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Verfahren zur Verbesserung der Zündfähigkeit und des
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Brennverhaltens von Braunkohlenbriketts Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Verbesserung der Zündfähigkeit und des Brennverhaltens von gegebenenfalls
schwefelbindende Substanzen enthaltenden Braunkohlenbriketts.
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Die Herstellung von Braunkohlenbriketts erfolgt üblicherweise mit
Hilfe von Strangpressen. Dabei wird auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 18 %
vorgetrocknete und auf eine Korngröße C 3 mm gesiebte Braunkohle durch die Schubkurbel
der Presse bei einem Druck von über 1 000 bar durch einen Formkanal gepreßt. Die
Querschnittsöffnung des Formkanals entspricht dabei dem Umriß des fertigen Briketts,
dessen Stirnseiten durch den Abdruck des Stempels qeprägt werden, der von der Schubkurbel
in dem Formkanal hin- und herbeweqt wird. Vor jedem Vorwärtshub fällt eine vorbestimmte
Menge an Braunkohle vor die Stirnfläche des Stempels, der diese Menge in den Formkanal
hineinschiebt und in diesem verpreßt, so daß zwei gleichartige Stirnflächen entstehen,
deren axialer Abstand durch das Volumen der aufqeqebenen Braunkohle bestimmt wird.
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Weichbraunkohlen, wie beispielsweise die Rheinische Braunkohle, werden
mit einer Temperatur von ungefähr 60° C der Brikettpresse aufgegeben. Dabei tritt
während des Pressvoraanges im Inneren des Briketts eine Temperaturerhöhlung um 4-8"
C und an der Brikettoberfläche infolge der Reibunq im Formkanal eine Temperaturerhöhung
bis um etwa 25° C ein.
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Durch den Brikettiervorgang erhält die dem Stempel zugewandte Seite
des Briketts eine homogene Oberfläche von geringer Rauhigkeit, die nur von wenigen
Rissen durchsetzt wird. Die der Wandung des Formkanals zugewandten Seitenflächen
sind dagegen glatt und glänzend und bilden die soqenannte Glanzhaut. Diese wird
durch die hohe Reibungswärme im Formkanal unter Mitnahme von einer geringen Menge
an Metallabrieb der Formbleche gebildet. Nach den Abkühlen des gepreßten Briketts
weist die Glanzhaut üblicherweise ein unreqelmäßiqes Rißmuster auf.
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Die Art der Rohbraunkohle, deren Aufbereitung sowie der Druck bim
Pressen des Briketts und die jeweilige Oberflächenstruktur des fertigen Briketts
sind in unterschiedlichem Ausmaß bestimmend für die Zünd- und Brenneigenschaften
des Braunkohlenbriketts.
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Das Zündverhalten (Zündzeitpunkt) von Braunkohlen wird vorwiegend
von der petrographischen Zusammensetzung der Kohle und ihrer Porosität beeinflußt.
Braunkohlen mit niedriger Porosität zeigen im allgemeinen eine geringe Entzündunsneigung.
Bei Braunkohlen, die aus tiefgelegenen Flözen gewonnen werden, ist die spezifische
Oberfläche der Kohle kleiner als bei Kohlen aus weniger tiefliegenden Flözen. Mit
kleinerer Oberfläche aber verringert sich gleichzeitig die Zündneigung von aus solchenBraunkohlen
hergestellten Briketts. Dabei ist folgender Zusammenhang festaestel. It worden:
Je feiner die zu brikettierende Braunkohle aufbereitet ist und je höher der Preßdruck
eingestellt wird, umso geringer ist die Porosität des resultierenden Briketts und
damit dessen Zündfreudigkeit.
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Von maßseblichem Einfluß auf die Zündfreudigkeit ist jedoch die Struktur
der Oberfläche des Briketts. Untersuchungen zum Selbstentzündungsverhalten von Braunkohlenbriketts
haben gezeigt, daß die Selbstentzündung bei ca. 1700 C erfolgt, wenn solche Briketts
in einem Umluftwärmeschrank während mehrerer Tage gelagert werden. Die Selbstentzündung
setzt Jedoch an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche des Briketts mit unerschiedlicher
Intensität ein. Hierbei konnte eine Reihenfolge festgestellt werden, die dem zeitlichen
Verlauf der Entzündung entspricht. Die beobachtete Reihenfolge oder Rangordnung
ist
- die Spalten, - die Bruchflächen, - die Ecken, - die Kanten,
- die Risse, - die Glanzhautfläche und - die Preßfläche.
