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Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von
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nichtbrauchbaren festen Komponenten aus Kohlenstaub vor dem Einblasen
desselben in die Kesselfeuerung von Kraftwerksanlagen Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Abscheidung von nichtbrauchbaren festen
Komponenten aus Kohlenstaub vor dem Einblasen desselben in die Kesselfeuerung von
Kraftwerksanlagen.
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Bekanntlich werden durch das starke Ansteigen des Bedarfs nach Energie
immer mehr minderwertige Kohlenarten genutzt werden, da hierdurch auch der Kohlebedarf
immer stärker wächst und die verfügbaren Vorräte an hochwertiger Kohle relativ begrenzt
sind. Das ist besonders der Fall bei Kesselfeuerungen, Wärmekraftgeneratoren u.
ä. m.
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Der geringe Wärmekaloriengehalt der minderwertigen Kohle ist vor allem
auf deren Wassergehalt und das Vorhandensein festen BallaststoffenwieMineralien
und Asche zurückzuführen.
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Bei der lignitischen Braunkohle bewegt sich der Wassergehalt zwischen
48 bis 55 %. Bei gewissen Kohlenarten steigt der Aschegehalt auf über 40 % bezogen
auf die wasserfreie Kohle.
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Es wurde festgestellt, daß oft die Mineralzusammensetzung der Ballaststoffe
in der Asche wie folgende ist: Beispiel I: Kaolinit, Montmorillonit, Quarz, Kalzium-,
Magnesium- und Eisenkarbonate, weiter Brauneisenerz, Goethit, Magneteisenerz, Schwefelkies,
Gips, Ca-Jarousit, Anatas u.a.
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Beispiel II: Kalzium-, Magnesium-, Eisenkarbonate, weiter Brauneisenerz,
Goethit, Kaolinit, Illit, Montmorillonit, Schwefelkies, Gips, Magneteisenerz, Anatas
u.a.
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Eine chemische Analyse der Kohlenasche vor der Verbrennung zeigt folgende
Bestandteile und Beziehungen: Beispiel I Beispiel II cca % cca % Silizium Dioxid
(SiO2) 48,0 25,0 Roteisenerz (Fe203) 12,0 6,0 Aluminiumoxid (Al203) 20,0 10,0 Kalziumoxid
(CaO) 10,0 38,0 Magnesiumoxid (MgO) 2,0 6,0 Schwefeltrioxid (SO3) 7,0 12,0 Phosphorpentoxid
(P205) Spuren 0,4 Titanoxid (TiO2) 0,5 0,5 Natriumaxid (Na20) 0,2 1,6 Kaliumoxid
(K20) 0,3 0,5
Bei den bekannten Kohleverbrennungsverfahren werden
die Ballaststoffe der angeführten Zusammensetzung in Mühlen zusammen mit der Kohle
zerkleinert. Da keine Abscheidung der Ballaststoffe vorgenommen wird, werden die
Ballaststoffe zusammen mit dem Kohlenstauh in die Kesselfeuerung eingeblasen. In
der Kesselfeuerung verbrennt zwar natürlich im wesentlichen die Kohle, jedoch bilden
die Ballaststoffe und teilweise auch die unverbrennlichen Kohlenteilchen Asche,
in der die Ballastteilchen in folgende Materialien umgewandelt werden: Beispiel
I Beispiel II cca % cca % 1. Quarz, Christoballit und Korund 26,0 10,0 2. Amorphes
Silizium 24,0 3. Mulit 8,5 4. freies CaO ---- 16,7 5. Anhydrit 2,6 3,5 6. Alit ----
15,2 7. Belit ---- 8,6 8. Kalziumalumoferrit ---- 15,6 9. Feldspat 5,0-10. Roteisenerz
7,5 1,4 11. glasig amorphe Masse 10,0 13,3 12. andere Mineralien 7,6 3,7 13. Tonreste
und anderes 9,4 1,8 gesamt 100,0 100,0 Es ist nun bekannt, daß diese mineralischen
Stoffe der genannten Zusammensetzung die aus den Ballaststoffen herrührt, die in
den Kesselfeuerraum eingeführt werden, eine Reihe von Schwierigkeiten im Laufe des
Prozesses der Wärmeenergieerzeugung aus Kohle hervorruft Zahlreiche Versuche zur
Herabsetzung
des Ballastgehalts im Kohlenstaub haben bisher keine
zufriedenstellenden Ergebnisse geliefert. Die größten Probleme sind die folgenden:
a) Größerer Verschleiß der Kesselanlagenelemente.
