DE2901723C2

DE2901723C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen eines Feststoffmaterials

Info

Publication number: DE2901723C2
Application number: DE2901723A
Authority: DE
Inventors: Owen Edward Camberwell Victoria Potter
Original assignee: MONASH UNIVERSITY CLAYTON VICTORIA AU
Current assignee: MONASH UNIVERSITY CLAYTON VICTORIA AU
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1979-01-17
Publication date: 1986-04-17
Also published as: GB2014288B; AU594315B2; PL213290A1; CA1103445A; FR2417067A1; US4295281A; DD142086A5; DE2901723A1; AU5150085A; GB2014288A; AU4296978A; AU1404683A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines Feststoffmaterials, insbesondere wasserhaltiger Braunkohle, das weniger als 95 Gew.-% eines verdampfungsfähigen Materials enthält und einem Wirbelschichttrockner zugeführt wird, in dem ein indirekt beheiztes Wirbelschichtbett gebildet wird, das das durch ein Wirbelmedium aufgewirbelte Feststoffmaterial ent-

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hält, wobei das Wirbelmedium das verdampfungsfähige Material in Dampfform ist und das getrocknete Feststoffmaterial sowie das verdampfte Material aus dem Wirbelschichttrocknen abgeführt werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Verbrennung von Kohle für die Energieerzeugung wird durch den hohen Feuchtigkeitsgehalt der Kohle nachteilig beeinflußt Dies ist insbesondere bei Braunkohle der Fall, die häufig zwei Teile Wasser pro einem Teil Trockenkohle enthält und daher bei der Verbrennung spezielle Schwierigkeiten bereitet. Die Leistungsfähigkeit von Heizkesseln läßt sich dadurch erhöhen, daß man im wesentlichen nur trockene Kohle anstelle von Rohkohle verbi ennt

Zum Trocknen der Braunkohle vor deren Verbrennung ist die Verwendung von heißen Verbrennungsgasen oder Luft bekannt, die durch Dampf oder Heißgase erhitzt wurden, wobei man das Gas über oder durch die in teilchenförmiger Gestalt vorliegende Braunkohle leitet oder bläst Dieses Trocknungsverfahren bietet jedoch keine Vorteile gegenüber der Verbrennung von Rohkohle, da der ausgetriebene Dampf sich: mit dem Gas vermischt Das Gas/Dampfgemisch wird lediglich zur Atmosphäre abgeführt, so daß sein Energiegehalt verlorengeht, da es nicht wirtschaftlich ist, die Energie zurückzugewinnen oder anderweitig auszunutzen. Außerdem ist dieses Trocknungsverfahren gefährlich.

In der US-Patentschrift 38 00 427 wird ein Verfahren zum Trocknen von Kohle beschrieben, bei dem die darf und erweist sich als nicht anwendbar, wenn es darauf ankommt, daß aus dem Feststoffmateria! verdampftes Material direkt als Speisemedium für weitere energiewirtschaftiiche Zwecke, wie z. B. im Rahmen einer Kraftwerkanlage, einzusetzen oder wenn am Ausgang des Wirbelschichttrockners ein Einkomponenten-Abgas erhalten werden soll. Außerdem kann ein nach diesen Verfahren arbeitender Trockner nicht im Rahmen eines mehrstufigen Trocknungsverfahrens, bestehend aus gleichartigen Trocknungsstufen eingesetzt werden.

In der US-Patentschrift 36 54 705 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Rohmaterial mit einem hohen Flüssigkeitsgehalt, z. B. zum Trocknen von organischen Abfällen, die 95 Prozent oder mehr Wasser enthalten, beschrieben. Hierzu ist eine Vielzahl von Leitungen in einem Wirbelbett aus Feststoffpartikeln eingetaucht Das Rohmaterial v/ird in das Wirbelbett eingeführt und ein Heizfluid durch die Leitungen geführt, um den verdampfenden, im Rohmaterial enthaltenen flüchtigen Bestandteilen Wan-·-- zuzuführen. Die festen Partikel im getrockneten P-onnateria! sowie die flüchtigen Bestandteile werden gemeinsam von einer oberen Region der Vorrichtung abgenommen. Danach werden die flüchtigen Bestandteile und die getrockneten Feststoffe voneinander getrennt Ein Teil der flüchtigen Bestandteile wird zurück zu dem Raum unterhalb des Wirbelbettes geführt, während der Rest der flüchtigen Bestandteile verdichtet, auf seine Sättigungstemperatur abgekühlt und durch die Heizleiti'ngen zurückge-

Kohlepartikel in eine Trocknungskammer eingeführt 30 führt wird. Die Verdichtung ist sehr gering und liegt in werden, wo die Kohle in einem Wirbelbett in Schwe- der Größenordnung von 2 b (29 p.s.i.a.), was zwischen bung gehalten wird. Die Trocknung erfolgt in einer

Dampfatmosphäre mit einer zu niedrigen Temperatur zur Freigabe von Sauerstoff, jedoch ist die Temperatur hoch genug, um aus den Kohlepartikeln Schwefel zu extrahieren. Die Temperatur der Atmosphäre im Wirbelbett, wo die Trocknung der Kohle stattfindet, wird durch Heizschlangen reguliert, die in direkter Berührung mit den Kohlepartikeln stehen, während diese sich im Wirbelbett in Schwebung befinden, so daß eine weitere Trocknung durch die direkte Berührung zwischen den Kohlepartikeln und den Heizschlangen erhalten wird. Das aus dem Trockner ausgeführte Gas erfährt eine Behandlung, so daß das darin befindliche Wasser den Heizleitungen und dem Wirbelbett einen sehr geringen Temperaturgradienten ergibt Ein derartig geringer Temperaturgradient ist für das Trocknen von Materialien, die weniger als 95 Prozent Wasser enthalten, nicht wirksam, d. h. der erforderliche Trocknungsbehälter müßte übermäßig groß sein. Ferner werden die festen Rohmaterialpartikel vom oberen Bereich der Vorrichtung abgenommen und nicht von dem kompakten Bett aus Partikeln.

