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"Verfahren und Einrichtung zum Verbrennen von Salzkohle". Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verbrennen von Salzkohle.
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Die Verbrennung von Salzkohle stößt wegen der rauchgasseitigen Verschmutzung
der Heizflächen auf Schwierigkeiten. Beim Einbringen von Kohle in die Brennkammer
spaltet sich die Kohle in Gas und Koks. Das Gas enthält einen großen Teil des Schwefels,
welcher zu Schwefeldioxyd und bei Luftüberschuß zum Teil zu Schwefeltrioxyd verbrennt.
Beim Schmelzen trennt sich die Asche in eine spezifisch leichte Salzschmelze und
eine spezifisch schwere Schmelze der Grundasche. Aus der Salzschmelze verdampfen
mit steigender Temperatur immer mehr Alkalien und vermischen sich mit dem Rauchgasstrom.
Die Verdampfung beginnt schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen. Je nach
der Bindung der Alkalien entstehen durch Nebenreaktionen aus dem Natriumchlorid
Chlorwasserstoff und Natriumhydroxyd und aus dem Natriumhumat Natriumkarbonat. Natriumkarbonat
und Natriumhydrozyd greifen bei hohen Temperaturen Söhamotte- und Silizium-Karbid-Steine
stark an. Das Natriumkarbonat zerfällt weiter in Natriumoxyd und Kohlendioxyd. In
Gegenwart von Schwefeldioxyd im Rauchgas entsteht dann Natriumsulfat, das sich auf
den Heizflächen niederschlägt. Der Chlorwasserstoff dagegen gelangt vollständig
mit dem Rauchgas in den Kamin. Untersuchungen über das Verhalten von Natriumchlorid
ergaben ein Ansteigen der Verdampfung mit Temperatur- und
Zeitzunahme..Dureh
Zusetzen von Kaolin (Aluainiumsilikat) wird die Natriumverdampfung
herabgesetzt.
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Die Verschmutzung der Heizflächen ist abhängig von der Art
und Menge der im Rauchgas mitgeführten Stoffe und der Rauchgastemperaturen.
Sie wird bei Salzkohle vor
allem durch die im Rauchgas enthaltenen Alkalien
und
Schwefelverbindungen verursacht. Bei hoher Rauehgasteaperatur
liegen diese Verbindungen im teigigen, flüssigen
und gasförmigen Zustand
vor. Bei Auftreffen auf die
kälteren Heizflächen bleiben sie kleben und erstarren.
Wegen
der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Verbindungen
ist ihre Oberflächentemperatur
gleich der Rauehgasteaperatur, so daß die klebrige Oberfläche nunmehr
auch feste
Flugascheteilchen einbindet. Die Flugasche wird durch
Pyrosulfate,
entstanden aus den Alkalisulfaten und
Schwefeltriozyd in wasserlösliche
Sulfate übergeführt.
Diese Verbindungen schmelzen, reagieren miteinander und
bilden
neue Verbindungen mit höheren Schmelzpunkten.
Dadurch verfestigt sich die
Ablagerung, so daß sie nicht
mehr mit Rußbläsern-entfernt werden kann.
Die Verfestigung
der Ablagerungen wird also von hohen Rauchgastemperaturen
und der Anwesenheit von Schwefeltriozyd im Rauchgas
hervorgerufen.
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Um die Heizflächenverschmutzung zu vermeiden, wurden be-
reits
folgende Maßnahmen vorgeschlagen:
1.) Entsalzen der Rohkohle,
2.) Vergasen
der Salzkohle,
3.) Mischen von Salzkohle mit salzfreier Kohle,
4.)
Verbrennung bei niedriger Feuerraumtemperatur, 5.) Einbinden der Salze.
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Zu 1.) Entsalzen der Rohkohle: Ein Auslaugen der Kohle mit
Wasser bringt nur dann einen Erfolg, wenn das Alkali als Chlorid in der Kohle
vorliegt. Bei organischer Bindung des Salzes muß das Entsalzen der
Kohle mittels Basenaustausch erfolgen. Als geeignet
erwiesen sich
Salzsäure, Magnesium-Sulfat-Lösung, Kalzium-Chlorid-Lösung und mineralsaure
Abwässer. Beim
Lissner'schen Entsalzungsverfahren wirddiskontinuier-
lich
die Kohle nacheinander mit 3 %iger Salzsäure gewasehen,*mit
reinem Wasser nachgewaschen und anschließend
mit Dampf von 10 atü
verdampft. Bei einem Natrium-Oxyd-Gehalt in der Trockenkohle von 2,4
%, welches als Natrinmhumat vorlag, wurden je nach Zeitdauer
der Behandlung und
Menge der angewandten Salzsäure 85 - 95 %
des Natriumozyds entfernt. Der Schwefelgehalt ändert sich nicht, da der
Schwefel
organisch gebunden ist. Infolge der diskontinuier-
lichen Arbeitsweise und
dem Chemikalien- und Dampfver-
brauch arbeitet das Verfahren unwirtschaftlich.