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b) Ballaststoffe mit niedriger Sintertemperatur haften an den Kesselwänden
und -rohren.
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c) Zur Kesselinbetriebsetzung ist Schweröl erforderlich.
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d) Die Feuerungen müssen größer bemessen werden.
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e) Elektrostatische Flugstaubabscheider müssen größere Abmessungen
erhalten.
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f) Entschlackungseinrichtungen müssen größer dimensioniert werden.
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g) Bei der Kesselentschlackung treten größere Wärmeverluste auf.
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h) Größere Wärmeverluste in den Rauchgasen.
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i) Größere Mengen mikrofeiner Teilchen werden durch den Schornstein
in die Atmosphäre eingeblasen.
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Eine weitere negative Eigenschaft der bestehenden Wärmeenergiegewinnungsverfahren
aus Kohle besteht darin, daß größere Mengen von Ballast stoffen eine Verschmutzung
der Umwelt sowie eine Vergrößerung der Gesundheitsschädigung der Menschen bewirken.
Die Folgen, die durch Verschmutzung der Umwelt entstehen, sind kaum meßbar.
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Ferner machen größere Mengen an festen Ballaststoffen die Vergrößerung
der Leistungsfähigkeit von Wärmekraftwerken an schon bestehenden Standorten in der
Nähe von Städten oder anderen Ballungsräumen unmöglich.
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Um die angeführten Nachteile der bekannten Verfahren zu beseitigen,
geht man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von der Kohlenanalyse nach spezifischen
Gewichten aus, da nach dem Mahlen der Kohle
eine große Trennschärfe
zwischen der reinen Kohlensubstanz und den mineralischen Ballaststoffen besteht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung ergibt sich aus
dem Patentanspruch.
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Die durch die Erfindung erreichte Trennung der reinen Kohlensubstanz
von den mineralischen Ballaststoffen kann am besten aus folgendem Beispiel ersehen
werden: Spez.Gewicht Eingabematerial Asche T T.P Festballaqt T % P % T reduziert
(105° C) (105°C) T% - 1,5 67,2 8,1 67,3 8,1 24,4 -1,4 + 1,5 13,1 20,6 80,3 10,2
12,2 + 1,6 19,7 71,7 100,0 22,3 63,4 Eingabe 100,0 22,3 100,0 Eine Trennung bei
einem spezifischen Gewicht von 1,5 oder 1,6 kann ohne Schwierigkeiten mit einem
geeigneten Trockenabscheider und in Abhängigkeit des Korngrößenbereichs ausgeführt
werden.
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Aufgrund des angeführten Beispiels ist es möglich, 60 bis 65 % im
Falle eines hohen Bergeballasts in der Kohle auch bedeutend mehr an mineralischen,festen
Ballaststoffen aus dem Kohlenstaub vor dem Einblasen desselben in den Kesselfeuerraum
abzuscheiden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nunmehr anhand der beigefügten
Zeichnung erläutert.
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Danach ist Grundlage des Verfahrens die übliche Art der Zerkleinerung
der Kohle mittels Mühlen und der Einsatz bekannter Brenner für den Kohlenstaub.
