[发明专利]用于煤提质的装置及使用该装置的方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2009年6月30日的美国专利申请第12/495,775号的优先权。将该申请的内容通过援引并入本文。

背景技术

1.技术领域

本发明总体涉及能量领域，并更具体地涉及用于干燥和加热煤并将其与冷的(未经干燥的)煤混合的处理设备。

2.对现有技术的描述

煤作为用来满足世界持续增长的能量需要的立即可用的增量能源，对其的需求越来越多。由于所有其他能源特别是石油正在耗尽并且越来越贵，煤的价格已经并且将继续提升。因为现有的高质煤源正在耗尽，美国国内和世界的煤市场正在发生变化。因此，公共服务商和煤的其他工业用户正在花费大量的资金来改装现有设备或制造设计用来燃烧低品质(阶)煤的新设备，或者正在为更好地符合最适操作规范的高质顺应煤(compliance coal)支付越来越多的资金。

煤的提质(upgrading)(将低阶煤转变为高阶煤)使得可以积极地利用美国和其他国家的大量可用的低阶煤资源，并且为操作和燃烧低阶煤时所需的大量改造或者为现有的发电厂设备在使用未经改变的低阶煤时所经历的生产能力下降提供了低成本的替代方式。

在正确的温度和压力条件下，天然有机物质会经历变质过程或煤化过程，即泥炭逐渐转变为褐煤、次烟煤、烟煤并最后转变为无烟煤。该转变(在该转变中煤阶得到了提升)的特征在于，煤的水含量和氧含量的降低和碳-氢比的增大。褐煤和次烟煤并未完全变质，并通常具有高的固有的(已结合的)水和氧的含量，且相应地每吨煤产生较少的燃烧热能。

所有煤都沉积在海洋环境中，其中，诸如粘土、沙及其他矿物等不可燃烧的杂质与有机物质互为夹层并且在燃烧过程中会形成灰，从而有助于在系统换热表面上形成沉积物。此外，一些可燃烧物质，例如黄铁矿，通过次生地质过程而沉积在煤内。正是这些杂质在煤燃烧时导致产生大量二氧化硫、颗粒物和其他污染物。这些杂质存在于所有阶的煤中，需要采用昂贵的污染控制技术来降低释放出的烟道气中的排放水平，从而符合规章要求。

为特定的煤设计的燃烧系统对不同煤阶或品质的煤的作用不会同样有效。对于特定的热释放速率，燃烧所要求的炉容积随煤阶的升高而减小。由于每个燃烧系统在消耗具有特定的煤阶和品质(灰分含量)特性的煤时表现良好，用不符合设计燃料的煤作为燃料时通常会导致该系统的效率下降。当矿物杂质浓度(或灰分含量)升高时，燃烧系统的运行性特性会受到有害影响。此外，该系统了产生量持续增加的危险污染物，必须捕获这些污染物来防止其释放到环境中。

煤干燥技术通过降低煤的水含量来提高所处理的进料煤的表观煤阶，这使得每吨经干燥的(或经提质的)煤所产生的热量更多。某些过程还降低氧含量和挥发物含量。这通常通过使用下述系统来实现：在所述系统中，用惰性气体(即，氧浓度为0的气体)或氧浓度低至可接受水平的气体来使煤干燥。

煤清洁过程降低所处理的煤中的矿物杂质浓度。在理想情况下，仅将矿物质从有机物质中除去，从而仅剩下有机物质。清洁过程的效率取决于矿物质从有机物质中释出(物理分离成主要为矿物质和有机物质的离散颗粒)的程度。在实践中，矿物颗粒不会从有机物质中大量释出，特别是在更低阶的煤中。因此，不可能使全部矿物质物与有机物质完全分离而不损失有机物质。对低阶煤并不经常实施清洁，因为原生的或未处理的低阶煤相对丰富且价格较低，并且因为简单地将低阶煤压碎并不会有效地使矿物质从有机物质中释出。

美国试验与材料协会(American Society of Testing and Materials)提供了用于分析煤样品的程序。水含量的定义为将样品加热至104℃时样品的质量损失。挥发物含量的定义为：在无空气情况下将样品加热至950℃时样品的质量损失减去水含量。灰分含量的定义为在空气中于750℃点燃样品后剩余的残留物。在加热样品时，水分从样品中散发出，同时剩余煤的温度升高。如果使样品保持煤温度和水含量之间的动态平衡，当煤残留物的温度为104℃时，会除去全部水分。在无氧气的情况下进一步加热煤时，会散发出挥发性有机化合物(VOC)，VOC是受管制的危险性空气污染物。