DE3943366A1 - Verfahren und vorrichtung zum trocknen von feststoffmaterialien in einem indirekt beheizten wirbelschichtbett - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Feststoffmaterialien, wie Braunkohle, Torf, Sand, Filterkuchen aus mechanischen Trennverfahren und von Schlämmen, die weniger als 98% Masse-% eines verdampfungsfähigen Mate­ rials, z. B. Wasser, enthalten, die einem Wirbelschichttrockner zugeführt werden, in dem ein indirekt beheiztes Wirbelschicht­ bett gebildet wird, das das durch ein Wirbelmedium aufgewirbelte Feststoffmaterial enthält, wobei das Wirbelmedium das verdam­ pfungsfähige Material in Dampfform ist und bei dem das aus dem Wirbelschichttrockner ausgetragene getrocknete Material, gegebe­ nenfalls nach Kühlung, einer weiteren Verarbeitung, Nutzung oder Deponie, das verdampfte Material jedoch einer Reinigung, Kühlung, stofflichen Nutzung und/oder Wärmeenergierückgewin­ nung zugeführt werden kann und das geeignet ist zur Anwendung in der Industrie, dem Bauwesen, der Landwirtschaft sowie der kommu­ nalen Entsorgung.

Trocknungsprozesse, insbesondere solche, die Wasser als verdamp­ fungsfähigen Anteil aus Feststoffmaterialien abtrennen, haben für die industrielle Produktion, das Bauwesen, die Energieum­ wandlung und die Entsorgung von Kommunen und Betrieben große ökonomische und gesellschaftliche Bedeutung. Die Trocknung ist teilweise so selbstverständlich oder so in die Prozeßabläufe integriert, wie bei der Verbrennung wasserhaltiger Brennstoffe, z. B. Braunkohle und von Schlämmen, daß die von ihr durch erhöhten Energiebedarf und erhöhte Emission verursachten Um­ weltbelastungen als natürlich angesehen werden.

Bei der energetischen Nutzung von Rohbraunkohle haben sich insbe­ sondere in Kraftwerken Mahltrocknungsanlagen durchgesetzt, die einen Teil des im Kesselfeuerraumes erzeugten Feuergases als Wärmeenergieträger für die Mahltrocknung zurücksaugen, so daß durch Wärmeübertragung von 800 bis 1000 Grad C heißen Feuergases an die Rohbraunkohle im Rauchgasstrom, vor oder wäh­ rend der Mahlung der Kohle zu Brennstaub, das Kohlewasser verdun­ stet. Im Buch Effenberger, H. "Dampferzeuger" VEB Verlag für Grundstoffindustrie, 1. Auflage, 1987, wird der Stand der Tech­ nik dazu ausführlich beschrieben. Bezogen auf die im Feuerraum des Dampfkessels freigesetzte Wärmeenergie verursacht diese Art der Trocknung mehr als das 1,5fache des naturgesetzlich erforder­ lichen Minimums der Rauchgasemission bedingt durch den hohen Brennstoffeigenbedarf der Trocknung und dem Wasserdampfanteil im Rauchgas.

Bei der Braunkohlenveredelung werden vorrangig mit Dampf indirekt beheizte Teller- und Röhrentrockner, also Kontakttrockner, ver­ wendet, wie sie von Krug und Nauendorf im Buch Braunkohlenbri­ kettierung Band 1, Betriebsabschnitt Trocknung, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984, 1. Auflage, aus­ führlich beschrieben wurden.

Durch die Verwendung von Turbinenentnahme- oder Gegendruckdampf als Wärmeenergieträger für die Trocknung, der durch Kondensa­ tion seine latente Wärmeenergie indirekt an die Kohle über­ trägt, nachdem er z. B. durch Einspritzung von Kondensat zu Sattdampf umgewandelt wurde, wird das bekannte Prinzip der "Kraft-Wärme-Kopplung" genutzt und eine Senkung des der Trock­ nung zuzurechnenden Brennstoffbedarfes erreicht. Gegenüber der in den Braunkohlen-Kraftwerken üblichen Mahltrocknung könnte deshalb die vergleichbare Summe der während der einzelnen Vere­ delungs- und Nutzungsabschnitte anfallenden Rauchgasemission auf annähernd das 1,3fache des naturgesetzlich erforderlichen Mini­ mums sinken. Da in den meisten Fällen aber "Schleppluft" einge­ setzt wird, werden diese Vorteile nicht wirksam.

