DE19826939A1 - Verfahren zum Erzeugen von heißen Prozeßgasen aus aschehaltigen Brennstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von heißen Prozeßgasen, welche als Wärmeträger benutzt werden, aus aschehaltigen Brennstoffen und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffe in einer als Zyklon ausgebildeten Brennkammer bei Temperaturen oberhalb des Ascheschmelzpunktes verbrannt werden, die flüssigen Aschepartikel nach dem Sortierbetrieb eines Zyklons in der Brennkammer weitgehend aus dem heißen Prozeßgas abgeschieden und aus der Brennkammer ausgetragen werden und das so erhaltene weitgehend aschefreie heiße Prozeßgas in einer gesonderten, von der Brennerkammer getrennten Einrichtung als Wärmeträger verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von heißen Prozeßgasen, welche als Wärmeträger benutzt werden, aus asche­ haltigen Brennstoffen.

Bei vielen industriellen Verfahren, zu deren Durchführung Wärme benötigt wird, wird letztere durch Verbrennen von fossi­ len Brennstoffen, wie Steinkohle, Braunkohle, Heizöl und Gas erzeugt, wobei häufig eine direkte Beheizung derart erfolgt, daß die Verbrennung in einem Ofen stattfindet, in welchem die Verfahrenswärme beispielsweise zur Durchführung chemischer Umsetzungen auch verbraucht wird. Typische Beispiele für eine derartige Verfahrensweise sind Schachtöfen, Ringschachtöfen, Gleichstromgegenstromöfen, Drehrohröfen, die beispielsweise zum Erzeugen von Branntkalk benutzt werden.

Bei der Verwendung aschehaltiger Brennstoffe ist dabei der Nachteil in Kauf zu nehmen, daß deren Aschebestandteile die Qualität des zu erzeugenden Kalkes - oder eines anderen unter Anwendung einer derartigen Verfahrensführung herzustellenden Produktes - negativ beeinflussen können. Außerdem können in Abhängigkeit vom Chemismus der Aschebestandteile auch Wechsel­ wirkungen mit der Ofenausmauerung eintreten, die deren Stand­ zeit verkürzen. Ferner besteht - ggf. zusätzlich - die Mög­ lichkeit des Entstehens von Ascheablagerungen. Diese können pulverförmig vorliegen, wobei sie dann relativ einfach zu entfernen wären. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß Ascheablagerungen - abhängig von der Ascheerweichungstempera­ tur - in stark versinterter oder aufgeschmolzener Form vorliegen und damit nicht oder nur mit erheblichem Aufwand zu entfernen sind. In jedem Fall führen diese Ascheanbackungen zu einer Beeinträchtigung des Ofenbetriebes und zu einer Schädigung der feuerfesten Zustellung, was zu einer Reduzie­ rung der Verfügbarkeit des Ofens und zu Qualitätseinbußen beim Branntkalk führt.

Aschebedingte Ansatzbildungen können aber auch in Wärmetau­ schern auftreten, die beispielsweise der Erzeugung von reinem heißen Prozeßgasen dienen, die für die Trocknung von Lebens- und Futtermitteln und anderen empfindlichen Gütern verwendet werden.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der einleitend beschriebenen Art so abzuwandeln, daß die vorerwähnten Nachteile zumindest weitgehend vermieden werden. Insbesondere soll es möglich sein, auch bei der Ver­ wendung von aschehaltigen Brennstoffen ein heißes Prozeßgas zu erzeugen, welches am Ort der Nutzung die in ihm enthaltene Wärmeenergie oder am Ort der Übertragung der Wärmeenergie auf ein anderes Trägermedium keine oder deutlich weniger Aschebestandteile enthält als dies bei bekannten Verfahren der Fall ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die aschehaltigen Brennstoffe in einer als Zyklon ausgebildeten Rotations-Brenn­ kammer bei Temperaturen oberhalb des Ascheschmelzpunktes ver­ brannt werden, die flüssigen Aschepartikel nach dem Sortier­ prinzip eines Zyklons in der Brennkammer weitgehend aus dem heißen Prozeßgas abgeschieden und aus der Brennkammer getrennt vom heißen Prozeßgas ausgetragen werden und das so erhaltene weitgehend aschefreie heiße Prozeßgas in einer besonderen, von der Brennerkammer getrennten Einrichtung als Wärmeträger ver­ wendet wird.

