Спосіб та установка для обробки сирового твердого палива

1. Спосіб обробки партії сирового твердого палива, який включає: - приймання партії сирового твердого палива для обробки, - вимірювання однієї або кількох властивостей партії сирового твердого палива, вибраних з гр упи: вміст вологи, теплотворність, зольність, загальний вміст сірки, вміст кожної з різноманітних форм сірки, вміст летких матеріалів, вміст зв'язаного вуглецю, розмельна характеристика за Гардгровом, масові кількості слідових мінералів та відгук палива та його індивідуальних компонентів на електромагнітне випромінення, - визначення бажаних паливних властивостей партії твердого палива після обробки, - на основі виміряних паливних властивостей партії сирового твердого палива розроблення конфігурації системи та вибір профілю рівня потужності при вибраній частоті та тривалості дії електромагнітного випромінення, які забезпечують одержання партії обробленого твердого палива з бажаними паливними властивостями, і - обробка партії твердого палива шляхом піддання її дії електромагнітного випромінення при вибраних частоті та профілі рівня потужності, впродовж вибраної тривалості дії електромагнітного випромінєння. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що застосовують множину рівнів потужності у заздалегідь визначеній послідовності, так щоб домогтися вилучення із партії твердого палива різних конкретно визначених компонентів. 2 (19) 1 3 84185 4 та конфігурацією камери та кількістю вологи, яку 30. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що необхідно вилучити з твердого палива. обробку електромагнітним випроміненням здійс15. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що нюють так, що зменшують вміст сульфа тів у тверелектромагнітну енергію та тривалість її дії застодому паливі на величину від приблизно 5 до 95 %. совують для подальшої обробки твердого палива 31. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що та регулювання цілеспрямованого вилучення зообробку електромагнітним випроміненням здійсли. нюють так, що зменшують вміст органічної сірки у 16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що твердому паливі на величину від приблизно 1 до партію твердого палива обробляють у камері, при60 %. чому спосіб додатково включає пропускання сухо32. Спосіб обробки вугілля та інших твердих паго повітря через камеру під час обробки. лив, який включає: 17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що - вимірювання однієї або кількох властивостей сухе повітря подають при витраті, достатній для партії сирового твердого палива, вибраних з гр упи: винесення забрудненого золою газу та дрібних вміст вологи, теплотворність, зольність, загальний твердих частинок та для сприяння запобіганню вміст сірки, вміст кожної з різноманітних форм сірспалахуванню в камері. ки, вміст летких матеріалів, вміст зв'язаного вугле18. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що цю, розмельна характеристика за Гардгровом, витрату сухого повітря визначають за кількістю масові кількості слідових мінералів та відгук пализоли, яку необхідно вилучити з твердого палива. ва та його індивідуальних компонентів на елект19. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, шо ромагнітне випромінення, та електромагнітну енергію та тривалість її дії засто- генерування електромагнітної енергії для попесовують до твердого палива для забезпечення реднього нагрівання та обробки мікрохвильовою його подрібнення та вивільнення вологи, та для або радіочастотою на частоті 928 МГц або нижче подальшої обробки твердого палива при підвищета піддання партії твердого палива дії енергії на ній температурі протягом довшого періоду часу вказаних частотах для зміни виміряної властивосдля досягнення цілеспрямованого вивільнення ті. сірки з твердого палива. 33. Установка для обробки твердого палива елек20. Спосіб за п. 19, який відрізняється тим, що тромагнітним випроміненням, яка містить: підвищена температура для цілеспрямованого - конвеєр змінної швидкості, вивільнення сірки лежить у межах від 130 до 240 - систему попереднього нагрівання, причому кон°С. веєр змінної швидкості проходить через цю систе21. Спосіб за п. 19, який відрізняється тим, шо му попереднього нагрівання, партію твердого палива обробляють у камері, при- систему генерації електромагнітного випроміненчому спосіб додатково включає пропускання інерня, яка містить щонайменше одне джерело електтного газу через камеру під час обробки. ромагнітної енергії та камеру обробки, в яку спря22. Спосіб за п. 21, який відрізняється тим, що мована ця електромагнітна енергія, причому інертний газ подають при витраті, достатній для згаданий конвеєр змінної швидкості проходить запобігання спалахуванню та горінню в камері. через цю камеру обробки, 23. Спосіб за п. 22, який відрізняється тим, що - пристрій керування, який містить комп'ютерний витрата становить щонайменше 0,42 м 3/год/м 3 процесор, з'єднаний з носієм, доступним для зчиоб'єму камери. тування комп'ютером, де зберігається програмний 24. Спосіб за п. 21, який відрізняється тим, що пакет для генерування команд для регулювання додатково включає подавання водню під час фази генерації електромагнітної енергії, зниження вмісту сірки у процесі. - систему вимірювань та зворотного зв'язку, конфі25. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, шо гуровану для вимірювання змін властивостей обробку електромагнітним випроміненням здійствердого палива під час оброблення електромагнюють так, що підвищують теплотворність твердонітною енергією в системі генерації електромагнітго палива щонайменше на 556 кал/кг. ного випромінення та для передавання результа26. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що тів вимірювань у пристрій керування, та обробку електромагнітним випроміненням здійс- систему обробки повітряного потоку та побічних нюють так, що зменшують вологість твердого папродуктів, виконану з можливістю пропускання лива на величину від приблизно 1 до 98 %. газу через камеру обробки та для вловлювання та 27. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зберігання побічних продуктів, вивільнених у каобробку електромагнітним випроміненням здійсмері обробки внаслідок дії електромагнітного винюють так, що зменшують зольність твердого папромінення. лива на величину від приблизно 2 до 60 %. 34. Установка за п. 33, яка відрізняється тим, що 28. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що система генерації електромагнітного випромінення обробку електромагнітним випроміненням здійсздатна забезпечити 15 кВт електромагнітної енернюють так, що зменшують загальний вміст сірки у гії на одне джерело або більше. твердому паливі на величину від приблизно 2 до 35. Установка за п. 33, яка відрізняється тим, що 70 %. система генерації електромагнітного випромінення 29. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що здатна забезпечити електромагнітну енергію з обробку електромагнітним випроміненням здійскожного джерела із частотою 902 МГц або вище. . нюють так, що зменшують вміст піритів у твердому 36. Установка за п. 33, яка відрізняється тим, що паливі на величину від приблизно 3 до 95 %. джерело електромагнітної енергії пристосоване до 5 84185 6 промислових продуктивностей обробки і містить жність електромагнітного випромінення, тривакілька магнетронів та генераторів для магнетронів. лість дії електромагнітного випромінення та витра37. Установка за п. 33, яка відрізняється тим, що та повітря. система вимірювань та зворотного зв'язку містить 44. Установка за п. 33, яка відрізняється тим, що датчик температури для контролю температури система вимірювань та зворотного зв'язку містить поверхні грудок твердого палива на конвеєрі. аналізатор зольності, виконаний з можливістю 38. Установка за п. 37, яка відрізняється тим, що вимірювання зольності твердого палива під час система вимірювань та зворотного зв'язку та приобробки. стрій керування конфігуровані для контролю тем45. Установка за п. 44, яка відрізняється тим, що ператури поверхні твердого палива у камері для пристрій керування запрограмований на регулюзапобігання підвищення цієї температури до темвання на основі виміряної зольності твердого паператури спалахування твердого палива, яке пролива одного або кількох таких параметрів: потужходить обробку. ність електромагнітного випромінення, тривалість 39. Установка за п. 37, яка відрізняється тим, що дії електромагнітного випромінення та витрата пристрій керування запрограмований на регулюповітря. вання на основі виміряної температури поверхні 46. Установка за п. 33, яка відрізняється тим, що твердого палива одного або кількох таких парамесистема вимірювань та зворотного зв'язку містить трів: потужність електромагнітного випромінення, аналізатор слідових мінералів, виконаний з можтривалість дії електромагнітного випромінення та ливістю вимірювання кількості цих мінералів у мівитрата повітря. льйонних частках у твердому паливі під час обро40. Установка за п. 33, яка відрізняється тим, що бки. система вимірювань та зворотного зв'язку містить 47. Установка за п. 34, яка відрізняється тим, що аналізатор вологості, конфігурований для вимірюелектромагнітна енергія генерована кожним джевання вологості твердого палива під час обробки. релом на частоті 928 МГц або нижче. 41. Установка за п 40, яка відрізняється тим, що 48. Установка за п. 35, яка відрізняється тим, що пристрій керування запрограмований на регулюсистема генерації електромагнітного випромінення вання на основі виміряної вологості твердого паздатна забезпечити щонайменше 75 кВт електролива одного або кількох таких параметрів: потужмагнітної енергії на одне джерело. ність електромагнітного випромінення, тривалість 49. Установка за п. 33, яка відрізняється тим, що дії електромагнітного випромінення та витрата система генерації електромагнітного випромінення повітря. здатна забезпечити 1 кВт електромагнітної енергії 42. Установка за п. 33, яка відрізняється тим, що на одне джерело або більше. система вимірювань та зворотного зв'язку містить 50. Установка за п. 33, яка відрізняється тим, що аналізатор сірки, виконаний з можливістю вимірюелектромагнітна енергія генерована кожним джевання вмісту сірки у твердому паливі під час оброрелом на частоті 2500 МГц або нижче. бки. 51. Установка за п. 50, яка відрізняється тим, що 43. Установка за п. 42, яка відрізняється тим, що система генерації електромагнігного випромінення пристрій керування запрограмований на регулюздатна забезпечити електромагнітну енергію з вання на основі виміряного вмісту сірки у твердому кожного джерела із частотою 2400 МГц або вище. паливі одного або кількох таких параметрів: поту Більше половини електроенергії, що споживається у США, на даний час виробляється на вугільних теплоелектростанціях та інших комунальних підприємствах, що працюють на вугіллі, які мають невисоку ефективність. Незважаючи на низьку вартість, простоту застосування та розповсюдженість джерел нафти та газ у, використання яких зростає, вугілля у прогнозованому майбутньому залишиться значним джерелом сировини для промислових потреб і, особливо, для виробництва енергії у світовому масштабі у зв'язку з великими запасами вугілля та значною кількістю робочої сили, зайнятої у вугільний промисловості. Проте вугілля як матеріал відзначається широкою різноманітністю властивостей та неоднорідністю і, як правило, містить значні кількості вологи, золи, сірки та мінеральних домішок, що призводить до зниження сучасного потенціалу вугілля як ефективного та повністю згоряючого палива. Наукова та технічна література, технологічні документи та патенти описують велику кількість невдалих спроб поліпшення повноти згоряння твердих палив. Для очищення вугілля та видалення відходів застосовуються фізичні та хімічні методи і навіть біологічні технології із застосуванням мікроорганізмів. Для видалення золи та піритної сірки, що мають підвищену питому вагу, широко застосовується промивання вугілля, проте цей спосіб призводить до втрати, як правило, до 20% вугілля. З метою підвищення характеристики теплотворності вугілля (показника БТО/фунт, тобто кількості британських теплових одиниць на фунт; 1БТО/фун т=0,556ккал/кг) застосовують різноманітні способи висушування, які, однак, мають надто високу вартість. Досліджено численні способи, спрямовані на значне зниження вмісту сірки. При спалюванні навіть високосортного вугілля, наприклад, антрациту та бітумінозного вугілля, утворюються значні кількості викидів, що викликає зростаюче занепокоєння у зв'язку з проблемами екології та глобального потепління. Спалювання високосірчистого вугілля спричинило тяжкий вплив 7 84185 8 на атмосферу у Східній Європі, у Китаї та в інших млинів, дробарок або інших аналогічних типів розрегіонах, і з цим явищем значною мірою пов'язані мелювального устаткування. Як правило, для змечисленні, але безуспішні спроби винайдення ефеншення розмірів частинок вугілля із застосуванням ктивних та економічно прийнятних способів знесірзгаданих типів устатк ування потребує відносно чення на протязі останніх 25 років. У багатьох таважких та великогабаритних агрегатів, придбання, ких спробах застосовувалися електромагнітні експлуатація та утримання яких вимагає значних засоби, тобто використання ультрафіолетового, витрат. оптичного, інфрачервоного, радіочастотного, мікВ інших прикладах системи та способи очирохвильового, рентгенівського та навіть гаммащення включають глибоке висушування вугілля із випромінення та їх комбінацій. Більшість цих спроб застосуванням центрифуг, обертових барабанних виявилися невдалими. На цей час, наскільки відофільтрів, сушарок із псевдозрідженим шаром або мо заявникам, у промисловій практиці не існує інших аналогічних типів сушильного устатк ування жодної універсальної, ефективної та економічно перед спалюванням вугілля або іншого палива. Як прийнятної електромагнітної або іншої технології правило, висушування вугілля із застосуванням попередньої обробки для видалення з вугілля сірустаткування таких типів вимагає складних або ки або будь-якого іншого значного компоненту. багатостадійних процесів з апаратурним оформПрисутність вологи, золи, сірки та інших комленням, придбання, експлуатація та утримання понентів в різних кількостях у всіх різновидах вуякого також вимагає значних витрат. гілля спричиняє різноманітні проблеми при його В інших спробах застосовується додання до спалюванні або нагріванні іншим способом для вугілля одного або кількох каталізаторів з метою будь-якої мети. Отруйні гази, наприклад, оксиди зменшення кількості небажаних побічних продуказоту (NOx) та оксиди сірки (SOx), що утворюються тів, що утворюються при згорянні вугілля. Наприпри згорянні вугілля, негативно впливають на доклад, певні типи каталізаторів при доданні до вувкілля, сприяючи утворенню кислотних дощів, смогілля здатні зменшити кількість сірки, що гу, шкідливого для здоров'я повітря з підвищеним викидається в атмосферу під час спалювання вувмістом сірки (що є причиною відомого жовтого гілля. Ці спроби спрямовані також на поліпшення кольору неба у багатьох регіонах Китаю) та випахарактеристик згоряння, наприклад, підвищення дання токсичних частинок, які часто переносяться теплотворності вугілля, що підлягає спалюванню. на значні відстані від їх джерел повітряними потоПроте в таких випадках можуть утворюватися інші ками. Крім того, після спалювання вугілля залисукупності побічних продуктів, які можуть бути нешаються неорганічні золи, що містять залишкові безпечними та вимагають значних витрат на їх елементи, наприклад, ртуть; наслідки їх впливу захоронення або зберігання. рідко беруться до уваги, якщо золу перероблюють За відсутності рішень цієї давньої проблеми, або застосовують як наповнювач у широких масшпов'язаних із попередньою обробкою, у сучасному табах та для