установка и способ разделения зернистых материалов

Формула изобретения

1. Установка для разделения зернистого материала по плотности и/или размеру зерен (частиц) с целью концентрирования вредной примеси для отделения от потока подаваемого зернистого материала, которая содержит

(a) устройство с псевдоожиженным слоем, имеющее впускное отверстие для приема подаваемого зернистого материала, впускное отверстие для приема потока ожижающей среды, выпускное отверстие для разгрузки потока псевдоожиженных частиц выходного зернистого продукта и выпускное отверстие для частиц материала, которые не поддаются псевдоожижению;

(b) источник потока ожижающей среды, функционально сообщающийся с впускным отверстием для ввода потока ожижающей среды в устройство псевдоожижающего слоя с целью обеспечения отделения потока частиц материала, которые поддаются псевдоожижению, от потока частиц материала, которые не поддаются псевдоожижению;

(c) приемное устройство для приема выходного потока псевдоожиженного зернистого материала, выгружаемого из псевдоожиженного слоя; и

(d) транспортное устройство для перемещения частиц зернистого материала, не поддающихся псевдоожижению, внутри псевдоожиженного слоя через выпускное отверстие в приемное устройство;

(e) причем содержание вредной примеси в потоке выходного зернистого продукта по сравнению с подаваемым зернистым материалом снижается на 23-54%, и поток частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, содержит от примерно 9% до примерно 45% вредной примеси, содержащейся в подаваемом зернистом материале.

2. Установка для разделения зернистого материала по п.1, в которой зернистым материалом является уголь.

3. Установка для разделения зернистого материала по п.1, в которой вредная примесь выбирается из группы, состоящей из зольной пыли, серы, ртути и золы.

4. Установка для разделения зернистого материала по п.3, в которой снижение содержания зольной пыли в потоке выходного зернистого продукта составляет примерно 23-43%.

5. Установка для разделения зернистого материала по п.3, в которой снижение содержания серы в потоке выходного зернистого продукта составляет примерно 25-51%.

6. Установка для разделения зернистого материала по п.3, в которой снижение содержания ртути в потоке выходного зернистого продукта составляет примерно 27-54%.

7. Установка для разделения зернистого материала по п.1, в которой ожижающей средой является воздух.

8. Установка для разделения зернистого материала по п.1, в которой ожижающей средой является пар.

9. Установка для разделения зернистого материала по п.1, в которой ожижающей средой является инертный газ.

10. Установка для разделения зернистого материала по п.1, в которой поток ожижающей среды нагревается источником тепла перед подачей среды в устройство с псевдоожиженным слоем.

11. Установка для разделения зернистого материала по п.10, в которой в качестве источника тепла используется первичный источник тепла.

12. Установка для разделения зернистого материала по п.10, в которой в качестве источника тепла используется источник отходящего тепла.

13. Установка для разделения зернистого материала по п.12, в которой источник отходящего тепла выбирается из группы, состоящей из горячей воды охлаждения конденсатора, горячих дымовых газов, горячих топочных газов, отработанного производственного пара и тепла, выбрасываемого работающим оборудованием.

14. Установка для разделения зернистого материала по п.10, в которой температура нагрева псевдоожиженного слоя потоком ожижающей среды не превышает 300°F.

15. Установка для разделения зернистого материала по п.10, в которой температура нагрева псевдоожиженного слоя потоком ожижающей среды находится в диапазоне от 200 до 300°F.

16. Установка для разделения зернистого материала по п.2, которая используется на тепловой электростанции.

17. Установка для разделения зернистого материала по п.2, которая используется на коксохимическом заводе.

18. Установка для разделения зернистого материала по п.1, содержащая дополнительно накопительную камеру, функционально сообщающуюся с приемным устройством для потока частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, для приема потока этих частиц, причем накопительная камера содержит второе устройство с псевдоожиженным слоем и средства направления второго потока ожижающей среды через частицы зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, содержащиеся в накопительной камере для отделения от них частиц, которые поддаются псевдоожижению, для последующего концентрирования вредной примеси в потоке частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению.

19. Установка для разделения зернистого материала по п.18, в которой частицы, поддающиеся псевдоожижению, отделенные в накопительной камере от потока частиц зернистого материала, не поддающихся псевдоожижению, возвращаются в первое устройство с псевдоожиженным слоем с помощью второго потока ожижающей среды.

20. Установка для разделения зернистого материала по плотности и/или размеру зерен (частиц), которая содержит

а) устройство псевдоожиженного слоя, имеющее впускное отверстие для приема ожижаемого зернистого материала, впускное отверстие для приема первого потока ожижающей среды, выпускное отверстие для частиц, которые поддаются псевдоожижению, и выпускное отверстие для частиц, которые не поддаются псевдоожижению;

(b) транспортное устройство для перемещения частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, в устройстве с псевдоожиженным слоем к выпускному отверстию для частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению;

(c) сборник, предназначенный для приема выходящих из псевдоожиженного слоя частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, причем сборник содержит средства для направления второго потока ожижающей среды через эти частицы, по мере того как они выводятся из сборника, для отделения от них частиц, которые поддаются псевдоожижению; и

(d) источник потоков ожижающей среды, функционально сообщающийся с устройством с псевдоожиженным слоем и со сборником.

21. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой частицы зернистого материала, которые поддаются псевдоожижению, выделяемые из потока частиц материала, которые не поддаются псевдоожижению, по мере того как они выводятся из сборника, возвращаются в устройство с псевдоожиженным слоем с помощью потока ожижающей среды.

22. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой зернистым материалом является уголь.

23. Установка для разделения зернистого материала по п.20, содержащая один или несколько разгрузочных каналов, установленных таким образом по отношению к сборнику, чтобы направлять поток выходящих из сборника частиц, которые не поддаются псевдоожижению.

24. Установка для разделения зернистого материала по п.20, содержащая разгрузочный канал, установленный таким образом по отношению к сборнику, чтобы направлять поток выходящих из сборника частиц, которые не поддаются псевдоожижению, причем разгрузочный канал содержит первое отверстие для направления выходящего из сборника потока ожижающей среды и второе отверстие для направления потока выходящих из сборника частиц, которые не поддаются псевдоожижению.

25. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой ожижающей средой является воздух.

26. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой в качестве средства направления второго потока ожижающей среды через частицы зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, используется распределительная пластина сборника с наклонными отверстиями, через которые поток ожижающей среды направляется через указанные частицы зернистого материала.

27. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой в качестве средства направления второго потока ожижающей среды через частицы зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, используется распределительная пластина сборника с наклонными отверстиями, через которые поток ожижающей среды направляется через частицы зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, причем распределительная пластина сборника имеет наклон, обеспечивающий направление потока частиц зернистого материала, которые поддаются псевдоожижению, и частиц, которые не поддаются псевдоожижению.

28. Установка для разделения зернистого материала по п.20, которая содержит дополнительно выдвижной затвор, который в закрытом состоянии препятствует выходу частиц, которые не поддаются псевдоожижению, из псевдоожиженного слоя и из сборника.

29. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой в качестве средства направления второго потока ожижающей среды через частицы зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, используется наклонная распределительная пластина сборника с наклонными отверстиями, через которые поток ожижающей среды направляется через частицы зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, и поток этих частиц из псевдоожиженного слоя и из сборника регулируется давлением потока ожижающей среды в псевдоожиженном слое и/или давлением потоков ожижающей среды в сборнике и наклоном распределительной пластины сборника.

30. Установка для разделения зернистого материала по п.20, которая содержит дополнительно распределительную пластину псевдоожиженного слоя, размещенную возле его нижней части в качестве опоры для зернистого материала, находящегося в псевдоожиженном слое, причем распределительная пластина дополнительно снабжена клапанами, создающими определенную конфигурацию выборочно направленных потоков ожижающей среды для создания псевдоожиженного слоя.

31. Установка для разделения зернистого материала по п.20, которая содержит дополнительно распределительную пластину псевдоожиженного слоя, размещенную возле его нижней части в качестве опоры для зернистого материала, находящегося в псевдоожиженном слое, причем распределительная пластина снабжена распределенными по поверхности наклонными отверстиями, создающими внутри слоя потоки ожижающей среды, которые направляются через зернистый материал, находящийся в псевдоожиженном слое.

32. Установка для разделения зернистого материала по п.20, которая содержит дополнительно распределительную пластину псевдоожиженного слоя, размещенную возле его нижней части в качестве опоры для зернистого материала, находящегося в псевдоожиженном слое, причем распределительная пластина выполнена таким образом, чтобы формировать наклонные поверхности, способствующие перемещению под действием силы тяжести частиц зернистого материал, которые не поддаются псевдоожижению, в направлении транспортного устройства.

33. Установка для разделения зернистого материала по п.20, которая содержит дополнительно распределительную пластину псевдоожиженного слоя, размещенную возле его нижней части в качестве опоры для зернистого материала, находящегося в псевдоожиженном слое, причем распределительная пластина формирует нижнюю зону под наклонной распределительной пластиной, в которую поступает поток ожижающей среды перед тем, как он распределяется по псевдоожиженному слою.

34. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой поток ожижающей среды нагревается до температуры, превышающей температуру зернистого материала, которую он имеет до его подачи в псевдоожиженный слой.

35. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой потоки ожижающей среды нагреваются до температуры, превышающей температуру зернистого материала, которую он имеет до его подачи в псевдоожиженный слой, причем установка используется в системе промышленного комплекса, в котором в качестве побочного продукта выделяется избыточное тепло, и это избыточное тепло является источником нагрева потока ожижающей среды.

36. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой устройство с псевдоожиженным слоем содержит первую ступень и вторую ступень, разделенные перегородкой, которая размещена таким образом, что с помощью потока ожижающей среды во вторую ступень направляются только те частицы зернистого материала, которые поддаются псевдоожижению, и транспортное устройство и выходное отверстие для частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, располагаются внутри первой ступени.

37. Способ разделения частиц зернистого материала по весу или по размеру, который содержит следующие стадии:

а) обеспечение устройства псевдоожиженного слоя, имеющего впускное отверстие для приема ожижаемого зернистого материала, впускное отверстие для приема первого потока ожижающей среды, выпускное отверстие для частиц, которые поддаются псевдоожижению, и выпускное отверстие для частиц, которые не поддаются псевдоожижению;

(b) обеспечение транспортного устройства для перемещения частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, в устройстве с псевдоожиженным слоем к выпускному отверстию для частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению;

(c) обеспечение сборника, размещенного для приема выходящих из псевдоожиженного слоя частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, причем сборник содержит средства для направления второго потока ожижающей среды через эти частицы, по мере того как они выводятся из сборника, для отделения от них частиц, которые поддаются псевдоожижению;

(a) обеспечение источника потоков ожижающей среды, функционально сообщающегося с устройством с псевдоожиженным слоем и со сборником; и (е) загрузку для обработки зернистого материала через впускное отверстие для приема зернистого материала устройства с псевдоожиженным слоем.

38. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой выпускное отверстие для частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, содержит первое отверстие, через которое поток ожижающей среды из сборника направляет псевдоожиженные частицы зернистого материала обратно в устройство с псевдоожиженным слоем, и второе отверстие для удаления частиц зернистого материала, которые не поддаются псевдоожижению, из устройства с псевдоожиженным слоем.

39. Установка для разделения зернистого материала по п.20, в которой в качестве транспортного устройства используется шнек.

Приоритеты:

12.10.2004, 15.04.2005, 08.08.2005 все пункты формулы.

Описание изобретения к патенту

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка является частичным продолжением заявки США № 11/107153, поданной 15.04.2005 г, с истребованием конвенционного приоритета по временной заявке США № 60/618379, поданной 12.10.2004 г., которые полностью вводятся ссылкой в настоящую заявку.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к установкам и способам отделения в зернистых материалах более плотных и/или более крупных частиц, содержащих загрязняющие вещества или другие нежелательные компоненты, при этом осуществляется концентрирование более плотных и/или более крупных частиц материалов для их удаления и дальнейшей обработки или захоронения. Более конкретно, в изобретении предлагается использовать модуль скруббера, функционально сообщающегося с псевдоожиженным слоем, который используется для обработки угля или другого органического материала, с тем, чтобы отделять более плотные и/или более крупные частицы материала, содержащие загрязняющие вещества или другие нежелательные компоненты, от остальной части угля или другого органического материала.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Около 63% электроэнергии в мире и примерно 70% электроэнергии в США производится в результате сжигания ископаемых топлив, например угля, нефти или природного газа, на тепловых электростанциях. Такое топливо сжигается в камере сгорания на электростанции для получения тепла, используемого для преобразования воды в пар в парогенераторе. Затем получают перегретый пар и подают его в гигантские паровые турбины, в которых пар толкает лопатки турбины для вращения вала. Вращающийся вал, в свою очередь, вращает ротор электрического генератора для получения электрической энергии.

Восемьдесят девять процентов угля, добываемого в США, используется в качестве источника тепла для тепловых электростанций. В отличие от нефти и природного газа запасы угля в разведанных месторождениях достаточно велики, и его добыча рентабельна. Битуминозные угли являются тем типом углей, которые наиболее широко используются при производстве электрической энергии в связи с их широкой распространенностью и относительно высокой теплотворной способностью. Однако они также отличаются достаточно высоким содержанием серы. В результате ужесточившегося регулирования в области охраны окружающей среды (например, Закон о чистом воздухе (Clean Air Act), принятый в США) на электростанциях приходится устанавливать в дымовых трубах дорогостоящие газоочистительные устройства для предотвращения загрязнения воздуха сернистым газом (SO₂), окислами азота (NO_x) и зольной пылью, возникающими в результате сжигания этих углей.

