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Vorrichtung zur Trocknung und Vorwärmung feuchter Kohle Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Trocknung und Vorwärmung feuchter Kohle, insbesondere
solcher Kohle, die für eine anschließende Verkokung bestimmt ist. Das erfindungsgemäße
Verfahren beruht auf dem Gegenstromprinzip. Die Anwendung des Gegenstromprinzips
zum Trocknen und Vorwärmen feuchter Kohle ist bekannt. Danach geben heiße Gase zuerst
einen Teil ihrer fühlbaren Wärme an bereits vorgetrocknete Kohle und den restlichen
Teil an noch feuchte Kohle ab.
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Dieses bekannte Verfahren wurde in einer Vorrichtung aus Trockner
und Vorwärmer durchgeführt. In den unteren Teil des Vorwärmers wurde heißes Gas
eingeführt, das die bereits im Trockner vorgewärmte und getrocknete Kohle erhitzt.
Die aus dem Vorwärmer abgezogenen Gase wurden sodann durch einen Wärmeaustauscher
geführt und gaben dabei den Rest ihrer Wärme an die noch feuchte Kohle im Trockner
ab. Die Einrichtung hat sich nicht bewährt, insbesondere deshalb nicht, weil es
praktisch unmöglich war, die Temperaturen innerhalb der Kohlenschüttung in dem erforderlichen
Ausmaß zu regeln. So hat auch der an sich für die Fachwelt verlockende Vorschlag,
Kohle im Gegenstromverfahren vorzuwärmen und zu trocknen und somit kostbare Betriebszeit
in den Verkokungsöfen einzusparen, bisher in der Praxis keinen Eingang gefunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen,
in der ebenfalls nach dem Gegenstromprinzip feuchte und kalte Kohle getrocknet und
vorgewärmt wird, wobei jedoch eine Temperaturregelung ermöglicht wird. Die Erfindung
ist gekennzeichnet durch einen Fließbettbehälter mit einem ein Fließbett von Kohleteilen
tragenden unteren Durchfallrost, einen an das obere Ende des Fließbettbehälters
anschließenden Vorwärmbehälter mit einem eine Schicht von nasser Kohle tragenden
oberen Durchfallrost, eine durch den unteren Durchfallrost in den Fließbettbehälter
führende Heißgaszufuhr, einen durch den oberen Durchfallrost führenden Gasübergang
zwischen dem Fließbettbehälter und dem Vorwärmbehälter sowie in die Kohleschüttung
des Vorwärmbehälters eintauchende Gasabzugskanäle.
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Die Durchfallroste können von Reihen parallel gelagerter, drehbarer
oder schwenkbarer Roststäbe gebildet sein; diese Roststäbe können beispielsweise
das Profil eines dreizackigen Sternes mit abgestumpften Spitzen besitzen.
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Durch zweckmäßige Schaltung der Antriebe werden jeweils zwei einander
benachbarte Roststäbe in entgegengesetztem Drehsinn gedreht, und in zeitlichen Abständen
wird der Drehsinn der einzelnen Roststäbe gewechselt.
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Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es stellt
dar F i g.1 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, einer Trocknungs- und Vorwärmungseinrichtung,
F i g. 2 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, nach Linie 2-2 der F i g. 1, F i g.
3 eine perspektivische Ansicht zu den F i g.1 und 2, F i g. 4 einen vergrößerten
Schnitt durch einen mechanisch betriebenen Durchfallrost der F i g. 1, F i g. 5
eine andere Ausführungsform eines mechanisch bewegten Durchfallrostes.
