專利名稱：發(fā)電廠的能量管理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在燃燒固態(tài)化石燃料的設施(utility)中的能量管理方法。
背景技術：
發(fā)電設施努力應對在每個按日的循環(huán)內對電的不均衡的需求。在一天的時段內， 需求按小時地變化，峰值需求期通常在早晨和傍晚，而夜間的需求低。高需求水平和低需求水平之間的差異可以達到高需求水平的30%以上。因為電是無法按其原始形式進行儲存的商品，所以大量的設施發(fā)電能力未得到有效利用。此外，就運營成本和機械磨損而言，發(fā)電水平頻繁地大幅波動是昂貴的，尤其是在燃燒固態(tài)化石燃料(例如，煤)的發(fā)電廠中。燃燒化石燃料的電力設施進行這樣的過程將包含在燃料中的熱轉換成蒸汽，然后蒸汽驅動用于發(fā)電的渦輪。燃煤利用處理包括煤處理及煤制備單元、帶有燃燒器的鍋爐、灰燼及排放物處理單元、渦輪及發(fā)電相關設備、水處理單元以及輔助設備。煤處理及制備系統(tǒng)包括用于火車、駁船或其他運輸工具的卸載設備、通常儲存
I.5到2個月的生產用煤的煤堆料場、將煤從堆料場載送到工廠的材料處理設備、給煤機、 粉碎設備、以及到鍋爐的燃燒器的給料設備。燃煤發(fā)電廠運轉起來昂貴且復雜，并且過程動態(tài)非常慢。在可以開始發(fā)電之前，燃煤發(fā)電廠需要多個小時來做準備，這使得在低需求期期間斷閘不經濟。同時，出于工廠完整和運轉安全的考慮，發(fā)電單元必須與其負載緊密同步。如果需求降低到臨界值以下的水平， 則煤燃料無法單獨充分保持鍋爐的必要熱條件，必須與煤一起使用諸如柴油的其他燃料以將鍋爐保持在適當條件下。這是所不期望的情況，這種情況增加了運營開銷。為了減少高需求期和低需求期之間的負載差異從而均衡輸出需求，設施實行積極的使用時間定價策略以鼓勵客戶減少高需求期期間的消耗而增加低需求期期間的消耗。盡管高需求期的電價會是低需求期的電價的幾倍，但僅有該策略不總是足以彌合需求差異。已提出了許多不同解決方案用以儲存在低需求期期間產生的過量的電以供在高需求期期間使用。在這些已提出的解決方案中有如下的解決方案在低需求期間將水抽到高海拔處并在高需求期期間反過來利用該水驅動水力發(fā)電單元。該方法公知為“抽水蓄能”，并且用在全世界包括美國在內的若干地區(qū)。抽水蓄能需要大的資本成本并且對環(huán)境的影響大。US 3，631，673提出了通過儲存壓縮空氣在非高峰時間累積能量。在高峰時間，壓縮空氣驅動氣渦輪。US 5，491，969提出了采用壓縮空氣用于燃燒氣渦輪中的燃料(然后關閉常規(guī)壓縮機)。US 3，849，662公開了一種燃燒通過在蒸汽渦輪中對煤的氣化而獲得的煤氣的發(fā)電廠。將在非高峰時間內產生的煤氣儲存在加壓保持器中，并在高峰期間將其在氣渦輪內燃燒。
美國超過30%的電力是由煤產生的。美國的煤產量是每年11億美噸。這些煤中超過90%的煤用于發(fā)電。按目前的消耗水平，美國的煤儲量將能維持250年?？梢躁P于諸如熱值、水分含量、揮發(fā)物質含量、灰燼含量以及硫含量的各種屬性對煤的質量進行評估。各個屬性或多或少地影響使用煤的方式、其燃燒特性，因而影響其經濟價值。這些屬性隨煤礦床而不同，此外，在給定礦床內，煤的特性也會顯著不同。礦床(例如，在懷俄明州和蒙大納州的粉河盆地(PRB)中碰到的礦床以及在全世界的其他類似礦床)包含被公知為“低級”煤的煤。低級煤包括亞煙煤和褐煤(lignite coal)并且也稱為褐色煤。這些煤的水含量相當大，達到遠超過30%的水平。關于煤的水分含量，在本申請中將依照下面由美國測試和材料協(xié)會(ASTM)所給出的定義和標準方法。如根據§ 870. 19(a)或§ 870. 20 (a)(通過引用合并于此)所確定的，總水分指的是在對溫度、時間和氣流進行嚴格控制的情況下大氣中的重量損失的量度；如所確定的，固有水分指的是作為煤層的整體部分而存在的處于其自然狀態(tài)的水分，包括孔中的水，但是不包括存在于宏觀可見裂縫中的水；過暈水分指的是:針對高級煤根據§ 870. 19或者針對低級煤根據§ 870. 20 (通過引用都合并于此)而計算出的總水分與固有水分之間的差。在本申請中，“過量水分”將被稱為“表面水分”；低級煤指的是C級亞煙煤和褐煤；高級煤指的是無煙煤、煙煤以及A級亞煙煤和B級亞煙煤。在ASTM D1412_93(通過引用合并于此)中概括了對固有水分進行估計的實驗室過程。在ASTM文獻中還確定了用于估計的煤樣本集合。簡而言之，如下是該實驗室過程。將煤研磨成細粉末，將其暴露于戶外一定時期從而使煤的表面水分大部分變干，煤的殘留表面水分等于環(huán)境濕度。假設煤中的殘留水分是固有水分。然后將煤在烤爐中加熱，根據質量損失來計算固有水分含量。煤中有兩種不同類型的水分表面水分和固有水分。表面水分是煤顆粒中包含的水，這可能是在正常情況下通過將水物理地澆到煤上而使煤變濕的結果，例如下雨或噴灑系統(tǒng)的情況。將煤顆粒暴露于諸如太陽的熱源、或熱氣流、或者諸如離心機的物理干燥機構中可以去掉表面水分。固有水分是幾乎從煤顆粒形成時起就鎖在其內部的水，或者是在長期高壓的過程中滲透到煤顆粒中的。固有水分通常鎖在煤顆粒的毛細管中或者與煤化學結合，并且除非以高溫和/或高壓的形式使用更極限的力量，否則不能通過用于干燥表面水分的處理而將其驅出。傳統(tǒng)的針對固有水分的煤脫水或干燥處理很復雜并且是在極限條件下進行的。這些處理大多數(shù)基于如下技術通過傳統(tǒng)加熱對煤顆粒進行加熱，將壓力引入系統(tǒng)或在系統(tǒng)中形成壓力。處理中的合力將固有水分從煤顆粒中排出。在這種類型的處理中處理過的煤的最終水分含量主要取決于在該處理內所具有的環(huán)境條件。最終結果是將煤中的固有水分干燥到低水平需要大量能量并且需要使煤長時間處于干燥處理?，F(xiàn)有的脫水技術利用傳統(tǒng)的熱傳導處理使水從煤顆粒中蒸發(fā)。這些處理的缺點在于以下事實從外向內對煤顆粒進行加熱以使水蒸發(fā)。已知煤是對熱傳導具有非常高的抗性的隔熱體，因為對各個煤顆粒及其環(huán)境進行加熱浪費了許多熱，同時溫度梯度必須大到足以克服煤顆粒對熱傳導的高抗性，所以這導致了低效率。這種加熱有風險并且需要特別小心，因為使煤處于高溫會將其點燃。用于對低級的固有水分高的煤進行改良的脫水處理從歷史上就面臨兩個主要缺點，這限制了工業(yè)脫水系統(tǒng)的大規(guī)模應用。迄今生產的低級改良煤已展現(xiàn)出低自動點燃點， 與包括低級原煤的其他煤相比發(fā)生自燃更快。在試驗中發(fā)現(xiàn)，當將一堆經脫水的煤暴露于氣流多個小時(通常少于72小時)時，煤到達發(fā)生自燃或自動點燃的溫度。煤顆粒的自加熱和自燃成為固有水分含量高的原煤的共有問題，但是這些事件通常在數(shù)日和數(shù)周的較長期戶外暴露之后才發(fā)生。脫水處理加重了該現(xiàn)象，脫水處理顯著提高了表面積對體積的比， 因而使得煤顆粒更活躍地吸收空氣濕氣，進而縮短了改良煤的保存期限。在對煤進行脫水時觀察到的另一問題是產生了大量的煤粉。因為經干燥的煤更脆，所以經干燥的煤離開處理之后的每次轉移都會進一步減小煤顆粒的大小并產生更多的煤塵。經干燥的煤沒有像濕煤一樣將小顆粒收于其表面上的固有能力。這導致放出灰塵般大小的顆粒并在運輸時丟失，并且引起火災或爆炸的風險高。1999年10月的“The Australian Coal Review”中第27頁的文章論述煤的干洗， 即，在不用水浮選的情況下將煤與下腳料(巖石)分離。在該干洗處理中，所給送的煤的水分含量不應達到使顆粒粘在一起(這是表面水分的作用)的水平。因此，低級煤可以具有相當高水平的固有水分并且表面仍然干燥且適于進行干洗。該文章提出了可以采用熱干燥將表面水分降低到足夠低的水平，并且推薦將煤在帶上傳送通過微波干燥器。在這種類型的干燥器中，水易于吸收熱能并且蒸發(fā)，而煤未被加熱。US 4280033公開了用于煉焦或氣化高級粉狀煤的MW干燥設備及處理。該設備包括穿過封閉處理區(qū)的循環(huán)傳送帶、位于煤帶的相對側的電極板、以及使熱氣經過該帶以去除濕氣的鼓風系統(tǒng)。