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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erwärmen und Dosieren eines feinkörnigen Fest- stoffes mit einer Korngrössenverteilung von 0 bis 10 mm, insbesondere Kohle, wobei ein stehender, gegebenenfalls oben offener Behälter mit konstantem Querschnitt vorgesehen ist, im Innenraum des
Behälters ein aus Rohrelementen gebildeter Wärmetauscher angeordnet ist, und im Boden des Behäl- ters Öffnungen zum Austritt des Materials vorgesehen sind.
Im Laufe der industriellen, bauindustriellen und grossbetrieblichen landwirtschaftlichen Tätig- keit wird recht oft die Aufgabe gestellt, einen lockeren, aus festen Körnern bestehenden Stoff- und Bedachtnahme auf den im allgemeinen vom Wasser stammenden Feuchtigkeitsgehalt - auf eine
Temperatur gegen 100 C oder unter 100 C zwecks Trocknung oder aus sonstigen Gründen zu erwär- men.
Als ein in der Praxis oft vorkommender Fall soll die der Brikettierung vorangehende Behand- lung der hydrophoben harten Schwarz- und Braunkohle erwähnt werden ; das Ziel der Behandlung ist es, das Material besser und wirtschaftlicher zur Benetzung mit einer organischen Flüssigkeit, z. B. mit Bitumen, Teer usw., vorzubereiten. Um das gesetzte Ziel erreichen zu können, muss einer- seits das zu agglomerierende Material auf eine den Erweichungspunkt des Bindemittels überschrei- tende Temperatur erwärmt werden, anderseits ist es nicht zulässig, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Materials während der Erwärmung zunimmt, viel eher ist nach der Verminderung oder we- nigstens nach der Aufrechterhaltung des Feuchtigkeitsgehaltes zu streben.
Auf der traditionellen Weise - unter anderem bei der Herstellung des Kohlenbriketts bzw. der zum Strassenbau verwendeten Halberzeugnisse - findet die Erwärmung des Rohmaterials derart statt, dass das eine geeignete Temperatur aufweisende Bindemittel dem zu agglomerierenden körni- gen Material, dessen Temperatur der Umgebungstemperatur entspricht, zugemischt wird ; um eine bessere Vermischung der Komponente erreichen zu können, wird die Mischung durch direkte Dampfzufuhr erwärmt. Infolge der mit der direkten Dampfzufuhr verbundenen Kondensation wird jedoch die Flächenfeuchtigkeit des körnigen Materials erhöht, was bei einem übermässigen Bindemittelverbrauch die Festigkeitseigenschaften, die Transportfähigkeit und Verwendbarkeit des Endproduktes beeinträchtigt, dabei ist die Methode auch unwirtschaftlich.
Eine technisch vollkommenere Lösung wird durch die Trocknung des Materials erreicht, da in diesem Fall der verminderte Feuchtigkeitsgehalt die technologisch erforderliche höhere Temperatur mit sich bringt. Das Verfahren ist jedoch äusserst kompliziert, es beansprucht eine bedeutende Investition und insbesondere Einrichtungen mit hohem Energiebedarf, die an die bereits vorhandene, mit direkter Dampfzufuhr arbeitende, herkömmliche Einrichtung kaum oder überhaupt nicht angeschlossen werden können. Bei der Anwendung der technisch zweifelsohne verbesserten Methode erhöhen die erwähnten Umstände die Produktionskosten des Produktes, wodurch letzten Endes eine Anwendung in weitem Bereich durch wirtschaftliche Gründe gehemmt oder stark eingeschränkt wird.
Der Erfindung wurde das Ziel gesetzt, eine Einrichtung zu entwickeln, mit der die oft vorkommenden, ihre ursprüngliche Formbeständigkeit während der Erwärmung behaltenden Feststoffe mit einer Kornzusammensetzung von 0 bis 10 mm auf eine gegebene Temperatur erwärmt werden, ohne den Feuchtigkeitsgehalt des Materials zu erhöhen. Dabei soll die Einrichtung verhältnismässig leicht und wirtschaftlich als Ergänzung bei den bereits vorhandenen Einrichtungen bzw. anstatt deren verwendet werden können ; als weiteres Ziel wurde die Herabsetzung der Betriebskosten gesetzt.
