Verfahren zur Krafterzeugung. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Krafterzeugung aus Brennstoffen mit einem hohen Wassergehalt oder Brennstoffen, die in einer Flüssigkeit auftreten.
Im allgemeinen wird man feste Brenn stoffe, bevor man sie verbrennt, vom Wasser, soweit es geht, trennen, und zwar möglichst durch eine mechanische Behandlung, weil die Beseitigung auf thermischem Wege unwirt schaftlicher Ist.
Demgegenüber wird gemäss der Erfin dung ein wässriger Zustand des Brennstoffes an gestrebt, weil es dadurch möglich ist, die aus dem Brennstoff entwickelten Feuergase restlos von der mitgeführten Asche zu reini gen und die Temperatur der Gase auf eine wirtschaftliche Art so weit zu senken, dass sie einer Kraftmaschine, zum Beispiel einer Gas turbine, zugeleitet werden können.
Die Erfindung besteht, darin, dass die in einer Verbrennungskammer unter Druck ent- wickelten heissen Verbrennungsgase unter Druck einen Raum durchströmen, in dem der Brennstoff mit so viel Wasser auftritt, dass das Wasser-Brennstoffgemisch flüssig ist, und und dass die Verbrennungsgase in diesem Raum mit dem Wasser-Brennstoffgemisch unmittelbar so in Berührung gebracht werden, dass sie von der mitgeführten Flugasche ge reinigt und durch die auftretende Verdamp fung eines Teils des Wassers des Wasser so weit abgekühlt wer- den, dass sie einer Expansionskraftmaschine zugeführt werden können.
Die Behandlung der unter Druck ent wickelten Verbrennungsgase mit dem eben falls unter Druck stehenden Gemisch von Brennstoff und Wasser erfolgt beispielsweise in Vorrichtungen, wie Filtern, Zyklonen oder Schleudern. Die Vorrichtungen können so an geordnet werden, dass sie durch dass Wasser gegen eine Überhitzung geschützt und von den niedergeschlagenen Asche- und Staub teilchen gereinigt werden. Der bei der Reini gung der Verbrennungsgase erzeugte Wasser dampf wird mit den Verbrennungsgasen der Expansionskraftmaschine zugeführt; mit ihm wird ein wesentlicher Teil des durch die Ab kühlung der Feuerungsgase erfolgenden Energieverlustes wieder wettgemacht.
Die Menge des verdampften Wassers kann auf verschiedene Weise gesteuert werden; durch ein, entsprechende Wahl der Vorrichtung, wie Filter mit einer grossen Verdampfungs- fläehe kann sie gesteigert, durch Vorriehtun- gen mit einer geringen Verdanipfungsfläche, in denen die Staubteilchen durch Zentrifugal-.- kraft in den Wasserstrom abgeleitet werden, gemindert werden.
Das Verfahren ist von besonderem Inte resse für Brennstoffe, die in der Natur oder in der Industrie in einem Zustand vorkom inen, der ,die Anwendung dieses Verfahrens unmittelbar ermöglicht. Hierzu gehören nun Beispiel die Waschflüssigkeit aus der Stein kohlenaufbereitung, die in der Regel 20% brennbare Trockensubstanz enthält, und die Ablauge in der Zellstoffindustrie mit 10 bis 14% brennbaren Feststoffen. Torf mit 90% Feuchtigkeit ist von dickbreiiger und Braun kohle mit 60% von krümeliger Beschaffenheit. Diesen Brennstoffen kann so viel Wasser zu gesetzt werden, wie es die Durchführung des erfinderischen Verfahrens erfordert.
Das überschüssige Wasser, also die Menge, die in dem Prozess nicht verdampft wird, bleibt vor zugsweise in dem Prozess als umlaufende Flüssigkeit, die an geeigneter Stelle von dem zu behandelnden Brennstoff getrennt und dann dem einlaufenden Brennstoff zuge mischt wird.
Das Verfahren wird man unter einem Druck durchführen, dessen Höhe im allge meinen durch das Temperaturgefälle gegeben ist, das bei der Expansion der Betriebsgase ausgenutzt werden soll. Bei der Benutzung von Brennstoffen, die Wasser durch ihren kolloiden Zustand binden, wie zum Beispiel Torf und Ablauge der Zellstoffindustrie, kann die so gebundene Wassermenge dadurch freigesetzt werden, dass der wässrige Brenn stoff einer entsprechend hohen Temperatur bei einem ausreichend hohen Druck ausgesetzt wird.