довготривалих цілей, наприклад, при виробництві електроенергії шляхом спалювання спорудженні та ремонті доріг. Останнім часом до вугілля перевага віддається застосуванню газоцих обставин додається занепокоєння, пов'язане з очищення після спалювання. Наприклад, застосоутворенням при згорянні вугілля значних кількосвуються скрубери для очищення димових газів тей діоксиду вуглецю (СО 2), який безпосередньо згоряння, за допомогою яких із димових газів вита значною мірою впливає на глобальне потепліндаляють SOx та NOx. Цей тип устатк ування та інші ня. Нарешті, присутність у багатьох різновидах подібні системи та процеси також вимагають значвугілля значних кількостей вологи призводить до них витрат на встановлення, експлуатацію та зниження ефективності згоряння, що викликає утримання. На жаль, при цьому не вирішується необхідність спалювання більших кількостей вупроблема СО2, і сучасні зусилля, спрямовані на гілля і, як наслідок, збільшення кількості викидів. вловлювання та відведення СО2, виявляються Відносно невелика увага приділяється зневодненнеперспективними та непрактичними. ню (тобто підвищенню теплотворності, що безпоНарешті, численні підприємства, де спалюєтьсередньо забезпечує можливість спалювання ся вугілля, змішують низькосірчисте вугілля з вименших кількостей вугілля для одержання тієї сасокосірчистим з метою задоволення законодавчим мої кількості енергії і, отже, зменшення кількості вимогам до показника питомої кількості викидів усі х викидів). SO2 на одиницю вироблюваного тепла (фунтів SO2 На протязі багатьох років робилися численні на мільйон БТО; 1фунт SO2 на мільйон БТО=0,8кг спроби видалити або іншим способом зменшити SO2 на мегакалорію). Цей спосіб, як правило, визольність та вміст сірки у вугіллі і тим самим помагає транспортування важкого вологого вугілля слабити різноманітні форми забруднення довкілля на значні відстані, при цьому транспортні витрати шляхом підвищення якості та характеристик згочасто дорівнюють вартості вугілля або навіть перяння вугілля. На жаль, виявилося, що ці спроби ревищують її. вимагають значного часу, коштів та є практично В цьому документі описано принципи, системи непридатними. та способи, в яких застосовується електромагнітна Наприклад, робилися спроби "промивання" вуенергія (наприклад, мікрохвильова енергія) для гілля перед спалюванням. Ці процеси можуть бути зміни механічної структури вугілля та для окремої дорогими та вимагають значного збільшення та та/або комплексної зміни основних компонентів модифікування устаткування підприємств. У провугілля з метою поліпшення якості згоряння вугімивальних системах вугілля перед подаванням на льного палива (наприклад, зниження вологості та промивання слід подрібнювати або класифікувати підвищення теплотворності до оптимальних знаіз застосуванням сит, розпилювачів, кульових чень для конкретного застосування, зниження вмі 9 84185 10 сту усі х форм сірки, в тому числі органічної сірки, забезпечує: зміну механічної структури вугілля і що важче піддається видаленню, та зниження зотим самим значно поліпшує його здатність до польності при одночасному збереженні або підвидрібнення; зниження вологості та підвищення тепщенні теплотвірної здатності вугілля). лотворності до рівнів, оптимальних із точки зору Варіанти здійснення цього винаходу можна передбачуваного застосування; зниження вмісту пристосувати до певного типу вугілля та потрібних усі х форм сірки, в тому числі органічної сірки, що змін його властивостей. Згадані системи можуть важче піддається видаленню; зниження зольності; бути модульними, виконуваними у різних масштата значне зменшення показника питомої кількості бах, пересувними або стаціонарними та можуть викидів SO2 на одиницю вироблюваного тепла при застосовуватися у складі технологічних ліній або збереженні теплотвірної здатності вугілля. Крім автономно на підземних або поверхневих гірничих того, на відміну від багатьох попередніх спроб, підприємствах або ж на теплових електростанціях вугілля можна оброблювати цими способами без та інших комунальних підприємствах. Параметри суспендування або додання до вугілля розчинника процесів можуть підбиратися з урахуванням вимог чи іншої рідини іншим способом перед опроміненконкретних застосувань, з одночасним видаленням вугілля. Способи, описані в цьому документі, є ням та збиранням різноманітних побічних продукпридатними не тільки для видалення сірки або тів, наприклад, води, сірки та золи. Для визначенбудь-якого іншого окремого компонента з вугілля, ня властивостей перероблюваного вугілля можуть для чого призначені відомі способи; навпаки, ці застосовуватися поточні або автономні способи із способи можна застосовувати для досягнення цісистемами зворотного зв'язку, які використовуютьльових характеристик стосовно до кожної з різнося для зміни параметрів регулювання процесу, манітних властивостей вугілля, наприклад, вказанаприклад, часу перебування в апаратурі (витраних ви ще. ти), потужності, витрати повітря тощо, з метою Методологія процесу, що розглядається в досягнення попередньо вибраних показників власцьому документі, уможливлює варіювання паративостей модифікованого палива та запобігання метрів процесу з метою забезпечення конкретних надмірній або недостатній ефективності процесу. характеристик спалювання твердих палив. НаприПроцес починається зі збирання інформації клад, вона може ефективно впливати конкретно на про конкретне вугілля, в тому числі про його місзниження вологості та забезпечувати відносно цезнаходження (на виході з шахти, у кар'єрі, на вузький діапазон значень теплотворності навіть збагачувальному підприємстві або на електростапри застосуванні партії вугілля (кожної з партій нції та іншому комунальному підприємстві у будьвугілля), проби з якої характеризуються коливанякому місці перед кінцевим подрібненням тощо). нями гранулометрії та властивостей. Іншою обставиною, що береться до уваги, є мета До опису додаються типові (але не "найкращі") застосування переробленого вугілля (наприклад, результати зневоднення з метою демонстрування паливо підвищеної теплотворності та чистоти моширокого діапазону можливостей застосування же використовуватися для живлення котлів на процесу. Ці результати упорядковано в порядку твердому паливі, паливо зі зниженим вмістом сірки зростання відсотка зниження вологості для подата підвищеною леткістю може використовуватися льшого ілюстрування того, що застосування цих для переробки сталі та інших технологічних проспособів та устатк ування уможливлює обробку цесів, як спеціальне паливо для хімічної технології будь-якого вугілля з досягненням бажаного ступетощо) та потрібні властивості палива. Потім виня зниження вологості. Крім того, при подальших значаються кількісні показники, необхідні для обпопередніх випробуваннях можна також оцінити робки, та будь-які існуючі процедури обробки, які зольність та вміст сірки у сировому вугіллі і з'ясуслід взяти до уваги, наприклад, подрібнення або вати, яким чином вугілля конкретної партії буде класифікація вугілля. Далі проби сирових матеріареагувати на технологічний вплив у ході процесу. лів аналізуються для визначення їхніх властивосЯк наслідок, цю систему можна при бажанні застотей. Нарешті, проектується система для забезпесува ти також для поліпшення інших паливних влачення конкретних потрібних властивостей стивостей вугілля. обробленого палива. До проектних параметрів Перелічений та описаний у цьому документі системи, які можуть задаватися заздалегідь або матеріал, крім того, свідчить, що згадані системи варіюватися у реальному часі, належать: здатність можуть експлуатуватися у періодичному та безпесистеми первинної обробки вугілля до пристосурервному режимах і забезпечувати зневоднення вання до кількостей та гранулометрії вугілля, яке або досягнення інших потрібних паливних властислід подавати у систему обробки; розміри, форма востей вугілля, конкретно, одержання вугілля з та тип робочої камери та конвеєра для роботи при - вмістом вологості у вугіллі будь-якого сорту, розмірних параметрах та витратах, потрібних для зниженим до бажаного рівня, наприклад, до приобробки за призначений або потрібний для неї близно 1% і нижче; час; значення частоти або частот, тривалості дії та - теплотворністю вугілля будь-якого сорту, підпотужності електромагнітного випромінення, необвищеною до будь-якого рівня, щонайменше до хідні для досягнення потрібних властивостей перівня, який відповідає нульовій вологості, або щорероблюваного вугілля; та характеристики глибинайменше на 1000БТО/фунт (556ккал/кг) (оскільки ни проникнення, необхідні для забезпечення процес забезпечує також зниження зольності та досягнення потрібного середнього ступеня обробзагального вмісту сірки, тим самим забезпечуючи ки вугілля. додаткове підвищення теплотворності); Показано, що електромагнітна технологія од- зниженою зольністю вугілля будь-якого сорту ностадійної попередньої сухої обробки вугілля (наприклад, щонайменше на 2%); у конкретних 11 84185 12 варіантах здійснення винаходу таке зниження моНа Фіг.14 та 15 показано вигляд зверху та збоже становити від приблизно 10% до 50% і більше; ку пристрою для періодичного процесу, показаного та на Фіг.13. - зниженим вмістом будь-яких форм сірки (наНа Фіг.16 показано експериментальна устаноприклад, зі зниженням загального вмісту сірки щовка. найменше приблизно на 2%, піриту щонайменше І. Вугілля приблизно на 3%, сульфатів щонайменше приблиА. Загальні відомості зно на 5% і органічної сірки щонайменше приблизВугілля є органічним паливом, утвореним з вино на 1%); у конкретних варіантах здійснення викопних рослин; вугілля містить аморфний вуглець находу загальний вміст сірки знижується на 25у комбінації з різноманітними органічними та де50%, а для деяких сортів вугілля навіть більше. якими неорганічними сполуками. Згідно з [описом Крім того, при застосуванні згаданих систем та Шоберта у монографії "Вугілля як джерело енергії способів можна зменшити або виключити ризик у минулому та майбутньому" (Harold H.Schobert, утворення дуги (займання). В той час як у відомих "Coal, the Eenegy Source of the Past and Future", способах для зниження ризику утворення дуги Amer. Chem Soc., 1987)], усі відомості з якої вклюзастосовувалися дрібні частинки та невеликі об'чено до цього опису шляхом посилання, "зовнішній єми проб, у варіантах здійснення винаходу, описавигляд вугілля лежить у межах від м'якого вологоних нижче, для зниження ймовірності утворення го коричневого матеріалу до дуже твердої блискудуги застосовуються поточні вимірювання, систечої чорної речовини", і за своїми фізичними та хіми моніторингу та зворотного зв'язку у комбінації з мічними властивостями види вугілля можуть супровідним регулюванням рівня потужності, визначно відрізнятися один від одного залежно від трати повітря та часу перебування матеріалу в характеру, місця та часу відкладання вихідних апаратурі для регулювання температури поверхні. матеріалів, типів органічних речовин, присутніх у Далі, покращене розуміння авторами винаходу вихідному матеріалі, та його змінами з часом. Топроцесів проникнення електромагнітної енергії у му необхідно класифікувати та стандартизувати вугілля та збільшення глибини проникнення, яке типи та властивості вугілля для цілей його видобудосягається при підвищених рівнях потужності, вання, торгівлі та використання у промисловій забезпечує можливість ефективного переробленпрактиці. Вугілля класифікується на нижчевказані ня вугілля при збільшених (наприклад, промислоосновні "класи", перелічені в порядку від найнижво прийнятних) рівнях продуктивності, а також вучої до найвищої якості: гілля з більшими розмірами частинок. 1) буре вугілля; На описаних нижче рисунках, що додаються, 2) лігніт; однакові або аналогічні елементи на різних проек3) суббітумінозне вугілля; ціях мають однакові числові позначення. Рисунки 4) бітумінозне вугілля; не обов'язково виконані в масштабі, натомість, 5) антрацит. основну увагу приділено ілюструванню конкретних Буре вугілля безпосередньо у видобутому принципів способів та устаткування, охарактеристані має дуже високий вміст води при низьких зованих у детальному описі винаходу. значеннях теплотвірної здатності (близько На Фіг.1 показано графік поглинання електро3000БТО/фун т - 1670ккал/кг). Лігнітом зветься тип магнітного випромінення конкретним типом лігніту буро-чорного вугілля, що має вологість від 20% до (бурого вугілля) в залежності від частоти. 50% і більше і теплотворність від 4000БТО/фунт На Фіг.2 показано графік глибини проникнення до 7000БТО/фунт (2200-4000ккал/кг). Суббітуміноелектромагнітного випромінення у воду при 25°C в зне вугілля - це чорне вугілля без деревинної тексзалежності від частоти. тури, характерної для лігнітів; суббітумінозне вуНа Фіг.3 показано принципову схему, що опигілля має високу вологість (як правило, 30-35%) і сує в загальному вигляді методологію процесу за теплотворність в діапазоні між значеннями, харакцим винаходом. терними для лігнітів та бітумінозного вугілля. БітуНа Фіг.4 показано принципову схему елементів мінозне вугілля являє собою м'яке кам'яне вугілля системи для здійснення процесу за цим винахоз найширшим діапазоном варіювання хімічного дом. складу; бітумінозне вугілля може мати вологість На Фіг.5 показано конвеєрну систему. від 5% до 20% і значення теплотворності від На Фіг.6 показано подавальний вузол для за10000БТО/фунт до 14000БТО/фунт і більше (5560стосування в комбінації з конвеєрною системою за 7780ккал/кг і більше). У США бітумінозне вугілля Фіг.5. розповсюджене, головним чином, у східних родоНа Фіг.7 показано вигляд апаратури за Фіг.5 та вища х. Антрацитове вугілля дуже тверде і безпоФіг.6 з боку кінця конвеєра. середньо у видобутому стані має відносно низьку На Фіг.8 показано вигляд апаратури за Фіг.5 та вологість (як правило, менше 5%) і теплотворність Фіг.6 з боку кінця конвеєра. близько 14000БТО/фунт (7700ккал/кг). Кожний з На Фіг.9 та Фіг.10 показано перспективний вицих класів далі поділяється на підкласи (дивись гляд ковпака передавального стенда для апаратуASTM, 1981, В-2796, та U.S. Geological Survey). У ри, показаної на Фіг.5. всіх випадках характеристики вугілля варіюють від На Фіг.11 та Фіг.12 показано перспективний вирудника до рудника, від пласта до пласта та в мегляд ковпака передавального стенда для апаратужах кожного пласта, а також в межах одного пласри, показаної на Фіг.5. та, часто в широких межах. На Фіг.13 показано пристрій для періодичного процесу за цим винаходом. 