Die Einführung von indirekt beheizten Teller- und Röhrentrock­ nern und damit die Erschließung der Kraft-Wärme-Kopplung, z. B. in Braunkohlen- und Torfkraftwerken, ist bisher gescheitert, da die erforderlichen Brennstoffmassenströme und das begrenzte Leistungsvermögen solcher Trockner zueinander im Widerspruch stehen und keine wirtschaftliche Lösung der Aufgabe ermöglich­ ten.

Durch die DD-PS 67 770 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Vortrocknung wasserhaltiger fester Brennstoffe, insbesondere von Weichbraunkohle bekannt, bei welchen die Trocknung von Braun­ kohle von ihrer Verbrennung in einem Dampfkessel in einem mit Dampf indirekt beheizten Wirbelschichttrockner vorgenommen wird. Wie bei den Teller- und Röhrentrocknern sollte hier Turbinenent­ nahme- oder Gegendruckdampf verwendet und damit das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung genutzt werden.

In der DD-PS 67 770 wird davon ausgegangen, daß jedes geeignete Wirbelmedium, also auch Dampf, zur Aufwirbelung der Braunkohle über dem Wirbelboden im Wirbelschichttrockner verwendet werden kann.

In der US-PS 38 00 427 ist ein indirekt beheiztes Wirbelschicht­ trocknungsverfahren beschrieben, bei dem die Braunkohle mit Was­ serdampf aufgewirbelt wird, so daß die Trocknung in einer Was­ serdampfatmosphäre abläuft. Die Erfindung geht jedoch davon aus, daß in der Dampfatmosphäre die Braunkohle soweit erhitzt wird, daß sich Schwefelverbindungen abspalten, die sich an gege­ benenfalls gleichzeitig im Wirbelschichtbett befindlichen Additi­ ven anlagern.

Die DE-PS 29 01 723 erweitert die Verwendung eines mit Dampf in­ direkt beheizten und mit Dampf fluidisierten Wirbelschichtbettes allgemein auf die Trocknung von Feststoffmaterialien, die weniger als 95 Masse-% eines verdampfungsfähigen Materials enthalten. Wobei das verdampfungsfähige Material, außer Wasser, auch ande­ re Materialien, wie Lösungmittel, sein können, die in ihrer Dampfform als Wirbelmedium und in ihrer Sattdampfform unter Nut­ zung unterschiedlicher Partialdrücke auch Wärmeenergieträger zur indirekten Beheizung des Wirbelbettes sind.

Die DE-PS 29 01 723 schränkt gegenüber der US-PS 38 00 427 die zulässige Temperatur des Wirbelschichtbettes ein und legt fest, daß diese im wesentlichen unterhalb der Zersetzungstemperatur des Feststoffmaterials liegt, so daß der aus dem Wirbelschicht­ trockner abgeführte Dampf im wesentlichen ohne Verunreinigung durch andere gasförmige Stoffe aus dem verdampfungsfähigen Ma­ terial bestehen soll.

Mehrjährige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten haben ergeben, daß das durch die DE-PS 29 01 723 bekannte Verfahren in der be­ schriebenen Form technisch nicht realisierbar ist. Es zeigte sich insbesondere, daß die Temperatur des Wirbelschichtbettes nicht frei wählbar ist, und daß die gasförmigen Verunreinigun­ gen des verdampfungsfähigen Materials praktisch unabhängig von der Wirbelschichtbettemperatur vollständig im aus dem Wirbel­ schichttrockner austretenden Dampf des verdampfungsfähigen Mate­ rials enthalten sind.

Zur Rückgewinnung des überwiegenden Anteiles der für die Trocknung aufgewendeten Wärmeenergie und zur Reduzierung der bei der Trocknung durch Verdunstung, Verdampfung, Pyrolyse, Ent- und Vergasung entstehenden Emissionen, insbesondere der bei Umgebungs­ temperatur nicht kondensierbaren, stellt sich die Erfindung die Aufgabe, unter Beachtung der technisch realisierbaren und nachar­ beitbaren Grundsätze der Trocknungstechnik ein Verfahren und die für die Realisierung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung zum Trocknen von Feststoffmaterialien in einem Wirbelschicht­ trockner, dessen indirekt beheiztes Wirbelschichtbett vorzugs­ weise vom getrockneten Feststoffmaterial selbst gebildet wird und das durch das verdampfungsfähige Material in Dampfform aufgewir­ belt wird zu schaffen, die das Ziel der Erfindung im praktischen Betrieb erreichen.

