EP0423859A1 - Verfahren zur Aufgabe von Kohle-Filterschlamm - Google Patents

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EP0423859A1
EP0423859A1 EP90202544A EP90202544A EP0423859A1 EP 0423859 A1 EP0423859 A1 EP 0423859A1 EP 90202544 A EP90202544 A EP 90202544A EP 90202544 A EP90202544 A EP 90202544A EP 0423859 A1 EP0423859 A1 EP 0423859A1
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EP
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filter sludge
fluidized bed
coal
sorbent
sludge
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Withdrawn
Application number
EP90202544A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Schuhmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEA Group AG
Original Assignee
Metallgesellschaft AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0423859A1 publication Critical patent/EP0423859A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/10—Treating solid fuels to improve their combustion by using additives

Definitions

  • the invention relates to a method for feeding coal filter sludge for combustion in a fluidized bed reactor and its application to the feeding of coal filter sludge into the circulating fluidized bed.
  • the fluidized bed in particular the circulating fluidized bed, is in turn suitable for the combustion of inferior fuels.
  • the prerequisite is that the fuel can be introduced into the swirl combustion chamber in a suitable form.
  • the task of carbon filter sludges presents considerable difficulties in that they occur in clods up to 0.25 m2 in size and approximately 30 mm thick with thixotropic and sticky properties and are therefore difficult to handle.
  • the object of the invention is to provide a method which does not have the known disadvantages, in particular the aforementioned disadvantages, and which allows carbon filter sludge to be introduced into a fluidized bed reactor in a simple, economical and reliable manner.
  • the object is achieved by designing the method of the type mentioned at the outset in accordance with the invention in such a way that carbon filter sludge is mixed with fine-grained sorbent for SO x and / or fine-grained moisture-absorbing material in such a way that 20 to 40% by weight of the added carbon filter sludge with a particle size of 5 to 30 mm are distributed in the mixture and the resulting free-flowing product gives up the fluidized bed reactor.
  • the mixing of carbon filter sludge with sorbent for SO x and / or moisture-absorbing material can be done in two separately working mixers.
  • 60 to 80% by weight of the carbon filter sludge can be premixed to produce a largely homogeneous mixture in a mixing system equipped with knives.
  • the filter sludge clumps are broken up by the knives, which rotate at about 1500 to 3000 rpm, and are distributed essentially uniformly.
  • the remaining 40 to 20% by weight of the carbon filter sludge are then incorporated in such a way that sludge particles of 5 to 30 mm remain.
  • This treatment process also requires mixers that can break up large chunks of filter sludge or clods of filter sludge.
  • the particle formed by the separation process from the filter sludge has to be coated with the sorbent and / or moisture-absorbing substance, so that a recombination of individual particles to larger filter sludge agglomerates is prevented.
  • Correctly dimensioning the treatment courses in time allows a largely homogeneous mixture to be achieved in the first stage and the required distribution with particle sizes of 5 to 30 mm in the second stage.
  • a horizontal cylindrical share or blade mixer with a horizontal axis is suitable for this purpose, which has an additional cutter head with a separate drive shaft.
  • the horizontal shaft should rotate at approximately 120 to 200 rpm, the drive shaft of the cutter head at approximately 1500 to 3000 rpm.
  • care must be taken to avoid overly extensive distribution or even homogeneous mixing of the entire coal filter sludge. A mixing time of around one minute can be sufficient.
  • Limestone, calcium hydroxide and / or calcium oxide are particularly suitable as sorbents for SO x . Since limestone splits off carbon dioxide at the prevailing combustion temperatures and changes into calcium oxide, a preferred embodiment of the invention provides for the carbon filter sludge to be mixed with limestone as a sorbent for SO x .
  • the moisture-absorbing substance can be of any type, provided that it has the property mentioned.
  • wood flour or coal dust are suitable.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention consists in mixing the carbon filter sludge with a fluidized bed pocket.
  • One advantage is, for example, that unconverted limestone or unconverted calcium oxide present in the fluidized bed pocket can be used for the sorption of SO x .
  • fluidized-bed bag with proportions of calcium oxide and / or as a sorbent for SO x calcium oxide is used as the moisture-absorbing substance, the water of the carbon filter sludge is bound not only mechanically but also by chemical reaction.
