DE1546630B2 - Verfahren zum Verbrennen von Salz kohle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Salzkohle, gemäß dem die Kohle in feingemahlenem Zustand vor der Verbrennung während der Förderung in einem Gasstrom unter Teilverbrennung entgast wird und ihr zur Beeinflussung des Entgasungsvorganges Zusatzstoffe zugemischt werden. 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, der zu Schwefeldioxid und bei Luftüberschuß zum Teil zu Schwefeltrioxid verbrennt. Beim Schmelzen trennt sich die Asche in eine spezifisch leichtere Salzschmelze und eine spezifisch schwerere 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 Natriumhydroxid und aus dem Natriumhumat Natriumkarbonat. Natriumkarbonat und Natriumhydroxid greifen bei hohen Temperaturen Schamotte- und Silizium-Karbid-Steine stark an. Das Natriumkarbonat zerfällt weiter in Natriumoxid und Kohlendioxid. In Gegenwart von Schwefeldioxid 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. Durch Zusetzen von Kaolin (Aluminiumsilikat) wird die Natriumverdampfung herabgesetzt.

Die Verschmutzung der Heizflächen ist abhängig von der Art und Menge der im Rauchgas mitgeführten Stoffe und der Rauchtemperaturen. Sie wird bei Salzkohle vor allem durch die im Rauchgas enthaltenen Alkalien und Schwefelverbindungen verursacht. Bei hoher Rauchgastemperatur 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 Rauchgastemperatur, so daß die klebrige Oberfläche nunmehr auch feste Flugascheteilchen einbindet. Die Flugasche wird durch Pyrosulfate, entstanden aus den Alkalisulfaten und Schwefeltrioxid, 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 Schwefeltrioxid im Rauchgas hervorgerufen. Um die Heizflächenverschmutzung zu vermeiden, wurden bereits 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.

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 Lissnerschen Entsalzungsverfahren wird diskontinuierlich die Kohle nacheinander mit 3°/oiger Salzsäure gewaschen, mit reinem Wasser nachgewaschen und anschließend mit Dampf von 10 atü verdampft. Bei einem Natrium-Oxid-Gehalt in der Trockenkohle von 2,4 ⁰J₀, das als Natriumhumat vorlag, wurden je nach Zeitdauer der Behandlung und Menge der angewandten Salzsäure 85 bis 95 % des Natriumoxids entfernt. Der Schwefelgehalt ändert sich nicht, da der Schwefel organisch gebunden ist. Infolge der diskontinuierlichen Arbeitsweise und des Chemikalien- und Dampfverbrauchs arbeitet das Verfahren unwirtschaftlich. Außerdem ergibt sich aus der Beseitigung des stark salzhaltigen Abwassers ein neues Problem.

Zu 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.

Zu 3. Mischen von Salzkohle mit
salzfreier Kohle

Durch Mischen von Salzkohle mit salzfreier Kohle wird der Salzgehalt/kcal herabgesetzt, so daß die Verschmutzung 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 nötigen Einrichtungen zum Mischen.

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 Brennkammertemperaturen von 950 bis 1000°C durchgeführt wurden, beweisen, daß sich eine Verschmutzung bei Salzkohle nicht vermeiden ließ. Jedoch waren die Ansätze so ausgebildet, daß sie mit Rußbläsern entfernt werden konnten. Eine Herabsetzung der Brennkammertemperatur bedingt jedoch eine gleichzeitige Herabsetzung der spezifischen Wärmeleistung der Brennkammer, 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 Einbindetemperatur wurden 1000° C ermittelt. Für die Versuche war eine Zyklonfeuerung mit flüssigem

Schlackenabzug verwendet worden. Die Einbindungszusätze für die Alkalien wurden nicht mit der Kohle in den Zyklon eingeführt, weil sie mit der flüssigen Schlacke abgeflossen wären, ohne Gelegenheit zu haben, Alkalien einzubinden. Die Ursachen hierfür liegen in der hohen Verdampfungsgeschwindigkeit der flüchtigen Alkaliverbindungen und in der hohen Temperatur, die im Zyklon herrscht. Die Verbrennung ist jedoch bei dieser Feuerung praktisch beendet,

(Basenoxide) 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 Brenner angepaßt werden. Als Trägergas dient ein Teil des bei der Entgasung gewonnenen Gases; es kann aber auch Rauchgas als Trägergas verwendet werden. Gas und Koks werden hinter dem Vorentgasungsschacht getrennt, der Koksstaub heiß in den Kessel eingeblasen,

wenn die Rauchgase den Zyklon verlassen. Die Zu- io das Gas bis zur Ausscheidung der Alkalien abgekühlt gäbe eines Stoffes zur Alkalien-Einbindung hinter der und dann dem Kessel zugeführt. Soll Kaolin zugesetzt werden, so kann es ohne Schwierigkeiten in den Vorentgasungsschacht eingeblasen und dann gegebenenfalls zusammen mit dem Koks und dem Gas-Ge-15 misch direkt in den Kessel eingebracht werden. Da eine genaue Reaktionszeit eingestellt werden kann, sind die in der Entgasung ausgetriebenen Alkalien bis zum Eintritt des Gemisches in den Kessel durch das Kaolin gebunden.
In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Durch-

Zyklonmündung gewährleistet einen langen Reaktionsweg. Der anschließende Strahlungsraum 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

em Unschädlichmachen oder Entfernen der in der Salzkohle enthaltenen Alkalien ' zu erreichen, und zwar möglichst ohne Herabsetzung des Heizwertes der Kohle und mit möglichst geringem zusätzlichem Wärmeaufwand.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in den Kohlenstaubstrahl während der Entgasung Kaolin eingeblasen wird, das die bei der Entgasung

führung des Verfahrens schematisch dargestellt.

