DD142086A5

DD142086A5 - Verfahren zum trocknen von festem material

Info

Publication number: DD142086A5
Application number: DD79210942A
Authority: DD
Inventors: Owen E Potter
Original assignee: Univ Monash
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1979-02-09
Publication date: 1980-06-04
Also published as: FR2417067A1; DE2901723C2; CA1103445A; AU5150085A; AU4296978A; GB2014288B; US4295281A; DE2901723A1; GB2014288A; AU594315B2; AU1404683A; PL213290A1

Description

Verfahren zum Trocknen von festem Material A nw e nd un gs ge b i e t

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von festem Material, das verdampfbares Material enthält, zum Beispiel das Trocknen feinverteilten oder stückigen Materials, das Wasser enthält, oder die Entfernung von Lösungsmitteln aus feinverteiltem oder stückigem Material.

Die Kohleverbrennung zur Energieerzeugung wird durch den hohen Wassergehalt der Kohle nachteilig beeinflußt. Das ist vor allem bei Braunkohle der Pail, die häufig 2,02 kg Y/asser pro ein kg Trockenkohle enthält und daher besondere Verbrennungsschwierigkeiten bereitet» Die Leistungsfähigkeit eines Kessels kann durch Verbrennen von Trockenkohle anstelle von Rohkohle erheblich gesteigert werden.

Die Erfindung kann allgemein dort Anwendung'finden, wo ein verdämpfbares Material aus einem festen Material entfernt werden soll, beispielsweise zum Trocknen von bituminöser Kohle, Eisenerz und anderen Mineralien und für die Entfernung von Lösungsmitteln aus feinverteilten Katalysatorstoffen« die für industrielle Prozesse eingesetzt werden» Ba das Fluidislermedium das verdampfbare Material, in diesem Pail das Lösungsmittel ist, wird das

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lösungsmittel nicht durch andere Fluidisiergase ver-un- - reinigt und kann ohne weiteres für die weitere Verwendung zurückgeleitet werden. '

Die Erfindung ist gleichfalls für Prozesse anv/endbar, bei denen die Braunkohle nicht zur Energieerzeugung, sondern für andere Zwecke, wie z. B. der Hydrierung zur Umwandlung in flüssige Brennstoffe eingesetzt wird. Im letzteren Pail könnte der von der Y/irbelschicht gewonnene Dampf wieder surückgeleitet und als Wasserstoffquelle für den Hydrierungsprozeß verwendet werden, da.er nicht durch Luft oder andere Gase verunreinigt ist, was ein Zurückleiten unwirtschaftlich machen würde. .

Von der Erfindung wird ebenfalls die Nutzung des bei der Trocknung entstehenden Dampfes für weiteres Erhitzen, Trocknen und Energieerzeugen erfaßt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist das Trocknen von Braunkohle vor dem Verbrennen unter Verwendung heißer Verbrennungsgase oder von Luft, die durch Dampf oder heiße Gase erhitzt worden ist, indem die Gase über oder durch die in feinverteilter Form vorliegende Braunkohle geleitet oder geblasen werden. Dieses Trocknungsverfahren bietet aber.gegenüber dem Verbrennen von Rohkohle keine Vorteile, da der ausgetriebene Dampf mit Gas vermischt wird» Das Gas/Dampf-Gemisch wird einfach in die Atmosphäre abgeblasen und sein Energiegehalt geht verloren, weil es sich wirtschaftlich nicht lohnt, die Rückgewinnung oder Verwendung der Energie zu

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versuchen* Außerdem ist diese Art der Trocknung gefährlich.

In der US-PS 3.800.427 wird ein Trockenverfahren für Kohle beschrieben, bei dem die Kohleteilchen in eine Trockenkammer geleitet werden, in der die Kohleteilchen in einer Wirbelschicht suspendiert werden,-während sie · in einer Dampfatmosphäre getrocknet v/erden, deren Temperatur so gering ist, daß kein Sauerstoff freigesetzt wird, aber andererseits so hoch ist, daß Schwefel aus den Kohleteilchen extrahiert wird. Die Temperatur der Atmosphäre in der Wirbelschicht, in der das Trocknen-der Kohle erfolgt, wird durch Heizschlangen reguliert, die mit den in der Wirbelschicht suspendierten Kohleteilchen in Berührung stehen, so daß weitere Trocknung durch den direkten Kontakt der Kohleteilchen mit den Heizschlangen stattfindet. Aus dem Trockner abgeleitetes Gas wird zum Kondensieren des darin enthaltenen Wassers und zum Extrahieren; des darin enthaltenen Schwefels behandelt. Äußerndem werden zur weiteren Extraktion von Schwefel aus der in der Wirbelschicht vorhandenen Atmosphäre Pellets von Calciumoxid und/oder Magnesiumoxid zusammen mit Kohleteilchen in die Wirbelschicht gebracht, wobei diese Pellets ebenfalls anschließend zur Extraktion des darin enthaltenen Schwefels behandelt werden, z. Bo durch Rösten.

Bei der in der US-PS 3·800*427 beschriebenen Methode wird Dampf in einem mit Speiseflüssigkeitswasser und Dampf von der Heizeinrichtung guspeisten Wärmeaustauscher mit

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Hilfe der aus dein Löschgas des-Koksofens abgezogenen Wärme erzeugt. Der auf diese Weise erzeugte Dampf wird teilweise in eine Luftkammer am Boden der Wirbelschicht und teilweise zu den Heizschlangen geleitet» Der in den Schlangen befindliche Dampf wird überhitzt, wofür die Tatsache, daß in die Schlangen gelangender Dampf eine Temperatur von 250 bis 450 ⁰C hat und daß es sich auch um Dampf handelt, der zurück zum Einlaßrohr strömt, ein Beweis ist. Das bedeutet, daß der Dampf nicht innerhalb der Schlangen kondensiert· Infolgedessen ist ein sehr geringer Y/ärmeübergangskoeffizient zwischen den Schlangen und den Kohleteilchen in der Wirbelschicht vorhanden.

