DE2659750A1 - METHOD FOR REDUCING THE BAKING CAPACITY OF COAL PREPARED BY DUST - Google Patents
METHOD FOR REDUCING THE BAKING CAPACITY OF COAL PREPARED BY DUSTInfo
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Dr.Ing.Ernst Schuster 5270 Gummersbach 1, den 30.11.1976Dr Ing.Ernst Schuster 5270 Gummersbach 1, November 30th, 1976
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PatentanmeldungPatent application
Verfahren zur Verminderung der Backfähigkeit von zu Staub aufbereiteter KohleProcess for reducing the baking ability of dusted money
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Backfähigkeit von zu Staub aufbereiteter Kohle.The invention relates to a method for reducing the baking ability of coal which has been converted into dust.
Steinkohlen, insbesondere Fettkohlen, Gas- und Gasflammkohlen, durchschreiten bei der Erwärmung auf hohe Temperaturen, z. B. zur Verkokung, einen Bereich -ca. 400 0C bis 550 0C-, in dem sie plastisch werden, d.h. erweichen, In diesem Bereich werden die Backbitumen ausgeschieden, die Kohlenkörner oder -stücke kleben untereinander und an den Begrenzungswänden an und verbacken oder backen an mit weiter steigender Temperatur. Diese Backfähigkeit ist aber auch bei jüngeren Kohlen, z. B. Braunkohlen, zu beobachten, wenn sie sehr schnell erhitzt werden,Bituminous coals, especially fatty coals, gas and gas flame coals, pass through when heated to high temperatures, e.g. B. for coking, an area -ca. 400 0 C to 550 0 C-, in which they become plastic, ie soften, In this area the backing bitumen is excreted, the coal grains or pieces stick to each other and to the boundary walls and bake or bake with increasing temperature. This baking ability is also possible with younger coals, e.g. B. brown coals, to be observed when they are heated very quickly,
• A• A
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obwohl sie normalerweise bei in Verkokungsanlagen typischen Aufheizgeschwindigkeiten keine Backfähigkeit zeigen. Der Grund ist darin zu suchen, daß sich bei niedrigen Aufheizgeschwindigkeiten, wie sie in der Kammerverkokung angewandt werden -ca. 3°/Min.-, Zersetzungsvorgänge abspielen, die diese Backfähigkeit mindern. Bei sehr hohen Aufheizgeschwindigkeiten, z. B.]> 5OOO °C/Min. und erst recht bei Geschwindigkeiten, die bis zu 100 000 °/Min. reichen, werden derartige Zersetzungsvorgänge unterdrückt, und die Backfähigkeit des Brennstoffes kann sich voll ausbilden.although they are usually at typical in coking plants Heating speeds show no baking ability. The reason is to be found in the low Heating speeds as used in chamber coking - approx. 3 ° / min., Decomposition processes play that reduce this baking ability. At very high heating rates, e.g. B.]> 500 ° C / min. and even more so at speeds of up to 100,000 ° / min. such decomposition processes are suppressed, and the baking capacity of the fuel can become full form.
Diese Backfähigkeit verhindert unter Umständen bei der Vergasung, Teilvergasung oder Schnellentgasung der Kohle überhaupt die Durchführung der einzelnen Verfahren; aus diesem Grunde sind auch Vorschläge gemacht worden, die Backfähigkeit durch zusätzliche Maßnahmen zu vermindern oder zu beseitigen.This baking ability may prevent the gasification, partial gasification or rapid degassing of the coal the implementation of the individual procedures in general; the end For this reason, proposals have also been made to reduce the ability to bake by taking additional measures or eliminate.