Es ist günstig, wenn man ein Endprodukt erhält, das hinsichtlich der Technik, der Festigkeit und sonstiger Eigenschaften, z. B. Lagerfähigkeit, vollkommener ist ; dabei soll die Anwendung wirtschaftlicher und hinsichtlich des Umweltschutzes vorteilhafter sein.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die unmittelbare Erwärmung des Materials bzw. einer aus dem Material und einem Bindemittel bestehenden Mischung unter Zuhilfenahme eines wärmetragenden Mittels unnötig ist, ja sogar in gewisser Hinsicht als schädlich zu betrachten ist. Auch die thermische Trocknung scheint überflüssig zu sein, da durch die erfindungsgemässe Erwärmungsmethode die gewünschte Temperatur in der Praxis sowieso erreicht werden kann, ohne dass der Feuchtigkeitsgehalt zunimmt oder sich der Energie- und Kostenaufwand unerwünscht ändert.
Erfindungsgemäss wird jetzt bei der eingangs erwähnten Einrichtung vorgeschlagen, dass der Boden des Behälters als eine in der Horizontalebene hin und her bewegbare Dosiervorrichtung
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ausgebildet ist, an die ein Sammeltrichter anschliesst.
Es ist vorteilhaft, wenn die Dosiervorrichtung zwei mit Öffnungen versehene, zueinander einen Abstand aufweisende Platten aufweist, zwischen denen ein Schaber angeordnet ist, wobei der Schaber aus mehreren untereinander verbundenen Einzelelementen besteht und die Bewegung des Schabers getrennt von der der Platte einstellbar ist.
Die als Beispiel dienende Verfahrensweise wird im folgenden beschrieben, wobei die prakti- schen Beispiele aus dem Kreise der Kohlenbrikettfertigungstechnologie entnommen und auf die glei- che, dem Pressen vorangehende Phase der Technologie bezogen worden sind.
Beispiel 1
Traditionelles Verfahren ohne Trocknung. Die Ausgangsdaten sind die folgenden : a) Feinkörnige Kohle vom Bergwerk Tatabánya, mit einer Kornzusammensetzung von 0 bis 6 mm Feuchtigkeitsgehalt : 16, 5%
Temperatur : 283, 15 K
Mittlere spezifische Wärme : 1591 J/kgK b) Bindemittel : Bitumen
Qualität : BB-75 (flüssig) Temperatur : 458, 15 K spezifische Wärme : 2093, 5 J kg/K c) Parameter des beim Malaxieren verwendeten
Dampfes
Im Laufe des Verfahrens wird der grubenfeuchten Feinkohle mit einer vorgegebenen Fraktion und von einer, der Umgebungstemperatur entsprechenden Temperatur flüssiges Bitumen zugemischt, wonach die durch unmittelbare Dampfzufuhr auf 373, 15 K erwärmte Mischung weitergemischt wird (Malaxieren).
Das Kondensat des Dampfes vermischt sich mit dem Material und erhöht dessen Feuchtigkeitsgehalt. Jetzt beträgt der gesamte Feuchtigkeitsgehalt : auf 1 kg Masse der Mischung bezogen 18, 08% auf 1 kg der Masse der Kohlenkomponente bezogen 20, 85%
Beispiel 2
Ausgangsdaten laut Beispiel 1.
Die Kohle wird vor dem Zumischen des Bitumens in einer zweckdienlichen Einrichtung getrocknet. Als Erfolg nimmt der Feuchtigkeitsgehalt der Kohle ab, wogegen die Temperatur steigt. Der getrockneten Kohle wird das Bitumen zugemischt, wonach die Mischung durch direkte Dampfzufuhr auf 373, 15 K erhitzt und der Mischvorgang beendet wird (Malaxieren). In diesem Fall beträgt der gesamte Feuchtigkeitsgehalt : auf 1 kg Masse der Mischung bezogen 13, 11% auf 1 kg Masse der Kohlenkomponente bezogen 14, 35%
Beispiel 3
Ausgangsdaten laut Beispiel 1.
Die Feinkohle wird von der Umgebung abgesondert, und in der Einrichtung auf etwa 375 K erwärmt.
