DE2256385B2 - Verfahren zum kontinuierlichen Erhitzen feinkörniger Feststoffe - Google Patents

Verfahren zum kontinuierlichen Erhitzen feinkörniger Feststoffe

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Erhitzen feinkörniger Feststoffe, insbesondere Kohle, auf eine gleichmäßige Endtemperatur im direkten Kontakt mit heißen Gasen, wobei die bereits erwärmten Feststoffe mittels heißer, aufwärts strömender Gase in einen Zyklon gefördert, dort von den Gasen getrennt und in ein von heißen Gasen durchströmtes fco Wirbelbett geleitet werden, in welchem die Erhitzung der Feststoffe auf die Endtemperatur erfolgt.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der US-PS 26 58 862 bekannt. Hierbei wird die Kohle zunächst zerkleinert und gleichzeitig aufgewärmt und dann pneumatisch in das Wirbelbett gefördert. Das Abgas des Wirbelbettes wird jedoch nicht mit dem zu erhitzenden Gut in Kontakt gebracht.
Es ist auch bekannt, zum Erhitzen von Kohle mehrstufige Wirbelbetten einzusetzen (DE-OS 15 71 650). Soweit die Erhitzung der Trocknung der Kohle dient, ergeben sich niedrige. Abgastemperaturen und damit eine wärmewirtschaftlich vorteilhafte Lösung, welche bereits Eingang in die Praxis gefunden hat. Mit zunehmenden Erhitzungstemperaluren der Kohle sinkt jedoch der wärmetechnische Wirkungsgrad eines Wirbelbettes mehr und mehr, und die Apparatur wird gleichzeitig immer aufwendiger. Erst bei Behandlungstemperaturen oberhalb von 500 bis 600° C kann man wieder auf günstigere Wirkungsgrade kommen, weil dann in vielen Fällen mit einer Verbrennung innerhalb des Wirbelbettes gearbeitet werden kann. Kohle wird bei diesen Temperaturen bereits einer erheblichen Entgasung unterworfen, was häufig Ziel der Erhitzung ist.
Für die Erhitzung von Kohle auf Temperaturen knapp unterhalb des Entgasungsbeginns, d. h. auf Temperaturen bis etwa 300"C, sind deshalb zur Verbesserung der Wärmewirtschaft zwei- und mehrstufige Wirbelbettanlagen vorgeschlagen worden, bei denen das Abgas des jeweils heißeren Wirbelbetts als Heiz- und Fluidisierungsmedium im nächst kälteren Wirbelbett verwendet wird und die Kohle die verschiedenen Stufen in Richtung steigender Temperatur durchläuft. Derartige Einrichtungen ergeben zwar eine bessere Ausnutzung der Wärme, bleiben aber baulich sehr aufwendig, insbesondere bei Behandlung relativ feinen Materials, welches niedrige Fluidisierungsgeschwindigkeiten vorschreibt. Sie haben überdies den Nachteil eines entsprechend der Stufenzahl vervielfachten Druckveriustes.
Andere Verfahren sehen für die Erhitzung von Kohle die Verwendung des Liftrohres vor, in welchem der Kohle während der pneumatischen Förderung Wärme zugeführt wird. Dieses Prinzip hat sich für die Behandlung bei tiefen Temperaturen sehr gut bewährt und steht in Form der zahlreichen Flugtrockner für Kohle und viele andere Materialien in mannigfaltiger Anwendung. Es ist auch bereits als sogenannte Blasverkokung für die Entgasung von Kohle vorgeschlagen worden, hier wiederum unter Anwendung von Innenverbrennung, d. h. von Verbrennung in Gegenwart der Kohle.
Problematisch sind auch für dieses Prinzip mittlere Behandlungstemperaturen oberhalb von etwa 250°C. Aus denselben Gründen wie beim Wirbelbettverfahren ist hierfür aach beim Liftrohr eine zweistufige Arbeitsweise vorgeschlagen worden, wobei Kohle und Fördergas stufenweise im Gegenstrom zueinander geführt werden. Dabei stellen sich dieselben Nachteile ein, die für mehrstufige Wirbelbettanlagen gelten. Dazu kommt als weiterer, erheblicher Nachteil, daß die Endtemperatur der Kohle wesentlich größeren Schwankungen unterliegt. Bei der Erhitzung backender Kohle muß man deshalb zur Vermeidung von Betriebsstörungen in Liftrohr-Anlagen größeren Abstand von der Erweichungstemperatur der Kohle halten als in Wirbelbettanlagen, um störende Verbackungen der Kohleteilchen miteinander und an der Wandung zu vermeiden.