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In F i g.1 ist der Kohlenvorratsbunker 1 dargestellt, zwischen zwei
Batterien von Koksöfen angeordnet und auf Säulen 2 an einer Stelle über den Koksofenbatterien
befestigt. Unterhalb des Kohlebunkers 1 befindet sich ein Füllwagen 3, welcher feuchte
Kohle aus einem der Trichter 4 des Kohlebunkers 1 aufnimmt und nach Füllung auf
der Schiene 5 über den Zwischenbunker 6 gefahren wird; die Bodenklappe des Füllwagens
3 wird dann geöffnet und die Kohle in den Zwischenbunker 6 gestürzt. Von dem Boden
des Bunkers 6 gelangt die Kohle auf ein Förderband 7 und weiter zu einem vertikalen
Fördergerät
8, etwa einem Becherwerk, wiederum auf ein Förderband 9 und schließlich in
den Vorwärmbehälter 12, der ein Teil der erfindungsgemäßen Trocknungs- und Vorwärmungsvorrichtung
11 ist. In diesem Teil wird die Feuchtigkeit der Kohle beseitigt und die
Kohle auf eine Temperatur von 345 bis 375° C gebracht. Außerdem muß er groß genug
sein, um kontinuierlich getrocknete und vorgewärmte Kohle mindestens einer, vorzugsweise
aber zwei Batterien von Koksöfen zuzuführen. Eine gleichmäßige Erwärmung der Kohle
auf eine genau bestimmte Höchsttemperatur ist für hohe thermische Wirkungsgrade
bei verhältnismäßig kleinen Anlagen von höchster Bedeutung. Wenn während der Erwärmung
auf die höchste zulässige Temperatur an irgendeiner Stelle die Kohle den Höchstwert
der Temperatur überschreitet, tritt eine schädliche Beeinflussung der Verkokungseigenschaften
ein. Eine genaue Temperaturkontrolle ist daher wesentlich. Auch muß dafür gesorgt
werden, daß der Kohlenstaub zurückbleibt, d. h. nicht mit den heißen Gasen fortgetragen
wird und eine Verunreinigung der Atmosphäre durch den Kohlenstaub eintritt. Nach
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trocknungs- und Vorwärmungsvorrichtung
in ihrer . Grundform rechteckig, etwa 9 m lang, 2,1 m breit und 9 m hoch; sie setzt
sich zusammen aus dem Vorwärmbehälter 12, dem Fließbettbehälter 13 und dem
Sammelbehälter 14. Die feuchte Kohle wird in den Vorwärmbehälter 12 eingeführt und
bewegt sich durch Schwerkraft nach unten; sie stellt eine dicht gepackte Masse dar,
welche auf einem beweglichen Durchfallrost 15 lagert; dieser wird durch einen
umsteuerbaren Motor 10 betätigt. Durch diesen Motor wird die Eintrittsgeschwindigkeit
der Kohle in den Fließbettbehälter 13 bestimmt. Heiße Gase, die Kohlenstaub
aus dem Fließbett mitführen, steigen durch den Durchfallrost 15 nach oben und dringen
in die feuchte Kohlenschicht in dem Vorwärmbehälter 12 ein, welche als Filter
wirkt und die Gase von dem größten Teil des Kohlenstaubes befreit. Infolge der dichten
Packung der Kohle in dem Vorwärmbehälter 12 und der großen Höhe der Kohlenschicht
(sie ist etwa 2,4 bis 3 m hoch) können die Gase nicht durch die Kohlenschicht hindurchstreichen
und aus dem oberen Teil des Vorwärmbehälters 12 entweichen; sie werden vielmehr
in offene Gasabzugskanäle 16, 35 eingeleitet, wie in den F i g. 2 und 3 im einzelnen
dargestellt. Durch diese Gasabzugskanäle werden sie aus der Vorwärmungs- und Trocknungsvorrichtung
abgezogen. Während des Durchgangs der Gase durch die feuchte Kohle im unteren Teil
des Vorwärmbehälters 12 geben die Gase eine wesentliche Wärmemenge ab, so daß ein
hoher thermischer Wirkungsgrad gewährleistet ist.
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Die heißen Gase für die Trocknung und Vorwärmung der Kohle werden
einer beliebigen Wärmequelle entnommen; zweckmäßig werden sie durch Verbrennung
eines Brennstoffes, etwa eines brennbaren Gases oder Öles, erzeugt. Durch Leitung
17 werden der Brennstoff und durch Leitung 18 Luft in die Brennkammer
19 eingeleitet. Die heißen Verbrennungsgase strömen dann durch Gaskanal 20
und durch den von einem Umsteuermotor 22 mechanisch betätigten Durchfallrost
21 und schließlich durch die Kohle in den Fließbettbehälter 13 ein. Die Geschwindigkeit
der Verbrennungsgase beträgt etwa 1,2 bis 3 m/s; diese Geschwindigkeit reicht aus,
um die Kohleteilchen im Fließzustand zu halten. Die Höhe des Fließbettes - etwa
1,5 bis 3 m - und auch die Aufenthaltsdauer können durch Variierung der Rotationsgeschwindigkeit
der einzelnen Elemente der beweglichen Durchfallroste 15 und 21 verändert werden.
