DE3247228C2

DE3247228C2 - Verfahren zur Rückgewinnung von unverbrannter Kohle aus Kohlenasche

Info

Publication number: DE3247228C2
Application number: DE3247228A
Authority: DE
Inventors: Hayami Himeji Hyogo Itoh; Chiaki Kobe Hyogo Nagai
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1981-12-22
Filing date: 1982-12-21
Publication date: 1986-02-06
Also published as: JPS58109127A; JPH0249772B2; US4657561A; GB2112809A; GB2112809B; DE3247228A1

Abstract

Verfahren zur Rückgewinnung von Brennmaterial aus Kohlenasche, die unverbrannte Kohle in Feststofform aufweist, welche aus einer Kohlenstaubfeuerungsanlage, einem Wirbelschichtofen oder einem Kohlenvergasungsofen zusammen mit Abgasen abgeschieden wird und einer Staubsammeleinrichtung. In diesem Verfahren werden Wasser und ein Bindemittel und - wenn notwendig - ein oberflächenaktives Mittel der durch die Staubsammeleinrichtung gesammelten Asche zugegeben und die Mischung wird umgerührt, um grobe Partikel von hohem Kohlegehalt zu bilden. Anschließend werden die feinen Partikel mit hohem Aschegehalt von den groben Partikeln getrennt und die von den feinen Partikeln getrennten groben Partikel werden entwässert, während der Ascherückstand in der Farbe weiß wird und die Asche zur Wiederverwendung geführt wird.

Description

a) Zugeben von Wasser, einem Bindemittelöl und einem oberflächenaktiven organischen Mittel zur Asche und Umrühren der Mischung unter Bildung von Agglomeraten von hohem Kohlegehalt,

b) Trennen der feinen Partikel /on hohem Aschegehalt von den Agglomeraten,

c) Entwässern der Agglomerate.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zugegebenen oberflächenaktiven Mittels zur Asche in dem Bereich zwischen 0,01 und 5,0%, vorzugsweise in dem Bereich zwischen 0,05 und 2,0% (Gewichtsprozent) bezogen auf die Menge der unverbrannten Kohle in der Asche liegt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die ein anionisches, kationisches, ein nichtionisches und ein amphoteres oberflächenaktives Mittel beinhaltet, die entweder einzeln oder in Kombination und in Abhängigkeit von der Art der Kohlenasche verwendet werden, welche aus einer Kohlenfeuerungsaniage oder einer Kohlenvergasungsanlage ausgeschieden werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von unverbrannter Kohle aus Kohlenasche, welche aus einem Kohlenstaubfeuerungsofen, einem Wirbelschichtofen oder einem Kohlenvergasungsofen zusammen mit Abgasen ausgetragen und in einer Staubsammeleinrichtung gesammelt wird.

Unverbrannte Kohle in Feststofform liegt in verschiedenen Aschenarten vor, z. B. Verbrennungsasche, die aus einem Kohlenstaubbrenner stammt, in dem ausschließlich Kohle, zusammen mit Schweröl oder in der Form einer Kohle/Ölmischung (COM) verbrannt wird, Verbrennungsasche, die aus einem Wirbelschichtofen entweicht, bei dem ein Brennmaterial ähnlich dem o. a. verwendet wird und Asche, die aus einem Kohlenvergasungsofen stammt (nachfolgend als Kohlenasche bezeichnet, die durch ein Staubsammelsystem gesammelt ist oder einfach als Kohlenasche).

Im allgemeinen zeigt die K-ohlenasche in einem Kohlenstaubbrenner einer Kohlenfeuerungsanlage eine Neigung, in der Farbe dunkel zu werden, und zwar aufgrund der Gegenwart von darin enthaltener nichtverbrannter Kohle, wenn Kohle mit einem hohen Heizwert (feste Kohle/flüchtige Bestandteile) verbrannt wird oder wenn eine niedere NOx Verbrennung, wie z. B. eine Zweistufenverbrennung oder eine Mischung oder Abgase, durchgeführt wird. Bei der allgemeinen Aschebehandlung wurden grobe Partikel ausgeschieden und feine Partikel als Flugasche und Zement z. B. durch Formen einer Mischung mit Zement, verkauft Wenn die Asche jedoch dunkel in der Farbe ist, ist sie nicht als Zementmaterial geeignet und die gesamte Asche müßte als Verlust ausgeschieden werden. Das Dunkeln der Kohlenasche wird durch nichtverbrannte Kohle verursacht, die in der Kohlenasche enthalten ist Wenn eine große Menge dunkler Asche ausgeschieden wird, ist dies vom Standpunkt eines wirtschaftlichen Brennmateriales ein schwerer Verlust Darüber hinaus ist es in dem Falle, daß Kohlefeuerungsanlagen in der Nähe eines Sees oder Meeres angeordnet sind, weil Kohle aus dem Ausland importiert werden muß, notwendigerweise erforderlich, daß das Abscheiden von dunkler Asche keine Umweltverschmutzung der Luft und der See erzeugt Es wurde nun ein Untersuchungsprogramm zum Verbrennen von Kohle bei hohen Temperaturen durchgeführt, damit Kohleasche auch dann verwendet werden kann, wenn sie in der Farbe dunkel hergestellt ist Im Falle einer Kohlenstaubverbrennung jedoch beläuft sich der nichtverbrannte Anteil der Kohlenasche nur auf 5% bis 20% der Gesamtmenge und die Produktion von dunkler Asche zeigt heftige Schwankungen mit der Zeit was es schwierig macht, eine Kohleverbrennungseinrichtung in ein System einzugliedern, welches die Verwendung von Abwärme ermöglicht, weil die Ausführung eines derartigen Systemes mit dem Problem einer niederen Wirksamkeit behaftet ist

In einem Wirbelschichtofen ist jedoch im Gegensatz zu einem Kohlenstaubverbrennungsofen der nichtverbrannte Anteil der hergestellten Kohlenasche hoch, und zwar z. B. in einem Bereich zwischen 10% und 50%. Um dieses Problem zu bewältigen, wurden Vorschläge dahingehend gemacht, ein Kohlen-Abbrandelement (CBS) zu verwenden. Es wurden jedoch keine zufriedenstellenden Ergebnisse mit dieser Lösung erreicht und diejenigen, die sich mit diesem technischen Gebiet beschäftigen, haben Schwierigkeiten, dieses Problem zu lösen. Außerdem ist die Asche bei der Verbrennung der Kohle, die bei einer Kohlevergasungseinrichtung anfällt, im Verhältnis zu dem nicht verbrannten Anteil hoch, weshalb es wünschenswert ist, eine zufriedenstellende Lösung zu finden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art aus der Asche brennbares Material zurückzugewinnen, wobei keine besondere Umweltbelastung auftreten soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst

Aus der DE-AS 26 47 554 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Kohle bei gleichzeitiger Entfernung von Verunreinigungen bekannt. Dabei werden Steinkohlenschlämme unter Anwendung einer selektiven Agglomeration durch Umbenetzen mittels flüssigen Kohlenwasserstoffe behandelt. Dabei handelt es sich jedoch um ein anderes Gebiet und um eine andere Aufgabe.

Aus der DE-OS 29 51 170 ist der Zusatz von Konditionierungsmittel bekannt, das auf Pyrit reagiert, um das Mineral von Kohlepartikeln zu entfernen. Es dient jedoch nicht der Unterstützung der Agglomeration von Kohleteilchen, sondern der Benetzung (Hydrophilierung) des Pyrits, um dieses mit der wäßrigen Phase abscheiden zu können. Wenn auch theoretisch in dieser Druckschrift die Möglichkeit offen gelassen worden ist, daß sich auch andere als die ausschließlich genannten anorganischen Verbindungen zur Pyritabscheidung eignen könnten, so ist jedoch dieser Entgegenhaltung kei-

nerlei Hinweis darauf zu entnehmen, organische oberflächenaktive Mittel zur Unterstützung der Kohleagglomerierung zu verwenden.

Der erfindungsgemäüe Granulationsprozeß zur Rückgewinnung von unverbrannter Kohle aus Kohlenasche läuft mit den folgenden Stufen ab.

Zuerst wird das Bindemittel, wie z. B. Schweröl, welches der Kohlenasche/Wasseraufschwemmung zugegeben wird, und das oberflächenaktive Mittel dispergit rt, damit das Schweröl sich an die Oberfläche der unverbrannten Kohlepartikel anheftet, um einen Ölfilm zu bilden. Anschließend werden die unverbrannten Kohlepartikel in Kontakt miteinander gebracht und backen zusammen, so daß die Partikel durch Kohäsion mit dem öl, das als Bindemittel wirkt, zu großen Einheiten vereinigt werden, die weiter wachsen werden und grobe Partikel bilden. Abschließend werden die Agglomerate entwässert

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 eine Diagrammdarstellung des Brennverlustes der groben Partikel im Verhältnis zur C Schwerölzugabe, wenn der Granulationsprozeß durch Zugabe von Wasser und C Schweröl zur Kohlenasche ausgeführt wird und die Mischung in grobe Partikel gemischt wird,

Fig.2 einen Ablaufplan eines Apparatebeispieles, der zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in der Praxis geeignet ist, und

F i g. 3 einen Ablaufplan eines anderen Apparatebcispieles, der zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in der Praxis geeignet ist

F i g. 1 zeigt die Ergebnisse von ausgeführten Versuchen. Sie zeigt insbesondere den Brennverlust von groben Partikeln im Verhältnis zur Menge der Zugabe von C Schweröl (der Anteil des C Schweröles zu dem unverbrannten Anteil von Kohlenasche in Gewicht), welcher erhalten wurde, wenn Kohlenasche mit einem Brennverlust von 21,7% als Rohmaterial verwendet wurde und Wasser und Schweröl zugegeben wurden, um eine Granulation durch Umrühren der Mischung zu erhalten. Nach Einstellung der Granulation wurde ein Sieb mit 88 μΐη Raster verwendet, um eine Klassierung der Partikel auszuführen und grobe Partikel von einem höhen unverbrannten Anteil von feinen Partikeln von niederem unverbrannten Anteil, welche entfärbt wurden, zu trennen. In der Fi g. 1 stellen weiße Kreise keine Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels und schwarze Kreise die Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels dar. Wie ersichtlich, kann durch Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels zu der Kohlenasche/Wasseraufschwemmung die Konzentration des unverbrannten Anteiles und dessen Übertragung in grobe Partikel beeinflußt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand einer Apparateeinrichtung, das zur Durchführung des Verfahrens in der Praxis geeignet ist, beschrieben.

Fig.2 zeigt ein Beispiel der vorstehenden Einrichtung, die eine Kohlenstaubfeuerungsanlage 1 aufweist, die in ihrem Abgasauslaß eine Staubsammeleinrichtung 2 besitzt, wie z. B. eine elektrostatische Niederschlageinrichtung, eine Entschwefelungseinrichtung 3 und einen Schornstein 4, wobei die Teile hintereinander angeordnet sind. Die Staubsammeleinrichtung 2 kann an Stelle der elektrostatischen Niederschlagsvorrichtung auch ein granulöser Bettfilter sein, der granulöses und massives Filtermaterial aufweist, wie ζ. Β. Sand, Schotter, Keramik, etc., die beweglich zwischen Stützgliedern angeordnet sind, welche Luftschlitze, Drahtgeflechte und perforierte Platten oder einen Multizyklon oder einen Taschenfilter aufweisen. Oberhalb oder unterhalb der Staubsammeleinrichtung 2 ist eine Denitrifikationseinrichtung der katalytischen Reduktion mit Ammoniak und eine Luftvorwärmeinrichtung, welche nicht dargestellt sind, angeordnet

Wenn die Abgase aus der Kohlenstaubfeuerungsanlage in die Staubsammeleinrichtung 2 eingeführt werden, ίο wird Staub entfernt Wenn Kohle von einem hohen Heizwert in der Kohlenstaubfeuerungsanlage 1 verbrannt wird oder eine Einrichtung vorgesehen wird, um die Entweichung von NOx in die Atmosphäre durch eine Zweistufenverbrennung oder ein Mischen mit den Abgasen zu beherrschen, wird Kohlenasche von dunkler Farbe produziert, weil ein hoher Anteil von nichtverbrannter Kohle vorliegt Die in der Staubsammeleinrichtung 2 gesammelte Kohlenasche, welche die Kohlenasche von dunkler Farbe enthält wird in einen Tank 5 eingegeben, wobei Wasser und Schweröl und — wenn notwendig — ein oberflächenaktives Mittel zugegeben werden. Die Mischung wird umgerührt, um grobe Partikel des unverbrannten Anteiles und des Schweröles zu bilden, während der Ascheinhalt wie er ist in feinen Partikeln verbleibt Die groben und die feinen Partikel werden durch ein Sieb 6 getrennt so daß die groben Partikel als Brennmateria! für die Kohlenstaubfeuerungsanlage 1 verwendet werden können, nachdem über eine Entwässerungseinrichtung 7 Wasser darauf entfernt wurde. Das dabei von den groben Partikeln abgetrennte Wasser kann für d»e Herstellung der Aufschwemmung verwendet werde«. Die feinen Partikel von hohem Aschegehalt welche von den groben Partikeln im Sieb 6 getrennt wurden, werden als ein Schlamm zu einem Aschedepot gebracht oder zur Wiederverwendung als ein Zementmaterial z. B. verwendet, nachdem sie durch eine Fest-Flüssig-Trenneinrichtung 8 entwässert wurden. Das abgetrennte Wasser kann wieder als Wasser zur Herstellung der Aufschwemmung verwendet werden. Der Tank 5 und das Sieb 6 können auch in einer einzigen Einrichtung an Stelle von zwei unabhängigen Einheiten vereinigt sein. Ebenso können die groben Partikel zeitweise in einem Tank nach ihrer Entwässerung gespeichert werden.

Entsprechend der Erfindung ist die der Kohlenasche zugegebene Wassermenge so, daß das Verhältnis von Wasser zu Kohlenasche (Gewichtsverhältnis) über 1 liegt und daß für die Granulation verwendete Bindemittel sollte eine ausreichend hohe Viskosität besitzen, um eine zufriedenstellende Granulationswirkung zu erzielen. Außerdem sollte es niedrig im Preis sein. Unter diesem Gesichtspunkt dienen C Schweröl, B Schweröl, der Sumpfölrückstand von einer Destilliersäule unter atmosphärischen Bedingungen und Kerosin diesem Zweck.

Die Menge des Bindemittels liegt in dem Bereich zwischen 1 und 50 in Gewichtsprozent im Verhältnis zu dem unverbrannten Anteil der Kohlenasche, vorzugsweise in dem Bereich zwischen 5 und 25%. Wenn die Menge des Bindemittels zu klein ist, kann kein ausreichender Trenneffekt für den unverbrannten Anteil erreicht werden, weil der Überschuß der Kohlenasche auf den G'anulationsprozeß einwirkt. Umgekehrt, wenn die Bindemittelmenge zu groß ist, wird kein ausreichender Trenneffekt erreicht und der wirtschaftliche Wert des Verfahrens wird reduziert, weil öl in der abgetrennten Kohlenasche und in Wasser eingeschlossen wird.
Das gemäß der Erfindung verwendete oberflächenak-

5 6

tive Mittel zur Beschleunigung der Granulation kann von den Abgasen entfernt wird. Die feinen Aschepartiein anionisches, ein kationisches, ein nichtionisches und kel werden durch eine Staubsammeleinrichtung 2 abgeein amphoteres (ampholytisches) oberflächenaktives trennt, wie z. B. einer elektrostatischen Niederschlags-Mittel beinhalten, wobei diese entweder einzeln oder in vorrichtung. »12« bedeutet einen Luftvorerhitzer. Die in Kombination verwendet werden können. Im allgemei- 5 dem Multizyklon 11 und der elektrostatischen Niedernen wird man ein geeignetes oberflächenaktives Mittel Schlagsvorrichtung gesammelte Kohlenasche wird ei- oder oberflächenaktive Mittel in Abhängigkeit von der nem Tank 5 zugeführt, wo Wasser und Schweröl und — Art der verbrannten Asche wählen. Insbesondere kann falls notwendig — ein oberflächenaktives Mittel der man das anionische oberflächenaktive Mittel aus der Asche zugegeben werden und die Granulation wird Gruppe auswählen, die Alkylbenzen-sulfonat, Polyoxy- 10 durchgeführt. Statt einer Einführung der in der Staubäthylen-alk.ysulfat, Alkylsulfat, Alkylphosphat, Di-Älkyl- sammeleinrichtung 2 gesammelten Asche, z. B. durch sulfosuccinat, Acrylsäure und/oder Maleinsäure-Anhy- eine elektrostatische Niederschlagsvorrichtung, in dem drid-Blockkopolymer, zyklisches aromatisches Sulfonat Tank 5 zusammen mit der in dem Multizyklon gesam- und Formalinverbindungen enthalten. Das verwendete melten Asche kann diese auch zu einem getrennten und kationische oberflächenaktive Mittel kann Alkylamin- 15 unabhängigen Tank zugeführt werden, um darin die verbindungen und quaternäre Aminverbindungen auf- Granulation auszuführen. Die durch die Staubsammelweisen, während das verwendete nichtionische oberflä- einrichtung 2 gesammelte Asche kann ohne Durchfühchenaktive Mittel aus der Gruppe ausgewählt werden rung einer Granulation ausgeschieden werden oder zur kann, die Polyoxyalkyläther, Polyoxyäthylenalkylphe- Wiederverwendung gebracht werden. Die in der F i g. 3 noläther, Oxyäthylen-Oxypropylen-Blockkopolymer, 20 gezeigten Teile der Anlage sind denen der in der F i g. 2 Polyoxyäthylenalkylamin, Sorbitan-Fettsäureester und dargestellten Teile ähnlich.

Polyoxyäthylensorbitan-Fettsäureester aufweisen. Das Durch die Erfindung wird es möglich, den unver-

verwendete amphotere oberflächenaktive Mittel kann brannten Anteil der Kohlenasche in konzentrierter

aus der Gruppe ausgewählt werden, die Alkylbetain- Form zurückzugewinnen. Man ersetzt dadurch die Koh-

und Aminverbindungen beinhalten, unter Einschluß von 25 lenabbrandeinheiten, welche bisher zur Behandlung der

1, 2,3 Monoamin und Di-amin. Die Menge des verwen- Kohlenasche verwendet wurden, welche aus einem Wir-

deten oberflächenaktiven Mittels zur Erreichung einer belschichtofen ausgetragen wurde.

Granulation beträgt 0,01—5,0 Gewichtsprozent des

nicht verbrannten Anteiles der Asche, vorzugsweise Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

0,05—2,0 Gewichtsprozent 30

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschreiben.

Beispiel 1

Wasser, das im Verhältnis von 2 Teilen Wasser zu
Kohlenasche in Gewichtsprozent besitzt, und C
Schweröl von 15 Gewichtsprozent bezogen auf den unverbrannten Anteil von Asche wurden der Kohlenasche
(mit einem Brennverlust von 21,7%) zugegeben, welche 40
durch die Staubsammeleinrichtung einer Kohlenstaubfeuerungsanlage gesammelt wurde, und die Mischung
wurde bei 800 Umdrehungen pro Minute umgerührt.
Anschließend wurde die Mischung durch ein Sieb von
88 μΐη in grobe Partikel und in feine Partikel klassiert 45
Die groben Partikel hatten einen Brennverlust von 60%
und die feinen Partikel waren entfärbt

Beispiel 2

Zu der in dem Beispiel 1 verwendeten Kohlenasche
wurde Wasser hinzugefügt, das ein Verhältnis von 2
Teilen Waser zu Kohlenasche in Gewichtsprozent besaß, C Schweröl von 15 Gewichtsprozent bezogen auf
den unverbrannten Anteil der Kohlenasche und ein an- 55
ionisches oberflächenaktives Mittel von 1 Gewichtsprozent bezogen auf den unverbrannten Anteil von Kohlenasche zugegeben und die Mischung wurde bei
800 Umdrehungen pro Minute umgerührt Anschließend wurde die Mischung in grobe und feine Partikel 60
mittels eines Siebes von 88 μπι klassiert Die groben
Partikel hatten einen Brennverlust von 64% und die
feinen Partikel waren entfärbt

F i g. 3 zeigt einen Wirbelschichtofen 10, der geeignet
ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Praxis durch- 65
zuführea Aus dem Wirbelschichtofen 10 austretende
Abgase werden zuerst in einen Multizyklon 11 eingeleitet in dem Kohlenasche mit größerem Durchmesser

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Rückgewinnung von unverbrannter Kohle aus Kohlenasche, welche aus einem Kohlenstaubfeuerungsofen, einem Wirbelschichtofen oder einem Kohlenvergasungsofen zusammen mit Abgasen ausgetragen und in einer Staubsammeleinrichtung gesammelt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte: