專利名稱：減少含水褐煤中的水分的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將熱能和壓力作用在水平分布的材料(煤)上以減少含水顆粒狀褐煤的水含量的方法和設(shè)備。
以前揭示的有僅用于泥煤的使用機械壓力和熱能來減少化石燃料中水含量方法。泥煤是地質(zhì)上最年輕的天然燃料，它的特點是含有高達85-95％的水分。與褐煤不同，泥煤還含有一定量的纖維素，因此水僅靠微弱的力與固態(tài)物質(zhì)相結(jié)合，因而，用簡單的壓榨就能除去絕大多數(shù)的水。在DE-PS 3 59 440中揭示了一種這類方法。這一專利描述了泥煤等的脫水方法，首先對要脫水的材料進行預(yù)壓，用柱塞壓機將材料壓成較薄的層，消除壓力后，將材料置于高壓蒸汽下，隨后進行最后的加壓。該方法特別重要的步驟是將材料置于蒸汽中，受到壓機柱塞界限的含有材料的室，由于收回柱塞，其內(nèi)的材料膨脹而使室擴大，因而能夠通過蒸汽的這種作用使壓縮的餅塊松散。由于壓縮餅塊的松散，上述步驟供給的高壓蒸汽很容易促成壓縮餅塊中的通路并推開松散的材料，從而在材料中形成能使大量蒸汽通過又對材料沒有影響的通道。借助在材料的冷態(tài)進行的預(yù)壓，從材料中排出冷態(tài)可榨出的水，這種水在泥煤中作為表面水大量存在。然而，必須小心以確保不在過高壓力下進行預(yù)壓，否則形成的固態(tài)壓縮餅塊，如無進一步的措施，蒸汽很難通過。
就褐煤脫水而言，必須設(shè)想褐煤中不含游離水。在褐煤中水是以分子形態(tài)鍵合的，不能冷態(tài)榨出。
褐煤的水分高達65重量％。當(dāng)在發(fā)電廠燃燒褐煤時，必須直接用相當(dāng)大量的褐煤或用燃?xì)庵械拇罅繜崮苷舭l(fā)水分。所用的能量取決于水含量，可高達22％。如果在燃燒前進行有效的干燥和脫水來減少原料褐煤中的水分，就能減少這方面的能耗。另外，由于上游干燥步驟的結(jié)果，可以減小發(fā)電廠的鍋爐和下游裝置的大小。為了將高水分的褐煤轉(zhuǎn)化成電能，通過能量有利的除水的上游措施可大大提高發(fā)電廠的總效率。
已經(jīng)有減少褐煤中水含量的方法和設(shè)備，在“褐煤39(1987)，第三卷，46-57頁”和“褐煤39(1987)，第四卷，78-87頁”以及在其中引述的專利中描述了這些方法和設(shè)備。提到的這些方法有通過蒸發(fā)的熱干燥法和向在預(yù)加壓至約3.0MPa的高壓釜中的褐煤通入過熱蒸汽的熱脫水法(Fleiβner)。用這種方式加熱的褐煤，從高壓釜中取出后，移入一個干燥煤儲倉，由二次通氣冷卻熱脫水后的褐煤，并進行二次干燥。
在大規(guī)模發(fā)電廠采用這些方法減少褐煤中的水分的困難是由于要求高褐煤通過量，設(shè)備要求和/或能耗都非常高。在熱脫水方法中，盡管與熱干燥相比其比能耗較低，但至今未能工業(yè)化。熱脫水的缺點是特別對連續(xù)化操作，必須使用壓力閘或旋轉(zhuǎn)閥和高壓泵對褐煤加料和放料。而且，這種熱脫水方法，其加熱褐煤所需的蒸汽的飽和蒸汽溫度必須與加壓氣氛所需的高壓相對應(yīng)。
本發(fā)明的目的是通過減少能耗和使用的設(shè)備，來避免這些方法中的缺陷。本發(fā)明的權(quán)利要求1的特征用于達到這一目的。
由這種熱/機械脫水方法，以較小的熱能耗和機械能耗，連續(xù)或間歇操作可成功地使褐煤脫水。在最初表面壓力下，加熱褐煤層可導(dǎo)致物理和化學(xué)作用，使煤中結(jié)合的水分子松脫。水就能從煤的毛細(xì)管和空隙中以液態(tài)流出，并很容易壓榨。與熱干燥方法相比，節(jié)約了蒸發(fā)水所需的能量。
