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Verfahren und Einrichtung zum Entgasen kleinkörniger Brennstoffe Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgasen kleinkörniger Brennstoffe, insbesondere
Stein- und Braunkohle im freien Fall durch einen Entgasungsraum bei unmittelbarer
Wärmeübertragung von heißen Gasen auf den Brennstoff, sowie Einrichtungen zur Durchführung
des Verfahrens.
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Es ist bekannt, kleinkörnige Brennstoffe in einem senkrechten Entgasungsraum
beim Fall durch diesen zu entgasen. Die erforderliche Wärme wird dabei entweder
über eine Außenbeheizung des Entgasungsraumes oder durch Berühren der Brennstoffkörner
mit heißen Gasen an den Brennstoff gebracht. Die wärmeübertragenden Gase werden
entweder in der Fallrichtung der Brennstoffkörner oder dieser entgegengesetzt durch
den Entgasungsraum geführt.
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Hierbei wird aber, wie die Erfahrung lehrt, der Brennstoff ungleichmäßig
entgast. Der zerkleinerte Brennstoff ist immer ein Gemisch von Körnern mit Größen
zwischen praktisch 0 mm und der maximalen Korngröße. Die feinen Körner entgasen
bei gleicher Entgasungstemperatur schneller als die gröberen und benötigen zu ihrer
Entgasung nur eine Teilstrecke der gesamten Fallhöhe, während für die gröbsten Körnungen
die gesamte Fallhöhe und Falldauer für eine Entgasung nicht ausreicht. Weiter behindert
der entgaste, kleinkörnige Anteil die Umspülung der gröberen Körner mit heißen Gasen.
Viele der gröberen Körner werden unzureichend entgast. Der Entgasungsrückstand setzt
sich daher aus praktisch völlig entgastem Feinkorn und mehr oder weniger weit entgasten
gröberen Körnungen zusammen.
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Die ungleiche Entgasung des Brennstoffes ist bei seiner Verbrennung
in Feuerungen zwar von untergeordneter Bedeutung, sie ist aber ein großer Nachteil
z. B. bei der Verwendung des entgasten Brennstoffes als Magerungsmittel für Kohlen,
die bei der Hochtemperaturverkokung für sich alleine keinen ausreichend festen Koks
ergeben und denen daher zur Herstellung von gutem Hüttenkoks vorentgaste Kohle als
Magerungsmittel beigemischt wird.
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Es ist bekannt, daß der Zusatz kleinkörniger, vorentgaster Kohle zu
manchen gasreichen Kohlen, z. B. Saarkohlen, vor deren Verkokung die Güte des gewonnenen
Kokses verbessert. Dabei ist es jedoch wesentlich, daß als Zusatz eine entgaste
Kohle genommen wird, die in allen ihren Körnern gleich weit entgast ist.
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Eine derartig entgaste Kohle schon in der erforderlichen Körnung zu
schaffen, ist das Ziel vorliegender Erfindung, nach der aus leicht zu zerkleinernder
Kohle eine solche entgaste Kohle in der erforderlichen Körnung und Gleichmäßigkeit
der Entgasung aller Körner hergestellt wird.
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Bevor jedoch auf die Erfindung eingegangen wird, ist zum Stand der
Technik noch ein Verfahren zur Umwandlung von aus Brennstoffklein mit bituminösen
Bindemitteln gepreßten Formlingen in Preß-Iingkoks anzuführen, nach dem die Formlinge
eine außenbeheizte Retorte durchwandern, in die zwei im Gegenstrom gerichtete Spülgasströme
von oben und unten eingeleitet und auf einer bestimmten Höhe der Retorte abgesaugt
werden. Hierbei dient das an beiden Enden der Retorte zugeführte Gas dazu, mit den
bei der Verkokung der Formlinge in der Retorte sich entwickelnden Teerdämpfen Reaktionen
einzugehen. Die Reste des eingeblasenen Gases verlassen dann zusammen mit den gas-
und dampfförmigen Destillations- und Reaktionserzeugnissen die Retorte durch eine
Wandöffnung, wogegen der Preßlingkoks ausschließlich unten abgezogen wird.
