DE3808519A1 - Verfahren zur verarbeitung der in filtern anfallenden wirbelschichtasche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von fein- und feinstkörniger Wirbelschichtasche, die insbesondere bei der Verbrennung von ballasthaltigen Steinkohlen mit den Verbrennungsgasen aus dem Fluidbett und an den Wärmetauschern bzw. den Filtern anfällt und die zunächst mit einem Binde­ mittel intensiv gemischt und dann mit vorher bis zur Sättigung durchfeuchteten, Keime bildenden, gröberen Körnungen zusammen­ geführt und durchmengt wird, woraufhin das Mischprodukt zum Aushärten gelagert und dann als Zuschlagstoff eingesetzt wird nach Patent (Patentanmeldung P 37 18 336.2).

Durch die spezielle Art der Schwefeleinbindung in Wirbel­ schichtfeuerungsanlagen durch Zugabe von Kalk, vorzugsweise in Form von gemahlenem Calciumkarbonat, in den Feuerungsraum, ist die Flugasche, besonders die an den Staubfiltern anfallende Asche mit den Reaktionsprodukten vorwiegend CaSO₄ und entsäuertem Kalk belastet. Bei Wasserzutritt aktiviert der ablöschende Branntkalk die stark entwässerten Anhydritanteile, so daß die Verarbeitung derartiger Aschen in Zementbildung, sofern ein dichtes Mörtel- oder Betongefüge angestrebt ist, Probleme aufwirft.

Schwierigkeiten entstehen besonders durch verzögerte Abbindereaktionen des Zementes und durch Quellvorgänge, die ggf. die Zementsteinstruktur beeinträchtigen. Die damit gegebene Verwendungsbeeinträchtigung der Wirbelschichtasche zwang bisher dazu, die anfallende Asche auf besonderen Deponien einzulagern. Probleme entstehen insbesondere dadurch, daß der Anteil der Körnung <63 µ ca. 70 Gew.-% beträgt und die Wirbelschichtasche daher staubt sowie zum "Fließen" neigt und nur mit hohem Aufwand zu transportieren und zu lagern ist.

Die rauhe Kornoberfläche und die geringe Dichte des Abbrandes bieten die Voraussetzung dafür, daß die Asche zu einem Leichtzuschlag verarbeitet werden kann, der im Bereich der Leichtbetontechnik sowohl in Ortbeton als auch im Bereich präfabrizierter Betonbauteile und T-Steine eingesetzt werden kann. In dieser Industrie wird für den Zuschlag ein Schütt­ gewicht im Bereich einer Dichte zwischen 0,5 und 1,0 kg/dm³ gewünscht. Dafür eingesetzt wird bisher in der Regel Naturbims, weil dieser ein sehr hohes Porenvolumen und eine niedrige Rohdichte aufweist. Er zeichnet sich außerdem durch die erforder­ liche Kornstabilität aus und ist daher für die Herstellung großformatiger Steine bestens geeignet.

Naturbims ist vulkanischen Ursprungs und wird im Tagebau gewonnen und aufbereitet. In der Bundesrepublik Deutschland liegen die umfangreichsten Bimsvorkommen in der Eifel. Die Belastung der Landschaft und der Umwelt durch die Tagebau­ gewinnung, die Erschöpfung guter Lagerstätten, der zunehmende Aufbereitungsaufwand wegen des Verunreinigungsgrades der noch vor­ handenen Lagerstätten sowie die hohe Vorkostenbelastung auf­ grund langer Transportwege geben Veranlassung, für derartige Zuschlagstoffe ein Substitut zu suchen. Schlacken, Schlacken­ granulate o. ä. Materialien haben eine relativ hohe Rohdichte und eignen sich aus anderen Gründen, beispielsweise aufgrund ihrer Zusammensetzung nicht als Zuschlagstoff für die Her­ stellung von Hohlblöcken o. ä. Steinen.