US 4259560公開了用于導電粉末材料(尤其是煉焦之前的煤)的■加熱/干燥方法。進行粉碎以避免形成電弧。通過IR檢測器測量可以實時調節(jié)水分含量。利用電磁輻射(EMR)從煤中去除各種雜質也是公知的。在這點上，參考 S. Weng 的“Mossbauer analysis of microwave desulferization process of raw coal，，(1993) ;Uslu 等人的“Effect of microwave heating on magnetic separation of pyrite，，(2003);以及 Marland 等人的“Microwave embrittlement and desulpherisation of coal” (1998)。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及用于改良固態(tài)化石燃料(例如在此使用的煤)的新穎的能量管理系統(tǒng)和處理。更具體地說，本發(fā)明是關于以改良煤的形式儲存在低需求期期間產生的便宜電以供在電成本高得多的高需求期期間使用的處理。本發(fā)明將在低需求期期間產生并儲存電并用于在高需求期期間產生高價電的商業(yè)方法與允許這種儲存的物理方法相結合。在本發(fā)明的方法中，在低需求期期間(例如在夜間)消耗低成本電來改良低成本低熱值的化石燃料以用作高成本高熱值燃料的替代品。儲存經改良的燃料并全天(尤其在高需求期期間)將其用在發(fā)電單元中以產生可在零售能量市場以高得多的價格賣出的電。根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種在電力消耗展現(xiàn)出不同需求的時段的電力市場中管理在低需求期期間產生的電力的方法。該方法包括在低需求期期間通過電磁輻射 (EMR)干燥來改良固態(tài)化石燃料以及利用經改良燃料。所述利用優(yōu)選地包括至少在高需求期期間燃燒所述經改良化石燃料來發(fā)電。然而，所述利用還可包括在另一熱消耗工業(yè)過程中燃燒該燃料或者將該燃料賣給另一商業(yè)實體。所述管理方法對應用于發(fā)電廠尤為有用，其中，通過由同一工廠產生的電力來進行所述改良。優(yōu)選的是，也在同一工廠處儲存并燃燒經改良化石燃料用于至少在高需求期期間進行發(fā)電。優(yōu)選的是，經改良并儲存的在低需求期期間產生的化石燃料的量包括在高需求期期間同一工廠用于發(fā)電的所有燃料消耗。更優(yōu)選的是，經改良并儲存的化石燃料的日平均量至少包括同一工廠用于發(fā)電的日平均燃料消耗。優(yōu)選的是，在所述方法中使用的EMR干燥包括將經改良化石燃料中的固有水分含量減少50%或更多。根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種對固態(tài)化石燃料進行改良的方法。該方法包括通過EMR對固態(tài)化石燃料進行脫水，以使經改良化石燃料中的固有水分含量至少減半。 每日通過電脫水處理而獲得的經改良化石燃料的量與發(fā)電廠或/和另一工業(yè)過程的日消耗相稱。所述固態(tài)化石燃料可以是固有水分含量高的低級煤、油頁巖、浙青砂、亞煙煤等。 然而，可以將初始固有水分低的高級煤進一步干燥為固有水分低至1%。所述方法可以在由于其他消耗者導致的電力消耗展現(xiàn)出不同的需求時段的情況下最好地執(zhí)行，在電力消耗的低需求期期間執(zhí)行電脫水處理。優(yōu)選的是，通過使用由發(fā)電廠燃燒處于改良狀態(tài)的化石燃料而產生的電力來執(zhí)行 EMR脫水處理。更具體來說，在如下情況下執(zhí)行EMR脫水處理發(fā)電廠具有日發(fā)電峰值地運轉，并且主要在發(fā)電的非高峰時間內執(zhí)行干燥處理。所述方法包括如下步驟儲存在非高峰時間內獲得的經改良化石燃料，并使用所述經改良化石燃料用于在每日高峰期間發(fā)電。優(yōu)選的是，在非高峰時間內獲得的經改良化石燃料的量至少包括發(fā)電廠的日消耗或者兩個隨后的低需求期之間的時段的消耗。