DE2204175A1

DE2204175A1 - Pozzuolana prodn - by firing coal-prepn rejects in fludised bed furnace

Info

Publication number: DE2204175A1
Application number: DE2204175A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dr Fink
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1972-01-29
Filing date: 1972-01-29
Publication date: 1973-08-02

Abstract

Synthetic pozzuolana latent hydraulic building material, e.g. pozzuolana cements for concrete used in shore- and water-building, is produced by using coal-prepn. rejects as raw materials and firing these, esp. as dust or mud, at 700-1000 degrees C, in a turbulent (fluidised) bed furnace, the turbulent layer of which is formed of inert granular material. Turbulent layer may be cooled by steam-pipes. The calcined products are carried out of turbulent bed by the furnace waste gases. Process does not form polluting N oxides.

Description

Verfahren zur Herstellung von künstlichen Puzzolanen Die Erfindung betrifft die Herstellung von künstlichen Puzzolanen, d.h. von latent hydraulischen Baustoffen, durch einen der in zerkleinerter Form vorliegenden Ausgangsstoffe, die mit Zusatzbrennstoffen versetzt werden müssen, wenn sie nicht bereits selbst einen genügenden Anteil an Brennstoffen enthalten. Method of making artificial pozzolans The invention relates to the production of artificial pozzolans, i.e. latently hydraulic ones Building materials, by one of the raw materials present in shredded form, the have to be mixed with additional fuels if they do not already have one themselves contain a sufficient proportion of fuel.

Bekannt sind im wesentlichen zwei Arten von künstlichen Puzzolanen, nämlich die Iiochofenschlacke und die Flugasche der Kohlefeuerungen.There are essentially two types of artificial pozzolana known, namely the furnace slag and the fly ash of the coal fires.

Die liochofenschlacke muß, um latent hydraulisch wirksam zu werden, aus der Schmelze heraus abgeschreckt werden. Technisch geschieht dies bei der Herstellung von Hüttensand, indem man die flüssige Schlacke im Luftstrom, zumeist jedoch im Wasserstrom verteilt und abkühlt, wobei ein körniger, vorwiegend glasiger Sand entsteht. Die latente Ilydraulizität des IIüttensandes ist an den glasigen Zustand gebunden. Daher ist die möglichst schroffe Abkühlung notwendig.The hole slag must, in order to be latently hydraulically effective, quenched from the melt. Technically, this happens during production of blast furnace slag by moving the liquid slag in the air stream, but mostly in the Water flow distributes and cools, whereby a granular, predominantly glassy sand is formed. The latent Ilydraulicity of the slab sand is bound to the glassy state. It is therefore necessary to cool down as abruptly as possible.

Flugaschen fallen in Kohlenfeuerungen an, besonders reichlich in kohlegefeuerten Kraftwerken. Die Fachwelt fordert, daß der Anteil an glasigen Bestandteilen in den Flugaschen gleich oder mehr als 95 Masse% betragen soll (lI.P.Lühr, Betonsteinzeitung, lieft 1 (1971), Seiten 16-21, insbesondere Seite 20), um als Bindemittelkomponente in Beton zugelassen zu werden.Fly ash occurs in coal-fired furnaces, especially abundant in coal-fired ones Power plants. The professional world demands that the proportion of glassy components in the Fly ash should be equal to or more than 95% by mass (lI.P. Lühr, Betonsteinzeitung, Lieft 1 (1971), pages 16-21, in particular page 20), as a binder component to be approved in concrete.

Latent hydraulische Baustoffe binden erst nach einer Anregung ab. Als Anreger werden Kalk- und Portlandzement verwendet; iE letzteren ist die wirksame Komponente ebenfalls der Kalk, der nach dem Anmachen mit Wasser freigesetzt wird. Die beiden vorgenannten künstlichen Puzzolane ergeben mehlfein gemahlen und mit Kalk oder Portlandzement oder mit beiden gemischt ein hydraulisch erhärtendes Bindemittel. Am bekanntesten ;nd die Mischungen mit Portlandzement: Ilüttensand mit Portlandklinker gemeinsam vermahlen ergibt die als Eisenportland-und Ilochofenzement bezeichneten Hüttenzemente. Flugasche ersetzt in Betonen einen Teil des Portlandzementes, ohne das die Güte des Betons gemindert wird.Latent hydraulic building materials only set after being stimulated. Lime and Portland cement are used as stimulators; iE the latter is the most effective Another component is lime, which is released after mixing with water. The two aforementioned artificial pozzolans result in finely ground flour and with Lime or Portland cement or a hydraulic hardening binder mixed with both. Best known; nd the mixtures with Portland cement: Ilüttensand Grinding together with Portland clinker results in iron Portland and Ilochofen cement designated metallurgical cements. Fly ash replaces part of the Portland cement in concrete, without reducing the quality of the concrete.

