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Verfahren und Anlage zur bindemittellosen Brikettierung von Hartbraunkohle, Steinkohle und dgl.
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Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bindemittellosen Brikettierung von insbesondere Hartbraunkohle, aber auch Steinkohle und anderen schwer brikettierbaren Kohlen. Außerdem wird eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens angegeben.
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Stand der Technik
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Verfahren zur Herstellung von Presslingen aus Weichbraunkohle und zugehörige Anlagen, nämlich Brikettfabriken, sind seit langem Stand der Technik. Sie haben zumindest in Europa in den letzten Jahrzehnten an Bedeutung verloren, weil hier überwiegend Erdöl und Erdgas als Hauptenergieträger eingesetzt werden. In Asien dagegen erlebt die Braunkohleveredlung einen Aufschwung. Allerdings werden dort vorwiegend Hartbraunkohlen vorgefunden, die als schwer oder nicht brikettierbar gelten. Die bekannten Brikettfabriken, beispielsweise nach
DE 197 15 135 , für die Herstellung von Braunkohlenpresslingen stellen anlagenseitig zusammenhängende Fabrikationskomplexe dar. Die Anlagentechnik für alle wesentlichen Prozessabläufe ist in festen Produktionsgebäuden untergebracht. Von einer Bunkeranlage wird die Rohbraunkohle über Schrägförderer in den sogenannten ”Nassdienst” transportiert. Hier erfolgt die Aufbereitung durch Sieben und Brechen. Die so vorbereitete Rohbraunkohle erreicht danach den ”Trockendienst”. Die Trocknung ist notwendig, um den Wassergehalt der Rohbraunkohle um ca. 30–40 Masse-% zu vermindern und damit den Energiegehalt zu erhöhen. Die Trockenkohle wird in Brikettpressen, die mit einem Druck von ca. 120 MPa arbeiten, zu Braunkohlepresslingen weiter verarbeitet.
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Zur Brikettierung von getrockneter Weichbraunkohle reicht die durch den Pressdruck bewirkte Adhäsion der Teilchen aus, während bei der Verarbeitung von Hartbraunkohle und Steinkohle Bindemitteln zugesetzt werden müssen. Üblicherweise wird Steinkohlenteerpech zugemischt.
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Bekanntermaßen kommen auch Kalk und andere Zusätze zum Einsatz, beispielsweise um die SO2-Emission bei der Verbrennung zu reduzieren. Auch natürliche Stoffe, wie Holz, Stroh, Gräser u. a., wurden mit Braunkohle gemischt und verpresst.
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Anlagenseitig werden die Verfahrensschritte Lagern der Rohbraunkohle, Aufbereiten durch Sieben und Trocknen, Pressen, Kühlen sowie Konfektionieren und Verladen in zeitlicher Abfolge nacheinander durchgeführt.
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Nach wie vor gelten schwer brikettierbare Kohlen, nämlich Hartbraunkohlen und Steinkohlen, nur in Verbindung mit Bindemitteln als verpressbar.
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Die Trocknung dieser Kohlen erfolgt in Flug-, Trommel- und Wirbelschichttrocknem mittels ca. 1.000°C heißen Gasen.
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Aufgabenstellung
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Zur Verkokung und für das British Gas Lurgi(BGL)-Vergasungsverfahren und sind Briketts ohne Bindemittel zu verwenden.
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Das Prinzip der BGL-Vergasung besteht darin, dass die Briketts mit einem Anteil Kalkstein in einem Vergaser bei einer Temperatur von 2.000°C und einem Druck von 40 bar in der Verbrennungszone vollständig entgast werden. Die Asche verlässt den Vergaser in flüssiger Form. Durch die Einleitung von Sauerstoff und Wasserdampf wird der Kohlenstoff in das Brenngas CH4 umgewandelt. Das Gas durchströmt die Briketts im Vergaser im Gegenstrom.
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Für den Vergasungsprozess werden spezielle Anforderungen an die Eigenschaften des Brennstoffes gestellt. Die gleichmäßige Durchströmbarkeit während des Vergasungsprozesses, die Stückigkeit sowie die mechanische und thermische Stabilität der Briketts sind wichtige Kenngrößen.