In der US-PS 3*654«705 wird eine Methode und Anlage zum Trocknen eines Aufgabestromes mit einem hohen Flüssigkeitsgehalt, z. B. organischer Abfälle, die 95 % Wasser oder mehr enthalten, beschrieben. Bei dieser Erfindung sind zahlreiche Rohrleitungen in eine Wirbelschicht' fester Teilchen versenkt· In die Wirbelschicht der festen Teilchen wird-der Aufgabestrom geleitet, und eine Heizflüssigkeit fließt durch die Rohrleitungen und gibt Wärme für die Verdampfung von in dem Aufgabestrom enthaltenen flüchtigen Stoffen ab· Feste Teilchen von getrocknetem Aufgabematerial und flüchtige Stoffe werden zusammen aus einem oberen Bereich der Anlage entfernt. Anschließend werden die flüchtigen Stoffe und die getrockneten Aufgabefeststoffe voneinander getrennt» Ein Teil der flüchtigen Stoffe wird wieder in eine unter der Wirbelschicht befindliche Luftkammer zurückgeführt und der Rest der fluch-

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tigen Stoffe wird verdichtet, auf seine Sättigungstemperatur abgekühlt und durch die Heizrohre zurückgeleitet· Der Kompressionsgrad ist sehr gering, er liegt etwa in der Größenordnung von 2 kp/cm absolut, wodurch ein sehr geringer Temperaturgradient zwischen den Heizrohren und der Wirbelschicht entsteht. Ein so geringer Temperaturgradient ist für das Trocknen von Stoffen mit weniger als 95 % Wasser nicht besonders geeignet, das heißt, das Trockengefäß müßte übermäßig groß sein. Außerdem würden feste Feinteilchen Überkopf und nicht aus der verdichteten Teilchenschicht entfernt. Außerdem handelt es sich in der US-PS 3.654.702 bei den Wirbelschichtteilchen um Kieselerde, Tonerde, Siliziumcarbid, Kalkstein, Glasperlen oder Keramikteilchen«. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Teilchen in einer Schicht von Teilchen getrocknet, die bereits getrocknet worden sind. Jedoch werden Stücke in einer Schicht von Material getrocknet, das mit einer Dichte gewählt wurde, bei.der die zu trocknenden Stücke nicht etwa so schwer sind, daß sie auf den Boden sinken oder so verhältnismäßig leicht sind, daß sie auf der Oberfläche schwimmen.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Trocknen von festen Materialien so auszubilden, daß eine wirtschaftliche Trocknung bei guter Energieausnutzung und hoher Arbeitssicherhsit raöglich ist«

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Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für das Trocknen eines festen Stoffes,.'der. weniger als 95 Mass.e-%, vorzugsweise weniger als 75 Masse-%, verdampfbares Material enthält, zur Verfügung zu stellen.

Merkmale der Erfindung

Das Verfahren zum Trocknen eines festen Materials, das weniger als 95 Masse-^ eines verdampfbaren Stoffes enthält ist gekennzeichnet dadurch, daß eine das feste Material enthaltende Wirbelschicht geschaffen wird, in der das Fluidisierungsmedium das verdampfbare Material in Dampfform ist, und daß die Wirbelschicht indirekt durch das verdampfbare Material in Form eines gesättigten Dampfes erhitzt wird, das zu trocknende feste Material in die Wirbelschicht transportiert wird und getrocknetes festes Material aus der Wirbelschicht entfernt wird, wobei der gesättigte Dampf Wärme an die Wirbelschicht überträgt und kondensiert, und verdampfbares Material von dem festen Material und anschließend aus der Wirbelschicht zur weiteren Verwendung entfernt wird.

Besondere Ausgestaltungen des Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, daß

- das feste Material weniger als 75 Masse-% verdampfbares Material enthält,

- die Wirbelschicht auf oder nahe luftdruck gehalten wird,

- der für die indirekte Erwärmung verwendete gesättigte

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Dampf einen im Bereich von etwa 4,92 bis 21,1 kp/cm absolut liegenden Druck aufweist und dabei die Temperaturdifferenz zwischen dem-für die indirekte Erwärmung verwendeten gesättigten Dampf und der Wirbelschicht • im Bereich von 25 bis 150 ⁰C liegt, vorzugsweise liegt die Temperaturdifferenz aber zwischen 40 und 110 ⁰C,

- das feste Material in feinverteilter Form vorliegt und das feste Material die Wirbelschicht bildet,

- das feste Material in stückiger Form vorliegt und die Wirbelschicht ein feinverteiltes Pluidisiermaterial. mit einer Dichte, die das 1,25 - bis 2,75-fache der Dichte des festen Materials beträgt, enthält,

- das feste Material Wasser als verdampfbares Material enthält,

- es sich bei dem festen Material um Braunkohle handelt.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß eine Wirbelschicht, eines feinverteilten Fluidislermsteriais mit einer Dichte, die das 1,25- bis 2,75-^fache der den festen Materials beiträgt, geschaffen wird, wobei das jpluidisiermedium das verdampfbare Material in Dampfform ist, das zu trocknende feste Material in -Stückform in die Wirbelschicht befördert wird, die Wirbelschicht indirekt erhitzt wird, um verdampf bares Material vom festen Material zu entfernen, getrocknetes feates Material aus der Wirbelschicht entfernt und verdarnpfbares Material auo dei' Wirbelschicht zur weiteren Verwendung entfernt wird* '

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Vorteilhaft hat sich in diesem Falle erwiesen, daß das getrocknete feste Material in Verbindung mit einem Teil des feinverteilten Fluidisiermaterials entfernt wird, das feste Material und das Fluidisiermaterial getrennt werden und das abgetrennte Fluidisiermaterial wieder in die Wirbelschicht zurückgeleitet wird·

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt das feste.Ma- · terial in feinverteilter oder stückiger Form vor» Wenn das feste Material feinverteilte Form aufweist, dann bildet es .vorzugsweise die Wirbelschicht, ohne daß irgendein anderes Wirbelschichtmaterial vorhanden ist. Liegt das feste Material in Form von Stücken vor, dann enthält die Wirbelschicht ein anderes Material, das fluidisiert ist, und das stückige Material wird in das andere fluidisierte Material eingebracht·

Bei der vorliegenden Erfindung kann das indirekte Erhitzen der Wirbelschicht durch die in der Schicht befindlichen Heizmäntel oder Heizrohre erfolgen. Die Rohre können horizontal oder vertikal oder in einer beliebigen Lage geführt werden. Die Vorrichtung zur indirekten Erwärmung kann mit Hilfe beliebiger Mittel wie Elektrizität, heiße · Gase oder Dampf, der aus der. Wirbelschicht gewonnen werden kann und zurückgeleitet wurde, erhitzt werden. Das Wirbelschichtverfahren kann bei einer Temperatur betrieben werden, bei der der enthaltene Dampf überhitzt wird, obwohl das natürlich von dem zu trocknenden Material abhängig ist. Beispielsweise kann das Überhitzen von Dampf beim Trocknen von Braunkohle nur erreicht werden, wenn

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die Kohle so trocken ist, daß sie weniger Druck ausübt' als der' Dampfdruck des Wassers beträgt. Die obere Temperaturgrenze wird durch die Zersetzungstemperatur des festen Materials oder durch die Bereitstellung von Heizmedium für das indirekte Erhitzen bestimmt« Das Wirbelschichtverfahren kann unter Druckbedingungen oder unter Vakuum betrieben werden, aus wirtschaftlichen Gründen wird aber der Betrieb bei oder nahe atmosphärischem Druck bevorzugt»

Die Erfindung wird anschließend unter besonderer Bezugnahme auf das Trocknen von Braunkohle im Rahmen eines Kraftwerkes beschrieben, in dem die Braunkohle das brennbare Material darstellt, das zur Erzeugung von Wärme verbrannt wird, die zur Umwandlung von Wasser in Dampf eingesetzt wird und der Dampf zum Antreiben der Turbinen für die Elektrizitätserzeugung benutzt wird·

?/ie oben erwähnt, enthält Braunkohle im abgebauten Zustand bis zu 2,02 kg Wasser je ein kg trockenes Material« Somit sind die Transport- und Behandlungskosten für Rohbraunkohle auf einer verfügbaren Energiebasis hoch, so daß es allgemein üblich ist, auf Braunkohlenbasis arbeitende Kraftwerke bei oder nahe den Kohlevorkommen zu errichten. Die Kohle wird dann in ihrem Rohzustand verbrannt, wodurch eine Reihe großer ITachteile geschaffen wird* Etwa 20 % des Nettoheizwertes der Braunkohle werden zum Ver~ dampfen des in der Kohle enthaltenen V/assers..verbraucht* Die Energie geht als durch das System strömender und den Schornstein unkondensiert verlassender Wasserdampf verloren·

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Dadurch entsteht eine Erhöhung des Abgasvolumens um 25 #j und daher sind natürlich auch die Abmessungen und die Kosten der meisten Anlagen, durch die das Abgas hindurchgeht, entsprechend größer<> Außerdem wird die Flammentemperatur durch die großen Mengen Wasserdampf, die in den Verbrennungsprodukten der Braunkohle vorhanden sind, erheblich verringert. Das führt zu einer Verminderung der Übertragung von Strahlungswärme, so daß die Fläche der Strahlungsrohre verdoppelt werden muß* Zur Unterbringung der zusätzlichen Rohre ist daher ein Kessel mit viel größeren Ausmaßen und zu erheblichen Mehrkosten erforderlich* Ζγ/ei weitere ungelöste Probleme, die sich durch die Verwendung von Rohbraunkohle in Kesseln ergeben, sind Schwierigkeiten bei der Brennstoffentzündung und der Aufrechterhaltung der Flammenstabilität·

Praktisch besteht ein Energieerzeugungssystem aus einem Kessel, in dem brennbares Material wie Braunkohle zur Erzeugung von Wärmeenergie verbrannt wird und die Wärme« energie zur Umwandlung von Wasser zu Dampf unter Druck verwendet wird_o

Der Dampf wird durch eine erste Hochdruckturbine geleitet, in der Elektroenergie erzeugt wird und der Dampf einer Druckminderung unterzogen wirdo \

Um den vollen Energiegehalt des Dampfes zu nutzen, wird er gewöhnlich danach durch eine oder mehrere anschließende Turbinen mit stufenweise niedrigeren Drücken geleitet,' und an jeder Stufe wird weitere Elektroenergie erzeugt, bis der Druck des Dampfes nahezu Unterdruck ist« Nach der

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ersten Hochdruckturbinenstufe kann der Dampf wieder erhitzt werden, indem er durch den Kessel geleitet wird, in dem er wieder etwas von seiner Temperatur zurückgewinnt·

