煤炭除水设备及制程的制作方法

1.本发明有关于一种煤炭处理的技术领域，特别是有关于一种可大幅地降低煤炭含水量的煤炭除水设备及制程。


背景技术：

2.煤炭为目前生活中不可或缺的矿产，依含炭量及热值区分，煤炭的种类主要可分为无烟煤、烟煤亚烟煤、褐煤及泥煤等，而不同种类的煤炭会具有不同的用途，例如，褐煤可用于发电，亚烟煤可用于发电及产热，烟煤可用于发电及冶金，无烟煤普遍用于家庭产热也可用于发电。
3.煤的水分含量是评价煤炭的经济价值的基本指针。煤炭在开采出来之后，其本身会有含水量，外水与内水，统称为全水；外水为吸附于煤表面与毛细孔中的水分，内水即其内部的结晶水，而此结晶水也具有一定的重量。如此，当要运送煤炭至提炼的单位或工厂时，具有含水量的煤炭会增加运送的重量，对于具有一定容积的货船或货车而言，每次所能运送的煤炭量即相对减少，进而造成运送的成本增加。
4.为解决上述问题，必须先对开采出的煤炭进行除水。现有的煤炭除水设备是以旋窑炉加热的方式对煤炭加热除水使的干燥，然而，此方式因加热所产生的热能由外向内，且因为煤炭为燃料，需使用间接加热式的旋窑炉，以免煤炭燃烧。但结晶水不易被破坏，相对地拉长除水至完全干燥的时间，进而影响后续的制程，例如研磨制程。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤炭除水设备及制程。煤炭可利用微波加热装置的微波加热而大幅地降低含水量，且经过微波加热后的煤炭会产生裂缝而有利于后续的破碎制程、研磨制程等。前述的目的及功效可藉由下述技术手段达成。
6.本发明的煤炭除水设备用于降低一煤炭的含水量，该煤炭除水设备包括一微波加热装置，该微波加热装置包括一微波腔体、一输送件以及复数个微波产生件，该等微波产生件产生微波并发射至该微波腔体内，该输送件设置于该微波腔体中，并将该煤炭从该微波腔体的进料口传送至出料口；其中，该煤炭经过该微波加热装置微波加热后，该煤炭的含水量从25％至35％的范围降低至10％至20％的范围，且该煤炭产生复数个裂缝。
7.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该微波加热装置的输出功率为120千瓦。
8.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该微波加热装置的该输送件为一螺旋件，该螺旋件沿该微波腔体的轴向延伸。
9.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该输送件包括一轴体以及一螺旋板，该螺旋板沿着该轴体的轴向设置。
10.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该轴体的一端连接于一驱动装置，该驱动装置驱动该轴体旋转而使该螺旋板旋转。
11.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，其中更包括一输送带，该煤炭经由该输送带输送至该微波加热装置。
12.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该微波加热装置更附接有一集尘器。
13.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该微波加热装置更附接有一冷凝器。
14.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，其中更包括一破碎装置，其接收并破碎经过该微波加热装置微波加热后的该煤炭。
15.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该破碎装置更附接有一另一集尘器。
16.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该微波腔体为一空心腔体，且该进料口与该出料口分别设置在该微波腔体的相对两端。
17.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该微波产生件为磁控管。