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Bisher stehen dafür weder Hartbraunkohlen- noch Steinkohlenpresslinge zur Verfügung.
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Die erfinderische Aufgabenstellung besteht nun darin, Hartbraunkohlen- oder Steinkohlenpresslinge zur Vergasung und Verkokung zur Verfügung zu stellen. Zu diesem Zweck soll ein Verfahren zur bindemittellosen Brikettierung von Hartbraunkohle und Steinkohle entwickelt werden, wobei auch anlagenseitige und Vorrichtungsmerkmale zur Verfahrensdurchführung anzugeben sind.
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Die verfahrensgemäß hergestellten Presslinge aus Hartbraunkohle oder Steinkohle müssen die geforderten Kenngrößen für die Vergasung und Verkokung erfüllen. Der Einsatz von Mischkohle und anderen schwer brikettierbaren Kohlen als Rohstoff für die Brikettierung ist zumindest prinzipiell in Betracht zu ziehen.
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Lösung der Aufgabenstellung
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Die erfinderische Aufgabe ist gemäß den Patentansprüchen 1 und 3 gelöst worden. Während im Patentanspruch 1 die verfahrensseitigen Merkmale angegeben sind, beschreibt der Patentanspruch 3 eine Anlage zur Realisierung des Verfahrens.
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Die untergeordneten Ansprüche enthalten zweckmäßige Ausgestaltungen.
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Zunächst besteht die Technologie zur bindemittellosen Brikettierung im Wesentlichen aus den Verfahrensschritten Rohkohleaufbereitung, Rohkohletrocknung, Trockenkohlebehandlung, Brikettierung und Brikettbehandlung.
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Im Einzelnen werden die Schritte nachfolgend näher erläutert.
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– Rohkohleaufbereitung
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Zum Einsatz kommt vorzugsweise Hartbraunkohle. Alternativ können Steinkohle und andere schwer brikettierbaren Kohlen, wie auch Gemische aus diesen verwendet werden. Die Rohkohle wird auf eine Körnung von ≤ 6,3 mm mittels geeigneten Siebapparaten, vorzugsweise Spannwellsieben, abgesiebt. Anfallendes Überkorn ist einem Zerkleinerungsprozess mit Hilfe von Prallhammermühlen zu unterziehen und dem Siebapparat wieder zuzuführen oder es fällt bereits im Zerkleinerungsapparat in der gewünschten Korngröße an.
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Die Komgrößenzusammensetzung der aufbereiteten Rohkohle hat Einfluss auf die Wassergehaltsspannen nach dem Trocknungsprozess und ist damit verfahrenswesentlich für die Brikettierung. Große Wassergehaltsspannen bewirken eine Verschlechterung der Brikettfestigkeit.
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– Rohkohletrocknung
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Die durch Zerkleinerung und Klassierung aufbereitete Rohkohle wird nachfolgend in an sich bekannten dampfbeheizten Röhrentrocknern für Weichbraunkohle auf einen Endwassergehalt von zirka 9–11 Masse-% bei Einsatz von Hartbraunkohle bzw. von 1–3 Masse-% bei Verwendung von Steinkohle getrocknet. Die angegebenen Werte stellen den erforderlichen optimalen Wassergehalt für die Brikettierung dar.
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Der Röhrentrockner wird je nach Auftrocknungskurve der Kohle mit unterschiedlichen maschinen- und verfahrenstechnischen Parametern betrieben.
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Außerdem ist dieser für die Trocknung von Hartbraunkohle bzw. Steinkohle konstruktiv und technologisch modifiziert.
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Die Trocknungsdauer ist auf Grund der geringeren zu verdampfenden Wassermenge kürzer als bei Weichbraunkohle. Deshalb ist der Röhrentrockner mit Wendeleisten (Stegwendeleisten) in den Trocknerrohren ausgestattet, die eine schnellere Durchlaufzeit der Kohle ermöglichen. Weiterhin sind die Dampfparameter, nämlich Druck und Temperatur, reduziert. Außerdem ist die Trocknerneigung veränderbar.
