DE2901723A1

DE2901723A1 - Verfahren zum trocknen von einem feuchten feststoffmaterial

Info

Publication number: DE2901723A1
Application number: DE19792901723
Authority: DE
Inventors: Owen Edward Potter
Original assignee: Monash University
Current assignee: Monash University
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1979-01-17
Publication date: 1979-08-16
Also published as: DD142086A5; FR2417067A1; DE2901723C2; CA1103445A; AU1404683A; GB2014288A; AU5150085A; AU594315B2; PL213290A1; AU4296978A; US4295281A; GB2014288B

Description

Verfahren zum Trocknen von einem feuchten Feststoffmaterial

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von einem Feststoffmaterial, das weniger als 95 Gewichtsprozent von einem verdampfungsfähigen Material enthält. Sie betrifft zum Beispiel das Trocknen von teilchen- oder klumpenförmigem Material/ das Wasser enthält, oder die Entfernung von Lösungsmitteln, aus teilchen- oder klumpenförmigen Materialien.

Die Verbrennung von Kohle für die Energieerzeugung wird durch den hohen Feuchtigkeitsgehalt der Kohle nachteilig beeinflußt. Dies ist insbesondere bei Braunkohle der Fall, die häufig zwei Teile Wasser pro einem Teil Trockenkohle enthält und daher bei der Verbrennung spezielle Schwierigkeiten bereitet. Die Leistungsfähigkeit von Heizkesseln läßt sich dadurch erhöhen, daß man im wesentlichen nur trockene Kohle anstelle von Rohkohle verbrennt.

909833/0570

Zum Trocknen der Braunkohle vor deren Verbrennung ist die Verwendung von heißen Verbrennungsgasen oder Luft bekannt, die durch Dampf oder Heißgase erhitzt wurden, wobei man das Gas über oder durch die in teilchenförmiger Gestalt vorliegende Braunkohle leitet oder bläst. Dieses Trocknungsverfahren bietet jedoch keine Vorteile gegenüber der Verbrennung von Rohkohle, da der ausgetriebene Dampf sich mit dem Gas vermischt. Das Gas/Dampfgemisch wird lediglich zur Atmosphäre abgeführt, so daß sein Energiegehalt verloren geht, da es nicht wirtschaftlich ist, die Energie zurückzugewinnen oder anderweitig auszunutzen. Außerdem ist dieses Trocknungsverfahren gefährlich.

In der US Patentschrift 38oo 427 wird ein Verfahren zum Trocknen von Kohle beschrieben, bei dem die Kohlepartikel in eine Trocknungskammer eingeführt werden, wo die Kohle in einem Wirbelbett in Schwebung gehalten wird. Die Trocknung erfolgt in einer Dampfatmosphäre mit einer zu niedrigen Temperatur zur Freigabe von Sauerstoff, jedoch ist die Temperatur hoch genug, um aus den Kohlepartikeln Schwefel zu extrahieren. Die Temperatur der Atmosphäre im Wirbelbett, wo die Trocknung der Kohle stattfindet, wird durch Heizschlangen reguliert, die in direkter Berührung mit den Kohlepartikeln stehen, während diese sich im Wirbelbett in Schwebung befinden, so daß eine weitere Trocknung durch die direkte Berührung zwischen den Kohlepartikeln und den Heizschlangen erhalten wird. Das aus dem Trockner ausgeführte Gas erfährt eine Behandlung, so daß das darin befindliche Wasser kondensiert und der Schwefel aus dem Gas abgeführt wird. Desweiteren wird CaIziumoxyd-und/oder Magnesiumoxydgranulat dem Wirbelbett zusammen mit den Kohlepartikeln zugeführt, um den Schwefel aus der Atmosphäre im Wirbelbett weiter zu extrahieren, wobei die Granulatkörner z.B. durch Rösten anschließend unter Extraktion des Schwefels behandelt werden.

Bei dem in der US Patentschrift 3 8oo 427 beschriebenen Verfahren wird der Dampf in einem Wärmetauscher durch die Wärme von

909833/0570

einem Koksofen-Abschreckgas erzeugt, wobei dem Wärmetauscher flüssiges Speisewasser zusammen mit Dampf von dem Erhitzer zugeführt wird. Der so erhaltene Dampf wird teilweise in einen Raum am unteren Ende des Wirbelbetts und teilweise den Heizschlangen zugeführt. Der Dampf in den Heizschlangen liegt in überhitzter Form vor, da er bei Eintritt in die Heizschlangen eine Temperatur von 25o bis 45o°C hat, und als Dampf zum Einlaßrohr zurückkehrt. Dies bedeutet, daß der Dampf in den Heizschlangen nicht kondensieren wird. Infolge davon liegt ein sehr niedriger Wärmeübertragungskoeffizient zwischen den Heizschlangen und den Kohlepartikeln im Wirbelbett vor.

