[发明专利]减少含水褐煤中的水分的方法和设备

说明书

本发明涉及将热能和压力作用在水平分布的材料(煤)上以减少含水颗粒状褐煤的水含量的方法和设备。

以前揭示的有仅用于泥煤的使用机械压力和热能来减少化石燃料中水含量方法。泥煤是地质上最年轻的天然燃料，它的特点是含有高达85-95％的水分。与褐煤不同，泥煤还含有一定量的纤维素，因此水仅靠微弱的力与固态物质相结合，因而，用简单的压榨就能除去绝大多数的水。在DE-PS 3 59 440中揭示了一种这类方法。这一专利描述了泥煤等的脱水方法，首先对要脱水的材料进行预压，用柱塞压机将材料压成较薄的层，消除压力后，将材料置于高压蒸汽下，随后进行最后的加压。该方法特别重要的步骤是将材料置于蒸汽中，受到压机柱塞界限的含有材料的室，由于收回柱塞，其内的材料膨胀而使室扩大，因而能够通过蒸汽的这种作用使压缩的饼块松散。由于压缩饼块的松散，上述步骤供给的高压蒸汽很容易促成压缩饼块中的通路并推开松散的材料，从而在材料中形成能使大量蒸汽通过又对材料没有影响的通道。借助在材料的冷态进行的预压，从材料中排出冷态可榨出的水，这种水在泥煤中作为表面水大量存在。然而，必须小心以确保不在过高压力下进行预压，否则形成的固态压缩饼块，如无进一步的措施，蒸汽很难通过。

就褐煤脱水而言，必须设想褐煤中不含游离水。在褐煤中水是以分子形态键合的，不能冷态榨出。

褐煤的水分高达65重量％。当在发电厂燃烧褐煤时，必须直接用相当大量的褐煤或用燃气中的大量热能蒸发水分。所用的能量取决于水含量，可高达22％。如果在燃烧前进行有效的干燥和脱水来减少原料褐煤中的水分，就能减少这方面的能耗。另外，由于上游干燥步骤的结果，可以减小发电厂的锅炉和下游装置的大小。为了将高水分的褐煤转化成电能，通过能量有利的除水的上游措施可大大提高发电厂的总效率。

已经有减少褐煤中水含量的方法和设备，在“褐煤39(1987)，第三卷，46-57页”和“褐煤39(1987)，第四卷，78-87页”以及在其中引述的专利中描述了这些方法和设备。提到的这些方法有通过蒸发的热干燥法和向在预加压至约3.0MPa的高压釜中的褐煤通入过热蒸汽的热脱水法(Fleiβner)。用这种方式加热的褐煤，从高压釜中取出后，移入一个干燥煤储仓，由二次通气冷却热脱水后的褐煤，并进行二次干燥。

在大规模发电厂采用这些方法减少褐煤中的水分的困难是由于要求高褐煤通过量，设备要求和/或能耗都非常高。在热脱水方法中，尽管与热干燥相比其比能耗较低，但至今未能工业化。热脱水的缺点是特别对连续化操作，必须使用压力闸或旋转阀和高压泵对褐煤加料和放料。而且，这种热脱水方法，其加热褐煤所需的蒸汽的饱和蒸汽温度必须与加压气氛所需的高压相对应。

本发明的目的是通过减少能耗和使用的设备，来避免这些方法中的缺陷。本发明的权利要求1的特征用于达到这一目的。

由这种热/机械脱水方法，以较小的热能耗和机械能耗，连续或间歇操作可成功地使褐煤脱水。在最初表面压力下，加热褐煤层可导致物理和化学作用，使煤中结合的水分子松脱。水就能从煤的毛细管和空隙中以液态流出，并很容易压榨。与热干燥方法相比，节约了蒸发水所需的能量。

与已知的热脱水方法相比，本发明的方法最基本的优点是褐煤和脱水褐煤的连续加料和放料中不需要压力闸、阀或高压泵。因而消除了可能成为故障来源并造成脱水连续操作困难的因素。根据本发明方法的设计，输入蒸汽的饱和蒸汽温度低于最大表面压力下的饱和蒸汽温度。而且，由于褐煤层的过滤作用和较低饱和蒸汽温度，压榨水中的固体含量和COD与BOD₅值之比低于已知方法的值。

根据本发明的方法，满足了工业化脱水方法的一般要求，如投资成本低、占地面积小、高产量、可连续化操作、操作和设备的可靠性高、符合环境保护要求、操作费用和能耗低。

在升高表面压力前的操作中，必须均匀加热材料，因为这样在最初表面压力下材料形成的滤饼，对导入的蒸汽有均匀的阻力，并使蒸汽均匀地通过材料。蒸汽压可有相应机械压力相同的数量级如0.4MPa。

为了能方便地使本方法适应特定条件下的材料，在压榨时，可改变褐煤的表面压力，特别是增加压力。已证实在这种情况下，选择最大表面压力至少约为2MPa有利。

为避免蒸汽进入材料时冷凝，蒸汽需过热。至少要过热10℃。由于过热，甚至蒸汽导入在通过导管等时也不会预先发生冷凝。

为了使蒸汽能对材料有高能，材料在其水平分布前，最好粉碎成最大约20毫米的粒度的颗粒。通过预热材料，进行该方法所需的能量还可以减少。为了这一目的，可以利用废热、或这一方法中从材料中压榨的水也可用作废热源。