13 84185 14 Максимальні діапазони варіювання характериC. Методики випробувань та визначення харастик для вугілля всіх класів, як правило, становктеристик для оцінювання вугілля лять: Першою стадією було подрібнення проби та теплотворність від 15400БТО/фунт (від 8560ккал/кг); проби використовували для визначення зольності вологість від 50%; (термін "у стані постачання" означає, що до визольність від 35%; і пробування пробу не піддавали жодним операціям загальний вміст сірки від 6,0%. обробки). Вираз "у сухій речовині" означає обчисВ межах одного рудника коливання теплотволене значення, для визначення якого беруть рерності можуть досягати 2500БТО/фунт зультат вимірювання у стані постачання і шляхом (1390ккал/кг); вологості - 13%; зольності - 13% і введення відповідної поправки одержують значензагального вмісту сірки - 3%. ня, яке відповідає випадку відсутності вологи у Оскільки вугілля характеризується значними пробі. Теплотвірну здатність обчислюють таким відмінностями у зовнішньому вигляді, складі та самим способом, тобто визначають її значення властивостях (від бурого вугілля до лігнітів, далі для частини проби у стані постачання, а потім пепослідовно до суббітумінозного, бітумінозного та рераховують для випадку відсутності вологи (для антрацитового вугілля, а також у межах кожного сухої речовини). Потім виконують аналогічне обкласу та кожного рудника, пласта або навіть від числення для "сухої беззольної речовини", тобто одної невеличкої проби до іншої), то винайдення одержують значення, яке відповідає випадку відзагального шляху поліпшення властивостей конксутності вологи та золи. Аналогічно визначають ретного виду вугілля як палива є дуже складним та "форми сірки" у пробі в стані постачання та перезвичайно ненадійним рішенням. Вугілля оцінюєтьраховують на суху речовин у. ся окремо у кожному випадку. Було виконано випадкове вибирання та зістаВ. База даних про вугілля влення візуальних характеристик та виміряних Створено базу даних на основі вимірювань, значень властивостей як при періодичному, так і виконаних для широкого різноманіття необроблепри безперервному режимах обробки з метою них та оброблених різновидів вугілля; необмежуодержання додаткового підтвердження, що ці ревальними прикладами таких різновидів є проби зультати є репрезентативними з точки зору очікунизькосірчистих сортів вугілля з Австралії, КНР та ваних результатів обробки промислових кількоспівденної Кореї, різних видів вугілля з Індії та вутей вугілля (десятків або сотень тонн на годину гілля з Канади та США (в тому числі з шта тів Алаабо більше). бама, Флоріда, Іллінойс, Огайо, Оклахома, ПенсиЯк частину бази даних використовували рельванія, Техас та Вайомінг). зультати лабораторних вимірювань, виконаних на Усі одержані партії вугілля у стані після видорізноманітних зразках сирового та обробленого бутк у спочатку випробовували для визначення вугілля та на їхніх окремих компонентах, наприсередніх значень їх властивостей. Для найкращого клад, золах, піриті та органічній сірці. Вимірювання наближення до промислової практики з кожної включали визначення поглинання та відбивання одержаної партії додатково відбирали окремі проширокого діапазону частот електромагнітного виби для обробки; тобто відбирали проби вугілля, промінення. Для вимірювання змін у діелектричних яке не зазнало жодних попередніх змін. За такою властивостей вугілля, наприклад, змін, спричинеметодикою відбирали кількість проб, достатню для них впливом досліджуваного процесу на хімічний гарантування репрезентативності їхніх властивоссклад, застосовували систему моніторингу діелектей як середніх властивостей вугілля у стані після тричних характеристик. Діелектричні властивості видобутку. впливають на поведінку матеріалу під час електДля дослідження сотень сирових та оброблеромагнітного опромінення. них проб із визначенням їхнього зовнішнього виСпочатку були випробувані невеликі кількості гляду, кольору, твердості, однорідності, гранулорізних видів вугілля у спеціально спроектованому метрії та маси, а також поверхневої та внутрішньої пристрої для мікрохвильового опромінення у відтемператури оброблених проб застосовували сакритому просторі, де було застосовано хвилевід моузгоджений статистичний метод вибірки. Частидля виведення мікрохвильового випромінення з на згаданої бази даних включає результати одермікрохвильової камери на відкриту поверхню, де жані при випробуванні в організації Standard можна було опромінювати малі проби вугілля при Laboratories of South Charleston, West Virginia, різних низьких рівнях потужності протягом різних USA, 450 проб необробленого та обробленого проміжків часу, причому їх можна було спостерігавугілля, при цьому випробування включали визнати, контролювати характеристики та зважувати. чення (у відсотках) вологості, зольності, летких Потім випробовувалися більші проби у різних каречовин, зв'язаного вуглецю, теплотвірної здатномерах мікрохвильових печей. Ці системи печей сті (у БТО/фунт) у стані постачання, для сухої ремали камери різних розмірів та уможливлювали човини та беззольної речовини (визначення поваріювання потужності та тривалості опромінення. нять подано нижче), вмісту форм сірки (загальної Після підтвердження поліпшення більшості паливсірки, піриту, сульфату, органічної сірки у стані них властивостей вугілля у пробах малої та проміпостачання та в сухій речовині), розмельної харакжної величини (до 5фунтів - 2,2кг) було розроблетеристики за Гардгровом (Hardgrove) (HGI), загано систему з камерою збільшеного об'єму та льного вмісту р туті, температури плавлення золи розширеним діапазоном варіювання потужності, та мінеральний аналіз золи. яка уможливлювала обробку проб масою до при 15 84185 16 близно 40фунтів (18кг) у періодичному режимі (дипромінення при зниженні його частоти; відповідно, вись апаратуру показану на Фіг.13-15). Після того проникнення радіації через вугілля на нижчих часяк ці випробування засвідчили забезпечення такототах зростає; го самого поліпшення паливних властивостей, які - піки при частотах приблизно 0,8Ггц, 2,45Ггц, вважалися потрібними та були досягнуті при за5,75Ггц та 11,6Ггц, а також пік, що починається стосуванні менших систем обробки та на менших приблизно при 18ГГц, очевидно, зв'язані між сопробах, було виконано подальше збільшення мабою. Наприклад, частота піка поглинання при присштабу шля хом розроблення проточної технологіблизно 11,6ГГц майже точно дорівнює подвоєній чної системи безперервної дії, здатної обробляти частоті попереднього піка поглинання при 5,75ГГц. приблизно 1000фунтів (450кг) за годину (дивись Ці ознаки виявлено при вимірюванні поглинання Фіг.5-12). Технологічні випробування із застосуелектромагнітного випромінення у всі х випробуваванням цієї проточної системи показали, що палиних типах вугілля. Ми вважаємо, що ці ознаки вівні властивості можна змінювати таким самим чидображають відгуки, характерні для одного або ном, як при випробуваннях на менших пробах у кількох основних компонентів вугілля або, можлиперіодичному режимі; тобто методологію процесу во, відповідають обертальній енергії великої молеза цим винаходом можна без утр уднень адаптувакули (вугле водневої або сірковмісної, або обох). ти до широкого різноманіття типів вугілля та необОсобливий інтерес становлять такі факти, що спохідних швидкостей обробки із забезпеченням достерігаються при всіх виконаних вимірюваннях сягнення бажаного поліпшення властивостей поглинання: (а) вищезгадані ознаки ще спостеріпалива. гаються для обробленого вугілля, але вказані піки II. Ме тодологія процесу в цьому разі значно зменшені у порівнянні з фоА. Загальна схема процесу ном; і (b) рівні поглинання як функції частоти для Послідовність етапів процесу можна у загальфона (зв'язаної води) та для піків значно знижені у них рисах описати, як вказано нижче. обробленому вугіллі. 1) Вимірювання поглинання електромагнітної Діапазон частот, обраний для цих вимірювань, енергії вугіллям та його компонентами в широкому охоплює більшість мікрохвильових частот, при діапазоні частот електромагнітного випромінення. цьому нижчі частоти можуть лежати в межах раВибравши електромагнітне випромінення як діочастотного діапазону, залежно від визначень основний активний чинник для оброблення тверцих термінів. Позначені частоти 0,322ГГц, дих палив і, зокрема, вугілля, слід з'ясувати його 0,460ГГц, 0,915ГГц та 2,45ГГц відповідають основвплив на вугілля та його окремі компоненти. Цю ним електромагнітним частотам в межах цього інформацію можна одержати з результатів вимідіапазону, прийнятим для застосування у межах рювання поглинання та відбивання електромагніткраїни, а також деяким міжнародним частотам. ної енергії і, зокрема, діелектричної проникності Найбільш поширеною є частота 2,45ГГц, яка матеріалів. Діелектрична проникність є невід'ємшироко вживається у кухонних мікрохвильових ною властивістю матеріалу, і її можна використати печах у всьому сві ті. 0,915ГГц є частота, вибрана в для прогнозування реакції матеріалу на мікрохвиміжнародних масштабах для застосування при льове або будь-яке інше електромагнітне опромімікрохвильовому висушуванні, наприклад, при нення. У цьому обговоренні терміни "електромагобпалі кераміки, висушуванні макаронних виробів, нітне" та "мікрохвильове" стосовно до корму для тварин, арахісу, нетканих текстильних випромінення та опромінення є до певної міри екматеріалів тощо. Слід зазначити її близькість до вівалентними. У всіх випадках доступний діапазон двох ви щезгаданих піків. Піки при приблизно електромагнітного випромінення охоплює частоти, 5,75ГГц, приблизно 11,6ГГц та приблизно 18ГГц конкретно вказані в інших місцях опису, які, згідно вказують на доцільність вибору цих частот як доз деякими стандартами, можна розглядати як такі, даткових параметрів мікрохвиль у розгляданому що належать до діапазону нижчих "радіо"-частот, а процесі. не до вищих "мікрохвильових" частот у значеннях, Ці дані забезпечують достатню вихідн у інфору котрих ці терміни іноді вживаються. мацію для наступного необхідного етапу розробВимірювання поглинання та відбивання було лення основної системи електромагнітного опровиконано для кількох різних типів вугілля, як необмінення. Застосування цієї інформації роблених, так і оброблених; такі вимірювання моілюструється нижче (дивись п.7). жна виконувати також для кількох компонентів 2) Обчислення глибини проникнення електровугілля, наприклад, для золи, піриту та органічної магнітного випромінення у вологе та сухе вугілля сірки. Результати вимірювання поглинання електпри частотах випромінення, доступних та прийняромагнітного випромінення в діапазоні частот від тих для застосування у мікрохвильових пристроях 0,5ГГц до 18ГГц (від 500МГц до 18000МГц) предв країні та за її межами. ставлено на Фіг.1 для необробленого (верхні криДля забезпечення подальшого з'ясування взаві) та обробленого (нижні криві) лігніту зі східного ємодії електромагнітного випромінення з вугіллям Техасу; було застосовано по 2 зразки кожного мабуло виконано широкі теоретичні розрахунки на теріалу. Ці вимірювання, як і всі виконані нами основі наших досліджень взаємодії електромагнітвимірювання поглинання, мають такі характерні ного випромінення з матеріалами, виконаних у риси: кількох лабораторіях, призначених для таких до- загальна тенденція до зниження поглинання сліджень, на протязі періоду, що починався з кінця в напрямку справа наліво відображає той факт, що 1960-х років. Ці розрахунки включають визначення це вугілля (як і всі типи вугілля) виявляє зниження впливу поглинання та відбивання електромагнітефективності поглинання електромагнітного виного випромінення із застосуванням різних фізич 17 84185 18 них параметрів для вологого та сухого вугілля, для вихідному матеріалі, та його змінами з часом. шарів вугілля, як щільних, так і з повітряними проРозміри та форма частинок, твердість, леткість, шарками, та температурних ефектів та глибин вміст вуглецю, слідових мінералів, характеристики проникнення при широкому різноманітті вхідних згоряння та інші властивості кожного типу вугілля параметрів. Допоміжні лабораторні вимірювання із варіюють у широких межах від родовища до родозастосуванням електромагнітного випромінення вища та в межах кожного родовища або пласта. включали дослідження впливу розміру, форми, Визначаються такі властивості сирового вугілшорсткості поверхні та електромагнітних властиля, вибраного для оброблення: вологість, тепловостей частинок вугілля. твірна здатність, зольність, форми сірки (наприРезультати обчислення глибини проникнення клад, пірит, сульфати, органічні сполуки), розміри при кожній з вищезазначених чотирьох частот почастинок, структура та твердість (подрібнюваказано на Фіг.2. Хоча розрахунки виконувалися ність). Першим етапом при визначенні властивосдля незв'язаної або вільної води при 25°С (властей будь-якого видобутого або доставленого з тивості залежать від температури), характеристимісця видобутку вугілля, придатність якого для ки різниці глибини проникнення при різних частооброблення визначається, є відбирання проб вутах можна у першому наближенні віднести також гілля за прийнятими стандартами. До таких стандо вугілля, особливо до вугілля з високою вологісдартів належать стандарти ASTM D 388 (Класифітю. Згадані різні показники проникнення різко зрокація вугілля за сортами (Classification of Coals by стають при переході до нижчих частот. Наприклад, Rank)), D 2013 (Спосіб підготовки проб вугілля для глибина проникнення електромагнітного випроміаналізу (Method of Preparing Coal Samples for нення у воду при частоті 0,322ГГц більш ніж у 30 Analysis)), D 3180 (Стандартна методика перераразів перевищує глибину при частоті 2,45ГГц. Ваховування одержаних значень результатів аналізу жливо відзначити, що у наших лабораторних довугілля так коксу на різні основи (Standard Practice слідах оброблення вугілля досягалася глибина for Calculating Coal and Coke Analyses from Asпроникнення на частоті 2,45ГГц у 3-4 рази більша Determined to Different Bases)) та Бюлетень 1823 (для різних видів вугілля) у порівнянні з прогнозоСлужби геологічного нагляду США (US Geological ваною. На нашу думку, ця різниця значною мірою Survey) (Способи відбирання проб та неорганічнопов'язана з тим, що вода розподілена у вугіллі го аналізу вугілля Methods for Sampling and випадковим чином і не має форми одного або кіInorganic Analysis of Coal)). Деякі види вугілля та лькох шарів, тобто існують шляхи проходження лігнітів характеризуються значними відмінностями через вугілля, на яких електромагнітне випроміу стр уктурі (наприклад, однорідна, шорстка, пласнення не зустрічає води або зустрічає лише неветинчаста), забарвленні (наприклад, коричневі, як ликі кількості води і, отже, в таких місцях легше деякі пилоподібні азіатські лігніти, чорні тверді проникає у вугілля або, в деяких випадках, прохолігніти східного Техасу, лінійчасті, смугасті, плямидить безпосередньо через вугілля. Крім того, при сті) та складні (наприклад, важкі або легкі з видипідвищенні температури вугілля та вологи, захопмими включеннями золи та піриту або деревиноленої ним, проникнення значно зростає. Додаткоподібні включення рослинної речовини або вим, хоч і менш значущим чинником є відмінності у деревини у деяких лігнітах), вологості або сухості, властивостях вільної та зв'язаної води. Важливо розподілі частинок за розміром тощо. Деякі сирові відзначити, що температура поверхні вугілля в проби також відбирають для випробувань на оснопроцесі оброблення найчастіше становить 70°C ві тільки характеристик, що піддаються спостереабо вище, особливо у випадках, коли необхідно женню, і деякі проби, які мають випадковим чином знижувати вміст сірки та зольність. Оскільки внутзмішані згадані характеристики, відбирають також рішня температура може навіть перевищува ти із міркувань повного аналізу кожної з численних температуру поверхні, глибоке проникнення можвідмінностей, які спостерігаються у вугіллі. У зв'язна забезпечити шляхом відповідного вибору робоку з відсутністю єдиного стандарту, який враховучої частоти електромагнітного випромінення та вав би таке різноманіття, було розроблено всеприділення належної уваги значенням температуосяжний та узгоджений спосіб відбирання проб, ри, вимірюваним у процесі обробки. при якому жодна з таких відмінностей не залишаВажливість таких вимірювань, особливо у виється поза межами розгляду. падку зневоднення, випливає з того, що збільшенЗ урахуванням того, що метою розгляданої ня глибини проникнення при переході до нижчих технології обробки вугілля є поліпшення усіх паличастот із надлишком компенсує відносно незначне вних властивостей вугілля, наступним етапом є зниження ефективності поглинання води (Фіг.1). вибір досвідченої та загальновизнаної лабораторії Ця залежність безпосередньо сприяє задоволен(наприклад, фірми Standard Laboratories, Inc.), ню потреби у збільшенні товщини шару оброблюатестованої на право випробувань найширшого ваного вугілля при забезпеченні високої продуктиможливого різноманіття фізичних та хімічних власвності, придатної для промислових виробництв. тивостей вугілля. Може бути виміряна кожна з та3) Визначення властивостей сирового вугілля ких характеристик вугілля: вологість, зольність, Вигляд вугілля лежить у межах від м'якого вовміст летких речовин, вміст зв'язаного вуглецю (усі логого коричневого матеріалу до дуже твердої характеристики у відсотках), теплотвірна здатність блискучої чорної речовини, і за своїми фізичними (у стані постачання, сухої речовини, сухої та безта хімічними властивостями види вугілля можуть зольної речовини), форми сірки (загальної, піриту, значно відрізнятися один від одного залежно від сульфатів та органічної сірки у відсотках у стані характеру, місця та часу відкладання вихідних постачання та для сухої речовини), розмельна матеріалів, типів органічних речовин, присутніх у характеристика Гардгрова (HGI), вміст ртуті (млн.-1 19 84185 20 у сухій речовині), температура плавлення золи та ють), одночасно чергові контейнери, завантажені мінеральний склад золи. Застосовані в цьому певугіллям, переміщують у положення для обробки. реліку терміни відповідають визначенням, даним При дуже великих продуктивностях, необхідних у Standard Laboratories, і є загальновживаними у більшості випадків використання та обробки вугілфа хівців із випробувань вугілля; їх визначення ля, обробку слід виконувати у безперервному реподано в іншому місці. жимі. Ця обставина висуває одну з найскладніших Важливо (а) випробовувати досить значну ківимог до будь-якої технологічної системи і є однількість проб, щоб з надлишком охопити усі зразки, єю з кількох причин того, що колективи науковців вибрані з міркувань відмінності їхнього зовнішньота інженерів-технологів невтомно працювали прого вигляду; (b) передавати в лабораторію більшу тягом десятиліть над розробленням корисних та кількість кожної проби, ніж необхідно для випробуекономічних засобів обробки вугілля перед спалювань; (с) ретельно документувати у кожному випаванням, але всі їхні зусилля були безуспішними. дку критерії, що бралися до уваги при відбиранні Значення продуктивності при проектуванні та експроби; і (d) залишати контрольну пробу кожної плуатації те хнологічної системи ілюстровано припартії сирового вугілля, зразок якої надсилається кладом, поданим нижче у розділі 7. на випробування. Після одержання результатів 5) Застосування дрібномасштабних (10випробувань та залишків проб, не використаних 40фунтів, 5-20кг) лабораторних випробувань для випробувальною лабораторією, важливо ретельно визначення реального впливу основних параметзареєструвати результати, наприклад, у формі рів процесу на кожний вид вугілля великоформатної таблиці (наприклад, із застосуВугілля піддають попереднім випробуванням у лабораторному устаткуванні для визначення, певанням програмного забезпечення ExcelÔ ), яка редусім, відгук у вугілля на вплив технологічної дозволяє виконувати різноманітні статистичні вибірки, усереднення тощо. Важливо також ретельно системи, що розробляється для застосування у промислових умовах. Ін формація, одержана при вивчити результати випробувань, щоб виявити цих випробуваннях, гарантує, що те хнологічна можливі кореляції між результатами випробувань система дійсно може забезпечити досягнення ціта різними критеріями відбирання проб, в тому лей, для яких вона розробляється. З партії вугілля числі з виявленими відмінностями у зовнішньому вигляді. Таким чином можна повно та правильно систематично відбирають проби та обробляють її для забезпечення результатів, які є важливими охарактеризувати розподіл діапазону властивосвихідними даними при розробленні основних вузтей, які можна вважати репрезентативними середлів те хнологічної системи. німи характеристиками партії вугілля, з якої відбиПри випробуваннях застосовують універсальралися проби. 4) Визначення цілей обробки (тобто бажаних ну лабораторну те хнологічну систему, розроблену спеціально для цієї мети. Лабораторна система властивостей та кількостей, що підлягають обробмає такі характеристики: ленню) - частота мікрохвильового випромінення стаЦілі обробки, як правило, а практично навіть новить 2,45ГГц. Згідно з інформацією, одержаною взагалі завжди, визначаються організацією, яка бажає поліпшити властивості вугілля власного з Фіг.1 та Фіг.2, вугілля можна "попередньо обробити" при частоті, відмінній від робочої частоти видобутку або вугілля, одержаного від інших посистеми, призначеної для промислових умов, а стачальників для власних конкретних потреб. Для потім зіставити результати, одержані при цій часцих цілей можуть належати поліпшення однієї або тоті, з очікуваним впливом частоти промислової кількох паливних властивостей вугілля, причому це поліпшення може стосуватися усієї кількості системи. Цю кореляцію додатково підтверджено чудовою узгодженістю властивостей вугілля, досявугілля або ж завдання може полягати в обробці гнутих при обробці вугілля тієї самої партії із задеякої кількості вугілля з досягненням підвищених стосуванням двох різних частот у безперервному порогових значень властивостей та змішуванні режимі та однієї з таких частот у періодичному поліпшеного вугілля з необробленим вугіллям для досягнення бажаних середніх властивостей. Нарежимі; - для опромінення проб застосовується гермеприклад, електростанції, де спалюються низкосортична мікрохвильова камера, яка завантажується тні лігніти з низькою теплотвірною здатністю, часто спереду, де можна обробляти від 10фунті в до завозять вугілля ви щої сортності із західних родо40фунтів (5-20кг) вугілля. При обробці менших вищ для змішування з низькосортним паливом із метою зменшення кількості викидів та досягнення кількостей складніше гарантувати достатню обробку проб для цілей надійної оцінки їх відгук у на вищої е фективності виробництва. вплив багатопараметричної системи, розробленої Інші важливі міркування стосуються потрібної для обробки вугілля у промислових умовах; продуктивності. Для дрібних споживачів, які витра- система дозволяє варіювати застосовувану чають за рік лише 25000-50000 тонн вугілля, більш економічним варіантом може бути обробка в періпотужність електромагнітного випромінення, встановлюючи будь-яке її значення в межах від кількох одичному або змішаному періодичносотень Ватт до понад 3000Вт. Ця універсальність безперервному режимі. В останньому випадку зачастково забезпечується застосуванням трьох стосовуються контейнери або барабани, які заванмагнетронів, причому навантаження прикладаєтьтажують вугіллям, переміщують у відповідне положення до системи обробки електромагнітним ся циклічно з дуже короткими інтервалами, що приблизно є еквівалентним можливості миттєвого випроміненням, піддають обробленню, відстороваріювання рівнів потужності; няють від вузла обробки, переміщують вздовж лінії обробки до її виходу і вивантажують (перекида 21 84185 22 - вищезгадані три магнетрони ретельно встанеприйнятні витрати часу та коштів на подрібненновлені в положеннях, які забезпечують правильну ня вугілля на руднику або на електростанції перед орієнтацію поля. Наприклад, вихідний сигнал кожобробленням. ного з трьох магнетронів 1002 можна окремо виВиходячи з вищезазначених міркувань, було водити у технологічну камеру через хвилевід прявирішено завжди обробляти вугілля у стані постамокутного перерізу, в який включено тюнер 1003 чання, а не подрібнені проби, повернуті Standard та порт 1004 моніторингу потужності (дивись Laboratories після випробувань. Для забезпечення Фіг.13). Напрям поляризації мікрохвиль, а також більшої репрезентативності результатів у порівколивання електричного поля перпендикулярні нянні з результатами випробувань вугілля перед ширшій стороні отвору магнетрона на вході в каобробленням та після нього, з кожної партії вугілмеру. Будь-які дві вхідні поляризації мають бути ля, що підлягала обробленню, відбирали дві різвідповідно орієнтовані, тобто бути взаємно перпених сук упності зразків. Такий підхід вимагає виндикулярними, з метою зведення до мінімуму зв'япробування достатньої кількості проб з кожної зування між двома відповідними магнетронами. сукупності зразків сирового та обробленого вугілля Аналогічно, усі три входи відповідно розташовані в для забезпечення статистичної значущості метокамері так, що небажані взаємодії між магнетродології та правильності характеризації середніх нами зведено до мінімуму. Магнетрони можна вивластивостей сирового та обробленого вугілля. користовувати поодинці або спільно, з регулюванВисока відтворюваність результатів виконаних ням потужності окремо для кожного. Регулювання вимірювань надійно свідчить на користь такого (або встановлення) положення та глибини рухомопідходу; наприклад, різні проби з точно однаковиго зонда у вищезгаданому тюнері забезпечує ефеми значеннями початкової маси втрачають точно ктивний потік мікрохвильової енергії внаслідок так однакову масу при обробленні за однією методизваного "узгодження імпедансу" між джерелом та кою. Навпаки, нам не вдалося досягти ні однакової навантаженням. Настроювання тюнера легко конефективності технологічної системи, ні узгодженотролюється за допомогою детектора, з'єднаного з сті результатів при обробленні подрібнених у попортом 1004, як показано на Фіг.13. Виконують рошок проб того самого вугілля. широкі випробування часового та температурного Слід зазначити, що цей етап процесу признарежимів із застосуванням води, при цьому на кожчений для додаткового визначення та уточнення ному порті 1004 моніторингу мікрохвильової потупроекту те хнологічної системи стосовно до конкжності вимірюють потужність, що надходить у каретних видів вугілля, і він не може замінити повмеру, а вимірювання підвищення температури номасштабні випробування системи в її кінцевому конкретної кількості води, встановленої в різних вигляді. місцях камери, характеризує реальну потужність, 6) Збирання базової інформації для кожного що поглинається. Випробовують та перевіряють виду вугілля змішування режимів (тобто розподілу або форм Збирають базову інформацію стосовно до коелектромагнітних хвиль у камері). Виконують каліжного виду вугілля, що має оброблюватися, яка брування. Для забезпечення стабільності режиму включає, наприклад, місцезнаходження вугілля (на в камері та роботи джерел енергії застосовують місці видобутку або використання), його кількості окрему інтенсивну вентиляцію кожного з цих вузта способи транспортування (стрічкові конвеєри, лів; автотранспорт, водний та/або залізничний транс- система уможливлює також регулювання випорт), доступна площа для розміщення системи, трати повітря з домішкою інертного газу або без наявна електрична потужність та кошти, а також неї. Для примусового введення повітря система найкращі способи переміщення вугілля до системи має вхідний канал, а для виведення та вловлюобробки та від неї. На розміщення системи, її розвання захоплених потоком повітря рідин та газів, міри, конфігурацію та конструкцію безпосередньо що вивільнюються в камері, призначені відповідні впливають такі обставини, як наявність відповідвихідні канали та вловлювачі. Доцільно мати один них джерел електроенергії та води на місці видопорт для дистанційного вимірювання температури бутк у або поблизу електростанції, доступна площа поверхні вугілля в камері під час обробки. для розміщення системи (як правило, обмежена Ця система не вимагає вимірювання вологості, на електростанціях), а також засоби та швидкості зольності, вмісту сірки або слідових мінералів, а транспортування вугілля. На більшості підпритакож систем зворотного зв'язку, з'єднаних з оргаємств вуглевидобутк у та електростанцій для нами контролю та регулювання процесу. Для цітранспортування вугілля застосовуються стрічкові лей, вказаних вище, придатною є будь-яка систеконвеєри, що характеризуються широкою різномама, що має аналогічні можливості. нітністю розмірів, швидкостей та матеріалів стріПершим етапом випробування вугілля органічок. Оскільки очікується, що для транспортування зацією Standard Laboratories та іншими лаборатовугілля до системи обробки та від неї, а в деяких ріями для випробування вугілля є подрібнення випадках навіть через камеру обробки, вхідні та проб у порошок, після чого визначають потрібні вихідні вузли технологічної системи мають відповластивості. Обробка повернених порошкоподібвідати за конструкцією та розмірами існуючим конних проб не відповідала б обробці вугілля у провеєрним системам. Якщо стрічковий конвеєр замисловій практиці, тому необхідно показати, що стосовується для транспортування вугілля через обробка вугілля у стані постачання дає такі самі камеру обробки, його матеріали набувають особрезультати, як обробка того самого вугілля, але з ливого значення, і це слід брати до уваги як при подрібненням у порошок перед обробленням. В розробленні, так і при експлуатації технологічної іншому разі довелося б брати до уваги додаткові системи; наприклад, металеві або неметалеві ма 23 84185 24 теріали стрічок (які відповідно відбивають або поменті способами, не виробляються. Крім того, часглинають електромагнітну енергію) спричиняють тота 2,45ГГц не забезпечує глибини проникнення, різко відмінні один від одного електромагнітні ефенеобхідної при обробці згаданої кількості вугілля кти, а сита відокремлюють дрібні фракції, які мота товщини шару на носії. Розміри хвилеводу та жуть викликати механічні утр уднення у транспорткамери, що відповідають оптимальній конструкції ній системі. систем електромагнітного опромінювання (високій Питоме навантаження на стрічку конвеєра та її ефективності, рівномірності та безпечності), при швидкість також безпосередньо визначають прозгаданій частоті надто малі для застосування для дуктивність та умови роботи технологічної системи обробки вугілля з розміром грудок більше ніж 1залежно від того, проходить конвеєрна стрічка 2дюйми (2,5-5см). через камеру обробки або є частиною системи Для багатьох процесів висушування електроподавання вугілля в систему обробки. магнітним випроміненням цілком сприятливою є 7) Застосування інформації, одержаної на почастота 0,915ГГц, і на ринку наявні різноманітні передніх етапах 1-6, для розроблення проекту магнетрони такої частоти потужністю 75кВт та основної технологічної системи для кожної партії 100кВт, які випробувані в практиці і які можна об'вугілля, вибраної для обробки єднувати в комплекти для досягнення рівнів потуНижче коротко описано приклад розроблення жності, необхідних для великомасштабної обробки технологічної системи на основі електромагнітного вугілля (дивись нижче). Внаслідок обмеженої глиопромінення для одержання конкретної паливної бини проникнення та малих розмірів систем елекхарактеристики або характеристик обробленого тромагнітного опромінювання застосування цієї конкретного твердого палива або типу вугілля. частоти обмежується обробкою відносно дрібноВихідні припущення, вимоги та варіанти зернистих видів вугілля при невеликій продуктивСировий лігніт із вологістю 36% та теплотворності. ністю 7300БТО/фун т (4060ккал/кг) (відповідає вуМагнетрони із частотою генерованого випрогіллю за Таблицею 3 розділу "Експериментальні мінення 0,460ГГц не виробляються у Сполучених результати", поданого нижче) переробляють із Штатах, і їх експлуатація та обслуговування, як і метою досягнення вологості 23% та теплотворносзабезпечення гарантованих схем постачання, ті 8000БТО/фунт (4450ккал/кг). Оскільки в Таблиці утруднені. 