In der US Patentschrift 3 654 7o5 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Rohmaterial mit einem hohen Flüssigkeitsgehalt, zum Beispiel zum Trocknen von organischen Abfällen, die 95 Prozent oder mehr Wasser enthalten, beschrieben. Hierzu ist eine Vielzahl von Leitungen in einem Wirbelbett aus Feststoffpartikeln eingetaucht. Das Rohmaterial wird in das Wirbelbett eingeführt und ein Heizfluid durch die Leitungen geführt, um den verdampfenden, im Rohmaterial enthaltenen flüchtigen Bestandteilen Wärme zuzuführen. Die festen Partikel im getrockneten Rohmaterial sowie die flüchtigen Bestandteile werden gemeinsam von einer oberen Region der Vorrichtung abgenommen. Danach werden die flüchtigen Bestandteile und die getrockneten Feststoffe voneinander getrennt. Ein Teil der flüchtigen Bestandteile wird zurück zu dem Raum unterhalb des Wirbelbetts geführt, während der Rest der flüchtigen Bestandteile verdichtet, auf seine Sättigungstemperatur abgekühlt und durch die Heizleitungen zurückgeführt wird. Die Verdichtung ist sehr gering und liegt in der Grössenordnung von 2b (29 p.s.i.a.), was zwischen den Heizleitungen und dem Wirbelbett einen sehr geringen Temperaturgradienten ergibt. Ein derartig geringer Temperaturgradient ist für das Trocknen von Materialien, die weniger als 95 Prozent Wasser enthalten, nicht wirksam, d.h. der erforderliche Trocknungsbehälter müßte übermäßig groß sein. Ferner werden die festen Rohmaterialpartikel

909833/0570

vom oberen Bereich der Vorrichtung abgenommen und nicht von dem kompakten Bett aus Partikeln«

Desweiteren handelt es sich in der US Patentschrift 3 654 7o5 bei den Wirbelbettpartikeln um Siliziumoxyd, Aluminiumoxyd, Siliziumkarbid, Kalkstein, Glaskügelchen oder keramische Partikeln. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Partikel in einem Bett aus Partikeln getrocknet, die schon getrocknet worden sind. Klumpen werden jedoch in einem Bett aus Material getrocknet, das so gewählt ist, daß es eine Dichte aufweist, bei der die zu trocknenden Klumpen kein so hohes relatives Gewicht haben, daß sie zum Boden sinken, oder relativ zum Bettmaterial so leicht sind, daß sie an die Oberfläche auftreiben«

Die vorliegende Erfindung besieht sich auf ein Verfahren, bei dem teilchen- oder klumpenförmige Materialien getrocknet und die aus dem Trocknungsprozeß erhaltenen dampfförmigen Produkte für weitere Heiz-yrrocknungs- oder Energieerzeugungszwecke verwendet werden. Das Trocknungssystem nach der Erfindung ist wesentlich weniger gefährlich, als manche bekannte Trockniuungs systeme.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum-Trocknen von einem Peststoff material geschaffen, das weniger als 95, vorzugsweise weniger als 75 Gewichtsprozent verdampfungsfähiges Material enthält. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß man ein das Peststoffmaterial enthaltendes Wirbelbett vorsieht, wobei «das aufwirbelnde Medium das verdampfungsfähige Material in Dampfform darstellt und das Wirbelbett indirekt erhitzt wird, das zu trocknende Feststoffmaterial dem Wirbelbett zuführt und das getrocknete Peststoffmaterial aus dem Wirbelbett entfernt,- wobei das verdampfungsfähige Material von dem Feststoffmaterial zur weiteren Verwendung getrennt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt das Feststoffmaterial

909833/0570

in teilchen- oder klumpenförmiger Gestalt vor. Handelt es sich um teilchenförmiges Feststoff material, wird das Wirbelbett vorzugsweise ohne Vorsehen anderer aufwirbelnder Materialien gebildet. Handelt es sich um klumpenförmiges Feststoff material, so enthält das Wirbelbett ein anderes Material, das aufgewirbelt wird und in den das klumpenförmige Material eingeführt wird.

Bei der Erfindung kann die indirekte Erhitzung des Wirbelbetts durch im Bett angeordnete Heizmäntel oder Rohre erfolgen. Die Rohre können horizontal, vertikal oder in irgendeiner angemessenen Lage verlegt sein. Die indirekte Heizeinrichtung kann auf irgendeine angemessene Weise zum Beispiel elektrisch, durch heiße Gase oder durch Dampf, der vom Wirbelbett erhalten und rückgeführt wird, beheizt werden. Das Wirbelbett kann bei einer Temperatur betrieben werden, bei der der darin befindliche Dampf eine überhitzung erfährt, obgleich dies von der Art des zu trocknenden Materials abhängt, überhitzung des Dampfes beim Trocknen von Braunkohle kann z.B. nur dann erreicht werden, wenn die Kohle ausreichend trocken ist, um weniger als den Dampfdruck von Wasser auszuüben. Die obere Temperaturgrenze wird durch die Zersetzungstemperatur des Feststoffmaterials oder durch die Eigenschaft des Heizmediums für die indirekte Erwärmung festgelegt. Das Wirbelbett kann unter Druck oder Unterdruck betrieben, doch wird ein Betrieb bei oder nahe bei Atmosphärendruck aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter besonderer Bezugnahme auf das Trocknen von Braunkohle in Verbindung mit einer Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie beschrieben, wo die Braunkohle das brennbare Material darstellt, das zur Erzeugung von Wärme verbrannt wird. Die Wärme dient zur Umwandlung von Wasser in Dampf, der die Turbinen zur Erzeugung von Elektrizität antreibt. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung allgemeine Anwendbarkeit in Fällen hat, wo es erforderlich ist, ein verdampfungsfähiges Material aus einem Feststoff material zu entfernen.

909833/0570

2S01723

Zum Beispiel kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen von bituminöser Kohle, Eisenerz und anderen mineralischen Erzen sowie zur Entfernung von Lösungsmitteln aus teilchenförmigen für industrielle Verfahren verwendeten katalytischen Materialien eingesetzt werden. Da das aufwirbelnde Medium das verdampfungsfähige Material, in diesem Fall das Lösungsmittel, dar— stellt,wird das Lösungsmittel nicht durch andere aufwirbelnde Gase verunreinigt und kann für die weitere Verwendung ohne weiteres rezyklisiert werden.

