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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken wie z. B. Hochofenschlacken oder Schmelzkammeraschen aus kohlebefeuerten thermischen Kraftwerken, bei welchem der Schlackenstrahl in einen Kühlreaktor ausgestossen wird und im Kühireaktor unter Zusatz von Kohlenwasserstoffen gekühlt wird sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Schlackentundish und einer Schtackenaustrittsöffnung. an welche ein Kühireaktor angeschlossen ist.
Zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken wurde in älteren Vorschlägen der Anmelderin bereits vorgeschlagen, in die Schlacken bzw. den Schlackenstrahl Kohle, Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlewassergemische bzw. Kohleschlämme einzustossen, worauf die flüssige Schlacke in einen Expansions- bzw. Granulierraum ausgestossen und in eine Mühle übergeführt wurde. Bei einer derartigen Verfahrensweise mussten Kohlenwasserstoffe beispielsweise in Form eines Strahles aus Schwerölen, Dieselölen oder Altlösungsmitteln unter Drucken von etwa 30 bis 250 bar eingesetzt werden, wobei durch Berührung derartiger Kohlenwasserstoffe mit der heissen flüssigen Schlacke unmittelbar Crackreaktionen und damit eine rasche Abkühlung ausgelöst wurde.
Das Verfahren war mit derartigen Kohlenwasserstoffen relativ aufwendig in der Steuerung und Einhaltung der gewünschten Erstarrungsbedingungen, und es musste insbesondere verhindert werden, dass die Austrittsöffnung, über welche die flüssige Schlacke in den Kühlreaktor bzw. Expansions- oder Granulierraum ausgestossen wurde, zufriert.
Neben thermischen Problemen im Bereich der heissen flüssigen Schlacke und dem Schlackenauslauf wurde in der Folge zur weiteren Kühlung bei den bekannten Vorschlägen immer Wasserdampf weitestgehend koaxial zur Mündung des Schlackenaustrittes eingestossen.
Insbesondere dann, wenn aus entsprechenden Ausgangsschlacken wie Hochofenschlacken hydraulisch aktive Materialien gewonnen werden sollen, stellt die Verwendung von Wasser oder Wasserdampf aber eine ernsthafte Gefahr für die hydraulischen Eigenschaften des Endproduktes dar. Bedingt durch den relativ hohen Druck, wie er für nachfolgende Strahlmühlen beispielsweise erwünscht ist, kann es zum Einschluss von Wasserdampf oder Wasser kommen, welcher zu einer unerwünschten, wenigstens teilweisen Hydratation des Endproduktes führt, wodurch die hydraulischen Eigenschaften des Endproduktes leiden können.
Um die thermischen Probleme im Bereich des Schlackenauslaufes besser beherrschen zu können, wurde bereits vorgeschlagen, in den Schlackenauslauf einen Brenner einzuführen, wobei die Schlacke als Ringstrahl koaxial mit den heissen Verbrennungsabgasen bzw. dem Flammenstrahl in den Granulierraum eingebracht wurde. Auch bei diesem bekannten Vorschlag wurde in der Folge beispielsweise im Anschluss an eine erste Strahlungskühlung der Partikelstrom mit Wasser und/oder Nassdampf beaufschlagt, wodurch die eingangs beschriebenen Probleme nicht ausgeschlossen werden können. Darüber hinaus lassen sich Brenner, welche in den Schlackenauslauf münden, nicht in einfacher Weise in der gewünschten Weise regulieren, sodass das Ausmass der Verbrennung und damit die Ausbildung weiteren Wasserdampfes im Granulierraum nicht einfach kontrolliert werden kann.
Bedingt durch die zumeist unvollständige Verbrennung bei Verwendung derartiger Brenner, bei welchen der Flammenstrahl gemeinsam mit der heissen Schlacke in den Granulierraum gerichtet ist, werden hohe Mengen an Kohlenmonoxid gebildet, wodurch eine wirkungsvolle Kühlung beispielsweise durch Einblasen von Kohlenwasserstoff in den Kühlreaktor bzw. Granulierraum erschwert wird.
Insgesamt wurde bei den bekannten Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken in der Regel auf das Einblasen von Wasser oder Wasserdampf nicht verzichtet, wobei zu allem Oberfluss bei der gewählten Verfahrensweise im Zuge der Verbrennungs- und Spaltreaktionen weiterer Wasserdampf gebildet wurde.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Verwendung von Wasser bzw. Wasserdampf zur Kühlung zur Gänze vermieden werden kann und auch sichergestellt werden kann, dass im Zuge der Verbrennungsprozesse nicht Wasser oder Wasserdampf gebildet wird. Weiters zielt die Erfindung darauf ab, das Verfahren in vergleichsweise einfacher Weise zu steuern und zu regeln, um reproduzierbare Bedingungen unabhängig von der Wahl der zu granulierenden oder zu zerkleinernden Schlacken zu gewährleisten. Schliesslich zielt die Erfindung darauf ab, im Schlackeneinlauf bzw. dem Schlackentundish, in welchem die flüssige Schlacke vorrätig gehalten wird, eine entsprechende hohe Temperatur aufrecht zu erhalten, welche ein Einfrieren bzw. Verstopfen der Austrittsöffnung
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mit Sicherheit verhindert.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemasse Verfahren darin, dass der Schlackenstrahl mit heissen Verbrennungsabgasen, insbesondere einer vollständigen Verbrennung, in den Kühireaktor ausgestossen wird. Dadurch, dass der Schlackenstrahl mit heissen Verbrennungsabgasen, insbesondere einer vollständigen Verbrennung in den Kühlreaktor ausgestossen wird, kann zum einen ein relativ hohes Temperaturniveau vorgegeben werden, ohne dass eine unkontrollierte Verbrennung im Bereich der Austrittsöffnung eines Schlackentundish eintritt. Die heissen Verbrennungsabgase sind insbesondere dann, wenn es sich um Verbrennungsabgase einer vollständigen Verbrennung handelt, als weitestgehend inert zu bezeichnen und lösen daher im Bereich des Austrittes des Schlackenstrahles keine chemischen Reaktionen aus.
Derartige heisse Verbrennungsabgase bestehen in erster Linie aus Kohlendioxyd und Stickstoff, wobei die Verbrennungsabgase weitestgehend frei von Sauerstoff sind, sodass mit einer derartigen Verfahrensweise der Zusatz von Kohlenwasserstoffen zur Kühlung besonders vorteilhaft eine effiziente Kühlwirkung ergibt und gleichzeitig verhindert wird, dass bei einem derartigen Zusatz von Kohlenwasserstoff Wasserdampf bzw. Wasser gebildet wird. Prinzipiell kann durch Einsatz von Kohlendioxyd als Treibgas bzw. Transportgas für die flüssige Schlacke eine Umsetzung mit Kohlenwasserstoffen zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff erzielt werden, wobei die Ausbildung von Wasserdampf bzw.
Wasser mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann, wenn kein erhöhtes Sauerstoffangebot zur Verfügung steht und in der Folge auch kein Wasser oder Wasserdampf für die weitere Kühlung eingedüst wird. Gleichzeitig wird ein wertvolles Produktgas, nämlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff gebildet, welches in der Folge thermisch oder chemisch genützt werden kann, sodass sich insgesamt die energetische Effizienz wesentlich verbessert.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren so durchgeführt, dass die Verbrennungsabgase bei Temperaturen von 1000 bis 15000 in die flüssige Schlacke eingeblasen werden und die flüssige Schlacke, insbesondere als Mantel des Gasstromes, mit den heissen Verbrennungsabgasen über eine rohrförmige Öffnung oder Düse in den Kühlreaktor eingestossen wird und dass die Kohlenwasserstoffe mit dem CO2 der heissen Verbrennungsabgase vergast und zu CO und H2 umgesetzt werden. Aufgrund des hohen Angebotes an CO2 in Form der heissen Verbrennungsabgase und aufgrund der im Kühlreaktor einsetzenden Vergasungsreaktionen bzw.
Crackreaktionen lassen sich in erster Linie die nachfolgenden chemischen Reaktionen beobachten, welche deutlich zu einer effizienten Kühlung beitragen.
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wobei die angegebenen Enthalpien auf die Herstellung von einem Normkubikmeter CO + H2 bezogen sind. Die Vergasungsreaktion im Kühlreaktor führt hierbei zu einer entsprechenden Erhöhung der Gasmenge und damit des Druckes und zu einer Beschleunigung des Schlackengranulates, wobei die Umsetzung unmittelbar zu Synthesegas bzw. Wassergas erfolgt. Der Gesamtprozess lasst sich auf diese Weise wesentlich einfacher regeln, wobei lediglich für eine entsprechende Stöchiometrie gesorgt werden sollte, um die energetische Nutzung zu optimieren.
Mit Vorteil wird daher so vorgegangen, dass die CO2-Menge des heissen Verbrennungsabgases stöchiometrisch entsprechend der Menge des eingeblasenen Kohlenwasserstoffes gewählt wird.
Für eine nachfolgende weitere Zerkleinerung wird aufgrund der im Kühireaktor stattfindenden Vergasungsreaktion eine hohe Menge Treibgas zur Verfügung gestellt, welche es erlaubt, wie es einer bevorzugten Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens entspricht, so vorzugehen, dass die erstarrten und gekühlten Schlackentropfen bei Temperaturen über 5000 und unter 8000 C gemeinsam mit dem gebildeten CO und H2 in eine Mühle, insbesondere eine Strahlmühle, ausgetragen werden und dass das CO und H2 abgezogen wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens setzt einen Schlackentundish mit einer Schlackenaustrittsöffnung voraus, an welche ein Kühlreaktor angeschlossen ist. Die Vorrichtung kann hierbei erfindungsgemäss so ausgebildet sein, dass oberhalb des Schlackenbades Brenner angeordnet sind, dass der Schlackentundish druckfest verschliessbar ist und dass an den Kühireaktor Leitungen für die Kohlenwasserstoffe angeschlossen sind.
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Alternativ kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass ausserhalb des Schlackentundish eine Brennkammer oder eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Turbinenbrennkammer, angeordnet ist und dass die heissen Verbrennungsabgase einer auf das flüssige Schlackenbad gerichteten oder in das flüssige Schlackenbad eintauchenden Lanze zugeführt sind.
Bei Verwendung von oberhalb des Schlackenbades angeordneten Brennern muss hierbei lediglich dafür Sorge getragen werden, dass der Schlackentundish entsprechend druckfest verschliessbar ist, um den erforderlichen Druck für den sicheren Ausstoss der flüssigen Schlacke in den Kühireaktor zu gewährleisten. Gleichzeitig wird durch derartige Brenner das Schlackenbad entsprechend erhitzt, sodass die Schlacke sicher in flüssiger Phase gehalten werden kann.
Bei der Verwendung gesonderter Brennkammern oder Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Turbinenbrennkammern, kann die Verbrennung jeweils optimal geführt werden, um eine weitestgehend vollständige Verbrennung zu erzielen, wodurch auch eine bessere energetische Nutzung der eingesetzten Brennstoffe gewährleistet ist. Insbesondere die Verwendung einer Turbinenbrennkammer führt hierbei unmittelbar zu dem erforderlichen Druckniveau von etwa 2 bis 5 bar, sodass die Verwendung einer einfachen, in das Schlackenbad eintauchenden Lanze für den sicheren Ausstoss der flüssigen Schlacke in den Kühlreaktor möglich wird, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich die Austrittsöffnungen des Schlackentundish in der Folge verlegen.
In jedem Fall kann bei der erfindungsgemässen Vorrichtung vollständig auf die bisher übliche Verwendung von Dampf bzw. Druckwasser verzichtet werden, sodass Hydratationsreaktionen ausgeschlossen werden können. Gleichzeitig mit der gewünschten Zerkleinerung kann ein hochwertiges Produktgas, nämlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff gebildet werden, sodass die Energiebilanz des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der erfindungsgemässen Vorrichtung wesentlich verbessert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung ist mit 1 ein Schlackentundish bezeichnet, in welchem ein Bad an flüssiger Schlacke, beispielsweise flüssige Hochofenschlacke, enthalten ist.
Der Flüssigkeitsspiegel ist hierbei mit 2 bezeichnet. Der Tundish 1 kann, wie durch die strichpunktierte Linie 3 angedeutet, dichtend abgeschlossen werden. Bei dichtendem Abschluss des Tundish 1 können oberhalb des Flüssigkeitspiegels schematisch mit 4 angedeutete Brenner angeordnet werden, welche beispielsweise im Deckel festgelegt sein können. Mit derartigen Brennern kann die für die Aufrechterhaltung der flüssigen Phase erforderliche Energie sowie der nötige Druck für den Ausstoss der Schlacke durch die rohrförmige Öffnung 5 aufgebaut werden, an welche ein Kühlreaktor 6 angeschlossen ist.
Bei der Darstellung nach der Zeichnung ist mit 7 eine Lanze für heisse Verbrennungsabgase bezeichnet, welche in das Schlackenbad eintaucht und für den Ausstoss der flüssigen Schlacke als Mantel eines derartigen heissen Abgasstromes durch die Öffnung 5 eingesetzt wird. Der Schlackenzufluss kann durch ein höhenverstellbares, rohrförmiges Wehr 8 entsprechend geregelt werden.
Nach dem Durchtritt der heissen Schlackentröpfchen als Mantel des Gasstromes oder aufgrund des durch die Brenner 4 erzeugten Druckes durch die Öffnung 5 gelangen die flüssigen Schlackentröpfchen mit Durchmessern zwischen 10 und 60 ! l und Temperaturen von etwa 1200 bis 14000 in den Kühlreaktor und werden über im wesentlichen radial einwärts gerichtete Düsen 9 mit Kohlenwasserstoffen beaufschlagt.
Im Kühireaktor, in welchem eine Vergasungs- und eine Crackreaktion abläuft, setzt sich das über die Lanze 7 eingestossene CO2 mit den Kohlenwasserstoffen zu CO und H2 um, wobei aufgrund der entsprechenden Volumszunahme auch ein entsprechender Druckaufbau erfolgt, welcher den Austrag der bereits weitgehend erstarrten Teilchen über einen Durchtrittskanal 10 in eine Strahimühle 11 ermöglicht. Bei entsprechender geometrischer Anordnung kann die Strömungsenergie direkt in der Strah ! müh ! e umgesetzt werden. Aus der Strahlmühle 11 wird über die Leitung 12 Spaltgas als Produktgas abgezogen, wobei das jeweils angefallene Granulat über Zellradschleusen 13 bei Temperaturen von etwa 600 C ausgetragen werden kann.
Der Einstoss von Kohlenwasserstoff, und insbesondere Cl-10 Kohlenwasserstoffen erfolgt durch Einbringen derartiger Kohlenwasserstoffe in eine Ringleitung 14, an welche die Düsen 9 angeschlossen sind.
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Die Austrittsöffnung 5 kann in konventioneller Weise geheizt oder gekühlt sein, um den Verschleiss entsprechend zu optimieren. Bei der Darstellung in der Zeichnung ist hierfür ein mit einem Fluid durchflutbarer Ringeinsatz 15 ersichtlich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken wie z. B.
Hochofenschlacken oder Schmelzkammeraschen aus kohlebefeuerten thermischen
Kraftwerken, bei welchem der Schlackenstrahl in einen Kühlreaktor ausgestossen wird und im Kühireaktor unter Zusatz von Kohlenwasserstoffen gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlackenstrahl mit heissen Verbrennungsabgasen, insbesondere einer vollständigen Verbrennung, in den Kühireaktor ausgestossen wird.