BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Veröffentlichung AIChE Symposium Series Nr. 126, Vol. 68 , Seite 259/60, ist ein solches Verfahren beschrieben, bei dem der Staub aus dem Rauchgas mittels eines Zyklonabscheiders und einem gasseitig dazu in Serie geschalteten, zweiten Abscheider abgeschieden wird. Der im Zyklonabscheider abgeschiedene Staub enthält 20 bis 40% Kohle, die im Wirbelbett noch verbrannt wird. Der im zweiten Abscheider abgeschiedene feine Staub wird, unabhängig von seinem Gehalt an Kohle, einer Deponie zugeführt. Obwohl bei diesem Verfahren die mit dem Rauchgas entweichenden Kohlepartikel noch zum Teil ausgenützt werden, weist es folgende Nachteile auf:
Mit dem im Zyklonabscheider abgeschiedenen Staub kommen erhebliche Mengen nichtbrennbarer Bestandteile des Staubes in das Wirbelbett, wodurch dieses unnötig belastet wird.
Mit dem im zweiten Abscheider abgeschiedenen, feinkörnigeren Staub geht ein Teil des brennbaren Materials verloren, was sich nachteilig auf den Wirkungsgrad auswirkt.
Der Anteil an brennbarem Material in dem feinkörnigeren, im zweiten Abscheider abgeschiedenen Staub erschwert eine sinnvolle Verwertung von darin enthaltenen, brauchbaren Bestandteilen, wie z.B. Eisen, Aluminium, Silikate, sowie eine Verwertung dieses Staubes in der Zementindustrie.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit des eingangs genannten Verfahrens auf kostengünstige Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Trennen des mit dem Rauchgas ausgetragenen Staubes in eine kohlenstoffreiche und eine kohlenstoffarme Fraktion, von denen die kohlenstoffreiche Fraktion dem Wirbelbett zugeführt wird, ergibt sich eine besonders gute Ausnützung des Brennstoffs und damit eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades des Verfahrens. Ausserdem wird es leichter als bisher möglich, in der kohlenstoffarmen Fraktion enthaltene, verwertbare Bestandteile, wie Aluminium, Eisen, Silikate u. dgl., noch auszuscheiden, wodurch die zu deponierende Staubmenge beträchtlich herabgesetzt wird.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Anlage zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens.
Fig. 2 in einem schematischen Schnitt eine Vorrichtung zum Trennen der aus dem Rauchgasstrom abgeschiedenen, festen Bestandteile und
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine abgewandelte Anlage zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens.
Gemäss Fig. list ein Dampferzeuger 1 vorgesehen, dessen Heizflächen, wie Economiser, Verdampfer und gegebenenfalls Überhitzer der Einfachheit halber nicht dargestellt sind.
Im unteren Teil des Dampferzeugers befindet sich eine Wirbelbettfeuerung 2, der in bekannter Weise von unten über eine Leitung 3 Luft zugeführt wird, die im Betrieb des Dampferzeugers einerseits das Bettmaterial in Schwebe hält und andererseits als Verbrennungsluft dient. Der im Wirbelbett 2 zu verbrennende Brennstoff wird über eine Leitung 4 zugeführt und besteht aus einer Aufschwemmung von feinteiliger Kohle in einer Flüssigkeit, nämlich Wasser und/oder Öl. Eine solche Aufschwemmung wird auch Kohle-Slurry genannt.
Am oberen Ende des Dampferzeugers 1 ist eine Rauchgasleitung 5 angeschlossen, die zu einem Zyklonabscheider 6 führt, in dem die während des Betriebes des Dampferzeugers mit dem Rauchgas herausgetragenen Staubpartikel abgeschieden werden. Das von diesen Staubpartikeln befreite Rauchgas gelangt über eine am oberen Ende des Zyklons 6 angeschlossene Leitung 7 in einen Kamin 8. Am unteren Ende des Zyklonabscheiders 6 ist eine Trennvorrichtung 9 angeschlossen, deren Aufbau in Fig. 2 näher dargestellt ist und in der die im Abscheider 6 abgeschiedenen Staubpartikel in zwei Fraktionen aufgeteilt werden, und zwar eine kohlenstoffreiche und eine kohlenstoffarme Fraktion.