與已知的熱脫水方法相比，本發(fā)明的方法最基本的優(yōu)點是褐煤和脫水褐煤的連續(xù)加料和放料中不需要壓力閘、閥或高壓泵。因而消除了可能成為故障來源并造成脫水連續(xù)操作困難的因素。根據(jù)本發(fā)明方法的設(shè)計，輸入蒸汽的飽和蒸汽溫度低于最大表面壓力下的飽和蒸汽溫度。而且，由于褐煤層的過濾作用和較低飽和蒸汽溫度，壓榨水中的固體含量和COD與BOD5值之比低于已知方法的值。
根據(jù)本發(fā)明的方法，滿足了工業(yè)化脫水方法的一般要求，如投資成本低、占地面積小、高產(chǎn)量、可連續(xù)化操作、操作和設(shè)備的可靠性高、符合環(huán)境保護要求、操作費用和能耗低。
在升高表面壓力前的操作中，必須均勻加熱材料，因為這樣在最初表面壓力下材料形成的濾餅，對導(dǎo)入的蒸汽有均勻的阻力，并使蒸汽均勻地通過材料。蒸汽壓可有相應(yīng)機械壓力相同的數(shù)量級如0.4MPa。
為了能方便地使本方法適應(yīng)特定條件下的材料，在壓榨時，可改變褐煤的表面壓力，特別是增加壓力。已證實在這種情況下，選擇最大表面壓力至少約為2MPa有利。
為避免蒸汽進入材料時冷凝，蒸汽需過熱。至少要過熱10℃。由于過熱，甚至蒸汽導(dǎo)入在通過導(dǎo)管等時也不會預(yù)先發(fā)生冷凝。
為了使蒸汽能對材料有高能，材料在其水平分布前，最好粉碎成最大約20毫米的粒度的顆粒。通過預(yù)熱材料，進行該方法所需的能量還可以減少。為了這一目的，可以利用廢熱、或這一方法中從材料中壓榨的水也可用作廢熱源。
為要提供對導(dǎo)入蒸汽的作用和充分壓榨的可能性的有利的條件，材料要以層的形式分布，這樣的平均高度使得施壓后的壓層平均高度至少約為0.2米。如果褐煤使用這種方法，這意味著加壓前，以層的形式分布的平均高度的范圍大約為0.4-1米。已證實，加壓后，產(chǎn)生的壓層高度最高約為0.6米。
要盡可能迅速進行該方法，最好以表面壓力恒定地作用在材料上的方式進行。
由于顆粒狀褐煤在壓座和施加最初的表面壓力下，以層的形式分散，最終形成均勻裝填，它以均勻的阻力作用于加熱的蒸汽流展床層的表面。
以合適的方式加入蒸汽，使褐煤在蒸汽的冷凝區(qū)加熱到處理溫度，蒸汽處于實際上平行于層表面的平面，并與平面垂直擴散到層。蒸汽輸入應(yīng)以這樣方式安排，當(dāng)冷凝區(qū)達到表面的外邊界時，全部材料層被加熱。以這種方式，不需要復(fù)雜的防護裝置，就能避免蒸汽的泄漏。而且能有效地給材料層提供使材料不會向外流出的壁。
利用由其有特定粒度層的層的流動性質(zhì)和為進行這一方法的預(yù)壓縮產(chǎn)生的優(yōu)點，可成功地進行有關(guān)優(yōu)化不同煤礦的褐煤脫水所需的處理溫度和加熱速度的修改。這點可由具有低粒度煤形成的煤層，或當(dāng)根據(jù)權(quán)利要求20用板式壓機進行該方法時，由相應(yīng)預(yù)壓縮層改變的煤層，改變其覆蓋層和/或底層的流動阻力獲得。
可用連續(xù)壓機以取決于位置的加壓法連續(xù)進行該方法，或用板式壓機以取決于時間的加壓法間歇進行該方法。
由具有上下輸送帶和接受以水平分布的材料、并在其由材料層包圍的區(qū)域增加壓縮和多個蒸汽輸入噴嘴的輸入?yún)^(qū)的雙帶式壓機提供在連續(xù)壓機上進行連續(xù)工藝的合適設(shè)備。具有上下輸送帶的雙帶式壓機可用于如連續(xù)生產(chǎn)粗紙板。如在DE-A 40 10308中揭示了這類雙帶式壓機。
為了能以合適的輸出方式放出壓榨的水，至少這樣的雙帶式壓機的下層輸送帶具有可引出壓榨的水的通孔。上層輸送帶應(yīng)能調(diào)節(jié)高度，并有能調(diào)節(jié)壓力的傳壓元件。這樣，這種雙帶式壓機就能適用于各種操作條件。
也為了能通過進一步給固體物質(zhì)提供熱能，可加熱輸送帶。