Es sind Verfahren bekannt, bei denen die Backfähigkeit bei Temperaturen bis zu 250 0C durch Behandlung mit einem Oxidationsmittel über eine Zeitdauer von Stunden gemindert wird, es sind aber auch Verfahren bekannt, bei denen diese Backfähigkeitsminderung in Sekunden erfolgt, allerdings dort bei Temperaturen, die zwischen 350 °C und 450 0C liegen. Bei diesen Schnelloxidationsverfahren ist die Eindringtiefe des Sauerstoffes in der zur Verfügung stehenden, nur Sekunden dauernden Behändlungszeit zwar gering, sie beträgt nur Λ bis 2 My, die nicht mehr backende Oxidationsrandschicht wird dabei allerdings so hart, daß sie in der Lage ist zu verhindern, daß aus dem Korninneren während der Erwärmung über den plastischen Bereich backfähige Bestandteile austreten, und ein Aufbraten des Kornes erst nach Überschreiten des plastischen Bereiches erfolgt, die Backfähigkeit sich also nicht mehr störend auswirken kann.Processes are known in which the baking ability is reduced at temperatures up to 250 0 C by treatment with an oxidizing agent over a period of hours, but there are also known processes in which this baking ability reduction takes place in seconds, but there at temperatures that between 350 ° C and 450 0 C lie. With these rapid oxidation processes, the penetration depth of the oxygen in the available treatment time, which lasts only seconds, is small, it is only Λ to 2 My, but the no longer baking oxidation surface layer becomes so hard that it is able to prevent that bakable components emerge from the inside of the grain during heating via the plastic area, and the grain is only roasted after the plastic area has been exceeded, so the baking ability can no longer have a disruptive effect.
Zur Behandlung durch Schnelloxidation sind, wie schon erwähnt, "bei den Verfahren mit der höheren Temperatur Behandlungszeiten von etwa 1 bis 4 Sekunden erforderlich. Dabei wird der zu oxidierende Kohlenstaub mit einem Oxidationsmittel -in der Regel Luft- pneumatisch durch die Reaktionsräume gefördert, wobei der Sauerstoff des Oxidationsmittels in die Oberfläche des Kohlekornes eindrängt und durch die dort sich abspielenden Umsetzungen diese Außenschicht verhärtet, gleichzeitig ihr aber auch die Backfähigkeit nimmt, während das Korninnere unverändert bleibt. Zur Durchführung dieses Verfahrens muß das Kohlekorn aber erst auf die Behandlungstemperatur gebracht werden, wozu bereits Wärmetauscher -Röhrenwärmetauscher- vorgeschlagen wurden, und wobei zusätzlich eine Vorwärmung des Oxidationsmittels auf Tfmperaturen erfolgt, wie sie nach dem Stand der Technik durch Wärmetauscher erreichbar sind, d.h. Temperaturen bis max. ca. 700 0C. Die direkte Aufheizung durch ein noch hoher, beispielsweise auf 1200 °C oder 1400 0C erhitztes Oxidationsmittel ist dann möglich, wenn die Beladung, d.h. kg Kohlenstaub je m ^ Oxidationsmittel, entsprechend gering ist.As already mentioned, treatment by rapid oxidation "requires treatment times of about 1 to 4 seconds in the processes with the higher temperature Oxygen from the oxidizing agent penetrates the surface of the grain of coal and, due to the reactions taking place there, hardens this outer layer, but at the same time it also robs it of the ability to bake, while the interior of the grain remains unchanged Heat exchangers - tubular heat exchangers - have already been proposed, and the oxidizing agent is additionally preheated to Tfmperaturen, as can be achieved according to the state of the art by heat exchangers, ie temperatures up to a maximum of approx. 700 ° C. The direct heating by an even higher, for example to 1200 ° C or 1400 0 C heated oxidant is then possible, when the load, that is kg of coal dust per m ^ oxidant, is correspondingly low.
Noch nicht allgemein bekannt ist, daß der Oxidationseffekt um so besser wird, je höher die Beladung ist. Die Grenze liegt bei einer Beladung in der Größenordnung von ca. 10 kg Kohlenreinsubstanz je kg Sauerstoff im Oxidationsmittel. Dabei wird durch die hohe Beladung nicht nur der Oxidationseffekt verbessert, sondern durch die geringe Menge des Oxidationsmittelstromes auch das Volumen der eingesetzten Ap-paraturen entsprechend verkleinert.It is not yet generally known that the oxidation effect the higher the load, the better it gets. The border is in the order of magnitude of approx. 10 kg of pure coal substance per kg of oxygen in the oxidizing agent. The high loading not only improves the oxidation effect, but also the low one The amount of oxidizing agent flow also reduces the volume of the equipment used accordingly.