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Allgemein gilt, daß die Selbstentzündung des Briketts zuerst an der
Stelle erfolgt, an der die Porosität der Oberfläche und damit die Diffusionsmöglichkeiten
zwischen dem Entqasunqsgas, welches in dem Brikett entsteht und an dessen Oberfläche
austritt, einerseits und dem Sauerstoff, welcher zur Verbrennung benötiqt wird,
andererseits ein Maximum aufweist.
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Bruch flächen und Spalten legen die ungestörte Struktur des Briketts
frei. Hier ist ein direkter Zugang des Sauerstoffs zur porösen inneren Struktur
des Briketts und damit zu einer qrößeren aktiven Oberfläche möglich. Gleichzeitig
wird dem Entqasungsgas eine verbesserte Möglichkeit zur Diffusion nach außen geboten.
Daher erfolgt die Zündung bevorzuqt an diesen Stellen. Diese Tatsache macht man
sich beispielsweise im Haushalt zunutze, indem man beim Anzünden Briketts auseinanderbricht
oder Bruchstücke von Briketts verwendet, um ein rascheres Zünden des Feuers zu erreichen.
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Bruchflächen bewirken somit eine raschere Zündung der Briketts. Andererseits
wird das Vorhandensein von Bruchflächen als qualitätsmindernder Umstand angesehen.
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Neben den lagerstättenbedingten Unterschieden sowie durch Aufbereitung
und Brikettierung verursachte Unterschiede ist aber auch der Anteil von Zusätzen
zur Einbindung des Schwefels in die Asche von großem Einfluß auf das Zünd- und Brennverhalten
von Briketts. Braunkohlenbriketts, die schwefeleinbindende Substanzen enthalten,
sind beispielsweise aus dem US-Patent 4,192,652 bekannt. Als Substanz, mit deren
HIlfe der in der Braunkohle enthaltene Schwefel in die bei der Verbrennung entstehende
Asche eingebunden werden kann, gelten beispielsweise CaO oder MgO oder bei höheren
Teperaturen CaO und/oder MgO freisetzende Verbindunqen. Mit Hilfe solcher schwefeleinbindender
Substanzen laufen bei der Verbrennung z. B. die folqenden chemischen Reaktionen
ab: 1. CaCO3 9 CaO + CO2 d. h. Calciumcarbonat CaCO3 wird unter Freisetzung von
CO2 zu gebranntem Kalk CaO reduziert.
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Der gebrannte Kalk verbindet sich sodann mit dem beim Vorbrennt3nqsvorqanq
entstehenden Schwefeldioxid; es erfolgt die Umsetzung zu Chips nach den folqende
Gleichungen:
2. CaO + SO2 d CaSO3 und 3. CaSO3 + 1/2 02 Q CaSO4.
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Gemäß der Lage der chemischen Gleichgewichte und der chemischen Kinetik
liegt zuminest ein wesentlicher Teil des ursprünglich in der Kohle gebundenen Schwefels
in Form von Gips vor; er ist Bestandteil der als Verbrennungsrückstand erhaltenen
Asche.
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Die der Schwefeleinbindung dienenden Zusätze bewirken jedoch gleichzeitig
eine Verschlechterung des Zünd- und Brennverhaltens.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Zünd- und Brennverhalten
von Braunkohlenbriketts, die aus Braunkohle geformt werden, welche in großen Tiefen
qewonnen wurde und daher eie verringerte Porosität aufweist und/oder von Briketts,
die mit schwefeleinbindenden Stoffen dotiert wurden, zu verbessern. Dabei wird angestrebt,
diese Verbesserung unter Vermeidung von weiteren Zuschlagstoffen, etwa Bindemitteln
oder Zündhilfsstoffen, zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man an dem fertig geformten
Prikett nachträglich Teile seiner Oberfläche entfernt. Dabei macht man sich die
Beobachtung zunutze, daß sich Rruchflächen von Braunkohlenbriketts entsprechend
der
vorstehend angegebenen Ranqfolve zu einem früheren Zeitpunkt
entzünden als die übrige Flächenabschnitte des Briketts. Auf besonders einfache
und wirksame Weise läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen, wenn man
Teile der Glanzhaut an Briketts entfernt, die durch Strangpressen geformt wurden.
Hierbei ist es nicht erforderlich, daß unbedingt die geamte Glanzhaut entfernt wird,
sondern es reicht aus, wenn Flächenteile von wenigen cm² Größe entfernt werden,
an denen die Entzündung des Briketts bevorzugt einsetzen und von denen aus der Verbrennungsvorganq
schließlich ablaufen kann.
