DE10311847A1

DE10311847A1 - Verfahren zum Trocknen und Verbrennen feuchten Materials mit brennbaren Inhaltsstoffen mittels der Verbrennungsluft und Nutzung von Abgaswärme

Info

Publication number: DE10311847A1
Application number: DE10311847A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Leithner
Original assignee: Leithner Reinhard Prof Drtechn
Current assignee: Leithner Reinhard Prof Drtechn
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-09-30

Abstract

Um die brennbaren Inhaltsstoffe von feuchtem Material wie Rohbraunkohle, Klärschlamm, landwirtschaftlichen Abfällen etc. ohne Zusatzbrennstoffe oder besser verbrennen zu können, ist es notwendig, das feuchte Material zu trocknen. Erfindungsgemäß erfolgt die Trocknung durch direkten Kontakt mit der Verbrennungsluft, die durch das Abgas, das einen Großteil seiner Wärme bereits für andere Zwecke, z. B. in einem Dampferzeuger eines Wasserdampfturbinenkreislaufs, abgegeben hat, vorgewärmt und der während der Trocknung noch weiter Wärme aus dem Abgas vorzugsweise teilweise durch Kondensation eines Teils des Wasserdampfes im Abgas zugeführt wird. Das Kondensat kann aufbereitet und verwendet werden. Die mit Wasserdampf beladene Luft wird unmittelbar oder mittelbar für die Verbrennung der getrockneten brennbaren Inhaltsstoffe verwendet. Die Asche der brennbaren Inhaltsstoffe kann in einem Tuch- oder Elektrofilter abgeschieden und einer Verwertung zugeführt werden. Zwischen die Trocknung und die Verbrennung der getrockneten Inhaltsstoffe kann auch eine Gasturbine zwischengeschaltet werden; d. h. die feuchte Luft wird im Kompressor komprimiert, der GT-Brennkammer zugeführt, in der Erdgas oder leichtes Heizöl verbrannt wird. Die Verbrennungsgase treiben die Gasturbine. Mit den Abgasen der Gasturbine, die einen hohen Luftüberschuß haben, werden die getrockneten Inhaltsstoffe vorzugsweise ohne weitere Luftzufuhr verbrannt.