In einem Energieerzeugungssystem unter Anwendung der Erfindung kann ein Teil des aus der HÖchdruckturbine kommenden Dampfes unter Druck, vor dem erneuten Erwärmen, zu den Heisrohren in der Wirbelschicht geleitet v/erden, um dadurch Wärme an die die 'Wirbelschicht bildende feinverteilte Rohbraunkohle zu übertragen. Der aus dem Hochdruckturbinenauslaß stammende Dampf wird vorzugsweise durch Kondensateinspritzung vor dem Einleiten in die Heizrohre der Wirbelschicht entüberhitzt. Der gesättigte Dampf wird den Trocknerrohren mit einem zwischen Luftdruck und 225,04 kp/cm absolut liegenden Druck zugeführt. Ein höherer Druck führt zu einer größeren Temperaturdifferenz zwischen den Rohren und der Wirbelschicht.·Wenn die Schicht bei oder nahe Luftdruck betrieben wird, dann empfiehlt es sich, gesättigten Dampf mit einem im Bereich

von etwa 4,92 bis 21,1 kp/cm absolut liegenden Druck in die Trocknerrohre zu leiten. Durch' diese Methode ist eine große Temperaturdifferenz zwischen der Heizfläche und der Wirbelschicht gewährleistet, wodurch die erforderliche Wärme ab er gangs f lache in der Y/irbelschicht reduziert wird« Das von den Trocknerrohren stammende Kondensat kann in den Dampferzeugungsayklus des Energieerzeugungssystems zurlickgeleitet werden» Die Temperaturdifferenz im Bereich der Heisrohre kann·zwischen 160 C ( zum Beispiel bei einer Rohrtemperatur von 270 ⁰C, bei der

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Braunkohle flüchtige Stoffe abgibt, und einer Schicht-'

ο temperatur von 110 C) und einem niedrigeren Wert je nach den Eigenschaften des feinverteilten Materials liegen. Die Temperaturdifferenz liegt vorzugsweise zwi-· sehen 25 und 150 ⁰C, noch besser zwischen 40 und 110 ⁰C. Bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 40 Masse-% übt Rohbraunkohle den Dampfdruck von flüssigem Wasser aus, und die Schicht kann bei Luftdruck auf 105 ⁰C gehalten werden» so daß das Trocknen weitergeht. Unter diesem Feuchtigkeitsgehalt sind höhere Schichttemperaturen wie 110 bis 120 ⁰C bei Luftdruck erforderlich.

Durch die indirekte Beheizung der Wirbelschicht wird Dampf aus der Rohbraunkohle gewöhnlich bei einem relativ niedrigen Druck, praktisch weniger als 0,7 kp/cm absolut oder selbst bei Luftdruck ausgetrieben, obwohl der·Dampf auch bei hohem Drück oder unter Vakuum ausgetrieben werden könnte. Vorausgesetzt, daß die Verv/eildauer der Kohle in der Schicht ausreichend lange ist, dann kann der Hauptteil des darin enthaltenen Wassers, wie 90 % oder etwa 100 %_t wenn die Schicht für das betreffende · zu trocknende feinverteilte Material ausreichend überhitzt wurde, auf diese Weise ausgetrieben v/erden. Wenn die Kohle anfangs einen Wassergehalt von 6S % hat, kann durch einen 90 %igen Wasserentzug der "Wassergehalt auf 16 % reduziert werden*

Der ausgetriebene Dampf wird teilweise oder gänzlich als Pluidisiermedium für die Wirbelschicht verwendet, und . es braucht keine Luft in die Wirbeischicht' eingeblasen zu werden. Jedoch nimmt die Menge des erzeugten Dampfes

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vom Boden zur Oberseite der Schicht hin zu, so daß möglicherweise' nicht genügend von der Kohle erzeugter Dampf in den unteren Bereichen der Wirbelschicht vorhanden ist. Daher wird vorzugsweise etwas Trägerdampf, etwa ein Zusatz von 20 % in bezug auf den Trocknerdampfausstoß, in den Boden der Schicht mit Hilfe von Gebläsen wie einem Ventilator eingeblasen. Der Trägerdampf könnte vom Auslaß einer Niederdruckturbine stammen. Die Gewinnung des ' Trägerdampfes in dieser Form hätte nur eine minimale Wirkung auf die Leistungsfähigkeit. Andererseits könnte die Schicht mit einer Kontraktions- und Expansionsmembrane versehen werden, die pulsieren und dadurch die Fluidisierung der unteren Bereiche der Schicht unterstützen würde. Als Trägerdampf kann auch Produktdampf dienen, dessen Druck so weit erhöht wurde, daß er mit Hilfe eines Gebläses durch die Verteilerplatte und die Wirbelschicht sowie Zyklone geblasen wird» ·

In den Fällen, in denen Trägerdampf erforderlich ist, kann der Bedarf daran durch die Konstruktion des Trockners in Form eines umgekehrten Dreiecks oder in solchen anderen Formen, durch die der Waagerechtquerschnitt von oben nach unten verringert wird, reduziert v/erden» In diesem Fall ist die Querschnittsfläche oben in der Schicht größer als die am Boden* damit der Einsatz von Trägerdampf weitgehend verringert oder ausgeschlossen wird. Diese Konstruktion bietet außerdem den Vorteil einer größeren möglichen Schichttiefe»

Wenn gesättigter oder nur leicht übersättigter Dampf in die Wirbelschicht geleitet wird, könnte die Kondensation

