DE3933374A1

DE3933374A1 - Verfahren zur aufgabe von kohle-filterschlamm

Info

Publication number: DE3933374A1
Application number: DE19893933374
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schuhmann
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-04-18
Also published as: EP0423859A1; DE3933374C2; AU6382690A; CA2026828A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufgabe von Kohle-Filterschlamm zwecks Verbrennung in einen Wirbelschichtreaktor sowie dessen Anwendung auf die Aufgabe von Kohle-Filterschlamm in die zirkulierende Wirbelschicht.

Zur Verbesserung der Qualität von Kraftwerkskohle werden Aufbereitungsverfahren angewendet, die den Pyritgehalt und den Aschegehalt dieser Einsatzkohle reduzieren. Dabei entstehen Abfallprodukte, neben pyritreichen Bergen insbesondere ultrafeiner Kohle-Filterschlamm, dessen Wertstoffgehalt im Fall einer Deponie nicht genutzt wird. Die Deponie von Kohle-Filterschlamm bereitet darüber hinaus Probleme.

Für die Verbrennung minderwertiger Brennstoffe eignet sich wiederum die Wirbelschicht, insbesondere die zirkulierende Wirbelschicht. Voraussetzung ist allerdings, daß die Einbringung des Brennstoffes in die Wirbelbrennkammer in geeigneter Form gelingt. Die Aufgabe von Kohle-Filterschlämmen bereitet insofern erhebliche Schwierigkeiten, als sie in bis zu 0,25 m² großen, ca. 30 mm dicken Schollen mit thixotroper und klebriger Eigenschaft anfallen und demzufolge schwer handhabbar sind.

Mit dem Ziel, die Handhabung zu erleichtern, ist bereits vorgeschlagen worden, die Filterschlämme unter Zusatz von Wasser in einen pumpfähigen Brei zu überführen und in dieser Form der Verbrennungsvorrichtung, beispielsweise der Brennkammer eines Wirbelschichtreaktors, aufzugeben.

Die vorgenannte Verfahrensweise hat jedoch den großen Nachteil, daß ein beträchtlicher Teil des Heizwertes des Brennstoffes zur Verdampfung und Überhitzung des zuvor zugeführten Wassers aufgebracht werden muß. Bezogen auf die beabsichtigte nutzbar zu machende Wärmeleistung der Verbrennungsanlage ist infolge des hohen Energiebedarfs für die Wasserverdampfung eine erheblich höhere Menge an Kohle-Filterschlamm erforderlich als an sich notwendig wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das die bekannten, insbesondere vorgenannten Nachteile nicht aufweist und die Aufgabe von Kohle-Filterschlamm in einen Wirbelschichtreaktor in einfacher, wirtschaftlicher sowie betriebssicherer Weise gestattet.

Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung in der Weise ausgestaltet wird, daß man Kohle-Filterschlamm mit feinkörnigem Sorptionsmittel für SO_x und/oder feinkörnigem Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff derart vermischt, daß 20 bis 40 Gew.-% des zugegebenen Kohle-Filterschlammes mit einer Teilchengröße von 5 bis 30 mm in der Mischung verteilt sind und das resultierende freifließende Produkt dem Wirbelschichtreaktor aufgibt.

Die Vermischung von Kohle-Filterschlamm mit Sorptionsmittel für SO_x und/oder Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff kann in zwei getrennt arbeitenden Mischern erfolgen. Beispielsweise können 60 bis 80 Gew.-% des Kohle-Filterschlammes zur Herstellung einer weitgehend homogenen Mischung in einer mit Messern ausgerüsteten Mischanlage vorvermischt werden. Hierbei werden die Filterschlammschollen durch die Messer, die mit etwa 1500 bis 3000 U/min rotieren, zerschlagen und im wesentlichen gleichmäßig verteilt. Anschließend werden die verbleibenden 40 bis 20 Gew.-% des Kohle-Filterschlammes in der Weise eingearbeitet, daß Schlammteilchen von 5 bis 30 mm verbleiben. Auch bei diesem Behandlungsvorgang sind Mischer erforderlich, die grobe Filterschlammbrocken oder Filterschlammschollen zerteilen können. In beiden Mischstufen muß das durch den Zerteilvorgang aus der Filterschlammscholle gebildete Partikel mit dem Sorptionsmittel und/oder Feuchtigkeit aufnehmenden Stoff umhüllt werden, damit eine Rekombination einzelner Partikel zu größeren Filterschlammagglomeraten verhindert wird. Durch eine korrekte zeitliche Bemessung der Behandlungsgänge läßt sich in der ersten Stufe eine weitgehend homogene Mischung und in der zweiten Stufe die erforderliche Verteilung mit Teilchengrößen von 5 bis 30 mm erreichen.

Besonders zweckmäßig ist es, den Vorgang des Vermischens und Verteilens in einer Mischanlage vorzunehmen. Hierfür eignet sich beispielsweise ein liegender zylindrischer Flugschar oder Schaufelmischer mit horizontaler Achse, der einen zusätzlichen Messerkopf mit separater Antriebswelle aufweist. Die horizontale Welle sollte mit etwa 120 bis 200 U/min, die Antriebswelle des Messerkopfes mit etwa 1500 bis 3000 U/min rotieren. Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist - wie im Falle der zweiten Stufe des zweistufigen Behandlungsverfahrens - darauf zu achten, daß eine zu weitgehende Verteilung oder gar homogene Vermischung des gesamten Kohle-Filterschlammes vermieden wird. Eine Mischdauer von etwa einer Minute kann durchaus ausreichend sein.

Als Sorptionsmittel für SO_x sind insbesondere Kalkstein, Calciumhydroxid und/oder Calciumoxid geeignet. Da Kalkstein bei den herrschenden Verbrennungstemperaturen Kohlendioxid abspaltet und in Calciumoxid übergeht, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, den Kohle-Filterschlamm mit Kalkstein als Sorptionsmittel für SO_x zu vermischen.

Der Feuchtigkeit aufnehmende Stoff kann beliebiger Art sein, sofern er die genannte Eigenschaft aufweist. Beispielsweise sind Holzmehl oder Kohlenstaub geeignet. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, den Kohle-Filterschlamm mit Wirbelbettasche zu vermischen. Ein Vorteil besteht beispielsweise darin, daß in der Wirbelbettasche vorhandener unumgesetzter Kalkstein oder unumgesetztes Calciumoxid zur Sorption von SO_x genutzt werden kann.

Sofern als Feuchtigkeit aufnehmender Stoff Wirbelbettasche mit Anteilen an Calciumoxid und/oder als Sorptionsmittel für SO_x Calciumoxid eingesetzt wird, erfolgt eine Bindung von Wasser des Kohle-Filterschlammes nicht nur mechanisch, sondern auch durch chemische Reaktion.

Die zur Herstellung des freifließenden Produktes erforderlichen Bestandteile Sorptionsmittel für SO_x und/oder Feuchtigkeit aufnehmender Stoff richten sich hinsichtlich Art und ggf. Anteil insbesondere nach dem Schwefelgehalt der im Kohle-Filterschlamm enthaltenen Kohle. Zur Vermischung nahezu schwefelfreier Kohle kann praktisch ausschließlich Feuchtigkeit aufnehmender Stoff verwendet werden. Mit steigendem Schwefelgehalt wird in der Regel der Anteil an Sorptionsmittel steigen. Dabei ist das Sorptionsmittelangebot derart zu bemessen, daß der Schwefelgehalt der Kohle gebunden werden kann. Bei der Ermittlung der erforderlichen Sorptionsmittelmenge ist der Anteil beispielsweise des in der Wirbelbettasche vorhandenen unumgesetzten Kalkes zu berücksichtigen.

In der bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Wirbelbettasche als Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff und/oder Kalkstein als Sorptionsmittel und ausgehend von dem üblicherweise gegebenen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 30 bis 40 Gew.-% des Kohle-Filterschlammes, liegt der Anteil Kohle-Filterschlamm - bezogen auf dessen Gesamtmenge im fertigen Produkt - innerhalb der durch die Bereiche von 70 bis 50 Gew.-% bei alleiniger Verwendung von Wirbelbettasche und von 30 bis 50 Gew.-% bei alleiniger Verwendung von Kalkstein gebildeten Grenzen.

Die vorstehende Anteilsangabe bedeutet:

1. Wird zur Herstellung des freifließenden Produktes ausschließlich Wirbelbettasche eingesetzt, ist der Anteil Wirbelbettasche 30 bis 50 Gew.-% und der Anteil Kohle-Filterschlamm 70 bis 50 Gew.-%.
2. Wird ausschließlich Kalkstein eingesetzt, ist der Anteil Kalkstein 50 bis 70 Gew.-% und der Anteil Kohle-Filterschlamm 50 bis 30 Gew.-%.
3. Wird beispielsweise Wirbelbettasche und Kalkstein im Gewichtsverhältnis 1 : 1 eingesetzt, ergibt sich ein Anteil Kohle-Filterschlamm in den Grenzen von 40 bis 60 Gew.-% und von Wirbelbettasche und Kalkstein in den Grenzen von 60 bis 40 Gew.-%.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die zur Herstellung des freifließenden Produktes erforderlichen Mengen Sorptionsmittel und/oder Feuchtigkeit aufnehmender Stoff mit einer Körnung von 50 bis 300 µm, vorzugsweise mit d_p ₅₀ < 180 µm, einzusetzen. Bei einer derartigen Körnung ist das Verhältnis von Partikeloberfläche zu Partikelvolumen und das Aufnahmevermögen von Feuchtigkeit und von bei der Verbrennung intermediär gebildetem SO_x besonders günstig.

Bei Verwendung von Wirbelbettasche ist es besonders vorteilhaft, die Grobfraktion der Wirbelbettasche abzutrennen und diese entsprechend aufzumahlen. Hierdurch werden gerade die in der gröberen Aschefraktion in reichlicherem Maße vorhandenen unumgesetzten Kalkanteile freigelegt und der Reaktion mit SO_x zugänglich gemacht.

Neben der Beaufschlagung des Wirbelschichtreaktors mit dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten freifließenden Produkt kann zusätzlich anderes kohlenstoffhaltiges Material, insbesondere Kohle selbst, zugeführt werden. In diesem Fall sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, die zur Bindung des Schwefels, der im zusätzlichen Aufgabegut vorhanden ist, erforderliche Sorptionsmittelmenge bereits in das erzeugte freifließende Produkt einzubinden. Die vorgenannte Bemessungsregel bleibt hierbei unberührt. Eine separate Sorptionsmittelzufuhr zum Wirbelschichtreaktor kann dann unterbleiben.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte freifließende Produkt ist - im Unterschied zum Kohle-Filterschlamm selbst - zum Transport, beispielsweise auf Bändern, und zur Lagerung in Silos geeignet. Es kann mit den üblichen mechanischen Vorrichtungen aufgegeben werden. Gegenüber der Aufgabe von Kohle-Filterschlamm in Form eines pumpbaren Breies sind die Wärmeverluste der Verbrennungsanlage, insbesondere infolge der erforderlichen Wasserverdampfung, reduziert. Das bedeutet, daß bei gleicher Leistung die Apparateabmessungen verringert werden können und die erzeugte Rauchgasmenge um etwa 10 bis 20% reduziert ist.

Bei ausreichender Bemessung der Menge von Sorptionsmittel können etwa 80 bis 88% des bei der Verbrennung entstehenden SO_x gebunden werden.

Das entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene freifließende Produkt ist für Verbrennungsprozesse, die in der sogenannten klassischen Wirbelschicht durchgeführt werden, geeignet. Von besonderem Vorteil ist es jedoch als Aufgabematerial für Verbrennungsprozesse, die in der zirkulierenden Wirbelschicht vorgenommen werden. Derartige Prozesse zur Verbrennung in der zirkulierenden Wirbelschicht sind beispielsweise in
DE-C-25 39 546 (entsprechend US-A-41 65 717)
DE-C-26 24 302 (entsprechend US-A-41 11 158)
EP-A-02 06 066 (entsprechend US-A-47 16 856)
EP-A-02 81 165 (entsprechend US-A-48 17 563)
beschrieben.

Claims

1. Verfahren zur Aufgabe von Kohle-Filterschlamm zwecks Verbrennung in einen Wirbelschichtreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß man Kohle-Filterschlamm mit feinkörnigem Sorptionsmittel für SO_x und/oder feinkörnigem Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff derart vermischt, daß 20 bis 40 Gew.-% des zugegebenen Kohle-Filterschlammes mit einer Teilchengröße von 5 bis 30 mm in der Mischung verteilt sind und das resultierende freifließende Produkt dem Wirbelschichtreaktor aufgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Kohle-Filterschlamm mit Kalkstein vermischt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Kohle-Filterschlamm mit Wirbelbettasche vermischt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die erforderliche Menge an Sorptionsmittel und/oder Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff mit einer Teilchengröße von 50 bis 300 µm, vorzugsweise mit d_p50 < 180 µm, einsetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die aufgemahlene Grobfraktion der Wirbelbettasche zur Vermischung mit dem Kohle-Filterschlamm einsetzt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man bei zusätzlicher Beaufschlagung des Wirbelschichtreaktors mit kohlenstoffhaltigem Material, insbesondere Kohle selbst, die zur Schwefelbindung erforderliche Sorptionsmittelmenge bereits in das erzeugte freifließende Produkt einbindet.

7. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 auf die Aufgabe von Kohle-Filterschlamm in die Brennkammer einer zirkulierenden Wirbelschicht.