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Verfahren zum Entgasen backender Brennstoffe Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Entgasen backender Brennstoffe, insbesondere von Brennstoffstaub,
im Gasstrom.
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Zur Entgasung von festen, staubförmigen oder körnigen Brennstoffen
ist eine Reihe von Verfahren entwickelt worden und bekanntgeworden. Sie unterscheiden
sich im wesentlichen durch die Art des Transportes des festen Brennstoffes durch
die einzelnen Verfahrensstufen und die Art und Weise der zur Entgasung erforderlichen
Wärme. Gemeinsam gilt für alle diese Verfahren, daß sie das bei der Erhitzung der
backenden Kohlen auftretende Backproblem beherrschen müssen. Die Backfähigkeit der
Kohle macht jedes Entgasungsverfahren, das diese Kohleeigenschaft nicht berücksichtigt,
undurchführbar.
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Beherrschung des Backproblems und eine wirtschaftliche, dabei sehr
schnelle Zufuhr der Entgasungswärine sind daher Voraussetzungen für ein technisch
anwendbares Entgasungsverfahren zur Erzeugung staubförmigen Kokses.
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So ist ein Verfahren bekannt, bei dem mehrere Wirbelschichten hintereinandergeschaltet
sind, wobei in der letzten Wirbelschicht durch Verbrennung eines Teiles des Feststoffes
und dessen Zuführung in die in der Temperatur niedriger liegenden Wirbelschichten
der erforderliche Wärmebedarf zur Entgasung gedeckt wird. Abgesehen davon, daß in
der Wirbelschicht ein kömiger, nicht aber staubförmiger Brennstoff eingesetzt werden
kann - der zu erzeugende Koks soll aber in der Regel sehr fein, also staubförmig
sein -, können in einem solchen Verfahren nur nicht backende Brennstoffe
durchgesetzt werden. Backende Kohlen führen im Temperaturbereich des Erweichungspunktes
zu Verbackungen in der Apparatur und damit zur Betriebsunterbrechung.
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Bekannt ist auch ein Verfahren zur Ent- oder Vergasung staubförmiger
Brennstoffe in beheizten Rohrsystemen, in denen das feinkörnige Gut mittels eines
Trägergases oder -dampfes gefördert wird, wobei der Brennstoff zunächst in einem
von außen beheizten ersten Rohrteil bis zum Erweichungspunkt, danach in einem zweiten
Rohrteil im freien Strahl ohne Wandberührung über den Erweichungsbereich hinaus
erhitzt und in einem dritten Rohrteil nachentgast werden soll. Da zur Beeinflussung
der Backfähigkeit der Kohle bei diesem Verfahren keine Maßnahmen ergriffen wurden,
beispielsweise eine Voroxydation, und außerdem in dem Rohrteil, in dem der Backbereich
der Kohle überschritten wird, die Wärmezufuhr von außen zu langsam erfolgte, konnten
Verbackungen der Rohre nicht verhindert werden. Das Verfahren erwies sich als nicht
durchführbar.
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Bei einem anderen Verfahren wird der vorgewärmte Kohlenstaub im Strahl
in einen Entgasungsschacht eingeblasen, um den Brennstoffstrahl ein Trägergas mit
sauerstoffhaltigen Gasen teilweise verbrannt und so die erforderliche Entgasungswärme
zugeführt. Bei diesem Verfahren können backende Brennstoffe durchgesetzt werden.
Nachteilig ist aber der relativ geringe Durchsatz, da zur Entgasung nur die Wärmemenge
des teilverbrannten Trägergases zur Verfügung steht, die der Differenz von Eingangstemperatur
des Trägergases nach der Teilverbrennung, z. B. 1400' C, und Entgasungstemperatur,
z. B. 1000' C, entspricht. Außerdem führt eine steigende Teilverbrennung
des Trägergases zur Steigerung der Gastemperatur, zur Verminderung des Gasheizwertes
und Änderung der Gaszusammensetzung am Ende der Entgasungsanlage, was unter Umständen
für nachgeschaltete Verfahrensschritte von Bedeutung sein könnte.