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– Trockenkohlebehandlung
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Die getrocknete Kohle mit der Körnung und dem Wassergehalt, wie oben angegeben, und einer Temperatur von 70–90°C wird in der anschließenden Trockenkohlebehandlung auf eine für die Brikettierung optimale Körnung, zum Beispiel ≤ 0,5 mm, zerkleinert, wobei die Zerkleinerung in mehreren Schritten erfolgen kann. Apparativ sind hierzu dampfbeheizte reservierbare Prallhammermühlen und Mehrdecksiebmaschinen, so genannten Sizer, vorteilhaft einsetzbar.
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Zusätzlich kann 25–30 Masse-% Unterkorn aus der Brikettbehandlung zugesetzt werden. Durch fachübliche wärmetechnische Maßnahmen ist sicherzustellen, dass die Temperatur der Trockenkohle bis zur Verpressung nicht unter 70°C sinkt.
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– Brikettierung
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Die Brikettierung der aufbereiteten Trockenkohle wird mittels einer Zweiwalzenpresse durchgeführt, deren Walzen mit Pressformzeugen belegt sind, die im Bereich der Pressbahnen reihenartig parallel zueinander angeordnete Formmulden aufweisen.
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Diese bilden jeweils eine Reihe rechts und links der Pressbahnmittellinie.
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Die Formmulden sind pfeilartig in Richtung der Pressbahnmittellinie und in Drehrichtung der Presswalzen angeordnet, wobei die Formmulden der einen zu denen der anderen Reihe versetzt sind. Die Profiltiefe der Formmulden nimmt von der Pressbahnmittellinie aus bis zum Pressbahnrand kontinuierlich ab.
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Der Profilgrund jeder Formmulde mündet ins Freie, gegebenenfalls über eine umlaufende Nut. Vorteilhafterweise sind die Formmulden in einem Winkel von mindestens 5° zur Pressbahnmittellinie angeordnet. Die Profiltiefe der Formmulden nimmt in Richtung Pressbahnrand kontinuierlich ab.
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Für die Brikettierung gelten überwiegend folgende Parameter als optimal:
| – Körnung der Trockenkohle: | ≤ 0,5 mm, |
| – Wassergehalt der Trockenkohle: | 9–11 Masse-% bei Hartbraunkohle, |
| | 1–3 Masse-% bei Steinkohle, |
| – Temperatur der Trockenkohle: | 70–90°C, |
| – Pressdruck: | 140–180 MPa, |
| – spezifische Anpresskraft: | bis 150 KN/cm, |
| – Pressgutbedampfung vor der Presse. | |
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Die Zweiwalzenpresse verlässt ein Schülpenband, bestehend aus miteinander verbundenen Presslingen.
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Das Schülpenband wird zur Herstellung von Einzelbriketts zu einem Schülpenbrecher, der nach dem Prinzip eines Zweiwalzenbrechers arbeitet, transportiert. Dazu wird das Schülpenband im schrägen Winkel dem Wirkungsbereich der angetriebenen streifenartig profilierten Festwalze des Zweiwalzenbrechers zugeführt und zunächst von einem Streifensegment erfasst, vorgebrochen und in den Brechspalt transportiert.
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Direkt im Brechspalt erfolgt mittels der flexibel gefederten Loswalze eine punkförmige flexible Druckbeanspruchung in voneinander beabstandeten und in einer Reihe angeordneten Druckpunkten auf das vorgebrochen Streifensegment, wodurch dieses in Einzelbriketts zerlegt wird.
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Das Vorbrechen der Streifensegmente wird intervallartig gemäß der Drehzahl der Festwalze mittels der auf der Festwalze befindlichen Streifenprofile realisiert, die umfänglich in Axialrichtung und mit Abstand zueinander angeordnet sind.
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Der Schülpenbrecher ist apparativ dadurch gekennzeichnet, dass in einem Gehäuse eine Loswalze und eine Festwalze angeordnet sind und so einen definierten Brechspalt bilden, dass die Festwalze über einen Antrieb verfingt, dass die Loswalze antriebslos ist und von der im Brechspalt befindlichen Schülpe in Rotation versetzt wird. Die Loswalze steht in Wirkverbindung mit einer Brechspaltverstelleinrichtung mit flexibler Federung.