Die Erfindung hat weiter Bedeutung für Prozesse, bei denen Braunkohle nicht für die Energieerzeugung, sondern zum Beispiel bei der Hydrierung zur Umwandlung in flüssigeTreibstoffe verwendet wird. Im letzteren Fall könnte der aus dem Wirbelbett abgenommene Dampf rezyklisiert und als Wasser stoff quelle für den Hydrierungsprozeß verwendet werden, da er durch Luft oder andere Gase, die die Rückführung unwirtschaftlich machen wurden, nicht verunreinigt ist.

Wie zuvor erwähnt enthält Grubenbraunkohle bis zu 1 kg Wasser pro 1/2 kg trockenem Material. Die Transport- und Förderkosten für Rohbraunkohle sind daher auf einer verfügbaren Energiebasis hoch, so daß die normale kommerzielle Praxis darin besteht. Braunkohle verbrauchende Kraftwerksanlagen bei oder nahe bei den Kohlenlagern vorzusehen. Die Kohle wird dann im Rohzustand verbrannt, was eine Anzahl von wesentlichen Nachteilen hervorruft. Etwa 2o % des Heizwertes von Braunkohle dient zur Verdampfung des in der Kohle enthaltenen Wassers- Die Energie geht verloren, wenn der Dampf unkondensiert durch das System strömt und aus dem Schornstein abgegeben wird. Damit verbunden ist eine 25%-ige Erhöhung des Rauchgasvolumens, so daß die Abmessungen und Kosten für die meisten Einheiten, durch die das Rauchgas strömt, entsprechend zunehmen. Ferner setzen die großen Mengen an Wasserdampf, die in den Verbrennungsprodukten von Braunkohle enthalten sind, die Flammtemperatur beträchtlich herab. Dies führt zu

- 1o -

909833/0570

- 1ο -

einer Verringerung der Strahlungswärme über tragung, so daß die Fläche von Strahlungsrohren auf das Zweifache vergrößert werden muß. Daher ist ein Heizkessel mit wesentlich größerer Abmessung und entsprechenden Kosten für die Aufnahme der zusätzlichen Rohre erforderlich. Außerdem stellt die Schwierigkeit der Brennstoffentzündung und Beibehaltung der Flammenstabilität zwei weitere ungelöste Probleme dar, die sich aus der Verwendung von Rohbraunkohle in Heizkesseln ergeben.

Gewöhnlich weist eine Kraftwerksanlage einen Heizkessel auf, in dem brennbares Material wie Braunkohle zur Erzeugung von Wärmeenergie verbrannt wird, um Wasser in Druckdampf umzuwandeln.

Der Dampf wird durch eine erste Hochdruckturbine geleitet, die elektrische Energie erzeugt, und erfährt eine teilweise Kondensation sowie Druckabnahme. Zur Ausnutzung des vollen Energiegehaltes des Dampfes wird er gewöhnlich dann durch ein oder mehrere nachfolgende Turbinen mit zunehmend geringeren Drücken geleitet, wobei an jeder Stufe weitere elektrische Energie gewonnen wird, bis der Druck des Dampfes auf im" wesentlichen Unterdruck abgefallen ist. Nach der ersten Hochdruck-Turbinenstufe kann der Dampf erneut erhitzt werden, indem man ihn durch den Heizkessel führt, so daß er einen gewissen Teil von dessen Temperatur wieder annimmt.

Bei einer mit der Erfindung ausgestatteten Kraftwerkanlage kann ein Teil des Dampfes von dem Auslaß der Hochdruckturbine unter Druck vor der erneuten Erhitzung zu den Heizrohren im Wirbelbett geführt werden, um Wärme auf die teilchenförmige Rohbraunkohle, die das Wirbelbett bildet, zu übertragen. Vorzugsweise wird der Dampf von dem Auslaß der Hochdruckturbine durch Kondensateinspritzung vor der Einführung in die Heizrohre des Wirbelbetts aus dem überhitzten Zustand abgekühlt. Gewöhnlich wird der ge-

- 11 -

909833/0 570

sättigte Dampf den Trocknerrohren unter einem Druck zugeführt, der zwischen Atmosphärendruck bis zu 22a Jb (32oo p.s.i.a.} liegt. Ein höherer Druck führt zu einer größeren Temperaturdifferenz zwischen den Rohren und dem Wirbelbett. Sofern das Bett bei oder nahe bei Atmosphärendruck betrieben wird, erfolgt vorzugsweise die Zufuhr des gesättigten Dampfes zu den Trocknerrohren unter einem Druck im Bereich von 4,8 bis 2o,7 b (7o - 3oo p.s.i.a.). Das Verfahren gewährleistet eine große Temperaturdifferenz zwischen der Heizfläche und dem Wirbelbett, wodurch sich die erforderliche Wärmeübertragungsfläche im Wirbelbett verkleinern läßt. Das Kondensat aus den Trocknerrohren kann in den Dampferzeugungszyklus der Kraftwerksanlage zurückgeführt werden. Die Temperaturdifferenz längs der Heizrohre kann im Bereich zwischen 16o° (z.B. bei einer Rohrtemperatux von 27o C, bei der die Braunkohle die flüchtigen Bestandteile abgibt, und einer Bettemperatur von 11o°C) und einem unteren von den Eigenschaften des teilchenförmigen Materials abhängigen Wert liegen. Vorzugsweise beträgt die Temperaturdifferenz 25 bis 15o°C und höchstvorzugsweise 4o bis 11o°C. Braunkohle bis zu einem unteren Feuchtigkeitsgehalt von 4o Gewichtsprozent übt den Dampfdruck von flüssigem Wasser aus, und das Bett kann bei 1o5 C bei Atmosphärendruck gehalten werden, so daß sich der Trocknungsprozeß kontinuierlich fortsetzt. Unter diesem Feuchtigkeitsgehalt sind höhere Bettemp«
bei Atmosphärendruck erforderlich.