Менее качественные угли, такие как полубитуминозные и бурые угли (лигниты), начали привлекать повышенное внимание как источники тепла для тепловых электростанций в связи с низким содержанием в них серы. Однако все же они выделяют при сгорании достаточные количества SO₂, NO_x и зольной пыли, и поэтому для соблюдения федеральных стандартов и стандартов штатов по контролю за загрязнением воздуха необходима обработка топочных газов. Следует отметить, что зола и сера являются основными загрязняющими включениями в угле. Зола состоит в основном из минеральных соединений алюминия, кальция, железа и кремния. Некоторая часть серы также присутствует в угле в форме минералов, в частности в форме железного колчедана, представляющего собой соединение железа и серы. Остальная часть серы присутствует в угле в форме органической серы, которая тесно связана с углеродом угля.

Компании, добывающие уголь, обычно очищают его для удаления примесей перед тем, как отправить уголь конечным пользователям, таким как тепловые электростанции и коксохимические заводы. После сортировки угля с помощью просеивающих устройств получают потоки крупных, средних и мелких частиц угля, подаваемые в промывочные устройства, в которых частицы угля смешиваются с водой. Наиболее тяжелые кусочки угля с более высоким удельным весом, содержащие наибольшие количества примесей, оседают в нижнюю часть промывочных устройств, откуда они выгружаются в бункер для отходов и далее отправляются в отвалы. Затем после очистки три потока частиц угля снова объединяются и высушиваются с помощью вибраторов, отсадочных машин или воздуходувок, подающих горячий воздух, для получения конечного продукта, готового для отправки конечным пользователям.

Хотя очистка, производимая угледобывающими компаниями, позволяет удалить из угля большую часть золы, однако она мало помогает в удалении серы, поскольку сера в угле тесно связана с углеродом. Таким образом, могут быть использованы другие способы для дальнейшей очистки угля перед его сжиганием. Например, частицы угля могут быть поданы в большую машину, в которой они подвергаются действию вибрации и пульсирующих потоков воздуха. В патенте США № 3852168, выданном Oetiker, описывается такой способ и установка для отделения зерен кукурузы от шелухи. В патенте США № 5244099, выданном Zaltzman и др., описывается пропускание зернистого материала через желоб, установленный с подъемом, в который снизу под давлением подается ожижающий газ для создания псевдоожиженного слоя материала. Кроме того, желоб подвергают действию вертикальной вибрации для улучшения процесса разделения различных составляющих, содержащихся в смеси материала. Компоненты смеси с меньшей плотностью поднимаются в верхнюю часть псевдоожиженного слоя, а более плотные компоненты опускаются в нижнюю часть. На выходе желоба может использоваться разделитель потока, в котором выделяются различные слои материала. Установка дает хорошие результаты для разделения сельскохозяйственных продуктов и песка.

Известно, что в некоторых случаях необходимое разделение потока частиц может быть получено с помощью псевдоожиженного слоя без дополнительной вертикальной вибрации. Например, в патенте США № 4449483, выданном Strohmeyer, сушильная установка с подогретым псевдоожиженным слоем используется для обработки городских отходов с целью отделения от них более тяжелых фрагментов, таких как куски стекла, перед сжиганием отходов для получения тепла. В патенте США № 3539001, выданном Binnix и др., предлагается разделять смеси материалов с помощью промежуточного выборочного отделения материалов, фрагменты которых имеют заданные размеры и определенную плотность. Поток смеси материалов подается вдоль наклонного вниз сита и поддерживается во взвешенном состоянии с помощью направленного вверх пульсирующего потока воздуха. В патенте США № 2512422, выданном Fletcher и др., также используется наклоненный вниз псевдоожиженный слой с вертикально направленным пульсирующим потоком воздуха, причем частицы угля, имеющие небольшие размеры, могут быть отделены и выведены из угольной смеси через отверстия в верхней части модуля с псевдоожиженным слоем, имеющие достаточную площадь по отношению к общей площади псевдоожиженного слоя для того, чтобы управлять уровнем статического давления внутри псевдоожиженного слоя для предотвращения подъема внутри слоя небольших частиц, имеющих повышенную плотность.

Однако, насколько можно видеть, способы и установки, описанные в вышеуказанных патентах, выданных Strohmeyer, Binnix и Fletcher, направлены на разделение различных составляющих смеси, имеющих сравнительно большие различия в плотности. Такие способы могут давать хорошие результаты для отделения от угля гаек, болтов, породы и т.п., однако они вряд ли пригодны для отделения частиц угля, содержащих органическую серу, от других частиц, которые в основном не содержат серы, поскольку их удельные плотности мало отличаются.

Другим компонентом, серьезно загрязняющим воздух, является ртуть, присутствующая в природном угле. Положение, опубликованное Управлением по охране окружающей среды США (ЕРА), требует, чтобы тепловые электростанции, работающие на угле, к 2010 г. резко снизили уровни ртути, содержащейся в топочных газах. Главные усилия в отрасли направлены на удаление ртути из топочных газов с использованием сорбентов на основе углерода или за счет оптимизации технологий управления эмиссией топочных газов для улавливания ртути. Однако использование очистных устройств, в которых используются углеродные сорбенты, может оказаться слишком дорогостоящим решением, требующим больших капиталовложений и высоких эксплуатационных расходов. Кроме того, существующее оборудование для снижения выбросов в атмосферу вредных веществ может быть не так пригодно для высокосортных углей (антрациты и каменный уголь) по сравнению с низкосортными углями (полубитуминозные и бурые угли).

Поэтому Западный научно-исследовательский институт разработал и запатентовал способ тепловой обработки низкосортных углей для удаления ртути перед их сжиганием. Необработанный уголь нагревается примерно до 300°F в первой зоне двухзонного реактора для удаления влаги, которая выносится из зоны продувочным газом. Затем высушенный уголь подается во вторую зону, температура в которой поднимается примерно до 550°F. Порядка 70-80% ртути, содержащейся в угле, улетучивается и выносится из этой зоны потоком второго продувочного воздуха. Далее ртуть отделяется от продувочного воздуха и собирается для захоронения. См. Guffey, F.D. и Bland, A.E., "Предварительная тепловая обработка низкосортного угля для снижения выбросов ртути", 85 Fuel Processing Technology 521-31 (2004); Merriam, N.W., "Удаление ртути из угля бассейна Паудер Ривер с помощью низкотемпературной тепловой обработки". Topical Report WRI-93-R021 (1993); патент США № 5403365, выданный Merriam и др.

Однако такой способ тепловой обработки перед сжиганием угля требует значительных капиталовложений для создания двухзонного реактора, в котором осуществляются стадии высушивания угля и испарения ртути. Кроме того, необходим источник энергии для получения температуры 550°F слоя угля. Необходимо также отметить, что при использовании этого способа порядка 20-30% ртути не может быть извлечена из угля, поскольку она тесно связана с его углеродом. Таким образом, при использовании этого способа все-таки необходимо использовать газоочистительное оборудование для очистки топочных газов, поскольку после завершения этого процесса предварительной тепловой обработки в угле остаются достаточные количества ртути.

Поэтому существует потребность в способе предварительной обработки зернистого материала, например угля, в псевдоожиженном слое при очень низкой температуре без использования механических или химических добавок для отделения и удаления загрязняющих компонентов угля (например, ртути и серы). Такой способ мог бы использоваться для всех сортов угля, в результате чего могли бы быть снижены потребности в дорогостоящем газоочистительном оборудовании для обработки топочных газов после сжигания угля.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается установка для разделения зернистого материала по плотности и/или по размеру частиц и концентрирования загрязняющих компонентов или других нежелательных составляющих для их удаления из слоя зернистого материала. В установке используется устройство с псевдоожиженным слоем, имеющее впускное отверстие для приема ожижаемого зернистого материала. Кроме того, имеется впускное отверстие для приема первого потока ожижающей среды, который может быть потоком первичного тепла, потоком вторичного тепла, по меньшей мере одним потоком отходящего тепла или их любой комбинацией. В установке имеется по меньшей мере одно выпускное отверстие для выгрузки нужного потока зернистого материала из псевдоожиженного слоя и по меньшей мере одно отверстие для выгрузки потока частиц зернистого материала, не поддающихся псевдоожижению, которые содержат повышенные концентрации загрязняющего вещества или других нежелательных компонентов. В псевдоожиженном слое размещается транспортное устройство для перемещения частиц, не поддающихся псевдоожижению, к вышеуказанному отверстию для их выгрузки. С устройством с псевдоожиженным слоем функционально сообщается сборник, предназначенный для приема выгружаемого потока частиц зернистого материала, не поддающихся псевдоожижению. Кроме того, в сборнике могут использоваться дополнительные средства для направления через находящиеся в нем частицы зернистого материала, не поддающиеся псевдоожижению, второго ожижающего потока для дальнейшего концентрирования загрязняющих веществ или других нежелательных составляющих.

Одним из основных достоинств установки и способа, предлагаемых в изобретении, является обеспечение практически непрерывного процесса обработки зернистого материала. Поскольку поток частиц, не поддающихся псевдоожижению, выгружается из псевдоожиженного слоя в сборник, то в псевдоожиженный слой для обработки может быть подано дополнительное количество зернистого материала.

Другим достоинством установки и способа, предлагаемых в изобретении, является в основном горизонтальное перемещение частиц материала, не поддающихся псевдоожижению. Такое горизонтальное перемещение частиц материала, не поддающихся псевдоожижению, обеспечивает равномерную и быструю обработку всего зернистого материала путем перемешивания или "взбивания" материала при его перемещении.

Еще одним достоинством установки и способа, предлагаемых в изобретении, является обеспечение отделения загрязняющих веществ и их удаления из потока подаваемого зернистого материала. Это существенно улучшает работу промышленной установки с экологической точки зрения.

Еще одним достоинством настоящего изобретения является наличие второй стадии ожижения или устройства для отделения от псевдоожиженного слоя большего количества частиц, не содержащих загрязнений, которые захвачены или дополнительно захватываются потоком частиц зернистого материала, не поддающихся псевдоожижению. Отделение большего количества частиц, поддающихся псевдоожижению, повышает количество используемых частиц, не содержащих загрязнений, в результате чего уменьшается количество частиц, содержащих загрязнения, которые подвергаются дальнейшей обработке или отправляются на захоронение. Отделение большего количества полезных частиц, не содержащих загрязнений, и уменьшение потока частиц, содержащих загрязнения, дает возможность компаниям повысить эффективность работы за счет уменьшения затрат.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 - упрощенная схема, иллюстрирующая работу тепловой электростанции, в которой в качестве источника энергии используется уголь.

Фигура 2 - схема модернизированной тепловой электростанции, работающей на угле, в которой для повышения эффективности работы парогенератора используются топочные газы и потоки отходящего тепла паровой турбины.

Фигура 3 - вид предлагаемой в настоящем изобретении сушильной установки с псевдоожиженным слоем и относящегося к ней оборудования для транспортировки угля и подачи горячего воздуха, используемого для создания псевдоожиженного слоя.

Фигура 4 - схема одноступенчатой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 5 - вид в плане распределительной пластины для сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 6 - вид в плане другого варианта распределительной пластины для сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 7 - вид распределительной пластины по линии 7-7 фигуры 6.

Фигура 8 - вид в плане распределительной пластины, представленной на фигуре 6, содержащей винтовой шнек.

Фигура 9 - схема одноступенчатой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением, в которой используется первичный источник тепла для опосредованного подогрева воздуха, используемого для создания псевдоожиженного слоя и сушки угля.

Фигура 10 - схема одноступенчатой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением, в которой используется отработанное тепло производственного процесса для опосредованного подогрева воздуха, используемого для создания псевдоожиженного слоя и сушки угля.

Фигура 11 - схема одноступенчатой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением, в которой используется сочетание отходящего тепла производственного процесса для подогрева воздуха, используемого для создания псевдоожиженного слоя угля (опосредованный нагрев), и горячей охлаждающей воды конденсатора, пропускаемой через теплообменник, размещенный внутри сушильной установки с псевдоожиженным слоем для сушки угля (непосредственный нагрев).

Фигура 12 - схема одноступенчатой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением, в которой используется сочетание отходящего тепла производственного процесса для подогрева воздуха, используемого для создания псевдоожиженного слоя угля (опосредованный нагрев), и горячего пара, отобранного из контура паровой турбины и пропускаемого через теплообменник, размещенный внутри сушильной установки с псевдоожиженным слоем для сушки угля (непосредственный нагрев).

Фигура 13 - схема одноступенчатой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением, в которой используется отходящее тепло процесса как для нагрева воздуха, используемого для создания псевдоожиженного слоя угля (опосредованный нагрев), так и для нагрева жидкого теплоносителя, циркулирующего в теплообменнике, размещенном внутри сушильной установки с псевдоожиженным слоем для высушивания угля (опосредованный нагрев).

Фигура 14 - схема одноступенчатой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением, в которой используются горячие топочные газы, отбираемые из дымовой трубы печи промышленного комплекса как для подогрева воздуха, используемого для создания псевдоожиженного слоя угля (опосредованный нагрев), так и для нагрева жидкого теплоносителя, циркулирующего в теплообменнике, размещенном внутри сушильной установки с псевдоожиженным слоем для сушки угля (опосредованный нагрев).

Фигура 15 - схема двухступенчатой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 16 - схема двухступенчатой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением, в которой используется отходящее тепло производственных процессов промышленного комплекса для подогрева воздуха, используемого для создания псевдоожиженного слоя угля в обеих камерах сушильной установки (опосредованный нагрев), и горячая вода охлаждения конденсатора, пропускаемая через теплообменники, размещенные внутри обеих камер сушильной установки с псевдоожиженным слоем для сушки угля (непосредственный нагрев).

Фигура 17 - вид сбоку нагревательного змеевика, используемого внутри псевдоожиженного слоя сушильной установки.

Фигура 18 - вид сечения нагревательного змеевика по линии 18-18 фигуры 17.

Фигура 19 - схема сушильной установки с псевдоожиженным слоем в сочетании с устройством для отделения загрязняющих веществ из потока мелких частиц.

Фигура 20 - схема сушильной установки с псевдоожиженным слоем в сочетании с устройством для отделения загрязняющих веществ из потока мелких частиц и сжигания загрязняющих веществ для получения электроэнергии.