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Die Festwalze weist in Axialrichtung eine streifenartige Profilierung auf, während die Loswalze scheibenartig in radialer Richtung profiliert ist. Schließlich ist eine winkelverstellbare Aufgaberutsche für das Schülpenband mit Ausrichtung auf die Festwalze angeordnet.
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Die Profilierung der Festwalze ist mittels hochkant mit Abstand zueinander angeordneter Streifenprofile realisiert. Die Loswalze ist mittels hochkant ebenfalls mit Abstand zueinander angeordneter Scheiben profiliert.
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Der Pressdruck der Loswalze variiert zwischen 1.000 und 2.500 N.
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– Brikettbehandlung
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Die Einzelbriketts, der Schülpenbruch sowie die Rieselkohle aus der Zweiwalzenpresse werden im Verfahrensschritt Brikettbehandlung zweckmäßigerweise über ein Vibrationssieb abgesiebt. Der Siebüberlauf gelangt als Fertigbrikett auf ein Drahtkühlband zur Abkühlung, während der Siebdurchgang über Förderer der Trockenkohlenachbehandlung zugeführt und der Trockenkohle zugemischt wird.
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Dabei entsteht ein Mischgut aus frischer Trockenkohle und aus Feinprodukt aus der Brikettbehandlung.
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Für die Brikettierung nach den Merkmalen des angegebenen Verfahrens sind auch Mischkohle und andere schwer brikettierbare Kohlen als Rohstoff einsetzbar.
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Die Parallelanordnung einzelner Anlagenteile ist möglich und gegebenenfalls auch erforderlich.
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Ausführungsbeispiel
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur bindemittellosen Brikettierung von Hartbraunkohle und Steinkohle wird nachfolgend zusammen mit den anlagenseitigen Merkmalen an Hand einer Zeichnung (1) näher erläutert.
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1 ist ein Prinzipschema zur bindemittellosen Brikettierung von Hartbraunkohle oder Steinkohle. Das Verfahren setzt sich aus den aufeinander folgenden Verfahrensschritten Rohkohleaufbereitung A, Rohkohletrocknung B, Trockenkohlebehandlung C, Brikettierung D und Brikettbehandlung E zusammen. Eine Anlage zur bindemittellosen Brikettierung von Hartbraunkohle oder Steinkohle ist entsprechend diesen Verfahrensschritten konzipiert und wird nachfolgend beschrieben.
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Im Bereich der Rohkohleaufbereitung A befindet sich die Rohkohle mit einer maximalen Körnung von 60 mm in einem Bunker 1. Sie wird einen Siebapparat 2 zur Separierung zugeführt.
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Das Durchgangskorn verlässt den Siebapparat 2 mit einer Körnung von ≤ 6,3 mm.
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Das Überkorn wird in einer Hammermühle 3 ebenfalls auf ≤ 6,3 mm zerkleinert.
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Beide Fraktionen werden mittels Zellenradschleusen 4 und entsprechenden Förderern zum Bereich Rohkohletrocknung B transportiert und zunächst in einem Bunker 5 zwischengelagert.
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In einem nachgeschalteten dampfbeheizten Röhrentrockner 6 erfolgt die Trocknung der aufbereiteten Rohkohle auf einen Endwassergehalt von zirka 9–11 Masse-% bei Einsatz von Hartbraunkohle bzw. von 1–3 Masse-% bei Verwendung von Steinkohle.
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Der Röhrentrockner 6 ist ein konstruktiv und technologisch modifizierter Röhrentrockner für Weichbraunkohle, der in der Weise verändert ist, dass die Trocknerrohre mit Stegwendeleisten, die eine kürzere Verweilzeit der Kohle im Röhrentrockner bewirken, ausgestattet sind. Weiterhin sind die Dampfparameter Druck und Temperatur reduziert und die Trocknemeigung erhöht.
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Der bei der Trocknung entstehende Brüden 9 gelangt nach Passage eines Elektroabscheiders 8 ins Freie. Die abgeschiedene Trockenkohle wird zusammen mit der Trockenkohle aus dem Röhrentrockner 6 mittels Zellenradschleusen 7 und weiteren Förderern dem Bereich Trockenkohlebehandlung C zugeführt. Dieser Bereich besteht im Wesentlichen aus einer dampfbeheizten reservierbaren Prallhammermühle 11 mit vor- und nachgeordneten Zellenradschleusen 10 und 13 sowie einer zugehörigen Berstscheibe 12.