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Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß man die Teile der
Oberfläche des Briketts durch Schaben, Kratzen, Schneiden oder Fräsen entfernt.
Jedes dieser Verfahren kann als von gleich guter Wirksamkeit angesehen werden; maßgeblich
ist allein das Freilegen einer ausreichend großen Oberfläche, um an dieser Stelle
die für die Verbrennung benötigte Gaswechselvorgänqe einsetzen zu lassen.
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Zweckmäßigerweise wird man in die Oberfläche des Briketts, vorzugsweise
in die Oberfläche der Glanzheut, eine Nut einbringen. Diese Nut kann von beliebiger
geometrischer Form, also etwa halbrund oder dreieck- oder viereckförmig sein. Mit
einer derartige Behandlung der Oberfläche sinkt naturgemäß die Widerstandsfähigkeit
des Briketts gegen
Bruchbelastung infolge der von den eingeritzten
Nuten möglicherweise ausgehenden Kerbwirkung. Infolgedessen ist vorgesehen, daß
nur eine ganz dünne Schicht der Glanzhaut etwa von 1-2 mm Dicke entfernt wird, und
daß die aufgehrachte Nut verhältnismäßig flach ist. Dies gilt zumindest bei solchen
Kohlen, deren Brikettierbarkeit eingeschränkt ist. Bei brikettierfreudigen Kohlen
dagegen können ohne weiteres auch tiefere Einschnitte auf der Oberfläche angebracht
werden, da solche Einschnitte auf geringste Raum die größtmöqliche Oberfläche freiliegen.
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Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindunq ein neuartiges
Braunkohlenbrikett vorgeschlagen, welches gegebenenfalls durch Strangpressen erzeugt
und gegebenenfalls mit schwefeleinbindenden Substanzen dotiert eine Oberflache aufweist,
in der nach der Formung des Briketts Nuten, Ausschnitte oder Abschabungen eingebracht
sind. Die Gestalt eines derartige Briketts wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
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In der Zeichnung ist in schematischer, vereinfachter perspektivischer
Wiedergabe ein handelsübliches 6 Zoll Braunkohlenbrikett dargestellt.
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Das Brikett 1 liegt auf einer der beiden Stirnflächen 2,die einander
im axialen Abstand 3 qegenüberliegen und gegebenenfalls einen vom Stempel einer
Brikettpresse geprägten
Schriftzug 4 aufweisen. Die beiden Stirn-
oder Preßflächen 2 sind weitgehend homogen und weisen neben dem Schriftzs 4 nur
eine geringe Oberflächenrauhigkeit auf. Sie sind geqebenenfalls von einigen wenigen
Rissen (nicht gezeigt) durchsetzt. Die beiden Stirnflächen 2 werden von der umlaufende
Seitenfläche 5 begrenzt, die an den Stirnseiten 6 durch Kanten 7 unterbrochen wird.
Seitenfläche 5 und Stirnseiten 6 liegen während der Herstellunq des Briketts an
der Wandung des Formkanals der Presse an und sind dementsprechend glatt und glänzend.
Der Glanz auf den Flächen 5 und 6 entsteht durch die hohe Reibungswärme im Formkanal
der Presse, wobei eine geringe Menge des Metalls auf die Flächen 5 und 6 übertragen
wird, aus dem die Bleche geformt sind, die den Formkanal der Presse auskleiden.
Man bezeichnet das Aussehen der Flächen 5 und 6 als "Glanzhaut".
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Erfindunqsgemäß sind Teile der Oberfläche des Briketts 1 nach dessen
Formung entfernt worden. Beispielsweise ist auf der Seitenfläche 5 eine Nut 8 von
rechteckigem oder eine Nut 9 von dreieckigem oder eine flache Nut 10 von halbkreisförmigem
Querschnitt eingebracht worden. Nuten der gleiche Art können auf beiden Seitenflächen
5 des Briketts 1 in beliebiger Zahl, Größe und Gestalt eingebracht werden.
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Ebenso gut können sie auf einer oder beiden der Stirnflächen 2 angebracht
werden. Zweckmäßigerweise aber wird
man das Anbringen der Nuten
8, 9 oder 10 dort vornehmen, wo das Brikett 1 am wenigsten geschwächt wird, so daß
die Gefahr des Auseinanderbrechens vermindert wird.
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Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Maßnahme konnte anhand von Versuchen
nachgewiesen werden. Die beigefügten Tabellen zeiqen das Zünd- und Brennverhalten
von Braunkohlenbriketts, die aus Rheinischer Braunkohle gepreßt wurden. Deren Herstellung
erfolgte in der üblichen Weise mit Braunkohle, die auf Korngrößen 4 3 mm vorgemahlen,
anschließend auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 18 % vorgetrocknet und bei annähernd
1 000 bar Preßdruck zu Briketts gepreßt wurde.