Will man aber den besseren Oxidationseffekt bei hoher Beladung und die damit verbundene Verminderung des Apparat eaufwandes nutzen, reichen Vorwärmtemperaturen desBut if you want the better oxidation effect at high Loading and the associated reduction of the apparatus effort, preheating temperatures of the are sufficient
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Oxidationsmittels von 700 C nicht aus, selbst nicht solche von 1600 0G, um den Kohlenstaub durch direkten Wärmeaustausch mit dem Oxidationsmittel auf Temperaturen von z.B. 45O 0C zu bringen.Oxidant from 700 C. Do not to bring even those of 1600 0 G to the pulverized coal by direct heat exchange with the oxidizing agent to temperatures of eg 45O 0 C.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Verminderung der Backfähigkeit von zu Staub aufbereiteter Kohle aufzuzeigen, das es ermöglicht, die zu oxidierende Kohle durch direkten Wärmeaustausch mit dem Oxidationsmittel bei hohen Beladungen zu erwärmen.The present invention has therefore set itself the task of to show a method for reducing the baking ability of charcoal that has been made into dust enables the coal to be oxidized by direct heat exchange with the oxidizing agent at high loads to warm up.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Verminderung der Backfähigkeit von zu Staub mit Korngrößen ^0,1 mm aufbereiteter Kohle durch direkte Aufheizung auf eine Reaktionstemperatur von 350 0C bis 4-50 0C zur Oberflächenoxidierung vorgeschlagen, wobei als Aufheizmittel ein sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird das dadurch gekennzeichnet ist, daß neben dem durch Vorwärmung auf Temperaturen über 1000 C gebrachten, sauerstoffhaltigen Aufheizgas als zusätzliches Aufheizmittel das bei der direkten Aufheizung des Kohlenstaubes mit dem Aufheizgas durch Teilentgasung von Kornfraktionen ^0,03 mm mit einem Gewichtsanteil möglichst geringer als 50 % der Gesamtmenge entstehende Entgasungsgas durch Verbrennen mit Sauerstoff aus dem Aufheizgas als Heizgas verwendet und zu Beginn, während oder nach Beendigung des Aufheizvorganges, Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft in einer solchen Menge zusätzlich zugeführt wird, daß am Ende der direkten Aufheizung des Kohlenstaubes auf die Reaktionstemperatur der Sauerstoffanteil im Gas ca. 21 % und die Beladung ca. 2 bis 3,5 kg Kohlenreinsubstanz je kg Sauerstoff im Mischgas (Aufheizgas + verbranntes Entgasungsgas + Sauerstoffzusatz) betragt.To achieve this object, a method for reducing the caking property is proposed by dust having grain sizes ^ 0.1 mm recycled coal by direct heating to a reaction temperature of 350 0 C to 4-50 0 C to surface oxidation, using as a heating means a gas containing oxygen This is characterized by the fact that in addition to the oxygen-containing heating gas brought to temperatures above 1000 C by preheating as an additional heating medium, the heating gas used during direct heating of the coal dust by partial degassing of grain fractions ^ 0.03 mm with a weight fraction as low as 50 % the total amount of degassing gas produced by burning with oxygen from the heating gas is used as heating gas and at the beginning, during or after the end of the heating process, oxygen or oxygen-enriched air is additionally supplied in such an amount that at the end of the direct heating of the coal dust to the react ion temperature, the oxygen content in the gas is approx. 21 % and the load is approx. 2 to 3.5 kg of pure coal substance per kg of oxygen in the mixed gas (heating gas + burned degassing gas + added oxygen).
