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Verfahren zur Gewinnung von Gas und Koks aus backenden staubförmigen
Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Gas
und Staubkoks aus backenden staubförinigen Brennstoffen, wobei der nach der Entgasung
erhaltene Staubkoks zur Dampferzeugung dienen soll.
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Schon vor Jahren ist vorgeschlagen worden, die Gaserzeugung und die
Strom- bzw. Dampferzeugung in der Weise zu koppeln, daß in den Kraftwerken, in denen
bisher nur elektrischer Strom erzeugt wurde, gleichzeitig Gas gewonnen wird.
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Die in den hierfür in Frage kommenden Kraftwerken vorhandenen Kesselanlagen
sind mit Staubfeuerung ausgestattet. Bei der Kopplung einer solchen Kesselanlage
mit einer Gaserzeugungsanlage müßte der für die Feuerung bestimmte Brennstoff wie
bei normalen Dampfkesseln in einer Mahlanlage gemahlen werden. Da das Mahlen von
Koks jedoch mit sehr hohem Verschleiß verbunden und deshalb praktisch undurchführbar
ist, muß der Brennstoff vor der Zuführung zu der Entgasungsanlage gemahlen werden.
Zur Sicherung der Wirtschaftlichkeit müßte weiterhin darauf geachtet werden, daß
der erzeugte Koksstaub mit möglichst geringem Wärmeverlust in den Feuerraum des
Kessels gelangt oder anderweitig industriell verwendet werden kann. Könnte man außerdem
von dem erzeugten Gas und den sonstigen Wertprodukten wenigstens die Hälfte der
fühlbaren Wärme zurückgewinnen, so wäre zum Entgasen von 1 kg Brennstoff
nur etwa ein Drittel des Wärmebedarfs der bisher üblichen Entgasungsverfahren erforderlich.
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Seit Jahren sind viele Vorschläge zur Durchführung eines solchen Verfahrens
gemacht worden. Bisher hat jedoch keiner dieser Vorschläge zu einer technischen
Anwendung geführt.
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So ist vorgeschlagen worden, Brennstoffstaub mit vorgewänntem Trägergas
in einen vertikalen Raum nach oben einzublasen, in dem sich der Strahl des eingeblasenen
Gases nach einer gewissen Strecke auflöst und umkehrt. Der Brennstoff wird dabei
durch die Wärme des Einblasegases aufgewärmt und teilentgast. Nach der Teilentgasung
wird der heiße Brennstoff am Unterteil, das Einblasegas mit dem Entgasungsgas am
Oberteil des Raumes abgezogen. Der aus dem ersten Raum abgezogene teilentgaste Brennstoff
wird mit vorgewärmtern Trägergas in der gleichen Weise in einen zweiten Raum eingeblasen.
Hierbei setzen die fühlbare Wärme des Trägergases und die Begrenzung der Trägergasmenge
durch die Schwebegeschwindigkeit des mittleren Korns (etwa 0,2 m/s) die Belastungsgrenze
fest, die so niedrig liegt, daß die Anlage unwirtschaftlich wird. Ab-
gesehen
davon können nur nichtbackende Brennstoffe als Ausgangsstoffe verwendet werden,
weil keine Maßnahmen gegen das Zusammenbacken der Brennstoffteilchen vorgesehen
sind.
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Nach einem anderen Verfahren werden backende staubförmige Brennstoffe
zunächst anoxydiert und dann entgast. Oxydation und Entgasung werden dabei in getrennten
Vorrichtungen vorgenommen. Bei diesem Verfahren läßt man den Brennstoff im Gegenstrom
zu einem heißen Luftstrom durch einen Schacht nach unten fallen, wozu etwa
30 Sekunden als erforderliche Zeit angegeben werden. Der Wärmebedarf zum
Aufheizen und Anoxydieren des Brennstoffes wird durch die fühlbare Wärme der Luft
gedeckt. Der so anoxydierte, nunmehr »praktisch« nicht mehr backende Brennstoff
wird in einen zweiten Schacht übergeführt, in dem er ebenfalls im Gegenstrom zu
heißen Gasen entgast wird.
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Die für eine völlige Entgasung erforderlichen Aufenthaltszeiten sind
für Anlagen größerer Durchsätze viel zu hoch. Außerdem ist in beiden Schächten nur
eine Belastung bis zu etwa 0,4 kg/Nm3 möglich, die viel zu klein ist, um wirtschaftlich
zu sein. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß nur schwach backende Brennstoffe
durchgesetzt werden können, wobei sich nach eingehenden Versuchen ergeben hat, daß
diese »praktisch« nicht mehr backenden Brennstoffe noch so viel Backfähigkeit aufweisen,
daß kein kontinuierlicher Betrieb möglich ist. Auch die Art der Brennstoffeinführung
kann ein Anbacken an die Wände nicht verhindern.