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Schwierigkeiten führen. Durch Kondensation könnten sich Peststoffe zusammenballen oder an verschiedenen Stellen an der Anlage haften bleiben, so daß sich Schwierigkeiten beim Betrieb ergeben. Diese Schwierigkeit kann dadurch ausgeschaltet werden, daß die Wandungen der Anlage, die mit dem festen Material in Berührung kommen, mit Heizstrangvorrichtungen wie Dampf- oder Gaskanälen oder elektrischen Heizelementen ausgestattet werden, wodurch es möglich wird, daß die Wandungen eine über dem Kondensationspunkt liegende Temperatur aufweisen· Die Oberseite der HeiζStrangvorrichtung ist zur Verringerung von Wärmeverlust vorzugsweise isoliert·

In den Pällen, in denen das Pluidisiermedium ein Lösungsmittel ist, ist das Trägermittel gleichfalls das Lösungsmittel, und es empfiehlt sich, ein Lösungsmittel mit einem im Bereich von 37,78 bis 148,89 ⁰C liegenden Siedepunkt zu wählen·

Der von dem Trockner erzeugte Dampf ist von minderer Qualität, aber seine latente Wärme steht an verschiedenen Stellen des Energieerzeugungssystems zur Verfügung. Beispielsweise kann ein von einem Kessel gespeister Vor~ erwärmer, der bei herkömmlichen Systemen mit Turbinenanzapfdampf gespeist wird, durch einen ersetzt werden, für den Dampf vom Trockner verwendet wird. Außerdem kann der gesamte oder ein Teil des.Trocknerdampfes in einen Dampferzeuger geleitet werden, in dem reiner Dampf erzeugt wird, der dann in eine Hiederdruckturbine zur Erzeugung weiterer Elektroenergie eingespeist werden kann. Andererseits könnte der Trocknerdampf für das Vorwärmen

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von Luft verwendet werden. Der verunreinigte Dampf wird -vorzugsweise durch ein Zyklonsystem geleitet, um die Hauptmasse der mitgeführten Teilchen zu entfernen, die vorzugsweise wieder zurück in die Wirbelschicht geleitet werden*

Die Anwendung der.erfindungsgemäßen Trockenmethode in einem Energieerzeugungssystem verringert den Brennstoffbedarf zur Erzeugung jeder Energieeinheit und ermöglicht die Anwendung von Kesseln mit erheblich reduzierter Größe«

Der in den Dampferzeugern kondensierte Trocknerdampf •kann zur Entfernung von Kohlefeinteilchen filtriert werden, so daß ein sauberes Wasserprodukt zurückbleibt,-das nur durch Kohleteilchen verunreinigt werden kann, die dem Filter entkommen. Dieses Y/asserprodukt ist für weitere Anwendungszwecke geeignet, sum Beispiel als Zusatz für örtliche Gewässer, für den Hausgebrauch, für die städtische Wasserversorgung oder als Kesselspeise~ wasser. Die filtrierte !Steinkohle wird in den Trockner, wenn vorhanden, in ganz erheblichen Mengen zurückbefördert,

Gemäß der Erfindung wird die Kohbraunkohle vor dem Trocknen zerkleinert, gewöhnlich auf 2 ein oder weniger. Die Braunkohle wird vorzugsweise auf 40/tun bis 1000/um zerkleinert* Auf 500 um oder weniger zerkleinerte Braunkohle wird unweigerlich etwas Peinkohle enthalten* Durch die Anwesenheit von Peinkohle kann die Pluidität der Wirbelschicht verbessert werden, aber es können sich auch

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Schwierigkeiten durch entweichende feinkohle ergeben, die ihr Einfangen mit Hilfe von Zyklonen erforderlich inachen. Auch die Verteilung der Teilchengrößen könnte zu einer gewissen Segregation führen, bei der sich größere Teilchen auf dem Boden der Schicht vor ihrer ausreichenden Erwärmung absetzen. Daher hat man bei einigen Kohlesorten eine Zerkleinerung ins Auge gefaßt, durch die die Größe der größten Teilchen-auf 250 bis 300/um verringert wird. Vorzugsweise sollten nicht mehr als 20 % der eingesetzten Rohkohle in Form von Teilchen mit einer unter 40yum liegenden Größe vorliegen·

Wie oben erwähnt, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für das Trocknen von stückigem Material mit einem Größenbereich von etwa 0,3 bis 10 cm, z. B. 2 cm. In diesem Fall wird das zu trocknende Material in einem dichteren Material fluidisiert. Beispielsweise kann Braunkohle in Silikasand unter Bedingungen fluidisiert werden, bei denen das zu trocknende Material frei schweben und sich in dem fluidisierten Material herumbewegen kann. Die Dichte des fluidisierten Materials ist bis zu einem gewissen Grade von der Dichte des stückigen Materials abhängig.

Man wird feststellen, daß eine Überschneidung bei den Größen von feinverteiltem und-stückigem Material vorhanden ist. Im Größenbereich von 0,3 bis 2 cm kann das feste Material als feinverteiltes oder als stückiges Material getrocknet werden.

Die Dichte des fluidisierten Materials wird geringer als die Dichte des gleichen Materials vor der Fluidisierung sein«

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Beispielsweise kann die Dichte der Wirbelschicht nur etwa die Hälfte der Dichte des. zu fluidisierenden Materials betragen. In diesem Fall muß das zu fluidisierende Material eine Dichte haben, die das 1,25 bis 2,75-fache der Dichte dos stückigen Materials beträgt. Es ist günstig, wenn der Trockner in mehreren senkrechten Reihen angeordnete Heizrohre enthält. Die Reihen sind etwa so weit auseinander entfernt,, wie es für die Größe der zu trocknenden Stücke angemessen ist. Die Stücke müssen zwischen den Reihen hindurchgehen können, die aber auch ßo dicht sein müssen, daß das Trocknen möglich ist.

