煤的微波干燥

摘要

本发明公开了使用微波能量干燥煤的方法，以在不引起燃烧或降低煤的炼焦品质的情况下达到控制的粒料含水量目标范围。首先将煤原料分成细等级煤和一个或多个较粗等级煤。将细等级煤以固定料层厚度装载到传送器上。将细等级煤连续地传送通过用于干燥的微波供能加热室。将细等级煤充分地干燥，从而当它与较粗等级的煤组合时，粒料的含水量在目标含水量范围之内。通过立体加热并均匀加热煤，微波加热室在不将煤自身加热到高于约90℃的情况下汽化水。这样，煤不燃烧或氧化，并且保持其炼焦品质。

说明书

背景技术

本发明总的来说涉及微波加热，更具体地，涉及在微波供能的干燥室 中加热煤，以减少煤的含水量。

机械或热的干燥系统用来减少制备并用水清洗的煤的含水量。含水量 减少意味着重量减小，处理改善和更高的窑炉效率。通常用于干燥煤的燃 气或燃煤烤箱具有很大的火灾危险。通过加热大量煤的外表面，这些常规 烤箱使得煤外表面比相应的内部的温度更高。同时，这些常规烤箱还在加 热煤的同时加热了存留的水。如果煤温度升高超过特定的值，就冶金煤来 说，它的炼焦品质将由于氧化而开始降低。微波现已用于干燥煤，因为在 微波频率下，微波能量优先加热存留的水而不是煤。但是，如果不适当地 控制微波能量，微波会使煤过热，影响冶金煤的炼焦品质或导致热力煤的 燃烧。

因此，需要不会有害地影响冶金煤的炼焦品质或引起热力煤的燃烧过 程的干燥煤的方法。

发明概述

这种及其它需求通过包含了本发明特征的干燥煤的方法来实现。根据 本发明的一个方面，提供了一种用于干燥煤的方法，该方法在不削弱煤的 炼焦品质或引起燃烧的情况下达到控制的粒料含水量(aggregate moisture content)目标范围。该方法包括：按尺寸将煤原料分成一级煤和一个或多个 其它等级的煤，或其它尺寸部分；将一级煤装载到传送器上达到大体均匀 的料层厚度(bed depth)；沿着传送器连续地传送一级煤层通过用于干燥的微 波供能加热室(microwave-energized heating chamber)(微波加热器 (microwave applicator))；将微波加热室中干燥的一级煤与一个或多个其它等 级的煤组合，以形成含水量降低的目标干燥粒料；并设置传送器的速度和 加热室的微波功率水平，以充分降低一级煤的含水量，以便含水量降低后 的干燥粒料的含水量在粒料含水量目标范围之内。

根据本发明的另一个方面，用于干燥煤的方法包括：将煤装载到传送 器上达到固定的料层厚度；连续地传送煤层通过微波供能的加热室；使煤 层在加热室中受到均匀热处理，以除去煤中的水分；并设置传送器速度和 微波功率水平以保持加热室中的煤的温度低于90℃。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于处理煤的方法。该方法包括： 根据尺寸将湿的煤原料分成一级煤和一个或多个其它等级的煤；测定各级 湿煤的含水量；传送一级煤通过微波供能的加热室，以生产含水量降低的 脱水一级煤；将脱水一级煤与一个或多个其它等级煤组合，以形成粒料含 水量降低的粒料脱水煤；并调整加热室中一级煤的热处理，以充分地降低 一级煤的含水量，以使降低的粒料含水量符合规定的粒料含水量目标。

本发明还提供了根据本发明的方法生产的煤。

附图说明

参照下面的说明、所附的权利要求和附图，可以更好地理解本发明的 这些特征和方面及其优势，在附图中：

图1是包含了本发明特征的煤制备设备的结构图；

图2是图1的结构图中所示的微波加热室的等轴视图(isometric view)；

图3是沿着线3-3观察的图2的加热室的局部侧视截面图；

图4是沿着线4-4朝图2的加热室看的局部正视截面图；

图5是用于图1的煤制备设备的控制的电路框图；以及

图6A和6B是图2中使用微波加热室的煤制备设备的煤脱水单元的侧 视和顶视示意图。

发明详述

图1的结构图示出了使用包含本发明特征的方法的煤制备设备。煤10 的原料在预处理和清洁站12中进行筛选、分级和清洁。将清洁的煤分成三 个等级，按照尺寸增大的顺序为：细煤14、中粗煤15和粗煤16。在典型 的湿清洁过程中，由于它们不同的平均颗粒表面积与体积的比例(average particle surface-area-to-volume ratios)，各等级具有与其它等级不同的含水 量。例如，较大尺寸的粗煤的含水量可能为8％；中粗煤可能为14％；细等 级煤为25％。如果不进行微波干燥或脱水，这三个等级重新组合的粒料的 粒料含水量可能是例如11-15％。但是煤的最终用户要求的规定含水量目标 可能是10.5％。此外，为了使灰尘及其它环境危险降到最低，可能优选在 粒料中保持至少10％的含水量。因此，在该实例中，粒料含水量的目标范 围是存留水量为10％到10.5％。