Nach dem Verfahren gemäß der Hauptanmeldung wird diesen Problemen dadurch abgeholfen, daß die bisher auf Sondermüll­ halden verbrachte Wirbelschichtasche zunächst mit einem Binde­ mittel, nämlich mit Zement gemischt und dann unter Zugabe von Wasser bzw. mit entsprechend feuchtem grobkörnigen Gut zusammengeführt und durchmengt wird. Dieses Mischprodukt hat ein hohes Porenvolumen und eine niedrige Rohdichte und eignet sich optimal als Leichtbauzuschlagstoff, insbesondere dann, wenn er nach der Vergrößerung der Körner durch die entsprechende Behandlung anschließend Zeit zum Aushärten hat. Nachteilig ist, der im Verhältnis enge Anwendungsbereich und der mit dem Bindemittel verbundene finanzielle Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zu optimieren und für viele Anwendungszwecke und Bereiche anwendbar zu gestalten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gröbere Körnungen im Kornbereich 1,0 bis 10,0 mm als Kern­ bildner zugeführt werden, wobei die Kornspreizung und der Körnungsanteil über die Zugabe der Kernbildner auf den Ver­ wendungszweck des herzustellenden Zuschlags abgestellt wird.

Dieses Verfahren erlaubt es, lediglich durch Veränderung der Stoffart der Körner (Mineral, Kunststoff, Faserstoff) oder der Körnung der Kernbildner und/oder des Anteils der Kern­ bildner das Endprodukt so zu gestalten, wie es für den jeweiligen Verwendungszweck gewünscht ist. Wird ein breites Produktkorn­ band gewünscht, so wird eine entsprechende Kornspreizung des kernbildenden Einsatzkornbandes eingestellt, während bei einem gewünschten schmalen Produktkornband auch die Kornspreizung des Einsatzkornbandes entsprechend eng gewählt wird. Ist ein gleichkörniges Zielkorn gewünscht, so werden gleichkörnige Keime eingesetzt. Damit ist dem Fachmann eine Lehre an die Hand gegeben, die es ihm ermöglicht, genau auf das Endprodukt eingestellte Massen zur Verfügung zu stellen, wozu er letzt­ endlich lediglich das Einsatzprodukt, d. h. die Kernbildner entsprechend vorbehandeln, d. h. absieben muß. Diese Vielseitig­ keit des erfindungsgemäßen Verfahrens bringt einen erheblichen technischen Fortschritt mit sich, die selbst bezüglich des Hauptverfahrens nicht zu erwarten waren.

Weitere Einflußgrößen sind die Mischungsfeuchte, wobei diese durch gleichzeitige bzw. anschließende Wasserbedüsung und Puderung durch Streckung des Anlagerungsprozesses beein­ flußt werden kann.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird als Bindemittel Kalk eingesetzt, mit der Wirbelschicht­ asche und mit dem Kernbildner gemischt und zum Aushärten unter Sattdampfbedingungen gehärtet. Da beim Wirbelschicht­ prozeß Kalk eingesetzt wird, kann mit dieser Verfahrens­ variante vorteilhaft auf diesen Kalkanteil zurückgegriffen werden. In vielen Fällen erübrigt sich so sogar die Kalkzugabe, weil aus verfahrenstechnischen Gründen die Filteraschen Kalk­ anteile um 6 bis 7 Gew.-% aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dementsprechend eine Kalkzugabe jeweils unter Berücksichtigung der in der Wirbelschichtasche enthaltenen Kalkmenge auf 6 bis 7 Gew.-% nur ergänzend vor, sofern der Kalkanteil in der Wirbelschichtfilterasche aus systembedingten Gründen zu gering ist. Dabei hat sich überraschend und vorteil­ haft herausgestellt, daß eine solche ergänzende Zugabe von Kalk ab einem Anteil von 2 Gew.-% CaO-Anteile in der Filter­ asche sich erübrigt. Daher ist annähernd in allen Fällen der Leichtzuschlagherstellung auf Bindemittelzugaben und auf die Vermischung derselben mit Wirbelschichtasche zu ver­ zichten und gleich die Einmischung der Kernbildner und die Volumenvergrößerung herbeizuführen. Das Verfahren wird so vorteilhaft verkürzt bzw. kurz gehalten und dadurch die Wirtschaftlichkeit erhöht. Die anschließende Aushärtung unter Sattdampfbedingungen (hydrothermal) ist notwendig.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird als Bindemittel Kalk eingesetzt, mit der Wirbelschicht­ asche und mit dem Kernbildner gemischt und zum Aushärten unter Sattdampfbedingungen gehärtet. Da beim Wirbelschicht­ prozeß Kalk eingesetzt wird, kann mit dieser Verfahrens­ variante vorteilhaft auf diesen Kalkanteil zurückgegriffen werden. In vielen Fällen erübrigt sich sogar die Kalkzugabe, weil aus verfahrenstechnischen Gründen die Filteraschen CaO-Anteile um 6 bis 7 Gew.-% aufweisen. In diesem Falle kann damit auf die Vormischung verzichtet und gleich die Einmischung der Kernbildner und die Volumenvergrößerung herbeigeführt werden. Das Verfahren wird so vorteilhaft verkürzt.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß als Bindemittel Gips eingesetzt, mit der Wirbel­ schichtasche und mit den Kernbildnern gemischt und zum Aus­ härten an der Luft gelagert wird. Auch hier kann vorteilhaft auf die in der Wirbelschichtasche vorliegenden Inhaltsstoffe zurückgegriffen werden bzw. diese werden zielgerichtet als Bindemittel aktiviert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Zugabe von Gips jeweils der Wirbelschichtasche in Abhängigkeit vom darin enthaltenen, hoch entwässerten Anhydritanteil langsam abbindender Gips in der Form A II U-Mittelbrand bis zu 25% Gesamtanteil, bezogen auf die Trockenmasse zugeführt wird. Es zeigt sich, daß auf diese Art und Weise ein Zielprodukt erreicht werden kann, das nach entsprechender Aushärtung die Voraussetzungen aufweist, die Leichtzuschlagstoffe für Trockenbauplatten, Schüttungen bzw. Konstruktionen des Innen­ baus gestellt werden.