tigkeitsgehalt sind höhere Bettemperaturen von z.B. 11o bis 12o°C

Die indirekte Erwärmung des Wirbelbettes bewirkt ein Austreiben des Dampfes aus der Rohbraunkohle bei einem relativ niedrigen Überdruck von gewöhnlich weniger als o,69 b (1o p.s.i.g), z.B. o,345 b (5 p.s.i.g.) oder selbst bei Atmosphärendruck, obgleich der Dampf auch bei hohem Druck oder Unterdruckbedingungen ausgetrieben werden könnte. Vorausgesetzt die Verweilzeit, der Kohle im Bett ist ausreichend lang, läßt sich die darin enthaltene Wassermenge,um z.B. 9o% oder etwa 1oo%, sofern das Bett für das zu trocknende teilchenförmige Material ausreichend hoch über-

909833/0570

hitzt wird, auf diese Weise austreiben. Wenn die Kohle zu anfangs 66 Gewichtsprozent Wasser enthält, verringert die Entfernung von 9o% Wasser den Wassergehalt auf 16 %.

Der ausgetriebene Dampf wird ganz oder teilweise als aufwirbelndes Medium für das Wirbelbett verwendet, so daß keine Luft in das Wirbelbett eingeleitet wird. Die Menge an erzeugtem Dampf nimmt jedoch vom unteren Ende zum oberen Ende des Bettes zu, so daß in den unteren Regionen des Wirbelbettes keine ausreichende Dampferzeugung aus der Kohle vorliegen kann. Daher wird vorzugsweise ein gewisser Teil Trägerdampf, z.B. etwa in einem Anteil von 2o% des Dampfausstoßes im Trockner _{ in das untere Ende des Bettes durch eine Gebläseeinrichtung, z.B. ein GBbIaSe₁ eingeführt. Der Trägerdampf kann vom Auslaß einer Niederdruckturbine abgenommen werden. In diesem Fall würde der Trägerdampf eine nur minimale Auswirkung auf den Leistungsgrad haben. Alternativ könnte das Bett mit einer sich zusammenziehenden und ausdehnenden Membran versehen werden, die pulsiert und dadurch bei der Aufwirbelung der unteren Bettbereiche unterstützend wirkt. Der Trägerdampf kann auch der Produktdampf sein, dessen Druck ausreichend erhöht wird, um ihn mittels eines Gebläses durch eine Verteilungsplatte in das Wirbelbett und durch Zyklone zu drücken.

Bei Verwendung von Trägerdampf können die damit verbundenen Anforderungen an die Anlage dadurch reduziert werden, indem man dem Trockner die Gestalt von einem umgekehrten Dreieck oder irgendeine andere Formgebung verleiht, die zu einer Querschnittsverringerung von oben nach unten führt. In diesem Fall ist die Querschnittsfläche am oberen Ende des Bettes größer als am unteren Ende, um das Vorsehen von Trägerdampf oder dampf artigen Trägerprodukten so klein wie möglich zu halten oder auszuschalten. Diese Konstruktion hat ferner den Vorteil, daß sie die Verwendung einer größeren Bettiefe erlaubt.

- 13 -

909833/0570

Wenn gesättigter oder nur leicht überhitzter Dampf dem Wirbelbett zugeführt wird, kann die Kondensation eventuell ein Problem darstellen. Eine solche Kondensation würde ein Zusammenballen der Feststoffe oder deren Anbacken an verschiedenen Stellen der Vorrichtung ermöglichen/ was Schwierigkeiten beim Betrieb hervorruft. Diese Schwierigkeit kann gemildert werden, indem man für die in Berührung mit dem Feststoffmaterial kommenden Wände der Vorrichtung eine Zusatz-Heizeinrichtung zum Beispiel in Form von Dampf-oder Gaskanäle oder elektrischen Heizelementen vorsieht, so daß die Wände bei einer Temperatur oberhalb des Kondensationspunktes liegen. Um Wärmeverluste zu reduzieren, wird vorzugsweise auf die Oberseite der Zusätz-Heizeinrichtung eine Isolation aufgegeben.

Wenn es sich bei dem aufwirbelnden Medium um ein Lösungsmittel handelt, ist das Trägermedium ebenfalls das Lösungsmittel, wobei vorzugsweise das Lösungsmittel einen Siedepunkt im Bereich von 37,8 bis 149°C hat.

Der im Trockner erzeugte Dampf ist von geringer Qualität, doch läßt sich seine latente Wärme an verschiedenen Stellen der Kraftwerksanlage verwenden. Zum Beispiel kann ein vom Heizkessel gespeister Vorerhitzer, der bei herkömmlichen Anlagen von der Turbine abgezapften Dampf verwendet, durch einen Vorerhitzer ersetzt werden, dem der Dampf vom Trockner zugeführt wird. Ferner kann der gesamte Trocknerdampf oder ein Teil desselben zu einem Dampf generator geleitet werden, wo Beindampf erzeugt wird, der dann einer Wiederdruckturbine zur Erzeugung weiterer elektrischer Energie zugeführt wird. Alternativ könnte der Trocknerdampf für eine Luftvorwärmung verwendet werden. Vorzugsweise wird der Schmutzdampf durch ein Zyklonensystem geleitet, um den größten Teil von eingeschlossenen Partikeln zu entfernen, die vorzugsweise dem Wirbelbett zurückgeführt werden.