為了以間隙式進行該方法，最好使用板式壓機，板式壓機具有一個壓頭和可接受水平分布的材料的壓座，壓座至少應(yīng)有可輸入蒸汽的小孔和壓榨水的出口。
當(dāng)使用平板式壓機時，為了給這種方式的材料提供熱能，最好也加熱壓頭和壓座。
本發(fā)明的方法和上述的設(shè)備也適用于泥煤和污水泥漿的脫水。
以下面的參考和說明實施例描述本發(fā)明。附圖中

圖1給出用作連續(xù)式壓機的雙帶式壓機，圖2給出用于進行壓榨前間隙式操作的平板式壓機，圖3給出與圖2相同的壓榨操作中的平板式壓機。
圖1指出褐煤儲倉1，其中有預(yù)粉碎至所定粒度的褐煤。能預(yù)熱煤的蒸汽或熱水輸入管或熱交換器的表面可連接到煤儲倉1。預(yù)粉碎的褐煤按層從煤倉分布到由虛線表示的下層輸送帶2，下層輸送帶2以箭頭所示方向輸送煤。如圖所示的雙帶式壓機的下層輸送帶2的上方是上層輸送帶3，它也用虛線表示(壓力帶)按箭頭所示的方向前進，其速度與輸送帶2匹配。輸送帶2和3之間的距離沿輸入?yún)^(qū)8的方向變小，因此使煤層4的壓力升高。根據(jù)褐煤的輸入量和其水含量，通過由傳壓元件5施加的力，可調(diào)節(jié)輸送帶3在其整個傳動過程中的高度。在輸送帶2和3之間裝有圖中圓點所示的伸入運動煤層4的多個蒸汽進料噴嘴6，蒸汽進料噴嘴的出口小孔位于輸入?yún)^(qū)8，此處煤層的壓力低于輸送帶2和3上的最大表面壓力。從蒸汽進料噴嘴6釋放的蒸汽將其熱量給予煤，然后其冷凝。由于安裝了許多不同長度和高度的蒸汽導(dǎo)入噴嘴，可以確保煤層4的相當(dāng)均勻的加熱。
在輸入?yún)^(qū)8與升高壓力同時的熱作用導(dǎo)致下述化學(xué)和物理過程，在此期間，褐煤的膠體結(jié)構(gòu)和水的性質(zhì)改變物理過程-均勻加熱煤顆粒，-毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的破裂伴隨著-塑化的褐煤體積收縮，-煤結(jié)構(gòu)的固結(jié)，-從毛細(xì)管壓榨出液態(tài)的水，通過-隨粘度的降低煤中水的膨脹，-由于前面化學(xué)過程的結(jié)果改變表面性質(zhì)(親水性-疏水性)，-除去灰分，特別是堿金屬鹽而變得有利。
化學(xué)過程-含氧官能團降解，放出二氧化碳，-引發(fā)褐煤的熱分解，放出甲烷和較高分子量烴類。
下面的因素基本決定了褐煤的脫水-通過量或床層高度，-褐煤粒度，-褐煤水含量，-壓力，-溫度，-停留時間。
通過調(diào)節(jié)高度的輸送帶3和輸入的過熱蒸汽的壓力或溫度，可設(shè)定參數(shù)壓力和溫度作為褐煤通過量、粒度和水分的函數(shù)。在第一處理區(qū)(輸入?yún)^(qū)8)，通過在輸送帶3上施加連續(xù)增加的機械力對煤層4加壓。達到最大表面壓力(它必須加以規(guī)定)后，固結(jié)的煤層4進入下面的處理區(qū)，在那兒，由上層輸送帶3施加的壓力保持恒定或僅略有變化。壓力和升高的溫度的作用使游離和釋放的水可從煤層4壓榨，并通過輸送帶2，有時還有輸送帶3上的通孔7(through-holes)，在一個或多個階段中排放。通過通孔7排出的熱水或此水的分流可用于褐煤的預(yù)熱。
達到所定水含量的脫水后的煤，到達雙帶壓機終端而排出，由一個設(shè)備將其分成預(yù)定大小的塊，并通過連續(xù)輸送帶上的特定途徑將其傳送到粉碎機，粉碎至燃燒或汽化所需的粒度。
圖2指出的平板式壓機，有壓座9和壓頭10。壓座9放在僅以簡圖示意的支座11和12上。壓頭10懸掛在由圖中未給出的壓力裝置升高或降低的柱塞13上。這種壓機的設(shè)計基本上與以前領(lǐng)域中的相同。
