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Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Feststoffmaterialien in einem indirekt beheizten Wirbelschichtbett - Dokument DE4029525A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE4029525A1 19.03.1992
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Feststoffmaterialien in einem indirekt beheizten Wirbelschichtbett
Anmelder UET Umwelt und Energietechnik GmbH, O-8030 Dresden, DE
Erfinder Wolf, Bodo, Dr., O-8210 Freital, DE
Vertreter Zellentin, R., Dipl.-Geologe Dr.rer.nat., 8000 München; Zellentin, W., Dipl.-Ing.; Grußdorf, J., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 6700 Ludwigshafen
DE-Anmeldedatum 18.09.1990
DE-Aktenzeichen 4029525
Offenlegungstag 19.03.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.03.1992
IPC-Hauptklasse F26B 3/08
IPC-Nebenklasse C02F 11/12   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Feststoffmaterialien.
Ziel der Erfindung ist die Rückgewinnung der für die Trocknung aufgewendeten Wärmeenergie und die Reduzierung der bei der Ent- und Vergasung entstehenden Emission.
Die Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Trocknen von Feststoffmaterialien, die das Ziel der Erfindung im praktischen Betrieb erreichen. Die Erfindung zeigt entsprechende Verfahrensschritte, die sich auf die Temperatur des Wirbelschichtbettes, auf die Zuführung von Feststoffmaterial mit höherem Masseanteil an verdampfungsfähigem Material zum und Abführung von getrocknetem Feststoffmaterial aus dem Wirbelschichtbett sowie auf die mit dem Dampf abgeführten gasförmigen Stoffe des verdampfungsfähigen Materials und andere gasförmige Verunreinigungen beziehen.
Die zur Durchführung des Verfahrens aufgezeigte Vorrichtung besteht aus einer Kombination mehrerer Merkmale.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Feststoffmaterialien, wie Braunkohle, Torf, Sand, Filterkuchen aus mechanischen Trennverfahren und von Schlämmen, die weniger als 98% Masse-% eines verdampfungsfähigen Materials, z. B. Wasser, enthalten, die einem Wirbelschichttrockner zugeführt werden, in dem ein indirekt beheiztes Wirbelschichtbett gebildet wird, das das durch ein Wirbelmedium aufgewirbelte Feststoffmaterial enthält, wobei das Wirbelmedium das verdampfungsfähige Material in Dampfform ist und bei dem das aus dem Wirbelschichttrockner ausgetragene getrocknete Material, gegebenenfalls nach Kühlung, einer weiteren Verarbeitung, Nutzung oder Deponie, das verdampfte Material jedoch einer Reinigung, Kühlung, stofflichen Nutzung und/oder Wärmeenergierückgewinnung zugeführt werden kann und das geeignet ist zur Anwendung in der Industrie, dem Bauwesen, der Landwirtschaft sowie der kommunalen Entsorgung.

Trocknungsprozesse, insbesondere solche, die Wasser als verdampfungsfähigen Anteil aus Feststoffmaterialien abtrennen, haben für die industrielle Produktion, das Bauwesen, die Energieumwandlung und die Entsorgung von Kommunen und Betrieben große ökonomische und gesellschaftliche Bedeutung. Die Trocknung ist teilweise so selbstverständlich oder so in die Prozeßabläufe integriert, wie bei der Verbrennung wasserhaltiger Brennstoffe, z. B. Braunkohle und von Schlämmen, daß die von ihr durch erhöhten Energiebedarf und erhöhte Emission verursachten Umweltbelastungen als natürlich angesehen werden.

Bei der energetischen Nutzung von Rohbraunkohle haben sich insbesondere in Kraftwerken Mahltrocknungsanlagen durchgesetzt, die einen Teil des im Kesselfeuerraum erzeugten Feuergases als Wärmeenergieträger für die Mahltrocknung zurücksaugen, so daß durch Wärmeübertragung von 800 bis 1000 Grad C heißen Feuergases an die Rohbraunkohle im Rauchgasstrom, vor oder während der Mahlung der Kohle zu Brennstaub, das Kohlewasser verdunstet. Im Buch Effenberger, H. "Dampferzeuger" VEB Verlag für Grundstoffindustrie, 1. Auflage, 1987, wird der Stand der Technik dazu ausführlich beschrieben. Bezogen auf die im Feuerraum des Dampfkessels freigesetzte Wärmeenergie verursacht diese Art der Trocknung mehr als das 1,5fache des naturgesetzlich erforderlichen Minimums der Rauchgasemisson bedingt durch den hohen Brennstoffeigenbedarf der Trocknung und dem Wasserdampfanteil im Rauchgas.