Das Gemisch aus zu trocknendem stückigem Material und fluidisiertem Material kann in Längsrichtung der Rohre von einem Ende zum anderen fließen. Das stückige Material wird fortlaufend beim Durchgang getrocknet. In diesem Fall erfolgt "Stopfentströmen" (plug-flow) des zu trocknenden Materials, und die getrockneten Stücke und das fluidisierte Material werden zusammen an einer Stelle in der Anlage abgezogen.

Andererseits kann stückiges Material kontinuierlich und ziemlich gleichmäßig in der gesamten"Wirbelschicht zugeführt werden· In diesem Pail ist der Strom ziemlich gut gemischt und getrocknete Stücke und Fluidisiermaterial können an mehreren Stellen abgezogen werden» Die Schicht kann eine zylindrische Perm haben, und in diesem Fall können die Heiarohre Schlangen sein»

Die erfindungsgemäße Methode kann für Mehrzwecktrocknen und/oder mechanische Dampfawisehenverdichtung angewendet werden*

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem AusfUhrungsbeispie !näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Seitensahnittansicht eines erfindungsgemäßen Pilotanlagentrockners;

Fig. 2: ein Fließschema, das ein die Erfindung aufweisendes Energieerzeugungssystem zeigt;

Fig. 3: eine schematische perspektivische Ansicht einer Wirbelschichtanlage für das Trocknen von Stückkohle; und

Fig. 4s eine schematische Seitenansicht eines Trockners mit der Wirbelschicht von Fig. 3»

In Fig. 1 ist eine Wirbelschichtanlage 10°gezeigt, die aus einem Gehäuse 12 mit einer Beschickungsvorrichtung 14 für feinverteilte Braunkohle besteht. Die Kohle wird mit Hilfe eines Schneckenförderers 16 durch die Beschickungsvorrichtung 14 befördert. Die Kohle kommt aus einem Trichter 17 und wird mit Hilfe eines Schneckenförderers 18 an der Unterseite des Trichters 17 und eines Drehförderers 19 oben an der vertikalen Rohrleitung 20, die vom Trichter 17 zum Schneckenförderer 16 führt, zu dem Schneckenförderer 16 befördert.

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Kohle wird kontinuierlich aus. dem Gehäuse 12 mit einer der Beschickungsgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit mit Hilfe eines an der Unterseite der Wirbelschicht befindlichen Förderers 22 abgezogen.

In dem Gehäuse 12 befinden sich nahe dessen unterem Ende zahlreiche horizontal, parallel im Abstand verlaufende ' Rohre 24, die in der Pilotanlage elektrisch beheizt v/erden, die aber in der Praxis mit Dampf oder Heißgas beheist wurden, wie oben erläutert wurde. Die Rohre 24 haben einen Durchmesser von 1 Zoll bei einer 2-Zoll-Dreiecksteilung, aber jeder andere Durchmesser und passende Abstand können angewandt werden, 55« B* 2-Zoll-Rohre bei einer β-Zoll-Teilung, vor allem, wenn Trägerdampf verwendet wird.

Gesättigter Dampf wird durch einen Überhitzer 26 in die Unterseite des Gehäuses 12 und danach durch einen Verteiler 28 geführt.

In dem Gehäuse 12 erzeugter verunreinigter Dampf wird in einen Zyklon 30 geleitet, in dem der größte Teil der darin enthaltenen fein7erteilten Stoffe entfernt und durch eine Leitung 32 und eine RUckleitungsschnecke 34 in die Wirbelschicht .surüclctranaportisrt.wird« Der aus dem Zyklon 30 austretende Dampf wird in einen weiteren Zyklon 36 geleitet, in dem das restliche feinverteilte Material entfernt und durch eine leitung 40 in eine Sammelvorrichtung 38 gebracht wird* Der aus dem zweiten Zyklon 36 austretende Dampf wird in einem Kondensator™

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kühler 42 kondensiert. In der Zeichnung wird ein Pilotanlagenbetrieb dargestellt, der demonstriert, daß die Vorstellung von Trocknen durch Pluidisierung unter Anwendung indirekter Erhitzung und Einsatz von Dampf als Fluidisierungsmedium durchführbar ist, Diese Aufgabe wird durch die abgebildete Anlage gelöst, und daher wurde auch nicht versucht, den Dampf für die oben erläuterten Möglichkeiten wieder zu verwenden. Es ist natürlich klar, daß der Dampf,anstatt ihn lediglich in dem Kondensatorkühler 42 zu kondensieren, für"die weitere Energieerzeugung, für mechanische Dampfswischenverdichtung oder für Mehrzwecktrocknung verwendet werden könnte·

Die erhitzten Bereiche der in Pig. 1 gezeigten Anlage sind in einem Wärmeschutsmantel 44 untergebracht, dagegen würde in der eigentlichen Praxis .jedes Teil einzeln wärmeisoliert sein und möglichst mit Dampfstrangbeheizung im Inneren der Isolierung versehen sein, damit keine Kondensation an den Innenseiten des Trookengefäßes und der Bauteile erfolgen kann.