Die Lehre gemäß der Erfindung läßt sich somit dahingehend zusammenfassen, daß die Verbrennung der aschehaltigen Brennstoffe, also die Wärmeerzeugung, zumindest so weit an einem Ort stattfindet, der räumlich getrennt ist vom Ort der Verwendung der Wärmeenergie, daß die Möglichkeit besteht, die im Brennstoff enthaltene Asche, die bei dem Verbrennungsprozeß in das heiße Prozeßgas gelangt, aus letzterem abzuscheiden, bevor das heiße Prozeßgas an den Ort oder in den Bereich ge­ langt, in welchem seine Wärmeenergie genutzt wird, sei es zur Durchführung von chemischen Umsetzungen oder sonstigen Behand­ lungen irgendwelcher Materialien, sei es zur Erwärmung eines anderen Wärmeträgermediums, sei es zu anderen Zwecken.

Durch die erfindungsgemäße Art der Verfahrensführung wird die brennstoffbedingte Ascheeintragung in den Bereich, in welchem die Wärmeenergie des heißen Prozeßgases genutzt wird, weit­ gehend reduziert mit der Folge, daß auch aschebedingte Ansatz­ bildungen an der Ausmauerung irgendwelcher Reaktionsbehälter, Wärmetauscher oder dgl. praktisch vermieden werden. Bei direk­ tem Wärmeaustausch mit dem zu behandelnden Gut werden Ver­ unreinigungen des Gutes durch die Asche sowie Reaktionen zwi­ schen Gut und Asche vermieden. Demzufolge können Wartungs- und Ausfallzeiten verkürzt und Reparaturkosten reduziert werden. Zudem wird die Verfügbarkeit der Anlage gesteigert. Schließ­ lich stellt sich auch eine Verbesserung der Qualität des im direkten Wärmeaustausch behandelten Gutes im Vergleich zu der herkömmlichen Befeuerung mit aschehaltigen Brennstoffen ein.

Die Verbrennung des aschehaltigen Brennstoffes in einer Rota­ tionsbrennkammer bei Temperaturen oberhalb des Ascheschmelzpunktes hat zur Folge, daß die flüssigen Aschep­ artikel im wesentlichen radial in Richtung auf die Innenwand der Brennkammer geschleudert werden, entlang welcher sie an die tiefste Stelle der Brennkammer fließen und dort zweck­ mäßigerweise über eine spezielle Austragsöffnung flüssig aus dem System ausgetragen werden. Da die schmelzflüssigen Aschep­ artikel bei ihrer Bewegung in Richtung auf die Innenwand der Brennkammer und der entlang der Wandung der Brennkammer nach unten fließende Aschestrom die Bindung weiterer Aschepartikel bewirken, erfolgt eine wesentlich weitgehendere Entaschung des heiße Prozeßgases als dies bei einem Betrieb der Brennkammer unterhalb des Schmelzpunktes der Asche der Fall wäre. Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung können Ascheabscheidegrade von 80-90% erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Führung der Verbrennung setzt in Abhän­ gigkeit von der Beschaffenheit der Asche des jeweiligen Brennstoffes das Einhalten bestimmter Mindesttemperaturen in der Brennkammer voraus. Wenn diese Temperaturen für das an­ schließende Verfahren, bei welchem die Wärmeenergie des heißen Prozeßgases genutzt wird, zu hoch liegen, kann eine Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse durch Beimischen beispiels­ weise von Rezirkulationsgas aus dem Prozeß, in den die Verfah­ renswärme eingebracht wird, oder durch Kühlluft erfolgen.

Eine andere Möglichkeit der Temperaturführung besteht darin, den Brennstoff, falls dessen Aschebeschaffenheit es zuläßt, in der Brennkammer unterstöchiometrisch zu verbrennen, wobei sich eine dadurch bewirkte Reduzierung des zu transportieren­ den Prozeßgasvolumens vorteilhaft bemerkbar macht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

In der Zeichnung sind jeweils im Schema zwei Einrichtungen zum Erzeugen von Branntkalk dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schachtofen zur Erzeugung von Branntkalk gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Einrichtung zur Erzeugung von Branntkalk gemäß der Erfindung.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist der Schachtofen 10 mit einem peripher angeordnetem Brenner 12 versehen, der mit dem Schachtofen 10 eine Baueinheit bilden kann. Der peripher angeordnete Brenner ist mit einer Eintragslanze 14 versehen, durch die feinkörnige Brennstoffe, beispielsweise Braunkohlen­ staub 16 mittels Förderluft 18 in den peripher angeordneten Brenner und von dort in den Schachtofen 10 eingetragen wird. Zusätzliche Verbrennungsluft 20 wird direkt in den peripher angeordneten Brenner 12 eingetragen. Der Braunkohlenstaub wird weitgehend innerhalb des Brenners 12 verbrannt, wobei die aschehaltigen Bestandteile der Braunkohle in jedem Fall mit dem heißen Prozeßgas in den eigentlichen Schachtofen 10 einge­ tragen werden. Letzterer wird von oben mit dem zu behandelnden Gut, in diesem Fall Kalkstein 22, beschickt, welches unter der Einwirkung der mit dem heißen Prozeßgas eingetragenen Wärme­ energie gebrannt, also calciniert wird. Der auf diese Weise erhaltene Branntkalk 24 wird am unteren Ende des Schachtofens 10 aus diesem ausgetragen.

