DE102004061598A1 - Verfahren und Silo zum Lagern von Brennstäuben - Google Patents

Abstract

Zum eigensicheren Lagern von Brennstäuben, insbesondere von physikalisch/chemisch aktiven Brennstäuben, wie Braunkohlenstaub, in einem Silo wird der O¶2¶-Gehalt der in dem Silo enthaltenen Atmosphäre durch Einbindung des Luftsauerstoffs durch den Brennstaub unter 14% gehalten. Der Silo hat einen (2) mit einem Aufsatzfilter (3), an den eine Leitung (21) zum Zuführen des im Luftstrom geführten Brennstaubs und eine Abluftleitung (16) angeschlossen sind.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf das Lagern von Brennstäuben, insbesondere von physikalisch/chemisch aktiven Brennstäuben, wie Braunkohlenstaub.
• Solche Brennstäube dürfen nur unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen gelagert und gehandhabt werden, weil sie zu gefährlichen Reaktionen neigen, beispielsweise zu Schwelbränden und Verpuffungen, etwa wenn unkontrolliert Luft oder Feuchtigkeit Zutritt zu dem beispielsweise in einem Silo gelagerten Brennstaub erhält.
• Der Stand der Silotechnik ist gekennzeichnet durch
• – die VDI-Richtline 3673, nach der solche Silos bei Vorhandensein von Druckentlastungsklappen 3 bar druckstoßfest oder ohne Druckentlastungsklappen 10 bar druckstoßfest sein müssen, und
• – die TRD (Technische Richtlinie Druckbehälter) 413, die die Ausrüstung und den Betrieb solcher Silos bestimmt.
• Nach der TRD 413 sind solche Silos mit Messeinrichtungen für die Temperatur und den CO-Gehalt der Siloatmosphäre auszurüsten. Weiterhin ist dem Silo ein CO₂-Tank beizustellen, um im Brandfalle den Silo mit CO₂ fluten zu können.
• Die Erfahrung der letzten Jahre hat gezeigt, dass diese Ausrüstung lückenhaft ist und oft eine Sicherheit nur vorspiegelt. So können hohe CO-Gehalte auch auftreten, ohne dass ein Schwelbrand vorliegt. Auch ist die Flutung mit CO₂ eines in Schwelbrand geratenen Silos keine Sicherheitsgarantie, denn ein mit CO₂ abgedeckter Schwelbrand kann oft weiterbrennen, wenn er erneut mit Luft in Berührung gelangt.
• Besonders gefährlich ist bei der Lagerung von Braunkohlenstaub (nachfolgend "BKS") in Silos beim heutigen Stand der Sicherheitstechnik das sog. "Atmen" des Silos, das durch Schwankungen des Drucks oder der Temperatur der Umgebungsatmosphäre hervorgerufen wird. Deren natürlicher Feuchtigkeitsgehalt gelangt dabei mit in den Silo, kondensiert innen an den Silowänden und wird dann vom BKS aufgenommen. Die dabei frei werdende Bindungswärme kann den BKS auf Temperaturen von 400 bis 500°C erhitzen und in Schwelbrand versetzen, wogegen eine CO₂-Flutung des Silos nicht hilft.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein eigensicheres und umweltfreundliches Verfahren zum Lagern von Brennstäuben, insbesondere von physikalisch/chemisch aktiven Brennstäuben, wie etwa Braunkohlenstaub, anzugeben, das die Nachteile und Gefährdungen, die der heutigen Silotechnik eigen sind, überwindet, sowie einen zur Ausführung des Verfahrens geeigneten Silo.
• Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung, bezüglich des Silos durch die im Anspruch 4 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
• Die Erfindung nutzt paradoxerweise die an sich gefährliche Reaktionswilligkeit des Brennstaubes, insbesondere die von frisch gemahlenem Braunkohlenstaub (BKS), bewusst aus. Dieses soll nachfolgend erläutert werden.
• Füllt man frisch gemahlenen BKS in einen Silo mit den erfindungsgemäßen Merkmalen, so reagiert der BKS sofort mit dem Sauerstoff der im Silo vorhandenen Luft. Er bindet den Sauerstoff ein und erzeugt erhebliche Mengen an CO, zumeist 2.000 bis 3.000 ppm, und liefert mit Verzug CO₂ in einem Anteil von etwa 2 bis 4 %.
• Der Sauerstoffgehalt der Siloatmosphäre vermindert sich binnen 30 bis 50 Minuten unter die Explosionsgrenze der Siloatmosphäre von 14 % und erreicht nach meist 3 bis 5 Stunden einen Anteil von 3 bis 4 %. Von diesem Anteil abgesehen besteht die Siloatmosphäre dann zu ca. 97 % aus Stickstoff, CO₂, etwas CO und Wasserdampf. Sie ist damit innert, und der BKS kann in diesem Zustand beliebig lange gelagert werden und ist – mangels Sauerstoff – mit keinem Mittel entzündbar.
