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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur trockenen
Auftrennung von Steinkohlenflugstäuben, insbesondere aus Kraftwerken, durch Siebung
und Windsichtung.
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Bei der Verbrennung von Steinkohle in Kraftwerken fallen in den nachgeschalteten
Filtern, vorzugsweise Elektrofiltern, große Mengen von Flugstaub (auch als Flugasche,
Filterstaub oder Elektrofilterstaub bezeichnet) an. Ein großer Teil davon wird bisher
auf Sonderdeponien abgelagert.
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Ein anderer Teil des Flugstaubes wird ohne vorherige Aufbereitung
als Zusatzstoff für Baustoffe, insbesondere Beton, verwendet. Da die Zusammensetzung
der Flugstäube heterogen ist, war ihre Weiterverwendung bisher auf wenige Anwendungsbereiche
beschränkt.
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Zur Verbesserung dieser Situation wurden zwei Wege beschritten. Bei
einem ersten Verfahren, wie aus der DE-OS 31 47 479 bekannt, wird eine Verbesserung
der Verwendbarkeit von Flugstaub dadurch angestrebt, daß dieser durch Beigabe und
Miterhitzung von Zusatzstoffen, besondere Kühlung und Weiterverwendung nur der Fraktion
< 30 Mikrometer für den Einsatz in Zement, Mörtel, Beton oder anderen Baustoffen
veredelt wird.
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Ein zweites Verfahren, wie in der DE-OS 28 42 259 beschrieben, zielt
auf eine möglichst vollständige Auftrennung der Komponenten eines Mehrkomponentengemisches,
wie es auch Flugstaub darstellt, ab und verwendet eine Vielzahl von Siebstufen und
Windsichtern.
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Beide Verfahren weisen Nachteile auf. Beim ersten Verfahren ist die
Verwendbarkeit der Verfahrensprodukte auf Baustoffzuschläge beschränkt, was eine
unterwertige Verwendung darstellt. Für die Miterhitzung von Zusatzstoffen müssen
diese schon vor dem oder beim Kohleverbrennungsprozeß zugeführt werden, was einen
erhöhten technischen und wirtschaftlichen Aufwand für die Feuerungsanlage bedeutet.
Auch wird durch dieses Verfahren keine vollständige Verwertung der Flugasche erreicht,
da z. B. gröbere Staubanteile nicht weiterverwendet werden sollen.
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Das zweite der oben angegebenen Verfahren liefert zwar eine Auftrennung
der einzelnen Komponenten, soweit bei diesen ausreichende Unterschiede in der Dichte
und/oder Form bestehen, jedoch ist der technische Aufwand durch das Erfordernis
von n + 1 Windsichtern bei n Siebstufen sehr hoch. Hierdurch ist eine wirtschaftliche
Durchführbarkeit des Verfahrens bei der Anwendung auf Flugstäube nicht erreichbar.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, 1. ein Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, das die aufgeführten Nachteile vermeidet und das insbesondere eine
vollständige Verwertbarkeit der Verfahrensprodukte gewährleistet, das wirtschaftlich
durchführbar ist, das auf einfache Weise an unterschiedlich zusammengesetzte Flugstäube
anpaßbar ist, und das nicht umweltbelastend ist, sowie 2. eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens anzugeben.
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Die Lösung der Aufgabenstellung gelingt erfindungsgemäß durch ein
Verfahren der eingangs genannten Art mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Dosierte
Aufgabe und Lockerung des Ausgangsstaubes, b) magnetische Abtrennung und Abführung
der eisenmetallischen Bestandteile des Staubes, c) Prallauflösung elektrostatisch
gebildeter Teilchenagglomerate mittels beschleunigter Prozeßluft, d)Auftrennung
des übrigen Staubes durch Siebung in mehreren Stufen mit Abführung der einzelnen
Fraktionen, e) Auftrennung des verbleibenden Staubes durch Mitstrom-Windsichtung
in mehrere Fraktionen und deren Abführung, f) Abscheidung des Reststaubes durch
Feinstfilterung und Abführung des Staubes und g) Rückführung der Prozeßluft von
der Feinstfilterung zum Verfahrensschritt c).
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Durch dieses Verfahren wird in vorteilhafter Weise der Ausgangsstoff
vollständig in wertvolle Sekundärrohstoffe aufgetrennt. So ist der in der Verfahrensstufe
b) gewonnene Staubanteil, der vorwiegend aus Hämatit (y-Fe2O3) und Magnetit (Fe3O4)
besteht, für die Gießerei-Industrie und als schwerer, z. B. strahlenabsorbierender
Zuschlagstoff für Beton verwendbar. Aufgrund der in Analysen festgestellten Zusammensetzung
von Flugstäuben aus Kohlekraftwerken fallen auf den gröberen Siebstufen im wesentlichen
Koksteilchen an, die als Adsorbens (Aktivkoks) mit Werten der spezifischen Oberfläche
bis zu 100 m2/g nutzbar sind. In den mittleren Siebstufen fällt ein Gemisch von
Koksteilchen und Glaskügelchen an, das ebenfalls als Adsorbens verwenbar ist,
wenn
auch mit geringeren spezifischen Oberflächenwerten. Die feinen Siebstufen liefern
schließlich weitgehend Glaskugelfraktionen, die z. B. als Füllstoffe für verschiedenartige
Kunststoffe einsetzbar sind. Die durch Windsichtung separierten feineren kugeligen
Glasteilchen sind besonders als Zusatzstoffe für Kunststoffe und Farben geeignet.
Der in der Feinstfilterung anfallende glasige Staub kann wegen seiner Feinkörnigkeit
z.B. für Gummi und Kautschuk verwendet werden.
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Die besondere Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ergibt sich aus dem
relativ geringen technischen Aufwand -nur eine Siebkolonne und nur ein Windsichter
sind erforderlich - und aus dem hohen Wert der gewonnenen Sekundär-Rohstoffe.
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Eine Belastung der Umwelt wird weitgehend dadurch vermieden, daß
die Prozeßluft in einem geschlossenen Kreislauf in den Verfahrensschritten c) bis
g) ohne Verbindung zur Umgebungsluft geführt wird.
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Die Lösung des zweiten Teils der Aufgabenstellung gelingt durch eine
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den folgenden
Komponenten: a) Einen Vorratsbehälter für den Ausgangsstaub, b) eine den Staub aus
dem Vorratsbehälter abgebende Dosiervorrichtung, c) eine den Staub auflockernde
und gleichmäßig verteilende Verrieselungsvorrichtung, d) wenigstens eine die eisenmetallischen
Staubteile abtrennende Magnetscheideeinheit mit einer Abführleitung für die abgetrennten
Staubteile, e) eine Beschleunigungs- und Verwirbelungseinheit mit mindestens einem
düsenartigen Lufteinlaß für beschleunigte Prozeßluft, f) einen am Ausgang der Beschleunigungs-
und Verwirbelungseinheit im Abstand von diesem angeordneten Prallkörper, g) eine
Kolonne von mehreren Sieben abnehmender Maschenweite, mit mindestens einer Rüttelvorrichtung
und je einer Abführleitung für die einzelnen Staubfraktionen, h) einen Mitstrom-Windsichter
mit mehreren Abführleitungen für unterschiedliche Staubfraktionen, i) einen Feinstfilter
mit einer Abführleitung für die letzte Staubfraktion und j) wenigstens ein die Prozeßluft
in einem geschlossenen Kreislauf förderndes Umluftgebläse.
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Eine Vorrichtung dieser Art stellt eine wirtschaftlich erstell- und
betreibbare Anlage zur technischen Durchführung des oben angegebenen erfindungsgemäßen
Verfahrens dar.
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Vorteilhafte Ausführungen und Einzelheiten der Vorrichtung gehen
aus den Unteransprüchen 3-25 hervor.
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Der Ablauf des Verfahrens sowie die Vorrichtung und deren Funktionsweise
werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur
der Zeichnung zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in prinzipieller Darstellung.
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Die Vorrichtung 1 umfaßt einen Vorratsbehälter 2, z. B. einen Hochstand-Vorratssilo,
aus dem Flugstaub durch eine Dosiervorrichtung 3 entnommen wird. Die Dosiervorrichtung
3 ist vorzugsweise eine Zellenradschleuse 31, sie kann aber auch als kontinuierlich
arbeitende Schneckenförderung betrieben werden. Die Menge des kontinuierlich abgegebenen
Flugstaubes wird durch die Umlaufgeschwindigkeit des Zellenrades bzw. der Schnecke
der Dosiervorrichtung 3 geregelt Aus der Dosiervorrichtung 3 gelangt der Staub in
einen Fallschacht 5, in dessen Verlauf eine Verrieselungsvorrichtung 4 angeordnet
ist. Diese bewirkt eine Auflockerung und ein gleichmäßiges Abrieseln des Staubes.
Die Verrieselungsvorrichtung 4 besteht vorzugsweise aus einem in einer Aufweitung
des Fallschachtes 5 angeordneten elektromagnetisch betriebenen Schwinger 41.
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Anschließend werden die eisenmetallischen Bestandteile des abrieselnden
Flugstaubes durch eine Magnetscheideeinheit 6 abgetrennt und durch eine Abführleitung
6' abgeführt. Die Magnetscheideeinheit 6 besteht vorzugsweise aus zwei nacheinander
angeordneten Magnetscheidetrommeln 61 und 62, sie kann aber auch beispielsweise
durch einen Hinterband-Magnetabscheider gebildet sein.