18.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该进料口具有一进料斗。
19.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该微波腔体靠近该出料口的一端设有多个进气口，该微波腔体靠近该进料斗的一端设有一排气口，该进气口设有多个气流产生件。
20.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，更包括一基座上，该基座包括一支撑架、多个附加电路板以及一工作梯。
21.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该支撑架设置成与地面具有一倾斜角，该进料口至该出料口朝下方倾斜。
22.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，更包括一水冷式系统包括一进水管以及一排水管，该进水管以及该排水管分别设置多个副管，每个副管设置一阀体、并经由一软管连接于该微波产生件。
23.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，该微波产生件在微波腔体上彼此交错排列。
24.本发明亦有关一种煤炭除水制程，包括下列步骤：提供一煤炭原矿，该煤炭原矿具有一第一含水量；输送该煤炭原矿至一微波加热装置；以及以该微波加热装置微波加热该煤炭原矿并得到一煤炭，且该煤炭具有一第二含水量并产生复数个裂缝；其中，该第一含水量为25％至35％的范围，且该第二含水量为10％至20％的范围。
25.可选择地，于一非限制性的例示实施态样中，于微波加热的步骤之后，更包括下列步骤：以一破碎装置破碎该煤炭。
26.本发明的煤炭除水设备及制程利用微波加热装置产生微波后照射至煤炭，使煤炭快速加热，利用热涨冷缩的原理而产生裂缝，进而有利于后续的破碎制程、研磨制程等。另外，在微波加热下，热能由外向内直接破坏煤炭内部的结晶水并使其向外蒸散，大幅地降低煤炭的含水量。
附图说明
27.图1为本发明的微波加热装置的一实施例的立体图。
28.图2为图1的微波加热装置的俯视图。
29.图3为图1的微波加热装置的前视图。
30.图4为图1的微波加热装置的剖视图。
31.图5为图1的微波加热装置对煤炭进行微波加热的示意图。
32.图6为图1的微波加热装置的后视图。
33.图7为图1的微波加热装置的微波产生件的放大图。
34.图8为微波加热装置的另一实施例的剖视图。
35.图9为微波加热装置的又另一实施例的剖视图。
36.图10为本发明的处理流程图。
37.图11为煤炭微波加热的工作效率曲线图。
38.图号说明：
39.10：煤炭除水设备
40.11：微波腔体
41.12：微波产生件
42.13：输送件
43.16：变压装置
44.17：驱动装置
45.18：基座
46.19：水冷式系统
47.20：输送带
48.30：微波加热装置
49.31：集尘器
50.32：冷凝器
51.40：破碎装置
52.41：另一集尘器
53.111：进料口
54.112：出料口
55.113：进料斗
56.115：进气口
57.116：排气口
58.117：气流产生件
59.131：轴体
60.132：螺旋板
61.181：支撑架
62.182：附加电路板
63.183：工作梯
64.191：进水管
65.192：排水管
66.193：副管
67.194：阀体
68.195：软管
69.b：轴承。
具体实施方式
70.请同时参阅图1至图4，其中显示有一煤炭除水设备10，其用于降低一煤炭的含水量，且此煤炭除水设备10包括一微波加热装置30，并且微波加热装置30包括一微波腔体11、复数个微波产生件12以及一输送件13。