這在根本上降低了脫水處理的運營成本。在EMR干燥之前可以通過熱氣驅散表面水分。優(yōu)選的是，通過微波輻射執(zhí)行EMR干燥。本發(fā)明的方法特別提供了 通過電磁輻射在低溫和低壓下對低級固態(tài)化石燃料進行脫水(干燥)。該方法需要的啟動和關閉時間很短，這適合于在短時間內的可中斷操作， 并且具有小的占地面積(footprint)，這使得可將該方法布置在發(fā)電廠內部或旁邊。使用該方法在低需求期期間對低級煤進行改良以生產第二天的需求用煤可以為設施在燃料花費方面一年節(jié)省上百萬美元。所述物理脫水處理基于將固態(tài)化石燃料暴露于高頻電磁輻射?；谳椛涞拿撍幚砭哂袃?yōu)于其他處理的許多好處。輻射脫水是在大氣壓力下執(zhí)行的，不需要對燃料顆粒自身進行加熱。該處理的啟動過程及其關閉都快，這使得該處理適于由利用低成本電的需要所限制的不連續(xù)且可中斷的操作。此外，輻射能夠比其他技術更有效在于對燃料顆粒進行脫水不需要將水完全蒸發(fā)，因為一些水會被機械地從燃料顆粒驅散。與現(xiàn)有的涉及極限熱和壓力條件的固有水分脫水處理(其需要大的空間并且通常被布置在燃料源附近)不同，本發(fā)明的方法可以利用小的占地面積實現(xiàn)，它安靜、環(huán)保并且易于操作，這使其適于燃料價值鏈的兩側，即源側以及設施側。所述處理的一個基本前提是使燃料顆粒經受無線電、微波或更高頻率的電磁輻射。輻射強度(即，燃料的單位體積能量密度)和輻射頻率可以在考慮了所有相關因素的情況下根據需要而變化。所述處理的另一重要前提是使用低需求期期間的便宜電對燃料進行脫水和改良，該燃料用于在全天(尤其在高需求期期間)產生更貴的電。這將一種新穎的手段引入到設施中，通過該手段可在低需求期期間產生并儲存在燃料內的電用在高需求期期間來產生更高的收入。當將所述處理布置在設施的發(fā)電單元附近時，在很大程度上，可以將該處理與設施現(xiàn)有的燃料處理設備整合，從而節(jié)省了大的資本開銷。在此情況下，在粉碎單元之前的一級執(zhí)行脫水處理，粉碎單元將燃料固體磨成粉末然后將該粉末給送至鍋爐的燃燒器。在這種情況下，可以通過傳統(tǒng)和現(xiàn)有的材料處理設備將低級燃料從堆料場取出。然后燃料可通過傳統(tǒng)加熱(即，熱氣體的蒸汽)進行干燥，然后通過輻射單元?？蓛Υ娼浢撍?經改良) 的燃料供日后使用，或者可使其從輻射單元直接流動到現(xiàn)有的粉碎單元中。然后可以繼續(xù)進行正常的發(fā)電廠操作處理。當儲存經改良燃料供日后使用時，可以使用現(xiàn)有的或新的封閉儲存設備，例如，倉庫或筒倉或任何其他封閉的干燥材料儲存單元。然后可將該燃料直接給送至粉碎單元，并重新進入正常的發(fā)電廠處理。在封閉儲存環(huán)境以及受控條件下保存經改良燃料延長了其保存期限并降低了不期望的點燃的風險?？蓪⒗鄯e的燃料儲存在筒倉、倉庫或任何其他儲存裝置中。在儲存期期間，可以用惰性氣體(例如，氮氣或二氧化碳)凈化儲存設備，從而防止燃料和細粉燃燒。在使低級固態(tài)燃料經受輻射之前，可改變該燃料的大小?？梢园慈魏芜m當方式 (例如，通過分級或碾磨)來這樣做。此外，在粉碎步驟期間執(zhí)行顆粒的大小改變，該粉碎步驟發(fā)生在脫水處理之后以及將該燃料給送至燃燒器之前。通過EMR對低級燃料進行干燥產生細粉，經輻射的燃料展現(xiàn)出脆的特性，可以證明該特性在粉碎單元中是有利的。本發(fā)明的方法使得可以在空間和時間都靠近化石燃料消耗處的地方對化石燃料進行改良，從而經干燥的化石燃料不需要大量額外處理(例如，運輸)。緊隨干燥之后，可使燃料經受進一步的大小減小處理，即粉碎。因此，在運輸時不會損失煤粉，從而減小了引起火災和爆炸的風險?？梢耘刻幚砣剂?，但是優(yōu)選的是半連續(xù)或連續(xù)地處理燃料。因此，可以在適當?shù)倪\輸裝置上將燃料運輸通過或經過一個或更多個電磁輻射源。這種裝置優(yōu)選地對電磁輻射遲鈍。任何適當?shù)牟牧峡捎糜谶\輸裝置，例如可使用傳送機或由對輻射遲鈍的材料(例如，陶瓷或不銹鋼材料)制成的其他運輸裝置。這確保了不會不必要地浪費能量對處理中對將鎖住的水分從燃料顆粒驅出這一主要目的沒有貢獻的元件進行加熱。
可以按一級或更多級使燃料經受輻射。適當頻率的電磁輻射激發(fā)鎖在燃料顆粒內的水分子，因此提高了水溫從而將水從燃料中驅出并釋放。這繼而可以提高燃料顆粒的溫度。較高的水溫減小了表面張力效應，從而減小了將水鎖在燃料顆粒中的毛細管內的力，并且脫水處理變得更有效。還可以改變各級的物理特性。例如至少在一級中，可使燃料在存在適合惰性氣體 (例如，氮氣或二氧化碳)的情況下經受電磁輻射，所述惰性氣體擔當用于防止燃料燃燒的抑燃劑并且抑制可能形成的會導致爆炸的情況。該氣體還可對經處理的燃料進行加熱以使其表面水分干掉，所述表面水分可以是原來就包含在該燃料中的或者是在輻射處理期間形成的。在大多數(shù)情況下，輻射處理所釋放的水蒸汽是潔凈的并且可被釋放到大氣中?？墒谷剂辖浭芾鋮s步驟，該冷卻步驟也會去除水蒸汽，之后可篩選并回收干燥燃料。還可要求將脫水的煤顆粒保存在特定環(huán)境條件下以驅散所有過量表面水分，這些水分可能是作為輻射的結果而累積的。根據本發(fā)明的下一方面，提供了下面的用于實施以上方法的系統(tǒng)。一種在包括燃燒器的發(fā)電廠中通過燃燒固態(tài)化石燃料來產生能量的系統(tǒng)包括 EMR干燥設備，用于對所述固態(tài)化石燃料進行改良；和運輸裝置，用于將經改良的固態(tài)化石移動到所述燃燒器。所述EMR設備適于將所述經改良的固態(tài)化石燃料中的固有水分含量減少50%或更多。該系統(tǒng)優(yōu)選地包括儲存裝置，該儲存裝置適于儲存至少與所述發(fā)電廠的日消耗相稱的量的所述經改良的固態(tài)化石燃料。一種生產用于在諸如發(fā)電的工業(yè)過程中燃燒的經改良的固態(tài)化石燃料的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括EMR干燥設備，其適于將所述經改良的固態(tài)化石燃料中的固有水分含量減少 50%或更多；和儲存裝置，其適于儲存至少與所述工業(yè)過程的日消耗相稱的量的所述經改良的固態(tài)化石燃料。一種生產經改良的固態(tài)化石燃料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括EMR干燥設備，該EMR干燥設備適于將所述經改良的固態(tài)化石燃料中的固有水分含量減少50 %或更多，該EMR干燥設備適于處理以下之一低級煤、油頁巖、浙青砂。根據本發(fā)明的又一方面，提供了一種按照上述方法或在上述系統(tǒng)中通過EMR干燥而獲得的經改良的固態(tài)化石燃料。我們的試驗顯示出所述經改良的燃料提高了熱值或減少了排放物，同時其經濟價值也得到了提高。


為了理解本發(fā)明并且明白在實踐中如何實現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖I僅通過非限制性示例來描述實施例，圖I是根據本發(fā)明的方法的低級煤干燥和利用的示意圖。
具體實施例方式參照圖1，在如本發(fā)明的背景技術部分所述的在發(fā)電設施中的煤燃燒的現(xiàn)有處理的背景下，來描述根據本發(fā)明的處理和系統(tǒng)的一個示例的步驟和部件。出于例示的目的，圖 I示出了對煤進行脫水的處理，但是其類似地適于任何其他固態(tài)化石燃料。所描述的處理被設計成在煤堆料場和向粉碎設備進行給送的煤倉之間進行。