Фигуры 21а и 21b - виды в перспективе с вырезом модуля скруббера, используемого для удаления тяжелых частиц из сушильной установки с псевдоожиженным слоем.

Фигура 22 - вид в перспективе другого варианта осуществления модуля скруббера в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 23 - вид в плане модуля скруббера, представленного на фигуре 22.

Фигура 24 - увеличенный вид в перспективе части модуля скруббера, представленного на фигуре 22.

Фигура 25 - вид с торца затвора или регулятора потока материала модуля скруббера в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фигура 26 - вид поперечного сечения затвора в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фигура 27 - вид поперечного сечения конструкции окна.

Фигура 28 - схема экспериментальной двухступенчатой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением.

Фигуры 29-30 - графики некоторых характеристик работы сушильной установки с псевдоожиженным слоем, представленной на фигуре 28.

Вышеприведенное краткое описание изобретения и варианты осуществления изобретения, описанные ниже более подробно, даны только в целях иллюстрации и могут изменяться для получения различных модификаций и конфигураций, которые находятся в рамках сущности и объема настоящего изобретения. Поэтому фигуры не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения, поскольку они используются лишь для того, чтобы помочь специалистам в данной области техники понять новые идеи, которые заложены в нижеприведенном подробном описании.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В изобретении предлагается способ и соответствующая установка для разделения подаваемого потока зернистого материала на поток псевдоожиженных частиц, имеющих пониженные концентрации загрязняющих веществ или других нежелательных составляющих (далее "вредные примеси"), и поток не поддающихся псевдоожижению частиц, которые имеют повышенную плотность или увеличенные размеры и содержат повышенные концентрации вредных примесей. В способе разделения в соответствии с настоящим изобретением используются особенности физических характеристик вредных примесей. В частности, используется разница между удельными плотностями частиц загрязненного и незагрязненного материала. Вредные примеси могут быть удалены из большей части зернистого материала путем отделения и удаления более плотных и/или более крупных частиц материала, в которых содержатся повышенные концентрации таких вредных примесей. Для отделения более плотных и/или более крупных частиц материала с повышенным содержанием вредных примесей от частиц материала без загрязнений в настоящем изобретении предлагается использовать псевдоожижение материала.

Хотя настоящее изобретение может быть использовано во многих отраслях, например в сельском хозяйстве или на различных производственных или промышленных предприятиях, однако в иллюстративных целях оно описывается в заявке в отношении тепловой электростанции, работающей на угле, на которой используются сушильные установки с псевдоожиженным слоем для сушки угля. Это никоим образом не ограничивает применение способа и установки в соответствии с настоящим изобретением в других отраслях.

Для целей настоящего изобретения термин "зернистый материал" означает любой поступающий гранулированный или порошковый материал, вещество, элемент или ингредиент, который является необходимой частью работы промышленного комплекса, в частности сжигаемое топливо (например, уголь, биомасса, кора, торф, древесные отходы), боксит и другие руды; и субстраты, которые должны быть модифицированы или преобразованы в технологических процессах промышленного комплекса, например зерновые и крупяные материалы, солод, какао.

В контексте настоящего изобретения термин "технологический процесс промышленного комплекса" означает любое сжигание, потребление, преобразование, изменение или улучшение вещества для получения полезного результата или конечного продукта. Такие технологические процессы могут осуществляться, например, на тепловых электростанциях, на заводах по производству кокса, чугуна, стали или алюминия, цемента, стекла, этилового спирта или при высушивании зерна или других сельскохозяйственных материалов, при производстве пищевых продуктов и при получении тепла для производственных нужд предприятий и для обогрева зданий. Технологические процессы промышленного предприятия охватывают и другие процессы по тепловой обработке продукта, например процессы, используемые в теплицах или на предприятиях коммунального теплоснабжение, или же процессы регенерации аминов или других экстрагирующих веществ, используемых при разрушении двуокиси углерода или органических кислот.

В контексте настоящего изобретения термин "уголь" означает антрацит, битуминозный (каменный) уголь, полубитуминозный уголь и лигнит (бурый уголь) и торф. Отдельно указывается уголь бассейна Паудер Ривер (Powder River).

Для целей настоящего изобретения термин "качественная характеристика" означает отличительное свойство зернистого материала, которое влияет на его горение, потребление, преобразование, изменение или улучшение в технологическом процессе промышленного комплекса, в частности содержание влаги, углерода, серы, ртути, зольной пыли, а также образование SO₂, NO_x , двуокиси углерода и окиси ртути при сгорании материала.

В данной заявке термин "установка тепловой обработки" означает любое устройство, которое может использоваться для воздействия теплом на продукт, в частности печи, сушилки, плиты, духовые шкафы, инкубаторы, камеры искусственного климата и нагреватели.

В контексте настоящего изобретения термин "сушильная установка" означает любое устройство, которое может использоваться для снижения содержания влаги в зернистом материале путем применения тепла, непосредственного или опосредованного, в частности сушильная установка с псевдоожиженным слоем, сушильная установка с вибрирующим псевдоожиженным слоем, сушильная установка с неподвижным слоем, сушильная установка с подвижным слоем, многоступенчатая сушильная установка с псевдоожиженным слоем, удлиненная щелевая сушильная установка, бункерная сушильная установка или сушильная печь. Такие сушильные установки также могут содержать один или несколько резервуаров, одну или несколько ступеней и содержать внутренние или внешние теплообменники.

Для целей настоящей заявки термин "первичный источник тепла" означает тепло, получаемое непосредственно для основной цели выполнения работы в части оборудования, в частности в парогенераторе, турбине, печи, сушильной установке, теплообменнике, реакторе или дистилляционной колонне. Примеры таких первичных источников тепла могут включать, в частности, тепло сгорающего топлива и производственный пар, выходящий непосредственно из парогенератора.

В настоящей заявке термин "источник отходящего тепла" означает остаточный поток побочного газообразного или жидкого продукта, имеющего повышенное содержание тепла, являющегося результатом работы, уже выполненной первичным источником тепла в части оборудования в технологическом процессе промышленного предприятия, причем это отходящее (отработанное) тепло не выпускается, а используется дополнительно для выполнения работы в части оборудования. Примеры таких источников отходящего тепла могут включать, в частности, потоки охлаждающей воды, горячую воду охлаждения конденсатора, горячие топочные или дымовые газы, отработанный производственный пар, например, из контура турбины, выбрасываемое тепло из рабочего оборудования, например из компрессора, реактора или из дистилляционной колонны.

Для целей настоящей заявки термин "вредная примесь" означает любое загрязняющее вещество и любой нежелательный элемент, соединение, химические продукты или составляющие компоненты, содержащиеся в зернистом материале, которые требуется отделить от него или снизить их содержание в в этом материале перед его использованием, потреблением или сжиганием в промышленном комплексе.

На фигуре 1 представлена упрощенная схема традиционной тепловой электростанции 10, в которой для выработки электричества используется уголь. Необработанный уголь 12 накапливается в угольном бункере 14, из которого он подается с помощью подающего устройства (загрузчика) 16 в углеразмольную мельницу 18, где уголь с использованием известных технических средств превращается в порошок, частицы которого имеют заданные размеры, и распыляется с использованием потока первичного воздуха 20. После этого распыленные частицы угля подаются в печь 25, в которой они сжигаются для получения тепла с использованием потока вторичного воздуха 30. В результате реакции горения также выделяются топочные газы 27. Затем топочные газы 27 пропускаются через очистные устройства и выпускаются в дымовую трубу.

Источник тепла печи превращает воду 31 в парогенераторе 32 в пар 33, который подается в паровую турбину 34. Паровая турбина 34 может состоять из турбины 36 высокого давления пара, турбины 38 среднего давления пара и турбин 40 низкого давления пара, функционально соединенных последовательно. Пар 33 выполняет работу, толкая лопатки рабочих колес, размещенных внутри турбин, установленных на валу. Пар толкает лопатки турбин и приводит во вращение рабочие колеса турбин и, соответственно, вал, на котором установлены турбины. Вращающийся вал является приводом электрического генератора 43, который вырабатывает электричество 45.

Пар 47, выходящий из турбин 40 низкого давления, подается в конденсатор 50, в котором он охлаждается для превращения в воду с помощью охлаждающей воды 52. Большинство паровых конденсаторов имеет водяное охлаждение, причем может использоваться как закрытый, так и открытый контур охлаждения. В схеме с закрытым контуром, представленной на фигуре 1, латентное тепло, содержащееся в паре 47, будет повышать температуру холодной охлаждающей воды 52, так что она выходит из парового конденсатора уже как горячая охлаждающая вода 54, которая затем охлаждается в градирне 56 и возвращается обратно как холодная охлаждающая вода 52. В схеме с открытым контуром тепло, переносимое охлаждающей водой, сбрасывается в охлаждающий водоем (например, в реку или в озеро). В схеме с закрытым контуром тепло, переносимое охлаждающей водой, отводится в градирню.

КПД тепловой электростанции 10, схема которой представлена на фигуре 1, может быть повышен путем извлечения и использования некоторых потоков отходящего тепла и побочных продуктов, как показано на фигуре 2. Парогенераторы тепловых электростанций, работающих на ископаемом топливе, в большинстве случаев оборудованы воздухоподогревателями, предназначенными для нагрева потоков первичного и вторичного воздуха, используемых в процессах размельчения угля и его сжигания соответственно. Сжигаемый уголь используется в системе парогенератора (печь, горелка и котлоагрегат) для превращения воды в пар, который затем используется для привода паровых турбин, соединенных с электрическими генераторами. В теплообменниках, предназначенных для нагрева воздуха с помощью пара (SAH), пар, отобранный из паровой турбины, используется для предварительного подогрева потоков первичного и вторичного воздуха перед их подачей в воздухоподогреватель Отбор пара из турбины приводит к уменьшению выходной мощности турбины (и всей электростанции) и снижает эффективность использования топлива.

Типичный воздухоподогреватель АРН может быть регенеративным (конструкция Люнгстрема или Ротемюле) или может иметь трубчатую конструкцию. Воздухоподогреватели SAH используются для поддержания повышенной температуры воздуха на входе подогревателя АРН и для защиты его холодной стороны от коррозии, вызываемой серной кислотой, осаждающейся на теплопередающих поверхностях подогревателя, и от забивания, которое приводит к увеличению сопротивления потоку и к повышенному потреблению энергии вентиляторами. Более высокая температура воздуха на входе подогревателя АРН приводит к повышению температуры воздуха на его выходе и температуры теплопередающих поверхностей (теплопроводных каналов в регенеративных подогревателях или труб в трубчатых подогревателях) холодной стороны нагревателя. Более высокие температуры уменьшают зону осаждения кислот внутри подогревателя АРН и, кроме того, снижают интенсивность их осаждения.

Таким образом, внутри модифицированной системы 65 обогреватель SAH 70 использует часть 71 отработанного производственного пара, отобранного из турбины 38 промежуточного давления пара для предварительного подогрева потока первичного воздуха 20 и потока вторичного воздуха 30 до того, как они будут поданы в углеразмольную мельницу 18 и печь 25 соответственно. Максимальная температура потока первичного воздуха 20 и потока вторичного воздуха 30, которая может быть достигнута в подогревателе SAH 70, ограничивается его тепловым сопротивлением и температурой отобранного пара 71, выходящего из паровой турбины 38. Кроме того, поток первичного воздуха 20 и поток вторичного воздуха 30 подаются с помощью вентиляторов РА 72 (первичный воздух) и FD 74 (вторичный воздух) соответственно в трехсекционный подогреватель АРН 76, в котором указанные потоки воздуха дополнительно подогреваются с помощью потока 27 топочных газов до того, как они будут выброшены в атмосферу.

Таким образом, потоки первичного воздуха 20 и вторичного воздуха 30, имеющие повышенную температуру, повышают эффективность работы углеразмольной мельницы 18 и получения производственного тепла в печи 25. Далее, поток воды 78, сбрасываемый из конденсатора 50, может быть возвращен в парогенератор для повторного превращения в производственный пар. Топочные газы 27, производственный пар 71, выходящий из паровой турбины 38, и вода 78, выходящая из конденсатора, которые в противном случае могли бы просто выбрасываться, с успехом используются для повышения общего КПД тепловой электростанции 65.

Как указывалось выше, эффективность работы тепловой электростанции можно было бы повысить еще больше, если бы уровень содержания влаги в угле 12 был уменьшен перед его подачей в печь 25. Такой предварительный процесс высушивания мог бы также обеспечить использование низкосортных углей, например полубитуминозных и бурых углей, с достаточной экономической эффективностью.

В заявке "Установка тепловой обработки зернистого материала", которая была подана в один день с настоящей заявкой и в которой указан тот же соавтор и владелец, что и в настоящей заявке, подробно описываются сушильные установки с псевдоожиженным слоем и другие сушильные устройства, которые могут быть использованы для целей настоящего изобретения, при этом указанная заявка вводится ссылкой в настоящую заявку. Тем не менее, ниже описываются подробно сушильные установки с псевдоожиженным слоем и разделительные устройства.

На фигуре 3 представлена схема сушилки 100 с псевдоожиженным слоем, используемой в качестве установки с псевдоожиженным слоем для целей разделения потоков псевдоожиженных частиц и частиц, которые не поддаются псевдоожижению, хотя ясно, что для целей настоящего изобретения может использоваться любой другой тип сушильной установки. Кроме того, весь комплекс сушильной установки с псевдоожиженным слоем может представлять собой несколько установок для сушки угля, соединенных последовательно или параллельно для удаления влаги из угля. Такая конструкция, содержащая несколько одинаковых сушильных установок, обеспечивает гибкость в эксплуатации и техническом обслуживании, и поскольку она, как правило, требует меньше места для размещения, то сушильные установки для угля могут устанавливаться и интегрироваться внутри существующего оборудования электростанции последовательно, одна за другой. Это позволяет минимизировать возможное нарушение обычных производственных процессов электростанции.