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Die Parameter des zur Erwärmung erforderlichen Dampfes sind die folgenden :
Druck : 0,333 MPa Temperatur : 623, 15 K
Wärmeinhalt : 3174 kJ/kg
Während der Erwärmung bleibt der Feuchtigkeitsgehalt der Feinkohle unverändert, gleichzeitig aber steigt die Temperatur au 375 K. Wenn nun die Kohle und das Bitumen von einer gegebenen Temperatur zusammengemischt werden, weist die Mischung einen höheren Wärmeinhalt auf, als es 373 K entsprechen würde. Dieser Mehrgehalt an Wärme verdampft zunächst eine gewisse Menge Wasser (beim Beispiel 0, 007 kg/kg Mischung).
Nach der Verdampfung der erwähnten Wassermenge ergibt sich der gesamte Wassergehalt, wie folgt : auf 1 kg Masse der Mischung bezogen 14, 61% auf 1 kg Masse der Kohlenkomponente bezogen 15,8 %
Die Resultate der Beispiele zusammenfassend und die Ergebnisse mit den Daten des verwendeten Bitumens ergänzend, erhält man folgendes :
EMI3.1
<tb>
<tb> Gesamter <SEP> Feuchtigkeitsgehalt <SEP> Verwendetes <SEP> Bitumen
<tb> auf <SEP> 1 <SEP> kg <SEP> Masse <SEP> der <SEP> Kohlenkomponente <SEP> Masse
<tb> der <SEP> Mischung <SEP> bezogen <SEP> (%) <SEP> kg/Mischung/kg <SEP> (%)
<tb> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 18,08 <SEP> 20,85 <SEP> 0, <SEP> 0989 <SEP> 100
<tb> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 13, <SEP> 11 <SEP> 14, <SEP> 35 <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP> 76
<tb> Beispiel <SEP> 3 <SEP> 14, <SEP> 61 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 078 <SEP> 79 <SEP>
<tb>
Bei den Beispielen ist der unvermeidliche Wärmeverlust ausser Acht gelassen, da dieser für alle drei Fälle kennzeichnend ist und daher das Wesentliche des Vergleiches nicht beeinflusst.
Die erfindungsgemässe Einrichtung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels, mit Hilfe der
Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung stellt den Längsschnitt der Einrichtung dar.
Zweckmässig weist die Einrichtung einen quadratischen Querschnitt auf und besteht aus dem Behälter --1--, dem von den darin angeordneten Rohrelementen --3-- gebildeten Wärmeaustauscher - -2--, dem die Teile der Dosiervorrichtung --4-- bildenden Platten --5-- und Schaber --6--, des weiteren dem Sammel-Lenktrichter --7--.
Gegebenenfalls ist der Behälter-l-oben offen und dient zur Aufnahme des Materials während der Erwärmung. Unten wird der Behälter-l-ohne etwaige Verengung des Querschnittes unmittelbar von der Dosiervorrichtung --4-- abgeschlossen. Der Behälter-l-weist einen konstanten Querschnitt auf.
In dem Behälter-l-befindet sich der mit einer geeigneten Oberfläche ausgestaltete Wärmeaustauscher --2--. Der innerhalb des Behälters-l-angeordnete Teil des Wärmeaustauschers - wird von den Rohrelementen --3-- gebildet, die horizontal angeordnet sind und parallel miteinander verlaufen. Die Teilung weist in der vertikalen und auf den Rohrelementen senkrecht liegenden Ebene eine Dreieckform auf.
Die Teilung wird sowohl in der vertikalen, wie auch in der horizntalen Ebene von den Flächeneigenschaften des zu erwärmenden Materials und der für das Material charakteristischen Wärme- übergangszahl bestimmt.
Die beiden Hauptteile der Dosiervorrichtung --4-- - die Platten --5-- und der Schaber sind imstande gegenüber dem Behälter-l-und gegeneinander eine alternierende Be-
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wegung auszuführen. Der Schaber --6-- besteht aus mehreren untereinander verbundenen Einzel- elementen-8-.
Die Bewegung der Elemente wird von einem hier nicht dargestellten Betätigungsmechanismus vorgenommen. Die relative Bewegung der Platten --5-- und des Schabers --6-- kann auf zweierlei Art erzeugt werden : einerseits, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit von unterschiedlicher Grösse, gleicher Richtung, von gleichem oder entgegengesetztem Sinn ist, anderseits wenn die Platten --5-sich bewegen und der Schaber --6-- sich in einem stationärem Zustand befindet. Die Hubzahl kann stufenlos geregelt werden.
Die Platten liegen in zwei Ebenen, zwischen denen der Schaber --6-- angeordnet ist. Die beiden Ebenen der Platten --5-- haben einen Abstand und haben Öffnungen. Die Breite der Öffnungen und Abstände sind in der oberen Ebene jeweils gleich, und entsprechen der Hublänge der alternierenden Bewegung. In der unteren Ebene der Platten --5-- weicht die Anordnung der Öffnungen und Abstände von der Anordnung der oberen Ebene ab, indem die Öffnungen der unteren Ebene um eine Teilung gegenüber den obenliegenden Öffnungen verschoben sind. Gegebenenfalls ist die Öffnungsbreite der unteren Ebene kleiner, als die gleiche Abmessung der Öffnungen in der oberen Ebene.
Der Sammel-Lenktrichter --7-- ist unter der Dosiervorrichtung --4-- angeordnet und schliesst sich derselben an.
Dem Trichter wird die Aufgabe zugeteilt, das erwärmte Material anzusammeln und weiterzulenken. Gegebenenfalls ist der Trichter zur Durchlüftung des erhitzten Materials geeignet.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung ist wie folgt :
Das zu erwärmende Material wird dem Behälter-l-zugeführt, u. zw. derart, dass das Material sämtliche Rohrelemente --3-- des Wärmeaustauschers --2-- bedeckt. Während des Betriebs
EMI4.1
wodurch die einzelnen Körner infolge der ständigen aufwirbelnden Bewegung eine turbulente Bewegung ausführen.
Im Inneren des Wärmeaustauschers --2--, in einem geschlossenen System lässt man Wasserdampf als Wärmeträger zirkulieren. Der Druck des gesättigten oder geringermassen überhitzten Dampfes beträgt 0, 15 bis 0, 50 MPa. Der Heizdampf wird im Inneren des Wärmeaustauschers --2-- kondensiert, wobei das Kondensat abgeführt und im Laufe des Prozesses verwendet werden kann, ohne dass es mit dem erwärmten Material in direkte Berührung geraten würde.
Infolge des turbulenten Charakters der Bewegung der Körner des eine Gravitationsbewegung durchführenden Materials ändern die Körner ständig ihre gegenseitige Lage und kommen fortlaufend in Berührung mit der Aussenfläche der Rohrelemente --3--, wodurch sie erwärmt werden. Obwohl der Behälter-l-oben offen ist, werden die Körner im Laufe ihrer Bewegung durch die sich aus den neu eintreffenden Körnern gebildete Schicht von der äusseren Umgebung abgesondert, gleichzeitig aber wird eine direkte Berührung mit dem wärmetragenden Medium vermieden, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt des zu erwärmenden Materials im Laufe der Erwärmung praktisch unverändert bleibt.
Dagegen steigt die Materialtemperatur während des Durchströmens durch den Behälter - und erreicht den in dem System einstellbaren Wert etwa im Bereich des Siedepunktes des Flächenfeuchtigkeits des Materials.
Nachdem das bereits erwärmte Material den Behälter-l-verlassen hat, fällt es durch die in der oberen Ebene des Kastens --5-- der Dosiervorrichtung vorgesehene Öffnungen auf die untere Ebene hinab, wovon es infolge der relativen Bewegung des Schabers --6-- durch die Öffnungen der unteren Ebene in den Trichter --7-- gelangt.
Die Dosiervorrichtung --4-- entleert das Material gleichmässig an allen Punkten des Behälterquerschnittes. Mit Hinsicht darauf, dass die gegebene Hublänge der alternierenden Bewegung der Platten --5-- mit der Breite der Öffnungen der oberen Ebene übereinstimmt, kommen die erwähnten Öffnungen während eines Hubs mit dem gesamten Querschnitt des Behälters-l-in Berührung, wodurch die Entleerung des Materials in allen Punkten der Behälter-l-unbehindert vor sich geht. Die Menge des ausgelassenen Materials wird von der relativen Bewegung der Hauptteile der
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Dosiervorrichtung --4-- bestimmt. Die Menge des die Dosiervorrichtung --4-- durchströmenden Ma- terials kann zwischen den vorgegebenen oberen und unteren Grenzwerten stufenlos geregelt werden.
