)處理以加速?gòu)暮置旱胶诿旱韧锏淖匀晦D(zhuǎn)變。這種處理的輸出物是烴氣體、水和冶金焦等同物。
[0013]機(jī)械熱壓榨涉及通過(guò)以通常大約60巴的機(jī)械壓力冷凝蒸汽來(lái)壓縮在150至200攝氏度范圍內(nèi)加熱的粗粉碎的煤，以將水分?jǐn)D出褐煤并產(chǎn)生干褐煤產(chǎn)物。
[0014]在水熱脫水處理中，在壓力下將濕煤加熱至大約250至300攝氏度，煤結(jié)構(gòu)被破壞并收縮，釋放出作為液體的水。高溫高壓(300攝氏度和100巴)的結(jié)合會(huì)脫去煤的碳酸基。當(dāng)CO2射出時(shí)，煤發(fā)生物理收縮，在處理中從其空隙排出液體水。去碳酸基反應(yīng)是發(fā)熱的，會(huì)給處理貢獻(xiàn)能量。此處理使用整個(gè)處理的大約2%的濕褐煤能量含量。
[0015]褐煤干燥的另一種方法是微波干燥。煤對(duì)于微波能基本是透明的，然而水對(duì)于微波能是高度吸收的，因此微波能可有效地傳遞給煤中的自由和固有的水。
[0016]也提出了微生物水解來(lái)從褐煤提取水分而不使用熱量。微生物氣化處理是消化系統(tǒng)，其第一階段是水解，然后使用一系列細(xì)菌。
[0017]褐煤存在很多可能的應(yīng)用，尤其是干褐煤。很多城市具有大量的供應(yīng)，使得褐煤成為低成本的主要能源。褐煤的高反應(yīng)能力適于氣化和還原劑應(yīng)用。在比如發(fā)電、煤到液體、氣體到液體、礦物處理以及出口質(zhì)量褐煤等應(yīng)用中采用或能夠采用褐煤。
[0018]影響干燥速率和干褐煤的最終濕氣含量的關(guān)鍵參數(shù)包括溫度、壓力、干燥介質(zhì)流速、相對(duì)濕度、在干燥器中的停留時(shí)間以及待干燥煤的顆粒尺寸。這已經(jīng)導(dǎo)致了被開(kāi)發(fā)用來(lái)干燥褐煤的技術(shù)的過(guò)剩。干燥技術(shù)的一個(gè)重要區(qū)別特點(diǎn)在于這樣的形式:水從處理中出來(lái)，和/或能被回收，尤其是作為能被冷凝回液體(蒸發(fā)技術(shù))的氣體或作為液體(脫水技術(shù))被回收。
[0019]然而，伴隨著干褐煤或干煤，會(huì)出現(xiàn)安全和運(yùn)輸挑戰(zhàn)。干煤具有自燃的傾向，因而必須避免允許自燃的條件。煤處理還具有產(chǎn)生不期望煤塵的傾向。
[0020]在本申請(qǐng)中包含的文件、行為、材料、裝置、文章等的任何討論僅為了提供本發(fā)明上下文的目的，不應(yīng)視為承認(rèn):任何或所有這些物質(zhì)形成現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)的一部分，或者因?yàn)榇嬖谟诒旧暾?qǐng)每個(gè)權(quán)項(xiàng)的優(yōu)先權(quán)日之前而成為本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的公知常識(shí)。
[0021]在整個(gè)本說(shuō)明書(shū)中的詞語(yǔ)“包括”或變型比如“包含”或“具有”將被理解為暗示了所指元件，整體或步驟，或元件、整體或步驟的集合的存在，但不排除任何其它元件，整體或步驟，或元件、整體或步驟的集合的存在。
[0022]發(fā)曰月概沐
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于干燥顆粒物質(zhì)的設(shè)備，所述設(shè)備包括:
[0024]用于產(chǎn)生蒸汽的蒸汽供應(yīng)裝置；以及
[0025]流化床干燥器，所述流化床干燥器包括:
[0026]用于接收顆粒物質(zhì)的固體入口，
[0027]至少一個(gè)蒸汽入口，用于將蒸汽注入到所述干燥器中以便攪動(dòng)和流化與所述蒸汽入口或每個(gè)蒸汽入口鄰近的顆粒物質(zhì)床，
[0028]傳熱管，所述傳熱管放置在所述流化床干燥器內(nèi)，并被構(gòu)造成經(jīng)由所述管傳遞來(lái)自飽和蒸汽供應(yīng)裝置的蒸汽以將熱量傳送給顆粒物質(zhì)，并且還被構(gòu)造成允許所述管內(nèi)的冷凝液在重力作用下流回到所述蒸汽供應(yīng)裝置從而實(shí)現(xiàn)重力輔助回路，以及
[0029]允許顆粒物質(zhì)退出流化床的固體出口。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于干燥顆粒物質(zhì)的方