用于干燥颗粒物质的方法和设备的制造方法
【专利说明】用于干燥颗粒物质的方法和设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2012年10月5日申请的澳大利亚临时专利申请N0.2012904352的权益，在此通过参考将此临时专利申请并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及比如褐煤颗粒之类的颗粒物质的干燥，尤其是涉及一种用于经由干燥流化床输送潮湿颗粒物质比如原煤的方法和设备。
[0004]发明背景
[0005]煤是一种重要的能源并且已经使用了很长时间。然而，持续的勘探和开采导致高质量的煤资源变得越来越少。煤质量的一个重要指标是湿气含量；湿气含量越高，质量越低。典型地，比如想要购买煤的发电厂的一方需要煤具有低湿气含量，例如在10%左右的湿气含量。为了改善潮湿煤的质量，因而需要执行干燥处理以便减少湿气含量。
[0006]褐煤具有中度至高度湿气含量。在世界上最大的矿床之一的澳大利亚维多利亚的矿床中，褐煤的湿气含量的范围在55至65的重量百分比左右。褐煤的地质年龄较短，其典型地出现在浅埋层中。褐煤通常具有高湿度，并在燃烧时产生极少的热量。高湿气含量和相对低的能量含量通常会令褐煤的远距离输送不经济。一个进一步的难题在于褐煤是易燃的且能够自燃，因而对褐煤的处理和输送需要将褐煤与空气分离。
[0007]在生煤、半生煤、褐煤中的高湿气含量会带来一系列不利。当用于发电时，燃料的湿气含量越高，发电厂的热效率就会越低，如图1所示。图1中的上部曲线示出了对于参数为168b/540C/540C，Tstackl85C的500MW发电厂而言热效率与湿气含量的相对关系；下部曲线示出了对于参数为275b/580C/600C，TstacklOOC的1000MW发电厂而言热效率与湿气含量的相对关系。较低的效率会不期望地导致较高的燃料使用率来维持输出量，增加了 CO2的排放。较干的燃料减少了燃料需求量，减少了 CO2的排放，并减少了发电厂的投资成本。因此，高效节能的煤干燥处理对于在现有和将来的褐煤使用中减少温室排放而言很关键。
[0008]当可用的煤具有高湿气含量时，会由此需要燃料的预干燥处理。干煤或干褐煤重量也较轻，因而更易于运输。从煤或褐煤中去除水分也会容易去除盐分，这在锅炉中使用干煤时通常是有利的。为了将褐煤处理成气态和液态产物以及高级固体燃料，其湿气含量根据生产目标通常必须降为10至20重量百分比。
[0009]已经提出了很多技术来干燥煤或褐煤。这些技术包括蒸汽流化床干燥、一体式干燥气化、密化褐煤、机械热膨胀以及水热脱水。
[0010]蒸汽流化床干燥涉及在过热蒸汽流化床中的煤蒸发干燥。图2a示出了一种提出的蒸汽流化床干燥器，图2b和2c示出了分别利用水汽再压缩和水汽冷凝来使用这种干燥器的处理原理。在图2b的系统中，从热交换器输出的蒸汽冷凝液传递到煤预热器。在图2c的系统中，从热交换器输出的蒸汽冷凝液作为副产物传送出厂房。在现有的褐煤蒸汽流化床干燥处理中，锅炉或其它热源在流化床干燥器加热管中生成蒸汽，蒸汽将穿过褐煤。产生的冷凝蒸汽混合物被排放到汲取槽或脱气器比如碱回收单元，继而会返回至锅炉以形成软循环。
[0011]通过磨损原矿煤以产生潮湿的、“塑料的”、细粒状的煤“粘土”，随后将其空气干燥为低湿气含量煤并呈现“黑煤等同物”产物，来获得密化褐煤。此技术提供了回收水含量的可能性。毛褐煤被磨粉为大约50mm的块，然后馈送给低强度剪切擦碎机，其中煤呈现出大约10 μπι的平均颗粒尺寸。颗粒尺寸的这种减小有效地释放了在原煤的多孔结构内捕获的水分。然后将塑料磨损煤挤压成所需尺寸的丸或块。然后输送潮湿产物以进行干燥，这会伴随着水分到大气的蒸发损耗。
[0012]褐煤致密的另一种方法涉及热解处理，结合有机械、热和化学处理以加速从褐煤到黑煤等同物的自然转变。这种处理的输出物是烃气体、水和冶金焦等同物。
[0013]机械热压榨涉及通过以通常大约60巴的机械压力冷凝蒸汽来压缩在150至200摄氏度范围内加热的粗粉碎的煤，以将水分挤出褐煤并产生干褐煤产物。
[0014]在水热脱水处理中，在压力下将湿煤加热至大约250至300摄氏度，煤结构被破坏并收缩，释放出作为液体的水。高温高压(300摄氏度和100巴)的结合会脱去煤的碳酸基。当CO2射出时，煤发生物理收缩，在处理中从其空隙排出液体水。去碳酸基反应是发热的，会给处理贡献能量。此处理使用整个处理的大约2%的湿褐煤能量含量。
[0015]褐煤干燥的另一种方法是微波干燥。煤对于微波能基本是透明的，然而水对于微波能是高度吸收的，因此微波能可有效地传递给煤中的自由和固有的水。
[0016]也提出了微生物水解来从褐煤提取水分而不使用热量。微生物气化处理是消化系统，其第一阶段是水解，然后使用一系列细菌。
[0017]褐煤存在很多可能的应用，尤其是干褐煤。很多城市具有大量的供应，使得褐煤成为低成本的主要能源。褐煤的高反应能力适于气化和还原剂应用。在比如发电、煤到液体、气体到液体、矿物处理以及出口质量褐煤等应用中采用或能够采用褐煤。
[0018]影响干燥速率和干褐煤的最终湿气含量的关键参数包括温度、压力、干燥介质流速、相对湿度、在干燥器中的停留时间以及待干燥煤的颗粒尺寸。这已经导致了被开发用来干燥褐煤的技术的过剩。干燥技术的一个重要区别特点在于这样的形式:水从处理中出来，和/或能被回收，尤其是作为能被冷凝回液体(蒸发技术)的气体或作为液体(脱水技术)被回收。
[0019]然而，伴随着干褐煤或干煤，会出现安全和运输挑战。干煤具有自燃的倾向，因而必须避免允许自燃的条件。煤处理还具有产生不期望煤尘的倾向。
[0020]在本申请中包含的文件、行为、材料、装置、文章等的任何讨论仅为了提供本发明上下文的目的，不应视为承认:任何或所有这些物质形成现有技术基础的一部分，或者因为存在于本申请每个权项的优先权日之前而成为本发明相关领域的公知常识。
[0021]在整个本说明书中的词语“包括”或变型比如“包含”或“具有”将被理解为暗示了所指元件，整体或步骤，或元件、整体或步骤的集合的存在，但不排除任何其它元件，整体或步骤，或元件、整体或步骤的集合的存在。
[0022]发曰月概沐
[0023]根据本发明的第一方面，提供一种用于干燥颗粒物质的设备，所述设备包括:
[0024]用于产生蒸汽的蒸汽供应装置；以及
[0025]流化床干燥器，所述流化床干燥器包括:
[0026]用于接收颗粒物质的固体入口，
[0027]至少一个蒸汽入口，用于将蒸汽注入到所述干燥器中以便搅动和流化与所述蒸汽入口或每个蒸汽入口邻近的颗粒物质床，
[0028]传热管，所述传热管放置在所述流化床干燥器内，并被构造成经由所述管传递来自饱和蒸汽供应装置的蒸汽以将热量传送给颗粒物质，并且还被构造成允许所述管内的冷凝液在重力作用下流回到所述蒸汽供应装置从而实现重力辅助回路，以及
[0029]允许颗粒物质退出流化床的固体出口。
[0030]根据本发明的第二方面，提供一种用于干燥颗粒物质的方