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Verfahren und Vorrichtung zum Zerkleinern von Feststoffe
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und flüchtige Bestandteile aufweisenden Substanzen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zerkleinern von
Feststoffe und flüchtige Bestandteile aufweisenden Substanzen, insbesondere von
Kohle für Kohlenstaubfeuerungsanlagen, bei dem ein mechanisches Zerkleinern bis
zum Freisetzen flüchtiger Bestandteile erfolgt, die von den zerkleinerten Feststoffteilchen
abgesondert und abgeleitet werden.
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Die Feststoffe enthaltende Substanzen können beliebiger Art sein.
Unter einem Feststoff wird dabei jeder Stoff verstanden, der einer Formänderung
von außen einen gewissen Widerstand entgegensetzt,
so daß eine mechanische
Zerkleinerung möglich ist.
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Feststoffe und flüchtige Bestandteile aufweisende Substanzen sind
beispielsweise Ölschiefer oder Schlämme.
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Flüchtige Bestandteile sind häufig brennbar und je nach Art der zu
zerkleinernden Substanz sogar die wesentlichen Energieträger. Es ist daher häufig
eine Zielsetzung, die Zerkleinerung der Substanz so weit zu treiben, daß die flüchtigen
Bestandteile frei werden.
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Die zerkleinerten Feststoffteilchen und die flüchtigen Bestandteile
werden dann gemeinsam verbrannt.
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Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist es allgemein bekannt,
durch das Zerkleinern freigesetzte flüchtige Bestandteile von den zerkleinerten
Feststoffteilchen abzusondern und abzuleiten, wenn sie nicht benötigt werden.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die flüchtigen Bestandteile gegebenenfalls
separat benutzt werden können.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gemisch aus zerkleinerten
Feststoffteilchen und flüchtigen Bestandteilen einer bei über Atmosphärendruck und
bei Sauerstoffausschluß erfolgenden Teilchenabsonderung durch Schwerkraft unterworfen
wird und daß die flüchtigen Bestandteile und/oder die abgesonderten Feststoffteilchen
und Abhängigkeit von dem Überdruck abgeleitet werden.
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Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß die Zerkleinerung bei Sauerstoffausschluß
stattfindet, damit die flüchtigen Bestandteile ohne die Gefahr einer Reaktion
mit
dem Sauerstoff gewonnen werden können. Insbesondere wird bei dem Freisetzen brennbarer
flüchtigter Bestandteile eine Explosionsgefahr vermieden. Der Atmosphärenuberdruck
dient vorteilhafterweise dazu, die flüchtigen Bestandteile und/oder die abgesonderte
Feststoffteilchen abzuleiten. Dabei könnte der Überdruck fremderzeugt werden, z.
B. mit einem Inertgas. Zweckmäßigerweise wird der Überdruck jedoch durch die beim
Zerkleinern der Feststoffe freiwerdenden flüchtigen Bestandteile erzeugt.
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Es ist durchaus denkbar, das Zerkleinern und die Absonderung in voneinander
getrennten räumlichen Bereichen vorzunehmen. Das bedingt jedoch einen erhöhten baulichen
Aufwand. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Zerkleinerung und die Teilchenabsonderung
in einem beiden gemeinsamen räumlichen Bereich erfolgen. Die damit verbundene volumenmäßige
Verkleinerung ermöglicht auch ein einfacheres Anfahren bzw. einen Intervallbetrieb.
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Die Teilchenableitung erfolgt entsprechend dem Niveau der abgesonderten
Feststoffteilchen, wodurch das der Teilchenabsonderung zur Verfügung stehende Volumen
konstant gehalten wird.
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Für eine Kohlezerkleinerung ist es wesentlich, daß die flüchtigen
Bestandteile und/oder der Kohlestaub in einer Feuerungsanlage verbrannt und/oder
gesondert aufbewahrt werden. Damit ergeben sich nach der Art der Kohle unterschiedliche
Verfahrensmöglichkeiten.
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Geht man beispielsweise davon aus, daß Braunkohle einen erheblichen
Anteil an Ballaststoffen hat, also an mineralischen Bestandteilen, die nicht brennbar
sind bzw. keinen Heizwert haben, so könnten mit dem
vorbeschriebenen
Verfahren die flüchtigen Bestandteile separat verbrannt werden, was eine absolut
aschefreie Verbrennung zur Folge hätte. Eine Luftverunreinigung durch Flugasche
wäre zu vermeiden. Zugleich wäre dadurch auch eine wesentliche Entschwefelung zu
erreichen, da der Schwefel der Braunkohle im wesentlichen in den abgesonderten Feststoffteilchen
verbleibt.
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Abgesonderte Feststoffteilchen, die einen ausreichenden Heizwert
aufweisen, könnten in besonderen Verbrennungsanlagen verheizt werden, die für eine
ausreichende Entschwefelung und einen ausreichenden Entzug der Flugasche sorgen.
Das vorbeschreibene Verfahren ist daher eine wesentliche Voraussetzung für eine
umweltfreundliche Verbrennung.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Zerkleinern
von Feststoffe und flüchtige Bestandteile aufweisenden Substanzen, insbesondere
von Kohle für Kohlestaubfeuerungsanlagen, mit einem mechanischen Zerkleinerer und
einem das Gemisch aus zerkleinerten Feststoffteilchen und flüchtigen Bestandteilen
aufnehmenden Behälter. Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der vorbeschriebenen Art so zu verbessern, daß mit ihr auch leicht reagierende bzw.
explodierende flüchtige Bestandteile gewonnen werden können. Diese Aufgabe wird
dadurch gelöst, daß der Behälter ein Druckbehälter ist, der ein innendruckgeregeltes
Gasauslaßventil und zur Feststoffentnahme ein Bodenventil aufweist. Mit dieser Vorrichtung
bzw. mit diesem Behälter erfolgt das Freisetzen flüchtiger Bestandteile unter den
gewünschten Bedingungen insbesondere eines Atmosphärenüberdrucks und bei Sauerstoffausschluß.
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Vorteilhafterweise ist der Zerkleinerer im Inneren des Druckbehälters
angeordnet. Infolgedessen genügt ein
einziges Druckgefäß ohne zusätzlichen
Zuleitungsanschluß für die zerkleinerte Substanz.
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Der Zerkleinerer ist mit mindestens einem weiteren im Druckbehälter
vorhandenen Zerkleinerer kolonnenartig angeordnet. Die Zerkleinerer wirken infolgedessen
in einer Reihenschaltung, die einen entsprechend großen Zerkleinerungsgrad ergeben
bzw. den Zerkleinerungsgrad mit wirtschaftlich zu betreibenden Zerkleinerern zu
erreichen gestatten.
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Insbesondere sind Desintegratoren als Zerkleinerer vorhanden.
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Mechanische Zerkleinerung kann bekanntlich auf vielfältige Weise
erfolgen, z. B. durch Kugelmühlen oder ähnlich wirkende Mahlaggregate. Die Mahlfeinheit
ist aber begrenzt, da das Mahlgut zum Agglomieren neigt.
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Infolgedessen hat das Mahlgut nach gewisser Mahldauer nicht mehr als
einen bestimmten geringen Prozentsatz von Teilchen unter einer bestimmten Feinheit
von z. B.
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100 ßm. Die Mahlfeinheit bzw. die Teilchengröße ist aber wegen der
damit vorhandenen Oberflächenvergrößerung einer der wesentlichen Faktoren zur Steigerung
der Reaktionsfähigkeit eines Stoffes. Ein weiterer Faktor ist der Aktivierungsgrad,
also die Anreicherung von Energie im Stoff durch die mechanische Bearbeitung bzw.
Zerkleinerung. Eine derartige Aktivierung, die gemeinhin mit Änderungen im Kristallgitteraufbau
durch mechanische Einwirkung beim Zerkleinern erklärt wird, hat z. B. erhöhte Reaktionsfähigkeit
des betreffenden Stoffes zur Folge. Beides leistet der Desintegrator, nämlich einen
höheren Feinheits- und einen höheren Aktivierungsgrad.
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Beispielsweise werden Körnungen von 1 m erreicht, was mit bekannten
Vorrichtungen wirtschaftlich nicht möglich
ist. Der Aktivierungsgrad
von Stoffen gleicher Korngröße hat sich bei mit einem Desintegrator aktivierten
Stoffen als wesentlich größer herausgestellt. Als Desintegrator wird beispielsweise
die in der DE-OS 30 34 849 beschriebene Vorrichtung verwendet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat damit nicht nur den Vorteil,
-die gewünschte Zerkleinerung leisten zu können, sondern darüber hinaus den Vorteil,
daß die gewonnen Feststoffteilchen aktiviert sind. Das ist für deren Weiterverarbeitung
von erheblicher Bedeutung. Soll beispielsweise eine Entschwefelung vorgenommen werden,
so muß Kalk verwendet werden, der den Schwefel bei bestimmten Reaktionstemperaturen
bindet und bei Überschreiten der Sintertemperatur durch Ausfällen des zuvor entstandenen
Gipses entfernt werden kann. Der Kalk kann nun z. B. gemeinsam mit zu zerkleinernder
Kohle in den Desintegrator gegeben werden, wo das Kohle/Kalk-Gemisch in gleichem
Maße zerkleinert und damit aktivert wird. Dabei freiwerdende flüchtige Bestandteile
können abgeleitet und verbrannt werden, während das abgesonderte Kohle/Kalk-Gemisch
separat verwendet wird. In Betracht kommt beispielsweise die Abspeicherung bzw.
Aufbewahrung oder eine Verbrennung. Die Verbrennung kann derart erfolgen, daß das
Substanz/Kalk-Gemisch vor seiner Verbrennung für eine vorgewählte Reaktionszeit
auf einer vorgewählten Reaktionstemperatur gehalten wird, so daß eine optimale Entschwefelung
erreicht werden kann. Die erfindungsgemäße Zerkleinerungsvorrichtung ist daher Ausganganlage
einer Vielzahl weiterer vorteilhafter Verwendungsverfahren der durch Zerkleinern
gewonnenen Feststoffteilchen und/oder der flüchtigen Bestandteile.
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Der Gasauslaß weist einen Feinststaubfilter und bedarfsweise eine
in das Innere des Druckbehälters
mündende Rückführleitung auf,
damit mit dem Gas etwa entweichender Feinststaub aus dem Gas entfernt und nutzbar
gemacht werden kann.
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Der Druckbehälter ist an einen abgedichteten Substanz-Vorratsbehälter
angeschlossen und bedarfsweise über eine Druckausgleichleitung mit ihm verbunden.
Das Vorratsbehälter- und Fördersystem ist infolgedessen auch druckmäßig an den Druckbehälter
angeschlossen, so daß sich eine besondere Druckschleuse zwischen dem Druckbehälter
und dem Zuleistungssystem erübrigt.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert. Die schematische Darstellung zeigt einen Druckbehälter 10, in dem zwei
Desintegratoren 11, 12 übereinander dargestellt sind. In den Druckbehälter 10 mündet
eine Zuführungsleitung 13 für Rohmaterial, die mit einem Vorratsbehälter 14 über
die Fördervorrichtung 15 in Verbindung steht. Aus dem Vorratsbehälter 14 wird als
Rohmaterial beispielsweise Kohle mit einer Schnecke oder einem Band der Fördervorrichtung
15 in den Druckbehälter la gegeben. Das Rohmaterial gelangt über das Leitblech 16
in den oberer Desintegrator 11, der eine Zerkleinerung vornimmt. Das betreffende
Teilchen/Gas-Gemisch steht unter dem Einfluß der Schwerkraft, so daß das Gas bzw.
die flüchtigen Bestandteile im Druckbehälter 10 nach oben steigen, während die schwereren
Feststoffteilchen absinken und über die Leitbleche 17, 18 dem tiefer gelegenen zweiten
Desintegrator 12 zugeführt werden, der sie weiter zerkleinert. Wiederum erfolgt
eine Trennung unter Schwerkrafteinfluß, wobei die Feststoffteilchen in einen Sumpf
19 oberhalb eines Behälterausflusses 20 fallen. Der Behälterausfluß 20 ist an ein
Bodenventil 21 angeschlossen, das mit einem
Stellantrieb 22 von
einem Niveauregler 23 geöffnet bzw.
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geschlossen wird, je nach dem, ob das Niveau 24 der Feststoffteilchen
im Sumpf 19 die Obergrenze 25 oder die Untergrenze 26 erreicht.
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Der Druckbehälter 10 hat des weiteren ein Gasauslaßventil 27, das
mit der Gasauslaßleitung 28 angeschlossen ist. In der Gasauslaßleitung 28 befindet
sich ein Feinststaubfilter 29, das mit einer Rückführleitung 30 an den Innenraum
31 des Druckbehälters 10 angeschlossen ist. Mit dem Feinststaubfilter werden solche
Feinstpartikel ausgefiltert, die vom Gas entgegen der Schwerkraftwirkung mitgerissen
werden.
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Das Gasauslaßventil 27 wird von einem Stellantrieb 32 je nach Höhe
des Drucks im Behälter 10 geöffnet oder geschloss-en. Hierzu wird ein Regler 33
verwendet, der so eingestellt ist, daß das Gasauslaßventil 27 lediglich so lange
geöffnet wird, wie der Innendruck des Druckbehälters 10 über dem Atmosphärendruck
liegt. Der tiefste Überdruck richtet sich dabei nach der zu zerkleinernden Substanz.
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Der Vorratsbehälter 14 für das Rohmaterial ist bedarfsweise über
eine Druckausgleichsleitung 34 mit dem Inneren 31 des Druckbehälters 10 verbunden,
falls nämlich der Druckausgleich im Vorratsbehälter 14 nicht über die Zuführleitung
13 und die Fördervorrichtung 15 erfolgen kann, weil beispielsweise durch das zu
fördernde Rohmaterial ein druckdichter Verschluß des Förderweges erfolgt.
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