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Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem die für die Entgasung erforderliche
Wärme nur durch umlaufende, feste Wärmeträger zugeführt wird. Bei diesem Verfahren
werden zu einem Teil Rohkohle etwa 15 bis 25 Teile heißer Koksstaub
zugesetzt. Der Koksstaub wird nach Austritt aus einem Bunker mit Luft nach oben
gefördert und dabei gleichzeitig durch eine Teilverbrennung des Kokses auf die gewünschte
hohe Temperatur, z. B. 1000 bis 1200' C, erhitzt. Nach Abscheidung
des Rauchgases vom heißen Koks gelangt dieser in einen Vorratsbehälter und läuft
von dort einer Vorrichtung zu, der gleichzeitig Rohkohle zugegeben wird. In der
Vorrichtung, die meist als Schnecke ausgebildet ist, wird der heiße Koks mit der
kalten Rohkohle vermischt, wodurch die Rohkohle
auf die Entgasungstemperatur
erhitzt und ein Teil des Gases ausgetrieben wird. Gleichzeitig wird die Backneigung
der Rohkohle gemindert. Trotzdem auftretende An- und Verbackungen werden durch die
Mahlwirkung der Schnecke auf mechanischem Wege bis zu einem gewissen Grad beseitigt.
Nach Austritt aus der Schnecke fallen Koks und Halbkoks in einen Nachentgasungsraum,
von wo ein Teil des Kokses entnommen und z. B. seiner weiteren Verwenduno,
zugeführt werden soll, während der Rest seinen Umlauf von neuem beginnt. Das in
der Schnecke und im Nachentgasungsraum entstandene Gas wird abgezogen und später
gemischt. Die Nachteile dieses Verfahrens sind neben den hohen Anlagekosten die
erforderlichen großen Umlaufmengen an festen Wärmeträgem und die außerordentlich
hohe mechanische Beanspruchung der Misch- bzw. Mahlvorrichtung und der aus der Schnecke
mit sehr viel grober gewordenem Körnungsbereich austretende Brennstoff, der bei
der Verfeuerung in einem Kessel und auch bei der pneumatischen Förderung Schwierigkeiten
bereitet, als Magerungsmittel zu grob ist. Der verhältnismäßig hohe Kokszusatz soll
neben der Wärmezufuhr vor allem eine Magerung bewirken, wodurch man die in der Mischvorrichtung
auftretenden Backerscheinungen verringern will. Um die Beseitigung der eigentlichen
Backursachen hat man sich jedoch nicht bemüht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Durchsatz bei der Entgasung
backender, staubförmiger Brennstoffe zu verbessern, ohne die eigentliche Entgasungsanlage
zu vergrößern.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei der Entgasung im Gasstrom
in zwei oder mehr Entgasungsstufen der Wärmebedarf mindestens teilweise durch umlaufende
feste Wänneträger gedeckt und ein Teil des erzeugten Mischgases als Trägergas benutzt
und die voroxydierte Kohle und/oder Rohkohle in die erste Stufe in Form eines Brennstoffstrahles
eingeblasen und um diesen Strahl eine Teilverbrennung des Trägergases durch Zugabe
von Sauerstoffträgem, z. B. Luft, sauerstoffangereicherter Luft oder reinem Sauerstoff,
durchgeführt wird, wobei in der zweiten Stufe durch Zugabe von heißem Koksstaub
die gewünschte Entgasungstemperatur des Brennstoffes erreicht und in der dritten
Stufe gegebenenfalls durch Zugabe von heißem Koksstaub über mehrere Sekunden, z.
