DE2529986A1 - Verfahren und vorrichtung zur verteilung von als brennstoff verwendetem kohlenstaub - Google Patents

Description

PatentanwMte

Dipl.-Ing. E. Eder

Dipl.-Ing. K. Schieschke

8München40.Elisabethetrsße34

Westvaco Corporation New iork, USA

Verfahren und Vorrichtung zur Verteilung von als Brennstoff verwendetem Kohlenstaub

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verteilung von als Brennstoff verwendetem Kohlenstaub, wobei Kohlenstaubteilchen bestimmter Größe von der Kohle getrennt und Kohlenteüe anderer Größe durch einen Ofen mit selektiver Oxidation geführt werden, weiterhin den Wirbelstromtransport von teilchenförmigen Feststoffen, insbesondere Verteilungssysteme für Kohlepulver als Brennstoff für hitzeerzeugende Öfen.

Bei der Verwendung von Kohle als Brennstoff und als Rohmaterial für die Herstellung von Aktivkohle werden mittlere bis große Mengen brockenförmiger Kohle beim Hantieren und beim Transport zu Staub zerkleinert. In vorliegender Anmeldung werden Teilchen von ca. 40 Mesh, d.h. 40 Öffnungen auf 25,4 mm und darunter als Kohlenstaubteilchen bezeichnet.

Als Brennstoff tat Kohlestaub ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich seines Heizwerts und seiner Wärmeabgabe. In der Praxis hat es sich jedoch erwiesen, daß es bei seiner Verwendung problematisch ist, eine gleichmäßige Verbrennung?--

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rate zu erreichen, da Schwierigkeiten bestehen, ihn in gleichmäßig verteilter Form dem Ofen zuzufahren.

3ei der Herstellung von Aktivkohle, wo die Menge an verarbeitetem Material besonders umfangreich ist, werden verhältnismäßig große Mengen Kohlenstaub erzeugt. U¹Ur die lerstellung von Aktivkohle ist Kohlenstaub weitgehend wertlos, da die Teilchen zu klein sind, ui: den selektiven Oxidationsprozeß in einem Verbrennung?.ο fer¹ mit mehrere:!! Ofenkammern zu überstehen. Statt einer 7eri-iokunj; werat.ii die in den Teilchen enthaltenen Kohlenwasserstoffe bei der Verbrennung zerstört und hinterlassen nur ilu-rasche. L'ine solche Verbrennung in dem Kohlematerial ist als Hitzequelle für das Verfahren nicht zuverlässig, da sie unberechenbar und nicht steuerbar ist.

Im Hinblick auf die großen Mengen an für die Produktion wertlosem Material, das jedoch einen großen Heizwert besitzt, wäre es daher äußerst nützlich, bei der Herstellung von Aktivkohle solches Material als Brennstoff" zu verwenden, um öfen mit mehreren Kammern zu beheizen, worin dem Stammmaterial zur Aktivierung stabile, kontrollierte Hitze zugeführt v?ird.

Bei Kohleaktivierungsöfen mit mehreren Kammern bestehen jedoch große Schwierigkeiten hinsichtlich der Verteilung des Kohlenstaubs aufgrund der relativ komplizierten Anordnung, bei der auf Höhe jeder der vertikal in Abstand voneinander angeordneten Ofenkammern an einer oder mehreren Stellen eine Brennstoffzufuhr vorgesehen sein muß.

Die größte Schwierigkeit bei der Verteilung von Kohlenstaiu besteht in der Neigung des Materials, sich in einem Wirnelstroin in Klumpen zusammenzuballen. Wenn diese Klumpen in

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die /erbrennungszone gelangen, wird die Verbrennungsstabilität und gleichmäßige Wärmeabgabe beeinträchtigt.

Die US-PS 2,053,340; US-PS 2,841,101; US-PS 2,960,324; US-PS 3,204,942; US-PS 3,267,891 und US-PS 3,306 238 beschreiben bereits früher unternommene Bemühungen, einen Wirbelstrom aus Kohlenstaub für die Verteilung in einem Ofen zu bilden. Diese Versuche waren jedoch äußerst unzufriedenstellend, da dabei komplizierte maschinelle Ausrüstungen und große Mengen an Trägermedium (Luft) für die Mediumströmung erforderlich, waren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung von Kohlenstaub in einem Wirbelstrom als Brennstoffzufuhr für hitzeerzeugende Öfen zu schaffen. Weiterhin soll ein Verteilungssystem für den Kohlenstaubbrennstoff geschaffen werden, wobei die sich relativ wenig bewegenden mechanischen Bauteile von der strömenden Mischung aus Abreibungsbrennstoff getrennt sind. Das System soll.mit niedrigem Druck und geringem Trägermittelvolumen für den Wirbelstromtransport von Kohlenstaub arbeiten. Weiterhin soll ein Strömungssystem für die Herstellung von Aktivkohle geschaffen werden, wobei der Staub von Rohkohle zum Beheizen von Verkokungsöfen verwendet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kohlenstaubteilchen in einer Wirbelstrommischung mit einer ersten Luftströmung angesaugt werden und diese Wirbelstrommischung einer Mischkammer zugeführt wird, in der die Staubteilchen als Wirbelstrommedium gehalten werden, welches mit einer zweiten Luftströmung von dieser Mischkammer abgesaugt und einer Verbrennungskammer des Ofens mit selektiver Oxidation zugeführt wird.

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Aus einer Feinmahlanlage oder dem Transport und dem Hantieren mit Kohlenbrocken stammender Kohlenstaub wird aus einem Vorratsbehälter mit niedrigem Luftdruck abgesaugt und in einem Wirbelstrom einer Mischkammer mit niedrigem Druck zugeführt, wo der Staub in einem Aerosolwirbel gleichmäßig verteilt gehalten wird, bis er durch Verteilungssaugvorrichtungen für die Zuleitung zu dem Ofen abgezogen wird. Das ganze System ist in sich abgeschlossen, so daß keine sich bewegenden Maschinenteile mit der Luft-Staub-Mischung in Berührung kommen.

Für die meisten Verwendungszwecke ist ein Gesamtvolumen an zugeführter Luft zwischen etwa I5 und 20 SCF (Standard Cubic Feet) Luft pro engl. Pfund Kohlenstaub geeignet. Für die Mischleitungen sind dabei Rohremit kleinem Durchmesser und relativ geringen Abmessungen ausreichend.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Fließlinie bei der Herstellung von Aktivkohle in einem Ofen mit mehreren Kammern mit selektiver Oxidation, und mit der Brennstoff verteilung und -abgabe;

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Darstellung der Fließlinie des erfindungsgemäßen Brennstoffverteilungssystems nach Fig. 1.

Bei der Herstellung von Aktivkohle wird die Kohle zunächst nach der Teilchengröße geteilt, wobei Teilchen, die durch ein Sieb mit 40 Mesh Maschenweite (=4-0 Öffnungen pro 25,4- mm) laufen, von größeren Korngrößen getrennt werden.

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Die Teilchen mit 40 Mesh und darunter werden nachstehend als Kohlenstaub bezeichnet, der nach der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffquelle darstellt.

Die gsßeren Korngrößen bilden den Strom des Ilauptmaterials für den Kohleaktivierungsprozeß urfi werden einer an sich bekannten Vorverkokungsbehandlung unterworfen. Durch eine solche Verkokungsbehandlung kann noch weiterer Staub abgerieben werden, so daß bei Bedarf durch weiteres Sieben des Materials nach der Vorverkokung noch mehr Kohlenstaub für Brennmaterial erhalten werden kann.

In Fig. 1 wird der Strom aus vorverkoktem körnigem Material für das Hauptprodukt einem Ofen 10 mit mehreren Kammern mit selektiver Oxidation durch den Eingang 11 kontinuierlich zugeführt. An einer mittleren Rotationssäule 15 befestigte Drehschwingarme 14 sind mit Schaufeln 16 versehen, um die einströmende Kohle gleichmäßig über dem Kammerboden 12 zu verteilen und die verteilte Schicht* umzurühren. Die Schaufeln weisen eine Neigung auf, durch die die Kohleschicht in der Kammer 13 allmählich nach innen zu der Mittelöffnung 17 im Boden 12 bewegt wird, durch die sie auf den darunterliegenden Kammerboden 18 fällt.

Die Schaufeln 19 des Schwingarms 20 sind so angelegt, daß die Kohleschicht radial nach außen zu den peripherischen Öffnungen 21 bewegt wird, durch die sie auf den Boden 18 der darunterliegenden Ofenkammer gelangt. Quer- und Gegenströmungen zu der Kohleschicht werden durch Verbrennungsabgase gebildet, die die flüchtigen Kohlenwasserstoffe in der Kohle erhitzen und verbrennen. In abwechselnder Ofenhöhe oder an andex'en Stellen mit natürlichem Abzug können Abgasausgänge 22 vorgesehen sein.

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Rechts außerhalb des Ofens 10 in Fig. 1 ist das Rohrleitungssystem zur Verteilung des Brennmaterials nnch vorliegender Erfindung dargestellt. Dabei ist auf Höhe Jeder Ofenkainmer Jeweils eine Brennstoffzufuhr vorgesehen. Bei den herkömmlicheren Konstruktionen findet die Brennstoffzufuhr nur in abwechselnden Kammern statt. Außer dem Brennstoffzufuhrsystem ist ein Außenluftzufuhrsystem mit Je einem Rohr 25 und einer Verteilungsleitung 26 für Jede Einspritzstelle des Brennmaterials vorgesehen.

Zusätzlich zu den zugehörigen Rohrleitungen weist das Brennstoff zufuhrsystem 30 eine erste Ansaugvorrichtung 31, eine zweite, zusätzliche Ansaugvorrichtung 32 für Jede Verteilung^- leitung sowie eine Mischkammer 33 auf (Fig. 2). Das Brennntoffzuleitungssystem 30 weist eine Luftzufuhrleitun ·; 35 zur Ansaugvorrichtung 31 und eine Zuleitung 36 zur Zusafczansaugvorrichtung 32 auf.

Die Kohlenstaubzufuhrleitung 30 kann aus einem Vorratsbehälter, einer Rohrleitung oder einer Förderschnecke bestehen. Die Zufuhrleitung 41 für das gemischte Brennmaterial verbindet die erste Ansaugvorrichtung mit der Mischkammer 33, während die Kanäle 42 die Mischkammer 33 mit Jeder der zweiten Ansaugvorrichtungen 32 verbinden. Die Verteilungsleitungen befördern, die Wirbelmischung aus Staub und Luft von den zweiten Ansaugvorrichtungen 32 zur Verbrennungszone der Jeweiligen Ofenkammern. Das Rohr 44 ist zurück zu dem, (nicht dargestellten) Staubvorratsbehälter gerichtet und dient über das Ventil 45 gleichzeitig als Steuerkreis für den Druck im Vorratsbehälter, um überschüssigen Brennstoff erneut in Umlauf zu bringen.

Die Wirkungsweise des Brennstoffzufuhrsystems 30 vjird anhand von Fig. 2 näher beschrieben, wo Konstruktionseinzelheiten innerhalb der ersten Ansaugvorrichtung ~y\ dargestellt sind.

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für
Die Luftzufuhrleitunp: 35 kaniV eine Kohlenzufuhr von I5OO Ib/h (ca. 680 kg/h) einem Rohr von entsprechender Gr¹OBe mit einer Abgabe von ca. 77 SCFM (Standard Cubic Feet per Minute) Luft bei einem Minimum von 6 psig (lbs/sq.in.g.) Druck an die Evakuierungszone 50 der Ansaugvorrichtung 3I aufweisen. Das durch Luftexpansion im Bereich 50 erzeugte leichte Vakuum zieht Kohlepulver aus einer Pulveraufnahmekammer 5Ί, die den Bereich 50 umgibt, durch die Eingangsöffnungen 52 in die Strömung ab. Nach der Expansion tritt die mit Staub aus dem Behälter 5I gemischte Luftströmung aus der Zufuhrleitung 35 durch die Düse 53 erneut in die Strömung ein, um in der Zufuhrleitung 41 von 3 Inch (ca. 76 mm) für gemischten Brennstoff weiter ausgedehnt zu werden. Beim Eintritt in die Mischkammer 33 beträgt der Druck in der Mischbrennstoffzufuhrleitung 41 etwa 2 psig (lbs/sq.in.g.).

Die Mischkammer 33 besteht bei dem angegebenen Beispiel aus einer konischen oder pyramidenförmigen Vorrichtung von ca. 4 FuiS (ca. 1,22m) axialer Länge mit einem Winkel zwischen Seiten- und Horizontalebene von mindestens 45°. Die Kanäle 42 führen mit ihren Öffnungen in die schrägen Seitenwände der Mischkammer 33 etwa in deren Mittelbereich in einem nach unten abgeschrägten Winkel. Bei der als Beispiel angegebenen Durciflußinenge ergeben 5 Leitungen/von 2 Inch (ca. 50 mm), die an die erwähnte Mischkammer 33 angeschlossen sind, eine zufriedenstellende Leistung.

Die Zusatzansaugvorrichtungen 32 entsprechen in Konstruktion und Betrieb der Saugvorrichtung 31 und sind vorzugsweise in einer Höhe unterhalb der Eingangsöffnungen der Kanäle 42 in die Mischkammer 33 angeordnet. Regulierventile in den Kanälen 42, die auf elektrische oder pneumatische Signale der Steuervorrichtung 47 reagieren, stellen zusätzliche Verbesserungen des

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Brennstoffzufuhrsystems dar und bemessen die Brennstoffzufuhr zu jeder Ofenkammer. Der Temperaturfühler 48 dient zum Anzeigen der Kammertemperatur, wobei die Signale von der Steuervorrichtung 47 für den Vergleich mit einem festgesetzten Signal aufgenommen werden. Die Kontrollsignale für die Ventile 46 sind proportional der Differenz zwischen festgesetzten Signalen und denen der Fühler 4-8.

Die G-esamgsaugleistung der Zusatzvorrichtung 32 sollte der Saugvorrichtung 31 entsprechen oder sie leicht übersteigen, um einen Druckanstieg in der Mischkammer 33 zu verhindern.

Dementsprechend bringt das gleiche Luftzufuhrvolumen von 77 SCPM (Standard Cubic Feet per Minute) bei einem Mindestdruck von 6 psig (lb/sq.in.g.) zu jeder Zusatzansaugvorrichtung 32 den geeigneten Ausgleich für ein System nach dem vorliegenden Beispiel.

Insgesamt beträgt der Gesamtbedarf des Systems an Luft 27 000 SCF/h (Standard Cubic Feet/h), um I5OO lb/h Kohlenstaub zu bewegen: das Verhältnis liegt als bei 18,5 SC]? Luft pro engl. Pfund Kohlenstaub.

Die BrennstoffVerteilungsleitungen 42 sollten so bemessen und angelegt sein, daß sienicht mehr als 1 psig (lb/sq.in.g.) Druckabfall zwischen der Saugvorrichtung 36 und dem Einspritzpunkt in die Kammer erlauben. Die gleiche Einschränkung gilt für die Mischbrennstoff-Zufuhrleitung 41.

^ET

DIpI.-Ing. Whke

8 München 40, Eßeabethstraße 34

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Verteilung von als Brennstoff verwendetem Kohlenstaub, wobei Kohlenstaubteilchen bestimmter Größe von der Kohle getrennt und Kohlenteile anderer Größe durch einen Ofen mit selektiver Oxidation geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstaubteilchen in einer Wirbelstrommischung mit einer ersten Luftströmung angesaugt werden und diese WirbelStrommischung einer Mischkammer (33) zugeführt xvird, in der die Staubteilchen als Wirbelstrommedium gehalten v/erden, welches mit einer zweiten Luftströmung von dieser Mischkammer abgesaugt und einer Verbrennungskammer des Ofens (10) mit selektiver Oxidation zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kohlenteilchen einer Vorverkokungsbehandlung unterworfen v/erden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchentrennung vor und nach der Vorverkokung stattfindet.
3. 3. Verfahren zum Beheizen einer hitzeerzeugenden Verbrennungsofenkammer mit Kohlenstaubteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kohlenstaubteilchen ein Vorratsbehälter vorgesehen ist, von dem der Staub mit einer ersten Luftströmung in eine Wirbelmischung abgesaugt wird, welche einer Mischkammer (33) zugeführt wird, worin der Staub in Wirbelform gehalten wird und mit einer zweiten Luftströmung wieder abgesaugt und einer Verbrennungsofenkammer (10) zugeführt wird.

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   4-, Brennst© ff verteilungssystem in Kombination mit einem hitzeerzeugenden Ofen zur Zuleitung von teilchenförmiger Kohle zu einer Verbrennungskammer des Ofens, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter für den Kohlenstaub, eine erste Ansaugvorrichtung (31) mit einer in der Nähe der Niederdruck-Induktionszone der ersten Ansaugvorrichtung

   (31) angeordneten Kammer zur Aufnahme des vom Vorratsbehälter kommenden Kohlenstaubs, eine erste, mit der ersten Ansaugvorrichtung verbundene Druckluftzufuhrquelle zum Absaugen des Kohlenstaubs von der Kammer in eine erste Wirbelströmung, eine Mischkammer (33) zur Aufnahme der Wirbelströmung und zur Bildung einer ein Medium bildenden Wirbelmischung aus Luft und Kohlenstaub, eine zweite Ansaugvorrichtung (32), deren Aufnahmekammer und Mederdruck-Induktionszonenströmung mit der Mischkammer (33) verbunden ist, und ein? mit der zweiten Ansaugvorrichtung

   (32) verbundene zweite Druckluftzufuhrquelle zum Abzug der Wirbelmischung von der Aufnahmekammer der zweiten Ansaugvorrichtung in die zweite Wirbelströmung zur Zuleitung in die Kammer des Verbrennungsofens.

   a^E. Eder Dipl. - IngCH^ 8 München 40, Elisabethstrsße 3 4

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