Betrieb

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kohlenvermahlung im Inertbetrieb oder im nicht inerten Betrieb gemäß Anspruch 1 und eine Anlage zur Kohlenvermahlung im Inertbetrieb oder im nicht inerten Betrieb gemäß Anspruch 9.

Die Erfindung ist grundsätzlich für alle Kohlen-Mahlanlagen geeignet, in welchen Rohkohle im Inertbetrieb oder im Luftbetrieb zu Kohlenstaub vermählen wird. Kohlen-Mahlanlagen finden in unterschiedlichen Industriezweigen Anwendung, beispielsweise in Anlagen zur Heißgaserzeugung, Wirbelschichtfeuerungen und in Kohlenvergasungsanlagen. Die Kohlenvermahlung wird auch in der Zementindustrie bei der Herstellung von Zement und in der Stahl- und Hüttenindustrie und bei buntmetallurgischen Verfahren durchgeführt, welche PCI (Pulverized Coal Injecti- on)-Anlagen aufweisen.

Verfahren und Anlagen zur Kohlenvermahlung sind im Stand der Technik der DE 10 2005 040 519 B4, welche auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermahlung und gleichzeitigen Trocknung von heißen und feuchten Rohmaterialien, insbesondere von Zementklinker, Schlacke und Zuschlagstoffen, gerichtet ist, beschrieben. So betrifft DE 30 06 470 A1 eine Vorrichtung zum Betrieb einer Kohlenmahl- und Trocknungsanlage unter Verwendung einer Kugel- oder Rollenmühle und inerten Heißgasen aus einem Heißgaserzeuger und EP 0 579 214 A1 ein Mahl-Trocknungsverfahren von Rohbraunkohle in einer Luftstrom-Wälzmühle unter Zuführung von Kaltgas, insbesondere Kalt- und/oder Umgebungsluft. In DE 36 39 206 C1 ist ein Verfahren zur Regelung einer Walzenschüsselmühle zur Herstellung von Kohlenstaub für Kohlenstaubfeuerungen und in US 4597537 A eine Vertikal- mühle, welche unter anderem für die Kohlenvermahlung eingesetzt werden kann und auf die Verbesserung des Sichtprozesses gerichtet ist, beschrieben.

Außerdem können das Verfahren und die Anlage für neuartige Kraftwerkstechnologien, wie zum Beispiel das Oxycoal-Verfahren, eingesetzt werden. Das Verfahren und die Anlage sind außerdem für den Betrieb von Heißgaserzeugern und für die Brikettherstellung geeignet.

Zur Herstellung von Kohlebriketts werden in der Regel sogenannte„junge Kohlen", das heißt Weichbraunkohlen, Hartbraunkohlen und subbituminöse Kohlen mit einem Wassergehalt von ca. 10% bis ca. 75% und einem Anteil an flüchtigen Bestandteilen von ca. 35% bis ca. 60% (i.waf) eingesetzt.

Bei einem bekannten Verfahren zur Brikettherstellung (VORWEG GEHEN - RWEPOWER ; PHV-SU) wird vorgebrochene Rohkohle nach einer Vorabsiebung in einer Hammermühle zerkleinert und danach einer Nachabsiebung unterzogen. Auf einem Feinkohlenband gelangt das feuchte Material über einen Bunker in einen Röhrentrockner. Das getrocknete Feinkorn wird anschließend einer Brikettpresse zugeführt. Die in der Vor- und Nachabsiebung abgetrennten Kohleanteile werden als Kesselkohle in einem Kraftwerk genutzt. Als nachteilig sind die der Kohlevermahlung nachgelagerte Trocknung der Feinkohle mit Hilfe eines externen Energieträgers und die erforderlichen Absiebungen anzusehen.

Aus WO 90/10052 ist ein binderloses Brikettierverfahren bekannt, bei welchem bereits zerkleinerte, feuchte Feinkohle mit Hilfe eines Aufgabe-Transportbandes zusammen mit bereits getrockneter Feinkohle und vorerhitztem Feingut aus einem Separator nach einer Brikettpresse oberhalb einer Gasmischkammer eines Heißgaserzeugers und danach einem Flugstromtrockenrohr aufgegeben und in einer reduzierenden beziehungsweise inerten Atmosphäre auf 25° bis 200°C erhitzt wird. Nach einem Zyklon, in welchem die Feinkohle abgetrennt wird, wird diese über einen Zuführungsverdichter der Brikettpresse aufgegeben. Das Inertgas wird anteilig als Rückgas der Gasmischkammer und dem Brenner des Heißgaserzeugers aufgegeben. Die gesamte Anlage wird bei Überdruck gefahren und es erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen den Briketts oder zerkleinerten Briketts mit dem feuchten Feingut vor der Trocknung im Flugstromtrockenrohr. In einer Powerpoint-Präsentation ist der vorgenannte BCB-Prozess (Binderless Coal Briquetting Process) dahingehend modifiziert, dass die in dem vom Heißgaserzeuger gespeisten Flugstromtrockner getrocknete Feinkohle in einer Zyklonbatterie in ein gröberes, brikettierfähiges Kornband und in ein Feingut getrennt wird. Das Trockengas wird abgeführt. Das Feingut wird dem Brenner des Heißgaserzeugers als Brennstoff unter Überdruck aufgegeben, und die im Heißgaserzeuger erzeugten Heißgase gelangen in den Flugstromtrockner. Aussagen zur Korngröße des Feingutes und zu einem Feinstkornanteil werden nicht gemacht. Der Anteil an Feinstkorn beziehungsweise der Kornaufbau wirkt sich jedoch auf die Dichte, Verpressbarkeit etc. aus und kann die Qualität der daraus hergestellten Briketts erheblich mindern.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur Kohlenvermahlung im Inert- oder Luftbetrieb zu schaffen, welche energieeffizient die Bereitstellung von Kohlenstaub in einer der jeweiligen Verwendung entsprechenden Korngröße und gleichzeitig die Herstellung von Heißgasen für die Mahl-Trocknung gewährleisten.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten und gehen aus der Figurenbeschreibung hervor.

Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass in einer Mahl- Trocknung hergestellter und in einem Trennaggregat von den Trocknungs- und Trägergasen getrennter Kohlenstaub zumindest anteilig einem Sichter zugeführt wird, um Feinstäube beziehungsweise eine Feinstkornfraktion aus dem Kohlenstaub als dem gemahlenen Produkt durch Sichtung abzutrennen, und danach diese Feinstkornfraktion für die Bereitstellung der notwendigen Wärme für den Mahltrocknungsprozess zu nutzen und damit andere Energieträger, insbesondere Edelenergieträger, wie Erdgase, Öle, Synthesegase, einzusparen.

Durch die Anordnung einer Sichteinrichtung nach dem Trennaggregat wird dieser nachfolgende Sichtungsprozess von dem Gas führenden Prozess, insbesondere in der Mühle und im Trennaggregat, entkoppelt. Die Entkopplung des Sichtprozesses vom gasführenden Prozess ist insbesondere sicherheitstechnisch ein Vorteil. Erfindungsgemäß wird der in einem statischen beziehungsweise mechanischen Sichter aus dem Mahlprodukt abgetrennte Feinstkornanteil zur Verbrennung in einem Heißgaserzeuger für feste Brennstoffe genutzt, um die für den Mahl- Trocknungsprozess erforderliche Trocknungsenergie bereitzustellen.

Indem dem Kohlenstaub als Mahlprodukt gezielt eine Feinstkornfraktion entzogen und entsprechend den Erfordernissen zumindest anteilig einem Heißgaserzeuger mit einem Feststoffbrenner zur Verbrennung zugeführt wird, steht mit dem im Sichter anfallenden gröberen Kohlenstaub eine Kohlenstaubfraktion zur Verfügung, welche den für die Verwendung und weitere Verarbeitung, beispielsweise Brikettierung, in der Regel störenden, nachteiligen Feinstkornanteil nicht mehr aufweist.

Vor allem wird gemäß der Erfindung in einer außerordentlich effizienten Weise der Brennstoff zum Erzeugen der im Mahl-Trocknungsprozess benötigten heißen Trocknungs- und Trägergase direkt aus dem Kreislauf der Mahltrocknung abgezogen. Eine gesonderte Brennstoffzuführung von außen, welche zusätzliche Transport- und/oder Lagereinrichtungen erfordert, wird vermieden. Da die Feinstkohle aus dem Prozess der Kohlenvermahlung selbst in dem Heißgaserzeuger genutzt wird, entfällt zudem die bei einer externen Brennstoffzuführung notwendige Vortrocknung und Aufbereitung von externer Kohle, was zu einem geringeren Energiebedarf führt.

Es ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäß in dem mechanischen beziehungsweise statischen Sichter abgetrennte Feinstkornfraktion des Kohlenstaubs mit einer für einen Feststoffbrenner eines Heißgaserzeugers erforderlichen Korngröße abgetrennt werden kann.

In der Regel beträgt die Korngröße des dem Feststoffbrenner eines Heißgaserzeugers zugeführten Kohlenstaub-Feinkorns etwa 10%R90pm.

Grundsätzlich wird die Verwendung von festen Brennstoffen in einem Heißgaserzeuger von den Parametern Körnungsaufbau, Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und Aschegehalt der eingesetzten Braunkohlen oder Steinkohlen bestimmt. Je geringer der Anteil an flüchtigen Bestandteilen ist, umso feiner muss der Kohlenstaub aufgemahlen werden. Hohe Aschegehalte, beispielsweise bis 45%, können aufgrund des damit verbundenen geringeren Heizwertes zu Komplikationen im Verbrennungsvor- gang führen, weshalb Maßnahmen für eine entsprechende Flammenausbildung getroffen werden müssen.

Es ist zweckmäßig, wenn die im Sichter abgetrennte Feinstkornfraktion eine Feinheit im Bereich von ca. 50%R90 m bis ca. 1%R9( m aufweist.

Es wurde gefunden, dass ein weiterer wichtiger Wert der dso-Wert ist, welcher bei einem Gehalt an Flüchtigen in der Kohle von ca. 25 bis 30% 10 bis 30 μιτι betragen sollte. Bei einem höheren Anteil an Flüchtigen kann die Kornverteilung gröber werden.

Heißgaserzeuger mit einem Feststoffbrenner, welcher mit staubförmigen Brennstoffen befeuert und auch als Staubbrenner bezeichnet wird, sind bekannt und beispielsweise in DE 197 06 077 A1 und DE 197 25 613 A1 beschrieben.

Aus DE 102 32 373 B4 ist ein Heißgaserzeuger bekannt, in welchem Kohlenstaub, beispielsweise Braunkohlenstaub, verbrannt wird. Der Kohlenstaub wird mit Brennluft vermischt in fluidisierter Form zugeführt, um heiße Gase von 200°C bis 900°C zu erzeugen.

Es ist von Vorteil, dass das Kohlenstaub-Feinstkorn einem Kohlenstaubbrenner eines Heißgaserzeugers mit einer Brennermuffel und einem nachgeschalteten Lochmantel zugeführt werden kann. Der Lochmantel besteht aus mehreren Lochblech- Zylinderabschnitten. Das in dem Trennaggregat anfallende Gas wird als Rückgas mit etwa 100°C dem Heißgaserzeuger zugeführt und gelangt über einen Ringkanal des Lochmantels und über ringförmige Öffnungen und Löchern in dem Lochmantel (LOMA) in den Rauchgasstrom der LOMA-Brennkammer (DE 197 06 077 A1) und kann auf eine Temperatur im Bereich von 150°C bis über 700°C erwärmt werden. Die Verwendung einer LOMA-Brennkammer mit einem Feststoffbrenner gewährleistet die Einhaltung der gesetzlich geregelten Grenzwerte für CO und NO _x in den anteilig an die Umgebung abgeführten Gasen.

Für die erfindungsgemäße Abtrennung der Feinstkornfraktion aus dem Mahlgut des Mahl-Trocknungsprozesses eignen sich grundsätzlich alle Sichter, welche das erforderliche Feinstkorn-Kornspekturm für einen Heißgaserzeuger mit Feststoffbrenner liefern. Ein statischer beziehungsweise mechanischer Sichter, bei welchem ein Sekundärkreislauf vermieden wird, kann unter sicherheitstechnischen Aspekten bevorzugt eingesetzt werden. Beispielsweise eignet sich der„gearless mechanical Separator", welcher im BULLETIN 774 R der Williams Patent Crusher & Pulverizer Company, USA, und in US 2 913 109 A beschrieben ist. In einem abgeschlossenen Sichtraum rotieren Ventilatorflügel und erzeugen einen aufsteigenden Luftstrom, in welchem das mittels rotierenden Sichtschaufeln abgetrennte Feingut des von oben auf eine Verteilerplatte aufgegebenen Sichtgutes aufwärts getragen und an der äußeren Gehäusewandung nach unten zu einem Feingutaustrag fällt, während das vom Feingut befreite Grobkorn nach unten zu einem Grobgutaustrag gelangt. Bei diesem Sichter ist lediglich ein kleines Sperrluftgebläse notwendig. Vorteilhaft ist die mögliche Einstellung einer gewünschten Korngröße des Feingutes mit Hilfe einer verstellbaren Öffnung des Innengehäuses sowie über die Drehzahl der Ventilatorflügel, der Sichterschaufeln und der Verteilerplatte. Je nach Kohlensorte kann somit die Sichtung entsprechend den Erfordernissen an die gewünschte Korngröße des Feinstkorns des Kohlenstaubs eingestellt werden.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe durch eine Anlage zur Kohlenvermahlung im Inertbetrieb oder im nicht inerten Betrieb mit einer Mühle zur Durchführung einer Mahltrocknung und Herstellung von Kohlenstaub sowie mit einem Trennaggregat zur Trennung des Kohlenstaubs von dem Gas und mit einem Heißgaserzeuger mit Feststoffbrenner zur Erwärmung des Rückgases und Herstellung von Heißgasen für die Mahltrocknung dadurch gelöst, dass nach dem Trennaggregat ein Sichter zur Abtrennung von Feinstkorn aus dem Kohlenstaub sowie ein Silo zur Aufnahme des abgetrennten Feinstkorns und eine Verbindungsleitung mit einer Entnahmeeinrichtung und einer Dosiereinrichtung für das Feinstkorn zur Zuführung zum Feststoffbrenner des Heißgaserzeugers angeordnet sind.

Als Mühle für die Vermahlung der in der Regel vorgebrochenen, feuchten Rohkohle wird eine Luftstrom-Mühle verwendet, in welcher die Mahl-Trocknung durchgeführt werden kann. Es können zum Beispiel Wälzmühlen, Pendelrollenmühlen, Hammermühlen und Kugelringmühlen eingesetzt werden. Bevorzugt kann eine Hammermühle zum Einsatz kommen, wenn ein Produkt mit einer größeren Korngröße angestrebt wird, welche beispielsweise in der Brikettherstellung vorteilhaft ist. Wenn ein feineres Material benötigt wird, beispielsweise für PCI-Anlagen, Kohlenvergasungsanlagen und für den Betrieb von Heißgaserzeugern, sind vertikale Luftstrom-Wälzmühlen vorteilhaft, da sie die Kohlen auf < 30%R90 m aufmahlen können.

Als Trennaggregat zur Abtrennung des Mahlprodukts beziehungsweise des Kohlenstaubs von dem Trägergas kann ein Filter, beispielsweise ein Schlauchfilter, oder auch ein Zyklon beziehungsweise eine Zyklonbatterie, eingesetzt werden. Über eine Zellradschleuse und eine entsprechende Transporteinrichtung kann ein definierter Anteil des in dem Trennaggregat anfallenden Kohlenstaubs dem Sichter zur Abtrennung des Feinstkorns für den Heißgäserzeuger zugeführt werden.

Der nicht dem Sichter zugeführte Kohlenstaub gelangt über eine Fördereinrichtung zum vorgesehenen Einsatzort beziehungsweise zur Weiterverarbeitung, beispielsweise zu einer Brikettpresse, einer PCI-Anlage oder zur Kohlenvergasung.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage können in Kohlenvergasungsanlagen, PCI-Anlagen in der Stahl- und Hüttenindustrie und bei buntmetallurgischen Verfahren sowie in allgemeinen wärmetechnischen Anlagen eingesetzt werden. Das bei der Kohlenvergasung produzierte Synthesegas wird in der Energie produzierenden Industrie und außerdem immer häufiger auch in der petro- chemischen Industrie genutzt. Bisher zweigt man Synthesegas als Energieträger für die Mahl-Trocknung ab, was bei Verbrauchen zwischen 10 und 30 MW (ca. 3300 m ³ _N /h bis 11.000 m ³ _N /h, Heizwert: ca. 11.000 kJ/m ³ _N ) einen beträchtlichen Verlust für die eigentliche Anwendung darstellt. Die erfindungsgemäße Verwendung eines Anteils des produzierten Kohlenstaubs für die Heißgaserzeugung ist deshalb in ökonomischer Hinsicht vorteilhaft.

In der Stahl- und Hüttenindustrie wird das Gichtgas immer häufiger in eigens dafür gebauten Kraftwerken zur Stromerzeugung verwendet. Demzufolge kann auch in diesem Industriezweig die Nutzung des selbst produzierten Kohlenstaubs für die Heißgaserzeugung vorteilhaft angewendet werden.

Die erfindungsgemäße Nutzung eines Teils des produzierten Kohlenstaubs mit Hilfe des zusätzlichen Sichters und der Zuführung und Aufgabeeinrichtung des fluidisier- ten Feinstkornanteils zum Kohlenstoffbrenner des Heißgaserzeugers ist mit einer signifikanten Steigerung des Wirkungsgrades im Vergleich zu den erforderlichen, relativ geringen Investitionen verbunden. Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; die einzige Figur zeigt: eine erfindungsgemäße Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel der Herstellung von Kohlenstaub für die Brikettherstellung.

Die Kohlenvermahlung im Inertbetrieb erfolgt in einer Mühle 5, welche in diesem Beispiel eine Hammermühle ist. In diese Mühle 5 gelangt feuchte, vorgebrochene Kohle über eine Fördereinrichtung 1 mit Magnetabscheidern, eine Hosenschurre 2 und einen Bunker 3 mit Schneckenboden 4, welcher gleichzeitig als Dosiereinrichtung fungiert. Die zugeführte feuchte Rohkohle kann eine Temperatur im Bereich von ca. -20°C bis ca. +20°C und eine Feuchtigkeit im Bereich von 10% bis 75% aufweisen.

Zur Realisierung des Mahltrocknungsprozesses in der Mühle 5 werden Heißgase 8 aus einem Heißgaserzeuger 12 mit einer Temperatur von etwa 450°C der Mühle 5 zugeführt. Über eine Rohrleitung 13 wird das Kohlenstaub-Gasgemisch aus der Mühle 5 einem Trennaggregat 6, welches in diesem Ausführungsbeispiel ein Schlauchfilter ist, zugeführt. Der von den Trocknungs- und Trägergasen abgetrennte Kohlenstaub 14 gelangt auf eine Fördereinrichtung 7, beispielsweise eine Austrags- schnecke, und wird der weiteren Verarbeitung in einer Brikettpresse (nicht dargestellt) zugeführt.

Ein Teilstrom 15 des Mahlproduktes, das heißt, des Kohlenstaubs 14 aus dem Trennaggregat 6, wird abgezweigt, um daraus einen Kohlenstaubanteil abzutrennen, welcher für den Einsatz in dem Heißgaserzeuger 12 verwendet werden kann. Der Teilstrom 15, welcher eine Temperatur im Bereich von 70°C bis 120°C aufweist, gelangt in einer Leitung 18 über einen Absperrschieber 16 und eine Zellradschleuse 17 in einen Sichter 10.