  • the components of the sorbent for SO x and / or moisture-absorbing material required for the production of the free-flowing product depend in particular on the type and, if applicable, the proportion of the sulfur content of the coal contained in the coal filter sludge. Almost exclusively moisture-absorbing material can be used to mix almost sulfur-free coal. As the sulfur content increases, the proportion of sorbent will generally increase.
  • the sorbent supply is to be dimensioned such that the sulfur content of the coal can be bound. When determining the required amount of sorbent, the proportion of unreacted lime present in the fluidized bed pocket, for example, must be taken into account.
  • sulfur oxide content of the flue gas is e.g. used for the extraction of sulfuric acid.
  • the proportion of coal filter sludge is based on the latter Total quantity in the finished product - within the range of 70 to 50 wt .-% when using fluid bed bag alone and from 30 to 50% by weight of limits formed using limestone alone.
  • a further preferred embodiment of the method according to the invention consists in using the amounts of sorbent and / or moisture-absorbing substance required for the production of the free-flowing product with a grain size of 50 to 300 ⁇ m, preferably with d p50 ⁇ 180 ⁇ m. With such a grain size, the ratio of particle surface to particle volume and the absorption capacity of moisture and of SO x formed during combustion are particularly favorable.
  • the free-flowing product produced by the process according to the invention is suitable for transport, for example on belts, and for storage in silos. It can be abandoned with the usual mechanical devices.
  • the heat losses of the incineration plant are reduced, particularly as a result of the water evaporation required. This means that the device dimensions can be reduced and the amount of flue gas generated is reduced by about 10 to 20% with the same output.
  • the free-flowing product obtained in accordance with the method according to the invention is suitable for combustion processes which are carried out in the so-called classic fluidized bed.
  • it is particularly advantageous as a feed material for combustion processes that take place in the circulating fluidized bed.
  • Such processes for combustion in the circulating fluidized bed are, for example, in DE-C-2 539 546 (corresponding to US-A-4 165 717) DE-C-2 624 302 (corresponding to US-A-4 111 158) EP-A-0 206 066 (corresponding to US-A-4 716 856) EP-A-0 281 165 (corresponding to US-A-4 817 563) described.

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  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Aufgabe von Kohle-Filterschlamm zwecks Verbrennung in einen Wirbelschichtreaktor vermischt man Kohle-Filterschlamm mit feinkörnigem Sorptionsmittel für SOx und/oder feinkörnigem Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff derart, daß 20 bis 40 Gew.-% des zugegebenen Kohle-Filterschlammes mit einer Teilchengröße von 5 bis 30 mm in der Mischung verteilt sind und gibt das resultierende freifließende Produkt dem Wirbelschichtreaktor auf. Vorzugsweise vermischt man Kohle-Filterschlamm mit Kalkstein als Sorptionsmittel für SOx und/oder Wirbelbettasche als Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff, jeweils mit einer Teilchengröße von 50 bis 300 µm. Das Verfahren ist mit besonderem Vorteil anwendbar auf die Aufgabe von Kohle-Filterschlamm in die Brennkammer einer zirkulierenden Wirbelschicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufgabe von Kohle-Filterschlamm zwecks Verbrennung in einen Wirbelschichtreaktor sowie dessen Anwendung auf die Aufgabe von Kohle-Filterschlamm in die zirkulierende Wirbelschicht.
  • Zur Verbesserung der Qualität von Kraftwerkskohle werden Aufbereitungsverfahren angewendet, die den Pyritgehalt und den Aschegehalt dieser Einsatzkohle reduzieren. Dabei entstehen Abfallprodukte, neben pyritreichen Bergen insbesondere ultrafeiner Kohle-Filterschlamm, dessen Wertstoffgehalt im Fall einer Deponie nicht genutzt wird. Die Deponie von Kohle-Filterschlamm bereitet darüber hinaus Probleme.
  • Für die Verbrennung minderwertiger Brennstoffe eignet sich wiederum die Wirbelschicht, insbesondere die zirkulierende Wirbelschicht. Voraussetzung ist allerdings, daß die Einbringung des Brennstoffes in die Wirbelbrennkammer in geeigneter Form gelingt. Die Aufgabe von Kohle-Filterschlämmen bereitet insofern erhebliche Schwierigkeiten, als sie in bis zu 0,25 m² großen, ca. 30 mm dicken Schollen mit thixotroper und klebriger Eigenschaft anfallen und demzufolge schwer handhabbar sind.