Entscheidend für die Lösung der Aufgabe ist die gewonnene Erkenntnis, daß die Überführung des verdampfungsfähigen An­ teiles eines Feststoffmaterials oder Schlammes in seine Dampfform in einer Gasphase, die vom verdampfungsfähigen Anteil des Fest­ stoffmaterials gebildet wird, bei isobarem Prozeßablauf ab­ hängig ist von einer das Feststoffmaterial charakterisierenden, also stoffspezifischen, Siedekurve des zu verdampfenden Mate­ rials, die die notwendige Temperatur des Feststoffmaterials in Abhängigkeit vom Anteil des verdampfungsfähigen Materials im Feststoffmaterial fixiert.

Erfindungsgemäß wird deshalb die Temperatur des Wirbelschicht­ bettes, in Abhängigkeit vom gewünschten Masseanteil an verdam­ pfungsfähigem Material im aus dem Wirbelschichtbett ausgetrag­ nen Feststoffmaterial, durch Zuführung von Feststoffmaterial mit höherem Masseanteil an verdampfungsfähigem Material zum und Ab­ führung von getrocknetem Feststoffmaterial aus dem Wirbel­ schichtbett so eingestellt, daß sie der stoffspezifischen Siede­ temperatur des verdampfungsfähigen Materials im aus dem Wirbel­ schichtbett abgeführten Feststoffmaterial entspricht, so daß der aus dem Wirbelschichttrockner abgeführte Dampf auch die gas­ förmigen Stoffe des verdampfungsfähigen Materials sowie andere gasförmige Verunreinigungen, die z. B. mit dem Feststoffmate­ rial dem Wirbelschichttrockner zugeführt werden, jedoch nur die unterhalb dieser Siedetemperatur flüchtigen Bestandteile der Fest­ stoffanteile des Feststoffmaterials oder der Schlämme ent­ hält.

Es ist weiterhin erfindungsgemäß, daß der aus dem Wirbel­ schichttrockner abgeführte Dampf indirekt gekühlt wird, so daß er unter Abgabe seiner latenten Wärmeenergie kondensiert und die im Dampf enthaltenen gasförmigen Stoffe des verdampfungsfähigen Materials, andere gasförmige Verunreinigungen und Zersetzungs­ produkte des Feststoffanteiles, die bei Umgebungstemperatur nicht kondensierbar und im Kondensat des verdampfungsfähigen Ma­ terials nicht löslich sind, aus dem Dampf separiert und danach an die Umgebung oder eine Deponierung und/oder andere Gasreini­ gung abgegeben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert im Normalfall die Be­ reitstellung des zu trocknenden Feststoffmaterials teilchenför­ mig, vorzugsweise mit einer Körnung von 0 bis 10 mm, also als wirbelfähiges Schüttgut.

Feststoffmaterial, insbesondere Schlammprodukte, die direkt nicht geeignet sind zur Herstellung eines wirbelfähigen Schüttgutes, können durch Zumischung von bereits getrocknetem Feststoffmate­ rial in eine solche Konsistenz überführt werden, die die Her­ stellung eines den Anforderungen des Verfahrens entsprechenden Eintragsgutes gestattet. Ein anderer Weg zu trocknendes Fest­ stoffmaterial in eine dem Verfahren entsprechende Form zu überführen, besteht darin, es mit Kondensat des verdampfungsfä­ higen Materials in eine pump- und versprühfähige Schlammform umzuwandeln. Ist es erforderlich, die Großstückigkeit des zu trocknenden Feststoffmaterials zu erhalten, dann kann das Verfah­ ren erfolgreich realisiert werden, wenn das Wirbelbett nicht vom Feststoffmaterial selbst, sondern von einem kleinerkörnigen Fest­ stoffmaterial 1,2 bis 5,0fache Dichte gekennzeichnet ist, gebildet wird.

In diesem Falle muß davon ausgegangen werden, daß mit dem ge­ trockneten Feststoffmaterial Bettmaterial aus dem Wirbelschicht­ bett ausgetragen wird. Das erfordert eine Abtrennung des Bettma­ terials vom getrockneten grobstückigen Feststoffmaterial und eine Rückführung des Bettmaterials in das Wirbelschichtbett. Insbesondere während instationärer Betriebsphasen beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es erforderlich sein, al­ ternativ zur Rückführung des verdampfungsfähigen Materials in Dampfform oder zusätzlich Wirbelmedium von außen, z. B. aus einem separaten System, dem Wirbelschichttrockner zuzuführen.