3 подано результати обробки дуже малої проби Магнетрони із частотою генерованого випро(кілька фунтів) при помірному рівні потужності (5мінення 0,322ГГц є відносно новою продукцією на 20кВт) протягом короткого часу (10-120с), метою промисловому ринку; у США їх випускають чисцього прикладу є подання рекомендацій з перероленні компанії. блення того самого вугілля у значно більших кільПри оброблюванні, наприклад, 10 коротких костях і, отже, при значно вищій потужності, але тонн (20000фунтів; 1 коротка тонна=906кг) вугілля при порівнянному часі обробки. за годину зниження вологості на 13% відповідає Задана потужність становить 10тонн за годину видаленню 260фунтів води на коротку тонну (130кг (т/год), або 66000тонн за рік (при тривалості робона метричну тонну) води, або, в даному разі, ти 20год на добу протягом 330 діб). Лігніт переро2600фунтів (1300кг) води за годину. блюється безперервним способом. Продуктивність Визначення маси проби перед обробленням (у даному разі 10т/год), як правило, встановлює та безпосередньо після нього забезпечує інфорспоживач на основі поточної продуктивності по мацію, яку можна безпосередньо зв'язати зі знивидобутку або по тій частині видобутку, яка підляженням вологості. При додатковому визначенні гає обробленню, та існуючих систем транспортумаси через 30хв після закінчення обробки та через вання вугілля або їхніх модифікацій, необхідних 24год завжди спостерігається додаткове змендля транспортування кількості вугілля, призначешення маси, що додає 3-5% до загальної втрати ної для обробки. маси після оброблення. За дуже обережними оцінОскільки найбільші грудки лігніту на виході з ками, застосування фази попереднього нагрівання типових р удничних установок для первинного по(наприклад, із використанням теплового або індрібнення мають найбільший розмір приблизно фрачервоного випромінення, що відрізняється 8дюймів (20см), вхідна щілина камери обробки та частотою від застосовуваного пізніше електромагінші канали для проходу вугілля мають висоту 9нітного випромінення, в окремій камері або в 10дюймів (23-25см). В іншому разі застосовується окремій частині камери обробки) перед активним стадія попередньої обробки для відділення найбіобробленням електромагнітним випроміненням льших гр удок або їх подрібнення на менші шматки. може дозволити додатково зменшити масу на 2Розміри камери є важливим і часто обмежуваль3%. Враховуючи такі обставини, у цьому прикладі ним проектним параметром системи для електроцільове зниження вологості на 13% можна оцінно магнітного опромінювання (дивись нижче). зменшити до 8%; саме такий результат має забезЩодо вибору частоти електромагнітного випечити стадія оброблення електромагнітним випромінення дивись Фіг.1 та Фіг.2. проміненням. Це зменшення за рахунок попереМагнетрони (основні елементи, що генерують днього нагрівання означає, що необхідно видалити мікрохвилі) з робочою частотою 2,45ГГц застосошляхом електромагнітного опромінення 160фунтів вуються, головним чином, для лабораторних, прона коротку тонну (80кг/т) води замість 260фунтів мислових та побутови х мікрохвильових печей нина коротку тонну (130кг/т), потрібних у даному вазької потужності, і магнетрони високої потужності ріанті. (наприклад, 75кВт або більше), необхідні для ефеПри к.к.д. 100% 1кВт електромагнітної енергії ктивної обробки вугілля описаними в цьому докузабезпечує випарювання 3,05фунта (1,38кг) води 25 84185 26 за годину при температурі навколишнього середостосуванні інертного газу немає потреби. У варіанвища. У добре спроектованих системах електротах, де використовується інертний газ, його можна магнітного опромінювання поглинається та перепропускати через камеру зі швидкістю щонайментворюється у тепло 98% цієї енергії. Зазначимо, ше 15 кубічних футів (0,4м 3) на годину. що 1кВт випроміненої електромагнітної енергії - Водень вимагає витрат приблизно 1,15кВт електроенергії і Для зниження вологості газоподібний водень забезпечує випарювання 2,989фунтів (1,35кг) воне потрібен. Однак він може застосовуватися під ди. Таким чином, для видалення 160фунтів час фази зниження вмісту сірки. (72,5кг) вологи потрібно 61,6кВт електроенергії - Системи поточного контролю вологості, зольності, вмісту сірки, слідових мінералів та темпе[тобто (160фунтів´1,15кВт´100кВт випромінюваної ратури електромагнітної енергії)/2,989фунта]. З вищезаНа практиці системи вимірювання та зворотнозначеного одержуємо потребу в електроенергії 533кВтгод [(20000фунтів/300фун тів вого зв'язку пов'язані з регулюванням параметрів процесу, наприклад, електричної потужності, поди)´8%´100кВт). Отже, можна застосувати три тужності електромагнітного випромінення (з можокремих системи потужністю по 200кВт. Системи ливістю варіювання як рівня потужності, так і циклу обробки можна застосовувати паралельно або вмикання-вимикання навантаження) та часу обропослідовно, залежно від наявних площ для розмібки з метою досягнення цільових рівнів властивосщення систем та транспортувальних систем, які тей вугілля та уникнення недостатнього або надвідповідають даному розміщенню. мірного рівня обробки. Інші параметри процесу та спостереження У цьому прикладі, за умови додержання всіх - Час обробки або час перебування вугілля у вищезазначених рекомендацій, потрібне лише конвеєрній системі обробки варіювання випромінюваної електромагнітної енеЧас обробки (на протязі якого пробу піддають ргії та часу опромінення і має контролюватися лиопроміненню) становить у типових випадках від 5с ше температура поверхні вугілля. до 45хв, залежно від розмірів та форми камери - Випробування паливних властивостей на міобробки, наявної потужності електромагнітного сці та в лабораторіях сертифікації вугілля випромінення та величини проби. Малі проби виОскільки існує пряма кореляція між втратою магають меншого часу обробки (дивись Таблицю маси та зниженням вологості, визначення маси 3). Час перебування для процесу високої продукперед обробкою та після неї і навіть під час обробтивності можна визначити шляхом відповідних ки має бути складовою частиною те хнологічного масштабних перетворень, але сучасні обмеження режиму. Нарешті, лабораторії випробування вугілпотужності дозволяють досягти високої продуктивля можуть забезпечити швидке та точне вимірюності (сотень тонн на годину) тільки шляхом поєдвання вологості та теплотворної здатності з метою нання кількох окремих систем обробки. подальшого підтвердження досягнення заданих - Атмосфера в камері рівнів. Для видалення рідин та газів, що вивільню8) Вивчення вимог локальних, шта тних та феються у процесі обробки, забезпечується потужний деральних дозвільних та регулювальних докуменпотік повітря. При недостатньому потоці повітря тів та їх впливу на конструкцію та експлуатацію волога конденсується на стінках камери, що присистеми обробки, в тому числі на вловлювання зводить до втрат електромагнітної енергії та утвопобічних продуктів та поводження з ними рення дуги і можливого спалахування, якого слід Чи можливо розробити суху одностадійну сисуникати. Потрібна витрата повітря залежить від тему обробки, яка відповідала б усім вищезгадарозмірів камери обробки, величини проби, яку підним вимогам? Коротко кажучи, можливо, проте дають обробці, кількості побічних продуктів, що перед закінченням проектування розумної системи вивільнюються у простір камери, температури пообробки, здатної забезпечити конкретні цільові вітря тощо. Найпростішим способом перевірки властивості конкретного вугілля, слід попередньо достатності витрати повітря є періодичне припиретельно вивчити вимоги місцевих, штатних та нення обробки для слідкування за станом стінок федеральних дозвільних та регулювальних докукамери (наявності вологи на них). Одночасно доментів, які стосуються місцевості, де буде застоцільно слідкувати за розтріскуванням вугілля та совува тися система обробки; ці вимоги здатні його можливим посірінням або почервонінням, яке вплинути і часто впливають як на конструкцію, так і може бути наслідком локального нагрівання. Нана експлуатацію системи обробки вугілля. З урарешті, якщо спостерігається вихід побічних продухуванням таких вимог вищезазначену основну ктів із камери через трубопроводи або вловлювачі, технологічну систему можна в разі потреби модиможна вважати повітряний потік адекватним. фікувати. - Температура вугілля Гірничі підприємства та теплоелектростанції й Для видалення тільки вологи температуру поінші комунальні підприємства на вугіллі керуються верхні вугілля слід утримувати на рівні 100°C або різними сукупностями вимог, наслідком чого часто нижче. Цей показник легко контролюється за добувають відмінності у конструкціях та експлуатапомогою ручних інфрачервоних датчиків темпераційних режимах систем обробки між цими двома тури або дистанційно із застосуванням теплових класами підприємств і навіть у межах одного клазондів, розміщених всередині камери. су. Наприклад, багатьом електростанціям та ін- Застосування інертного газу шим підприємствам доводиться попередньо домаЯкщо температура вугілля підтримується на гатися дозволу на обробку та спалювання будьрівні, рекомендованому для зниження вологості, якого вугілля, що відрізняється за властивостями то спалахування або горіння не очікується, і в за 27 84185 28 від вугілля, дозволеного для використання на давеликомасштабних мікрохвильових сушильних ний час, навіть якщо вищий ступінь чистоти та систем виконують ці вимоги шляхом виконання екологічні переваги цих "нових" видів вугілля посвоїх систем у таких конфігураціях, які спричинясвідчені документально. При цьому може видатися ють їх непрактичність та непридатність для застонеобхідним навіть проектування систем обробки з сування при високих продуктивностях, необхідних урахуванням задоволення певних вимог до спадля обробки вугілля. лювання, що можуть стосува тися окремої системи Одне з рішень полягає у застосуванні розроабо сукупності систем, наприклад, обмеження вибок тих виробників мікрохвильових систем, які зокидів SO2 або NOx, або CO2. Деякі з цих вимог середжені на мінімізації або повному виключенні аналогічні за змістом часто застосовуваному тервитоку мікрохвильової енергії, тобто не мають виміну "положення про вплив на довкілля". До притоків, які піддаються виявленню. Слід зазначити, кладів таких вимог належать: що матеріали, які виходять із мікрохвильової ка- Вимоги до рідких, твердих та газоподібних мери після обробки, ще випромінюють мікрохвивикидів від процесу льову енергію протягом короткого часу навіть пісРідкі, тверді та газоподібні викиди можна регуля виходу із зони дії мікрохвиль, хоч рівні такого лювати за допомогою елементів, показаних на випромінення дуже низькі; це стосується навіть Фіг.4. Навіть система, яка затримує всі побічні продуктів харчування після обробки у кухонних продукти її експлуатації, має бути сертифікована мікрохвильових печах. Окрім внутрішніх конструкна відповідність законодавчим вимогам до вловцій систем, які забезпечують витік мікрохвиль, сислювання викидів та поводження з ними. теми можна екранувати ззовні за допомогою від- Вимоги до запахів, що виникають при провеповідно розміщених металевих екранів та денні процесу металевої стрічки конвеєра. У всіх випадках проЗатримання побічних продуктів процесу саме водяться регулярні та систематичні огляди з мепо собі не виключає виникнення неприємних запатою виявлення витоків мікрохвиль для забезпехів, проте їх інтенсивність можна звести до мінімучення належної дії систем безпеки. Детектори му за допомогою системи виведення побічних витоків мікрохвиль можна придбати на ринку або продуктів повітряним потоком. В разі присутності розробити та виготовити для конкретного застосузначних залишкових запахів може бути необхідним вання. додання до повітря-носія матеріалів, які поглина9) Модифікування основної технологічної сисють або іншим способом послаблюють запахи до теми мінімального рівня. Основну те хнологічну систему модифікують в - Вогнебезпечність та вибухобезпечність разі потреби з урахуванням інформації, вказаної Для задоволення цих вимог існують стандартвище у п.8. ні методи та системи, наприклад, датчики темпе10) Проектування, виготовлення та випробуратури, інфрачервоні детектори та оптичні систевання кожної з чотирьох основних підсистем ми спостереження. Проектують, виготовляють та піддають окре- Боротьба із запиленням мим випробуванням кожну із чотирьох основних Окрім загальних проблем запилення, характетехнологічних підсистем (тобто систему поперерних для середовища, в якому виконуються будьднього нагрівання, систему електромагнітного виякі операції з вугіллям, в даному разі вивільнення промінювання, багатопараметрову систему виміпилу пов'язане, головним чином, з подаванням рювань та зворотного зв'язку та систему обробки вугілля в камеру та виведенням із неї. Оскільки побічних продуктів). очікується, що таке транспортування вугілля буде 11) Поєднання та функціональне випробуванвиконуватися частково із застосуванням існуючих ня чотирьох згаданих підсистем при спільній ексконвеєрів, кількість зовнішнього пилу має бути плуатації мінімальною. Пил, що утворюється в системі, моНаступним етапом є об'єднання та функціонажна вловлювати за допомогою системи обробки льне випробування чотирьох згаданих підсистем побічних продуктів. при спільній експлуатації з подальшими повними - Вимоги щодо забруднення повітря (в тому кваліфікаційними та контрольними випробуваннячислі туманом), хімічних речовин та небезпечних ми, які виконують із використанням проб партії матеріалів вугілля, для обробки якої розроблено процес. Перед постачанням замовнику систему слід Вищезгадані етап 10 та етап 11 уможливлюпіддати кваліфікаційним випробуванням для підють одержання випробуваної, ефективної та стантвердження відсутності або практичної відсутності дартизованої методології для розроблення голозабруднення повітря. В системі не застосовуються вної системи, яка складається з кількох підсистем і і в систему не вводяться будь-які хімічні речовини застосовується в лабораторних та промислових або небезпечні матеріали, окрім можливого застоумовах і навіть в океані, атмосфері та космічному сування інертного газу, який не вважається небезпросторі, де устаткування часто має експлуатувапечним матеріалом. тися з дистанційним керуванням. - Безпечність та екранування електромагнітно12) Монтаж на місці застосування го випромінення Безпечні рівні дії мікрохвильового Після успішного завершення повного випробувипромінення дуже жорстко обмежені і встановвання повномасштабної технологічної системи цю люються законодавчими актами, які вимагають систему, розроблену та випробувану для потреб сертифікації будь-якого процесу, де застосовуєтьконкретного замовника, транспортують до місця її ся мікрохвильове випромінення, на відповідність експлуатації. Після прибуття на місце систему доцим рівням та рекомендаціям. Численні виробники датково випробовують для перевірки на відсут 29 84185 30 ність змін, спричинених вантажними та транспортпоточний аналізатор рівня хімічних речовин (золи ними операціями. Потім технологічну систему пета сірки). Як і у вищезгаданому випадку, для зміни реміщують у призначене положення та поєднують режиму обробки або її припинення може бути фаіз місцевими системами обробки вугілля або відкультативно застосована система зворотного зв'яповідними модифікаціями таких систем, системазку. Факультативно в разі потреби можна викорисми живлення електроенергією, водою та повітрям товувати автономну станцію відбирання проб, або інертним газом згідно з вимогами і піддають зважування та випробування. додатковим випробуванням, після чого вводять в На практиці та для більшості видів вугілля поексплуатацію. трібний мінімальний об'єм відбирання проб та виВ. Регулювання, моніторинг та догляд пробувань, і оператор може застосувати попереЗа відсутності регулювання, спрямованого на дній досвід для визначення моменту досягнення зміну послідовності стадій шляхом вибору частоти бажаних властивостей вугілля. Вугілля вивантажуабо інших параметрів, результатами процесу є ється з камери обробки у приймальний жолоб, розтріскування вугільної матриці з подальшим сконструйований з урахуванням розміщення сисвивільненням вологи, а потім послідовно золи та теми та продуктивності процесу (тонн на годину); сірки. Для деяких видів вугілля ці стадії є окреминаприклад, цей жолоб може бути призначений для ми та чітко розрізнюються, а для деяких перекриподавання на завантажувальну станцію, поєднаваються, наприклад, вивільнення