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Auch bei einem Verfahren zum Schwelen bituminöser Brennstoffe mittels
Spülgas ist es bekannt, die heißen Spülgase am oberen und am unteren Ende der Schwelzone
eines senkrechten Schachtes zuzuführen und die entstehenden Dämpfe und Schwelgase
annähernd in der Schwelzonenmitte aus dem Schacht abzuführen. Der Brennstoff jedoch
wandert hierbei als Schüttung durch den Schacht hindurch und wird ebenfalls ausschließlich
an dessen unterem Ende abgezogen.
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Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch
gelöst, daß in den Entgasungsraum von oben und von unten je ein Strom von heißem
Gas eingeführt und beide Gasströme an ihrer Berührungsstelle aus dem Entgasungsraum
abgezogen werden, wobei die von unten strömenden
Gase in einer Menge
und in einer Geschwindigkeit eingeführt werden, um ein Absinken der Feinkörner des
zu entgasenden Brennstoffes unterhalb einer festgelegten Trennkorngröße in den von
unten eingeführten Gasstrom zu verhindern und diese mit den Gasströmen aus dem Entgasungsraum
abzuziehen. Auf diese Weise werden die schneller vergasenden Körner nach ihrer Entgasung
im gleichgerichteten Gasstrom von den gröberen Körnern getrennt, die nunmehr allein
dem entgegengerichteten Gasstrom ausgesetzt sind und von diesem infolgedessen voll
umspült werden können, wodurch eine verhältnismäßig schnelle Entgasung erzielt wird.
Im Ganzen gesehen erzeugt man eine in allen ihren Körnern weitgehend gleichmäßig
entgaste Kohle, die sich vorzüglich als Magerungsmittel für Kohle eignet, die bei
der Hochtemperaturverkokung für sich allein keinen ausreichend festen Koks ergibt.
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Etwaige Ungleichmäßigkeiten des Entgasungsgrades gleichen sich bei
den Feinkörnungen, nach dem gemeinsamen Abzug der beiden Gasströme aus dem Entgasungsraum,
in den Abzugsleitungen für die Beheizungsgase bis in den Sammelraum des Staubabschneiders
für die Feinkörnungen aus; bei den gröberen Körnungen in dem Sammelraum für den
entgasten Brennstoff unterhalb des Entgasungsraumes, durch Wärmeübertragung der
kleineren groben Körner an die größeren groberen Körner. Bei den durchgeführten
Versuchen schwankte der Restgehalt an flüchtigen Bestandteilen zwischen den einzelnen,
verschieden großen Körnern des entgasten Brennstoffes etwa ± 101/o um den gewünschten.
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Die Geschwindigkeit des entgegengerichteten Gasstromes richtet sich
nach der Größe des Trennkornes und muß so groß sein, daß ein Absinken der Feinkörner,
unterhalb der vorher festgelegten Größe des Trennkornes (z. B. 200 [.), in den Gegenstrom
nicht stattfinden kann, dagegen aber die gröberen Körner in den entgegengesetzt
gerichteten Gasstrom einfallen können. Diese Körner sollen aber nicht schweben oder
wirbeln, sondern langsam durch den aufsteigenden Gasstrom fallen. Bei einer solchen
Geschwindigkeitsabstimmung des entgegengerichteten Gasstromes wird das Feinkorn
unterhalb einer bestimmten Korngröße, welches bereits im gleichgerichteten Gasstrom
ausreichend entgast ist, beim gemeinsamen Abzug der beiden Beheizungsgasteilströme,
aus dem Entgasungsraum getragen.
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Die eingeführte Menge Beheizungsgas wird möglichst niedrig gehalten,
damit die mit den Beheizungsgasen abgeführten Entgasungsgase nicht durch erstere
zu stark verdünnt und so in ihrem Heizwert zu stark herabgesetzt werden. Sie wird
möglichst so gering gehalten, daß die eingeführte Menge gerade ausreicht, die zur
Entgasung des Brennstoffes bis auf den gewünschten Entgasungsgrad nötige Wärme an
den Brennstoff heranzuführen und für den entgegengerichteten Gasstrom eine Geschwindigkeit
aufrechtzuerhalten, bei der alle Körner unterhalb der Größe des Trennkornes beim
gemeinsamen Abzug der beiden Teilströme aus dem Entgasungsraum ausgetragen werden.