Entscheidend für die Leistung des Verfahrens ist die Temperatur­ differenz zwischen erforderlicher Temperatur des Wirbelschicht­ bettes und Kondensationstemperatur des zur indirekten Wärmeü­ bertragung verwendeten Heizdampfes, die erfindungsgemäß zwi­ schen 10 und 150 K betragen soll. Bei einem Druck im Wirbel­ schichttrockner, der annähernd dem Umgebungsdruck der Atmosphä­ re entspricht, erfordert das Heizdampfdrücke von 0,2 bis 4,0 MPa, was bei Verwendung von Wasserdampf als Heizmedium, bei leicht überhitztem Zustand des Heizdampfes Dampftemperaturen von 125 bis 255 Grad C zur Folge hat. Während hohe Heizdampfdrücke den Bau kleiner Trockner ermöglicht, sichern niedrige Heizdam­ pfdrücke und damit niedrige Temperaturdifferenzen zwischen kon­ densierendem Dampf und Wirbelschichtbett eine gute Nutzung der Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung.

Die dem Ziel der Erfindung entsprechende Rückgewinnung des überwiegenden Anteiles der für die Trocknung aufgewendeten Wärmeenergie und die Separation der gasförmigen, nicht konden­ sierbaren und im Kondensat nicht löslichen Verunreinigungen erfordert erfindungsgemäß die Kondensation des verdampften An­ teils des Feststoffmaterials. Arbeitet der Wirbelschichttrockner unter Dampfdrücken, die dem Druck der umgebenden Atmosphäre entsprechen, dann bestimmt die stoffabhängige Kondensationstem­ peratur das Temperaturniveau der dabei zurückgewinnbaren Wär­ meenergie. Ist das zu verdampfende Material Wasser, dann kann die unter den erfindungsgemäßen Bedingungen zurückgewonnene Wärmeenergie eine Temperatur von über 90 Grad C erreichen, ge­ eignet für die Erfüllung von Aufgaben der Heizwärmeversorgung und der Vorwärmung in industriellen Prozessen. Gibt es bei die­ sem Temperaturniveau keinen Wärmeenergiebedarf, dann kann der Dampf unter Abgabe von technischer Arbeit nach entsprechender Reinigung von Staub soweit expandiert werden, daß eine Kondensa­ tion bei Umgebungstemperatur noch möglich ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Dampf aus dem Wir­ belschichttrockner, ebenfalls nach entsprechender Reinigung von Staub, vor seiner Kondensation durch Kompression soweit im Druck zu erhöhen, daß die Kondensationswärme bei einem Temperaturni­ veau anfällt, das zur Erfüllung der vorgesehenen Wärmeüber­ tragung, z. B. zur Aufheizung des Wirbelschichtbettes des erfindungsgemäßen Verfahrens, ausreicht.

Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist deshalb eine von der Wirbelschichtbettemperatur in ihrer Leistung gere­ gelte Zuführung für das zu trocknende Feststoffmaterial zum Wirbelschichttrockner mit einer Vorrichtung zum Eintragen des Fest­ stoffmaterials in den Wirbelschichttrockner vorgesehen, die be­ zogen auf die einzutragende Masse des Feststoffmaterials minde­ stens eine 1,5fache Leistung hat und die im Falle des Eintragens von teilchenförmigen, wirbelfähigen oder aufgeschlämmten Fest­ stoffmaterial mindestens 25% und bei Eintrag von klumpenför­ migem, schwer oder nicht wirbelfähigen Feststoffmaterial minde­ stens 75% der Oberfläche des Wirbelschichtbettes annähernd gleichmäßig mit dem eingetragenen Feststoffmaterial beauf­ schlagt.

Das Wirbelschichtbett überdeckt im Wirbelschichttrockner angeord­ nete Heizkörper um mindestens 250 bis 1000 mm. Weitere Be­ standteile der Vorrichtung sind eine durch die vorgegebene Höhe des Wirbelschichtbettes in ihrer Leistung gesteuerte Austragsvor­ richtung für das getrocknete Feststoffmaterial und eine mechani­ sche Staubabscheidung zur Senkung des Anteiles der Körnung klei­ ner 0,5 mm am mit dem Dampf des verdampfungsfähigen Materials über den Austrag ausgetragenen Staub des Feststoffmaterials unter 10 Masse-%.

In einer Entstaubungsanlage wird der Staubanteil im aus dem Wir­ belschichttrockner abgeführten Dampf unter 50 mg/kg Dampf ge­ senkt. Ferner gehören zur erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Dampfrückführung mit einem Verdichter, der den Druck des Dam­ pfes soweit erhöht, daß durch die Vorrichtung mindestens die doppelte Menge an Dampf rezirkuliert, die für den Übergang des Feststoffes auf dem Wirbelboden vom Festbett zum Wirbelschicht­ bett erforderlich ist, sowie ein Kondensator, der durch Kondensa­ tion des im Wirbelschichtbett verdampften Materials die gasför­ migen Verunreinigungen aus dem Dampf separiert und diese gegebe­ nenfalls mit Hilfe einer Absaugung der Umwelt oder Deodorierung und/oder anderer Gasreinigung und das Kondensat über eine Pumpe dem Kondensator und einer weitergehenden Aufbereitung und Nutzung zuführt.

