DE3406456A1

DE3406456A1 - Verfahren zur bereitstellung von kohle fuer grossfeuerungsanlagen

Info

Publication number: DE3406456A1
Application number: DE19843406456
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr.-Ing. 4330 Mülheim Gaeßler; Helmut Dipl.-Phys. 4100 Duisburg Landgraf
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1985-08-22
Also published as: AU578651B2; DE3406456C2; CA1245692A; IN163982B; AU3755485A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von
Kohle für die Verbrennung in Großfeuerungsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Kohlevorkommen liegen vielfach räumlich weit entfernt (mehr als 50 km) von den Zentren des Kohleverbrauchs, z.B. den Kraftwerken. Daher besteht das Problem, die Kohle auf möglichst wirtschaftliche Weise und in einer Form, die für den Verbrauch in Großfeuerungsanlagen möglichst wenig zusätzliche Aufbereitung erfordert, zu den Verbrauchszentren zu transportieren. Der Feststofftransport durch Rohrleitungen bietet sich hier als Lösungsmöglichkeit an.
Aus "Oil & Gas Journal" (Juli 1981) sind Einzelheiten über die nordamerikanische Black-Mesa-Kohle-Pipeline bekannt. Dort werden jährlich etwa 4,5 Mio. Tonnen Kohle in Form einer Kohle-Wasser-Suspension über eine Entfernung von 439 km von der Kohlelagerstätte in Kayenta (Arizona) zu einem Kraftwerk in Mohava (Newada) transportiert. Die Kohle wird zunächst zermahlen, wobei das Größtkorn mehr als 1,2 mm beträgt. Dann wird das Kohlekorngemisch mit Wasser verrührt, so daß eine Suspension mit einem Feststoffgehalt von 46 bis 48 °n entsteht. Additive werden nicht zugegeben. Der Transport der Suspension erfolgt mit einer Fließgeschwindigkeit von 1,5 bis 1,7 m/sec, d.h. in einer turbulenten Strömung. Am Ort des Kohlekraftwerks wird ein Großteil der Flüssigphase mechanisch, und zwar mittels Zentrifugen abgeschieden und der Kohleanteil getrocknet., nachzerkleinert und den Kohlestaubbrennern des Kraftwerkes zugeführt.
Nachteilig bei dieser Lösung, die zwar einen wirtschaftlichen Transport gestattet, ist es insbesondere, daß die Kohlesuspension in aufwendiger Weise von der Verbrennung aufbereitet werden muß. Das Wasser muß abgeschieden und gereinigt werden. Letzteres ist wegen der Erfordernisse des lJmweltschutzes besonderes problematisch. Darüber hinaus ist auch der hohe Wasserverbrauch nachteilig, da in manchen Fällen die für einen derartigen Transport erforderlichen Wassermengen am Aufgabeort der Kohle nicht zur Verfügung stehen und ggf. über gesonderte Rohrleitungen herangeschafft werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß insbesondere die komplizierte Abwasserbehandlung entfällt und der Einsatz herkömmlicher Brenner (Kohlestaubbrenner) ermöglicht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.
Die Erfindung geht von dem bekannten Rohrleitungstransport einer Kohlesuspension aus. Gegenüber dem geschilderten Stand der Technik wird die Kohle jedoch sehr fein vermahlen, so daß das Feinkorngemisch ein Größtkorn von weniger als 500/um, vorzugsweise 300,um aufweist. Eine Obergrenze für das Größtkorn ergibt sich aus der für die spätere Verbrennung vorgesehenen Flammen länge, d.h. das Größkorn darf nur so groß sein, daß es beim Durchgang dyrch den Brenner über die Flammenlänge vollständig verbrennen kann. Aus dem Feinkorngemisch wird erfindungsgemäß eine Kohlesuspension erzeugt mit einem Festkörperanteil von mindestens 60 ,Ó-Gew., vorzugsweise 65 bis 70 °o-Gew. Weiterhin werden dieser Suspension Additive zur Herabsetzung der Zähigkeit l5sl der Suspension auf Werte unter 1000 cP (bei 15s ), vorzugsweise 500 bis 700 cP, zugesetzt. Bevorzugt werden Additive aus nichtionischen Stoffen (z.B. Äthylenoxid/Propylenoxid-Polymer).
Der Transport der Suspension erfolgt nicht wie beim Stand der Technik mit Strömungsgeschwindigkeiten im turbulenten Bereich, sondern langsamer mit Geschwindigkeiten im laminaren Bereich.