Die Kohle wird in der Trocknungs- und Vorwärmungsvorrichtung auf eine Temperatur
von rund 350° C gebracht; die Aufenthaltsdauer ist weniger als 5 Minuten, gewöhnlich
2 bis 3 Minuten. Die vorgewärmte Kohle wird in einer durch die Bewegung des Durchfallrostes
21 bestimmten Menge in den Sammelbehälter 14 abgegeben. Die Gase gelangen nach Wärmeabgabe
in den Vorwärmbehälter 12, von dort in die Gasabzugskanäle 16, 35 und ziehen sodann
durch Leitung 23 und schließlich durch den Kamin 24 ab. Bei Bedarf kann in der Leitung
23 ein Sauggebläse od. dgl. eingeschaltet werden, um den Abzug der Gase aus dem
Vorwärmbehälter 12 zu erleichtern. Auch kann ein Teil der verbrauchten Gase
durch Leitung 25 über ein Ventil 26 mittels Gebläses 27 nach der Brennkammer 19
zurückgeleitet werden.
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Die Öl- und Pechzusätze werden der getrockneten, vorgewärmten Kohle
in dem Sammelbehälter 14 über Leitung 29 zugesetzt. Natürlich kann das Pech der
Kohle auch in fester Form zugeführt werden, solange die Kohle noch feucht ist, bevor
sie in den Vorwärmbehälter eintritt. Das Gerüst, auf dem die Vorwärmungs- und Trocknungseinrichtung
11, die Brennkammer 19 und der Kamin 24 befestigt sind, ist
mit 28 bezeichnet.
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Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, wird durch Abstreifkörper 31 die
Kohle von dem Förderband 9 in die Trocknungs- und Vorwärmeinrichtung geschüttet.
Der Vorwärmbehälter 12 besteht aus äußeren, rechteckig angeordneten Wänden
32 und aus inneren Wänden 33, welche in einem bestimmten Abstand von den
Wänden 32 parallel zu diesen befestigt sind, so daß ein doppelwandiger Mantel mit
Ringraum 16 gebildet wird. Am unteren Ende der Wände 33 sind unter einen spitzen
Winkel an diesen Wänden Platten 34 befestigt, welche eine Wanne bilden. In dieser
Wanne wird die Waschflüssigkeit gesammelt.
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In der Ausführungsform nach F i g.1 und 3 ist der Vorwärmbehälter
12 durch einen Gasabzugskanal 35 weiter unterteilt, welcher sich über die Länge
der ganzen Trocknungs- und Vorwärmungseinrichtung 11 erstreckt und durch eine Deckplatte
36 abgeschlossen ist. Die Gase, welche in diesen Abzugskanal hineinströmen, fließen
durch dessen beide Enden zum Ringraum 16 ab. Die in den Ringraum 16 eintretenden
Gase enthalten zwar nur noch wenig Kohlenstaub, dennoch werden diese Gase vor ihrem
Austritt in die Atmosphäre aus dem Auslaß 23 gewaschen, um einer Verunreinigung
der Luft vorzubeugen. Zu diesem Zweck wird Wasser über Leitung 37 und Sprühdüsen
zugeführt; dieses sammelt sich, nachdem es die Gase und die dessen Strömungsweg
begrenzenden Flächen berieselt hat, in der Wanne und wird durch Leitung 38 abgezogen.
Die Wanne ist zweckmäßig leicht geneigt.
