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Dokumentenidentifikation DE4115781A1 19.11.1992
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung mit Abdampfnutzung
Anmelder UET Umwelt- und Energietechnik GmbH, O-9200 Freiberg, 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 15.05.1991
DE-Aktenzeichen 4115781
Offenlegungstag 19.11.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.11.1992
IPC-Hauptklasse F26B 3/08
IPC-Nebenklasse F26B 21/00   C10L 9/00   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung von Produkten mit einem Wassergehalt von 5 bis 98 Masse-% wie Kohlen, insbesondere Braunkohlen und Schlämme, in einem indirekt beheizten Wirbelschichtbett mit Abdampfnutzung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Nutzung des technischen Arbeitsvermögens des Abdampfes aus der Trocknung zur Erfüllung von Aufgaben im Trocknungsprozeß selbst, die technische Arbeit erfordern, wie die Fluidisierung des Produktes im indirekt beheizten Wirbelbett durch Rezirkulation eines Abdampfteilstromes.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem der Abdampfteilstrom, der durch indirekte Wärmezufuhr im Wirbelschichtbett entsteht, auf einen Druck kleiner 10 kPa unter Abgabe von technischer Arbeit entspannt wird und die so gewonnene technische Arbeit zur Druckerhöhung des für die Fluidisierung rezirkulierten Abdampfteilstromes eingesetzt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet dafür Abdampfturbolader, wie sie aus den Gasturbinenbau bekannt sind, in für Abdampf weiterentwickelter Form.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung von Produkten mit einem Wassergehalt von 5 bis 98 Masse-% wie Kohle, insbesondere Braunkohlen und Schlämme, mit einem indirekt beheizten Wirbelschichtbett, aus dem durch Wärmezufuhr entstandener Dampf und Wirbelmedium als Abdampf austreten und das mit einem Teil des Abdampfes nach dessen Reinigung, insbesondere Entstaubung, durch Rezirkulation fluidisiert wird und Abdampfnutzung, das geeignet ist zur Anwendung in der Industrie, dem Bauwesen, der Landwirtschaft sowie der kommunalen Entsorgung.

Der Stand der Technik solcher Trocknungsverfahren und -vorrichtungen wurden von Weiss auf der Internationalen VGB-Konferenz "Wirbelschichtsysteme 1990" vom 14.-15. November 1990 in Essen vorgetragen.

Charakteristisch für diese Verfahren und Vorrichtungen ist, daß sie einen Abdampf erzeugen, der nach Reinigung stofflich und/oder energetisch genutzt werden kann. Für die energetische Nutzung sind bekannt

  • - die Kondensation des Abdampfes unter Abgabe von Nutzwärme an Dritte,
  • - die Expansion des Abdampfes in einer Abdampfturbinenanlage zur Elektroenergieerzeugung mit nachgeschalteter Abdampfkondensationsanlage, die den Abdampfturbinengegendruck auf dem erforderlichen bzw. möglichen Niveau hält und die nicht kondensierbaren Bestandteile des Abdampfes an die Umgebung oder eine spezielle Entsorgung abführt,
  • - die Kompression des Abdampfes auf ein Druckniveau, das die Verwendung des Abdampfes zur indirekten Beheizung des Wirbelschichtbettes des Trocknungsverfahrens selbst ermöglicht.


Das von Weiss u. a. beschriebene WTA-Verfahren sieht eine Variante mit Kompression von Abdampf zu Dampf für die Beheizung des Wirbelschichtbettes im Trocknungsverfahren vor, bei der das Heizdampfkondensat vor seiner eventuellen stofflichen Nutzung gekühlt wird, indem es unter Abgabe von Flash-Dampf an den Kompressor entspannt und danach zur indirekten Vorwärmung des zu trocknenden Gutes eingesetzt wird.

Diese letztere Variante des Standes der Technik setzt einen kontinuierlichen und stabilen Betrieb der Trocknungsanlage voraus, da ihre vorteilhafte Nutzung weitgehend stabile Stoff- und Energieströme voraussetzt, die nach vorliegenden praktischen Erfahrungen mit industriellen Anlagen dieser Art nicht gesichert werden können. Die thermische Nutzung des Abdampfes ist zwar technisch sicher, jedoch zeigt die praktische Anwendung, daß in den wenigsten Fällen ausreichender Wärmebedarf vorhanden ist.

Die Komplettierung von Trocknungsanlagen mit Abdampfturbinenanlagen zur Elektroenergieerzeugung wird von den meisten Investoren im Vergleich zum Ergebnis als zu aufwendig eingeschätzt, so daß auf eine energetische Abdampfnutzung meist verzichtet wird.

Das Ziel der Erfindung besteht in einer Abdampfnutzung im Trocknungsverfahren mit indirekt beheiztem Wirbelschichtbett selbst, die weitgehend unabhängig von stoffbedingten und technischen Störungen im Trocknungsprozeß wirksam verwendet werden kann und damit Umweltbelastungen vermeidet sowie die Betriebswirtschaft des Trocknungsprozesses deutlich verbessert.

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, das technische Arbeitsvermögen des Abdampfes sinnvoll zu nutzen für die Bereitstellung von technischer Arbeit, die zur Realisierung des Trocknungsprozesses selbst benötigt wird.

Erfindungsgemäß wird die technische Arbeit, die erforderlich ist für die Rezirkulation des Teiles des Abdampfes aus dem Wirbelschichtbett, der zur Fluidisierung des Wirbelschichtbettes benötigt wird und eine Druckerhöhung in diesem Abdampfteilstrom um 5 bis 50 kPa sichert, ganz oder teilweise bereitgestellt durch Expansion des Abdampfteilstromes von 95 bis 150 kPa unter Abgabe von technischer Arbeit auf weniger als 10 kPa mit Hilfe einer in diesem Druckbereich arbeitenden Kondensation des expandierten Abdampfes, der durch indirekte Übertragung von Wärme an das zu trocknende Produkt im Wirbelschichtbett erzeugt wurde.

Schwankende Produktqualität, Betriebsstabilität und wechselnde Anforderungen an das aus dem Wirbelschichtbett ausgetragene Trockengut verschieben im praktischen Betrieb die Bilanz zwischen für die Rezirkulation notwendiger und aus der Abdampfexpansion gewinnbarer technischer Arbeit, die erfindungsmäßig durch Zu- oder Abführung von technischer Arbeit ausgeglichen wird.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, die gekoppelte Abdampfexpansion und -kompression außerdem mit einem elektromagnetischen Generator zur Erzeugung von Elektroenergie zu koppeln, der erforderlichenfalls auch als elektromagnetischer Antrieb arbeiten kann, so daß dieser Prozeßstufe des Trocknungsverfahrens in notwendigem Maße über Elektroenergie technischer Arbeit zu- sowie technische Arbeit in Elektroenergie umgewandelt und abgeführt werden kann. Erfindungsgemäß kann das Verfahren auch mit motorgetriebener Verdichtung oder Abdampfexpansion ausgerüstet werden, die als Hilfsanlagen im Bypaß zum Abdampfhauptstrom und damit zur erfindungsgemäß gekoppelten Abdampfexpansion/Abdampfverdichtung angeordnet werden. Durch Zu- und Abschalten solcher Hilfsanlagen wird es möglich Lastschwankungen im Abdampfstrom, die nicht von der Turboanlage bewältigt werden, abzufangen.

Hat das Trocknungsverfahren Aufgaben zu erfüllen, für die in jedem Falle genügend technische Arbeit für die Abdampfrezirkulation durch Abdampfexpansion bereitgestellt werden kann, denn ist es erfindungsgemäß ausreichend die Bilanz zwischen Aufkommen und Bedarf an technischer Arbeit in dieser Prozeßstufe durch Anpassung des Abdampfturbinengegendruckes mit Hilfe üblicher Kondensationstemperaturregulierung zu sichern. Damit kann die technische Arbeit bei vollständiger Kondensation des expandierten Abdampfes begrenzt und denn Bedarf an technischer Arbeit angepaßt werden. Die bekannten luftgekühlten Dampfkondensatoren können nicht in jedem Falle die notwendige Abdampfkondensationstemperatur sichern. Erfindungsgemäß ist es deshalb, daß das aus Abdampfkondensation gewonnene Abdampfkondensat zur Verdunstungskühlung im Abdampfkondensator selbst eingesetzt wird. Reicht eine Luftkühlung für die Abdampfkondensation, dann kann das Abdampfkondensat auch einer anderweitigen Nutzung zugeführt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte aus dem indirekt beheizten Wirbelbett austretende Abdampf mit einem Massenstrom von 50 bis 2 00 000 kg/h nach einer Reinigung, insbesondere Entstaubung, über eine wärmeisolierte Leitung, die auch als Kanal ausgeführt sein kann, einer Turboanlage zugeführt wird, die wie bei Gasturbinenanlagen nach dem Turboladerprinzip arbeiten, bei denen auf einer Welle ein Abdampfkompressor und eine Niederdruckabdampfturbine angeordnet sind, wobei die Abdampfturbine dampfseitig mit einem Abdampfkondensator verbunden ist, der das notwendige Temperaturniveau zur Sicherung des Abdampfturbinengegendruckes durch Luft- oder Verdunstungskühlung gewährleistet. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der zu rezirkulierende Abdampfmassenstrom verfahrensbedingt um 5 bis 50 kPa erhöht und der durch indirekte Wärmezufuhr im Wirbelschichtbett erzeugte Abdampfteilstrom vom Druckniveau des Trocknungsprozesses im Wirbelschichtbett, das üblicher Weise zwischen 95 und 150 kPa liegt, auf unter 10 kPa entpannt.

Es ist weiterhin erfindungsgemäß, die nach dem Turboladersystem arbeitende Turboanlage direkt oder mit Hilfe eines Getriebes mit einem elektromagnetischen Generator zur Umwandlung von technischer Arbeit in Elektroenergie zu koppeln, der alternativ auch Elektroenergie in technische Arbeit umwandeln und an die Turboanlage abgeben kann, so wie sie vom Prinzip her als Dynamo-Start-Anlagen bekannt sind oder in Pumpspeicherwerken verwendet werden.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend am Beispiel der Schlamm- und Rohbraunkohletrocknung beschrieben werden. Zur Sicherstellung quantitativer Aussagen werden folgende Kennziffern festgelegt:



Die aus dem Wirbelschichtbett pro Stunde austretenden 3100 bis 4325 kg Abdampf werden auf technisch bekannte Art gereinigt und danach erfindungsgemäß einer Abdampfturboanlage, bestehend aus Abdampfturboverdichter, Abdampfexpansionsturbine mit Abdampfkondensator und gegebenenfalls elektromagnetischem Generator, der wahlweise als Elektromotor oder Stromerzeuger arbeiten kann, zugeführt. Der Teilstrom des Abdampfes, der der erforderlichen Wirbeldampfmenge entspricht, in diesem Beispiel 3200 oder 1600 kg/h, wird von der Abdampfturboanlage im Druck von 105 auf 125 kPa erhöht. Die dafür erforderliche technische Arbeit beträgt 0,015 KWh/kg Abdampf. Durch die Kompression steigt die Abdampftemperatur von 105 auf annähernd 130°C, so daß der Wirbeldampf mit einem Druck von 125 kPa und einer Temperatur von 130°C als Fluidisierungsmedium vor dem indirekt beheizten Wirbelschichtbett zur Verfügung steht.

Der Leistungsbedarf der Abdampfturboanlage beträgt somit beim Einsatz von Schlamm 93 und bei Rohbraunkohle 46,5 KW. Die Differenz zwischen Abdampf- und Wirbeldampfmenge entspricht der im Wirbelschichtbett durch indirekte Wärmeübertragung verdampften Einsatzgutfeuchte mit einem Massenstrom von 1125 kg/h bei Schlamm und 1500 kg/h bei Rohbraunkohle. Dieser Teil der Abdampfmenge wird erfindungsgemäß in der Abdampfturboanlage auf einen Gegendruck von 6 KPa, der von einem Kondensator des Standes der Technik gesichert wird, unter Abgabe von technischer Arbeit entspannt. Das spezifische technische Arbeitsvermögen des Abdampfes beträgt unter diesen Bedingungen 0,075 kWh/kg, so daß die Abdampfturboanlage bei Schlammtrocknung eine technische Leistung von 84 KW und bei Kohletrocknung von 112,5 KW erreicht, d. h. die Abdampfturboanlage hat im Fall der Schlammtrocknung ein Leistungsdefizit von 9 KW und im Falle der Rohbraunkohletrocknung einen Leistungsüberschuß von 66 KW. Die Leistungsdifferenzen werden in Beispiel ausgeglichen durch eine mit dem Abdampfturbolader direkt gekoppelte elektromagnetische Vorrichtung, die wahlweise als elektrischer Antrieb oder Motor arbeiten kann, so wie sie z. B. als Dynamo-Start-Anlagen bekannt sind. In der zur Abdampfexpansion gehörenden Abdampfkondensation fallen entsprechend vorgegebener Spezifikation theoretisch maximal 1125 und 1500 kg Abdampfkondensat an. Bedingt durch die notwendige Kondensatorentgasung wird im technischen Betrieb mit einem Abdampfkondensatanfall von 1050 bis 1425 kg/h gerechnet. Dieses Abdampfkondensat kann für die Abdampfkondensation in einer Verdunstungskühlung als Kühlmedium verwendet werden.

Mit Hilfe der Fig. 1 wird nachfolgend die erfindungsgemäße Vorrichtung, zu der der Trockner (1) mit indirekt beheiztem Wirbelschichtbett (2), Produkteintrag (3), Trockengutaustrag (4) und Wirbeldampfkammer (5) mit Wirbelschichtboden (6) sowie der Abdampfreiniger (7), Abdampfturboanlage (8) mit Turboverdichter (9), Abdampfturbine (10) und elektromagnetischer Generator (11) aber auch der Abdampfkondensator (12), mit Kondensatorkühler (13) und Kondensatorentlüftung (14) und die diese Anlagenteile verbindenden Rohrleitungen und Armaturen gehören, beschrieben.

Während des Betriebes des erfindungsgemäßen Vorrichtung wird über den Produkteintrag (3) das zu trocknende Produkt dosiert in den Trockner (1) eingetragen. Die Verdampfung der Produktfeuchte erfolgt durch Wärmezufuhr zum indirekt beheizten Wirbelschichtbett (2). Das getrocknete Gut wird über den Trockengutaustrag (4) aus dem Wirbelschichtbett (2) geregelt ausgetragen. Das im Wirbelschichtbett (2) befindliche Gut wird durch einen Teilstrom des Abdampfes, der rezirkuliert wird, fluidisiert. Die für die Rezirkulation erforderliche Druckerhöhung erfolgt mit Hilfe des Turbokompressors (9), der von der Abdampfturbine (10) angetrieben wird. Kompressor (9) und Turbine (10) erhalten den für ihren Betrieb erforderlichen Abdampf über die Abdampfentstaubungsanlage (7) aus dem Wirbelschichtbett (2). Die mögliche Leistungsdifferenz zwischen dem Kompressor (9) und der Turbine (10) wird durch den angekoppelten elektromagnetischen Generator ausgeglichen indem dieser Elektroenergie abgibt oder zugeführte Elektroenergie in technische Arbeit umwandelt und der Turboanlage (8) zuführt.

Nach Verrichtung technischer Arbeit wird der Abdampf aus Turbine (10) zum Kondensator (12) gefahren und dort kondensiert. Die dadurch anfallende Kondensationswärme wird über den Kühler (13) und die nicht kondensierbaren Bestandteile über die Entlüftung (14) an dia Umgebung abgeführt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Trocknung von rieselfähigen und pastösen Produkten mit einem Wasseranteil von 5 bis 98 Masse-%, wie Kohlen, insbesondere Braunkohlen und Schlämme, mit einem indirekt beheizten Wirbelschichtbett, aus dem durch Wärmezufuhr entstandener Dampf und Wirbelmedium als Abdampf austreten und das mit einem Teil des Abdampfes, nach dessen Reinigung, insbesondere Entstaubung, durch Rezirkulation fluidisiert wird und Abdampfnutzung, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Rezirkulation erforderliche technische Arbeit für die Druckerhöhung um 5 bis 50 kPa ganz oder teilweise durch Expansion des Abdampfteilstromes von 95 bis 150 kPa unter Abgabe von technischer Arbeit auf weniger als 10 kPa mit Hilfe einer in diesem Druckbereich arbeitenden Kondensation bereitgestellt wird, der im Wirbelschichtbett durch indirekte Übertragung von Wärme erzeugt wurde.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der technischen Arbeit für die Druckerhöhung und aus der Expansion des Abdampfes durch Zu- oder Abführung von technischer Arbeit ausgeglichen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die technische Arbeit aus der Expansion begrenzt wird auf den Bedarf an technischer Arbeit für die Druckerhöhung durch Anhebung des Gegendruckes in der Abdampfkondensation.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur soviel Abdampf unter Abgabe von technischer Arbeit auf einen Druck kleiner 10 kPa expandiert wird wie für die Rezirkulation des Wirbelmediums erforderlich ist, während für die Expansion nicht benötigter Abdampf einer anderen Verwendung zugefügt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nach der Expansion durch Kondensation anfallende Abdampfkondensat durch Verdunstung zur Abführung der Abdampfkondensationswärme genutzt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationswärme durch Luftkühlung abgeführt und das Abdampfkondensat einer anderweitigan Nutzung zugeführt wird.
  7. 7. Vorrichtung zur Realisierung von Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte aus dem indirekt beheizten Wirbelschichtbett austretende Abdampfmenge nach Durchlaufen einer Anlage zur Abdampfreinigung, insbesondere Entstaubung, über eine wärmeisolierte Leitung einer Turboanlage zugeführt wird, die nach dem Prinzip bekannter Turbolader arbeiten, bei denen auf einer Welle ein Abdampfturbokompressor und eine Niederdruckabdampfturbine angeordnet sind, wobei die Niederdruckabdampfturbine dampfseitig mit einem Abdampfkondensator verbunden ist, der das notwendige Temperaturniveau zur Sicherung des Abdampfturbinengegendruckes durch Luft- oder Verdunstungskühlung sichert.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Turboanlage direkt oder über ein Getriebe mit einem elektro- magnetischen Generator gekoppelt ist, der überschüssige technische Arbeit der Turboanlage in Elektroenergie umwandelt oder zugeführte Elektroenergie in technische Arbeit umwandelt und diese an die Turboanlage überträgt.






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