Sobald das Material über die Dosiervorrichtung --4-- in die Sammel-Lenktrommel --7-- ge- langt, kommt es mit dem die Feuchtigkeit aufnehmenden Mittel, d. h. mit der Luft in Berührung, wodurch ein Teil des sich auf dem Siedepunkt befindenden Feuchtigkeitsgehalts des Materials ab- gegeben werden kann.
Wunschgemäss kann das erwärmte Material in dem Trichter --7-- belüftet werden, wodurch der ursprüngliche Feuchtigkeitsgehalt, dem während der Erwärmung aufgenommenen physikalischen
Wärmeinhalt entsprechend, um etwa 3 bis 4% reduziert werden kann. Auf diese Weise kann die
Einrichtung zu Trocknungszwecken verwendet werden.
Sollte die Einrichtung bloss zur Materiallagerung und unter gegebenen Bedingungen zur Dosie- rung dienen, so wird die Anlage aus dem Behälter --1--, der Dosiervorrichtung --4-- und der
Sammel-Lenktrommel --7-- aufgebaut.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Verfahren mit der üblichen
Trocknungstechnologie erreichbare Feuchtigkeitsgehalt annähernd erreicht werden kann, ohne die für diese Trocknungstechnologie kennzeichnenden Mehrkosten in Kalkulation nehmen zu müssen, gleichzeitig ist der Mehrenergiebedarf mit der traditionellen Technologie ohne Trocknung verglichen unwesentlich. Die Technologie ist viel einfacher, billiger, die Betriebssicherheit ist viel höher, dabei ist die Energieersparung viel grösser, als bei der Trocknungsmethode.
Unter Anwendung des jetzigen Erwärmungsprozesses nimmt der ursprüngliche Feuchtigkeits- gehalt nicht zu, sondern verbleibt auf einem unveränderten Niveau und kann sogar in gewissen
Masse reduziert werden. Bei der Agglomerierung, z. B. bei Kohlenbrikettierung liegt der Vorteil darin, dass mit der herkömmlichen Trocknungstechnologie verglichen, mit einem verminderten Binde- mittelaufwand ein Endprodukt besserer Qualität, mit vorteilhafteren Festigkeitseigenschaften ent- steht, das auch besser transportiert, manipuliert und gelagert werden kann.
Unter den erwähnten Umständen beträgt die Bindemittelersparung etwa 1 bis 2%, was z. B. bei einer jährlichen Brikettproduktion von 400000 t eine Ersparnis von 4 bis 8000 t/Jahr ergibt.
Übrigens ist das derart hergestellte Brikett auch von dem nicht vernachlässigbaren Standpunkt des Umweltschutzes aus betrachtet günstiger, da infolge der verminderten Bindemittelmenge auch die Rauch- und Russbildung geringer ist.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die zur Erwärmung dienende Dampfheizung in einem geschlossenen Zyklus vor sich geht, wodurch in der Praxis der mit der direkten Dampfheizung verbundene Verlust wegbleibt und das Kondensat verwertet werden kann.
Der guten Ordnung halber soll bemerkt werden, dass der Schutzumfang der Erfindung sich nicht auf die angeführten Beispiele und Anwendungsgebiete beschränkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Erwärmen und Dosieren eines feinkörnigen Feststoffes mit einer Korngrössenverteilung von 0 bis 10 mm, insbesondere Kohle, wobei ein stehender, gegebenenfalls oben offener Behälter mit konstantem Querschnitt vorgesehen ist, im Innenraum des Behälters ein aus Rohrelementen gebildeter Wärmetauscher angeordnet ist, und im Boden des Behälters Öffnungen zum Austritt des Materials vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Behälters (1) als eine in der Horizontalebene hin und her bewegbare Dosiervorrichtung --4-- ausgebildet ist, an die ein Sammeltrichter (7) anschliesst.