Псевдоожиженные слои будут работать в открытом контуре при сравнительно невысоких температурах. Теплообменник, установленный в слое материала, будет использоваться со стационарной установкой с псевдоожиженным или неподвижным слоем для обеспечения дополнительного тепла для сушки угля, в результате чего могут быть уменьшены размеры оборудования. В случае достаточной теплопередающей поверхности в псевдоожиженном слое сушильной установки поток воздуха, используемый для создания псевдоожиженного слоя и для сушки угля, может быть уменьшен до уровня, соответствующего минимальной скорости, необходимой для создания псевдоожиженного слоя. Это будет снижать эрозионное разрушение сушильной установки и интенсивность выноса частиц материала из псевдоожиженного слоя.

Тепло для теплообменника, размещенного в псевдоожиженном слое, может доставляться непосредственно или опосредованно (с использованием промежуточного теплоносителя). Непосредственная подача тепла предусматривает отбор горячей воды охлаждения конденсатора, производственного пара, горячих топочных газов, части потока горячего воздуха, используемого для создания псевдоожиженного слоя, или других источников отходящего тепла и пропускание их через теплообменник, размещенный в псевдоожиженном слое. Опосредованная подача тепла предусматривает использование воды или другого теплоносителя, который нагревается потоком горячего первичного воздуха, горячей водой охлаждения конденсатора, паром, отобранным из контура паровой турбины, горячими топочными газами или другими источниками отходящего тепла во внешнем теплообменнике перед тем, как этот теплоноситель подается в теплообменник, размещенный в псевдоожиженном слое.

Псевдоожиженный слой может быть единым или разделенным на несколько секций, "ступеней" Сушильная установка с псевдоожиженным слоем является хорошим решением для обработки сортированного угля в том месте, где он должен сжигаться. Несколько ступеней могут быть реализованы в одном резервуаре или в нескольких резервуарах. Многоступенчатая конструкция позволяет максимально использовать возможности сушильных установок с псевдоожиженным слоем по смешиванию, разделению и высушиванию материалов. Сушильная установка для угля может содержать первичный или вторичный источник тепла (непосредственный или опосредованный нагрев) для сушки угля.

На фигуре 3 представлена схема сушилки для угля в форме сушильной установки 100 с псевдоожиженным слоем и относящегося к ней оборудования на площадке производственного комплекса. Влажный уголь хранится в бункере 14, из которого через питательный затвор 15 он поступает на вибрационный питатель 16, который транспортирует уголь в углеразмольную мельницу 18 для измельчения угля. Затем измельченный уголь пропускается через сито 102 для отбора (сортировки) частиц, размеры которых не превышают ¹/₄ дюйма в диаметре. Затем отобранные по размеру частицы угля транспортируются с помощью конвейера 104 в верхнюю зону сушильной установки 100 с псевдоожиженным слоем, в которой с помощью горячего воздуха 106 создается псевдоожиженный слой и осуществляется высушивание частиц угля. После этого высушенные частицы угля транспортируются нижним конвейером 108, ковшовым элеватором 110 и верхним конвейером 112 в верхние части бункеров 114 и 116 для высушенного угля, в которых высушенный уголь хранится перед подачей в печь 25 парогенератора.

Влажный воздух и вынесенные им мелкие частицы 120 из сушильной установки 100 с псевдоожиженным слоем подаются в пылеулавливатель 122, в котором вынесенные мелкие частицы отделяются от влажного воздуха. Пылеулавливатель 122 создает силу всасывания для забора влажного воздуха и вынесенных мелких частиц. После этого воздух, очищенный от мелких частиц, пропускается через дымовую трубу 126 с соответствующей очисткой в модуле скруббера (не показан) от загрязняющих веществ, таких как сера, NO_x и ртуть, содержащиеся в воздушном потоке.

На фигуре 4 иллюстрируется вариант конструкции для создания слоя для сушки угля в соответствии с настоящим изобретением, представляющей собой одноступенчатую сушильную установку 150 с псевдоожиженным слоем, которая содержит один резервуар и в которой используется первичный источник тепла. Хотя имеется много различных возможных конструкций сушильной установки 150 с псевдоожиженным слоем, однако все они содержат резервуар 152, в котором осуществляется обработка угля в псевдоожиженном слое и его транспортировка. Резервуар 152 может представлять собой закрытый контейнер с желобом или другое подходящее устройство. Резервуар 152 содержит распределительную пластину 154, представляющую собой настил над нижней частью резервуара, который делит его на зону 156 псевдоожиженного слоя и нижнюю зону 158 повышенного давления. Как можно видеть на фигуре 5, распределительная пластина 154 может быть перфорированной или выполненной таким образом, чтобы обеспечивать поступление воздуха 160, создающего псевдоожиженный слой, в нижнюю зону 158 повышенного давления резервуара 152. Воздух 160, используемый для создания псевдоожиженного слоя, распределяется в нижней зоне 158 повышенного давления и подается вверх через отверстия 155 или клапаны в распределительной пластине 154 под давлением для создания псевдоожиженного слоя угля 12, находящегося внутри зоны 156 псевдоожиженного слоя.

В верхней части резервуара 152 формируется зона 162, находящаяся выше псевдоожиженного слоя. Влажный сортированный уголь 12 подается в зону 156 псевдоожиженного слоя сушильной установки 150 через точку 164 впуска, как показано на фигуре 4. Когда влажный сортированный уголь 12 обрабатывается в псевдоожиженном слое ожижающим воздухом 160, влага, содержащаяся в угле, и выносимые мелкие частицы угля перемещаются в верхнюю часть 162 резервуара 152 и обычно выходят из резервуара через выпускные отверстия 166, находящиеся вверху сушильной установки 150 с псевдоожиженным слоем. Тем временем высушенный уголь 168 (готовый продукт) будет выводиться из резервуара 152 через разгрузочный желоб 170 для транспортировки по конвейеру 172 в накопительный бункер или в печь парогенератора. По мере того как частицы угля перемещаются в псевдоожиженном слое в зоне 156 над распределительной пластиной 154 в направлении стрелки А (см. фигуру 4), они будут накапливаться возле перегородки 174, которая является вертикальной стенкой, пересекающей сушильную установку по ширине. Высота перегородки 174 будет определять максимальную толщину псевдоожиженного слоя частиц угля внутри сушильной установки, поскольку, после того как высота скапливающихся частиц угля превысит высоту перегородки, они переваливаются через верх перегородки и падают в зону сушильной установки 150, прилегающую к разгрузочному желобу 170. При этом более крупные и более плотные частицы (далее "тяжелые частицы") будут естественным образом опускаться под действием силы тяжести в нижнюю часть псевдоожиженного слоя 156 благодаря своей более высокой удельной плотности. Транспортное устройство 178, ниже описанное более подробно, будет выталкивать или иным образом перемещать эти частицы угля, не поддающиеся псевдоожижению, через разгрузочное отверстие 179, так что они выходят из псевдоожиженного слоя. Конструкция и расположение впускных 164 и выпускных 169 и 179 отверстий, выпускных отверстий 166 для выносимых мелких частиц, распределительной пластины 154 и конфигурация резервуара 152 могут быть модифицированы при необходимости для получения лучших результатов.

Сушильная установка 150 с псевдоожиженным слоем предпочтительно содержит ротационный воздушный шлюз 176, соединенный с впускным отверстием 164 для подачи влажного угля, для обеспечения уплотнения между трубопроводом подачи угля и сушильной установкой и обеспечения в то же время подачи влажного угля 12 в псевдоожиженный слой 156. Ротационный воздушный шлюз 176 должен иметь литой чугунный корпус с проходом, стенки которого покрыты карбидом никеля. Торцевые крышки шлюза должны быть изготовлены из литого чугуна, и их поверхности должны быть покрыты карбидом никеля. Роторы воздушного шлюза должны быть изготовлены из литого чугуна с закрытым торцом, сглаженными краями и сварной сателлитной шестерней. В одном из вариантов осуществления изобретения размеры воздушного шлюза 176 должны быть такими, чтобы он пропускал примерно 115 тонн в час влажного угля, и соответствующая скорость вращения ротора при коэффициенте заполнения 60% должна быть равна примерно 13 об/мин. Воздушный шлюз поставляется с редукторным электродвигателем мощностью 3 л.с. и комплектом для продувки шлюза. В то время как воздушный шлюз 172 приводится непосредственно двигателем, любой дополнительный воздушный шлюз, установленный на дополнительном впускном отверстии для загрузки угля в сушильную установку, может приводиться с помощью цепной передачи. Необходимо заметить, что подходящее покрытие, например, из карбида никеля используется на поверхностях деталей воздушного шлюза из литого чугуна, которые могут повреждаться в результате долговременного абразивного действия частиц угля. Частицы угля не прилипают к поверхностям деталей воздушного шлюза, покрытым этим материалом.

Ротационный воздушный шлюз 178 для продукта размещается сразу за выпускным отверстием 169 для выгрузки высушенного угля 168 по мере того, как он выходит из сушильной установки с псевдоожиженным слоем. В одном из вариантов осуществления изобретения ротационный воздушный шлюз 178 должен иметь литой чугунный корпус с проходом, стенки которого покрыты карбидом никеля. Аналогично, торцевые крышки воздушного шлюза должны быть изготовлены из литого чугуна, и их поверхности должны быть покрыты карбидом никеля. Ротор воздушного шлюза должен быть изготовлен из литого чугуна с закрытым торцом, сглаженными краями и сварной сателлитной шестерней. Скорость вращения воздушного шлюза должна быть равна примерно 19 об/мин при коэффициенте заполнения 60% для того, чтобы обеспечивать необходимый поток продукта. Воздушный шлюз должен быть снабжен редукторным электродвигателем мощностью 2 л.с., цепным приводом и комплектом для продувки шлюза.

Распределительная пластина 154 отделяет нижнюю зону 158 горячего воздуха, поступающего под давлением, от зон 156 и 162 высушивания сушильной установки. Распределительная пластина предпочтительно изготавливается из листа углеродистой стали толщиной дюйма с отверстиями, выполненными с использованием струи воды под давлением 50000 psi (см. фигуру 5). Распределительная пластина 154 может быть плоской и может быть расположена горизонтально по отношению к сушильной установке 150 с псевдоожиженным слоем. Отверстия 155 должны иметь диаметр порядка дюйма и должны быть выполнены от стороны подачи до стороны выгрузки распределительной пластины с шагом примерно 1 дюйм и с расстоянием между рядами отверстий ½ дюйма, и должны быть направлены перпендикулярно поверхности пластины. Более предпочтительным является выполнение отверстий 155 под углом примерно 65° к поверхности распределительной пластины, так чтобы воздух 160, подаваемый через отверстия 155, выталкивал частицы угля внутри зоны 156 псевдоожиженного слоя к центру сушильной установки в сторону от боковых стенок. Частицы угля перемещаются в псевдоожиженном слое в направлении стрелки В (см. фигуру 5). Использование такой плоской распределительной пластины 154 дает хорошие результаты, когда в качестве транспортного устройства 178 используется ленточный конвейер, выталкиватель или скребковая цепь или другое аналогичное устройство, размещенное в псевдоожиженном слое выше распределительной пластины.

Другой вариант распределительной пластины 180 показан на фигурах 6 и 7. В отличие от вышеописанной конструкции пластины, имеющей плоскую форму, распределительная пластина 180 состоит из двух пластин 182 и 184 с отверстиями, которые имеют плоские части 182а и 184а, закругленные части 182b и 184b и вертикальные части 182 с и 184 с соответственно. Для того чтобы сформировать распределительную пластину 180, две вертикальные части 182с и 184с скреплены с помощью болтов 186 и гаек 188. "Плоские" части 182а и 184а распределительной пластины 180 в действительности располагаются с наклоном 5° в направлении средней части сушильной установки для того, чтобы способствовать движению частиц угля в направлении центральной части распределительной пластины. Закругленные части 182b и 184b распределительной пластины вместе образуют полукруглую часть 190, имеющую примерно 1 фут в диаметре для размещения в ней винтового шнека 192, как показано на фигуре 8. Отверстия 183 и 185, просверленные в частях 182 и 184 распределительной пластины соответственно, также выполняются от стороны подачи до стороны выгрузки с шагом 1 дюйм и с расстоянием ½ дюйма между рядами, причем они сверлятся под углом 65° к горизонтальной поверхности сушильной установки. В то время как плоские части 182а и 184а и вертикальные части 182с и 184с секций 182 и 184 распределительной пластины должны быть выполнены из листа углеродистой стали толщиной дюйма с отверстиями, выполненными с использованием струи воды под давлением 50000 psi, закругленные части 182b и 184b предпочтительно выполняются из листа углеродистой стали толщиной ½ дюйма для получения усиленной конструкции вокруг желоба 190 для винтового шнека. Частицы угля перемещаются в псевдоожиженном слое в направлении стрелки С (см. фигуру 6).

В желобе 190 распределительной пластины размещается винтовой шнек 194, как показано на фигуре 8. Этот винтовой шнек должен иметь диаметр 12 дюймов, чтобы обеспечивать удаление порядка 11,5 тонн/час укрупненных частиц угля, и иметь достаточный вращающий момент для того, чтобы он мог начать вращение под слоем частиц угля толщиной 4 фута. В качестве привода используется редукторный электродвигатель мощностью 3 л.с. с понижающим передаточным числом 10. Для обеспечения продолжительного срока службы винтовой шнек 194 должен быть выполнен из углеродистой стали.

Цилиндрический желоб 190 распределительной пластины 180 и винтовой шнек 194 должны быть перпендикулярны продольной оси сушильной установки. Это дает возможность ребрам 196 винтового шнека в процессе работы захватывать укрупненные частицы угля вдоль нижней части псевдоожиженного слоя и подавать их к отверстию 179 выгрузки из сушильной установки с псевдоожиженным слоем.