因为细等级煤的含水量最高，所以将其干燥可以使粒料含水量降低最 多。在图1所示的过程中，细等级煤14在微波供能加热室18中干燥。如 果例如细煤的含水量在微波干燥器中从25％减少到14.5％，则可以达到12％ 的粒料含水量目标。如果细煤干燥器不能充分地减少水分，则中粗煤15可 以相似地在另一个干燥器中干燥，例如微波干燥室19。同样如有必要，可 使用另一个干燥器20干燥粗煤16。尽管可以将微波干燥器制造成容纳高吞 吐量，但有必要沿着输送带平行地为各个等级设置多个干燥器，以实现更 高的吞吐量。如果细煤干燥器18不能充分干燥煤，则可与第一干燥器18 串联使用第二个这种干燥器18′。干燥的煤14′、15′、16′重新组合成具有目 标含水量的粒料22。在有些情况下，也可以通过微波干燥中粗煤或粗煤或 不同部分的一些组合来达到目标粒料含水量。

图2-4显示了可用在图1的设备中的示例微波加热室24。所示加热室 是由矩形波导管的水平段26形成的微波加热器。该室由高功率的微波源 28(例如磁控管)所产生的微波能量供能。来自微波源的微波能量由微波加热 器30发射通过过渡波导管段32进入室中。波导管的弯曲段34可使微波源 位于煤36的路径之外，煤36在传送器38上经过加热室运输，所述传送器 38例如是在输送方向44上由电动机39驱动的传送带。传送器运输煤通过 进口40进入用于干燥的加热室，并通过出口41离开该加热室。传送带由 附着于水平波导管的底壁的支撑件42支撑在加热室中。

发射到加热室中的电磁能量在输送方向44上通过该加热室传播。波导 管的出口弯曲46优选地在负载(load)48终止，以防止可能会沿着加热室长 度方向形成驻波(standing wave)和热点(hot spot)的反射。如果驻波是可接受 的，则可以可选地使用终止在短路板(shorting plate)，而不是终止于阻抗匹 配负载(matched-impedance load)的较短的加热室。

加热室设计成能对煤提供均匀的热处理。均匀的热处理意味着在其在 干燥室中的停留时间(dwell time)中，给定量的煤基本上与任何其它给定量 的煤的平均受热相同。波导管或微波源包括用于通过消除热点或沿着煤运 输通过的加热室的长度方向对热点进行补偿来确保均匀加热的设置。例如， 这类设置可以包括可变频率微波源、沿着波导管结构设置导电或介电的块 或片、或模式搅拌器(mode stirrer)。为了便于均匀加热，首先以固定料层厚 度D将煤称量到输送器上。

煤输送通过加热室时，其温度可以通过一个或多个温度传感器50监测。 如图5的电路框图所示，温度传感器传送温度信号51到控制器52(例如可 编程序逻辑控制器或计算机)。当温度高于或低于目标值时，控制器传送功 率水平控制信号54到微波源28，以降低或升高微波功率。可选地或另外地， 控制器可以传送速度信号56到传送器驱动器(例如电动机39)，以使传送器 加速或减速。

因为不将煤加热到比蒸发存留水分所需的更高的温度，而引起燃烧过 程或降低煤的炼焦品质是重要的，所以与其它加热系统相比，微波干燥室 具有许多优点。通过立体(volumetrically)加热而不是传导加热，微波干燥器 均匀加热全部量的煤。煤层的外表面不会被加热到比内部更高的温度。此 外，在微波频率下(例如915MHz或2450MHz)，能量优先被水分子吸收， 而不是被干燥的煤吸收。因此，微波在没有显著地加热煤的情况下将水蒸 发。除了增大加热效率外，微波干燥还保持煤自身的温度足够低，以避免 热力煤的燃烧或氧化，以及在冶金煤中伴随的炼焦品质的降低。优选地， 煤的温度保持低于约90℃的优选水平，以保持煤的炼焦品质。使用温度传 感器来保持温度低于优选水平。这样，可以保持炼焦品质的量度CSR(与 CO₂反应后的焦炭强度(coke strength))。此外，因为煤中的某些杂质(例如硫、 磷及其它碱金属)，与煤的加热速率不同，所以微波处理可以用来减少这些 杂质而不氧化煤。例如，煤中的黄铁矿硫的加热速率比碳组分更快，并且 可以在碳燃烧或煤的炼焦品质被影响之前燃尽。

关于示例微波脱水系统的更多细节在图6A和6B中示出。将分级的煤 部分运输进入产品给料传送器60上的微波脱水单元58。煤从给料传送器落 到倾卸传送带62上，传送带62在一个或多个微波加热室18的一个或多个 组64的排列长度上行进。沿着倾卸传送器来回行进的倾卸车66从倾卸传 送器接收煤，并将煤沉积到具有多个卸料斜道70的螺旋进料斗68中。该 料斗将煤平均地分配到加热室。通过斜道装载煤，以在每个行进穿过加热 室的传送器38的上面形成厚度大体均匀的煤层。料层厚度的均匀性足以实 现平均的温度分布，以及大体均匀的煤的加热和脱水。每个微波加热器18 由微波源供能，该微波源随同传送器一起由控制器52和例如封装在电子设 备架(electronics rack)或室72中的相关电子设备和电源71控制。加热室传 送器38将脱水煤输送到出料传送器74上，该出料传送器74将脱水煤输送 出脱水单元以出货或使用。如图所示，微波加热器18终止于由冷凝器76 和水池78冷却的负载48中。

尽管已经参照优选形式对本发明进行了描述，但其它形式也是可能的。 例如，煤可以通过与微波能量的传播相反的方向通过干燥室来运输。如另 一个实例，闭环控制可以开环运行，特别是如果煤的特性已知在某些范围 之内，对于这些特性，已经收集了关于最优功率水平和运输速度的经验数 据。因此，如这些少数实例所建议的，本发明的范围不局限于详细描写的 示例形式。