CN111269738A - 一种煤中水分脱除装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种煤中水分脱除装置及方法，属于煤炭脱水领域。首先将煤样装入反应釜中并封闭反应釜，之后向反应釜中通入高压高温的水蒸汽并保压，然后控制下密封活塞打开处罚瞬时弹射爆破，将反应釜中的水蒸汽和煤样中难脱除的水分一起排出。其反应时间迅速，运行安全稳定，成本低，适合大型化，为煤炭进一步深层次脱水，提供了新的工艺突破。

Description

一种煤中水分脱除装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种煤中水分脱除装置及方法，尤其适用于煤炭企业中利用蒸汽爆破技术脱水的煤中水分脱除装置及方法。
背景技术：
水分是煤中的重要组成部分，是煤炭质量的重要指标。煤中的水分对煤炭加工利用的过程是有害的，在煤炭燃烧、气化、炼焦时，水分的存在，要额外的吸收热量，使过程热效率降低。在煤炭运输的过程当中，水分高意味着运力的浪费。因此，在煤炭贸易中，水分成为一项重要的计价依据，水分高，煤价随之降低。而煤中水分可分为游离水和化合水，现有选煤脱水设备如脱水筛、离心机能够对游离水中吸附于煤粒的外表面和较大孔隙中的水进行脱除，对于存在于较小孔隙或内部封闭孔隙中的内在水分和煤中含结晶矿物质所具有的呈化合态的水，无法实现有效脱除，故是目前煤炭脱水领域的局限性。
水分在煤中赋存形式较为复杂，具体分为四种形态赋存于物料之中，即化合水分、结合水分、毛细管水分和自由水分。化合水分与物质之间结合牢靠，只有加热到物质晶体被破坏时，才能使化合水分释出来，一般物理脱水设备并不能进行脱除；结合水分由静电力和氢键力的共同作用，具有高黏度和抗剪切强度，故不能用普通机械方法脱除，如果应用干燥法能去除一部分，但当物料与湿度大的空气接触时，水分又会被重新吸收，脱除效果并不高；毛细管水分，与煤的孔隙度有关，孔隙度越大，保留的水分越多，目前脱水方法可脱除一部分，但并不能全部脱除。所以，目前选煤脱水设备能够有效脱除存在于各种大孔隙中和煤粒外表面的自由水，而其他水分脱除还有待研究。
蒸汽爆破技术通过物理的手段可以实现对煤微观结构的改变，兼具了机械法和化学法的优点，是内能、势能、机械能之间能量快速转化的过程，利用蒸汽自身的强大动能，在较少能量作用下，实现大型设备的爆破触发，并在毫秒级的时间里完成物料的弹出。应用与煤炭脱水起到良好效果，对未来高效、深层次脱水提供了一种技术支撑。
发明内容：
针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，步骤方便，适合工业化，脱水效果好的煤中水分脱除装置及方法
为实现上述技术目的，本发明的煤中水分脱除装置，包括脱水反应釜，脱水反应釜包括釜体，釜体内设有物料框，物料框一侧穿过釜体设有通入水蒸汽的管路接口，管路接口通过管路顺序连接有储能罐子、换热器和高压柱塞泵，使用时水蒸汽由高压柱塞泵经换热器和储能罐子打入脱水反应釜中，釜体顶部设有釜上盖，釜体和物料框底部为倒锥形出口，倒锥形出口中设有与倒锥形出口匹配的下密封活塞，下密封活塞下方通过倒杆连接升降机构，下密封活塞上设有与釜体倒锥形出口结构匹配的减震器，同时减震器对倒锥形出口与下密封活塞之间形成包裹密封，所述下密封活塞带有电磁结构，通电时有吸附封堵在倒锥形出口中，断电时消磁从倒锥形出口脱落。
所述的减震器为橡胶制品，釜体外侧设有高温保压层，减少漏热损失。
所述倒锥形出口处的下密封活塞与物料框的倒锥形出口密封匹配，防止釜体内高温高压蒸汽外溢，下密封活塞与倒杆外侧设有滑槽框架，滑槽框架设置在减震器内，下密封活塞脱离倒锥形出口后在滑槽框架内上下移动并最终限制在减震器内。
物料框内还设有带盖子的钢制带孔的料桶，用以盛放待脱水的煤样，以保证水蒸汽能进入和排出反应釜釜，而煤样不会泄露喷出。
一种煤中水分脱除方法，其步骤如下：
a首先控制升降机构通过伸出倒杆将下密封活塞顶入釜体底部的倒锥形出口中并通电产生磁力，使下密封活塞吸附在倒锥形出口中从而封闭倒锥形出口，之后收回倒杆；