На фигуре 9 представлена схема работы сушильной установки 150 с псевдоожиженным слоем, вид которой приведен на фигуре 4, причем для упрощения описания для указания одинаковых частей сушильной установки на фигурах используются одинаковые ссылочные номера. Наружный воздух 160 подается с помощью вентилятора 200 через подогреватель 202, в котором используется источник 204 тепла, получаемого сжиганием топлива. Часть воздуха 206, который используется для создания псевдоожиженного слоя 156 влажного сортированного угля 12 и который подогревается с помощью подогревателя 202, направляется в зону 156. В подогревателе 202 может использоваться любой источник тепла, в котором сжигается топливо, такое как уголь, нефть или природный газ.

В то время как такой подогретый воздух 206 может использоваться для нагрева частиц угля 12, которые обрабатываются в зоне 156 псевдоожиженного слоя, и для испарения воды с поверхности частиц путем конвекционной передачи тепла, для обеспечения передачи тепла частицам угля, для дальнейшего улучшения указанного процесса нагрева и высушивания предпочтительно используется теплообменник 208, размещенный внутри псевдоожиженного слоя. В этом случае создается первичный источник тепла путем отбора части горячего воздуха 206 (подогретого подогревателем 202) и подачи его в теплообменник 208, который проходит через псевдоожиженный слой 156 для нагрева угля с целью удаления из него влаги. Воздух 206, выходящий из теплообменника 208, возвращается в вентилятор 200 для повторной подачи для нагрева в подогреватель 202. Имеют место некоторые потери ожижающего воздуха 206, когда он непосредственно входит в зону 156 псевдоожиженного воздуха через нижнюю зону 158 повышенного давления. Эти потери возмещаются за счет забора дополнительного наружного воздуха 160 и включения его в контур циркуляции воздуха.

Схема, приведенная на фигуре 10, иллюстрирует другой вариант одноступенчатой сушильной установки 150 с одним резервуаром, представленной на фигуре 4, отличающийся тем, что вместо подогревателя 202 используется внешний теплообменник 210, в котором для подогрева используется отходящее производственное тепло 212 из окружающего производственного комплекса. Поскольку производственные комплексы, подобные тепловым электростанциям, обычно содержат источники отработанного производственного тепла, которое в противном случае выбрасывалось бы в окружающую среду, то техническое решение настоящего изобретения дает возможность продуктивного использования этого отходящего тепла для нагрева и высушивания влажного угля 12 в сушильной установке 150 с псевдоожиженным слоем для того, чтобы повысить экономическую эффективность сжигания этого высушенного угля. Использование первичного источника тепла, такого как уголь, нефть или природный газ, как показано на фигуре 9, для высушивания частиц угля является более дорогостоящим решением.

На фигуре 11 иллюстрируется еще один вариант одноступенчатой сушильной установки 150 с одним резервуаром, аналогичной установке, представленной на фигуре 10, отличающийся тем, что отработанное производственное тепло 212 используется как во внешнем 210, так и во внутреннем 208 теплообменниках. В этом случае во внутренний теплообменник 208, размещенный в псевдоожиженном слое, подается часть горячей воды 222 охлаждения конденсатора электростанции, отбираемой для подачи в качестве требуемого источника тепла. Таким образом, в варианте сушильной установки 220 с псевдоожиженным слоем, схема которой представлена на фигуре 11, для повышения эффективности процесса сушки угля используются два независимых источника отходящего тепла (а именно: отходящее производственное тепло и горячая вода охлаждения конденсатора).

На фигуре 12 представлена схема еще одного варианта одноступенчатой сушильной установки 230 с псевдоожиженным слоем, аналогичной установке, схема которой представлена на фигуре 11, за исключением того, что вместо горячей воды охлаждения конденсатора в качестве источника тепла для внутреннего теплообменника 208 используется горячий производственный пар 232, отобранный из контура паровой турбины тепловой электростанции. Снова, как и в предыдущем варианте, в сушильной установке 230 с псевдоожиженным слоем для повышения эффективности процесса сушки угля используются два различных источника отработанного тепла (отработанное производственное тепло 212 и горячий производственный пар 232).

Еще один вариант одноступенчатой сушильной установки 240 с псевдоожиженным слоем, содержащей один резервуар, с вторичным источником тепла представлен на фигурах 13 и 14. Вторичным источником тепла для внутреннего теплообменника 208, размещенного в псевдоожиженном слое, является вода или другой жидкий теплоноситель 242, который нагревается во внешнем теплообменнике 210 воздухом 206, используемым для создания псевдоожиженного слоя, горячей водой 222 охлаждения конденсатора, производственным паром 232, отобранным из контура паровой турбины, или горячими топочными газами 248 из дымовой трубы и затем подается во внутренний теплообменник 208 с помощью насоса 246, как показано на фигуре 13. Могут также использоваться любые сочетания вышеуказанных (и других) источников тепла.

На фигурах 15 и 16 представлен еще один вариант конструкции низкотемпературной открытой сушильной установки с псевдоожиженным слоем в соответствии с настоящим изобретением, которая является многоступенчатой сушильной установкой 250 с одним резервуаром, в которой во внутреннем теплообменнике 208 используется первичный источник тепла (горячая вода 252 охлаждения конденсатора из градирни электростанции). Резервуар 152 разделен на две ступени: первую ступень 254 и вторую ступень 256. Хотя на фигурах 15 и 16 иллюстрируется двухступенчатая сушильная установка, однако могут использоваться дополнительные ступени, обеспечивающие дополнительную обработку. Как правило, влажный сортированный уголь 12 поступает в первую ступень 254 сушильной установки 250 с псевдоожиженным слоем через верхнюю зону 162 в точке 164 впуска. Влажный сортированный уголь 12 предварительно подогревается и частично высушивается (а именно, удаляется часть поверхностной влаги) горячей водой 222 охлаждения конденсатора, которая поступает в змеевик внутреннего теплообменника 258, размещенного внутри первой ступени 254 (непосредственный нагрев), циркулирует и выходит из него. Влажный сортированный уголь 12 также подогревается и обрабатывается в псевдоожиженном слое горячим ожижающим воздухом 206. Ожижающий воздух 206 подается вентилятором 200 через распределительную пластину 154 первой ступени 254 сушильной установки 250 с псевдоожиженным слоем после того, как он нагревается отходящим производственным теплом 212 во внешнем теплообменнике 210.

В первой ступени 254 поток горячего воздуха 206 пропускается через влажный сортированный уголь 12, находящийся на распределительной пластине 154, для его высушивания и для разделения частиц угля на частицы, поддающиеся псевдоожижению, и частицы, не поддающиеся псевдоожижению. Более тяжелые или более плотные частицы, не поддающиеся псевдоожижению, отделяются и накапливаются в нижней части псевдоожиженного слоя на распределительной пластине 154. Затем эти частицы, не поддающиеся псевдоожижению ("тяжелые" частицы), выгружаются из первой ступени 254 в качестве Потока 1 (260). Сушильные установки с псевдоожиженным слоем в общем случае обеспечивают возможность обработки слоя материала, не поддающегося псевдоожижению, толщиной до четырех дюймов, который скапливается в нижней части псевдоожиженного слоя. Материал, который не поддается псевдоожижению, может составлять до 25% всего угля, загружаемого в сушильную установку. Этот поток 260 может быть направлен для обработки в другом обогатительном процессе или может быть просто удален. Движение отделенного материала вдоль распределительной пластины 154 к точке выгрузки потока 260 осуществляется за счет наклона распределительной пластины 154, как показано на фигуре 16. Таким образом, в первой ступени 254 осуществляется разделение материалов, поддающихся псевдоожижению и не поддающихся псевдоожижению, предварительный нагрев и высушивание влажного сортированного угля 12 и обеспечивается однородный поток влажного сортированного угля 12 во вторую ступень 256 сушильной установки 250 с псевдоожиженным слоем. Псевдоожиженный уголь 12 перетекает из первой ступени 254 через первую перегородку 262 во вторую ступень 256 сушильной установки 250. В этой второй ступени сушильной установки 250 псевдоожиженный уголь 12 дополнительно нагревается и высушивается до необходимого конечного уровня содержания влаги первичным источником, причем горячая вода 252 охлаждения конденсатора поступает в змеевик внутреннего теплообменника 264, размещенного во второй ступени 256, циркулирует и выходит из него, в результате чего излучается тепло. Уголь 12 также нагревается, высушивается, и осуществляется его псевдоожижение с помощью горячего воздуха 206, нагнетаемого вентилятором через распределительную пластину 154 во вторую ступень 256 сушильной установки 250 после того, как он нагревается отходящим производственным теплом 212 во внешнем теплообменнике 210.

Поток высушенного угля перетекает через вторую перегородку 266 на стороне 169 выгрузки сушильной установки 250 с псевдоожиженным слоем, а поток 166 выносимых мелких частиц и влажного воздуха выпускается через верхнюю часть сушильной установки. Вторая ступень 256 также может использоваться для дополнительного отделения от угля 12 зольной пыли и других примесей. Отделяемый материал, обозначенный на фигуре 16 как Потоки 2 (268) и 3 (270), будет удаляться из второй ступени 256 через ряд точек 268 и 270 выгрузки, расположенных в нижней части псевдоожиженного слоя сушильной установки 250 (или в других подходящих точках). Число точек выгрузки может быть изменено в зависимости от размеров и других характеристик частиц влажного сортированного угля 12, в частности от характера вредных примесей, параметров псевдоожижения и конфигурации псевдоожиженного слоя. Перемещение выделяемого материала к точкам 260, 268 и 270 выгрузки может осуществляться с помощью наклонной распределительной пластины 154, показанной на фигуре 16, или могут использоваться подходящие горизонтальные распределительные пластины, имеющиеся на рынке. Потоки 1, 2 и 3 могут либо удаляться из процесса для захоронения или для дальнейшей обработки с целью отделения вредных примесей.

Поток воздуха 206 охлаждается и увлажняется по мере того, как он проходит через псевдоожиженный слой сушильной установки 250 влажного сортированного угля 12, содержащегося в первой 254 и второй 256 ступенях псевдоожиженного слоя 156. Количество влаги, которое может быть удалено из угля 12 внутри псевдоожиженного слоя, ограничивается сушильной способностью потока ожижающего воздуха 206. Таким образом, тепло, вводимое в псевдоожиженный слой 156 змеевиками внутренних теплообменников 258 и 264, увеличивает сушильную способность потока ожижающего воздуха 206 и уменьшает количество воздуха, которое необходимо для обеспечения необходимого уровня высушивания угля. Если теплопередающая поверхность внутри псевдоожиженного слоя имеет достаточную величину, то поток высушивающего воздуха 206 может быть уменьшен до уровня, соответствующего минимальной скорости, необходимой для поддержания частиц во взвешенном состоянии. Эта скорость обычно составляет величину порядка 0,8 м/с, но на практике следует использовать более высокие скорости, порядка 1,4 м/с, чтобы гарантировать, что скорость не упадет ниже минимальной величины.

Для достижения максимальной высушивающей способности поток воздуха 206 выходит из псевдоожиженного слоя 156 в состоянии насыщения (то есть его относительная влажность равна 100%). Для того чтобы предотвратить конденсацию влаги в верхней части 162 сушильной установки 250 с псевдоожиженным слоем и в других частях оборудования дальше по потоку, установка 250 для сушки угля рассчитана так, чтобы относительная влажность выходящего воздуха была меньше 100%. Кроме того, часть горячего воздуха 206 может быть пущена в обход псевдоожиженного слоя 156 и далее может смешиваться в верхней зоне 162 с насыщенным воздухом для снижения его относительной влажности, как указано ниже более подробно. В качестве альтернативного варианта внутри верхней зоны 162 могут быть размещены поверхности дополнительного подогрева, или же может использоваться подогрев оболочки резервуара или другие технические средства для повышения температуры и уменьшения относительной влажности воздуха 206, выходящего из сушильной установки 250, для предотвращения конденсации влаги в оборудовании, расположенном дальше по потоку. Количество влаги, извлеченной в сушильной установке, прямо пропорционально количеству тепла, содержащегося в ожижающем воздухе, и количеству тепла, излучаемого внутренними теплообменниками. Чем больше тепла вводится, тем выше температура псевдоожиженного слоя и температура выходящего воздуха, то есть улучшается способность воздуха по транспортировке влаги, в результате чего уменьшается удельное количество воздуха, необходимого для обеспечения определенного уровня высушивания угля. Требования по мощности, необходимой для высушивания, зависят от потока воздуха и перепада давления, создаваемого вентилятором. Способность дополнительной подачи тепла в псевдоожиженный слой зависит от разности температур этого слоя и нагревающей воды, коэффициента теплопередачи и площади поверхности теплообменника. Поэтому в случае использования отходящего тепла при пониженных температурах требуется большая площадь теплопередающей поверхности для подачи тепла в процесс. Это в большинстве случаев означает увеличение толщины псевдоожиженного слоя для обеспечения достаточного объема для размещения змеевиков внутренних теплообменников. Таким образом, выполнение заявленных целей может требовать точного выдерживания размеров и конфигурации конструкции предлагаемой в изобретении сушильной установки с псевдоожиженным слоем.

Потоки угля, поступающие в сушильную установку и выгружаемые из нее, включают влажный сортированный уголь 12, поток обработанного угля, поток 166 выносимых мелких частиц и потоки 176, 186 и 270 тяжелых частиц. Для выгрузки частиц угля, не поддающихся псевдоожижению, сушильная установка 250 снабжена винтовым шнеком 194, размещенным в желобе 190 распределительной пластины 180 первой ступени, а также бункерным накопителем и модулем скруббера для накопления тяжелых частиц угля, как указано более подробно ниже.

К типичным компонентам комплекса сушильной установки относятся, в частности: оборудование подачи угля, бункер для складирования угля, сушильная установка с псевдоожиженным слоем, система подачи и подогрева воздуха, внутренние теплообменники, очистные устройства (пылеулавливатель), контрольно-измерительная аппаратура и система управления и сбора данных. В одном из вариантов осуществления изобретения для подачи влажного угля в сушильную установку и выгрузки из нее высушенного продукта используются винтовые шнеки. Для регулирования скорости подачи и обеспечения воздушного шлюза в каналах подачи и выгрузки угля могут использоваться лопаточные загрузчики. Дозаторы угольного бункера обеспечивают необходимую интенсивность подачи и общее количество угля, подаваемого в сушильную установку. Контрольно-измерительная аппаратура может включать, в частности, термопары, датчики давления, измерители влажности воздуха, расходомеры и датчики деформаций.