Außerdem
ergibt sich aus der Beseitigung des stark salzhaltigen
Abwassers
ein neues Problem.
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Z« 2.) Vergasen im Generator:
Beim Vergasen der Salzkohle
mit Dampf-Luft-Gemisch wird
ein fast. salzloses Generatorgas
erhalten. Dazu muß die
Kohle aber brikettiert werden, was das Verfahren
sehr
verteuert. Ebenso ist die Vergasung in der Wirbelschicht
oder die Sauerstoffdruckvergasung unwirtschaftlich.
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2u 3.) Mischen von Salzkohle mit salzfreier Kohle:
Durch
qfischen von Salzkohle mit salzfreier Kohle wird
der Salzgehalt J
kcal herabgesetzt, so daß die Verschmut-
zung zurückgeht. Wird
zum Mischen eine Braunkohle mit
hohem Tongehalt in der Asche verwendet,
so wird außerdem
ein Teil des Salzes durch den Ton eingebunden. Das
Verfahren
erfordert jedoch eine doppelte Lagerung und
die nätigen,Einrichtungen
zum Mischen.
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Zu 4.) Verbrennung bei niedriger Feuerraumtemperatur:
Nach einem anderen Vorschlag soll die Brennkammertemperatur
herabgesetzt
werden. Da die Verdampfung der Salze mit der
Temperaturerhöhung
steigt; konnte erwartet werden, daß
dann die Salze überwiegend in der Asche
verbleiben würden.
Versuche, die bei Brennkammertesperaturen
von 950 - 10000C durchgeführt wurden, beweisen, daß sich eine Verschmutzung
bei Salzkohle nicht vermeiden ließ. Jedoch waren die An-
sätze derart,
daß sie mit Rußbläsern entfernt werden konn-
ten. Eine Herabsetzung
der Brennkammertemperatur bedingt
jedoch eine gleichzeitige Herabsetzung
der*apezifischen Wärmeleistung der Brenakammer,'d.h. entweder vermindert
sich bei gleicher Brennkammergröße die Dampfleistung der
Brennkammer
oder es erhöht sich bei gleicher Dampfleistung
die Größe der Brennkammer.
Zu
5.) Einbinden der Salze:
Die größte Aussicht auf Erfolg hat das Einbinden
der
Salze mit Kaolin (Aluminiumsilikat). Als günstigste Ein-
bindetemperatur
wurden 1000°C ermittelt. Für die Versuche
war eine Zyklonfeueruag
mit flüssigem Schlackenabzug ver-
wendet worden. Die Einbindungs-Zusätze
für die Alkalien
wurden nicht mit der Kohle in den Zyklon eingeführt, weil
sie
mit der flüssigen Schlacke abgeflossen wären, ohne Gelegen-
heit
zu haben, Alkalien einzubinden. Die Ursachen hierfür liegen in der hohen
Verdampfungagesehwindigkeit der flüch-
tigen Alkaliverbindungen
und in der hohen Temperatur, die
im Zyklon herrscht. Die Verbrennung ist jedoch
bei dieser
Feuerung praktisch beendet, wenn die Rauchgase den Zyklon
verlassen.
Die Zugabe eines Stöffes zur Alkalien-Einbindung hinter der ZyklonmUndung
gewährleistet einen langen Reaktionswee. Der anschließende Strahlunesraum
soll lang sein,
damit Bindemittel und Salz genügend Zeit haben zu reagieren.
Durch
das Kaolin werden die Alkalien als Silikate gebunden,
die einen hohen
Schmelzpunkt haben. Dadurch werden die
Ablagerungen auf den Heizflächen locker
und können mit
Rußbläsern entfernt werden.
Aufgabe
der Erfindung ist es,- mit einfachen Mitteln ein
Unschädl-ichmachen
oder Entfernen Jer in der Salzkohle
enthaltenen Alkalien zu erreichen,
und zwar möglichst
ohne Herabsetzung des Beizwertes der Kohle und mit
mög-
lichst geringem zusätzlichem Wärmeaufwand.
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Nach der Erfindung wird die Kohle in feingemahlenem
Zustand
vor der Verbrennung während einer Förderung im Gasstrom
unter
Teilverbrennung des Trägergases entgast, wobei die
in der Kohle enthaltenen
Alkalien ausgetrieben
werden.
Die Verkokung wird in einem zylindrischen
Entgasungsraum
durchgeführt, in den die Kohle zentral von unten durch
eine
Düse eingeblasen wird. In Höhe der Düsenmündung tritt tangential
ein Gas-Luft-Gemisch
in den Schacht ein, das
sich unter Teilverbrennung in Spiralen an der Schachtwand
nach
oben bewegt. Die Kohle kann kalt oder vorgewärmt
eingeblasen werden. Die
Teilverbrennungstemperaturen
des
Trägergases können bei normalem feuerfestem
Schamotte-
material bis 1400°C betragen, die Belastungen des Träger-
gases
bis ca
0,75 kg/@1m3
gewählt werden. Teilverbrennung
und Belastung
werden so eingestellt, daß die Alkalien
verdampfen e d.h.
