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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Kohle, insbesondere zum Trocknen von Braunkohle.
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Grubenfeuchte Braunkohle, auch als Rohkohle bezeichnet, ist weitgehend mit Wasser gesättigt und weist einen Wassergehalt von in der Regel zwischen 50 und 60% auf. Für ihre Nutzung in einem Braunkohlekraftwerk ist es erforderlich, die Rohkohle zu trocknen.
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Hierzu sieht ein bekannter Ansatz vor, die Rohkohle vor ihrem Einsatz in einem Kraftwerkskessel in einem Dampfwirbelschichttrockner zu trocknen. Die Intensität des Wärmeübergangs in den Wirbelschichten eines Dampfwirbelschichttrockners hängt dabei unter anderem von der Partikelgröße des Wirbelgutes ab. Gemahlene Braunkohle ist stark polydispers, d. h. sie weist eine breite Korngrößenverteilung auf, wobei der Schwerpunkt auf den feineren Fraktionen liegt. Aus diesem Grund kommt es – in Abhängigkeit von dem gewünschten Fluidisierungszustand – zu einem mehr oder weniger starken Austrag von Kohlestaub aus der Wirbelschicht. Dieser Kohlestaub wird aus einem Brüdenauslass des Wirbelschichttrockners ausgetragen und im Rahmen einer Brüdenreinigung abgeschieden.
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Insbesondere bei höheren Fluidisierungsgeschwindigkeiten kommt es auf diese Weise zu einem unerwünscht hohen Staubaustrag. Ein hoher Staubaustrag ist mit mehreren Nachteilen verbunden: abgesehen von der durch die kurze Verweilzeit des Staubes gegebenenfalls nicht vollständig erfolgten Trocknung des Staubes im Wirbelschichttrockner sind eine Verringerung des mittleren Wärmeübergangskoeffizienten sowie eine Entmischung der Wirbelschicht unerwünschte Folgen eines solchen Staubaustrags.
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Aus der Druckschrift
DE 196 20 047 C2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Braunkohle unter Verwendung eines Dampfwirbelschichttrockners bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass eine Teilmenge des aus dem Trockner austretenden Dampfes gereinigt, dabei mit dem Dampf ausgetragener Kohlestaub abgeschieden und anschließend der abgeschiedene Kohlestaub wieder in den Wirbelschichttrockner eingetragen wird. Hierzu ist eine Leitung vorgesehen, die den Kohlestaub im unteren Bereich des Wirbelschichttrockners, nämlich zwischen der Unterkante des im Wirbelschichttrockner ausgebildeten Wärmetauschers und dem Begasungsboden des Wirbelschichttrockners rückführt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Kohle unter Verwendung eines Dampfwirbelschichttrockners bereitzustellen, die einen guten Wärmeübergang in allen Schichten des Wirbelschichttrockners bereitstellen und sich dementsprechend durch eine hohe Effizienz der Trocknung auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, den aus der Brüdenreinigung abgeschiedenen Kohlestaub wieder in den Wirbelschichttrockner einzutragen, wobei die Rückführung an einer Stelle des Wirbelschichttrockners erfolgt, die innerhalb oder oberhalb der Heizflächen des Wirbelschichttrockners liegt.
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Anders als bei der Druckschrift
DE 196 20 047 C2 erfolgt die Staubrückführung somit nicht im Bereich zwischen Düsenboden und Wärmetauscher, sondern im Bereich oder sogar oberhalb der Heizflächen des Wärmetauschers. Die Erfindung beruht dabei auf der überraschenden Erkenntnis, dass die unerwünschten Auswirkungen eines Staubaustrages aus dem Wirbelschichttrockner auf das Verhalten der Wirbelschicht und der Trocknerleistung reduziert oder sogar weitgehend eliminiert werden können, wenn eine Rückführung des abgeschiedenen Kohlestaubes an geeigneter Stelle des Wirbelschichttrockners erfolgt.
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Die in der
DE 196 20 047 C2 vorgeschlagene Rückführung im Bereich zwischen dem Düsenboden und den Heizflächen führt dazu, dass der in der Wirbelschicht erwünschte Staub zu schnell ausgetragen wird. Demgegenüber beruht die erfindungsgemäße Lösung auf der Erkenntnis, dass die Rückführung im Bereich der Heizflächen des Trockners erfolgen sollte, da die Randströmung einer Wirbelschicht typischerweise nach unten gerichtet ist. Die Rückführung erfolgt daher erfindungsgemäß oberhalb des Düsenbodens. Dabei ist sogar eine Rückführung in den Trockner auch oberhalb der Heizflächen und sogar oberhalb der Wirbelschicht möglich.