用于實施該處理的生產方案包括以下主要部件煤庫10、煤制備單元12、裝載站 16、微波干燥設備20、冷卻及硬化單元34、干煤儲存單元66、粉碎單元68、以及水處理設備 30。該方案的其他部件將變得更加清楚。在該圖中，封閉區(qū)域8表示本發(fā)明的處理，而位于該封閉區(qū)域之外的部分表示設施處現(xiàn)有的處理。低級濕煤存儲在庫10中，并使用適當技術將其給送到煤制備單元12，在煤制備單元12中改變煤的大小。如果有必要，則可以按任何適當方式將煤進行分級或碾磨。然后將煤傳遞到裝載站16，在裝載站16處將煤傳送到運輸裝置(例如，傳送機)， 該運輸裝置對微波輻射是透明的并且能夠承受處理溫度而不會導致機械損傷。在合適的傳送機(未示出)的構造中可以使用例如陶瓷、塑料或不銹鋼材料，這些材料不會被微波輻射加熱并且不會顯著地衰減這種輻射。裝載站16使用常規(guī)的材料處理系統(tǒng)。如果采用批量或連續(xù)處理策略，則該設計針對各個具體應用可以不同。在批量操作中，在MW設備20中以特定輪廓載入煤，干燥所需的能量取決于輻射時間。在連續(xù)操作中，煤移動通過微波干燥設備20,干燥所需的能量取決于移動速度。微波干燥設備20包括外殼和多個微波輻射源(未示出)。該外殼由諸如不銹鋼的特殊材料制成并且進行屏蔽以使微波輻射不會從外殼逸出，從而確保環(huán)境是電磁安全的， 并且控制所釋放的水蒸汽和氣體。該外殼還被設計成將電磁輻射直接集中到煤上，從而使得干煤產量相對于能量輸入最大化?？梢允褂么趴毓芑蚱渌线m的技術制造MW輻射源。考慮到所有相關情況，各個源的輻射頻率以及外殼中所具有的能量密度可根據要求而不同。類似地，可以考慮脫水處理的效率來改變煤經受輻射的時長。根據處理情況，受迫空氣或惰性氣體(例如，氮氣或二氧化碳)從源22導到設備
20。注入受迫空氣或惰性氣體用來保持外殼內的低濕度環(huán)境。由于從煤中釋放的水以及由于該處理的溫度低，導致外殼內潮濕。從煤中釋放出大量水蒸汽28。通過注入外殼內的空氣或惰性氣體22將這些水蒸汽驅散到大氣中。在從煤中釋放出過量的水的情況下，可將從該單元排出的水24導到水處理設備 30。當可將從煤中去除的水排放到環(huán)境中時，可以不需要該處理。麗干燥設備20例如可包括單個級。根據所需脫水程度以及正在脫水的煤的量， MW干燥設備20也可由多個級制成?？梢员舜瞬⑿谢虼械囟询B多個MW設備單元。并行單元用來增加整個處理的容量，而串行單元用來單獨地增加各個線的容量。從設備20出來的干煤被導到煤冷卻及硬化單元34。在這一級，煤可能包含表面水分，這是通過電磁輻射而驅散固有水分的結果(參見下文)?？蓪睦鋮s及硬化單元30出來的經改良煤64導到干煤封閉儲存單元66或設施的處理的下一級，該下一級通常是粉碎單元68，其制備燃燒用煤。儲存單元66的大小設定為容納足以度過其中MW輻射設備不工作的發(fā)電高負荷期的經改良煤。還可將惰性氣體70引入封閉儲存單元66以將煤保持在不易點燃或著火的狀況下。如圖I中的分隔虛線所示，封閉儲存單元66可以是現(xiàn)有設施結構的一部分，或者可以是專門添加上的用以容納由干燥處理產生的經改良煤。旁路連接72提供了冷卻及硬化單元34與粉碎單元68之間的直接連接。該旁路可在發(fā)電的低需求期期間工作。該處理的操作模式是將煤用作儲存能量的容器，其中使用便宜的電力對在高需求期期間使用的煤進行改良。該策略還在以下方面使設施受益該策略保持發(fā)電廠在低需求期期間以特定負荷運轉，因而產生了全天的更平衡且穩(wěn)定的負荷特性，從而使發(fā)電穩(wěn)定。該處理要求的啟動和關閉時長還相對較短。為了減少整個處理所需能量的成本，MW設備單元應該具有在對電的需求最低時足以在大約幾小時內對一整天的運轉所需的量的煤進行干燥的處理能力。這要求該處理僅工作特定幾個小時，并且隨著全天的需求變化而開啟和關閉。本發(fā)明的示例性處理在煤堆料場10處脫離設施的常規(guī)處理并在對粉碎單元68的輸入處返回常規(guī)處理。封閉儲存設備66被設計成容納用于高需求期的煤，并且具有可以度過脫水MW設備20不工作時的高需求期的儲存容量。雖然采用MW輻射作為示例,但是還可使用其他電磁輻射。電磁輻射對鎖在煤顆粒內的固有水分進行加熱。當該水被加熱時，導致煤顆粒內的壓力增加，這用作使水蒸汽逸出各個煤顆粒的驅動力。在水蒸汽到達煤顆粒的表面的途中，水蒸氣可以機械地帶上鎖在顆粒內的其他水。該處理會增加輻射的熱產量，因為不必將所有固有水分蒸發(fā)以使其從煤顆粒逸出。結果是，處理條件保持在相對低的溫度下，并且不是所有從煤中釋放出的水都處于蒸汽相。