DE3722360A1

DE3722360A1 - Wirbelschichtcalzinierung

Info

Publication number: DE3722360A1
Application number: DE19873722360
Authority: DE
Inventors: Horst Prof Dr Sc Techn Mueller; Klaus Dipl Ing Hofmann; Bernhard Dipl Ing Pinkert; Michael Dipl Ing Suder; Wolfgang Von Dr Ing Woedtke
Original assignee: ZITTAU ING HOCHSCHULE
Current assignee: ZITTAU ING HOCHSCHULE
Priority date: 1986-07-17
Filing date: 1987-07-07
Publication date: 1988-01-28
Also published as: DD301298A7

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von calziumoxid- oder magnesiumoxidhaltigem Material aus körnigem Kalkstein, Dolomit oder ähnlichen Stoffen unter Nutzung der Verbrennungswärme von für die Wirbelschichtfeuerung geeigneten Brennstoffen, vorzugsweise für den Einsatz in Schadstoffreduzierungseinrichtungen bzw. diesen nachgeschalteten Aufbereitungsanlagen.

Der Bedarf an Erdalkalioxiden für Verfahren zur Schadstoffreduzierung wird bei den bekannten technischen Lösungen auf verschiedene Art und Weise gedeckt. Eine Möglichkeit besteht darin, den Bedarf durch eine separate Verfahrensstufe des Kalkbrennens zu decken. Hierfür werden vor allem Drehrohröfen bzw. Schachtöfen in Anwendung gebracht, wie sie unter DE 26 10 015 und DE 29 17 153 beschrieben sind. Diese Verfahren sind nicht in der Lage, die Verbrennungswärme komplizierter Brennstoffe wirtschaftlich zu nutzen. Desweiteren ist es möglich, durch Zugabe von Erdalkalicarbonaten in oxidierende Feuerraumatmosphären eine über die Calcinierungsreaktion laufende Entschwefelung der Feuerraumabgase zu erzielen. Solche Verfahren sind unter anderem für die Wirbelschichtvergasung (DD 1 36 992) aber auch für die Wirbelschichtverbrennung (z. B. DE 25 01 503) bekannt. Diese technischen Lösungen nutzen aber den Prozeß der Calcinierung und Schadstoffeinbindung, der unter den gegebenen Bedingungen sehr unvollkommen abläuft, als Nebeneffekt. Die Wärmeabfuhr aus der Wirbelschicht wird nur zu einem geringen Teil über die Calzinierungsreaktion gedeckt.

In DD 2 31 840 wird ein Verfahren beschrieben, in dem schlecht mahlbare Bestandteile der Rohbraunkohle in einer parallel zu einem kohlenstaubgefeuerten Dampferzeuger geschalteten Wirbelschicht verbrannt werden. Hierbei wird die Reaktionswärme nicht zur thermischen Aufbereitung von Erdalkalicarbonaten verwendet.

In DE 32 34 315 wird ein Verfahren vorgestellt, daß eine Additivzugabe in den Feuerraum mit einer nachgeschalteten Naßentschwefelungsanlage kombiniert. Der Einsatz einer separaten Apparatur zur Aufbereitung der Additive, die die Nutzung schwer verbrennbarer Materialien ermöglicht, ist nicht vorgesehen.

Die angeführten technischen Lösungen beinhalten entweder Brennprozesse zur Herstellung von Erdalkalioxiden oder Verfahren zur primären Einbindung toxischer Rauchgasbestandteile bzw. die Verbrennung schlecht mahlbarer Bestandteile von Kohlen. Ein Verfahren gemäß nachfolgendem Erfindungsgedanken zur thermischen Spaltung calziumcarbonat- oder magnesiumcarbonathaltigen Materials konnte nicht recherchiert werden.

Ziel der Erfindung ist eine Nutzung brennbarer Abfälle oder schwieriger Brennstoffe bei zugleich energetisch günstiger Erzeugung hochwertiger Zuschlagstoffe für Schadstoffreduzierungsprozesse.

Eine Reihe von Verfahren zur Schadstoffreduzierung haben einen bestimmten Bedarf an Erdalkaliverbindungen, zum einen als Reaktionspartner für einzubindende Abgaskomponenten und zum anderen als Neutralisationsmittel für anfallende saure Abwässer oder Waschsuspensionen. Dabei bringt der Einsatz von z. B. Kalk bzw. Kalkhydrat wesentliche Vorteile in bezug auf Reaktionsdurchführung und Materialausnutzung, als z. B. der Einsatz einer entsprechenden Menge Kalksteins. Des weiteren fallen bei einer Anzahl technischer Prozesse, insbesondere auch bei den mit Schadstoffreduzierungseinrichtungen auszurüstenden Verbrennungsanlagen, brennbare Abfälle an, die in herkömmlichen Feuerungen nicht oder nur schwer zu verbrennen sind.

Aufgabe ist es, mittels der Wirbelschichtfeuerung einen hochwertigen Zuschlagstoff zu erzeugen, der zur Schadstoffreduzierung geeignet ist, und bei dessen Erzeugung brennbare Abfälle bzw. schwierige Brennstoffe energetisch günstig verwertbar werden.

Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst:

Zum Einsatz kommt eine herkömmliche Art der Wirbelschichtfeuerung, die vorzugsweise unter atmosphärischem Druck arbeitet. Dabei wird als Wirbelbett eine kontinuierlich zu ersetzende Menge gemahlenen calziumcarbonat- oder magnesiumcarbonathaltigen Materials vorzugsweise Kalkstein oder Dolomit der Körnung 10 µm bis 2 mm verwendet.

Als Brennstoff werden brennbare Abfälle bzw. schwierige Brennstoffe oder ein Teilbrennstoffmassenstrom der Hauptverbrennungseinrichtung eingesetzt. Die Zugabe des Brennstoffes wird separat über eine der Brennstoffart entsprechende bekannte technische Lösung realisiert.

Die Wärmeabfuhr aus der Wirbelschicht erfolgt über die in ihr erfolgende stark endotherme Calzinierungsreaktion z. B. der Form:

CaCO₃ → CaO + CO₂

Ein Einsatz von Tauchheizflächen zur Wärmeabfuhr aus dem Wirbelbett erübrigt sich damit. Die Einstellung der Bettemperatur als Regelgröße wird über die abgestimmte Zugabe von Brennstoff und Bettmaterial realisiert. Sie liegt im Bereich von 850 bis 1100°C. Die Abführung der Reaktionsprodukte kann entweder über Überlauf als Gemisch von Oxid und Carbonat erfolgen oder aber bei Wahl einer optimalen Korngröße des Einsatzbettmaterials zumindestens teilweise auch durch den bei der Calzinierung erfolgenden Massen- und Volumenverlust begünstigten selektiven Partikelaustrag mit dem Abgasstrom verwirklicht werden. In beiden Fällen ist ausgehend vom Heizwert des Brennstoffes und dem experimentell zu bestimmenden Umsatzgrad der jeweiligen technischen Lösung:

das Verhältnis der thermisch äquivalenten Menge an Bettmaterial und Brennstoff konstant zu halten. Dabei muß die Bedingung erfüllt werden, daß die bei der Verbrennung frei werdende Wärme der Energie zur Vorwärmung der Verbrennungsluft zuzüglich der Reaktionswärme, die vom Bettmaterial aufgenommen wird, bei Aufrechterhaltung der zur Calzinierung notwendigen Temperatur, entspricht.

Bei der Abfuhr der Reaktionsprodukte über den Staubaustrag aus der Wirbelschicht kann eine bekannte technische Lösung zur Rauchgastemperatursenkung und anschließende Entstaubung zum Einsatz kommen.

In allen Fällen liegt die Verunreinigung des Reaktionsproduktes durch Verbrennungsrückstände des eingesetzten Brennstoffes in der Größenordnung, die bei einem Einsatz als Zusatzstoff zur Schadstoffreduzierung durch im Abgas selbst mitgeführte Feststoffpartikel eintreten kann.

Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann der Heizwert von zum Teil komplizierten Brennstoffen zur Bereitstellung von hochwertigen Zuschlagstoffen für bekannte Schadstoffreduzierungsverfahren genutzt werden.

In einer braunkohlenstaubgefeuerten Brennkammer (1) fallen Anteile unverbrannten Materials, wie z. B. Xylit, an, die kontinuierlich einem nach dem Verfahrensprinzip arbeitendem Wirbelbett (2) zugeführt werden. Hier wird aus einem Silo (3) Kalksteinmehl zugesetzt. In dem Wirbelbett (2) läuft die Calcinierungsreaktion ab, die zur Erzeugung eines Gemisches aus Branntkalk und Kalkstein führt. Dieses wird über einen Überlauf (4) abgezogen und als Reaktionspartner in einer bekannten Schadstoffreduzierungseinrichtung (5) für die Bindung von Schwefeldioxid aus dem Rauchgas der Brennkammer (1) verwendet.

Das Abgas aus dem Wirbelbett (2) wird in die eigentliche Brennkammer (1) rückgeführt. Dazu ist das Wirbelbett (2) zweckmäßigerweise direkt unter der Brennkammer (1) installiert, so daß gleichzeitig die unverbrannten Bestandteile des Brennstoffes aus der Brennkammer (1) in das Wirbelbett (2) fallen können.

Eine Regeleinrichtung (6) steuert die Zugabe frischen Kalksteinmehls in Abhängigkeit der gemessenen Bettemperatur.

Ein Wirbelbett (2) wird wahlweise mit einem Brennstoffteilmassenstrom (7) einer benachbarten Brennkammer (1) oder anfallenden brennbaren Abfällen (8) betrieben. Aus einem Silo (3) wird das Wirbelbett (2) mit besonders feinkörnigem Kalksteinmehl versorgt. Damit fällt über einen Überlauf (4) ein Kalkstein-Kalkgemisch, das in einen Bunker (9) gefördert wird, an und gleichzeitig kann aus dem Abgas nach Durchlaufen eines Abhitzekessels (10) mittels Filter (11) ein calziumoxidreicher Staub gewonnen werden, der ebenfalls dem Bunker (9) zugeführt werden kann. Das Reingas wird in einen Kamin (12) geleitet.

Aus dem Bunker (9) wird das Reaktionsprodukt diskontinuierlich abgezogen und einer nach einem bekannten Verfahren arbeitenden Schadstoffreduzierungseinrichtung (5) entsprechend dem dort bestehenden Bedarf zugeführt.

Liste der Bezugszeichen 1 Brennkammer
2 Wirbelbett
3 Silo
4 Überlauf
5 Schadstoffreduzierungseinrichtung
6 Regeleinrichtung
7 Brennstoffteilmassenstrom
8 brennbare Abfälle
9 Bunker
10 Abhitzekessel
11 Filter
12 Kamin

Claims

1. Wirbelschichtcalzinierung zur thermischen Zersetzung von calziumcarbonat- oder magnesiumcarbonathaltigem Material, wie z. B. Kalkstein oder Dolomit zur Erzeugung von calziumoxid- bzw. magnesiumoxidhaltigen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirbelbett (2) aus körnig aufgemahlenen, erdalkalicarbonatreichen Verbindungen, vorzugsweise Kalksteinmehl, zum Einsatz gelangt und für die Calzinierungsreaktion die Verbrennungswärme brennbarer Abfälle (8) vorzugsweise aus der Brennkammer (1) bzw. eines Brennstoffteilmassenstromes (7) genutzt wird, wobei durch eine abgewogene kontinuierliche Zufuhr dieses Brennstoffes und/oder des Bettmaterials die Temperatur des Wirbelbettes (2) im günstigen Bereich von 850-1100°C eingestellt wird und keine Wärmeabfuhr über Tauchheizflächen oder ähnliche Einrichtungen erfolgt, wobei im Reaktionsprodukt ein Gemisch aus Erdalkalioxid und -carbonat vorliegt und die Körnung des eingesetzten Bettmaterials kleiner 2 mm vorzugsweise kleiner 0,5 mm beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die abgewogene Zufuhr von Bettmaterial und Abfuhr der Calzinierungsprodukte das Reaktionsvolumen des Wirbelbettes (2) konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Verbrennungsrückständen des Einsatzbrennstoffes verunreinigten erdalkalireichen Reaktionsprodukte über Staubaustrag und/oder aus dem Wirbelbett (2) als Gemisch entnommen werden und direkt zur Schadstoffreduzierung bei industriellen Abgasen bzw. zur Neutralisation saurer Abwässer oder Suspensionen eingesetzt werden.