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Durch die erfindungsgemäße Lehre wird nicht nur eine vollständige Trocknung des Staubes ermöglicht. Auch werden eine Verringerung des mittleren Wärmeübergangskoeffizienten sowie eine Entmischung der Wirbelschicht aufgrund eines zu starken Staubaustrages vermieden, so dass eine befriedigende Trocknerleistung auch bei hohen Fluidisierungsgeschwindigkeiten bereitgestellt werden kann.
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Dabei sind unterschiedliche Stellen bzw. Zonen möglich, in denen eine Rückführung des abgeschiedenen Kohlestaubes erfolgen kann. In einer ersten Ausgestaltung wird der Kohlestaub dem Wirbelschichttrockner an einer Stelle zugeführt, die in der unteren Hälfte der Heizflächen des Wirbelschichttrockners liegt. Bei einer zweiten Ausgestaltung erfolgt die Rückführung in der oberen Hälfte der Heizflächen des Wirbelschichttrockners. In einer dritten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Kohlestaub oberhalb der Heizflächen, dabei aber noch innerhalb der im Wirbelschichttrockner ausgebildeten Wirbelschicht erfolgt. In einer vierten Ausgestaltung wird der Kohlestaub an einer Stelle zugeführt, die noch oberhalb der im Wirbelschichttrockner ausgebildeten Wirbelschicht und dabei oberhalb des Füllstandes des Wirbelschichttrockners liegt.
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Der getrocknete Kohlestaub kann somit innerhalb unterschiedlicher vertikaler Rückführzonen wieder in den Wirbelschichttrockner eingetragen werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nur ein Teil des aus dem Brüden abgeschiedenen Kohlestaubes zum Wirbelschichttrockner zurückgeführt wird. Ein anderer Teil kann in anderer Weise verwendet werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Trocknen von Kohle, die aufweist:
- – einen Wirbelschichttrockner zum Trocknen von zu trocknender Kohle, wobei der Wirbelschichttrockner einen Begasungsboden und einen oberhalb des Begasungsbodens angeordneten Wärmetauscher aufweist, der Heizflächen umfasst,
- – mindestens eine Ableitung des Wirbelschichttrockners, über die im Wirbelschichttrockner entstandener Brüden aus dem Wirbelschichttrockner abgeleitet wird, wobei der Brüden Kohlestaub enthält,
- – mindestens einen Abscheider zum Abscheiden von Kohlestaub aus dem Brüden, wobei der Abscheider mit der Ableitung verbunden ist, und
- – Rückführmittel zum Zurückführen von abgeschiedenem Kohlestaub in den Wirbelschichttrockner, wobei mittels der Rückführmittel der Kohlestaub dem Wirbelschichttrockner an mindestens einer Stelle zugeführt wird, die innerhalb oder oberhalb der Heizflächen des Wirbelschichttrockners liegt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Es zeigen
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1 schematisch eine Vorrichtung zum Trocknen von Kohle mit einem Wirbelschichttrockner, und
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2 die Vorrichtung der 1 unter genauerer Darstellung einzelner vertikaler Rückführzonen des Wirbelschichttrockners.
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Die 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung zum Trocknen von Kohle, insbesondere von Braunkohle. Die Vorrichtung ist beispielsweise Teil eines Kohlekraftwerks, wobei die Kohle nach ihrer Trocknung einem Kraftwerkskessel zugeführt wird.
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Die Vorrichtung umfasst einen Dampfwirbelschichttrockner 1 (im Folgenden auch als Wirbelschichttrockner bezeichnet) und einen Abscheider 2.
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Der Wirbelschichttrockner 1 weist in seinem unteren Bereich einen Begasungsboden 11 auf, der mehrere Rohre und Begasungsdüsen 110 umfasst, aus denen in an sich bekannter Weise ein Fluidisierungsmedium austritt. Oberhalb des Begasungsbodens 11 und in einem definierten Abstand zu diesem ist ein Wärmetauscher 12 vorgesehen, der über einen vertikalen Bereich F Heizflächen aufweist (die auch als Tauchheizflächen bezeichnet werden, da sie in die Wirbelschicht eingetaucht sind). Die Heizflächen werden beispielsweise durch übereinander angeordnete horizontale Rohre oder Rohrbündel oder durch vertikale Platten gebildet. Derartige Wärmetauscher sind an sich bekannt.
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Innerhalb des Wirbelschichttrockners 1 entsteht beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung eine Wirbelschicht, in der dem Wirbelschichttrockner 1 zugeführte, zerkleinerte Kohle getrocknet wird. Die Wirbelschicht endet etwas oberhalb des Wärmetauschers 2. Die Obergrenze 13 der Wirbelschicht ist in der 2 dargestellt. Oberhalb der Wirbelschichtobergrenze 13 befindet sich eine Mischung von Wasserdampf und Kohlestaub, die als Brüden bezeichnet wird.
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Im Wirbelschichttrockner 1 zu trocknende Rohkohle wird zunächst in einer Mühle (nicht dargestellt) zerkleinert. Die Partikelgröße der zerkleinerten Kohle liegt beispielsweise bei durchschnittlich unter 2 mm, d. h., es wird eine feine Körnung bereitgestellt. Die gemahlene Kohle wird einer Eintragsvorrichtung (nicht dargestellt) zugeführt, von der die Kohle über eine Zuführung 5 dem oberen Bereich des Wirbelschichttrockners 1 zugeführt wird.
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Die im Trockner 1 befindlichen Heizflächen bzw. die diese bildenden Wärmetauscherrohre werden im Inneren von Heizdampf durchströmt. Sie übertragen die zur Trocknung notwendige Wärmeenergie auf das Trocknungsgut in der Wirbelschicht. Nach Trocknen der Kohle im Wirbelschichttrockner 1 wird die getrocknete Kohle über eine Ableitung 6 beispielsweise in Form eines Auslauftrichters dem Wirbelschichttrockner 1 entnommen und weiter transportiert, beispielsweise zu einem Kraftwerkskessel.
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Es ist im oberen Bereich des Wirbelschichttrockners 1 eine Ableitung 7 vorgesehen, über die im Wirbelstromtrockner 1 entstandener Brüden aus dem Wirbelschichttrockner 1 abgeleitet wird. Der Brüden enthält dabei Kohlestaub. Die Partikelgröße des Kohlestaubs ist relativ klein und liegt durchschnittlich bei weniger als 1 mm. Die Ableitung 7 zur Ableitung von Brüden aus dem Wirbelschichttrockner 1 ist im oberen Bereich des Wirbelschichttrockners 1 ausgebildet, und zwar oberhalb der im Wirbelschichttrockner 1 ausgebildeten Wirbelschicht.
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Über die Ableitung 7 wird Kohlestaub enthaltender Brüden aus dem Wirbelschichttrockner 1 abgeleitet. Dieser Kohlestaub wird in dem Abscheider 2 abgeschieden. Hierzu können ein Zyklon 21 und/oder ein Elektrofilter 22 und/oder ein Gewebefilter 23, die jeweils schematisch dargestellt sind, als Abscheider 2 eingesetzt werden. Der gereinigte Brüden wird über eine Leitung 4 abgeleitet. Dabei kann vorgesehen sein, dass der gereinigte Brüden im Kreislauf an den Wirbelschichttrockner 1 zurückgeführt wird und dort beispielsweise als Fluidisierungsmedium des Begasungsbodens 11 dient und/oder einem Fluidisierungsmedium beigemischt wird. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der gereinigte Brüden teilweise oder vollständig in anderer Weise abgeleitet und einer Verwendung zugeführt wird.
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Der im Abscheider 2 abgeschiedene Kohlestaub wird über eine Leitung 3 wieder in den Wirbelschichttrockner 1 eingetragen. Hierzu ist mindestens eine Leitung 8 vorgesehen, die an einer bestimmten Stelle des Wirbelschichttrockners 1 in diesen einmündet. Dies ist in der 2 näher dargestellt.
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Wie der 2 entnommen werden kann, bildet der Wirbelschichttrockner 1 mehrere vertikal übereinanderliegende Zonen aus. Eine unterste Zone A befindet sich unterhalb des Begasungsbodens 11 bzw. ist zwischen diesem und dem unteren Ende des Gehäuses des Wirbelschichttrockners ausgebildet. Eine darüber liegende Zone B befindet sich zwischen dem Düsenboden 11 und der Unterkante der Heizflächen des Wärmetauschers 12. Innerhalb der Heizflächen, die den vertikalen Bereich F in Anspruch nehmen, sind zwei Unterbereiche C1, C2 definiert, nämlich die untere Hälfte C1 der Heizflächen und die obere Hälfte C2 der Heizflächen. Vertikal darüber liegt eine Zone D, die zwischen der Oberkante der Heizflächen und der Obergrenze 13 der im Wirbelschichttrockner 1 ausgebildeten Wirbelschicht ausgebildet ist. Schließlich befindet sich oberhalb der Wirbelschicht eine vertikale Zone E.