B. 4 Sekunden, aufrechterhalten wird.
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Als umlaufender fester Wärmeträger kann der in der Entgasungsanlage
selbst gewonnene Kohlenstaub benutzt werden. Die zum Aufheizen des Koksstaubes auf
die gewünschte Eintrittstemperatur (z. B. 1200- Q
erforderliche Teilverbrennung
wird hierbei zweckmäßig in die Koksschächte verlegt, die vom Koksbunker zu den Eintrittsstellen
in den Entgasungsschacht führen.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird in einen senkrechten, am besten
zylindrischen, gegebenenfalls ausgemauerten Schacht voroxydierte Kohle in eine erste
Entgasungsstufe eingeblasen. Um diesen Strahl kann eine Teilverbrennung bestimmter
Größe stattfinden, wodurch es auch möglich wird, die Grobteile von voroxydierter
Kohle oder sogar frische Kohle mit geringerer Backzahl einzublasen. Kurz vor der
Strahlauflösung wird in Richtung des Strahles, aber getrennt von der zu entgasenden
Kohle, heißer Koks am Umfang eingeblasen. Beide werden gemeinsam durch das Trägergas
und das neu entstandene Rohgas gefördert. In dieser zweiten Entgasungsstufe wird
so viel Koks zugegeben, daß der Rohbrennstoff sehr rasch auf die Entgasungstemperatur
erhitzt wird. In einem anschließenden dritten Entgasungsteil (die Entgasungsstufen
können neben oder hintereinander angeordnet sein) wird der Brennstoff bis zu 4 Sekunden
bei der Entgasungstemperatur gefördert, wobei ein weiterer Kokszusatz an einer oder
an mehreren Stellen erfolgen kann. Dieser Kokszusatz hat nur noch den Wärmeverbrauch
der eiaentlichen Entgasung bei der Entgasungstemperatur zu decken. Da die Kohle,
das Trägergas und der heiße Koks sich in direktem Wärineaustausch befinden, erreicht
der Brennstoff, der schon durch die Voroxydation bis auf etwa 4201 C und
durch die Teilverbrennung auf etwa 700 bis 7501 C vorgewärmt ist,
sehr schnell die Entgasungstemperatur. Führt man an Stelle voroxydierter Kohle frische
Kohle in Staubform ein, so kann die an ihrem Umfang zunächst auftretende Teilverbrennung
so geleitet werden, daß auch diese Kohle die Backtemperatur rasch durchschreitet
und dabei die Backfähigkeit verliert.
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Die Teilverhrennung in der ersten Entgasungsstufe kann mit Luft, mit
Sauerstoff angereicherter Luft oder reinem Sauerstoff durchgeführt werden. Die bei
der Teilverbrennung frei werdende Wärme verringert den erforderlichen Kokszusatz.
Der Kokszusatz beträgt z. B. bei einer Belastung von
7 kg Brennstoff
je
Normalkubikineter Trägergas und bei einer Belastung in den Kokszuführungsleitungen
von
10 kg Koks
je
Normalkubiknieter Trägermittel bei einer Vorwärm:ung
des Trägergases auf
700' C, einer Vorwärmung des Kokses auf 1200'
C und einer Brennstofftemperatur am Bunkeraustritt von
350' C bei
einer Entgasungstemperatur von
| Volumprozent |
| 700' C ...... etwa 1,0 kg Koks/kg Kohle |
| 800c1 C ...... etwa 1, 8 kg Koks/kg Kohle |
| 9001 C ...... etwa 3,0 kg Koks/kg Kohle |
| 10000 C ...... etwa 4,6 kg Koks/kg Kohle |
| 11001 C ...... etwa 7,0 kg Koks/kg Kohle |
Nach dem Austritt aus dem Entgasungsschacht wird das Mischgas vom Koks getrennt.
Das Mischgas gelangt über Wärmeaustauscher und die Gasreinigang zur weiteren Verwendung.
Der Koks wird in einem Bunker abgeschieden, von dem aus ein Zulauf z. B. zur Kesselfeuerung
und ein Zulauf zum Trägergas der Entgasungsanlage führt. Auf dem Weg vom Koksbunker
zum Trägergas wird in einer besonderen Vorrichtung durch eine Reihe von Düsen eine
dosierte Luftmenge in den heißen Koks eingeblasen, wodurch eine Teilverbrennung
hervorgerufen und der Koks auf die gewünschte Temperatur, z. B. 1200'
C,
gebracht wird. Das dabei entstehende Rauchgas wird aus der Vorrichtung
über einen eingebauten Abscheider abgesaugt und über Wärmeaustauscher zum Kessel
oder über die Beheizung der Voroxydationsanlage zum Kamin oder Kessel geführt. Der
heiße Koks gelangt über eine Kokssäule zum hochvorgewärmten Trägergas, das dem Erzeugungsgas
vor oder nach der Gasreinigung entnommen wird. An gleicher Stelle wird das Trägerg
.,as für die voroxydierte Kohle und das Teilverbrennungsgas
entnommen. -
Bei dem beschriebenen Verfahren wird der Brennstoff bis zu einem bestimmten
Grad entgast und alles dabei gewonnene Gas als Mischgas am Ende des Entgasungssehachtes
abgezogen. Unter Umständen ist es
jedoch erwünscht, Gas verschiedener
Zusammensetzung zu gewinnen. Das läßt sich dadurch erreichen, daß man in verschiedener
Höhe des Entgasungsschachtes, d. h. nach verschiedenen Aufenthaltszeiten,
z. B. Gas absauat oder auch Wasserdampf zur Einleitung einer Teilvercrasung zusetzt.
