專利名稱：輥壓機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型描述了一種適用于從低階煤產(chǎn)生高能量內(nèi)含物的固體燃料的新穎的輥壓機。從這些輥所產(chǎn)生的固體燃料產(chǎn)品抗吸水且用于漿進料(slurry-fed)的氣化和液化系統(tǒng)的理想原料。
背景技術(shù)：
研究者試圖減小在低階煤中的固有水分以試圖形成高能漿。提出了各種方法來在制漿之前處理原料LRC。它們包括通過直接接觸高溫氣體來進行熱干燥，通過使煤接觸高溫表面來進行間接干燥，和熱液(hydrothermal)處理(其中煤浸沒于保持在高溫和高壓的填充了水的容器中)。這些方法被證明是令人不滿意的，這歸因于過高的成本和所產(chǎn)生的產(chǎn)品當在將制漿過程中浸沒于液體水中時再吸收水分。因此，仍然需要有效且具有成本經(jīng)濟的機械來制備低階煤以用于氣化和液化。
實用新型內(nèi)容本實用新型提供用于高效處理低階煤(LRC)以減小固有水分且防止在浸沒時再吸收水分的機械機構(gòu)。這些過程機械地且有效地將原料低階煤在高壓下轉(zhuǎn)變以使孔隙結(jié)構(gòu)瓦解，從而排出在孔隙中包含的水，且使得孔隙崩潰以防止液體水再進入，得到理想地適于氣化和液化過程的固體燃料產(chǎn)品。本實用新型的輥和輥壓機產(chǎn)生高持續(xù)力，這種高持續(xù)力用于使得低階煤材料孔隙結(jié)構(gòu)瓦解，將水逐出到被壓 實材料的表面。濕的壓實材料然后被進給到低溫或環(huán)境溫度干燥裝置，在其中使較大比例的水從材料表面蒸發(fā)。因為蒸汽排出，在低溫操作本實用新型最小化材料氧化和產(chǎn)品中孔隙打開。本實用新型提供適用于處理褐煤、亞煙煤和可用于向煤氣化器進料的固體碳質(zhì)材料的新穎的機械設(shè)備。包含在低階煤的孔隙中的較大比例的水分(常常占總水分的多達40%或更多)能在高壓下利用機械手段高效移動(mobilized)。原本會稀釋包含在包括低階煤的有機材料中的能量的移動的水通過低溫干燥方法或其它手段來移除。高壓提供使孔隙瓦解的益處以在漿加工期間粒子浸沒時防止液體再進入粒子。根據(jù)本申請的一個主要方面，提供一種輥壓機，其包括第一與第二反向旋轉(zhuǎn)的輥，其中第一輥和第二輥各包括帶脊弧段和谷弧段組合的周向輪廓，所述脊弧段和谷弧段繞所述輥的圓周以相等的間距重復(fù)，脊弧和谷弧由直的切線段連接；輥壓機被配置成以定時反向旋轉(zhuǎn)的方式來旋轉(zhuǎn)第一輥和第二輥，以在其反向旋轉(zhuǎn)期間分別使第一輥和第二輥的峰和谷匹配在一起。

圖1示出了兩個相同的輥，它們定時地峰對谷地反向旋轉(zhuǎn)以提供有效的壓實、高生產(chǎn)率和低比能耗(specific energy consumption)。[0009]圖2示出了輥輪廓的詳細視圖，其允許進給材料停留于壓實區(qū)加長的時段。圖3為壓碎的壓實帶的粒度分布的羅辛-拉姆勒曲線圖(Rosin-Rammler plot)。圖4以粒級示出了壓實的北達科他州褐煤粒子的再吸水率。圖5以粒級不出了壓實的印度尼西亞褐煤粒子的再吸水率。
具體實施方式
本實用新型提供適用于精選固體燃料以在常規(guī)能量提取或燃料生產(chǎn)過程中生產(chǎn)高能燃料的機械設(shè)備。使用本實用新型的輥壓機，粉碎到所需最高粒度的固體燃料可有效地且高效地持續(xù)用充分的力來壓實使得燃料的多孔結(jié)構(gòu)瓦解，從而從固體粒子內(nèi)部到固體粒子表面移動在破裂、空隙和孔隙中保持的水。壓實可在任何溫度執(zhí)行，但優(yōu)選地在環(huán)境溫度執(zhí)行以避免向該加工增添不 必要的能量或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)成本。被粉碎的固體燃料經(jīng)受至少20000kPa的壓實壓力。