Fes weiteren handelt es sich in der US-Patentschrift 36 54 705 bei den Wirbelbettpartike'n um Siliziumoxyd. Aluminiumoxyd, Siliziumkarbid, Kalkstein, Glaskügelchen oder keramische Partikeln. Bei der vorliegenden

kondensiert und der Schwefel aus dem Gas abgeführt 45 Erfindung werden die Partikel in einem Bett aus Partiwird. Des weiteren wird Calziumox/d- und/oder Ma- kein getrocknet, die schon getrocknet worden sind.

Material

gnesiumoxydgranulat dem Wirbelbett zusammen mit den Kohlepartikeln zugeführt, um den Schwefel aus der Atmosphäre im Wirbelbett weiter zu extrahieren, wobei die Granulatkörner z. B. ourch Rösten anschließend unter Extraktion des Schwefels behandelt werden.

Bei dem in der US-Patentschrift 38 00 427 beschriebenen Verfahren wird der Dampf in einem Wärmetauscher durch die Wärme von einem Koksofen-Ab-Klumpen werden jedoch in einem Bett aus getrocknet, das so gewählt ist, daß es eine Dichte aufweist, bei der die zu trocknenden Klumpen kein so hohes relatives Gewicht haben, daß sie zum Boden sinken, oder relativ zum Beitmaterial so leicht sind, daß sie an die Oberfläche auftreiben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Trocknungsverfahren der im Oberbegriff des Hauptan-

schreckgas erzeugt, wobei dem Wärmetauscher flüssi- 55 Spruchs angegeberen Gattung zu schaffen, das einerges Speisewasser zusammen mit Dampf von dem Erhit- seits eine gute Trocknung des Feststoffmaterials bei zer zugeführt wird. Der so erhaltene Dampf wird teilweise in einen Raum am unteren Ende des Wirbelbetts

und teilweise den Heizschlangen zugeführt. Der Dampf in den Heizschlangen liegt in überhitzter Form vor, da er bei Eintritt in die Heizschlangen eine Temperatur von bis 450⁰C hat, und als Dampf zum Einlaßrohr zurückkehrt. Dies bedeutet, daß der Dampf in den Heizschlangen nicht kondensieren wird. Infolge davon liegt ein sehr niedriger Wärmeübertragungskoeffizient zwisehen den Heizschlangen und den Kohlepartikeln im Wirbelbett vor.

Dieses Verfahren hat einen relativ hohen Energiebeniedrigem spezifischem Energieeinsatz gewährleistet und andererseits zu einer einheitlichen Atmosphäre innerhalb des Wirbelschichttrocknen führt, so daß eine vorteilhafte Weiterverwendbarkeit des verdampften Materials ermöglicht wird. Schließlich soll sich das Verfahren vorteilhaft auch in mehreren, aufeinanderfolgenden Stufen mit gleicher Verfahrensführung realisieren lassen.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Temperatur des Wirbelschichtbettes im wesentlichen unterhalb der Zersetzungstempera-

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tür des Feststoffmaterials liegt, so daß der aus dem Wirbelschichttrockner abgeführte Dampf im wesentlichen ohne Verunreinigung durch andere gasförmige Stoffe aus dem verdampfungsfähigen Material besteht, und die Erhitzung des Wirbelschichtbettes durch gesättigten Dampf des verdampfungsfähigen Materials erfolgt, der bei der Übertragung seiner Wärmeenergie auf das Wirbelschichtbett kondensiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 12 durchgeführt, wobei erfindungsgemäß der Wirbelschichttrockner und eine erste, nachgeordnete Abscheideeinrichtung in einem gemeinsamen wärmeisolierten Gehäuse angeordnet sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt das Feststoffmaterial in teilchen- oder klumpenförmiger Gestalt vor. Handelt es sich um teilchenförmiges Feststoffmate-

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I Idf, VTIIU Uaa TTIIUCIUCU VUI£Ug3WC»C UiIIlC VU13C1IGII anderer aufwirbelnder Materialien gebildet. Handelt es sich um klumpenförmiges Feststoffmaterial, so enthält das Wirbelbett ein anderes Material, das aufgewirbelt wird und in den das klumpenförmige Material eingeführt wird.

Bei der Erfindung kann die indirekte Erhitzung des Wirbelbetts durch im Bett angeordnete Heizmäntel oder Rohre erfolgen. Die Rohre können horizontal, vertikal oder in irgendeiner angemessenen Lage verlegt sein. Die indirekte Heizeinrichtung kann auf irgendeine angemessene Weise zum Beispiel elektrisch, durch heiße Gase oder durch Dampf, der vom Wirbelbett erhalten und rückgefuhrt wird, beheizt werden. Das Wirbelbett kann bei einer Temperatur betrieben werden, bei der der darin befindliche Dampf eine Überhitzung erfährt, obgleich dies von der Art des zu trocknenden Materials abhängt. Überhitzung des Dampfes beim Trocknen von Braunkohle kann ?. B. nur dann erreicht werden, wenn die Kohle ausreichend trocken ist, um weniger als den Dampfdruck von Wasser auszuüben. Die obere Temperaturgrenze wird durch die Zersetzungstemperatur des Feststoffmaterials oder durch die Eigenschaft des Heizmediums für die indirekte Erwärmung festgelegt. Das Wirbelbett kann unter Überdruck oder Unterdruck betrieben werden, doch wird ein Betrieb bei oder nahe bei Atmosphärendruck aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt

Die Erfindung wird nachfolgend unter besonderer Bezugnahme auf das Trocknen von Braunkohle in Verbindung mit einer Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie beschrieben, wo die Braunkohle das brennbare Material Jarstellt, das zur Erzeugung von Wärme verbrannt wird. Die Wärme dient zur Umwandlung von Wasser in Dampf, der die Turbinen zur Erzeugung von Elektrizität antreibt Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung allgemeine Anwendbarkeit in Fällen hat wo es erforderlich ist ein verdampfungsfähiges Material aus einem Feststoffmaterial zu entfernen.

Zum Beispiel kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen von bituminöser Kohle, Eisenerz und anderen mineralischen Erzen sowie zur Entfernung von Lösungsmitteln aus teilchenförmigen für industrielle Verfahren verwendeten katalytischen Materialien eingesetzt werden. Da das aufwirbelnde Medium das verdampfungsfähige Material, in diesem Fall das Lösungsmittel, darstellt, wird das Lösungsmittel nicht durch andere aufwirbelnde Gase verunreinigt und kann für die weitere Verwendung ohne weiteres rezyklisiert werden. Die Erfindung hat weiter Bedeutung für Prozesse, bei denen Braunkohle nicht für die Energieerzeugung, sondem ζ. B. bei der Hydrierung zur Umwandlung in flüssige Treibstoffe verwendet wird. Im letzteren Fall könnte dec aus dem Wirbelbett abgenommene Dampf rezyklisiert und als Wasserstoffquelie für den Hydrierungsprozeß verwendet Werden, da er durch Luft oder andere Gase, die die Rückführung unwirtschaftlich machen wurden, nicht verunreinigt ist.

Wie zuvor erwähnt enthält Grubenbraunkohle bis zu T kg Wasser pro '/2 kg trockenem Material. Die Transport- und Förderkosten für Rohbraunkohle sind daher auf einer verfügbaren Energiebasis hoch, so daß die normale kommerzielle Praxis darin besteht, Braunkohle verbrauchende Kraftwerksanlagen bei oder nahe bei den Kohlenlagern vorzusehen. Die Kohle wird dann im Rohzustand verbrannt, was eine Anzahl von wesentlichen Nachteilen hervorruft. Etwa 20% des Heizwertes von Braunkohle dient zur Verdampfung des in der Koh-16 6nLiia:Lcu6n TT aS5CrS. Ls'iC L-iuCrgiC gcui VcriGrCfi, wenn der Dampf unkondensiert durch das System strömt und aus dem Schornstein abgegeben wird. Damit verbunden ist eine 25%ige Erhöhung des Rauchgasvolumens, so daß die Abmessungen und Kosten für die meisten Einheiten, durch die das Rauchgas strömt, entsprechend zunehmen. Ferner setzen die großen Mengen an Wasserdampf, die in den Verbrennungsprodukten von Braunkohle enthalten sind, die Flammtemperatur beträchtlich-.herab. Dies führt zu einer Verringerung der Strahlungswärmeübertragung, so daß die Fläche von Strahlungsrohren auf das Zweifache vergrößert werden muß. Daher ist ein Heizkessel mit wesentlich größerer Abmessung und entsprechenden Kosten für die Aufnahme der zusätzlichen Rohre erforderlich. Außerdem stellt die Schwierigkeit der Brennstoffentzündung und Beibehaltung der Flammenstabilität zwei weitere ungelöste Probleme dar, die sich aus der Verwendung von Rohbraunkohle in Heizkesseln ergeben.

Gewöhnlich weist eine Kraftwerksanlage einen Heizkessel auf, in dem brennbares Material wie Braunkohle zur Erzeugung von Wärmeenergie verbrannt wird, um Wasser in Druckdampf umzuwandeln.

Der Dampf wird durch eine erste Hochdruckturbine geleitet, die elektrische Energie erzeugt, und erfährt eine teilweise Kondensation sowie Druckabnahme. Zur Ausnutzung des vollen Energiegehaltes des Dampfes wird er gewöhnlich dann durch ein oder mehrere nachfolgende Turbinen mit zunehmend geringeren Drücken geleitet wobei an jeder Stufe weitere elektrische Energie gewonnen wird, bis der Druck des Dampfes auf im wesentlichen Unterdruck abgefallen ist Nach der ersten Hochdruck-Turbinenstufe kann der Dampf erneut erhitzt werden, indem man ihn durch den Heizkessel führt, so daß er einen gewissen Teil von dessen Temperatur wieder annimmt

Bei einer mit der Erfindung ausgestatteten Kraft-Werksanlage kann ein Teil des Dampfes von dem Auslaß der Hochdruckturbine unter Druck vor der erneuten Erhitzung zu den Heizrohren im Wirbelbett geführt werden, um Wärme auf die teilchenförmige Rohbraunkohle, die das Wirbelbett bildet zu übertragen. Vorzugsweise wird der Dampf von dem Auslaß der Hochdruckturbine durch Kondensateinspritzung vor der Einführung in die Heizrohre des Wirbelbetts aus dem überhitzten Zustand abgekühlt Gewöhnlich wird der gesättigte Dampf den Trocknerrohren unter einem Druck zugeführt der zwischen Atmosphärendruck bis zu 220 b (3200 p.s.i.a.) liegt Ein höherer Druck führt zu einer größeren Temperaturdifferenz zwischen den Rohren und dem Wirbelbett Sofern das Bett bei oder nahe bei

