专利名称：使用系统热源提高高水分材料的质量的方法
技术领域：
本发明涉及使用在典型的工业制炼厂可利用的现有系统废热源提高组成该工厂用的原料或燃烧源的材料的质量。更具体而言，在工厂加工或燃烧粒状材料之前，本发明使用在低温、露天生产过程中现有的工厂废热源干燥这些材料，以提高它们的热含量或可加工性并且减少工厂排放。尽管在许多不同的工业中可以以有效且经济的方式利用这种生产过程，但是它特别适用于发电设备，用于减少煤在其燃烧之前的水分含量。
背景技术：
如我们知道的，电力对人类生活是必须的。从工厂中驱动机器，到农场中泵送水，到办公室中运行计算机，到在大部分家庭中提供光、加热及冷却的能量，这一切它都可以做。
提供这种电力的大发电装置利用蒸汽或流水的能量产生动力，以使涡轮机的轴转动，从而再驱动发电机。尽管一些发电装置是利用水电能源或核能源进行运转的，但是全世界约63％的电力以及在美国产生的70％电力都是由燃烧化石燃料如煤、石油或天然气而产生的。这样的燃料在发电装置的燃烧室中燃烧，以产生用于使锅炉中的水转变成蒸汽的热量。然后，蒸汽被过热并将其引入到巨大蒸汽涡轮机中，由此它推动涡轮机的扇状叶片，使轴旋转。这个旋转的轴再使发电机的转子旋转，从而产生电。
蒸汽一旦流过涡轮机，它就进入冷凝器，在此处它绕着携带有冷却水的管通过，这些冷却水吸收来自蒸汽的热量。当蒸汽冷却时，它冷凝成水，然后水被泵回到锅炉中，重复将其再次加热成蒸汽的过程。在很多发电装置中，将这种在冷凝器管道内吸收了来自蒸汽的热量的水被泵到喷淋池或冷却塔进行冷却。然后，冷却水可以再循环通过冷凝器，或排放到湖泊、河流或其它水域中。
在美国开采的89％的煤都被用作发电装置的热源。不同于石油和天然气的是，能够从地球上经济地提取煤的可供给性是丰富的。
有四种主要类型的煤无烟煤、烟煤、次烟煤和褐煤。尽管这四种煤都主要包含碳、氢、氮、氧和硫以及水分，但是包含在煤中的这些固体元素及水分的具体量是变化很大的。例如，最高级的无烟煤包含约98重量％的碳，而最低级的褐煤(也称作“褐色煤”)可以只包含约30重量％的碳。同时，水分量在无烟煤和烟煤中可能小于1％，而在次烟煤如Powder RiverBasin(“PRB”)中为25-30重量％，在北美褐煤中为35-40重量％。对于澳大利亚和俄罗斯，这些褐煤水分量可能分别高达50％和60％。相比于烟煤和无烟煤，这些高水分的次烟煤和褐煤具有较低的热值，原因是它们在燃烧时产生更少量的热。而且，高的燃料水分影响电力单元操作设备(electricpower unit operation)工作的所有方面，包括影响性能及排放。相比于高级煤的情况，高的燃料水分使锅炉的效率明显更低以及单位热耗更高。高水分含量还可以导致在比如燃料处理、燃料磨碎、风机容量和高的废气流量的方面的问题。
因此，烟煤由于含量丰富并且具有较高的热值，因而是电力生产用的最广泛地使用等级的煤。然而，它们还包含中等至高含量的硫。作为在美国日益严格的环境法规如清洁空气法案的结果，发电装置不得不在这些装置的烟囱上游昂贵地安装洗涤装置，以防止这些煤燃烧所产生的二氧化硫(“SO2”)、氮氧化物(“NOx”)、汞化合物和飞灰污染空气。
低级煤如次烟煤和褐煤由于硫含量低，因而被作为发电装置用的热源已经日益得到了关注。将它们作为燃料源燃烧可以使发电装置更容易满足联邦及州的污染标准。另外大的可能性在于这样的事实，在美国西部，这些次烟煤和褐煤构成可获得煤储量的大部分。然而，这些低级煤类型的更高水分含量降低了它们作为加热燃烧源时的热值。而且，这样的高水分含量可以使这些煤的运输相对于它们的热值更加昂贵。它们还可以导致工业问题，原因是当它们失去它们的水分时，它们破碎并变成粉状的，因而使得它们难于处理并运输。
尽管由于污染关注，天然气和燃料油都几乎完全地代替煤作为民用加热燃料，但是油和天然气不断上升的价格使一些工厂和商业建筑物返回到采用煤作为加热源。由于烟煤和无烟煤的热值更高，因此它们被优选用于这些加热应用。
煤还是用于制造在铁和钢制造中所使用的焦炭的主要组分。烟煤在氧缺乏以防止煤被燃烧的气密燃烧室中加热到约2000(1100℃)。这种高水平的热量使一些固体变成气体，同时残余的几乎由纯碳构成的硬泡沫状的物质是焦炭。大部分的焦炭装置是钢厂的一部分，在钢厂中，焦炭与铁矿石和石灰石一起燃烧，使铁矿石转变成随后被加工成钢的生铁。
焦炭制造工艺中的碳化过程中所产生的一些气体在它们被冷却时，转变成液氨和煤焦油。经过进一步的处理，这些残余气体可以被转变成轻油。制造商可以将这些氨、煤焦油和轻油用于生产药物、染料和肥料。煤焦油本身可以用于铺屋面和路面铺设应用。
在焦炭制造工艺中的碳化过程中产生的一些气体不变成液体。这种“煤气”如天然气那样燃烧，并且可以为焦炭制造和炼钢工艺提供热量。备选的燃料工业也开发了煤不经过碳化而直接气化的工艺。这些气化工艺的结果是，高能量的气体和高能量的液体燃料代替了汽油和燃料油。因此，煤除了其固有的热值之外，还存在很多有价值的用途。
业内早已认识到，煤经过加热降低了它的水分，因此，通过干燥煤，提高了煤的等级以及BTU生产。在其在热水锅炉中燃烧之前，煤的干燥可以提高锅炉的所得效率。
在现有技术中，已经使用多种干燥器装置来干燥煤，包括回转炉(授权给Berg的美国专利5,103,743)、级联回旋床干燥器(授权给Petrovic等的美国专利4,470,878)、细长槽式干燥器(授权给Siddoway等的美国专利4,617,744)、料斗式干燥器(授权给Ohno等的美国专利5,033,208)、移动床式干燥器(授权给Petrovic等的美国专利4,606,793)和振动流化床干燥器(授权给Ladt的美国专利4,444,129)。工业上还熟知的是其中通过床底部中的孔引入流化介质，使煤颗粒分开并且飘浮以提高干燥性能的流化床干燥器或反应器。所述流化介质可以兼作直接加热介质，或者在所述流化床反应器中可以安置其它独立的间接热源。参见，例如美国专利授权给Goldich的5,537,941；授权给Selle等的5,546,875；授权给Reynoldson等的5,832,848；授权给Dunlop的5,830,246、5,830,247和5,858,035；授权给Kannenberg等的5,637,336；授权给Dietz的5,471,955；授权给Heard等的4,300,291；和授权给Parks的3,687,431。
然而，这些常规的干燥方法中许多都是采用很高的温度和压力。例如，Bureau of Mines方法是在1500psig实行的，而在授权给Koppelman的美国专利4,052,168中公开的干燥方法需要1000-3000psi的压力。类似地，授权给Criner的美国专利2,671,968教导了1000的上升气流的使用。同样，授权给Dunlop的美国专利5,145,489公开了一种用于同时提高煤和油的燃料性能的方法，其中使用保持在850-1050的反应器。还参见授权给Mansfield的美国专利3,434,932(1400-1600)；和授权给Shelton的4,571,174(≤1000)。
这种采用非常高温干燥或相反地处理煤，需要巨大的能量消耗和其它资金和操作成本，这样能够非常快地导致低级煤的使用在经济上难于实行。而且，干燥工艺使用的更高温度形成另一种需要被处理的排出流。此外，这种经济平衡变复杂的实事在于，为提高被干燥煤的热值，现有技术的煤干燥工艺通常依赖于化石燃料如煤、石油或天然气的燃烧来提供真正的热源。参见，例如，授权给Michael等的美国专利4,533,438；授权给Dunlop的4,145,489；授权给Blake的4,324,544；授权给Seitzer的4,192,650；授权给Ladt的4,444,129；以及授权给Berg的5,103,743。在一些情况下，这种燃烧后的燃料源可以构成在煤干燥工艺内分离并回收的煤粉。参见，例如，授权给Merriam等的美国专利5,322,530；授权给Erhard的4,280,418；以及授权给Stahlherm等的4,240,877。
因此，人们已经致力于开发利用低温要求干燥煤的工艺。例如，授权给Johnson的美国专利3,985,516教导了一种用于低级煤的干燥工艺，该工艺在400-500范围内的流化床中使用温热惰性气体作为干燥介质。授权给Greene的美国专利4,810,258公开了使用过热气态干燥介质将煤加热到300-450，但是其优选温度和压力为850和0.541psi。也参见，例如，授权给Petrovic等的美国专利4,436,589和4,431,585(392)；授权给Dellessard等的4,338,160(482-1202)；授权给Ottoson的4,495,710(400-900)；授权给Coleman等的5,527,365(302-572)；授权给Fracas的5,547,549(500-600)；授权给Dunlop的5,858,035；以及授权给Dunlop等的5,904,741和6,162,265(480-600)。
虽然几种现有技术的煤干燥工艺采用更低的温度，但是只是将煤干燥到有限的程度。例如，授权给Dunlop的美国专利5,830,247公开了一种采用流化床密度为20-40磅/英尺3的第一流化床反应器不可逆制造干燥煤的工艺，其中水分含量为15-30重量％、氧含量为10-20％以及颗粒大小为0-2-英寸的煤在150-200经受1-5分钟，以使煤同时粉碎及脱水。然后，将煤供给第二流化床反应器，在其中，将它用矿物油涂覆，然后在480-600温度经受1-5分钟，以使产物进一步粉碎及脱水。因此，明显的是不仅此工艺采用了水分含量相对较低(即，15-30％)的煤，而且煤颗粒在150-200运行的第一流化床反应器中只是部分被脱水，而真正的干燥是发生在于480-600的更高床温下运行的第二流化床反应器中。
同样，授权给Hunt的美国专利6,447,559教导了一种用于在惰性气氛中处理煤的工艺，其通过如下来提高煤的等级最初在200-250下加热煤以除去其表面水分，之后通过在400-750、900-1100、1300-1550和2000-2400进行的系列连续加热步骤，以消除在煤颗粒孔内的水，从而制造出水分含量和挥发含量分别低于2重量％和15重量％的煤。再一次显而易见的是，初始200-250的加热步骤只是对煤颗粒提供有限度的干燥。
采用流化床反应器干燥煤可能碰到的问题之一是流化介质中捕获了大量的粉煤。尤其是在更高的床操作条件下，这些粉煤可能自发地燃烧，从而导致爆炸。因此，很多现有技术的煤干燥工艺都采取在无气流化床环境内使用惰性流化气体，以防止燃烧。这种惰性气体的实例包括氮、二氧化碳和蒸汽。例如，参见授权给Waterman，Jr.的美国专利3,090,131；授权给Petrovic等的4,431,485；授权给Heard等的4,300,291和4,236,318；授权给Ekberg的4,292,742；授权给Knappstein的4,176,011；授权给Cha等的5,087,269；授权给Galow等的4,468,288；授权给Hauk的5,327,717；授权给Hunt的6,447,559；以及授权给Dunlop等的5,904,741。授权给Coleman等的美国专利5,527,365提供了一种在通过使用如丙烷或甲烷的低级烷烃惰性气体实现的“温和还原环境”中干燥低质量含碳燃料的工艺。为了避免爆炸，还有其它的现有技术工艺使用了大量随着煤穿过化床反应器的长度方向而保持顺序降温的热流化流，从而确保煤的适当冷却。例如参见授权给Shelton的美国专利4,571,174；和授权给Wicker的4,493,157。
干燥煤时，工业上早已碰到了另一个问题在于，干燥工艺完成之后，其随时间流逝而重新吸收在周围空气条件中的水分的自然趋势。因此，人们致力于用矿物油或一些其它烃产物涂覆干燥煤颗粒的表面，以形成抗煤颗粒的孔内吸收水分的阻挡层。例如参见授权给Dunlop的美国专利5,830,246和5,858,035；授权给Johnson的3,985,516以及授权给Simmons的4,705,533和4,800,015。