可以通過機械裝置將液態(tài)水從煤的表面驅出并從外殼內去除。注入受迫空氣或惰性氣體22用作去除過量的水的方法，但是其他方法也可以。在適度處理條件下通過高頻電磁輻射對低級煤(例如，粉河煤)進行的在下面示出的脫水試驗證明可將固有水分從25%以上的水平減少到1%到2%的水平。此外，試驗顯示出該處理還適于具有6%到10%的初始低固有水分的高級煤，可將其固有水份減少為低至1%。此外，對煤的EMR干燥證明保留了其揮發(fā)物質含量，這是煤的熱值及其在鍋爐內的快速燃燒能力的關鍵屬性。通過EMR來改良固態(tài)化石燃料的處理有豐富的易于控制的處理變量，例如，輻射水平、輻射時間、顆粒大小和其他使處理易于控制和優(yōu)化的因素?！康脑璓RB煤被運到位于以色列海法的實驗室用于初始試驗。在輸出功率為 900瓦特且頻率為2，450MHz的家用微波爐中對樣本進行了處理。除了經處理的煤之外還分析了原煤的樣本，下面的表I是這些試驗的概要表I
1權利要求
1.一種在具有用于產生電力的化石燃料發(fā)電廠和能夠消耗所述電力的用戶的電力網中儲存能量的方法，其中，所述用戶在高需求時期和低需求時期之間的電力消耗是變化的， 并且所述化石燃料發(fā)電廠能夠使用低級化石燃料和高級化石燃料，所述高級化石燃料在單位質量上相比所述低級化石燃料具有更多的能量，所述化石燃料發(fā)電廠能夠在一個時段中進行具有高輸出和低輸出的可變的能量輸出并且消耗可變量的化石燃料，所述方法包括以下步驟a、在所述高輸出和所述低輸出之間定義能量的中級輸出，在所述時段期間所述化石燃料發(fā)電廠處于所述中級輸出或者在所述中級輸出以下，并且所述電力消耗是低的，所述化石燃料發(fā)電廠具有過量的能量輸出；b、使用所述過量的能量輸出來向包括電磁輻射部的化石燃料改良裝置提供電力，以處理低級化石燃料并生成更高級的化石燃料，并且在所述化石燃料發(fā)電廠具有過量的能量輸出的時段期間將在單位質量上相比所述低級化石燃料具有更多的能量的所述更高級的化石燃料儲存在包括存有惰性氣體以防止點燃的容器的儲存部中，所述儲存部的大小被設計為存有允許所述化石燃料發(fā)電廠在對所述更高級的化石燃料的所述高需求時期期間大體上保持在有效的運轉水平的更高級的化石燃料的量，或者被設計為存有在過量的能量輸出的時段期間所生成的更高級的化石燃料的量；以及C、使用低級化石燃料和高級化石燃料來使所述化石燃料發(fā)電廠運轉，其中，高級化石燃料和低級化石燃料的比率隨時間變化，高級化石燃料的所述比率在所述電力消耗處于高需求的時段期間增大，并且低級化石燃料的所述比率在所述電力消耗處于低需求的時段期間增大，以在高需求時期期間使用儲存在所述更高級的化石燃料中的能量并且在低需求時期期間以生成更高級的化石燃料的形式儲存過量的能量來大體上保持在有效的運轉水平。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，所述儲存步驟以允許所述化石燃料發(fā)電廠在對所述更高級的化石燃料的所述高需求時期期間大體上保持在有效的運轉水平的量來生成更高級的化石燃料的儲存。
3.根據權利要求I所述的方法，其中，所述低需求時期和所述高需求時期是循環(huán)的。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述時期在一天中是循環(huán)的。
5.根據權利要求I所述的方法，其中，所述化石燃料被改良以除去至少5%的固有水分含量。
6.根據權利要求I所述的方法，其中，所述低級化石燃料和所述更高級的化石燃料從由低級煤、高級煤和等級在褐煤、亞煙煤與煙煤之間、油頁巖和浙青砂中的燃料組成的多個組中的一個或更多個組中選出。
7.根據權利要求I所述的方法，其中，對所述更高級的化石燃料的處理除去一種或更多種雜質。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述雜質包括由硫和灰組成的組中的至少一種成分。
9.根據權利要求I所述的方法，其中，所述電磁輻射是微波輻射。