Hierzu wird in bekannter Weise die Kohle in einen Bunker eingegeben und von dort
über eine Aufgabevorrichtung 2 in eine Schlagmühle 3 eingebracht. In der Mühle 3
wird die Kohle bis zu der geforderten Feinheit, bei der 95 % der Kohlepartikel kleiner
als 1 mm ist, zerkleinert. Zusammen mit der Kohle wird in die Mühle 3 Rauchgas 13
aus einem Kessel 10 eingeführt, so daß die Kohle gleichzeitig mit dem Mahlprozeß
getrocknet wird, wodurch im "offenen Kreislauf" die Entfernung von Wasserballast
durchgeführt wird. Die zerkleinerte und getrocknete Kohle wird mit Ballaststoffen
durch eine Rohrleitung 14 in die Brenner 8 eingeführt. Die Flammen der Brenner 8
werden in einen Kessel 10 gerichtet.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nunmehr auf der Förderstrecke
von Mühle 3 bis zu den Brennern 8 die nutzlosen Ballaststoffe aus dem Kohlenstaub
abgeschieden.
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Dabei ist zu erkennen, daß sich dieses Verfahren vorteilhaft in den
bereits vorhandenen "offenen Kreislauf" für die Entfernung des Wasserballastes aus
der Kohle einfügen läßt. Das Verfahren kann aber auch mit einer mehrstufigen Trockenabscheidung
4, mit einem Gebläse 6, einem Zellenaufgeber 5, einem speziellen Stahlband 9 und
einer Rohrleitung 14a durchgeführt werden.
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Das Abscheideverfahren für die nichtverwendbaren festen Komponenten
aus dem Kohlenstaub wird folgendermaßen durchgeführt: Aus dem Bunker 1 wird die
Kohle zusammen mit den Ballaststoffen
mittels der Aufgabevorrichtung
2 in die Prallmühle 3 gefördert. Gleichzeitig wird in die Mühle 2 Kaltluft 11 und
Warmluft 12 eingeblasen. Gleichzeitig werden noch Rauchgase 13 aus dem Kessel 10
in die Mühle 2 eingeleitet, um eine schnellere Trocknung und damit Entfernung des
Wassers, das einen bedeutenden Ballastanteil ausmacht, zu erzielen. Der Kohlenstaub
wird in üblicher Weise über die Rohrleitung 14 direkt in die Brenner 8 eingeleitet.
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Die neue Lösung besteht nun darin, daß auf der Förderstrecke von der
Mühle 3 zu den Brennern 8 an der Rohrleitung 14 ein Anschluß 14a vorgesehen wird,
über den der Kohlenstaub in den speziell aufgebauten, mehrstufigen Abscheider 4
transportiert wird. In dem mehrstufigen Abscheider 4 wird die Aufbereitung und in
Abhängigkeit von dem Korngrößenbereich sowie aufgrund der Unterschiede der spezifischen
Gewichte die Abscheidung der Ballaststoffe von der Reinkohle durchgeführt. Die Anzahl
der Abscheidereinheiten 4 hängt von der Kapazität, der Kohlencharakteristik, dem
Bergegehalt, der Korngrößenzusammensetzung usw. ab.
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Die im Abscheider 4 aus der Kohle abgeschiedenen Ballaststoffe werden
mittels des Zellenaufgebers 5 auf das Stahlband 9 bzw.
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das Förderband aufgeben, mit dem diese einer vorbestimmten Stelle,
z.B. einer Jialde, zugeführt werden.
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Der Kohlenstau}) wird, gereinigt von den Ballaststoffen und durch
das Gebläse (> getrocknet unter Bildung eines tZberdrucks für die Erl0altun<i
des Materialflusses im System für ein verbessertes Einblasen in ciic Brenner 8 eingeleitet
. Das Gebläse 6 wird mit Warmluft 12, mit welcher aus dem Kohlenstaub zusätzlich
der nichtIraucIIare Wassergehaltrest ausgetrieben wird, gespeist.
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Auf diese Weise wird in die Brenner 8 ein vollkommen gereinigter
Kohlenstaub
eingeblasen. Bei einer Reparatur oder einer anderen Betriebsunterbrechung des Abscheiders
4 oder eines anderen Bauteils wird automatisch die alte Verbindung zwischen der
Mühle 3 und den Brennern 8 hergestellt, so daß der Kesselbetrieb nicht eingestellt
zu werden braucht. Wenn die Störung beseitigt ist, wird das beschriebene Verfahren
wieder eingesetzt.
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