Hierdurch werden die Druckverluste, die bei der Zähigkeit der Suspension sonst anfallen würden, drastisch reduziert. Die am Ort der Großfeuerungsanlage ankommende Suspension wird nicht wie üblich mechanisch in ihren Kohleanteil und den Hauptwasseranteil getrennt, sondern wird auf anderem Wege gebrochen. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, die Suspension in einem Heißgasstrom zu zerstäuben, wodurch das Wasser verdampft und die Kohle in Form von Kohlestaub abfällt und dem Brenner zugeführt werden kann. Eine andere Weiterbildung der Erfindlung steht vor, die Suspension durch Zufuhr viskositätserhöhender Additive und/oder Wärme zu brechen und durch weitere Wärmezufuhr und Zerteilung agglomerierter Kohleartikel im Luftstrom oder durch mechanisch wirkende Mittel in Kohlestaub zu überführen. Diese Zerteilung stellt keinen Mahivorgang dar, sondern bewirkt lediglich, daß aneinanderSebende Kohleteilchen wieder voneinander getrennt werden, so daß das Kohlestaubgemisch etwa die Kornkrößenverteilung nach der anfänglichen Mahlung besitzt; während des Rohrleitungstransportes kann allerdings durch gegenseitige Reibung der Kohlepartikel eine weitere Kornverfeinerung eingetreten sein. Als Additive zum Brechen der Suspension kommen vorzugsweise Benetzungsmittel in Frage, die eine hydrophile Oberflächenschicht auf den Kohlepartikel bilden.
Grundsätzlich ist es auch möglich, eine Kohle-Wasser-Suspension ohne vorherige Abtrennung des Wasseranteils direkt zu verbrennen. Das erfordert jedoch sehr hohe Kohleanteile von bis zu 80 °Ó oder aber den Einsatz von Kohle mit sehr hohem Heizwert.
Derartige hohe Konzentrationen erhöhen jedoch die Zähigkeit der Suspension so stark, daß ein Transport in Rohrleitungen über größere Entfernung aus wirtschaftlichen Gründen wegen des hohen Druckverlustes nicht in Frage kommt.
Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.
Es wird eine Kohlesuspension durch eine 200 km lange Rohrleitung der Nennweite 500 mm gefördert. Hierzu wird die Kohle zunächst in ein Korngemisch mit einem Größtkorn von 300 Xm in Mühlen zerkleinert. Unter Zugabe von Wasser und 0,4%-Gew. eines Äthylenoxid/Probylenoxid-Polymers als Additiv wird eine Kohlesuspension mit 65 %-Gew. Feststoffanteil hergestellt. Die Zähigkeit der Suspension beträgt etwa 750 cP (bei 15 Die Rohrleitung weist am Anfang und etwa an der Mitte je eine Pumpstation auf. Die Suspension wird mit einer Fördergeschwindigkeit von etwa 0,7 m/s, also in einer laminaren Strömung durch die Rohrleitung gepumpt.
Der Druckverlust beträgt dabei pro km Rohrleitung etwa 0,8 bar. Am Ende der Rohrleitung liegt das mit Kohlestau brennern ausgerüstete Kraftwerk, in dem die Kohle verfeuert werden soll.
Die Kohlesuspension wird am Ende der Rohrleitung einer Anlage zugeführt, in der sie in einem Heißgas strom von etwa 1500C zerstäubt wird, wobei der Wasseranteil weitestgehend verdampft und die Kohle in Form von Staub ausfällt. Der Feinanteil der Kohle wird dabei im Heißgas strom den Brennern unmittelbar zugeführt, während der größere Anteil des Kohlestaubs mit zusätzlicher Luft zu den Brennern befördert wird. Die Erwärmung des Heißluftstroms erfolgt unter Ausnutzung der Abgaswärme des Kraftwerks in Rekupatoren.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Bedarf an Wasser zur Erzeugung der Kohlesuspension gegenüber herkömmlichen Vorgehensweisen (ca. 50% Wasseranteil) deutlich vermindert. Durch die laminare Strömung in der Rohrleitung bleiben die Druckverluste in vertretbaren Grenzen. Eine aufwendige Aufbereitung des Abwassers bei der Absonderung des Kohleanteils entfällt völlig; dies ist insbesondere von Bedeutung im Hinblick auf Additive, die aus dem Abwasser entfernt werden müßten. Da die Kohle für die Verbrennung in der Großfeuerungsanlage in Form von Kohlestaub zur Verfügung steht, ist der wärmetechnische Wirkungsgrad gegenüber einer Vorgehensweise bei direkter Verbrennung einer hochkonzentrierten Kohlesuspension erhöht. Dabei wird in vorteilhafter Weise die Abgaswärme der Großfeuerungsanlage als Energie zur Brechung der Kohlesuspension genutzt.
Es sei noch erwähnt, daß der Kohle Wasser-Suspensionzusätze zum Herabsetzen des Gefrierpunkte des Wassers zugegeben werden können, wie beispielsweise Methanol, so daß der Transport auch bei niedrigen Außentemperaturen erfolgen kann.

Claims

Verfahren zur Bereitstellung von Kohle für Großfeuerungsanlagen Patentansprüche: 3 Verfahren zur Bereitstellung von Kohle für die Verbrennung mittels Kohlestaubbrenner in Großfeuerungsanlagen, wobei der Transport der Kohle von einer weit entlegenen Kohlelagerstätte als Kohle-Wasser-Suspension in Rohrleitungen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufmahlung der Kohle für die Suspension so erfolgt, daß das erzeugte Größtkron, das weniger als 500 ym beträgt, wobei die maximale Korngröße dadurch bestimmt ist, daß bei der für die Verbrennung vorgesehenen Flammenlängen noch eine vollständige Verbrennung des Kornes erfolgt, daß die Viskosität der aus der Kohle erzeugten Suspension vor dem Rohrleitungstransport durch Zusatz ggf. unter Zusatz von Stoffen, die den Gefrierpunkt des Wassers herabsetzen z.B. Methanol von an sich bekannten Additiven bei einem Festkörperanteil von mindestens 60% auf Werte unter 1000 cP herabgesetzt wird, daß die Suspension mit einer Transportgeschwindigkeit im laminaren Bereich transportiert wird und daß die Suspension am Ort der Großfeuerungsanlage ohne vorherige mechanische Teilabtrennung der Flüssigphase in Kohlestaub mit der in der Suspension vorliegenden Korngrößenverteilung überführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension durch Zufuhr von viskositätserhöhenden Additiven und/oder Wärme gebrochen wird und ihre Überführung in Kohlestaub durch weitere Wärmezufuhr und Zerteilung agglomerierter Kohlepartikel im Luftstrom oder durch mechanisch wirkende Mittel, z.B. Bürsten, erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Brechen der Suspension Benetzungshilfsmittel zugesetzt werden, die eine hydrophile Oberflachenschicht auf den Kohlepartikeln bilden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Uberführung in Kohlestaub durch Zerstäuben der Suspension in einem Heißgasstrom erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hinter der Sprühtrocknung anfallende beladene Heißgas abgekühlt und das dabei entstehende Kondensat gereinigt oder ungereinigt erneut zur Herstellung von Kohlensuspension benutzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Zermahlen der Kohle bis auf eine maximale Korngröße von 300 ym erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperanteil der Suspension für den Rohrleitungstransport auf 65 bis 70% gebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Suspension vor dem Rohrleitungstransport auf 500 bis 700 cP herabgesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß als viskositätsvermindernde Additive nichtionische Stoffe zugesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Uberführung der Suspension in Kohlestaub unter Ausnutzung der Abgaswärme der Großfeuerungsanlage erfolgt.