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Atmosphärendruck betrieben wird, erfolgt vorzugsweise die Zufuhr des gesättigten Dampfes zu den Trocknerrohren unter einem Druck im Bereich 4,8 bis 20,7 b (70 — 300 p.s.i.a.). Das Verfahren gewährleistet eine große Temperaturdifferenz zwischen der Heizfläche und dem Wirbelbett, wodurch sich die erforderliche Wärmeübertragungsfläche im Wirbelbett verkleinern läßt. Das Kondensat aus den Trocknerrohren kann in den Dampferzeugungszyklus der Kraftwerksanlage zurückgeführt werden. Die Temperaturdifferenz längs der Heizrohre kann im Bereich zwischen 160° (z. B. bei einer Rohrtemperatur von 270⁰C, bei der die Braunkohle die flüchtigen Bestandteile abgibt, und einer Bettemperatur von 110⁰C) und einem unteren von den Eigenschaften des teilchenförmigen Materials abhängigen Wert liegen. Vorzugsweise beträgt die Temperaturdifferenz 25 bis 150° C und höchstvorzugsweise 40 bis 110° C. Braunkohle bis zu einem unteren Feuchtigkeitsgehalt von 40 Gewichtsprozent übt den Dampfdruck von flüssigem Wasser aus, und das Bett kann bei 105⁰C bei Atmosphärendruck gehalten werden, so daß sich der Trocknungsprozeß kontinuierlich fortsetzt. LI "lter diesem Feuchtigkeitsgehalt sind höhere Betten^peraturen von z.B. 110 bis 120⁰C bei Atmosphärendruck erforderlich.

Die indirekte Erwärmung des Wirbelbettes bewirkt ein Austreiben des Dampfes aus derRohbraunkohle bei einem relativ niedrigen Überdruck von gewöhnlich weniger als 0,69 b (10 p.s.i.g.), z. B. 0,345 b (5 p.s.i.g.) oder selbst bei Atmosphärendruck, obgleich der Dampf auch bei hohem Druck oder Unterdruckbedingungen ausgetrieben werden könnte. Vorausgesetzt die Verweilzeit der Kohle im Bett ist ausreichend lang, läßt sich die darin enthaltene Wassermenge, um z. B. 90% oder etwa 100%, sofern das Bett für das zu trocknende teilchenförmige Material ausreichend hoch überhitzt wird, auf diese Weise austreiben. Wenn die Kohle zu anfangs 66 Gewichtsprozent Wasser enthält, verringert die Entfernung von 90% Wasser den Wassergehalt auf 16%.

Der ausgetriebene Dampf wird ganz oder teilweise als aufwirbelndes Medium für das Wirbelbett verwendet, so daß keine Luft in das Wirbelbett eingeleitet wird. Die Menge an erzeugtem Dampf nimmt jedoch vom unteren Ende zum oberen Ende des Bettes zu, so daß in den unteren Regionen des Wirbelbettes keine ausreichende Dampferzeugung aus der Kohle vorliegen kann. Daher wird vorzugsweise ein gewisser Teil Trägerdampf, z. B. etwa in einem Anteil von 20% des Dampfausstoßes im Trockner, in das untere Ende des Bettes durch eine Gebläseeinrichtung, z. B. ein Gebläse, eingeführt. Der Trägerdampf kann vom Auslaß einer Niederdruckturbine abgenommen werden. In diesem Fall würde der Trägerdampf eine nur minimale Auswirkung auf den Leistungsgrad haben. Alternativ könnte das Bett mit einer sich zusammenziehenden und ausdehnenden Membran versehen werden, die pulsiert und dadurch bei der Aufwirbelung der unteren Bettbereiche unterstützend wirkt Der Trägerdampf kann auch der Produktdampf sein, dessen Druck ausreichend erhöht wird, um ihn mittels eines Gebläses durch eine Verteilungsplatte in das Wirbelbett und durch Zyklone zu drücken.

Bei Verwendung von Trägerdampf können die damit verbundenen Anforderungen an die Anlage dadurch reduziert werden, indem man dem Trockner die Gestalt von einem umgekehrten Dreieck oder irgendeine andere Formgebung verleiht, die zu einer Querschnittsverringerung von oben nach unten führt In diesem Fall ist die Querschnittsfläche am oberen Ende des Bettes größer als am unteren Ende, um das Vorsehen von Trägerdampf oder dampfartigen Trägerprodukten so klein wie möglich zu halten oder auszuschalten. Diese Konstruktion hat ferner den Vorteil, daß sie die Verwendung einer größeren Bettiefe erlaubt.

Wenn gesättigter oder nur leicht überhitzter Dampf dem Wirbelbett zugeführt wird, kann die Kondensation eventuell ein Problem darstellen. Eine solche Kondensation würde ein Zusammenballen der Feststoffe oder deren Anbacken an verschiedenen Stellen der Vorrichtung

ίο ermöglichen, was Schwierigkeiten beim Betrieb hervorruft. Diese Schwierigkeit kann gemildert werden, indem man für die in Berührung mit dem Feststoffmaterial kommenden Wände der Vorrichtung eine Zuatz-Heizeinrichtung zum Beispiel in Form von Dampf- oder Gaskanälen oder elektrischen Heizelementen vorsieht, so daß die Wände bei einer Temperatur oberhalb des Kondendationspunktes liegen. Um Wärmeverluste zu reduzieren, wird vorzugsweise auf die Oberseite der Zusatz-Heizeinrichtung eine isolation aufgegeben.

Wenn es sich bei dem aufwirbelnden Medium um ein Lösungsmittel handelt, ist das Trägermedium ebenfalls das Lösungsmittel, wobei vorzugsweise das Lösungsmittel einen Siedepunkt im Bereich von 37,8 bis 149°C hat.

Der im Trockner erzeugte Dampf ist von geringer Qualität, doch läßt sich seine latente Wärme an verschiedenen Stellen der Kraftwerksanlage verwenden. Zum Beispiel kann ein vom Heizkessel gespeister Vorerhitzer, der bei herkömmlichen Anlagen von derTurbine abgezapften Dampf verwendet, durch einen Vorerhitzer ersetzt werden, dem der Dampf vom Trockner zugeführt wird. Ferner kann der gesamte Trocknerdampf oder ein Teil desselben zu einem Dampfgenerator geleitet werden, wo Reindampf erzeugt wird, der dann einer Niederdruckturbine zur Erzeugung weiterer elektrischer Energie zugeführt wird. Alternativ könnte der Trocknerdam^f für eine Luftvorwärmun° verwendet werden. Vorzugsweise wird der Schmutzdampf durch ein Zyklonensystem geleitet, um den größten Teil von eingeschlossenen Partikeln zu entfernen, die vorzugsweise dem Wirbelbett zurückgeführt werden.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens bei einer Kraftwerksanlage verringert den Brennstoffbedarf zur Erzeugung von jeder Einheit Energie und ermöglicht die Verwendung von Heizkesseln mit beträchtlich verringerter Größe.

Der in den Dampfgeneratoren kondensierte Trocknerdampf kann zur Entfernung von kleinsten Kohlepartikeln gefiltert werden, so daß ein Reinwasserprodukt zurückbleibt, das nur noch Kohlepartikel, die den Filter passiert haben, verunreinigt ist. Dieses Wasserprodukt eignet sich für weitere Verwendungen, z. B. als Zusatz zu lokalen Fließströmungen, für häusliche Zwecke, für die städtische Wasserversorgung oder als Speisewasser für Heizkessel. Die ausgefilterten feinen Kohlepartikel werden zum Trockner zurückgeführt, sofern sie in einer nennenswert großen Menge anfallen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Rohbraunkohle gewöhnlich vor dem Trocknen in der Größe auf eine Abmessung von 2 cm oder weniger verringert. Vorzugsweise beträgt die Größenverringerung der Braunkohle 40 μπι bis 1000 μπι. Auf 50 μΐη oder weniger verkleinerte Braunkohle enthält unausweichlich gewisse Anteile an Feinstoffen. Das Vorliegen von solchen Feinstoffen kann die Fließfähigkeit des Wirbelbettes verbessern, doch ist damit das Problem verbunden, daß die Feinstoffe durch die erforderlichen Einfangeinrichtungen, wie die Zyklone, hindurch treten können. Des

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ίο

v/eiteren kann die Verteilung der Teilchengröße zu einer gewissen Entmischung führen, indem sich die größeren Partikel am Boden des Bettes vor einer ausreichenden Erwärmung absetzen. Daher wird man bei manchen Kohlearten die Größenverringerung so vornehmen, daß die Abmessung der größten Partikel auf 250 bis 300 μίτι erfolgt. Vorzugsweise liegt nicht mehr als 20% der zugeführten Rohkohle in Form von Partikeln mit einer Größe unterhalb 40 μΐη vor.

Wie zuvor erwähnt ist das erfin.dungsgemäße Verfahren auch auf das Trocknen von klumpenförmigem Material anwendbar, dessen Größe im Bereich von beispielsweise 0,3 bis 10 cm, z. B. 2 cm liegt.

In diesem Fall wird das zu trocknende Material in einem dichteren Material in Wirbelung gebracht. Zum Beispiel kann Braunkohle in Quarzsand unter solchen Bedingungen fluidisiert werden, daß das zu trocknende Material frei schwebend sich in dem aufgewirbelten Material bewegen kann. Die Dichte des Wirbeimateriais hängt in gewissem Umfang von der Dichte des klumpenförmigen Materials ab. Darauf hinzuweisen ist, daß zwischen der Größe von teilchen- und klumpenförmigem Material eine Überlappung besteht. Im Größenbereich von 0,3 bis 2 cm kann das Feststoffmaterial als teilchenförmiges oder als klumpenförmiges Material getrocknet werden.

Die Dichte des aufgewirbelten Materials ist geringer als die Dichte des gleichen Materials vor der Aufwirbelung. Zum Beispiel kann die Dichte des Wirbelbetts nur etwa die Hälfte der Dichte des Materials ausmachen, das aufgewirbelt wird. In diesem Fall muß das Material, das aufgewirbelt wird, eine Dichte von dem 1,25- bis 2,75fachen der Dichte des klumpenförmigen Materials haben.

Beim Trockner werden vorzugsweise die Heizrohre in Form von einer Vielzahl von vertikalen Reihen angeordnet. Die P.eihen stehen, in einem für die Größe der zu trocknenden Klumpen geeigneten Abstand voneinander, so daß die Klumpen zwischen den Reihen hindurchgelangen können und sich dennoch ausreichend nahe bei den Rohren befinden, daß ein Trocknen stattfindet.

Die Mischung aus zu trocknendem klumpenförmigem Material und aufgewirbeltem Material kann in Längsrichtung der Rohre von einem zum anderen Ende strömen. Das klumpenförmige Material wird bei seiner Bewegung längs der Rohre zunehmend weiter getrocknet. In diesem Fall stellt sich eine Pfropfenströmung aus zu trocknendem Material ein und werden die getrockneten Klumpen als auch das aufgewirbelte Material zusammen an einer Stelle der Vorrichtung herausgenommen.

Alternativ hierzu kann das klumpenförmige Material kontinuierlich und relativ gleichförmig über das gesamte Wirbelbett zugeführt werden. In diesem Fall ist die Strömung im wesentlichen gut durchmischt und können getrocknete Klumpen und das Wirbelbett bildende Material an einer Vielzahl von Stellen abgeführt werden. Das Bett kann in Form eines Zylinders ausgebildet sein, wobei hier die Heizrohre Heizschlangen darstellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich an das Mehrstufentrocknen und/oder die mechanische Dampfrekompression anpassen wie sie im Detail in der deutschen Patentanmeldung P 29 01 721.8-16 mit dem Titel »Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen eines ein verdampfungsfähiges Materia! enthaltenden Feststoffmaterials« beschrieben sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

In F i g. 1 eine Seitenansicht einer Versuchs-Trockneranlage mit einem Wirbelschichttrockner schematisch im Teilschnitt,

Fig.2 ein Flußdiagramm einer mit einem Wirbclschichttrocknergemäß Fig. 1 ausgerüsteten Energieerzeugungsanlage,

Fig.3 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Wirbelschichttrockners zum Trocknen von klumpenförmiger Kohle und

ίο Fig.4 ein schematisches Ersatzschaubild eines Wirbelschichttrockners nach F i g. 3 mit Anschlußeinrichtungen.

In Fig. 1 ist eine Wirbelschichttrockner-Anlage 10 mit einem Gehäuse 12 des Wirbelschichttrockners gezeigt, das eine Einlaßeinrichtung 14 für teilchenförmige Braunkohle aufweist. Die Kohle wird durch die Einlaßeinrichtung 14 mittels eines Schneckenförderers 16 bewegt. Die Kohle wird von einem Trichter 17 abgegeben und ^UiIi Sunileukenföi dci'cr IG unücis cificS Schfickkenförderers 18 am unteren Ende des Trichters 17 und eines Rotationsförderers 19 am oberen Ende von einem vertikalen Rohr 20 geführt, das sich vom Trichter 17 zum Schneckenförderer 16 erstreckt.

Beim Einsatz wird die Kohle kontinuierlich vom Gehäuse 12 mit einer der Zuführgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit mittels eines Förderers 22 am Boden des Wirbelschichtbettes abgenommen.

Das Gehäuse 12 enthält nahe seines unteren Endes eine Vielzahl von horizontalen, parallelen und in Abstand voneinander befindlichen Rohren 24, die in der Versuchs-Trockneranlage 10 elektrisch erwärmt werden, jedoch in der Praxis, wie zuvor erwähnt, die Wärme von Dampf oder Heißgas erhalten. Die Rohre haben einen Durchmesser von 25,4 mm, bei einer Dreiecksteilung von 50,8 mm, doch können auch andere Durchmesser und geeignete Teilungen verwendet werden; z. B. eignen sich Rohre mit einem Durchmesser von 50,8 mm bei einer Teilung von 152,4 mm insbesondere dann, wenn Trägerdampf vorgesehen wird.

Der gesättigte Dampf wird durch einen Überhitzer 26 in das untere Ende des Gehäuses 12 und dann d, .rch eine Zuführungsvorrichtung 28 geführt.

Der im Gehäuse 12 erzeugte Schmutzdampf gelangt zu einem Zyklon 30, in dem der größte Teil der darin enthaltenen teilchenförmigen Materie abgeschieden und über ein Rohr 32 und eine Rückführförderschnecke 34 erneut dem Wirbelschichtbett zugeführt wird. Der aus dem Zyklon 30 austretende Dampf wird einem weiteren Zyklon 36 zugeleitet, in dem eine Abscheidung des restlichen teilchenförmigen Materials erfolgt, wobei dieses Material über ein Rohr 40 in einer Sammeleinrichtung 38 abgelagert wird. Der von dem weiteren Zyklon 36 austretende Dampf wird in einem Kondensator 42 kondensiert Die Zeichnung gibt den Betrieb einer Versuchs-Trockneranlage 10 wieder, die die Durchführbarkeit des Trocknungsverfahrens mittels Wirbelschichtbettbildung unter Verwendung einer indirekten Beheizung und Dampf als aufwirbelndes Medium demonstriert Dieses Ziel wird durch die dargestellte AnIage erreicht, wobei jedoch keine Maßnahmen getroffen wurden, um den Dampf in der eingangs erwähnten Weise wieder zu verwenden. Es versteht sich jedoch, daß anstelle der bloßen Kondensierung im Kondensator 42 der Dampf auch für eine weitere Energieerzeugung zur mechanischen Dampfrekornpression oder für ein Mehrstufentrocknen verwendet werden könnte.

Die erhitzten Abschnitte der in F i g. 1 gezeigten Versuchs-Trockneranlage 10 sind in einem wärmeisolieren-

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den Gehäuse 44 eingeschlossen, obgleich in der Praxis jedes Bauteil einzeln mit einer Wärmeummantelung und möglicherweise mit einer Dampfzusatzheizung innerhalb der Ummantelung versehen ist, um eine an den Innenflächen des Trocknungskessels und der Bauteile auftretende Kondensation zu verhindern.

Beim Einsatz wird die teilchenförmige feuchte Braunkohle vom Trichter 17 mittels des Schneckenförderers 18, und Rotationsförderers 19 über das Rohr 20 zum Schneckenförderer 16 bewegt. Der Schneckenförderer 16 führt die feuchte Kohle in das Gehäuse 12 kontinuierlich ein. Gleichzeitig werden die Rohre 24 elektrisch erwärmt, oder sie erhalten die Wärme, wie zuvor erwähnt, ebensogut von Dampf oder heißen Gasen. Die Wärmeübertragung von den Rohren 24 auf die feuchte Kohle bewirkt ein Austreiben von Dampf aus der feuchten Kohle, der die Partikel unter Bildung eines WirbelbeUs aufwirbelt. Um die Wirbelbildung insbesondere in den unteren Bereichen des Bettes zu begünstigen, wird, wie zuvor erwähnt, eine gewisse Menge überhitzter Trägerdampf durch die Zuführungsvorrichtung 28 eingeleitet.

Der von dem Wirbelschichtbett abgegebene Dampf steigt zum oberen Ende des Gehäuses 12 und wird von dort zum Zyklon 30, wie vor erwähnt, geführt.

Gleichzeitig wird die getrocknete Kohle durch den Förderer 22 vom unteren Ende oder Boden des Wirbelschichtbettes abgeführt. Die Verweilzeit der Kohle ist so ausgelegt, daß unter den angegebenen Bedingungen Öine gewünschte Feuchtigkeitsmenge von z. B. 90% des Gesamtwassergehaltes der Kohle entzogen wird. Eine typische Verweilzeit liegt in der Größenordnung von 50 Minuten.

In dem Flußdiagramm nach Fig. 2 wird der Dampf zunächst durch Verbrennung von Kohle in einem Heizkessel 70 erzeugt. Der Dampf gelangt durch eine Hochdruckturbine 72, in der elektrische Energie erzeugt wird, und der Dampf einen gewissen Teil seiner Energie verliert. Der aus der Hochdruckturbine austretende Dampf hat jedoch noch ausreichende Energie, um eine Zwischendruckturbine 74 anzutreiben. Vorzugsweise wird der aus der Hochdruckturbine austretende Dampf, der für gewisse Zwecke, wie zur Speisewassererwärmung, nicht verwendet wird, zu dem Überhitzungsabschnitt des Heizkessels 70 zurückgeführt, um dort überhitzt zu werden.

Der von einer gewissen Stelle an der Zwischendruckturbine 74 abgenommene gesättigte Dampf dient als Trocknungsmedium in einem erfindungsgemäßen Wirbelschichttrockner 76. Dieser Dampf hat die Aufgabe, Wärme auf die Kohle im Wirbelschichttrockner 76 bei seinem Durchgang durch die Rohre zu übertragen, wobei er in den Rohren eine Kondensation erfährt. Ferner wird der von einer gewissen Stelle an der Zwischendruckturbine 74 mit einem Druck von etwa 034 b (5 p.s.i.a.) über dem Druck im Trockner 76 abgenommene Dampf als Trägerdampf verwendet und durch einen Verteiler in den Wirbelschichttrockner 76 geführt

Der Schmutzdampf vom Wirbelschichttrockner 76 gelangt zu einem Dampfgenerator 78, in dem Niederdruck-Reindampf erzeugt wird. Dieser Reindampf kann zu einer Niederdruckturbine 80 zum Zwecke der weiteren Energieerzeugung geleitet werden und strömt von dort über einen Kondensator 82 zurück zum Dampfgenerator 78, wo er erneut in reinen Dampf umgewandelt wird.

Alternativ wird der Schmutzdampf einem Speisewassererhitzer 84 zugeführt, um erwärmtes frisches reines Speisewasser zu erhalten. Das Speisewasser vom Speisewassererhitzer 84 kann zu einem weiteren Speisewassererhitzer 86 geleitet werden, um für den Heizkessel 70 erhitztes Speisewasser zu erzeugen. Das verschmutzte Kondensat vom Dampfgenerator 78 kann in z. B. fiinem Zyklon und/oder Filter zur Bereitstellung von Reinwasser gereinigt werden.

Ferner kann das Kondensat von den Trocknerrohren zum Speisewassererhitzer 86 geleitet werden, um vor der Einführung in den Heizkessel 70 eine erneute Erwärmung zu erfahren.

Die getrocknete Kohle vom Trockner 76 wird zum Heizkessel 70 geführt, wo, wie zuvor erwähnt, aus der Trocknung die erheblichen Vorteile erhalten werden.

Die Verwendung der Erfindung in einem elektrischen Energieerzeugungssystem wird im Detail in der deutschen Patentanmeldung P 29 01 722.9, mit dem Titel »Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie« beschrieben.

In Fig.3 und 4 der Zeichnung ist schematisch ein Wirbelschichttrockner 100 mit einer Fördereinrichtung 102 für klumpenförmige Kohle gezeigt. Der Wirbelschichttrockner 100 umfaßt eine Vielzahl von vertikalen Reihen aus parallelen Heizrohren 104, die sich von einem Ende des Wirbelschichttrockners 100 zum anderen erstrecken. Die Rohre 104 liegen in einem Abstand von 101,6 mm und tragen damit Klumpen einer Größe von etwa 50,8 mm Rechnung.

Der Wirbelschichttrockner 100 ist ferner mit einer Dampfeinlaßrichtung 106 zu den Heizrohren, einer Einrichtung 108 zur Abnahme der getrockneten klumpenförmigen Kohle und einer Sandrückführeinrichtung 110 versehen.

Wie am besten in Fig.4 gezeigt weist der Wirbelschichttrockner 100 außerdem eine Zuführungsvorrichtung 112 für Trägerdampf auf. Der in Fig.4 gezeigte Wirbeischichttrockner 100 besitzt ferner einen Abscheider 114 für Kohle und Sand. Der Abscheider ! 14 weist eine Auslaßeinrichtung Π5 für die getrocknete Kohle auf und steht über eine Leitung 118 mit der Sandrückführeinrichtung 110 in Verbindung. Die Zuführeinrichtung 102 für die klumpenförmige Kohle ist an einem Trichter 120 angeschlossen.

Ferner ist der Wirbelschichttrockner 100 über eine Leitung 124 mit einem Zyklon 122 verbunden, wobei die Leitung 124 so angeordnet ist, daß sie den Schmutzdampf aus dem Wirbelschichtbett abführt. In dem Schmutzdampf vorhandene Feststoffe werden im Zyklon 122 abgeschieden und über eine Leitung 126 zu dem Wirbelschichttrockner 100 zurückgeführt Der Dampf aus dem Zyklon 122 gelangt durch eine Leitung 128 zu anderen Verwendungszwecken.

Beim Einsatz wird die klumpenförmige Kohle vom Trichter 120 durch die Fördereinrichtung 102 in das aufgewirbelten Sand enthaltende Wirbelschichtbett gebracht. Sand und Kohle bewegen sich durch das Wirbelschichtbett zwischen den Rohrreihen 104. Gleichzeitig wird gesättigter Dampf in die Rohre von der Einlaßeinrichtung 106 zugeführt Der gesättigte Dampf kondensiert in den Rohren und überträgt seine latente Wärme auf das Wirbelschichtbett, um auf diese Weise Feuchtigkeit von der Kohle zu entfernen. Ferner wird ein gewisser Dampfteil vorzugsweise im überhitzten Zustand durch die Trägerdampf-Zuführungsvorrichtung 112 geleitet, um sicherzustellen, daß die unteren Bereiche des Wirbelschichtbettes aufgewirbelt werden.