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Der Abstand zwischen den einzelnen Elementen der Durchfallroste 21,
15 ist so gewählt, daß die Gase hindurchströmen können, aber ein Durchfallen der
Kohle unmöglich ist, solange die Roste nicht bewegt werden. Der Kohledurchsatz durch
die Roste kann über die Drehzahl der Motoren 10 und 22 reguliert werden. Es läßt
sich eine einheitliche Trocknung
und eine Erwärmung auf eine erwünschte
Temperatur erreichen, wobei lokale Überhitzungen und lokale Kaltstellen vermieden
werden; dies ist deshalb so wichtig, weil Kohle, die in wesentlichen Mengen einer
Temperatur von 345 bis 375° C längere Zeit ausgesetzt war, sich in ihren Verkokungseigenschaften
verschlechtert, d. h. einen schlechten Koks ergibt. Der bewegliche Rost funktioniert
auf andere Weise als die bekannten perforierten Platten, welche sonst als Unterlage
für Fließbetten von festen Stoffen verwendet werden. Die den Koksöfen zugeführte
Kohle variiert in ihrer Größe von feinem Kohlenstaub mit 14 Et Durchmesser bis zu
unregelmäßig geformten Kohlestücken mit 6 mm Durchmesser; die Hauptmasse der Kohle,
etwa 70%, besteht aus Teilchen, deren Durchmesser größer als 0,21 mm und - kleiner
als 3,36 mm ist. Da in der Beschickungskohle kleine und große Teilchen enthalten
sind, nämlich Teilchen mit 14 #t Durchmesser und solche mit 6 mm Durchmesser, ist
es, wie Versuche gezeigt haben, schwierig, wenn nicht überhaupt unmöglich, ein solches
Kohlegemisch in herkömmlichen Fließbetten richtig vorzuwärmen. Der Durchsatz der
Kohle durch das Fließbett und damit wiederum die Vorwärmung der Kohle könnten nur
schwer geregelt werden.
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Gemäß der Erfindung liegt die Kohle bei normaler für Fließbetten geeigneter
Gasströmungsgeschwindigkeit auf den mechanisch bewegten Rosten auf. Es werden weder
die feinsten Kohleteilchen in großen Mengen mitgerissen noch fallen wesentliche
Kohlemengen durch den Rost hindurch, solange dieser nicht bewegt wird. Wenn das
in den F i g. 2 und 4 dargestellte Rostsystem derart betätigt wird, daß benachbarte
Rostwellen sich im Gegensinn drehen und jeweils nach ein paar Umdrehungen ihren
Richtungssinn wechseln, ergibt dies eine besonders günstige Betriebsweise. Zwischen
den sich gegensinnig mit oberem Einzug drehenden Rostwellen fällt die Kohle nach
unten, während zwischen den sich im umgekehrten Sinne drehenden Rostwellen die Gase
nach oben strömen. Der Gasstrom durch das Bett erzeugt einen wirksamen Kontakt von
Gasen und festen Teilchen.
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Die getrocknete, vorgewärmte Kohle fällt durch den Rost 21, sammelt
sich am Boden des Sammelbehälters 14 an und wird in einen Füllwagen
3 abgezogen, wozu ein Schieber 39 periodisch geöffnet wird. Der Füllwagen
3 wird hierauf auf Schienen 5 zum Ort der Weiterverarbeitung, etwa einem Destillationsofen,
gebracht. Der Füllwagen kann der gleiche sein wie der für die Beförderung der feuchten
Kohle von dem Kohlebunker 1 nach dem Zwischenbunker 6 eingesetzte.
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Versuche mit vor Einfüllung in die Koksöfen vorgewärmter Kohle zeigten,
daß die heiße, trockene, zerkleinerte Kohle beim Einschütten aus den Füllwagen in
die Koksöfen spritzte und daß sofort brennbare Gase erzeugt werden, die sich oft
entzündeten. Es wurde gefunden, daß durch die Zugabe von 0,5 bis 5% Ölrückständen
mit einem Baume-Gewicht von mehr als 6°, vorzugsweise von 10 bis 20°, das Ausmaß
der plötzlich auftretenden Stichflammen während der Füllung der Koksöfen wesentlich
verringert werden kann. Diese Wirkung ist überraschend und steht im Gegensatz zu
der normalen Erfahrung, da man eigentlich annehmen müßte, daß flüssige, brennbare
Stoffe, welche sich rasch verflüchtigen, unter den herrschenden Bedingungen die
Zahl und den Umfang der auftretenden Verpuffungen eher erhöhen als erniedrigen würden.