b.将待脱水的煤样装入单独的钢制带孔的料桶中，并拧紧桶盖，打开釜上盖，将料桶从上方加入脱水反应釜的物料框中，旋紧釜上盖，保证脱水反应釜处于密封状态；
c利用升降机构带动倒杆向下密封活塞提供推力保证下密封活塞与物料框紧密密封，同时带动减震器将倒锥形出口包裹密封，利用水蒸汽管路接口向脱水反应釜的釜体物料框中通入水蒸气，并调节脱釜体内的温度和压力，当温度和压力达到预设工作压力后停止加入水蒸汽并保压，此时水蒸汽透入煤样内部结构，占据煤样中的孔隙位置，排挤出孔隙中原有的水分，强大的动能还造成原有煤分子结构中结晶区和氢键的破坏重组；
d当保压达到预设时间后，解除下密封活塞的磁力，下密封活塞在压力的作用下触发蒸汽弹射爆破，物料框内的煤样和水蒸气一起在压力的作用下急速下降，使下密封活塞顺着滑槽框架从倒锥形出口高速弹开，此时煤样内部渗入的大量蒸汽，瞬时将煤由内而外炸裂开，并和被排出水一起从倒锥形出口通入大气中，完成瞬时爆破；
e控制升降机构伸出推杆将下密封活塞复位，打开釜上盖，从料桶中取出脱水后的煤样；
f重复步骤a进行下一轮脱水步骤。
所述向脱水反应釜内的预设工作压力为2.5Mpa，温度为220-230℃，保压具体时间区间为5min。
有益效果：
水分在煤中赋存形式较为复杂，仅靠机械振动或离心脱水，仅能对赋存于煤中大孔隙和煤粒外表面的自由水进行脱除，而其他水分脱除效率较低，且能耗较高；而利用ICSE技术脱水，依靠蒸汽自身极高动能，就可以触发压力失稳来驱动滑动封盖做高速运动，只需要少数能量就可以实现爆破触发，针对煤中复杂的赋存形式的水分有效脱除；
由于设备中不存在封闭的压力腔，有利于设备的大型化，同时高压运行时安全稳定；
反应迅速，可连续性，可以实现在毫秒级时间里将物料处理完毕，并弹出，效率极高。
附图说明：
图1为本发明煤中水分脱除方法的工艺流程图；
图2为本发明煤中水分脱除装置的结构示意图。
图中：1-高压柱塞泵，2-换热器，3-储能罐子，4-釜上盖，5-物料框，6-釜体，7-下密封活塞，8-减震器，9-倒杆，10-升降机构。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明：
如图1和图2所示，本发明的煤中水分脱除装置，1.一种煤中水分脱除装置，其特征在于：它包括脱水反应釜，脱水反应釜包括釜体6，釜体6外侧设有高温保压层，减少漏热损失，釜体6内设有物料框5，物料框5内还设有带盖子的钢制带孔的料桶，用以盛放待脱水的煤样，以保证水蒸汽能进入和排出反应釜釜，而煤样不会泄露喷出，物料框5一侧穿过釜体6设有通入水蒸汽的管路接口，管路接口通过管路顺序连接有储能罐子3、换热器2和高压柱塞泵1，使用时水蒸汽由高压柱塞泵1经换热器2和储能罐子3打入脱水反应釜中，釜体6顶部设有釜上盖4，釜体6和物料框5底部为倒锥形出口，倒锥形出口中设有与倒锥形出口匹配的下密封活塞7，下密封活塞7下方通过倒杆9连接升降机构10，下密封活塞7上设有与釜体6倒锥形出口结构匹配的减震器8，减震器8为橡胶制品，同时减震器8对倒锥形出口与下密封活塞7之间形成包裹密封，所述下密封活塞7带有电磁结构，通电时有吸附封堵在倒锥形出口中，断电时消磁从倒锥形出口脱落，所述倒锥形出口处的下密封活塞7与物料框5的倒锥形出口密封匹配，防止釜体6内高温高压蒸汽外溢，下密封活塞7与倒杆9外侧设有滑槽框架，滑槽框架设置在减震器8内，下密封活塞7脱离倒锥形出口后在滑槽框架内上下移动并最终限制在减震器8内。
所述的。
一种煤中水分脱除装置的煤中水分脱除方法，其步骤如下：
a首先控制升降机构10通过伸出倒杆9将下密封活塞7顶入釜体6底部的倒锥形出口中并通电产生磁力，使下密封活塞7吸附在倒锥形出口中从而封闭倒锥形出口，之后收回倒杆9；
b.将待脱水的煤样破碎至-6mm后装入单独的钢制带孔的料桶中，并拧紧桶盖，打开釜上盖4，将料桶从上方加入脱水反应釜的物料框5中，旋紧釜上盖4，保证脱水反应釜处于密封状态；
c利用升降机构10带动倒杆9向下密封活塞7提供推力保证下密封活塞7与物料框5紧密密封，同时带动减震器8将倒锥形出口包裹密封，利用水蒸汽管路接口向脱水反应釜的釜体6物料框5中通入水蒸气，并调节脱釜体6内的温度和压力，当温度达到220-230℃后同时压力达到2.5Mpa后停止加入水蒸汽并保压，此时水蒸汽透入煤样内部结构，占据煤样中的孔隙位置，排挤出孔隙中原有的水分，强大的动能还造成原有煤分子结构中结晶区和氢键的破坏重组；
