WO2013174828A1 - Verfahren zur aufbereitung von grubenfeuchter rohbraunkohle - Google Patents

Verfahren zur aufbereitung von grubenfeuchter rohbraunkohle Download PDF

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WO2013174828A1
WO2013174828A1 PCT/EP2013/060437 EP2013060437W WO2013174828A1 WO 2013174828 A1 WO2013174828 A1 WO 2013174828A1 EP 2013060437 W EP2013060437 W EP 2013060437W WO 2013174828 A1 WO2013174828 A1 WO 2013174828A1
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lignite
fluidized bed
dry
coal
raw
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PCT/EP2013/060437
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Hans-Joachim Klutz
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Rwe Power Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B1/00—Preliminary treatment of solid materials or objects to facilitate drying, e.g. mixing or backmixing the materials to be dried with predominantly dry solids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2201/00—Pretreatment of solid fuel
    • F23K2201/20—Drying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • 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
    • F26B3/06—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 flowing through the materials or objects to be dried
    • F26B3/08—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 flowing through the materials or objects to be dried so as to loosen them, e.g. to form a fluidised bed
    • F26B3/084—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 flowing through the materials or objects to be dried so as to loosen them, e.g. to form a fluidised bed with heat exchange taking place in the fluidised bed, e.g. combined direct and indirect heat exchange

Definitions

  • the invention relates to a method for the treatment of porridge wet
  • Fluidized bed dryer is performed, which with steam as
  • Fluidizing medium is operated.
  • Fluidized bed is known for example from DE 29 01 723 C2. In the fluidized-bed drying process described therein, it is provided to feed the feed coal to the fluidized-bed dryer by means of a screw conveyor
  • the method known from the aforementioned publication is intended to be suitable for drying lumpy materials whose size is in the range of, for example, 0.3 cm to 10 cm.
  • the material to be dried for example lignite
  • a denser material such as quartz sand.
  • the process requires that the dried solid material be in association with a portion of the particulate matter
  • the fluid mechanical processes within a stationary fluidized bed are extremely complex and only limitedly simulatable.
  • a pilot plant operated by the applicant depending on
  • Raw lignite is preferred on the heat exchangers of the fluidized bed dryer. As a result, the heat transfer deteriorates, the performance of the dryer is significantly reduced, in the worst case, the fluidized bed collapses.
  • Composition of the raw lignite is dependent.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a method for the treatment of gruel wet lignite using at least one indirectly heated fluidized bed dryer, which is a substantially stable and trouble-free fluidized bed operation even at high
  • the problem underlying the invention is achieved by a process for the treatment of crude brown lignite, particularly for thermal utilization in a power plant boiler, wherein the raw lignite is first pre-broken and then comminuted in at least one grinder and fed to a subsequent drying, wherein the drying in a fluidized bed is carried out using at least one indirectly heated fluidized bed dryer, which with steam as
  • Fluidized medium is operated, wherein the raw lignite is discharged as bulk material having a mean grain diameter d 50 of a maximum of 2 mm in the fluidized bed and wherein the dried lignite behind the
  • Fluidized bed dryer a partial flow diverted and the raw lignite is added before drying.
  • Ensuring the particle size distribution can be effected, for example, by influencing the rotational speed of one or more mills upstream of the fluidized-bed dryer. For example, as mills
  • the particle size distribution is checked by sieving and this can be done daily or batchwise
  • the particle size distribution can also be measured volumetrically via an online method.
  • the grain size distribution can alternatively be ensured by following the sieving of the dried lignite with a sieve classification, wherein the oversize fraction is screened off and subjected to subsequent grinding.
  • the invention is based on the finding that pit-lignite raw lignite, depending on their origin, have a different cohesive behavior which has more or less great influence on the fluidisability of the coal.
  • crude lignite is a natural product obtained by mining in terms of water content, carbon content and mineral composition different according to origin. Certain properties of the raw lignite must be taken into account when used as given.
  • the applicant was able to find out, for example, that the fluidizability of the raw lignite coal is closely related to its flowability and that the flowability of the raw lignite coal surprisingly is due to
  • the raw lignite coal to be dried is provided with the same type of coal in the form of dry brown coal before
  • the stability of the treatment process according to the invention in particular the stability of the fluidized bed within the fluidized bed dryer can be surprisingly improved in that a part of the dried
  • Lignite is circulated within the process, so that even poorly or not fluidisable raw lignite can be used in this way and at the same time relatively high throughput in the fluidized bed dryer problems and dried.
  • Utilization of the fluidized bed dryer Utilization of the fluidized bed dryer. Disturbances of the fluidized bed can occur in particular at a high utilization of the fluidized bed dryer.
  • Dry lignite between 10 and 30 ma%, preferably between 10 and 20 ma% based on the total bed mix.
  • Dry lignite is regulated depending on the amount of the fluidized bed lignite supplied to the fluidized bed.
  • a regulation can be provided in such a way that a specific ratio of dry brown coal to crude lignite is set and the dry lignite is dosed accordingly.
  • the raw lignite can have a fluctuating water content / moisture content of up to 65 ma%.
  • Dry lignite extracted in the fluidized bed dryer is determined in the hygroscopic area at constant system pressure by the fluidized bed temperature or by the course of the desorption isobars. The from the
  • Fluidised bed dryer withdrawn dry lignite can be a medium
  • Grain diameter d 50 from 0.4 mm to 0.8 mm, preferably from 0.1 mm to 0.4 mm, optionally also from 0.1 mm to 0.2 mm.
  • the moisture content of the dry lignite may be between 10 and 15% by mass, preferably between about 15 and 18% by mass.
  • Fluidized bed dryer can be up to 10 bar. Also, the
  • Moisture content of the dry lignite coal is between 8 and 20 ma%, preferably between 10 and 16 ma%.