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Nach Tabelle 1 wurden Briketts in einem Wärmeschrank über eine längere
Zeit einer erhöhten Temperatur ausgesetzt, wodurch die Selbstentzündung eingeleitet
wurde. Bei dem unbehandelten 6-Zoll-Brikett "BB6" setzte gemäß der ersten Zeile
der Tabelle die Selbstentzündung nach etwa 9 h 45 min ein. Bei einem gleichgroßen
Brikett, dessen Glanzhaut eine eingefräste Nut aufwies (zweite Zeile) begann die
Entzündung bereits nach etwa 7 h. Anschließend wurden die gleiche Versuche mit tioll-Briketts
"BB2" durchgeführt.
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Dabei wurden ein unbehandeltes Brikett (Zeile 3), ein Brikett, welches
4,4 Gew.% Calciumcarbonat enthielt (Zeile 4) und ein diesem entsprechendes Brikett
(Zeile 5) miteinander
verglichen, wobei letzterem vorher eine
Nut eingefräst worden war. Die Prüftemperatur der "BB2"-Briketts betrug einheitlich
1700 C. Danach lagerte das Brikett der Zeile 3 etwa 3 h 30 min, jenes der Zeile
4 etwa 4 h und das letzte wiederum 3 h 30 min bis zur Entzündung. Die schwefeleinbindende
Substanz hatte das Zündverhalten zunächst verschlechtert (Zeile 4); diese Verschlechterung
konnte schließlich durch die erfindungsgemäße Behandlung (Zeile 5) beseitigt werden.
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Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse einer "Feuerstättenprüfung" nach
DIN 18891 an "BB6"-Briketts. Die erfindungsgemäß behandelten Briketts (Zeile 2)
verbrannten schneller, wie man aus den Ergebnissen der Spalten 2 und 3 erkennen
kann. Die Wärmeleistung lag höher (Spalte 5).
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Bei den Ve«uchen zeigte sich, daß die Zündung auf den Preßflächen
der Briketts langsamer einsetzte als auf den Glanzhautflächen. Bei allen untersuchten
Briketts begann die Zündung zuerst an Bruchstellen, mit denen Briketts unermeidlich
behaftet sind. Bei unbehandelten Briketts entstand zunächst eine flache Flamme auf
der Auflagefläche, während bei Briketts, deren Oberfläche präpariert war, sofort
an den Seiten Flammen aufstiegen. Damit wurde die eingangs geqebene Darstellunq
der Gaswchselvorgänge an den Oberflächen des Briketts zweifelsfrei bestätigt.
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L A G E R U N G S V E R S U C H E I N E I N E M U M L U F T T R O
C K E N S C H R A N K
| Braunkohlenbrikett Versuchstemperatur Lagerzeit bis zum Zünden
Bemerkung |
| A r t °C h / min. |
| BB 6" 190 ca. 9 45 unbehandelt |
| BB 6" 190 ca. 7 in Glanzhaut eingefräste Nuten |
| breit: 30 mm |
| tief : 3 mm |
| viereckförmig |
| BB 2" 170 ca. 3 30 unbehandelt |
| BB 2" 170 ca. 4 mit schwefeleinbindender Substanz |
| BB 2" 170 ca. 3 30 mit schwefeleinbindender Substanz; |
| in Glanzhaut eingefräste Nuten |
| breit: 12 mm |
| tief : 3 mm |
| viereckförmig |
Tabelle 2 - P R Ü F U N G N A C H D I N 1) (FEUERSTÄTTENPRÜFUNG)
| Braunkohlenbrikett Gewicht nach ges. Brenndauer Verbrennungs-
Wärmeleistung Bemerkung |
| Art Gewicht 15 min Brenndauer wirkungsgrad |
| kg kg h % KW |
| BB6" 3,2 1,2 1,25 - 10,45 unbehandelt |
| BB6" 3,1 1,0 1,13 - 11,02 in Glanzhaut eingefräste |
| Nuten |
| breit: 30 mm |
| tief: 3 mm |
| viereckförmig |
DIN 18891 (einlagige Brennstoffaufgabe) 1) Zürn Kaminofeneinsatz mit Sichtscheibe,
Flachfeuerung, Nennleistung 11,0 KW - Grundglutgewicht : 1,2 kg - Förderdruck :
0,11 mbar - Luftschieberstellung 2
- L e e r s e i t e -