DE19618880A1 - Verfahren zum Aufbereiten von Braunkohle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Braunkohle durch Zerkleinern und Trocknen zur weiteren Verwen­ dung in einem Kraftwerkskessel und/oder einem Vergaser zum Zwecke der Stromerzeugung.

Es ist bekannt, als Kesselkohle zu verwendende Braunkohle in Schlagrad- und Hammermühlen, die Teil des Kraftwerkskessels sind, gleichzeitig zu zerkleinern und zu trocknen (Mahltrocknung), wobei die für die Trocknung erforderliche Trocknungsenergie durch einen abgezweigten Rauchgasstrom mit einer Temperatur von beispielsweise 600°-1000° C in die Mühle eingebracht wird (DE-OS 44 04 297).

Es ist ferner bekannt, zerkleinerte Rohbraunkohle in einem Wirbelbett-Trockner zu trocknen und dazu eine Teilmenge der Brüden aus der getrockneten Braunkohle als Wirbelmedium in den Wirbelbett-Trockner zurückzuführen. In einer energetisch be­ sonders effizienten Ausgestaltung dieses Prinzips wird eine andere Teilmenge der Brüden verdichtet und als Heizmedium im Wirbelbett-Trockner verwendet (EP-PS 0 273 406). Weiter ist bekannt, daß durch eine energetisch günstige separate Vor­ trocknung der Braunkohle der Wirkungsgrad des Kraftwerks, ins­ besondere gegenüber einem konventionellen Kraftwerk mit Mahl­ trocknung gesteigert werden kann. Entsprechend dem Stand der heute üblichen Aufbereitungstechnik für Braunkohle werden Wir­ belschicht-Trockner mit einer Korngröße beschickt, die im all­ gemeinen zwischen 0 und 7 mm liegt.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Aufbereiten und Trocknen von Braunkohle zur Verwendung in einem Kraftwerk, wobei es sich um ein Kraftwerk mit konventioneller Technik handeln kann und die getrocknete Kohle demzufolge in einem Kessel verbrannt wird, oder aber auch um ein Kombi-Kraftwerk mit integrierter Kohlevergasung (KoBra), bei welchem die Kohle zunächst vergast, das Gas verbrannt und dann in einer Turbine entspannt wird, bevor es mit den Wärmetauscherflächen eines Kessels in Berührung kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kohleaufbereitung und Wirbelschichttrocknung der Braunkohle so zu gestalten, daß in Verbindung mit einem konventionellen Kraftwerk eine merkli­ che Steigerung des Kraftwerkswirkungsgrades bei gleichzeitig niedrigeren Investitionskosten als bei konventionellen Kraft­ werken mit Mahltrocknung erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Kesselkohle zunächst auf einen mittleren Korndurchmesser d₅₀ von maximal 1,0 mm zerkleinert und danach in einem Wirbel­ schichttrockner auf einen Wassergehalt von maximal 25% getrocknet wird. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Verfahrensführung herausgestellt, bei welcher der mittlere Korndurchmesser d₅₀ der zerkleinerten grubenfeuchten Kessel­ kohle ggf. sogar nur 0,2 bis 0,5 mm beträgt, bevor sie in den Trockner eingespeist wird. In jedem Fall wird durch die Ver­ feinerung des Kornspektrums beispielsweise auf einem Bereich von 0 bis 1 mm mit einem geringen Überkornanteil von < 20% die spezifische Oberfläche der zu trocknenden Kohle signifikant gegenüber dem heutigen Stand der Aufbereitungstechnik vergrö­ ßert, etwa um den Faktor 10. Dies hat bei einem Trockner mit Wärmetauschereinbauten eine Verbesserung der Wärmeübertragungsverhältnisse im Wirbelschichttrockner von bis zu ca. 30% zur Folge, die im Fall der Brüdenverdichtung eine Senkung des erforderlichen Verdichterenddruckes bei glei­ cher Trocknungsleistung bzw. im Falle der Fremddampfbeheizung der Wärmetauscher des Trockners mit Anzapfdampf eine Reduzie­ rung des Heizdampfdruckes ermöglicht. Bei Anwendung der Brüdenverdichtung gemäß EP-PS 0273406 kann der Stromeigenbe­ darf der Trocknung dadurch beispielsweise um 10-20% ge­ senkt werden.

Die auf die oben genannten Werte zerkleinerte Rohkohle wird in einen Wirbelschicht-Trockner mit eingebauten Wärmetauschern zur Energieeinkopplung eingespeist, wobei der Trockner so ge­ staltet ist und betrieben wird, daß die in den Trockner einge­ speiste Rohkohle während der Trocknung durch Schrumpfung und mechanische Beanspruchung weiter zerkleinert wird, so daß der mittlere Korndurchmesser d₅₀ der Trockenkohle um ca. 20-60% niedriger ist als der der in den Trockner eingetragenen Roh­ kohle (d₅₀ ca. 0,1-0,4 mm).

Aus der Kombination des sehr feinen Zerkleinerns der Rohkohle gemäß oben genannten Werten und dem Schrumpfen und dem wei­ teren Zerkleinern der Kohle während der Trocknung wird eine Korngröße der Trockenkohle erhalten, die es ermöglicht, diese ohne weitere Nachmahlung in den Kessel zur Verbrennung einzu­ blasen. Durch die energetisch günstige Trocknung durch Verbes­ serung der Wärmeübertragung im Trockner und den Wegfall der Trockenkohlemahlung kann der Wirkungsgrad des Kraftwerkes um knapp einen Prozentpunkt gesteigert werden. Gleichzeitig ent­ fallen die Investkosten für die Trockenkohlemahlung. Sollte der Überkornanteil der Trockenkohle auf 1 mm wegen verbren­ nungstechnischer Erfordernisse des Kessels unbedingt auf Werte von z. B. kleiner als 6% begrenzt werden müssen, empfiehlt sich eine Nachsiebung der Trockenkohle hinter dem Trockner und eine Nachmahlung des Überkornanteils. Diese Variante ist sowohl von den Investkosten als auch von den Betriebskosten (Strombedarf) günstiger als eine komplette Nachmahlung des Trockenkoh­ lestroms vor dem Einblasen in den Kessel.

Es ist natürlich auch möglich, die zerkleinerte Kohle auf einen geringeren Endwassergehalt, beispielsweise auf einen solchen von maximal 15% zu trocknen. Der Endwassergehalt wird unter Umständen auch abhängen von Erfordernissen, die vom jeweiligen Kessel und dessen Arbeitsweise vorgegeben werden.

Als besonders zweckmäßig hat sich - nach einer vorgeschalteten Grobzerkleinerung und Fremdkörperabscheidung - die Zerkleine­ rung der Braunkohle unter Verwendung wenigstens einer sehr schnell laufenden (bevorzugt doppelrotorigen) Hammermühle mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mehr als 60 m/s, bevorzugt 70-90 m/s erwiesen. Dabei kann zur Einhaltung des gewünschten feinen Kornspektrums der Austrag einer ersten (doppelroto­ rigen) Hammermühle unmittelbar einer zweiten nachgeschalteten Zerkleinerungsvorrichtung aufgegeben werden, bei der es sich vorzugsweise ebenfalls um eine schnell laufende doppelrotorige Hammermühle handelt. Dies hat den Vorteil, daß eine anlage­ technisch aufwendige Kreislauffahrweise vermieden wird, bei welcher das gröbere Korn des Austrags der Hammermühle in diese zurückgeführt wird. Es ist in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten und Erfordernissen aber auch möglich, den Aus­ trag der ersten doppelrotorigen Hammermühle zu klassieren und den überlauf einer zweiten Zerkleinerungsvorrichtung, vorzugs­ weise ebenfalls einer schnell laufenden (doppelrotorigen) Ham­ mermühle, aufzugeben. Die Klassierung erfolgt zweckmäßiger­ weise unter Verwendung von Schwingsieben mit einem Trenn­ schnitt, der zwischen 1 und 3 mm liegt.

Für die Trocknung der Braunkohle in der Wirbelschicht wird ein sogenannter Kontakttrockner eingesetzt, dessen Wirbelschicht überwiegend mit Wärmetauschern, bevorzugt Rohre in dichter Packung, ausgefüllt ist. Der Trockner wird mit einer Wirbelge­ schwindigkeit betrieben, die oberhalb des Begasungsbodens bei dem 1- bis 5fachen der Mindestfluidisierungsgeschwindigkeit der Wirbelschicht liegt. Durch die intensive Bewegung der Koh­ lepartikel in der Wirbelschicht und die Prall-Kontakte der Kohlepartikel mit den in der Wirbelschicht eingebauten Wärme­ tauschern kommt es zu einer starken mechanischen Beanspruchung der Kohlepartikel, die zu einer starken Nachzerkleinerung der Kohle führt, die noch durch das natürliche Schrumpfungsverhal­ ten der Kohle bei der Trocknung unterstützt wird.

Reicht die Feinheit der den Trockner verlassenden Trockenkohle für eine Direkteinblasung in den Kraftwerkskessel nicht aus, ist eine einfache Nachaufbereitung der Trockenkohle vorzuse­ hen. Hierzu empfiehlt es sich, die Kohle im Bereich von 0,8 bis 1,5 mm abzusieben und den Siebüberlauf über eine Mühle zu schicken, um damit auch den Überkornanteil auf eine Körnung aufzumahlen, die für eine problemlose Verbrennung im Kessel geeignet ist. Für die Siebung wird vorteilhaft wiederum ein Schwingsieb und für die Nachmahlung der Trockenkohle eine Ham­ mer-, Prall- oder Wälzmühle eingesetzt.

In der Zeichnung ist ein Verfahrensfließbild einer Kessel­ kohle-Aufbereitung dargestellt.

Die mit einer maximalen Stückgröße von beispielsweise 300 mm aus dem Tagebau angelieferte Rohbraunkohle 10 wird in einem Brecher 12 auf eine Korngröße von z. B. 0-50 bzw. 100 mm vorge­ brochen, wobei vor Aufgabe auf den Brecher und auch danach Fremdkörper, beispielsweise Metallteile und Holz, abgeschieden werden.

Die in dem beispielsweise als Walzenbrecher ausgebildeten Bre­ cher 12 vorgebrochene Rohbraunkohle 14 erfährt in einer dop­ pelrotorigen Hammermühle 16 eine erste Feinmahlung auf eine Korngröße von z. B. 0-4 mm.

Der Austrag 18 der für die erste Feinmahlung verwendeten dop­ pelrotorigen Hammermühle 16 kann direkt ohne Zwischenschaltung einer Klassierung einer zweiten Zerkleinerungseinrichtung 20 aufgegeben werden, die ebenfalls als doppelrotorige Hammer­ mühle ausgebildet sein kann. Es ist aber im Bedarfsfall, d. h., in Abhängigkeit von der Kornzusammensetzung des Austrags 18 der ersten Einrichtung 16 für die Feinmahlung und/oder der verbrennungstechnischen Anforderungen des Kessels, möglich, den Austrag 18 der ersten Einrichtung für die Feinmahlung ei­ ner Klassiereinrichtung 24 aufzugeben, bei der es sich vor­ teilhafterweise um wenigstens ein Schwingsieb handelt, wobei der Trennschnitt z. B. zwischen 1-2 mm liegt. Der Siebdurch­ gang 26 wird direkt dem Wirbelschichttrockner 28 zugeführt, wohingegen der überlauf 25 einer zweiten Einrichtung 30 für die Feinmahlung aufgegeben wird, die ebenfalls als doppelro­ torige Hammermühle ausgebildet sein kann, die allerdings ent­ sprechend kleiner ausgeführt sein kann als die Hammermühle 20, die den gesamten Austrag 18 der ersten Einrichtung 16 für die Feinmahlung aufnimmt. Die Hammermühle 30 wird so betrieben, daß die Korngröße ihres Austrages 32 fast ausschließlich un­ terhalb des Trennschnittes der Klassiereinrichtung 24 liegt. Der Austrag 32 wird dann gemeinsam mit dem Durchlauf 26 der Klassiereinrichtung 24 in den Wirbelschichttrockner 28 ge­ führt, in welchem die Kohle eine weitere Zerkleinerung er­ fährt.

Im allgemeinen liegt die Korngröße der aus dem Wirbel­ schichttrockner 28 ausgetragenen Trockenkohle 34 fast voll­ ständig unterhalb von 0,8-1,5 mm, so daß sie normalerweise ohne weiteres in den Kessel direkt eingeblasen werden kann. Falls aus irgendwelchen Gründen, die beispielsweise mit der Beschaffenheit des Wirbelschichttrockners 28 und/oder den ver­ brennungstechnischen Erfordernisse des Kessels zusammenhängen, der Austrag 34 des Wirbelschichttrockners 28 einen größeren Anteil an zu grobem Korn enthält, kann der Austrag 34 des Wirbelschichttrockners 28 einer zweckmäßigerweise ebenfalls als Schwingsieb oder Siebkettenförderer ausgebildeten Klas­ siereinrichtung 36 aufgegeben werden, deren Durchgang 38 - ggf. über einen Vorratsbunker 40 - direkt zum Kessel 42 ge­ führt wird. Normalerweise wird die maximale Korngröße geringer als 0,8-1,5 mm sein. Der überlauf 44 der Klassiereinrichtung 36 mit einer Korngröße, die größer ist als 0,8-1,5 mm, wird einer Mahleinrichtung 46 zugeführt, bei der es sich wiederum um eine doppelrotorige Hammermühle handeln kann, und derart zerkleinert, daß die maximale Korngröße im Bereich zwischen 0,8 und 1,5 mm liegt. Der Austrag 48 der Zerkleinerungs­ einrichtung kann dann zusammen mit dem Durchgang 38 der Klas­ siereinrichtung 36 dem Kessel 42 zugeführt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Aufbereiten von Braunkohle durch Zerkleinern und Trocknen zur weiteren Verwendung in einem Kessel und/oder einem Vergaser zum Zwecke der Stromerzeugung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kesselkohle zunächst auf einen mittleren Korndurchmesser d₅₀ von maximal 1,0 mm zerkleinert und die Kesselkohle danach in einem Wirbelschichttrockner auf einen Wassergehalt von maximal 25% getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Korndurchmesser d₅₀ der zerkleinerten und zu trock­ nenden Kesselkohle 0,2-0,5 mm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerte Kohle auf einen Wassergehalt von maximal 15% getrocknet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesselkohle, ggf. nach Vorzerkleinerung, in einer doppelroto­ rigen Hammermühle zerkleinert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrag der doppelrotorigen Hammermühle klassiert und der überlauf einer zweiten Zerkleinerungsvorrichtung, vorzugsweise einer doppelrotorigen Hammermühle, aufgegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Austrag der doppelrotorigen Hammermühle einer zweiten Zerkleinerungsvorrichtung, vorzugsweise einer doppelrotorigen Hammermühle, aufgegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichttrockner mit einer Wirbelgeschwindigkeit betrie­ ben wird, die oberhalb des Begasungsbodens beim 1- bis 5fa­ chen der Mindestfluidisierungsgeschwindigkeit liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trocknung der Kesselkohle ein Kontakttrockner verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesselkohle im Wirbelschichttrockner eine weitere Zerkleine­ rung auf einen mittleren Korndurchmesser d₅₀ von 0,1-0,4 mm erfährt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesselkohle im Wirbelschichttrockner eine weitere Zerklei­ nerung auf einen mittleren Korndurchmesser d₅₀ von 0,1 bis 0,2 mm erfährt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrag des Wirbelschichttrockners im Bereich von 0,8-1,5 mm klassiert wird und der überlauf einer Zerkleinerungsvorrichtung zugeführt wird, in welcher das Überkorn auf eine Körnung zerkleinert wird, die für eine problemlose Verbrennung im Kes­ sel geeignet ist.

12. Verfahren nach Anspruch 5, 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Klassierung des Austrags der doppelrotorigen Hammermühle und/oder des Wirbelschichttrockners unter Verwen­ dung eines Schwingsiebes oder Siebkettenförderers erfolgt.