  • the fluidized-bed dryer is preferably heated indirectly with steam as the heating medium.
  • a part of the dryer vapor or alternatively external steam from a coupled power plant process can be used to fluidize the fluidized bed or the raw lignite coal within the
  • Fluidized bed dryer can be used.
  • the branched dry lignite can, using at least one mixing device with the raw lignite before task in the
  • Fluid bed dryer are intimately mixed. Such mixing is not required under all circumstances, but significantly improves the adhesion of fine dry coal particles to the particles of wet lignite coal used.
  • the dry lignite can be cooled behind the fluidized bed dryer and subjected to a post-milling, with a partial stream of dry lignite is diverted behind the post-grinding.
  • Raw lignite is added.
  • the particle size distribution can also be determined volumetrically by sieve classification, so that, if the particle size distribution differs, the subsequent grinding can be carried out accordingly.
  • the reclaimed dry lignite can be added to the lignite coal between two milling stages or behind a final milling stage.
  • Raw lignite and dry lignite ensures intimate mixing, so that possibly separate mixing devices are unnecessary. In the sense of a relatively effective or energy-efficient process management, however, it makes sense to recycle as little as possible dry lignite and to keep the route of the retired lignite to be carried too short as possible. However, consideration should also be given to aspects of explosion protection. For the latter reason, it is expedient and useful, the recycled lignite coal behind a Fine grinding the raw lignite this abandon and, for example by means of static or dynamic mixing devices in the supply to
  • Fluid bed dryer to perform a mixing with the raw lignite.
  • mixing can also be carried out using a conventional method
  • Raw lignite and / or the load condition of the fluidized bed dryer is varied.
  • the rheology and adhesion characteristics of the coalmine are to a large extent dependent on the compressibility of the raw lignite and hence the bulk density of the lignite coal in the compacted state.
  • the bed of raw lignite in the fluidized bed by means of at least one arranged above the fluidized bed rotary Verteilerschurre, preferably according to a predetermined distribution based on the cross-sectional area of the fluidized bed dryer.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the method principle of FIG
  • Figure 2 a diagram in which the bulk material strength of materials of different flowability in dependence of
  • Process principle which is the flow diagram of a fluidized bed drying plant illustrated, for example, to a power plant boiler for
  • the lignite coal is ground for fine grinding in two mills arranged one behind the other to an average grain size (d 50 ) of about 0 mm to 2 mm.
  • the raw lignite is then fed to a fluidized bed dryer 3 with mixing with dry brown coal, as will be described below.
  • the fluidized bed dryer 3 is for example via corresponding
  • the steam feed for acting on the heat exchanger is provided with the reference numeral 4 in the process sketch (FIG. 1).
  • the fluidized-bed dryer 3 is operated in a known manner under slight overpressure, wherein the raw lignite is fed via a rotary valve, not shown, and via a arranged in the upper part of the fluidized bed dryer 3 Verteilerschurre on the fluidized bed.
  • the withdrawn from the fluidized bed dryer 3 vapor 5 is after dedusting in an electrostatic precipitator 6 different others
  • Low-temperature heat from the vapor condensation can be coupled, for example, in the boiler feedwater preheating a power plant process.
  • the vapor can be further compressed alternatively and returned to the fluidized bed dryer 3 for the purpose of heating.
  • the energy from the vapor can also be coupled into an ORC process (organic rankine cycle).
  • a partial stream 7 of the vapor 5 is fed to the fluidized-bed dryer 3 as a fluidizing medium.
  • withdrawn dry brown coal 8 is first cooled in a cooler 9, then ground in a mill 10 and fed to a dry lignite coal 1 1.
  • E1 to E4 E1 denotes a removal point behind the fluidized bed dryer 3 and in front of the cooler 9, E2 denotes a removal point behind the cooler 9 and before the mill 10, E3 denotes a removal point behind a mill 10 and before the dry lignite silo 11.
  • E4 finally designates a sampling point behind the dry lignite silo 1 1.
  • the recirculating partial stream of dry lignite is taken at E4, since due to the provided in the dry lignite silo 1 1 stocking better dosability of the recirculating partial flow is ensured.
  • Thenbraunkohlesilo 1 1 may be provided on the discharge side with a Austragszellenrad which is operable at variable speed.
  • the dry lignite silo 1 1 may have two separate dry lignite deductions, one of which for the dry lignite recirculation or
  • Dry lignite blending is provided, the other hand, the withdrawal of dry brown coal as a usable product of
  • Transport path can also be used to fill the fluidized bed dryer 3 before starting with dry lignite. It is before a first task of raw lignite when commissioning the fluidized bed dryer 3
  • Dust from the fluidized bed can compensate and the fluidized bed and all control circuits of the fluidized bed dryer can continue to operate normally.
  • the positions R1 to R4 denote possible return points for the
  • the recycling point R1 is provided immediately behind the raw coal bunker 1, the return point R2 between a first and a second mill, the return point R3 behind a second mill and before the fluidized bed dryer 3.
  • the return point R4 is provided immediately before the fluidized bed dryer 3.
  • Fluidisier sadness in the fluidized bed is.
  • the flowability of the lignite coal to be introduced into the drying process can be significantly improved.
  • Dry lignite hereinafter referred to as TBK 1 to TBK 5
  • flowability was determined as a ratio of a solidification stress to a compressive strength.
  • Solidification stress and o c the compressive strength can be determined both by means of a known uniaxial compression test and by commercially available ring shear devices.
  • a ring shear device is, for example, from Dr. Ing. Dietmar Schulze Bulk Solids Measurement (Ring shear ST-XS) commercially available.