_ -14 „

909833/0570

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens bei einer Kraftwerksanlage verringert den Brennstoffbedarf zur Erzeugung von jeder Einheit Energie und ermöglicht die Verwendung von Heizkesseln mit beträchtlich verringerter Größe.

Der in den Dampfgeneratoren kondensierte Trocknerdampf kann zur Entfernung von kleinsten Kohlepartikeln gefiltert werden, so daß ein Reinwasser produkt zurückbleibt, das nur durch Kohlepartikel, die den Filter passiert haben, verunreinigt ist. Dieses Wasserprodukt eignet sich für weitere Verwendungen, z.B. als Zusatz zu lokalen Fließ strömungen, für häusliche Zwecke, für die städtische Wasserversorgung oder als Speisewasser für Heizkessel. Die ausgefilterten feinen Kohlepartikel werden zum Trockner zurückgeführt, sofern sie in einer nennenswert großen Menge anfallen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Rohbraunkohle gewöhnlich vor dem Trocknen in der Größe auf eine Abmessung von 2 cm oder weniger verringert. Vorzugsweise beträgt die Größenverringerung der Braunkohle 4o μ bis 1ooo μ. Auf 5ομ oder weniger verkleinerte Braunkohle enthält unausweichlich gewisse Anteile an Feinstoffen. Das Vorliegen von solchen Feinstoffen kann die Fließfähigkeit des Wirbelbettes verbessern, doch ist damit das Problem verbunden, daß die Feinstoffe durch die erforderlichen Einfangeinrichtungen, wie die Zyklone, hindurchtreten können. Desweiteren kann die Verteilung der Teilchengröße zu einer gewissen Entmischung führen, indem sich die größeren Partikel am Boden des Bettes vor einer ausreichenden Erwärmung absetzen. Daher wird man bei manchen Kohlearten die Größenverringerung so vornehmen, daß die Abmessung der größten Partikel auf 25o bis 3οομ erfolgt. Vorzugsweise liegt nicht mehr als 2o% der zugeführten Rohkohle in Form von Partikeln mit einer Größe unterhalb 4ομ vor.

Wie zuvor erwähnt ist das erfindungsgemäße Verfahren auch auf das Trocknen von klumpenförmigem Material anwendbar, dessen Grösse im Bereich von beispielsweise o,3 bis Io cm, z.B. 2 cm liegt.

9098 3 3/0570

- 15 -

In diesem Fall wird das zu trocknende Material in einem dichteren Material in Wirbelung gebracht» Zum Beispiel kann Braunkohle in Quarzsand unter solchen Bedingungen fluidisiert werden, daß das zu trocknende Material frei schwebend . sich in dem aufgewirbelten Material bewegen kann. Die Dichte des Wirbelmaterials hängt in gewissem Umfang von der Dichte des kluxapenförmigen Materials ab. Darauf hinzuweisen ist, daß zwischen der Größe von teilchen- und klumpenförmigem Material eine Überlappung besteht. Im Größenbereich von ο,3 bis 2 cm kann das Fest» Stoffmaterial als teilchenförmiges oder als klumpenförniiges Material getrocknet werden.

Die Dichte des aufgewirbelten Materials ist geringer als die Dichte des gleichen Materials vor der Aufwirbelung· Zum Beispiel kann die Dichte des Wirbelbetts nur etwa die Hälfte der Dichte des Materials ausmachen, das aufgewirbelt wird» In diesem Fall muß das Material/ das aufgewirbelt wird, eine Dichte von dem 1,25 bis 2,75-fachen der Dichte des klumpenförmigen Materials haben.

Beim Trockner werden vorzugsweise die Heizrohre In Form von einer Vielzahl von vertikalen Reihen angeordnet» Die Reihen stehen in einem für die Größe der zu trocknenden Klumpen geeigneten Abstand voneinander·, so daß die Klumpen zwischen den Reihen hindurchgelangen können und sich dennoch ausreichend nahe bei den Rohren befinden, daß ein Trocknen stattfindet»

Die Mischung aus zu trocknendem klumpenförmigem Material und aufgewirbeltem Material kann in Längsrichtung der Eohre von einem zum anderen Ende strömen. Das klumpenförmige Material wird bei seiner Bewegung längs der Rohre zunehmend weiter getrocknet» In diesem Fall stellt sich eine -'Pfropf ens tr ömung aus zu trocknendem Material ein und werden die getrockneten Klumpen als auch das aufgewirbelte Material zusammen an einer Stelle der ¥orrich-

9098 33/057 0

tung herausgenommen.

Alternativ hierzu kann das klumpenförmige Material'kontinuierlich und relativ gleichförmig über das gesamte Wirbelbett zn— geführt werden« In diesem Fall ist die Strömung im wesentlichen gut durchmischt und können getrocknete Klumpen und das 'Wirbelbett bildende Material an einer Vielzahl von. Stellen abgeführt werden. Das Bett kann in Form eines Zylinders ausgebildet seinρ wobei hier die Heizrohre Heisschlangen darstellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich an das Mehrstufentrocknen und/oder die mechanische Dampfrekompression anpassen^ wie sie im Detail in der deutschen Patentanmeldung Änwaltsakte P 13 449, mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von einem verdampfungsfähiges Material enthaltenden Feststoffmaterial" beschrieben sind»

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;

Figur 1_ eine schematische geschnittene Seitenansicht von einer erfindungsgemäß aufgebauten ¥ersuchstrockneranlage.

Figur 2 ein Fließdiagramm von einer mit der Erfindung ausgestatteten Energxeerseugungsanlage.

Figur 3 eine schematische perspektivische Ansicht von einer Wirbelbettvorrichtung zum Trocknen von klumpenförmiger Kohle und

Figur 4 eine schematische Seitenansicht von einem das Wirbelbett nach Figur 3 enthaltenden Trockner.

In Figur 1 ist eine Wirbelbett-Vorrichtung 1o mit einem Gehäuse 12 gezeigt, das eine Einlaßeinrichtung 14 für teilchenförmige Braunkohle aufweist. Die Kohle wird durch die EinlaSeinrichtung 14 mittels eines Schneckenförderers 16 bewegt» Die Kohle wird von

909833/0570

einem Trichter 17 abgegeben und zum Schneckenförderer 16 mittels eines Schneckenförderers 18 am unteren Ende des Trichters 17 und eines Rotationsförderers19 am obere» Ende voa einem verti= kalen Rohr 2o geführt, das sich vom Trichter 17 εώμ Schneckenförderer 16 erstreckt»

Beim Einsatz wird die Kohle kontinuierlich vom Gsbättse 12 mit. einer der Zuführgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit mittels eines Förderers 22 am Boden des Dfirfaelbettes abgenommen_o

Das Gehäuse enthält nahe seinem unteren Ende eine Fiel^ahl von horizontalen, parallelen und in Abstand voneinander befindlichen Rohren 24, die in der Versuchsanlage elektrisch erwärmt. werden, jedoch in der Praxis,wie zuvor erwähnt„ die Wärme von Dampf oder Heißgas erhalten. Die Rohre haben einen Durchmesser von 25,4 mm, bei einer Dreiecksteilung von 5©_P8 wm_g doch können auch andere Durchmesser und geeignete Teilungen verwendet werden? z„B„ eignen sich Rohre mit einem Durchmesser won So ,8 mm bei einer Teilung von 152,4 mm insbesondere dann,? wenn Trägerdampf vorgesehen wird.

Der gesättigte Dampf wird durch einen überhitzer 26 in das untere Ende des Gehäuses 12 und dann durch einen Verteiler 28 geführt.

Der im Gehäuse 12 erzeugte Schmutzdampf gelangt zu einem Zyklon 3o,in "dem der größte Teil der darin enthaltenen teilchenförmigen Materie abgeschieden und über ein Rohr 32 und eine Rückführförderschnecke 34 erneut dem Wirbelbett zugeführt wird. Der aus dem Zyklon 3o austretende Dampf wird einem weiteren Zyklon 36 zugeleitet, in dem eine Abscheidung des restlichen teilchenförmigen Materials erfolgt, wobei dieses Material über ein Rohr 4o in einer Sammeleinrichtung 38 abgelagert wird» Der von dem weiteren Zyklon 36 austretende Dampf wird in einem Kondensator 42 konden-

- 18 -

909833/05 70

siert. Die Zeichnung gibt den Betrieb einer Versuchsanlage wieder, die die Durchführbarkeit des Trocknungsverfahrens mittels Wirbelbettbildung unter Verwendung einer indirekten Beheizung und Dampf als aufwirbelndes Medium demonstriert. Dieses Ziel wird durch die dargestellte Vorrichtung erreicht, wobei jedoch keine Maßnahmen getroffen wurden, um den Dampf in der eingangs erwähnten Weise wieder zu verwenden. Es versteht sich jedoch, daß anstelle der bloßen Kondensierung im Kondensator 42 der Dampf auch für eine weitere Energieerzeugung zur mechanischen Dampfrekompression oder für ein Mehrstufentrocknen verwendet werden könnte.

Die erhitzten Abschnitte der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung sind in einem wärmeisolierenden Mantel 44 eingeschlossen, obgleich in der Praxis jedes Bauteil einzeln mit einer Wärmeummantelung möglicherweise mit einer Dampfzusatzheizung innerhalb der Ummantelung versehen ist, um eine an den Innenflächen des Trocknungskessels und der Bauteile auftretende Kondensation zu verhindern.

Beim Einsatz wird die teilchenförmige feuchte Braunkohle vom Trichter 17 mittels des Schneckenförderers 18.- und Rotationsförderers 19 über das Rohr 2o zum Schneckenförderer 16 bewegt. Der Schneckenförderer 16 führt die feuchte Kohle in das Gehäuse 12 kontinuierlich ein. Gleichzeitig werden die Rohre 24 elektrisch erwärmt, oder sie erhalten die Wärme ,wie zuvor erwähnt, ebenso gut von Dampf oder heißen Gasen. Die Wärmeübertragung von den Rohren 24 auf die feuchte Kohle bewirkt ein Austreiben von Dampf aus der feuchten Kohle, der die Partikel unter Bildung eines Wirbelbetts aufwirbelt. Um die Wirbelbildung insbesondere in den unteren Bereichen des Bettes zu begünstigen, wird, wie zuvor erwähnt, eine gewisse Menge überhitzter Trägerdampf durch den Verteiler 28 eingeleitet.

