CN103627466B - 固体化石燃料反应装置 - Google Patents

Abstract

一种固体化石燃料反应装置，包括：反应腔室，至少包括：用于输入待反应固体化石燃料的进料口，以及用于排出已反应固体化石燃料的出料口；其中，所述固体化石燃料反应装置还包括至少一个电磁辐射入口；所述电磁辐射入口至少包括：入口端，嵌入所述反应腔室，用于导入与所述固体化石燃料进行反应的电磁辐射，具有进口窄、嵌入反应腔室的出口宽的结构。本发明固体化石燃料反应装置通过上窄下宽、嵌入反应腔室的入口端对电磁辐射进行导入，大大降低了电磁辐射泄露的风险，实现了固体化石燃料与电磁辐射安全、高效的反应。

Description

固体化石燃料反应装置

技术领域

本发明涉及固体化石燃料处理工艺，特别是固体化石燃料反应装置。

背景技术

在固体化石燃料的处理工艺中，通过电磁辐射技术对固体化石燃料进行加工以改善其性能是目前常用的一种方式，例如，将电磁辐射例如微波，作用于固体化石燃料例如煤时，能够通过减少煤自身的水汽来提升例如发热值等煤的特性，以及改变煤的矿相，从而提升煤的燃烧性能，改善燃烧室的操作，减少对环境的影响。

出于安全的考虑，将电磁辐射应用于固体化石燃料的过程中，需要采用特定的反应装置，以减少或者防止电磁辐射泄漏于反应装置外部。目前，常见的反应装置大致可分为水平反应装置和垂直反应装置。

参考图1，这是一种常规的水平反应装置，预处理过的煤粉经由传送带4送入具有不锈钢外壳3的反应腔室中，微波发生器1将产生的微波辐射送入反应腔室，使得煤粉和微波辐射在反应腔室中进行反应。在反应过程中，为了防止煤自燃，经由进风口6将惰性气体送入风室5，并通过通风孔7将其输送至反应腔室中，以及通过排气孔8进行排出。关于水平反应装置，更多的可参见申请号分别为200680044893、200910083586、201110130476、201110130503等中国专利申请。

在这种水平反应装置中，由于煤炭被安置在传送带上进出反应腔室，使得反应腔室必然在腔室的至少一侧具备开口，而这一必备的开口极其容易造成微波辐射的泄漏，从而造成能量的浪费以及对人体的危害。此外，由于需要采用传送装置将煤炭送入并移出反应腔室，这些传送装置不仅将额外耗费电能，而且在穿过反应腔室时，将不可避免的吸收部分微波辐射，从而减少了实际参与反应的微波能量，降低了工艺流程的总生产量。

关于垂直反应装置，申请号为201110358016、名称为“立式微波干燥煤炭炉”的中国专利申请中公开了一种立式的微波干燥炉体。参考图2，其中，煤炭通过进料料斗21输送至炉体内的给料螺旋22，并通过出料阀门23的螺旋输送机排出炉体。炉体中心设置波导管25，将微波辐射送入炉体，与进入给料螺旋22的煤炭进行反应。此外，申请号为200980123186.7、名称为“用于通过电磁辐射处理材料的***和方法”的中国专利申请中也公开了一种垂直的反应装置。然而，在这些垂直反应装置中，微波辐射或者采用垂直导入、或者采用水平导入，始终存在微波泄漏的威胁。此外，这些公开的垂直反应装置，为了避免对微波产生端或传送波导造成污染，或者为了防止微波泄漏，至少包含两层壳体，不仅增加了生产成本，也增加了工艺控制的复杂度。

另一方面，在常规垂直反应装置中，由于固体化石燃料在反应腔室内的密度不完全一致，使得固体化石燃料在重力作用下自由下落时，会由于密度不一致而形成“鼠洞”或“桥联”。具体来说，当某处固体化石燃料的密度过大时，会对两侧造成压力，从而使得该处的固体化石燃料停止运动，造成“桥联”，而同时，在该“桥联”下方也会相应的产生空洞，即“鼠洞”。不难发现，在常规的垂直反应装置中，当出现“桥联”或者“鼠洞”，将使得部分固体化石燃料无法参与反应，从而造成反应效率的低下，甚至会影响后续的处理工艺。

发明内容

本发明提供了一种固体化石燃料反应装置，使得固体化石燃料能够与电磁辐射进行安全而高效的反应。

为了实现上述技术目的，本发明提出一种固体化石燃料反应装置，包括：反应腔室，所述反应腔室至少包括：进料口，用于输入待反应的固体化石燃料；以及出料口，用于排出已反应的固体化石燃料；其中，所述固体化石燃料反应装置还包括至少一个电磁辐射入口；所述电磁辐射入口至少包括：入口端，嵌入所述反应腔室，用于导入与所述固体化石燃料进行反应的电磁辐射，具有进口窄、嵌入反应腔室的出口宽的结构。

