DE3613307A1

DE3613307A1 - Verfahren und geraet fuer fluidisierte dampftrocknung von geringwertigen kohlesorten

Info

Publication number: DE3613307A1
Application number: DE19863613307
Authority: DE
Inventors: Robert Draper; Robert Wendel Pittsburgh Pa. Wolfe
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1986-04-19
Publication date: 1986-11-27
Also published as: SE8601737L; FI861402A; SE8601737D0; FI861402A0; US4601115A; JPS61250097A; SE464261B

Description

drying. E RN ST STRATMAN N

PATENTANWALT

D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9 VNR: 109126

Düsseldorf, 18. April 1986

8612
52,512

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Verfahren und Gerät für fluidisierte
Dampftrocknung von geringwertigen Kohlesorten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät für die fluidisierte Dampftrocknung von geringwertigen Kohlesorten (Kohlesorten mit geringem Heizwert).

Die Reserven an lignitischen und subbituminösen Kohlesorten in den Vereinigten Staaten werden auf über eine Billion Tonnen geschätzt. Festgestellte Reserven werden auf 250 Millarden Tonnen angesetzt. Diese außerordentlich große Energiereserve liegt zum größten Teil in dünnbesiedelten Gebieten der westlichen Vereinigten Staaten von Amerika und in den westlichen GolfStaaten. Ein großer Teil der Reserven liegt nahe der Oberfläche und kann mit niedrigen Kosten im offenen Tagebau abgebaut werden.

Im Jahre 1960 war die Produktion von lignitischen und subbituminösen Kohlesorten in den Vereinigten Staaten von Amerika auf nationaler Basis unbedeutend. Gegenwärtig machen diese niederwertigen Kohlesorten ungefähr 25 % der Produktionsrate von 900 Millionen Tonnen pro Jahr in den Vereinigten Staaten aus. Lignitische und subbituminöse Kohleproduktion war praktisch für den gesamten Wachstum der Kohleproduktion verantwortlich, der in den Vereinigten Staaten von Amerika in der letzten Dekade stattgefunden hat.

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Niederwertige Kohlesorten haben verhältnismäßig geringen Schwefelgehalt. Geringer Schwefelgehalt führt im allgemeinen zu leichterer Erfüllung der Bestimmungen, die bezüglich der Emissionen von Verbrennungsprodukten an die Atmosphäre erlassen worden sind. In der abgebauten Form liegt der Schwefelgehalt von lignitischer Kohle (Braunkohle) zwischen 0,3 Gew% und 1 Gew%, am häufigsten beträgt er etwa 0,7 Gew%. Dies steht im günstigen Vergleich zu bituminösen Kohlen, bei denen der Schwefelgehalt von 1,2 bis 3,5 Gew% reicht.

Der eine wesentliche Nachteil der Verwendung von lignitischer und subbituminöser Kohlen ist der hohe Wassergehalt. Für Braunkohle, die in den Vereinigten Staaten abgebaut wird, reicht der Wassergehalt von 25 bis 45 Gew%. Hoher Wassergehalt erniedrigt den kalorischen Wert der Kohle, erzeugt Handhabungsprobleme und erhöht die Transportkosten. Aus diesen Gründen besteht ein großes Interesse an der Entwicklung von wirtschaftlichen Verfahren zur Trocknung von niederwertigen Kohlesorten.

Lignitische und subbituminöse Kohlesorten halten Wasser auf drei Arten. Zuerst halten diese niederwertigen Kohlesorten Oberflächenwasser. Die Menge des Oberflächenwassers, die nachfolgend in einem Naßsauberungsprozess vorhanden sein mag, steigt mit abnehmender Teilchengröße an. Kohlesorten, die auf etwa 1/4 Zoll (6,35 nun) Teilchengröße zerkleinert worden sind, halten zwischen 10 und 15 Gew% Oberflächenwasser. Wenn die Kohle auf eine Teilchengröße von 28 Mesh (0,6 mm) gebrochen wird, kann das Oberflächenwasser bis zu 45 % des Bettgewichtes ausmachen. Die Entfernung des Oberflächenwassers wird ziemlich einfach durchgeführt und das Verfahren wird allgemein als Entwässerung bezeichnet.

Niederwertige Kohlesorten (insbesondere Lignit oder Braunkohle) halten Wasser in zwischenräumlichen Kavitäten zwischen den kohligen Fasern. Zwischenräumlich gehaltenes Wasser kann bis zu 45 Gew% eines Bettes aus Liginit ausmachen, von dem

das Oberflächenwasser bereits entfernt worden ist. Während lignitische und subbituminöse Kohlesorten vergleichbare Mengen von nach der Waschung vorhandenem Oberflächenwasser wie Kohlesorten mit ähnlicher Teilchengröße, aber höherem kalorischem Wert halten, ist die Anwesenheit von großen Mengen von Zwischenraumwasser eigentümlich für die niederwertigen Kohlesorten. Das Verfahren, das zur Entfernung von zwischenräumlich gehaltenem Wasser verwendet wird, wird als Trocknung bezeichnet. Da das zwischenräumliche Wasser in kleinen Poren zwischen den Kohlefasern gehalten wird, kann es durch mechanische Einrichtungen nicht leicht entfernt werden. Vorhandene thermische Trocknungsverfahren sind übermäßig energieverbrauchend;* infolgedessen werden niederwertige Kohlesorten gewöhnlich ohne die vorteilhaften Effekte der Trocknung transportiert und verbrannt.