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Der Grund für die Herabsetzung der Entzündungs= gefahr ist nicht ohne
weiteres erklärlich. Anscheinend bewirkt das Öl durch Oberflächenspannungseffekte
eine Anhäufung der Kohleteile, so daß die pro Gewichtseinheit Beschickungskohle
auftretende freie Oberfläche herabgesetzt wird. Es kann angenommen werden, daß die
Herabsetzung der freien Oberfläche zunächst eine Herabsetzung des Wärmeübergangs
auf die Kohle bewirkt, da der Wärmeübergang durch Strahlung und Konvektion - diese
beiden Arten des Wärmeübergangs sind von der Größe der freien Oberfläche, welche
Wärme aufzunehmen in der Lage ist, direkt abhängig - auf ein Minimum reduziert ist
und nur noch die Wärmeübertragung, d. h. die Wärmeleitung, übrig bleibt, welche
verhältnismäßig langsam vor sich geht. Anscheinend ist die ansammelnde Wirkung des
Öls viel wichtiger als der geringfügige Anstieg des Gehalts an flüchtigen Stoffen
in dem Beschickungsgut, wenigstens was die Entzündbarkeit anbelangt.
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Weitere Untersuchungen haben ergeben, daß der Zusatz von 0,5 bis 5%,
vorzugsweise von 0,5 bis 20J0 Steinkohlenpech oder von Erdölpech, mit einem Schmelzpunkt
von 120 bis 240° C, vorzugsweise von 150 bis 180° C, ebenfalls im Sinne einer Herabsetzung
der Rauch- und Flammenentwicklung während der Einfüllung der Kohle in die Koksöfen
wirksam ist. Der Zusatz von Ölrückständen zur Kohle wirkt sich besonders günstig
für die Herabsetzung der Flammenentwicklung während des ersten Teils der Beschickungsperiode
aus, ist aber für die Herabsetzung der Flammenbildung im späteren Verlauf der Beschickungsperiode
weniger wirksam. Dagegen liegt die Wirksamkeit eines Pechzusatzes vor allem in der
Herabsetzung der Rauch- und Flammenentwicklung während des späteren Verlaufs der
Beschickungsperiode. An diese Erkenntnisse anschließende Versuche haben nun ergeben,
daß eine Kombination von Pech- und Ölzusätzen zu der Kohlefüllung die Entzündungsgefahr
in den Öfen praktisch vollständig ausschließt, wenn heiße, trockene Kohle in Koksöfen
eingefüllt wird. Die Zusätze werden durch eine Leitung 29 (s. F i g. 1) zugeführt
und versprüht.
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Nach der Waschung in den Gasen noch enthaltener Kohlenstaub kann in
einem Zyklonscheider oder einem anderen Abscheider entfernt werden, bevor die Gase
durch den Kamin 24 in die Atmosphäre entweichen.
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F i g. 4 zeigt einen beweglichen Durchfallrost,'teilweise im Schnitt.
Dieser besteht aus einer Vielzahl von Wellen 41. Jede dieser Wellen trägt Rostelemente,
welche einen Querschnitt von dreieckigem Umriß ergeben. Der Durchmesser der Wellen
und deren Abstand werden nach der Größe der zerkleinerten Kohle und anderen Betriebsbedingungen
gewählt. Im allgemeinen haben die Rostelemente eine Flankenlänge von 50 bis 75 mm
zwischen der Mittelachse und einer Dreieckspitze und sind 100 bis 150 mm (Mittelachse
bis Mittelachse) voneinander entfernt. Zweckmäßig läßt man die Wellen zunächst in
einer und dann in der anderen der durch die Pfeile in F i g. 4 angegebenen Drehrichtungen
rotieren, und zwar derart, daß benachbarte Wellen immer in entgegengesetztem Sinne
umlaufen; zu
diesem Zweck werden Motore mit Umkehrsteuerung verwendet.
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In F i g. 5 ist eine andere Ausführungsform eines mechanisch betätigten
Durchfallrostes dargestellt. Dieser besteht ebenfalls aus einer Vielzahl von mit
Abstand zueinander angeordneten Wellen 42; an jeder solchen Welle 42 ist
eine Platte 43 befestigt. Durch Drehung dieser Wellen im Sinne der Pfeile
wird wiederum ein Durchfallen der Kohle durch den Durchfallrost eingeleitet; der
Durchsatz hängt wiederum von der Geschwindigkeit und dem Drehbereich der einzelnen
Wellen des Rostes ab.