10.一種用于針對具有低需求時期和高需求時期的電力網產生電力的裝置，所述裝置包括a、更低級的化石燃料的源，所述更低級的化石燃料的源與輸送系統(tǒng)連通；b、輸送系統(tǒng)，所述輸送系統(tǒng)用于從所述源接收所述更低級的化石燃料，并且從儲存部接收至少一種更高級的化石燃料，并且將所述更低級的化石燃料和所述更高級的化石燃料輸送至燃燒器；C、燃燒器，所述燃燒器與所述輸送系統(tǒng)連通，用于消耗所述更低級的化石燃料和所述更高級的化石燃料，所述燃燒器向發(fā)電機提供動力；d、發(fā)電機，所述發(fā)電機針對所述電力網從來自所述燃燒器的熱能生成電力，所述發(fā)電機和所述燃燒器能夠在低輸出和高輸出之間運轉，并且具有在所述低輸出和所述高輸出之間的有效的運轉模式，所述燃燒器和所述發(fā)電機能夠在低需求時期期間在所述有效的運轉模式中運轉以生成過量的電力；以及e、化石燃料處理設備，所述化石燃料處理設備與所述輸送系統(tǒng)連通，以當所述燃燒器和所述發(fā)電機在有效的運轉模式中運轉并且由過量的電力提供電力時在所述低需求時期期間接收低級化石燃料以生成更高級的化石燃料，所述化石燃料處理設備還包括由所述過量的電力提供電力以輻照燃料來生成更高級的化石燃料的電磁輻射部，并且還包括包含用于所述更高級的化石燃料的容器的至少一個儲存部，所述儲存部的大小被設計為至少是從由在輸出過量的能量的所述時期期間預計要生成的量或者在需求大于低級化石燃料的所述有效水平期間預計要被使用的量組成的組中選出的更高級的化石燃料的量，用惰性氣體凈化或充滿所述容器以防止點燃；其中，所述儲存部在低需求時期期間接收所述更高級的化石燃料，從而儲存過量的能量，并且在高需求時期期間將所述更高級的化石燃料釋放至所述輸送系統(tǒng)，從而利用所述過量的能量，以允許所述燃燒器和所述發(fā)電機在所述有效的運轉模式中運轉。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中，所述化石燃料處理設備執(zhí)行由粉碎、干燥和去除雜質組成的改良的組中一種或更多種處理。
12.根據權利要求10所述的裝置，其中，高需求時期和低需求時期在一個時間段中是循環(huán)的。
13.根據權利要求12所述的裝置，其中，所述時間段是一天。
14.根據權利要求10所述的裝置，其中，所述電磁輻射是微波輻射。
15.一種在包括燃燒器的發(fā)電廠中通過燃燒固態(tài)化石燃料來產生能量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于執(zhí)行發(fā)電的工業(yè)過程，該系統(tǒng)包括用于對所述固態(tài)化石燃料進行改良的電磁輻射干燥設備，以及下述設備中的至少一個運輸裝置，用于將經改良的固態(tài)化石移動到所述燃燒器；和儲存裝置，該儲存裝置適于儲存至少與所述工業(yè)過程的日消耗相稱的量的所述經改良的固態(tài)化石燃料。
16.根據權利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射干燥設備適于將所述經改良的固態(tài)化石燃料中的固有水分含量減少50%或更多。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)電廠的能量管理。本發(fā)明提供了一種在電力消耗展現(xiàn)出不同的需求時段的電力市場中管理在低需求期期間產生的電力的方法。該方法包括以下步驟在低需求時段期間通過電磁輻射干燥來改良固態(tài)化石燃料；以及對所述經改良的燃料進行儲存和利用。所述燃料利用可包括在高需求期期間燃燒用以發(fā)電、在另一熱消耗工業(yè)過程中燃燒、或者將該燃料賣給另一商業(yè)實體。在該方法中使用的電磁輻射干燥包括將在經改良的化石燃料中的固有水分含量至少減半的步驟。
文檔編號F23G5/04GK102588991SQ201210073149
公開日2012年7月18日 申請日期2004年11月24日 優(yōu)先權日2004年8月5日
發(fā)明者伊萊·巴爾內亞, 伊薩克·亞尼夫, 本·齊翁·利夫內 申請人:微煤公司