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Bei anderen Verfahren hat man versucht, Anbackungen durch mechanische
Einrichtungen, wie Kratzer, Schnecken usw., zu beseitigen. Der dabei
auftretende
Verschleiß und die sehr grob werdende Körnung machten auch diese Verfahren nicht
verwendbar.
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Am bekanntesten wurde in den letzten Jahren ein Entgasungsverfahren,
das mit Hilfe umlaufender, fester Wärmeträger (Koks) arbeitet. Die Wärmezufuhr durch
umlaufende, feste Wärmeträger (auch Koks) ist an sich seit langem bekannt und wurde
auch schon bei anderen Verfahren technisch angewandt. Bei diesem Entgasungsverfahren
wird eine ,erhebliche Menge von Koks in Umlauf gehalten (etwa 15 bis
25 kg Koks je Kilogramm Rohkohle). Dieser Koks wird während seiner
pneumatischen Förderung durch Teilverbrennung mit Luft auf eine bestimmte Temperatur,
z. B. 1100' C, aufgeheizt. Der heiße Koks wird nach seiner Abscheidung von
dem entstandenen Rauchgas einem Schneckengehäuse zugeführt, in das gleichzeitig
der zu entgasende frische Brennstoffstaub eintritt. Die Schnecke hat die Aufgabe,
den heißen und den kalten Brennstoffanteil zwecks Wärmeaustausches zu mischen. Außerdem
erhoffte man sich von ihr eine Beseitigung der Anbackungen.
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Der große Kokszusatz bewirkt zwar eine fühlbar-. Magerung des Rohbrennstoffes.
Es läßt sich aber nicht vermeiden, daß trotzdem Zusammenbackungen auftreten. Die
entstandenen Klumpen müssen durch die Mischschnecke wieder zerkleinert werden. Da
indessen eine Schnecke nicht in der Lage ist, mit der Feinheit einer Mühle zu mahlen,
tritt aus dem Schneckengehäuse ein Gemisch mit einem größeren Körnungsbereich aus,
als ihn der Rohbrennstoff aufgewiesen hatte. Der zum Teil gröber gewordene Koks
bereitet einmal bei der Verfeuerung des Staubes, zum anderen bei der pneumatischen
Förderung der Wärmeträger und deren Teilverbrennung erhebliche Schwierigkeiten,
ganz abgesehen von der außergewöhnlichen Belastung der Mischschnecke. Nach der Nachentgasung
wird ein Teil des Kokses einer Feuerung zugeleitet, während der Rest von neuem als
Wärmeträger umläuft. Aus den genannten Gründen ist diese Anlage, wenn überhaupt,
dann nur für nichtbackende oder außerordentlich schwach backende Brennstoffe geeignet.
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Es ist ferner ein Verfahren bekanntgeworden, nach dem pulverisierte
Kohle mittels einer Förderschnecke in eine kurze zylindrische Wirbelkammer a ge
fördert wird. Gleichzeitig wird Luft mit einer Ternperatur von 2001 C in
einer solchen Menge tangential eingeblasen, daß die Kohleteilchen von dem entstehenden
Luftwirbel mitgerissen und gewirbelt werden können. Schließlich wird in den Rotationswirbel
Zusatzluft eingedrückt, die auf 430 bis 6500 C erhitzt wird, so daß ein Kohle-Luft-Verhältnis
von 1: 1 bis 1: 4 resultiert, was einer Belastung von etwa
0,775
bis 0,193 kg/Nm3 entspricht. Die Temperatur in dir Kammer wird
bis auf 1000' C gesteigert, und die hierbei aus den Kohleteilchen ausgetriebenen
Gase verbrennen mit der überschußluft, wobei sie die notwendige Temperatur aufrechterhalten.
Die Verweilzeit der Teilchen in der Wirbelkammer liegt zwischen 1/-i bis 20 Sekunden.
Von einer Beseitigung der Backfähigkeit der pulverförmigen Kohle ist nichts ausgesagt.
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Bei der vorliegenden Erfindung wurde von dem Gedanken ausgegangen,
daß die Entgasung des Brennstoffstaubes nur dann wirtschaftlich durchführbar ist,
wenn die Backfähigkeit vor der Entgasung beseitigt wird, d. h. wenn die Ursachen
der Backfähigkeit beseitigt werden. Die Entgasung wird dabei zweckmäßig in der Schwebe
durchgeführt, und zwar in zwei aufeinanderfolgenden Stufen, wobei in der ersten
Stufe den Brennstoffteilchen die Backfähigkeit genommen und in der zweiten
Stufe die Entgasung des vorbehandelten Brennstoffes durchgeführt wird. Die Beseitigung
der Backfähigkeit kann durch eine Anoxydation in einem Trägergasstrom erfolgen.
Dieser Träggergasstrom. kann aus Luft oder aus Gas oder aus Dampf mit Zusatz einer
bestimmten Luftmengbestehen.
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Die Erfindung besteht darin, daß in beiden Stufen bei einer Menge
des pro Normalkubikmeter Trägergas zugesetzten Kohlenstaubes von mehr als
1 kg/Nm3 zuerst der Brennstoffstaub bei einer Verweilzeit unter 4 Sekunden
und bei einer Temperatur von 320 bis 4201 C anoxydiert und dann der
anoxydierte Brennstoffstaub in einer Zeit von maximal 6 Sekunden entgast
wird.
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Der Heizwertverlust je Kilogramm Brennstoff bei der Anoxydation
ist abhängig von der Brennstoffart, der Belastung, der Aufenthaltszeit, der Temperatur
und dem Kömungsbereich. Für einen gegebenen Brennstoff und Körnungsbereich sind
die anderen Einflußgrößen voneinander abhängig.
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Bei einer Kokskohle A ist zur Beseitigung der Backfähigkeit
für eine Aufenthaltszeit von z. B. 2 Sekunden und einer Belastung von
1 kg/Nm3 eine Temperatur von 4201 C erforderlich, wenn dabei ein normaler
Körnungsbereich einer Kohlenstaubfeuerung (20 bis 25'% über Sieb DIN 70) behandelt
wird. Der Heizwertverlust des Brennstoffes beträgt dabei etwa 5%, für das gesamte
System jedoch nur etwa 20/9, da die fühlbare und gebundene Wärine der aus dem Brennstoff
bei der Anoxydation austretenden Bestandteile zurückgewonnen wird.
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Eine Erhöhung der Belastung erfordert eine Erhöhung der Temperatur
und/oder der Aufenthaltszeit. Der Heizwertverlust wird -rößer. Die Temperaturerhöhung
ist durch die Zündgrenze nach oben beschränkt, es bleibt dann nur die Vergrößerung
der Aufenthaltszeit. Dies aber bedingt eine Vergrößerung der Anlage. Die günstigste
Aufenthaltszeit wurde durch eine Wirtschaftlichkeitsberechnung festgestellt, sie
liegt unter 4 Sekunden.
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Auf der entgegengesetzten Seite des Brennstoffgebietes liegt z. B.
die Gasflammkohle B. Bei 2 Sekunden Aufenthaltszeit kann die Anoxydationsluft mit
mehr als 4 kg/Nm3 belastet werden, wobei etwa j301 C erforderlich sind. Bei
einer Erhöhung der Belastung kann bei gleicher Aufenthaltszeit die Temperatur gesenkt
werden, bei gleicher Temperatur wird die Aufenthaltszeit vergrößert, d. h.
bei diesem Brennstoff liegen völlig andere Verhältnisse vor als bei der Kohle
A, woraus sehr deutlich die Bedeutung der Brennstoffart hervorgeht. Der Heizwertverluft
bei normalem Körnungsbereich beträgt hier hn Vergleich zur Kohle A (5 1/o,
1 kg/N:m3) nur etwa 2 % (4 kg/Nms), von denen ebenfalls ein Großteil für
das System zurückgewonnen wird.
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Zwischen diesen beiden Kohlensorten liegt praktisch der Bereich der
Gasflammkohle bis Kokskohle. So hat z. B. die Gasflammkohle C, die ein ähnliches
Verhalten wie die Kohle B zeigt, einen Heizwertverlust von etwa 2,511/o
(2,5 kg/Nm3). Die mögliche Belastung ist etwas kleiner als für die Kohle
B, die erforderlichen Temperaturen liegen etwas höher.
Die Belastbarkeit
der Luft bei der Anoxydation richtet sich vor allem nach dem Sauerstoffgehalt der
Brennstoffreinsubstanz und nach der Art, wie er in dieser Substanz vorliegt. Mit
steigendem Sauerstoffgehalt kann die Belastung höher gefahren werden. So betragen
z. B., bezogen auf die Reinsubstanz, die Sauerstoffgehalte bei Kohle A etwa
3,5 1% (maximale Belastung 2 kg/Nm3), Kohle B etwa 8,3 % (größer als 4 kg/Nm3) (größer
als C),
Kohle C etwa 7,0% (größer als 4 kg/Nm3).
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Die Belastung der Entgasungsanlage wird mit gleichem oder höherem
Durchsatz als bei der Anoxydation gefahren. Erfolgen beide Vorgänge in einem Durchgang,
so bleibt die gleiche Belastung, erfolgt eine Abtrennung zwischen Anoxydation und
Entgasung, so kann mit höheren Belastungen entgast werden. Findet keine Teilverbrennung
statt, so bestimmt z. B. der Endheizwert die Größe der Belastung, oder sie kann
beliebig gewählt werden. Findet eine Teilverbrennung statt, so muß ein bestimmter
Mindestdurchsatz eingehalten werden, um den gewünschten Heizwert von z. B. 4000
kcal/Nm3 zu erreichen, da durch die Teilverbrennung eine Heizwertminderung des Trägergases
eintritt. Normalerweise wird man mit einer Teilverbrennung von etwa 511/o der Gesamtträgergasmenge
fahren, wozu bei den genannten Brennstoffen etwa eine Belastung von 6 bis
8 kg/Nm-3 bei der Entgasung erforderlich ist.