  • Dr. Ing. Dietmar Schulze Bulk Solids Measurement Ring shear ST-XS
  • the yield strength of bulk material can be classified as follows: ffc ⁇ 1 not flowing
  • the bulk material capacity G c as a function of the solidification stress ⁇ for areas of different flowability is shown for example in FIG.
  • the samples examined by the applicant were examined at a temperature of about 19 ° C at a relative humidity of about 30% relative humidity.
  • the raw lignite sample 2 shows the most unfavorable flow properties.
  • the raw lignite sample 2 was then mixed with various proportions of TBK 2 dry lignite (dry lignite from sample 2) in proportions by weight of 5%, 10%, 15% and 20%. Then, the mixture was examined for flowability, the measurement result is shown in Table 2.
  • Table 2 Table 2:
  • Sample 2 has a particularly low bulk density. This corresponds to the unfavorable flowability for this sample, as indicated in Table 1. If a bulk material has an unfavorable flowability, then the individual particles are not mobile in the bed, so remain cavities and the bulk density is low. Consequently, the samples are compressible, so that the bulk density depends on the load. The greatest compressibility is also found in sample 2.
  • the dry lignite also differ significantly in bulk density. However, there is no correlation between the raw lignite and the dry lignite, a low bulk density of Raw lignite does not necessarily mean a low bulk density of dry lignite.
  • the dry lignite are only very small to measurable compressible in the considered range of solidification stress. As the proportion of dry lignite increases, both the bulk density and the bulk density increase below a solidification stress of approximately 4 kPa. This is consistent with the better flow resistance

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von grubenfeuchter Rohbraunkohle, insbesondere zur thermischen Verwertung in einem Kraftwerkskessel. Die Rohbraunkohle wird zunächst vorgebrochen und anschließend in wenigstens einer Mahleinrichtung (2) zerkleinert sowie einer nachgeschalteten Trocknung zugeführt. Die Trocknung erfolgt in einer Wirbelschicht unter Verwendung eines indirekt beheizten Wirbelschichttrockners (3). Ein Teil der aus dem Wirbelschichttrockner (3)abgezogenen Trockenbraunkohle wird abgezweigt und der Rohbraunkohle vor der Trocknung wieder zugemischt, wodurch die Fluidisierbarkeit der Braunkohle verbessert wird.

Description

Verfahren zur Aufbereitung von grubenfeuchter Rohbraunkohle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von grubenfeuchter
Rohbraunkohle, insbesondere zur thermischen Verwertung in einem
Kraftwerkskessel, wobei die Rohbraunkohle zunächst vorgebrochen und anschließend in wenigstens einer Mahleinrichtung zerkleinert sowie einer nachgeschalteten Trocknung zugeführt wird und wobei die Trocknung in einer Wirbelschicht unter Verwendung wenigstens eines indirekt beheizten
Wirbelschichttrockners durchgeführt wird, welcher mit Dampf als
Fluidisierungsmedium betrieben wird.
Ein Verfahren zum Trocknen von wasserhaltiger Braunkohle in einer
Wirbelschicht ist beispielsweise aus der DE 29 01 723 C2 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Wirbelschichttrocknungsverfahren ist vorgesehen, die Einsatzkohle mittels eines Schneckenförderers dem Wirbelschichttrockner zuzuführen
Das aus der zuvor erwähnten Druckschrift bekannte Verfahren soll zum Trocknen von klumpenförmigen Materialien geeignet sein, deren Größe im Bereich von beispielsweise 0,3 cm bis 10 cm liegt. Hierzu wird das zu trocknende Material, beispielsweise Braunkohle, in einem dichteren Material wie beispielsweise Quarzsand in Wirbelung gebracht. Das Verfahren erfordert, dass das getrocknete Feststoffmaterial in Verbindung mit einem Teil des teilchenförmigen
aufwirbelbaren Materials entfernt wird und dass das Feststoffmaterial und das aufwirbelbare Material voneinander getrennt werden, so dass das abgeschiedene aufwirbelbare Material wieder in das Wirbelbett zurückgeführt wird. Das Verfahren ist aufwendig und nicht ohne Weiteres praktisch umsetzbar. Ein anderes Verfahren zum Trocknen von Braunkohle, insbesondere zur
Verwendung in einem Kraftwerkskessel, ist beispielsweise aus der
DE 196 20 047 A1 bekannt. Dieses Verfahren wird ausschließlich mit Braunkohle als Feststoff sowie mit Dampf als Fluidisierungsmedium betrieben. Die dem Trockner zuzuführende Braunkohle wird zum Zwecke der Fluidisierung im Wirbelbett verhältnismäßig fein aufgemahlen, beispielsweise auf einem mittleren Korndurchmesser d50 von etwa 1 mm.
Je nach Beschaffenheit der Braunkohle kann ein solcher
Wirbelschichttrocknungsprozess in einer stationären Wirbelschicht
verhältnismäßig stabil und störungsfrei ablaufen.
Wie dies bereits in der DE 29 01 723 C2 beschrieben ist, hängt dies im
Wesentlichen von der Fluidisierbarkeit des Feststoffs in dem
Wirbelschichttrockner ab. Die strömungsmechanischen Vorgänge innerhalb einer stationären Wirbelschicht sind äußerst komplex und nur begrenzt simulierbar. In einer von der Anmelderin betriebenen Pilotanlage haben sich je nach
aufzugebendem Massenstrom von Zeit zu Zeit Störungen der Mischungsdynamik ergeben. In der Folge solcher Störungen bilden sich Ablagerungen von
Rohbraunkohle bevorzugt auf den Wärmetauschern des Wirbelschichttrockners. Dadurch verschlechtert sich der Wärmeübergang, die Leistung des Trockners vermindert sich signifikant, schlimmstenfalls kollabiert die Wirbelschicht.