Die deutsche Patentschrift 11 60 823 beschreibt ein Verfahren zum Entgasen von nicht backender Kohle, bei welchem die Kohle nach vorangegangener Trocknung in einem Flugtrockner in mehreren hintereinandergeschalteten Zyklonen erhitzt wird, wobei Kohle und wärmetragendes Fördergas stufenweise im Gegen-
strom zueinander geführt werden. Diesem Verfahren haftet ebenfalls der Nachteil an, daß die Bahandlungs-Temperatur größeren Schwankungen unterliegt und ein ungleichmäßig entgastes Fertigprodukt anfällt Zur Minderung dieses Mangels wird in der deutschen Offenlegungsschrift 16 71 320 ein abgeändertes Verfahren beschrieben. Die Änderung gegenüber dem älteren Verfahren besteht hauptsächlich darin, daß der vorgeschaltete Flugtrockner durch ein separates System von Zyklonen ersetzt wird, die im folgenden Wärmeaustausch-Zyklone genannt werden. Auch dieses Verfahren weist den Nachteil schwankender Behandlungs-Endtemperaturen auf, weil die für das Verfahren charakteristischen und an sich vorteilhaften, sehr kurzen Behandlungszeit^n ein entsprechend geringes Inventar von Kohle im System bedingen, so daß sich ungewollte, geringe Änderungen der Betriebsbedingungen, beispielsweise der Aufgabemenge, sofort auf die Endtemperatur auswirken.
Auf dem Gebiet der klassischen Kammerverkokung hat sich in den letzten Jahren eine neue Entwicklung abgezeichnet, die darin besteht, daß die Kokskohle vor dom Einsatz in die Kammern getrocknet und erhitzt wird. Diese Maßnahme ist im Hinblick auf Leistungssteigerung der Batterien, Verbreiterung der Kokskohlenbasis und Verbesserung der Koksqualität umso wirksamer, je höher man die Kohle vorerhitzt, d. h. je näher man die Kohle in der Praxis an die Temperatur heranbringen kann, bei der sie zu erweichen beginnt, das ist zwischen 300 und 3500C. Auch bei den Verfahren zur Erzeugung von Formkoks durch HeißbrikettierungoderHeißpdletierung kann es vorteilhaft oder notwendig sein, die backende Komponente vorerhitzt aufzugeben. Die Gesichtspunkte für die Wahl der Höhe der Vorwärmtemperatur sind dabei unterschiedlich. Häufig ergibt sich auch hier die Forderung nach höchstmöglicher Vorerhitzung.
Die Erfindung hat die Aufgabe, beim eingangs genannten Verfahren wärmewirtschaftlich möglichst günstig zu arbeiten und den baulichen Aufwand gering zu halten.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die heißen Abgase des Wirbelbettes die erwärmten Feststoffe in den Zyklon (unterer Wärmeaustausch-Zyklon) fördern, den vom Zyklon aufwärts strömenden Abgasen kältere Feststoffe aufgegeben und mit den Abgasen zu einem weiteren Zyklon (oberer Wärmeaustausch-Zyklon) geleitet werden, in welchem man die erwärmten Feststoffe abtrennt und den heißen Abgasen des Wirbclbettes aufgibt.