d当保压达到5min后，解除下密封活塞7的磁力，下密封活塞7在压力的作用下触发蒸汽弹射爆破，物料框5内的煤样和水蒸气一起在压力的作用下急速下降，使下密封活塞7顺着滑槽框架从倒锥形出口高速弹开，此时煤样内部渗入的大量蒸汽，瞬时将煤由内而外炸裂开，并和被排出水一起从倒锥形出口通入大气中，完成瞬时爆破；
e控制升降机构10伸出推杆9将下密封活塞7复位，打开釜上盖4，从料桶中取出脱水后的煤样；
f重复步骤a进行下一轮脱水步骤。

Claims (6)

1.一种煤中水分脱除装置，其特征在于：它包括脱水反应釜，脱水反应釜包括釜体（6），釜体（6）内设有物料框（5），物料框（5）一侧穿过釜体（6）设有通入水蒸汽的管路接口，管路接口通过管路顺序连接有储能罐子（3）、换热器（2）和高压柱塞泵（1），使用时水蒸汽由高压柱塞泵（1）经换热器（2）和储能罐子（3）打入脱水反应釜中，釜体（6）顶部设有釜上盖（4），釜体（6）和物料框（5）底部为倒锥形出口，倒锥形出口中设有与倒锥形出口匹配的下密封活塞（7），下密封活塞（7）下方通过倒杆（9）连接升降机构（10），下密封活塞（7）上设有与釜体（6）倒锥形出口结构匹配的减震器（8），同时减震器对倒锥形出口与下密封活塞（7）之间形成包裹密封，所述下密封活塞（7）带有电磁结构，通电时有吸附封堵在倒锥形出口中，断电时消磁从倒锥形出口脱落。
2.根据权利要求1所述的煤中水分脱除装置，其特征在于：所述的减震器（8）为橡胶制品，釜体（6）外侧设有高温保压层，减少漏热损失。
3.根据权利要求1所述的煤中水分脱除装置，其特征在于：所述倒锥形出口处的下密封活塞（7）与物料框（5）的倒锥形出口密封匹配，防止釜体（6）内高温高压蒸汽外溢，下密封活塞（7）与倒杆（9）外侧设有滑槽框架，滑槽框架设置在减震器（8）内，下密封活塞（7）脱离倒锥形出口后在滑槽框架内上下移动并最终限制在减震器（8）内。
4.根据权利要求1所述的煤中水分脱除装置，其特征在于：物料框（5）内还设有带盖子的钢制带孔的料桶，用以盛放待脱水的煤样，以保证水蒸汽能进入和排出反应釜釜，而煤样不会泄露喷出。
5.一种使用权利要求1所述煤中水分脱除装置的煤中水分脱除方法，其特征在于步骤如下：
a 首先控制升降机构（10）通过伸出倒杆（9）将下密封活塞（7）顶入釜体（6）底部的倒锥形出口中并通电产生磁力，使下密封活塞（7）吸附在倒锥形出口中从而封闭倒锥形出口，之后收回倒杆（9）；
b. 将待脱水的煤样装入单独的钢制带孔的料桶中，并拧紧桶盖，打开釜上盖（4），将料桶从上方加入脱水反应釜的物料框（5）中，旋紧釜上盖（4），保证脱水反应釜处于密封状态；
c利用升降机构（10）带动倒杆（9）向下密封活塞（7）提供推力保证下密封活塞（7）与物料框（5）紧密密封，同时带动减震器（8）将倒锥形出口包裹密封，利用水蒸汽管路接口向脱水反应釜的釜体（6）物料框（5）中通入水蒸气，并调节脱釜体（6）内的温度和压力，当温度和压力达到预设工作压力后停止加入水蒸汽并保压，此时水蒸汽透入煤样内部结构，占据煤样中的孔隙位置，排挤出孔隙中原有的水分，强大的动能还造成原有煤分子结构中结晶区和氢键的破坏重组；
d 当保压达到预设时间后，解除下密封活塞（7）的磁力，下密封活塞（7）在压力的作用下触发蒸汽弹射爆破，物料框（5）内的煤样和水蒸气一起在压力的作用下急速下降，使下密封活塞（7）顺着滑槽框架从倒锥形出口高速弹开，此时煤样内部渗入的大量蒸汽，瞬时将煤由内而外炸裂开，并和被排出水一起从倒锥形出口通入大气中，完成瞬时爆破；
e控制升降机构（10）伸出推杆（9）将下密封活塞（7）复位，打开釜上盖（4），从料桶中取出脱水后的煤样；
f重复步骤a进行下一轮脱水步骤。
6.根据权利要求5所述的煤中水分脱除方法，其特征在于：所述向脱水反应釜内的预设工作压力为2.5Mpa，温度为220-230℃，保压具体时间区间为5min。
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