Bei diesem Sichter 10 handelt es sich um einen mechanischen beziehungsweise statischen Sichter, welcher geeignet ist, aus dem Teilstrom 15 des Kohlenstaubs 14 eine Feinstkornfraktion 20 abzutrennen, welche im Feststoffbrenner des Heißgaser- zeugers 12 verbrannt werden kann. Die Feinheit kann ca. 50%R90 pm bis ca. 1 %R90 μπι betragen.

Die Feinstkornfraktion 20 gelangt nach dem Sichter 10 in ein Feinstkornsilo 9 und von hier über eine Zellradschleuse 21 und eine Dosiereinheit 22 in einer Zuführleitung 23 zu dem Heißgaserzeuger 12 beziehungsweise zu dessen Feststoffbrenner. Das Grobkorn gelangt auf eine Fördereinrichtung 19 und kann zusammen mit dem Kohlenstaub 14 aus dem Trennaggregat 6 der Brikettiereinrichtung (nicht dargestellt) zugeführt werden.

Dem Heißgaserzeuger 12 werden die im Trennaggregat 6 abgetrennten Prozessgase 11 zumindest anteilig als Rückgase 25 zugeführt. Zweckmäßigerweise ist der Heißgaserzeuger 12 mit einer LOMA-Brennkammer versehen, und in dieser Brennkammer werden die Rückgase 25 von einer Temperatur von etwa 100°C auf ca. 700°C erhitzt und danach der Mühle 5 als Trocknungs- und Trägergas zugeführt.

Die gesamte Anlage wird im Unterdruck gefahren. Der Sauerstoffgehalt der inerten beziehungsweise reduzierenden Trocknungs- und Trägergase 8 beträgt maximal 12%. Die sicherheitstechnisch relevanten CO und O ₂ -Werte des Prozessgases innerhalb der Anlage werden eingehalten. Ein Teil der im Trennaggregat 6 abgetrennten Gase 1 wird über einen Kamin (nicht dargestellt) in die Umgebung abgeführt.

Für den Anfahrprozess und für das Abfahren der Anlage und einen Notstopp ist es erforderlich, die Anlage inert zu halten. Der Sauerstoffgehalt im Prozessgas darf die maximal zulässige Sauerstoffgrenzkonzentration der jeweils aufzubereitenden Kohle nicht überschreiten.

Für die Inertisierung ist es erforderlich, entsprechende Inertisierungsgase zur Verfügung zu stellen. Üblich ist die Verwendung von CO2- oder Stickstoff.

Selbstinerte Mahlanlagen, die als eigenständige Kohlenveredelungsanlagen nicht als Bestandteil einer Verbundanlage betrieben werden sollen und beispielsweise nicht Stickstoff wie in der Stahl- und Hüttenindustrie aus Luftzerlegungsanlagen zur Verfügung haben, müssen diese Gase durch Zukauf bereitstellen. Dies erfordert Lagerkapazitäten und eine gesonderte Ausrüstung, welche die Ökonomie des Verfahrens belastet. Die erforderlichen Volumenströme an Inertgas sind erheblich (mehrere 100 m ³ /h je nach Anlagengröße). Für den normalen Betrieb kann eine Inertgasproduktion in den Gesamtprozess integriert werden. Es eignen sich beispielsweise mit Gas oder Öl betriebene Kesselanlagen, deren Wärme für Heizzwecke von Gebäuden und zur Warmwasseraufbereitung dienen kann. Das hier anfallende Abgas besitzt einen O ₂ - Gehalt von 1 bis 2% und eignet sich somit sehr gut für die Inertisierung der Anlage im Anfahrprozess und zum Abfahren sowie zum Notstopp. Die erforderliche Redundanz kann über CO ₂ in Flaschenbatterien erreicht werden.