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Nach dem Passieren der Magnetscheideeinheit 6 gelangt der restliche
Flugstaub in eine Beschleunigungs- und Verwirbelungseinheit 7. Diese Einheit 7 besteht
vorzugsweise aus einem sich verengenden Rohr 70 oder einer sich verengenden Rohrspirale,
in die durch wenigstens eine düsenartige Öffnung 71 beschleunigte Prozeßluft schräg
abwärts gerichtet eingeblasen wird. Vorzugsweise weist die Beschleunigungs- und
Verwirbelungseinheit 7 vier in unterschiedlichen Höhen in die Einheit 7 mündende
Lufteinläße 71 auf. Im Abstand vom Ausgang 72 der Beschleunigungs- und Verwirbelungseinheit
7 ist ein Prallkörper 73 angeordnet, auf den der beschleunigte und verwirbelte Staub
nach dem Austreten aus der Beschleunigungs- und Verwirbelungseinheit 7 mit hoher
Geschwindigkeit auftrifft. Der Prallkörper 73 ist vorzugsweise ein flacher Prallschirm
und dient u. a. dazu, die durch elektrostatische Kräfte oder Verbackung locker gebundenen
Staubteilchen voneinander zu trennen.
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Dem Luftstrom folgend gelangen die Staubteilchen als nächstes in
eine Siebkolonne 8 mit mehreren, vorzugsweise fünf Siebstufen 81 bis 85, mit von
oben nach unten abnehmender Maschenweite. Die Staubteilchen werden nach ihrer Teilchengröße
fraktioniert und durch je eine Abführleitung 81' bis 85' pro Siebstufe abgeführt.
Alle Siebe 81 bis 85 werden gerüttelt, wobei dies vorzugsweise elektromagnetisch
erfolgt. Insbesondere die feineren Siebstufen 84 und 85 können mit einer zusätzlichen
Siebabreinigungsvorrichtung versehen sein. Diese besteht aus einer über dem betreffenden
Sieb bewegbaren, dieses nicht berührenden metallischen Bürste und einer elektrischen
Schaltung, die periodisch die Bürste unter eine hohe elektrische Spannung setzt
und die das Sieb gleichperiodisch, aber im Gegentakt erdet. Hierdurch werden Staubteilchen,
die durch elektrostatische Aufladung an dem Sieb haften, von diesem gelöst, so daß
eine konstant hohe Trennleistung auch der feinen Siebstufen gewährleistet bleibt.
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Im Anschluß an die Siebkolonne 8 wird der verbleibende Staub in einem
Mitstrom-Windsichter 9 weiter aufgetrennt. Der Windsichter 9 weist mehrere Absetzstufen,
vorzugsweise 8 Absetzstufen 91-98 mit je einer eigenen Abführleitung 91'-98' auf.
Die Staubteilchen, die sich auf einer der Absetzstufen 91-98 abgesetzt haben, werden
von dort vorzugsweise mit je einem umlaufenden Kratzförderer in die zugehörige Abführleitung
91'-98'
befördert. Der Windsichter 9 weist vorteilhaft einen Innenrotor mit einer vertikal
verlaufenden Rotationsachse auf. Die Drehzahl des Rotors 10 ist über einen Antriebsmotor
90 variabel. Auf der Mantelfläche des Rotors 10 sind mehrere in Längsrichtung des
Rotors verlaufende, in radialer Richtung verschwenkbare Flügel 99 angeordnet. Diese
Flügel 99 dienen dazu, die Weite des Luftspaltes 19 zwischen dem Rotor 10 und der
Außenwand des Windsichters 9 zu verändern.
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Die durch die Windsichtung noch nicht separierten Staubteilchen werden
durch eine Absaugöffnung 11 am unteren Ende des Windsichters 9 und eine Rohrleitung
12 zu einem ersten Umluftgebläse 13 geführt, das das Luft-Staub-Gemisch durch eine
weitere Rohrleitung 14 einem Feinstfilter 15 zuführt. Der Feinstfilter 15 ist vorzugsweise
ein vertikaler Fasermatten-Schlauchfilter 151, der innenseitig beschickt wird. Der
Fasermatten-Schlauchfilter 151 ist unter Ausbildung eines Zwischenraumes 154 von
einem Filtergehäuse 152 umgeben. Die Staubpartikel, die noch nach der Windsichtung
im Prozeßluftstrom verblieben waren, werden im Innenraum 153 des Fasermatten-Schlauchfilters
abgesetzt, in einem Sammeltrichter 155 am unteren Ende des Schlauchfilters 151 gesammelt
und durch eine Abführleitung 15' einem Silo zugeführt. Zur Ablösung der sich auf
den Fasermatten des Schlauchfilters 151 absetzenden Staubpartikeln ist vorgesehen,
den Schlauchfilter periodisch durch eine Schüttelvorrichtung zu erschüttern. Die
nach der Feinstfilterung im Zwischenraum 154 zwischen Schlauchfilter 151 und Filtergehäuse
152 vorhandene Reinluft wird über ein zweites Umluftgebläse 16 durch eine Rohrleitung
17 wieder zur Beschleunigungs- und Verwirbelungseinheit 7 gefördert. Der Prozeßluft-Kreislauf
ist damit geschlossen und garantiert einen Betrieb des Verfahrens und der entsprechenden
Vorrichtung ohne Umweltbelastung.