Diese Verfahrensführung nützt für die anfängliche Erwärmung die Vorteile der Wärmeaustausch-Zyklone aus, welche wegen des stufenweisen Gegenstroms niedrige Abgastemperaturen und damit eimn hohen Wärmeausnutzungsgrad sicherstellen und we'che wegen der hohen Erhitzungsgeschwindigkeiten kurze Verweilzeiten des Erhitzungsgutes und damit einen geringen baulichen Aufwand ermöglichen. Für die Endstufe der Erhit/ung nutzt die Erfindung die Vorteile des außerordentlich raschen Temperaturausgleichs innerhalb eines Wirbelbettes. Dadurch wird eine gleichmäßige Erhitzung des Behandlungsgutes ohne örtliche Teihperatif'unterschiede garantiert und gleichzeitig werden aucl1 bei wärmeempfindlichem Einsatzgut, wie z. 15. backende Kohle, relativ hohe Gaseintritts- temperature im Verpltiich zu anderen Arbeitsweisen gestattet. Die darüber hinaus vorgesehene Verweilzeit des Erhitzungsgute!> in' Wirbelbett von einigen Minuten bis zu etwa einer halben Stunde gewährleistet, daß die gröberen Kornfraktionen, weiche beim raschen Durchgang durch die Wärmeaustausch-Zyklone möglicherweise nicht voll durchgewärmt wurden, auf gleiche Temperatur wie die feineren Fraktionen kommen. Außerdem führt der durch relativ lange Verweilzeiten bestimmte beträchtliche inhalt des Wirbelbettes an Erhitzungsgut zu einer gewissen, erwünschten Trägheit des Gesamtsystems in seinen Reaktionen auf unvermeidbare Betriebsschwankungen. Damit wird zusätzlich zur Gleichmäßigkeit in bezug auf Ort und Kornfraktion auch eine zeitliche Stabilität der Erhitzung gewährleistet
Das Erhitzungssyslem mit dem Wirbelbett als Endstufe bietet gleichzeitig den Vorteil, daß in vielen Fäden wegen des Fassungsvermögens des Wirbelbettes auf einen Zwischenbunker für das erhitzte Gut verzichtet werden kann, indem es seiner Verwendung, beispielsweise dem Mischteil einer Formkoksanlage, direkt aus dem Wirbelbett zugeführt wird. Die Verweilzeiten des Erhitzungsgutes im Wirbelbett betragen einige Minuten bis zu etwa einer halben Stunde; sie liegen in den meisten Fällen etwa im Bereich vor. 5 bis 20 Minuten.
Feinkohle ist in der Regel naß. Auch andere Materialien sind nur ausnahmsweise frei von Feuchtigkeit. Es wird deshalb in den meisten Fällen vorteilhaft sein, dem Erhitzungssystem einen Trockner vorzuschalten, es sei denn, man kann die Trocknung mit Vorteil in den obersten Wärmeaustausch-Zyklon legen, was insbesondere dann in Betracht kommt, wenn teer- oder ölfreie Einsatzstoffe auf Endtemperaturen oberhalb 500 bis 6000C zu erhitzen sind.
Im Interesse niedriger Anlagekosten ist von den verschiedenen Trocknerarten im vorliegenden Fall der Flugstromtrockner besonders vorteilhaft. Das aus mehreren Zyklonen mit nachgeschaltetem Wirbelbett bestehende Erhitzungssystem hat üblicherweise einen von oben nach unten gehenden Feinkornfluß, d. h. es verlangt eine hochliegende Aufgabestelle für das Einsatzmaterial.
Der Flugstromtrockner, dessen Trocknerrohr gegebenenfalls über die aus trocknungstechnischen Gründen erforderliche Länge hinaus noch erhöht werden kann, verbindet die Trocknung mit der Förderung und läßt sich daher ohne Zwischenschaltung mechanischer Förderer sehr einfach mit dem erfindungsgemäßen Erhitzungssystem kombinieren.
Bei wenig abriebfestem Einsatzgut kann es gesehenen, daß aus dem Wirbelbett von den Gasen verhältnismäßig viel staubförmiges Material mitgerissen wird. In diesem Fall ist es zweckmäßig, dem Wirbelbett einen Abscheidezyklon zuzuordnen, der die Wirbelbettabgase entstaubt, ehe sie die darüber installierten Wärmeaustausch-Zyklone durchströmen. Das in diesem Entstaubungs-Zyklon niedergeschlagene feste Gut wird je nach Bedarf entweder in das Wirbelbett zurückgeführt oder dem aus dem Wirbelbett abgezogenen, feinkörnigen Produkt zugemischt oder getrennt abgezogen.
Die Wirbelbett-Technik hat in den letzten Jahren eine Erweiterung in Richtung auf ein dünnphasiges Wirbelbett erfahren, aus dem wegen relativ großer Fluidisierungsgeschwindigkeiten vergleichsweise viel Material mit dem Gasstrom ausgetragen wird. Um eine ausreichende Verweilzeit des Feststoffs im Bereich der Bettemperatur sicherzustellen, schaltet man solchen Betten einen Zyklon nach, dessen Feststoffablauf in das
Wirbelbett zurückgeführt wird. Diese Technik ergibt verminderte Investitionskosten und ist, wenn es die Eigenschaften des Erhitzungsgutes zulassen, auch im vorliegenden Fall anwendbar. Sie führt zu der im vorigen Abschnitt beschriebenen Kreislaufschaltung, bestehend aus Wirbelbeti und Abscheidezyklon, dessen Feststoffablauf in das Wirbelbett zurückgeleitet wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels weiter erläutert. Dabei wird auf die vereinfachte, schematische Darstellung der Zeichnung Bezug genommen. Das Beispiel betrifft die Erhitzung feuchter, feinkörniger Kokskohle auf 3200C zur Bereitstellung der vorerhitzten Backkornponente für die kontinuierliche Erzeugung von Formkoks.