золи та сірки ний з іншим конвеєром тощо. починається ще під час вивільнення вологи. Як наслідок, така методологія процесу, придаДля забезпечення певного ступеня кількісного тна для застосування у системах, виконаних за контролю процесу та його моніторингу вимірюють замовленням, може забезпечити одержання затемпературу поверхні вугілля в кількох місцях капроектованого вугілля; тобто будь-який клас або мери обробки під час обробки вугілля. Оскільки сорт вугілля можна обробити з одержанням новорозміри, форма та властивості грудок вугілля не є го, іншого сорту вугілля з будь-якими широкими однорідними, і вугілля не розподіляється рівномірваріантами властивостей, що може вибирати зано на конвеєрі, такі вимірювання температури момовник. Інакше кажучи, ці методології можна зажна розглядати як засіб одержання середніх рестосовувати для одержання нових сортів вугілля з презентативних даних. Крім того, оскільки вугілля широким різноманіттям поліпшених паливних вларозтріскується, деякі значення вимірюваної темпестивостей, відсутніх у сирового, необробленого ратури наближаються до внутрішніх температур, вугілля. які, як правило, є дещо вищими. Метою такого C. Варіант здійснення способу моніторингу є уможливлення уникнення значних На Фіг.3 показано принципову схему способу відмінностей у температурі шля хом регулювання 100, взятого за приклад. Спосіб 100 ілюструє етаза потребою потужності мікрохвильового випроміпи поводження з вугіллям та його обробки з метою нення в таких місцях. поліпшення паливних характеристик палива, наВологу, що вивільнюється з вугілля, можна приклад, вугілля або іншого вуглецевмісного павловлювати будь-яким з різноманітних способів, лива. Спосіб 100 може бути реалізований або занеобмежувальні приклади яких подано нижче: стосований іншим чином із використанням будь- вологу можна конденсувати на стінках камеяких різноманітних систем та устатк ування. Нижче ри та примушувати за допомогою сухого повітря описано реалізацію способу 100 з використанням стікати вниз у систему збирання та зберігання, системи 200, схематично зображеної на Фіг.4 як розташовану під камерою обробки; приклад; при поясненні способу за Фіг.3 даються - зволожене повітря можна витісняти з камери посилання на різні елементи системи 200. Цей сухим повітрям (під тиском) в напрямі вздовж осі винахід може мати на увазі також інші системи та камери обробки з подальшим видаленням вологи процеси і може бути реалізований з використанз повітря шляхом конденсації; ням таких інших систем та процесів. Нижче подано - зволожене повітря можна відсмоктувати з детальні посилання на варіанти здійснення винакамери при подаванні сухого повітря (під тиском ходу, взятого за приклад та ілюстрованого на ринижче атмосферного) з подальшим видаленням сунках, що додаються. Для ідентифікації однаковологи з повітря шляхом конденсації; дрібні частивих або аналогічних елементів на всіх рисунках нки твердих матеріалів (не пил) переносяться позастосовано однакові числові позначення. вітрям у камеру вловлювання, де вони збираютьКожний блок принципової схеми, показаної на ся, відділяються від газового потоку та Фіг.3, представляє один або кілька етапів, що винагромаджуються. конуються в рамках взятого за приклад способу Якщо головними або єдиними потрібними змі100. Спосіб 100 починається з блока 102, де принами властивостей вугілля є зниження вологості ймається сирове паливо для обробки. Наприклад, та підвищення теплотворної здатності, в систему сирове вугілля може прийматися для обробки споможе бути включена поточна система аналізу вособом 100 у секції 202 сирового палива, показаній логості та зворотного зв'язку. Ця система уможлина Фіг.4 та описаній нижче. влює визначення моменту, коли обробка забезпеВ деяких випадках сирове паливо подрібнючує рівень вологості, при якому досягається ють. Сирове паливо подрібнюють до заданого бажана теплотвірна здатність, після чого система розміру за допомогою дробильного пристрою. Наздатна змінити режим обробки або припинити її. приклад, сирове вугілля можна подрібнювати у Якщо головними або єдиними потрібними змісекції 202 сирового палива, показаній на Фіг.4 та нами є конкретні величини зниження зольності та описаній нижче. вмісту сірки, то в систему може бути включений 31 84185 32 Наступним за блоком 102 є блок 104, де виУ блоці 114 з палива видаляються або іншим спозначається характерний склад палива. Паливо собом уловлюються інші побічні продукти. Безпоаналізують для визначення характеристик складу, середнім результатом впливу електромагнітної наприклад, вмісту вологи у паливі. Наприклад, у енергії на паливо є поліпшення характеристик згосекції 204 технологічного конвеєра та/або в систеряння палива. Поліпшене паливо збирають або мі 206 зворотного зв'язку (показаних на Фіг.4) для іншим способом приймають у секції 116 поліпшевизначення вологості палива можна застосовувати ного палива. аналізатор вологості. D. Параметри обробки палива Після блока 104 наступним є блок 106, де виРозміри та форма грудок, твердість, леткість, значаються характеристики вугілля, бажані для вміст вуглецю, слідових мінералів, характеристики споживача. Ці бажані властивості палива та склад згоряння та інші властивості вугілля варіюють у сирового вугілля застосовуються для встановленшироких межах. Тому вибрані параметри процесу ня "проектних" параметрів обраної системи обробтакож будуть варіювати у широких межах залежно ки. Потужність використовуваної енергії та тривавід таких чинників: кількість вугілля, що підлягає лість її генерації можна визначити на основі обробці; наявні час та виробнича площа для обробажаної паливної характеристики, наприклад, вобки; режим обробки (періодичний, безперервний логості, а також виходячи з відносної швидкості або комбінований); цілі обробки; та призначення або швидкості переміщення палива відносно генеобробленого вугілля. Інакше кажучи, узагальнення ратора 208 електромагнітного випромінення (покапараметрів процесу є досить складним завданням, заного на Фіг.4). "Тривалість генерації" використопроте діапазони значень, придатні для застосувуваної енергії може реалізуватися у формі циклу вання в процесі, можна визначити, і відповідні ренавантаження, при цьому живлення генератора комендації подано нижче. циклічно вмикається та вимикається із забезпе1) Електромагнітна хвильова енергія ченням зниженого середнього рівня потужності. У Частоти електромагнітних генераторів, які моподаному ви ще прикладі для визначення кількості жна застосувати у процесі, лежать у межах від хвильової енергії та інших параметрів процесу, нижче 100МГц до понад 20000МГц. Можна застонеобхідних для одержання "проектного" вугілля, совува ти одну часто ту або кілька частот, одночасзастосовуються вологість сирового вугілля та бано, поперемінно або постадійно. Частота або часжані властивості палива. Використовуючи аналізатоти можуть бути застосовані безперервно або тор вологості, система 206 зворотного зв'язку моімпульсно, або з циклуванням навантаження (тобже здійснювати моніторинг палива та селективно то з циклічним вмиканням або вимиканням, аналорегулювати потужність та тривалість генерації гічно режиму кухонних мікрохвильових печей). електромагнітної енергії з метою одержання бажа2) Потужність ного рівня вологості. Потужність електромагнітних генераторів моУ варіанті реалізації системи, описаному нижже становити від 100Вт до 100000Вт і більше, до че, можна використовувати ряд генераторів електкількох мегаватт. ромагнітного випромінення (аналогічних 208) для 3) Тривалість обробки забезпечення дії обраної кількості електромагнітПридатний час дії електромагнітного випроміної енергії на шар вугілля на конвеєрній стрічці або нення може становити від 5с до 45хв, залежно від на технологічному конвеєрі 204, що проходить мети процесу. поблизу генераторів електромагнітного випромі4) Продуктивність нення, з розрахунком на проникнення у шар вугілЯкщо система розрахована на роботу в періля енергії, достатньої для видалення конкретної одичному режимі, то її продуктивність може станокількості вологи, золи та сірки з цього шару вугілвити від кількох унцій (1унція=28г) до кількох тонн. ля. У системах обробки безперервного типу можна Наступним після блока 106 є блок 108, де вуобробляти від кількох десятків фунтів гілля обробляють певною електромагнітною час(1фунт=0,453кг) до сотень тонн на годину. Як аттотою, кількістю хвильової енергії та інертними мосферу камери можна застосовувати сухий кигазами. Як описано нижче стосовно до варіанта сень для забезпечення більшої однорідності розреалізації системи, для забезпечення дії конкретподілу хвильової енергії та результатів процесу. ної кількості електромагнітної енергії на паливо Атмосфера інертного газу запобігає утворенню можна використовувати ряд генераторів електрооксидів, наприклад, SO2, CO2 та NOx, під час обромагнітного випромінення. блення та знижує або усуває ризик спалахування За блоком 108 ідуть блоки 110, 112 та 114, де та/або горіння. з палива видаляються або іншим способом улов5) Температура вугілля та повітря люються побічні продукти. В результаті дії на паТемпература вугілля на його поверхні та в ливо електромагнітної енергії, яка генерується глибині шару під час обробки може лежати в мегенератором 208 електромагнітного випромінення, жах від температури навколишнього середовища з палива можуть утворюватися один або кілька до приблизно 250°C. побічних продуктів, наприклад, надлишкова волоВзаємно пов'язаними параметрами процесу є га, зола або сірка. Ці побічні продукти уловлюютьтемпература поверхні вугілля під час обробки та ся в одному з блоків 110, 112, 114, як описано нитемпература повітря всередині камери обробки. жче. Наприклад, у блоці 110 з палива видаляється Процес обробки електромагнітним випроміненням або іншим способом уловлюється певна кількість у лабораторних випробувальних установках краще вологи. У блоці 112 з палива видаляється або іноцінюється та є більш зрозумілим, якщо виконушим способом уловлюється певна кількість сірки. ються періодичні вимірювання температури пове 33 84185 34 рхні вугілля; ці вимірювання легко здійснюються за робки в цілому). Для гарантування достатнього допомогою ручних інфрачервоних датчиків або задоволення вимог безпеки та технології можна температурних зондів, встановлених всередині також застосовувати системи візуального монітокамери. При великомасштабній обробці вугілля рингу та дистанційного візуального спостереженбезперервним способом таке вимірювання та безня. перервний контроль температури мають ще біль6) Потік повітря ше значення. Порогові значення температури виПотік повітря є важливим та багатоцільовим значаються заздалегідь окремо для кожної групи параметром процесу. Для цієї мети особливо привугілля, що підлягає обробці, і залежать від цілей датним є сухе повітря, відфільтроване від пилових обробки (наприклад, зниження тільки вологості забруднень. Кількість повітря в потоці залежить або комбінованого зниження вмісту кількох домівід конфігурації та розмірів камери обробки і від шок). Вугілля високої вологості поглинає електроконструктивного оформлення введення та вивемагнітне випромінення легше, ніж вугілля низької дення вугілля. Регульований потік повітря сприяє вологості, і, отже, будь-яка задана температура в перемішуванню повітря в камері обробки, забезпершому випадку досягається швидше. Досягненпечуючи більш рівномірний розподіл тепла в каня або перевищення температурного порогу спамері. Повітря є носієм побічних продуктів процесу, лахування може призвести до зниження теплотвонаприклад, вологи, пилових частинок та будь-яких рної здатності вугілля, навіть якщо горіння газів, які утворюються при обробці. Достатня виусувається шляхом застосування інертного газу. трата повітря виключає можливість утворення Тому системи обробки обладнуються зв'язаними електричної дуги або іскріння в процесі обробки у системами вимірювання температури та зворотновипадках, коли оброблювана партія вугілля (тобто го зв'язку для забезпечення негайного модифікунавантаження) є досить великою для даних розмівання параметрів процесу, наприклад, потужності рів і форми камери та застосовуваної потужності. мікрохвильової енергії, часу перебування або виУ відсутності потоку повітря волога конденсутрати повітря, в разі досягнення згаданих порогоється на стінках камери, що спричиняє кілька негавих значень температури. Такі пороги температури тивних е фектів. Вологі поверхні поглинають деякі можна заздалегідь визначити в лабораторії для частку електромагнітного випромінення і тим сакожної сукупності властивостей партії вугілля; альмим знижують загальну ефективність системи, тернативою є визначення порогової температури вимагаючи подовженої обробки. Крім того, вода на основі виробничого досвіду. стікає на вугілля, що призводить до нерівномірного Інший тип порогових температур пов'язаний зі нагрівання та нерівномірного проникнення електзмінами в матеріалах, при цьому особливий інтеромагнітного випромінення через вугілля, тим сарес стосується сірки. Переважна форма сірки, мим утр уднюючи досягнення результатів, узгоприсутня у її парі, плавиться при 119°С з утворенджених або типових для усієї партії ням жовтої прозорої рідини, яка залишається таоброблюваного вугілля. Як наслідок, деяка кількою при температурах до 160°C, коли сірка зазнає кість вугілля, розташована в нижній частині обромолекулярного перетворення, причому її атоми блюваної партії, не пронизується повністю мікроутворюють темну в'язку рідину. Інакше кажучи, хвильовим випроміненням і не розтріскується до температури нижче 119°С та вище 160°C спричитого самого ступеня, що вугілля, розташоване поняють дуже різні фізичні та хімічні властивості віблизу верхнього шару партії, і, отже, з нього не льної сірки або сірки, зв'язаної у вугіллі, і мають вивільнюються такі самі кількості компонентів. Набратися до уваги в разі необхідності зниження решті, ви щезгадане нерівномірне нагрівання спривмісту сірки будь-яким прогнозованим способом. чиняє утворення так званих локальних перегрівів, При випробуваннях процесу спостерігалася сірка в які є попередниками спалахування, загоряння та кожній з вищезазначених різних форм. Як інший горіння; усіх цих яви щ слід уникати в процесі обприклад можна згадати, що одна з партій вугілля робки. серед численних проб вивільнювала густі клуби При наявності повітряного потоку та без викожовтого диму вже через кілька секунд після початристання системи збирання та зберігання побічних ку обробки, навіть до вивільнення вологи. Жодна з продуктів на виході процесу можна спостерігати інших проб вугілля не давала такої реакції. Аналовихід пари. Якщо обробка є короткочасною, то гічні міркування, пов'язані з попередніми випробуможна спостерігати вихід з камери тільки безбарвваннями, стосуються золи, яка, як правило, при ної водяної пари. При продовженні обробки та/або такій методології обробки видаляється перед сірзастосуванні інших параметрів процесу для видакою. Максимальну граничну температур у можна лення інших компонентів колір пари змінюється, оцінити як приблизно 200°C з міркувань зручності, при цьому вона спочатку набуває жовтува того а також у зв'язку з тим, що вищі температури мовідтінку та запаху, характерного для присутності жуть спричиняти інші небажані зміни вугілля або сірки та її сполук. Подальша обробка призводить надто швидку зміну властивостей вугілля, яка не до утворення газів більш темного кольору та рідин, піддається регулюванню. які містять інші форми сірки та золу, що вивільнюНарешті, виявлення температури в камері, що ються. Наприклад, сірка може вивільнюватися при перевищує очікувану, може бути індикатором готемпературі в межах від 130°C до 240°C. В разі ріння та, можливо, вказувати на порушення з точки більш тривалої обробки можуть вивільнюватися, в зору безпеки, а також із технологічної точки зору кінцевому підсумку, вуглеводні та смоли. Вивіль(тобто є додатковим міркуваннямна користь занення двох останніх компонентів є небажаним, стосування систем контролю температури та звооскільки вони свідчать про втрату тепловмісту вуротного зв'язку як невід'ємних частин систем обгілля. 