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Als Beheizungsgase in beiden Strömungsrichtungen können alle auf die
erforderliche Temperatur erhitzten Gase dienen, die keine oder nur eine unwesentliche
Vergasung des Brennstoffes bewirken, z. B. Gase, die vorwiegend aus C O und Hy bestehen.
Zweckmäßig ist es, im Entgasungsraum entstandene Entgasungsgase zu verwenden, die
nach Abscheidung der Feinkörnungen durch Teilverbrennung mit Luft oder Sauerstoff
auf die erforderliche Temperatur erhitzt wurden. Es können jedoch auch andere Gase
verwendet werden, die durch indirekte Erhitzung in Wärmeaustauschern und/oder durch
teilweise oder völlige Verbrennung, so sie brennbar sind, auf die erforderliche
Temperatur erhitzt wurden, vorteilhaft unter Ausnutzung der Wärme der aus dem Entgasungsraum
abgezogenen Gase, z. B. für die Vorerwärmung der für die teilweise oder völlige
Verbrennung nötigen Luft.
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Die Einführung der beiden Gasströme und des Brennstoffes in den Entgasungsraum
soll möglichst gleichmäßig verteilt über den ganzen Querschnitt des Entgasungsraumes
geschehen, um eine möglichst gleichmäßige Entgasung des Brennstoffes zu erzielen
und Wirbelbildungen der Gasströme zu vermeiden. Ein Teil des entgegengerichteten
Gasstromes wird zweckmäßig durch die im Sammelraum unter dem Entgasungsraum sich
ansammelnde, heiße, bereits bis auf den gewünschten Grad entgaste Kohle geleitet
und so erhitzt, während gleichzeitig die entgaste Kohle gekühlt wird. Dadurch verteilt
sich dieser Teilstrom gleichmäßig über den ganzen Querschnitt des Entgasungsraumes.
Die Restgasmenge des entgegengerichteten Gasstromes wird kurz oberhalb des Bettes
für den entgasten Brennstoff auf den Umfang des Entgasungsraumes verteilt, auf eine
Temperatur erhitzt, die ausreicht, dem gesamten Gas die erforderliche Temperatur
zu geben, in den Entgasungsraum eingeführt.
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Die erforderliche Temperatur der Beheizungsgase ist von der Menge
des eingebrachten Brennstoffes, dessen Korngröße, dem gewünschten Entgasungsgrad
und davon, ob die Brennstoffe leicht oder schwer entgasen, abhängig. Wenn nur geringe
Mengen eines sehr feinkörnigen, leicht entgasenden Brennstoffes wenig entgast werden
sollen, kann die Temperatur der Beheizungsgase geringer sein als wenn größere Mengen,
dazu womöglich noch grobkörnigeren, schwer zu entgasenden Brennstoffes völlig zu
entgasen sind. Im allgemeinen soll nach den gegebenen Bedingungen die Temperatur
im Beheizungsraum an keiner Stelle über 1200 und unter 550° C liegen. Die Temperatur
des entgegengerichteten Gasstromes soll dabei höher sein als die des gleichgerichteten,
da im entgegengerichteten Gasstrom gröbere Körner zu entgasen sind als im gleichgerichteten.
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Die nötige Verweilzeit des Gutes im Entgasungsraum richtet sich nach
der Temperatur der Beheizungsgase, dem gewünschten Grad der Entgasung, der Korngröße
und der Art des Brennstoffes. Bei gleicher Temperatur der Beheizungsgase benötigen
schwer entgasende, grobkörnige Brennstoffe, die restlos entgast werden sollen, eine
längere Verweilzeit als feinkörnige, leicht entgasende Brennstoffe, die nur zum
Teil zu entgasen sind.
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Nach der nötigen Verweilzeit der im allgemeinen zu entgasenden, schon
auf die gewünschten Korngrößen zerkleinerten Brennstoffe bei der günstigsten Temperatur
der Beheizungsgase wird die Länge des gleich- und entgegengerichtetenGasstromes
bestimmt und die Vorrichtung entsprechend gebaut. Müssen andersartige Brennstoffe
in anderer Körnung oder soll der Brennstoff stärker oder geringer entgast werden,
muß die Temperatur der Beheizungsgase
und/oder deren Geschwindigkeit
entsprechend geändert werden.