В сушильных установках с псевдоожиженным слоем в первой ступени осуществляется предварительный подогрев и отделение материала, не поддающегося псевдоожижению. Она может иметь конструкцию небольшой высокопроизводительной камеры, используемой для разделения угля. Во второй ступени уголь высушивается в результате испарения содержащейся в нем влаги благодаря разнице парциальных давлений воздушных паров и угля. В предпочтительном варианте осуществления изобретения большая часть влаги удаляется во второй ступени.

Трубчатые нагревательные элементы 280 теплообменников 258 и 264, размещенных внутри псевдоожиженного слоя сушильной установки 250, более подробно изображены на фигурах 17 и 18. Каждый трубчатый нагревательный элемент, представляющий две трубки, соединенные с помощью U-образного соединительного элемента, изготовлен из углеродистой стали и соединен с баком 284 для воды, закрытым крышкой и имеющим входной 286 и выходной 288 фланцы и подъемные проушины 290. Эти пакеты трубчатых нагревательных элементов предназначены для работы при давлении 150 psig и температуре 300°F с фланцами 150# ANSI для впускного 286 и выпускного 288 отверстий для воды. Трубчатые нагревательные элементы 280 расположены по ширине первой 254 и второй 256 ступеней сушильной установки, и по длине пакетов трубчатых нагревательных элементов распределены поддерживающие пластины 292 с подъемными проушинами, которые обеспечивают опору в боковом направлении.

Один из вариантов теплообменника 258 первой ступени содержит 50 трубчатых нагревательных элементов 280, имеющих диаметр 1½ дюйма и изготовленных из углеродистой стали Sch 40 SA-214, с ребрами, имеющими высоту, равную ½ дюйма, шаг ½ дюйма, толщину 16, причем спиральные приваренные ребра из углеродистой стали имеют проход, равный 1 дюйму по горизонтали и 1½ дюйма по диагонали. При этом теплообменник 264 второй ступени сушильной установки может состоять из одного пакета длинных трубчатых элементов или из нескольких пакетов трубчатых элементов, соединенных последовательно, в зависимости от длины второй ступени. Теплообменник 264 второй ступени в общем случае состоит из труб, имеющих внешний диаметр 1-1½ дюйма и толщину стенки 10 BWG и изготовленных из углеродистой стали SA-214, с ребрами, имеющими высоту, равную ¼-½ дюйма, шаг ½-¾ дюйма, толщину 16, причем спиральные приваренные ребра из углеродистой стали имеют проход, равный 1 дюйму по горизонтали и 1½ дюйма по диагонали. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения теплообменник второй ступени содержит 110-140 труб, проходящих по всей длине второй ступени. Общая площадь поверхности пакетов трубчатых элементов теплообменников 258 и 264 первой и второй ступеней соответственно составляет примерно 8483 фут² .

В качестве источника тепла для псевдоожиженного слоя в соответствии с настоящим изобретением может использоваться первичный источник. Более предпочтительно источник тепла должен быть источником отходящего тепла, например горячей охлаждающей водой конденсатора, отходящим производственным теплом, горячими топочными газами или отработанным паром турбин, которые могут использоваться самостоятельно или в сочетании с другими источниками отходящего тепла или с первичными источниками. Такие источники отходящего тепла обычно имеются во многих, если не в большинстве, промышленных комплексов, и поэтому они могут использоваться для осуществления процесса отделения вредных примесей в соответствии с настоящим изобретением более экономичным образом вместо того, чтобы быть выброшенными в процессе работы промышленного комплекса. В заявке США № 11/107152, которая была подана 15.04.2005 с указанием того же соавтора и владельца, что и в настоящей заявке, более подробно описывается, как интегрировать такие первичные источники или источники отходящего тепла в сушильную установку с псевдоожиженным слоем, и указанная заявка полностью вводится ссылкой в настоящую заявку.

Неожиданно было обнаружено, что концентрации серы и ртути в потоках 260, 268 и 270 тяжелых частиц значительно выше, чем в подаваемом потоке влажного угля 12. Аналогично, поток выносимых мелких частиц 166, выходящий через верхнюю часть сушильной установки с псевдоожиженным слоем, содержит увеличенные концентрации зольной пыли, серы и ртути. Используя способ разделения частиц в соответствии с настоящим изобретением, можно уменьшить концентрацию ртути в выходном потоке угля 168 примерно на 27% по сравнению с концентрацией ртути в потоке подаваемого влажного угля 12. При этом концентрация серы в выходном потоке угля 168 может быть снижена примерно на 46%, а концентрация золы может быть снижена примерно на 59%.

Иначе говоря, при использовании настоящего изобретения примерно 27-54% ртути, находящейся в подаваемом потоке влажного угля, может быть сконцентрировано в выходящих потоках тяжелых частиц и выносимых мелких частиц, то есть ртуть удаляется из выходного потока высушенного угля, который подается в печь парогенератора. Для серы и золы соответствующие величины составляют 25-51% и 23-43% соответственно. Таким образом, концентрирование вредных примесей в потоке тяжелых частиц и существенное снижение концентраций вредных примесей в выходном потоке высушенного угля 168, подаваемого в печь парогенератора для сжигания, позволяет снизить концентрации ртути, SO₂ и золы в топочных газах, в результате чего снижается нагрузка на газоочистительное оборудование, которое обычно используется в промышленных комплексах для обработки потока топочных газов перед их выбросом в атмосферу. В результате для обычных промышленных комплексов экономятся значительные средства за счет сокращения эксплуатационных расходов и капитальных инвестиций в оборудование.

Конструкции сушильной установки в соответствии с настоящим изобретением специально разрабатываются для максимального использования потоков тепла, отходящих из различных производственных процессов предприятия, причем температура нагрева угля не должна превышать 300°F и предпочтительно должна находиться в диапазоне 200-300°F. Градиенты температуры подаваемого сырья или топлива и потоки теплоносителя могут изменяться в зависимости от назначения, свойств топлива или сырья и других факторов, относящихся к назначению. При температурах, превышающих 300°F, обычно ближе к 400°F, начинают происходить окислительные процессы, и из угля выделяются летучие компоненты, образующие поток продуктов, содержащий вредные составляющие, которые необходимо обрабатывать, то есть могут возникать различные проблемы для производства.

Сушильные установки с псевдоожиженным слоем способны работать с источниками отходящего тепла, имеющими более высокую температуру, путем регулирования температуры воздуха, подаваемого в сушильную установку, на уровне, не превышающем 300°F, и подачей этого тепла во внутренний теплообменник. Многоступенчатая конструкция сушильной установки с псевдоожиженным слоем обеспечивает создание температурных зон, которые могут быть использованы для достижения более эффективной теплопередачи за счет применения противотока теплоносителя. Температура угля на выходе предлагаемой в изобретении сушильной установки сравнительно невысока (обычно не выше 140°F), то есть такой продукт сравнительно несложно хранить и перерабатывать. Если для какого-то зернистого материала необходима повышенная или пониженная температура, то может быть разработана сушильная установка, работающая при повышенной или пониженной температуре.

Выносимые частицы 600, задерживаемые очистными устройствами, обычно имеют очень малые размеры и содержат много золы, серы и ртути. На фигуре 19 представлена схема, иллюстрирующая процесс удаления ртути с использованием пара 602 для получения активного угля 604. Как можно видеть на фигуре 19, поток выносимых частиц 600 нагревается в нагревателе с псевдоожиженным слоем или в газогенераторе 606 до температуры 400°F или выше для испарения ртути. Ожижающий воздух 608, пропускаемый под давлением через псевдоожиженный слой, выносит ртуть в потоке 610, выходящем через верхнюю часть нагревателя. Пары ртути в верхнем потоке 610 могут быть выделены с помощью существующих технических средств, например, с использованием активного угля, инжектированного в воздушный поток, или же воздушный поток 610 может пропускаться через слой активного угля 612, как показано на фигуре 19. Поскольку концентрация ртути в потоке 610 будет гораздо выше, чем в потоке топочных газов 27, выходящих из печи 25, и общий объем потока воздуха, который необходимо обработать, гораздо меньше объема топочных газов, выходящих из печи, то такой процесс удаления ртути является очень эффективным. Для охлаждения горячего потока 618, не содержащего ртути, может использоваться теплообменник 614, через который пропускается охлаждающая текучая среда 616. В процессе охлаждения может быть получено тепло, которое можно использовать для подогрева ожижающего воздуха 608, подаваемого в нагреватель с псевдоожиженным слоем или в газогенератор 606. Поток мелких частиц 622 угля, из которого извлечена ртуть, может быть направлен в печь 25 для сжигания, как показано на фигуре 19, или же он может быть активирован паром 602 для получения активного угля 604. Полученный активный уголь 604 может быть использован для выделения ртути в системе сушки угля или реализован другим тепловым электростанциям, работающим на угле.

На фигуре 20 иллюстрируется процесс газификации выносимых мелких частиц 600. Поток выносимых частиц 600 подается в газогенератор 700 вместе с ожижающим воздухом 702. Используемый газогенератор обычно работает при повышенной температуре, например при температуре 400°F, при этом горючие газы и летучие вещества отводятся. Поток газообразного продукта 704 сжигается в турбине внутреннего сгорания 706, которая состоит из камеры сгорания 708, компрессора 710, газовой турбины 712 и генератора 714. Поток полукокса 716, выходящего из газогенератора с псевдоожиженным слоем, не содержит ртути и может быть направлен для сжигания в печи 25 или же обрабатывается паром 718 для получения активного угля 720.

Потоки тяжелых частиц также могут содержать высокие уровни серы и ртути. Эти потоки могут быть удалены из процесса для захоронения или для дальнейшей обработки, которая может быть аналогична обработке потока выносимых мелких частиц, для удаления вредных примесей.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения поток тяжелых частиц 170 или 260 транспортируется непосредственно в модуль 600 скруббера для дополнительного концентрирования вредных примесей путем удаления захваченных мелких частиц угля. Вариант осуществления модуля 600 скруббера в соответствии с настоящим изобретением представлен на виде с вырезом на фигурах 21а и 21b. Скруббер 600 представляет собой коробчатый корпус с боковыми стенками 602, торцевой стенкой 604, основанием 606 и верхней частью 608 (не показана), который прикреплен к боковой стенке сушильной установки 250 так, чтобы закрывать вырезанный разгрузочный проем 610, через который частично выступает винтовой шнек 194. Необходимо отметить, что вместо винтового шнека может использоваться любое подходящее устройство, которое способно транспортировать в горизонтальном направлении спустившиеся вниз частицы угля, в том числе ленточный конвейер, выталкиватель или скребковая цепь.

Винтовой шнек 194 будет перемещать частицы, лежащие в нижней части псевдоожиженного слоя, и разгружать их через разгрузочный проем 610 в скруббер 600, где они могут накапливаться отдельно от сушильной установки. Внутри скруббера 600 установлена распределительная пластина 620. В этом случае ответвляющаяся часть потока горячего воздуха 206, создающего псевдоожиженный слой, проходит вверх через отверстия 622 в распределительной пластине 620 для псевдоожижения частиц, находящихся в скруббере. Конечно основная масса тяжелых частиц будет оставаться в нижней части псевдоожиженного слоя из-за их повышенного удельного веса, однако некоторые захваченные мелкие частицы поднимутся в верхнюю часть слоя и будут втянуты в сушильную установку 250 через впускное отверстие 624 (через это отверстие на фигуре 22 видны трубки теплообменника 280). Таким образом, поток тяжелых частиц проходит дополнительную обработку в модуле скруббера, представленного на фигурах 21а и 21b, для отделения вынесенных мелких частиц, так что концентрация вредных примесей в потоке тяжелых частиц повышается, и поток мелких частиц, которые содержат меньше вредных примесей, возвращается в сушильную установку с псевдоожиженным слоем для дальнейшей обработки.

При достаточном накоплении тяжелых частиц в скруббере или в любом ином случае может быть открыт затвор 612 в торцевой стенке 604 для разгрузки накопившихся частиц через выходное отверстие в торцевой стенке, причем накопившиеся частицы выталкиваются давлением, создаваемым винтовым шнеком 194, или с помощью любых иных известных средств. Затвор 612 может управляться таймером, чтобы он открывался для разгрузки накопленных частиц через определенные интервалы времени.

Еще один вариант 630 скруббера, представленный на фигурах 22-24, содержит две секции 632 и 634 для обработки большего количества частиц, не поддающихся псевдоожижению, выгруженных из сушильной установки 250 с псевдоожиженным слоем. На фигуре 24 отчетливо видно, что винтовой шнек 194 проходит через переднюю камеру 636. Тяжелые частицы угля подаются винтовым шнеком 194в эту переднюю камеру 636 и затем в накопительные камеры 638 и 640, закрытые затворами 642 и 644 соответственно, или другими подходящими средствами управления потоком.

Как было указано выше, внутри накопительных камер 638 и 640 могут быть размещены распределительные пластины 654 и 656 (см. фигуру 26) таким образом, чтобы поток воздуха, предназначенный для псевдоожижения, проходил через отверстия 658 и 660 в распределительных пластинах для отделения мелких частиц угля, захваченных потоком более плотных частиц. Как только затворы 642 и 644 открываются, вынесенные мелкие частицы поднимаются в верхние части разгрузочных каналов 646 и 648 через отверстия 660 и 662 для подачи с помощью подходящих механических средств обратно в сушильную установку 250 с псевдоожиженным слоем. Более тяжелые частицы угля падают вниз через нижние части разгрузочных каналов 646 и 648, как описано выше.

Как только в накопительных камерах 638 и 640 накапливается заданный объем тяжелых частиц или пройдет заданный интервал времени, затворы 642 и 644 открываются для выгрузки накопленного угля в разгрузочные каналы 646 и 648 соответственно. Тяжелые частицы угля под действием силы тяжести падают через выходные части 650 и 652 в нижнюю часть разгрузочных каналов 646 и 648 и далее в какой-либо накопительный резервуар или на средства транспортировки для дальнейшей обработки или для захоронения.

Затворы 642 и 644 могут быть соединены с накопительными камерами 638 и 640 с возможностью поворота, хотя они могут быть также выполнены открывающимися со скольжением, поворачивающимися вверх, поворачивающимися вниз или вбок или иметь любую другую подходящую конструкцию соединения. Кроме того, с накопительными камерами может быть соединено несколько затворов для увеличения скорости разгрузки из камер тяжелых частиц угля.

В одном из вариантов, представленном на фигуре 25, затвор 642 или 644 содержит плоскую часть 672, которая закрывает разгрузочное отверстие 632 накопительных камер 638, 640. Площадь плоской закрывающей части 672 больше, чем площадь разгрузочного отверстия 632. Плоская закрывающая часть 672 может быть выполнена из любого жесткого материала, например из стали, алюминия, железа и из других материалов, имеющих аналогичные физические характеристики. В альтернативном варианте, в котором затвор 670 будет открываться и закрываться циклически, может быть выгодным использовать более тонкий материал для уменьшения веса конструкции. В этом варианте плоская закрывающая часть 672 может также содержать поперечины или крепления (не показаны) для обеспечения дополнительной жесткости в отношении любого давления, действующего изнутри накопительных камер 638, 640.

Затвор 670 также содержит по меньшей мере одну уплотнительную часть 674, размещенную на внутренней поверхности плоской закрывающей части 672 с формированием надежного уплотнения разгрузочного отверстия 632. Площадь уплотнительной части 674 больше, чем площадь разгрузочного отверстия 632. Уплотнительная часть 674 может быть выполнена из любого упруго сжимаемого материала, например из резины, эластичной пластмассы или любого другого материала, имеющего аналогичные физические характеристики.

На закрывающей части 672 с уплотнением может быть установлена закрывающая часть 676 для защиты ее от частиц псевдоожиженного материала и частиц, не поддающихся псевдоожижению, которые будут воздействовать на затвор 670 с уплотнением. Как это более подробно изображено на фигуре 26, закрывающая часть 676 содержит лист, площадь которого может быть меньше, чем площадь разгрузочного отверстия 632. Когда затвор 670 находится в закрытом положении, закрывающая часть 676 входит в разгрузочное отверстие 632. Закрывающая часть 676 может быть выполнена из любого жесткого материала, например из стали, алюминия, железа и из других материалов, имеющих аналогичные физические характеристики. Однако для изготовления закрывающей части 676 могут использоваться и другие материалы.

В иллюстративном варианте блок 680 привода функционально соединен с затвором 670 для перемещения его из открытого положения в закрытое положение, причем уголь может выгружаться из сборника 620, когда затвор 670 находится в открытом положении. Блок 680 привода содержит шток 684 поршня и цилиндр 686, который сообщается с пневматической системой (не показана). В пневматической системе могут использоваться потоки тепла, такие как потоки отходящего тепла, потоки первичного тепла или их сочетания.

Поскольку в сборнике 632 создается псевдоожиженный слой, то должны использоваться конструкционные материалы, которые могут выдерживать давления, необходимые для отделения мелких частиц от более плотных и/или более крупных частиц материала, содержащих загрязнения. Такими конструкционными материалами могут быть сталь, алюминий, железо или какой-либо сплав, имеющий аналогичные физические характеристики. Однако и другие материалы могут быть использованы для изготовления накопительных камер 638, 640.

Накопительные камеры 638, 640 могут также содержать внутренний нагреватель (необязательный элемент, не показан), который функционально сообщается с потоком тепла для обеспечения дополнительного нагрева и высушивания угля. Во внутренний нагреватель может подаваться любой поток тепла, который имеется на тепловой электростанции, в том числе первичный поток тепла, поток отходящего тепла и их сочетания.

Как показано на фигурах 23 и 24, верхние стенки 632а и 632b накопительных камер 638, 640 могут отходить от псевдоожиженного слоя под таким углом, чтобы поток тепла, входящий в накопительные камеры 638, 640, направлялся в направлении прохода А или второго прохода В, как указано стрелками А и В, и далее в псевдоожиженный слой. Внутренняя поверхность верхней стенки 632 может иметь выдавленные углубления или структуры, такие как каналы, гребни или другие элементы, которые могут способствовать прохождению потока псевдоожиженного зернистого материала через проход А или второй проход В и далее в псевдоожиженный слой.

Как можно видеть на фигурах 22-27, на периферической стенке 651 может быть размещена конструкция окна 650 для контроля процесса псевдоожижения, происходящего внутри накопительных камер 638, 640 с псевдоожиженным слоем. В одном из иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения конструкция 650 окна содержит по меньшей мере внутреннее окно 652, изготовленное из прозрачного и/или ударопрочного материала, такого как пластмасса, термопласт и других аналогичных материалов, установленное в проеме 654 и закрывающее его. По периметру внешней поверхности внутреннего окна 652 может быть установлен опорный элемент 656 для защиты внутреннего окна 652 от действующего наружу давления. Опорный элемент 656 может быть изготовлен из достаточно жесткого материала, такого как сталь, алюминий и другие аналогичные материалы. Второе или наружное окно 658 может быть установлено на внешней поверхности опорного элемента 656 для обеспечения дополнительной защиты от действующего наружу давления внутри накопительных камер 638, 640. Для фиксации конструкции окна 650 может использоваться обойма 660 и фиксатор 662. Обойма 660 может иметь форму буквы L или С, или другую аналогичную форму, которая обеспечивает крепление конструкции окна 650. В качестве крепежного устройства может использоваться болт, винт, С-образная струбцина или любое другое крепежное устройство, известное специалистам в данной области техники.

Соединительная секция 300 содержит основание 302, верхнюю пластину 304 и боковые стенки 306, образующие внутреннюю полость 308. Распределительная пластина 310 размещается на некотором расстоянии от основания 302 соединительной секции 300, формируя нижнюю зону 312, предназначенную для приема по меньшей мере одного потока тепла, который поступает в нее по меньшей мере через одно впускное отверстие 316. Распределительная пластина 312 соединительной секции 300 предпочтительно имеет наклон в сторону накопителя 220 с псевдоожиженным слоем для облегчения транспортировки частиц материала, не поддающихся псевдоожижению, из псевдоожиженного слоя сушильной установки 250. По мере того как частицы материала, не поддающиеся псевдоожижению, перемещаются через соединительную секцию 300, поток теплоносителя, проходящий через отверстия 314 в распределительной пластине 310, обеспечивает отделение мелких частиц зернистого материала. Происходит псевдоожижение мелких частиц зернистого материала, и они возвращаются обратно во внутреннюю часть 106 сушильной установки с псевдоожиженным слоем 250. Отверстия 314, проходящие сквозь распределительную пластину 310 соединительной секции 300, могут быть выполнены под углом для обеспечения требуемого направления подачи потока теплоносителя.

Дальнейшее использование тяжелых частиц, выделенных из сушильной установки 250 с помощью скруббера 600, будет зависеть от их состава. Если они содержат приемлемые уровни серы, золы, ртути и других вредных компонентов, то их можно направить в печь парогенератора для сжигания, так как они обладают нужной теплотворной способностью. Если же уровни содержания в тяжелых частицах вредных составляющих неприемлемо высоки, то эти частицы могут подвергаться дальнейшей обработке для удаления этих вредных составляющих частично или полностью, как это описано более подробно в патентных заявках США № 11/107152 и № 11/107153, поданных 15.04.2005, в которых указан тот же соавтор и совладелец, что и в настоящей заявке, и которые вводятся ссылкой в настоящую заявку. Только если уровни вредных составляющих, содержащихся в тяжелых частицах, настолько высоки, что экономически нецелесообразно проводить их дальнейшую обработку для снижения этих уровней, то этот материал направляется на захоронение. Таким образом, скруббер 600 в соответствии с настоящим изобретением не только обеспечивает автоматическое удаление из псевдоожиженного слоя сушильной установки частиц, не поддающихся псевдоожижению, для повышения эффективности ее работы, но также обеспечивает возможность дальнейшей обработки этих частиц и их продуктивного использования на тепловой электростанции или другом промышленном предприятии.

Нижеприведенные примеры являются иллюстрациями низкотемпературной сушильной установки, которая является частью настоящего изобретения.

Пример I - Влияние снижения влажности на состав угля

Образцы бурого угля и угля бассейна Паудер Ривер (Powder River Basin, PRB) подвергались химическому анализу, и, кроме того, определялось содержание в них влаги. Полученные результаты приведены ниже в Таблице 1. Как можно видеть, образцы бурого угля содержали в среднем 34,03 вес.% углерода, 10,97 вес.% кислорода, 12,30 вес.% зольной пыли, 0,51 вес.% серы и 38,50 вес.% влаги. Образцы полубитуминозного угля PRB содержали в среднем 49,22 вес.% углерода, 10,91 вес.% кислорода, 5,28 вес.% зольной пыли, 0,35 вес.% серы и 30,00 вес.% влаги.

"Элементный анализ" проводился с использованием полученных значений для этих образцов бурого угля и угля PRB путем вычисления содержания составляющих компонентов для влажности 0% и золы 0% и для уровня влажности 20%, как показано в Таблице 1. Как видно из Таблицы 1, химический состав и уровни влажности образцов угля существенно изменяются. Более конкретно, для влажности 20% образцы бурого угля и угля PRB демонстрируют значительное увеличение содержания углерода, а именно до 44,27 вес.% и 56,25 вес.% соответственно, при этом увеличение содержания кислорода было меньше, а именно до 14,27 вес.% и 12,47 вес.% соответственно. Содержание серы и зольной пыли также слегка увеличилось (хотя увеличения абсолютного содержания не происходило). Важно, что высшая теплотворность (HHV) для бурого угля увеличилась с 6,406 БТЕ/фунт до 8,333 БТЕ/фунт, а величина HHV для угля PBR увеличилась с 8,348 БТЕ/фунт до 9,541 БТЕ/фунт.

Таблица 1
	Единицы	Результаты анализа	Влаги и золы нет	Влажность топлива 20%
Лигнит	PRB	Лигнит	PRB	Лигнит	PRB
Углерод	вес.%	34,03	49,22	69,17	76,05	44,27	56,25
Водород	вес.%	2,97	3,49	6,04	5,39	3,87	3,99
Сера	вес.%	0,51	0,35	1,04	0,54	0,67	0,40
Кислород	вес.%	10,97	10,91	22,29	16,86	14,27	12,47
Азот	вес.%	0,72	0,75	1,46	1,16	0,92	0,86
Влажность	вес.%	38,50	30,00	0,00	0,00	20,00	20,00
Зола	вес.%	12,30	5,28	0,00	0,00	16,00	6,30
ВСЕГО	вес.%	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00
HHV	БТЕ/фунт	6,406	8,348	13,021	12,899	8,333	9,541
H fuel	БТЕ/фунт	-2,879	2,807			-1,664	-2,217

Пример II - Результаты разделения частиц угля в экспериментальной сушильной установке

Осенью 2003 г. и летом 2004 г. на экспериментальной сушильной установке с псевдоожиженным слоем, изготовленной компанией Great River Energy в г.Андервуд, штат Северная Дакота, было высушено более 200 тонн бурого угля. Сушильная установка, мощность которой составляла 2 т/час, была разработана для оценки рентабельности сушки бурого угля Северной Дакоты с использованием низкотемпературного отходящего тепла и определения эффективности концентрирования таких примесей, как ртуть, зола и сера, с использованием возможностей псевдоожиженного слоя по гравитационному разделению компонентов.

В сушильной установке различались следующие потоки угля: поток исходного загружаемого угля, поток обработанного угля, поток выносимых мелких частиц и поток тяжелых частиц, оседающих в нижней части слоя. В процессе испытаний из этих потоков брались пробы для анализа на содержание влаги, серы, золы и ртути и определения теплотворности. Некоторые из проб подвергались сортировке, и затем проводился анализ в отношении разных фракций частиц с одинаковыми размерами.

Экспериментальная сушильная установка была оснащена контрольно-измерительной аппаратурой для определения характеристик процесса высушивания для различных рабочих режимов. Система сбора информации позволяла регистрировать данные измерений параметров работы сушильной установки с интервалом 1 минута. Установленная контрольно-измерительная аппаратура обеспечивала возможность вычисления баланса массы и энергии в системе.

Основными компонентами экспериментальной сушильной установки были: оборудование подачи угля, загрузочный угольный бункер, сушильная установка с псевдоожиженным слоем, система подачи и подогрева воздуха, внутренний теплообменник, очистные устройства (пылеулавливатель), контрольно-измерительная аппаратура и система управления и сбора данных (см. фигуру 28). Для загрузки исходного угля в сушильную установку и для выгрузки из нее продуктов использовались винтовые шнеки. Для регулирования скорости подачи и обеспечения воздушного шлюза в системе подачи и выгрузки угля использовались лопаточные подающие устройства. Дозаторы угольного бункера обеспечивали необходимую интенсивность подачи и общее количество угля, подаваемого в сушильную установку. Тяжелые частицы и выносимая пыль накапливались в сборниках, которые взвешивались перед испытаниями и после них. Поток выходного продукта выгружался под действием силы тяжести в контейнер, снабженный весами. Система загрузки угля обеспечивала подачу в сушильную установку до 8000 фунт/час угля, причем размер частиц угля не превышал ¼ дюйма. Система подачи воздуха была рассчитана на подачу 6000 станд. куб. футов в минуту при давлении 40 дюймов водяного столба. Тепловая мощность теплообменника подогрева воздуха составляла 438000 БТЕ/час, а тепловая мощность внутреннего теплообменника составляла 250000 БТЕ/час. Это тепло и количество подаваемого воздуха были достаточны для удаления около 655 фунтов воды в час.