• Die Erfindung besteht nun darin, dass dieser eigensichere Zustand gezielt herbeigeführt wird und unter allen Betriebszuständen der Sauerstoffgehalt in der Siloatmosphäre unter der Explosionsgrenze von 14 % – bevorzugt unter 10 bis 12 % – gehalten wird.
• Ein zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneter Silo soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Schemazeichnung näher erläutert werden.
• Die Zeichnung zeigt im Querschnitt einen insgesamt mit 1 bezeichneten Silo, bestehend aus einem sich am unteren Ende kegelig verengenden Behälter 2 und einem an dessen Kopf zentrisch angesetzten, insgesamt mit 3 bezeichneten Aufsatzfilter. Der Aufsatzfilter 3 hat ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 4, das gegen den Silobehälter 2 hin offen ist. Am unteren Ende des Silobehälters 2 befindet sich ein Auslauf 5 mit einem Auslasszellenrad 6, das von einem Motor antreibbar ist. Das dort auch noch dargestellte Absperrorgan (ohne Bezugszeichen) ist für die Funktion unwesentlich, es erleichtert lediglich Wartungsarbeiten, etwa wenn das Auslasszellenrad 6 gereinigt oder ausgewechselt werden muss.
• Der Auslass des Zellenrades 6 mündet in eine insgesamt mit 7 bezeichnete, an sich bekannte Dosiervorrichtung, die zugleich als Flammsperre wirkt und in der der von dem Zellenrad 6 zugeführte Brennstaub 8 über einem Fließboden 9 unter dem Einfluss von Druckluft, die von einem Gebläse 10 zugeführt wird, in einem fluidisierten Zustand gehalten wird.
• Der Luftraum der Dosiervorrichtung oberhalb des fluidisierten Brennstaubes 8 ist über eine Abluftleitung 11 mit dem Aufsatzfilter 3 verbunden. Sie mündet dort in eine Sammelkammer 12, die innerhalb des Gehäuses 4 des Aufsatzfilters 3 nach oben durch einen oberen Boden 13 gegen eine Abluftauslasskammer 14 und nach unten durch einen unteren Boden 15 gegen den Rest des Innenraums des Gehäuses 4 abgegrenzt ist.
• Von der Abluftauslasskammer 14 führt eine Abluftleitung 16 nach außen, in der sich ein Schließorgan 17 befindet.
• Im oberen Boden 13 sind mehrere Rohre 18 abgedichtet befestigt, die sich nach unten durch die Sammelkammer 12 und durch Öffnungen in dem unteren Boden 16 erstrecken, wobei sie innerhalb der Öffnungen jeweils einen Ringspalt mit dem unteren Boden 15 ausbilden. An die unteren Enden der Rohre 18 sind unterhalb des unteren Bodens 15 jeweils Filterschläuche 19 angebracht.
• Unterhalb des unteren Bodens 15 befindet sich die Mündung einer Förderleitung 21, durch die mit Druckluft geförderter Braunkohlenstaub tangential mittels einer Einlaufspirale 20 in den Aufsatzfilter 3 eingeblasen werden kann. In der Förderleitung 21 ist ein Absperrorgan 22 angeordnet.
• Die schon erwähnte Dosiervorrichtung 7 umfasst ein motorgetriebenes Dosierzellenrad 23 und einen motorgetriebenen Rührer 24. Letzterer dient dazu, eine Strähnenbildung im fluidisierten Brennstaub 8 innerhalb der Dosiervorrichtung 7 zu verhindern. In der Wand 25 der Dosiervorrichtung 7 ist ein Sensor 26 angeordnet, mit dessen Hilfe der Füllstand der Dosiervorrichtung 7 überwacht werden kann, um davon abgeleitet den Motor des Auslasszellenrades 6 zu steuern. Diese Steuerungseinrichtung ist hier nicht dargestellt.
• Im Mündungsbereich 27 des Gehäuses 4 des Aufsatzfilters 3 in den Silobehälter 2 ist ein Auslasselement 28 angeordnet, das vorzugsweise kegelförmig ist und axial verstellbar gelagert ist. Mit Hilfe der axialen Verstellmöglichkeit des Auslasselements lässt sich eine für die Staubzuführung in den Silobehälter bei gleichzeitiger Minimierung der aufsteigenden Luftmenge günstigste Stellung des Auslasselements erreichen, die später nicht mehr verändert wird. Weiterhin sind am Silobehälter 2 mehrere Sensoren 29 zur Erfassung von Druck und Temperatur der Siloatmosphäre angeordnet. Die Sensoren sind mit einer Steuereinheit 30 verbunden, an der die schon erwähnten Absperrorgane 17 und 22 in den Leitungen 16 und 21 sowie ein Absperrorgan 31 in der von der Dosiervorrichtung 7 zum Aufsatzfilter 3 führenden Abluftleitung 11 angeschlossen sind.