Wird z.B. 3 kg Kohlenstaub nach dem Mahlvorgang mit einerIf, for example, 3 kg of coal dust is added to a
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Temperatur von etwa 50 0C Luft mit 21 % Sauerstoff zugeteilt, die durch Vorwärmung und gegebenenfalls Teilverbrennung mit Zusatzgas auf 1600 °C erhitzt wurde, so ergibt sich eine Mischtemperatur in der Größenordnung von 200 0C bis 250 0C. Soll die Oxidation bei z.B. 420 C durchgeführt werden, ist ein zusätzlicher Aufwärmvorgang notwendig. Wenn die Aufheizung direkt geschehen soll, d.h. durch direkten Wärmeaustausch zwischen Oxidationsmittel gleich Heizgas gleich Trägermittel und der Kohle, so muß die entsprechende Wärmemenge aus den beteiligten Stoffen selbst entnommen werden. Da das Oxidationsmittel seine Wärme bereits abgegeben hat, bleibt als Wärmequelle nur noch die Kohle übrig. Bei Temperaturen von 200 0C bis 250 0C brennt aber der Kohlenstaub mit Luft noch nicht, abgesehen davon, daß die Eestsubstanz der Kohle schwieriger zu verbrennen ist als die bei höherer Tfmperaturanwendung aus der Kohle austretenden gasförmigen Bestandteile.Temperature assigned from about 50 0 C air with 21% oxygen which was heated by preheating and optionally partial combustion with added gas at 1600 ° C, then a mixed temperature oxidation at, for example, results in the order of 200 0 C to 250 0 C. target 420 C, an additional warm-up process is necessary. If the heating is to take place directly, ie through direct heat exchange between oxidizing agent and heating gas, carrier and coal, the corresponding amount of heat must be taken from the substances involved themselves. Since the oxidizing agent has already given off its heat, only the coal remains as a heat source. At temperatures of 200 0 C to 250 0 C but the pulverized coal with air is not yet burning, except that the Eestsubstanz the coal is difficult to burn than the exiting at higher Tfmperaturanwendung from coal gaseous components.
Es ist also notwendig, dafür Sorge zu tragen, daß zumindest Teile des dem Oxidationsmittel zugeteilten Kohlenstaubes auf Temperaturen gelangen, bei denen sie bereits Gas abgeben, wobei dann dieses Gas durch Verbrennung mit dem Oxidationsmittel den fehlenden Wärmebedarf für die Aufstockung bis zur angestrebten Reaktionstemperatur liefert.It is therefore necessary to ensure that at least some of the coal dust allocated to the oxidizing agent reach temperatures at which they already give off gas, with this gas then being burned with the oxidizing agent the missing heat requirement for the increase up to the desired reaction temperature supplies.
Würde Kohle mit einer Korngröße, z.B. 20 My, dem Heizgas bzw. Oxidationsmittel zugeteilt, so würde sich die Mischtemperatur von 200 0C bis 250 0C kontinuierlich nach einer gewissen Zeit einstellen, genauer gesagt, nach weniger als 0,1 Sek. Bei dem Mahlvorgang wird die Kohle aber nicht in eine einzige Korngröße aufgemahlen, sondern in ein Korngrößenband, das von 0 bis 100 My reicht. Wird nun ein solches Korngrößen-Gemenge einem heißen Gasstrom zugeteilt, so heizen sich die einzelnenWould coal having a grain size, for example, 20 My, the fuel gas or oxidant allocated, then the mixing temperature of 200 0 C to 250 0 C would set continuously after a certain time, more specifically, less than 0.1 sec. In the In the grinding process, however, the coal is not ground into a single grain size, but into a grain size range that extends from 0 to 100 My. If such a mixture of grain sizes is now allocated to a hot gas stream, the individual ones heat up
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Kornfraktionen unterschiedlich, schnell auf, wobei sich zusätzlich ein wesentlicher Unterschied zwischen der Oberflächentemperatur und der Kornmittelpunkttemperatur ergibt. Bei einer einigermaßen gleichmäßigen Gewichtsverteilung der Kornfraktionen werden die kleineren Korngrößen sehr schnell auf Temperaturen erwärmt, die erheblich über der sich später einstellenden Mischtemperatur liegen können, während die großen Kornfraktionen in dieser Zeit praktisch an der Erwärmung noch gar nicht teilgenommen haben. Die kleinen Kornfraktionen geben dann ihre Wärme zusammen mit dem Heizgas wieder an die noch aufzuwärmenden gröberen Kornfraktionen ab. Dieser Wärmeaustausch verflacht sich um so mehr, je größer der Gewichtsanteil einer bestimmten Kornfraktion, z.B. O bis 20 My, an dem Gesamtgewicht wird und ist am flachsten dann, wenn nur eine einzige Kornfraktion, z.B. 20 My, vorliegt.Grain fractions different, quickly on, being In addition, there is a significant difference between the surface temperature and the grain center point temperature results. With a reasonably even weight distribution of the grain fractions, the smaller grain sizes are heated very quickly to temperatures that are considerably above the mixing temperature that will set in later, while the large grain fractions are during this time have practically not yet participated in the warming. The small grain fractions then give their warmth together with the heating gas to the still to be warmed up coarser grain fractions. This heat exchange flattens out the more the weight percentage of a certain one Grain fraction, e.g. 0 to 20 My, on the total weight is and is flattest when only a single grain fraction, e.g. 20 My, is present.