可选的，所述入口端倾斜向下嵌入所述反应腔室，不仅有利于电磁辐射充分地与反应腔室中的固体化石燃料进行反应，而且能够有效地防止电磁辐射从进口泄漏。

可选的，所述电磁辐射入口还包括：位于所述反应腔室内部、从所述反应腔室外侧向内侧倾斜向下突出的导流板，用于引导所述固体化石燃料的运动方向。该导流板能够使得从进料口进入反应腔室的固体化石燃料流发生偏转，不仅破坏固体化石燃料流原有的下落路径，有效避免“桥联”以及“鼠洞”现象的产生，而且能够在导流板下方形成自然堆积的燃料堆，增大电磁辐射和固体化石燃料的接触面，从而使固体化石燃料能够与进入反应腔室的电磁辐射进行充分反应。

可选的，所述入口端介于所述进料口和所述出料口之间，至少包括墙体和窗体，所述墙***于所述入口端的侧壁，利于电磁辐射的反射，所述窗***于所述入口端的电磁辐射进口，利于电磁辐射的透射。

可选的，所述墙体采用反射或不透射电磁辐射的金属材料。

可选的，所述窗体采用电磁辐射透明材料，从而使得所引入的电磁辐射能够以最小的衰减量穿透该窗体进入反应腔室，从而更加高效的与固体化石燃料进行反应。

可选的，所述窗体采用陶瓷或石英材料。

可选的，入口端的墙体与导流板为一体设计或与反应腔室的墙体为一体设计，从而能够尽可能地减少接缝，有效地防止电磁辐射的泄漏。

可选的，所述固体化石燃料反应装置包括两个或多个电磁辐射入口，其中，每两个相邻的电磁辐射入口之间垂直方向上的距离为所述反应腔室宽度的0.5倍至2倍。

可选的，所述电磁辐射入口分别依次安置在所述反应腔室的同一侧和/或交替安置在反应腔室的不同侧。

可选的，所述固体化石燃料为煤。

可选的，所述固体化石燃料为褐煤、或半烟化煤、或其组合。

可选的，所述电磁辐射为微波或射频。

相较于现有技术，本发明固体化石燃料反应装置采用上部窄且下部宽的入口端导入电磁辐射，不仅促进了电磁辐射与固体化石燃料的充分反应，也降低了电磁辐射沿进入反应腔室的路径向外泄漏的风险，同时还避免了反应腔室内的固体化石燃料对电磁辐射发生装置以及传导装置造成污染，以实现固体化石燃料能够安全和高效的与电磁辐射进行反应。另外，本发明固体化石燃料反应装置还可采用倾斜嵌入反应腔室的入口端，从而进一步促进电磁辐射与固体化石燃料充分进行反应，以及阻止电磁辐射沿入口端进口向外泄漏。此外，本发明固体化石燃料反应装置还可采用导流板，改善了固体化石燃料的下落路径，并且在导流板下方自然形成呈静安息角堆积的燃料堆，增大其与电磁辐射的接触面，从而促进了燃料与由入口端进入反应腔室的电磁辐射进行充分反应，同时也进一步降低了电磁辐射的泄漏风险。

附图说明

图1为现有一种水平反应装置的结构示意图；

图2为现有一种垂直反应装置的结构示意图；

图3为本发明固体化石燃料反应装置一种实施方式的结构示意图；

图4和图5为现有技术中宽度一致的入口端对入射及反射的电磁辐射作用的示意图；

图6和图7为本发明固体化石燃料反应装置入口端对入射及反射的电磁辐射作用的示意图；

图8至图9为本发明固体化石燃料反应装置其它实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图，对本发明进行详细阐述。

参考图3，本发明提供了一种固体化石燃料反应装置，包括：反应腔室100，所述反应腔室100至少包括：进料口110，用于输入待反应的固体化石燃料；出料口120，用于排出已反应的固体化石燃料；其中，所述固体化石燃料反应装置还包括至少一个电磁辐射入口200；电磁辐射入口200至少包括：入口端210，嵌入反应腔室100，用于导入与所述固体化石燃料进行反应的电磁辐射，具有进口窄、嵌入反应腔室100的出口宽的结构。