Dadurch erfolgt eine Zerstörung der kolloiden Beschaffenheit dieser Brennstoffe und bei weiterer Erhöhung von Temperatur und Druck eine Inkohlung, bei der sich der Brennstoff ohne besondere Massnahmen weit gehend von der Flüssigkeit trennt, so dass das Verfahren unter Umständen ohne Zufuhr weiteren Wassers durchgeführt werden kann. Für die Zerstörung des kolloiden Zustandes dieser Brennstoffe muss das Brennstoff- Wasser-Gemiseh auf eine Temperatur von 175-200 und für die Durchführung des In kohlungsprozesses auf 200-240 erhitzt wer den. Diese Temperaturen sind nur unter einem der Temperatur entsprechenden Druck zu erreichen.
Das Verfahren nach der Erfindung wird nachfolgend an Hand von beispielsweisen Anlagen zur Durchführung des Verfahrens, die in der Zeichnung lediglich schematisch dargestellt sind, beispielsweise erläutert.
Fig.1 zeigt ein Schema einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung.
Fig.2 zeigt einen Schnitt nach Linie II bis II der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein Schema einer andern Anlage.
Die Anlage nach Fig.1 und 2 zeigt einen Bunker 1 mit einer Waschflüssigkeit aus der Steinkohlenaufbereitung gefüllt, bestehend aus 18% brennbarer Feinkohle, 18% nicht brennbarer Substanz und 64% Wasser. Der Bunker 1 ist durch die Pumpe 2 mit einem Heizbunker 3 verbunden, der mittels meh rerer Ventile 4 derart mit einem Behälter 5 verbunden ist, dass das Gemisch durch die regelbaren Ventile 4 in denselben hineinläuft. Der Behälter 5 steht unter dem Betriebsdruck von beispielsweise 12 Atm., desgleichen der Heizbunker 3, so dass die Pumpe das Gemisch unter diesem Druck in den Heizbunker 3 fördert. Der Behälter 5 ist an einem Ende, an seiner untern Seite mit dem Trockner 6 verbunden, der durch ein Sieb 7 von dem Behälter 5 getrennt wird.
Das eingedickte Gemisch wird in Breiforen durch das Sieb 7 in den Trockner 6 abgeleitet, der in einen erweiterten Raum 9 endet, in dem ein Schlagwerk 8 rotiert, das den vorgetrocknet einlaufenden Brennstoff zerschlägt. Der Raum 9 ist. durch das jalousieartige Gitter 10 und das Zuführungsrohr 11 mit dem Verbren nungsraum 12 verbunden.
Der Verbrennungs- raum 12 ist als Zyklon-Feuerungsraum aus gebildet, in den die Verbrennungsluft tangen- tial durch eine Düse 13 eintritt und entspre- ehend der strielipunktierten Linie den Ver- brennungsraum durchläuft. Die Schlacke wird in einem flüssigen Zustand durch den Schlak- kenabzug 14 abgeleitet.
Der Schlackenabzug dient bei der Verbrennung von Feststoffen der Sulfatablauge auch zum Abscheiden der verflüssigten alkalischen _#ufseblussmittel.
Der Abzug 1:5 des Verbrennungsraumes 12 ist, mittels einer Leitung 16 mit dem Behälter 5 verbunden. Der Behälter 5 besitzt auf der gegenüberliegenden Seite einen Abzug 17 für die Verbrennungsgase, der mit dem Eingang 18 eines Lufterhitzers 19 verbunden ist. Des sen Ausgang 20 ist mit dem Einlass 21 einer Expansionsturbine 22 verbunden, deren Aus gang 23 mit einer Leitung 24 verbunden ist, die als Heizschlange 26 durch den Bunker 3 und auch noch durch den Bunker 1 geführt wird. Die Turbine 22 treibt beispielsweise einen nicht dargestellten Elektrogenerator. Ausserdem ist sie mit einem Luftkompressor 27 verbunden, dessen Ausgangsseite mit einer Leitung 28 verbunden ist, die zum zweiten Einlass 29 des Lufterhitzers 19 führt. Der zweite Auslass 30 des Lufterhitzers 19 führt.
Der zweite Auslass 30 des Lufterhitzers 19 ist durch eine Leitung 31 mit der Luftdüse 13 des Verbrennungsraumes 12 verbunden.