Nach der Erfindung wird daher der Mahlvorgang der Kohle so gesteuert, daß der Kornfraktionsanteil^ 0,03 mm kleiner ist als 50 % von der Gesamtkohlenmenge, besser noch möglichst unter 30 % bleibt. Bei einem Anteil von 30 % wird diese Kornfraktion bei einer Oxidationsmitteltemperatur von 1600 C immerhin auf Temperaturen gebracht, die in der Größenordnung von 550 0C bis 600 0C liegen, einer Temperatur also, bei der diese Kornfraktion bereits Gas in nicht unbeträchtlicher Menge abgibt. Dieses Gas kann dann mit dem Sauerstoff des Oxidationsmittels verbrennen und dadurch die fehlende Wärme zur Aufstockung von der Mischtemperatur auf die Reaktionstemperatur, sprich Oxidationstemperatur, decken. Die Steuerung des Vorganges erfolgt nach der Erfindung also so, daß ein bestimmter Gewichtsanteil Temperaturen über 500 C erreicht, wobei dieser Gewichtsanteil so groß ist, daß die bei 500 C durch Entgasung zur Verfügung gestellte und verbrannte Gasmonge mit ihrem Wärmeinhalt für die Deckung des Wärmebedarfes der Oxidation ausreicht.According to the invention, the grinding process of the coal is therefore controlled in such a way that the grain fraction fraction ^ 0.03 mm is less than 50% of the total amount of coal, better still, if possible, remains below 30%. With a proportion of 30 % , this grain fraction is at least brought to temperatures in the order of magnitude of 550 ° C. to 600 ° C. at an oxidizing agent temperature of 1600 ° C., a temperature at which this grain fraction already emits gas in not inconsiderable quantities. This gas can then burn with the oxygen of the oxidizing agent and thereby cover the missing heat to increase from the mixed temperature to the reaction temperature, i.e. the oxidation temperature. The control of the process takes place according to the invention so that a certain weight fraction reaches temperatures above 500 C, this weight fraction is so large that the gas monge made available and burned at 500 C by degassing with its heat content to cover the heat demand of the Oxidation is sufficient.
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Um die zur Deckung des Wärmebedarfes notwendige Gasmenge freizusetzen, hat ein Teil der eingeführten Kohlemenge den sogenannten plastischen Bereich erreicht oder überschritten. Trotz der Anwesenheit von Sauerstoff besteht dabei die Gefahr, daß Körner untereinander verbacken oder an den Wänden des Aufheizraumes anbacken und den Betrieb unterbrechen. Um dies zu vermeiden, sind beim Eintritt von Kohlenstaub und Oxidationsmittel als Heisgas in den Aufheizraum bestimmte strömungstechnische Bedingungen einzuhalten. Daher wird nach der Erfindung weiter vorgeschlagen, den Staub als Strahl axial in den Aufheisraum einzublasen, während in gleicher Höhe das. Heizgas über mehrere Zugabestellen am Umfang tangential mit einer solchen Neigung mit Geschwindigkeit in Strömungsrichtung eingeführt wird, daß der Kohlenstaub nach Auflösung des Kohlenstrahles frühestens nach Zurücklegung eines Weges von 1,5 m auf die Wände des Aufheizraumes auftrifft.To the amount of gas necessary to cover the heat demand to release has a part of the imported amount of coal reached or exceeded the so-called plastic range. Despite the presence of oxygen it persists the risk that grains baked together or stick to the walls of the heating room and the Interrupt operation. To avoid this, coal dust and oxidizing agents are used as hot gas when entering to adhere to certain fluidic conditions in the heating-up room. Therefore, according to the invention will continue suggested the dust as a jet axially in the heating room to be blown in, while at the same level such an inclination is introduced at speed in the direction of flow that the pulverized coal after dissolution of the coal jet at the earliest after covering a distance of 1.5 m on the walls of the heating room hits.