其中，电磁辐射由电磁辐射发生器（未显示）产生，并经由入口端200进入反应腔室100，入口端210与反应腔室100的进料口110相分离，避免了包含粉尘、水分等杂质的固体化石燃料对电磁辐射的产生装置以及传送装置可能造成的污染。而且入口端210进口狭窄且嵌入反应腔室的出口较宽，这使得电磁辐射一旦进入就会迅速向下端运动进入反应腔室，并且与反应腔室100内的固体化石燃料充分接触，从而使得反应更为高效，而且狭窄的上端进口也能有效地避免未反应完全的电磁辐射沿原路向外泄漏。

在现有技术中，参考图4，由于采用统一宽度的入口端，入射的电磁辐射不得不在墙体反射多次之后才能进入反应腔室与固体化石燃料进行反应，而每反射一次将会造成一些能量的损耗；此外，参考图5，当电磁辐射进入反应腔室，经固体化石燃料反射回来的电磁辐射极易沿原路经入口端墙体的数次反射之后，由入口端的进口向外泄漏。而在本发明固体化石燃料反应装置中，由于入口端210具有进口窄、出口宽的结构，在入射过程中，参考图6，不仅能够有效地减少入射的电磁辐射在入口端墙体反射的次数，从而大大减少电磁辐射传输过程中损耗的能量，促进电磁辐射与固体化石燃料的高效反应；此外，参考图7，未能完全与固体化石燃料进行反应并被固体化石燃料反射回来的电磁辐射经入口端墙体的数次反射之后，重新进入反应腔室，从而进一步与腔室内的固体化石燃料进行反应，不仅提高反应效率，而且能够有效地减少电磁辐射沿入口端的进口向外泄漏。

进一步的，入口端210还可倾斜向下嵌入反应腔室100，使入口端210具有位于上端的狭窄进口以及嵌入反应腔室且位于下端的宽大出口。相对于垂直设置或水平设置的入口端而言，这种倾斜向下的入口端结构使得电磁辐射能够更迅速地向下端运动进入反应腔室，并且与反应腔室100内的固体化石燃料充分接触，进一步提高反应效率，并避免电磁辐射的泄漏。此外，入口端210倾斜向下嵌入反应腔室100，也避免了固体化石燃料中的杂质沿入口端向外造成泄漏，从而对电磁辐射传输装置甚至产生装置造成污染。

进一步地，入口端210至少包括位于侧壁的墙体211和作为电磁辐射进口的窗体212。其中，墙体211可采用金属材料，例如，但不限于碳钢等具有铁磁性的材料，反射或不透射电磁辐射。墙体211的形状可如图3所示，也可根据实际生产需要设计为其它形状，例如为曲线形或弧形等，其具体形状不应对本发明的发明思路造成影响。窗体212可采用电磁辐射透明材料，例如，但不限于，陶瓷、石英等材料，从而使得所述引入的电磁辐射能够以最小的衰减量穿透窗体212进入反应腔室100，与固体化石燃料进行反应。倾斜向下嵌入反应腔室100的入口端210也避免了固体化石燃料中的杂质对采用电磁辐射透明材料所制作的窗体212造成损伤，从而保证了固体化石燃料与电磁辐射能够更为安全和高效的进行反应。

进一步地，进料口110相对于出料口120处于垂直方向上的上端，所述固体化石燃料由进料口110进入反应腔室100，并由出料口120排出，在反应腔室100内部呈垂直方向上的运动。在其它实施方式中，出料口120还可包括移动机械装置，例如螺旋输送机、运输带、送料机等，便于从出料口120处将反应过的固体化石燃料移出。此外，进料口110或者出料口120还可包括速率控制装置，分别对送入或移出固体化石燃料的速率进行控制，从而控制固体化石燃料在反应腔室100中的停留时间，进而实现对反应的充分程度进行调节。在一种具体实施方式中，入口端210可位于进料口110和出料口120之间的反应腔室体壁上。

在反应过程中，固体化石燃料从料口110、电磁辐射从入口端210分别进入反应腔室100，紧接着，电磁辐射与反应腔室100内的固体化石燃料开始反应。当固体化石燃料进入之后，由于电磁辐射入口的入口端210倾斜嵌入反应腔室100，使得所导入的电磁辐射必须先于固体化石燃料进行反应，从而降低了电磁辐射通过反应腔室100的进料口110和出料口120这些必然存在的设计结构向外泄漏的可能性；此外，入口端210采取进口窄、嵌入反应腔室的出口宽的设计结构，进一步促进了电磁辐射与反应腔室100内的固体化石燃料进行充分接触和反应，大大降低了电磁辐射沿原路向外泄漏的量。