Bei der Braunkohlenveredelung werden vorrangig mit Dampf indirekt beheizte Teller- und Röhrentrockner, also Kontakttrockner, verwendet, wie sie von Krug und Nauendorf im Buch "Braunkohlenbrikettierung" Band 1, Betriebsabschnitt Trocknung, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984, 1. Auflage, ausführlich beschrieben wurden.

Durch die Verwendung von Turbinenentnahme- oder Gegendruckdampf als Wärmeenergieträger für die Trocknung, der durch Kondensation seine latente Wärmeenergie indirekt an die Kohle überträgt, nachdem er z. B. durch Einspritzung von Kondensat zu Sattdampf umgewandelt wurde, wird das bekannte Prinzip der "Kraft-Wärme-Kopplung" genutzt und eine Senkung des der Trocknung zuzurechenden Brennstoffbedarfes erreicht. Gegenüber der in den Braunkohlen-Kaftwerken üblichen Mahltrocknung könnte deshalb die vergleichbare Summe der während der einzelnen Veredelungs- und Nutzungsabschnitte anfallenden Rauchgasemission auf annähernd das 1,3fache des naturgesetzlich erforderlichen Minimums sinken. Da in den meisten Fällen aber "Schleppluft" eingesetzt wird, werden diese Vorteile nicht wirksam.

Die Einführung von indirekt beheizten Teller- und Röhrentrocknern und damit die Erschließung der Kraft-Wärme-Kopplung, z. B. in Braunkohlen- und Torfkraftwerken, ist bisher gescheitert, da die erforderlichen Brennstoffmassenströme und das begrenzte Leistungsvermögen solcher Trockner zueinander im Widerspruch stehen und keine wirtschaftliche Lösung der Aufgabe ermöglichten.

Durch die DD-PS 67 770 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Vortrocknung wasserhaltiger fester Brennstoffe, insbesondere von Weichbraunkohle bekannt, bei welchen die Trocknung von Braunkohle vor ihrer Verbrennung in einem Dampfkessel in einem mit Dampf indirekt beheizten Wirbelschichttrockner vorgenommen wird. Wie bei den Teller- und Röhrentrocknern sollte hier Turbinenentnahme- oder Gegendruckdampf verwendet und damit das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung" genutzt werden.

In der DD-PS 67 770 wird davon ausgegangen, daß jedes geeignete Wirbelmedium, also auch Dampf, zur Aufwirbelung der Braunkohle über dem Wirbelboden im Wirbelschichttrockner verwendet werden kann.

In der US-PS 38 00 427 ist ein indirekt beheiztes Wirbelschichttrocknungsverfahren beschrieben, bei dem die Braunkohle mit Wasserdampf aufgewirbelt wird, so daß die Trocknung in einer Wasserdampfatmosphäre abläuft. Die Erfindung geht jedoch davon aus, daß in der Dampfatmosphäre die Braunkohle soweit erhitzt wird, daß sich Schwefelverbindungen abspalten, die sich an gegebenenfalls gleichzeitig im Wirbelschichtbett befindlichen Additiven anlagern.

Die DE-PS 29 01 723 erweitert die Verwendung eines mit Dampf indirekt beheizten und mit Dampf fluidisierten Wirbelschichtbettes allgemein auf die Trocknung von Feststoffmaterialien, die weniger als 95 Masse-% eines verdampfungsfähigen Materials enthalten. Wobei das verdampfungsfähige Material, außer Wasser, auch andere Materialien, wie Lösungsmittel, sein können, die in ihrer Dampfform als Wirbelmedium und in ihrer Sattdampfform unter Nutzung unterschiedlicher Partialdrücke auch Wärmeenergieträger zur indirekten Beheizung des Wirbelbettes sind.

Die DE-PS 29 01 723 schränkt gegenüber der US-PS 38 00 427 die zulässige Temperatur des Wirbelschichtbettes ein und legt fest, daß diese im wesentlichen unterhalb der Zersetzungstemperatur des Feststoffmaterials liegt, so daß der aus dem Wirbelschichttrockner abgeführte Dampf im wesentlichen ohne Verunreinigung durch andere gasförmige Stoffe aus dem verdampfungsfähigen Material bestehen soll.