Der Behälter 5 hat im wesentlichen die Form eines liegenden Zylinders. In seiner Achse liegt eine Welle 32, die von einem nicht dargestellten Antrieb gedreht werden kann. Auf der Welle sind mittels Scheiben 33 ring förmige Behälter 34 befestigt, die beispiels weise koaxial angeordnet sein können. Diese Behälter sind als Filterräume ausgebildet, zum Beispiel mit sogenannten Raschig-Ringen gefüllt. Nach aussen hin sind an den Filter behältern 34 Scheiben 35 befestigt, die bis dicht an die Wandung des Behälters 5 reichen.
Die Anlage arbeitet folgendermassen: Das Wasser-Brennstoffgemisch wird in den Bunker 1 geleitet und durch die Pumpe 2 in den Vorwärmebunker 3 gefördert, wo sie durch die von den heissen Abgasen durch strömte Rohrschlange 26 vorgewärmt wird. Durch die Regelventile 4 wird das vor gewärmte Gemisch in den Behälter 5 einge lassen, so dass der Spiegel des Gemisches etwas oberhalb der Welle 32 liegt. Die auf der sich drehenden Welle 32 befestigten Filterringe durchlaufen während der Drehung das flüs sige Gemisch und geben die aufgenommene Wärme an das Gemisch ab, mit der die Filtereinsätze benetzt wieder aus dem Ge misch auftauchen. Von dem Verbrennungs- raum 12 strömen die etwa 1500 heissen Ver brennungsgase durch den obern Teil des Be hälters gemäss der strichpunktierten Linie.
Dabei werden die Filterringe 34 radial durch strömt, die mitgeführte Flugasche an dem benetzten Filtereinsatz abgesondert und die von den Filtereinsätzen aufgenommene Wärme während der Tauchperiode auf das flüssige Gemisch übertragen. Das Gemisch bewegt sieh in dem Behälter nach der Aus laufseite hin und wird dort in angedicktem Zustand durch das Sieb 7 in noch nassem Zu stand, tropfend oder in Breiform, in den T rockner 6 abgeleitet. Die Bewegung des Ge misches nach der Auslaufseite hin wird durch die auf der Welle sitzenden Scheiben 36 unter stützt, die ausserdem noch den Zweck haben, die für die Verdampfung des Wassers not wendige Wärme auf das Gemisch zu über tragen.
Die über dem Sieb 7 rotierenden Schaufeln 38 unterstützen den Ablauf des eingedickten Gemisches durch das Sieb 7.
Das verdampfte Wasser des Gemisches zieht mit den Feuergasen durch den Ausgang 17 des Behälters 5 und durch den Wärme- austauscher 19 in die Turbine 22. Die mit einer Temperatur von etwas l500 in den Be hälter 5 eintretenden Feuergase werden im Behälter durch die Wasserverdampfung auf etwa 800 abgekühlt und geben in dem Wärmeaustauscher 19 noch etwa 150 an die von 29 nach 30 durchströmende V erbrer- nungsluft ab, so dass sie in die Turbine 22 mit für diese zulässige Temperatur von etwa 650 eintreten.
Die gesamte Anlage, soweit. sie die Teile 5, 6, 9, 11, 12, 16, 19, 28, 31 umfasst, steht unter einem annähernd gleichen Druch, der hier mit. 12 Atm. angenommen ist.
Das in dem Behälter 5 eingedickte aber noch flüssige Gemisch, das die restliche Flu- asche aus der Feuerung aufnimmt., fällt durch das Sieb 7 in den Trockner 6 in Form von Tropfen oder dicken Breies. Ein Teil der vor gewärmten Verbrennungsluft. wird aus der Leitung 31 durch die öffnungen 37 in den Trockner 6 geleitet, die die restliche Feuchtig keit des Brennstoffes aufnimmt.
Der Brenn stoff wird in dem Raum 9 durch das Schla-- werk 8 z11 Staub zerkleinert und durch die Ejektorwirkung der Luftdüse 13 über die Leitung 11 in den Verbrennungsraum 12 ein geblasen. Das Gitter 10 verhindert, dass gröberer Brennstoff in die Leitung 11 gelangt.
Die Anordnung nach Fig. 3 arbeitet in ähnlicher Weise.
