Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Apparat zur Rückgewinnung von Wärme aus Feststoff, der aus heißen Prozessen wie etwa Verbrennungs- oder Vergaßungsprozessen und/oder Heißgas-Reinigungsprozessen entfernt ist. Insbesondere betriftt die Erfindung die Wiederverwertung der rückgewonnenen Wärme in heißen Prozessen, und eignet sich speziell zur Wärmerückgewinnung aus der Asche von Vergasungs- oder Verbrennungsprozessen.

Die Handhabung der von Verbrennungs- und Vergasungsprozessen stammenden Aschen ist problematisch. Erstens soll die heiße Asche vor der Lagerung abgekühlt werden und zweitens bringt die Ausbreitung der Asche und insbesondere der feinsten Aschepartikeln nach dem Abkühlen eine Umweltgefährdung mit sich.

Man hat versucht, die feine Asche durch loszuwerden, indem sie durch Erhitzung entweder in einer Brennkammer oder einer getrennten Agglomerationsvorrichtung agglomeriert wird, wobei die aus dem Prozeß freigesetzte Asche besser für Lagerung geeignet wird.

Man hat auch vorgeschlagen, Asche zur Trockung von Brennstoff einzusetzen. Zum Beispiel die schwedische Patentanmeldung Nr. 8501563-4 zeigt die Vermischung von heißer Asche mit Brennstoff, bevor der Brennstoff in eine Brennkammer eingegeben wird. In diesem Fall wird die im Brennstoff möglicherweise enthaltene Feuchtigkeit entweder in die Asche absorbiert oder aber sie verdampft. Der Brennstoff wird trockener und es wird leichter, ihn in der zur Behandlung von konventionellem Trockengut konstruierten Vorrichtung zu behandeln ist. Gleichzeitig wird die im Prozeß umlaufende Aschemenge jedoch größer, was für die Energiewirtschaftlichkeit weniger wünschenswert ist.

Man hat sich auch bemüht, Asche durch Beimischung von Wasser abzukühlen, um für Lagerung besser geeignete Asche zu erhalten, wie in der Patentspezifikation DE-34 01 847 dargestellt ist. Hierbei bildet das Kühlwasser ein Problem, und weil die Temperatur des Wassers niedrig ist, ist es schwierig dessen Wärme auszunutzen. Je nach dem Abkühlverfahren und den Wassermengen ist die Temperatur des Kühlwassers für Asche im allgemeinen unter 200 ºC. Das Wasser ist zu kalt, um dein Dampfkreislauf zugesetzt zu werden. Anderseits weicht die Kühlwassertemperatur nicht sehr viel von der Kesselwassertemperatur ab. Deshalb kann das Kühlwasser bei Vorrichtungen angemessener Größe nicht zur Aufheizung von Kesselwasser benutzt werden. Die Ableitung von Wasser ohne seine Wärme zu verwerten ist auch in hinsicht auf die Warmewirtschaftlichkeit keine gute Lösung.

Aus dem US-Patent Nr. 4,244,706 ist ein Vergasungsprozeß bekannt, wo sowohl gasförmige als auch feste Produkte aus der Vergasung gleichzeitig durch direkten Wärmetausch mit Wasser in einer Kohle-Kühlworrichtung abgekühlt werden. Das so abgekühlte Produktgas und verdampftes Wasser werden aus den Feststoffen abgetrennt und weiter abgekühlt, um Wasser und organische Substanzen wie etwas Phenole und andere Aromaten zu kondensieren, die rezirkuliert werden sollen. Die Abkühlung erfolgt durch indirekten Wärmetausch in einem Wärmetauscher. Das abgekühlte Kondensat wird mit frischem Ersatzwasser vermischt und anschließend mit Kohle in einem Mischbehälter vermischt. Das sich ergebende Gemisch wird vorgewärmt, bevor es in den Vergaser eingegeben wird.

Aus dem US-Patent Nr. 4,111,159 ist ein Verfahren zur Abkühlung von aus einem Wirbelschichtreaktor ausgetragenem Bettmaterial, um die Bettemperatur in der Wirbelschicht zu kontrollieren. Das Bettmaterial wird aus dem Reaktor in einen Wärmetausch ausgetragen, wo das Material indirekt abgekühlt wird. Das abgekühlte Bettmaterial wird danach zurück in den Wirbelschichtreaktor geführt.