进一步地，电磁辐射入口200还可包括与反应腔室100内部一侧体壁相连接的导流板220，用于引导所述固体化石燃料的运动方向。

进一步地，导流板220与反应腔室100内部一侧体壁相连接，且导流板220从反应腔室100外侧向内侧倾斜向下突出，且导流板220与反应腔室100另一内体壁之间保持预定宽度的间隔222，该间隔222小于反应腔室100的宽度，使得从进料口110进入反应腔室100内的固体化石燃料能够在导流板220处被偏转，并在重力作用下由该预定宽度的间隔222处自由落下，在导流板220下方自然形成具有静安息角的燃料堆。由于导流板220向着反应腔室100内侧倾斜向下突出，从而使得导流板220上方的固体化石燃料能够顺着导流板220经由间隔222全部落下，而不至于在导流板220处形成滞留。

固体化石燃料在下落过程中，由于受到导流板220的阻挡，使得其原先固有的自然下落路径不得不发生偏转，从而破坏了其自然下落过程中内部的密度分布和压强，有效地避免了“桥联”以及“鼠洞”现象的产生。

在一种具体实施方式中，入口端210靠近反应腔室100一侧的墙体211和导流板220相连接，即导流板220为墙体211的延长部分，从而避免所引入的电磁辐射从接合处泄漏。此外，固体化石燃料在导流板220下方以静安息角自然堆积，从而形成倾斜的反应界面，增大电磁辐射与固体化石燃料的接触面，使得由入口端210导入的电磁辐射能够充分地与固体化石燃料进行接触，进而促进反应更加高效，从另一方面而言，也减少电磁辐射沿原路泄漏的量。在另一种具体实施方式中，入口端210的墙体211和反应腔室100的墙体一体设计，无缝连接，以避免电磁辐射从结合处泄漏。

进一步地，本发明固体化石燃料反应装置还可包括两个或多个电磁辐射入口，其中，每个电磁辐射入口都可包括入口端和导流板。

在一种实施方式中，该固体化石燃料反应装置的多个电磁辐射入口，分别安置在反应腔室的同一侧或不同侧，其中，每两个相邻的电磁辐射入口之间在垂直方向上的间距为反应腔室宽度的0.5至2倍，并且其在水平方向上的投影邻接、或有重叠、或错开。在一种具体实施例中，该固体化石燃料反应装置可包括交替安置在反应腔室中相对的两侧上的两个或多个电磁辐射入口，其中，每两个相邻的电磁辐射入口之间在垂直方向上的间距为反应腔室宽度的0.5至2倍。

参考图8，在本发明固体化石燃料反应装置的一种具体实施方式中，所述固体化石燃料反应装置可包括：反应腔室300，具有宽度H；以及依次安置在反应腔室300同侧的电磁辐射入口400及电磁辐射入口500。其中，电磁辐射入口400和电磁辐射入口500之间在垂直方向上的距离H1为0.5H至2H之间的任意值。

参考图9，在本发明固体化石燃料反应装置的另一种具体实施方式中，所述固体化石燃料反应装置可包括：反应腔室310，具有宽度h；以及交替安置在反应腔室300两侧的电磁辐射入口410、电磁辐射入口510以及电磁辐射入口610。其中，电磁辐射入口410与电磁辐射入口510之间的距离h1、以及电磁辐射入口510与电磁辐射入口610之间在垂直方向上的距离h2分别为0.5h至2h之间的任意值。

在其它的实施方式中，该固体化石燃料反应装置可包括两个或更多的电磁辐射入口，分别依次安置在反应腔室的同一侧以及不同侧，其中，每两个相邻的电磁辐射入口之间在垂直方向上的间距为反应腔室宽度的0.5至2倍。

在上述具备多个电磁辐射入口的各实施方式中，由于在反应腔室的同侧和/或不同侧设置两个或多个电磁辐射入口，使得反应腔室内的固体化石燃料在下落过程中受到导流板多次阻挡，其原本在重力作用下自由下落的路径被迫更改为曲折下降，从而有效的避免了在固体化石燃料内部产生“桥联”和“鼠洞”等现象，提高了参与反应的固体化石燃料的有效数量。此外，由于电磁辐射从两个或多个电磁辐射入口导入至反应腔室，使得固体化石燃料能够在反应腔室内更加充分地与更多的电磁辐射进行反应，提高了生产效率。