Die feinkörnige, backende Einsatzkohle gelangt mit 9°/o Feuchtigkeit und Außentemperatur aus dem Aufgabebunker 1 in den Flugstromtrockner 2. Der Trockner 2 ist im vorliegenden Beispiel als Umlauftrockner mit Sichterhaube 3 und Grobkornrückführung 3a ausgeführt. In die Rückführung 3a ist eine Hammermühle 4 eingeschaltet. Aus einer Brennkammer 5, die mit Luft L und gasförmigem Brennstoff Ggespeist wird, erhält der Trockne- 2 heißes Verbrennungsgas. Dabei wird die Brennkammer 5 mit leichtem Überdruck und genau gesteuertem Verhältnis Brenngas zu Luft betrieben, so daß das Verbrennungsgas nur sehr geringe Mengen von freiem Sauerstoff enthält. Die Temperatur des Gases am Austritt aus der Brennkammer 5 wird durch Rückführung abgekühlten Gases aus der Leitung 18 auf 570°C eingestellt. Auf dem Weg nach oben durch das Rohr des Trockners 2 kühlt sich das Gas auf 1400C ab, gleichzeitig wird die mitgeführte Kohle auf annähernd 1000C erwärmt und auf einen Restwassergehalt von 1% getrocknet. Sie wird im Kohleabscheide-Zyklon 6 von den Trocknergasen getrennt und anschließend sofort der weiteren Erhitzung zugeführt.
Da im Flugstromtrockner 2 die Wärmeübertragung während der pneumatischen Förderung stattfindet, liegt der Kohleabscheide-Zykion 6 oben, und es bedarf keiner weiteren Fördereinrichtung, um die Kohle zur Aufgabevorrichtung vordem obersten Wärmeaustausch-Zyklon zu bringen. Die von der Kohle befreiten Trocknerbrüden werden vom Gebläse 7 angesaugt und zur weiteren Entstaubung in das Elektrofilter 8 gedrückt. Die vom Abscheidezyklon 6 kommende Trockenkohle durchläuft dessen Ableitung 6a und tritt in die Leitung 10a ein. !n der Leitung 10a wird die Kohle durch heiße Fördergase zum Wärmeaustauscher-Zyklon 9 mitgenommen und gelangt über dessen Ableitung 9a in die Leitung 10b. Heiße Gase in der Leitung 106 mit höherer Temperatur als in der Leitung 10a fördern die Kohle in den zweiten Wärmeaustausch-Zyklon 10, wobei die Erhitzung der Kohle weiter fortschreitet.
Die Kohle läuft schließlich durch die Leitung Hadern Wirbelbett 11 zu, in dem sie bei einer Verweilzeit von 12 Minuten auf ihre Endtemperatur von 320°C gebracht wird. Mit dieser Temperatur wird sie als Fertigprodukt über die Leitung 20 abgezogen und unmittelbar der weiteren Verwendung zugeführt. Wegen des Speichervermögens des Wirbelbettes ist ein Zwischenbunker nicht erforderlich.
Das Wirbelbett 11 wird mit Verbrennungsgasen aus der Brennkammer 12 beheizt, welche, wie die Brennkammer 5, mit genau gesteuertem Gas/Luft-Verhältnis betrieben wird, um sicherzustellen, daß die Verbrennungsgase nur Spuren freien Sauerstoffs enthalten. Das ist wichtig, weil andernfalls das Backvermögen der Kohle durch Oxydation erheblich beeinträchtigt werden könnte. Die Temperatur der Gase wird vor dem Eintritt in das Wirbelbett durch Zugabe von 1400C warmem Rückgas auf 460°C eingestellt. Das Rückgas wird hinter dem Elektrofilter 8 vom Abgasstrom des Systems durch die Leitung 18 abgezweigt und vom Gebläse 13 auf den erforderlichen Druck gebracht. Das restliche Abgas wird bei 19 ins Freie abgestoßen.