In niederwertigen Kohlesorten wird Wasser noch auf eine andere Weise gehalten, nämlich in sehr kleinen geschlossenen Poren innerhalb der kohligen Fasern. Da die Poren miteinander nicht verbunden sind, ist die Entfernung dieses Wassers außerordentlich schwierig und thermische Verfahren liefern die einzige Möglichkeit. Aus diesem Grunde wird das Wasser hier als gebundenes Wasser bezeichnet. Gebundenes Wasser stellt nur wenige Prozent der Masse der Kohlesorten aller kalorischen Werte dar und stellt als solches kein attraktives Ziel für die Entfernung dar, zumal keine wirtschaftlichen Einrichtungen für die Entfernung dieses Wassers vorhanden sind.

Wie oben erwähnt wird die Entfernung des Oberflächenwassers als Entwässerung bezeichnet. Zum größten Teil wird die Entwässerung durch mechanische Einrichtungen erreicht. Derartige Einrichtungen umfassen Schüttelsiebe, die fortlaufend die Kohle-Wasser-Matrix zerbrechen und das Wasser veranlassen, von dem Bett unter Wirkung der Schwerkraft abzufließen. Zentrifugen werden ebenfalls benutzt, um niederwertige Kohlesorten zu entwässern. Ein anderes Verfahren

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zur Entfernung des Oberflächenwassers ist die Vakuumfiltration. Bei der Vakuumfiltration wird Luft durch das Bett aus Kohle gesaugt und zieht das Wasser mit sich. Die Vakuumfiltration kann in Verbindung mit vibratorischen und zentrifugalen Verfahren angewendet werden. Die Entwässerung kann unterstützt werden durch das Hinzufügen von Oberflächenentspannung smitteln, die die Oberflächenspannung des Wasser absenken, sowie durch die Anwendung von Hitze, die infolge des Anstiegs der Temperatur sowohl die Oberflächenspannung als auch die Viskosität reduzieren. Es wurde gezeigt, daß auch die Anwendung eines Ultraschallfeldes bei der Entwässerung von feinen Kohlepartikeln hilft.

Thermische Entwässerungsverfahren umfassen das Hindurchblasen von heißer Luft oder von Verbrennungsprodukten durch das Kohlebett. Ein bestimmtes Ausmaß von Wärmewiedergewinnung ist möglich. Jedoch machen psychometrische Einschränkungen die Wiedergewinnung der latenten Wärme der Verdampfung unpraktisch, wenn der Dampf mit einer großen Menge von nichtkondensierbaren Gasen vermischt ist. Aus diesem Grunde sind gegenwärtige thermische Entwässerungsmethoden verhältnismäßig unwirtschaftlich und werden nicht in größerem Umfange eingesetzt.

Wasser, das innerhalb der Teilchen der niederwertigen Kohlesorten zwischenräumlich gehalten wird, trägt zum kalorischen Wert der Kohle nicht bei. Statt dessen ist vom kalorischen Standpunkt aus gesehen dieses Wasser parasitär, indem es Wärme absorbiert, um die Verdampfung zu erreichen. Feuchte Kohle kann bei kaltem Wetter in Stapeln gefrieren und die Transportkosten werden stark erhöht, weil mit der Kohle auch ungewünschtes Wasser transportiert wird. Aus diesen Gründen und da niederwertige Kohlesorten eine der wichtigsten nationalen fossilen Energiequelle darstellen, besteht ein wachsendes Interesse an der Entwicklung von Verfahren zur Entfernung des zwischenräumlich gehaltenen Wassers. Dieses Verfahren, wie oben erwähnt, wird als Trocknung bezeichnet,

im Gegensatz zum Ausdruck "Entwässerung", der in korrekter Weise angewendet wird für die Entfernung des Oberflächenwassers. Gegenwärtig wird sehr wenig lignitische und subbituminöse Kohle in den Vereinigten Staaten "getrocknet".