In der Praxis wird feinverteilte feuchte Braunkohle vom Trichter 17 mit_Hilfe des Schneckenförderers 18, des Drehförderers 19».über die Rohrleitung 20 zum Schneckenförderer 16 transportiert. Der Schneckenförderer 16 befördert die feuchte Kohle kontinuierlich in das Gehäuse 12. Gleichzeitig werden die Rohre 24 elektrisch beheizt, allerdings könnte für ihre Beheizung ebensogut Dampf oder heißes Gas verwendet werden, wie oben erläutert wurde» Durch den 'Wärmeübergang von den Rohren 24 zu.der feuchten Kohle wird Dampf aus der feuchten Kohle ausgetrieben, der

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die Teilchen fluidisiert, so daß die Wirbelschicht entsteht. Zur Unterstützung der Pluidisierung, vor allem in den unteren Bereichen der Schicht, wird, wie oben bereits erläutert wurde.*, etwas überhitzter Trägerdampf durch den Verteiler 28 eingespeist«

In der Schicht wird Dampf entwickelt, der zur Oberseite des Gehäuses 12 aufsteigt und von dort zu dem Zyklon 30 gelangt, wie oben erläutert wurde.

Gleichseitig wird getrocknete Kohle mit Hilfe des Förderers 22 vom Boden der Wirbelschicht abgezogen. Die Verweildauer der Kohle ist so eingerichtet, daß unter den angewandten Bedingungen eine vorgesehene Feuchtigkeitsmenge, zum Beispiel 90'% des gesamten Wassergehaltes, daraus entfernt wird· Eine typische Verweildauer liegt in der Größenordnung von 50 Minuten.

In dem Fließschema von Fig. 2 wird zunächst Dampf in einem Kessel 70 durch Verbrennen von Kohle erzeugte Der Dampf wird durch eine Hochdruckturbine 72 geleitet, in der elektrische Energie erzeugt wird und der Dampf einen Teil. seiner Energie verliert. Jedoch hat der die Kochdruckturbine verlassende Dampf iinner noch so viel Energie, daß er eine Mitteldruckturbine treiben kann. Der aus der Hochdruckturbins austretende Dampf, der nicht für irgendeinen Zweck wie die Speisewasssrerhitzung verwendet .wird,- wird zur erneuten Erwärmung in den Überhitzerabschnitt des Kessels 70 zurückgeführt^

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Au einer beliebigen Stelle in der Mitteldrückturbine 74, z« B· dem Ausgang, wird Dampf als Trockenmedium in einem erfindungsgemäßen Wirbelschichttrockner 76 verwendet· Dieser Dampf hat die Aufgabe, Wärmeübertragung an die Kohle in dem Wirbelschichttrockner 76 durch Strömen durch die darin befindlichen Eohre und Kondensieren in den Bohren herbeizuführen«) Außerdem wird an einer Stelle in der Mitteldruckturbine 74 mit einem Druck, der etwa 0,35 kp/cm absolut über dem im Wirbelschichttroclcner 76 herrschenden Druck liegt, entnommener Dampf als Trägerdampf verwendet, indem er durch einen Verteiler in dem Wirbelschiehttroelmer 76 geleitet wird«

Der vom Eroekner stammende verunreinigte Dampf wird in einen Dampferzeuger 78 geleitet, in dem sauberer Niederdruckdampf erzeugt wird« Der saubere Dampf kann zu einer Niederdruckturbine 80 zur weiteren Energieerzeugung geleitet "werden, und von dort aus geht er durch einen Kon— densatorkühler 82 und dann zu dem Dampferzeuger 78 zur erneuten Umwandlung in sauberen Dampf.

Alternativ wird der verunreinigte Dampf zu einem Speisewassererhitzer 84 zur Erzeugung erwärmten frischen sauberen Speisewassers geleitet werden« Das von dem Speisewassererhitzer 84 kommende Speisewasser kann zu einem weiteren Speisewassererhitzer 86 zur Erzeugung erhitzten Speisewassers für den Kessel 70 befördert v/erden_o Das aus dem Dampferzeuger 78 stammende verunreinigte Kondensat kann in einem Zyklon und/o'der einem Pilter zur Erzeugung von sauberem Wasser gereinigt werden«

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Außerdem kann das Kondensat aus den Trocknerrohren in den Speisewassererhitzer 86 zur.erneuten Erwärmung vor dem Einleiten in den Kessel 70 geleitet werden·

Lie aus dem Trockner 76 kommende getrocknete Kohle wird in den Kessel 70 befördert, wodurch erhebliche Vorteile erzielt werden, wi.e oben erläutert wurde.

In Fig. 3 und 4 der Zeichnungen' wird scheinatisch eine . Wirbelschichtanlage 100 mit einer Stückkohle-Beschickungseinrichtimg 102 gezeigt. Die Y/irbelschichtanlage 100 enthält zahlreiche vertikale Reihen 104 parallel verlaufender Heizrohre, die von einem Ende der Wirbelschichtanlage 100 bis zum anderen reichen. Die Abstände der Reihen sind 10,16 cm auseinander, damit sie für Stücke mit einer Größe von etwa 5 cm geeignet sind.

Die Wirbelschichtanlage 100 ist ebenfalls mit Einlaßvorrichtungen 106 für den Heisrohrdampf, Abzugvorrichtungen 108 für die Entfernung getrockneter Stückkohle und mit Sandrückführeinrichtungen 110 ausgestattet.