Einer Dampfkesselfeuerung 1 ist eine Entgasungsanlage 2 vorgeschaltet, und zwar hinter der zur Feuerung gehörenden Mahlanlage 3. Der Brennstoff gelangt zunächst durch eine Leitung 13 in die Mahlanlage 3. Der aus der Mahlanlage austretende Brennstoffstaub wird über eine Leitung 23 einem in einer Leitung 14 fließenden Luftstrom zugeteilt, der von einem Gebläse 4 kommt. Das Staub-Luft-Gemisch

ausgetretenen Alkalien bindet, worauf das Gas- 30 tritt in die Entgasungsanlage 2 ein, wobei in Höhe Dampf-Feststoff(Koksstaub)-Gemisch unmittelbar der der Strahldüse von einem Gebläse 5 über eine Leitung 15 Gas und von dem Gebläse 6 über eine Leitung 16 zur Teilverbrennung in den Schacht einge

führt werden. Das aus dem Entgasungsschacht 2

Feuerung zugeführt wird. In weiterer Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, daß die in dem nach Abscheidung des
Koksstaubes, der in bekannter Weise ohne Abkühlung 35 austretende Koksstaub-Gas-Gemisch tritt über die in die Feuerung eingeblasen wird, Gas-Dampf-Ge-. Leitung 12 zu einem Abscheider 8, in dem der Koksmisch enthaltenen, durch Kaolin gebundenen Alkalien staub von dem Gas getrennt wird. Das Gas gelangt aus dem Gas entfernt werden und das Gas der Feu- über eine Leitung 18 und einen Umschalter 7/17 zu erung zugeführt wird. einem Wärmetauscher 11, in dem es so weit abgekühlt

Die Verkokung wird in einem zylindrischen Ent- 4° wird, daß die im Gas dampfförmig enthaltenen Algasungsraum durchgeführt, in den die Kohle zentral kalien kondensieren. Der Wärmetauscher 11 ist so von unten durch eine Düse eingeblasen wird. In Höhe konstruiert, daß eine Reinigung ohne besondere der Düsenmündung tritt tangential ein Gas-Luft-Ge- Schwierigkeiten durchgeführt werden kann. Während misch in den Schacht ein, das sich unter Teilver- einer Reinigungsperiode wird auf einen benachbarten brennung in Wendelform an der Schachtwand nach 45 Wärmetauscher 21 mit den dazugehörigen Umschaltoben bewegt. Die Kohle kann kalt oder vorgewärmt elementen 9/19 umgeschaltet. Nach der Ausscheidung eingeblasen werden. Die Teilverbrennungstempera- der Alkalien wird das Gas über eine Leitung 22 der türen des Trägergases können bei normalem feuer- Dampfkesselfeuerung 1 zugeführt. Ein Teil des Gases festem Schamottematerial bis 1400⁰C betragen, die wird jedoch durch einen Wärmetauscher 24 weiter Belastungen des Trägergases bis etwa 0,75 kg/Nm³ ge- 50 abgekühlt und durch das Gebläse 5 über die Leiwählt werden. Teilverbrennung und Belastung werden tung 15 als Teilverbrennungs-Gasgemenge in die Entso eingestellt, daß die Alkalien verdampfen, d. h. über gasungsanlage 2 gefördert. Die durch die Leitung 22 800⁰C, vorzugsweise 1000⁰C erreicht werden. zur Kesselfeuerung 1 gelangende Gasmenge kann

Die Fördergeschwindigkeit beträgt mindestens 1 m/s, aber auch ganz oder teilweise über die Leitung 27 vorzugsweise etwa 5 m/s. Das Aufheizen des Kohle- 55 zur Koksstaubzuteilung aus der Leitung 28 geführt korns erfolgt bei diesem Verfshren wegen der extrem werden und über die Leitung 25 zur Kesselfeuerung

gelangen. In die Entgasungsanlage wird bei 29 Kaolin als Bindemittel für die Alkalien zugegeben, wodurch die Reinigung der Wärmetauscher 11, 21, in denen diese Verbindung niedergeschlagen wird, leichter vonstatten geht.

Claims (2)

Patentansprüche: hohen Wärmeübergangszahlen in 0,2 bis 0,3 Sekunden. Versuche ergaben folgende ins Gas übergegangene Gewichtsprozente: Asche Na2O K2O . Versuch Nr. I 2 I 10,7% 58,4% 67,5% 16,2% 72,5% 74,2% 28,2% 71,8% 72,0% Bei Verwendung des Vorentgasungsverfahrens werden dem Kessel mehrere zylindrische, mit Schamotte

1. Verfahren zum Verbrennen von Salzkohle, gemäß dem die Kohle in feingemahlenem Zustand vor der Verbrennung während der Förderung in einem Gasstrom unter Teilverbrennung entgast wird und ihr zur Beeinflussung des Entgasungs-

Vorganges Zusatzstoffe zugemischt werden, d adurch gekennzeichnet, daß in den Kohlenstaubstrahl während der Entgasung Kaolin eingeblasen wird, das die bei der Entgasung ausgetretenen Alkalien bindet, worauf das Gas-Dampf-Feststoff(Koksstaub)-Gemisch unmittelbar der Feuerung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem nach Abscheidung des Koksstaubes, der in bekannter Weise ohne Abkühlung in die Feuerung eingeblasen wird, Gas-Dampf-Gemisch enthaltenen, durch Kaolin gebundenen Alkalien aus dem Gas entfernt werden und das Gas der Feuerung zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen