DE3325604A1

DE3325604A1 - Wirbelschichtreaktor zur keramisierung von waschbergen

Info

Publication number: DE3325604A1
Application number: DE19833325604
Authority: DE
Inventors: Lothar 4300 Essen Holl
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1983-07-15
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1985-01-24

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelschichtreaktor gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Kohlengewinnung fallen als Abfallprodukte der Kohlenaufbereitung große Mengen an Waschbergen an, von denen der größte Teil wegen fehlender Verwendungsmöglichkeiten bisher aufgehaldet wird. Diese Waschberge sind nicht gut verdichtbar, da sie zum Quellen neigen, und sie besitzen außerdem noch Kohlebestandteile, die die Verwendungsmöglichkeiten weiter einschränken. Selbst im Straßenbau, wo erhebliche Mengen Waschberge anstelle von Kies, Kalkstein u. ä. angewendet werden könnten, ist ihre Verwendungsmöglichkeit wegen der Zerfallsneigung der Waschberge beschränkt. Es hat daher bisher nicht an Versuchen gefehlt, die Waschberge durch Erhitzen auf Temperaturen zwischen 850 und 1.0000C zu keramisieren. Solches rotgebranntes (keramisiertes) Bergematerial ist gut verdichtbar und frei von restlichen Kohlebestandteilen. Auch im Baustoffsektor sind keramisierte Waschberge als Austauschmaterial für Kies verwendbar, aber auch als Zuschlagstoff bei der Herstellung von Leichtbetonprodukten.
Der Nachweis für die Anwendung der keramisierten Waschberge bei den lediglich als Beispiel genannten Zwecken ist bereits erbracht, es fehlt bisher lediglich an geeigneten Brennaggregaten für die Keramisierung der Waschberge. Ein solches Aggregat sollte unter guter Temperaturkontrolle bei weitgehend automatischem Betrieb betrieben werden können.
Es ist aus Technische Forschung Kohle: Europäische Gemeinschaften EUR 6926 "Verwertung von Waschbergen" Dr. Leininger, D.; Dr. Schieder, T., bereits bekannt, eine thermische Behandlung von Waschbergen in einem Drehrohrofen durchzuführen, wobei bei einem Brennen bei 6500C in einem Zeitraum von 8 h nur eine teilweise Keramisierung erreicht wurde. Statt dessen zeigte sich, daß während des Brennprozesses des Bergematerials eine Sinterung und teilweise Schmelze auf der Oberfläche auftrat. Ein Brennen bei 9250C in einem Zeitraum von 8 h führte dagegen zu Produkten, die, unabhängig von der Korngröße, auch im Kern keramisiert waren. Werden die Waschberge stattdessen zunächst für 45 min. bei 7500C gebrannt und unter einer anschlie-Benden Temperaturschockbehandlung 15 min. bei 1.1000C weitergebrannt, so werden gut keramisierte Produkte erhalten.
Beim Brennen im Drehrohrofen besteht allerdings die Gefahr einer Ringbildung und damit eines Zuwachsen des Ofenquerschnittes.
Es ist weiter aus der vorgenannten Literaturstelle bekannt, eine Keramisierung der Waschberge in einem Tunnelofen durchzuführen. Hierbei wurden jedoch neben hartem und bruchfest verbranntem Material auch weiches, stark gelb gefärbtes Bergematerial erhalten, während gleichzeitig erhaltenes, weiches, rot gefärbtes Material eine starke Zerfallsneigung zeigte. Ein solcher Ofentyp ist daher für die Keramisierung von Waschbergen wenig geeignet.
Schließlich sind auch noch aus der vorgenannten Literaturstelle Brennversuche von Waschbergen in einem Schubrostofen bekannt geworden. Hier besteht jedoch die Gefahr, daß bei unvollständigem Ausbrand ein Nachglühen in den Nachgeschalteten Kühlaggregaten eintreten kann, das zum Schmelzen und zur unerwünschten Traubenbildung führen kann.
Ausgehend von vorstehend genanntem Stand der Technik hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Materialsinterung oder eine Schmelzbildung an der Kornoberfläche zu verhindern, Heizwertschwankungen während des Brennens auszugleichen und mit möglichst geringem Energiebedarf die Keramisierung von Waschbergen durchzuführen.
Diese Aufgabe wird in einem Brennofen der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß durch einen Wirbelschichtreaktor mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktor läßt sich insbesondere die Keramisierung von Grobwaschbergen, das sind Körnungen von 10 bis 60 mm, durchführen. Hierbei gewährleisten die fluiden Eigenschaften der Wirbelschicht eine gleichmäßige Temperaturverteilung. Es werden deshalb auch nur unbedeutende Temperaturgradienten in horizontaler und vertikaler Richtung festgestellt. Bedingt durch diese Eigenschaften wird eine Ubertemperierung und somit Schmelzbildung der Grobwaschberge verhindert. Die Heizwertschwankungen der Grobwaschberge behindern den Brennprozeß in keiner Weise, da sie sich durch Brennstoffzugaben von z. B. minderwertigen Kohlen in die Wirbelschichtfeuerung ausgleichen lassen. In der Technik der Wirbelschichtfeuerung liegen nämlich bereits gute Erfahrungen mit Kohlen von unterschiedlichen Heizwerten vor.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktor sind in den Merkmalen der Unteransprüche ausgeführt worden.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen in dem Austausch der in den bekannten Brennaggregaten benötigten hochwertigen Brennstoffe, Heizgas oder Heizöl durch minderwertiges Mittelgut. Die nach dem Verbrennen des Mittelgutes anfallende Asche wird durch Zyklone, Filter o. ä. entfernt und kann bei Bedarf den zu keramisierenden Waschbergen als Füllmaterial beliebig zugegeben werden.
Die fluiden Eigenschaften der Wirbelschicht ermöglichen den Transport von stückigem Bergematerial durch eine Wirbelschicht, ohne selbst aufgewirbelt zu werden. Wegen der guten Wärmeleit- und Wärmeübertragungseigenschaften wird ein vollständig gleichmäßiger Brennvorgang gewährleistet.
Erleichtert wird dies dadurch, daß die Temperaturen, bei denen Wirbelschichtfeuerungen betrieben werden, in dem Bereich liegen, der sich zur Keramisierung von Waschbergen als günstig erwies. Außerdem ist der Energieaufwand beim Brechen der keramisierten Waschberge auf eine gewünschte Körnung gegenüber den unbehandelten Grobwaschbergen geringer.
Die zum Keramisieren aufgegebenen grünen Grobwaschberge nehmen am eigentlichen Wirbelvorgang des Wirbelbettmaterials nicht teil, sondern werden von diesem nur umflossen.
Da die Grobwaschberge selbst nicht genügend brennbare Bestandteile enthalten, um die gewünschte Verbrennungstemperatur zu erreichen, muß ein Zusatzbrennstoff, z. B. Mittelgutkohle, dazugegeben werden. Der günstigste Temperaturbereich zum Keramisieren der Grobwaschberge liegt zwischen 850 und 10000C.
Anhand der Zeichnung sei der erfindungsgemäße Wirbelschichtreaktor und seine Anwendung bei der Keramisierung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Wirbelschichtreaktor mit einstufigem Rost in der Wirbelschicht Fig. 2 einen Wirbelschichtreaktor mit zweistufigem Rost in der Wirbelschicht Fig. 3 einen Wirbelschichtreaktor mit zweistufigem Rost in der Wirbelschicht, davon ein Rost im Freiraum oberhalb der Wirbelschicht.
Wie Fig. 1 zeigt, befindet sich in der Wirbelschicht 1 einer Wirbelschichtfeuerung ein schräggestellter Rost 2, auf dem die zu keramisierenden Grobwaschberge hinabgleiten. Nach dem Aufheizen des Wirbelschichtmaterials in einer Körnung von beispielsweise 0 - 5 mm, das im wesentlichen aus Inertmaterial besteht, werden Grobwaschberge mittels eines Dosierers 3 in die Wirbelschicht gegeben. Diese Grobwaschberge können beispielsweise einen Körnungsbereich von etwa 10 - 25 mm haben. Dieses Körnungsband kann jedoch auch ohne Schwierigkeiten nach oben erweitert werden. Die Grobwaschberge werden durch die sie umgebenden heißen Wirbelschichtteilchen aufgeheizt und rutschen den Rost hinab.
Zur Unterstützung der Abwärtsbewegung dient die Vorrichtung 7.
Beim Austritt aus dem Wirbelbett 1 können sie in einem Kühler 8 abgekühlt werden. Der in der Abzugsleitung befindliche Dosierer 5 dient als Austragsorgan und bestimmt gleichzeitig durch seine Drehzahl die Verweilzeit der Grobwaschberge in der heißen Wirbelschicht. An die Stelle des Austragsorgans kann auch eine portionsweise gefüllter Brecher treten, der gleichzeitig die keramisierten Grobwaschberge auf die gewünschte Körnung zerkleinert.
Das Sieb 4 trennt die keramisierten Grobwaschberge von dem feinen Wirbelschichtmaterial, das pneumatisch wieder ins Wirbelbett zurückgefördert werden kann. Bei einem Ansteigen des Füllstandes im Wirbelbett kann überschüssiges Wirbelschichtmaterial durch ein Auslaufrohr 10 am Boden der pneumatischen Förderleitung abgezogen werden, sofern dies nicht schon durch den Wirbelschichtüberlauf 9 erfolgt.
Fig. 2 zeigt eine andere Anordnung der erfindungsgemäßen Schrägroste 2. Sollte die Verweilzeit zum Keramisieren der Grobwaschberge einen zur Wirbelschichtreaktorgröße unverhältnismäßig langen Rost erfordern, kann, wie hier gezeigt, der schräggestellte Rost 2 auch zweistufig oder mit mehr Rosten in Zickzack-Form ausgeführt werden. Jeder weitere Rost muß jedoch am unteren Ende eine Öffnung 12 besitzen, durch die die Grobwaschberge während der Keramisierung von diesem auf den nächst niedrigeren Rost rutschen können. Im übrigen bezeichnen die Ziffern die gleichen Figurteile, wie in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine andere Anordnung der schräggestellten Roste, bei der ein Rost 11 im Freiraum 6 oberhalb der Wirbelschicht im Wirbelschichtreaktor angeordnet ist. Anstatt eines Rostes können auch mehrere schräggestellte Roste 11 im Freiraum 6 angeordnet werden. Sie dienen der Trocknung von noch naß aufgegebenen Waschbergen, bevor sie in die Wirbelschicht 1 zur Keramisierung eintauchen.
- Leerseite -

Claims

Wirbelschichtreaktor zur Keramisierung von Waschbergen Patentansprüche 1. Wirbelschichtreaktor zur Keramisierung von Waschbergen mit mindestens einer Aufgabe- und einer Entnahmeeinrichtung des Wirbelgutes, gekennzeichnet durch ein oder mehrere, in der Brennkammer angeordnete, schräggestellte Roste (2), (11) und eine Einspeise- (3) und Entnahmeeinrichtung (5) für gekörntes, zu brennendes Material.
2. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Roste (2), (11) im Freiraum (6) und/oder innerhalb der Wirbelschicht (1) für den Transport des zu brennenden Materials angeordnet sind.
3. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere schräggestellte Roste (2), (11) stufenweise übereinander, gegeneinander gerichtet, in der Wirbelschicht (1) oder im Freiraum (6) angeordnet sind.
4. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Freiraum (6) ein oder mehrere Roste (11) zur Vortrocknung des zu brennenden Materials befinden.
5. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander angeordneten, schräggestellten Roste (2), (11) am unteren Ende mit Öffnungen (12) zum Durchfallen des zu brennenden Materials auf den nächst niedrigeren Rost unter Umlenkung der Bewegungsrichtung des zu brennenden Materials versehen sind.
6. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer mit einem Sieb (4) und einer Rückführeinrichtung für das mit dem grobkörnigen Material ausgetragene, feinkörnige Material und den Abrieb versehen ist.
7. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Roste 2 mit Vorrichtungen (7) zur Bewegung der Roste versehen sind.
8. Verfahren zum Betrieb des Wirbelschichtreaktors nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirbelgut und Brennmaterial minderwertige Brennstoffe in die Brennkammer eingeführt werden.