Das abgekühlte Verbrennungsgas wird als Abgas 26 oben aus dem Schachtofen 10 herausgeführt. Ein Teil desselben kann als Rezirkulationsgas 28 in den peripher angeordneten Brenner 12 zurückgeführt werden, um so die Temperatur des Verbrennungs- bzw. heißen Prozeßgases auf den jeweils gewünschten Wert einzustellen. Ergänzend wird dem Schachtofen 10 noch Kühl- bzw. Prozeßluft 30 zugeführt.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 2, in welcher mit der Einrich­ tung gemäß Fig. 1 übereinstimmende Teil mit den gleichen, jedoch jeweils um 100 höheren Bezugszeichen versehen sind, stellt die Brennkammer 134 eine vom Schacht 110, in welchem das Calcinieren des Kalksteines 122 erfolgt, unabhängige und getrennte Einheit dar, die als Rotationsbrennkammer ausgebildet ist, innerhalb welcher der Braunkohlenstaub 116 bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes seiner Asche verbrannt wird. Über die zusätzliche Verbrennungsluft können über- und unterstöchiometrische Verbrennungsbedingungen einge­ stellt werden. Damit kann die Temperatur in der Brennkammer gesteuert werden. In dieser Rotationsbrennkammer, die auch als Schmelzzyklon bezeichnet werden kann, werden die flüssigen Aschepartikel nach dem Sortierprinzip eines Zyklons radial an die Innenwand der Brennkammer geschleudert. Von dort fliessen sie an die tiefste Stelle der Brennkammer und werden hier als flüssige Asche 136 ausgetragen. Dabei kann die Brennkammer 134 mit einem besonderen System 138 für den Ascheaustrag versehen sein.

Das so von Aschebestandteilen weitestgehend befreite heiße Prozeßgas 140 wird dann in die Schachteinrichtung 110 einge­ führt, um dort seine Wärme an den Calcinierprozeß abzugeben.

Die Erfindung ist auch bei anderen Verfahren zum Behandeln von Materialien und auch zum Beheizen von Wärmetauschern geeignet, in denen eine indirekte Erwärmung eines anderen Trägermediums für die Wärme erfolgt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Erzeugen von heißem Prozeßgas, welches als Wärmeträger benutzt wird, aus aschehaltigen Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß letztere in einer als Zyklon ausgestalteten Brennkammer bei Temperaturen oberhalb des Ascheschmelzpunktes verbrannt werden, die flüssi­ gen Aschepartikel nach dem Sortierprinzip eines Zyklones in der Brennkammer weitgehend aus dem heißen Prozeßgas abgeschie­ den und aus der Brennkammer ausgetragen werden und das so erhaltene weitgehend aschefreie heiße Prozeßgas in einer ge­ sonderten, von der Brennerkammer getrennten Einrichtung als Wärmeträger verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Asche in flüssigem Zustand aus der Brennkammer ausgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur in der Brennkammer in Abhängigkeit von der Viskosität der aus getragenen flüssigen Schlacke geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur der Brennkammer in Abhän­ gigkeit von dem vorzugsweise kontinuierlich gemessenen Gewicht der Brennkammer geregelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur der Brennkammer in Abhän­ gigkeit der Verbrennungsluftzufuhr geregelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Brennstoff den Schmelzpunkt der Asche beeinflussende Zusätze zugesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das weitgehend aschefreie heiße Prozeßgas in einen Schachtofen zur Branntkalkerzeugung geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das weitgehend aschefreie heiße Prozeßgas einem Wärmetauscher zur Erwärmung anderer Wärmeträger zuge­ führt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als aschehaltiger Brennstoff Braunkohle verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als aschehaltiger Brennstoff Steinkohle verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als aschehaltiger Brennstoff Petrolkoks verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als aschehaltiger Brennstoff Klärschlämme verwendet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als aschehaltige Brennstoffe thermisch verwertbare Reststoffe, beispielsweise Ölschlämme, Farbrück­ stände, verwendet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als aschehaltige Brennstoffe ein Gemisch aus wenigstens zwei Brennstoffen verwendet werden.