[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von feuchten,
explosiven Gas-Staub-Gemischen, insbesondere Kohlenstaub-Gemischen in Mahltrocknungsanlagen.
[0002] Bei Verfahren dieser Art, die hinreichend in der Hochofen-Technik und Kohlenkraftwerks-Technik
bekannt sind, und die nachstehend weitgehend beispielhaft anhand der Aufbereitung
feuchter Rohkohle zu Luft-Kohlenstaub-Gemischen beschrieben wird, verwendet man bisher
zunächst üblicherweise eine Rauchgasströmung. Die beim Mahlen von feuchter Rohkohle
eingesetzten Mühlen werden im Rahmen des Mahltrocknungsprozesses von Rauchgas und
speziell heißem Prozeßgas durchströmt. Aufgrund dieser Rauchgasströmung gelingt es,
einen Großteil der in der Rohkohle enthaltenen Feuchtigkeit zu verdampfen, wobei das
in die Mühle eingeblasene Rauchgas gleichzeitig als Transportmedium für das Kohlenstaub-Gemisch
durch die Rohrleitungen und die nachfolgenden Staubabscheider dient.
[0003] Da häufig unterschiedliche Kapazitäten beim Mahlprozeß in den Mühlen und bei der
letztlich erfolgenden Verbrennung des Kohlenstaub-Gemisches auftreten, wird der Kohlenstaub
anschließend an die Staubabscheider aus dem System Mahltrocknungsanlage ausgeschleust
und in Silos oder Vorratsbunkern zwischengelagert.
[0004] Um beim Transport des Kohlenstaub-Gemisches oder auch in der Phase der Zwischenlagerung
des Kohlenstaubes Kohlenstaubexplosionen, Verpuffungen oder dergleichen zu verhindern,
nutzt man hier bereits eine Bedüsung mit kaltem Inertgas aus, so daß die Bildung explosiver
Gemische vermieden wird.
[0005] Längere Transportwege des Kohlenstaub-Gemisches auch im Rahmen der Rauchgasströmung
sowie die Zuführung von kaltem Inertgas in nachgeschalteten Phasen wie z. B. der Zwischenlagerung,
führen jedoch dazu, daß die Temperatur des Staubgemisches bzw. des Staubes in einem
Silo unter die Taupunkttemperatur des Wasserdampfes absinken kann und somit eine Kondensation
der im Staubgemisch bzw. Staub enthaltenen Restfeuchte eintritt.
[0006] Diese Kondensation auch nur der Restfeuchte führt häufig zu einer Verklumpung des
Kohlenstaubes, was wiederum mit Schwierigkeiten bei der Austragung des Kohlenstaub-Gemisches
mittels der Gasströmung einhergeht. Es können sich auf diese Weise Ablagerungen in
den Rohrleitungen bilden und vor allen Dingen treten Verstopfungen von Injektionsdüsen
auf, über die das Kohlenstaub-Gemisch z. B. in die Brenner von Hochöfen geführt wird.
[0007] Speziell bei der Zwischenlagerung von Kohlenstaub in Vorratsbunkern ist eine derartige
Kondensation in den kühleren Bereich festzustellen, so daß auch eine Kopfbeheizung,
wie sie häufig durchgeführt wird, im oberen Bereich der Vorratsbunker hierfür kaum
Abhilfe schafft.
[0008] In der DE 35 45 828 A1 ist ein Verfahren bei einer inertgasbetriebenen Mahlanlage
beschrieben, bei der das Inertgas im Kreislauf geführt wird. Bei Kreislaufprozessen
besteht während eines Mahltrocknungsvorgangs die Gefahr, daß verdampfte Mahlgut-Feuchtigkeit
sich immer weiter anreichert und die Betriebstemperatur schließlich in die Gegend
der Taupunkt-Temperatur gerät. Bei Taupunkt-Unterschreitung würde Wasser ausfallen
und zusammen mit dem Kohlenstaub Schlamm bilden. Dies wird gemäß dieser Druckschrift
verhindert, indem man das Gas durch einen Kühler schickt, in dem die Feuchtigkeit
über einen Kondensationsvorgang entfernt wird. Bei einem Stillstand der Anlage besteht
jedoch die Gefahr, daß das sich absetzende Staubgemisch in den Bereich der Taupunkt-Temperatur
gelangt und die damit verbundenen Nachteile auftreten.
