高湿煤的分段脱水干燥系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及煤的干燥，特别涉及高湿煤的分段脱水干燥系统。
【背景技术】
[0002]近年来，从我国一次能源消费结构和趋势看，虽然低阶煤在我国一次能源消费所占比重有所下降，但其生产与消费量持续增加，高阶煤资源短缺已逐渐成为我国必须面对的突出问题。而我国低阶煤储量占据了煤总储量的40%，其中褐煤约占我国煤炭总储量的12.8%，低阶煤在能源提供过程中正扮演着越来越重要的角色。
[0003]高湿煤主要指(含水率高(30%?65%)的低阶煤)不利于长距离输送和贮存，单位能量运输成本高；直接燃烧能耗高，热效率较低，温室气体排放量大，不能满足电厂发电或者其他行业的需求；低热值使煤耗量增大，燃料的采、运、储、加工等投资增大，使得锅炉的体积大、钢耗高，使锅炉机组的造价和土建费用增大，运行和维护费用增大。此外，作为原料转化利用也受到限制，其液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10%以下。可见，开发先进、高效、节能的低阶煤脱水技术和工艺，是提高低阶煤利用价值、扩大利用范围的关键。
[0004]目前，国内外低阶煤的脱水技术主要分为三类:⑴蒸发脱水:直接或间接地对煤进行加热，使水以气态的形式除去的过程。如流化床干燥技术、蒸汽流化床干燥技术、回转管式干燥技术等；(2)非蒸发脱水:将水从煤中以液态形式脱除的过程。如热水、热油处理等过程，这些过程一般需要较高的温度和压力；(3)非热过程，如机械热压脱水、有机溶剂脱水等。但迄今为止，已有工艺路线均因脱水效率低、有安全隐患、影响煤质、难以规模化生产等原因难以推广。
[0005]常规低阶煤干燥工艺往往采用中高温热风(热空气、烟气、蒸汽)进行干燥，传热温差大，容易出现“外干内湿”现象，从而造成低阶煤干燥不均匀，或者过度干燥、粉化甚至引起煤尘爆炸，从而影响了低阶煤整体干燥效果和技术的安全性和可靠性。传统的低阶煤脱水工艺在去除低阶煤的表面水后，对内水的脱除较为困难。在降速干燥段，内部的水分向外扩散的阻力增加，干燥界面向内迀移，主要受内部扩散控制。该阶段所用时间和能耗可占全部干燥过程的2/3，但是脱水量仅为1/3，甚至更低。因此，该阶段已成为制约整体干燥效果和经济性的瓶颈所在，提高该阶段的干燥速率是提升低阶煤干燥水平的关键。若通过某种方法提高降速段的干燥速率，使低阶煤均匀、高效、快速地达到目标含水率，则无疑有重要意义。
[0006]微波能深入到物料内部由内向外加热，具有传统加热方式无法比拟的优点，选择性加热物料，升温速度快，加热效率高，易于控制，安全卫生无污染。低阶煤和低阶煤中的水分子是极性分子，水的介电常数与介电损耗角正切值都比其它材料更易吸收微波能量。在快速变化的高频电磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化，造成分子的运动和相互摩擦效应，因此微波加热煤介质的速度低于加热水等极性分子的速度，从而使煤在100°C以下内部水汽化。正是由于微波的这种选择性加热方式，使煤内部水分升温较高，而煤本身升温较小，从而达到节能的效果。同时，含水量高的部位因吸收微波较多而蒸发加快，含水量少的部分吸收微波能量较少，这就有利于获得均匀干燥。由于干燥均匀，煤内部热应力小从而微波加热干燥煤能够既不破坏煤质又可以使水分从煤中析出。
[0007]脱水速率和干燥程度是评价低阶煤干燥技术工艺的两个重要指标，虽然微波干燥技术可以提高脱水速率及达到深度干燥的效果，但是由于微波加热脱水是一个从电能一微波能一热能的转化过程，能量转化效率不高，全部采用微波加热脱水干燥会造成能量的大量消耗，在一定程度上限制了该技术的推广。若采取某种方法能有效降低微波干燥的能耗，提高干燥经济性，势必有利于微波干燥工艺的推广应用。