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Der Entgasungsanlage wird je nach der Brennstoffart zweckmäßigerweise
eine Voroxydations- bzw. Vorheizanlage vorgeschaltet, die bei stark backender Kohle
in zwei mit verschiedener Belastung laufenden Stufen die Backfähigkeit der Kohle
beseitigt. Die nach der Voroxydation unter Umständen abgeschiedenen Grobteile werden
entweder zum Kessel oder getrennt von den Feinteilen in den Entgasungsschacht eingeblasen
oder zur Mühle zurückgebracht.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird eine wesentlich geringere
Menge an umlaufenden festen Wärmeträgern benötigt als bei den bisher bekannten Verfahren.
Da die Backfähigkeit der Kohle vor Eintritt in die Entgasungsanlage zerstört worden
ist bzw. eine noch vorhandene Restbackfähigkeit im freien Strahl durch Teilverbrennung
eines Trägergasteiles beseitigt wird, werden besondere Misch- bzw. Mahlvorrichtungen,
die erfahrungsgemäß einem hohen Verschleiß unterworfen sind, überflüssig.
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Die Körnung des Brennstoffes ändert sich nur gering gegenüber der
Rohkohlenkörnung. Das Verfahren wird dadurch auch für backende Kohlen geeignet.
Durch Änderung der Aufenthaltszeit, der Belastung, der Teilverbrennung, der Entgasungstemperatur
und gegebenenfalls durch Zusatz von Wasserdampf, Luft usw. kann auch bei diesem
Verfahren der Heizwert in einfacher Weise geregelt sowie das Verfahren auf die Gewinnung
bestimmter Gasanteile oder Nebenproduktteile eingestellt werden.
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In der Zeichnung ist der Ablauf des Verfahrensweges schematisch dargestellt.
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Der Brennstoffstaub wird von der Mühle oder einem Zwischenbunker mit
dem Voroxydationsmittel über die Leitung 1 in die Voroxydationsanlage 2 gefördert,
wo er durch die Aufheizrohrbündel 3, die Düse 4 und die Aufenthaltsstrecke
5, gegebenenfalls unter Zugabe weiteren Voroxydationsmittels bei
6, getragen wird. Nach der Voroxydationsanlage gelangt der Brennstoff
je nach der Brennstoffart und der Wahl des Voroxydationsmittels direkt zur
Düse 7
der ersten Entgasungsstufe 8 des Entgasungsschachtes (Leitung
48) oder zu dem Abscheider 9 und Zwischenbunker 10 oder über die Leitung
11 zum Grobabscheider 12, wo die groben Anteile der Körnung, z. B. größer
als 90 #tm, in den Zwischenbunker 13
abgeschieden werden und die Feinteile
über die Leitung 14 zum Feinabscheider 9 gelangen. Das Voroxydationsmittel
wird bei der Trennung von Brennstoff und Voroxydationsmittel über die Leitung
15
zum Kessel gebracht.