über
8000C,
vorzugsweise 1000°C erreicht
werden. Die Fördergeschwindigkeit
beträgt
mindestens 1 mi,
vorzugsweise etwa 5 m/sec.
Das Aufheizen
des HCl.:korns
erfolgt bei diesem Verfahren wegen der extrem hol-.en
:_'''-^meübergangszahlen
in 0,2 bis 0,3 Sekunden. Versuche er#,abenfolgende
ins Gas übergegangene Gewichtsprozente:
| Versuch Nr. 1 2 3 |
| Asche % 10,7 16,2 ,28,2 |
| Na 20 58,4 72,5 71,8 |
| K20 67,5 ° 74,2 72,0 |
Bei Verwendung des Vorentgasungsverfahrens
werden dem
Kessel mehrere
zylindrische, mit Schamotte (Hasenoxyde)
ausgemauerte Schächte vorgeschaltet,
in die der erste
Schritt der Verbrennung,
die Entgasung, aus dem Kessel
vorverlegt
wird. Die Abmessungen der Schächte können
der
Lage
der Drenner
angepaßt werden. Als Trägergas dient ein
Teil des bei der
Entgasung gewonnenen Oasen;
es kann aber
auch Rauchgas als Trägergas
verwendet werden. Gas und Koks
Werden hinter den Vorentgasungsschaeht
getrennt, der
Koksstaub heiß in den Kessel eingeblasen, das Gas bis zur
Ausscheidung
der Alkalien
abgekühlt und dann deuKessel
zugeführt. Soll Kaolin zugesetzt
werden,
so kann es ohne
Schwierigkeiten in den Vorentgasungsachacht
eingeblasen und
dann gegebenenfalls zusammen mit den Koks
und dem Gas-Gemisch
direkt in den Kessel eingebracht werden. Da eine
gei.
neue Reaktionszeit eingestellt werden kann, sind die in
der Entgasung
ausgetriebenen Alkalien bis zum Eintritt des
Gemisches in den Kessel durch
das Kaolin gebunden.
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In der Abbildung ist eine Einrichtung zur Durchführung des
Verfahrens
schematisch dargestellt.
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Einer Dampfkesselfeuerung 1 ist eine Entgasungsanlage
2
vorgeschaltet, und zwar hinter der zur Feuerung gehören-
den Mahlanlage
3. Der Brennstoff gelangt zunächst durch
eine Leitung 13 in die Mahlanlage
3. Der aus der Mahlan-
lage austretende Brennstoffstaub wird über eine Leitung
23
einem in einer Leitung 14 fließenden Luftstrom zugeteilt,
der von einem
Gebläse 4 kommt. Das tritt
in den Entgasungsschacht
2 ein, wobei in Höhe der Strahldüse'von einen Gebläse 5 über eine Leitung
15 Gas und
von dem Gebläse 6 über eine Leitung 16 Luft zur Teilver-
brennung
in den Schacht eingeführt wird. Das aus dem Entgasungssehacht 2 austretende
Koksstaub-Gas-Gemiseh tritt
über die Leitung 12 zu einem Abscheider
8, in dem der
Koksstaub von.dem Gas getrennt wird. Das Gas gelangt
über
eine Leitung 18 und einen Umschalter 7/17 zu einen Kgraetauscher
11, in dem es soweit abgekühlt wird, daß die In
Gas dampffgrmig
enthaltenen Alkalien kondensieren. Der
Wärmetauscher 11 ist so konstruiert,
daß eine Reinigung
ohne besondere Schwierigkeiten durchgeführt werden
kann. Während der Reinigungsperiode wird auf einen benachbarten
Wärmetauscher
21 mit den zugehörigen Urachaltelenenten 9/14
umgeschaltet.
Nach der Ausscheidung der Alkalien wird das
Gas Eber eine Leitung@22
der Nessel 1 zugeführt: Ein Teil
des Gases wird jedoch durch einen
Wärmetauscher 24 weiter
abgekühlt und durch da* Gebläse 5 über
die'Leitvng 15 als
Teilwerbrennungs-Gasmange in den Entgasunasschacht
$ ge-
fördert. Die durch die Leitung 22 zur Kesselfeuerung 1
gelangende
Gasmenge lttan aber auch ganz oder teilweise über
die Leitung
2? zur Koks*taubzuteüung aus der Leitung 28
gefUhrt werden
und über die Leitung 25 zur Kesselfeuerung
gelangen: In den Entga*unßssehacht
kann bei 29 Naolin als lindetittel für die Alkalien
zugegeben werden, wodurch
die Reinigung der Wärmetauscher
11 und 21, in denen diese
Verbindung niedergeschlagen wird, leichter vonstatten
geht.