Eine weitere Möglichkeit ist die gemeinsame axiale Zuführung von Kohlenstaub und mit Drall beaufschlagtem Heizgas, wobei der Drall des Heizgases so ausgelegt ist, daß die Staubkörner auch hier erst nach Zurücklegung eines Weges von 1,5 m auf die Wände des Aufheizraumes auftreffen.Another possibility is the common axial supply of coal dust and a swirl Heating gas, whereby the swirl of the heating gas is designed so that the dust grains here too only after having covered a distance of 1.5 m on the walls of the heating room hit.
Da unterschiedliche Kohlenarten eingesetzt werden, die auch unterschiedlich entgast und auch oxidiert werden, wird im weiteren Ausbau der Erfindung vorgeschlagen, durch entsprechende zusätzliche Sauerstoffeingabestellen im Aufheizraum den Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittels am Ende des Aufheizraumes, der gleichzeitig dem Eintritt in die eigentliche Oxidationsstrecke entspricht, zu regeln. Zur Eegelung der Mischtemperatur am Ende des direkten Wärmeaustausches wird nach der Erfindung weiter die Einspritzung von Wasser vor-Because different types of coal are used, which also degassed and also oxidized differently is proposed in the further development of the invention, by appropriate additional oxygen input points in the heating room the oxygen content of the oxidizing agent at the end of the heating room, which at the same time corresponds to the entry into the actual oxidation section. For regulating the mixing temperature At the end of the direct heat exchange, according to the invention, the injection of water is also
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geschlagen, wobei der dabei entstehende Wasserdampf in der der Oxidation folgenden Ent- und Teilvergasung als Vergasungsmittel dient. Zusätzlich steht zur Regulierung der Aufheiztemperatur natürlich auch die Eintrittstemperatur des Oxidationsmittels in den Aufheizraum als Regulativ zur Verfügung.beaten, with the resulting water vapor in the degassing and partial gasification following the oxidation serves as a gasification agent. In addition to regulating the heating temperature is of course also available The inlet temperature of the oxidizing agent in the heating room is available as a regulator.
Mit der vorgeschlagenen Erfindung ist es möglich, auch bei sehr hohen Beladungen, z.B. 10 kg Kohlereinsubstanz je kg Sauerstoff im Oxidationsmittel, *3,3 kg Kohle Je m Luft durch direkten Wärmeaustausch unter Einsparung kostspieliger Wärmetauscher, die auch noch durch Errosionen beansprucht wären, einzusparen. Der Wärmeaustausch bei der direkten Aufheizung erfolgt in einer Zeit, die um ein bis zwei Zehnerfaktoren kürzer ist als der Wärmeaustausch durch indirekte Wärmezuführung mit Hilfe eines Wärmetauschers.With the proposed invention it is possible, even with very high loads, e.g. 10 kg coal substance per kg of oxygen in the oxidizing agent, * 3.3 kg of coal each m air through direct heat exchange, saving expensive heat exchangers, which are also caused by erosion would be claimed to save. The heat exchange during direct heating takes place in a time that is around one to two decimal factors is shorter than the heat exchange through indirect heat supply with the help of a Heat exchanger.
* entsprechend ca.* corresponding to approx.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8381 | Inventor (new situation) |
Free format text: SCHUSTER, ERNST, DIPL.-ING., DR.-ING., 5270 GUMMERSBACH, DE |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |