DE3406456C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Kohle für die Verbrennung in Großfeuerungsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 Verbraucherzentren zu transportieren. Der Feststoff­ transport 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 (Nevada) 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% 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 Kohlekraftwerkes 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 besonders, daß die Kohlesuspension in aufwendiger Weise vor der Verbrennung aufbereitet werden muß. Das Wasser muß abgeschieden und gereinigt werden. Letzteres ist wegen der Erfordernisse des Umweltschutzes besonders 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.

Aus der DE-OS 32 48 550 ist die Herstellung einer Kohleaufschlämmung zum Transport in Pipelines bekannt, wobei dem Wasser Tenside zugegeben werden, um die Fließfähigkeit zu verbessern.

Ebenfalls oberflächenaktive Mittel werden gemäß der DE-OS 26 54 626 den Schlämmen aus Festbrennstoff und Wasser zugesetzt.

Der Festkörperanteil beträgt in beiden Fällen etwa 50 bis 60%.

Die Möglichkeit, Kohle aus einer entwässerten Aufschlämmung direkt zu verbrennen, ist, außer in der eingangs genannten Literaturstelle auch in "Umschau" (1963, Heft 15, Seite 484) und "f + h - fördern und heben" (33, 1983, Nr. 2, Seiten 82-87) beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die transportierte Kohle in Großfeuerungsanlagen bereitgestellt werden kann, ohne daß der Wasseranteil vorher ganz oder teilweise mechanisch abgetrennt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe für ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Verfahrensschritte.

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 µm, vorzugsweise 300 µm, aufweist. Eine Obergrenze für das Größtkorn ergibt sich aus der für die spätere Verbrennung vorgesehenen Flammenlänge, d. h. das Größtkorn darf nur so groß sein, daß es beim Durchgang durch den Brenner über die Flammenlänge vollständig verbrennen kann. Aus dem Feinkorngemisch wird erfindungsgemäß eine Kohlesuspension erzeugt mit einem Festkörperanteil von mindestens 60 Gew.-%, vorzugsweise 65-70 Gew.-%. Weiterhin werden dieser Suspension Additive zur Herabsetzung der Zähigkeit der Suspension auf Werte unter 1000 cP (bei 15 s^-1), 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 Erfindung sieht vor, die Suspension durch Zufuhr viskositätserhöhender Additive und/oder Wärme zu brechen und durch weitere Wärmezufuhr und Zerteilung agglomerierter Kohlepartikel im Luftstrom oder durch mechanisch wirkende Mittel in Kohlestaub zu überführen. Diese Zerteilung stellt keinen Mahlvorgang dar, sondern bewirkt lediglich, daß aneinanderklebende Kohleteilchen wieder voneinander getrennt werden, so daß das Kohlestaubgemisch etwa die Korngrößenvertei­ lung nach der anfänglichen Mahlung besitzt; während des Rohr­ leitungstransportes kann allerdings durch gegenseitige Reibung der Kohlepartikel eine weitere Kornverfeinerung eingetreten sein. Als Additive zum Brechen der Suspension kommen vorzugs­ weise Benetzungsmittel in Frage, die eine hydrophile Ober­ flächenschicht auf den Kohlepartikeln bilden.

Grundsätzlich ist es auch möglich, eine Kohle-Wasser-Suspension ohne vorherige Abtrennung des Wasseranteils direkt zu ver­ brennen. Das erfordert jedoch sehr hohe Kohleanteile von bis zu 80% 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 komme.

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 Größt­ korn von 300 µm in Mühlen zerkleinert. Unter Zugabe von Wasser und 0,4%-Gew. eines Äthylenoxid-Propylen­ oxid-Polymers als Additiv wird eine Kohlesuspension mit 65%-Gew. Feststoffanteil hergestellt. Die Zähigkeit der Suspension beträgt etwa 750 cP (bei 15 s^-1). 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 Kohlestaub­ 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 Heißgasstrom von etwa 150°C zerstäubt wird, wobei der Wasseranteil weitestgehend verdampft und die Kohle in Form von Staub ausfällt. Der Feinanteil der Kohle wird dabei im Heiß­ gasstrom den Brennern unmittelbar zugeführt, während der größere Anteil des Kohlestaubs mit zusätzlicher Luft zu den Brennern befördert wird. Die Erwärmung des Heiß­ luftstroms 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 ver­ tretbaren 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 Groß­ feuerungsanlage 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 Großfeuerungs­ anlage als Energie zur Brechung der Kohlesuspension genutzt.

Es sei noch erwähnt, daß der Kohle Wasser-Suspen­ sionszusätze zum Herabsenken des Gefrierpunktes des Wassers zugegeben werden können, wie beispielsweise Methanol, so daß der Transport auch bei niedrigen Außentemperaturen erfolgen kann.

Claims (8)

1. Verfahren zur Bereitstellung von Kohle für die Verbrennung in Großfeuerungsanlagen, wobei der Transport der Kohle von einer weit entlegenen Kohlelagerstätte in Rohrleitungen als Kohle-Wasser-Suspension erfolgt, der ggf. den Gefrierpunkt des Wassers herabsetzende Stoffe (z. B. Methanol) zugesetzt werden und deren Viskosität durch Zusatz von Additiven bei einem Festkörperanteil von mindestens 60% auf Werte unter 1000 cP herabgesetzt wurde und deren Größtkorn weniger als 500 µm beträgt, dadurch gekennzeichnet,
daß die maximale Korngröße des Kohleanteiles so eingestellt wird, daß bei der für die Verbrennung vorgesehenen Flammenlänge noch eine vollständige Verbrennung erfolgt,
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, bevor der Kohlestaub einem Kohlestaubbrenner zugeführt 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 eingesetzt werden, die eine hydrophile Oberflächenschicht auf den Kohlepartikeln bilden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung in Kohlestaub durch Zerstäuben der Suspension in einem Heißgasstrom erfolgt.

5. Verfahren nach Anpruch 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 der Festkörperanteil der Suspension für den Rohrleitungstransport auf 65 bis 70% gebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als viskositätsvermindernde Additive nichtionische Stoffe zugesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung der Suspension in Kohlestaub unter Ausnutzung der Abgaswärme der Großfeuerungsanlage erfolgt.