EP0028037B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung und Vorerhitzung von Kokskohle in einem einzigen Flugstromrohr - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung und Vorerhitzung von Kokskohle in einem einzigen Flugstromrohr Download PDFInfo
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- EP0028037B1 EP0028037B1 EP80200900A EP80200900A EP0028037B1 EP 0028037 B1 EP0028037 B1 EP 0028037B1 EP 80200900 A EP80200900 A EP 80200900A EP 80200900 A EP80200900 A EP 80200900A EP 0028037 B1 EP0028037 B1 EP 0028037B1
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- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
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- F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
- F26B3/10—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour carrying the materials or objects to be dried with it
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- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
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- F26B17/00—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement
- F26B17/10—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by fluid currents, e.g. issuing from a nozzle, e.g. pneumatic, flash, vortex or entrainment dryers
- F26B17/101—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by fluid currents, e.g. issuing from a nozzle, e.g. pneumatic, flash, vortex or entrainment dryers the drying enclosure having the shape of one or a plurality of shafts or ducts, e.g. with substantially straight and vertical axis
Definitions
- the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method according to the invention.
- Coking coal is currently dried and preheated in single-stage or multi-stage, but usually two-stage entrained flow apparatus.
- An entrained flow apparatus consists of a generally vertical entrained flow tube and one or more downstream cyclones in which the gas / solid separation is carried out.
- the heat transfer gas is usually generated in a combustion chamber and mixed with recirculated vapors.
- the entrained flow tube has a curved course in the area in which the coarser grain fractions are to be separated and a main branch which does not start on the bend side and leads into the further entrained flow path for gas and the finer grain fractions as well as a branch branch following the curved course for the coarser grain fractions, and at the end of the branch branch a device for re-feeding the coarser grain fractions into the further entrained flow path is arranged.
- the disadvantages mentioned can be remedied if the gas flow in the entrained flow tube is divided into two partial flows at one or more points, of which the larger partial flow is deflected from the original direction and the smaller partial flow initially in its direction is left.
- the larger partial flow entrains the finer grain fractions due to their lower inertia, while the smaller partial flow takes the coarser grain fractions with it.
- the coarser grain fractions which it carries with it are deflected by approximately 180 ° and entrained into the further entrained flow pipe, i.e. accelerated again.
- this method can be carried out in two alternative ways.
- the first way is that the smaller gas stream, which carries the coarser grain fractions with it, is led in a kind of bypass to the main stream section of the entrained flow pipe.
- the second way is that the coarse grain fractions carrying the sub-stream form vortices in a direction-constant, dead-running pipe end, in which the upward movement of the coal bodies is slowed down. Due to their gravity, these grains then fall down again and are swept away by the general gas flow and thus accelerated again.
- the method according to the invention has proven to be particularly effective if the coarser grain fractions previously separated sinks almost vertically downwards before being reunited into the main stream, since the subsequent acceleration is then particularly intensive.
- the vortex formation of the smaller partial flow and thus of the coarser grain fractions according to the second alternative is particularly favorable if the corresponding pipe section, which is initially dead constant in direction, is enlarged in cross-section with respect to the entrained flow pipe.
- the branched tube section has proven to be particularly advantageous for the branched tube section to be tapered in cross-section with respect to the entrained flow tube before and after the separating device, in such a way that the old cross section is only achieved after the two gas streams have been reunited.
- the gas / solid mixture flows at high speed through entrained flow tube 1 and undergoes a sudden change in direction through branch 2.
- the different inertia of coarser and finer grain fractions means that the finer grain fractions follow the change in direction of the main gas stream while the coarser grain fractions maintain their old direction of movement.
- the latter are then deflected from their original path by a curved pipe section 4 and passed into the re-introduction channel 5. Due to the gravity of the particles, their friction on the elbow 4 and the throttling of the gas flow, their speed is considerably reduced and at the same time the direction of movement is changed, so that they experience a new acceleration when they are fed back into the further course of the entrained flow tube 6.
- the desired high relative speed with respect to the gas flow is present, which leads to an increase in heat transfer.
- the cross section of the bypass can be changed by means of throttle valves 7.
- this throttle valve is attached to the inside of the pipe bend, on the one hand it does not hinder the coal flow which flies along the outer wall of the bend due to the centrifugal acceleration, on the other hand it provides the carrier gas with a sufficiently high resistance and thus determines the extent of the grain fractions , which is separated by the bypass.
