[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kohle-Wasser-Mischung
für die Verbrennung in einer Wirbelschichtfeuerung, insbesondere in einer druckaufgeladenen
Wirbelschichtfeuerung, gemäß dem Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1.
[0002] Aus dem Prospekt "Das Heizkraftwerk der RWTH Aachen", Janurar 1987, insbesondere
Innenseite des Deckblattes, Fig. 1a und S. 13, Fig. 1b ist ein solches Verfahren bekannt,
bei dem die Kohle unter Zugabe von Wasser und Kalk als schwefeleinbindendes Mittel
vorgemischt und in einem Mischer nachgemischt werden. Die so erstellte Mischung wird
über eine Dickstoffpumpe der Wirbelschichtfeuerung zugeführt. Die auf S. 4 angesprochene
Auslegungskohle mit einem Kornanteil von 22 Gew.-% < 1 mm konnte nicht immer angeliefert
werden.
[0003] Die Kohle ist im Anlieferungszustand eine gebrochene Rohkohle. Während der Vormischung
und der Nachmischung wird ein Feinkornanteil von der gebrochenen Rohkohle abgerieben.
Die hydraulische Förderbarkeit von Kohle-Wasser-Suspensionen ist insbesondere bei
mit Brennern gefeuerten Feuerungsanlagen bekannt. Die dort verwendeten Kohle-Wasser-Suspensionen
zeichnen sich durch einen sehr großen Anteil an feinen Kohlepartiken, ein relativ
kleines Maximalkorn von z.B. 2mm und einen großen Wasseranteil aus. Für die Belange
der Wirbelschichtfeuerungen sind die Korndurchmesser der für Brenner geeigneten Suspensionen
jedoch zu klein. Insbesondere bei Wirbelschichtfeuerungen sind wesentlich grobere
Körnungen erforderlich, um die Verweilzeit der Kohle im Feuerraum, den Ausbrand und
die Rauchgasemission optimieren zu können. Darüberhinaus mindert ein zu großer Wasseranteil
den Heizwert des Brennstoffes und damit den Wirkungsgrad der Feuerungsanlage.
[0004] Andererseits wird bei der hydraulischen Förderung der Kohle-Wasser-Mischung mit Pumpen,
insbesondere Dickstoffpumpen, über den Druck das Fördergut verdichtet, d.h. die Kornlücken
werden vermindert und das an die Feinanteile gebundene Wasser mit diesen an die Wandungen
der für die Förderung vorgesehenen Leitungen gedrückt. Diese Feinanteile bilden zusammen
mit Wasser einen Schmierfilm an den Gleitflächen. Es ist davon auszugehen, daß ohne
diesen Mechanismus eine Förderung durch die Rohrleitungen in den erforderlichen Längen
nicht durchführbar ist. Somit entstehen bei der hydraulischen Förderung von vorgebrochener
Rohkohle mit geringen Wasserzusätzen über Dickstoffpumpen, vorzugsweise Kolbenpumpen
und Rohrleitungen, erhebliche Schwierigkeiten. Es muß also davon ausgegangen werden,
daß der Wasseranspruch eines Haufwerkes aus Kohle zur Bildung eines mit Pumpen förderbaren
Gemisches von der Kornzusammensetzung bzw. von dem Lückenvolumen zwischen den Kohlekörnern
abhängig ist. Zumindest sind zur Bindung des für die Förderung notwendigen Wassers
in gezielter Weise mehlige Feinanteile im Kornspektrum notwendig. Es scheint weiterhin
so zu sein, daß ein gewisser Anteil mittelgroßer Körnungen von Vorteil ist, um das
Lückenvolumen in dem Haufwerk von vorn herein gering zu halten.
[0005] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von der angezogenen
Literaturstelle, ein Verfahren zur Herstellung einer Kohle-Wasser-Mischung anzugeben,
bei dem die hydraulische Förderung durch die Pumpen gewährleistet ist, ohne zugleich
den Wasseranteil in der Kohle-Wasser-Mischung zu groß werden zu lassen.
