DE3822646A1 - Verfahren zur gewinnung von sphaerischen feststoffteilchen insbesondere solchen zur verwendung als strahlperlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von sphäri­ schen Feststoffteilchen, insbesondere solchen zur Verwendung als Strahlperlen, als Füllstoff für Kunststoffe, als Reflex­ perlen o.dgl.

Für die o.g. verschiedenen Zwecke werden bisher regelmäßig Glas-Strahlperlen verwendet. Derartige Glaskügelchen werden in gesonderten Fabrikationsverfahren unter hohem Energie- und Rohstoffeinsatz unter erheblichem Aufwand hergestellt. Üb­ licherweise verwendet man zur Herstellung von Glaskügelchen als Rohmaterial fein gemahlenes Glasmehl der gewünschten Glas­ sorte und Zusammensetzung. Dieses Glasmehl wird gemäß US-PS 1 75 224 genau dosiert aus dem Vorratsbehälter in die heiße Zone eines leistungsstarken Gasbrenners geleitet. Die Glas­ körnchen werden mit der Flamme in eine anschließende Expan­ sionskammer mitgerissen. Die Glasteilchen kommen sofort zum Schmelzen und nehmen in geschmolzenem Zustand im Flugstrom die gewünschte sphärische Form an. Die Größe der entstehenden Glaskügelchen hängt praktisch ausschließlich vom Gewicht des Glaspartikels ab, aus dem das Kügelchen gebildet ist. Bei diesem älteren Verfahren ist es nur schwer möglich, die Abküh­ lung der Glasperlen zu steuern und die sich während der Abküh­ lung im Inneren der Glaskügelchen bildenden permanenten Span­ nungen zu begrenzen.

Gemäß US-PS 27 94 301 wird auf eine große Expansionskammer verzichtet. Die Umformung der gemahlenen Glaspartikel in die gewünschten kugeligen Glasperlen findet in einem nach oben offenen, langgestreckten, kaminartigen Reaktionsturm statt. Die Brennerflamme ist von unten nach oben gerichtet, und der Brenner ist mit der Rohrachse ausgerichtet. Die Verbrennungs­ luft dient dabei als Förderluft zum Transport des Glasmehls in die heiße Zone der Brennerflamme.

Für besonders heikle Anwendungsgebiete werden herkömmliche Glas-Strahlperlen einer Temperung unterhalb der sogenannten Entspannungstemperatur unterworfen. Außerdem sind für Spezial­ anwendungen Oberflächenbeschichtungen der Glaskugeln zur Erhö­ hung der Standzeiten vorgesehen. Derart nachbehandelte Glas­ -Strahlperlen können beispielsweise bei der Verfeinerung der Oberflächenstruktur von Flugzeugteilen oder anderen aus Alumi­ nium oder Aluminiummagnesiumlegierungen bestehenden Werk­ stücken eingesetzt werden.

Die Herstellung von Glas-Strahlperlen setzt über das gesamte Herstellungsverfahren einen erheblichen apparativen und be­ triebsmäßigen Aufwand voraus. Dementsprechend teuer ist auch das fertige Produkt, das in erheblichen Mengen für die ein­ gangs genannten Einsatzfälle benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sphärische Fest­ stoffteilchen, die herkömmlich hergestellten Glas-Strahlperlen vergleichbare Qualitätsmerkmale und Einsatzmöglichkeiten ha­ ben, mit wesentlich geringerem Kostenaufwand zu gewinnen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß man in der Feuerung eines Steinkohlekraftwerks Asche ein­ schmilzt, geschmolzene Aschepartikel im Flugstrom abkühlt, abgekühlte Asche in wenigstens einem Filter aus dem Rauchgas­ strom des Kraftwerks abscheidet, die abgeschiedene Filterasche entnimmt und danach mindestens einem Sortierprozeß zur Korn­ größen-, Gewichts-, Oberflächenform- und/oder Oberflächen­ strukturselektion unterwirft.