Mehrjährige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten haben ergeben, daß das durch die DE-PS 29 01 723 bekannte Verfahren in der beschriebenen Form technisch nicht realisierbar ist. Es zeigte sich insbesondere, daß die Temperatur des Wibelschichtbettes nicht freiwählbar ist, und daß die gasförmigen Verunreingungen des verdampfungsfähigen Materials praktisch unabhängig von der Wirbelschichtbettemperatur vollständig in aus dem Wirbelschichttrockner austretenden Dampf des verdampfungsfähigen Materials enthalten sind.

Das Ziel der Erfindung besteht in der Rückgewinnung des überwiegenden Anteiles der für die Trocknung aufgewendeten Wärmeenergie und in der Reduzierung der bei der Trocknung durch Verdunstung, Verdampfung, Pyrolyse, Ent- und Vergasung entstehenden Emissionen, insbesondere der bei Umgebungstemperatur nicht kondensierbaren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beachtung der technisch realisierbaren und nacharbeitbaren Grundsätze der Trocknungstechnik ein Verfahren und die für die Realisierung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung zum Trocknen von Feststoffmaterialien in einem Wirbelschichttrockner, dessen indirekt beheiztes Wirbelschichtbett vorzugsweise vom getrockneten Feststoffmaterial selbstgebildet wird und das durch das verdampfungsfähige Material in Dampfform aufgewirbelt wird zu schaffen, die das Ziel der Erfindung im praktischen Betrieb erreichen.

Entscheidend für die Lösung der Aufgabe ist die gewonnene Erkenntnis, daß die Überführung des verdampfungsfähigen Anteiles eines Feststoffmaterials oder Schlammes in seine Dampfform in einer Gasphase, die vom verdampfungsfähigen Anteil des Feststoffmaterialsgebildet wird, bei isobarem Prozeßablauf abhängig ist von einer das Feststoffmaterial charakterisierenden, also stoffspezifischen, Siedekurve des zu verdampfenden Materials, die die notwendige Temperatur des Feststoffmaterials in Abhängigkeit vom Anteil des verdampfungsfähigen Materials im Feststoffmaterial fixiert.

Erfindungsgemäß wird deshalb die Temperatur des Wirbelschichtbettes, in Abhängigkeit vom gewünschten Masseanteil an verdampfungsfähigem Material im aus dem Wirbelschichtbett ausgetragenen Feststoffmaterial, durch Zuführung von Feststoffmaterial mit höherem Masseanteil an verdampfungsfähigem Material zum und Abführung von getrocknetem Feststoffmaterial aus dem Wirbelschichtbett so eingestellt, daß sie der stoffspezifischen Siedetemperatur des verdampfungsfähigen Materials im aus dem Wirbelschichtbett abgeführten Feststoffmaterial entspricht, so daß der aus dem Wirbelschichttrockner abgeführte Dampf auch andere gasförmige Stoffe des verdampfungsfähigen Materials sowie andere gasförmige Verunreinigungen, die z. B. mit dem Feststoffmaterial dem Wirbelschichttrockner zugeführt werden, jedoch nur die unterhalb dieser Siedetemperatur flüchtigen Bestandteile der Feststoffanteile des Feststoffmaterials oder der Schlämme enthält.

Es ist weiterhin erfindungsgemäß, daß der aus dem Wirbelschichttrockner abgeführte Dampf indirekt gekühlt wird, so daß er unter Abgabe seiner latenten Wärmeenergie kondensiert und die im Dampf enthaltenen gasförmigen Stoffe des verdampfungsfähigen Materials, andere gasförmige Verunreinigungen und Zersetzungsprodukte des Feststoffanteiles, die bei Umgebungstemperatur nicht kondensierbar und im Kondensat des verdampfungsfähigen Materials nicht löslich sind, aus dem Dampf separiert und danach an die Umgebung oder eine Deponierung und/oder andere Gasreinigung abgegeben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert im Normalfall die Bereitstellung des zu trocknenden Feststoffmaterials teilchenförmig, vorzugsweise mit einer Körnung von 0 bis 10 mm, also als wirbelfähiges Schüttgut.