壓座9是槽形結(jié)構(gòu)，因此固體材料14可在其中以水平分布。壓座9和壓頭10有出水口15和16，蒸汽進氣孔21和22，這樣，在如圖3所示的封閉平板式壓機中，蒸汽可以進入固體材料14，排出的水可被導(dǎo)出。通過槽17和18，23和24，將出水口15和16，蒸汽進氣孔21和22連接到壓座9的底部和壓頭10的端部，因而，壓榨的水可以流出，蒸汽可以進入固體材料14。
在壓座9的底部和壓頭10的端部都放置了一個很細(xì)的篩19和20，篩可以讓水或蒸汽通過，但能防止固體材料進入槽17和18，23和24，因此壓座和壓頭不會堵塞。
圖3是圖2中的平板式壓機在關(guān)閉位置的圖，壓頭10向壓座9下降，壓縮固體材料14。當(dāng)最初在固體材料14上的壓力低于最大壓力時，蒸汽通過蒸汽導(dǎo)進孔21和22進入固體材料14，加熱固體材料14。由壓頭10在固體材料14上有效地施加的壓力隨后增加到最大壓力，壓榨出固體材料14中存在的水，并通過出口15和16排出。可參考圖1對前面的方法和結(jié)果的解釋。
由于相當(dāng)?shù)偷难b置費用，前述的方法適合于特別是大型燃燒褐煤的發(fā)電廠。而且，在使用褐煤的工廠使用這一方法，可增加作為干燥煤與原料褐煤水含量比的函數(shù)的密度熱值，因此能更有效地運輸褐煤。
權(quán)利要求
1.一種將熱能和壓力作用在水平分布的材料(煤)上以減少含水顆粒狀褐煤的水含量的方法，其特征在于它是a)在褐煤上機械施加低于處理過程中會產(chǎn)生的最大表面壓力的最初表面壓力，此時，用蒸汽對褐煤提供熱能，蒸汽加熱褐煤后其本身冷凝。b)隨后，不再輸入蒸汽，將表面壓力至少增加到2.0MPa，使加熱后的褐煤中的水份被壓榨出來。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于該具體的機械壓力負(fù)載是與相應(yīng)的蒸汽壓力同一數(shù)量級。
3.如權(quán)利要求1或2中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于在處理過程中可以改變褐煤(4，14)上的表面壓力，特別是增加壓力。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于蒸汽為過熱蒸汽。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征還在于至少要過熱10℃。
6.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于褐煤(4，14)在其水平分布前，先粉碎至最大約20毫米的粒度。
7.如權(quán)利要求1-8中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于褐煤(4，14)在其以層式分布前，由廢熱預(yù)熱。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征還在于所使用的廢熱源為處理過程中從褐煤(4，14)壓榨出的水。
9.如權(quán)利要求1-8中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于褐煤(4，14)是成層分布的，煤層加壓后產(chǎn)生的壓層平均高度至少約為0.2米。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征還在于加壓后的高度最大約為0.6米。
11.如權(quán)利要求1-10中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于在褐煤上連續(xù)施加表面壓力。