Ausgangspunkt dieser Lösung war die Erkenntnis, daß bei einem Kraftwerksprozeß mit Steinkohlestaub als Brennstoff ganz ähn­ liche physikalische Verhältnisse im Kessel herrschen, wie bei der herkömmlichen Herstellung von Glas-Strahlperlen in einem senkrecht stehenden Reaktionsturm. Eine gezielte Untersuchung der Filterasche ergab, daß die als Flugasche vor allem am Vorfilter eines Elektrofilters anfallenden Partikel zu einem erheblichen Anteil aus einwandfreien sphärischen Körnern mit überraschend gleichmäßigen Korngrößen anfallen. Die Weiterbe­ handlung der einfach dem Vorfilter des Elektrofilters entnom­ menen, überwiegend sphärischen Ascheteile zur genauen Korn­ größen- und Oberflächenselektion kann herkömmlicher Art sein; entsprechendes gilt auch für die thermische Nachbehandlung durch Temperung der selektierten Aschekörner. Durch die Erfin­ dung wird die Herstellung der gewünschten sphärischen Fest­ stoffteilchen in den normalen Steinkohle-Kraftwerksprozeß eingebunden, und zwar insoweit ohne Mehraufwand. Es gibt bei der Erfindung kein gesondertes Ausgangsmaterial, wie Glasmehl nach dem Stande der Technik; denn das bei der Erfindung zu gewinnende Produkt fällt als Verbrennungsrückstand des Kraft­ werksprozesses ohnehin an. Entsprechendes gilt auch für den Primärenergieeinsatz, der für den Steinkohlenkraftwerksprozeß ohnehin aufgewandt werden muß. Demzufolge nutzt die Erfindung Asche aus dem Kraftwerkprozeß als bisherigen Reststoff zur Herstellung eines hochwertigen und bisher extrem kostspieligen kugeligen Strahlmittelprodukts aus.

Besonders gute und einwandfrei sphärische Körner lassen sich aus der dem Vorfilter eines Elektrofilters entnommenen Filter­ asche gewinnen. Vorzugsweise sollte die Filterasche auf der kalten Seite des Rauchgaskanals, d.h. nach einem Luftvorwär­ mer, aus dem Rauchgasstrom abgeschieden werden. Dadurch wird den im Flugstrom gebildeten sphärischen Feststoffteilchen ausreichend Zeit zur Aushärtung bis in den inneren Kern der Kugeln gelassen.

Bevorzugt wird als Feuerung eine Schmelzkammerfeuerung, insbe­ sondere eine Schmelzkammer mit U-Feuerung verwendet, in der ein besonders hoher Anteil an bestimmungsgemäßen sphärischen Feststoffteilchen gewonnen wird.

Die Selektion nach Korngröße, Gewicht, Oberflächengestaltung und/oder Oberflächenstruktur geschieht in überwiegend herkömm­ licher Weise. Innerhalb der Filterasche lassen sich unter­ schiedliche Korngrößenklassen, so beispielsweise in dem für die Praxis bevorzugten Bereich von 0,2 bis 0,3 mm gewinnen. Die Korngrößenselektion erfolgt beispielsweise durch Sieben der dem Filter entnommenen Aschepartikel.

Zum Abscheiden von Leichtanteilen, beispielsweise von Hohl­ kugeln aus den kugeligen Vollkörpern unterwirft man die Asche­ partikel einer Sichtung. Beispielsweise kann eine Wurfsichtung vorgesehen sein.

Zur Selektion der gewünschten sphärischen Partikel mit glatter Oberfläche dient beispielsweise eine Rolltrennung durch Roll­ spiralen.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an einem in der Praxis erprobten Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung desjenigen Teils eines Steinkohlekraftwerks mit Schmelzkammerfeuerung, aus dessen Elektrofilter Asche zur Gewinnung von sphärischen Feststoffteilchen entnommen wird sowie schematisch weitere Behandlungsstu­ fen der Flugasche; und

Fig. 2 eine stark vergrößerte Darstellung einiger Feststoffteilchen nach deren Entnahme aus dem Vorfilter des Elektrofilters gemäß Fig. 1 und vor der ersten Nachbehandlungsstufe.

In Fig. 1 ist ein Schmelzkammerkessel 1 eines bekannten Kraftwerkblocks mit dessen wesentlichen Funktionskomponenten dargestellt.

