DE3126864C2

DE3126864C2 - Verfahren zur Früherkennung von Schwelbränden in Braunkohlenstaub enthaltenden Behältern

Info

Publication number: DE3126864C2
Application number: DE3126864A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Ing.(grad.) 5040 Kerpen Päffgen; Erhard Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. 5160 Düren Wolfrum
Original assignee: Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: Rheinbraun AG
Priority date: 1981-07-08
Filing date: 1981-07-08
Publication date: 1986-01-02
Also published as: DE3126864A1; AU557814B2; ATE16429T1; EP0069393A1; DE3267275D1; CS245771B2; CA1187718A; AU8688682A; EP0069393B1; EP0082867A1; DD207438A1; WO1983000247A1

Abstract

Zur Früherkennung von Schwelbränden in Braunkohlenstaub enthaltenden Behältern wird die Anwesenheit von Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen im bzw. am Behälter gemessen, da diese normalerweise im Braunkohlenstaub nicht oder in fast nicht mehr nachweisbar geringen Mengen vorhanden sind und erst dann auftreten, wenn ein Schwelbrand entstanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Früherkennung von Schwelbränden in Braunkohlenstaub enthaltenden Behältern mittels Messung bestimmter aus dem Braunkohlenstaub bei Schwelbränden austretender oder sich darin bildender Gase.

Aus Aufbereitungstechnik — No. 9/1980, Seiten 450 ff, sowie Zement—Kalk—Gips, Jahrgang 31 (1978). Heft

10, Seite 523 ff, ist es bekannt zur Früherkennung von Schwelbränden in Braunkohlenstaub enthaltenden

Behältern festere auf das Vorhandensein von CO zu überwachen. Die dabei erziehen Ergebnisse sind jedoch

nicht eindeutig, da CO als Abbauprodukt funktioneller Gruppen der Braunkohle auch dann auftritt, wenn die

Zündtemperatur der Braunkohle noch nicht erreicht ist

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der einleitend beschriebenen Art so zu vervollkommnen, daß das A uftreten von Schwelbränden in Braunkohlenstaub enthaltenden Behältern möglichst frühzeitig und mit Sicherheit erkannt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Anwesenfciit von Wasserstoffgas und/oder Kohlenwasserstoffgasen im bzw. am Behälter gemessen wird.

Die Lehre gemäß der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß in Braunkohlenstaub enthaltenden Behältern Wasserstoff und/oder Methan normalerweise überhaupt nicht oder nur in fast nicht mehr nachweisbar geringen Mengen auftreten. Anders verhält es sich hingegen mit CO und auch CO2, die bei Vorhandensein eines Schwelbrandes zwar in größeren Mengen entstehen, jedoch auch als Abbauprodukt dann auftreten können, wenn die Zündtemperatur der Kohle nocn nicht erreicht ist

Als besonders zweckn.äßig hat es sich erwiesen, den Gehalt an Methan (CH₄) und/oder höheren Kohlenwasserstoffgasen (C_nHjD+;) zu mes. .-n, da dies unter den üblichen betrieblichen Bedingungen einfacher ist als die Überwachung auf Wasserstoff (H2).

Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Braunkohlenstaub enthaltenden Behälter ein Detektor für Wasserstoffgas bzw. für Kohlenwasserstoffgase derart angebracht ist, daß er mit einer Sonde entweder in den Entleerungsstutzen oder in den darüber befindlichen Innenraum des Behälters eingreift

Zwar sind Verfahren und Einrichtungen zur Messung des CH₄-Gehaltes in untertägigen Räumen bekannt (DE-OS 23 31 984 sowie Drägerheft 273,1968, Seiten 5—10). Dabei handelt es sich jedoch um Überwachungsmaßnahmen zur Verhinderung von Schlagwetterexplosionen. Ferner ist aus der BE-PS 6 47 714 eine Einrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von Wasserstoffgas (H2) bekannt ohne daß jedoch eine bestimmte Einsatzmöglichkeit angegeben wäre.

Die vorerwähnte Sonde kann selbst mit einem entsprechenden Detektor oder aber mit Anschlüssen verbunden sein, die eine zur Messung erforderliche, meist geringe Gasmenge einem geeigneten Gerät beispielsweise einem Gaschromatographen oder anderen Gasanalysatoren zuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde zunächst labormäßig erprobt. Hierzu wurden in einer Staubschüttung Schwelbrände dadurch erzeugt, daß die Schüttung- aufgeheizt und Luft eingeleitet wurde. Dabei hatte das labormäßige Verfahren zum Ziel, die Zusammensetzung der durch einen Schwelbrand im Braunkohlenstaub gebildeten Gase mit einem Gas zu vergleichen, das dann gebildet wird, wenn kein Schwelbrand vorhanden ist

Bei dem Versuch wurden ca. 1200 bis 1300 g Braunkohlen-Staub aus der Produktion einer Brikettfabrik in ein von außen beheizbares Glasgefäß geschüttet, welches ein Fassungsvermögen von ca. 2$ 1 aufweist Danach wurde der Staub auf die in nachfolgender Tabelle wiedergegebenen Anfangstemperaturen erhitzt:

Versuch Anfangs- Einsatzmateriai Ergebnis Nr. temperatur

1 172 getrockneter BK-Staub

2 140 getrockneter BK-Staub \ Bildung von Schwelbränden

3 115 getrockneter BK-Staub

4 101 getrockneter BK-Staub

5 83 BK-Staub (feucht) \ keine Bildung von Schwelbränden

6 83 getrockneter BK-Staub

Die Temperatur in der SchOttung wurde mit Hilfe von Thermoelementen gemessen. Nachdem die oben angegebenen Temperaturen in der Schüttung erreicht waren, wurde vorgewärmte Luft über einen Zeitraum von ungefähr 7,5 Stunden in die BK-Staubschüttung eingeleitet. Der Luftdurchsatz betrug ca. 0,1 I/min. Die Zusammensetzung des die Versuchsapparatur verlassenden Gases wurde gaschromatographisch hinsichtlich H₂, CH₄, CO und CO₂ ermittelt

Während der Versuche 1 bis 3 bildeten sich durch Selbstoxidation, verbunden mit einem raschen Temperaturanstieg in den Staubschüttungen Schwelbrände. Im Verlauf der Versuche 4 bis 6 konnten auch nach 7,5 Stunden Luftzufuhr keine Schwelbrände beobachtet werden. Die die Schüttung verlassenden Gase wurde analysiert; bei den Versuchen 1 —3 wurde festgestellt daß H₂ und CH4 austraten und der Anteil an CO und CO₂ bei Bildung eines Schwelbrandes auf einen Maximalwert anstieg.

Hohe H^Konzentrationen wurden jedoch nur im Zusammenhang mit der Ausbildung von Schwelbränden festgestellt dagegen war bei Abwesenheit eines Schwelbrandes kein H₂ nachzuweisen (Versuche 4—6). Cin ähnliches Verhalten wie das von H₂ konnte auch für CH4 festgestellt werden. Beispielsweise stieg der H₂-Gehah des Schwelgases im Verlauf des Versuches 1 (Anfangstemperatur 172°C) nach 1 h Luftzufuhr von O auf 2,16 Vol.-%, während der CH₄-GeImIt unter den gleichen Bedingungen von O auf 0,15 Vol.-% anstieg. Wie die Versuche klar bestätigen, ist das Auftreten von höheren H₂- und CH₄-K.onzentrationen im Abgas immer mit der Ausbildung eines Schweibrandes gekoppelt Dieses schließt jedoch nicht vollkommen aus, daß Spuren dieser Gase im Gasvolumen oberhalb großer Braunkohlenmengen (Bunker) ebensowohl festgestellt werden können.

Die Ergebnisse der Versuche sind in der F i g. 1 in einem Diagramm dargestellt Die Darstellung ist nicht maßstäblich, und zwar mit Rücksicht auf die im Verhältnis geringen Werte für Wasserstoff und Methan. Das Diagramm zeigt die Anteile der einzelnen Gaskomponenten H₂, CH₄, CO und CO₂ in Volumenprozenten (VoL-%) in .Abhängigkeit von der Versuchstemperatur.

Alle Kurven zeigen einen im wesentlichen ähnlichen, glockenförmigen Verlauf mit nach ober» gerichtetem Scheitelpunkt; von einer bestimmten Versuchstemperatur ab nimmt die Konzentration des jeweiligen Gases stetig zu, um nach Durchschreiten eines Maximalwertes, welcher für jedes untersuchte Gas unterschiedlic!? ist wieder leicht abzufallen. Bei der Temperatur von 150⁰C setzte die Zündung bzw. Bildung eines Schwelbrandes ein; diese Temperatur ist durch eine vertikale, gestrichelte Linie markiert; sie wurde über ein Thermoelement ermittelt In Abhängigkeit von den bei der Entzündung vorliegenden Bedingungen, wie Größe des Behälters, Feuchtigkeitsgehalt des Braunkohlenstaubes und dgL kann die Zündtemperatur auch größer oder kleiner sein, so daß man hier von einem Temperaturbereich auszugehen hat innerhalb dessen die Zündung einsetzt

Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang in F i g. 1 zu erkennen, daß mit dem Erreichen des für die Zündung maßgeblichen Temperaturbereiches die Konzentrationen von CO bzw. CO₂ ihren Maximalwert erreicht haben bzw. kurz davor stehen, um anschließend wieder abzunehmen, während die Bildung der »Indikatorgase« H₂ bzw. CH₄ in diesem Temperaturbereich erst einsetzt und seine Maximalkonzentrationen entsprechend später erreicht Dabei konnte beobachtet werden, daß sich die Bildung und das Ansteigen der Konzentration von höherwertigen Kohlenwasserstoffen wie Äthan (C₂Ho), Propan (C3H8), Butan (C4H10), Pentan (CsHi₂) usw, solange diese Stoffe gasförmig vorlagen, zu höheren Temperaturbereichen hin verschob. Messungen in solchen Temperaturbereichen können beispielsweise dann von Interesse sein, wenn sich die äußeren Bedingungen, wie z. B. Druck, Feuchtigkeitsgehalt des Braunkohlenstaubs, Volumen des Behälters sowie die Atmosphäre im bzw. am Braunkohienstaub enthaltenden Behälter geändert haben. 4C

Währe .id die Gaskomponenten CO und CO₂ bereits bei Temperaturen unterhalb der Zündtemperatur vorliegen, treten H₂ und CH₄ erst bei Erreichen der Zündtemperatt'r auf, um verhältnismäßig schnell einen Maximalwert zu erreichen und anschließend in der Konzentration wieder abzunehmen. Der relativ stark ausgeprägte Konzentrationsanstieg der Gase H₂ und CH₄ ist daher besonders gut zur Früherkennung eines Schwelbrandes geeignet

An sich gilt zwar, daß eine Detektion desjenigen Gases am geeignetsten ist, welche die höchste Konzentration im Schwelgas aufweist. Ein Schwe-brandnachweis über die zwar in höheren Konzentrationen vorliegenden Gase CO und CO₂ ist jedoch für die Praxis problematisch, da eine Grenzkonzentration festgelegt werden muß, die, wie ausgeführt, wiederum von vielen einzelnen Einflüssen abhängt Die »Indikatorgase« H₂ und CH₄ sowie höhere Kohlenwasserstoffe hingegen sind weitgehend spezifisch zur Schwelbrandidentifizierung einsetzbar. Aufgrund der höheren Konzentration an H₂ im Schwelgas müßte sich dieses Gas eher eignen als CH₄. Wird jedoch eine Auswahl zwischen beiden »Indikator-Gasen« nach praxisgerechter Bestimmung oder Identifikation getroffen, so bleibt nur CH4 als »Ii.dikator-Gas« der Wahl übrig.

In einem weiteren Versuch wurde die bis dahin labormäßige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem mit Braunkohlenstaub gefüllten Bunker bei Voi liegen eines künstlich erzeugten Schwelbrandes erprobt. Die Anordnung ist in der F i g. 2 dargestellt

Ein Braunkohlenstaubbunker 1 verengt sich in seinem unteren Teil zu einem Trichter 2, der in ein Auiaßorgan 3 mündet Dieses Auslaßorgan 3 besteht im einzelnen aus einem Zellenrad 4 mit Antrieb 5 und einem Faltenbalg 6 zur Anpassung an unterschiedliche Abnehmer. Weiterhin weist der Staubbunker 1 in der Höhe seines Trichters 2 eine Ringleitung 7 zur Zufuhr von Preßluft auf, damit die Schüttung ^;m Inneren des Staubbunkers ggf. aufgelockert werden kann. Ein CH₄-IR-Gasanalysator (nicht gezeigt) greift mit einer Sonde 8 in den Entleerungsstützen des Behälters. Zusätzlich sind über die axiale Länge des Behälters drei gleichartige Sonden 9 in nahezu gleichem Abstand und ggf. in Umfangsrichtung verteilt angebracht, wobei die Sonden sowohl in den Bereich der Staubschüttung 10 als auch in den Gasraum 11 oberhalb der Schüttung hineinragen. Auch dies; Sonden sind mit jeweils einem CH₄-I R-Gasanalysator verbunden. Zwischen der Sonde 8 bzw. den Sonden 9 und den CHrlR-Gasanalysatoren sind Staubfilter (nicht gezeigt) zum Schutz der N'eßgeräte eingebaut.

Im Verlauf der einzelnen Versuche betrug der über die Sonden 9 ermittelte CH₄-Grundwert im Bunker 5—33 ppm der übei rt«; Sonde 8 gemessene CH4-Grundwert bei der Entleerung des Bunkers ca. 10 ppm.

Nach Erzeugeng eines Schwelbrandes stieg der über die Sonden 9 gemessene CH₄-Cehalt deutlich an. Ebenso nahm der während der Bunkerentleerung über die Sonde 8 registrierte CH₄-Wert zu.

Durch diese praxisnahen Untersuchungen wurden die zunächst labormäBigen Versuche vollständig bestätigt. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

60 &

Claims

Patentansprüche:

J. Verfahren zur Früherkennung von Schwelbränden in Braunkohlenstaub enthaltenden Behältern mittels Messung bestimmter aus dem Braunkohlenstaub bei Schwelbränden austretender oder sich darin bildender Gase, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwesenheit von Wasserstoffgas und/oder Kohlenwasserstoffgasen im bzw. am Behälter gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt von Methan (CH₄) und/oder höheren Kohlenwasserstoffgasen (CH2J1+2) gemessen wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gokennzeichnet, daß an dem Braunkohlenstaub enthaltenden Behälter ein Detektor für Wasserstoffgas bzw. für Kohlenwasserstoffgase derart angebracht ist, daß er mit einer Sonde entweder in den Entleerungsstutzen oder in den darüber befindlichen Innenraum des Behälters eingreift