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Nach der Erfindung können beliebige, genügend kleinkörnige Brennstoffe
entgast werden, z. B. Steinkohle und Braunkohle. Zweckmäßig ist es, den Brennstoff
vorzutrocknen. Backendes Gut wird vorteilhaft vor dem Einbringen in den Entgasungsraum
gealtert.
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Die Durchführung des Verfahrens sei am Beispiel einer Gasflammkohle
mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 36% geschildert, aus der eine feinkörnige,
entgaste Kohle mit einem Rest von 14% flüchtigen Bestandteilen hergestellt werden
sollte.
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Ausführungsbeispiel 1. t Gasflammkohle mit einem Gehalt an flüchtigen
Bestandteilen von 36% wurde auf Korngrößen von 1.0 % 3 bis 2 mm Durchmesser 30%
2 bis 1 mm Durchmesser 40% 1 bis 0,5 mm Durchmesser 15019 0,5 bis
0,3 mm Durchmesser 3% 0,3 bis 0,2 mm Durchmesser 1,5% 0,2 bis 0,1 mm Durchmesser
0,5% G 0,1 mm Durchmesser zerkleinert. Diese Kohle dann möglichst gleichmäßig über
den Querschnitt des Entgasungsraumes verteilt, am oberen Ende in den Entgasungsraum
eingebracht. Gleichzeitig wurden, ebenfalls möglichst gleichmäßig über den Entgasungsraum
verteilt, Beheizungsgase mit einer Temperatur von 1000° C in Mengen von 300 bis
400 Nm3/t am oberen Ende in den Entgasungsraum eingeleitet. Die Länge des gleichgerichteten
Gasstromes betrug 3 m, die durchschnittliche Verweilzeit des Gutes im Gleichstrom
etwa 3 sec. In diesem Gasstrom entgaste das Korn unter 0,3 mm Durchmesser bis auf
einen durchschnittlichen Restanteil von 14% flüchtigen Bestandteilen. Gemeinsam
mit den beiden Gasströmen wurde diese Feinkörnung aus dem Entgasungsraum abgezogen.
Das Beheizungsgas für den entgegengerichteten Gasstrom wurde am unteren Ende des
Entgasungsraumes, kurz oberhalb des Sammelraumes für die entgaste Kohle, durch mehrere,
gleichmäßig über den Umfang des Entgasungsraumes verteilte Öffnungen mit einer Temperatur
von 1200° C, in Mengen von 700 bis 800 Nm3/t in den Entgasungsraum eingeführt. Die
Geschwindigkeit des entgegengerichteten Gasstromes betrug 8 bis 11 m/sec, eine Geschwindigkeit,
die ausreicht, das Absinken des als Trennkorn gewählten, gröbsten, im Gleichstrom
bis auf den gewünschten Grad entgasten Korns in den Gegenstrom zu verhindern. Die
Länge des Gegenstromes betrug etwa 8 m, die durchschnittliche Verweilzeit des Gutes
im Gegenstrom etwa 8 m/sec.
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Das sich im Sammelraum unter dem Entgasungsraum ansammelnde Gut enthielt
im Durchschnitt noch 14% flüchtige Bestandteile. Die Abweichungen im Gehalt an flüchtigen
Bestandteilen lagen zwischen ± 10%, lag also zwischen 12,5 und 15,5%.
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Als Beheizungsgase dienten nach Abscheidung der Feinkörnungen in einem
Staubabscheider im Kreislauf in den Entgasungsraum zurückgeführte Entgasungsgase.
Zur Entgasung der einen Tonne Gasflammkohle bis auf den gewünschten Grad wurden
etwa 1000 bis 1200 Nm3 Beheizungsgas in den Entgasungsraum eingeführt, davon etwa
30% im gleich-, der Rest im entgegengerichteten Gasstrom; von den gesamten Entgasungsgasen
wurden etwa 25 % in Teilverbrennung verbrannt zur Erzeugung der erforderlichen Temperatur
der Beheizungsgase.
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Zur Durchführung des Verfahrens dient ein schachtartiger, eckiger
oder runder Entgasungsofen. Der zu entgasende Brennstoff wird durch eine, auf der
Decke des Entgasungsofens angebrachte, regelbare Aufgabe- und Verteileinrichtung
in den Entgasungsofen eingebracht, welche nicht nur die gleichmäßige Verteilung
des gesamten Brennstoffes über den ganzen Querschnitt des Entgasungsofens, sondern
auch die Dosierung der zeitlich aufzugebenden Mengen übernimmt. Die für den gleichgerichteten
Gasstrom erforderliche Menge Beheizungsgas wird unmittelbar unter der Decke des
Entgasungsofens durch gleichmäßig über den Umfang verteilte öffnungen in den Entgasungsofen
eingebracht. Die Einführung des Beheizungsgases für den entgegengerichteten Gasstrom
geschieht durch gleichmäßig über den Umfang des Entgasungsofens verteilte, kurz
oberhalb des Sammelraumes für die entgaste Kohle, im Mantelmauerwerk angeordnete
Öffnungen. An der Berührungsstelle der beiden Gasströme befindet sich der gemeinsame
Abzug für die beiden Gasteilströme, der entweder aus einer einzigen Öffnung, zweckmäßig
jedoch aus mehreren, gleichmäßig über den Umfang des Entgasungsofens verteilten,
im Mauerwerk des Entgasungsofens angeordneten Schlitzen besteht. Der Boden des Entgasungsofens
wird zweckmäßig schräg angeordnet oder als Trichter ausgebildet, an dessen tiefsten
Stelle eine Austragsvorrichtung für das entgaste Gut vorgesehen ist. Oberhalb der
Austragsvorrichtung sind zweckmäßig noch Gaseinlässe angebracht, durch die Gas von
außen durch die im Trichter liegende, entgaste, heiße Brennstoffmasse in den Entgasungsofen
geführt werden kann.
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Die Entgasung des Brennstoffes vollzieht sich etwa wie folgt: Der
Brennstoff, z. B. eine gemahlene Steinkohle mit Korngrößen von 0 bis 3 mm, wird
durch eine in die Eintragsöffnung des Entgasungsofens eingesetzte Streuvorrichtung
einfallen gelassen, wobei der ganze Querschnitt gleichmäßig erfüllt wird. Der Brennstoff
kann hierbei nach Bedarf locker oder dicht einfallen. Das Gas für den gleichgerichteten
Strom wird z. B. durch Verbrennen eines Gases in Brennern erzeugt, die in die Decke
des Entgasungsofens eingebaut sind. Dieses Verbrennungsgas zieht in gleicher Richtung
mit dem fallenden Brennstoff durch den Oberteil des Entgasungsofens, der ein aus
feuerfestem Mauerwerk aufgebauter, außen von einem Blechmantel gasdicht umschlossener
Schacht z. B. runden Querschnittes ist. Diesem Gasstrom zieht von unten der zweite
Gasstrom entgegen. Der untere Gasstrom wird oberhalb des z. B. trichterförmigen
Bodens in den Entgasungsofen gebracht. Er wird z. B. durch Verbrennen eines Gases
in seitlich angeordneten Brennern erzeugt. Durch den im trichterförmigen Bodenteil
des Entgasungsofens angesammelt lagernden Entgasungsrückstand zieht, oberhalb der
Austragsöffnung eingeführt, ein dritter Gasstrom, der zweckmäßig heizwertreich ist.
Er nimmt von dem Entgasungsrückstand Wärme auf und mischt sich als vorgewärmter
Gasstrom mit dem über den Boden eintretenden heißen Gasstrom. Vereinigt ziehen sie
im Entgasungsofen bis zum Abzug hoch, wo er gemeinsam mit dem gleichgerichteten
Gasstrom abgezogen wird. Durch Mengenbemessung der beiden Teilströme des unteren
Gasstromes kann
dessen Temperatur sehr genau geregelt werden. Dieser
untere Gasstrom umspült auf seinem Wege die entgegenfallenden gröberen Körner und
entgast sie.
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Der gesamte einfallende Brennstoff trifft an der Berührungstelle des
gleich- und des entgegengerichteten Gasstromes auf letzteren. Die gröberen Körner
fallen im Gegenstrom ein, während die feinen Körner, von diesem Strom in der Schwebe
gehalten, beim gemeinsamen Aufzug der beiden Gasströme aus dem Entgasungsofen getragen
werden. Da z. B. alle Körner, bis 0,01 mm, also der Staub, ausgetragen werden
- eine Menge, die 20 bis 30'% des gesamten Brennstoffes beträgt -, so wird der Gegenstrom
stark entlastet, und die Wärmeübertragung an die gröberen Brennstoffkörner geht
schneller und vor allem gleichmäßiger vor sich. Die Feinkörnung ist auf ihrem Wege
bis zum Gegenstrom entgast. Sie wird durch Entstäubung des Gases gesammelt und entweder
für sich allein verwendet oder mit den entgasten gröberen Körnern gemischt.
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Die Gaseinführung in den Entgasungsofen geschieht zur Erreichung der
notwendigen Strömungsgeschwindigkeit unter Druck, während der Abgang des Gases durch
Absaugen erfolgt.
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Zur Einrichtung gehört noch eine Entstaubungsanlage, z. B. ein Zyklon,
welche die entgaste Feinkörnung aus den Gasen holt, und eine Kühleinrichtung für
die Gase, wobei Wärme gewonnen wird, die zur Vorwärmung des Heizgases für den Entgasungsofen
oder der Verbrennungsluft für die Brenner dient.
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Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung und in
Form eines Querschnittes ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung.
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Die auf Korngrößen von 0 bis 3 mm gemahlene Steinkohle kommt mit einem
Eleveator 1 in den Bunker 2 und durch die in der Decke 3 angeordnete
Streueinrichtung 4 in den Entgasungsofen 5, der als runder Schacht mit Wand 6 aus
feuerfesten Baustoffen gestaltet ist. Der Brennstoff fällt im Oberteil ? des Entgasungsofens
5 bis in Höhe der Abzugsöffnung 8, die als Ringkanal ausgebildet und durch den Auslaß
9 in der Schachtwand 6 mit einem Abzugsrohr 10 verbunden ist.
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In der Decke 3 sind Brenner 11 eingesetzt. Das dort verbrannte Gas
strömt als mit der Fallrichtung des Brennstoffes gleichgerichtete Gasströmung im
Entgasungsraum 5 abwärts bis zur Höhe der Abzugsöffnung B. Dort stößt dieser Gasstrom
und der fallende Brennstoff auf den der Fallrichtung des Brennstoffes entgegengerichteten
Gasstrom, der in Bodenhöhe 12 beginnt und ebenfalls bis zur Höhe der Abzugsöffnung
8 emporsteigt. Die beiden sich hier treffenden Gasströme vereinigen sich zum gemeinsamen
Abzug durch den Abzugskanal 8, den Auslaß 9 in die Rohrleitung
10. Hierbei wird der entgaste Feinkornteil des Brennstoffes von den vereinigten
Gasströmen mit aus dem Entgasungsofen getragen. Ein Gebläse 13 sorgt für den Auzug
mit entsprechender Geschwindigkeit der Gase.
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Der Schachtteil unterhalb der Gasabzugsöffnung 8
erweitert sich
gegenüber dem Oberteil, um eine bessere Umspülung der Brennstoffkörner zu erreichen.
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Im als Trichter 14 ausgebildeten Bodenteil des Entgasungsofens
5 sammelt sich der entgaste Brennstoff an. Es wird durch die Schleuse 15 zeitweise
oder kontinuierlich ausgetragen.- über der Schleuse 15 wird bei 16 in den entgasten
Brennstoff ein heizwertreiches Gas, insbesondere abgekühltes Gas, das im Entgasungsofen
5 entstanden ist, eingeführt. Es durchzieht den Entgasungsrückstand und mischt sich
mit dem in Bodenhöhe 12 eingeführten heißen Gas. Dieses bei 12 eingeführte Gas wird
in den Brennern 17 und 18 durch Verbrennen von abgekühltem Gas aus dem Entgasungsofen
5 gebildet. 19 und 20 sind die Gaszuleitungen zu den Brennern 17 und
18.