  • Mit dem Ziel, die Handhabung zu erleichtern, ist bereits vorgeschlagen worden, die Filterschlämme unter Zusatz von Wasser in einen pumpfähigen Brei zu überführen und in dieser Form der Verbrennungsvorrichtung, beispielsweise der Brennkammer eines Wirbelschichtreaktors, aufzugeben.
  • Die vorgenannte Verfahrensweise hat jedoch den großen Nachteil, daß ein beträchtlicher Teil des Heizwertes des Brennstoffes zur Verdampfung und Überhitzung des zuvor zugeführten Wassers aufgebracht werden muß. Bezogen auf die beabsichtigte nutzbar zu machende Wärmeleistung der Verbrennungsanlage ist infolge des hohen Energiebedarfs für die Wasserverdampfung eine erheblich höhere Menge an Kohle-Filterschlamm erforderlich als an sich notwendig wäre.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das die bekannten, insbesondere vorgenannten Nachteile nicht aufweist und die Aufgabe von Kohle-Filterschlamm in einen Wirbelschichtreaktor in einfacher, wirtschaftlicher sowie betriebssicherer Weise gestattet.
  • Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung in der Weise ausgestaltet wird, daß man Kohle-Filterschlamm mit feinkörnigem Sorptionsmittel für SOx und/oder feinkörnigem Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff derart vermischt, daß 20 bis 40 Gew.-% des zugegebenen Kohle-Filterschlammes mit einer Teilchengröße von 5 bis 30 mm in der Mischung verteilt sind und das resultierende freifließende Produkt dem Wirbelschichtreaktor aufgibt.
  • Die Vermischung von Kohle-Filterschlamm mit Sorptionsmittel für SOx und/oder Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff kann in zwei getrennt arbeitenden Mischern erfolgen. Beispielsweise können 60 bis 80 Gew.-% des Kohle-Filterschlammes zur Herstellung einer weitgehend homogenen Mischung in einer mit Messern ausgerüsteten Mischanlage vorvermischt werden. Hierbei werden die Filterschlammschollen durch die Messer, die mit etwa 1500 bis 3000 U/min rotieren, zerschlagen und im wesentlichen gleichmäßig verteilt. Anschließend Werden die verbleibenden 40 bis 20 Gew.-% des Kohle-Filterschlammes in der Weise eingearbeitet, daß Schlammteilchen von 5 bis 30 mm verbleiben. Auch bei diesem Behandlungsvorgang sind Mischer erforderlich, die grobe Filterschlammbrocken oder Filterschlammschollen zerteilen können. In beiden Mischstufen muß das durch den Zerteilvorgang aus der Filterschlammscholle gebildete Partikel mit dem Sorptionsmittel und/oder Feuchtigkeit aufnehmenden Stoff umhüllt werden, damit eine Rekombination einzelner Partikel zu größeren Filterschlammagglomeraten verhindert wird. Durch eine korrekte zeitliche Bemessung der Behandlungsgänge läßt sich in der ersten Stufe eine weitgehend homogene Mischung und in der zweiten Stufe die erforderliche Verteilung mit Teilchengrößen von 5 bis 30 mm erreichen.
  • Besonders zweckmäßig ist es, den Vorgang des Vermischens und Verteilens in einer Mischanlage vorzunehmen. Hierfür eignet sich beispielsweise ein liegender zylindrischer Flugschar- oder Schaufelmischer mit horizontaler Achse, der einen zusätzlichen Messerkopf mit separater Antriebswelle aufweist. Die horizontale Welle sollte mit etwa 120 bis 200 U/min, die Antriebswelle des Messerkopfes mit etwa 1500 bis 3000 U/min rotieren. Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist - wie im Falle der zweiten Stufe des zweistufigen Behandlungsverfahrens - darauf zu achten, daß eine zu weitgehende Verteilung oder gar homogene Vermischung des gesamten Kohle-Filterschlammes vermieden wird. Eine Mischdauer von etwa einer Minute kann durchaus ausreichend sein.
  • Als Sorptionsmittel für SOx sind insbesondere Kalkstein, Calciumhydroxid und/oder Calciumoxid geeignet. Da Kalkstein bei den herrschenden Verbrennungstemperaturen Kohlendioxid abspaltet und in Calciumoxid übergeht, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, den Kohle-Filterschlamm mit Kalkstein als Sorptionsmittel für SOx zu vermischen.