Die zur Vergasung und Verbrennung benötigten Feststoffe sollen in die Brennkammer ungestört und in solcher Weise eingegeben werden, daß die verschiedenen Substanzen möglichst gleichmäßig über die Querschnittsfläche der gesamten Brennkammer verteilt werden. Die Eingabe von trockenem Feingut z.B. in eine druckbeaufschlafte Brennkammer setzt eine ziemlich komplizierte Anlage voraus. Die Beförderung von Trockengut im Rohrleitungsnetz vor der Eingabe in die Brennkammer ist sowohl energieaufwendig als auch schwierig. So verursacht z.B. die Beförderung von Feinkohle Stauben, und die Feinkohle selbst ist eindeutig explosiv.

Um die obengenannten Nachteile zu vermeiden, hat man ein Befeuchten der Kohle vor der Eingabe in die Brennkammer vorgeschlagen. Die finnische Patentanmeldung Nr. 865217 zeigt ein Verfahren zur Vermischung von Wasser mit Gruskohle. Wasser wird mit Gruskohle in solchen Ausmaß vermischt, daß eine pumpbare Masse entsteht. Diese Kohlepaste kann mit einer Pumpe ohne zusätzliche Behandlung direkt zur Verbrennungsstufe gepumpt werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber den oben beschrieben Verfahren wärmewirtschaftlich besseres Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus aus heißen Prozessen abgeschiedenen Feststoffen vorzusehen. Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein vorteilhaftes Verfahren vorzusehen, um die abgeschiedenen Feststoffe in eine für Weiterbehandlung geeignete Form zu bringen.

Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Eingabegut des Vergasungs- oder Verbrennungsprozesses vorzusehen, bevor es in einen Verbrennungs- oder Vergasungsreaktor eingegeben wird.

Um die obigen Aufgaben zu erfüllen, umfaßt das erfindungsgemale Verfahren, bei dem Wärme aus heißen aus heißen Prozessen ausgetragenen Feststoffen rückgewonnen wird, folgende Schritte:

- festes Eingabegut, wie fester Brennstoff oder Zusatzmittel des Prozesses, und Fluidisierungsgas, wie etwa Luft werden in die Brennkammer eingegeben,

- in der Brennkammer gebildetes Prozeßgas wird aus dem oberen Teil der Brennkammer abgezogen und

- heißer Feststoff, wie etwa in der Brennkammer gebildete Asche oder anderes festes in der Brennkammer fluidisiertes Bettmaterial wird

- vom Bodenabschnitt der Brennkammer durch eine Austragsvorrichtung ausgetragen oder

- vom Prozeßgas abgeschieden und in einer Heißgasreinigungsvorrichtung aus dem Prozeß abgeschieden, und durch einen Kanal in einen Wärmetauscher geleitet, wo der heiße Feststoff in indirekten Wärmetauschkontakt mit durch einen Kanal im Wärmetauscher fließendem Wasser gebracht wird, um Wärme aus dem heißen Feststoff ins Wasser abzuführen, wobei heißes Wasser entsteht,

- dadurch, in indirektem Wärmetauschkontakt hauptsächlich nur mit dem ausgetragenen heißen Feststoff gebildetes Heißwasser wird durch einen Kanal ungekühlt vom Wärmetauscher in eine Mischkammer geleitet und in der Mischkammer mit festem Eingabegut vermischt;

- das feste Eingabegut wird gleichzeitig erhitzt und befeuchtet, indem es mit dem Heißwasser in der Mischkammer vermischt wird und

- das erhitzte und befeuchtete feste Eingabegut wird durch einen Kanal aus der Mischkammer in die Verbrennungkammer befördert.

Der Apparat zur Wärmerückgewinnung gemäß der Erfindung besteht aus

- einem Kanal für festes Eingabegut zur Einführung von Feststoffen in die Brennkammer,

- Fluidisierungsgasöffnungen im Bodenabschnitt der Brennkammer zur Fluidisierung von Feststoff in der Brennkammer,

- einem Austragsrohr im oberen Teil der Brennkammer für den Abzug von Prozeßgas aus der Brennkammer,

- einer Austragsvorrichtung im Bodenabschnitt der Brennkammer zur Austragung von heißem Feststoff aus der Brennkammer und/oder einer Austragsvorrichtung zur Austragung von heißem in einer Heißgasreinigungsvorrichtung aus den heißen Prozeßgasen abgeschiedenem Feststoff,

- einem Wärmetauscher, der mit der Austragsvorrichtung zur Aufnahme der ausgetragenen heißen Feststoffes verbunden ist,

- einem Kanal im Wärmetauscher zur Leitung von Wasser durch den Wärmetauscher in indirektem Wärmetauschkontakt mit dem ausgetragenen heißen Feststoff und zur Abführung von Wärme aus dem heißen Feststoff ins Wasser,

- einer Vorrichtung zur Austragung von abgekühltem Feststoff aus dem wärmetauscher,

- einer Mischkammer, die mit dem Kanal für festes Eingabegut verbunden ist,

- einer Vorrichtung zur Einführung von festem Eingabegut in die Mischkammer und

- einem Stutzen, der den Wärmetauscher direkt mit der Mischkammer verbindet zur Einführung von heißem ungekühltem Wasser aus dem Wärmetauscher in die Mischkammer zur Befeuchtung und Aufheizung des festen Eingabeguts in der Mischkammer.

Die vorliegende Erfindung ist geeignet zur Wärmerückgewinnung aus der Asche von Vergasungs- oder Verbrennungsprozessen, wie etwa aus in der Gasreinigungsvorrichtung kontinuierlich abgeschieden Flugasche. Die Erfindung ist auch geeignet zur Rückgewinnung von Wärme aus aus den Brennkammern von Wirbelschichtreaktoren ausgetragenen Bettmaterialien. Das Bettmaterial enthält in der Regel Asche und inerten Feststoff wie Sand. Das Bettmaterial kann auch dem Prozeß zugeführtes Zusatzmittel wie Schwefel bindende Kalziumverbindungen enthalten. Bettmaterial wird entwerder kontinuierlich oder intermittierend ausgetragen, um geeignete Prozeßbedingungen im Reaktor aufrechtzuerhalten. Weil das ausgetragene Material heiß ist, soll es vor der weiteren Behandlung desselben abgekühlt werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich bei der als Wärmeträger eingesetzten Flüssigkeit vorzugsweise um Wasser. Vermischt mit dem Eingabegut eignet es sich gut dafür, um in den heißen Prozeß eingegeben zu werden. Je nach dem Prozeß und den Temperaturen kann auch eine andere Flüssigkeit verwendet werden.

Der Erfindung zufolge kann der heiße Feststoff entweder in einen offenen Flüssigkeitsbehälter, wie etwa einen Wasserbehälter unter der Brennkammer des Reaktors oder einen geschlossenen Wasserbehälter eingegeben werden. In einem geschlossenen Wasserbehälter bewirkt der heiße Feststoff Verdampfung von Wasser, und es kann dampfförmig weitergeleitet werden. Wasserdampf kann leicht über lange Entfernungen befördert werden. Wenn der Wasserdampf mit kälterem Eingabegut, wie etwa Gruskohle, in Kontakt gebracht wird, kondensiert es auf der Oberfläche der Kohlepartikeln und wärmt somit die Kohle auf und bildet eine Kohlepaste, die zur Eingabe in die Brennkammer geeignet ist.

Ggemäß der Erfindung wird Flüssigkeit in einen indirekten Wärmetauschkontakt mit dem ausgetragenem Feststoff gebracht.

Wenn die Erfindung in Vergasern oder Kesseln angewendet wird, wo Kohle vergast oder verfeuert wird, wird erwärmte Flüssigkeit oder eventuell Dampf mit Kohle vorzugsweise in solchem Ausmaß vermischt, daß eine Kohlepaste entsteht, die leicht zu behandeln und handzuhaben ist. Eine Erhöhung der Feuchtigkeit von Kohle auf 15 bis 50 % erleichtert deren Transport durch Pumpen über lange Strecken und ermöglicht leichte eine Eingabe derselben auch in eine druckbeaufschlafte Brennkammer. Die Eingabe kann durch einfache Vorrichtungen stattfinden. Eine Erhöhung des euchtigkeitsgehalts verhindert ein stauben der Kohle und vermindert erheblich ihre Explosionsanfälligkeit

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben. Es zeigt dabei

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist bei der Wärmerückgewinnung aus Asche, die aus der druckbeaufschlagten Brennkammer 2 eines Wirbelschichtreaktors 1 ausgetragen worden ist, und bei der Wärmerückgewinnung aus anderem möglichen Bettmaterial angewendet worden. Bei dieser Ausführungsform wird Wasser als Wärmerückgewinnungsmittel verwendet. Das aufgeheizte Wasser wird ferner zur Einstellung der Temperatur und Zusammensetzung des Brennstoffs im Wirbelschichtreaktor benutzt.

In der Brennkammer 2 des Wirbelschichtreaktors 1 wird eine Wirbelschicht aufrechterhalten, indem Fluidisierungsgas wie etwa Luft durch öffnungen in einem Bodenrost 4 in die Brennkammer eingeführt wird. Fluidisierungsgas kann selbstverständlich auch durch andere am Boden der Brennkammer angeordnete allgemein benutzte Lufteingabevorrichtungen, wie Luftdüsen eingegeben werden. Das Prozeßgas wird aus dem oberen Teil der Brennkammer durch einen Gasabzugskanal 5 entfernt. Brennstoff, wie z.B. Kohle wird durch einen Stutzen 3 in die Brennkammer eingegeben. Die Brennkammer kann bei Bedarf mit mehreren Eingabekanälen versehen sein. Darüber hinaus kann die Brennkammer mit verschiedenen, in der Fig. nicht gezeigten Stutzen zur Einführung von Bettmaterial oder Zusätzen in den Prozeß versehen sein.

Asche und anderer eventuell aus dem Bett entfernter Feststoff werden durch eine Austragsvorrichtung 6 aus dem Bodenabschnitt der Brennkammer ausgetragen. Die aus der Brennkammer aus getragene Asche wird durch Kanal 7 in einen Wärmetauscher 8 geleitet, der eine Kammer 9 aufweist. In der Kammer bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird die Asche in indirekten Wärmetauschkontakt mit der durch den Kanal 10 fließenden Flüssigkeit gebracht, welche Flüssigkeit z.B. Wasser sein kann. Die abgekühlte Asche wird aus der Kammer 9 durch einen Stutzen 11 und über ein Druckreduzierventil in einen Lagerbehälter 12 befördert.

Das im Wärmetauscher erwärmte Wasser wird durch einen Stutzen 13 in eine Mischkammer 14 geleitet, wo Wasser mit Brennstoff 15 vermischt wird. Beim Brennstoff kann es sich um pulverisierte Kohle oder Gruskohle handeln. Erwärmtes Wasser wird in vorzugsweise solchem Ausmaß dem Brennstoff beigemischt, daß der Feuchtigkeitsgehalt des Brennstoffs auf 15 bis 20 % steigt, wobei z.B. aus Kohle eine leicht pumpbare Paste gebildet wird. Die Mischkammer ist über den Stutzen 3 mit dem Wirbelschichtreaktor verbunden.

Die Erfindung kann sowohl bei nicht druckbeaufschlagten als druckbeaufschlagten Verbrennungs- oder Vergasungsprozessen angewendet werden. Die Eingabe von Asche aus einer druckbeaufschlagten Kammer kann in einem druckbeauf schlagten Zustand leicht in einen druckbeauf schlagten Wärmetauscher erfolgen. Nach dem Abkühlen kann die Asche über das Druckreduzierventil leicht in einen Lagerbehälter 12 geleitet werden.

Bei einigen Applikationen kann es vorteilhaft sein, das Druckreduzierventil zwischen der Brennkammer und dem Wärmetauscher anzuordnen und die Abkühlung von Asche unter atmosphärischem Druck stattfinden zu lassen.

Beim Verfahren gemäß Fig. 2 wird die Erfindung zur Wärmerückgewinnung aus Flugasche angewendet. Das Gas aus dem Wirbelschichtreaktor 2 wird in einer Vorrichtung 16 gereinigt. Die Flugasche wird dem Wärmetauscher 8 durch Stutzen zugeführt. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform wird die Wärme der Asche in eine Flüssigkeit rückgewonnen, die in die Mischkammer 14 zur Befeuchtung und Vorwärmung des in den Prozeß einzugebenden Brennstoffs geleitet wird.

Es kann schwierig sein, insbesondere die in der Flugasche enthaltene Wärme zu verwerten, weil die Flugaschemengen gering sind und der Wärmegehalt von Flugasche niedriger ist als z.B. der von Bodenasche des Reaktors. Das erfindungsgemäße Verfahren macht es jetzt möglich, auch die Wärme von Flugasche zu auszunutzen.