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Verbrennungsverfahren
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzbarmachung
festen, };ohlehaltigen Brennstoffes, insbesondere geringwertigen und/oder unreinen
Brennstoffes.
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Es besteht umfassende Kenntnis über die Technik von Brennstoffmischungen,
die festes kohlehaltiges Material, öl und ggf. Zusatzmittel enthalten. Vor fast
hundert Jahren wurde bereits die Mischung von öl mit pulverisierter Kohle zwecks
Schaffung eines Brennstoffes vorgeschlagen, der billiger als reines öl war, aber
viele Vorzüge des öles, z.B. leichte Hantierbarkeit, Anpassungsfähigkeit in der
Anwendung und gute Lagerungswirtschaftlichkeit, aufwies. Seitdem wurden unzählige
Versuche mit verschiedenen guten und schlechten Qualitäten festen kohlehaltigen
Materiales, z.B. Braunkohle, Abfallsprodukte von Kohleanreicherung und Kohlenteerreste
von petrochemischen nlagen,mit wechselndem Erfolg durchgeführt. Der Feuchtigkeitsgehalt
in den angewendeten Kohlen schwankte von etwa einem bis zwanzig Gewichtsprozent.
Als flüssige Komponente wurden öle verschiedener Art'in der Brennstoffmischung ausprobiert,
z.B. Mineralöl und Teeröl von verschiedenen Quellen und in verschiedenen Proportionen
von ca. 30 bis zu 708. Der Kohleanteil in dieser Mischung schwankte dabei zwischen
ca. 30 und ca. 70 Gewichtspro-ent. Alle diese früher herestlltcn und
ausprobierten
Brennstoffmischungen hatten eine schlämmenartige Konsistenz, so daß sie pumpbar.waren.
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Die bekannte Technik offenbart zusammenfassend, daß man in der Lage
war, flüssige Mischbrennstoffe auf der Basis von verschiedenen Kohle- und ölqualitäten,
ggf. mit Zusatz von Stabilisierungsmitteln, herzustellen und zu verbrennen.
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Als Grund dafür, daß solche Mischungen sich in der Praxis für Verbrennungszwecke
nicht durchgesetzt haben, wurden die große Menge verfügbaren Öles und der dadurch
bedingte niedrige blpreis genannt. In dieser Hinsicht hat sich die Situation in
jUngster Zeit bekanntlich grundlegend verändert, so daß in wachsendem Maße der Wunsch
besteht, verschiedene Arten von schlechten, festen und flüssigen Brennstoffen für
Verbrennung und andere Zwecke ausnutzen zu können. Es ist, mit anderen Worten, angesichts
des zunehmenden Mangels an hochwertigen flüssigen Brennstoffen und der infolgedessen
hohen Preise für diese immer wichtiger geworden, feste kohlehaltige Brennstoffe
auf rationelle und umweltfreundliche Weise verwerten und nutzbringend anwenden zu
können.
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Die vorliegende Erfindung hat deshalb die Aufgabe, die Technik der
Nutzbarmachung speziell geringwertiger oder unreiner fester Brennstoffe unter Ausnutzung
flüssiger Brennstoffe, vorteilhaft geringwertiger flüssiger Brennstoffe und mit
einem verhältnismäßig niedrigen Gehalt flüssiger Brennstoffe in der endgültigen
Mischung,zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung, die sich auf die Schaffung eines neuen
und vorteilhaften Verfahrens der Nutzbarmachung von Brennstoff der vorstehend genannten
Art richtet, schlägt vor, daß aus solchem Brennstoff in feinverteilter Form und
o1 eine im wesentlichen homogene, plastisch formbare, offene Masse gebildet wird,
deren Kerner ölbefeuchtet sind und ein dreidimensionales offenes Muster bilden,
bei dem die Zwischenräume zwischen den Körnern nicht mit Flüssigkeit gefüllt sind,
sondern Luft enthalten. Die Masse ist somit weder eine Paste noch eine Aufschlämmung.
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Zur Herstellung der gem. vorliegender Erfindung vorgeschlagenen, z.B.
als Strang zuführbaren Masse,ist nur eine geringe Menge öl erforderlich. Die Masse
ist außerdem leicht transportierbar und schonend für die angewendete Transportausrüstung.
Die Brennstoffmasse wird ferner auf eine vom Verbrennungsstandpunkt besonders günstige
Weise eingeführt, da eine ruhige und kontrollierbare Verbrennung leicht erzielbar
ist, und gleichzeitig den beigemischten, gefahrlosmachenden Stoffen die Möglichkeit
einer direkten Bindung gefährlicher Verbrennungsprodukte, vorzugsweise Gasen, gegeben
wird.
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Die erfindugsmäßige Masse kann vorteilhaft aus wasserhaitigem Brennstoff,
z.B. durch Flotation gewonnenem Kohlekonzentrat, hergestellt werden, wobei Emulgierungsmittel
zur Erzielung einer stabilen Materie, ohne Tendenz zu erneuter Aufteilung in flüssige
und feste Komponenten, nicht zugesetzt zu werden braucht. In den meisten Fällen
wird ein Kohlekonzentrat nach Filterung in Form eines Filterkuchens mit ca. 25 Gew.-%
Wasser erhalten. Um solches Kohlematerial in Kohlepulverbrennern anwenden zu können,
mußte früher das nach der Filterung erhaltene Konzentrat auf einen Wassergehalt
unter 1 Gew.-t getrocknet werden, was sowohl teure Apparatur als auch beträchtliche
Energie verlangt. Die Trocknung ist außerdem mit Entzündungs-und Explosionsgefahr
verbunden.
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Durch die Zugabe von Flüssigkeit zur pulverisierten Kohle beim Mahlen
werden freigewordene Partikel von Staubcharakter unmittelbar gebunden, und eine
für Kohlepulver normale Explosionsursache sowohl außerhalb als innerhalb eines Kessels
wird beseitigt.
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Die Erfindung soll auch das Einmischen anderen kohlehaltigen Materiales
als Brennstoff, z.B. Abfälle und Müll, ermöglichen, die einen Oxydationsverlauf
mit einem entsprechenden guten Resultat durchlaufen können sollen.
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In dem Ausmaß, in dem die Verbrennung weniger wünschenswerte Endprodukte
ergibt, sollen geeignete Neutralisierungsstoffe zugesetzt und eingemahlen werden
können. Der Kaloriengehalt der Masse kann mit Hilfe von Zusätzen gesteuert werden.
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Es soll möglich sein, den Feuchtigkeitsgehalt der in der Masse enthaltenen
Brennrohstoffe zu ändern, jedoch unter Einhaltung des vorgesehenen Mahlergebnisses.
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Das Verfahren soll die Möglichkeit bieten, den Wassergehalt in der
Masse in dem für Steuerung des Verbrennungsverlaufes gewünschten Umfang zu ändern.
Die Masse ist stabil und kann transporriert werden. Durch die Einmischung von Wasser'
und/ oder öl wird die normal gtfährliche und umweltschädliche Staubentwicklung auf
ein Minimum reduziert. Die Struktur der Masse ist leicht reproduzierbar.
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Ungeachtet ob die Masse gem. der Erfindung wasserhaltig ist oder nicht,
können in die Masse feste oder flüssige Mittel zur Neutralisierung von Verunreinigungen,
die mit dem Ausgangsbrennstoff und/oder dem öl mitfolgen, eingeführt werden, um
bei Verbrennung der Paste umweltfreundliche und nicht-korrosive Gase zu erhalten.
Als ein Beispiel solcher Neutralisierungsmittel kann kalkhaltiges Material-zur Bindung
bei Verbrennung der Masse. gebildeter Schwefelverbindungen genannt werden.
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Aufgrund des ruhigen Verbrennungsverlaufes bei Verbrennung der Masse
ist es möglich, und erfindungsgemäß bevorzugt, die Verbrennungsprodukte im wesentlichen
in direktem Anschluß an die Verbrennung in feste und gasförmige Komponenten zu trennen.
Diese Trennung kann vorteilhaft direkt im Anschluß an die Verbrennung durch Wirbelreinigung
erfolgen, wobei die erforderliche Wirbelbewegung vorteilhaft dadurch bewirkt werden
kann, daß wenigstens ein Teil des für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoffes
dem Verbrennungsraum im wesentlichen tangential zugeführt wird. Es können in den
Verbrennungsraum auch Umlenkschirme u.dgl. eingesetzt werden, die
zu
der Wirbelbewegung und zur Trennung der Verbrennungsprodukte, in feste und gasförmige
Komponenten Anlaß geben oder sie fördern.
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Der mittels Luftpulsen in den Verbrennungsraum eingeführte Massenstrang
hat offenen Charakter. Dieser offene Materialcharakter wie auch der pneumatische
pulsierende Luftstrom bewirken beim Eintritt der Masse in den Verbrennungsraum einen
schnellen Zersprengungseffekt. Es kann jedoch zweckmäßig sein, einen weiteren Teil
des für die Verbrennung, erforderlichen Sauerstoffes der Verbrennungszone direkt
zuzuführen.
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Die Einführrichtung bildet dabei einen Winkel mit dem Massenstrang.
Der Strang wird nach und nach aufgelöst, so daß sich kleine Brennstoffstücke ergeben,
die durch geeignete Anpassung der Sauerstoffzufuhr und Ausbildung des Verbrennungsraumes
im Verbrennungsraum schwebend gehalten werden können, bis sie verbrannt sind.
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FUr die Verbrennung können auch Luft und sauerstoffangereicherte Luft
sowie Sauerstoffgas oder andere geeignete Gase angewendet werden. Es kann zugelassen
werden, daß die Verbrennung vollständig erfolgt, wenn z.B. nur Wärmeenergie aus
der Masse gewonnen werden soll, oder unvollständig, wenn die Verbrennung zur Erzeugung
von Gas dienen soll, um teilweise oder ausschließlich Gase zu erhalten, die für
metallurgische Reduzierungsprozesse oder als Oxydationsschutz geeignet sind.