  • Der Feuchtigkeit aufnehmende Stoff kann beliebiger Art sein, sofern er die genannte Eigenschaft aufweist. Beispielsweise sind Holzmehl oder Kohlenstaub geeignet. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, den Kohle-Filterschlamm mit Wirbelbettasche zu vermischen. Ein Vorteil besteht beispielsweise darin, daß in der Wirbelbettasche vorhandener unumgesetzter Kalkstein oder unumgesetztes Calciumoxid zur Sorption von SOx genutzt werden kann.
  • Sofern als Feuchtigkeit aufnehmender Stoff Wirbelbettasche mit Anteilen an Calciumoxid und/oder als Sorptionsmittel für SOx Calciumoxid eingesetzt wird, erfolgt eine Bindung von Wasser des Kohle-Filterschlammes nicht nur mechanisch, sondern auch durch chemische Reaktion.
  • Die zur Herstellung des freifließenden Produktes erforderlichen Bestandteile Sorptionsmittel für SOx und/oder Feuchtigkeit aufnehmender Stoff richten sich hinsichtlich Art und ggf. Anteil insbesondere nach dem Schwefelgehalt der im Kohle-Filterschlamm enthaltenen Kohle. Zur Vermischung nahezu schwefelfreier Kohle kann praktisch ausschließlich Feuchtigkeit aufnehmender Stoff verwendet werden. Mit steigendem Schwefelgehalt wird in der Regel der Anteil an Sorptionsmittel steigen. Dabei ist das Sorptionsmittelangebot derart zu bemessen, daß der Schwefelgehalt der Kohle gebunden werden kann. Bei der Ermittlung der erforderlichen Sorptionsmittelmenge ist der Anteil beispielsweise des in der Wirbelbettasche vorhandenen unumgesetzten Kalkes zu berücksichtigen.
  • Für Kohlefilterschlämme mit relativ hohem Schwefelgehalt besteht auch die Möglichkeit, die Zugabe von Sorptionsmittel für Schwefeloxid zu unterlassen und nur Feuchtigkeit aufnehmenden Stoff, insbesondere schwefelhaltigen Kohlenstaub, zuzumischen. In diesem Fall wird der Schwefeloxidgehalt des Rauchgases z.B. zur Gewinnung von Schwefelsäure genutzt.
  • In der bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Wirbelbettasche als Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff und/oder Kalkstein als Sorptionsmittel und ausgehend von dem üblicherweise gegebenen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 30 bis 40 Gew.-% des Kohle-Filterschlammes, liegt der Anteil Kohle-Filterschlamm - bezogen auf dessen Gesamtmenge im fertigen Produkt - innerhalb der durch die Bereiche von 70 bis 50 Gew.-% bei alleiniger Verwendung von Wirbelbettasche und von 30 bis 50 Gew.-% bei alleiniger Verwendung von Kalkstein gebildeten Grenzen.
  • Die vorstehende Anteilsangabe bedeutet:
    • 1. Wird zur Herstellung des freifließenden Produktes ausschließlich Wirbelbettasche eingesetzt, ist der Anteil Wirbelbettasche 30 bis 50 Gew.-% und der Anteil Kohle-Filterschlamm 70 bis 50 Gew.-%.
    • 2. Wird ausschließlich Kalkstein eingesetzt, ist der Anteil Kalkstein 50 bis 70 Gew.-% und der Anteil Kohle-Filterschlamm 50 bis 30 Gew.-%.
    • 3. Wird beispielsweise Wirbelbettasche und Kalkstein im Gewichtsverhältnis 1:1 eingesetzt, ergibt sich ein Anteil Kohle-Filterschlamm in den Grenzen von 40 bis 60 Gew.-% und von Wirbelbettasche und Kalkstein in den Grenzen von 60 bis 40 Gew.-%.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die zur Herstellung des freifließenden Produktes erforderlichen Mengen Sorptionsmittel und/oder Feuchtigkeit aufnehmender Stoff mit einer Körnung von 50 bis 300 µm, vorzugsweise mit dp50 < 180 µm, einzusetzen. Bei einer derartigen Körnung ist das Verhältnis von Partikeloberfläche zu Partikelvolumen und das Aufnahmevermögen von Feuchtigkeit und von bei der Verbrennung intermediär gebildetem SOx besonders günstig.
  • Bei Verwendung von Wirbelbettasche ist es besonders vorteilhaft, die Grobfraktion der Wirbelbettasche abzutrennen und diese entsprechend aufzumahlen. Hierdurch werden gerade die in der gröberen Aschefraktion in reichlicherem Maße vorhandenen unumgesetzten Kalkanteile freigelegt und der Reaktion mit SOx zugänglich gemacht.
  • Neben der Beaufschlagung des Wirbelschichtreaktors mit dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten freifließenden Produkt kann zusätzlich anderes kohlenstoffhaltiges Material, insbesondere Kohle selbst, zugeführt werden. In diesem Fall sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, die zur Bindung des Schwefels, der im zusätzlichen Aufgabegut vorhanden ist, erforderliche Sorptionsmittelmenge bereits in das erzeugte freifließende Produkt einzubinden. Die vorgenannte Bemessungsregel bleibt hierbei unberührt. Eine separate Sorptionsmittelzufuhr zum Wirbelschichtreaktor kann dann unterbleiben.
  • Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte freifließende Produkt ist - im Unterschied zum Kohle-Filterschlamm selbst - zum Transport, beispielsweise auf Bändern, und zur Lagerung in Silos geeignet. Es kann mit den üblichen mechanischen Vorrichtungen aufgegeben werden. Gegenüber der Aufgabe von Kohle-Filterschlamm in Form eines pumpbaren Breies sind die Wärmeverluste der Verbrennungsanlage, insbesondere infolge der erforderlichen Wasserverdampfung, reduziert. Das bedeutet, daß bei gleicher Leistung die Apparateabmessungen verringert werden können und die erzeugte Rauchgasmenge um etwa 10 bis 20 % reduziert ist.
  • Bei ausreichender Bemessung der Menge von Sorptionsmittel können etwa 90 bis 98 % des bei der Verbrennung entstehenden SOx gebunden werden.
  • Das entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene freifließende Produkt ist für Verbrennungsprozesse, die in der sogenannten klassischen Wirbelschicht durchgeführt werden, geeignet. Von besonderem Vorteil ist es jedoch als Aufgabematerial für Verbrennungsprozesse, die in der zirkulierenden Wirbelschicht vorgenommen werden. Derartige Prozesse zur Verbrennung in der zirkulierenden Wirbelschicht sind beispielsweise in
    DE-C-2 539 546 (entsprechend US-A-4 165 717)
    DE-C-2 624 302 (entsprechend US-A-4 111 158)
    EP-A-0 206 066 (entsprechend US-A-4 716 856)
    EP-A-0 281 165 (entsprechend US-A-4 817 563)
    beschrieben.

Claims (7)

1. Verfahren zur Aufgabe von Kohle-Filterschlamm zwecks Verbrennung in einen Wirbelschichtreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß man Kohle-Filterschlamm mit feinkörnigem Sorptionsmittel für SOx und/oder feinkörnigem Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff derart vermischt, daß 20 bis 40 Gew.-% des zugegebenen Kohle-Filterschlammes mit einer Teilchengröße von 5 bis 30 mm in der Mischung verteilt sind und das resultierende freifließende Produkt dem Wirbelschichtreaktor aufgibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Kohle-Filterschlamm mit Kalkstein vermischt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Kohle-Filterschlamm mit Wirbelbettasche vermischt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die erforderliche Menge an Sorptionsmittel und/oder Feuchtigkeit aufnehmendem Stoff mit einer Teilchengröße von 50 bis 300 µm, vorzugsweise mit dp50 < 180 µm, einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die aufgemahlene Grobfraktion der Wirbelbettasche zur Vermischung mit dem Kohle-Filterschlamm einsetzt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man bei zusätzlicher Beaufschlagung des Wirbelschichtreaktors mit kohlenstoffhaltigem Material, insbesondere Kohle selbst, die zur Schwefelbindung erforderliche Sorptionsmittelmenge bereits in das erzeugte freifließende Produkt einbindet.
7. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 auf die Aufgabe von Kohle-Filterschlamm in die Brennkammer einer zirkulierenden Wirbelschicht.
EP90202544A 1989-10-06 1990-09-26 Verfahren zur Aufgabe von Kohle-Filterschlamm Withdrawn EP0423859A1 (de)

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