进一步地，所述固体化石燃料可为煤，尤其是低等级煤，例如，褐煤、半烟化煤等，也可为其它固体化石燃料。

进一步地，所述电磁辐射可采用微波、射频等电磁波，可通过波导进行传输。

进一步地，所述固体化石燃料和电磁辐射所发生的反应可为固体化石燃料由于被曝露在微波辐射下时所发生的、导致该固体化石燃料的性质提升的各种反应，例如，但不限于，固体化石燃料的干燥、提纯、浓缩等处理。

本领域技术人员应能理解，所述固体化石燃料反应装置可为圆柱体，也可为长方体或正方体，其具体形状不对本发明的发明思路造成限制。

相较于现有技术，在本发明固体化石燃料反应装置中，进料口和出料口具有垂直方向上的上下关系，且所有电磁辐射入口介于进料口和出料口之间，降低了电磁辐射通过必备的进料口和出料口逸出的风险。

而且，本发明固体化石燃料反应装置采用进口窄且出口宽的入口端嵌入反应腔室，用以导入电磁辐射，从而有效地提高了电磁辐射与固体化石燃料的反应效率，以及大大降低了电磁辐射沿进入反应腔室的路径向外泄漏的风险。而且，本发明固体化石燃料反应装置的入口端还可倾斜向下嵌入反应腔室，不仅避免了固体化石燃料与入口端进行直接接触，从而避免对电磁辐射发生装置以及传导装置造成污染，而且能够进一步促进电磁辐射与固体化石燃料的充分反应，以及阻止电磁辐射沿入口端向外泄露。

此外，本发明固体化石燃料反应装置还采用由反应腔室外侧向内侧倾斜向下的导流板，改善了固体化石燃料的下落路径，并且在导流板下方自然形成呈静安息角堆积的燃料堆，增大了电磁辐射与固体化石燃料进行反应的接触面，促使固体化石燃料与由入口端进入反应腔室的电磁辐射进行充分接触和反应，不仅进一步降低了电磁辐射的泄漏风险，也使得反应更加高效。

正是通过上述结构设计，本发明固体化石燃料反应装置能够在完成固体化石燃料和电磁辐射充分反应的前提下，实现整个反应的安全和高效。

同时，本发明固体化石燃料反应装置仅具有一层壳体，降低了制造成本和生产控制复杂度。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的装置和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种固体化石燃料反应装置，包括：反应腔室，所述反应腔室至少包括：进料口，用于输入待反应的固体化石燃料；以及出料口，用于排出已反应的固体化石燃料；其特征在于，所述固体化石燃料反应装置还包括：至少一个电磁辐射入口；所述电磁辐射入口至少包括：入口端，嵌入所述反应腔室，用于导入与所述固体化石燃料进行反应的电磁辐射，具有进口窄、嵌入反应腔室的出口宽的结构，所述入口端倾斜向下嵌入所述反应腔室，以使入口端具有位于上端的狭窄进口以及嵌入反应腔室且位于下端的宽大出口；而且所述固体化石燃料反应装置包括两个或多个电磁辐射入口，其中，每两个相邻的电磁辐射入口之间垂直方向上的距离为所述反应腔室宽度的0.5倍至2倍，并且所述电磁辐射入口分别依次安置在所述反应腔室的同一侧和或交替安置在反应腔室的不同侧。

2.如权利要求1所述的固体化石燃料反应装置，其特征在于，

所述电磁辐射入口还包括：导流板，位于所述反应腔室内部、从所述反应腔室外侧向内侧倾斜向下突出，用于引导所述固体化石燃料的运动方向。

3.如权利要求2所述的固体化石燃料反应装置，其特征在于，所述入口端与所述导流板为一体设计。

4.如权利要求1所述的固体化石燃料反应装置，其特征在于，所述入口端介于所述进料口和所述出料口之间，至少包括：位于所述入口端侧壁的墙体，以反射电磁辐射；以及位于所述入口端进口的窗体，以透射电磁辐射。

5.如权利要求4所述的固体化石燃料反应装置，其特征在于，所述墙体采用反射或不透射电磁辐射的金属材料。

6.如权利要求4所述的固体化石燃料反应装置，其特征在于，所述窗体采用电磁辐射透明材料。

7.如权利要求4所述的固体化石燃料反应装置，其特征在于，所述窗体采用陶瓷或石英材料。

8.如权利要求4所述的固体化石燃料反应装置，其特征在于，所述入口端与所述反应腔室为一体设计。

9.如权利要求1所述的固体化石燃料反应装置，其特征在于，所述固体化石燃料为煤。

10.如权利要求9所述的固体化石燃料反应装置，其特征在于，所述固体化石燃料为褐煤、或半烟化煤、或其组合。

11.如权利要求1所述的固体化石燃料反应装置，其特征在于，所述电磁辐射为微波或射频。