Die genannten Puzzolan-Zemente wirken wie die bekannten Traßzemente. Sie erhärten zunächst etwas langsamer als der Portlandzement, erreichen aber nach 28 Tagen vergleichbare Festigkeiten. Die mit diesen hergestellten Betone werden besonders bei Küsten- und Wasserbauten verwendet. Sie sind gegen salzhaltiges Wasser beständiger als Portlandzementbeton.The above-mentioned pozzolan cements act like the known trass cements. They harden a little more slowly than Portland cement at first, but reach after Strengths comparable to 28 days. The concretes made with these will be especially used for coastal and water structures. You are against salty water more resistant than portland cement concrete.

Gemeinhin herrscht die Ansicht, daß die latente IIydraulizität an den glasigen Zustand der künstlichen Puzzolane gebunden sei. Besonders überrascht die erwähnte Forderung, daß auch die Flugasche fast gänzlich glasig vorliegen müssen.There is a common view that the latent hydraulicity is present the glassy state of the artificial pozzolana is bound. Particularly surprised the aforementioned requirement that the fly ash must also be almost entirely glassy.

Zwar ist es bekannt, daß caleinierte Tone ebenfalls gewisse latent hydraulische Eigenschaften aufweisen, ohne glasige Anteile zu enthalten. Dieser Effekt wird jedoch in der Praxis nicht genutzt, weil die technische Durchführung entsprechender Verfahren zu aufwendig ist. Uberraschenderweise hat sich nun herausgestellt, daß im Gegensatz zu der von der Fachwelt vertretenen Auffassung auch nichtglasige Flugaschen bzw.It is known that caleinated clays also have certain latent properties have hydraulic properties without containing glassy components. This However, the effect is not used in practice because of the technical implementation corresponding procedure is too expensive. Surprisingly, it has now been found that, contrary to the opinion held by experts, it is also non-glassy Fly ash resp.

Puzzolane große latente Hydraulizitäten aufweisen. Diese Erkenntnis liegt dem Verfahren nach vorliegender Erfindung zugrunde, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Herstellung von künstlichen Puzzolanen als Ausgangsstoffe Abgänge der Kohlenaufbereitung verwendet und diese in einer Wirbelbettfeuerung, deren Wirbelschicht von inerten, körnigen Material gebildet wird, bei einer Temperatur von etwa 700 - 10000C gebrannt werden.Pozzolans have large latent hydraulicities. This realization lies the method according to the present invention is based, which is characterized in that that for the production of artificial pozzolans as starting materials waste from coal processing used and this in a fluidized bed furnace, whose fluidized bed of inert, granular material is fired at a temperature of around 700 - 10000C will.

Es handelt sich also bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Puzzolanen weder um entglaste, d.h.It is therefore in the case of the method according to the invention produced pozzolans neither to devitrified, i.e.

aus der Schmelze rekristallisierte, noch um gesinterte Flugaschen, sondern um Stoffe, die unterhalb ihrer Sintertemperatur gebrannt wurden.recrystallized from the melt, still around sintered fly ash, but about materials that were burned below their sintering temperature.

In dem erfindungsgemäß vorgesehenen Temperaturbereich verglüht der Kohlenanteil in den Abgängen der Kohlenaufbereitung und hinterläßt einen calzinierten Rückstand von hoher Aktivität sowie großer latenter Ilydraulizität. Dieser Rückstand ergibt mit Portlandzement gemischt sehr gute Puzzolanzemente.The burns up in the temperature range provided according to the invention Coal content in the waste of the coal preparation and leaves a calcined A residue of high activity and great latent Ilydraulicity. This residue When mixed with Portland cement, it produces very good pozzolana cements.