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Aus dem Abscheider 2 abgeschiedener Kohlestaub wird wie beschrieben über die Leitung 3 dem Wirbelschichttrockner 1 zurückgeführt. Die Rückführung kann dabei grundsätzlich in jeder der genannten vertikalen Rückführzonen A, B, C1, C2, D, E erfolgen. Eine Rückführung in den vertikalen Zonen A, B ist erfindungsgemäß jedoch nicht vorgesehen, da der rückgeführte Staub in diesen Zonen teilweise oder vollständig mit der den Trockner verlassenden Kohle ausgetragen wird. Vielmehr erfolgt eine Rückführung des abgeschiedenen Kohlestaubs in den Rückführzonen C1, C2, D und/oder E, wo eine weitestgehende Einmischung in die Wirbelschicht gewährleistet ist. Hierzu sind in den entsprechenden Bereichen Rückführleitungen 81, 82, 83 und 84 vorgesehen, die mit der Leitung 3 verbunden sind oder Mündungen der Leitung 3 darstellen.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass nur eine der Rückführleitungen 81, 82, 83, 84 vorhanden ist. Der Eintrag von Kohlestaub in den Wirbelschichttrockner 1 erfolgt für diesen Fall immer an einer bestimmten Stelle in einer der vertikalen Rückführzonen C1, C2, D oder E.
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In alternativen Ausgestaltungen sind dagegen mehrere oder alle der in der 2 dargestellten Rückführleitungen 81, 82, 83, 84 vorgesehen. In diesem Fall kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Leitungen 81, 82, 83, 84 mit steuerbaren Ventilen oder dergleichen versehen sind, so dass ein Eintrag von Kohlestaub in den Wirbelschichttrockner 1 über eine oder mehrere der Rückführleitungen 81, 82, 83, 84 jeweils eingestellt werden kann. In Abhängigkeit z. B. von der zu erzielenden Trocknerleistung und der Feuchtigkeit der zu trocknenden Rohkohle können dabei die Rückführleitungen 81, 82, 83, 84 unterschiedlich geschaltet werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass vorgesehen sein kann, dass die in den Figuren lediglich schematisch dargestellten Rückführleitungen 81, 82, 83, 84 sich z. B. kreisförmig oder halbkreisförmig um den ebenfalls kreisförmig ausgebildeten Wirbelschichttrockner 1 erstrecken und in einer betrachteten Ebene ggf. mehrere Einlässe in den Wirbelschichttrockner 1 ausbilden.
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Durch einen Eintrag des abgeschiedenen Kohlestaubs in den Wirbelschichttrockner 1 in einer oder mehrerer der vertikalen Rückführzonen C1, C2, D oder E wird ein optimierter Wärmeübergang im Wirbelschichttrockner 1 ermöglicht. Durch die Rückführung des Kohlestaubs deutlich oberhalb des Düsenbodens 11 wird ein unerwünscht hoher Staubaustrag aus der Wirbelschicht vermieden und dadurch eine Verringerung des mittleren Wärmeübergangskoeffizienten in der Wirbelschicht zuverlässig verhindert. Gleichzeitig wird erreicht, dass die rückgeführte Kohle ggf. vollständig nachgetrocknet wird.
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Durch die Zwangsrückführung von aus dem Brüden abgeschiedenem Kohlestaub kann die effektiv im Trockner vorhandene Korngrößenverteilung durch Staubanreicherung sogar feiner eingestellt werden als im Mittel des Trockenproduktes, so dass der Wärmeübergang im Trockner durch diesen Effekt gesteigert wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass in einer bevorzugten Ausgestaltung der Wirbelschichttrockner 1 unter Druck steht. Hierdurch kann ein höherer mittlerer Wärmeübergangskoeffizient realisiert werden. Der Überdruck liegt beispielsweise zwischen 4 und 6 bar. Prinzipiell bezieht sich die Erfindung jedoch auf alle Systemdrücke, ob Umgebungs-, Unter- oder Überdruck.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf das vorstehend dargestellte Ausführungsbeispiel, das lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Beispielsweise kann die Brüdenreinigung in anderer Weise als Beschrieben erfolgen. Auch kann der Wirbelschichttrockner beispielsweise weitere Elemente umfassen, die nicht beschrieben oder dargestellt sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann überall dort eingesetzt werden, wo Kohle zu trocknen ist. Der Einsatz in einem Kohlekraftwerk stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel dar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19620047 C2 [0005, 0009, 0010]