В типовых испытаниях в бункер загружалось 18000 фунтов угля, размеры частиц которого не превышали ¼ дюйма. Перед проведением испытания сборники разгружались, а показания весов контейнера записывались. Образцы угля, подаваемого в сушильную установку, брались либо при загрузке бункера, либо в процессе испытания одновременно с образцами пыли из пылеулавливателя, готового продукта из контейнера и выгружаемых тяжелых частиц (обычно каждые 30 минут после выхода установки на устойчивый режим). Затем включался пылеулавливатель, шнеки и воздушные шлюзы для всех потоков угля. Запускался вентилятор подачи воздуха, и его производительность устанавливалась на уровне 5000 станд. куб. футов в минуту. Затем на полную скорость включалась система подачи угля для загрузки сушильной установки. После установления в сушильной установке псевдоожиженного слоя повышалась температура воздуха, во внутренний теплообменник подавалась нагревающая вода и величина воздушного потока устанавливалась на необходимом уровне. Затем испытания продолжались в течение 2-3 часов. Одно испытание проводилось в течение восьми часов. По окончании испытания сборники взвешивались и записывались показания весов контейнера. Результаты измерений заносились в таблицу формата Excel, а взятые образцы угля передавались для анализа в лабораторию. Затем сборники и контейнер разгружались для подготовки к следующему испытанию.

В течение осени 2003 г. в одноступенчатой экспериментальной сушильной установке с площадью поверхности распределения материала, равной 23,5 фут², в 39 различных испытаниях было обработано 150 тонн бурого угля. Скорость подачи угля в псевдоожиженный слой составляла от 3000 фунт/час до 5000 фунт/час. Скорость подачи воздуха варьировалась в диапазоне 4400-5400 станд. куб. футов в минуту (3,1-3,8 фут/сек). Степень снижения уровня влажности угля является функцией скорости подачи угля и количества тепла, подаваемого в сушильную установку. Первый экспериментальный модуль обеспечивал удаление порядка 655 фунтов воды в час при расчетной температуре воды порядка 200°F. При скорости подачи угля, равной 83,3 фунт/мин, можно определить, что степень удаления воды составляет 0,13 фунт воды/фунт угля.

В течение лета 2004 г. сушильная установка была переоборудована, так что она содержала уже две ступени для улучшения удаления частиц, не поддающихся псевдоожижению, и внутренний теплообменник увеличенной тепловой мощности. В результате переоборудования модуля сушильной установки его тепловая мощность выросла примерно до 750000 БТЕ/час и скорость удаления воды составила 1100 фунт/час. В новом модуле было высушено еще 50 тонн угля. В модернизированном модуле также обеспечивался сбор потока тяжелых частиц из первой ступени. Тяжелые частицы - это материал, не поддающийся псевдоожижению, который удалялся из нижней части первой ступени. Этот материал состоял прежде всего из частиц более крупных размеров и повышенной плотности и отделялся в первой ступени под действием силы тяжести. Общая площадь распределительной пластины составляла 22,5 фут² .

В Таблице 2 приведены характеристики угля для подаваемого потока, потоков мелких выносимых частиц, тяжелых частиц и выходного продукта. Как можно видеть, поток выносимых частиц характеризуется высоким содержанием ртути и золы, в потоке тяжелых частиц много ртути и серы, и характеристики выходного потока в отношении теплотворности и содержания ртути, золы и SO₂/MBTE существенно улучшились. Поток выносимых частиц содержал в основном частицы, проходящие через сито 40, а поток тяжелых частиц содержал частицы, не проходящие сито 8.

Таблица 2
Характеристики угля в разных потоках угля, испытание 44
Уголь	Фунты	Ртуть ppb	Зола, %	HHV БТЕ/фунт	Сера	#SO2/МБТЕ
Подаваемый уголь	14902	91,20	18,05	5830,00	0,53	1,82
Тяжелые частицы	2714	100,61	15,41	6877,00	0,76	2,20
Выносимые частицы	789	136,58	30,26	5433,75	0,50	1,86
Выходной продукт	7695	65,83	14,22	7175,25	0,55	1,54

Таким образом, содержание ртути и серы в потоке выходного продукта в испытании 44 снизилось на 40% и 15% соответственно.

Изменения во времени температуры псевдоожиженного слоя, измеренной в шести точках внутри слоя, и температуры воздуха на выходе представлены на графиках фигуры 29. Эта информация использовалась вместе с данными о содержании влаги в угле (получено из образцов угля) для сведения баланса массы и энергии для сушильной установки и определения количества влаги, извлеченной из угля.

На фигуре 30 приведены данные по составу потока тяжелых частиц для семи испытаний при использовании модернизированной экспериментальной сушильной установки. В испытании 1 были получены наилучшие результаты с содержанием 48% серы и ртути и только 23% БТЕ и 25% веса. С учетом результатов испытания с отсадочной машиной в модуле 4 мы могли бы ожидать удаления 37% из 48% для ртути 18%, 27% из 48% для серы 13% и 7,1% из 23% для потери БТЕ 1,6%.

Пример III - Дополнительные результаты испытаний по разделению зернистых материалов

С сентября и по декабрь 2004 г. на модернизированной экспериментальной двухступенчатой сушильной установке, находящейся в г.Андервуд, штат Северная Дакота, было высушено примерно 115 т канадского бурого угля (лигнита). Через сушильную установку проходило в испытаниях за день от 3 т до 20 т материала при интенсивностях подачи 2000-7000 фунт/час. В результате из исходного материала, имеющего влажность 31%, получали уголь с влажностью 15-24%.

Дозаторы угольного бункера обеспечивали необходимую интенсивность подачи и общее количество угля, подаваемого в сушильную установку. Тяжелые частицы и выносимая пыль накапливались в сборниках, которые взвешивались перед испытаниями и после них. Поток выходного продукта выгружался под действием силы тяжести в контейнер, снабженный весами. Система загрузки угля обеспечивала подачу до 8000 фунт/час угля в сушильную установку, причем размер частиц угля не превышал ¼ дюйма. Система подачи воздуха обеспечивала подачу 6000 станд. куб. футов в минуту при давлении 40 дюймов водяного столба. Тепловая мощность теплообменника подогрева воздуха, подаваемого в сушильную установку, составляла 438000 БТЕ/час, а тепловая мощность ее внутренних теплообменников составляла 500000 БТЕ/час. Этого тепла и потока подаваемого воздуха было достаточно для удаления порядка 900 фунтов воды в час, причем эта величина зависела от внешних условий и температуры теплоносителя.

Потоки мелких выносимых частиц и тяжелых частиц на выходе сушильной установки в большинстве случаев составляли 20%, а поток высушенного угля составлял 80% при интенсивности подачи 7000 фунт/час, причем их процентное содержание увеличивалось при уменьшении интенсивности подачи влажного угля в сушильную установку. В процессе испытаний из каждого из потоков брались образцы, которые сравнивались с образцами подаваемого угля. Поток тяжелых частиц обычно устанавливался на уровне 420-840 фунт/час. При уменьшении подачи угля в сушильную установку этот выходной поток (в процентах) увеличивался. Также наблюдалась тенденция увеличения потока мелких выносимых частиц (в процентах) при уменьшении интенсивности подачи угля в сушильную установку. Это объясняется увеличением времени нахождения частиц угля в сушильной установке и увеличением трения при снижении уровня влажности.

В типовых испытаниях в бункер загружалось 18000 фунтов угля, размеры частиц которого не превышали ¼ дюйма. Сначала бурый уголь, поступивший из шахты № 1, Канада, дробился для получения кусочков, размеры которых не превышали 2 дюймов. Затем полученный материал сортировался на ситах и разделялся на две части: размеры частиц угля в одной части (50%) не превышали ¼ дюйма, а остальной уголь составлял вторую часть. Затем в экспериментальную сушильную установку поочередно подавался уголь из этих частей. Причем материал с размерами фрагментов угля, превышающими ¼ дюйма, перед подачей в загрузочный бункер пропускался через дробилку, а материал, размеры частиц которого были меньше 1/4 дюйма, подавался непосредственно в бункер. Бурый уголь, поступивший из шахты № 2, Канада, подавался непосредственно в дробилку и затем в загрузочный бункер экспериментальной сушильной установки без всякой сортировки. Образцы подаваемого угля брались из вышеуказанных частей исходного материала. Образцы из сборников мелких уносимых частиц (пыль, DC), тяжелых частиц (UC) и из контейнера выходного продукта (GT) брались каждые 30 минут после выхода установки на устойчивый режим работы. При пропускании через сушильную установку больших количеств угля шахты № 1 образцы отбирались ежедневно с помощью пробоотборника для зерновых материалов из контейнера DC и UC.

Перед проведением испытания сборники разгружались, а показания весов контейнера записывались. Затем включался пылеулавливатель, шнеки и воздушные шлюзы для всех потоков угля. Запускался вентилятор подачи воздуха, и его производительность устанавливалась на уровне порядка 5000 станд. куб. футов в минуту. Затем на полную скорость включалась система подачи угля для загрузки сушильной установки. После установления в сушильной установке псевдоожиженного слоя температура воздуха повышалась, во внутренний теплообменник подавалась нагревающая вода и величина воздушного потока устанавливалась на необходимом уровне. Затем испытания продолжались в течение 2-7 часов. Слой материала не всегда выгружался из сушильной установки между испытаниями, и номинальная величина в 3000 фунтов учитывалась в конечных результатах.

В Таблицах 3 и 4 приведены результаты испытаний, полученные для канадского лигнита. В Таблице 3 указаны величины (в фунтах) входного потока, суммарных или выходных потоков, действительных и расчетных, полученных на основе изменения влажности и величины входного потока. В Таблице 4 указаны данные для трех выходных потоков для испытаний, в которых использовался уголь шахты № 1.

Таблица 3
Сводные данные по испытаниям
Испытание	Масса на входе (фунты)	Масса на выходе (действительная) (фунты)	Масса на выходе (расчетная) (фунты)	Разница (%)
Испытание 49, уголь шахты № 2	6829	6088	6176	1,5
Испытание 50, уголь шахты № 2	6871	5840	5522	-5,4
Испытание 52, уголь шахты № 1	108,517	95,474	95,474	0
Испытание 57, уголь шахты № 1	38,500	33,206	32,931	-0,8
Испытание 58, уголь шахты № 1	7927	6396	6478	1,3
Испытание 59, уголь шахты № 1	27,960	25,320	25,278	-0,2

Таблица 4
Результаты испытаний 52, 57 и 59для угля шахты № 1
Выход	Общая влажность	БТЕ	Выход (%)	БТЕ (%)	Сера (%)	Ртуть (%)	Зола (%)
52DC	19,53	7117	10,1	9,26	8,54	14,24	14,21
52UC	20,3	7280	6,9	6,48	16,83	12,97	9,36
52GT	21,93	7869	83,02	84,26	74,63	72,79	76,43
57DC	20,1	6019	8,62	7,11	5,69	10,0	11,81
57UC	16,4	5321	10,85	7,90	41,52	44,23	20,78
57GT	19,65	7711	80,53	84,99	52,79	45,76	67,4
58DC	18,43	6721	7,60	6,54	5,35	8,70	9,63
58UC	12,40	6375	18,96	15,48	45,38	44,03	33,49
58GT	16,09	8294	73,44	77,98	49,28	47,27	56,88
59DC	23,24	6324	11,49	9,46	11,65	Нет данных	22,54
59UC	30,14	6850	15,05	13,41	13,43	Нет данных	15,66
59GT	22,42	8069	73,46	77,13	74,92	Нет данных	61,8

Испытания 52, 57, 58 и 59 проводились на угле шахты № 1. Испытание 58 было контрольным, а в испытаниях 52, 57 и 59 бункер заполнялся углем в процессе работы сушильной установки.

Испытание 52 проводилось с целью удаления примерно 25% воды из угля, и после этого он упаковывался в мешки для отгрузки в GTI для дальнейших испытаний. В испытаниях этого типа мы загружали уголь в бункер одновременно с подачей материала в сушильную установку, в результате чего затруднялся контроль потока материала на входе установки. Для этого испытания поток материала на входе оценивался путем корректировки суммарного выходного потока на величину влажности подаваемого угля. Испытание 52 проводилось шесть отдельных дней на протяжении трехнедельного периода. После второго дня испытания слой сушильной установки не разгружался, и уголь находился в сушильной установке не менее двух дней в хорошо высушенном состоянии. Этот уголь начинал тлеть в сборнике UC и в слое сушильной установки. После запуска сушильной установки уголь вспыхнул и в результате пришлось заменить несколько взрывозащитных панелей. Этот инцидент случился в результате того, что уголь был очень сухой, и он был оставлен на достаточно продолжительное время, и, кроме того, температура слоя была достаточно высокой при останове сушильной установки. После этого мы не оставляли уголь в слое сушильной установки более чем на один день и без соответствующего охлаждения. Похоже, что эти меры устранили проблему.

Испытания 57, 58 и 59 проводились в течение одного дня. При проведении испытаний 57 и 59 уголь добавлялся в бункер в процессе работы сушильной установки и нам приходилось оценивать массу подаваемого угля. Испытание 57 проводилось при интенсивности подачи угля порядка 7000 фунт/час. Испытания 58 и 59 проводились при интенсивности подачи угля порядка 5000 фунт/час. Пониженные температуры в начале декабря снизили эффективность работы сушильной установки. При проведении испытания 59 отказал анализатор ртути.

Результаты, представленные в Таблице 4, являются хорошим подтверждением того, что поток UC может удалять из потока подаваемого угля значительные количества серы и ртути, при этом теплотворность угля сохраняется.

Вышеприведенные характеристики, чертежи и примеры обеспечивают полное описание структуры и работы предлагаемой в настоящем изобретении установки по разделению зернистого материала. Однако изобретение может использоваться и в других сочетаниях, модификациях, вариантах и условиях работы без выхода за пределы его сущности и объема. Поэтому описание не должно рассматриваться как ограничивающее изобретение определенной описанной формой его осуществления.