Der Schmutzdampf wird über die Leitung 124 abgeführt und, wie zuvor erwähnt, im Zyklon 122 behandelt.

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Sand und Kohle werden durch die Entfernungseinrichtung 108 abgeführt und zum Abscheider 114 geleitet Beim Abscheider 114 kann es sich um ein Sieb oder eine Auswaschvorrichtung oder um irgendeine andere geeignete Einrichtung zur Trennung von klumpenförmi- 5 ger Kohle und Sand handeln. Sofern das getrocknete Material eine bröcklige Konsistenz hat, kann es erwünscht sein, hinter oder am Ende des Trockners ein ruhendes Wirbelschichtbett einzuführen, in dem die leichteren Kohlenpartikel zur Oberfläche aufschwim- io men und entfernt werden, so daß ein faktisch kohlenfreier Sand zur Rückführung als aufwirbelndes Material übrig bleibt

Die Kohle wird vom Abscheider 114 durch eine Auslaßeinrichtung 116 abgeführt, während der Sand durch is die Leitung 118 zur Sandrückführeinrichtung 110 strömt, von wo er erneut in das Wirbelschichtbett hineingelangt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 20

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Claims

29 Ol Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trocknen eines Feststoffmaterials, insbesondere wasserhaltiger Braunkohle, das weniger als 95 Gew.-°/o eines verdampfungsfähigen Materials enthält und einem Wirbelschichttrockner zugeführt wird, in dem ein indirekt beheiztes Wirbelschichtbett gebildet wird, das das durch ein Wirbelmedium aufgewirbelte Feststoffmaterial enthält, wobei das Wirbelmedium das verdampfungsfähige Material in Dampfform ist und das getrocknete Feststoffmaterial sowie das verdampfte Material aus dem Wirbelschichttrockner abgeführt werden, d a durch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wirbelschichtbettes im wesentlichen unterhalb der Zersetzungstemperatur des Feststoffmaterials liegt, so daß der aus dem Wirbelschichttrockner abgeführte Dampf im wesentlichen ohne Verunreinigung durch andere gasförmige Stoffe aus dem verdampfungsfähigen Material besteht, und die Erhitzung des Wirbelschichtbettes durch gesättigten Dampf des verdampfungsfähigen Materials erfolgt, der bei der Übertragung seiner Wärmeenergie auf das Wirbelschichtbett kondensiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem für die Erhitzung des Wirbelschichtbettes verwendeten gesättigten Dampf und dem Wirbelschichtbett 40° C bis 110° C beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur indh ekten Lrhitzung verwendete gesättigte Dampf untv_r einem Druck im Bereich von etwa 4,8 bis 20,7 b (70 bis i ιϋ p.s.i.a.) steht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Wirbelschichtbett etwa dem Atmosphärendruck entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial teilchenförmig vorliegt und selbst das Wirbelschichtbett bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelmedium bei der Trocknung des Feststoffmaterials entsteht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial in Klumpenform vorliegt und das Wirbelschichtbett ein teilchenförmiges, aufwirbelbares Material mit einer Dichte enthält, die 1,25 bis 2,75mal größer als die Dichte des Feststoffmaterials ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß dem Wirbelschichttrockner das Wirbelmedium von außen zugeführt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das getrocknete Feststoffmaterial in Verbindung mit einem Teil des teilchenförmigen, aufwirbelbaren Materials entfernt wird, daß Feststoffmaterial und das aufwirbelbare Material voneinander getrennt werden und das abgeschiedene, aufwirbelbare Material zum Wirbelschichtbett zurückgeführt wird. 6ö

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial weniger als 75 Gew.-% des verdampfungsfähigen Materials enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Wirbelschichttrockncr abgeführte Dampf als Energieträger für weitere Heiz-, Trocknungs- oder Energieumwandlungszwecke ein

gesetzt wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Wirbelschichttrockner und einer Zuführungsvorrichtung für das FeststoffmateriaJ zu dem Wirbelschichttrockner, innerhalb des Wirbelschichttrockners angeordneten Heizkörpern zur indirekten Beheizung eines in dem Wirbelschichttrockner gebildeten Wirbelschichtbette,, einer Abführungsverrichtung für das getrocknete Feststoffmaterial im unteren Bereich des Wirbelschichttrockners und einer Öffnung im oberen Bereich des Wirbelschichttrockners zur Abführung des verdampfungsfähigen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Wirbelschichttrockner und eine erste, nachgeordnete Abscheideeinrichtung in einem gemeinsamen, wärmeisolierten Gehäuse (44) angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Wirbelschichttrockner eine wärmeisolierende Ummantelung aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Ummantelung weitere, vorzugsweise mit Dampf beheizbare Heizelemente vorgesehen sind.

15. Vorrichtung ε :ch Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichttrockner zumindest im Bereich des Wirbelschichtbettes eine sich nach oben erweiternde, kegelige Gestalt besitzt, so daß der obere Querschnitt des Wirbelschichtbettes größer ist als der untere Querschnitt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichttrockner in seinem unteren Bereich eine pulsierende Membran aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichttrockner im unteren Bereich mit einer Zuführungs^orrichtung (28, 112) für überhitzten Dampf des verdampfungsfähigen Materials verbunden ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des verdampften Materials als Wirbelmedium in den unteren Bereich des Wirbelschichttrockners eingeführt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkörper horizontal orientierte parallele Rohre (24, 104) sind, die in einer Mehrzahl vertikaler Reihen angeordnet und untereinander verbunden sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit der öffnung ein erster Zyklon (30) und mit diesem ein zweiter Zyklon (36) strömungsverbunden ist, wobei der erste Zyklon (36) mit einer Rückführfördereinrichtung (34) im Bereich des Wirbelschichtbettes zusammenarbeitet und der zweite Zyklon (36) mit einem Feststoffmaterial-Sammelbehälter (38) verbunden ist.