Es überrascht nicht, daß Verfahren, die für Entfernung von kleinen Mengen Wasser (wenige Gew%) bei hochwertigen Kohlesorten angewendet worden sind, hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit zur Trocknung von lignitischer und subbituminöser Kohle untersucht worden sind. Diese Methoden basieren auf dem Konzept, die Kohleteilchen mit einem heißen Gasstrom wie Luft oder Verbrennungsprodukte in Kontakt zu bringen. Die Taumelung der Kohleteilchen in einer rotierenden Trommel, durch die der heiße Gasstrom hindurchgeführt wird, und Fluidisierung eines Bettes von Kohleteilchen mit dem heißen Gasstrom sind zwei Verfahren, die zur Trocknung von hochwertigen Kohlesorten verwendet worden sind. Zwei Faktoren machen in Kombination diese Verfahren für die Trocknung von niederwertigen Kohlesorten unbefriedigend. Zunächst ist das Gewicht des Wassers, das pro Kilogramm getrocknetem Produkt verdampft werden muß, bei niederwertigen Kohlesorten viel größer als bei hochwertigen Kohlesorten. Bezüglich hochwertiger Kohlesorten ist der gesamte Wirkungsgrad bei Verwendung von niederwertiger Kohle viel empfindlicher hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit des Trocknungsprozesses. Außerdem arbeitet die traditionelle Form des Trockners, wie oben beschrieben, vom thermischen Standpunkt aus gesehen nicht effizient. Dies liegt daran, weil der niedrige Teildruck des Dampfes bei dem Dampf-Heißgas-Auslaß es schwierig macht, die latente Wärme der Verdampfung zurückzugewinnen. Infolgedessen überschreitet die Energie, die zur Trocknung von niederwertiger Kohle verbraucht wird, 10 % des kalorischen Wertes des getrockneten Produktes.

Ein zweiter Grund, warum existiertende thermische Trockner für die Trocknung von lignitischer und subbituminöser Kohle nicht geeignet sind, ist der, daß diese Kohlesorten empfind-

licher sind gegenüber spontaner Entzündung, wenn sie den voll getrockneten Zustand annähern, als es bei höherwertigen Kohlesorten der Fall ist. Die Reaktivität in Luft steigt mit abnehmendem Wert an, weil niederwertige Kohlesorten einen höheren Anteil an flüchtigem Material enthalten. Feine Teilchen von trockenem Lignit stellen eine ernsthafte Explosionsgefahr in einer Hochtemperaturumgebung dar, die freien Sauerstoff enthält.

Eine andere Art von Trocknertyp, die untersucht wird, ist der sogenannte Heißwassertrockner. Bei diesem Trockner wird Lignit mit Wasser gemischt, um eine Aufschlämmung zu bilden, die dann auf etwa 650° F (343° C) bei einem Druck erhitzt wird, der ausreicht, um den flüssigen Zustand aufrechtzuerhalten (P = 2200 psi oder 152 bar). Bei hoher Temperatur zersetzen sich karboxylische Gruppen innerhalb des Lignits, um Kohlendioxid zu bilden. Das CC^-Gas treibt viel von dem Wasser aus den zwischenräumlichen Kavitäten aus. Hydrophylische Karboxylgruppen auf der Oberfläche der Kohlegranulen werden durch hydrophobisehe Kohlenwasserstoffgruppen ersetzt. Dieser Effekt zusammen mit Kapillarfaktoren unterdrücken die erneute Durchdringung der zwischenräumlichen Kavitäten mit dem Wasser, während das System abgekühlt und vom Druck befreit wird. Testdaten zeigen an, daß dieses System in der Lage ist, den Wassergehalt von Lignit auf etwa 10 Gew% zu reduzieren. Die hohen Betriebswerte für die Temperatur und für den Druck bilden jedoch erhebliche Schwierigkeiten bei der Konstruktion von für die kommerzielle Benutzung geeigneten Ausrüstungen.

Obwohl mechanische Methoden die Entwässerungstechnologie dominieren, bleiben sie hinter thermischen Verfahren zurück, wenn es notwendig ist, eine Trocknung vorzunehmen, die gemäß unserer Definition die Entfernung von in Zwischenräumen gespeichertem Wasser bedeutet. Einige Untersuchungen über mechanische Trocknungsverfahren sind jedoch durchgeführt worden. In dieser Hinsicht wird angenommen, daß eine Zen-

trifuge, die mit einer ZentrifugaXbeschleunigung von 5 χ 10^ Fuß/s² (1,5 χ 10^ m/s² , das Doppelte des höchsten Wertes, der bei Entwässerungsausrüstungen verwendet wird) arbeitet, den Wassergehalt eines 1 Fuß tiefen Bettes von Lignit von 45 auf 10 % innerhalb 1 Minute absenkt. Unglücklicherweise ist dies mit einer Mantelbelastung von 17000 psi (1172 bar) verknüpft. Diese Belastung liegt nahe an der zulässigen Betriebshöhe für niedriglegierte Stähle.

Es besteht ein Interesse an der·Anwendung von Ultraschallkompressionswellen zur Unterstützung anderer mechanischer Trocknungsverfahren, wie beispielsweise Zentrifugieren, Vakuumfiltrieren und Druckversetzung. Jedoch befinden sich diese Technologien alle in einem embryonalen Zustand und jede Vorausschau hinsichtlich der endgültigen Rolle bei der Trocknung von niederwertiger Kohle ist rein spekulativ.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, niederwertige Kohlesorten in einem zylindrischen rotierenden Gefäß zu trocknen, wobei eine überhitzte Dampfströmung benutzt wird.