Um die Kornbildung gezielt zu beeinflussen, ist es von Vorteil, wenn die Wirbelschichtaschen und das Bindemittel intensiv trocken gemischt, teilbefeuchtet (unter 19% Feuchte) und dann durch Anlagerung an die zugegebenen Kernbildner geformt werden. Die Teilbefeuchtung hat den Vorteil, daß durch gezielte weitere Maßnahmen der Anlagerungsprozeß ver­ längert oder durch entsprechende höhere Befeuchtung auch verkürzt werden kann.

Insbesondere dann, wenn die Wirbelschichtasche mit den Bindemitteln trocken gemischt und vergleichmäßigt wird, um dann mit dem gesättigten, porigen und grobstückigen Material verarbeitet zu werden, kann eine optimale Verfahrensgestaltung dadurch erreicht werden, daß die befeuchteten Kernbildner auf einen waagerecht oder schwach geneigt laufenden Trommel­ boden gegeben und über ein Krähl- oder Mischwerk mit dem Wirbelschichtasche/Bindemittel-Gemisch vermengt werden, bis die vorgegebene Volumenvergrößerung erreicht wird. Beim ent­ sprechenden Verfahren ist als besonders vorteilhaft anzusehen, daß nun nicht jeweils die feinkörnigen Anteile frühzeitig ausgetragen werden, sondern erst dann ein Austrag erfolgt, wenn die entsprechend gewünschte Volumenvergrößerung auch wirklich erreicht ist.

Durch Besprühen der Kernbildner oder der sich bereits gebildeten Kerne zusätzlich mit Wasser und durch Bepudern mit dem Gemisch kann eine beliebige Korngröße des Produktes bei den verschiedenen Verfahrensvarianten erzielt werden.