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Die Berstscheibe 12 ist an einer runden Öffnung der Austragsschurre der Prallhammermühle 11 mit einem Austragsrohr ins Freie angebracht. Im Fall einer Explosion im Mahlraum der Prallhammermühle 11 kann die Druckwelle über die Berstscheibe 12 ins Freie abgeleitet werden. Die Berstscheibe 12 wird dabei zerstört und muss erneuert werden.
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Die getrocknete Kohle besitzt eingangs der Prallhammermühle 11 eine Körnung von ≤ 6,3 mm. Der Wassergehalt beträgt 9–11 Masse-% bei Einsatz von Hartbraunkohle bzw. 1–3 Masse-% bei Verwendung von Steinkohle, bei einer Temperatur von 70–90°C.
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Sie verlässt die Prallhammermühle 11 mit einer Körnung von ≤ 1,0 mm. Über eine Vibrationsrinne 14 erreicht sie einen Siebapparat 15 in Form einer Mehrdecksiebmaschine bzw. eines Sizers. Hier erfolgt die Separierung des Überkorns (> 0,5 mm) vom Sollkorn (< 0,5 mm). Das Überkorn wird vor der Zellenradschleuse 10 wieder in den Prozess eingeführt, während das Sollkorn mittels geeigneter Fördermittel und weiterer Zellenradschleusen 16 einen Bunker 17 erreicht, der Bestandteil der Brikettierung D ist. Durch fachübliche wärmetechnische Maßnahmen ist sichergestellt, dass die Temperatur der Trockenkohle bis zur Verpressung nicht unter 70°C sinkt.
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Zur Herstellung von Einzelbriketts im Bereich Brikettierung D sind zwei verfahrenswesentliche Einzelschritte erforderlich, nämlich das Pressen eines Schülpenbands und das nachfolgende Brechen der Selben.
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Das Schülpenband wird in einer Zweiwalzenpresse 18 mit speziell gestalteten Formzeugen erzeugt. Es wird nachfolgend in einem Schülpenbrecher 19, der als Zweiwalzenbrecher ausgebildet ist, in einzelne Briketts gebrochen. Zu den apparativen Merkmalen sowohl der Zweiwalzenpresse 18 als auch des Schülpenbrechers 19 wird auf die Ausführungen in der Beschreibung verwiesen.
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Schließlich wird der gesamte Austrag aus dem Schülpenbrecher 19 dem Bereich Brikettbehandlung E, sprich einem weiteren Siebapparat 20 zugeführt. In diesem wird das beim Verpressen und Brechen entstandene Feinkorn von den Einzelbriketts getrennt.
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Das Feinkorn wird an geeigneter Stelle der Trockenkohlebehandlung C wieder in den Prozess eingeschleust.
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Endprodukt des Verfahrens sind einzelne Briketts aus Hartbraunkohle oder Steinkohle ohne Bindemittel, die für die Vergasung mit dem eingangs erwähnten British Gas Lurgi(BGL)-Vergasungsverfahren bzw. für anderweitige Verwendungen zur Verfügung stehen.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Rohkohleaufbereitung,
- B
- Rohkohletrocknung,
- C
- Trockenkohlebehandlung,
- D
- Brikettierung,
- E
- Brikettbehandlung,
- 1
- Bunker,
- 2
- Siebapparat,
- 3
- Hammermühle,
- 4
- Zellenradschleuse,
- 5
- Bunker,
- 6
- Röhrentrockner,
- 7
- Zellenradschleuse,
- 8
- Elektroabscheider,
- 9
- Brüden,
- 10
- Zellenradschleuse,
- 11
- Hammermühle,
- 12
- Berstscheibe,
- 13
- Zellenradschleuse,
- 14
- Vibrationsrinne,
- 15
- Siebapparat
- 16
- Zellenradschleuse,
- 17
- Bunker,
- 18
- Zweiwalzenpresse,
- 19
- Schülpenbrecher,
- 20
- Siebapparat.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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