[發(fā)明專利]用于煤提質(zhì)的裝置及使用該裝置的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980160239.2
• 申請日: 2009-07-10
• 公開（公告）號: CN102459531A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: H·E·邦納;R·B·馬姆奎斯特;R·W·謝爾頓
• 申請（專利權(quán)）人: 合成煤解決方案公司
• 主分類號: C10L5/00
• 分類號: C10L5/00
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 丁香蘭;龐東成

對相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求申請日為2009年6月30日的美國專利申請第12/495,775號的優(yōu)先權(quán)。將該申請的內(nèi)容通過援引并入本文。

背景技術(shù)

1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及能量領(lǐng)域，并更具體地涉及用于干燥和加熱煤并將其與冷的(未經(jīng)干燥的)煤混合的處理設(shè)備。

2.對現(xiàn)有技術(shù)的描述

煤作為用來滿足世界持續(xù)增長的能量需要的立即可用的增量能源，對其的需求越來越多。由于所有其他能源特別是石油正在耗盡并且越來越貴，煤的價(jià)格已經(jīng)并且將繼續(xù)提升。因?yàn)楝F(xiàn)有的高質(zhì)煤源正在耗盡，美國國內(nèi)和世界的煤市場正在發(fā)生變化。因此，公共服務(wù)商和煤的其他工業(yè)用戶正在花費(fèi)大量的資金來改裝現(xiàn)有設(shè)備或制造設(shè)計(jì)用來燃燒低品質(zhì)(階)煤的新設(shè)備，或者正在為更好地符合最適操作規(guī)范的高質(zhì)順應(yīng)煤(compliance?coal)支付越來越多的資金。

煤的提質(zhì)(upgrading)(將低階煤轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠A煤)使得可以積極地利用美國和其他國家的大量可用的低階煤資源，并且為操作和燃燒低階煤時(shí)所需的大量改造或者為現(xiàn)有的發(fā)電廠設(shè)備在使用未經(jīng)改變的低階煤時(shí)所經(jīng)歷的生產(chǎn)能力下降提供了低成本的替代方式。

在正確的溫度和壓力條件下，天然有機(jī)物質(zhì)會經(jīng)歷變質(zhì)過程或煤化過程，即泥炭逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹置?、次煙煤、煙煤并最后轉(zhuǎn)變?yōu)闊o煙煤。該轉(zhuǎn)變(在該轉(zhuǎn)變中煤階得到了提升)的特征在于，煤的水含量和氧含量的降低和碳-氫比的增大。褐煤和次煙煤并未完全變質(zhì)，并通常具有高的固有的(已結(jié)合的)水和氧的含量，且相應(yīng)地每噸煤產(chǎn)生較少的燃燒熱能。

所有煤都沉積在海洋環(huán)境中，其中，諸如粘土、沙及其他礦物等不可燃燒的雜質(zhì)與有機(jī)物質(zhì)互為夾層并且在燃燒過程中會形成灰，從而有助于在系統(tǒng)換熱表面上形成沉積物。此外，一些可燃燒物質(zhì)，例如黃鐵礦，通過次生地質(zhì)過程而沉積在煤內(nèi)。正是這些雜質(zhì)在煤燃燒時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生大量二氧化硫、顆粒物和其他污染物。這些雜質(zhì)存在于所有階的煤中，需要采用昂貴的污染控制技術(shù)來降低釋放出的煙道氣中的排放水平，從而符合規(guī)章要求。

為特定的煤設(shè)計(jì)的燃燒系統(tǒng)對不同煤階或品質(zhì)的煤的作用不會同樣有效。對于特定的熱釋放速率，燃燒所要求的爐容積隨煤階的升高而減小。由于每個燃燒系統(tǒng)在消耗具有特定的煤階和品質(zhì)(灰分含量)特性的煤時(shí)表現(xiàn)良好，用不符合設(shè)計(jì)燃料的煤作為燃料時(shí)通常會導(dǎo)致該系統(tǒng)的效率下降。當(dāng)?shù)V物雜質(zhì)濃度(或灰分含量)升高時(shí)，燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行性特性會受到有害影響。此外，該系統(tǒng)了產(chǎn)生量持續(xù)增加的危險(xiǎn)污染物，必須捕獲這些污染物來防止其釋放到環(huán)境中。

煤干燥技術(shù)通過降低煤的水含量來提高所處理的進(jìn)料煤的表觀煤階，這使得每噸經(jīng)干燥的(或經(jīng)提質(zhì)的)煤所產(chǎn)生的熱量更多。某些過程還降低氧含量和揮發(fā)物含量。這通常通過使用下述系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)：在所述系統(tǒng)中，用惰性氣體(即，氧濃度為0的氣體)或氧濃度低至可接受水平的氣體來使煤干燥。

煤清潔過程降低所處理的煤中的礦物雜質(zhì)濃度。在理想情況下，僅將礦物質(zhì)從有機(jī)物質(zhì)中除去，從而僅剩下有機(jī)物質(zhì)。清潔過程的效率取決于礦物質(zhì)從有機(jī)物質(zhì)中釋出(物理分離成主要為礦物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的離散顆粒)的程度。在實(shí)踐中，礦物顆粒不會從有機(jī)物質(zhì)中大量釋出，特別是在更低階的煤中。因此，不可能使全部礦物質(zhì)物與有機(jī)物質(zhì)完全分離而不損失有機(jī)物質(zhì)。對低階煤并不經(jīng)常實(shí)施清潔，因?yàn)樵幕蛭刺幚淼牡碗A煤相對豐富且價(jià)格較低，并且因?yàn)楹唵蔚貙⒌碗A煤壓碎并不會有效地使礦物質(zhì)從有機(jī)物質(zhì)中釋出。

美國試驗(yàn)與材料協(xié)會(American?Society?of?Testing?and?Materials)提供了用于分析煤樣品的程序。水含量的定義為將樣品加熱至104℃時(shí)樣品的質(zhì)量損失。揮發(fā)物含量的定義為：在無空氣情況下將樣品加熱至950℃時(shí)樣品的質(zhì)量損失減去水含量?；曳趾康亩x為在空氣中于750℃點(diǎn)燃樣品后剩余的殘留物。在加熱樣品時(shí)，水分從樣品中散發(fā)出，同時(shí)剩余煤的溫度升高。如果使樣品保持煤溫度和水含量之間的動態(tài)平衡，當(dāng)煤殘留物的溫度為104℃時(shí)，會除去全部水分。在無氧氣的情況下進(jìn)一步加熱煤時(shí)，會散發(fā)出揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，VOC是受管制的危險(xiǎn)性空氣污染物。