In herkömmlichen Anlagen werden die Kohlen als Staub durch Brenner oder stückig auf Rosten verteuert. Der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens genannte niedrige Temperaturbereich von 700 - 1000°C ist in diesen herkömmlichen Feuerungen nicht zu halten. Sie fahren mit hohen Temperaturen und ergeben dadurch glasigen Flugstaub. Außerdem verlangen die herkömmlichen Anlagen Kohlen mit möglichst niedrigen Ascheanteilen. Aus diesem Grund können die Abgänge; auch wenn sie beträchtliche Anteile von Reinkohle aufweisen in diesen technischen Feuerungen nicht verbrannt werden; schon garnicht bei den niedrigen Temperaturen, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Puzzolane erforderlich sind.In conventional systems, the coals are used as dust by burners or more expensive on grates. In the context of the method according to the invention called low temperature range of 700 - 1000 ° C is conventional in these Firings not to hold. They drive at high temperatures and thus surrender glassy fly ash. In addition, the conventional require Investments Coals with the lowest possible ash content. For this reason, the outflows; even if they have considerable proportions of pure coal in these technical ones Furnaces are not burned; certainly not at the low temperatures, which are necessary for the production of the pozzolans according to the invention.

Pyritische und andere sulfidische Erze werden üblicherweise in der Wirbelschicht geröstet. Dabei wird der Schwefel oxidiert und die entstehende Wärme in Dampfkesseln genutzt.Pyrite and other sulfidic ores are commonly used in the Roasted in a fluidized bed. The sulfur is oxidized and the resulting heat used in steam boilers.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich ein entsprechendes Wirbelbett, in dem die Kohlen und die Abgänge der Kohleaufbereitung bei den geforderten tiefen Temperaturen 700 - 1000 0C verbrannt werden können. Dabei wird der mineralische Anteil der Kohle und Abgänge als Puzzolan aus dem Wirbelbett ausgetragen, wenn man das Wirbelbett aus Stoffen bildet, deren körnige Beschaffenheit beim Brennen in zufriedenstellendem Maße erhalten bleibt; man muß also mit Hilfsbetten fahren. Schamotte- und Ziegelbruch haben sich für die Hilfsbetten bewährt.A suitable for carrying out the method according to the invention is Corresponding fluidized bed in which the coals and the waste from the coal processing can be burned at the required low temperatures of 700 - 1000 0C. Included is the mineral portion of the coal and wastes as pozzolan from the fluidized bed discharged when the fluidized bed is formed from substances, their granular nature is retained to a satisfactory degree when fired; so you have to have extra beds travel. Fireclay and broken bricks have proven their worth for the auxiliary beds.

In dieser Wirbelschicht (Fließbett) kann man die Kohle bzw.In this fluidized bed, the coal or

die Abgänge bei beispielsweise 800 0C verbrennen. Ein Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß diese Tieftemperatur-Verbrennung im Gegensatz zur herkömmlichen Hochtemperaturfeuerungen nicht zur Bildung von Stickoxiden in den Abgasen führt. Werden Hilfsbetten aus Kalk verwendet, dann wird sogar der Großteil der entstehenden Schwefeloxide gebunden was ebenfalls im Hinblick auf die Reinhaltung der Luft von großem Vorteil ist.burn the waste at, for example, 800 ° C. One advantage of the The method according to the invention is that this low-temperature combustion In contrast to conventional high-temperature firing, it does not lead to the formation of nitrogen oxides in leads to the exhaust gases. If auxiliary beds made of lime are used, then most of them are used the resulting sulfur oxides bound, which is also in terms of cleanliness the air is of great benefit.

Die niedrige Verbrennungstemperatur der erwähnten Wirbelschichten ermöglicht die Verwendung relativ einfacher Kessel mit verhältnismäßig kleinen Heizflächen. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die Verbrennung in einem mit Siederohren gekühlten Wirbelbett durchgeführt wird. Ungefähr die Hälfte der Verdampfungsleistung kann durch solche Siederohre in das Wirbelbett verlegt werden, wodurch die Kühlung sehr wirksam wird. Der Kessel benötigt außerdem keinen ausgeprägten Strahlungszug; auch dadurch wird er kleiner alS bei vergleichbaren herkömmlichen Anlagen zur Verbrennung von Kohle.The low combustion temperature of the fluidized beds mentioned enables the use of relatively simple boilers with relatively small heating surfaces. An advantageous embodiment of the invention is that the combustion in a fluidized bed cooled with boiler tubes. About half the evaporation capacity can be relocated to the fluidized bed through such boiler pipes making the cooling very effective. In addition, the boiler does not require one pronounced radiation train; this also makes it smaller than comparable ones conventional plants for burning coal.