71.微波腔体11为一空心腔体，其具有一进料口111以及一出料口112，且进料口111与出料口112分别设置在微波腔体11的相对两端。此外，进料口111具有一进料斗113，进料斗113朝向上方直立，煤炭例如藉由一输送带20(请参阅图10)输送至进料斗113、并藉由进料斗113的导引通过进料口111进入微波腔体11中；出料口112朝向微波腔体11的下方，经过微波加热后的煤炭从出料口112离开微波腔体11。此处所称的「上方」指离开地面的方向，而「下方」指朝向地面的方向。
72.如图1及图2所示，复数个微波产生件12分别插置于微波腔体11的外壳，每个微波产生件12具有一微波发射端，微波发射端位于微波腔体11内，微波发射端发出微波，微波照射至输送至微波腔体11中的煤炭，而且由于本实施例的微波腔体11为金属制成，因此微波可由微波腔体11不断地反射而反复地照射至煤炭。
73.在本实施例中，微波腔体11为多边形的腔体，例如微波腔体11由十二个矩形的金属板件沿一外接的圆柱面两两相接排列而形成筒状的结构，上半部(180度)的六个矩形金属板中，每个矩形的金属板件上设有两列孔位，因此总共有12列的孔位，每个孔位设置一个微波产生件12。
74.另在本实施例中，微波产生件12为磁控管(magnetron)。磁控管具有中心阴极、环绕中心阴极的阳极以及设置在阴极与阳极轴向两端的磁铁，在阴极及阳极之间施加高电压，而且对阴极加热，使热电子游离并在阴极与阳极之间的电场空间中移动，再搭配两端的磁铁所产生的磁场，在阴极与阳极之间的共振腔中产生微波，产生的微波经由微波发射端的天线发射至微波腔体11中。由于磁控管需要高电压，因此在微波腔体11的外部两侧设置多个变压装置16，将市电的电压(110v或220v)转换成磁控管所需要的高电压(例如4000v)。
75.再如图4所示，输送件13设置在微波腔体11中，本实施例的输送件13为一螺旋件，其沿微波腔体11的轴向延伸，且其包括一轴体131以及一螺旋板132，螺旋板132沿着轴体131的轴向设置。此外，轴体131的两端分别由轴承b可旋转地支持。
76.再请同时参阅图1至图3，轴体131的一端连接于一驱动装置17，驱动装置17驱动轴体131旋转而使螺旋板132旋转。在本实施例中，驱动装置17为电动马达。驱动装置17的输出轴经由联轴器连接于轴体131，藉此使驱动装置17得以驱动轴体131旋转。
77.请同时参阅图4及图6，在微波腔体11靠近出料口112的一端设有多个进气口115，而在微波腔体11靠近进料斗113的一端设有排气口116，在进气口115设有多个气流产生件117，在本实施例中，气流产生件117为风扇，风扇转动，藉以驱动空气进入微波腔体11而在微波腔体11中产生气流，气流从排气口116排出。
78.再如图1至图3所示，微波腔体11、微波产生件12、输送件13、变压装置16及驱动装置17分别设置在一基座18上，基座18包括一支撑架181、多个附加电路板182以及一工作梯183。如图3所示，为了使煤炭在微波腔体11中的输送更为顺畅，支撑架181设置成与地面具有一倾斜角，亦即从进料口111至出料口112朝下方倾斜。如此，除了输送件13推送煤炭从进料口111朝出料口112前进之外，煤炭也可利用倾斜的支撑架181藉由重力作用而从进料口
111朝出料口112输送。此外，如图1及图2所示，附加电路板182设置在微波腔体11与变压装置16之间、以及驱动装置17的两侧，工作梯183架设在支撑架181的一侧，操作人员可经由工作梯183攀爬至附加电路板182，以方便进行维修或操作。
79.请参阅图5，煤炭输送进入进料斗113之后，藉由进料斗113的导引而经由进料口111进入微波腔体11，且设置在微波腔体11中的输送件13推送煤炭沿轴向前进，此时，微波产生件12产生微波并且使微波发射至微波腔体11中而照射在煤炭。如此，藉由微波可使煤炭中的水分子旋转而使煤炭分子产生振荡，藉此升高煤炭的温度，且随着温度升高，部分的水以及煤炭的粉尘等上升而悬浮在微波腔体11中，气流产生件117在微波腔体11中产生的气流将水气及粉尘等经由排气口116排出。
80.如上所述，煤炭经由微波照射后，煤炭会因为此微波加热而降低含水量，经实验结果，含水量可从25％至35％的范围降低至10％至20％的范围。再者，煤炭的结构经过微波照射后会变得更为松散而产生裂缝，进而有利于后续的破碎制程、研磨制程等。