35 84185 36 7) Інертний газ рання сирового палива або для нагромадження Застосування інертного газу в камері є факуіншим способом сирового палива, призначеного льтативним. В разі застосування інертного газу для обробки в системі. У типових випадках сирове його кількість залежить від цілей обробки. паливо надходить із віддаленого місця, наприклад, Інертний газ (перевага віддається сухому азоіз підприємства вуглевидобутку, і зберігається у ту або аргону) призначений для кількох цілей. секції 202 сирового палива до подання на подаБудь-який з кількох чинників може спричинити пельшу обробку. Сирове паливо, наприклад, лігніт, регрів частини вугілля партії або проби, або часантрацит, бутумінозне, суббітумінозне, низькосіртини грудки вугілля до рівня, при якому можливе чисте, високосірчисте вугілля та вугільні суміші, загоряння та горіння. Застосування азотної або можна зберігати у секції сирового палива до виниаргонової атмосфери в камері запобігає горінню кнення потреби в ньому. Відібрані кількості сировугілля під час обробки. Азот легко придбати на вого палива подрібнюють у секції 202 сирового ринку у сухій газоподібній формі, зберігати та допалива для обробки в інших частинах системи 200. зувати для лабораторного застосування, і об'ємна Секція 202 сирового палива може включати в себе швидкість у 20-25 кубічних футів на годину (0,54також послідовність одного або кількох пристроїв 0,67м 3/год) забезпечує потік, достатній для виносу для подрібнення вугілля, які забезпечують подрібрідких та газоподібних побічних продуктів при обнення великих грудок вугілля на менші грудки. робці вугілля у невеликих (масштабу кухонних) Секція 202 сирового палива може включати, намікрохвильових камерах при одночасному запобіприклад, таке устаткування, як розпилювач, вуглеганні горінню. Для камер більшого об'єму необхідні подрібнювач, кульовий млин або дробарку, але не відповідно збільшені об'єми потоку азоту. Наявні тільки перелічені пристрої. Наприклад, вуглеподна ринку системи зі змінним тиском широко засторібнювач можна використовувати для подрібнення совуються в інших галузях; ці системи забезпечусирового вугілля на грудки діаметром приблизно ють одержання азоту безпосередньо з повітря в 4дюйми (10см). Відповідно до різних варіантів разі необхідності його значних кількостей, наприздійснення винаходу, можна використовувати біклад, для обробки вугілля на місці видобутку або льші або менші грудки вугілля чи іншого палива. на тепловій електростанції та іншому комунальноB. Додаткові взаємодіючі системи му підприємстві, що працює на вугіллі. Азот є преЗа секцією 202 сирового палива розташована красним інертним газом внаслідок його доступноссекція 204 технологічного конвеєра. Секція техноті та низької вартості у порівнянні з аргоном, але логічного конвеєра взаємодіє із секцією 202 сиротільки у випадках, коли забезпечено припинення вого палива, приймаючи заздалегідь визначену обробки вугілля до досягнення небажаного вивікількість палива, що підлягає обробці. льнення вуглеводнів і, зокрема, смол, при якому з Секція 204 технологічного конвеєра з'єднана хімічних сполук, які вивільнюються при перевитакож із секцією системи 206 зворотного зв'язку, щенні порогових температур або при надто довгій секцією 208 генератора електромагнітного випрообробці, можуть утворюватися небезпечні сполуки. мінення, секцією 210 обробки повітря та секцією Застосування атмосфери інертного газу в камері 212 обробленого палива. запобігає також утворенню в процесі обробки окC. Система зворотного зв'язку сидів, наприклад, SO2, CO2 та NO x. Система 206 зворотного зв'язку працює у вза8) Водень ємодії з технологічним конвеєром і визначає хараЗастосування водню (що постачається, наприктеристики палива, наприклад, вологість або зольклад, за допомогою генератора водню) в камері є ність палива. Секція системи 206 зворотного факультативним. Водень можна вводити в камеру зв'язку включає датчик вологості 214, датчик темдля додаткового керування змінами, що мають ператури 216, аналізатор зольності 218 та електмісце у вугіллі під час обробки. рохімічний аналізатор 220. Наприклад, застосову9) Тиск атмосфери у камері обробки ючи деякі зі згаданих елементів або всі елементи, У типових випадках тиск у камері обробки стаможна визначити приблизну кількість мікрохвильоновить 1атм, проте параметри процесу можна змівої енергії та тривалість її дії, необхідні для виданювати в разі потреби, якщо обробку виконують у лення конкретної питомої кількості вологи з палимісці, що знаходиться вище рівня моря. У деяких ва. До інших характеристик складу, які можна випадках можна застосовувати також вакуум. визначити, є питомі кількості золи, сірки, водню, 10) Поточні вимірювальні системи вуглецю, азоту та інши х компонентів або елеменМожуть бути застосовані поточні вимірювальні тів у паливі. системи для вимірювання вологості, зольності, Слід зазначити, що для визначення однієї або вмісту сірки, слідових мінералів та температур у кількох характеристик згоряння палива є придаткамері. Усі ці системи розробляються з розрахунними інші пристрої або способи. Такі пристрої та ком на забезпечення зворотного зв'язку з метою способи можна застосовувати в поточному або коригування в разі потреби параметрів процесу автономному режимі. Необмежувальні приклади для досягнення цільових рівнів параметрів та затаких пристроїв та способів включають аналізатопобігання їх перевищенню і, отже, для виключення ри вологості, аналізатори зольності, датчики темнедостатньої або надмірної обробки вугілля. ператури та електрохімічні аналізатори. IIІ. Устаткування - Варіант А Секція 206 системи зворотного зв'язку та секА. Секція сирового палива ція 204 технологічного конвеєра взаємодіють таСистема 200, показана на Фіг.4, включає секкож із секцією 222 керування процесом. Секція 222 цію 202 сирового палива. Секція 202 сирового пакерування процесом взаємодіє із секцією 208 гелива може являти собою бункер-сховище для збинератора електромагнітного випромінення для 37 84185 38 забезпечення керування зі зворотним зв'язком або обробки за конкретний період часу. Наприклад, передачі інших команд від секції 206 системи звопропускна здатність по паливу, наприклад, по вуротного зв'язку з метою керування секцією 208 гіллю, може становити 200-400фунтів (90-180кг) за генератора електромагнітного випромінення. хвилину. D. Генератор електромагнітного випромінення Слід зазначити, що кожний тип палива може Секція 208 генератора електромагнітного виоброблятися із застосуванням різних кількостей та промінення забезпечує подавання мікрохвильової якісних характеристик електромагнітної енергії, енергії до палива, яке знаходиться у секції 204 залежно від типу палива, його стану та інших хатехнологічного конвеєра. Генератор 208 електрорактеристик середовища, що оточує паливо, та магнітного випромінення включає сукупність магсамого палива. нетронів, встановлених у певних положеннях відE. Система обробки повітря носно палива у секції 204 технологічного конвеєра; Секція системи 210 обробки повітря забезпеці магнетрони спрямовують енергію електромагнічує збирання побічних продуктів, які утворюються тного випромінення на паливо відповідно до зау секції 204 технологічного конвеєра. Система 210 здалегідь заданих характеристик, наприклад, до обробки повітря включає секцію 224 уловлювання очікуваного вмісту вологи. та зберігання вологи, секцію 226 уловлювання та Наприклад, кожним із магнетронів секції 208 зберігання газів та секцію 228 уловлювання та генератора електромагнітного випромінення можзберігання побічних продуктів. Секція системи 210 на керувати з метою регулювання потужності, триобробки повітря уловлює та зберігає побічні провалості та інших робочих параметрів для забезпедукти з обробленого палива. Наприклад, при обчення проникнення у паливо достатньої кількості робленні сирового палива електромагнітною енерабо якості хвильової енергії та видалення цільової гією в секції 204 технологічного конвеєра кількості вологи. Згідно з цим винаходом, генераутворюється водяна пара та конденсована вода. В тори електромагнітного випромінення забезпечусекції 224 уловлювання та зберігання вологи конють подавання до палива конкретної, наперед денсована вода збирається та зберігається для визначеної кількості хвильової енергії. Застосовуподальшого використання. Водяну пару та гази ючи інформацію, зібрану секцією системи 206 звоможна збирати у секції 226 уловлювання та зберіротного зв'язку, наприклад, результати вимірюгання газів для подальшого використання. Інші вання вологості, секція 222 керування процесом побічні продукти із секції 204 технологічного конздатна селективно регулювати кожний з генератовеєра збираються у секції 228 уловлювання та рів для подавання конкретної кількості енергії до зберігання побічних продуктів для подальшого шару вугілля у секції 204 технологічного конвеєра використання. до видалення конкретної кількості вологи з вугілля. F. Секція обробленого палива Слід зазначити, що як джерела хвильової енеЗалишок обробленого палива із секції 204 ргії для подавання заздалегідь визначеної кількостехнологічного конвеєра передають або іншим ті енергії до палива можна застосувати інші причином збирають у секції 212 обробленого палива. строї та способи. Необмежувальними прикладами Необмежувальними прикладами таких пристроїв є таких пристроїв та способів є магнетрони, клістробункер, залізничний вагон, штабель для зберіганни та гіротрони. ня або конвеєр для транспортування палива безСлід мати на увазі, що електромагнітна енерпосередньо до процесу спалювання (не показаногія нижчих частот проникає у паливні матеріали, го на рисунках). наприклад, у вугілля, глибше, ніж енергія вищих Паливо із секції 212 обробленого палива можчастот. Генератор електромагнітного випроміненна потім використовувати у процесі спалювання, ня, придатний для використання в системі 200, наприклад, у комбінації топки з паровим котлом. генерує ви хідний сигнал із частотою від 100МГц до Оброблене паливо за цим винаходом можна вико20ГГц. Згідно з іншими варіантами здійснення виристовувати також в інших відомих процесах спанаходу, можна застосовувати хвильову енергію лювання. інших часто т. G. Система живильника та конвеєра Потужність хвильової енергії може бути імпуНа Фіг.5 зображено в перспективному вигляді льсною або безперервною. У поданому ви ще приіснуючу конвеєрну систему 300, яку можна модикладі генератори можуть генерувати хвильову фікувати згідно з цим винаходом. Показана конвеенергію у безперервному режимі. Для регулюванєрна система 300 являє собою конвеєр SlipstickÔ , ня хвильової енергії, що подається до палива, вирозроблений та споруджений фірмою Triple/S хідна хвильова енергія може генеруватися у формі Dynamics, Inc. Показану конвеєрну систему 300 імпульсів постійної частоти через певні проміжки можна застосувати в секції 204 технологічного часу. Потужність кожного джерела енергії станоконвеєра, показану на Фіг.4, або іншим чином вить щонайменше 15кВт при частоті 928МГц або включити в цю секцію. Із застосуванням конвеєрнижче, а в інших варіантах - щонайменше 75кВт ної системи, показаної на Фіг.5, можна спорудити при частоті 902МГц або вище. різноманітне устаткування за цим винаходом. У Крім того, кожним генератором можна керуваваріантах здійснення винаходу можна також зати на основі "пропускної здатності" системи по стосувати інші конвеєрні системи. конкретному паливу, що транспортується через На Фіг.5-10 показано приклад устаткування камеру, в межах ви хідної потужності хвильової 400 за цим винаходом. Устаткування 400 можна енергії сукупності генераторів. Пропускну здатність інтегрувати в будь-яку з різноманітних систем та можна визначити як швидкість проходження конкреалізації різноманітних способів згідно з варіанретної кількості палива через камеру хвильової тами здійснення винаходу. Наприклад, устатку 39 84185 40 вання 400 можна вмонтувати в систему 200, опивід продуктивності системи 200, форми проміжної сану вище, або іншим способом застосувати спісекції 420 та вузла живильника 404. льно з цією системою. При описі устаткування 400, За деякими варіантами, між різними елеменвзятого за приклад на Фіг.5-12, подано посилання тами 418, 420, 422 вузла живильника 402 можуть на різні елементи системи 200. Крім того, як прибути вмонтовані компенсатори розширення (не клад, описаний вище спосіб 200 можна реалізувапоказані на рисунках) для компенсації теплового ти із застосуванням устаткування 400, показаного розширення вузла живильника 402 або елементів на Фіг.5-12. Устаткування 400, показане на Фіг.5системи, які прилягають до вузла живильника 402. 12, включає вузол живильника 402, привідний вуВузол конвеєра 406 включає транспортер 424. зол 404, вузол конвеєра 406 та вузол реактора Транспортер 424 пристосований для приймання 408. Вузол живильника 402 пристосований для палива з вузла живильника 402, а також для пеприймання палива, наприклад, попередньо подріреміщення палива вздовж частини довжини бненого вугілля, а також для передавання цього транспортера 424 в напрямі зони виходу 426, розпалива до вузла реактора 408. Привідний вузол ташованої на протилежному боці транспортера 404 пристосований для транспортування палива 424. Показаний на рисунках транспортер 424 має через вузол реактора 408. Вузол реактора 408 форму горизонтального жолоба з відкритими кінпристосований для подавання до палива певної цями. Транспортер 424 може мати інші конфігуракількості електромагнітної енергії. Різні вузли 402, ції, форми та розміри залежно від продуктивності 404, 406, 408 та функціонування устаткування 400 системи 200. більш детально описано нижче. На Фіг.7-12 показано вигляд ковпака транспорНа Фіг.6 показано вузол живильника 402 для тера для устаткування, показаного на Фіг.5. Як устаткування 400. Вузол живильника 402 змонтовидно на Фіг.7-12, реакторний вузол 408 включає вано безпосередньо над вхідним кінцем камери ковпак 500 транспортера та сукупність магнетронів конвеєра перед імпульсним привідним механіз(позначену на Фіг.4 як секція 208 генератора елекмом. Вузол живильника 402 включає вхідну секцію тромагнітного випромінення). Ковпак 500 транспо418, проміжну секцію 420 та перехідну секцію 422. ртера пристосований для перекриття відкритої Вузол живильника 402 та його відповідні секції сторони транспотера 424. Вздовж ковпака 500 418, 420 та 422 у типових випадках виготовлені з транспортера встановлено сукупність магнетронів, листового алюмінію товщиною приблизно розташованих із розрахунком на випромінювання 0,13дюйма (3,2мм). Залежно від продуктивності електромагнітної енергії у бік палива, що знахосистеми 200 можуть бути розроблені альтернатидиться на транспортері 424. Як описано вище, вні варіанти вузла живильника за цим винаходом. секція 206 системи зворотного зв'язку, секція 222 Розміри вхідної секції 418 забезпечують прийманкерування процесом та генератор електромагнітня палива із секції 202 сирового палива (дивись ного випромінення 208 взаємодіють із секцією 204 Фіг.4). В ілюстрованому прикладі вхідна секція 418 технологічного конвеєра з метою керування, контвиконана у формі лійки квадратного перерізу, що ролю процесу та регулювання кількості електромазвужується в напрямі від кінця, суміжного з дозагнітної енергії, що генерується сукупністю магнеттором палива, до кінця, суміжного з проміжною ронів, розташованих вздовж ковпака 500 секцією. Мається на увазі, що вхідна секція 418 транспортера та транспортера 424. У складі сисможе мати інші конфігурації, форми та розміри теми 200 або аналогічних систем можна застосозалежно від секції 202 сирового палива, продуктивувати інші конфігурації реакторного вузла 408 за вності системи 200 та/або форми проміжної секції цим винаходом. 