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Der nach der Voroxydation abgeschiedene Staub wird durch hoch vorgewärmtes
Trägergas über die Leitung 16 zur konzentrisch im Teil 8 angeordneten
Einblasedüse 7 gefördert und im Strahl in die erste Entgasungsstufe
8 eingeblasen. Sind die Grobteile gesondert abgeschieden worden, so können
diese über die Leitung 17 mit hoch vorgewärmtem Trägergas in die ringförmig
um die Düse 7 angeordnete Düse 18 ebenfalls in die erste Entgasungsstufe
eingeblasen werden. Ebenso ist eine Rückführung zur Mühle oder direkte Zuleitung
zum Kessel möglich. Um den Strahl in der ersten Entgasungsstufe findet an dessen
Umfang eine Teilverbrennung einer weiteren Trägergasmenge statt, wozu dieses Teilverbrennungsgas
durch die Leitung 19 und das Voroxydationsmittel durch die Leitung 20 zugeführt
und beide hoch vorgewärmt tangential oder axial oder zur Mittelachse geneigt in
die erste Entgasungsstufe eintreten, wobei die Teilverbrennnung am Eintritt in die
erste Entgasungsstufe 8 beginnt. Kurz vor der Auflösung des Brennstoffstrahles
wird über die Leitung 21 axial ringförmig am Umfang des Entgasungsschachtes oder
auch radial oder mit bestimmter Neigung durch hoch vorgewärmtes Trägergas Koksstaub
mit z. B. 1000 bis 1200' C zugeblasen, dessen Wärmeinhalt ausreicht,
den Brennstoffstaub sehr schnell auf die Entgasungstemperatur aufzuheizen. Dieser
zweiten Entgasungsstufe 22 schließt sich eine dritte Stufe 23 an, in der
das Koks-Brennstoff-Gas-Gemisch bis zu 4 Sekunden gefördert und entgast wird. In
dieser Stufe können unter Umständen mehrere weitere Kokseinblasestellen 24,
25, 26 vorgesehen werden, denen der Koks durch die Leitung 39
zugeführt
wird. Der Schacht 23 kann auch stufenweise erweitert sein, um so den Gaszuwachs
auszugleichen und die Fördergeschwindigkeit in bestimmten Grenzen zu halten.
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über die Leitung 27 gelangen Gas und Koks zu dem Abscheider
28, der Koks zum Abscheidebunker 29 und das Gas über die Leitung
30, den Wärmeaustauscher 42 zur Gasreinigung 31. Der Koksbunker
29 hat mehrere Ausläufe, von denen einer, 32, zur Kesselfeuerung führt,
ein anderer, 33, zur Aufheizvorrichtung 34 für den Koksumlauf. In diese Vorrichtung
ist ein Abscheider 35 eingebaut, in dessen Auslauf der Zulauf aus dem Koksbunker
ragt. Durch die Leitung 36 wird am Umfang Verbrennungsluft, unter Umständen
vorgewärmt, zugegeben, deren Menge so bemessen ist, daß durch die Teilverbrennung
des Kokses dieser auf die entsprechende Temperatur aufgeheizt wird. Der aufgeheizte
Koks gelangt über den Auslauf 37 und Verteilungsleitungen 21 und
39 mit vorgewärmtem Trägergas als Fördermittel zu der zweiten und dritten
Entgasungsstufe. Das in der Aufheizvorrichtung 34 entstehende Rauchgas wird über
den Abscheider 35 an einem konzentrischen Abgang 38 abgesaugt, wobei
die mitgeführten Koksteile in der Aufheizvornchtung selbst schon abgeschieden werden.
Gegebenenfalls kann im Anschluß daran eine weitere Feinreinigung erfolgen. Dieses
Rauchgas wird durch die Leitung 40 entweder direkt oder über Wärmeaustauscher, z.
B. 41, zum Kessel oder über die Leitung 49 zur Voroxydationsanlage 2 und von da
über die Leitung 50 zum Kessel oder bei genügender Abkühlung zum Kamin gebracht.
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Das Erzeugungsgas gelangt über die Leitung 30
zur Gasreinigung
31, wobei die fühlbare Wärme in einem Wärmeaustauscher 42 soweit wie möglich
zurückgewonnen wird. Das Gas gelangt über die Ab-
führung 43 zur weiteren
Verwendung. Das durch die Leitungen 44, 45 strömende Trägergas für den Brennstoff,
das durch die Leitung 19 strömende Teilverbrennungsgas und das durch die
Leitung 46 strömende Fördergas für den Koks werden über die Leitung 47 vor oder
nach der Gasreinigung zurückgesaugt und durch Wärmeaustauscher, z. B. 42, 41, auf
Temperaturen von 600 bis 800' C aufgeheizt. Ebenso wird in Wärmeaustauschern
die Teilverbrennungsluft für die erste Entgasungsstufe 8 und für die
Koksaufheizung
34 aufgeheizt, erstere ebenfalls auf Temperaturen von 600 bis 800' C.
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Die Vorwärmer können vom Rauchgas, der Koksteilverbrennung und von
dem abzukühlenden Erzeugung , c s gas beheizt werden. Unter Umständen werden
auch noch Rauchgase aus dem Kessel oder aus anderen Verbrennungsvorgängen herangezogen.