Entsprechend dem Hauptanspruch der vorliegenden Erfindung besteht diese aus einem Gerät zum Trocknen von niederwertiger Kohle, um zwischenräumliches Wasser von dieser zu entfernen, wobei die Erfindung dadurch charakterisiert ist, daß das Gerät ein drehbares zylindrisches Gefäß aufweist, das Einrichtungen umfaßt, um niederwertige Kohle an seinem einen Ende einzuführen, die Kohle hindurchzuführen, sowie zum Entfernen der niederwertigen Kohle von dem Gefäß an dessen anderem Ende, sowie durch Dampfinjektoreinrichtungen an dem anderen Ende zum Einführen von Dampf in das drehbare zylindrische Gefäß zu dessen Hindurchtreten im Gegenstrom zu der Strömung der niederwertigen Kohle, um von dieser Wasser zu entfernen und einen zusammengesetzten Dampfstrom zu bilden; durch Einrichtungen zum Abgeben des zusammengesetzten Dampfstromes von dem einen Ende des drehbaren zylindrischen Gefäßes; durch Einrichtungen zum teilweisen Kondensieren des

zusammengesetzten Dampfstromes, zu welchen Einrichtungen der zusammengesetzte Dampfstrom nach Abgabe von dem drehbaren zylindrischen Gefäß geführt wird, um so davon eine Menge von kondensiertem Wasser zu entfernen, die im wesentlichen gleich ist der Wassermenge, die von der niederwertigen Kohle in dem drehbaren zylindrischen Gefäß entfernt wurde; und durch Einrichtungen zum Erhitzen des Dampfstromes nach Entfernen des kondensierten Wassers und Rückführung des erhitzten Dampfes zu dem drehbaren zylindrischen Gefäß durch die Dampfinjektoreinrichtungen.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Trocknen von niederwertiger Kohle in einem drehbaren zylindrischen Gefäß, gekennzeichnet durch Einbringen von niederwertiger Kohle in ein Ende eines drehbaren zylindrischen Gefäßes zum Hindurchtreten durch das Gefäß zu dem anderen Ende dieses Gefäßes; Injizieren von überhitztem Dampf an dem anderen Ende zum Hindurchströmen durch das drehbare zylindrische Gefäß in Gegenströmungsrichtung zu der Strömung der niederwertigen Kohle, um die Kohle zu erhitzen und von dieser Wasser zu entfernen, und um einen zusammengesetzten Dampfstrom zu bilden; Abgeben der niederwertigen Kohle, von der das Wasser entfernt wurde, am anderen Ende des drehbaren zylindrischen Gefäßes, Abgeben des zusammengesetzten Dampfstromes von dem drehbaren zylindrischen Gefäß; teilweises Kondensieren des zusammengesetzten Dampfstromes nach Abgabe von dem drehbaren zylindrischen Gefäß; Entfernen des kondensierten Dampfes, wie Wasser, von dem sich ergebenden Dampfstrom in einer Menge, die im wesentlichen gleich ist der Wassermenge, die von der niederwertigen Kohle in dem drehbaren zylindrischen Gefäß entfernt wurde; und Erhitzen des sich ergebenden Dampfstromes und Rückführen dieses Dampfstromes als überhitzten Dampf zum Injizieren in das andere Ende des drehbaren zylindrischen Gefäßes.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Gerät und ein fortlaufendes Verfahren zum Trocknen von niederwertigen Kohle-

Sorten. "Niederwertige Kohlesorten", wie hier benutzt, beschreibt feste kohlige Brennstoffe, die einen Wassergehalt von über etwa 25 Gew%, bezogen auf den festen kohligen Brennstoff, aufweisen. Derartige niederwertige Kolilesorten umfassen Lignit oder Braunkohle, Torf sowie sub-bituminöse Kohlesorten, die Wasser als Oberflächenwasser, Zwischenraumwasser und gebundenes Wasser umfassen. Zum Zwecke der kürzeren Darstellung wird in der folgenden Beschreibung auf die Verwendung von Lignit oder Braunkohle bezug genommen, obwohl die Trocknung von anderen niederwertigen Kohlesorten erfindungsgemäß ebenso durchgeführt werden kann. Das Trocknen der niederwertigen Kohlesorten wird bewirkt, um einen Restwassergehalt von weniger als 5 Gew%, basierend auf dem Gewicht der niederwertigen Kohle, zu bekommen.

Um die Erfindung verständlich zu machen, wird nunmehr ein Äusführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung beschrieben, die eine schematische Darstellung eines Gerätes ist, das zum Trocknen von niederwertiger Kohle verwendet werden kann.

In der Zeichnung ist ein abgedichtetes, drehbares, zylindrisches Gefäß 1 dargestellt, das auf Walzen 3 oder mittels anderer Einrichtungen drehbar ist, wobei Lignit oder Braunkohle 5 von einem Vorratsbehälter 7 mittels einer Einbringungsschnecke 9 zu einem Ende 11 des Gefäßes eingebracht wird. Das Lignit läuft durch das drehbare zylindrische Gefäß 1 und wird darin getrocknet und am anderen Ende 13 des Gefäßes durch eine Aufnahme 15 abgegeben, durch einen Schneckenförderer 17 hindurch, und dann von dem System bei zur Entfernung mittels eines Förderers 21 oder anderer Einrichtungen abgegeben.