Feststoffmaterial, insbesondere Schlammprodukte, die direkt nicht geeignet sind zur Herstellung eines wirbelfähigen Schüttgutes, können durch Zumischung von bereits getrocknetem Feststoffmaterial in eine solche Konsistenz überführt werden, die die Herstellung eines den Anforderungen des Verfahrens entsprechenden Eintragsgutes gestattet. Ein anderer Weg zu trocknendes Feststoffmaterial in eine dem Verfahren entsprechende Form zu überführen besteht darin, es mit Kondensat des verdampfungsfähigen Materials in eine pump- und versprühfähige Schlammform umzuwandeln. Ist es erfordlerich, die Großstückigkeit des zu trocknenden Feststoffmaterials zu erhalten, dann kann das Verfahren erfolgreich realisiert werden, wenn das Wirbelbett nicht vom Feststoffmaterial selbst, sondern von einem kleinerkörnigen Feststoffmaterial, daß durch eine gegenüber dem zu trocknenden Material 1,2- bis 5,0fache Dichte gekennzeichnet ist, gebildet wird.

In diesem Falle muß davon ausgegnagen werden, daß mit dem getrockneten Feststoffmaterial Bettmaterial aus dem Wirbelschichtbett ausgetragen wird. Das erfordert eine Abtrennung des Bettmaterials vom getrockneten grobstückigen Feststoffmaterial und eine Rückführung des Bettmaterials in das Wirbelschichtbett. Insbesondere während instationärer Betriebsphasen beim Betrieb des erfindugnsgemäßen Verfahrens kann es erfordelrich sein, alternativ zur Rückführung des verdampfungsfähigen Materials in Dampfform oder zusätzlich Wirbelmedium von außen, z. B. aus einem separaten System, dem Wirbelschichttrockner zuzuführen.

Entscheidend für die Leistung des Verfahrens ist die Temperaturdifferenz zwischen erforderlicher Temperatur des Wirbelschichtbettes und Kondensationstsemperatur des zur indirekten Wärmeübertragung verwendeten Heizdampfes, die erfindungsgemäß zwischen 10 und 150 K betragen soll. Bei einem Druck im Wirbelschichttrockner, der annähernd dem Umgebungsdruck der Atmosphäre entspricht, erfordert das Heizdampfdrücke von 0,2 bis 4,0 MPa, was bei Verwendung von Wasserdampf als Heizmedium, bei leicht überhitztem Zustand des Heizdampfes Dampftemperaturen von 125 bis 255 Grad C zur Folge hat. Während hohe Heizdampfdrücke den Bau kleiner Trockner ermöglichen, sichern niedrige Heizdampfdrücke und damit niedrige Temperaturdifferenzen zwischen kondensierendem Dampf und Wirbelschichtbett eine gute Nutzung der Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung.

Die dem Ziel der Erfindung entsprechende Rückgewinnung des überwiegenden Anteiles der für die Trocknung aufgewendeten Wärmeenergie und die Separation der gasförmigen, nicht kondensierbaren und im Kondensat nicht löslichen Verunreinigungen erfordert erfindungsgemäß die Kondensation des verdampften Anteils des Feststoffmaterials. Arbeitet der Wirbelschichttrockner unter Dampfdrücken, die dem Druck der umgebenden Atmosphäre entsprechen, dann bestimmt die stoffabhängige Kondensationstemperatur das Temperaturniveau der dabei zurückgewinnbaren Wärmeenergie. Ist das zu verdampfende Material Wasser, dann kann die unter den erfindungsgemäßen Bedingungen zurückgewonnene Wärmeenergie eine Temperatur von über 90 Grad C erreichen, geeignet für die Erfüllung von Aufgaben der Heizwärmeversorgung und der Vorwärmung in industriellen Prozessen. Gibt es bei diesem Temperturniveau keinen Wärmeenergiebedarf, dann kann der Dampf unter Abgabe von technischer Arbeit nach entsprechender Reinigung von Staub soweit expandiert werden, daß eine Kondensation bei Umgebungstemperatur noch möglich ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Dampf aus dem Wirbelschichttrockner, ebenfalls nach entsprechender Reinigung von Staub, vor seiner Kondensation durch Kompression soweit im Druck zu erhöhen, daß die Kondensationswärme bei einem Temperaturniveau anfällt, das zur Erfüllung der vorgesehenen Wärmeübertragung, z. B. zur Aufheizung des Wirbelschichtbettes des erfindungsgemäßen Verfahrens, ausreicht.

Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist deshalb eine von der Wirbelschichtbettemperatur in ihrer Leistung geregelte Zuführung für das zu trocknende Feststoffmaterial zum Wirbelschichttrockner mit einer Vorrichtung zum Eintragen des Feststoffmaterials in den Wirbelschichttrockner vorgesehen, die bezogen auf die einzutragende Masse des Feststoffmaterials mindestens eine 1,5fache Leistung hat und die im Falle des Eintragens von teilchenförmigem, wirbelfähigem oder aufgeschlämmtem Feststoffmaterial mindestens 25% und bei Eintrag von klumpenförmigem, schwer oder nicht wirbelfähigem Feststoffmaterial mindestens 75% der Oberfläche des Wirbelschichtbettes annähernd gleichmäßig mit dem eingetragenen Feststoffmaterial beaufschlagt.

Das Wirbelschichtbett überdeckt im Wirbelschichttrockner angeordnete Heizkörper um mindestens 250 bis 1000 mm. Weitere Bestandteile der Vorrichtung sind eine durch die vorgegebene Höhe des Wirbelschichtbettes in ihrer Leistung gesteuerte Austragsvorrichtung für das getrocknete Feststoffmaterial und eine mechanische Stauabscheidung zur Senkung des Anteiles der Körnung kleiner 0,5 mm am mit dem Dampf des verdampfungsfähigen Materials über den Austrag ausgetragenen Staub des Feststoffmaterials unter 10 Masse-%.

In einer Entstaubungsanlage wird der Staubanteil in aus dem Wirbelschichttrockner abgeführten Dampf unter 50 mg/kg Dampf gesenkt. Ferner gehören zur erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Dampfrückführung mit einem Verdichter, der den Druck des Dampfes soweit erhöht, daß durch die Vorrichtung mindestens die doppelte Menge an Dampf rezirkuliert, die für den Übergang des Feststoffes auf dem Wirbelboden vom Festbett zum Wirbelschichtbett erforderlich ist, sowie ein Kondensator, der durch Kondensation des im Wirbelschichtbett verdampften Materials die gasförmigen Verunreinigungen aus dem Dampf separiert und diese gegebenenfalls mit Hilfe einer Absaugung der Umwelt oder Deodorierung und/oder anderer Gasreinigung und das Kondensat über eine Pumpe dem Kondensator und einer weitergehenden Aufbereitung und Nutzung zuführt.

Ist das Temperaturniveau der Kondensation des Dampfes des verdampfungsfähigen Materials nicht geeignet zur Erfüllung anstehender Wärmeversorgungsaufgaben, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem ein- oder mehrstufigen Kompressor komplettiert werden, der den Druck des Dampfes soweit anhebt, daß die Kondensation des Dampfes beim zur Erfüllung der Wärmeversorgungsaufgabe erforderlichen Temperaturniveau durchgeführt werden kann, z. B. zur indirekten Beheizung des Wirbelschichtbettes. Ist auch diese Variante zur Nutzung der rückgewonnenen Wärmeenergie nicht zweckmäßig, dann kann der Dampf des verdampfungsfähigen Materials aus dem Wirbelschichttrockner nach Verlassen der Entstaubungsanlage einer Dampfturbinenanlage zugeführt werden, in der er unter Abgabe technischer Arbeit im Druck soweit reduziert wird, daß eine Kondensation bei Umgebungstemperatur, z. B. 30 Grad C noch möglich ist. Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden mit Hilfe der beigefügten Zeichnung nachfolgend beschrieben.

Die Aufgabe des Beispiels besteht darin, aus einer in einer üblichen Prallhammermühle auf einer Körnung von 0 bis 6 mm gebrochenen Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt von 55 Masse-% eine Trockenbraunkohle mit einem Wassergehalt von 10 Masse-% herzustellen.

