DE3835428A1 - Method of generating electrical energy and/or heating and process heat - Google Patents

Method of generating electrical energy and/or heating and process heat

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DE3835428A1 DE3835428A DE3835428A DE3835428A1 DE 3835428 A1 DE3835428 A1 DE 3835428A1 DE 3835428 A DE3835428 A DE 3835428A DE 3835428 A DE3835428 A DE 3835428A DE 3835428 A1 DE3835428 A1 DE 3835428A1
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Burkhard Dr Ing Moeller
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Abstract

For generating electrical energy and/or heating and process heat, use is made of a method in which the combustion heat of fossil fuels is utilised. Before combustion, the fuels are dried in an indirectly heated fluidised-bed dryer. A de-dusted smoke gas part flow is used as carrier medium for the fluidised-bed dryer. The smoke gas/water vapour mixture is supplied at least partially to the fuel furnace without prior de-dusting. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung elektri­ scher Energie und/oder Heiz- und Prozeßwärme durch Nutzung der Verbrennungswärme von fossilen, vor der Verbrennung in einem indirekt beheizten Wirbelbetttrockner getrockneten Brennstoffen, insbesondere von Rohbraunkohle, wobei die an­ fallenden Rauchgase im Wärmetausch mit Arbeitsmittel und Verbrennungsluft auf ein Zwischentemperaturniveau abgekühlt, entstaubt, ggf. von weiteren Schadstoffen befreit und dann in die Atmosphäre abgegeben werden.The invention relates to a method for generating electri energy and / or heating and process heat through use the heat of combustion of fossil, before burning in an indirectly heated fluidized bed dryer Fuels, especially raw lignite, the most falling flue gases in heat exchange with work equipment and Combustion air cooled to an intermediate temperature level, dedusted, possibly freed of further pollutants and then released into the atmosphere.

In Kraftwerken, in denen fossile Brennstoffe mit hohem Feuchtegehalt, beispielsweise Rohbraunkohle mit einem Was­ sergehalt von 50% und mehr, zum Einsatz kommen, muß ein er­ heblicher Teil, nämlich bis zu 25%, des eingesetzten Brenn­ stoffes für die Verdampfung des Wassers verwendet werden, welches dann als Wasserdampf zusammen mit dem Rauchgas das Kraftwerk verläßt. Verfahrensbedingt wird dabei die für die Verdampfung benötigte Wärme in nachteiliger Weise auf unnö­ tig hohem Temperaturniveau zur Verfügung gestellt.In power plants in which fossil fuels with high Moisture content, for example raw lignite with a what content of 50% and more, must be used significant part, namely up to 25%, of the distillate used be used for the evaporation of the water, which then as water vapor together with the flue gas Power plant leaves. The procedure for the Evaporation disadvantageously requires unnecessary heat high temperature level provided.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades derartiger Kraftwerke ist daher bereits vorgeschlagen worden, den einzusetzenden Brennstoff vor seiner Verbrennung in indirekt beheizten Wir­ belbetttrocknern zu trocknen unter Verwendung des bei der Trocknung anfallenden Brüdenstromes als Trägermedium für das Wirbelbett. Bei derartigen Verfahren sind Nachteile darin zu sehen, daß aufgrund der reinen Wasserdampfatmosphäre im Trockner, d. h. also des hohen Wasserdampfpartialdruckes, die für die Trocknung benötigte Wärme auf relativ hohem Tempera­ turniveau zur Verfügung gestellt werden muß. Hinzu kommt ein apparativer Aufwand mit verfahrenstypischen Anlagenteilen, wie Brüdenreinigung, Brüdenverdichter, Brüdenkondensator und Brüdenkondensataufbereitung, der auch bei enger Einbindung in einen Kraftwerksprozeß nicht wesentlich abzubauen ist.To improve the efficiency of such power plants has therefore already been proposed to be used  Fuel before its combustion in indirectly heated we bed dryers to dry using the at the Drying vapor stream as a carrier medium for the Fluidized bed. With such methods there are disadvantages see that due to the pure water vapor atmosphere in Dryer, d. H. so the high water vapor partial pressure, the heat required for drying at a relatively high temperature level must be made available. In addition there is one apparatus expenditure with process-typical plant parts, such as vapor cleaning, vapor compressor, vapor condenser and Vapor condensate treatment, even with tight integration is not significantly degradable in a power plant process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß ohne wesentliche Beeinträchtigung der Verfügbarkeit des Kraft­ werksprozesses die Vortrocknung des eingesetzten Brennstof­ fes mit möglichst geringem Energie- und Apparateaufwand durchgeführt werden kann.The invention has for its object a method of continue to develop in such a way that without significant impairment of the availability of the force process the predrying of the fuel used fes with as little energy and equipment expenditure as possible can be carried out.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Trägermedium für den Wirbelbetttrockner ein Rauchgasteil­ strom verwendet wird und daß das bei der Trocknung anfallen­ de Gemisch aus Rauchgas- und Wasserdampf zumindest teilweise ohne vorherige Entstaubung der Feuerung für die fossilen Brennstoffe zugeführt wird.This object is achieved in that as Carrier medium for the fluidized bed dryer is a flue gas part Electricity is used and that they occur during drying de Mixture of flue gas and water vapor at least partially without first dedusting the furnace for the fossil Fuel is supplied.

Der erfindungsgemäße Vorschlag ermöglicht ohne wesentlichen Aufwand die energetisch günstige Integration einer Trocknung des Brennstoffes in den vorhandenen Kraftwerksprozeß. Durch die Verwendung eines Rauchgasteilstromes als Trägermedium für das Wirbelbett des Trockners kann auf einfache Weise dessen ansonsten als Abwärme abzugebende Restwärme für den Trocknungsprozeß weiter genutzt werden. Darüber hinaus be­ wirkt die Vermischung der im Trockner anfallenden Brüden mit dem Rauchgas eine erhebliche Partialdruckabsenkung des Was­ serdampfes, so daß die Trocknungswärme auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau zur Verfügung gestellt werden kann. Als Heizmedium kann ein Niedrigtemperaturdampf, wie z. B. abgearbeiteter Anzapfdampf aus dem Wasser-Dampf- Kreislauf des Kraftwerkes, verwendet werden. Zur Einstellung des jeweils optimalen Temperaturniveaus im Trockner kann der Druck des als Heizmedium verwendeten Dampfes geregelt wer­ den, beispielsweise durch Integration einer Gegendruckturbi­ ne in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes oder einer geregelten Entnahmekondensationsturbine.The proposal according to the invention enables without essential Effort the energy-efficient integration of drying of the fuel in the existing power plant process. By the use of a partial flue gas as a carrier medium for the fluidized bed of the dryer can be done easily of the residual heat otherwise to be given off as waste heat for the  Drying process can be used further. In addition be contributes to the mixing of the vapors produced in the dryer the flue gas a significant reduction in the partial pressure of what serdampfes, so that the drying heat on a relative low temperature level can be provided can. A low-temperature steam, such as e.g. B. tapped steam from the water-steam Circuit of the power plant can be used. For setting the optimum temperature level in the dryer can Pressure of the steam used as heating medium is regulated the, for example by integrating a back pressure turbine ne in the water-steam cycle of the power plant or one regulated extraction condensation turbine.

Dadurch, daß zumindest ein Teil des im Trockner anfallenden Gemisches aus Rauchgas und Wasserdampf in die Feuerung fur die fossilen Brennstoffe rückgeführt wird, entfällt zum ei­ nen die sonst erforderlich Entstaubung dieses Gasstromes und zum anderen kann der Energieinhalt der mitgeführten Brenn­ stoffpartikel auf einfache Weise im Kraftwerksprozeß mitge­ nutzt werden.The fact that at least a part of the resulting in the dryer Mixture of flue gas and water vapor in the furnace for the fossil fuel is returned to the egg NEN the dedusting of this gas flow and on the other hand, the energy content of the distilled fuel mitge particles in a simple manner in the power plant process be used.

Die in die Feuerung einleitbare Gasmenge aus dem Wirbelbett­ trockner hängt ab sowohl von der Art der verwendeten Feue­ rung als auch von dem jeweiligen Lastzustand des Kraftwerks­ prozesses. Dabei ist zu erwarten, daß bei Einsatz der übli­ chen Schmelzkammerstaub- oder Trockenstaubfeuerungen eine größere Gasmenge rückgeführt werden kann als bei Einsatz ei­ ner auf niedrigerem Brennkammertemperaturniveau betriebenen statischen oder zirkulierenden Wirbelbettfeuerung.The amount of gas that can be introduced into the furnace from the fluidized bed dryer depends on both the type of fire used tion as well as the respective load condition of the power plant process. It is to be expected that when using the übli smelting chamber dust or dry dust furnaces larger amount of gas can be recycled than when using egg ner operated at a lower combustion chamber temperature level static or circulating fluidized bed firing.

Der aus auslegungstechnischen Gründen nicht in die Feuerung rückgeführte Rest des im Trockner anfallenden Gemisches aus Rauchgas und Wasserdampf wird nach einem weiteren Merkmal entstaubt und direkt in den Hauptrauchgasstrom des Kraftwer­ kes vor Rauchgasableitung eingeleitet.Not in the furnace for design reasons recycled remainder of the mixture obtained in the dryer Flue gas and water vapor will have another characteristic  dedusted and directly into the main smoke gas flow of the power plant kes initiated before flue gas discharge.

Die Verfügbarkeit des Kraftwerkes wird durch die vorge­ schlagene Art der Trocknung kaum beeinträchtigt, da die Hauptgaswege mit den üblichen Anlagenkomponenten nach wie vor in bekannter Weise zur Verfügung stehen und durch die vorgeschlagene Art der Trocknung des Brennstoffes nicht be­ einflußt werden.The availability of the power plant is determined by the impacted drying type hardly affected, since the Main gas paths with the usual system components as before before are available in a known manner and through the proposed way of drying the fuel is not be be influenced.

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf die Trocknung einer als Brennstoff für einen Kraftwerksprozeß vorgesehenen Braunkohle. Sie kann selbstverständlich auch auf andere fos­ sile Brennstoffe mit hohem Wassergehalt angewandt werden.The invention relates primarily to drying one provided as fuel for a power plant process Brown coal. You can of course also on other fos sile fuels with a high water content can be used.

Weitere Erläuterungen sind dem in der Figur schematisch dar­ gestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.Further explanations are shown schematically in the figure shown embodiment.

Gemäß dem in der Figur schematisch dargestellten Kraftwerks­ prozeß wird Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt bis zu 50% und mehr über eine Leitung 1 zunächst einem Brecher oder ei­ ner Mühle 2 und dann über Leitung 3 einem Wirbelbetttrockner 4 zugeführt und in diesem bis zu einem Restwassergehalt un­ ter 20% getrocknet. Die getrocknete Braunkohle wird über eine Leitung 5 abgezogen, erforderlichenfalls in einer zwei­ ten Kohlemühle 6 auf das für die Feuerung erforderliche Kornband zerkleinert und dann über eine Leitung 7 in einen Kraftwerkskessel 8 eingespeist und in diesem verbrannt. Die benötigte Verbrennungsluft wird nach ihrer Vorwärmung im Wärmetausch mit heißen Rauchgasen in einem Wärmetauscher 9 über eine Leitung 10 in den Kessel eingeleitet. Die in Kes­ sel 8 anfallende Verbrennungswärme wird über Heizflächen 11 auf den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes mit Turbinen­ stufen 12 und 13, einem Kondensator 15, einer Speisewasser­ pumpe 16 und einem Generator 17 übertragen. According to the power plant process shown schematically in the figure, raw lignite with a water content of up to 50% and more is fed via line 1 to a crusher or egg mill 2 and then via line 3 to a fluidized bed dryer 4 and in this up to a residual water content un ter 20% dried. The dried lignite is withdrawn via a line 5 , if necessary crushed in a two-th coal mill 6 to the grain size required for the furnace and then fed via a line 7 into a power plant boiler 8 and burned there. The required combustion air is introduced into the boiler via a line 10 after it has been preheated in the heat exchange with hot flue gases in a heat exchanger 9 . The resulting in Kes sel 8 heat of combustion is via heating surfaces 11 on the water-steam cycle of the power plant with turbines stages 12 and 13 , a condenser 15 , a feed water pump 16 and a generator 17 .

Die den Kraftwerkskessel 8 verlassenden Rauchgase werden zu­ nächst im Wärmetauscher 9 auf eine Temperatur zwischen etwa 130 und 150°C abgekühlt und dann in einem Elektrofilter 18 mit einem Ascheaustrag 19 entstaubt.The flue gases leaving the power plant boiler 8 are first cooled in the heat exchanger 9 to a temperature between about 130 and 150 ° C. and then dedusted in an electrostatic filter 18 with an ash discharge 19 .

Ein Teilstrom des entstaubten Rauchgases wird erfindungsge­ mäß mittels eines Gebläses 20 als Trägergas für das Wirbel­ bett dem Wirbelbetttrockner 4 zugeführt. Dabei wird die Rauchgasteilstrommenge ausschließlich nach dem Bedarf des Wirbeltrockners 4, z. B. mit dem Gebläse 20, geregelt bzw. eingestellt. Zweckmäßigerweise ist der Trockner so ausge­ legt, daß die auf dem niedrigsten Lastniveau des Kraftwerkes anfallende Rauchgasmenge noch für den Betrieb des Wirbel­ betttrockners ausreicht. Auf diese Weise kann der Wirbel­ betttrockner unabhängig von dem jeweiligen Lastbereich des Kraftwerkblockes gefahren werden.A partial stream of dedusted flue gas is supplied erfindungsge Mäss means of a blower 20 as a carrier gas for the fluidized bed to the fluidized bed dryer. 4 The amount of flue gas is only according to the needs of the vortex dryer 4 , z. B. with the fan 20 , regulated or set. The dryer is expediently laid out so that the amount of flue gas generated at the lowest load level of the power plant is still sufficient for the operation of the fluidized bed dryer. In this way, the fluidized bed dryer can be operated independently of the respective load range of the power plant block.

Innerhalb des Wirbelbettes kühlt sich der Rauchgasteilstrom im direkten Wärmetausch mit der zu trocknenden Braunkohle auf die Bettemperatur von etwa 60°C ab und verläßt dann zu­ sammen mit den anfallenden Brüden den Trockner 4 über eine Leitung 21. Da das Gemisch aus Rauchgas und Brüden zwangs­ läufig brennbare Bestandteile aus dem Wirbelbett des Trock­ ners mitführt, wird ein Teilstrom über eine Leitung 28 un­ mittelbar der Feuerung des Kessels 8 zugeführt. Das Volumen dieses Teilstromes ist dabei abhängig von Vorgaben aus der Kesselauslegung und dem Kesselbetrieb. Der Reststrom des Ge­ misches aus Rauchgas und Bruden wird in einem Zyklon oder Brüdenfilter 29 entstaubt und dann in die Leitung 27 des Hauptrauchgasstromes eingespeist. In einem hier nur schema­ tisch dargestellten Anlagenteil 30 wird das Rauchgas von Schadstoffen, wie SO2 und gegebenenfalls NO x , befreit und dann über eine Leitung 31 hier nicht dargestellten Einrich­ tungen zur Ableitung in die Atmosphäre zugeführt. Within the fluidized bed, the partial flue gas stream cools down in direct heat exchange with the lignite to be dried to the bed temperature of about 60 ° C. and then leaves the dryer 4 together with the vapors obtained via a line 21 . Since the mixture of flue gas and vapors inevitably carries combustible constituents from the fluidized bed of the dryer, a partial flow is fed via a line 28 directly to the furnace 8 of the boiler. The volume of this partial flow depends on the specifications from the boiler design and operation. The residual stream of the mixture of flue gas and vapor is dedusted in a cyclone or vapor filter 29 and then fed into line 27 of the main smoke gas stream. In a system part 30 only shown schematically here, the flue gas is freed of pollutants, such as SO 2 and possibly NO x , and then fed via a line 31 , not shown here, to discharge devices into the atmosphere.

Etwa 5-10% der Trocknungswärme wird dem Trockner 2 über den Rauchgasteilstrom zugeführt. Die restlichen 90-95% werden über ein Wärmetauschersystem 22 eingekoppelt. Hierzu wird der Turbinenstufe 12 über eine Leitung 23 bereits wei­ testgehend abgearbeiteter Anzapfdampf entnommen, im Wärme­ tauschersystem 22 kondensiert und über eine Leitung 24 er­ neut in den Dampf-Wasser-Kreislauf des Kraftwerkes einge­ speist. Die aus der Turbinenstufe 12 verbleibende Dampfmenge wird über eine Drosselklappe der zweiten Turbinenstufe 13 zugeleitet. Dabei kann über die Drosselklappe 14 der Druck des über Leitung 23 abgezogenen Dampfes geregelt werden.About 5-10% of the drying heat is supplied to the dryer 2 via the partial flue gas flow. The remaining 90-95% are coupled in via a heat exchanger system 22 . For this purpose, the turbine stage 12 is removed via a line 23 already tapped steam, condensed in the heat exchanger system 22 and fed again via a line 24 into the steam-water circuit of the power plant. The amount of steam remaining from the turbine stage 12 is fed to the second turbine stage 13 via a throttle valve. The pressure of the vapor drawn off via line 23 can be regulated via the throttle valve 14 .

Die Verwendung von Rauchgas als Trägermedium für das Wirbel­ bett bewirkt im Trockner eine Absenkung des Wasserdampfpar­ tialdruckes auf bis zu 0,5 bar. Diese Partialdruckabsenkung führt zu dem erheblichen Vorteil, daß bezogen auf den Was­ serdampf die Trocknung praktisch im "Vakuum" und somit bei besonders niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, mit der Folge, daß der als Heizmedium eingesetzte Turbinenentnahme­ dampf nahe dem kalten Ende der Turbine mit relativ geringen Auswirkungen auf die Turbinenleistung entnommen werden kann.The use of flue gas as a carrier medium for the vortex bed in the dryer lowers the water vapor par tial pressure up to 0.5 bar. This partial pressure drop leads to the considerable advantage that based on what serdampf the drying practically in "vacuum" and thus at is carried out at particularly low temperatures Consequence that the turbine extraction used as heating medium steam near the cold end of the turbine with relatively little Effects on turbine performance can be taken can.

Nach einer weiteren, in der Figur gestrichelt eingezeichne­ ten Variante des Verfahrens ist es auch ohne weiteres mög­ lich, über einen Zwischenwärmeträgerkreislauf Restwärme des Hauptrauchgasstromes dem Trocknungsprozeß zuzuführen. Hierzu wird der Rauchgasstrom in einem Wärmetauscher 25 gegen einen geeigneten Wärmeträger abgekühlt, der dann in einem weiteren in dem Wirbelbett des Trockners 4 angeordneten Wärmetauscher 26 die aufgenommene Wärme an das zu trocknende Gut wieder abgibt.According to a further variant of the method, shown in broken lines in the figure, it is also readily possible to supply residual heat of the main smoke gas stream to the drying process via an intermediate heat transfer circuit. For this purpose, the flue gas stream is cooled in a heat exchanger 25 against a suitable heat transfer medium, which then releases the absorbed heat back into the material to be dried in a further heat exchanger 26 arranged in the fluidized bed of the dryer 4 .

Claims (9)

1. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und/oder Heiz- und Prozeßwärme durch Nutzung der Verbrennungswärme von fossilen, vor der Verbrennung in einem indirekt be­ heizten Wirbelbetttrockner getrockneten Brennstoffen, insbesondere von Rohbraunkohle, wobei die anfallenden Rauchgase im Wärmetausch mit Arbeitsmitteln und Verbren­ nungsluft auf ein Zwischentemperaturniveau abgekühlt, entstaubt, ggf. von weiteren Schadstoffen befreit und dann in die Atmosphäre abgegeben werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Trägermedium für den Wirbelbetttrockner ein bereits entstaubter Rauchgasteilstrom verwendet wird und daß das bei der Trocknung anfallende Gemisch aus Rauchgas und Wasserdampf zumindest teilweise ohne vorhe­ rige Entstaubung der Feuerung für die fossilen Brennstof­ fe zugeführt wird.1. Process for generating electrical energy and / or heating and process heat by using the heat of combustion of fossil fuels, prior to combustion in an indirectly heated fluidized bed dryer, fuels, in particular raw lignite, the resulting flue gases in the heat exchange with working fluids and combustion air on a Intermediate temperature level cooled, dedusted, if necessary freed of further pollutants and then released into the atmosphere, characterized in that an already dedusted flue gas partial stream is used as the carrier medium for the fluidized bed dryer and that the mixture of flue gas and water vapor obtained during drying is at least partially without previous dedusting of the furnace for the fossil fuels is fed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht in die Feuerung rückgeführte Teil des Gemisches aus Rauchgas und Wasserdampf entstaubt und in den Haupt­ rauchgasstrom eingeleitet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the part of the mixture not returned to the furnace dedusted from flue gas and water vapor and into the main smoke gas flow is initiated. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der als Trägermedium verwendete Rauch­ gasteilstrom regel- oder einstellbar ist in Abhängigkeit von dem Bedarf des Wirbelbetttrockners.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized ge indicates that the smoke used as a carrier medium partial gas flow can be regulated or adjusted depending from the needs of the fluid bed dryer. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die indirekte Beheizung des Wirbelbett­ trockners zumindest teilweise mittels Niedrigtemperatur­ dampf erfolgt. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized ge indicates that the indirect heating of the fluidized bed dryer at least partially using low temperature steam occurs.   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des für die indirekte Beheizung des Wirbelbett­ trockners verwendeten Dampfes regelbar ist.5. The method according to claim 4, characterized in that the pressure of for indirect heating of the fluidized bed steam used in the dryer is adjustable. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die indirekte Beheizung des Wirbelbett­ trockners in einer Gegendruckturbine entspannter Dampf aus dem Kraftwerksprozess verwendet wird.6. The method according to claims 4 or 5, characterized records that for indirect heating of the fluidized bed steam relaxed in a back pressure turbine is used from the power plant process. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die indirekte Beheizung des Wirbelbett­ trockners weitgehend entspannter Dampf aus einer Entnahme einer Kondensationsturbine oder einer Entnahmekondensa­ tionsturbine verwendet wird.7. The method according to claims 4 or 5, characterized records that for indirect heating of the fluidized bed largely relaxed steam from a single extraction a condensing turbine or an extraction condenser tion turbine is used. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck an der Entnahmestelle durch ein Stell­ glied, z.B. eine Drosselklappe im Weg des verbleibenden Dampfstromes, geregelt oder eingestellt wird.8. The method according to claim 6, characterized in that the steam pressure at the point of use by a point link, e.g. a throttle in the way of the remaining one Steam flow, regulated or set. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß über einen Zwischenwärmeträgerkreislauf Wärme aus dem verbleibenden Hauptrauchgasstrom in den Wirbelbetttrockner eingekoppelt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized ge indicates that via an intermediate heat transfer circuit Heat from the remaining main smoke gas flow in the Fluid bed dryer is coupled.
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