[0006] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der ersten Mischstufe die Mischung so erfolgt,
daß im wesentlichen allein in der ersten Mischstufe der für den hydraulischen Transport
erforderliche Feinanteil erzeugt wird, und die Viskosität der in der zweiten Mischstufe
vorhandenen Mischung erfaßt wird, und in Abhängigkeit von der gemessenen Viskosität
der Mischung in der zweiten Mischstufe zusätzlich Wasser zugesetzt wird und/oder der
Mischvorgang in der ersten Mischstufe zur Veränderung des Feinkornanteiles verändert
wird.
[0007] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also der Mischvorgang in der ersten Mischstufe
so betrieben, daß der der vorgebrochenen Kohle fehlende mehlige Anteil, der für den
hydraulischen Transport erforderlich ist, von der gebrochenen Kohle abgerieben wird.
[0008] Nach Überführung der Mischung aus der ersten Mischstufe in die zweite Mischstufe
wird deren Viskosität erfaßt. Weist die in der zweiten Mischstufe vorhandene Mischung
einen ausreichenden Feinkornanteil auf, so kann alleine durch Restwasserzugabe die
für die nachgeschaltete Pumpe notwendige Viskosität bzw. hydraulische Förderbarkeit
erreicht werden. Bei nicht ausreichendem Feinkornanteil muß der Mischvorgang in der
ersten Stufe derart verändert werden, daß dort eine Veränderung der Feinkornproduktion,
insbesondere eine Erhöhung der Feinkornproduktion erfolgt. Mit anderen Worten:
In der zweiten Mischstufe ist das bestimmende Merkmal nicht der Wassergehalt der in
ihr vorhandenen Kohle-Wasser-Mischung, sondern deren hydraulische Förderbarkeit oder
Viskosität. Ausgehend von einer in der ersten Mischstufe angestrebten und für die
hydraulische Förderung grundsätzlich geeigneten Körnungsverteilung, die durch den
Abriebeffekt der ersten Mischstufe eingestellt ist, wird also die für den Pumpvorgang
erforderliche Viskosität des Fördergutes über die unabhängige Wasserzugabe in der
zweiten Mischstufe geregelt.
[0009] Die Einstellung der Erzeugung des Feinkornanteiles in der ersten Mischstufe kann
durch die Verweilzeit der Kohle in dieser Mischstufe (Änderung der Drehzahl der Mischeinrichtungen
in dieser Stufe, Veränderungen des Wirkungsgrades der Mischeinrichtungen) und/oder
durch die Veränderung des Füllgrades der ersten Mischstufe erreicht werden. Selbstverständlich
kann auch die Durchlaufgeschwindigkeit bei konstanter Drehzahl des Antriebes alleine
durch die Verstellung der Mischeinrichtungen verändert werden. Wenn z.B. in der erstem
Mischstufe ein Zwei-Wellen-Rührarm-Mischer verwendet wird, kann durch die Verstellung
der Rührarme die Durchlaufgeschwindigkeit verändert werden. Eine Veränderung des Füllgrades
kann z.B. durch Verstellung eines Überlaufwehres erreicht werden. Mühlen kommen als
erste Mischstufe nicht in Frage, weil der darin produzierte Feinkornanteil zu hoch
ist. Bei Brechern kann das Zusatzwasser nicht während des Brechvorganges zugegeben
werden.
[0010] Auf einfache Weise kann die Viskosität der Mischung in der zweiten Mischstufe durch
fortlaufende Messung des Mischwiderstandes an den den Mischvorgang in der zweiten
Stufe bewirkenden Mischeinrichtungen erfaßt werden. Z.B. Kann die Viskosität aus dem
Rührwiderstand von Mischerwellen abgeleitet werde, der als Drehmoment registriert
wird.
[0011] Eine besonders wirtschaftliche Verfahrensführung wird erreicht, wenn die erste Mischstufe
diskontinuierlich betrieben und die zweite Mischstufe fortlaufend betrieben wird.