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Die Anpassung der Vorrichtung an unterschiedliche Zusammensetzungen
von Flugstäuben kann durch Variation des Prozeßluftdurchsatzes, durch Einstellung
der Drehzahl des Rotors 10 im Windsichter 9 und durch Veränderung der Weite des
Luftspaltes 19 zwischen Rotor 10 und Außenwand des Windsichters 9 in ausreichend
weiten Grenzen vorgenommen werden. Die Abführleitungen 6', 81'-85', 91'-98' und
15' führen vorzugsweise zu geschlossenen Silos, die keine Verbindung zur Umgebungsluft
aufweisen. Somit kann es auch hier nicht zu einer Umweltbelastung durch Staubemission
kommen.
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Bei den in dem Verfahren bzw. der Vorrichtung aufzubereitenden Flugstäuben
aus Steinkohlenkraftwerken ist zwischen Stäuben aus sogenannten Schmelzfeuerungen
und solchen aus sogenannten Trockenfeuerungen zu unterscheiden. Die Unterschiede
zwischen beiden Staubtypen betreffen im wesentlichen die unterschiedlichen Gehalte
an glasigen und kristallinen Bestandteilen.
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Analysen von mehreren Steinkohlen-Flugstäuben ergaben die in der
folgenden Tabelle angegebenen Zusammensetzungen. Angegeben sind in der Tabelle jeweils
in Gew.-% der Minimal-, Mittel- und Maximal-Wert aus 19 Flugstäuben aus Schmelzfeuerungen
bzw. 26 Flugstäuben aus Trockenfeuerungen.
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Angaben in Gew.-% Bestandteil Schmelzfeuerung Trockenfeuerung Alumosilikatglas
85-88-95 68-75-85 Mullit (glasgebunden) 1-3-5 6-11-13 Quarz (überwiegend glaseingebunden)
1-2-3 1-5-7 Magnetit (glasgebunden) 1-3-4 2,5-4,5-6 Hämatit (glasgebunden) 1-3,5-4
2,5-3,5-6 übrige kristalline Verbindungen 0-0,2-1 0,3-0,4-5 Brennbares (Koks) 1-5
1-3 Aus Korngrößen-Analysen ist bekannt, daß sich das Spektrum der Teilchengröße
von ca. 0,1 bis ca. 2000 Mikrometer erstreckt. Die Korngrößenverteilung besitzt
zwei Häufigkeitsmaxima durch Teilchen, die ca. 0.15 bis 0,3 und andere, die ca.
0,9-1,5 Mikrometer groß sind. Magnetitreiche Staubteilchen befinden sich vorzugsweise
in Größenfraktionen von ca. 30-100 Mikrometer. Koksteilchen kommen vorwiegend in
Größenfraktionen über 100 Mikrometer vor.
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Bei der Trennung von Flugstäuben der oben angegebenen Zusammensetzung
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer entsprechenden Vorrichtung mit fünf
Siebstufen und acht Windsichterstufen ist daher mit den in der folgenden Tabelle
angegebenen Fraktionen aus den einzelnen Trennungsstufen zu rechnen.
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Angaben in Gew.-0/o Fraktion abgetrennt durch Schmelzfeuerung Trockenfeuerung
Magnetscheideeinheit 2-8 5-12 1. Siebstufe 1-3 1-3 2. Siebstufe 1-3 1-3 3. Siebstufe
1-3 1-3 4. Siebstufe 1-3 1-5 5. Siebstufe 1-3 1-5 Windsichter
| 1. Stufe |
| 2. Stufe |
| 3. Stufe |
| 4. Stufe *7390 6787 |
| 5. Stufe |
| 6. Stufe |
| 7. Stufe |
| 8. Stufe |
Fasermattenfilter unter 2,5 unter 2,5 *) Das Abscheideverhalten der einzelnen Sichterstufen
ist abhängig von den Betriebseinstellungen von Windsichter und Umluftgebläse(n).