Description

Es ist allgemein bekannt, daß sehr feuchtes, flüssiges oder festes Material mit brennbaren Inhaltsstoffen getrocknet werden muß, wenn es ohne Zusatzbrennstoffe verbrannt oder die Verbrennung verbessert werden soll. Häufig wird dazu Wärme auf einem unnötig hohen Temperaturniveau verwendet, wie z. B. bei der Trocknung von Braunkohle in Schlagradmühlen mit aus dem Feuerraum abgesaugten Gasen oder von Klärschlamm mit den Abgasen einer Gasturbine, was Exergie vernichtet und damit zu einer Wirkungsgradminderung führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirkungsgradminderung möglichst klein zu halten. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Trocknung in direktem Kontakt mit der Verbrennungsluft erfolgt und Abgaswärme vorzugsweise durch Kondensation eines Teils des Wasserdampfes im Abgas, das den Großteil seiner Wärme bereits für andere Zwecke abgegeben hat, für die Trocknung verwendet wird. Dabei wird auch die Tatsache ausgenutzt, daß der Partialdruck des Wasserdampfes in der Luft kleiner ist als der im Abgas, wodurch die Kondensationswärme des Wasserdampfes im Abgas als Verdampfungswärme für die Trocknung genutzt werden kann. Das Kondensat aus dem Abgas kann aufbereitet und verwendet werden.
Eine mögliche Schaltungsvariante zeigt 1. In einen Trockner (2), z. B. Bandtrockner oder Wirbelschichttrockner, wird Luft (10) aus der Umgebung angesaugt. Der Trockner (2) kann auch vorteilhaft bei einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks betrieben werden. In den Trockner (2) wird der nasse oder feuchte, feste oder flüssige Brennstoff (3) eingebracht und aus dem Trockner (2) der getrocknete Brennstoff (5) ausgetragen, um in einem Energieumwandlungsprozeß (1) verbrannt zu werden. Die feuchte Luft (4) aus dem Trockner (2) wird zur Verbrennung ebenfalls diesem Energieumwandlungsprozeß (1) zugeführt. Diesem Energieumwandlungsprozeß (1) können weitere Brennstoffe ohne oder auch mit weiterer Luft zur Verbrennung zugeführt werden (nicht dargestellt). Aus der Verbrennung wird gegebenenfalls Asche (6) abgegeben. Der Energieumwandlungsprozeß (1) kann z. B. ein Wasserdampfturbinenprozeß sein, der Energie (7) in Form von Strom liefert und bei dem die Verbrennungsgase in einem Dampferzeuger (Teil des Energieumwandlungsprozesses) den Großteil der Wärme abgeben. Die Verbrennungsgase (11) durchströmen anschließend z. B. einen rekuperativen Wärmetauscher im Trockner (2), wobei sie weiter Wärme abgeben, vorzugsweise auch durch Kondensation eines Teils des Wasserdampfgehalts. Die abgekühlten Verbrennungsgase werden als Abgase (8) an die Atmosphäre abgegeben. Das kondensierte Wasser, auch als Abgaskondensat (9) bezeichnet, kann i. allgem. nach einer Aufbereitung (z. B. Abtrennung bzw. Neutralisation von Säuren, nicht dargestellt) einer Verwendung zugeführt werden.
Eine weitere mögliche Schaltungsvariante zeigt 2. Luft (1) aus der Atmosphäre wird durch ein Boostergebläse (2) über einen Abgaswärmetauscher (3), in dem auch ein Teil des Wasserdampfgehaltes des Abgases kondensiert wird, größtenteils einer zirkulierenden Wirbelschicht (5), in der feuchter Klärschlamm (6) getrocknet wird, zugeführt. Der feuchte Klärschlamm wird z. B. über eine Förderschnecke (7) in den Wirbelschichttrockner (5) zugeführt. Ein kleiner Teil der Luft wird nach dem Abgaswärmetauscher (3) als Förderluft (8) verwendet, die den aus dem Wirbelschichttrockner abgezogenen getrockneten Klärschlamm (9) zu einer Brennkammer (10) nach der Gasturbine (11) und vor dem Abhitzedampferzeuger (12) transportiert. Ein weiterer Anteil der Luft nach dem Abgaswärmetauscher wird bei Bedarf als zusätzliche Verbrennungsluft (13) z. B. zur Stabilisierung der Verbrennung in der Brennkammer (10) zugeführt. Die feuchte Luft aus dem Wirbelschichttrockner (5) wird in einem Zyklon (14) und bei Bedarf in einem weiteren Filter (nicht dargestellt) entstaubt und von einem Verdichter (15) komprimiert einer Gasturbinenbrennkammer (16) zugeführt, in der sie zur Verbrennung von Erdgas oder Heizöl (17) verwendet wird. Die heißen Verbrennungsgase (29) werden in einer Gasturbine (11) entspannt, die einen Generator (27) zur Stromerzeugung antreibt. Die Abgase der Gasturbine (30), die noch viel Sauerstoff enthalten, werden der Brennkammer (10) zugeführt und dienen als wesentlicher Teil der Verbrennungsluft. In der Brennkammer (10) wird der getrocknete Klärschlamm (9) verbrannt und die Verbrennungsgase (31) einem Abhitzedampferzeuger (12) zugeführt, in dem Wasser vorgewärmt, verdampft und überhitzt wird (vorzugsweise auf mehreren Druckstufen, nicht dargestellt) und mit dem überhitzten Dampf eine Dampfturbine (18) betrieben wird, die einen Generator (28) zur Stromerzeugung antreibt. Der Abdampf der Dampfturbine wird in einem Kondensator (19) kondensiert und durch die Speisewasserpumpe (20) wieder in den Abhitzedampferzeuger (12) gepumpt. Das Abgas des Abhitzedampferzeugers (32) wird einem Filter (21) zugeführt, in dem die Flugasche (22) abgeschieden wird, aus der z. B. Phosphor extrahiert werden kann. Nach dem Filter (21) wird dem Abgas in einem Wärmetauscher (23) Wärme auch durch Kondensation eines Teils des Wasserdampfes im Abgas entzogen, die über ein Wärmeverschiebesystem (24) und einen Wärmetauscher (25) dem Wirbelschichttrockner (5) zugeführt wird. Das Fluid des Wärmeverschiebesystems wird durch eine Umwälzpumpe (26) umgewälzt. Nach dem Wärmetauscher (23) strömt das Abgas – wie anfangs erwähnt – noch durch den Abgaswärmetauscher (3) bevor es an die Atmosphäre abgegeben wird. Das aus dem Abgas in den Wärmetauschern (3) und (23) kondensierte Wasser (4) kann nach einer Aufbereitung (nicht dargestellt) z. B. in der Landwirtschaft verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Trocknen fester oder flüssiger, feuchter oder nasser Brennstoffe, gekennzeichnet dadurch, daß der Brennstoff durch direkten Kontakt mit der Verbrennungsluft unter Zufuhr von Wärme aus dem Abgas, das einen Großteil seiner Wärme bereits für andere Zwecke abgegeben hat, getrocknet wird, wobei vorzugsweise ein Teil des Wasserdampfes im Abgas kondensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Wärme aus dem Abgas an die Trocknung über einen rekuperativen oder regenerativen Wärmetauscher erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Wärme aus dem Abgas an die Trocknung über ein Wärmeverschiebesystem, z. B. ein Wärmerohr, erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Verbrennung des getrockneten Brennstoffs freigesetzte Wärme zum Großteil zum Vorwärmen, Verdampfen und Überhitzen von Wasser bei unterkritischem Druck bzw. zum Erwärmen von Wasser bei überkritischem Druck und der überhitzte Wasserdampf bzw. das erwärmte Wasser unter überkritischem Druck zum Betreiben einer Dampfturbine verwendet wird und erst das abgekühlte Verbrennungsgas/Abgas Wärme für die Trocknung abgibt, wobei diese Wärme vorzugsweise teilweise aus der Kondensation eines Teils des Wasserdampfes des Abgases gedeckt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die feuchte Luft nach der Trocknung des Brennstoffs von einem Kompressor einer Gasturbine verdichtet, zur Verbrennung von Erdgas oder einem anderen gasturbinentauglichen Brennstoff verwendet wird, wodurch sich der Wasserdampfgehalt in diesen Verbrennungsgasen weiter erhöht und diese heißen Verbrennungsgase in einer Gasturbine zur Energieerzeugung entspannt werden und anschließend mit den Abgasen der Gasturbine bei Bedarf unter Zumischung geringer Luftströme der getrocknete Brennstoff verbrannt wird, bevor diese Verbrennungsgase unter Wärmeabgabe einen Abhitzedampferzeuger eines Wasserdampfturbinenkreislaufs durchströmen und erst dann Wärme zur Trocknung des feuchten oder nassen Brennstoffes vorzugsweise unter Kondensation eines Teils des Wasserdampfes im Abgas, abgeben.