Durch den diskontinuierlichen Betrieb kann die Verweilzeit auf einfache Weise verändert
werden, während die zweite Mischstufe mit einem größeren Mischvolumen betrieben wird,
das bezogen auf die Feuerung zugleich als Ausgleichsvolumen dient.
[0012] Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Sie geht aus von einer Vorrichtung mit einem Kohlebunker, einer diesem
nachgeschalteten Dosiereinrichtung, einer ersten Mischvorrichtung mit einer in einem
ersten Mischbehälter angeordneten angetriebenen ersten Mischeinrichtung und einer
Wasserzufuhr und mit einer zweiten Mischvorrichtung mit einer in einem größeren zweiten
Mischbehälter angeordneten angetriebenen zweiten Mischeinrichtung.
[0013] Bei dieser ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Drehmoment des Antriebes der Mischeinrichtung
der zweiten Mischvorrichtung, die mit einer unabhängigen Wasserzufuhr versehen ist,
erfaßbar ist und der Antrieb der ersten Mischeinrichtung, deren Arbeitsstellung, der
Füllgrad des ersten Behälters und/oder die Wasserzufuhr in den ersten Behälter und/oder
die Wasserzufuhr zum zweiten Mischbehälter in Abhängigkeit von dem Drehmoment des
Antriebes der zweiten Mischeinrichtung veränderbar sind.
[0014] Der zweite Mischbehälter weist vorzugsweise eine Füllstandsanzeige, weiter bevorzugt
eine Min.-Max.-Anzeige auf, und ihm ist in vorteilhafter Weise eine Wägeeinrichtung
zugeordnet.
[0015] Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figur näher erläutert werden.
[0016] Über einen von einem Antrieb (1) angetriebenen Zuteiler (2) wird vorgebrochene Rohkohle
in einen Vormischer (3) eingebracht, der im wesentlichen aus einem Mischbehälter (3a)
und einer in diesem Behälter angeordneten Mischeinrichtung (3b) besteht. Die Mischeinrichtung
(3b) wird von einem Antrieb (4) angetrieben, und der Füllgrad des Mischbehälters (3a)
wird von einem durch einen Antrieb (5) verstellbaren und in der Figur nur schematisch
dargestellten Überlaufwehr (6) bestimmt. (In der Fig. ist der Vormischer als Ein-Wellen-Mischer
mit einer Welle (3b′) und daran befestigten Rührarmen (3b˝) dargestellt. Es können
auch andere Mischeinrichtungen zum Einsatz kommen, z.B. Zwei-Wellen-Mischer.)
[0017] Dem Mischbehälter kann über ein ansteuerbares Ventil (7) Wasser zugeführt werden.
Weiterhin kann über einen durch einen Antrieb (8) angetriebenen Zuteiler (9) ein schwefeleinbindendes
Additiv in den Vormischer eingebracht werden, wie z.B. Kalk, Kalkstein, Dolomit oder
dergleichen.
[0018] Auslaßseitig ist der Vormischer (3) mit einem Nachmischer (10) verbunden, der im
wesentlichen aus einem Mischbehälter (10a), dessen Volumen größer ist als das Behältervolumen
des Mischbehälters (3a), und einem Rührwerk (10b) besteht, das von einem Antrieb (11)
über eine Welle (12) angetrieben ist.
[0019] Der Welle (12) ist ein Drehmomentaufnehmer (13) zugeordnet, mit dem der Rührwiderstand
der Mischung in dem Mischbehälter (10a) erfaßt werden kann.
[0020] Dem Mischbehälter (10a) ist ein Füllstandsmesser (14) für die Erfassung einer minimalen
und maximalen Lage des Mischungspegelstandes im Behälter (10a) zugeordnet. Weiterhin
ist der Behälter (10a) über an sich bekannte Wägeeinrichtungen (15) am nicht gezeigten
Vorrichtungsrahmen abgestützt.