Überhitzter Dampf von Leitung 23 wird zum anderen Ende 13 des drehbaren zylindrischen Gefäßes gegeben, welche Leitung einen Kopfabschnitt 25 besitzt, durch DampfInjektoren 27 hindurch. Während der überhitzte Dampf durch das rotierende zylin-

drische Gefäß 1 strömt, in Gegenströmung zu dem Fluß von Lignit, wird Wasser von dem Lignit entfernt, das eine zusammengesetzte Dampfströmung bildet. Der Ausdruck "zusammengesetzter Dampf" wird hier benutzt, um den Dampf zu bezeichnen, der von dem abgedichteten Gefäß abgegeben wird, welcher besteht aus Dampf, der in das abgedichtete Gefäß zur Erhitzung des Lignits injiziert wird, wie auch aus Dampf, der sich aus der Verdampfung von Wasser aus dem Lignit ergibt. Die zusammengesetzte Dampfströmung wird von dem drehbaren zylindrischen Gefäß 1 an einem Ende 11 durch eine Austrittsleitung 29 abgegeben. Von der Austrittsleitung 29 tritt der zusammengesetzte Dampf in einen Feststoffseparator ein, wie beispielsweise Zykloneinrichtung 31, in der Feststoffe entfernt werden. Feststoffe in dem Feststoffseparator 31 werden in einem Ablaßvorratsbehälter 33 gesammelt, von dem die Feststoffe mittels eines Schneckenförderers 35 entfernt und bei 37 zu einer Abfuhreinrichtung wie beispielsweise ein Förderband 39 abgegeben werden. Der zusammengesetzte Dampf wird von dem Feststoffseparator 31 über Leitung 41 abgeführt und zu einem, ein geschlossenes Gefäß umfassenden Teilkondensator 43 geführt, zur teilweisen Kondensation und Rückführung nach Erhitzung zu dem drehbaren zylindrischen Gefäß 1. In dem Teilkondensator 43 wird eine Menge von Dampf, die im wesentlichen gleich ist der von der niederwertigen Kohle entfernten Wassermenge, durch Kontakt mit Kühlröhren 45 kondensiert. Der unkondensierte Dampf läuft durch den Wärmeaustauscher 43 und durch Leitung 47 zu einem Filter 49. Der Grund dafür, die volle Strömung von zusammengesetzem Dampf in den Teilkondensator 43 hineinzurichten, im Gegensatz zur Benutzung eines Vollkondensators in einer Seitenströmungskonfiguration, ist der, daß der kondensierende Wärmeübertragungskoeffizient verbessert wird, indem die Massengeschwindigkeit auf drei verschiedene Weisen erhöht wird. Zunächst fordert eine höhere Massengeschwitidigkeit einen dünneren, höhere Geschwindigkeit aufweisenden Kondensatfilm. Zweitens ist die Anwesenheit von nichtkondensierbaren Gasen, wie beispielsweise Luft, für die Wärme- und Massenübertragung

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weniger nachteilig, wenn die Massengeschwxndigkeit hoch ist. Drittens wird die Tendenz, auf der Rohrwand des Teilkondensators 43 einen Schmutzfilm zu bilden, mit Erhöhung der Massengeschwindigkeit verringert. Es sei zu diesem Zeitpunkt bemerkt, daß der Grund zur Bevorzugung der rohrseitigen Kondensierung der ist, daß in einem Schalen- und Rohrwärmeaustauscher die Rohrbohrungen leichter gereinigt werden können als die äußeren Oberflächen der Rohre.

Ein zwei Durchgänge aufweisender Rohrseitenkondensator 43, der Kühlrohre 45 aufweist, ist als vorzugsweiser Teilkondensator dargestellt, da er es ermöglicht, daß das Kondensat und irgendwelche Verschmutzungen, die vorhanden sein mögen, aus der Strömung abgetrennt werden kann, nachdem ein erster Durchlauf 51 passiert wurde. Dies verbessert die Wärmeübertragungswirkungsweise in dem zweiten Durchlauf 53. Das Kondensat (Wasser) wird in Auffangbecken 55 gesammelt, die in dem unteren Abschnitt des Rückführkopfes 57 und des Ein-1aß/Auslaß-Kopfes 59 des Teilkondensators 43 angeordnet sind. Etwas kondensiertes Wasser und gesammelter Schlamm werden von dem Teilkondensator 43 durch Leitungen 61 abgegeben, die Abgabeventile 63 enthalten. Es ist anzunehmen,daß etwas Lignitfeinstoff den Teilkondensator 43 betritt, trotz der Bemühungen, diese Teilchen in dem Zyklontrenner 31 abzufangen. Der Teilkondensator 43 wird als ein Separator für diese Teilchen arbeiten, die einen Schlamm 65 am Boden des Beckens 55 bilden werden. Dieser Schlamm wird über Leitungen 61 entfernt.

Der unkondensierte Dampf, nachdem er den Teilkondensator 43 durch Leitung 47 verlassen hat, läuft durch ein Filter 49 und über Leitung 67 zu einem Gebläse 69. Die Notwendigkeit des Filters 49 hängt von der Wirksamkeit des Zyklonseparators 31 und der Trennungseffektivität des Teilkondensators 43 ab. Es wird ein niedriger Pegel von Lignitfeinstoffen benötigt, um eine Ablagerung auf den Flügeln des Gebläses zu verhindern. Der Momentanstieg, den das Gebläse 69 dem rückgeführten Dampf

aufdrückt, ist der, der notwendig ist, um die Kreiswiderstände zu überwinden und um den Dampf zu beschleunigen, der in dem abgedichteten drehbaren zylindrischen Gefäß 1 verdampft wird.

Von dem Gebläse 69 fließt der rückgeführte Dampf durch Leitung 71 zu einer ersten Wärmeaustauschereinheit 73, wo er erhitzt wird. Der zurückgeführte Dampf fließt dann durch Leitung 75 zu einer zweiten Wärmeaustauschereinheit 77, wo er weiter erhitzt wird. Der überhitzte Dampf wird dann von der zweiten Wärmeaustauschereinheit 77 abgegeben und in die Leitung 2 3 zur Weiterführung zu dem drehbaren zylindrischen Gefäß 1 gegeben. Um den Dampf, der in das drehbare zylindrische Gefäß 1 gegeben wird, zu überhitzen, ist ein sekundärer Kreis, der in der Art einer Wärmepumpe arbeitet, vorgesehen. Wo heißes Methanol in dem sekundären Kreislauf verwendet wird, wird ein Vorrat von Methanol 81 in der zweiten Wärmeaustauschereinheit 77 vorgesehen, die durch Wärmeaustausch mit dem rückgeführten Dampfstrom gekühlt worden war. Das Methanol läuft durch Leitung 83, die ein Expansionsventil 85 enthält, das Methanol verringert seinen Druck, während es expandiert, um eine zweiphasige Strömung (Dampf und Flüssigkeit) zu liefern, die die Schalenseite 87 des Teilkondensators 43 betritt, oberhalb des Flüssigkeitsspiegels. Der Wärmeaustausch wird bewirkt in dem Teilkondensator, wobei zusammengesetzter Dampf gekühlt und teilweise kondensiert wird, während Methanol verdampft wird. Methanoldämpfe werden geformt, die sich mit dem Methanoldampfanteil der Strömung von Leitung 83 kombinieren, und der kombinierte Dampf wird durch Leitung 89 abgegeben, während flüssiges Methanol in den natürlichen zirkulierenden Vorrat fällt, der die Kühlröhren 45 in dem Teilkondensator 43 überflutet. Methanoldampf von Leitung 89 läuft zu einem mehrstufigen Kompressor 91, vorzugsweise einen zweistufigen Zentrifugalkompressor, der Kompressionsstufen 93 und 95 aufweist. Schneckenkompressoren repräsentieren eine mögliche Alternative unter bestimmten Umständen, und für sehr große dreh-

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bare zylindrische Gefäße können auch axiale Kompressoren benutzt werden. Nach der ersten Kompressionsstufe, bei 93, wird das Methanol über Leitungen 97 zu einer ersten Wärmeaustauschereinheit 73 zur Wärmeübertragung an den rückgeführten Dampf gerichtet. Von der ersten Wärmeaustauscherstufe 73 wird das Methanol über Leitung 99 zur zweiten Stufe 95 des zweistufigen Kompressors 91 geführt. Nach weiterer Kompression in der zweiten Stufe 95 wird das Methanol durch Leitung 101 zur zweiten Wärmeaustauschereinheit 77 geführt, wo das Methanol benutzt wird, um den zurückgeführten Dampfstrom zu überhitzen. Das erhitzte Methanol von Leitung 101 läuft durch die Rohrseite 103 der zweiten Wärmeaustauschereinheit 77. Das Methanol wird durch Wärmeaustausch mit dem rückgeführten Dampf auf der Schalenseite 105 der zweiten Wärmeaustauschereinheit kondensiert, und das Methanol wird dann zum Methanolvorrat 81 zurückgeführt.

Wasser, das sich in dem Vorrat 55 des Teilkondensators 43 sammelt, kann von diesem durch Leitung 107 entfernt werden, wobei das Wasser in einem Heizmantel 109 um die Zufuhreinrichtungen 9 zu dem drehbaren zylindrischen Gefäß 1 verwendet werden kann, um darin enthaltenes Lignit vorzuheizen, wonach das Wasser schließlich von dem Dampf über Leitung 111, die ein Abgabeventil 113 enthält, abgegebn wird. Der Dampfauslaßkopf 59 des Teilkondensatoreinlaß/Auslaßkopfes enthält die höchste Konzentration an nichtkondensierbaren Gasen in dem gesamten Dampfrückführungskreis. Um derartige nichtkondensierbare Gase von dem System zu isolieren und zu entfernen, ist ein kleiner, vertikal orientierter Kondensator 115 über Leitung 117 mit dem Dampfrückführkopf 59 verbunden. Die nichtkondensierbaren Gase werden dann von dem System über Leitung 119, die das Ventil 121 enthält, entlüftet, während Wasser zu dem Teilkondensator 43 über Leitung 123 zurückgeführt wird. Das Kühlmittel für Kondensator 115 ist Methanol, das von Leitung 83 hinter dem Expansionsventil 85 extrahiert wird. Die Flüssigkeit-Dampf-Mischung aus Methanol gelangt in den Kondensator 115 über Leitung 125 und verläßt diesen über

Leitung 12 7.

