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Verfahren zur Verarbeitung alkalireicher Braunkohlen Viele Kohlensorten
neigen dazu, bei ihrer Verarbeitung durch Schlackenbildung erhebliche Betriebsstörungen
oder -schwierigkeiten hervorzurufen. Die Schlackenbildung kann bei verschiedenen
Verarbeitungsprozessen der Kohle, z. B. beim Verfeuern sowie bei der Erzeugung von
Generator- und Wassergas usw., auftreten. Bei Feuerungen können sich Schlackenansätze
am Mauerwerk und an den Metallteilen, z. B. am Rost und an sämtlichen Teilen des
zugehörigen Kessels, z. B. an den Kesselrohren und am überhitzer, bilden. Die hierdurch
bedingten Betriebsstörungen sind sehreinschneidend. Die Verschlackung des Rostes
verhindert die laufende Entfernung des Verbrennungsrückstandes und hemmt die Verbrennung
durch Störung des Luftzutritts; beim Dampfkessel führen die Ansätze an den verschiedenen
Teilen der Anlage, z. B. den Siederohren und dem Überhitzen durch Behinderung des
Wärmeübergangs zu erheblichen Störungen. Beide Störungen können in wenigen Tagen,
oft sogar schon nach Stunden, den Betrieb zum Erliegen bringen.
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Bei Generatoren können Schlackenansätze am Mauerwerk, vornehmlich
am Generatorausgang, sowie an den Düsen der Luftzuführung auftreten. Sie verhindern
bald eine regelmäßige Dampf- und Luftzufuhr, außerdem wird es unmöglich, die Asche
durch die Austragsvorrichtung zu entfernen. Zwischen den Roststäben entstehen zunächst
Schlackenbrücken, auf denen sich weitere Ascheteilchen absetzen, die dann den Querschnitt
des
Generators verengen, wodurch, wiederum begünstigt durch eine längere Verweilzeit
in der Zone hoher Temperatur, neuer nachfolgender Brennstoff verschlackt wird. Der
Betrieb kommt hierdurch in kurzer Zeit zum völligen Erliegen. Die Schlackenbildung
ist zum Teil wohl von den physikalischen Bedingungen in der Feuerung oder dem Generator
abhängig, hauptsächlich aber von der Zusammensetzung der Kohlenaschen.
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Man hat schon auf verschiedenen Wegen versucht, diese beim Betrieb
von Feuerungen und Generatoren auftretenden Störungen zu vermeiden. Hierzu sollten
vor allem konstruktive Maßnahmen und entsprechende Einstellung der physikalischen
Bedingungen in den Feuerungen oder Generatoren dienen. Es wurde auch schon vorgeschlagen,
durch Zusätze von Tonerde, Bauxit, Sand, Ton, Lehm, Schamotte, Kaolin, Kalk, Magnesia,
Magnesit, Dolomit und Aschen zur Kohle oder durch Gattierung der Kohle, d. h. Mischen
verschiedener Kohlensorten mit verschieden zusammengesetzter Asche, die Schlakkenbildung
zu verhindern. Diese Vorschläge liefen jedoch immer auf ein bloßes Ausprobieren
der erforderlichen Art und Menge der Zusätze hinaus. Die Vorschläge befaßten sich
auch nicht mit der besonders schwierigen Aufgabe, die Verarbeitung alkalireicher
Braunkohlen zu ermöglichen, und führten, auf diese angewandt, bisher nicht zum Ziel.
Bei alkalireiclier Asche war eine ausreichende Heraufsetzung des Erweichungspunktes
der Asche durch Zusätze zur Verhinderung der Verschlackung bisher nicht möglich.
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Als alkalireich werden solche Braunkohlen bezeichnet, deren Verbrennungsrückstand
mehr Alkaliverbindungen enthält, als 3% Alkaliozyd entspricht. Das Alkali kann dabei
in der Kohle in - anorganischer Form, z. B. als Sulfat oder Chlorid, oder in organischer
Form, z. B. als Humat, gebunden sein.