Die kohlenstoffreiche Fraktion, die mindestens 50% Kohle enthält, wird über eine als Rutsche ausgebildete Leitung 10 in die Wirbel bettfeuerung 2 zurückgeführt, wogegen die kohlenstoffarme Fraktion über eine Leitung 11 einer Deponie 12 zugeführt wird.
Gemäss Fig. 2 weist die Trennvorrichtung 9 eine um eine waagrechte Achse rotierende Trommel 13 auf, die sich im Uhrzeigersinn dreht. In Drehrichtung der Trommel gesehen, kurz vor deren höchsten Punkt, ist eine Zuführleitung 14 angeordnet, über die die im Abscheider 6 abgeschiedenen Staubpartikel zur Vorrichtung 9 gelangen. In Drehrichtung der Trommel kurz hinter dem höchsten Punkt ist eine an einer Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode 15 angeordnet, die zwischen sich und der Trommel 13 ein elektrostatisches Feld erzeugt, durch das sich die abgeschiedenen Partikel hindurch bewegen. In Drehrichtung der Trommel 13 folgt unterhalb der Elektrode 15 das trichterartig erweiterte Ende der Leitung 11, die die nicht brennbaren Staubpartikel zur Deponie leitet.
Weiter in Drehrichtung der Trommel 13 gesehen hinter deren tiefsten Punkt, folgt das trichterartig erweiterte Ende der Leitung 10, die die hauptsächlich aus Kohle bestehenden Partikel zum Wirbelbett zurückführt. Etwas oberhalb der Leitung 10 ist ein waagrechtes Abstreifelement 17 angeordnet, das unter leichtem Druck an dem Trommelmantel anliegt. Durch das elektrostatische Feld zwischen der Elektrode 15 und der Trommel 13 werden die elektrisch schlecht leitenden Kohleteilchen elektrisch so geladen, dass sie am Mantel der Trommel 13 haften und von dieser bis zum Abstreifelement 17 mitgenommen werden. Die elektrisch gut leitenden nicht brennbaren Bestandteile der abgeschiedenen Staubpartikel haften dagegen weniger am Trommelmantel und fallen unter dem Einfluss der Zentrifugal- und der Schwerkraft in das trichterartig erweiterte Ende der Leitung 11.
Mit Hilfe der Trennvorrichtung 9 erfolgt also eine Aufteilung der abgeschiedenen Staubpartikel in zwei Fraktionen, von denen die in die Leitung 10 gelangende Fraktion mehr als 50% Kohle enthält.
Gemäss Fig. 3 ist der Dampferzeuger 1 gleich aufgebaut wie in Fig. 1. Das Abscheiden der Staubpartikel aus dem Rauchgas und das Trennen der abgeschiedenen Partikel in zwei Fraktionen geschieht hier jedoch gleichzeitig, und zwar mit Hilfe eines elektrostatischen Abscheiders 16, der in die Rauchgasleitung 5 eingebaut ist. Der Aufbau des Abscheiders 16 ist an sich bekannt und das Wirkungsprinzip entspricht dem, das zur Trennvorrichtung 9 beschrieben wurde.
Anstelle der Elektrode 15 und der rotierenden Trommel 13 sind im Abscheider 16 vertikale Platten vorgesehen, an die die Hochspannung angelegt wird und zwischen denen der Rauchgasstrom mit den Staubpartikeln geleitet wird. Die beim Passieren der Platten sich aufladenden Kohleteilchen sammeln sich in einem Trichter 18, an dem die Leitung 10 angeschlossen ist, wogegen die nichtbrennbaren Bestandteile aus dem Rauchgasstrom in einen Trichter 19 gelangen. Das von den Staubpartikeln befreite Rauchgas gelangt in einen Tuchfilter 20, in dem es einer Nachreinigung unterzogen wird. Das so gereinigte Rauchgas strömt dann über die Leitung 7 zum Kamin 8.
In der Rauchgasleitung 5 vor dem elektrostatischen Abscheider 16 ist in diesem Beispiel ein Rauchgaskühler 21 eingebaut, wogegen in der Leitung 7 hinter dem Tuchfilter 20 ein Wärmeübertrager 22 vorgesehen ist, in dem das Rauchgas wieder erwärmt wird.