Der Rohbraunkohlemassestrom beträgt 100 t/h, der der Trockenbraunkohle dementsprechend 50 t/h. Zu verdampfen sind also insgesamt 50 t Kohlewasser/h. Die Berechnung der Nachverdampfung ergibt, daß sich der Wassergehalt nach Austrag aus dem Wirbelschichttrockner 2 um 1,5 Masse-% reduziert, so daß die getrocknete Kohle mit einem Wassergehalt von 11,5 Masse-% aus dem Wirbelschichttrockner 2 auszutragen ist und im Wirbelschichttrockner 2 49 152 kg Wasser/h zu verdampfen sind. Die je Stunde außerhalb des Wirbelschichttrockners 2 848 nachverdampfenden kg Wasser werden abgesaugt und als Brüden mit einem Luftanteil von 2 kg/kg Wasserdampf einer separaten Entstaubungsanlage 9 zugeführt.

Mit der Kohle, die bei einem Schnittgewicht von 0,7 kg/Liter einem Volumen von 142,9 m hoch 3 entspricht, werden entsprechend der für das Eintragsorgan getroffenen Festlegungen 200 m hoch 3 Luft/h in den Wirbelschichttrockner 2 eingetragen. Das Kohlewasser, im Beispiel das verdampfungsfähige Material, soll 20 m hoch 3 gelöste gasförmige Verunreinigungen, insbesondere Kohlendioxid, enthalten, so daß der durch Trocknung in einer Stunde aus Kohlewasser erzeugte Dampf insgesamt 220 m hoch 3 gasförmige Verunreinigungen enthält, die entsprechend Sättigungstemperatur mit Wasserdampf beladen im Kondensator 18 separiert und an die Umgebung abgegeben werden.

Bei einer Wärmedurchgangszahl vom kondensierenden Heizdammpf an das Kohle-Wirbelschichtbett 2 k = 300 W/m hoch 2 · K und einen Wärmebedarf von 800 W/kg zu verdampfendes Kohlewasser ergibt sich, daß im Wirbelschichttrockner 2, bei einer für die Wärmeübertragung wirksamen Temperaturdifferenz von 40 K, eine Heizfläche von 3277 m hoch 2 installiert werden muß.

Bei einer Höhe der Heizkörper 7 von 2,00 m soll eine heizflächendichte von 3277 m hoch 2/m hoch 2 Wirbelboden 5 erreicht werden, d. h., der Wirbelschichttrockner 2 hat einen rund 32 m hoch 2 großen Wirbelboden 5, was bei einer Breite des Wirbelbodens 5 von 4 m eine Baulänge für den Wirbelboden 5 von 8 m ergibt. Erreicht das Feststoffmaterial auf dem Wirbelboden 5 bei Leerrohrgeschwindigkeit von 0,35 m/s seinen Lockerungspunkt, dann müssen erfindungsgemäß 80 670 m hoch 3 Wasserdampf, das entspricht 53,8 t/h, rezirkuliert werden. Aus dem Wirbelschichttrockner 2 müssen deshalb rund 103 t Wasserdampf/h, das entspricht annähernd einem Volumen von 150 000 m hoch 3/h, abgeführt und weitgehend entstaubt werden. Nur der durch Verdampfung von 49 152 kg Kohlewasser enstehende Dampf, der mit 220 m hoch 3 nichtkondensierbaren gasförmigen Verunreinigungen belastet ist, wird dem Kondensator 18 zugeführt.

Der Wärmeenergiebedarf der erfindungsgemäßen Wirbelschichttrocknungsanlage beträgt 39,3 MW/h tief th, wovon im Kondensator 18 bei einem Temperaturniveau bis 95 Grad C rund 30,8 MW/h tief th, das sind 78% der aufgewendeten Wärmeenergie, zurückgewonnen werden können, womit diese Zielstellung der Erfindung erreicht wird.

Werden die nichtkondensierbaren gasförmigen Verunreinigungen an die Umgebung mit einer Sättigungstemperatur von 60 Grad C abgegeben, dann werden rund 275 m hoch 3/h emittiert. Bezogen auf eine Röhrentrockneranlage mit vergleichbarer Leistung, die rund 170 000 m hoch 3 Brüden/h emittiert, was bei einem Staubgehalt von 50 mg/mm hoch 3 einer Belastung der Umwelt mit 8,5 kg Kohlenstaub/h entspricht, sind das 0,2% der üblichen Emissionen.

Auch diese Zielstellung der Erfindung kann also erreicht werden. Die stoffspezifische Siedekurve der im Beispiel zu trocknenden Kohle erfordert eine Wirbelbettemperatur von 118 Grad C. Zur Erzielung der angesetzten Temperaturdifferenz zwischen dem Wirbelschichtbett 6 und dem Heizkörper 7 von 40 K ist ein Heizdampf mit einem Mindestdruck von 0,59 MPa erforderlich.