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Versuche haben ergeben, daß bei einer Entgasung bei gegebener Entgasungstemperatur
durch eine längere Aufenthaltszeit als 6 Sekunden kein nennenswerter Gasgewinn
mehr zu erzielen ist und die bei längerer Zeit zu gewinnenden Mengen die Anlagekosten
sehr rasch unwirtschaftlich ansteigen lassen.
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Die Anlage zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens besteht aus
zwei Stufen: L Anoxydations- und 11. Entgasungsstufe. Ob diese beiden
Stufen unmittelbar hintereinander oder über eine Abscheidevorrichtung durchströmt
werden, hängt von dem Stickstoffgehalt des Transportmittels in Stufe I ab.
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a) Bei schwach backenden Brennstoffen werden beide Stufen unmittelbar
nacheinander durchströmt, d. h., der Brennstoff wird in Stufe I bis zur Backtemperatur
aufgeheizt, wobei das Transportmittel Gas oder Wasserdampf sein kann. Diesem Transportmittel
kann eine ganz bestimmte Luftmenge zugesetzt werden, deren Sauerstoff bei der Anoxydation
in den Brennstoff übergeht, deren Stickstoff aber mit in die Entgasungsstufe übernommen
wird. Der mitgeführte Stickstoff darf einen bestimmten Wert des Endgases nicht überschreiten.
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b) Bei stärker backenden Brennstoffen wird Stufe
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mit Luft oder einem Trägermittel mit einem solchen Luftzusatz gefahren,
daß wegen des hohen Stickstoffgehaltes des Transportmittels dieses vor der Entgasung
vom Brennstoff getrennt und der Brennstoff mit einem neuen Trägergas (z. B. Stadtgas)
in die Entgasungsstufe geführt werden muß.
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Der Stickstoffgehalt des Transportmittels bestimmt also die Verfahrensweise.
Die Aufenthaltszeiten und Temperaturen sowie die Belastung in der Anoxydationsstufe
sind für einen gegebenen Brennstoff mit einer bestimmten Körnungsgrenze festgelegt.
Wird z. B. eine Belastung von 1 kg/Nm3 bei 2 Sekunden Aufenthaltszeit und
420' C
für Kohle A in der Anoxydationsstufe gefahren, so ist für diese
Verhältnisse bis zu den Körnungsgrößen von 90 g die Backfähigkeit beseitigt,
während die gröberen Teile noch eine gewisse Restbackfähigkeit aufweisen. Eine Erhöhung
der Temperatur oder der Aufenthaltszeit oder beides gemeinsam würde zwar die Restbackfähigkeit
für einen weiteren Körnungsbereich, z. B. 120 g, beseitigen, aber dabei wären
die feineren Teile der Anoxydation zu lange ausgesetzt, wodurch der Heizwertverlust
je Kilogramm Brennstoff zu groß würde. Deshalb werden die Grobteile über
einer bestimmten Komgröße abgeschieden und getrennt von dem Feinstaub in den Strahlraum
der Entgasungsstufe oder in den Kessel eingeblasen oder zur Mühle zurückgegeben.
Die Restbackfähigkeit der Grobteile, auch wenn diese nur einen geringen prozentualen
Anteil der Gesamtbrennstoffmenge bilden, würde zu Anbackungen in der Entgasungsstufe
führen.
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Vor der Zugabe des Brennstoffes zur Anoxydationsstufe wird der Brennstoff
gemahlen. Diese Mahlung kann nach an sich bekannter Weise mit Rauchgas, Luft oder
Dampf geschehen. Bei der Mahlung (Trocknung ist immer mit eingeschlossen) mit Rauchgas
muß der Brennstoff zwischengebunkert werden, d. h., Rauchgas und Brennstoff
werden getrennt. Von der Zwischenbunkerung aus wird der Brennstoff mit einem Trägermittel
zur Anoxydationsstufe gefördert. Dieses Trägermittel kann Luft, Gas, Dampf oder
auch Gas bzw. Dampf mit Luftzusatz sein.
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Die Mahlung mit Luft ist von den Kesselbetrieben her bekannt. Dort
wurde die Luftmahlung wegen der direkten Einblasung des Brennstoffes in den Feuerraum
durchgeführt, während im Fall der vorliegenden Erfindung die Luftmahlung eine gewisse
Anoxydation bewirkt, deren Vorteile bisher nicht erkannt wurden. Bei der Mahlung
mit Luft kann der Brennstoff direkt zur Anoxydationsstufe gebracht werden, jedoch
ist auch eine Zwischenbunkerung möglich, wodurch die Wahl des Trägermittels durch
die Anoxydationsstufe offenbleibt. Es kann also auch in diesem Fall Gas und Dampf
bzw. Gas und Dampf mit Luftzusatz als neues Trägermittel verwendet werden. Dies
käme vor allem für schwach backende Kohle in Frage, da dort die Anoxydation wesentlich
kleiner ist als bei stark backender Kohle.