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Es wurde nun gefunden, daß eine störungsfreie Verarbeitung alkalireicher
Braunkohlen unter Zumischen von Zuschlagstoffen in einfacher und wirtschaftlicher
Weise gelingt, wenn man als Zuschlagstoff Kieselsäure für sich oder zusammen mit
Aluminiumoxyd oder solche in Mischung oder Verbindung enthaltende Stoffe in solcher
Menge zusetzt, daß in der Mischung ein Gewichtsverhältnis von Si0 .#'-, A12 03 zu
Alkali, berechnet als \ a0, größer als i vorliegt und in der Mischung mindestens
ebensoviel Si0. wie A1.03 vorhanden ist, vorzugsweise i bis 3 Gewichtsteile SiO.#
auf i Gewichtsteil A1.,03. Hierdurch wird nicht nur eine Verseltlackung völlig vermieden,
sondern es gelingt auch, wenn sich bei der Verarbeitung alkalireiclier Braunkohlen
bereits Schlackenansätze gebildet haben, durch nachträgliches Arbeiten mit den obengenannten
Mischungen die schon gebildeten Schlackenansätze so zu verändern, daß ihre Entfernung
während des Betriebes ohne große Schwierigkeiten möglich ist. Ein weiterer Vorteil
des Verfahrens besteht in der Vermeidung des Angriffs der Baustoffe der Feuerungen
oder Generatoren, der bei der Verarbeitung alkalireicher Braunkohle ohne Zuschläge
in starkem Maß auftritt.
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Das Verfahren ermöglicht die störungsfreie Verarbeitung aller alkalireichen
Braunkohlen, gleichgültig, ob darin das Alkali in anorganischer oder organischer
Form gebunden vorliegt, und macht erstmalig insbesondere die bisher im allgemeinen
für unverwendbar gehaltenen alkalireichen Braunkohlen nutzbar.
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Als Zusätze zur Braunkohle eignen sich beispielsweise Tonerde, Bauxit,
Sand, Ton, Lehm, Schamotte, Kaolin, Zement, Hochofenschlacke, alkaliarme Generatorschlacke
und alkaliarme Braunkohlenschlacke. Die Art und Menge dieser Zusätze ist so auszuwählen
und zu bemessen, daß das vorerwähnte Verhältnis von Si02+A1203 : Na20 und Si02 :
AI203 hergestellt wird. Man kann der zur Verschlackung neigenden Braunkohle auch
Kohlen, welche die obengenannten Stoffe enthalten, in der zur Erzielung der gewünschten
Aschenzusammensetzung erforderlichen Menge beimischen.
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Eine besonders gute Wirkung der Zuschläge erzielt man, wenn man sie
mit der Kohle in möglichst innige und gleichmäßige Berührung bringt. Die Mischung
der Braunkohle mit den Zuschlägen kann in beliebiger Weise geschehen. Eine feine
Vermahlung der Kohle mit den Zuschlägen ist oft vorteilhaft. Man kann z. B. mit
Briketts oder getrockneter Rohbraunkohle arbeiten.
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Besonders wirtschaftlich ist das Verfahren dadurch, daß im allgemeinen
schon geringe Mengen von Zuschlägen, z. B. weniger als 3 0'o, bezogen auf die Braunkohle,
genügen, um der Asche die gewünschte Zusammensetzung zu geben und damit die Schlackenbildung
zu verhindern. In seltenen Fällen kann es erforderlich sein, eine größere Menge
Zuschläge zu verwenden. Ein Zuschlag von mehr als ioo,'o zur Braunkohle ist jedoch
kaum jemals erforderlich und dürfte nur in seltenen Fällen noch wirtschaftlich sein.
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Beispiel i Eine Braunkohle mit einem Aschegehalt von 60lo, die in
der Asche etwa 2oojo Alkali, berechnet als Na,0, sowie etwa 20'o A1203 und 20'o
SiO., enthielt, wurde mit 2o bis 309 einer tonhaltigen Braunkohle mit einem
Aschegehalt
von 8 0% gemischt, die in der Asche etwa io% Alkali, berechnet als Na2O, etwa 30%
A1203 und etwa 4o% Si02 .enthielt. Diese Mischung -wurde in einer Krämer - Mühlenfeuerung
zur Heizung eines Dampfkessels verwendet, wobei die Asche der Mischung einen Alkaligehalt
von etwa i 5 % -aufwies. Bei dieser Arbeitsweise hatte die Asche einen pulverförmigen,
bröckeligen Charakter und konnte ohne Schwierigkeiten aus dem Feuerraum ausgetragen
werden. Das Alkali lag in der Asche im wesentlichen als Natriumsulfat gebunden vor.
Dieses ließ sich durch Auslaugen mit Wasser für sich gewinnen.
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Wurde die gleiche :Braunkohle ohne Zuschlag im gleichen Ofen verfeuert,
so bildeten sich nach kurzer Zeit an den Kühlrohren im Feuerraum sowie an den Rohren
der Nachheizfläche mächtige Ablagerungen von stark viscoser und glasiger Beschaffenheit.
Diese konnten durch kein mechanisches Mittel während des Betriebes entfernt werden.
Die Verschlackung wurde so stark, daß der Ofen abgestellt und einer langwierigen
Reinigung unterzogen werden mußte.
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Beispiel 2 Eine Braunkohle mit einem Aschegehalt von .etwa 5%, die
in der Asche etwa 16% Alkali, berechnet als Na20, sowie etwa 2% A12 03 und 3% S-02
enthielt, -wurde unter Beimischung von 4% eines Tons, der etwa 2 o o'o A1203 und
4o 0"o Si O . enthielt, unter einem Dampfkessel verfeuert. Der Betrieb ließ sich
hierbei ohne Störungen durchführen. Hin und wieder .auftretende Schlackenansätze
ließen sich durch die üblichen Einrichtungen leicht entfernen. Die Asche hatte feinkörnige
Struktur. Das Alkali lag in ihr im wesentlichen als Natriumsulfat gebunden vor.
Dieses ließ sich durch Auslaugen mit Wasser für sich gewinnen.
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Ohne Zuschlag verfeuert, zeigte die gleiche Braunkohle starke, überaus
störende Schlakkenbildung.
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Beispiel 3 Eine Braunkohle mit einem Aschegehalt von etwa 6%, die
in der Asche etwa i9,4% Alkali, berechnet .als Na20, sowie etwa 50/0 A12 03 und
6% Si 02 enthielt, wurde mit etwa 2,5 % des in Beispiel 2 erwähnten Tons
zu Briketts verpreßt und im Generator auf Generator- und Wassergas verarbeitet.
Die Asche war feinkörnig und ließ sich mühelos abziehen, so daß keine Störungen
des Betriebes auftraten. Die erhaltene feinkörnige Asche enthielt Na2C03 und Na20.
Diese Stoffe ließen sich aus der Asche mit Wasser auslaugen und als Natriumcarbonat
oder Natriumhydroxy d für sich gewinnen.
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Bei der Verarbeitung der gleichen Braunkohle ohne Tonzusatz trat nach
kurzer Zeit starke Verschlackung auf, so daß der Betrieb unterbrochen werden mußte.
Außerdem war der Rost und das Mauerwerk des Generators stark angegriffen.
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Beispiel 4 Eine Braunkohle mit einem Aschegehalt von etwa 6%, die
in der Asche etwa 19,3% Alkali, berechnet als Na20, sowie etwa 4% A120,3 und etwa
60/6 Si 02 enthielt, wurde mit 2 bis 30/0 einer Generatorschlacke von der Zusammensetzung:
4o,4% Si02, 29,8% A1203, 22,2% Ca0, 2,9% Fe0, i,9o/o Mg0, o, 9 0'o S, o, i o,'o
Fe2 03 und 2, 2 % Alkali, berechnet als Na20, zu Briketts verpreßt und im Generator
vergast. Beim Betrieb traten keine Schwierigkeiten auf, auch ein Angriff des Rostes
und des Mauerwerkes des Generators war nicht festzustellen.
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Wurde die gleiche Braunkohle ohne Zuschlag in Brikettform im Generator
vergast, so bildeten sich nach kurzer Zeit Schlacken, die durch Brückenbildung zwischen
den Rostsieben die Austragung der Asche unmöglich machten. Ferner wurde das Mauerwerk
des Generators erheblich angegriffen.