Wie aus Fig. 4 zu sehen ist, sind in der Wirbelschichtanlage 100 auch Einlaßvorrichtungen 112 für Trägerdampf vorhanden· Der in.Fig. 4 gezeigte Trockner enthält auch einen Separator 114 für Kohle und Sand« Der Separator 114 ist mit einer Auslaßeinrichtung 116 für getrocknete Kohle versehen und-ist durch eine Leitung 118 mit der Sandrückführeinrichtung 110 verbunden. Die Stückkohle-Beschickungseinrichtung 102 ist mit einen Trichter 120 ver-

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bunden·

Des weiteren ist die Wirbelschichtanlage 100 durch eine Leitung 124 mit einem Zyklon 122 verbunden, dessen Aufgabe die Entfernung von verunreinigtem Dampf aus der Wirbelschicht ist. Alle in dem verunreinigten Dampf enthaltenen Feststoffe werden in dem Zyklon 122 entfernt und durch Leitung 126 in die Wirbelschichtanlage 100 zurückbefördert. Der Dampf aus dem Zyklon 122 strömt zur weiteren Verwendung durch Leitung 128. f

In der Praxis wird Stückkohle aus.dem Trichter 120 durch die Kohlebeschickungsvorrichtung 102 in die Wirbelschicht · befördert, die fluidisierten Sand enthält. Der Sand und die Kohle bewegen sich zwischen den Reihen der Rohre 104 durch die Wirbelschicht. Gleichzeitig wird gesättigter Dampf von der Einlaßvorrichtung 106 durch die Rohre ge--. leitet. Der gesättigte Dampf kondensiert in den Rohren und überträgt seine latente Wärme an die Wirbelschicht, wodurch die Peuchtigkeit aus der Kohle entfernt wird. Etwas Dampf, möglichst überhitzter, wird auch durch die Trägerdampf-Einlaßvorrichtung 112 geleitet, damit auch die unteren Bereiche der Schicht fluidisiert werden.

Verunreinigter Dampf wird durch Leitung 124 abgezogen und wie oben beschrieben in dem Zyklon 122 behandelt. Sand und Kohle werden durch Abzugseinrichtung 108 entfernt und in den Separator 114 geleitet. Der Separator 114 kann, eine Siebeinrichtung oder eine Schlafeinrichtung oder irgend-

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eine andere für die Trennung von Stückkohle und Sand geeignete Einrichtung sein. Wenn, das getrocknete Material bröckelig ist, kann es günstig sein, nach dem Trockner oder an dessen Ende eine ruhige Wirbelschicht einzuführen, in der die leichteren Kohleteilchen zur Oberfläche schweben und entfernt werden, wodurch ein wirklich von Kohle freier Sand zurückbleibt, der als Fluidisiermaterial zurückgeführt werden kann.

Die Entfernung der Kohle aus dem Separator 114 erfolgt durch die 'Auslaßvorrichtung 116, während der Sand durch die Leitung 118 zur Sandrückführeinrichtung 110 befördert wird, von der aus er wieder in dem Wirbelschichtverfahren verwendet wird.

Claims

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Erfindungsanspruch __

1. Verfahren zum Trocknen eines festen Materials, das weniger.als 95 Masse-% eines verdampfbaren Stoffes enthält, gekennzeichnet dadurch, daß eine das feste Material enthaltende Wirbelschicht geschaffen wird, in der das Pluidisierungsmedium das verdampfbare Material in Dampfform ist, und daß die 'Wirbelschicht indirekt durch das verdainpfbare Material in Form eines gesättigten Dampfes erhitzt'wird, das zu trocknende feste Material in die Wirbelschicht transportiert wird und getrocknetes festes Material aus der Wirbelschicht entfernt wird,wobei der gesättigte Dampf Wärme an die Wirbelschicht überträgt und kondensiert, und verdampfbares Material von dem festen Material und. anschließend aus der fiirbelschicht zur weiteren Verwendung entfernt 7/ird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das feste Material weniger als 75 Masse-% verdampfbares Material enthält* °

Verfahren-nach Punkt 1 öder 2, gekennzeichnet dadurch, daß'die Wirbelschicht auf oder nahe Luftdruck gehalten wird·

Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß der für die indirekte Erwärmung verwendete.gesättigte Dampf einen im Bereich von etwa 4,92 bis 21,1 kp/cm absolut liegenden Druck aufweist·

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5· Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem für die indirekte Erwärmung verwendeten gesättigten Dampf und der Y/irbelschicht im Bereich von 25 bis 150. ⁰C liegt.
6. Verfahren nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperaturdifferenz zwischen 40 und 110 ⁰C beträgt·

7· Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß das feste Material in feinverteilter Porin vorliegt und daß das feste Material die Wirbelschicht bildet.
8. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis o, gekennzeichnet dadurch, daß das feste Material in stückiger Form vorliegt und die ?7irbelschicht ein feinverteiltes Pluidisiermaterial mit einer Dichte, die das 1,25- bis. 2,75-fache der Dichte des festen Materials beträgt, enthält·

9» Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß das feste Material Wasser als verdampfbares Material enthält.

1Oe Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem festen Material um Braunkohle handelt.
11. Verfahren nach Punkt 1 für das Trocknen eines festen Materials in Stückform, das weniger.als 95 Masse-% eines verdampfbaren Materials enthält, gekennzeichnet.. dadurch, daß eine Wirbelschicht eines feinverteilten

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Fluidisiermaterials mit einer Dichte, die das 1,25- bis 2,75-fache der des festen Materials beträgt, geschaffen wird, wobei das-Fluidisiermedium das ver- .'.. dampf bare Material in Dampf form ist, das zu trocknende feste Material in Stückform in die Wirbelschicht befördert wird, die Wirbelschicht indirekt erhitzt wird, um verdampf bares Material vom festen Material zu ent- fernen, getrocknetes festes Material axis der Wirbelschicht entfernt und verdampfbares Material aus der Wirbelschicht zur weiteren Verwendung entfernt wird.
12. Verfahren nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß das getrocknete feste Material in Verbindung mit einem .Teil des feinverteilten Fluidisiermaterials entfernt wird, das feste Material und das Fluidisiermaterial getrennt werden und das abgetrennte Fluidisiermaterial wieder in die Wirbelschicht zurückgeleitet wird.

HieraLJLSelten Zeichnungen