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Da Luft von dem abgedichteten, drehbaren zylindrischen Gefäß zu dem maximal möglichen Ausmaß ausgeschlossen ist, wird das abgedichtete Gefäß bei einem Überdruck im Bereich von 1 bis bar, vorzugsweise etwa 1 bis 2 bar, betrieben. Ein derartiger Druck von 1 bis 2 bar entspricht einer Wassersättigungstemperatur von etwa 121 bis 135° C.

Die niederwertige Kohle in dem drehbaren zylindrischen Gefäß trifft auf eine Taumelwirkung, die bei der Wasserentfernung mittels des Durchführens von überhitztem Dampf durch das Gefäß hindurch hilft. Die Temperatur des überhitzten Dampfes, der dem Gefäß zugeführt wird, sollte zwischen etwa 160 und 200° C liegen. Wo Methanol als sekundäre Flüssigkeit verwendet wird, würde die Dampftemperatur im unteren Bereich dieses Bereiches liegen, oder bei etwa 160 bis 170° C, und zwar aufgrund der möglichen Zersetzung von Methanol (bei einer Temperatur von etwa 205° C) in dem sekundären Kreislauf, wo höhere Temperaturen vorhanden wären. Die Temperatur würde vorzugsweise im höheren Bereich dieses Bereiches liegen, oder bei etwa 180 bis 200° C, wenn Dampf als die sekundäre Flüssigkeit verwendet wird, und wo die Zersetzung der sekundären Flüssigkeit kein Hinderungsfaktor wäre.

Die Verdampfungstemperatur in dem Teilkondensator muß ausreichend unterhalb der Temperatur des zusammengesetzten Dampfes des abgedichteten Gefäßes liegen, um eine ausreichende Temperaturdifferenz für die Wärmeübertragung in dem Teilkondensator zu liefern. Eine Temperaturdifferenz von annähernd 8° C ist vorzuziehen. Denkt man daran, daß die Temperatur des zusammengesetzten Dampfes bei 121 bis 135° C liegt, ergibt sich eine Temperatur für die verdampfende Flüssigkeit von etwa 113 bis 127° C.

In der zweiten Wärmeaustauschereinheit 103 sollte eine Temperaturdifferenz von etwa 1(J⁶" C aufrechterhalten werden,

so daß in dem Methanolkreislauf das Methanol, das die Wärmeaustauschereinheit 103 betritt, auf einer Temperatur von etwa 180 bis 190° C sein würde, während das die ■Wärmeaustauschereinheit verlassende Methanol eine Temperatur von etwa 170 bis 180° C besitzen würde. Wo Dampf in dem sekundären Schaltkreis Verwendung findet, wären höhere Temperaturen nutzbar, oder Temperaturen von etwa 180 bis 200° C am Einlaß zur Wärmeaustauschereinheit und 170 bis 190° am Auslaß.

Die vorliegende Erfindung liefert eine Einrichtung zum Trocknen von niederwertigen Kohlesorten zur Entfernung von Zwischenraumwasser von der Kohle, wobei überhitzter Dampf in einem drehbaren Gefäß verwendet wird, während gleichzeitig latente Wärme der Verdampfung wiedergewonnen wird. Es gibt keine Verbrennungsproduktemissionen bei der Verwendung des vorliegenden Systems, und verhältnismäßig sauberes Wasser wird als ein Nebenprodukt des Verfahrens erzeugt, welches in Gebieten, wo Lignit oder Braunkohle abgebaut wird, und wo Wasser knapp ist, verwendet werden kann. Das vorliegende Verfahren beseitigt auch die Gefahr von spontaner Entzündung innerhalb des drehbaren Gefäßes, da eine ausschließlich dampftrocknende Umgebung vorhanden ist.

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Claims

drying. Ernst Stratmann PATENTANWALT D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9 VNR: 109126 Düsseldorf, 18. April 1986 8612 52,512 Westinghouse Electric Corporation Pittsburgh, Pa., V. St. A. Patentansprüche :

1. Gerät zum Trocknen von niederwertiger Kohle zur Entfernung von zwischenräumlichem Wasser von der Kohle, gekennzeichnet durch ein drehbares zylindrisches Gefäß (1), das Einrichtungen (9) zum Einführen von niederwertiger Kohle an einem Ende (11) des Gefäßes umfaßt, zum Hindurchführen der Kohle durch das Gefäß (1), und Einrichtungen (15) zum Entfernen der niederwertigen Kohle von dem Gefäß (1) an dessen anderem Ende (13); durch Injektoreinrichtungen (27) an dem anderen Ende (13) zum Zuführen von Dampf in das drehbare zylindrische Gefäß (1) zum Hindurchführen des Dampfes in Gegenstromrichtung zu der Strömung der niederwertigen Kohle, um von dieser Wasser zu entfernen und eine zusammengesetzte Dampfströmung zu erzeugen; durch Einrichtungen (29) zum Abgeben der zusammengesetzten Dampfströmung von dem einen Ende (11) des drehbaren zylindrischen Gefäßes (1); durch Einrichtungen (43) zum teilweisen Kondensieren der zusammengesetzten Dampfströmung, zu der die zusammengesetzte Dampfströmung nach Abgabe von dem drehbaren zylindrischen Gefäß (1) zugeführt wird, um so eine Menge