• Der Betrieb des Silos 1 wird nachfolgend erläutert.
• 1) Befüllung mit BKS
• Mittels Druckluft wird bei geöffnetem Schließorgan 22 BKS durch die Förderleitung 21 und die Einlaufspirale 20 tangential in den Aufsatzfilter 3 eingeblasen. In der Regel kommt der BKS über Straßensilofahrzeuge in Ladungen von ca. 25 t und wird mit ca. 250 m³ Druckluft in 20 bis 30 Minuten in den Silo 1 gefördert. Die Staubbeladung der Druckluft ist somit ca. 25 t / 250 m³ = 100 kg/m³ und damit um 2 bis 3 Zehnerpotenzen über der Explosionsgrenze.
• Der BKS 32 wird durch die Zyklonwirkung der an die Leitungsmündung angesetzten Einlaufspirale 20 zu über 99 % aus der Druckluft abgeschieden und durch den Ringspalt zwischen dem Auslasselement 28 und der Mündung 27 des Aufsatzfiltergehäuses 4 in den Silobehälter 2 ausgeschleudert. Die noch staubhaltige Druckluft geht über die Filterschläuche 19 nach oben in die Abluftauslasskammer 14 ab und entweicht als gefilterte Luft bei geöffnetem Schließorgan 17 durch die Abluftleitung 16. Der dazu nötige Überdruck von meist 10 bis 20 hPa wird dadurch erzeugt, dass ca. 2 % der Druckluft in das Innere des Silos 1 eindringt und dort den statischen Druck um 10 bis 20 hPa erhöht.
• Diese ca. 2 % der Druckluft sind so wenig, dass der Sauerstoffgehalt der Siloatmosphäre dadurch nur um 0,01 bis 0,03 Vol.-% erhöht wird. Je nach Feuerungsleistung wird der Silo 1 etwa alle 4 bis 10 Stunden befällt. Diese Zeiten reichen für die Absorption der genannten 0,01 bis 0,03 Vol.-% Sauerstoff durch den BKS 32 mehrfach aus. Der Silo bleibt somit innert.
• 2) Stillstand
• Ist der Silo 1 außer Betrieb, sind die Schließorgane 17, 22 und 31 geschlossen. Bei Schwankung des Drucks oder der Temperatur der Umgebungsatmosphäre atmet der Silo 1 daher nicht. Nur der Innendruck kann schwanken, jedoch nur im Bereich von 100 bis 200 hPa, was unter Festigkeitsgesichtspunkten völlig unbedeutend ist.
• Aufgrund des hermetischen Abschlusses der Siloatmospäre gegen die Umgebungsatmosphäre kann keine Feuchtigkeit in den Silobehälter 2 eindringen, die dort Temperaturerhöhungen hervorrufen könnte. Der Silo 1 ist in diesem Zustand unbeschränkt eigensicher.
• 3) Betrieb mit BKS-Verbrauch
• Im Betrieb wird der durch das Auslasszellenrad 6 in die Dosiervorrichtung 7 geförderte BKS in dieser über den Fließboden 9 durch die vom Gebläse 10 geförderte Luft bei geöffnetem Absperrorgan 31 fluidisiert, wobei ein Füllstand eingehalten wird, der vom Sensor 26 überwacht wird. In bekannter Weise wird der fluidisierte BKS 8 durch das unter dem oberen Niveau des fluidisierten BKS 8 angeordneten Dosierzellenrades 23 mit Hilfe von Druckluft aus der Dosiervorrichtung 7 abgefördert. Die Abluft oberhalb des fluidisierten BKS 8 gelangt über die Abluftleitung 11 in die Sammelkammer 12 des Filteraufsatzes 3 und kann dort durch die Ringspalte zwischen den Rohren 18 und dem unteren Boden 15 in den Silo und von dort durch die Filterschläuche 19 nach oben in die Abluftsammelkammer 14 entweichen, von wo sie über die Abluftleitung 16 bei geöffnetem Absperrorgan 17 nach außen abgeleitet wird. Der Verbrauch an BKS aus der Dosiervorrichtung 7 wird durch den Betrieb des von dem Sensor 26 gesteuerten Auslasszellenrades 6 aus dem Silobehälter 2 durch unfluidisierten Kohlenstaub 32 ersetzt, so dass das Dosierzellenrad 23 stets von fluidisier tem BKS 8 umspült ist.
• Die so aus dem Silobehälter 2 jeweils abgezogene BKS-Menge wird durch einen kleinen Teil – etwa 2 bis 3 % – der aus der Abluftleitung 11 kommenden Abluftmenge ersetzt. Dieser kleine Teil ist so gering, dass sein Sauerstoffgehalt jeweils in wenigen Minuten durch den im Siloberhälter 2 befindlichen BKS 32 absorbiert ist. Der Sauerstoffgehalt der Siloatmosphäre steigt dadurch nur um wenige Zehntel Prozent.