[0021] Dem Behälter (10a) kann über ein ansteuerbares Ventil (7′) Wasser zugeführt werden.
[0022] Aus dem Behälter (10a) wird über ein Dickstoffpumpe (16) fortlaufend eine Kohle-Wasser-Mischung
abgezogen und der Wirbelschichtfeuerungsanlage (17) zugeführt.
[0023] Die Antriebe (1), (8) und (4), sowie die Ventile (7) und (7′) und das Drehmomentmeßgerät
(13), das Füllstandsmeßgerät (14) und die Wägeeinrichtung (15) sind mit einer Steuer-
und Regeleinheit (18) verbunden, die weiterhin mit dem Verstellantrieb (5) des Überlaufwehres
(6) verbunden ist.
[0024] Bei Betrieb der Vorrichtung werden die Antriebe (1) und (8) der Zuteiler (2) bzw.
(9), sowie das Ventil (7) so angesteuert, daß in den Mischbehälter (3a) vorgebrochene
Kohle, Additiv und Wasser in vorgegebener Menge einströmt. Gleichzeitig wird der Antrieb
(4) erregt.
[0025] Die Parameter des Mischvorganges, wie Verweilzeit im Mischbehälter (3a), Drehzahl
des Antriebes (4), Füllgrad, sind so eingestellt, daß während des Mischvorganges der
gewünschte Abrieb an Feinkornanteil erfolgt. Nach vorgegebener Verweilzeit wird die
Mischung aus dem Mischbehälter (3a) in den Mischbehälter (10a) überführt. Es wird
davon ausgegangen, daß der Mischbehälter schon so weit gefüllt ist, daß der Pegel
der Mischung im zweiten Behälter sich zwischen den Min.- und Max.-Höhen befindet.
Die Min.-Höhe ist so gewählt, daß das Rührwerk (10b) stets in der Mischung eingetaucht
ist. Durch sein großes Volumen wirkt der Behälter (10a) als vergleichmäßigender Ausgleichsbehälter
für die jeweils aus dem Vormischer zugeführte fertige Charge.
[0026] Da das Rührwerk (10b) in die Mischung in dem Behälter (10a) eingetaucht ist, ist
das von dem Drehmomentaufnehmer (13) erfaßte Drehmoment ein Maß für die Viskosität
der Mischung. Entspricht die Viskosität einem vorgegebenen Wert, so öffnet das Steuer-
und Regelgerät nur noch das Zusatzwasserventil (7′) und läßt so viel Zusatzwasser
einströmen, daß die aus dem Behälter (10a) abgezogene Mischung die für den Pump- und
Fördervorgang durch die Pumpe (16) und die zur Wirbelschichtfeuerungsanlage (17) führende
Leitung oder Leitungen erforderliche Viskosität aufweist.
[0027] Bei nicht ausreichendem Feinkornanteil wird über die Wasserzugabe in sinnvoller Menge
in den Behälter (10a) die für die Pumpe und für die Rohrleitungen erforderliche Viskosität
bzw. hydraulische Förderbarkeit nicht erreicht, d.h. der Mischvorgang im Vormischer
(3) muß so verändert werden, daß dort die erforderliche Feinkornproduktion stattfindet.
Zu diesem Zwecke kann das Steuer- und Regelgerät die Verweilzeit der Vormischung im
Mischbehälter (3a) verändern. Da der Füllgrad auch ein die Feinkornproduktion beeinflussender
Parameter ist, kann dieser durch Anheben oder Absenken des Überlaufwehres (6) beeinflußt
werden. Auch sind Mischeinrichtungen denkbar, bei denen die Arbeitsstellung der Rührarme
(3b˝) veränderbar ist. Auch kann das Steuer- und Regelgerät (18) die Zugabe von Kohle
und davon abhängig die Zugabe von Additiv und die Zuleitung von Wasser über das Ventil
(7) steuern.
[0028] Die Wägeeinrichtung (15) dient dazu, um beim Vollfahren oder Leerfahren des Behälters
(10a) bei Inbetriebnahme oder Außerbetriebnahme der Feuerung eine Steuergröße zu haben,
da bei diesen Betriebszuständen das Rührwerk nicht mehr vollständig in die Mischung
im Behälter (10a) eingetaucht ist. Es wäre hier auch möglich, anstelle einer Wägeeinrichtung
ein zwischen 0 und Max. messendes Füllstandsmeßgerät vorzusehen. Diese Meßgröße dient
als Korrekturgröße für die Relation zwischen gemessenem Drehmoment und Wasserzugabe.
[0029] Zusammenfassend ist für die vorliegende Erfindung wichtig, daß die erforderliche
Feinkornproduktion im Vormischer (3) stattfindet, dessen Betriebs- und Konstruktionsparameter
entsprechend auszulegen sind. Z.B. wird der Antrieb (4) mit einer wesentlich höheren
Drehzahl arbeiten als der Antrieb (11).
[0030] Hierzu die nachfolgende Tabelle:
1. Verfahren zur Herstellung einer Kohle-Wasser-Mischung für die Verbrennung in einer
Wirbelschichtfeuerung, insbesondere in einer druckaufgeladenen Wirbelschichtfeuerung,
bei dem dosiert zugeführte gebrochene Rohkohle in einer ersten Stufe mit Wasser gegebenenfalls
unter dosiertem Zusatz eines schwefeleinbindenden Additives vorgemischt und die in
der ersten Stufe erhaltene Mischung in einer zweiten Mischstufe nachgemischt wird,
wobei während der Mischung Feinkornanteil von der gebrochenen Rohkohle abegerieben
wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Mischstufe die Mischung so erfolgt, daß im wesentlichen allein
in der ersten Mischstufe der für den hydraulischen Transport erforderliche Feinanteil
erzeugt wird, und die Viskosität der in der zweiten Mischstufe vorhandenen Mischung
erfaßt wird und in Abhängigkeit von der gemessenen Viskosität der Mischung in der
zweiten Mischstufe zusätzlich Wasser zugesetzt wird und/oder der Mischvorgang in der
ersten Mischstufe zur Veränderung des Feinkornanteiles verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Feinkornanteiles in der ersten Mischstufe durch die Verweilzeit
der Kohle in dieser Mischstufe und/oder durch die Veränderung des Füllgrades der ersten
Mischstufe erreicht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Mischung in der zweiten Mischstufe durch fortlaufende Messung
des Mischwiderstandes an den den Mischvorgang in der zweiten Stufe bewirkenden Mischeinrichtungen
erfaßt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mischstufe diskontinuierlich und die zweite Mischstufe fortlaufend
betrieben wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Kohlebunker, einer diesem
nachgeschalteten Dosiereinrichtung, einer ersten Mischvorrichtung mit einer in einem
ersten Mischbehälter angeordneten angetriebenen ersten Mischeinrichtung und einer
Wasserzufuhr und mit einer zweiten Mischvorrichtung mit einer in einem größeren zweiten
Mischbehälter angeordneten angetriebenen zweiten Mischeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment des Antriebes (11) der Mischeinrichtung (10b) der zweiten Mischvorrichtung
(10), die mit einer unabhängigen Wasserzufuhr (7′) versehen ist, erfaßbar ist und
der Antrieb (4) der ersten Mischeinrichtung (3b), deren Arbeitsstellung, der Füllgrad
des ersten Behälters (3a) und/oder die Wasserzufuhr (7) in den ersten Behälter (3a)
und/oder die Wasserzufuhr (7′) zum zweiten Mischbehälter (10a) in Abhängigkeit von
dem Drehmoment (13) des Antriebes (11) der zweiten Mischeinrichtung (10) veränderbar
sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Mischbehälter (10a) eine Füllstandsanzeige (14), bevorzugt eine Min.-Max.-Anzeige
aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Mischbehälter (10a) eine Wägeeinrichtung (15) zugeordnet ist.