- the stronger the throttling the less fine grain fractions get into the bypass. With such a flap, the partial carrier gas flow which takes the path through the bypass can be reduced to a minimum; mechanical loads on the granular material are largely avoided.
- the gas / solid mixture flowing at high speed in the entrained flow tube is also suddenly deflected, the gas being able to entrain only the finer grain fractions due to the sudden change in direction. It immediately re-enters the downstream entrained flow tube.
- the coarser grain fractions which cannot change their direction of movement so quickly due to their inertia, are thrown into a dead tube piece 8 and set there in whirling motion and braked completely or with a possible remaining speed, the particles collide with the end of the dead Pipe piece and are thus deflected from their direction of flight. In free fall, they now fall back from the dead space in the direction opposite to the gas flow and are entrained at the branch point by the gas flow rising from below and fed to the further course of the entrained flow pipe.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Die Trocknung und Vorerhitzung von Kokskohle erfolgt derzeit in ein- oder mehrstufigen, meist jedoch zweistufigen Flugstromapparaten. Ein Flugstromapparat besteht aus einem in der Regel senkrecht stehenden Flugstromrohr und einem oder mehreren nachgeschalteten Zyklonen, in denen die Gas/Feststofftrennung vorgenommen wird. Das Wärmeträgergas wird gewöhnlich in einer Brennkammer erzeugt und mit rückgeführten Brüden gemischt. Bei der Vorerhitzung von Kokskohle ist zunächst meistens eine Kohlenfeuchte von ca. 10 % auszutreiben ; nachfolgend wird gewöhnlich eine Vorerhitzung auf ca. 200 °C angestrebt. - In einer einstufigen Apparatur ist derzeit lediglich eine Vorerhitzung nur erreichbar, wenn gleichzeitig sehr hohe Gaseintrittstemperaturen und sehr lange Flugstromrohre verwendet werden.
- Es ist nun in der DE-A1-28 41088 ein Verfahren zur Trocknung und Vorerhitzung von Kokskohle in einem einzigen Flugstromrohr vorgeschlagen worden, in welchem in an sich bekannter Weise ein heißer Gasstrom, der die am unteren Ende des Flugstromrohres eingespeiste, gemahlene, feuchte Kohle mitreißt, aufsteigt und aus dem am oberen Ende des Flugstromrohres die gesamte getrocknete und vorerhitzte Kohle aus dem Gasstrom ausgesondert wird und die gröberen Kornfraktionen des Einsatzgutes an mindestens einer Stelle im Flugstromrohr abgeschieden und unmittelbar nachfolgend wieder in das nur noch die feineren Kornfraktionen enthaltende Flugstromrohr eingespeist werden. Des weiteren ist eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen worden, die darin besteht, daß das Flugstromrohr in dem Bereich, in dem die gröberen Kornfraktionen abgeschieden werden sollen, einen gekrümmten Verlauf aufweist und einen nicht an der Krümmungsseite angesetzten, in die weitere Flugstromstrecke führenden Hauptabzweig für Gas und die feineren Kornfraktionen sowie einen dem gekrümmten Verlauf folgenden Nebenabzweig für die gröberen Kornfraktionen besitzt, und bei dem am Ende des Nebenabzweiges eine Vorrichtung zur Wiederaufgabe der gröberen Kornfraktionen in die weitere Flugstromstrecke angeordnet ist.
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das genannte Verfahren zu verbessern und eine vereinfachte und weniger verschleißanfällige Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.
- Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 und bezüglich der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 5 bzw. 6 gelöst.
- Da der Wärme- und Stoffübergang im Flugstromrohr umso rascher erfolgt, je höher die Relativgeschwindigkeit der einzelnen Kohlekörner gegenüber dem Trägergas ist, wurden bisher Vorrichtungen in ein Flugstromrohr eingebaut, die die Feststoffe in gröbere und feinere Kornfraktionen separieren, die gröberen Kornfraktionen abbremsen und sie wieder zu den feineren in das Flugstromrohr einschleusen. Durch die erneute Einschleusung der gröberen Kornfraktionen werden diese wieder beschleunigt und der Wärmeübergang auf sie erhöht, so daß sie am oberen Ende des Flugstromrohres die gleiche Endtemperatur erreichen wie die feineren Kornfraktionen. - Zum Wiedereinschleusen der gröberen Kornfraktionen in das Flugstromrohr ist eine Wiederaufgabevorrichtung vorgeschlagen worden, vor welcher die Kohle in aller Regel völlig abgebremst wird. Da sie an dieser Stelle jedoch noch feucht ist, kommt es vor oder innerhalb dieser Vorrichtung unter Umständen zu Anbackungen und möglicherweise zur völligen Verstopfung. Außerdem führt die an dieser Stelle noch vorhandene Feuchtigkeit zu starker Korrosion, was zu einem hohen Verschleiß der entsprechenden Vorrichtungsteile führt.
- Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß den genannten Nachteilen abgeholfen werden kann, wenn der Gasstrom im Flugstromrohr an einer oder mehreren Stellen jeweils in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der größere Teilstrom aus der ursprünglichen Richtung abgelenkt wird und der kleinere Teilstrom zunächst in seiner Richtung belassen wird. Der größere Teilstrom reißt die feineren Kornfraktionen aufgrund ihrer geringeren Trägheit mit, während der kleinere Teilstrom die gröberen Kornfraktionen mit sich nimmt. Wird der kleinere Teilstrom nun umgelenkt und dem größeren in annähernd entgegengesetzter Richtung zu diesem wieder zugeführt, so werden die gröberen Kornfraktionen, die er mit sich führt, um annähernd 180° umgelenkt und in das weitere Flugstromrohr mitgerissen, d.h. erneut beschleunigt.
- Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die Durchführung dieses Verfahrens auf zwei alternativen Wegen möglich ist. Der erste Weg ist der, daß der kleinere Gasstrom, der die gröberen Kornfraktionen mit sich führt, in einer Art Beipaß zur Hauptstromstrecke des Flugstromrohres geführt wird. Der zweite Weg ist der, daß der die gröberen Kornfraktionen mit sich führende Teilstrom in einem richtungskonstanten, totlaufenden Rohrende Wirbel bildet, in denen die Aufwärtsbewegung der Kohlekörper abgebremst wird. Aufgrund ihrer Schwerkraft fallen diese Körner dann wieder nach unten und werden von dem allgemeinen Gasstrom mitgerissen und somit erneut beschleunigt. - Bei der erstgenannten Möglichkeit ist es besonders vorteilhaft, die Gasmenge des zweiten Teilstromes je nach Verfahrensbedingungen zu variieren ; die kann durch an sich bekannte Vorrichtungen, z.B. Drosselklappen, geschehen. Auf diese Weise ist es möglich, das Spektrum der gröberen Kornfraktionen zu beeinflussen. Schließlich wird durch ein völliges Verschließen der genannten Drosselvorrichtung eine Situation erreicht, die der zweiten vorgeschlagenen Möglichkeit entspricht, nämlich daß der zweite Teilstrom in einem totlaufenden Rohrende Wirbel bildet und die in diesem Rohrende abgebremsten Kornfraktion aufgrund ihrer Schwerkraft wieder nach unten fallen und im allgemeinen Gasstrom erneut in das weitere Flugstromrohr mitgerissen werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als besonders wirkungsvoll erwiesen, wenn die zuvor separierten gröberen Kornfraktionen vor ihrer Wiedervereinigung in den Hauptstrom annähernd senkrecht nach unten sinkt, da dann die nachfolgende Beschleunidung besonders intensiv ist.
- Die Wirbelausbildung des kleineren Teilstromes und somit der gröberen Kornfraktionen gemäß der zweiten Alternative ist besonders günstig, wenn das entsprechende, zunächst richtungskonstante totlaufende Rohrstück gegenüber dem Flugstromrohr querschnittserweitert ist.
- Es hat sich schließlich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß abgezweigte Rohrstück gegenüber dem Flugstromrohr vor und nach der Separiervorrichtung querschnittsverjüngt auszubilden, und zwar in der Art, daß der alte Querschnitt erst nach der Wiedervereinigung der beiden Gasströme erreicht wird.
- Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, ist aber nicht auf die dortigen Ausführungsformen beschränkt :
- Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 5 und 8 bis 10 ;
- Figur 2 zeigt mit drei kleineren Variationen eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäße den Ansprüchen 6, 7, 9 und 10 ;
- Figur 3 zeigt eine alternative Lösung zu Figur 2 gemäß den Ansprüchen 6, 7 und 9 ;
- Bei allen drei Figuren handelt es sich um Vertikalschnitte durch ein Flugstromrohr.
- Bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Figur 1 strömt das Gas/Feststoffgemisch mit hoher Geschwindigkeit durch Flugstromrohr 1 und erfährt eine plötzliche Richtungsänderung durch den Abzweig 2. Die unterschiedliche Trägheit gröberer und feinerer Kornfraktionen bewirkt, daß die feineren Kornfraktionen der Richtungsänderung des Hauptgasstromes folgen, während die gröberen Kornfraktionen ihre alte Bewegungsrichtung beibehalten. Letztere werden dann durch ein gekrümmtes Rohrstück 4 aus ihrer ursprünglichen Bahn abgelenkt und in den Wiedereinschleusungskanal 5 geleitet. Durch die Schwerkraft der Partikel, ihre Reibung am Rohrbogen 4 und die Drosselung des Gasstromes wird ihre Geschwindigkeit erheblich verringert und gleichzeitig die Bewegungsrichtung geändert, so daß sie eine neue Beschleunigung erfahren, wenn sie in den weiteren Verlauf des Flugstromrohres 6 wieder eingespeist werden. Während der Beschleunigungsphase ist die gewünschte hohe Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Gasstrom vorhanden, was zu einer Erhöhung der Wärmeübertragung führt. Mittels Drosselklappen 7 kann der Querschnitt des Beipasses verändert werden. Soweit diese Drosselklappe auf der Innenseite des Rohrbogens angebracht ist, wird durch sie einerseits der Kohlestrom, der aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung an der Außenwand des Bogens entlangfliegt, nicht behindert, andererseits wird dadurch dem Trägergas aber ein ausreichend hoher Widerstand geboten und somit der Umfang der Kornfraktionen bestimmt, der durch den Beipass separiert wird. Je stärker die Drosselung ist, umso weniger feine Kornfraktionen gelangen in den Beipass. Mit einer solchen Klappe kann der Trägergasteilstrom, der den Weg durch den Beipass nimmt, auf ein Minimum reduziert werden ; mechanische Belastungen des körnigen Gutes werden jedoch weitgenhend vermieden.
- Nach den Figuren 2 und 3 wird ebenfalls das mit hoher Geschwindigkeit im Flugstromrohr strömende Gas/Feststoffgemisch plötzlich abgelenkt, wobei das Gas durch die plötzliche Richtungsänderung nur die feineren Kornfraktionen mitreißen kann. Es tritt sofort in das nachfolgende Flugstromrohr wieder ein. Währenddessen werden die gröberen Kornfraktionen, die aufgrund ihrer Trägheit ihre Bewegungsrichtung nicht so schnell ändern können, in ein totendendes Rohrstück 8 geschleudert und dort in wirbelnde Bewegung versetzt und völlig abgebremst bzw. mit einer eventuell vorhandenen Rest-geschwindigkeit prallen die Partikel auf das Ende des totlaufenden Rohrstückes und werden so aus ihrer Flugrichtung abgelenkt. In freiem Fall fallen sie nun aus dem Totraum in der zum Gasstrom entgegengesetzten Richtung zurück und werden an der Abzweigstelle von dem von unten aufsteigenden Gasstrom mitgerissen und dem weiteren Verlauf des Flugstromrohres zugeführt.
- Bei einem Flugstromrohr zur Trocknung und Vorerhitzung von Kokskohle von 30 m Länge und einem Durchmesser von 0,45 m, das mit einer Vorrichtung entsprechend Figur 1 etwa in mittlerer Höhe ausgerüstet wurde, sind folgende Werte gegenüber demselben Flugstromrohr ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung bei sonst gleichen Bedingungen, nämlich bei einem Trägergasstrom von 4,75 m3/sec, einer Trägergasgeschwindigkeit von 30 m/sec und einem Durchsatz an Kohlepartikeln - Durchmesser 0 bis 6 mm - von 2,8 kg/sec, ermittelt worden :
- Es ist deutlich zu erkennen, daß durch die Separation der Kohle und ihre erneute Beschleunigung die Verweilzeit eines Kohlepartikels im Flugstromrohr wesentlich erhöht wird. Das führt zu einem besseren Wärmeaustausch zwischen Trägergas und Kohlestrom, was sich in der Verringerung der Temperaturdifferenz deutlich zeigt. Die Entalpie des Trägergasstromes wird somit wesentlich besser ausgenutzt. Es treten daher niedrigere Eintritts- und Austrittstemperaturen des Wärmeträgergases auf, was geringere Abgasverluste zufolge hat.
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