为了提高干燥低级煤的工艺经济，已知的是，采用废热流作为初级燃烧燃料热源的补充热源。参见授权给Merriam等的美国专利5,322,530。在焦化煤生产中尤其是这样，在焦化煤生产中，为了加热在热交换器中的干燥气体，可以循环由热焦炭加热的冷却气体。例如参见授权给Poersch的4,053,364；授权给Wagener等的4,308,102；授权给Dellessard等的4,338,160；授权给Weber等的4,354,903；授权给Kemmetmueller的3,800,427；授权给Michael等的4,533,438；以及授权给Petrovic等的4,606,793和4,431,485。同样地，为了干燥煤，来自流化床燃烧炉的烟道气已经被用作用于包含在流化床反应器内部的热交换器的补充热源。例如参见授权给Goldich的美国专利5,537,941；以及授权给Hauk的5,327,717。授权给Berg的美国专利5,103,743公开了一种在回转窑中干燥如湿煤的固体的方法，其中干燥材料被气化，以产生随后用作辐射加热器用的燃烧热源的热气体，所述辐射加热器被用于干燥在窑内的材料。在授权给Wagener等的美国专利4,284,476中，来自相关冶金装置的烟道气穿过焦炭生产工艺中的热焦炭，以将其冷却，由此使烟道气加热，随后该烟道气用于预热转化成焦炭之前的湿煤进料。
然而，这些现有技术的工艺似乎都没有使用在煤干燥操作设备中的废热流作为用于干燥煤的唯一热源。它们而是只补充使化石燃料如煤、石油或天然气保持燃烧的一次热源。因此，为了干燥化石燃料(即，煤)以提高其给加工装置(例如，发电装置)中的锅炉加燃料的热值，使干燥包括低级煤的煤产物的工艺经济继续受到燃烧化石燃料的需要的限制。
在发电装置中需要协同使用可利用的废热源，以提高使用低级煤如次烟煤和褐煤的工艺经济，所述废热源作为用于干燥被引入到锅炉燃烧室中之前的煤的专用热源而被另外消耗。相比于更传统使用的烟煤和无烟煤，这样的低级煤源能够意外地变成发电装置用的可行燃料源。除了在煤中发现的导致污染的不适宜元素被除去之外，含硫更低的次烟煤和褐煤的经济用途还将更大地有益于环境。
发明概述根据本发明，提供一种通过使用在工厂操作中可利用的废热源，提高在操作设备中用作主要成分的材料的质量特性的方法。这些材料可以包括在工厂操作设备中燃烧的燃料源，或用于制造由工厂操作产生的成品的原料。这些废热源包括但不限制于来自燃烧室中的热废气或烟道气、热的冷凝器冷却水、来自涡轮机的生产用蒸汽和具有高热值的其它生产用蒸汽。本发明具体地涉及用于鉴别并且开发各种单独或组合的可利用的废热源，以提供提高材料的质量或特性所需的适当数量和温度水平的热量的方法。
尽管本发明可应用于许多不同产业，但是为了说明性目的，本发明在此处是相对于通常的煤燃烧发电装置进行描述的，在发电装置中，为了提高煤的热值以及发电装置的最终锅炉效率，理想的是使煤在干燥器中除去一些水分。以这种方式干燥煤能够使比如次烟煤和褐煤的低级煤得到提高，甚至能够使用。通过降低煤的水分含量，不管它是低级或高级煤，都可以使其它改进的操作效率得到实现。例如，更干的煤将降低发电装置中的煤处理系统、输送装置和煤压碎机的负荷。由于越干煤越易于输送，因此这降低了维修费用，并且增加了煤处理系统的有效性。越干的煤还越易于被磨碎，因此需要越小的“磨机”功率就可实现相同的研磨尺寸(煤的细度)。在燃料水分较小的情况下，离开磨机时的水分含量就得到降低。这将改善煤的研磨结果。另外，用于传输、流化和加热煤的一次空气的需求较少。这样的较低含量的一次空气降低了空气速度，而由较低的一次空气速度，使在煤磨机、输煤管、煤燃烧器和相关设备中的腐蚀得到显著地降低。这样带来的效果是降低了输煤管和磨机的维修费用，对于燃烧褐煤的发电装置来说，这两者的费用是非常高的。而且实现了降低烟囱排放，因而提高了下游的环境保护装置的收集效率。
为了给发电装置的锅炉以经济可行的基准供燃料，这样的煤燃料原料不需要干燥到绝对零的水分含量。而是，通过利用这些可获得的废热源将煤干燥到充分程度，可以使锅炉效率得到显著提高，同时使加工成本维持在经济可行的水平。这样为工厂的经营者带来了真正的经济优势。褐煤的水分含量能够从通常的39-60％的含量降低到10％或更低，但是优选到27-32％。这种优选的含量受锅炉的传热能力规定。
在对工厂操作不产生不利结果的情况下，本发明优选以各种结合使用多种装置废热源，以干燥材料。在通常的发电装置中，废工业用热仍然是可从很多来源获得以进一步使用。一种可能的来源是蒸汽涡轮机。蒸汽可以取自蒸汽涡轮机循环，以干燥煤。对于很多现有的涡轮机而言，这样可能降低功率输出，并且对取点下游的涡轮机级的性能产生不利影响，因而使这种热提取的来源的适宜性受到限制。然而，对于新建立的发电装置，蒸汽涡轮机是为蒸汽提取而设计的，对级效率没有负面影响，因而对于新装置，能够使这种蒸汽提取成为用于煤干燥的废热源的一部分。
用于干燥煤的废热的另一种可能来源是包含在装置排出的废气内的热能。采用包含在废气中的废热来除去煤的水分，可以降低烟道温度，这又降低了烟道中的浮力，并且能够导致在烟道壁上的水蒸气和硫酸冷凝。这样限制了能够从用于煤干燥的废气得到的热量，尤其对于装备有湿式洗涤器的装置，因而这样可能使得热废气不是在本发明的很多终端应用中所使用的唯一废热源。
在Rankine的动力循环中，从在蒸汽冷凝器和/或冷却塔中的循环中排出热。在通常用于公用装置的蒸汽冷凝器中排出的热表示了大量的废热，为其二次目的利用这些热对装置操作设备的影响最小。因此，能够将冷凝器排出的这种热冷凝器冷却水的一部分转用并改为用于煤干燥。工程分析表明，在满单位负荷的情况下，为了将煤的水分含量降低4％，只需冷凝器中排出的2％的热量。这种热源单独使用或与其它可得到的装置废热源组合使用，使装置废热源得到最佳使用，而对装置操作设备不产生不利的影响。
尽管本发明集中在利用可获得的废热源使水分能够降低或其它工艺步骤能够进行，但是应当理解，可以向利用废热源的系统中加入一次热源如燃烧热，以在经济基准上实现所需结果。通常地，相对于所使用的废热源，一次热的量将是少量的。
虽然本发明使用了固定床干燥器和流化床干燥器，两者都为单级和多级的，对在工厂操作设备中被消耗之前的材料进行预干燥和进一步的清洁，但是也可以使用其它商业上已知类型的干燥器。而且，这种干燥工艺在低温、露天系统内进行，因而进一步降低了工业设备的操作成本。干燥温度优选被保持在低于300，更优选在200-300之间。
在本发明的情况下，可以将离开冷凝器的热的冷凝器冷却水的一部分转用并且用于预热送往APH的输入空气。
与在煤燃烧之后再试图除去污染物和其它污染的当前现有技术系统形成对比，本发明还提供一种利用材料的偏析和流化床的分级能力将煤中的飞灰、硫、含汞材料和其它有害污染物除去的系统。在煤燃烧之前将这些污染物和其它污染除去，消除了工厂加工中的污染对环境可以造成的可能有害影响，并且预期的优点是排放更低、煤输入量更小、装置运行需要的辅助动力更小、装置的耗水量更少、金属腐蚀及其它因素所致的装置维修成本更低以及从废气中提取这些污染所需装置引起的资本费用更小。
附图简述在附图中
图1是说明简化的生产电力用的燃煤发电操作设备的示意图。
图2是显示改进的燃煤发电设备的示意图，所述发电设备使用废气和蒸汽涡轮机的废热流，以提高锅炉效率。
图3是本发明的单级流化床干燥器的示意图，其使用废工业用热间接加热同时用于干燥和流化煤的流化空气。
图4是本发明的单级流化床干燥器的示意图，其组合使用废工业用热和热的冷凝器冷却水，所述废工业用热对用于使煤流化的流化空气进行加热(间接加热)，而所述热冷凝器冷却水循环通过包含于流化床干燥器内部的床内(in-bed)热交换器以干燥煤(直接加热)。
图5是本发明的单级流化床干燥器的示意图，其组合使用了废工业用热和热蒸汽，其中所述废工业用热对用于使煤流化的流化空气进行加热(间接加热)，而所述热蒸汽取自蒸汽涡轮机循环并且循环通过包含于流化床干燥器内部的床内热交换器以干燥煤(直接加热)。
图6是本发明的单级流化床干燥器的示意图，其利用了废工业用热对用于使煤流化的流化空气进行加热(间接加热)，以及对循环通过包含在流化床干燥器内部的床内热交换器的传递液体进行加热以干燥煤(间接加热)。
图7是本发明的单级流化床干燥器的示意图，其利用了来自工厂炉子烟囱的热废气，对用于使煤流化的流化空气进行加热(间接加热)，以及对循环通过包含在流化床干燥器内部的床内热交换器的传递液体进行加热，以干燥煤(间接加热)。
图8是本发明的两级流化床干燥器的示意图，其使用了来自工厂操作设备的废工业用热，以对在流化床干燥器的两个室内被用于使煤流化的流化空气进行加热(间接)，以及对循环通过包含于流化床干燥器的两个室内的床内热交换器的热冷凝器冷却水进行加热，以干燥煤(直接加热)。
图9是固定床干燥器的一个实施方案的示意图。
图10是本发明被结合到发电装置中的两级流化床干燥器的示意图，其使用热冷凝器冷却水加热包含在第一干燥器级中的煤，以及加热被用来使在两干燥器级内的煤流化的流化空气。将热冷凝器冷却水与热废气结合对在第二干燥器级中的煤进行干燥。
图11是组合使用由热的冷凝器冷却水和热废气提供的废热加热和/或干燥在两个干燥器级中的煤的示意图。
图12是使用热废气加热和/或干燥在两个干燥器级中的煤的示意图。
图13说明了具有三分区的空气预热器的封闭式冷却线路。
图14说明了具有两分区空气预热器的封闭式冷却线路。
图15说明了具有三分区的旋转回热式空气预热器的开放式冷却线路。
图16说明了具有三分区的旋转回热式空气预热器的开放式冷却线路的第二实施方案。图17示出本发明具有所示两级流化床干燥器的典型的温度梯度和流量，但所示两级流化床干燥器不连接设备系统。
图18示出了本发明的两级流化床干燥器的典型的温度梯度和流量，所述两级流化床干燥器被结合到动力装置系统内。
图19是与用于从煤粉中分离污染物的装置组合的流化床干燥器的示意图。
图20是与用于从煤粉中分离污染物并且燃烧所述污染物发电的装置组合的流化床干燥器的示意图。
图21是不同水分含量的煤的净单位发热量(net unit heat rate)得到提高的图解说明。
图22是不同水分含量的煤的HHV值的图解说明。
图23是本发明的配置A(基本方案(base case))的示意图。
图24是本发明的配置B(高温)的示意图。
图25是本发明的配置C(低温)的示意图。
图26是本发明的配置D(超低温)的示意图。
图27-37是不同水分含量的煤在用各种煤干燥配置下动力装置效率的不同测量的图解说明。
优选实施方案的详述本发明提供一种方法，其通过使用在工厂操作设备中可利用的一种或多种废热源提高在工厂操作设备中用作主要成分的材料的质量特性。这种发明允许在更经济的基础上干燥材料，从而能够使用较低级(例如，更高水分)的材料，否则所述材料在工厂操作设备中是不可行的。本发明还能够降低材料在工厂操作设备中被处理之前其内所包含的污染物和其它不适宜元素。
对于本发明来说，“粒状材料”表示构成进入工厂操作设备的整体的任意粒状或颗粒化合物、物质、元素或组分，包括但不限制于燃烧燃料，如煤、生物质、树皮、泥煤和森林废弃物；铝土矿和其它矿石；以及在工厂操作设备内被改性或变性的基质，如谷物、谷类食品、麦芽、可可。
在本发明的上下文中，“工厂操作”表示物质的任何燃烧、消耗、转化、改性或改进，以提供有益结果或最终产品。这样的操作可以包括但不限制于发电设备；炼焦操作；炼铁、炼钢或炼铝的设备；水泥生产操作；玻璃生产设备；乙醇生产设备；用于谷物和其它农业材料的干燥操作；食品加工设备和用于工厂及建筑物的加热操作设备。工厂操作包括与产品或系统的热处理结合的生产操作，包括但不限制于用于在二氧化碳或有机酸消除中使用的胺或其它提取剂的温室、区域供热和再生操作。
如在本申请中使用的“煤”表示无烟煤、烟煤、次烟煤和褐煤或“褐色的”煤，以及泥煤。具体包括Powder River Basin煤。
对于本发明来说，“质量特性”表示在工厂操作设备内影响粒状材料的燃烧、消耗、转化、改性或改进的区别特征，包括但不限制于水分含量、碳含量、硫含量、汞含量、飞灰含量以及燃烧时SO2和NOx、二氧化碳、氧化汞的产生。
如在本申请中使用的，“热处理装置”表示有利于对产品施加热的任何装置，包括但不限制于燃烧室、干燥器、蒸煮器、烘箱、保温箱、生长室和加热器。
在本发明的上下文中，“干燥器”表示有利于通过应用直接或间接加热降低粒状材料的水分含量的任意装置，包括但不限制于流化床干燥器、振动流化床干燥器、固定床干燥器、移动床干燥器、级联回旋床干燥器、细长槽式干燥器、料斗干燥器或窑。这些干燥器还可以由单个或多个容器、单级或多级、重叠或不重叠的构成，并且含有内部或外部的热交换器。
对本申请来说，“主要热源”表示主要目的为直接在一个装置中做功所产生的热量，所述一个装置比如为锅炉、涡轮机、烘箱、燃烧室、干燥器、热交换器、反应器或蒸馏柱。这种主要热源的实例包括但不限制于燃烧热和直接离开锅炉的生产用蒸汽。