• Der Abstand zur Explosionsgrenze von 14 % Sauerstoffgehalt wird dadurch nur unwesentlich verringert. Der von der Erfindung geschaffene Innertzustand der Siloatmosphäre bleibt somit gewahrt.
• 4) Explosion
• Sollte es – aus welchen Gründen auch immer – im Silobehälter 2 zu einer Staubexplosion kommen, wird diese durch wenigstens einen der Sensoren 29 in bekannter Weise erfasst. Die Schließorgane 17, 22 und 31 schließen sofort und verhindern, dass Explosionsgase oder brennender BKS in die Umgebung abgeblasen werden, wie es beim heutigen Stand der Technik, zum Beispiel durch Druckentlastungsklappen oder Berstscheiben, üblich ist. Die Umwelt wird somit durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen zuverlässig geschützt.
• Durch die Erfindung wird somit erstmals eine vollkommene, langfristige Eigensicherheit und ein vollkommener Schutz der Umwelt erreicht. Zudem spart man den Wartungsaufwand der CO-Analyse und die Bereithaltung eines CO₂-Vorrats. Die Erfindung bringt also auch in wirtschaftlicher Hinsicht einen Erfolg gegenüber dem Stand der Technik.

Claims (12)

1. Verfahren zum Lagern von physikalisch und chemisch aktiven Brennstäuben, insbesondere von Braunkohlenstaub, in einem Silo, dadurch gekennzeichnet, dass der O₂-Gehalt der in dem Silo enthaltenen Atmosphäre durch Einbindung des Luftsauerstoffs durch den Brennstaub unter 14 % gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der O₂-Gehalt in dem Silo unter 12 % gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Befüllen des eigentlichen Silobehälters mit einem im Luftstrom transportieren Brennstaub die Luft außerhalb des Silobehälters von dem Staub getrennt wird und der Brennstaub dann dem Silobehälter zugeführt wird.
4. Silo mit einem Behälter zum Lagern von Brennstaub, insbesondere von physikalisch/chemisch aktivem Brennstaub, wie Braunkohlenstaub, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) mit einem Aufsatzfilter (3) versehen ist, an den eine Leitung (21) zum Zuführen des im Luftstrom geführten Brennstaubs und eine Abluftleitung (16) angeschlossen sind.
5. Silo nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Aufsatzfilter (3) auch eine aus einer Flammsperre (7) am Staubauslass des Behälters (2) kommende Luftleitung (11) angeschlossen ist.
6. Silo nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den an den Aufsatzfilter (3) angeschlossenen Leitungen (11, 16, 21) jeweils schnell schließende Absperrorgane (17, 22, 31) angeordnet sind.
7. Silo nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale des Aufsatzfilters: – ein im Wesentlichen zylindrisches, nach unten gegen den Behälter (2) offenes Gehäuse (4), – eine Luftauslasskammer (14) im obersten Abschnitt des Gehäuses (4), aus der eine Luftauslassleitung (16) ins Freie führt und die nach unten durch einen oberen Boden (13) abgeschlossen ist, – eine Sammelkammer (12) unterhalb des oberen Bodens (13), in die die aus der Flammsperre (7) kommende Leitung (11) mündet und die nach unten durch einen unteren Boden (15) begrenzt ist, – mehrere Rohre (18), die abgedichtet in entsprechenden Bohrungen des oberen Bodens (13) befestigt sind und die die Sammelkammer (12) und Öffnungen in deren unterem Boden (15) durchqueren und an deren unteren Enden jeweils Filterschläuche (19) befestigt sind, – mehrere Öffnungen in dem unteren Boden (15) für einen Durchtritt von Abluft aus der Sammelkammer (12) und – einen in das Gehäuse (4) tangential und unterhalb des unteren Bodens (15) führenden Einlass (20), in den die den Brennstaub im Luftstrom führende Leitung (21) mündet.
8. Silo nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsöffnungen im unteren Boden (15) von den Rohren (19) unter Ausbildung jeweils eines Spaltes durchdrungen sind.
9. Silo nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Mündungsbereich (27) des Aufsatzfiltergehäuses (4) in den Silobehälter (2) ein Abschlusselement (28) angeordnet ist.
10. Silo nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (28) höhenverstellbar gelagert ist.
11. Silo nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (28) kegelförmig ist.
12. Silo nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Silobe hälter (2) wenigstens ein dessen Innendruck erfassender Sensor (29) angeordnet ist, der mit einer Steuereinrichtung (30) zur Steuerung der Absperrorgane (17, 22, 31) verbunden ist.