優(yōu)選地，被粉碎的固體燃料經(jīng)受大于或等于IOOOOOkPa的壓實壓力。優(yōu)選地，壓實壓力不大于300000kPa。更優(yōu)選地，壓實壓力不大于270000kPa。適用于本實用新型的壓實過程的輥壓機的輥具有具體的設(shè)計，其遞送比常規(guī)輥壓機輥設(shè)計的平滑輥更高的容量和更低的能量消耗。用于本實用新型的壓實過程的優(yōu)選輥設(shè)計在下文中詳細描述。使用合并了下文所述的輥壓機輥的優(yōu)選輥壓機械，與使用常規(guī)輥壓機中的平滑輥實現(xiàn)相同或類似壓實所需的能量相比，顯著地減小了壓實步驟的能量要求。能實現(xiàn)多達50%的能量節(jié)省。在輥壓機械中，螺桿將壓碎的材料預(yù)先壓實到輥壓機的輥內(nèi)，從而引導(dǎo)壓碎的進料到輥內(nèi)用于壓實。使用相同進料，與用于驅(qū)動常規(guī)輥壓機的螺桿的能量相比，用于驅(qū)動與本實用新型的輥壓機的輥相關(guān)聯(lián)的輥壓機的螺桿的能量顯著減少。這種減少的驅(qū)動輥壓機螺桿的能量利用造成在操作使用本實用新型設(shè)計的輥的輥壓機中的顯著能量節(jié)省。這種能量節(jié)省將克服驅(qū)動本實用新型的輥壓機的輥所需的增加的能量，與用于驅(qū)動常規(guī)輥壓機的輥所需的能量相比。輥壓機的輥可合并不同的表面處理以增加表面硬度、耐磨損性/耐磨蝕性、耐化學(xué)性和耐熱性。這些處理可施加到波狀輥面上且可基于最終使用要求來進行選擇。例如，表面硬化處理可包括選擇性加熱和表面化學(xué)改造，例如火焰硬化，感應(yīng)硬化、激光束硬化、電子束硬化、滲碳(carburizing)、固體滲碳、氣體滲碳、液體滲碳、離子滲碳、氮化、離子氮化、離子電鍍、離子植入。此外，可使用表面涂層來處理輥壓機輥的表面。表面涂層材料可包括碳化鉻、鑰、鎢、碳化鎢、碳化釩、氮化鈦、碳化鈦、鈷基合金、鎳基合金。這些涂層可通過諸如下列技術(shù)來涂覆=CVD (化學(xué)氣相沉積)、PVD (物理氣相沉積)、PVD濺鍍、PVD電子束、PVD/ARC、電鍍(電沉積)、熱噴涂(諸如等離子體噴涂、爆燃式噴涂、絲電弧噴涂、火焰噴涂、高速氧-燃料涂層噴涂(HVOF)、溫熱噴涂)、冷噴涂、加焊硬面(即，向輥面上焊接硬材料)。在一方面，本實用新型的輥和輥壓機可包括用于控制輥壓機中的碳質(zhì)材料的加工的系統(tǒng)，其包括下列中的至少一個:位置傳感器，其用于監(jiān)控一個或兩個輥的位置；位置控制器，其用于調(diào)整輥的位置；壓力傳感器，其用于監(jiān)控在輥之間的壓力；壓力控制器，其用于調(diào)整在輥之間的壓力；溫度傳感器，其用于監(jiān)控輥的軸承的溫度；以及速度開關(guān)，其用于監(jiān)控輥的運動。圖1示出了輥壓機的壓實輥。輥和輥壓機可應(yīng)用于低階煤進料一通過在輥壓機的兩個反向旋轉(zhuǎn)的輥之間壓縮材料。具有平滑或波紋輪廓的常用輥，由于其設(shè)計，并不在壓實區(qū)內(nèi)維持進料達足夠長的時間來將水從孔隙有效地移動到壓實粒子的表面。如果進料能停留于壓實區(qū)內(nèi)達加長的時段，則發(fā)生更有效的壓實。本實用新型的壓實輥提供更長的壓實時間，因為其輪廓在較寬旋轉(zhuǎn)弧上施加較高的壓實力。圖1示出了本實用新型的兩個相同的反向旋轉(zhuǎn)的棍，每個棍具有起伏的(undulating)周圍表面,該表面以定時峰對谷過程旋轉(zhuǎn)以提供高效壓實、高生產(chǎn)率和低比能耗。參看圖1，兩個壓實輥21旋轉(zhuǎn)22以壓縮在壓實區(qū)24中的進料來產(chǎn)生壓實產(chǎn)品25。由于材料停留相對較長時間，進行有效壓實，因為輥的起伏表面以定時的峰谷互鎖的方式旋轉(zhuǎn)經(jīng)過旋轉(zhuǎn)弧26。圖2提供了優(yōu)選輥輪廓的詳細視圖，其在壓實區(qū)中保持進料達一加長的時段。