Eine Schmelzkammer 3 ist mit einer Deckenbrenneranordnung 4 versehen, der über eine nicht dargestellte Staubleitung ein Gemisch aus Steinkohlenstaub und Trägerluft zugeführt wird. Zusätzlich wird in der Regel Flugstaub in die Schmelzkammer eingeleitet. Die Temperatur in der Schmelzkammer 3 ist so eingestellt, daß die Asche zum Schmelzen gebracht wird. Flüs­ sige Asche wird aus der Schmelzkammer 3 über einen Schmelzkam­ merauslauf 5 abgezogen und als Schlacke in herkömmlicher Weise abgefördert.

Das für den Kraftwerksprozeß zu nutzende Rauchgas tritt aus der Schmelzkammer 3 von unten in einen vertikalen Kesselab­ schnitt 6 ein. Mit dem Rauchgas werden geschmolzene Aschepar­ tikel mitgerissen und über Strahlungswärmetauscher im Bereich des Kesselabschnitts 6 abgekühlt. In einem dem Kesselabschnitt 6 nachgeschalteten, ebenfalls im wesentlichen vertikalen und fallend angeordneten Kesselabschnitt 7 sorgen Berührungsheiz­ flächen 8 für eine weitere Abkühlung und Nutzung der fühlbaren Wärme des Rauchgases für den Kraftwerksprozeß. Hinter dem eigentlichen Kessel 1 folgt ein Rauchgaskanal 11 mit einem Luftvorwärmer 10, und auf der kalten Seite des Rauchgaskanals wird die inzwischen abgekühlte Asche aus dem Rauchgasstrom durch ein Elektrofilter 12 weitgehend abgeschieden. Die wei­ tere Reinigung des Rauchgasstroms ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

In dem insoweit bekannten Kraftwerksprozeß ist das erfindungs­ gemäße Verfahren zur Gewinnung von sphärischen Feststoffteil­ chen eingebunden.

Die Filterasche wird für die Zwecke der Erfindung am unteren Trichter der ersten oder Vorfilterstufe 20 entnommen. Die Feststoffteilchen haben gerade in dieser Vorfilterstufe eine bereits sehr gleichmäßige und von verschiedenen Kraftwerks­ parametern, u.a. auch von der Körnung des Steinkohlebrenn­ stoffs und des Flugstaubs in der Schmelzkammer abhängige Größe. Sie sind überraschenderweise zu einem sehr großen An­ teil von nahezu optimaler sphärischer Form. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß im Rahmen des Erfindungs­ gedankens der Begriff "sphärisch" aber nicht auf eine reine Kugelform beschränkt ist; je nach Einstellung des Kraftwerk­ prozesses oder in Abhängigkeit des vorgesehenen Anwendungsfal­ les des zu gewinnenden Endprodukts können auch ovale, eiförmi­ ge Perlen geeignet sein oder selektiert werden. In dem hier beschriebenen Beispiel geht es um die Gewinnung von möglichst einheitlichen, kugelförmigen Partikeln im wesentlichen glei­ cher Korngröße und glatter Oberflächenstruktur.

Die aus dem Entnahmetrichter des Vorfilters 20 abgezogenen Aschepartikel werden zunächst zur Selektion der Partikel mit der richtigen Korngröße über ein oder mehrere Siebe 22 mit geeigneter Maschenweite abgesiebt. Die dünneren Ascheteilchen sowie die Teilchen mit Übergrößen sind danach von dem ge­ wünschten Feststoffteilchen abgesondert. Die abgesiebten Ascheteilchen der richtigen Korngröße werden danach in einem Sichter 24 einem Sichtvorgang unterworfen, bei dem die kugeli­ gen Vollprofile von Leichtanteilen gleicher Korngröße getrennt werden.

In einer dritten Sortierstufe erfolgt eine Rolltrennung mit wenigstens einer Rollspirale 26. Dabei werden die gewünschten sphärischen Partikel mit glatter Oberfläche von denjenigen mit rauher oder ungleichmäßiger Oberfläche getrennt.

Die nach den verschiedenen Sortiervorgängen in den Sortier­ geräten 22, 24 bzw. 26 gewonnenen sphärischen Feststoffteil­ chen werden in einer geeigneten Nachbehandlungseinrichtung - Block 28 - einem Tempervorgang unterworfen, bei dem die sphärischen Körper auf eine Temperatur unterhalb der Entspan­ nungstemperatur erwärmt und danach geeignet abgekühlt werden. Die thermische Nachbehandlung kann analog der bei der Glas­ -Strahlperlenherstellung bekannten Temperung des Glases durch­ geführt werden.

In Fig. 2 sind einige derjenigen Aschepartikel bei wesentlich vergrößertem Maßstab dargestellt, die bei einem in der Praxis vorgenommenen Versuch dem Trichter 21 der Elektrofilter-Vor­ stufe 20 entnommen worden sind. Es hat sich gezeigt, daß aus den in einem bestimmten Kohlekraftwerk der Anmelderin im Vor­ filter 20 anfallenden Aschepartikeln über 90% kugelförmige Perlen mit Glaskugeln vergleichbar glatter Oberfläche sind. Diese Kugeln 30 hatten eine gelbliche Farbe, waren mit Glasku­ geln annähernd vergleichbar durchsichtig und hatten eine er­ hebliche Härte. Die verformten oder kristallinen Aschepartikel 32 fielen in der Gesamtmenge der am Vorfilter 20 abgezogenen Asche nur in vergleichbar geringen Anteilen an.

Es wurde gefunden, daß der Anteil an für die Zwecke der Erfin­ dung brauchbaren rein sphärischen Aschepartikeln in der Vor­ stufe 20 des Elektrofilters 12 wesentlich höher ist als in den nachfolgenden Filterstufen 21 a bis c. Insofern wurde auch nur die Asche aus der Vorstufe 20 für die Zwecke der Erfindung, nämlich die Gewinnung von sphärischen Feststoffteilchen zur Verwendung als Strahlperlen etc. genutzt. Prinzipiell sind aber auch die in den anderen Filterstufen oder den sonstigen Filtern anfallenden Flugstaub- oder -aschepartikeln zur Gewin­ nung von sphärischen Feststoffteilchen ggf. bei anderen Korn­ größen nutzbar. Es ist außerdem zu beachten, daß die Aufeinan­ derfolge, Art und Anzahl der verwendeten Sortierstufen sowie die Einbindung des Temperungsvorganges vor oder nach einer bestimmten Sortierstufe für die Erfindung nicht entscheidend ist. Wichtig ist, daß in einem Kraftwerksprozeß insbesondere bei Verwendung von Kohlestaub als Brennstoff immer kugelförmi­ ge Aschepartikel anfallen, die nach zumindest einem der be­ schriebenen einfachen Sortier- und Nachbehandlungsvorgänge ebenso wie die herkömmlich hergestellten Glasperlen verwendet werden können. Zu beachten ist ferner, daß auch die Filtervor­ stufe 20 bereits einen Sortiervorgang darstellt, mit dessen Hilfe die erste Selektion der Feststoffteilchen, in diesem Falle durch Abscheiden aus dem Rauchgasstrom, stattfindet.

Claims (9)

1. Verfahren zur Gewinnung von sphärischen Feststoffteil­ chen, insbesondere solchen zur Verwendung als Strahlperlen, dadurch gekennzeichnet,
daß man in der Feuerung eines Steinkohlekraftwerks Asche einschmilzt,
geschmolzene Aschepartikel im Flugstrom abkühlt,
abgekühlte Asche in wenigstens einem Filter aus dem Rauchgasstrom abscheidet,
die abgeschiedene Filterasche entnimmt und
mindestens einem Sortierprozeß zur Korngrößen-, Ge­ wichts-, Oberflächenform- und/oder Oberflächenstrukturselek­ tion unterwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterasche dem Vorfilter eines Elektrofilters entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Asche hinter dem Luftvorwärmer aus dem Rauchgasstrom abscheidet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Feuerung eine Schmelzkammerfeuerung verwendet wird.

5. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die dem Filter entnommenen Aschepartikel zur Korngrößenselektion siebt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man die dem Filter entnommenen Aschepartikel zum Abscheiden von Leichtanteilen einer Sichtung unterwirft.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung leichterer Teile durch Wurfsichtung erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gewünschten sphärischen Partikel mit glatter Oberfläche durch Rolltrennung selektiert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dem Filter entnommenen Aschepartikel nach wenigstens einem Sortiervorgang einer thermischen Nachbe­ handlung zur Beseitigung innerer Spannungen unterworfen wer­ den.