420. При роботі вузол 406 конвеєра передає періРозміри проміжної секції 420 забезпечують одичне рушійне зусилля на транспортер 424, і приймання палива з вхідної секції 418, описаної тверде паливо, наприклад, вугілля, подається з вище. В ілюстрованому прикладі проміжна секція вузла живильника 402 на ближній кінець транспор420 являє собою канал постійного квадратного тера 424. При кожному прикладанні рушійного зуперерізу, розташований між кінцем вхідної секції силля до транспортера 424 це зусилля спричиняє та кінцем перехідної секції. Між кінцем вхідної секпереміщення палива в напрямі до вихідного кінця ції та кінцем перехідної секції може бути змонто424 (до зони виходу 426). Під час переміщення вана система шиберних затворів 416 для регулюпалива вздовж транспортера 424 магнетрони збування надходження палива із секції 202 сирового джуються для передачі певної кількості електропалива. Мається на увазі, що проміжна секція 420 магнітної енергії паливу, що знаходиться на може мати інші конфігурації, форми та розміри транспортері 424. Кількість електромагнітної енерзалежно від продуктивності системи 200, форми гії визначається секцією системи 206 зворотного вхідної секції 418 та/або форми перехідної секції зв'язку та/або секцією 222 керування процесом 422. У складі вузла живильника 402 можуть бути частково на основі кількості палива на транспорвикористані інші типи затворів або клапанів. тері та швидкості руху палива вздовж транспортеРозміри перехідної секції 422 забезпечують ра 424. приймання палива з проміжної секції 420, описаної H. Устаткування для періодичного процесу вище. В ілюстрованому прикладі перехідна секція На Фіг.13-15 показано апарат 1000 для оброб422 являє собою деталь опуклої форми, пристосоки вугілля або інших твердих палив у періодичновану до відповідного отвору привідного вузла 404. му режимі. Цей апарат 1000 можна застосовувати Мається на увазі, що перехідна секція 422 може у комбінації з устаткуванням, показаним на Фіг.5мати інші конфігурації, форми та розміри залежно 12, або окремо від нього. В апараті 1000 може бути також реалізована методологія процесу, пред 41 84185 42 ставлена на Фіг.3, зокрема, у формі блока 108. У 1106 у систему транспортування сирового матеріпоказаному прикладі для подавання певної кількоалу застосовують човникову заслінку 1110. Для сті електромагнітної енергії до палива, наприклад, забезпечення постійної масової витрати матеріалу вугілля, вміщеного в апарат, застосовуються магцю заслінку 1110 пересувають зворотно-поступово нетрони 1002. Хвильова енергія спрямовується до для пропускання невеликих кількостей вугілля у хвилевідного (WG) входу в апарат за допомогою ротаційний дозатор бункера 1114. Гідроциліндри хвилеводів. Апарат 1000 обладнаний портами човникової заслінки 1110 забезпечують достатню 1004 моніторингу електромагнітного випромінення потужність для пересування заслінки через вугілля та торцевими дверцятами 1006 для завантаження та руйн ування великих гр удок в разі потреби. вугілля в камеру. Можливі інші конфігурації устатОскільки розміри човникової заслінки 1110 та кування для періодичного режиму обробки за цим дозатора 1114 розраховані на уникнення переповвинаходом. нення бункера 1112, цей бункер 1112 може безпеIV. Устатк ування - Варіант В рервно обертатися, тим самим забезпечуючи поВаріант експериментальної установки показастійне подавання вугілля на шнековий но на Фіг.16. Установка включає в себе живильник транспортер 1116. Шнековий транспортер 1116 1102 ківшевого елеватора, з'єднаний з ківшевим забезпечує рівномірність подавання вугілля у каелеватором 1104 для транспортування сирового меру 1118 мікрохвильової обробки. вугілля у проміжний бункер 1106. Під проміжним Системи керування процесом та зворотного бункером 1106 змонтовані човникова заслінка зв'язку розраховані так, що вони забезпечують 1110, бункер 1112 та дозатор 1114 бункера. Вугілсприймання вугіллям потрібної середньої дози ля, що надходить самопливом із проміжного бунвипромінення за час перебування його у камері кера 1106 через затвор 1114, вивантажується у обробки. Швидкості руху вугілля у кожному з подашнековий транспортер 1116, який переміщує вувальних вузлів (човникова заслінка 1110, дозатор гілля через камеру 1118 мікрохвильової обробки. 1114 та шнековий транспортер 1116) регулюються Після виходу з камери 1118 мікрохвильової обробкожна окремо для забезпечення постійної швидкоки вугілля проходить через приймальний бункер сті подавання вугілля у систему транспортування 1120 та затвор 1122 у сховища 1124. матеріалу у камері 1118 мікрохвильової обробки. Камера 1118 обробки обладнана також вихідПеред надходженням у вихідну зону камери ними трубопроводами 1126, які з'єднані з колекто1118 оброблене вугілля проходить через зону (не рною лінією 1128. Колекторна лінія 1128 з'єднана показано), де його витримують до припинення заіз сірковловлювачем 1130. Іншою лінією 1132 потік лишкового випромінювання та охолодження з меіз сірковловлювача 1130 надходить у конденсатор тою сприяння боротьбі з неприємними запахами 1134, потім у водозбірник 1136 і, нарешті, у витяжта для вловлювання інших викидів з обробленого ний вентилятор 1138 та систему вловлювання вугілля. Після охолодження продукту продування викидів. азотом припиняють, проте витяжний вентилятор Нижче коротко описано порядок експлуатації 1138 продовжує працювати з метою вловлювання цієї установки. пилу, що утворюється при перевантаженні обробСпочатку запускають витяжний вентилятор леного вугілля у барабани. Гідравлічна заслінка 1138 для боротьби з пилом, який може вивільню1122 використовується для завантаження обробватися внаслідок операцій завантаження. Витяжленого вугілля у барабани 1124. Після обробки, ний вентилятор 1138 просмоктує повітря з ківшеохолодження та вивантаження у барабани 1124 вого елеватора 1104 через систему і виводить усієї партії обробленого вугілля витяжний вентиодержане очищене повітря. лятор 1138 зупиняють. Вугілля надходить у барабанах, і його виванПід час операції обробки з камери мікрохвитажують за допомогою навантажувача з направльової обробки 1118 відводять усі леткі матеріали ними рейками або вилкового автонавантажувача, (воду, сірку, вуглеводні, ртуть та інші леткі речовиобладнаного пристроєм для перевертання барани). Вода та інші рідини, що стікають з "арочних" банів, у живильний бункер 1102 ківшевого елевастінок камери, уловлюються у сірковловлювачі тора. Ківшевий елеватор 1104 порціями транспор1130. Леткі матеріали (вода та вуглеводні) потім тує вугілля у проміжний бункер 1106 для відводяться із сірковловлювача 1130, проходять формування партії, що підлягає обробці. Залежно через конденсатор 1134 і надходять у водозбірник від розміру випробувальної партії, у систему мож1136. Перед видаленням матеріалу перевіряють на завантажувати кілька барабанів місткістю 55 вміст ртуті в ньому. галонів (240л). Залишкові леткі матеріали подають у фільтр Після завантажування партії вугілля у проміждля видалення пилу та пропускають через шар ний бункер 1106 починають продування системи вугілля для видалення органічних сполук, ртуті та азотом і закривають проміжний бункер 1106 для пахучи х речовин, після чого азот скидають в атмоізоляції технологічної системи від оточуючого сесферу. Фільтр та шар вугілля вміщені у вузлі 1138 редовища. Витяжний вентилятор 1138 продовжує витяжного вентилятора та пристроїв боротьби з працювати на протязі всього процесу, в тому числі викидами. Вугільні шари можна піддавати регенепід час охолодження технологічної системи. рації або ж видаляти як небезпечні відходи. Кількість вугілля, що надходить у проміжний V. Властивості обробленого вугілля бункер 1106, контролюють за сигналами від датчиНеоднорідність властивостей сирового вугілля ків навантаження 1108, які видають також інфоркомпенсується постійним моніторингом та відповімацію про інтенсивність живлення. Для регулюдними параметрами зворотного зв'язку, притаманвання витрати матеріалу з проміжного бункера ними технологічним системам, описаним у цьому 43 84185 44 документі, для забезпечення одержання твердого Загальна сірка, % 2,18-1,13 палива з однорідними властивостями. Для деяких Пірити, % 0,68-0,01 котлів на твердому паливі максимальні темпераСульфати, % 0,02-0,01 тури обмежені. В таких випадках цілями обробки є Органічна сірка, % 1,48-1,12 зниження вологості та зольності, які регулюються з Лігніти за міжнародним стандартом: метою досягнення оптимальної теплотворності Показник Значення (типове - найкраще) без перевищення її максимального значення та Теплотворність відповідних максимальних температур для відпо8195-11729 (4556-6521) БТО/фунт (ккал/кг) відних котлів. Вологість, % 25,58-5,67 Із застосуванням описаних способів та уста тЗольність, % 10,68-6,76 кування можна одержувати нову гр упу сортів вуЗагальна сірка, % 5,86-1,78 гілля, які відсутні у природі та відповідають задаПірити, % 2,60-0,23 ним характеристикам. Ці оброблені сорти вугілля Сульфати, % 0,45-0,07 можна характеризувати одним або кількома подаОрганічна сірка, % 2,81-1,31 ними нижче показниками: - зниженням вологості будь-якого сорту вугілля Аналогічні твердження можна зробити для індо будь-якого бажаного рівня до 1% або нижче; ших сортів вугілля та класів вугілля, оброблених із - підвищенням теплотворності будь-якого сорзастосуванням способів та устаткування, описаних ту вугілля до будь-якого рівня, включно щонаймеу цьому документі, і додаткові результати випронше до рівня, який мало б вугілля у відсутності бувань процесу уможливлять ідентифікацію та вологи (зольність та загальний вміст сірки також створення таких нових палив із будь-якого сорту знижуються, що забезпечує додаткове підвищення та класу вугілля. Кінцевим наслідком буде матритеплотворності); ця усіх сортів та класів вугілля та всіх "нових па- зниженням зольності будь-якого сорту вугіллив", які можна одержати шляхом обробки за цим ля, причому це зниження становить від приблизно винаходом. 10% до більше ніж 65% (дивись приклади, подані VI. Експериментальні результати нижче в Таблиці 1 і Таблиці 2); і Зразки вугілля з охарактеризованими вище - зниженням вмісту будь-яких форм сірки, привластивостями були одержані в експериментах, чому загальний вміст сірки знижується на 50-75%, описаних нижче. Зіставлення властивостей проб а для деяких сортів вугілля ще більше. необробленого та обробленого вугілля того самоТермін "нове паливо" означає будь-який з цих го сорту та класу, взятих з однієї й тієї самої партії, оброблених сортів вугілля, що мають властивість уможливлює визначення ступеня поліпшення кожабо властивості, що лежать у межах будь-якого з ної з семи властивостей палива в результаті обподаних нижче діапазонів семи властивостей для роблення згаданими способами та на згаданому кожного типу вугілля, вказаних нижче. устаткуванні. Більш конкретно нижче подано як Бітумінозне вугілля: приклад результати потрійних випробувань Вугілля за стандартом США: (Standard Laboratories) кожної з кількох гр уп проб необробленого та обробленого вугілля з класів Показник Значення (типове - найкраще) бітумінозного вугілля та лігнітів. Для необробленоТеплотворність 12537-14301 (6970-7951) го вугілля застосовано середні або "типові" власБТО/фунт (ккал/кг) тивості. Оскільки подані тут результати для оброВологість, % 3,39-0,44 бленого вугілля одержано в рамках загальної Зольність, % 10,94-2,65 програми випробування впливу змін параметрів Загальна сірка, % 3,73-1,21 процесу, вони не демонструють повний обсяг виПірити, % 1,88-0,32 находу. Інакше кажучи, можна очікувати, що регуСульфати, % 0,14-0,01 льоване оброблення, спрямоване на досягнення Органічна сірка, % 1,73-0,62 цільових або оптимальних властивостей, уможлиВугілля за міжнародним стандартом (порівнявить одержання кращих результатів у порівнянні з ти Таблицю 1 та Таблицю 2 нижче): досягнутими при оцінному переробленні. З цієї Показник Значення (типове - найкраще) причини тут вказано "найкращі" значення кожної з Теплотворність властивостей обробленого вугілля; з демонстра12737-14537 (7082-8082) БТО/фунт (ккал/кг) ційною метою ці значення зіставлено з "типовими" Вологість, % 2,00-0,83 значеннями характеристик сирового (необроблеЗольність, % 10,29-2,24 ного) вугілля. Загальна сірка, % 3,94-1,84 Для ілюстрації можливостей зниження вологості, збільшення теплотворності та зниження зольПірити, % 0,88-0,11 ності та вмісту всіх форм сірки за методологією Сульфати, % 0,13-0,01 процесу за цим винаходом застосовано три групи Органічна сірка, % 2,94-1,65 проб необробленого та обробленого вугілля. Усі ці Лігніти: проби було відібрано за випадковою схемою з веЛігніти за стандартом США: ликих партій, і всі результати одержано при виПоказник Значення (типове - найкраще) пробуваннях, проведених в організації Standard Теплотворність 7266-11550 (4040-6422) Laboratories of South Charleston, West Virginia. БТО/фунт (ккал/кг) У поданих нижче Таблиці 1 та Таблиці 2 власВологість, % 38,27-3,73 тивості необробленого вугілля, що відповідає міжЗольність, % 7,29-5,22 народним стандартам, зіставлено з характеристи 45 84185 46 ками вугілля з того самого місця видобутку, обросаме проба №20925107) мала значно відмінні влабленого електромагнітним випроміненням за спостивості, в цьому разі найвищі показники вмісту собами, описаними вище. всіх форм сірки. Проте слід зазначити, що підвиВластивості проб, взятих із цієї партії необрощений вміст сірки не має значного впливу на тепбленого вугілля за міжнародним стандартом, узголотворність, яка визначається, головним чином, джуються між собою у всіх випадках, за винятком вологістю та зольністю. Як правило, відмінності проби №20731110. Більш значне зниження зольвластивостей між пробами були незначними. Ці ності в обробленому вугіллі за міжнародним стансамі проби вугілля були оброблені також аналогічдартом спричиняє підвищену теплотворність у ним, але не ідентичним способом (при інших знапорівнянні з вугіллям за стандартом США. Як і у ченнях параметрів та часу). випадку необробленого вугілля, одна проба (а Таблиця 1 Вугілля за міжнародним стандартом, необроблене Проба № 20221113 20221114 20221115 20221116 20221117 20221118 20731110 20731111 Серед. Теплотворність, БТО/фунт (1БТО/фун т=0,556ккал/кг) Пост. Сух. Без ВЗ 12565 12846 14482 12556 12810 14417 12818 13080 14553 12182 12428 14415 12711 12970 14475 12627 12886 14562 14074 14334 14895 12361 13120 14624 12736,75 13059 14553 Вологість, Зольність, % % 2,19 1,99 2,00 1,98 2,00 2,01 1,82 1,97 2,00 11,30 11,15 10,12 13,78 10,40 11,51 3,77 10,29 10,29 Вміст сірки у сухій речовині, % Загал. 4,23 4,16 4,22 4,31 4,12 4,32 2,19 3,97 3,94 Пірит 0,85 0,78 0,95 1,02 0,81 0,92 0,41 1,29 0,88 Сульф. 0,15 0,14 0,12 0,14 0,12 0,13 0,08 0,13 0,13 Орган. 3,23 3,24 3,15 3,15 3,19 3,27 1,70 2,55 2,94 Скорочення: Пост. - в стані постачання Сух. - в розрахунку на суху речовину Без ВЗ - в розрахунку на суху беззольну речовину Загал. - загальний вміст Сульф. - сульфати Орган. - органічна сірка Серед. - середні значення Таблиця 2 Вугілля за міжнародним стандартом, оброблене Проба № 20731112 20731113 20731114 20731115 20925107 20925108 20925109 Серед. Різн. Теплотворність, БТО/фунт Вологість,% Зольність, (1БТО/фун т=0,556ккал/кг) % Пост. Сух. Без ВЗ 14537 14659 14995 0,83 2,24 14104 14303 14673 1,40 2,52 13981 14267 14927 2,01 4,42 14064 14185 14790 0,85 4,09 13888 14090 14738 1,44 4,39 13805 14132 14766 2,31 4,29 14309 14479 14926 1,17 3,00 14098 14302 14831 1,43 3,56 1362 1243 278 (0,57) (6,73) Вміст сірки у сухій речовині, % Загал. 1,86 1,84 2,20 2,11 3,10 1,93 1,93 2,14 (1,80) Пірит 0,21 оді 0,39 0,33 0,84 0,21 0,25 0,33 (0,54) Сульф.