[0008]申请人经过大量、精心设计的试验研究发现，在一定的微波加热功率、煤样粒度和加热时间下，微波干燥低阶煤过程初期会有部分数量可观(液态水量占总含水量的20-40% )的水以液态形式被排挤到煤表面。这主要是由于微波加热具有内部加热和选择性加热的特点，可直接作用于物料内部并形成“内热源”。“内热源”的存在，改变了常规加热干燥过程中的热量和物质迀移的方向，形成了微波干燥的独特机理。微波辐射使物料内部瞬时产生大量热量，内部蒸汽迅速产生，形成从内到外的水蒸气压力梯度，部分水分在压力梯度的作用下以液态形式迅速析出。若能把这些液态水用机械或者其他非加热方式脱除，将节约气化能耗从而大大减少能量的消耗。之前的研究者在进行低阶煤微波干燥时并没有对此进行针对性研究，原因可能在于他们所采用的条件不利于产生该现象；而且即使出现此类现象也由于种种原因被忽视，其结果是到目前为止没有人提出针对微波干燥过程中高含水率的煤炭涌出的液态水进行低能耗脱水的方案和设想。
[0009]目前，采用微波干燥低阶煤已有相关的报道。通常采用纯微波或与其他加热方式组合的办法进行。采用单一的微波设备，往往由于能耗太高使得经济性不可行。申请号为CN200910083586.1的专利，报道了一种低阶煤干燥设备，其主要组成是热风预干燥段和微波干燥段，但是没有明确热风和热量的来源，且预干燥采用滚筒或流化床方式干燥。申请号为CN200910259255.9的专利，利用微波干燥过程中产生的废热气对需要干燥前的煤进行预热处理，但由于缺乏实际经验，提出的干燥温度在100-300°C，明显偏离了微波干燥低阶煤所能达到了合理温度(低于100°C，过高会发生分解，甚至燃烧)；且提出微波干燥段剩余微波也作为热源进行预热，更缺乏基本常识，微波由抑制器密封在微波加热段不能随意引出，以利安全。表明，该专利申请仅仅停留在初步的设想，并没有对该工艺进行缜密、严谨的描述。申请号为CN201210221818.7的专利，利用微波干燥对含水率30%的滤饼进行干燥，但是，水分是以气态形式被脱除，显然能耗较大，而且在脱水过程中滤饼会破碎改变了滤饼一些物理特性。另外申请号为CN200910259256.3的专利，利用微波对预先干燥的煤进行加热脱水提质，利用干燥余热进行热压或者热塑成型，不过，该专利主要强调是热压或热塑成型工艺及余热的应用，同时煤中水分同样是以气态形式脱除的，能耗较大。
【实用新型内容】
[0010]本实用新型提供的装置克服了现有技术的不足，基于在微波加热干燥低阶煤过程中会有数量可观的液态水附着在煤表面，利用机械能或者其他非热方式将这部分水分以液态形式脱除，能避免汽化潜热的能耗，提高微波干燥系统的经济性。高湿煤的分段脱水干燥系统，结合了微波加热和非热方式联合脱水干燥技术，将热脱水和非热脱水方式进行了有机的结合，大大节约了微波干燥系统的能耗；利用干燥系统自身产生的余热、废热的再利用加热原煤，提高了整个干燥系统的经济性；经过深度干燥后，后续成品煤利用更加灵活、安全，加工成本降低，增加了微波干燥技术工业化应用的可能性。
[0011]为了达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0012]高湿煤的分段脱水干燥系统，在落料机构的下方设有用于轻度干燥煤料、辅助煤料析出水分的第一微波干燥机构，第一微波干燥机构内设有第一传送机构，在第一传送机构的末端设有用于脱除煤料水分的固液分离机构，在固液分离机构的出口设有第二传送机构，在第二传送机构的末端设有用于深度干燥煤料的第二微波干燥机构，落料机构用于对原煤的预干燥和落下，原煤从落料机构落至第一微波干燥机构内，原煤在第一微波干燥机构内析出水分，煤料通过第一传送机构输送至固液分离机构，固液分离机构将水分以液态形式脱除，实现了水分非热方式脱除，经过固液分离后的煤料再被第二传送机构传送至第二微波干燥机构进行深度脱水干燥，此时煤料内的水分以气态的形式脱除。
[0013]进一步地，落料机构为原煤仓，下部窄于上部。
[0014]进一步地，第一微波干燥机构包括第一干燥腔体，在第一干燥腔体上固定设置第一微波源，第一微波源设置在所述第一传送机构的上方，利用微波源对第一传送机构上的原煤进行第一阶段的干燥。
[0015]进一步地，在所述第二微波干燥机构内设置第三传送机构，第三传送机构的起始端设置在所述第二传送机构末端的下方，第三传送机构的末端设置在成品煤堆上方。