Versuche mit Wirbelschichttrocknern bei verschiedensten Durchsatzleistungen haben gezeigt, dass die Fluidisierbarkeit von Rohbraunkohle nicht nur von der Auslastung des Wirbelschichttrockners, sondern auch von der Art und
Zusammensetzung der Rohbraunkohle abhängig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufbereitung von grubenfeuchter Rohbraunkohle unter Verwendung wenigstens eines indirekt beheizten Wirbelschichttrockners bereitzustellen, welches einen im Wesentlichen stabilen und störungsfreien Wirbelschichtbetrieb auch bei hoher
Durchsatzleistung auch bei verschiedenartigsten Einsatzkohlen gewährleistet. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung von grubenfeuchter Rohbraunkohle, insbesondere zur thermischen Verwertung in einem Kraftwerkskessel, wobei die Rohbraunkohle zunächst vorgebrochen und anschließend in wenigstens einer Mahleinrichtung zerkleinert sowie einer nachgeschalteten Trocknung zugeführt wird, wobei die Trocknung in einer Wirbelschicht unter Verwendung wenigstens eines indirekt beheizten Wirbelschichttrockners durchgeführt wird, welcher mit Dampf als
Fluidisierungsmedium betrieben wird, wobei die Rohbraunkohle als Schüttgut mit einem mittleren Korndurchmesser d50 von maximal 2 mm in die Wirbelschicht abgeworfen wird und wobei aus der getrockneten Braunkohle hinter dem
Wirbelschichttrockner ein Teilstrom abgezweigt und der Rohbraunkohle vor der Trocknung zugemischt wird.
Die Sicherstellung der Korngrößenverteilung kann beispielsweise über die Beeinflussung der Drehzahl eines oder mehrerer dem Wirbelschichttrockner vorgeschalteter Mühlen erfolgen. Als Mühlen finden beispielsweise
Schlagradmühlen Anwendung, die je nach Drehzahl einen anderen
Mahlfeinheitsgrad erzielen. Die Überprüfung der Korngrößenverteilung erfolgt durch Siebung und hierzu kann täglich oder auch chargenweise eine
Probennahme vorgesehen sein. Die Proben werden im Labor durch
Siebklassierung kontrolliert. Alternativ kann die Korngrößenverteilung auch volumetrisch über ein online-Verfahren gemessen werden.
Für die Stabilität der Wirbelschicht ist es in erster Linie wichtig, dass der
Überkornanteil (> 2 mm) nicht zu groß wird, was sonst die Stabilität der
Wirbelschicht beeinträchtigen könnte.
Die Sicherstellung der Korngrößenverteilung kann alternativ auch dadurch erfolgen, dass der Mahlung der getrockneten Braunkohle eine Siebklassierung nachgeschaltet wird, wobei der Überkornanteil abgesiebt und einer Nachmahlung unterzogen wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass grubenfeuchte Rohbraunkohle in Abhängigkeit von ihrer Herkunft ein unterschiedliches kohäsives Verhalten aufweisen, welches mehr oder wenigster großen Einfluss auf die Fluidisierbarkeit der Kohle hat.
Bekanntlich ist Rohbraunkohle als bergmännisch gewonnenes Naturprodukt in Bezug auf Wassergehalt, Kohlenstoffanteil sowie Mineralzusammensetzung je nach Herkunft verschieden. Bestimmte Eigenschaften der Rohbraunkohle müssen bei der Verwendung als gegeben in Kauf genommen werden.
Versuchsweise konnte die Anmelderin herausfinden, dass die Fluidisierbarkeit der Rohbraunkohle in engem Zusammenhang mit deren Fließfähigkeit steht und dass sich die Fließfähigkeit der Rohbraunkohle überraschenderweise durch
Beimischung von Trockenbraunkohle der gleichen Kohlensorte positiv
beeinflussen lässt. Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen der zu trocknenden Rohbraunkohle die gleiche Kohlensorte in Form von Trockenbraunkohle vor dem
Trocknungsvorgang zuzugeben.
Die Stabilität des Aufbereitungsverfahrens gemäß der Erfindung, insbesondere die Stabilität der Wirbelschicht innerhalb des Wirbelschichttrockners lässt sich überraschenderweise dadurch verbessern, dass ein Teil der getrockneten
Braunkohle innerhalb des Prozesses im Kreislauf gefahren wird, so dass auf diese Art und Weise auch schlecht oder nicht fluidisierbare Rohbraunkohle bei gleichzeitig verhältnismäßig hoher Durchsatzleistung im Wirbelschichttrockner problemlos eingesetzt und getrocknet werden kann.
Das Problem der Fluidisierbarkeit der Wirbelschicht hängt auch von der
Auslastung des Wirbelschichttrockners ab. Störungen der Wirbelschicht können insbesondere bei einer hohen Auslastung des Wirbelschichttrockners auftreten.
Vorzugsweise wird die Mischung aus Rohbraunkohle und rückgeführter
Trockenbraunkohle bei dem Verfahren gemäß der Erfindung über eine
Zellenradschleuse in den unter leichtem Überdruck stehenden
Wirbelschichttrockner eingeschleust, oberhalb der Wirbelschicht aufgegeben und auf die Wirbelschicht verteilt.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, der Rohbraunkaule einen Anteil von
Trockenbraunkohle zwischen 10 und 30 ma%, vorzugsweise zwischen 10 und 20 ma% bezogen auf die gesamte Schüttung zuzumischen. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass der Anteil der zurückgeführten
Trockenbraunkohle in Abhängigkeit der Menge der der Wirbelschicht zugeführten Rohbraunkohle geregelt wird. Eine Regelung kann derart vorgesehen sein, dass ein bestimmtes Mengenverhältnis von Trockenbraunkohle zu Rohbraunkohle eingestellt wird und die Trockenbraunkohle entsprechend dosiert wird. In
Abhängigkeit von der eingestellten Anlagenlast kann die zurückgeführte
Trockenbraunkohlemenge bei konstantem Verhältnis automatisch angepasst werden.
Unter einer Regelung im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist eine
automatisierte Regelung zu verstehen, für die eine entsprechende
Prozessleittechnik vorgesehen ist. Die Rohbraunkohle kann einen schwankenden Wassergehalt/Feuchtigkeitsgehalt von bis zu 65 ma% aufweisen. Der Wassergehalt der aus dem
Wirbelschichttrockner abgezogenen Trockenbraunkohle wird im hygroskopischen Bereich bei konstantem Systemdruck durch die Wirbelschichttemperatur bzw. durch den Verlauf der Desorptionsisobaren bestimmt. Die aus dem
Wirbelschichttrockner abgezogene Trockenbraunkohle kann einen mittleren
Korndurchmesser d50 von 0,4 mm bis 0,8 mm, bevorzugt von 0,1 mm bis 0,4 mm, gegebenenfalls auch von 0,1 mm bis 0,2 mm aufweisen. Der Feuchtigkeitsgehalt der Trockenbraunkohle kann zwischen 10 ma% und 15 ma%, bevorzugt etwa zwischen 15 ma% und 18 ma% betragen. Der Überdruck innerhalb des
Wirbelschichttrockners kann bis zu 10 bar betragen. Auch kann der
Feuchtigkeitsgehalt der Trockenbraunkohle zwischen 8 und 20 ma%, bevorzugt zwischen 10 und 16 ma% betragen.
Wie bereits vorstehend erwähnt, wird der Wirbelschichttrockner bevorzugt mit Dampf als Heizmedium indirekt beheizt. Ein Teil des Trocknerbrüdens oder alternativ Fremddampf aus einem gekoppelten Kraftwerksprozess kann zur Fluidisierung des Wirbelbetts bzw. der Rohbraunkohle innerhalb des
Wirbelschichttrockners verwendet werden. Die abgezweigte Trockenbraunkohle kann unter Verwendung wenigstens einer Mischeinrichtung mit der Rohbraunkohle vor Aufgabe in den
Wirbelschichttrockner innig vermischt werden. Eine solche Vermischung ist nicht unter allen Umständen erforderlich, verbessert jedoch die Adhäsion feiner Trockenkohlepartikel an den Partikeln der eingesetzten feuchten Rohbraunkohle signifikant.
Beispielsweise kann die Trockenbraunkohle hinter dem Wirbelschichttrockner gekühlt und einer Nachmahlung unterzogen werden, wobei ein Teilstrom an Trockenbraunkohle hinter der Nachmahlung abgezweigt wird.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die zurückzuführende Trockenbraunkohle unmittelbar hinter dem Wirbelschichttrockner abzuzweigen, günstiger ist jedoch eine Kühlung und Nachmahlung, so dass beispielsweise die Trockenbraunkohle mit einer durchschnittlichen Korngröße d50 von 0 mm bis 1 mm der
Rohbraunkohle zugegeben wird. Die Korngrößenverteilung kann ebenfalls volumetrisch durch Siebklassierung ermittelt werden, sodass bei abweichender Korngrößenverteilung die Nachmahlung entsprechend vorgenommen werden kann.
Die rückgeführte Trockenbraunkohle kann der Rohbraunkohle zwischen zwei Mahlstufen oder hinter einer letzten Mahlstufe zugemischt werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die rückgeführte Trockenbraunkohle der Rohbraunkohle vor einer ersten Mahlung zuzuführen.
In diesem Falle ist bereits durch eine gemeinsame Vermahlung von
Rohbraunkohle und Trockenbraunkohle eine innige Vermischung gewährleistet, so dass gegebenenfalls separate Mischeinrichtungen entbehrlich sind. Im Sinne einer verhältnismäßig effektiven bzw. energieeffizienten Verfahrensführung ist es jedoch sinnvoll, so wenig wie möglich Trockenbraunkohle in Kreislauf zu führen und den Weg der zurückzuführenden bzw. mitzuführenden Trockenbraunkohle zu kurz wie möglich zu halten. Dabei sollte allerdings auch Gesichtspunkten des Explosionsschutzes Rechnung getragen werden. Aus letzterem Grund ist es zweckmäßig und sinnvoll, die rückgeführte Trockenbraunkohle hinter einer Feinmahlung der Rohbraunkohle dieser aufzugeben und beispielsweise mittels statischen oder dynamischen Mischeinrichtungen in der Zuführung zum
Wirbelschichttrockner eine Vermischung mit der Rohbraunkohle durchzuführen. Eine Vermischung kann beispielsweise auch über eine herkömmliche
Fördereinrichtung durchgeführt werden.
Zweckmäßig ist es, wenn der Anteil der der Rohbraunkohle zugemischten
Trockenbraunkohle in Abhängigkeit der Adhäsionseigenschaften der
Rohbraunkohle und/oder des Lastzustandes des Wirbelschichttrockners variiert wird. Wie nachstehend noch erörtert wird, hat sich herausgestellt, dass die Fließeigenschaft und die Adhäsionseigenschaft von Robraunkohle zu einem wesentlichen Teil von der Komprimierbarkeit der Rohbraunkohle und somit von der Schüttgutdichte der Rohbraunkohle in verdichtetem Zustand abhängig ist. Zweckmäßigerweise erfolgt die Schüttung der Rohbraunkohle in die Wirbelschicht mittels wenigstens einer oberhalb des Wirbelbetts angeordneten rotierenden Verteilerschurre, vorzugsweise nach einer vorgegebenen Verteilung bezogen auf die Querschnittsfläche des Wirbelschichttrockners. Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert.
Es zeigen: Figur 1 : eine schematische Darstellung des Verfahrensprinzips des
Aufbereitungsverfahrens gemäß der Erfindung, und
Figur 2: ein Diagramm, in welchem die Schüttgutfestigkeit von Materialien unterschiedlicher Fließfähigkeit in Abhängigkeit der
Verfestigungsspannung dargestellt ist.
Es wird zunächst Bezug genommen auf das in Figur 1 dargestellte
Verfahrensprinzip, welches das Fließbild einer Wirbelschichttrocknungsanlage veranschaulicht, welche beispielsweise an einen Kraftwerkskessel zur
Verteuerung von Braunkohle angeschlossen sein kann.
Aus einem Braunkohletagebau wird beispielsweise vorgebrochene
Rohbraunkohle mit einer durchschnittlichen Körnung von 0 mm bis 80 mm einem Rohbraunkohlebunker 1 aufgegeben. Aus dem Rohbraunkohlebunker 1 wird die Rohbraunkohle zwecks Feinmahlung in zwei hintereinander angeordnete Mühlen auf eine durchschnittliche Körnung (d50) von etwa 0 mm bis 2 mm aufgemahlen. Die Rohbraunkohle wird sodann unter Vermischung mit Trockenbraunkohle, wie nachstehend noch beschrieben wird, einem Wirbelschichttrockner 3 aufgegeben. Der Wirbelschichttrockner 3 ist beispielsweise über entsprechende
Wärmetauschereinbauten indirekt mit Dampf beheizt. Die Dampfeinspeisung zur Beaufschlagung des Wärmetauschers ist in der Verfahrensskizze ( Fig. 1 ) mit dem Bezugszeichen 4 versehen. Der Wirbelschichttrockner 3 wird in bekannter Art und Weise unter leichtem Überdruck betrieben, wobei die Rohbraunkohle über eine nicht dargestellte Zellenradschleuse sowie über eine im oberen Teil des Wirbelschichttrockners 3 angeordnete Verteilerschurre auf das Wirbelbett aufgegeben wird. Der aus dem Wirbelschichttrockner 3 abgezogene Brüden 5 wird nach Entstaubung in einem Elektrofilter 6 verschiedenen anderen
Verwendungen zugeführt. Dieser kann beispielsweise an die Atmosphäre abgegeben werden. Dieser kann alternativ kondensiert werden, wobei die
Niedertemperaturwärme aus der Brüdenkondensation beispielsweise in die Kesselspeisewasservorwärmung eines Kraftwerksprozesses eingekoppelt werden kann. Der Brüden kann weiterhin alternativ verdichtet und zwecks Beheizung wieder dem Wirbelschichttrockner 3 zugeführt werden. Die Energie aus dem Brüden kann auch in einen ORC-Prozess (organic rankine cycle) eingekoppelt werden.
Ein Teilstrom 7 des Brüdens 5 wird jedenfalls dem Wirbelschichttrockner 3 als Fluidisierungsmedium zugeführt. Die aus dem Wirbelschichttrockner 3
abgezogene Trockenbraunkohle 8 wird zunächst in einem Kühler 9 abgekühlt, sodann in einer Mühle 10 nachgemahlen und einem Trockenbraunkohlesilo 1 1 zugeführt. Mögliche Stellen der Entnahme von Trockenbraunkohle aus dem zur thermischen Verwertung vorgesehenen Braunkohlenstrom sind mit E1 bis E4 gekennzeichnet, wobei E1 eine Entnahmestelle hinter dem Wirbelschichttrockner 3 und vor dem Kühler 9 bezeichnet, E2 eine Entnahmestelle hinter dem Kühler 9 sowie vor der Mühle 10 bezeichnet, E3 eine Entnahmestelle hinter einer Mühle 10 und vor dem Trockenbraunkohlesilo 1 1 bezeichnet. E4 bezeichnet schließlich eine Entnahmestelle hinter dem Trockenbraunkohlesilo 1 1 .
Bevorzugt wird der rückzuführende Teilstrom der Trockenbraunkohle bei E4 entnommen, da wegen der in dem Trockenbraunkohlesilo 1 1 vorgesehenen Bevorratung eine bessere Dosierbarkeit des rückzuführenden Teilstroms gewährleistet ist.
Das Trockenbraunkohlesilo 1 1 kann austragsseitig mit einem Austragszellenrad versehen sein, das mit variabler Drehzahl betreibbar ist. Über die
Drehzahlsteuerung des Austragszellenrads lässt sich die
Trockenbraunkohlemenge dosieren, so dass sich ein Mengenverhältnis zwischen zurückgeführter Trockenbraunkohlemenge und Rohbraunkohlemenge einstellen lässt, in Abhängigkeit der Kohäsivität der Rohbraunkohle und/oder in
Abhängigkeit der Auslastung bzw. des Lastzustandes des Wirbelschichttrockners 3. Das Trockenbraunkohlesilo 1 1 kann zwei separate Trockenbraunkohleabzüge aufweisen, von denen einer für die Trockenbraunkohlerückführung bzw.
Trockenbraunkohlerückvermischung vorgesehen ist, der andere hingegen den Abzug von Trockenbraunkohle als verwertbares Produkt des
Trocknungsprozesses. Die Verwendung von zwei separaten Abzügen hat insbesondere den reglungstechnischen Vorteil, dass der nachfolgende
Transportweg auch dazu verwendet werden kann, den Wirbelschichttrockner 3 vor dem Anfahren mit Trockenbraunkohle zu füllen. Vor einer ersten Aufgabe von Rohbraunkohle bei Inbetriebnahme des Wirbelschichtrockners 3 ist es
erforderlich, zunächst eine Wirbelschicht mit Trockenbraunkohle 8 aufzubauen, da die Rohkohle wegen ihrer kohäsiven Eigenschaften nicht fluidisierbar ist.
Ein weiterer Vorzug einer solchen Verschaltung ist, dass bei einem etwaigen Ausfall von Rohkohlezufuhr eine Trockenbraunkohlerückführung den
Staubaustrag aus der Wirbelschicht ausgleichen kann und die Wirbelschicht sowie alle Regelkreise des Wirbelschichttrockners normal weiterbetrieben werden können.
Die Positionen R1 bis R4 bezeichnen möglich Rückführstellen für die
rückzuführende Trockenbraunkohle, wobei die Rückführstelle R1 unmittelbar hinter dem Rohkohlenbunker 1 vorgesehen ist, die Rückführstelle R2 zwischen einer ersten und einer zweiten Mühle, die Rückführstelle R3 hinter einer zweiten Mühle und vor dem Wirbelschichttrockner 3. Die Rückführstelle R4 ist unmittelbar vor dem Wirbelschichttrockner 3 vorgesehen.
Die Anmelderin hat überraschenderweise festgestellt, dass die Fließfähigkeit verschiedener Rohkohlen im unmittelbaren Zusammenhang mit deren
Fluidisierbarkeit im Wirbelbett steht. Durch Zumischen von Trockenbraunkohle zu der schlecht fluidisierbaren Rohbraunkohle lässt sich die Fließfähigkeit der in den Trocknungsprozess einzubringenden Rohbraunkohle signifikant verbessern.
Zum Nachweis dieses Zusammenhangs hat die Anmelderin verschiedene Rohbraunkohlen aus verschiedenen Tagebauen sowie jeweils aus diesen
Rohkohlen erhaltene Trockenbraunkohle hinsichtlich ihrer Fließeigenschaft untersucht. Die verschiedenen Kohleproben, nachstehend der Einfachheit halber als Proben 1 bis 5 bezeichnet, sowie die daraus jeweils erhaltenen
Trockenbraunkohlen, nachstehend als TBK 1 bis TBK 5 bezeichnet, wurden jeweils Fließfähigkeitsuntersuchungen unterzogen, wobei eine Fließfähigkeit als Verhältnis einer Verfestigungsspannung zu einer Druckfestigkeit ermittelt wurde. Die Fließfähigkeit ergibt sich zu: ffc = σι zu Gc, wobei ffc die Fließfähigkeit bezeichnet, a^ die
Verfestigungsspannung und oc die Druckfestigkeit. Eine solche Fließfestigkeit lässt sich sowohl mittels bekanntem einachsigen Druckversuch sowie mittels käuflich erwerblichen Ringschergeräten ermitteln. Ein solches Ringschergerät ist beispielsweise von der Firma Dr. Dietmar Schulze Schüttgutmesstechnik (Ringschergerät ST-XS) im Handel erhältlich. Diverse andere Arten von
Ringschergeräten stehen zur Verfügung.
Die Fließfestigkeit von Schüttgut lässt sich dabei wie folgt klassifizieren: ffc < 1 nicht fließend
1 < ffc < 2 sehr kohäsiv bis nicht fließend
2 < ffc < 4 kohäsiv
4 < ffc < 10 leicht fließend
10 < ffc frei fließend.
Die Schüttgutfähigkeit Gc in Abhängigkeit von der Verfestigungsspannung σι für Bereiche unterschiedlicher Fließfähigkeit ist beispielsweise in Figur 2 dargestellt. Die von der Anmelderin untersuchten Proben wurden bei einer Temperatur von ca. 19°C bei einer Luftfeuchtigkeit von rund 30 % relative Luftfeuchtigkeit untersucht. Das Ergebnis der Messungen zur Fließfähigkeit zeigt nachstehend Tabelle 1 , wobei Gc die Schüttgutfestigkeit bzw. Druckfestigkeit des Schüttgutes bezeichnet, nachdem es mit der Spannung a^ verdichtet wurde, ffc das Verhältnis von Gi zu Gc bezeichnet, Pb in kg/m3 die Schüttgutdichte bezeichnet, cpe das Maß für den inneren Reibungswinkel des Schüttguts beim stationären Fließen, φπη den Steigungswinkel des als gerade angenäherten linearisierten Fließorts und cpSf den inneren Reibungswinkel beim stationären Fließen bezeichnet.
Tabelle 1 :
Figure imgf000014_0001
Für die Rohbraunkohlenproben 1 bis 5 ergibt sich, dass die Fließfähigkeit ffc in Tabelle 1 für die betrachtete Verfestigungsspannung bei 1 ,8 bis 2,4 liegt. Damit sind die Proben ohne Einfluss der Zeitverfestigung als kohäsiv bis sehr kohäsiv einzuordnen. Die ungünstigste Fließfähigkeit liegt bei der Probe 2, die günstigste Fließfähigkeit ergibt sich für die Probe 1 , bezogen auf die Schüttgutfestigkeit GC von Probe 1 hat die Probe 2 eine um 1 /3 größere Festigkeit. Was die Trockenbraunkohle, Proben 6 bis 10, anbelangt, so ist die Fließfähigkeit der Trockenbraunkohle deutlich günstiger als die der Rohbraunkohle.
Die Rohbraunkohlenbrobe 2 zeigt die ungünstigsten Fließeigenschaften. Der Rohbraunkohlenprobe 2 wurden nun verschiedene Anteile der Trockenbraunkohle TBK 2 (Trockenbraunkohle aus der Probe 2) in Gewichtsanteilen von 5 %, 10 %, 15 % und 20 % zugemischt. Sodann wurde die Mischung entsprechend auf ihre Fließfähigkeit untersucht, das Messergebnis ist in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2:
Figure imgf000015_0001
Die Schüttgutdichte wurde sowohl im unverdichteten lockeren Zustand als auch nach einer Verfestigung von ca. 4 kPa (Werte aus Tabelle 1 ) bestimmt. Die Schüttgutdichte sowohl im unverdichteten Zustand als auch im verfestigten Zustand der Probe sowohl für die Proben 1 bis 5 als auch für die Proben TBK 1 bis TBK 5 als auch für verschiedene Mischungen ist in der nachstehend dargestellten Tabelle 3 aufgezeichnet.
Tabelle 3:
Figure imgf000016_0001
Die Probe 2 hat eine besonders niedrige Schüttgutdichte. Dies korrespondiert mit der ungünstigen Fließfähigkeit für diese Probe, wie sie in Tabelle 1 angegeben ist. Hat ein Schüttgut eine ungünstige Fließfähigkeit, so sind die Einzelpartikel nicht mobil in der Schüttung, so verbleiben Hohlräume und die Schüttdichte ist gering. Folglich sind die Proben kompressibel, so dass die Schüttgutdichte von der Belastung abhängt. Die größte Kompressibilität ist ebenfalls bei der Probe 2 festzustellen.
Auch die Trockenbraunkohlen unterscheiden sich in der Schüttgutdichte merklich. Allerdings ist kein Zusammenhang zwischen den Rohbraunkohlen und den Trockenbraunkohlen festzustellen, eine geringe Schüttgutdichte der Rohbraunkohle bedeutet nicht unbedingt auch eine geringe Schüttgutdichte der Trockenbraunkohle. Die Trockenbraunkohlen sind in dem betrachteten Bereich der Verfestigungsspannung nur sehr gering bis messbar kompressibel. Mit steigendem Anteil an Trockenbraunkohle nehmen sowohl die unverdichtete Schüttgutdichte als auch die Schüttgutdichte unter einer Verfestigungsspannung von ca. 4 kPa zu. Dies lässt sich mit der besseren Fließfestigkeit nach
Zumischung der Trockenbraunkohle dadurch erklären, dass eine günstigere Fließfähigkeit eine engere Packung mit geringerem Hohlraumanteil und damit einer höheren Schüttdichte ermöglicht.
Im Ergebnis lässt sich feststellen, dass eine Zumischung von Trockenbraunkohle beispielsweise zur Probe 2 die Fließfähigkeit der Mischung günstig beeinflusst.
Bezugszeichen
1 Rohbraunkohlenbunker
2 Mühlen
3 Wirbelschichttrockner
4 Dampfeinspeisung
5 Brüden
6 Elektrofilter
7 Teilstrom des Brüden
8 Trockenbraunkohle
9 Kühler
10 Mühle
1 1 Trockenbraunkohlesilo
E1 - E4 Entnahmestellen für Trockenbraunkohle R1 - R4 Rückführstellen für Trockenbraunkohle

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Aufbereitung von grubenfeuchter Rohbraunkohle,
insbesondere zur thermischen Verwertung in einem Kraftwerkskessel, wobei die Rohbraunkohle zunächst vorgebrochen und anschließend in wenigstens einer Mahleinrichtung zerkleinert sowie einer nachgeschalteten Trocknung zugeführt wird, wobei die Trocknung in einer Wirbelschicht unter Verwendung wenigstens eines indirekt beheizten Wirbelschichttrockners durchgeführt wird, welcher mit Dampf als Fluidisierungsmedium betrieben wird, wobei die Rohbraunkohle als Schüttgut mit einem mittleren
Korndurchmesser von d50 von maximal 2 mm in die Wirbelschicht abgeworfen wird und wobei aus der getrockneten Braunkohle hinter dem Wirbelschichttrockner ein Teilstrom abgezweigt und der Rohbraunkohle vor der Trocknung zugemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Rohbraunkohle ein Anteil von zurückgeführter Trockenbraunkohle zwischen 10 ma% und 30 ma%, vorzugsweise zwischen 1 0 ma% und 20 ma% bezogen auf die gesamte Schüttung zugemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der zurückgeführten Trockenbraunkohle in Abhängigkeit der Menge der der Wirbelschicht zugeführten Rohbraunkohle geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die abgezweigte Trockenbraunkohle unter Verwendung wenigstens einer Mischeinrichtung mit der Rohbraunkohle vor Aufgabe in den
Wirbelschichttrockner innig vermischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenbraunkohle hinter dem Wirbelschichttrockner gekühlt und einer Nachmahlung unterzogen wird und dass der Teilstrom der
zurückzuführenden Trockenbraunkohle hinter der Nachmahlung
abgezweigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenbraunkohle der Rohbraunkohle zwischen zwei Mahlstufen oder hinter einer letzten Mahlstufe zugemischt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vermischung von Rohbraunkohle und Trockenbraunkohle unter Verwendung von wenigstens einer statischen Mischeinrichtung in einer Schüttgutzufuhr an den Wirbelschichttrockner erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der der Rohbraunkohle zugemischten rückgeführten Trockenbraunkohle in Abhängigkeit der Adhäsionseigenschaften und/oder der Schüttgutdichte der Rohbraunkohle in verdichtetem Zustand variiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung der Rohbraunkohle in die Wirbelschicht mittels wenigstens einer oberhalb des Wirbelbetts angeordneten rotierenden Verteilerschurre, vorzugsweise nach einer vorgegebenen Verteilung bezogen auf die Querschnittsfläche des Wirbelschichttrockners
durchgeführt wird.
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