- 19 -

909833/0570

Der von dem Bett abgegebene Dampf steigt gras oberem Ende fies Gehäuses 12 und wird von dort sum Zyklon 3o_r wie wor erwähnt <, geführtο

Gleichzeitig wird die getrocknete Kohle.durch den Förderer 22 vom unteren Ende oder Boden des Wirbelbettes abgeführt» Dia Verweilzeit der Kohle ist so ausgelegte fiaß unter <äea gegebenen Bedingungen eine gewünschte Feuchtigkeitsmesge ^i⁷QH s.B. 9o% des Ge sanitwasser gehalt es der Kohl© ©atsogea wireL lime ty~ pische VerweiXzeit liegt ia der GröSenoräaiaag won So frJinBiteno

Ση dem FlieBdiagramm Bach Figur 2 wird öler Dampf simnaelist ©Lurch. Verbrennung von Kohle in einem Heiskessel To erzeugt= Der Baspf gelangt durch eine Hochdruckturbine 72 „ ia äer <sle!strisch@ gie erzeugt wird, und der Dampf einen gexcissen feil seiner gie verliert« Der aus der Hochdruckturbine austretende Dampf hat jedoch noch ausreichende Ünergie^ am eine Zt-yischeB&ruckfctürfb&ne anzutreiben» Vorzugsweise - wird der aus der Hochäruskturbine austretende Dampf „ der für gex-jisse Zwecke „ ιΛ<£ zur Speisewa mungi, nicht verwendet: wird ^ su dem ö'berhitziangsabssSmitt des Heizkessels 7o zurückgeführt.; um dort überliitst. %n tjerdea.

Der von einer gewissen Stelle an der Zwisoheaaruckfetarbin® 74 abgenommene gesättigte Dampf dient als SrocknuagsmeditäHi ia erfindungsgemäBen Wirbelbettrockner 7S_O Dieser Dasapf" hat <äi© Auf= gabey Wärme auf die Kohle im Trockner 76 Jbei seiaeaa Durchgang durch die Rohre s« übertragen „ wobei er ia den lölaren <sine Soa= densation erfährt. Ferner wird der von. einer gewissen Stelle an der gwischendruckturbiae 74 mit einem Druck von mt-tya. o„3l b (Sp.Soioa.,) über de:m Druck im Trockner 7β afogemoHnasiae Dampf als Trägerdampf verwendet und durch einen Verteiler xm den Sroekner 76 geführt»

Der Schmutsdampf vom Trockner gelangt zu einem DaiapfgeBerstor-

- 2ο -

in dem Niederdruck-Reindampf erzeugt wird. Dieser Reindampf kann zu einer Niederdruckturbine 80 zum Zwecke der weiteren Energieerzeugung geleitet werden und strömt von dort über einen Kondensator 82 zurück sum Dampfgenerator 78, wo er erneut in reinen Dampf umgewandelt wird.

Alternativ wird der Schmutzdampf einem Speisewassererhitzer 84 zugeführt, um erwärmtes frisches reines Speisewasser zu erhalten. Das Speisewasser vom Speisewassererhitzer 84 kann zu einem weiteren Speisewassererhitzer 86 geleitet werden, um für den Heizkessel 7o erhitztes Speisewasser zu erzeugen. Das verschmutzte Kondensat vom Dampf generator 78 kann in s.B. einem Zyklon und/oder Filter- zur Bereitstellung von Reinwasser gereinigt werden.

Ferner kann das Kondensat von den Trocknerrohren zum Speisewassererhitzer 86 geleitet werden, um vor der Einführung in den Heizkessel 7o eine erneute Erwärmung zu erfahren.

Die getrocknete Kohle vom Trockner 76 wird zum Heizkessel 7© geführt, wo, wie zuvor erwähnt, aus der Trocknung die erheblichen Vorteile erhalten werden.

Die Verwendung der Erfindung in einem elektrischen■Energieerzeugungssystem wird im Detail in der deutschen Patentanmeldung Anwaltsakte P 13 45o_f mit dem Titel "Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie" beschrieben.

In Figuren 3 und 4 der Zeichnung ist schematisch eine Wirbelbettvorrichtung loo mit einer Fördereinrichtung 1o2 für klumpenförmige Kohle gezeigt. Die Wirbelbettvorrichtung loo umfaßt eine Vielzahl von vertikalen Reihen 1o4 aus parallelen Heizrohren, die sich von einem Ende der Vorrichtung loo zum anderen erstrecken. Die Rohre 1o4 liegen in einem Abstand von 1o1,6 nun und tragen damit Klumpen einer Größe von etwa 5o„8mm Rechnung.

909833AO570

Die Vorrichtung 1oo ist ferner mit einer Dampfeinlaßeinrichtung 1o6 zu den Heizrohren _t einer Einrichtung ToS zur Hbnahme der getrockneten klumpenförmigen Kohle und einer Sandrückführ— einrichtung 11ο versehen.

Wie am besten in Figur 4 gezeigt weist die Vorrichtung 1oo außerdem eine Einlaßeinrichtung 112 für Trägerdampf auf«, Der in Figur 4 gezeigte Trockner besitzt ferner einen Abscheider 114 für Kohle und Sand» Der Abscheider 114 weist eine Auslaßeinrichtung 116 für die getrocknete Kohle auf und steht über eine Leitung 118 mit der Sandrückführeinrichtung 11o in Verbindung. Die Zuführeinrichtung 1o2 für die klumpenförmige Kohle ist an einem Trichter 12o angeschlossen»

Ferner ist die Vorrichtung 1oo über eine Leitung 124 mit einem Zyklon 122 verbunden, wobei die Leitung 124 so angeordnet ist, daß sie den Schmutzdampf aus dem Wirbelbett, abführt« In dem Schmutzdampf vorhandene Feststoffe werden im Zyklon 122 abgeschieden und über eine Leitung 126 zur Wirbelbettvorrichtung 1oo zurückgeführt» Der Dampf aus dem Zyklon 122 gelangt durch eine Leitung 128 zu anderen Verwendungszwecken»