Die Wirbelschichtbetthöhe muß durch den geregelten Austrag von getrockneter Kohle auf Grund der mit 2,0 m Höhe vorgegebenen Heizkörper 7 und einem zwischen dem Heizkörper 7 und dem Wirbelboden 5 vorhandenen Freiraum mit einer Höhe von 250 mm auf mindestens 2500 mm, aber maximal 3250 mm, eingeregelt werden.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Zuführung

2 Wirbelschichttrockner

3 Eintragsvorrichtung

4 Austragsvorrichtung für Feststoffmaterial

5 Wirbelboden

6 Wirbelschichtbett

7 Heizkörper

8 Ableitung

9 Entstaubungsanlage

10 Dampfrückführung

11 Verdichter

12 Oberfläche des Wirbelschichtbettes

13 Staubabscheidung

14 Absaugung

15 Pumpe

16 Kompressor

17 Dampfturbinenanlage

18 Kondensator


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Trocknen von Feststoffmaterialien, wie Braunkohle, Torf, Filterkuchen aus mechanischen Trennverfahren, und von Schlämmen, die weniger als 98 Masse-% eines verdampfungsfähigen Materials insbesondere Wasser, enthalten, die einem Wirbelschichttrockner zugeführt werden, indem ein indirekt beheiztes Wirbelschichtbett gebildet wird, das das durch ein Wirbelmedium aufgewirbelte Feststoffmaterial enthält, wobei das Wirbelmedium das verdampfungsfähige Material in Dampfform ist und bei dem das aus dem Wirbelschichttrockner ausgetragene getrocknete Material, gegebenenfalls nach Kühlung, einer weiteren Verarbeitung, Nutzung oder Deponie, das verdampfte Material jedoch einer Reinigung, Kühlung und/oder Kondensation zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wirbelschichtbettes in Abhängigkeit vom gewünschten Masseanteil an verdampfungsfähigem Material im aus dem Wirbelschichtbett ausgetragenen Feststoffmaterial, durch Zuführung von Feststoffmaterial mit höherem Masseanteil an verdampfungsfähigem Material zum und Abführung von getrocknetem Feststoffmaterial aus dem Wirbelschichtbett, so eingestellt wird, daß sie der stoffspezifischen Siedetemperatur des verdampfungsfähigen Materials im aus dem Wirbelschichtbett abeführten Feststoffmaterial entspricht, der aus dem Wirbelschichttrockner abgeführte Dampf die gasförmigen Stoffe des verdampfungsfähigen Materials sowie andere gasförmige Verunreinigungen, die z. B. mit dem Feststoffmatrial dem Wirbelschichttrockner zugeführt werden, jedoch nur die unterhalb dieser Siedetemperatur flüchtigen Bestandteile der Feststoffanteile des Feststoffmaterials oder der Schlämme enthält, deren nichtkondensierbaren und im Kondensat des verdampfungsfähigen Materials nicht löslichen Anteils durch Kühlung und Kondensation des Dampfes des verdampfungsfähigen Materials separiert und danach an die Umgebung oder einer Deodorierung und/oder anderen Gasreinigung zugeführt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial als wirbelfähiges, teilchenförmiges Schüttgut in den Wirbelschichttrockner eingetragen wird und dort selbst das Wirbelschichtbett bildet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Wirbelschichtbett zugeführte Feststoffmaterial eine Mischug aus aus dem Wirbelschichttrockner ausgetragenem, getrocknetem und frischem, ungetrocknetem Feststoffmaterial ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Wirbelschichttrockner zugeführte Feststoffmaterial mit Kondensat des verdampfungsfähigen Materials als pumpfähiger Schlamm über dem Wirbelschichtbett im Wirbelschichttrockner versprüht wird und das Feststoffmaterial selbst das Wirbelschichtbett bildet.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial grobstückig oder klumpenförmig, d. h. schwer oder nicht wirbelfähig, in das Wirbelschichtbett, das aus wirbelfähigem, teilchenförmigem Material mit eine Dicke, die 1,2- bis 5,0fach höher ist als die des klumpenförmigen Materials, gebildet wird, eingetragen wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das getrocknete Feststoffmaterial in Verbindung mit einem Teil des teilchenförmigen, wirbelfähigen Materials aus dem Wirbelschichtbett ausgetragen, grobstückiges und wirbelfähiges Material getrennt und das wirbelfähige Material in das Wirbelschichtbett rückgeführt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelmedium dem Prozeß von außen zugeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der für die indirekte Beheizung des Wirbelschichtbettes verwendete Dampf in seinen Parametern Druck im Bereich von 0,2 bis 4,0 MPa und Temperatur im Bereich von 125 bis 255 Grad C so eingestellt wird, daß die mittlere Temperaturdifferenz zwischen kondensierendem Dampf und Wirbelschichtbett 10 bis 150 K beträgt.