Die Verbrennungsluft wird in dem Ver dichter 40 auf den Betriebsdruck der Anlage verdichtet und der Zyklonfeuerung 41 zu geführt. Die Verbrennung erfolgt hier bei einer Temperatur, die über dein Schmelz punkt der Asche liegt, so dass dieselbe flüssig abgezogen werden kann. Die verbleibende Flugasche, etwa 0,3 g/m Verbrennungsgas, wird reit den Verbrennungsgasen durch eine Leitung 60 in den ersten Behandlungsraum 42 geleitet. In dem Behandlungsraum 42 sind Filter 43 mit keramischen Einsätzen ange ordnet, die von dem aus dem zweiten Behand lungsraum 54 abgesonderten Wasser durch spült werden.
In diesen Filtern 43 können die Verbrennungsgase von der mitgeführten Flug asche restlos gesäubert und in der Temperatur so weit gesenkt werden, dass sie in dem an geschlossenen Krafterzeugungsprozess ver wendet werden können. Die Temperatur senkung der Verbrennungsgase wird so ge leitet, dass ein Teil der Feuergaswärme auf das W asser-Brennstoffgemisch 44 übertragen wird.
Das abströmende heisse Gasdampfgemisch wird bei dem gewählten Betriebsdruck von 36 Atm. in einer zweistufigen Turbine 45 ausgenutzt. Die Abgase aus der ersten Stufe dieser Turbine werden über einen Wärme austausches 46 geleitet, der von dem Gas- dampfgemiseh durchströmt wird. In diesem Wärmeaustauscher erfolgt eine weitere Sen- kang der Temperatur des in die erste Stufe der Turbine einströmenden Gasdampfge- misches auf die für die Turbine zulässige Temperatur von 650 , die dann in der ersten Expansionsstufe auf etwa 300 gesenkt wird.
Diese Abgase der ersten Stufe durchströmen den Wärmeaustauseher 46 mit einem Druck von etwa 6 Atm., werden bei der Durch- strömung des Wärmeaustausehers 46 wieder auf etwa 650 erhitzt und in der zweiten Expansionsstufe der Turbine 45 entspannt. Die restliche Wärme der Abase wird in dem Wärmeaustauscher 47 für die Vorwärmung der Verbrennungsluft ausgenutzt.
Der Brennstoff wird bei 48 durch die Pumpe 49 in den ersten Behandlungsrahm 42 geleitet und durch die umlaufende Welle 50 mit den Schaufeln 51 zur Austrittsstelle 52 gefördert. Durch den V erbindungskanal 53 gelangt das Wasser-Brennstoffgemisch in den zweiten Belandlungsraum 54, wird durch den Förderer 55 zur Austragsstelle 56 und nach erfolgter Entwässerung in der Presse 5 7 über den Trockner 58 in die Feuerung 41 geleitet. In dem ersten Behandlungsraum 42 wird das Wasser-Brennstoffgemisch zum Teil durch das aus dem zweiten Behandlungsraum abge sonderte heisse Wasser 59 erhitzt, das im Gegenstrom durch die einlaufende Brennstoff masse geführt und abekühlt über das Filter 60 in den Sammelraum 61 abgeleitet wird.
Das noch unter Druck stehende abgekühlte Wasser kann für die Fürderung oder den Ab bau der Brennstoffmassen benutzt werden. Das Wasser-Brennstoffgemisch steht in dem ersten Behandlungsraum unter dein Betriebs druck der Anlage voll beispielsweise 36 Atrn. In dein freien Raum des Behälters bildet sieb ein Gas-Dampfgemisch in einer Zusammen setzung, dass der Teildruck des Dampfes 9 Atm. und der Gasdruck 27 Atm. beträgt.
Das Wasser-Brennstoffgemisch wird, dem Teildruck des Dampfes entsprechend, eine Temperatur voll 175 annehmen, das ist eine Temperatur, bei der die kolloidartige Be- sehaffenheit des Brennstoffes zerstört wird Der zweite Behandlungsraum 54 steht durch den Kanal 53 mit dem ersten Behandlungs raum 42 in Verbindung, so dass der Gesamt- druck vors 36 Atni. sielt über (1a.;
Wasser auf das Wasser des zweiten Behandlungsraumes 54 überträgt. Dein Driiek entsprechend stei gert. siele dann die Temperatur des Wasser- Brennstoffgemisehes nach erfol-ter Ein- leitung des Inkohltuigsprozesses auf \?40 , da dieser Prozess exothei m verläuft.