Als grobkörniger Kernbildner kann auch die in der Wirbel­ schicht anfallende Bettasche eingesetzt werden und zwar vor­ teilhaft im Gemisch mit der feinkörnigen Wirbelschichtasche, wenn, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, beide Komponenten, d. h. die Wirbelschichtasche und die Bettasche dann bei 5 mm klassiert werden und wenn dann der Siebdurchlauf befeuchtet und unter Bindemittelzugabe durchmengt wird. Die Gesamtasche mit dem entsprechenden Anteil an grobkörniger Bettasche erbringt dann gezielt die Volumenvergrößerung der Körner durch Anlagerung des feinkörnigen Wirbelschichtascheanteils an den grobkörnigeren Aschekörnern.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein die Verwertung von Wirbelschichtfilterasche ermöglich­ endes Verfahren geschaffen ist, das eine weitgehende Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck ohne allzu großen Aufwand erlaubt. Das entsprechend hergesellte Material kann vorteil­ haft als Leichtzuschlagsstoff zu Leichtbeton örtlicher oder präfabrikatorischer Art verarbeitet werden, wenn es kalk- oder zementgebunden ist oder aber in Trockenbauplatten, Schüttungen bzw. Konstruktionen des Innenbaus eingesetzt werden, wenn es sich um gipsgebundenen Zuschlagsstoff handelt. Vorteilhaft ist weiter der verhältnismäßig einfache Verfahrens­ ablauf und die Möglichkeit, auf vorhandene Aggregate zurück­ greifen zu können, die bei entsprechender Anpassung vorteil­ haft gemäß Verfahren einzusetzen sind. Das Verfahren ermöglicht darüber hinaus vorteilhaft den Rückgriff auf das Bindemittel Kalk über die in der Wirbelschichtfilterasche enthaltene aktive Kalkmenge, wobei überraschend eine entsprechend er­ gänzende Zugabe nur in Sonderfällen erforderlich wird, weil schon ca. 2 Gew.-% aktiver Kalk (CaO) in der Wirbelschicht­ filterasche ausreicht, um ohne eine ergänzende Zugabe von Bindemittel überflüssig zu machen und gut zu verarbeitenden Leichtzuschlagstoff zu erhalten.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird das Verfahren bzw. die verschiedenen Varianten zusätzlich erläutert.

Nach Fig. 1 wird die feinkörnige Filterasche im Filter­ aschebunker (1) vorgehalten, während das benötigte Bindemittel aus dem Bindemittelbunker (2) zugeführt und vorzugsweise auf dem Weg zum Zwangsmischer (4) bereits intensiv vermengt wird. In den Zwangsmischer (4) hinein gelangt auch mit ent­ sprechender Dosierung am Ende der Benetzungsstrecke (11) Kernmaterial aus dem Kernmaterialbunker (5) bzw. Material aus den Gesamtaschebunker (14). Durch entsprechende Dosierung im Verhältnis zur Filterasche aus dem Filteraschebunker (1) ist eine Einstellung der jeweils gewünschten Korngröße bzw. des Kornbandes möglich. Die Gesamtasche wird in der Benetzungsstrecke (11) intensiv gemischt, wobei Wasser über die Wasserzugabe (6) eingedüst oder eingespritzt wird, wobei diese Mischungsfeuchte für die Einstellung der Korngröße der Endkörner vorteilhaft benutzt werden kann.

Das Material wird dann im Zwangsmischer (4) intensiv miteinander gemischt und zwar so, daß sich das gewünschte Kornband einstellt. Dieses Material wird dann über das Sieb (7) geführt, wobei der Siebdurchgang (8) beispielsweise unter 2 mm in den Gesamtaschebunker (14) zurückgeführt und dann erneut in den Prozeß hineingegeben wird. Der Siebüberlauf (15) dagegen wird je nach Bindemittelart entweder in einem Härtewagen (12) und dem Druckkessel (13) einem Härteprozeß unterzogen oder aber auf dem Lagerplatz (10) zum Aushärten abgelagert.

Fig. 2 zeigt eine Verfahrensvariante, wobei Filterasche­ bunker (1), Bindemittelbunker (2) und Gesamtaschebunker (14) auf eine Gesamtmischstrecke (17) übergeben, die ihrerseits in den Vormischer (16) austrägt, dem über die Wasserzugabe (6) Wasser zugeführt wird. Hier erfolgt im Vormischer (16) eine Vorbefeuchtung, während in der Trommel bzw. dem Zwangs­ mischer (4) die endgültige Formung des Zielkorns erfolgt. Aus dem Zwangsmischer wird das Material dann über das Sieb (7) ausgetragen und klassiert. Auch hier kann der Siebüberlauf (15) entweder zur Härtung oder zur Lufttrocknung weitergegeben werden, während der Siebdurchgang (8) dem Gesamtaschebunker (14) wieder zugeführt wird.

Die Verfahrensführung nach Fig. 3 sieht nur noch einen Gesamtaschebunker (14) vor, wobei zunächst eine Klassierung auf dem Sieb (7) erfolgt, um das Überkorn beispielsweise über 10 mm oder auch über 5 mm abzutrennen. Der Siebdurchlauf kommt hier in den Zwangsmischer (4), wo Wasser über die Wasserzugabe (6) zuläuft und die Kornformung ermöglicht. Die aus Fig. 3 ersichtliche Variante ist dann möglich, wenn der Kalkanteil in der Wirbelschichtasche bei 6,5% etwa liegt. Dann ist eine Kalkzugabe nicht mehr nötig, was naturgemäß zu einer wesentlichen Verfahrensverkürzung führt. Das den Zwangsmischer (4) verlassende Zielkorn wird in einen Härte­ wagen (12) gegeben und anschließend im Druckkessel (13) unter Sattdampfbedingungen gehärtet.

Fig. 4 schließlich zeigt eine Verfahrensvariante, bei der nur ein Filteraschebunker und ein Gesamtaschebunker (14) notwendig sind, was die Herstellung eines bestimmten Zielkorns erleichtert, insbesondere dann, wenn zum gezielten Pudern ein Teil des den Filteraschebunker (1) verlassenden Produktes im Rahmen der Zielkornbildung im Zwangsmischer (4) zugegeben wird. Auch hier ist Voraussetzung, daß entweder die aktive Kalkmenge in der Wirbelschichtasche genügt oder aber der Anhydritanteil so ist, daß die Zuführung von Gips nicht mehr als Bindemittel erforderlich ist.

Claims (9)

1. Verfahren zur Nutzung von fein- und feinstkörniger Wirbelschichtasche, die insbesondere bei der Verbrennung von ballasthaltigen Steinkohlen mit den Verbrennungsgasen aus dem Fluidbett und an den Wärmetauschern bzw. den Filtern anfällt und die zunächst mit einem Bindemittel intensiv gemischt und dann mit vorher bis zur Sättigung durchfeuchteten, Keime bildenden, gröberen Körnungen zusammengeführt und durch­ gemengt wird, woraufhin das Mischprodukt zum Aushärten ge­ lagert und dann als Zuschlagstoff eingesetzt wird nach Patent (Patentanmeldung P 37 18 336.2), dadurch gekennzeichnet, daß gröbere Körnungen im Kornbereich 1,0 bis 10,0 mm als Kernbildner zugeführt werden, wobei die Kornspreizung und der Körnungsanteil über die Zugabe der Kernbildner auf den Verwendungszweck des herzustellenden Zuschlags abgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Kalk eingesetzt, mit der Wirbelschicht­ asche und mit dem Kernbildner gemischt und zum Aushärten unter Sattdampfbedingungen gehärtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zugabe von Kalk jeweils die in der Wirbelschicht­ asche enthaltene aktive Kalkmenge (CaO) auf 6 bis 7 Gew.-% ergänzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Gips eingesetzt, mit der Wirbelschicht­ asche und mit den Kernbildnern gemischt und zum Aushärten an der Luft gelagert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zugabe von Gips jeweils der Wirbelschichtasche in Abhängigkeit vom darin enthaltenen, hochentwässerten Anhydritanteil langsam abbindender Gips in der Form A II U- Mittelbrand bis zu 25% Gesamtanteil, bezogen auf die Trocken­ masse zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschichtasche und das Bindemittel intensiv trocken gemischt, teilbefeuchtet (unter 19% Feuchte) und dann durch Anlagerung an die zugegebenen Kernbildner geformt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die befeuchteten Kernbildner auf einen waagerecht oder schwach geneigt laufenden Trommelboden gegeben und über ein Krähl- oder Mischwerk mit dem Wirbelschichtasche/Bindemittel- Gemisch vermengt werden, bis die vorgegebene Volumenver­ größerung erreicht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernbildner zusätzlich mit Wasser besprüht und mit dem Gemisch bepudert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschichtasche und die Bettasche bei 5 mm klassiert werden und daß dann der Siebdurchlauf unter Binde­ mittelzugabe befeuchtet und durchmengt wird.