An den Trichter 19 des Abscheiders 16 ist eine Leitung 3 angeschlossen, die zu einem Flotationstank 24 führt, in dem die weniger als 50% Kohle enthaltende Fraktion einer weiteren Trennung unterzogen wird, und zwar mit Hilfe des ebenfalls an sich bekannten Flotationsverfahrens. Die im Tank 24 stattfindende Trennung ergibt wiederum eine kohlenstoffreiche Fraktion mit mindestens 50% Kohleanteil und eine kohlenstoffarme Fraktion. Die kohlenstoffreiche Fraktion wird über eine Leitung 10' abgezogen und mit der kohlenstoffreichen Fraktion aus dem elektrostatischen Abscheider 16 vereinigt. Die vereinigten Fraktionen werden mit Hilfe eines Fördermittels, z. B. einer Pumpe 25, dem Wirbelbett 2 zugeführt.
Die im Flotationstank 24 anfallende kohlenstoffarme Fraktion wird im Trichter 24' gesammelt und gelangt über eine Leitung 11' in eine Verwertungsanlage 26, in der bestimmte wertvolle Bestandteile, wie Aluminium, Eisen, Silikate und dergleichen, ausgeschieden werden. Die hier nicht mehr verwertbaren Bestandteile gelangen zur Deponie 12.
Abweichend von den beschriebenen Beispielen kann im Wirbelbett 2 - anstelle der genannten Aufschwemmungen auch Kohlenstaub oder Öl verbrannt werden. Es ist weiterhin möglich, die kohlenstoffreiche Fraktion - statt getrennt - mit dem Brennstoff in der Leitung 4 gemischt dem Wirbelbett 2 zuzuführen.
Auch bei dem Beispiel nach Fig. 1 kann es unter Umständen zweckmässig sein, dem Zyklonabscheider 6 ein Tuchfilter nachzuschalten und/oder den Wärmeübertragern 21 und 22 entsprechende Wärmeübertrager in den Leitungen 5 bzw. 7 vorzusehen.
DESCRIPTION
The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
Such a process is described in the publication AIChE Symposium Series No. 126, Vol. 68, pages 259/60, in which the dust is separated from the flue gas by means of a cyclone separator and a second separator connected in series on the gas side. The dust separated in the cyclone separator contains 20 to 40% coal, which is still burned in the fluidized bed. The fine dust separated in the second separator, regardless of its coal content, is sent to a landfill. Although the coal particles escaping with the flue gas are still partially used in this process, it has the following disadvantages:
With the dust separated in the cyclone separator, considerable amounts of non-combustible constituents of the dust get into the fluidized bed, as a result of which it is unnecessarily loaded.
With the finer-grained dust separated in the second separator, some of the combustible material is lost, which has a negative effect on the efficiency.
The proportion of combustible material in the more fine-grained dust separated in the second separator makes it difficult to utilize useful components contained therein, e.g. Iron, aluminum, silicates, as well as a recycling of this dust in the cement industry.
The invention has for its object to improve the economy of the method mentioned in a cost-effective manner.
According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1. By separating the dust discharged with the flue gas into a carbon-rich and a low-carbon fraction, of which the carbon-rich fraction is fed to the fluidized bed, there is a particularly good utilization of the fuel and thus a considerable improvement in the efficiency of the process. In addition, it is easier than hitherto possible to contain usable components such as aluminum, iron, silicates and the like contained in the low-carbon fraction. Like., still to be excreted, whereby the amount of dust to be deposited is considerably reduced.
Two embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 shows a schematic representation of a plant for performing the inventive method.
Fig. 2 in a schematic section an apparatus for separating the separated from the flue gas, solid components and
Fig. 3 shows a schematic representation of a modified system for performing the inventive method.
According to FIG. 1, a steam generator 1 is provided, the heating surfaces of which, such as economizers, evaporators and possibly superheaters, are not shown for the sake of simplicity.
In the lower part of the steam generator is a fluidized bed combustion 2, which is supplied in a known manner from below via a line 3, which on the one hand keeps the bed material in suspension during operation of the steam generator and on the other hand serves as combustion air. The fuel to be burned in the fluidized bed 2 is supplied via a line 4 and consists of a suspension of finely divided coal in a liquid, namely water and / or oil. Such a suspension is also called coal slurry.
At the upper end of the steam generator 1, a flue gas line 5 is connected, which leads to a cyclone separator 6, in which the dust particles carried out during operation of the steam generator with the flue gas are separated. The flue gas freed from these dust particles reaches a chimney 8 via a line 7 connected to the upper end of the cyclone 6. At the lower end of the cyclone separator 6 a separating device 9 is connected, the construction of which is shown in more detail in FIG. 2 and in which the separator is located 6 separated dust particles can be divided into two fractions, namely a high-carbon and a low-carbon fraction.
The carbon-rich fraction, which contains at least 50% coal, is fed back into the fluidized bed furnace 2 via a line 10 designed as a slide, whereas the low-carbon fraction is fed via a line 11 to a landfill 12.
According to FIG. 2, the separating device 9 has a drum 13 rotating about a horizontal axis, which rotates clockwise. Viewed in the direction of rotation of the drum, just before its highest point, a feed line 14 is arranged, via which the dust particles separated in the separator 6 reach the device 9. Arranged in the direction of rotation of the drum just behind the highest point is an electrode 15 which is connected to a high voltage source and which generates an electrostatic field between itself and the drum 13 through which the separated particles move. In the direction of rotation of the drum 13, the funnel-like end of the line 11 follows below the electrode 15 and directs the non-combustible dust particles to the landfill.
Seen further in the direction of rotation of the drum 13 behind its lowest point, the funnel-like widened end of the line 10 follows, which returns the particles consisting mainly of coal to the fluidized bed. A horizontal stripping element 17 is arranged somewhat above the line 10 and bears against the drum jacket under slight pressure. The electrostatic field between the electrode 15 and the drum 13 electrically charges the electrically poorly conductive carbon particles in such a way that they adhere to the jacket of the drum 13 and are carried along by it to the stripping element 17. In contrast, the electrically highly conductive, non-combustible components of the separated dust particles adhere less to the drum jacket and fall under the influence of centrifugal and gravity into the funnel-like end of the line 11.
With the aid of the separating device 9, the separated dust particles are divided into two fractions, of which the fraction entering the line 10 contains more than 50% coal.
According to FIG. 3, the steam generator 1 is constructed in the same way as in FIG. 1. The separation of the dust particles from the flue gas and the separation of the separated particles into two fractions takes place here simultaneously, however, with the aid of an electrostatic separator 16 which leads into the flue gas line 5 is installed. The structure of the separator 16 is known per se and the principle of operation corresponds to that described for the separating device 9.
Instead of the electrode 15 and the rotating drum 13, vertical plates are provided in the separator 16, to which the high voltage is applied and between which the flue gas stream with the dust particles is conducted. The coal particles which become charged as they pass through the plates collect in a funnel 18 to which the line 10 is connected, whereas the non-combustible constituents pass from the flue gas stream into a funnel 19. The flue gas freed from the dust particles passes into a cloth filter 20, in which it is subjected to post-cleaning. The flue gas cleaned in this way then flows via line 7 to the chimney 8.
In this example, a flue gas cooler 21 is installed in the flue gas line 5 upstream of the electrostatic separator 16, whereas a heat exchanger 22 is provided in line 7 behind the cloth filter 20, in which the flue gas is heated again.
A line 3 is connected to the funnel 19 of the separator 16, which leads to a flotation tank 24, in which the fraction containing less than 50% coal is subjected to a further separation, with the aid of the flotation process, which is also known per se. The separation taking place in the tank 24 again results in a carbon-rich fraction with at least 50% carbon content and a low-carbon fraction. The carbon-rich fraction is drawn off via a line 10 ′ and combined with the carbon-rich fraction from the electrostatic separator 16. The combined fractions are with the help of a grant, e.g. B. a pump 25, the fluidized bed 2 fed.
The low-carbon fraction obtained in the flotation tank 24 is collected in the funnel 24 'and passes via a line 11' to a recycling plant 26 in which certain valuable constituents, such as aluminum, iron, silicates and the like, are excreted. The components that can no longer be used here go to landfill 12.
In contrast to the examples described, coal dust or oil can also be burned in the fluidized bed 2 instead of the abovementioned floods. It is also possible to supply the carbon-rich fraction to the fluidized bed 2 mixed with the fuel in line 4 instead of separately.
In the example according to FIG. 1, it may also be expedient under certain circumstances to connect a cyclone separator 6 with a cloth filter and / or to provide heat exchangers 21 and 22 in the lines 5 and 7, respectively.