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von kondensiertem Wasser zu entfernen, die im wesentlichen gleich ist der Wassermenge, die von der niederwertigen Kohle in dem drehbaren zylindrischen Gefäß (1) entfernt wurde; und durch Einrichtungen (73) zum Erhitzen der Dampfströmung nach Entfernen des kondensierten Wassers und zum Zurückführen des erhitzten Dampfes zu dem drehbaren zylindrischen Gefäß (1) durch die Injektoreinrichtungen (27) hindurch.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen (31) zum Abtrennen der Feststoffe von der zusammengsetzten Dampfströmung nach Abgabe von dem abgedichteten Gefäß (1) und vor den Einrichtungen (43) zum teilweisen Kondensieren des Dampfes.

3. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen (49) zur Filterung der Dampfströmung nach Beseitigung des kondensierten Wassers und vor den Einrichtungen (73) zum Erhitzen des Dampfes.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (43) zum teilweisen Kondensieren der zusammengesetzten Dampfströmung einen Rohr- und Schalenkondensator darstellen, wobei der zusammengesetzte Dampf an der Rohrseite des Kondensators teilweise kondensiert wird.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (43) Einrichtungen (55) zum Sammeln des kondensierten Dampfes sowie Einrichtungen (61, 63) zum Abgeben des gesammelten kondensierten Dampfes von dem Kondensator sowie Einrichtungen enthält, um dem kondensierten Dampf zu ermöglichen, zu stehen und Feststoffe von ihm abzutrennen, bevor der kondensierte Dampf abgegeben wird.

6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,, daß gekühltes Fluid zu der Schalenseite des Rohr- und Schalenkondensators (43) zugeführt wird, um den zusammengesetzten Dampf teilweise zu kondensieren und das gekühlte Fluid zu verdampfen.

7. Gerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen mehrstufigen Kompressor (9I)₁, wobei das verdampfte Fluid nach Hindurchtreten durch die Einrichtungen (43) zum teilweisen Kondensieren des zusammengesetzten Dampfes komprimiert wird, um es zu erhitzen»

8. Gerät nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Erhitzen des Dampfstromes nach Entfernen des kondensierten Wassers in einer Wärmeaustauschereinheit (73), wobei die Dampfströmung durch Wärmeaustausch mit erhitztem Fluid von dem mehrstufigen Kompressor (91) erhitzt wird.

9. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen (107), die, vorgesehen sind,, um das kondensierte Wasser von den Einrichtungen (43) für die teilweise Kondensierung des zusammengesetzten Dampfstromes zu einem Heizmantel (109) um die Zuführeinrichtungen (9) des drehbaren zylindrischen Gefäßes (1) herum zu richten.

10. Verfahren zur Trocknung von niederwertiger Kohle in einem drehbaren zylindrischen Gefäß, gekennzeichnet durch Einführen der niederwertigen Kohle an einem Ende eines drehbaren zylindrischen Gefäßes zum Hindurchtreten durch das Gefäß zu dessen anderem Ende j Injizieren von überhitztem Dampf an dem anderen Ende zur Durchströmung des drehbaren zylindrischen Gefäßes im Gegenstrom zu der Strömung der niederwertigen KoIiIe₅ um die Kohle zu erhitzen und von ihr Wasser zu entfernen und eine zusammengesetzte Dampfströmung zn bilden" Abführen der

niederwertigen Kohle, von der das Wasser entfernt wurde, vom anderen Ende des drehbaren zylindrischen Gefäßes; Abziehen des zusammengesetzten Dampfstromes von dem drehbaren zylindrischen Gefäß; teilweises Kondensieren der zusammengesetzten Dampfströmung nach Abgabe von dem zylindrischen drehbaren Gefäß; Entfernen des kondensierten Dampfes, wie Wasser, von dem sich ergebenden Dampfstrom in einer Menge, die im wesentlichen gleich ist der von der niederwertigen Kohle in dem drehbaren zylindrischen Gefäß entfernten Wässermenge; und Erhitzen des sich ergebenden Dampfstromes und Zurückführung als überhitzter Dampf zur Injektion in das andere Ende des drehbaren zylindrischen Gefäßes.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sich ergebende Dampfströmung durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Fluid erhitzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Methanol ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Wasserdampf ist.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß kondensierter Dampf benutzt wird, um die dem drehbaren zylindrischen Gefäß zugeführte nxederwertige Kohle vorzuheizen.

15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die niederwertige Kohle Lignit (Braunkohle) ist und daß das Lignit getrocknet wird, um einen Restwassergehalt von weniger als 5 Gew% zu*erhalten.