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Insbesondere bei gewünschter vollständiger Verbrennung, aber auch
zur Erleichterung der Steuerung des Verbrennungsverlaufes ist es zweckmäßig, einen
Teil des Sauerstoffes als Sekundärverbrennungsgas zuzusetzen.
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Eine im wesentlichen wasserfreie Masse gem. der Erfindung besteht
vorzugsweise aus ca. 2 - 20 Gew.-% bl und dem Rest im wesentlichen aus festem Brennstoff
und ggf. Neutralisierungsmittel, während eine wasserhaltige Masse gem. der Erfindung
vorzugsweise aus ca. 5 - 20 Gew.-t Wasser, ca. 5 - 30 Gew.-% Ö1, ca. O - 2 Gew.-t
Emulgierungsmittel und dem Rest im wesentlichen aus festem Brennstoff und ggf. Neutralisierungsmittel
besteht.
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Größere Mengen öl als die vorstehend als bevorzugt angegebenen können
zwar angewendet werden, sind normal aber nicht zu empfehlen, da einerseits dann
der offene Charakter der Masse nicht erhalten wird, und andererseits geringe 62nlengen
im Prinzip anzustreben sind. Das öl kann aus sowohl DEnn- als auch Schweröl, oder
Hischungen davon, bestehen. Bei Anwendung größerer Mengen Schweröl kann es jedoch
notwendig sein, den Brennstoff und das öl bei der Bereitung der Masse zu erwärmen,
Das öl kann ohne Nachteil unrein und/oder geringwertig sein.
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Der feste Brennstoff in der Masse soll eine PartikelgrBße von höchstens
ca. 1 mm haben, wobei partikelf8rmigen Brennstoffen mit einem k80-Wert zwischen
0,05 und 0,1 sm der Vorzug zu geben ist. Der Brennstoff kann außer Kohle andere
organische feste brennbare Materialien, wie Sägespäne, Rinde, Torf, Schiefer, MUll
usw. enthalten.
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Bei der Bereitung der Masse werden vorzugsweise der partikelförmige
Brennstoff und das eventuelle, ebenfalls partikelförmige Neutralisierungsmittel
in einer Knetmaschine oder MUhle zusammengeführt, wo sie gemischt und ggf. in gewissem
Ausmaß unter allmählichem Zusetzen des bles gemahlen werden.
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Das öl wird vorzugsweise in Form feiner Tropfen oder eines Strahles
zugesetzt, wobei eventuelle Emulgiermittel vorzugsweise zuerst in Mischung mit dem
Ö1 zugesetzt werden.
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Es dUrfte aus Vorstehendem hervorgehen, daß, die Erfindung einen wesentlichen
Fortschritt darstellt, da sie eine wirtschaftliche Ausnutzung von Brennstoffen zuläßt,
die im Oberfluß vorhanden sind und wenig kosten, aufgrund der bisherigen Schwierigkeiten
in ihrer Anwendung auf eine praktische und wirtschaftliche Weise jedoch in unserer
Energieversorgung eipe untergeordnete Rolle spielen mußten.
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Die beigefügte Zeichnung zeigt ein Schema des Verfahrens nach der
Erfindung zur Bereitung und Verbrennung einer Brennstoffmischung gem. der Erfindung.
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Eine oder mehrere der bei A, B angedeuteten Kohlesorten, Müll bei
F und Schlich bei G sollen mit Ol bei C und ggf.
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mit einem Emulgator bei D und einem oder mehreren Zusatzmitteln (Katalysatoren,
Neutralisierungsstoffen) bei E gemischt werden, um eine für Verbrennung in einem
Ofen zwecks Wärmeerzeugung bzw. SchmelzprozeB geeignete Brennstoffmischung zu erhalten.
Diese Materialien werden durch Leitungen a, b, c, d einem Mischer H und einer Mahleinrichtung
K für Bereitung des Brennstoffes zugeführt. Die Brennstoffmischung wird durch die
Leitung h zum Brenner P eines Ofens Q geleitet. Verbrennungsreste in Gasform werden
in einem Reiniger S gereinigt und bei k in die Atmosphäre abgegeben, während feste
Reste (Asche, Schlacke) in einer Vorrich.tung R behandelt werden, von der das Endmaterial
über Leitungen 1 für Abfluß bzw. Deponierung bei M bzw. für Wiederanwendung bei
N geleitet wird. Verbrennungsluft wird dem Ofen Q bei T zugeführt, und die Wärmeproduktion
des Ofens wird einem vorgesehenen Wärmeverbraucher bei n zugeführt.
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Die in der Zeichnung sehr schematisch wiedergegebene Anlage ist natürlich
nicht gedacht, das Verfahren gem. der Erfindung irgendwie zu beschränken. Die Benennung
"Leitungen" in der Beschreibung kann z.B. für jeden beliebigen anderen geeigneten
Förderer gelten. Einzelheiten über verschiedene bei einer solchen Anlage angewendete-
Materialien und Proportionen derselben sowie andere Kennzeichen und deren Aufgabe
gehen aus dem vorstehenden Teil der Beschreibung und den Ansprüchen hervor.