如在本申请中使用的，“废热源”表示由在工厂操作中的一个装置内由主要热源已经做的功所产生的具有高热含量的任何残留的气态或液体副产物流，并且其使用的第二目的在于在一个装置中做功，而不是废弃。这样的废热源的实例包括但不限制于冷却水流、热冷凝器冷却水、热废气或烟道气、来自例如涡轮机的废工业用蒸汽或来自操作设备如压缩机、反应器或蒸馏柱的废热。
对本申请来说，在发电装置的锅炉中燃烧的煤将被用作示例性的粒状材料和工厂操作，但重要的是应当理解，本申请还涵盖构成到工厂操作的有利、必要或有益输入的任何其它材料。
图1示出发电用的简化燃煤发电装置10。将原煤12收集在煤仓14内，直到需要。然后，通过进料器16供给磨煤机18，在磨煤机18中，煤在一次气流20的协助下被粉碎成如本领域所知的合适颗粒大小。
然后，将粉碎的煤颗粒供给燃烧室25，在燃烧室25中，它们在二次气流30的协助下进行燃烧，产生热。该燃烧反应还产生废气27，并且将废气27排出到大气中。
而这种热源将锅炉32的水31转变成蒸汽33，蒸汽33传递给蒸汽涡轮机34。蒸汽涡轮机34可以更完整地由串连操作性连接的高压蒸汽涡轮机36、中压蒸汽涡轮机38和低压蒸汽涡轮机40组成。蒸汽33通过推动连接到各个涡轮机单元内包含的一系列轮子上的扇状叶片而做功，所述扇状叶片被安装在轴上。当蒸汽推动叶片时，它同时使轮子和涡轮机的轴旋转。这种旋转的轴带动发电机43的转子转动，从而产生电45。
将低压蒸汽涡轮机40排出的蒸汽47传递给冷凝器50，在冷凝器50内，蒸汽被冷却水52冷却，从而使蒸汽变成水。大部分的蒸汽冷凝器都是水冷却的，使用了一种开放式或封闭式的冷却线路。在图1所示的闭路布置中，蒸汽47内包含的潜热提高了冷的冷却水52的温度，因而它作为热的冷却水54从蒸汽冷凝器50排出，随后，热的冷却水54在冷却塔56中被冷却，以作为在闭路布置中冷的冷却水52进行循环。另一方面，如图15-16的情况那样，在开放式冷却线路中，冷却水携带的热被排放到冷却水体(例如，河流或湖泊)中。相反，在封闭式冷却线路中，冷却水携带的热被排放到冷却塔内。
如图2所示，图1的发电装置10的运行效率可以通过提取并利用一些发电装置的废热和副产物流得到提高。燃烧化石的工厂锅炉通常装备有空气预热器(“APH”)，用来加热在煤粉碎及燃烧工艺中使用的一次和二次气流。在锅炉系统(燃烧室、燃烧器和锅炉布置)中使用燃烧煤，以将水转变成蒸汽，然后该蒸汽被用于使蒸汽涡轮机运转，所述蒸汽涡轮机与发电机操作性连接。热交换器通常被称作蒸汽对空气的预热机(“SAH”)，使用从蒸汽涡轮机中提出的蒸汽对空气预热机上游的一次和二次气流进行预热。从涡轮机中提取蒸汽降低了涡轮机(和装置)的输出，并且降低了循环的单位发热量。
典型的APH可能具有再生式(Ljungstrom或Rothemule)或管式设计。SAH被用于保持在APH进口的空气的高温，并且保护APH的冷却端免受因硫酸在APH传热表面上沉积所致的腐蚀，以及免受使流动阻力和风机功率要求增加所致的堵塞。越高的APH进口空气温度产生越高的APH气体出口温度以及在APH冷却端的APH传热表面(在再生式APH中的传热通道或在管式APH中的管)越高的温度。更高的温度减少了在APH内的酸沉积区域并还降低了酸沉积速率。
因此，在改性系统65内，SAH 70使用提取自中压蒸汽涡轮机38的工业用蒸汽的一部分71，以分别预热被传递给磨煤机18和燃烧室25之前的一次气流20和二次气流30。在SAH 70中能够达到的一次气流20和二次气流28的最高温度受离开蒸汽涡轮机38时的提取蒸汽71的温度和SAH70的热阻限制。而且，一次气流20和二次气流30分别通过PA风机72和FD风机74供给三分区(tri-sector)APH 76，其中这些气流被排放到大气之前的废气流27再次加热。以这种方式，高温的一次气流20和二次气流30提高了磨煤机18的工作效率以及在燃烧室25中工业用热的生产。此外，可以将冷凝器50排出的水流78循环到锅炉32中，以再次转变成工业用蒸汽。蒸汽涡轮机38排出的废气27和工业用蒸汽71以及冷凝器排出的水78被成功地用于提高发电装置65的总体效率，否则蒸汽涡轮机38排出的废气27和工业用蒸汽71以及冷凝器排出的水78都可能成为废物。
如上述论述那样，如果煤12的水分含量能够在其传递给燃烧室25之前得到降低，则将进一步有利于发电装置的操作效率。基于经济基础，这种初级干燥工艺也能够使用如次烟煤和褐煤的更低级煤。
图3显示用于降低煤12的水分含量的目的的流化床干燥器100，但是应当理解在本申请的上下文中可以使用任意其它类型的干燥器。而且，完整的煤干燥系统可以由多个串联或并联连接的煤干燥器构成，以除去煤中的水分。包含多个相同煤干燥单元的多个干燥器途径提供了工作和维修的弹性，并且由于其通常更小的尺寸需求，允许煤干燥器被安装并集成在现有的发电装置的设备内，而且是分级地、一次一个地进行安装并集成。这样对正常的工厂操作干扰最小。
一个或多个流化床将在较低温度范围的露天操作。床内热交换器与静态的流化床或固定床设计一起使用，以为煤干燥提供另外的热量，从而减小必要的设备尺寸。在流化床干燥器具有充足的床内传热表面的情况下，流化/干燥气流可以被降低到相当于最小流化速率的值。这样降低干燥器的腐蚀损害和淘洗(elutriation)速度。
床内热交换器用的热可以直接或间接供给。直接热供给包括使热的流化气流、热的冷凝器冷却水、工业用蒸汽、热废气或其它废热源中的一部分转用并且使其通过床内热交换器。间接热供给包括使用被热的一次气流加热的水或其它传热液体；热的冷凝器冷却水；由蒸汽涡轮机循环中取出的蒸汽、热废气或在外部热交换器中的其它废热源，之后其通过床内热交换器。
床容积可以成一整体(参见图3-7)或被分成几部份，在此处被称作“多个级”(参见图18)。对于使将被燃烧的湿过筛煤在其燃烧的同一位置上进行干燥，流化床干燥器是良好的选择。单一容器(参见图8-10)或多个容器中可以包含多个级。多级设计允许最大地利用流化床的混合、偏析和干燥特性。煤干燥器可以包括用于干燥煤的直接或间接热源。
图3公开了一种煤干燥床的一个实施方案，即使用直接热供应的单级、单容器的流化床干燥器100。尽管对于流化床干燥器100，存在多种不同可能的结构安置，但是普通的功能元件包括支承用于流化和输送的煤的容器102。这种容器102可以是槽、封闭的容器或其它适合的安置。容器102包含分配板104，所述分配板104形成朝向容器102底部的底板(floor)，并且将容器102分成流化床区106和送气区域108。分配板104可以是穿孔的或被构建成具有适合的阀门装置，以允许流化空气110进入容器102的送气区域108。流化空气110遍布于送气区域108中，并且在高压下强制其穿过分配板104中的开口或阀门，以将放置在流化床区106中的煤12流化。
容器的上部分限定稀相区112。如图3所示，湿过筛煤12在进口点114进入流化床干燥器100的流化床区106。如所示的，当通过流化空气110将湿过筛煤12流化时，推动煤水分和淘洗的煤粉116穿过容器102的稀相区112，并且典型地在流化床干燥器100的顶部排出容器。干燥煤120在排放点122从容器102中排出。进口煤进口和出口点的结构和位置、淘洗煤粉的出口、分配板104和容器102的配置都可以根据最佳结果的需要进行改进。
其间，由风机127抽吸环境空气125，使其穿过由废工业用热132加热的外部热交换器130。将由穿过外部热交换器130的循环加热的流化空气110的一部分引导到流化床区106中以将湿过筛煤12流化。通过流化热空气110(由废工业用热132加热)的残留转向穿过床内热交换器134，形成直接热供应，加热流化煤以逐出水分，其中所述床内热交换器134贯穿流化床106。将从床内热交换器134中排出的流化空气110再循环回到风机127以再次循环通过外部热交换器130并且被其加热。当流化空气穿过送气区域108直接进入流化床区106时，流化空气110产生一些损失。通过将环境空气125再次抽吸到循环环路中代替这种损失的空气。
图4示出了单级、单容器的流化床干燥器140的另一个实施方案，所述流化床干燥器140与图3中所示类似，不同之处在于不使用废工业用热132加热外部热交换器130和床内热交换器134这两者。而是，将来自发电厂操作中的其它地方的热的冷凝器冷却水142的一部分转移到床内热交换器134中以提供必需的热源。因此，在图4的流化的干燥器实施方案140中，使用两种独立的废热源(即，废工业用热和热的冷凝器冷却水)提高煤干燥方法的操作效率。
图5还显示了单级、单容器的流化床干燥器150的另一个实施方案，所述流化床干燥器150与图4中所述类似，不同之处在于使用从发电厂的蒸汽涡轮机中提取的热生产用蒸汽152代替热的冷凝器冷却水作为用于床内热交换器134的热源。再次，流化床干燥器150使用两种不同的废热源(即，废工业用热132和热生产用蒸汽)以提高煤干燥方法的操作效率。
流化床干燥器的另一个实施方案示出在图6-7中，要求的是使用间接热供应的单级、单容器的流化床干燥器160。如图6中说明，通过使用水或其它传热液体162为床内热交换器134提供间接热供应，然后通过泵166循环穿过床内热交换器134，所述水或其它传热液体162由流化空气110、热的冷凝器冷却水142、丛蒸汽涡轮机循环中提取的生产用蒸汽152或来自在外部热交换器130中的燃烧室烟囱的热废气168加热。还可以使用这些热源(和其它来源)的任何组合。
在图8中说明了本发明的露天、低温流化床干燥器设计的又一个实施方案，即使用对床内热交换器134的直接热供应(来自发电厂的冷却塔的热的冷凝器冷却水172)的多级、单容器的流化床干燥器170。容器102分为两级第一级174和第二级176。尽管在图8中以两级干燥器的形式得到说明，但是可以加入另外的级并且可以实现进一步的处理。典型地，湿过筛煤12穿过在进口点114处的稀相区112，进口进入流化床干燥器170的第一级174。通过热的冷凝器冷却水172预热并且部分干燥(即，除去表面水分的一部分)湿过筛煤12，所述热的冷凝器冷却水172进入容纳于第一级174(直接加热)内部的床内热交换器164的加热盘管、在其内循环并且从其中排出。还通过热流化空气110将湿过筛煤12加热并且流化。在被外部热交换器130中的废工业用热132加热之后，流化空气110被风机127迫使穿过流化床干燥器170的第一级174的分配板104。
在第一级174中，强行使热流化空气流110穿过由分配板104支承并且在其上面的湿过筛煤12以干燥煤，并且使在煤中包含的可流化颗粒和不可流化颗粒得到分离。在床170中，将更重或更密实的不可流化颗粒在床170内析出，，并且收集在分配板104的底部。然后以流1(176)的形式从第一级174中排出这些不可流化颗粒(“切割不足(undercut)”)。通常将流化床干燥器设计成处理在流化床的底部收集的高达4英寸厚的非流化材料。非流化材料可以至多占输入煤流的25％。可以将这种切割不足流176引入另一种选矿工艺，或可以简单地将其排出。如图8中所示，分离的材料沿着分配板104移动到流176的排出点是通过在水平方向上倾斜的分配板104实现的。因此，第一级174分离可流化和不可流化材料，预干燥并且预热湿过筛煤12，并且给在流化床干燥器170中包含的第二级178提供均匀的湿过筛煤12的流体。来自第一级174的流化煤12气载溢出第一堰180，到达床干燥器170的第二级178。在床干燥器170的这种第二级中，通过直接热将流化煤12进一步加热并且干燥至需要的出口水分含量，其中热的冷凝器冷却水172进入包含于第二级178中的床内热交换器182的加热盘管、循环并且从中排出以在此辐射显热。还通过热流化空气110将煤12加热、干燥并且流化，所述热流化空气110在通过外部热交换器130中的废工业用热132进行加热之后，被风机127强制穿过分配板104进入到流化床干燥器170的第二级178。
干煤流气载地越过在流化床干燥器170的排出端122的第二堰184排出，而淘洗煤粉116和湿空气从干燥器单元的顶部排出。。还可以将这种第二级178用于从煤12中进一步分离飞灰和其它杂质。如图8中所示，经由位于床170的底部(或者适当的其它地方)的多个提取点186和188，以流2(186)和3(188)的形式从第二级178中取出分离的材料。提取点的所需数量可以根据湿过筛煤12的尺寸和其它性质进行改进，所述其它性质不限制地包括不适宜杂质的性质、流化参数和床设计。
通过图8中所示倾斜的分配板104，或者通过现有的可商购的水平方向的分配板，可以实现将分离的材料移到排出点176、186和188。可以将流1、2和3从工艺中取出并且将其填埋或进一步处理以除去不需要的杂质。题目为“Apparatus and Method of Separating and Concentrating Organicand/or Non-Organic Material”的独立申请更充分地描述了用于分离并且进一步处理切割不足流176、186和188的应用和方法，该申请与本申请同一天提交并且具有共同的所有人，其全部内容通过引用结合在此。
当流化空气流110流过煤床170和包含于流化床106的第一级174和第二级178中的湿过筛煤12时，其被冷却并且被增湿。从在干燥器床煤内部的煤12中可以除去的水分量受制于流化空气流110的干燥能力。因此，通过床内热交换器134和182的加热盘管输送到流化床106中的热量增加流化空气流110的干燥能力，并且降低实现需要的煤干燥度所需的干燥空气的量。在床内传热表面足够的情况下，干燥空气流110能够被降低到相当于保持颗粒悬浮所需要的最小流化速率的值。该值典型地在0.8米/秒的范围内，但是可以增加速度以在较高值如1.4米/秒下允许，从而保证该过程从来都没有降低到低于最小所需的速率。
为了达到最大的干燥效率，干燥空气流110在饱和条件(即，具有100％的相对湿度)离开流化床106。为了防止水分在流化床干燥器170的稀相区112和更远的下游冷凝，将煤干燥器170设计为出口的相对湿度小于100％。而且，可以将热流化空气110的一部分旁通到流化床106的周围，并且在稀相区112中与饱和空气混合以降低它的相对湿度(例如，喷射)。备选地，可以在流化床干燥器170的稀相区112内部增加再热表面，或者可以使用容器外壳加热或其它技术以增加温度并且降低离开床干燥器170的流化空气110的相对湿度，并且防止下游冷凝。在干燥器中除去的水分直接与流化空气中所包含的供热量以及床内热交换器辐射的热量成比例。供热量越高，则床和出口的温度越高，这增加了空气的输送水分的能力，因而降低了实现预期干燥度所需要的必需的空气与煤的比率。用于干燥的能量需要量取决于气流和风机的压差。将热加入到干燥器床中的能力取决于所述床与加热水之间的温度差、传热效率和热交换器的表面积。为了利用更低温度的废热，因而需要更大的传热面积，以将热引入工艺中。这典型意味着更深的床，以给床内热交换器的加热盘管提供必要的容积。因此，欲达到的目的可以规定本发明的流化床干燥器的精确尺寸和设计结构。
进入和离开干燥器的煤流包括湿过筛煤12、处理过的煤流、淘洗煤粉流116和切割不足流176、186和188。为了处理不可流化煤，干燥器可以配备有洗涤器-加料斗/收集器(collection)以及用于将从流化床的底部移出煤的螺旋输送机。在如下独立申请中更充分地公开了这种相关设备，并且这份申请的全部内容通过引用结合在此题目为“Apparatus andMethod of Separating and Concentrating Organic and/or Non-OrganicMaterial”，该申请与本申请同一天提交并且具有共同的所有人。
其中，干燥器的典型的相关组件尤其包括煤输送设备、煤储料仓、流化床干燥器、空气输送和加热系统、一个或多个床内热交换器、环境控制器(集尘器)、仪表以及控制和数据采集系统。在一个实施方案中，使用螺旋推进进料器将湿煤供应给干燥器并且将干煤产物从干燥器中取出。可以使用螺旋进料器控制进料速率并且在进入及离开干燥器的煤流上提供气锁。在煤仓上的测压元件提供进入干燥器内的流量和总的煤输入量。仪表可以没有限制地包括热电偶、压力计、空气湿度计、流量计和应变计。
相对于流化床干燥器，第一级实现了不可流化材料的预加热和分离。这可以被设计成分离煤的高速率小室。在第二级中，通过水蒸汽和煤之间的分压差使煤水分蒸发，因而煤得到干燥。在一个优选实施方案中，大部分的水分是在第二级中被除去的。
用于本发明目的的另一类型煤床干燥器是带有直接或间接热源的单容器、单级的固定床干燥器。图9示出了这种带有直接热源的干燥器的一个实施方案，但是很多其它布置也是可以的。对于干燥将售卖给其它发电厂或其它工厂的煤，固定床干燥器是一种良好的选择。这是因为低干燥速率和以下事实的缘故固定床干燥器相对于流化床干燥器需要长得多得停留时间，以将需要量的煤干燥成水分被降低到需要的程度。此外，流化床干燥器在非工厂位置比如在采矿区中的使用实际上通常是受限制的。在这样情况下，优质的废热源，比如热冷凝器的冷却水或压缩器的热都不可能利用于干燥操作。而且，可能更加难于廉价地提供流化床所需要的必要量的流化空气。
在图9中所示的安置的情况下，固定床干燥器180具有两个同心的壁，其中通常的为圆柱形的外壁182和通常的为圆柱形的内壁184限定在外壁182和内壁184之间的空气流用的环形空间(spatial ring)186。底座直径小于内壁184的直径的圆锥形结构188位于固定床干燥器180的底部，在轴向上与内壁184对齐，从而形成用于排出干燥煤192的环状底板排出口190。
煤(典型而不排它地为湿过筛煤12)在开口顶部194进入固定床180。通过重力将湿过筛煤12吸引到床干燥器180的底部。冷干燥空气200被风机198抽吸，穿过空气-对-水的热交换器202，产生流化气流196。通过废热加热流化空气200，所述废热在图9中以从蒸汽冷凝器(未显示)中提取的热的冷凝器冷却水204的形式显示。如在本申请中描述的所有实施方案一样，其它废热源可以用于本发明的实践。
流化空气200穿过圆锥形结构188和在内壁184和外壁182之间形成的环形空间186，进入固定床180的底部。如图9中所示，将圆锥形结构188和内壁184穿孔，或者另外适当地配置成允许流化空气196流过容纳于固定床干燥器180的内壁184中的湿过筛煤12。流化空气196通过固定床干燥器180的开口顶部194排出到大气中。
固定床干燥器180包含床内加热盘管206。床内传热盘管206用热由废热提供，在这种情况下，由热的冷凝器冷却水204提供。也可以单独使用来自其它来源的废热或取自蒸汽涡轮机循环的蒸汽或它们的任意组合，或将它们与冷凝器的废热204组合使用。当在固定床干燥器180中将湿过筛煤12加热并且充气时，通过重力或其它可商购的机械装置将干燥煤192吸引到干燥器的底部，在此将它通过在固定床干燥器180的底部形成的排出环190排出。
意在将本发明的干燥器床设计进行定制设计，在不使煤暴露在高于300、优选为200-300之间的温度的情况下(根据将要得到的预期煤、燃料或进料的性质以及与需要的结果有关的其它因素，其它进料或燃料的温度梯度和流体流量可以变化)，以最大地使用可从各种发电厂生产中得到的废热流。在高于300，典型地更接近400时，氧化发生并且从煤中逐出挥发物，从而产生包含需要处理的不需要的成分的另一种流，和工厂操作的其它潜在的问题。
通过将干燥器的空气进料调节至小于300并且将这种热量输入到床内的热交换器盘管中，干燥器能够处理更高温度的废热源。流化床干燥器的多级设计形成了多个温度带，而所述温度带能够被用于通过加热介质的逆流来实现更有效的传热。来自干燥器床的煤出口温度较低(典型地低于140)，并且产生了较容易储存和处理的产物。如果特别的粒状材料需要更低或更高的产品温度，则可以将干燥器设计成提供降低或升高的温度。
选择合适的干燥器设计、干燥器温度和包含在床内的煤的停留时间，将使水分降低到所需的水平。对于发电装置应用的低级煤，其可能要求北美褐煤的水分从约35-40重量％降低到10-35重量％、更优选27-32重量％。在其它地区市场如采用高达50-60％的褐煤的高水分含量开始的澳大利亚和俄罗斯中，煤用户可能选择通过干燥将水分含量降低到低于27％。对于次烟煤，这种水分降低可能是从约25-30重量％至约10-30重量％，更优选到20-25重量％。在用于发电装置操作的煤的情况下，尽管在本发明下的合适设计的干燥器工艺能够利用低温热将粒状材料的水分含量降低到0％，但是这样可能是不必要的，并且增加了处理成本。按用户需要设计可以将床建造成将高水分煤干燥到适合于尤其是发电装置工艺的最佳水平。
对于本发明在工厂操作中利用废热选择的低温、露天干燥方法，可利用很多种可能的实施选择。在图10中以两级、单容器的流化床干燥器302的形式显示了一个优选实施方案，所述流化床干燥器302被集成到使用热的冷凝器冷却水304和热废气306作为用于干燥操作的唯一热源的发电装置300中。将水分含量为35-40重量％的原褐煤12输送到筛310，以筛选出其大小适合于在所述工艺内处理的煤。将低于2英寸、更优选0.25英寸或更小的合适过筛煤12通过通常方式直接输送到预处理的煤储存仓312内。任何大于0.25英寸的过大的煤首先经过粉碎器314，之后将其由通常方式输送到煤储存仓312。
然后，通过在本领域中已知的输送系统，将来自储存仓的湿过筛煤12输送到流化床干燥器(dry)302，其中在煤颗粒表面及孔内的总水分降低到预定含量，得到平均水分含量为约28-30重量％的“干燥”煤316。这种所得到的干燥煤316由输送器318输送到斗式提升机320，再到干煤储存料斗322中，并一直保持在所述干煤储存料斗322中直到锅炉燃烧室需要为止。
在被输送到进入燃烧室330用的风箱328之前，通过常规的方式将收集在储料仓322中的干燥煤316输送给磨煤机324，在此处，其被粉碎成干燥粉煤326。对于本发明来说，为图10所示的煤干燥工艺提供了4百万磅/小时的锅炉容量用的在美国北达科他州的“冬季条件”的典型工艺参数。通过煤326在燃烧室330中燃烧，将在60亿BTU/小时范围内的所得热量传递给容纳在锅炉334内的水332。然后，将平均温度为1000且压力为2,520psig的蒸汽336传到所使用的一系列高压、中压和低压蒸汽涡轮机(未示出)中的第一个，以驱动至少一个用于产生电的发电机(未示出)。废蒸汽典型地将在600和650psi下离开高压涡轮机，并且在约550-600和70psi下离开下游的一个或多个中压涡轮机。
之后，将在约125-130和1.5psia下从低压涡轮机中排出的废汽338输送到冷凝器340中，在此将它转变成水。将约85的冷的冷却水342循环通过冷凝器340，以从废汽338中取出潜热能。在本方法中，冷却水342变得更热并且以约120的热冷却水344的形式从冷凝器中排出。然后，将这种热的冷凝器冷却水344通到冷却塔346中，在此将它的温度再次降低至约85，以产生用于再循环到冷凝器340中的冷的冷凝器冷却水。之后，将来自冷凝器的冷凝蒸汽再循环通过锅炉334，以再热为再次用于驱动蒸汽涡轮机的蒸汽336。
流化床干燥器302由第一级350和更大的第二级352组成，其中所述第一级350具有接收将要干煤12的70英尺2的分布区，所述第二级352具有245英尺2的分布区。流化床干燥器302的这些级分别配备有将在下面更详细地论述的床内热交换器354和356。
将热的冷凝器冷却水的一部分304被转用并且通过热交换器354循环，以给干燥器的第一级350提供直接热源。这种热的冷凝器冷却水304典型地平均为120，并且导致第一级床内热交换器辐射250万BTU/小时的热量。在约100时从热交换器中排出的废弃的热冷凝器冷却水358返回到冷凝器中，因此它有助于将废弃的涡轮机蒸汽358冷却下来，并且再次变成热的冷凝器冷却水304。
热的冷凝器冷却水的一部分304a循环通过外部热交换器360，用于加热二醇基循环流体362，所述循环流体362被用于加热初级风机室盘管(preliminary fan room coil)364。这种初级风机室盘管364将一次空气流366和二次空气流368的温度从一年时间都在变化的环境温度升高至约25-30(冬季条件)。二醇在低温下不会冻结，因而它确保一次和二次空气流同样不会降低到低于25的最低温度。
然后，将离开初级风机室的盘管364的一次空气流366和二次空气流368通到构成空气-水热交换器单元的主风机室盘管370。将热的冷凝器冷却水304的一部分304b循环通过主风机室盘管370，以提供必需的热源。一次空气流366和二次空气流368在约80-100下从初级风机室盘管中排出，因此，通过分别为140和112的PA风机372和FD风机374将它们输送到外部空气加热器376中，所述外部空气加热器376构成三分区的、旋转再生式空气预热器。
使用风机室盘管364和370分别预热空气预热器62的进口空气以及热和冷的一次空气流380和366a，将可用于外部热交换器386的热量和传热流体流388的温度从120度的范围升高至高于200度的范围。这对流化/干燥空气352和床内热交换器356的需要表面积具有积极的影响。两者随干燥和加热流的温度增加而降低。
在外部空气预热器376之前，将一次空气366的一部分366a转移到约为145的混合箱378中。在与一次空气的更热流380a(约为283)混合之后，它形成约187的流化空气382，所述流化空气382用作流化床干燥器302的第一级350和第二级352的流化介质。为了达到这种187的流化空气温度，约54％的进入混合箱378的空气将由热PA空气380a提供，而46％将由冷PA空气366a提供。流化空气382以约3.5英尺/秒的速度进入第一级350，以将约40英寸厚的煤颗粒床流化。煤颗粒12以约132,000磅/小时横穿第一级350，其中它们被床内热交换器354和流化空气加热到约92，并且并且水分得到了少量降低。在到达第一级350的端部时，它们将溢出堰的顶部进入第二级352。
废气306在约825下从锅炉燃烧室330中排出。这种废热源穿过外部空气加热器376以提供加热介质。废气在约343下从外部加热器中排出，并且经过沉淀器和洗涤器被排出到烟道。但是，在本方法中，废气将一次空气流366和二次空气流368分别加热至约757和740，以形成热一次空气380和加热的二次空气382。将加热的二次空气流382以帮助燃烧过程并且提高锅炉效率所需的约117％输送到燃烧室330中。
将约757的热一次空气380输送到磨煤机324中，因此它形成将粉碎的煤颗粒推动到风箱328和燃烧室330中的正压源。再次，以这种方式预热粉碎的煤颗粒326，提高了锅炉效率，并且使得能够使用更小的锅炉和相关设备。
在干煤的情况下，由于更低的水分蒸发损耗，因此火焰温度更高，并且改进燃烧室25中的传热过程。火焰温度越高，导致对燃烧室25的壁的辐射热通量(heat flux)越大。因为排出的废气27的水分含量降低，所以火焰的辐射性能得到改变，从而还影响对燃烧室25的壁的辐射通量。在更高的火焰温度的情况下，从燃烧室25中排出的煤灰颗粒的温度更高，从而可以增加燃烧室的污垢和结渣。炉渣在燃烧室壁上的沉积降低传热，并且在燃烧室出口导致更高的废气温度(FEGT)。由于煤流量随燃料水分减少而降低，进入锅炉的灰量也将降低。这样减少了锅炉32中的固体颗粒腐蚀以及锅炉32的维修(例如，需要除去积聚在锅炉内表面上的烟灰)。
将热一次空气流380的一部分输送到热交换器386中，所述热交换器386将液体介质388加热到约201，所述液体介质388用作床内热交换器356用的热源，所述床内热交换器356容纳于流化床干燥器302的第二级352中。这种液体介质在约160下离开该热交换器，因此将它送回到热交换器386中以进行再热。如上面已经描述，在约283下离开热交换器386的一次空气流380a与冷一次空气366a在混合箱378中结合，以形成引导到流化床干燥器302中的流化气流382。这种混合箱允许将流化空气的温度调节到需要的水平。
在约92下从第一级350输送到流化床干燥器的第二级352并且水分稍微得到降低的流化煤颗粒将形成深度为约38-42英寸的床，该床被气流382流化并且进一步被床内热交换器356加热。这些煤颗粒沿流化床的第二级352的长度通过需要约12分钟，因此将它们以约118和29.5重量％的水分的干燥煤316的形式排出。更重要的是，进入干燥器302的第一级的煤12的的热值已经从约为6200BTU/磅增加至约7045BTU/磅。
在工业上，计算“X比率”，以表示通过空气加热器376的热从废气306到一次空气366和二次空气368的相对传递效率。由如下等式表示mPA+FD·cpPA+FD·(T出-T进)PA+FD＝m废气·cp废气·(T进-T出)废气式中，m是质量流量，cp是比热，分别地，T进是相应燃烧空气(即，一次空气和二次空气)和废气流的进口温度，而T出是出口温度进口。因为燃烧空气流的乘积(m-cp)典型地只有废气流的相应值的80％，这意味着在发电厂的通常情况下，穿过空气热交换器的废气的温度降低可能只等于在燃烧气流时得到的温度的80％。然而，根据本发明，通过降低煤的水分含量，由此使在燃烧室中的煤产物的燃烧所产生的废气的水分含量得到降低，废气流306的质量流量和比热值将得到降低，同时通过风机室盘管364和370将一次空气流366和二次空气流368预热，将增加燃烧空气流的质量流量。这将导致X比率增加到100％，由此极大地提高了发电装置操作的锅炉效率。而且，干燥器系统根据本发明的原则的周到设计可以进一步将X比率提高到约112％，由此使锅炉操作对于发电更有效。此外，通过利用在发电装置操作内可获得的废热源，已经实现了这种被极大地提高的用于空气热交换器和锅炉效率的X比率，这样能够在协同的基础上改善发电装置操作的经济性。
重要的是应理解，对图10-12中所示的流化床干燥器安置可以进行各种改变。例如，可以使用在发电厂中可利用的其它废热流，如离开涡轮机的废生产用蒸汽代替热废气或热的冷凝器冷却水流。而且，可以将独立的混合箱接入到用于将流化空气输送到流化床的第一和第二级中的管道(line)内，以允许独立调整和控制各种流化流的温度。此外，可以使用两分区或外部空气加热器，其中通过一侧的一次和二次空气流由通过另一侧的热废气加热。在需要时，可以在热一次空气流中安置蒸汽空气预热器(“SAH”)，以在所述热一次空气流到达混合箱之前进一步增加它的温度。可以通过从蒸汽涡轮机循环提取的蒸汽或工厂内可利用的其它废热源提供这种SAH的热输入。又一种变化是在废气从空气预热器中排出之后，在其通道中安置低温节能(economizer)热交换器，以加热循环流体，所述循环流体对到达外部空气加热器之前的一次和/或二次空气流进一步提高的热量。
与图10相比，图11所示为流化床干燥器302被略微不同地结合到发电装置300中，其中对相同元件给出相同标记以易于理解。还使用热的冷凝器冷却水304加热用于初级风机室盘管364和主风机室盘管370的二醇加热器360，所述二醇加热器360转而共同预热一次空气流366和二次空气流368，之后，所述热一次空气流366和二次空气流368在外部空气加热器376中通过废气306将它们加热以产生热二次空气382和热一次空气380。。还引导冷一次空气流366a穿过混合箱378以控制流化空气的温度，所述流化空气被引导穿过流化床干燥器的第一级350和第二级352的底部。然而，使用在热交换器386中加热的循环液体介质388，作为第一级350中的床内热交换器354和第二级352中的床内热交换器356所用的加热介质。与图10中所示的安置不同，热的冷凝器冷却水304不用作第一级350中的床内热交换器354所用的加热介质。图11的这种实施方案允许将更高温度的热量引导到流化床干燥器302内的两个热交换器中，并且提高整个干燥系统的弹性。
图12显示了流化床干燥器302和发电装置300的又一种略微不同的安置。如同图11，将共用废热源用于容纳于流化床干燥器302的第一级350和第二级352中的两个床内热交换器。然而，与其中使用从外部空气加热器376中排出的热一次空气380加热热交换器循环液体388的图11相比，在图12中不同的是，这种循环液体388是通过从外部空气预热器376中排出的废气流402在热交换器400内部进行加热的。以这种方式，可以将循环液体388加热至约200-300以在床内热交换器354和356中使用。此外，还优选图12的这种实施方案，因为它能够进一步在生产上使用废气流的热含量，并且提供干燥器系统设计的更大弹性，从而与图10和11所示的实施方案相比，使得在得到相同或更好的干燥性能方面更有效。
尽管之前在图2中已论述使用从蒸汽涡轮机中提取的热废气27和热蒸汽71来提高发电装置65的效率，但是其它的备选安置也是可以的。在图13中，例如，显示了具有三分区旋转再生式空气预热器的封闭式冷却线路的另一个实施方案。在这种情况下，对于这种目的，将热的冷凝器冷却水55的一部分送到热交换器70中的加热盘管中，代替来自蒸汽涡轮机的转用废蒸汽71以作为用于热交换器70的热源，所述热交换器70用于预热到达空气加热器76之前的一次空气流20和二次空气流30。
同时，图14显示了图13安置的一个备选实施方案，在所述图13的安置中，使用了热的冷凝器冷却水54加热热交换器70。然而，在这种情况下，使用两分区旋转再生式空气预热器420进一步加热从预备热交换器70中排出的一次和二次空气流。将单一的空气流418通过两分区空气预热器420的一侧，并且引导热废气27穿过另一侧以提供加热介质。所述进一步加热的空气流422将空气预热器420的下游分成独立的一次空气流424和二次空气流426。将一次空气流424输送到磨煤机18中，以提供被输送到燃烧室25中的粉碎煤所用的正压，从而预热在处理中的粉碎煤。将二次空气426送到在燃烧室25之外(off)的风箱428，随后它进入燃烧室以促进煤在燃烧室内部的燃烧。
在图15中说明了具有三分区旋转再生式空气预热器的开放式冷却线路。所述固定煤(coal-fixed)发电装置的安置与图13中所述类似，在图13中，使用热的冷凝器冷却水加热预备热交换器70。然而，在这种情况下，开放式冷却线路代替冷却塔56使冷凝器50冷却。此外，使用冷凝器内的热交换器440，以利用废热对进口进行预热的。将独立的热交换器440安置在其内安置的冷凝器管(未显示)上面的蒸汽冷凝器50的外壳内。这种设计提供热循环水442，所述热循环水442在温度方面略高于通常离开冷凝器50的流的热冷凝器冷却水54，并且具有高得多的水纯度。
将离开冷凝器内热交换器440的热循环水442用泵抽到空气-对-水的预备热交换器70中，以使一次空气流20和二次空气流30在它们到达三分区空气预热器76之前进行预热。在热交换器70的加热盘管内释放它的显热之后，冷却器冷循环水444流回到冷凝器内热交换器440中，在此它被引入的废涡轮机流再加热。
在开放式系统中，使用来自湖泊或河流的冷的冷却水446在蒸汽冷凝器50中冷凝废涡轮机蒸汽。热量从蒸汽传输至冷的冷却水446之后，以热的冷却水448的形式从蒸汽冷凝器50中排出，并且通常将其排放到同一湖泊或河流中。
在进口空气预热温度需要比通过冷凝器内热交换器440可以达到的进口空气预热温度更高的情况下，如图16所示，可以增加辅助的热交换器450以提高空气预热温度。将离开三分区空气预热器76的废气27的一部分452转移到辅助的热交换器450中，以提高离开冷凝器内热交换器440的热循环水442的温度。然后，这种更热的循环水454提供显热给预备空气热交换器70的加热盘管。离开辅助的热交换器450的冷却的废气流456与离开空气预热器76的主废气流27结合。
当然，可以用图15-16中所示的三分区空气预热器代替图14中所述的两分区空气预热器。许多其它的空气预热器安置都是可以的，并且可以示例性地包括管状空气预热器，其中组合的一次和二次空气流20、30流过该管式设计的空气预热器；以及管式和旋转式空气预热器的组合，其中在管式空气预热器中加热一次空气流20，同时在两分区旋转式空气预热器中加热二次空气流30。而且，可以使用在工业上可得到的板式热交换器设计代替管式空气预热器设计。进口空气预热盘管的实现与上述类似。
图17示意性地说明了本发明，其包括两级流化床干燥器500、水-对-空气预热器502和空气-对-空气(废气-对-一次和二次空气)预热器504。将一次空气流20和二次空气流30在热交换器502，即废气-对-一次、二次空气的热交换器中加热。因为流化床干燥器不在管线内，所以不将一次空气传输到流化床干燥器系统中。这反映在图17中的506和508所示的0％传递。另外，图17反映出热的冷凝器冷却水的流量为零。
图18的安置与图17中所示相似，不同之处在于热的冷凝器冷却水304流过预热器502，并且流化床干燥器500在线上。还显示了一次空气的温度梯度、流量和流量百分比。具体而言，热的冷凝器冷却水304流过预热器502以使一次空气流20和二次空气流30变温热。一次空气风机372将在热交换器502上游的35％的一次空气流20引导至混合箱510中。一次空气流20从混合箱510进入流化床干燥器500的第一级512和第二级514。将在热交换器502的下游存在的一次空气20的那部分引导到空气-对-空气热交换器504中。将从热交换器504中排出的约65％的一次空气引导到热交换器516中。传递液体518用于热交换器516中并且将需要的热量从一次空气流20引导到床内盘管520和522中。通过废气306将热量输送给热交换器507。
在流化床干燥器500不在线(图17)和在线(图18)的情况下，图17和18中所示的温度梯度和流量是烧煤能量装置的一个实施方案的指标，其中该装置使用了所说明的热交换器/流化床干燥器配置。
参考图8，可以使用工业上已知的颗粒控制设备，如集尘器(袋滤捕尘室(bag house))357，或与旋风分离器组合的静电沉淀器从离开床干燥器170的空气流116中除去淘洗煤粉。可以将通过颗粒收集装置收集的淘洗的粒流和来自床106的底部的提取流176、186和188与产物流316混合，输送到磨煤机324中，并且在燃烧室330中燃烧。备选地，可以处理这些淘洗和提取流以除去不需要的杂质并且提高它们的值。
通过颗粒控制设备收集的淘洗颗粒600通常在尺寸方面很小并且富含飞灰、硫和汞。图19是显示通过使用产生活化碳604的活化蒸汽602除去汞的方法的示意图。如图19所示，将淘洗颗粒流600在流化床加热器或轻度的气化器606中加热至等于或高于400的温度以使汞蒸发。被强制通过流化床608的流化空气608将汞驱逐到顶上流610。通过现有的可商购的汞控制技术，例如，通过注入到空气流中的活性炭可以除去在顶上流610中的蒸发汞，或者可以使载汞空气流610穿过如图19所示的活性炭床。因为处理流610中的汞浓度比离开燃烧室330的废气306高得多，并且需要处理的空气流的总体积相对于离开燃烧室的废气很小，所以这将是很有效的除汞方法。可以使用冷却流体616循环通过的热交换器614使热的无汞流618冷却。可以在冷却过程中获得热量并且将其用于预热到预热流化床加热器或轻度的气化器606的流化空气620，。无汞煤粉622可以在燃烧室330中燃烧，或者如图19所示，可以被蒸汽602活化以产生活性炭604。产生的活性炭604可以用于在煤干燥场所的汞控制或者可以被出售给其它的燃煤发电站。
图20说明了用于使淘洗煤粉600气化的方法。使淘洗颗粒流600在流化床气化器700中与流化空气702组合气化。气化器典型地在较高温度如400下使用，以逐出可燃烧气体和挥发物。使产物气体流704在燃烧涡轮机706中燃烧，所述燃烧涡轮机706由燃烧室708、压缩机710、气体涡轮机712和发电机714组成。在流化床气化器中残留的焦炭716将是无汞的，并且可以在现有的燃烧室330中燃烧或者通过蒸汽718进行处理以制备活性炭720。
提取流还可以富含硫和汞。可以从处理中取出这些流，并且将其填埋或以与类似淘洗煤粉流的方式进一步处理，以除去不需要的杂质。
使用本系统得到许多优点。所述工艺允许从多种来源获得废热，所述多种来源包括热的冷凝器循环水、热废气、生产提取蒸汽和可以在干燥处理中所用的可接受温度的宽范围内利用的任何辅助热源。所述工艺通过几乎无成本地将风机室(APH)加热50至100，能够更好地利用热的冷凝器循环水废热，从而减少显热损失并且从空气预热器中排出的出口一次和二次空气流20、30中提取热量。还可以通过使用空气预热交换器直接从废气中提取这种热量。这导致干燥器空气流量与煤流量比率和需要的干燥器的尺寸得到显著降低。
通过调节床的差异(differentials)和集尘器风机的容量，干燥器可以被设计成利用现有的风机以供给流化床所需要的空气。所述床可以使用具有各种布置的集尘器，在此处描述只描述集尘器中的一些。披露的实施方案节省了一次空气，原因是干煤的一种作用是需要较少的煤来加热锅炉，因此需要更少的磨机来研磨煤并且对于磨机需要更小的气流将空气供给干燥器。
通过将干燥器集成到正好在煤仓上游的煤处理系统中，锅炉系统将得益于进入磨机的煤进料温度的升高，因为煤在高温下离开干燥器。预期废气温度、在床干燥器中的停留时间、废气水分含量和更高的洗涤速率的变化都显著影响汞从装置中排出。
对到APH的进口空气的预热的优点是升高了在APH的冷端中传热表面的温度。越高的表面温度将使酸沉积速率越低，因而，堵塞和腐蚀速率更小。这样将对风机功率、单位容量和单位性能产生积极的影响。使用来自冷凝器的废热代替提取自蒸汽涡轮机的蒸汽对进入APH的空气进行预热，将使涡轮机及单位输出功率增加，以及使循环及单位性能得到改善。升高在APH进口处的空气温度将使APH空气的泄漏比率减小。这是由于空气密度降低的缘故。APH空气的泄漏比率降低，将对强迫通风和诱导通风的风机功率产生积极的影响，这将导致降低厂用电用量，提高净单位功率输出以及改善单元性能。对于使用冷却塔的发电装置，使用废热对进入APH的空气进行预热，将降低冷却塔的热负荷，并且导致降低冷却塔的用水量。
使用所公开的工艺的煤干燥将减少锅炉系统中的水损耗，从而产生更高的锅炉效率。在锅炉系统中更低的敏感气体损耗，产生更高的锅炉效率。而且，降低废气的体积，将能够使在每兆瓦特(MW)的基础上的二氧化碳、硫氧化物、汞、微粒和氮氧化物的排放更低。还存在煤导管腐蚀(例如，由煤、微粒和空气在导管内引起的腐蚀)较低；粉碎维修较低；更高的单位容量使操作所需的辅助功率较低；灰和洗涤煤泥的体积较小；装置的用水量较低(预先从蒸汽涡轮机循环分流的水不受影响)；空气预热器冷端的污垢和腐蚀较低；废气导管的腐蚀较低；以及，被洗涤的废气的百分比增加。床干燥器还可以装备洗涤器-除去污染物的装置，从而提供煤的预燃烧处理。可以利用本发明去处理其它原料和燃料的温度等级和设计结构有无穷的排列。
APH-热冷凝器冷却水布置的组合允许将更小、更有效率的床用于干燥煤。利用来自蒸汽涡轮机循环的工业用热的现有系统需要大得多的床。在本发明中材料得到了分离。这样可以得到更大的干燥效率。现有布置可以以静态(流化)床干燥器或固定床干燥器的方式使用。在两级干燥器中，可以调节第一和第二级之间的相对速率差。可以有不同的温度梯度，并且在不同级中加热范围的弹性不同，以使所需结果最佳化。在一个多级流化床布置中，存在没有被流化的材料的分离、再燃烧和氧控制。在第一级中，其一个实施方案中代表20％的干燥器分配表面积，抽出了更多的气流、汞和硫浓度。由于两级床干燥器可以是更小的系统，因此所需的风机功率更小，这样就非常节省电消耗。干燥煤时的一个重要的经济因素是所需风机的马力。本发明可以结合使用洗涤箱。所述系统还提供用于再燃烧的淘洗或污染物的氧气控制。
从系统的观点看，磨损和撕裂较小，煤处理传输器和粉碎机的维修较低，灰的量降低，而且腐蚀降低。粉碎煤更容易，因而在磨机中得到更完全的干燥，管路堵塞较小、所需一次空气较少，并且一次空气的速率较低。厂用电力(即，辅助功率)需要降低，发电装置容量可以增加，洗涤器和排放物将得到改善。
与湿粉碎煤相比，离开燃烧干燥的粉碎煤326的燃烧室330的废气306的流量降低。而且，由于在干燥的粉碎煤326中较低的水分含量，因此废气306的比热较低。结果降低废气306的热能，并且需要更小的环境处理设备。废气306的流量降低还导致对流传热的速率降低。因此，尽管使用干煤使FEGT得到增加，但是传递给在锅炉334中的工作流体(水或蒸汽，未示出)的热更少。对于具有固定传热几何形状的锅炉，热的再加热蒸汽(被回收的循环工业用蒸汽)的温度相比于使用湿燃料的操作可能更低。热的再加热蒸汽的温度的一些降低能够通过如下得到补偿增加再加热器(未示出)的表面积或改变锅炉的运行条件，比如增加燃烧器的倾角(热被应用到锅炉的角度)或用更高等级的过量空气运转。可以设计新的锅炉，以降低废气306穿过对流烟道(废气穿过燃烧室的出口路径)的流量，从而在通常运转条件下实现所需的蒸汽温度。这样将进一步减小尺寸和结构成本。
通过燃烧干煤，由于强制通风(FD)、诱导通风(ID)和一次空气(PA)风机的功率降低以及磨机功率降低，因而厂用电力将降低。燃烧干煤所致的较低的煤流量、较低的空气流动要求和较低的废气流量的结合，将使锅炉系统的效率和单位发热量得到改善，这主要是由于烟道损耗较低以及磨机和风机的功率较低的缘故。这种性能的改善将使发电装置容量在现有设备的情况下得到提高。典型地在燃煤能源装置中使用的后端环境控制系统的性能(洗涤器、静电沉析器和汞捕捉装置)将因使用干煤时由于较低的废气流量和增加的停留时间而得到改善。
燃烧干煤还对减少不适宜的排放物有积极的影响。所需要的煤流量的降低将直接转化为NOx、CO2、SO2和微粒的排放质量的降低。一次空气还影响NOx。使用干煤相比于使用湿煤，一次空气的流量将降低。这将导致NOx的排放率降低。
对于装备有湿洗涤器的发电机组，由于降低了空气预热器的气体出口温度，因而可以降低由燃烧干煤所产生的汞排放，其中所述气体出口温度有利于以元素汞为代价形成HgO和HgCl2。这些氧化形式的汞是水溶性的，因此可以被洗涤器除去。此外，废气水分抑制汞被氧化成水溶性形式。降低燃料水分将导致更低的废气的水分含量，这将促进汞氧化成水溶性形式。因此，使用干煤与使用更湿的煤相比，将使汞排出更低。
当煤穿过所述系统的这种受限部分时，煤中水分含量降低的优点包括干煤更易于粉碎，并且实现相同的研磨大小(煤细度)需要的更小的磨机功率；提高了磨机出口温度(在磨机出口处，煤和一次空气的混合物的温度)；煤在将其输送到燃烧室24的煤管中得到更好的输送(较少堵塞)。此外，对于煤的干燥和输送，需要较少的一次气流20。较低的一次空气速率对在磨煤机324、煤管、燃烧器和相关设备中的腐蚀产生明显的积极影响，这样降低煤管和磨机的维修费用，对于烧褐煤的装置来说，这两者的维修费用是非常高的。
使用干煤，燃烧室330中的火焰温度由于水分蒸发损耗较低而较高，并且热传递过程得到改善。更高的火焰温度对燃烧室330的壁产生更大的辐射热通量。由于出来的废气306的水分含量被降低，因此火焰的辐射性质被改变，这也影响了对燃烧室330的壁的辐射通量。使用越高的火焰温度，离开燃烧室330的煤灰颗粒的温度越高，这能够增加燃烧室的污垢和结渣。煤渣在燃烧室壁上的沉积降低了热传递，并且使在燃烧室出口处的废气温度更高。由于煤流量随燃料的水分降低而降低，因此，进入锅炉的灰的量也被降低。这样降低了在锅炉32中的固体颗粒腐蚀，并且减少了用于锅炉32所需要的维修(例如，除去被收集在锅炉内表面上的煤烟)。
相比于湿粉碎煤，离开烧干粉碎煤326的燃烧室330的废气306的流量被降低。较低的废气速率通常允许减小环境控制设备的大小。而且，由于干粉碎煤326中的水分含量较低，因此废气306的比热较低。结果是降低了废气306的热能。废气306的较低流量还导致对流传热的速率较低。因此，尽管使用干煤使FEGT得到增加，但是传递给在锅炉系统的对流传递中的工作流体(水或蒸汽)的热更少。
由于经济原因，无需将煤完全干燥，也不推荐这样，因为将总燃料水分的一部分除去就足够了。除去水分的最佳分数取决于现场的具体条件，比如煤的类型及其特性、锅炉设计和商业布置(例如，干燥燃料对其它发电装置的出售)。废工业用热优选地，但不是独占性地用于在床内热交换器中使用的加热和/或流化(干燥，流化空气208)。如所示的，可以在一级或多级中直接或间接供应这种热量。
如下实施例进一步说明构成本发明的一部分的使用废热源的低温煤干燥方法。
实施例I-水分减少对提高褐煤的热量(heat volume)的影响煤试验燃烧在北达科他州的Great River Energy’s Coal Creek Unit 2进行，以确定对单元操作的影响。褐煤通过露天储存煤的干燥系统进行干燥，以用于本试验。结果在图21中示出。
可清楚看出，平均地，煤水分从37.5％降低到31.4％，降低了6.1％。如图21所示，这些结果与理论预期非常接近。更重要地，褐煤水分含量降低6％使煤燃烧时的净单位发热量提高了约2.8％，而水分降低8％，则使褐煤的净单位发热量提高了约3.6％。这种结果表明煤干燥事实上提高了其热值。
实施例II-水分减少对煤组成的影响PRB煤以及褐煤的样品都进行化学和水分分析，以确定它们的元素和水分组成。结果在下表1示出。可以看出，煤的褐煤样品表现为平均34.03重量％的碳、10.97重量％的氧、12.30重量％的飞灰、0.51重量％的硫和38.50重量％的水分。而PRB次烟煤样品表现为平均49.22重量％的碳、10.91重量％的氧、5.28重量％的飞灰、0.35重量％的硫和30.00％的水分。
假定0％的水分和0％的灰(“没有水分和灰”)以及假定20％的水分含量下，使用这些褐煤和PRB煤样品的“按来样计算”值，进行“元素分析”，以计算这些元素组成值的校正值，这些也都示出在表1中。表1可清楚看出，煤样品的化学组成和水分含量得到显著改变。更具体地对于20％的水分情况，褐煤和PRB煤的样品表现出碳含量分别增加到44.27重量％和56.25重量％，而氧含量增加较小，分别增加到14.27重量％和12.47重量％。硫和飞灰组分也稍微增加(但不是在绝对的基础上？)。正如重要地，褐煤的热值(HHV)从6,406BTU/lb增加到8,333BTU/lb，而PBR煤的HHV值从8,348BTU/lb增加到9,541BTU/lb。
表1
实施例III-水分含量对煤热值的影响使用表1的组成值，并且假定570MW的发电装置释放825废气，进行元素分析计算，以预测这些煤样品在从5％到40％的不同水分含量下的HHV热值。结果在图22示出。可清楚看出，HHV值和水分含量之间存在线性关系，其中水分含量更低时，HHV值更高。更具体而言，PRB煤样品的HHV值在5％水分下产生11,300BTU/lb，在20％的水分下产生9,541BTU/lb，在30％的水分下只产生8,400BTU/lb。而，褐煤煤样品的HHV值在10％水分下产生9,400BTU/lb，在20％水分下产生8,333BTU/lb，而在40％下只产生6,200BTU/lb。这表明，通过使煤在锅炉燃烧室中燃烧之前进行干燥，可以提高锅炉效率。而且，在锅炉中产生相同的热量需要更少的煤。
实施例IV-煤水分含量对发电厂效率的影响对于本实施例IV来说，使用四种不同的干燥器系统配置(A、B、C和D)。这些配置如下配置A基本方案(BC)使BC选项与发电厂装置紧密地结合。如在图23中更充分地显示，它涉及使用三分区旋转再生式空气预热器(APH)、用于预热一次和二次空气流的热交换器、流化床干燥器和用于加热床内热交换器用的传热介质的热交换器。在这种配置中，使用APH增加废热的温度水平。
使用来自蒸汽冷凝器的废热预热一次空气(“PA”)、二次空气(“SA”)和流化空气(“FA”)流。这通过如下方法实现将来自其余的流一小部分热的冷凝器冷却水转移，并且使它通过水-对-空气热交换器，在该空气热交换器中将PA、SA和FA流预热至约100的温度。然后将冷的冷却水循环回到塔中。这降低冷却塔负荷，并且减小冷却塔需要的水量。
预热的PA和SA流流到PA和FD风机中，并且穿过APH的一次和二次空气部分。将在APH的SA部分中加热的SA流输送到锅炉风箱中，在此处将它分送到燃烧器中。在APH的下游提取在此被称为“热PA”的PA的一部分。冷PA流的温度在140的范围，而热PA温度在750的范围。将PA的其余部分输送到煤粉碎机中。
所述热PA流通过空气-对-水热交换器，在此处它将热传递给流体，即在这种情况下的水。所述热水通过床内热交换器循环，从而将热传递给流化床。在通过热交换器之后，所述热PA流在200-240的范围内。正如名称暗示，所述FA流使在流化床干燥器中的煤流化并且干燥。
对于固定几何结构即，给定的分配区域的干燥器，FA的量(即，冷和热PA流之和)恒定。在BC配置中，通过改变热PA流量和冷PA流量的比例，可以控制FA流的温度。随着热PA流量增加，床内热交换器可得到的热的量增加。这增加从流化床干燥器内的煤中可以除去的煤水分的量。当以热PA流的形式输送干燥器需要的所有FA时，煤干燥得到最大实现。这种操作方式导致床内热交换器管的最高表面温度和最高的床温度。
随着热PA流量增加，通过APH的PA量和总空气流量(PA+SA)得到增加。通过APH的空气流量的这种增加导致离开APH的废气温度降低，转而导致烟囱损失降低并且导致锅炉和装置(unit)效率增加。因此，与在将干煤输送到发电厂中并且在没有就地干燥的情况下燃烧时的情况相比，在BC安置的情况下的性能提高更高。
因为这些典型地配备有三分区的APH，所以BC选项最可能用于使现有燃烧高水分褐煤或PRB煤的发电站得到改进或重新设计。
配置B高温(HT)方案与BC选项相比，HT选项与发电厂设备结合较不紧密。如在图24中更充分地显示，将FA流与PA流和SA流分开。HT方案涉及两分区APH、用于预热PA/SA流和FA流的热交换器、流化床干燥器(“FBD”)风机、流化床干燥器以及通过使用高温废气加热床内热交换器用的FA流和水的热交换器。
与BC方案类似，使用来自蒸汽冷凝器的废热预热PA+SA和FA流。这通过如下方法实现将来自其余流的一小部分热的冷凝器冷却水转移，并且使它通过水-对-空气热交换器，在该热交换器中PA+SA和FA流被预热至约100的温度。然后将冷的冷却水循环回到塔中。这降低冷却塔负荷，并且减小冷却塔所需要的水量。
预热的主(PA+SA)流流过FD风机中，然后穿过其中将它们进一步加热的APH。将PA流与SA流分离，并且输送到煤粉碎机中。将SA流输送到锅炉风箱中，在此处它被分送到燃烧器中。
使预热的FA流通过FGD风机，在此它的压力增加至约40”。然后所述FA流通过空气-对-水热交换器，将它的温度增加至200-240的范围。然后将加热的FA流输送到使煤流化并且干燥的流化床干燥器中。在以串联排列安置的水-对-水热交换器中加热床内热交换器用水。
从在APH的上游的热废气中提取用于两种热交换器的热，在这种情况下，使用水或其它适合的液体作为传热介质。其它更简单的安置也是可以的。例如，通过将上述三种热交换器结合成一种组合的热交换器，可以消除传热介质。在这种配置中，FA流在组合热交换器的废气-对-FA部分加热，并且床内热交换器用水在组合热交换器的废气-对-水部分中加热。然而，对于这种分析，热交换器安置的详情不重要。
在通过热交换器之后，更冷的废气流过其中将它进一步冷却的两分区APH。作为这种热交换器配置的结果，与其中在APH上游没有热提取的情况相比，离开APH的废气的温度更低。然而，因为进入APH的PA+SA流是通过使用来自冷凝器的废热预热的，所以在APH的冷端的金属基体的温度不太低，因而没有因硫酸沉积导致腐蚀增加以及传热表面堵塞增加。
预期与BC配置相比，可以通过HT配置实现的性能提高更小。初步计算结果证实了这点。而且，因为可以将FA加热至类似于BC配置的温度，所以流化床干燥器的尺寸将与BC配置类似或相同。
在最初为东部烟煤(“EB”)设计，但是为了降低排放和/或操作成本，而不燃烧Powder River Basin煤(“PRB”)或PRB/EB煤混合物的发电厂，最可能改进HT配置。
配置C低温(LT)方案LT配置与HT选项类似。如在图25中更充分地显示，主要差别是从在APH下游的废气中提取用于预热FA流的热量。将FA流与PA和SA流分离。LT配置还涉及两分区APH、用于预热PA/SA和FA流的热交换器、FBD风机、流化床干燥器以及通过使用低温废气加热床内热交换器用的FA流和水的热交换器。
与BC和HT配置类似，使用来自蒸汽冷凝器的废热预热PA+SA和FA流。这通过如下方法实现将来自其余流的一小部分热的冷凝器冷却水转移，并且使它通过水-对-空气热交换器，将PA+SA和FA流预热至约100的温度。然后将冷的冷却水循环回到冷却塔中。这降低冷却塔负荷，并且减小冷却塔所需要的水量。
预热的主(PA+SA)流流过FD风机，然后穿过其中将它们进一步加热的APH。将PA与SA分离，并且输送到煤粉碎机中。将SA流输送到锅炉风箱中，在此它被分送到燃烧器中。
使通过来自蒸汽冷凝器的废热预热的FA流通过FBD风机，将它的压力增加至约40”。然后使高压FA流通过空气-对-水热交换器，将它的温度增加到250+的范围。如果可利用废气生产用蒸汽源，则可以使用蒸汽-空气加热器(SAH)进一步提高FA流的温度，并且增加流化床干燥器的干燥能力。然后使加热的FA流通过流化床热交换器，在此处它加热床内热交换器用的水。然后将更冷的FA流输送到使煤流化并且干燥的流化床干燥器中。
因为在这种情况下，与BC和HT配置相比，用于床内热交换器的FA流和热水的温度更低，所以这将降低流化床干燥器的干燥能力。结果，与BC和HT配置相比，流化床干燥器的尺寸更大。这将导致更大的FA需求和更高的FBD风机功率。而且，在干燥器中可以除去的煤水分的量将更少。因此，与BC和HT配置相比，LT配置的性能更差。
与HT方案相比，LT选项不提供优点。这是因为装置几乎相同，但是进行不同地配置，而系统性能却比BC和HT配置更低。
HT和LT配置还可以组合，其中热量从在APH的上游和下游的废气中提取。还可以将其与来自(form)蒸汽冷凝器的废热利用结合。尽管组合的HT/LT选项增加了操作弹性，但是需要的设备的量与资本成本显著增加。
配置D超低温(ULT)方案在ULT配置中，将FA流与PA+SA流分离，并且通过使用来自冷凝器的废热加热至约100的温度。通过使热的冷凝器冷却水在热交换器管中循环，可以直接供应用于床内热交换器的热量。这将导致约100的管表面温度。在这种情况下不使用来自废气的废热。
因为与前述配置A、B和C相比，用于床内热交换器的FA流和水的温度明显更低，所以这将需要很大的FB干燥器。而且，干燥器的干燥能力和在干燥器中可以除去的煤水分的量将显著更低。然而，对于这种选项，可以需要更少的设备，从而可以降低资本成本。
在冬季期间，可以通过使用来自冷凝器的废热预热进入APH的PA+SA流，从而改变这种选项。这可以消除使用生产用蒸汽，以保持PA+SA流高于冷冻温度。
ULT方案的另一种可能的改进涉及使用SAH，所述SAH可以用于增加FA流的温度并且提高干燥器性能。
在图27中显示了对根据配置B干燥器系统的被干燥成不同的水分含量的褐煤(825对650废气)和PRB(825废气)煤的锅炉效率的影响。干煤使锅炉更有效率地燃烧。在这种情况下，实现锅炉效率增加8％。
在图28中显示在825的废气温度下，四种不同的干燥器配置A、B、C和D对褐煤的应用。低温和超低温配置(C和D)提供锅炉效率的最大增加。
在图29中显示了使用四种不同配置褐煤和使用高温配置的PRB煤对离开APH的废气温度的影响。对于所有这些选项，废气都在825下进入APH。对于低温配置(C)，实现最低的废气排出温度(对于20％水分的煤，为210)。这意味着在这种选项的情况下，更有成效地使用包含在进入APH的废气中的热含量。
在图30中显示了褐煤和PRB煤对离开APH(ID风机进口)的废气流量的影响。当在锅炉中燃烧更低水分的煤时，产生更低的流量。因此，当使用干煤时，处理废气将需要更小的洗涤器和沉淀器。此外，可以使用更低水平的能量，使抽吸废气需要的IP风机运行。
在图30中还显示的是不同水分含量的褐煤和PRB煤对进入锅炉的空气流量的影响。在更低的水分含量下，还可以降低这种流量。因此，可以需要更小的风机，并且可以节省能量成本。
在图31中显示了对用于驱动二次空气流的FD风机的功率需求的影响。在煤中的水分含量越低，这些功率需求略有下降，原因是空气流量更小。
在图32中显示了用于四种不同配置的褐煤和PRB煤对用于驱动的废气的ID风机的功率需求的影响。在这个方面实现了大得多的能量节省。此外，低温配置C似乎提供了最大的能量需求的下降。这是很显著的，因为发电厂使用四种ID风机，从而使这些结果增加四倍。
在图33中显示了褐煤(825对650废气)和PRB煤(825废气)对煤流量的影响。因为由干燥处理引起锅炉的效率增加和煤重量的损失，所以需要的煤流量下降。因此，无需将煤尽快输送到锅炉中以产生使发电厂运行必需的热量。
如图34中所示，在越低煤水分下，使粉碎机运行需要的粉碎机功率越低。功率需求的20％的下降得到实现。这种结果是显著的，因为发电厂可能需要6-8个粉碎机来磨碎煤。
在图35中显示了用于干燥褐煤和PRB煤的不同干燥器配置对净单位发热量的影响。净单位发热量与由干燥系统产生的锅炉效率、涡轮机效率的增加和发电站运行要求的降低结合在一起。这显示了产生电功率所需的总能量。如图35中所示，对于更低水分的煤，净单位发热量降低。尽管基本方案也是好的，但是所述低温配置提供最好的结果。
图37显示了不同的干燥配置对离开冷却塔中的热量的影响。因为一些热的冷凝器冷却水已经被转用到加热风机室盘管，所以在冷却塔中损失的热量更少。所述超低温选项提供最好的结果，而低温选项其次。
这些结果全部证明在本发明的低温干燥方法中使用在发电装置中可利用的废热源干燥煤进料，显著提高发电厂操作的效率。导致锅炉效率、净单位发热量以及风机和粉碎机功率全都得到提高。尽管这些提高的数量依赖于使用的具体煤干燥系统配置，但是褐煤水分含量从38.5％降低至20％导致发热量提高到350-570BTU/kWh(3.4-5.4％)的范围内。对于PRB煤，性能提高略小，主要由于用30％水分的PRB煤代替38.5％水分含量的褐煤开始的。
上述说明书和附图提供了本发明的露天、低温干燥工艺的结构和操作的全部描述。然而，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本发明能够用于各种其它组合、改进、实施方案和环境中。例如，它可以在直接或间接热源、流化或非流化床以及单级或多级的任意组合下使用。而且，在本发明中描述的干燥方法并没有被限制于提高要在公用事业或工业锅炉中燃烧的煤的质量，而是也可以被应用于干燥玻璃、铝、纸浆和纸及其它工业中用的粒状材料。例如，在玻璃工业中用作原料的砂可以在其被供给玻璃燃烧室之前，通过使用从离开燃烧室的废气的废热的流化床干燥器进行干燥和预热。这样将提高玻璃制造工艺中的热效率。
作为另一个实施例，在铝生产中可以使用流化床干燥器作为煅烧炉。为了从原料铝土矿中提炼铝，必要时将矿石破碎并过筛，以除去大的杂质比如石头。然后，将粉碎的铝土矿混合在蒸煮器中的苛性钠溶液中。这样使水合氧化铝从矿石中溶出。在红泥残留物通过倾析和过滤除去之后，将苛性碱溶液用管导入被称为沉淀器的巨大槽中，水合氧化铝在该槽中结晶。然后，将水合物过滤，并送入煅烧炉，以干燥并且在非常高的温度下，转变成被称为氧化铝的细小白色粉末。本发明在这种或类似的工艺中可以被用作煅烧炉。
作为用于说明目的的再一个实施例，废热源能够被应用于使西红柿或其它作物生长的温室。因此，说明书并没有将本发明限制为被公开的具体形式。
权利要求
1.一种用于在生产操作中热处理产物的方法，所述生产操作产生至少两种不同类型的废热，这种方法包括(a)提供用于接收所述产物的热处理装置，其包括用于接收将施加给所述产物的至少两种热源的装置；(b)提供第一热交换器，其操作性连接所述热处理装置；(c)将第一废热源供应给所述第一热交换器，由此将包含所述在第一废热源中的热含量作为所述热源之一传递给所述热处理装置；(d)提供第二热交换器，其操作性连接所述热处理装置；(e)将类型不同于所述第一废热源的第二废热源供应给所述第二热交换器，由此将包含在所述第二废热源中的热含量作为第二热源传递给所述热处理装置；(f)将所述产物保持在所述热处理装置中，所述热处理装置与第一和第二热源的组合接触，达到足够的温度和持续时间，以得到需要的热处理程度；和(g)从所述热处理装置中移出所述产物。
2.权利要求1所述的方法，其进一步包括通过其中被供应有另一种类型的废热的相关热交换器将至少一种辅助热源传递给所述传热装置。
3.权利要求1所述的方法，其进一步包括通过其中被供应有一次热源的相关热交换器将至少一种辅助热源传递给所述传热装置。
4.权利要求1所述的方法，其中所述热处理过程包括降低所述产物的水分含量。
5.权利要求4所述的方法，其中所述热处理装置是流化床干燥器。
6.权利要求4所述的方法，其中所述热处理装置是固定床干燥器。
7.权利要求1所述的方法，其中所述产物是煤。
8.权利要求1所述的方法，其中所述生产操作是发电设备。
9.权利要求1所述的方法，其中所述废热源选自由来自操作装置的热的冷凝器冷却水、热烟道气、热废气、废生产用流和废热组成的组中。
10.权利要求1所述的方法，其中所述组合热源传递给所述热处理装置的温度不超过300。
11.权利要求10所述的方法，其中所述组合热源传递给所述热处理装置的温度不超过200。
12.一种用于热增强气流的方法，所述气流用于产生至少一种废热源的生产操作，这种方法包括(a)提供在第一温度的气流；(b)提供来自废热源的热和第一热交换器，由此将所述气流输送给第一热交换器，并且将包含在所述废热源中的热含量传递给所述气流，该气流在高于第一温度的第二温度下从所述第一热交换器中排出，和(c)提供来自废热源的热和第二热交换器，由此将从所述第一热交换器中排出的所述气流输送给所述第二热交换器，并且将包含在所述废热源中的热含量传递给所述气流，该气流在高于第二温度的第三温度下从所述第二热交换器中排出。
13.权利要求12所述的方法，其中传递给所述第一热交换器和第二热交换器的所述废热源在所述生产操作中指定(constitute)相同的废热源。
14.权利要求12所述的方法，其中传递给所述第一热交换器和第二热交换器中的所述废热源在所述生产操作中指定不同类型的废热源。
15.权利要求12所述的方法，其中所述废热源选自由来自操作装置的热的冷凝器冷却水、热烟道气、热废气、废生产用蒸汽和废热组成的组中。
16.权利要求12所述的方法，其进一步包括提供至少一个辅助热交换器和相关的热源，由此所述气流在比其离开在前的热交换器时的温度更高的温度下，从所述辅助热交换器中排出。
17.权利要求16所述的方法，其中所述辅助热源指定废热源。
18.权利要求16所述的方法，其中所述辅助热源指定一次热源。
19.权利要求12所述的方法，其中所述气流是空气。
20.权利要求12所述的方法，其中所述气流是蒸汽。
21.权利要求12所述的方法，其中所述气流是惰性气体。
22.权利要求12所述的方法，其中所述生产操作是发电设备。
23.一种通过使用热源提高粒状材料的质量特性的方法，这种粒状材料在产生一种或多种废热源的工业生产操作中使用，其中这种方法包括(a)提供干燥器床，所述干燥器床用于接收所述粒状材料和来自被引导通过所述粒状材料的至少一种热源的热量；(b)提供操作性连接所述干燥器床的热交换装置，以将包含在所述至少一种热源中的热含量传送到所述干燥器床中，藉此所述一种或多种热源选自主要由下列组成的组中(i)除热的冷凝器冷却水之外的另一种类型的废热；(ii)至少两种不同类型的废热的组合；或(iii)至少两种不同类型的废热和一次热源的组合；(c)将所述粒状材料保持在所述干燥器床中，所述干燥器床与来自所述一种或多种热源的热量接触，达到足够的温度和持续时间，以实现所述粒状材料的质量特性的被提高到所需要的程度；和(d)从所述干燥器床中取出处理过的粒状材料。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述粒状材料包括煤。
25.利要求24所述的方法，其中所述煤包括次烟煤或褐煤。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述工业生产操作包括发电设备。
27.根据权利要求23所述的方法，其中所述工业生产操作包括煤炼焦厂。
28.根据权利要求23所述的方法，其中所述质量特性的提高包括降低所述粒状材料的水分。
29.权利要求28所述的方法，其中所述粒状材料是其水分含量被降低至10-35重量％的值的褐煤。
30.权利要求29所述的方法，其中所述粒状材料是其水分含量被降低至27-32重量％的值的褐煤。
31.权利要求28所述的方法，其中所述粒状材料是其水分含量被降低至10-30重量％的值的次烟煤。
32.权利要求31所述的方法，其中其中所述粒状材料是其水分含量被降低至20-25重量％的值的次烟煤。
33.权利要求23所述的方法，其中所述干燥器床包括固定床干燥器。
34.权利要求23所述的方法，其中所述干燥器床包括流化床干燥器，所述流化床干燥器含有一床的粒状材料，并且包含用于将强制空气流输送穿过所述流化床以将所述粒状材料流化的装置。
35.权利要求23所述的方法，所述方法还包括将热交换器操作性连接强制空气流的流动，以接收来自至少一种废热源的热量，用于加热在输送到所述流化床干燥器之前的所述强制空气流。
36.权利要求34所述的方法，其中所述流化床干燥器包含单个容器。
37.权利要求34所述的方法，其中所述流化床干燥器包含多个容器。
38.权利要求34所述的方法，其中所述流化床干燥器的所述容器包含多个级。
39.权利要求23所述的方法，其中所述废热源选自由来自操作装置的热的冷凝器冷却水、热烟道气、热废气、废生产用蒸汽和废热组成的组中。
40.权利要求23所述的方法，其中所述热源传递给所述干燥器床的温度不超过300。
41.权利要求40所述的方法，其中所述热源传递给所述干燥器床的温度不超过200。
42.权利要求23所述的方法，其中所述粒状材料是在空气气氛的存在下的所述干燥器床内被处理的。
43.权利要求23所述的方法，其中所述粒状材料是在没有惰性气体的所述干燥器床内被处理的。
44.权利要求23所述的方法，其中所述粒状材料是在其内没有输送蒸汽的所述干燥器床内被处理的。
45.根据权利要求23所述的方法，其中所述质量特性的提高包括增加或降低在所述粒状材料中包含的至少一种元素或化合物的量。
46.一种系统，其在具有用于做功的流体流并且产生至少一种废热源的工厂操作中，利用至少一种废热源热增强所述流体流，以使设备效率最佳化，这种系统包含(a)第一热交换器，其操作性连接第一废热源和所述流体流，用于将来自第一废热源的热量传递给所述流体以增加所述流体流的温度；和(b)第二热交换器，其操作性连接第二废热源和从第一热交换器中排出的所述流体流，用于将来自第二废热源的热量传递给所述流体流，以进一步提高所述流体流的温度。
47.权利要求46所述的系统，其中传递给所述第一热交换器和第二热交换器中的所述废热源指定在所述工厂操作内的同一热源。
48.权利要求46所述的系统，其中传递给第一热交换器的所述废热源指定在所述工厂操作内的不同类型的废热源。
49.权利要求46所述的系统，所述系统还包含辅助热交换器，所述热交换器操作性连接热源，用于将来自所述辅助热源的热量传递给从第二热交换器中排出的所述流体流，以进一步提高所述流体流的温度。
50.权利要求49所述的系统，其中所述辅助热源指定废热源。
51.权利要求49所述的系统，其中所述辅助热源指定一次热源。
52.权利要求46所述的系统，所述系统还包含干燥器床，所述干燥器床操作性连接所述流体流，用于接收处理包含于所述干燥器床内的粒状材料的所述流体流。
53.权利要求52所述的系统，其中所述干燥器床是固定床干燥器。
54.权利要求52所述的系统，其中所述干燥器床是流化床干燥器。
55.权利要求54所述的系统，其中所述流化床干燥器包含用于处理所述粒状材料的至少两个独立级。
56.权利要求46所述的系统，其中所述流体流选自由空气、惰性气体、蒸汽、水或二醇组成的组中。
57.权利要求52所述的系统，其中所述流体流将热量传递给操作性连接所述干燥器床的热交换器，用于加热包含于所述干燥器床内的所述粒状材料。
58.权利要求52所述的系统，其中所述流体流将气体输送到所述干燥器床中，以将容纳于所述干燥器床内的所述粒状材料流化。
59.权利要求46所述的系统，其中所述工厂操作设备是具有产生热的冷凝器冷却水的冷凝器和产生热废气的燃烧室的发电设备，其中第一废热源指定所述热的冷凝器冷却水，而第二废热源指定所述热废气。
60.权利要求46所述的系统，其中所述工厂操作设备是具有产生热的冷凝器冷却水的冷凝器的发电设备，其中第一废热源和第二废热源均指定所述热的冷凝器冷却水。
61.权利要求46所述的系统，其中所述热交换器之一是两分区空气预热器。
62.权利要求46所述的系统，其中所述热交换器之一是三分区空气预热器。
63.权利要求52所述的系统，所述系统还包含混合箱，所述混合箱操作性连接从第一热交换器中排出的所述流体流和从第二热交换器中排出的所述流体流，藉此可以调整进入所述混合箱的两种流体流的体积以控制输送到所述干燥器床中的流体流的温度。
64.一种煤干燥系统，所述煤干燥系统被合并到具有至少两种不同类型的废热的工厂操作设备中，这种系统包含(a)具有用于接收所述煤的内部的流化床干燥器单元，所述干燥器单元具有与第二干燥级操作性连通的第一干燥级，其中在所述干燥器单元中安置的煤在进行干燥的同时从第一干燥器级移向第二干燥级；(b)空气预热器，其被操作性安置在所述干燥器单元和所述两种不同废热源之间，以将来自每一种所述废热源中的热量传递给穿过所述空气预热器的空气流，之后，所述空气流流向并且通过所述干燥器单元，其中所述空气流将容纳于干燥器单元中的煤颗粒流化；和(c)热交换器，其操作性连接所述干燥器单元，用于将来自至少一种所述废热源的热量传递给所述干燥器单元，用于增加所述干燥器单元的内部温度，以使所述煤中的水分减少。
65.权利要求64所述的系统，其中所述两种不同类型的废热源指定在所述工厂操作设备内产生的热的冷凝器冷却水和热废气。
66.权利要求64所述的系统，所述系统还包含混合箱，所述混合箱用于接收被所述系统内的装置加热至不同温度的两种不同的空气支流，由此可以调整所述两种空气支流的体积，以控制输送到所述干燥器单元的流化气流的温度。
全文摘要
本发明获得并且使用流化床干燥技术和被其它可利用的热源增强的废热流干燥原料或燃料。这种方法用于多种工业，包括燃煤发电厂。在煤到达煤粉碎机并且继续到达燃烧室/锅炉配置之前，利用本发明进行干燥。在所述粉碎机之前，煤可以在现有的煤进料系统上被切断(intercepted)。燃料如煤被干燥，提高了锅炉效率并且减少排放。在所述方法中使用的两级床首先将进料流″预干燥并且分离″为需要和不需要的进料。然后，它逐渐干燥并且将可流化和不可流化的材料与产物流分离。这全都在低温、露天系统中完成。还使用废热提高通风机室空气温度，从而使现有的装置系统有更高温度的介质，以改善所述原料的干燥过程。
文档编号C10L5/00GK101052701SQ200580035115
公开日2007年10月10日 申请日期2005年10月11日 优先权日2004年10月12日
发明者查尔斯·W·布林格, 马克·A·内斯, 内纳德·萨鲁纳茨, 爱德华·K·莱维, 理查德·S·温斯坦, 丹尼斯·R·詹姆斯 申请人:大河能量