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Bei der Mahlung mit Dampf kann ebenfalls von der Mühle der Brennstoff
direkt zur Anoxydationsstufe gefördert werden, wobei auch eine gewisse Luftmenge
zugesetzt wird. Diese Dampfmahlung käme vorwiegend für schwach backende Brennstoffe
in Frage.
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Bei der Anoxydation ist für einen Brennstoff mit bestimmter Aufenthaltszeit
und Temperatur die Belastung vorgegeben. Diese Brennstoffbelastung pro Normalkubikmeter
Anoxydationsmittel sollte, vor allem bei Luft, möglichst genau eingehalten werden.
Sie kann kurzzeitig mit + 501% schwanken. Da die Temparturregelung verhältnismäßig
langsam anspricht, werden zur Brennstoffzuteilung mehrere Zuteiler eingesetzt, die
getrennt voneinander in eine gemeinsame Leitung fördern. Dadurch wird vermieden,
daß beim Leerlaufen eines Zuteilers (Schwierigkeiten
des Brennstoffstaubauslaufs)
eine zu große Belastungsschwankung und damit Temperaturerhöhung bei der Anoxydation
herbeigeführt wird.
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Die beiden Verfahrensstufen sind in den Ab b. 1
und 2 dargestellt.
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Die Ab b. 1 zeigt das Verfahren der Anoxydation und Entgasung
für den Fall, daß Anoxydation und Entgasung in einem Durchgang erfolgen. Der Brennstoff
gelangt von dem Bunker 1 über eine, Zuteilung zur Mühle 2, wo er auf die
gewünschte Mahlfeinheit (0 bis 25 11/o über Sieb DIN 70) gemahlen
wird. Die Mahlung und Trocknung kann mit Luft oder Rauchgas durchgeführt werden.
Erfolgt sie mit Luft, so wird diese entweder im Kessel oder in einem besonderen
Vorwäriner auf Temperaturen von etwa 4500 C
aufgeheizt, Hinter der Mahlanlage
ist ein Abscheider 8 mit einem Zwischenbunker 9 angeordnet. Von dort
wird der Brennstoff über eine Zuteilung einem Trägergas zugegeben, das in einem
Vorwärmer 3' auf Temperaturen bis 450' C aufgeheizt worden ist. Dieses
Trägergas fördert die Kohle über die Leitung 4' zur Anoxydationsstufe
5. Das Trägergas kann von dem erzeugten Gas entnommen werden und wird in
diesem Fall hinter der Gasreinigung 26 abgezweigt und über die Leitungen
27 und 49 dem Vorwäriner Y zugeführt. Das Trägergas kann aber auch aus dem
genannten Gas und einem bestimmten Luftzusatz bestehen, wobei aber die Luft kalt
oder in einem Vorwärmer vorgewärint erst kurz vor Eintritt in die Stufe 5, also
nach der Kohlenzugabe, zugegeben wird.
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Eine andere Möglichkeit ist die Förderung mit Dampf, dem eine bestimmte
Luftmenge zugesetzt wird, wobei beide Teile entsprechend vorgewärint wurden. Der
Luftzusatz erfolgt hierbei so unmittelbar an der Zuteilung, daß der Dampf nicht
mit der eigentlichen Zuteilung in Berührung kommt.
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Der Vorwärmer 3' wird durch Rauchgas aus dem Kessel oder aus
einer sonstigen Anlage oder durch abzukühlende Bestandteile des Verfahrens, z. B.
des eigenen erzeugten Gases, beheizt. Die Brüden aus dem Abscheider 8 gehen
in der üblichen Weise zum Kessel.