圖示的起伏外輥輪廓也產(chǎn)生具有相對均勻厚度的壓實產(chǎn)品，從而確保了壓實力在產(chǎn)品的寬度和長度上幾乎相等。參看圖3，具有規(guī)定外徑32和內(nèi)徑39的輥31繞點33旋轉(zhuǎn)以接合進料。輥面上具有一組起伏的形狀，這組起伏形狀由谷34和脊36限定，谷34的中心點沿著直徑35排列，脊36的中心點沿著更小的直徑37排列。直的切線段38連接脊弧與谷弧。這種圖案繞輥的整個圓周以規(guī)定角40重復(fù)以形成包含脊弧和谷弧的組合，脊弧和谷弧由以相等間隔繞輥圓周布置的切線線段連接。谷弧段的半徑等于或小于脊弧段的半徑。規(guī)定切線線段的長度跨越在谷弧段與脊弧段之間的距離。切線線段的長度越大，施加在反向旋轉(zhuǎn)的輥之間的壓實的固體材料上的壓實力就越大。切線線段的長度越大，離開壓機輥的壓實材料的輪廓就越薄。優(yōu)選地，跨越谷弧段與脊弧段之間距離的切線線段的長度大于或等于2mm。更優(yōu)選地，切線線段的長度大于或等于8mm。甚至更優(yōu)選地，切線線段的長度大于或等于15mm。該組合的大小優(yōu)選地使得偶數(shù)個脊/谷弧段繞輥的圓周間隔開。優(yōu)選地，輥的圓周包含至少30個脊弧段/谷弧段組合，更優(yōu)選地，輥的圓周包含至少36個脊弧段/谷弧段組合，且甚至更優(yōu)選地，輥的圓周包含至少40個脊弧段/谷弧段組合。這些輥的切線段在垂直于切線段角度的方向中向進料施加高壓實力。施加壓實力的這種方法最小化在壓實期間在輥與材料之間的滑移(因為在推進材料通過壓實區(qū)中，摩擦力僅起到較小作用)， 這導(dǎo)致更低的比能耗和更高的壓實力。這些能量和力的曲線與使用平滑輥所形成的能量消耗和壓實力截然不同。在平滑輥的情況下，進料必須由在材料與平滑輥面之間形成的摩擦力接合來拖曳材料通過壓實區(qū)。這常常導(dǎo)致在輥與進料之間的滑移且當兩個平滑輥彼此緊鄰時由于它們的幾何形狀僅在相對較小旋轉(zhuǎn)角度期間發(fā)生壓實。同樣，具有波紋輪廓的輥(即，在輥輪廓上在脊與谷之間并不具有直的切線段的輥)并不有效，因為被壓實材料的厚度變化，這是由于在輥彼此緊鄰時輥的幾何形狀造成。實例實例I研究一種低階煤(來自北達科他州的高水分褐煤)來評估制備高固體濃度漿的效果。這些調(diào)查研究的結(jié)果在表1-3中列出。未加工的北達科他州褐煤的樣品被壓碎以通過5mm的篩開口。包含約36wt%水分的原材料在0.5mm除礦泥，利用溫熱的35-g/l硫酸處理持續(xù)I小時，且在具有起伏周圍表面的本實用新型的輥壓機中壓實，本實用新型的輥壓機以定時峰對谷過程旋轉(zhuǎn)以提供以5t/cm輥寬度閉合力的高效壓實設(shè)置。所得到的壓實煤帶在周圍條件(約24°C，30%相對濕度)晾干至約20wt%的水分水平。被部分干燥的帶被二次壓實，且晾干至約16wt%水分含量。重復(fù)這個過程以實現(xiàn)14wt%、10wt°/c^[I 7wt%的水分含量。用研杵和手在研缽中壓碎最終壓實的產(chǎn)品以通過12目。12目以下產(chǎn)品在各個目尺寸被干燥篩選，產(chǎn)品被稱重且結(jié)果在表I中總結(jié)。表I壓碎的壓實帶的粒度分布
權(quán)利要求1.一種棍壓機,其包括第一與第二反向旋轉(zhuǎn)的棍， 其中第一輥和第二輥各包括帶脊弧段和谷弧段組合的周向輪廓，所述脊弧段和谷弧段繞所述輥的圓周以相等的間距重復(fù)， 其中脊弧和谷弧由直的切線段連接；以及 其中所述輥壓機被配置成以定時反向旋轉(zhuǎn)的方式來旋轉(zhuǎn)所述第一輥和第二輥，以在其反向旋轉(zhuǎn)期間分別使所述第一輥和第二輥的峰和谷匹配在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述第一輥和第二輥中的每一個在輥的圓周上包括30至40個的脊弧段和谷弧段組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述第一輥和第二輥在其反向旋轉(zhuǎn)期間在所述第一輥與第二輥的壓實區(qū)中保持進料達加長的時段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述谷弧段的半徑等于或小于所述脊弧段的半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述直的切線段的長度跨越在所述谷弧段與脊弧段之間的距離，且其中所述直的切線段的長度與施加到進料上的力相關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，跨越所述谷弧段與脊弧段之間距離的所述直的切線段的長度為至少2_。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，跨越所述谷弧段與脊弧段之間距離的所述直的切線段的長度為至少8_。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，跨越所述谷弧段與脊弧段之間距離的所述直的切線段的長度為至少15_。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，偶數(shù)個脊弧段和谷弧段在所述輥的圓周上間隔開。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述第一輥和第二輥中每一個包括至少30個脊弧段與谷弧段組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述第一輥和第二輥中每一個包括至少36個脊弧段與谷弧段組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述第一輥和第二輥中每一個包括至少40個脊弧段與谷弧段組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述輥壓機還包括位置傳感器，其用于監(jiān)控一個或兩個棍的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述輥壓機還包括位置控制器，其用于調(diào)整所述輥的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述輥壓機還包括壓力傳感器，其用于監(jiān)控在所述輥之間的壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述輥壓機還包括壓力控制器，其用于調(diào)整在所述輥之間的壓力。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述輥壓機還包括溫度傳感器，其用于監(jiān)控所述輥的軸承的溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥壓機，其特征在于，所述輥壓機還包括速度開關(guān)，其用于監(jiān)控所述輥的運動?！?br> 專利摘要本實用新型提供一種輥壓機，其具有帶起伏外圍表面的輥，輥以定時峰對谷過程旋轉(zhuǎn)以提供高效壓實，適用于將高水分低階煤或其它碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣苣退a(chǎn)品。當原料被具有規(guī)定輪廓的輥的輥壓機械壓實以移動內(nèi)在水分且瓦解大部分間質(zhì)孔隙空間時，移動的水分可通過低溫干燥而移除以形成抵抗再吸收水或其它液體的產(chǎn)品。本實用新型的輥和輥壓機將促進低階煤用于液化和汽化。
文檔編號B30B3/00GK203093062SQ20132000686
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者羅伯特·R·弗倫奇, 羅伯特·A·里夫斯, 帕特里克·B·奧艾爾 申請人:杰拓朗能源有限公司