81.于上述微波加热的过程中，微波加热装置30的输出功率为120千瓦，当然并不以此为限，其可例如介于100千瓦至400千瓦之间，诸如150千瓦、210千瓦、240千瓦、270千瓦、300千瓦、330千瓦、360千瓦等，实际实施时，微波加热装置30可依照所欲加热的煤炭种类调整输出功率以及加热温度。在本实施例中，微波加热装置30可使煤炭加热于75℃至85℃间，较佳地，微波加热装置30可使煤炭加热于80℃左右，使煤炭含水量经过微波加热后大幅地减少外，也可避免煤炭于加热过程中燃烧。
82.请参阅图7，本实施例的微波产生件12为磁控管的形式，其使用水冷式系统19(请同时参阅图3)对磁控管的阳极进行冷却。水冷式系统19包括一进水管191以及一排水管192，进水管191以及排水管192分别设置多个副管193，每个副管193设置一阀体194、并经由一软管195连接于微波产生件12，微波产生件12的阳极上环绕一水套，冷却水从进水管191经由副管193、阀体194及软管195通过水套，并吸收阳极产生的热后，温度升高的冷却水经由软管195、阀体194以及副管193进入排水管192，藉以达成水冷却效果。
83.请参阅图8，其表示本发明的微波加热装置的另一实施例。在本实施例中，微波产生件12在微波腔体11上彼此交错排列。
84.请参阅图9，其表示本发明的微波加热装置的又另一实施例。在本实施例中，一部分的微波产生件12在靠近微波腔体11顶部的矩形金属板件上排列得较为紧密(间距较小)，且另一部分的微波产生件12在靠近微波腔体11底部的矩形金属板件上排列得较为疏散(间距较大)，
85.请参阅图10，其为本发明的处理流程图。如图所示，要进行煤炭除水制程时，先提供一煤炭原矿，例如刚开采的煤炭原矿，且此煤炭原矿具有一第一含水量；之后，利用一输送带20输送煤炭原矿至微波加热装置30，并以微波加热装置30微波加热煤炭原矿并得到一煤炭，而且此煤炭具有一第二含水量并产生复数个裂缝；其中，如同上述，第一含水量为25％至35％的范围，且第二含水量为10％至20％的范围，亦即经微波加热后，煤炭的含水量会从25％至35％的范围降低至10％至20％的范围。
86.于本实施例中，经由微波加热后所得到的煤炭可再以一破碎装置40进行破碎以利后续的使用，例如研磨制程，且如上所述，经由微波加热后所得到的煤炭会产生复数个裂缝，因此在破碎制程、研磨制程上可很方便地进行。
87.再如图10所示，于本实施例中，微波加热装置30可更附接有一集尘器31及一冷凝器32，破碎装置40可更附接有一另一集尘器41。前述的集尘器31及另一集尘器41可于制程期间收集所产生的烟尘(飞灰)，冷凝器32则可用于冷凝经微波加热后所得到的气体，并加以回收以供后续需要时使用。
88.请参阅图11，其显示煤炭微波加热的工作效率曲线图。于图11中，横轴的暴露时间代表煤炭暴露于微波加热的时间(分钟)，纵轴的比较工作指数代表可以节省的煤炭研磨工作的时间百分比，例如，微波5分钟，可以减少研磨工作时间约50％。换言之，利用微波加热可大幅节省煤炭除水时间，并因此有利于后续破碎制程、研磨制程所需耗费的工作时间。
89.请参阅表1，其显示煤炭经过微波加热后的其中一个实验结果范例，如表1所示，水分的数据值皆显著下降，即煤炭含水量经过微波加热后大幅地减少，而ar热值则提升37.2％，同时煤炭的特性的一的总硫几乎不变。(注：ar热值指每一公斤可以提共多少千卡的热量(还有其他单位，如mj/kg(百万焦耳/公斤)；ar(as received base)意指用风干试样或恒湿试样分析所得结果(％)或测定的发热量(热值)，换算能成为当时分批交货状态的基准的表示法，即含有总水分的状态。)
90.项目煤炭原矿干煤全水(％)31.146.83外水(％)19.230内水(％)11.916.83灰分(％)4.284.43挥发气体(％)32.0743.65总硫(％)0.280.24ar热值(kcal/kg)43075911
91.表1
92.请参阅表2，其显示煤炭经过微波加热后的另外一个实验结果范例，如表2所示，对两种不同规格的煤炭进行实验，同样的，水分的数据值皆显著下降。
[0093][0094]
表2