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Die Anoxydationsstufe 5 besteht aus einem von außen beheizten
Rohrbündel 10, in dem das Brennstoff-Anoxydationsmittel-Gemisch mit Belastungen
von größer als 1 ka/Nm3, vorzugsweise 4 bis 8 kg/Nm-3, auf die erforderliche
Anoxydationstemperatur oder bis dicht darunter aufgeheizt wird. Wegen der hohen
Belastungen besteht eine sehr große Sicherheit gegen örtliche Überhitzungen. Das
Rohrbündel hängt entweder in einem ausgemauerten runden oder rechteckigen Schacht
oder in einem entsprechenden Stahlrohr. Wird mit Luftüberschuß gefahren, so wird
in diesem Rohrbündel bereits die Anoxydation erreicht. Aus dem Rohrbündel
10 gelangt der Brennstoff dann über die Leitung 50 unmittelbar zur
Einblasedüse 23 des Schachtes 24 der Entgasungsstufe. Der Entgasungsschacht
24 besteht aus mehreren Teilen. Der obere Teil ist der zylindrische Strahlraum
25,
in den der Brennstoff im Strahl eingeblasen wird. Um diesen Strahl findet
eine Teilverbrennuno, einer weiteren Trägergasmenge zur Beseitigung einer unter
Umständen noch vorhandenen Restbackfähigkeit statt. Die Teilverbrennung beginnt
beim Eintritt des betreffenden Träolergases und des Teilverbrennungsmittels in den
S rahlraum. Das erforderliche Träger-,gas wird nach der Gasreinigung
26 über die Leitung 32 über beheizte Vorwärmer 28 und
33 nach Aufheizung auf Temperaturen von 700 bis 8001 C dem
Strahlraum zugeführt. Das Teilverbrennungsmittel, z. B. Luft, sauerstoffangereicherte
Luft oder Sauerstoff, kommt über die Leitung 34 und die Vorwärmer 28 und
33 zur gleichen Stelle. Die Führung des Träger.gases und des Oxydationsmittels
aus den Leitungen 32 und 34 mit ihrer Teilverbrennung im Strahlraum kann
axial in Richtung des Strahles (Mittelachse) und um diesen oder tangential senkrecht
zur Mittelachse oder in einem bestinin ten Winkel zu dieser Mittelachse geschehen,
wobei aber die Beweau ngsrichtung mit der des Strahles übereinstimmt.
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Da zum Beginn der Teilverbrennung Temperaturen von 1000 bis
13001 C auftreten, ist der Strahlraum mit feuerfestem Material ausgemauert.
Gegebenenfalls geschieht dies nur mit dem obersten Teil 35 (etwa 0,5 m),
während der untere Teil 36 des Strahlraumes aus einem außenbeheizten Stahlrohr
besteht. Der Strahlraum 25 hat eine Mindestlänge von 2 m, wobei der Brennstoff mit
etwa 8 bis 18 m/s Geschwindigkeit eingeblasen wird und die zur Teilverbrennung
mit zutretende Trägergas- und TeiIverbrennungsmittelmenge etwa die gleiche bis mehrfache
Eintrittsgeschwindigkeit hat, je nach der Einführungsart. Die Teilverbrennung beträgt
bis zu 6 % der gesamten eingeführten Gasmenge ohne Oxydationsmittel, die
Belastung, auf diese Gasmenge, mehr als 5 kg/Nm3, vorzugsweise
6 bis 10 kg/Nm3.
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Dem Strahlraum schließt sich der mittlere Teil 37
des Entgasungsschachtes
an, der aus einem außenbeheizten Rohrbündel besteht, das in einem ausgemauerten
0 runden oder rechteckigen Schachtteil eingehängt ist. In diesem Teil wird
das Brennstoff-Trägergas-Gemisch auf die Entgasungstemperatur, z. B. 8001 C,
aufgeheizt, wozu etwa 1 Sekunde erforderlich ist, da die Eintrittstemperatur,
vom Strahlraum kommend, schon bei etwa 450' C liegt. Die einzelnen Rohre
des Rohrbündels können axial oder tangential durchströmt werden, wenn am Rohreintritt
Lenkbleche eingesetzt sind.
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Der untere Teil 38 des Entgasungsschachtes besteht aus einer
wesentlich kleineren Anzahl von Rohren, die wie Teil 37 in einem gemauerten
Schacht eingehängt sind, aber im Durchmesser bedeutend größer gehalten werden als
die vom Teil 37. In diesen auch von außen beheizten Rohren soll der Brennstoff
bis zu 6 Sekunden bei der Entgasungstemperatur gefördert werden, wobei die
Wärmezufuhr von außen nur noch den Wärrnebedarf der bei dieser Temperatur erfolgenden
Entgasung zu decken hat.
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Die Beheizung der Schachtteile 38, 37 erfolgt durch Rauchgas
aus dem Kessel, das bei 39 zutritt und im Gegenstrom bis zum Austritt 40
einen Teil seines Wärmeinhalts abgegeben hat und über die Leitung 41 zur Beheizung
der Anoxydationsstufe gelangt, von wo aus das Rauchgas über die Leitung 42 entweder
zurück zum Kessel oder bei genügend niedriger Temperatur zum Kamin geleitet wird.
Das Rauchgas zur Beheizunc, der beiden Stufen kann natürlich auch in einer besonderen
Verbrennungsvorrichtung durch Verbrennen von Koks oder Kohlenstaub, öl oder
Gas erzeugt werden. Hierfür kann minderwertiges Gas benutzt werden, das aus der
Vergasung eines Anteils des erzeu-ten Koksstaubes oder aus sonstigen gasabgehenden
Anlagen anfällt.