Die Abgänge des Kohlebergbaues sind vielfältig zusammengesetzt. Selbstverständlich sind nicht alle Gesteine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens geeignet.The outflows from coal mining are made up of diverse elements. Of course are not all rocks for carrying out the manufacturing process according to the invention suitable.

Sandstein z. B. ist nicht brauchbar, da er beim Brennen als inerter Teilnehmer in der Wirbelschicht verbleibt. Schieferige Tone und ähnliche Gesteine kann man dagegen zum Herstellen von Puzzolanen verglühen. Je höher der Anteil an organischer Substanz in den Abgängen der Kohleaufbereitung ist, um so bessere Flugaschen bzw. Puzzolanen entstehen.Sandstone z. B. is not usable because it is considered to be inert when burning Participant remains in the fluidized bed. Shale clays and similar rocks on the other hand, you can burn up to make pozzolans. The higher the proportion of organic matter in the waste from coal processing is, the better fly ashes or pozzolans are produced.

Die besten Ergebnisse erhält man aus den innig mit der Kohle verwachsenen mineralischen Teilen.The best results are obtained from those that are intimately fused with the coal mineral parts.

Ein Wirbelbett weist eine sichtende Wirkung auf. Im Wirbelbett wird nämlich beim Glühen das brüchige, zerreißbare calzinierte Material, das den Puzzolan ergibt, mit den Abgas ausgetragen. Das inerte Material wird dagegen nicht zerrieben und verbleibt somit im Wirbelbett, aus dem man es gesondert austragen muß.A fluidized bed has a sifting effect. In the fluidized bed namely, when glowing, the brittle, tearable calcined material that makes up the pozzolan results, discharged with the exhaust gas. The inert material, on the other hand, is not triturated and thus remains in the fluidized bed, from which it must be discharged separately.

Die Kohle. kann körnig, als Staub oder als Schlamm dem Wirbelbett aufgegeben werden; das gleiche gilt auch für die Abgänge, z.B. für die eingedickte Bergetrübe.The coal. can be granular, as dust or as sludge in the fluidized bed to be abandoned; the same also applies to the outflows, e.g. for the thickened Mountains cloudy.

Zusammengefaßt ist also festzuhalten, daß die erfindungsgemäße Herstelle1g der latent hydraulischen Puzzolane mit der herkömmlichen allgemein vertretenen Meinung bricht, nämlich daß die latent hydraulischen Flugaschen glasig vorliegen müßten. Von Bedeutung ist unter anderem, daß die Verbrennung bei etwa der Hälfte der üblichen Flammentemperaturen durchgeführt wird und daß des weiteren ein Teil der Dampferzeugung in das 'brennende" Wirbelbett verlegt werden kann.In summary, it should be noted that the manufacture according to the invention of the latent hydraulic pozzolans with the conventional generally held opinion breaks, namely that the latent hydraulic fly ash would have to be glassy. It is important, among other things, that the combustion is about half of the usual Flame temperatures is carried out and that further a part of the steam generation can be relocated to the 'burning' fluidized bed.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Umwelt in jedem Falle von den Stickoxiden entlastet, während der Anteil an Schwefeloxid in den Abgasen durch die beschriebene Maßnahme ebenfalls drastisch gesenkt werden kann. Abfallprodukte des Kohlebergbaues, beispielsweise die schlammigen Abgänge, können nunmehr verwertet werden, wobei neben dem Puzzolan auch nutzbare Wärme anfällt.When the method according to the invention is carried out, the environment in any case relieved of the nitrogen oxides while the amount of sulfur oxide in the exhaust gases by the measure described also drastically can be lowered. Waste products from coal mining, such as the muddy ones Disposals can now be recycled, whereby in addition to the pozzolan also usable Heat is generated.

Claims

Patent claims

1. Process for the production of artificial pozzolans by burning the Starting materials, if necessary with the aid of additional fuels, characterized in that that used as starting materials waste from coal processing and this in one Fluidized bed combustion, the fluidized bed of which is made up of inert, granular material will be fired at a temperature of around 700-100,000.

2. The method according to claim 1, characterized in that a with Boiler tubes-cooled fluidized bed is used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Waste from coal processing is introduced into the fluidized bed in the form of dust.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Waste from coal processing brought into the fluidized bed in the form of sludge will.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the burned products with the help of the exhaust gases of the fluidized bed combustion from the Fluidized bed are discharged.