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Wirbelschichtbett etwa dem Umgebungsdruck der Atmosphäre entspricht.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des aus dem Wirbelschichttrockner abgeführten Dampfes des verdampfungsfähigen Materials, nach entsprechender Reinigung von festen Bestandteilen in einer Vorrichtung des Standes der Technik, aber vor der indirekten Übertragung seiner latenten Wärmeenergie an einen anderen Wärmeenergieträger durch Zuführung von mechanischer Energie erhöht oder durch Expansion unter Abgabe mechanischer Energie gesenkt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der im Druck erhöhte Dampf des verdampfungsfähigen Materials zur indirekten Beheizung des Wirbelschichtbettes verwendet wird.
  12. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
    1. - eine von der Wirbelschichtbettemperatur in ihrer Leistung stufenlos geregelte Zuführung (1) für das zu trocknende Feststoffmaterial zum Wirbelschichttrockner (2),
    2. - eine Eirichtung zum Eintragen (3) des Feststoffmaterials in den Wirbelschichttrockner (2), die bezogen auf die einzutragende Masse des Feststoffmaterials mindestens eine 1,5fache Leistung hat und die im Falle des Eintragens von teilchenförmigem, wirbelfähigem oder aufgeschlämmtem Feststoffmaterial mindestens 25% und bei Eintrag von klumpenförmigem, schwer oder nicht wirbelfähigem Feststoffmaterial mindestens 75% der Oberfläche (12) eines Wirbelschichtbettes (6) annähernd gleichmäßig mit dem eingetagenen Feststoffmaterial beaufschlagt,
    3. - einem Wirbelschichtbett (6), das einen Heizkörper (7) mindestens 250 bis 1000 mm überdeckt,
    4. - eine durch die vorgegebene Höhe des Wirbelschichtbettes (6) in ihrer Leistung gesteuerte Austragsvorrichtung (4) für getrocknetes Feststoffmaterial,
    5. - eine mechanische Staubabscheidung (13) zur Senkung des Anteiles der Körnung kleiner 0,5 mm am mit dem Dampf des verdampfungsfähigen Materials über einen Austrag (8) ausgetragenen Staub des Feststoffmaterials unter 10 Masse-%,
    6. - eine Entstaubungsanlage (9) zur Senkung des Staubanteiles im aus dem Wirbelschichttrockner (2) abgeführten Dampf unter 50 mg/kg Dampf,
    7. - eine Dampfrückführung (10) mit einem Verdichter (11), der den Druck des Dampfes soweit erhöht, daß durch die Vorrichtung mindestens die doppelte Menge an Dampf rezirkuliert, die erforderlich ist für den Übergang des Feststoffes auf dem Wirbelboden (5) vom Festbett zum Wirbelschichtbett (6)
  13. und
    1. - ein indirekt gekühlter Kondensator (18), der durch Kondensation des verdampften Materials die gasförmigen Verunreinigungen aus dem Dampf separiert und über eine Absaugung (14) der Umwelt, einer Odorierung oder anderen Gasreinigung und das Kondensat über eine Pumpe (15) zum Teil dem Kondensator (18) zuführt, miteinander kombiniert werden.
  14. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination nach Anspruch 12 mit einem ein- oder mehrstufigen Kompressor (16) komplettiert wird, der den Druck des nach der Entstäubungsanlage (9) vorliegenden Dampfes soweit anhebt, daß es zur indirekten Beheizung des Wirbelschichtbettes (6) verwendet werden kann.
  15. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination nach Anspruch 12 mit einer Dampfturbinenanlage (17), bestehend aus Entspannungsturbine, Generator zur Elektroenergieerzeugung und Kondensator ausgerüstet ist.






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