12.如權(quán)利要求1-11中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于選擇的最初表面壓力至少為0.2MPa，應(yīng)能使褐煤形成填充，以對流過床層表面的蒸汽具有均勻的阻力。
13.如權(quán)利要求1-12中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于輸入的蒸汽應(yīng)能使褐煤的加熱發(fā)生在平行于床層表面的平面冷凝區(qū)，該冷凝區(qū)以垂直于床層表面的方向向煤層推進。
14.如權(quán)利要求1-13中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于為了要獲得冷凝區(qū)在煤層中推進的最佳速度，將約十分之一煤層厚度內(nèi)的煤的最大粒度限制在約2毫米，以使流動阻力隨床層距床層表面距離而增加。
15.如權(quán)利要求1-14中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于要獲得隨著距床層表面的距離變化的流動阻力，在相當(dāng)于約十分之一最大床層高度的冷體積預(yù)施加約1MPa的表面壓力。
16.如權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征還在于a)一種有上下輸送帶(2，3)和輸入?yún)^(qū)(8)的雙帶式壓機，用于接受水平分布的褐煤(4)及其增加的壓縮，b)被床層(4)包圍的輸入?yún)^(qū)(8)中的許多蒸汽進料噴嘴(6)(圖1)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于至少在下層輸送帶(2)上有通孔(7)，用于排出壓榨的水。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16中任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于上層輸送帶(3)能調(diào)節(jié)高度，并有可調(diào)節(jié)壓力的傳壓元件(5)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16-18中任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于需加熱輸送帶(2，3)。
20.進行根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的方法的設(shè)備，其特征在于平板式壓機有壓頭(10)和壓座(9)，壓座(9)接受水平分布的褐煤(14)，至少壓頭(10)上有供輸入蒸汽的進氣孔(21，22)，至少壓座(9)上有用于排出從褐煤(14)壓榨出的水的出口(15，16)(圖2，3)。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征還在于需加熱壓頭(10)和/或壓座(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將熱能和壓力作用在水平分布的材料(煤)上，來減少含水顆粒狀褐煤中水含量的方法。在褐煤上施加低于處理過程中產(chǎn)生的最大表面壓力的最初表面壓力，同時由蒸汽向褐煤提供熱能，蒸汽加熱煤后其本身冷凝。不再輸入蒸汽下，將表面壓力升高至能壓榨出加熱后的褐煤中的水分的程度(至少2.0MPa)。
文檔編號F26B17/02GK1160418SQ95195219
公開日1997年9月24日 申請日期1995年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月27日
發(fā)明者H·巴爾德赫萊 申請人:卡爾·斯特勞斯