Beim Einsatz wird die klumpenförmige Kohle vom Trichter 12o durch die Kohlenzuführeinrichtung 1o2 in das aufgewirbelten Sand enthaltende Wirbelbett gebracht. Sand und Kohle bewegen sich durch das Wirbelbett zwischen den Rohrreihen 1o4. Gleichzeitig wird gesättigter Dampf 'in' die Rohre von der Binlaßeinrichtung 1o6 zugeführt. Der gesättigte Dampf kondensiert in den Rohren und überträgt seine latente Wärme auf das Wirbelbett,, um auf diese Weise Feuchtigkeit von der Kohle zu entfernen« Ferner wird ein gewisser Dampfteil vorzugsweise im überhitzten Zustand durch die Trägerdampf"Einlaßeinrichtung 112 geleitet, um sicherzustellen , daß die unteren Bereiche des Bettes aufgewirbelt werden.

- 22 -

909833/0570

Der Schmutzdampf wird über die Leitung 124 abgeführt und, wie zuvor erwähnt, im Zyklon 122 behandelt. Sand und Kohle werden durch die Entfernungseinrichtung 1o8 abgeführt und zum Abscheider 114 geleitet. Beim Abscheider 114 kann es sich um ein Sieb oder eine Auswaschvorrichtung oder um irgendeine andere geeignete Einrichtung zur Trennung von klumpenförmiger Kohle und Sand handeln. Sofern das getrocknete Material eine bröcklige Konsistenz hat, kann es erwünscht sein, hinter oder am Ende des Trockners ein ruhendes Wirbelbett einzuführen, in dem die leichteren Kohlenpartikel zur Oberfläche aufschwimmen und entfernt werden, so daß ein faktisch kohlenfreier Sand zur Rückführung als aufwirbelndes Material übrig bleibt.

Die Kohle wird vom Abscheider 114 durch eine Aus laßeinrichtung 116 abgeführt, während der Sand durch die Leitung 118 zur Sandrückführeinrichtung 11o strömt, von wo er erneut in das Wirbelbett hineingelangt.

9G9833/0570

Claims

17- Jan. 1979 P 13 451

Clayton, State of Victoria, Australien

Verfahren zum Trocknen von einem feuchten Feststoffmaterial

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Trocknen von einem Feststoff material, das weniger als 95 Gewichtsprozent verdampfungsfähiges Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man ein das Feststoffmaterial enthaltendes Wirbelbett vorsieht, wobei das aufwirbelnde Medium das verdampfungsfähige Material in Dampffonn ist und das Wirbelbett indirekt durch das verdampfungsfähige Material in Form von einem gesättigten Dampf erhitzt wird, das zu trocknende Feststoffmaterial dem Wirbelbett zuführt und das getrocknete Feststoffmaterial aus dem Wirbelbett abführt, wobei der gesättigte Dampf die Wärme auf das Wirbelbett überträgt und kondensiert und das verdampfungsfähige Material aus dem Fest— Stoffmaterial und dann aus dem Wirbelbett zur weiteren Verwendung entfernt wird.

909833/0 570

TELEFON (OBB)

TELEX OB-SBSSO

TELEGRAMME MONAPAT

TELEKOP1ERER

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial weniger als 75 Gewichtsprozent verdampfungsfähigen Materials enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge—, kennz e ichnet, daß sich das Wirbelbett bei oder nahe bei Atmosphärendruck befindet.

4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Indirekten Erhitzung verwendete gesättigte Dampf unter einem Druck im Bereich von etwa 4,82 bis 2o,68 b (7o-3oo p.s.i.a.) steht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temper aturdi ff erenz zwischen dem für die indirekte Erhitzung verwendeten gesättigten Dampf und dem Wirbelbett im Bereich von 25 bis 15o ⁰C liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz im Bereich von 4o bis 11o°C liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial in teilchenförmiger Gestalt vorliegt und das Wirbelbett bildet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoff material in Klumpenform vorliegt und das Wirbelbett ein teilchenförmiges aufwirbelbares Material mit einer Dichte enthält, die 1,25 bis 2,75 mal größer als die Dichte des Feststoffmaterials ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoff material Wasser als verdampfungsfähiges Material enthält.

■ - 3 -

909833/0570

ORiGIfViAL INSPECTED

2S01723

-Βίο. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Feststoffmaterial Braunkohle ist.

11. Verfahren zum Trocknen von einem Feststoffmaterial in Klumpen form, das weniger als 95 Gewichtsprozent von einem verdampf ungs fähigen Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Wirbelbett aus einem teilchenförmigen aufWirbelbaren Material mit einer Dichte vorsieht, die das 1,25 bis 2,75-fache der des Feststoffmaterials ausmacht, wobei das aufwirbelnde Medium das verdampfungsfähige Material in Dampfform ist, das zu trocknende Peststoffmaterial in Klumpenform dem Wirbelbett zuführt, das Wirbelbett indirekt erhitzt, um das verdampfungsfähige Material aus dem Feststoffmaterial auszutreiben und das getrocknete Feststoffmaterial sowie das ver-.dampfungsfähige Material zur weiteren Verwendung aus dem Wirbelbett entfernt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η '-

zeichnet, daß das getrocknete Feststof fmaterial- in Verbindung mit einem Teil des teilchenförmigen aufwirbelbaren Materials entfernt wird, das Feststoffmaterial und das aufwirbelbare Material voneinander getrennt werden und das abgeschiedene aufwirbelbare Material zum Wirbelbett zurückgeführt wird.

909833/0570