[0009] Die DE 37 34 359 beschreibt eine Kohlenmahlanlage mit einem Inertgas-Kreislauf. Auch
bei dieser Anlage besteht die Gefahr, daß sich der Kohlestaub bei einer Unterbrechung
des Prozesses in den Transporteinrichtungen oder Lagern absetzt und sich dort der
Bereich der Taupunkt-Temperatur mit den daraus resultierenden Nachteilen einstellt.
[0010] In der deutschen Zeitschrift "Zement-Kalk-Gips" (35. Jahrgang, Nr. 5, 1982, S. 230
bis 238) ist eine Kohlemahltrocknungsanlage in druckstoßfester Bauweise mit Druckentlastung
beschrieben. Hier wird ein heißes Prozeßgas zum Transport der Kohle verwendet. Diese
Druckschrift betrifft jedoch aufgrund der druckstoßfesten Auslegung eine Kohlemahlanlage
mit nicht-inerter Betriebsweise.
[0011] Unter Berücksichtigung dieser Probleme liegt daher der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine wirtschaftliche Vorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, mittels dem bei explosionskritischen Gas-Staub-Gemischen von Materialien
Verbesserungen für den nachfolgenden Fluidtransport und größtmögliche Wartungsfreiheit
der eingesetzten Anlagen erreicht werden kann.
[0012] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Einsatz eines vorgewärmten bzw. aufgeheizten
Inertgases auf eine höhere Temperatur als die Taupunkttemperatur der Restfeuchte des
Staubgemisches erreicht.
[0013] Während es bekannterweise üblich ist, für die Trocknung und den Transport eines feuchten
Staubgemisches ein heißes Prozeß- bzw. Anlagengas zu verwenden, z. B. ein Rauchgas,
das von Natur aus über der Taupunkttemperatur des feuchten Staubgemisches liegt, wird
erfindungsgemäß ein zusätzliches kaltes Fremd-Inertgas, z. B. aus einem Vorratsbehälter
verwendet, das erst über die Taupunkttemperatur des feuchten Staubgemisches aufgeheizt
wird, um so eine Trocknung des Staubgemisches sicherzustellen und ein Auskondensieren
von Feuchtigkeit zu vermeiden. Hierdurch kann in den Transportleitungen bzw. in Zwischenbehältern
ein Auskondensieren von Feuchtigkeit vermieden werden, selbst wenn die Anlage zur
Herstellung des heißen Prozeßgases ausfällt. Durch das Einführen des beheizten zusätzlichen
Fremd-Inertgases wird somit die Sicherheit einer derartigen Anlage wesentlich erhöht.
[0014] Mit dieser Lösung vermeidet man das ganz gravierende Problem einer Kondensation der
im Kohlenstaub vorhandenen Restfeuchtigkeit und damit letztlich ein Agglomerieren
der Staubpartikel. Zweckmäßigerweise wird die Aufheizung auf ca 30
o C über der Taupunkttemperatur durchgeführt, um sicher die Kondensation auszuschließen.
Als Intertgase können vorzugsweise Stickstoff-Gas (N₂) oder Kohlendioxid (CO₂) verwendet
werden. Insbesondere bei der Bedüsung von Kohlenstaub in Vorratsbunkern ist es vorteihaft,
hierfür CO₂-Gas zu verwenden, da dieses auch längs der inneren Außenwände des Vorratsbunkers
durch sein spezifisches Gewicht in die unteren Bereiche des Vorratsbunkers dringen
kann und somit auch dort ein Auskondensieren von Wasserdampf verhindert. Eine alternative
oder ergänzende Möglichkeit zur besseren Fluidisierung des Kohlenstaubes ist mittels
Begasungskissen oder -kästen oder auch pilzförmigen Düsen zum Einströmen von Inertgas
im Bereich des Vorratsbunkerauslasses erreichbar.