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Die einzelnen Teile des Entgasungsschachtes 24 können über- oder nebeneinander
angeordnet, im letzteren Fall z. B. auch in einem einzigen Mauerwerksblock
eingesetzt
werden. Weiterhin können die Schachtteile 37 und 36 eine Vibrationseinrichtung
erhalten, wodurch das Ansetzen noch nicht restlos anoxydierter einzelner, besonders
grober Brennstoffkörner verhindert werden soll.
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Koksstaub, Trägergas und Entgasungsgas gelangen über die Leitung 43
zu einem Abscheider 44, aus dem der Koksstaub eventuell über einen Zwischenbunker
45 oder Nachentgasungsraum und der Leitung 46 seiner weiteren Verwendung, wie z.
B. Verfeuerung im Kessel oder Vergasung in einer Staubvergasungsanlage, zugeführt
wird. Das Gas gelangt über die Leitung 47 und den Wärmeaustauscher 28 zur Gasreinigung
26 und von dort über die Leitung 48 zur weiteren Verwendung. Der bei der
Gasreinigung anfallende Koks- und Teeranteil wird zur Verfeuerung in den Kessel
eingeführt.
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Der Zwischenbunker 45 wird auch als Nachentgasungsraum verwendet.
Dazu wird z. B. aus dem Schachtteil 36 oder 37 des Entgasungsschachtes
ein Teil des Brennstoff-Gas-Gemisches entnommen (nicht gezeichnet) und der Koksstaub
in dem Nachentgasungsraum 45 abgeschieden. Der andere Teil des Brennstoff -Gas-Gernisches
durchläuft den Entgasungsschacht 24 bis zum Ende und gelangt über die Leitung 43
dann ebenfalls zu dem Nachentgasungsraum, der für diesen ganz entgasten Staubanteil
nur als Zwischenbunker dient.
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Der nach Teil 36 oder 37 aus dem Entaasungsschacht entnommene
und in den Nachentgasungsraum 45 abgeschiedene Brennstoff ist aber erst teilentgast.
Durch Wärmezufuhr (nicht gezeichnet) erfolgt die restliche Entgasung, wobei ein
für das Verfahren besonders geeignetes Träger- und Teilverbrennungsgas abgegeben
wird.
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Der Wärmeinhalt von Gas und Koks wird weitgehend zur Aufheizung von
Trägergas, Teilverbrennungsgas, Teilverbrennungsluft usw. benutzt. Alle wärmeseitig
noch verwendbaren Rauchgasmengen gehen zum Kessel oder einem sonstigen für andere
Zwecke benutzten Wärmeaustauscher.
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A b b. 2 zeigt das Verfahren der Anoxydation und Entgasung
mit der Abtrennung des Brennstoffes vom Trägermittel zwischen den beiden Stufe.
Bei diesem Verfahren gelangt der Brennstoff von dem Bunker 1
über eine Zuteilung
zur Mühle 2, wo er auf die gewünschte Mahlfeinheit gemahlen wird. Auch bei diesem
Verfahren kann mit Luft, Rauchgas oder Dampf gemahlen werden. Erfolgt die Mahlung
mit Luft, so wird diese entweder im Kessel oder in einem besonderen Vorwärmer
3 auf Temperaturen bis 4500 C
aufgeheizt und fördert den Brennstoff
nach der Mahlung unmittelbar über die Leitung 4 zur Anoxydationsstufe
5. Erfolgt die Mahlung mit Rauchgas, so wird dieses über die Leitung
6 aus dem Kessel rückgesaugt und fördert nach Mahlung den Brennstoff über
die Leitung 7 und den Abscheider 8 zu dem Zwischenbunker
9. Von diesem wird der Brennstoff über eine Zuteilung dem Oxydationsmittel
(Luft, Gas oder Dampf mit einem jeweils bestimmten Luftzusatz) zugegeben, das im
Kessel oder in einem besonderen Vorwärmer 3' auf Temperaturen bis 4501
C
vorgewärmt worden ist und die Brennstoffe über die Leitung 4' zur
Anoxydationsstufe 5 fördert. Die Vorwärmer 3 und 3' werden
durch Rauchgase aus dem Kessel oder einer sonstigen Anlage oder durch abzukühlende
Bestandteile des Verfahrens, z. B. des eigenen erzeugten Gases, beheizt. Die Brüden
aus dem Abscheider 8 gehen wie beim Verfahren nach Ab b. 1
zum Kessel.
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Die Anoxydationsstufe 5 besteht aus zwei Teilen 10 und
11. Teil 10 ist ein durch Rauchgas von außen beheiztes Rohrbündel,
in dem das Brennstoff-Anoxydationsmittel-Gemisch auf die erforderliche Temperatur
oder bis dicht darunter aufgeheizt wird. Das Rohrbündel hängt entweder in einem
ausgemauerten runden oder rechteckigen Schachtteil oder in einem entsprechenden
Stahlrohr.
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Der Brennstoff tritt aus dem Rohrbündel 10 durch eine Düse
12 in den Teil 11 ein, der wie Teil 10 ausgemauert sein kann oder
lediglich aus einem oder mehreren Stahlrohren besteht. Dieser Schachttell hat die
Aufgabe, den Brennstoff für eine bestimmte Zeit auf der erforderlichen Anoxydationstemperatur
zu halten, wobei die niedrigste Fördergeschwindigkeit von 4 bis 5 m/s nicht
unterschritten werden sollte. Je nach der Brennstoffart wird um die Düse 1-2 eine
weitere Oxydationsmittelmenge mit Temperaturen bis 4500 C durch die Leitung
13 zugegeben, die bis zum Vierfachen der in den Schachttell 10 eingeführten
Menge betragen kann. Dadurch wird die Belastung von z. B. 4 kg/Nm3 auf
1 kg/Nm3 gesenkt. Diese starke Belastungssenkung nach der Aufheizung wird
vor allem bei sehr stark backenden Brennstoffen durchgeführt, da z. B. mit Luft
als Anoxydationsmittel bei der Kohle A theoretisch nur mit Werten kleiner
als 2 kg/Nm3 Luft überhaupt die vollständige Beseitigung der Backfähigkeit erreichbar
ist. Die Aufheizung im Teil 10 und die Temperatur der bei 13
zugegebenen
weiteren Oxydationsmittelmenge werden so eingestellt, daß der Brennstoff zu Beginn
des Schachtteils 11 etwa 10 bis 151 C über der erforderlichen
Anoxydationstemperatur liegt, so daß am Ende der Anoxydationsstufe durch die Abstrahlverluste
die Temperatur so weit abgesunken sein darf, daß über die gesamte Strecke die erforderliche
Anoxydationstemperatur erreicht ist. Der Schachtteil 11
kann unter Umständen
in einem solchen Maße von außen beheizt werden, daß gerade die Abstrahlverluste
gedeckt werden können. Die bei 13 zugegebene Anoxydationsmittelmenge, z.
B. Luft, kann im angeschlossenen Kessel oder einem eigenen Vorwärmer 14 mit einer
Beheizung wie bei 3 bzw. 3' auf die erforderlichen Temperaturen gebracht
werden.
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Der Brennstoff und das Anoxydationsmittel, z. B. Luft, verlassen über
die Leitung 15 die Anoxydationsstufe und werden bei feinem Korn des Brennstoffes
(bis 5 1/o über Sieb DIN 70) zu dem Abscheider 16,
bei gröberem
Korn (5 bis 25 1/o über Sieb DIN 70)
dem vorgeschalteten Grobascheider
17 zugeführt. Ist letzteres der Fall, so werden die Grobtelle in einem Zwischenbunker
18 gesammelt; der Feinanteil geht über die Leitung 19 zum Feinabscheider
16. Die Feinteile werden in den Zwischenbunker 20 abgeschieden, das abgetrennte
Oxydationsmittel, z. B. Luft, geht über die Leitung 21 z. B. zur Kesselfeuerung.
Die in den Zwischenbunker 20 abgeschiedenen Feinteile des anoxydierten Brennstoffes
werden über eine Zuteilung einem heißen Gasstrom, der aus der eigenen Erzeugung
abgezweigt wurde, zugeteilt und über die Leitung 22 zur Einblasedüse 23 des
Entgasungsschachtes 24 gefördert, wo sie im Strahl in den oberen Teil des Entgasungsschachtes
24, den Strahlraum 25, eingeblasen werden. Dieses Einblasegas wird nach oder
vor der Gasreinigung 26 abgesaugt und über die Leitung 27 durch von
Rauchgas oder erzeugtem Gas
oder anderen abzukühlenden Verfahrensprodukten
beheizten Vorwärmern28 bis 29 auf Temperaturen von 700 bis
800' C gebracht und der Leitung 22 zu gedrückt. Die abgeschiedenen Grobteile
werden von dem Zwischenbunker 18 entweder zum Kessel, zur Mahlanlage zurück
oder über die Leitung 30 zur Düse 31 gefördert und in den Strahlraum
25 eingeblasen. Dabei ist die Düse 31 ringförmig um die Düse
23 gelegt, so daß der Grobteilstrahl gewissermaßen den Feinteilstrahl umschließt
und ihm im Strahlraum durch die dort stattfindende Teilverbrennung seine Restbackfähigkeit
entzogen wird. DasEinblasegas dazu kann z. B. aus der Leitung 22 abgezweigt werden.
-
Die Belastung in der Anoxydationsstufe 5 wird so hoch gewählt,
daß in der Entgasungsstufe, bezogen ';> C
auf die Gesamtmenge, wieder eine
Belastung von 6
bis 10 1.g/Nm3 entsteht. Für die Wärmeausnutzung,
C
Rauchgasver,.vendung und -erzeugung usw. gilt das C C
gleiche, was
zu Ab b. 1 gesagt wurde.