Das Wirbelgas verläßt nach Durchströmen des Kohlebettes das Wirbelbett 11 mit etwa 32O0C und gelangt durch isolierte Rohre 17 in die darüber angeordneten Zyklone. Es durchströmt zunächst den Abscheidezyklon 14, in welchem mitgerissener Staub niedergeschlagen wird. Dieser Staub wird je nach den Erfordernissen entweder durch die Leitung 15 in das Wirbelbett zurückgeführt oder über die Leitung 16 dem als Fertigprodukt aus dem Wirbelbett abgezogenen, gröberen Korn zugemischt. Der Zyklonstaub hat annähernd die Temperatur des gröberen Materials.
Nach der Entstaubung im Zyklon 14 wird das vom Wirbelbett abgezogene Gas über die Leitungen 10Zj und 10a nacheinander durch die Wärmeaustausch-Zyklone 10 und 9 geleitet. Dabei überträgt es seine Wärme auf die aus den Leitungen 9a und 6a stufenweise entgegenfließende Kohle und kühlt sich auf 1400C ab. Mit dieser Temperatur tritt es gemeinsam mit den Trocknerbrüden in das Elektrofilter 8 ein, in welchem es entstaubt wird. Der im Filter ausgeschiedene Staub wird im vorliegenden Beispiel durch die Leitung 21 dem Fertigprodukt zugefügt.
Das vorstehend beschriebene Verfahrensbeispiel kann auf verschiedene Weise abgewandelt werden. So entfällt z. B. der Trockner 2 bei Einsatzgut mit sehr geringem Feuchtigkeitsgehalt. Auf die im vorstehenden Beispiel betonte Erzeugung praktisch sauerstofffreien Wirbel- und Fördergases kann verzichtet werden, wenn man z. B. erhitzte Feinkohle anschließend schwelen oder verkoken will. In diesem Fall kann die Brennkammer 12 vor dem Wirbelbett 11 entfallen und man kann das Wirbelbett mit kalter oder vorgewärmter Luft betreiben und erzeugt die für das Verfahren benötigte Wärme direkt durch Teilverbrennung von Koks und
% flüchtigen Bestandteilen im Wirbelbett. Auch bei der Erhitzung von nicht brennbarem Einsatzgut kann man ein Wirbelbett mit Innenverbrennung vorsehen. Diese an sich bekannte Technik ist in der deutschen Patentschrift 17 58 244 beschrieben; sie basiert darauf, Brennstoff und Luft durch Mischdüsen im Boden des Wirbelbettes einzuleiten und die im Bereich der Düsen entstehenden Verbrennungsgase als Wirbelgas zu verwenden. Erhitzt man Kohle auf Temperaturen im Bereich der Entgasung, dann müßte an die Stelle des in
bfi der Abbildung gezeigten Elektrofilters eine Kondensationseinrichtung treten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum kontinuierlichen Erhitzen feinkörniger Feststoffe, insbesondere Kohle, auf eine gleichmäßige Endtemperatur im direkten Kontakt mit heißen Gasen, wobei die bereits erwärmten Fes*stoffe mittels heißer, aufwärts strömender Gase in einen Zyklon gefördert, dort von den Gasen getrennt und in ein von heißen Gasen durchströmtes Wirbelbett geleitet werden, in welchem die Erhit- ι ο zung der Feststoffe auf die Endtemperatur erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Abgase des Wirbelbettes die erwärmten Feststoffe in den Zyklon (unterer Wärmeaustausch-Zyklon) fördern, den vom Zyklon aufwärts strömenden Abgasen kältere Feststoffe aufgegeben und mit den Abgasen zu einem weiteren Zyklon (ooerer Wärmeaustausch-Zyklon) geleitet werden, in welchem man die erwärmten Feststoffe abtrennt und den heißen Abgasen des Wirbelbettes aufgibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Feststoffe im Wirbelbett einige Minuten bis zu etwa einer halben Stunde und vorzugsweise 5 bis 20 Minuten beträgt.
3. Verfahren r-ach Artspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Abgase aus dem Wirbelbett zunächst in einem Abscheide-Zyklon entstaubt werden, bevor man ihnen die erwärmten Feststoffe aufgibt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die kalten Feststoffe zunächst durch einen Flugstromtrockner geleitet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz feuchter Feststoffe und Endtemperaturen oberhalb 5000C die Trocknung im obersten Wärmeaustausch-Zyklon erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das für das Wirbelbett erforderliche Wirbelgas in einer vorgeschalteten Brennkammer mit nahezu stöchiometrischem Brenngas/Luft-Verhältnis erzeugt und durch Rückführung abgekühlten Abgases temperiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erhitzungs-Endtemperaturen der Feststoffe im Wirbelbett oberhalb 500°C ein Wirbelbett mit Innenverbrennung eingesetzt wird.
50
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