[0015] Die Maßnahmen des Verfahrens können sowohl bei fremdinertisierten wie auch selbst-inerten
Mahltrocknungsanlagen eingesetzt werden. Da in diesen Mahltrocknungsanlagen in der
Regel Heißgaserzeuger im Sinne von Rauchgaserzeugern vorhanden sind, kann die Erwärmung
bzw. Aufheizung des Inertgases direkt oder direkt gekoppelt mit diesen Heißgaserzeugern
erfolgen.
[0016] Als eine Alternative für die Inertgas-Aufheizung bietet sich hier der Einbau von
Rohrwedeln in der Ummantelung bzw. Ausmauerung des Brennerraumes an. Als weitere Alternativen
im Sinne einer nachträglichen Ausstattung der Mahltrocknungsanlagen kann die Erwärmung
des Inertgases auch in einem separaten Wärmetauscher durchgeführt werden, der direkt
in der Rauchgasströmung vorgesehen ist. Eine weitere Möglichkeit besteht in einem
Einbau von Rohrwedeln für das Inertgas nach dem Brennerraum, sozusagen parallel zur
Rauchgasführung.
[0017] Das auf diese Weise aufgeheizte Inertgas kann daher an die entsprechenden Bedarfsstellen,
z. B. der Vorratsbunker-Inertisierung oder der Inertisierung für den Kohlenstaubtransport
zu den Vorratsbunkern etc. zugeleitet werden.
[0018] Im Hinblick auf Notabschaltungen der Mahltrocknungsanlage oder des Rauchgaserzeugers,
in denen aufgeheiztes Inertgas nicht zur Verfügung steht, kann das Inertgas-Rohrsystem
auf eine Luftströmung umgeschaltet werden, so daß Verzunderungen des Rohrsystems verhindert
werden.
[0019] Ein wesentlicher Kerngedanke der Erfindung muß daher darin gesehen werden, die Wirkungszusammenhänge
im gesamten System einer Mahltrocknungsanlage zu erkennen und im Rahmen einer relativ
einfach erscheinenden Maßnahme eine überzeugende Abhilfe für Störeffekte im Gesamtsystem
zu schaffen.
[0020] Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier schematischer Ausführungbeispiele eines
Rauchgaserzeugers noch beispielhaft erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rauchgaserzeugers mit
integrierter Inertgasleitung und
- Fig. 2
- einen vergleichbaren Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Rauchgaserzeugers
mit Gehäuseummantelung und nachfolgender Rauchgasableitung.
[0021] Der schematische Schnitt nach Fig. 1 zeigt einen Rauchgaserzeuger 2, bei dem über
einen Brenner 3 eine Befeuerung des als Brennerraums ausgelegten Innenraums erfolgt.
Der Brennerraum ist von einer feuerfesten Ausmauerung 6 umgeben, in der die Brennerflamme
5 schematisch angedeutet ist. Im Beispiel ist im linken Bereich der stärkeren Ausmauerung
6 ein Rohrwedel 7 in Längsrichtung der Ausmauerung 6 vorgesehen. Dieses Rohrwedel
7 steht mit einer Einlaßleitung 8 und einer Auslaßleitung 9 für das aufzuheizende
Inertgas in Verbindung.
[0022] Über die Einlaßleitung 8 wird üblicherweise kaltes Inertgas über entsprechende Ventile
zugeführt, wobei auch eine Luftzufuhr, insbesonere für Notsituationen, möglich ist.
Die Auslaßleitung 9 steht mit einem entsprechenden Verteilersystem zu Vorratsbunkern
oder den Transportleitungen in Verbindung.
[0023] Im Beispiel nach Fig. 2 ist eine Alternative für eine ökonomische Aufheizung des
Inertgases mit einem etwas modifizierten Rauchgaserzeugert 12 gezeigt. In der Schnittdarstellung
in Längsrichtung des Rauchgaserzeugers 12 ist zunächst mit gleichem Bezugszeichen
der Brenner 3 und die nach rechts offene Ausmauerung 6 gezeigt. Innerhalb der Brennerkammer
ist die Flamme 5 angedeutet.
[0024] Die heiße Prozeßgasströmung 22 kommt dadurch zustande, daß der Gehäusemantel 14 mit
geringem Abstand zur Außenwand der Ausmauerung vorgesehen ist, so daß hier Strömungskanäle
um die Brennkammer entstehen. Durch Gebläse bzw. durch die thermischen Unterschiede
wird über die Eintrittsöffnung 15 Prozeßgas zur Aufheizung eingeblasen bzw. eingesaugt,
das im vorderen rechten Bereich als Prozeß- bzw. Heißgasströmung 22 durch die Mahltrocknungsanlage
strömt.
[0025] Als eine erste Alternative zeigt das Beispiel nach Fig. 2 die Anordnung eines Rohrwedels
7 für das Inertgas angrenzend an das rechtsseitige Ende der Ausmauerung 6, so daß
dieses Rohrwedel 7 noch im Bereich der Flamme 5 des Brenners 3 zu liegen kommt. Man
kann daher von einer parallelen Anordnung zur Prozeßgasführung 22 sprechen.
[0026] Eine weitere Alternative ist im rechten Teil der Fig. 2 gezeigt, wobei dort ein Wärmeaustauscher
21 direkt in die Prozeßgasströmung 22 eingebaut ist.
[0027] Durch die Rohrwedel 7 bzw. den Wärmetauscher 21 wird das zunächst kalte Inertgas
geführt, was austrittseitig z. B. auf eine Temperatur von 50 bis 90
o C, auf alle Fälle jedoch über die Taupunkttemperatur des Gas-Kohlenstaub-Gemisches
aufgeheizt ist.
[0028] Die Erfindung schafft im vorgenannten Sinn eine hervorragende Möglichkeit, auch nach
dem Ausschleusen des Kohlenstaubes zur Zwischenlagerung oder dergleichen eine Kondensation
der Restfeuchte zu vermeiden, was letztlich zu einer erheblichen Verringerung der
Störanfälligkeit des gesamten Systems bzw. der Mahltrocknungsanlage führt.
1. Verfahren zur Behandlung von feuchten, explosiven Gas-Staub-Gemischen, insbesondere
Kohlenstaub-Gemischen, in Mahltrocknungsanlagen beim Fluidtransport und bei der Lagerung
daraus resultierenden Staubes, unter Verwendung eines Rauchgases, insbesondere eines
heißen Prozessgases, und eines Inertgases, bei dem die Rauchgasströmung als Trocknungs-
und Transportmedium des feuchten Staubgemisches durch die Mühle, die anschließenden
Rohrleitungen und die Staubabscheider verwendet wird und
bei dem nachfolgend für den Weitertransport und/oder die Zwischenlagerung des Staubes
das Inertgas allein oder ergänzend zum Rauchgas eingesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Inertgas auf eine höhere Temperatur als die Taupunkt-Temperatur der Restfeuchte
des Staubgemisches aufgeheizt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufheizung des Inertgases auf etwa 30oC über der Taupunkt-Temperatur durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Zwischenlagerungsstätten auch eine innere Seitenflächenbedüsung mit aufgeheiztem
Inertgas, insbesondere CO₂-Gas, durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das beim Weitertransport und/oder der Zwischenlagerung verwendete aufgeheizte
Intertgas mit einer Volumenströmung eingesetzt wird, die eine Kondensation der im
Staub bzw. Staub-Gemisch enthaltenen Restfeuchte verhindert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufheizung des Inertgases direkt oder indirekt im Bereich der Rauchgaserzeugung,
insbesondere der heißen Prozeßgaserzeugung, erfolgt.
6. Vorrichtung zur Aufheizung von Inertgas in einer Mahltrocknungsanlage mit mindestens
einem Rauchgaserzeuger insbesondere für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
5,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der oder anschließend an die Ummantelung (6), insbesondere der Ausmauerung,
des Rauchgaserzeugers (2;12) und/oder in der Rauchgasströmung (22) eine Rohrwendel
(7; 21) aus hitzebeständigem Material zur Erwärmung des hindurchgeleiteten Inertgases
vorgesehen ist.