减少含水褐煤中的水分的方法和设备 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，受到压机柱塞界限地含有材料的室，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。
为要提供对导入蒸汽的作用和充分压榨的可能性的有利的条件，材料要以层的形式分布，这样的平均高度使得施压后的压层平均高度至少约为0.2米。如果褐煤使用这种方法，这意味着加压前，以层的形式分布的平均高度的范围大约为0.4-1米。已证实，加压后，产生的压层高度最高约为0.6米。
要尽可能迅速进行该方法，最好以表面压力恒定地作用在材料上的方式进行。
由于颗粒状褐煤在压座和施加最初的表面压力下，以层的形式分散，最终形成均匀装填，它以均匀的阻力作用于加热的蒸汽流展床层的表面。
以合适的方式加入蒸汽，使褐煤在蒸汽的冷凝区加热到处理温度，蒸汽处于实际上平行于层表面的平面，并与平面垂直扩散到层。蒸汽输入应以这样方式安排，当冷凝区达到表面的外边界时，全部材料层被加热。以这种方式，不需要复杂的防护装置，就能避免蒸汽的泄漏。而且能有效地给材料层提供使材料不会向外流出的壁。
利用由其有特定粒度层的层的流动性质和为进行这一方法的预压缩产生的优点，可成功地进行有关优化不同煤矿的褐煤脱水所需的处理温度和加热速度的修改。这点可由具有低粒度煤形成的煤层，或当根据权利要求20用板式压机进行该方法时，由相应预压缩层改变的煤层，改变其覆盖层和/或底层的流动阻力获得。
可用连续压机以取决于位置的加压法连续进行该方法，或用板式压机以取决于时间的加压法间歇进行该方法。
由具有上下输送带和接受以水平分布的材料、并在其由材料层包围的区域增加压缩和多个蒸汽输入喷嘴的输入区的双带式压机提供在连续压机上进行连续工艺的合适设备。具有上下输送带的双带式压机可用于如连续生产粗纸板。如在DE-A 40 10308中揭示了这类双带式压机。
为了能以合适的输出方式放出压榨的水，至少这样的双带式压机的下层输送带具有可引出压榨的水的通孔。上层输送带应能调节高度，并有能调节压力的传压元件。这样，这种双带式压机就能适用于各种操作条件。
也为了能通过进一步给固体物质提供热能，可加热输送带。
为了以间隙式进行该方法，最好使用板式压机，板式压机具有一个压头和可接受水平分布的材料的压座，压座至少应有可输入蒸汽的小孔和压榨水的出口。
当使用平板式压机时，为了给这种方式的材料提供热能，最好也加热压头和压座。
本发明的方法和上述的设备也适用于泥煤和污水泥浆的脱水。
以下面的参考和说明实施例描述本发明。附图中
图1给出用作连续式压机的双带式压机，
图2给出用于进行压榨前间隙式操作的平板式压机，
图3给出与图2相同的压榨操作中的平板式压机。
图1指出褐煤储仓1，其中有预粉碎至所定粒度的褐煤。能预热煤的蒸汽或热水输入管或热交换器的表面可连接到煤储仓1。预粉碎的褐煤按层从煤仓分布到由虚线表示的下层输送带2，下层输送带2以箭头所示方向输送煤。如图所示的双带式压机的下层输送带2的上方是上层输送带3，它也用虚线表示(压力带)按箭头所示的方向前进，其速度与输送带2匹配。输送带2和3之间的距离沿输入区8的方向变小，因此使煤层4的压力升高。根据褐煤的输入量和其水含量，通过由传压元件5施加的力，可调节输送带3在其整个传动过程中的高度。在输送带2和3之间装有图中圆点所示的伸入运动煤层4的多个蒸汽进料喷嘴6，蒸汽进料喷嘴的出口小孔位于输入区8，此处煤层的压力低于输送带2和3上的最大表面压力。从蒸汽进料喷嘴6释放的蒸汽将其热量给予煤，然后其冷凝。由于安装了许多不同长度和高度的蒸汽导入喷嘴，可以确保煤层4的相当均匀的加热。
在输入区8与升高压力同时的热作用导致下述化学和物理过程，在此期间，褐煤的胶体结构和水的性质改变：
物理过程：
-均匀加热煤颗粒，
-毛细管结构的破裂伴随着：
-塑化的褐煤体积收缩，
-煤结构的固结，
-从毛细管压榨出液态的水，通过：
-随粘度的降低煤中水的膨胀，
-由于前面化学过程的结果改变表面性质(亲水性-疏水性)，
-除去灰分，特别是碱金属盐而变得有利。
化学过程：
-含氧官能团降解，放出二氧化碳，
-引发褐煤的热分解，放出甲烷和较高分子量烃类。
下面的因素基本决定了褐煤的脱水：
-通过量或床层高度，
-褐煤粒度，
-褐煤水含量，
-压力，
-温度，
-停留时间。
通过调节高度的输送带3和输入的过热蒸汽的压力或温度，可设定参数压力和温度作为褐煤通过量、粒度和水分的函数。在第一处理区(输入区8)，通过在输送带3上施加连续增加的机械力对煤层4加压。达到最大表面压力(它必须加以规定)后，固结的煤层4进入下面的处理区，在那儿，由上层输送带3施加的压力保持恒定或仅略有变化。压力和升高的温度的作用使游离和释放的水可从煤层4压榨，并通过输送带2，有时还有输送带3上的通孔7(through-holes)，在一个或多个阶段中排放。通过通孔7排出的热水或此水的分流可用于褐煤的预热。
达到所定水含量的脱水后的煤，到达双带压机终端而排出，由一个设备将其分成预定大小的块，并通过连续输送带上的特定途径将其传送到粉碎机，粉碎至燃烧或汽化所需的粒度。
图2指出的平板式压机，有压座9和压头10。压座9放在仅以简图示意的支座11和12上。压头10悬挂在由图中未给出的压力装置升高或降低的柱塞13上。这种压机的设计基本上与以前领域中的相同。
压座9是槽形结构，因此固体材料14可在其中以水平分布。压座9和压头10有出水口15和16，蒸汽进气孔21和22，这样，在如图3所示的封闭平板式压机中，蒸汽可以进入固体材料14，排出的水可被导出。通过槽17和18，23和24，将出水口15和16，蒸汽进气孔21和22连接到压座9的底部和压头10的端部，因而，压榨的水可以流出，蒸汽可以进入固体材料14。
在压座9的底部和压头10的端部都放置了一个很细的筛19和20，筛可以让水或蒸汽通过，但能防止固体材料进入槽17和18，23和24，因此压座和压头不会堵塞。
图3是图2中的平板式压机在关闭位置的图，压头10向压座9下降，压缩固体材料14。当最初在固体材料14上的压力低于最大压力时，蒸汽通过蒸汽导进孔21和22进入固体材料14，加热固体材料14。由压头10在固体材料14上有效地施加的压力随后增加到最大压力，压榨出固体材料14中存在的水，并通过出口15和16排出。可参考图1对前面的方法和结果的解释。
由于相当低的装置费用，前述的方法适合于特别是大型燃烧褐煤的发电厂。而且，在使用褐煤的工厂使用这一方法，可增加作为干燥煤与原料褐煤水含量比的函数的密度热值，因此能更有效地运输褐煤。