Ist das Temperaturniveau der Kondensation des Dampfes des verdam­ pfungsfähigen Materials nicht geeignet zur Erfüllung anstehen­ der Wärmeversorgungsaufgaben, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem ein- oder mehrstufigen Kompressor komplet­ tiert werden, der den Druck des Dampfes soweit anhebt, daß die Kondensation des Dampfes beim zur Erfüllung der Wärmeversor­ gungsaufgabe erforderlichen Temperaturniveau durchgeführt werden kann, z. B. zur indirekten Beheizung des Wirbelschichtbettes. Ist auch diese Variante zur Nutzung der rückgewonnenen Wärmee­ nergie nicht zweckmäßig, dann kann der Dampf des verdampfungs­ fähigen Materials aus dem Wirbelschichttrockner nach Verlassen der Entstaubungsanlage einer Dampfturbinenanlage zugeführt wer­ den, in der er unter Abgabe technischer Arbeit im Druck soweit reduziert wird, daß eine Kondensation bei Umgebungstemperatur, z. B. 30 Grad C noch möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor­ richtung werden mit Hilfe der Zeichnung nachfolgend beschrieben.

Die Aufgabe des Beispieles besteht darin, aus einer in einer üblichen Prallhammermühle auf eine Körnung von 0 bis 6 mm ge­ brochenen Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt von 55 Masse-% eine Trockenbraunkohle mit einem Wassergehalt von 10 Masse-% her­ zustellen.

Der Rohbraunkohlemassestrom beträgt 100 t/h, der der Trocken­ braunkohle dementsprechend 50 t/h. Zu verdampfen sind also insgesamt 50 t Kohlewasser/h. Die Berechnung der Nachverdampfung ergibt, daß sich der Wassergehalt nach Austrag aus dem Wirbel­ schichttrockner 2 um 1,5 Masse-% reduziert, so daß die getrock­ nete Kohle mit einem Wassergehalt von 11,5 Masse-% aus dem Wir­ belschichttrockner 2 auszutragen ist und im Wirbelschichttrockner 2 49 152 kg Wasser/h zu verdampfen sind. Die je Stunde außerhalb des Wirbelschichttrockners 2 848 nachverdampfenden kg Wasser we­ den abgesaugt und als Brüden mit einem Luftanteil von 2 kg/kg Wasserdampf einer separaten Entstaubungsanlage 9 zugeführt.

Mit der Kohle, die bei einem Schnittgewicht von 0,7 kp/Liter einem Volumen von 142,9 m hoch 3 entspricht, werden entsprechend der für das Eintragsorgan getroffenen Festlegungen 200 m hoch 3 Luft/h in den Wirbelschichttrockner 2 eingetragen. Das Kohlewas­ ser, im Beispiel das verdampfungsfähige Material, soll 20 m hoch 3 gelöste gasförmige Verunreinigungen, insbesondere Kohlendio­ xid, enthalten, so daß der durch Trocknung in einer Stunde aus Kohlewasser erzeugte Dampf insgesamt 220 m hoch 3 gasförmige Verunreinigungen enthält, die entsprechend Sättigungstemperatur mit Wasserdampf beladen im Kondensator 18 separiert und an die Umgebung abgegeben werden.

Bei einer Wärmedurchgangszahl vom kondensierenden Heizdampf an das Kohle-Wirbelschichtbett 2 k = 300 W/m hoch 2 · K und einem Wärmebedarf von 800 W/kg zu verdampfendes Kohlewasser ergibt sich, daß im Wirbelschichttrockner 2, bei einer für die Wär­ meübertragung wirksamen Temperaturdifferenz von 40 K, eine Heizfläche von 3277 m hoch 2 installiert werden muß.

Bei einer Höhe der Heizkörper 7 von 2,00 m soll eine Heizflä­ chendichte von 100 m hoch 2/m hoch 2 Wirbelboden 5 erreicht wer­ den, d. h., der Wirbelschichttrockner 2 hat einen rund 32 m hoch 2 großen Wirbelboden 5, was bei einer Breite des Wirbelbodens 5 von 4 m eine Baulänge für den Wirbelboden 5 von 8 m ergibt. Erreicht das Feststoffmaterial auf dem Wirbelboden 5 bei Leer­ rohrgeschwindigkeit von 0,35 m/s seinen Lockerungspunkt, dann müssen erfindungsgemäß 80 670 m hoch 3 Wasserdampf, das ent­ spricht 53,8 t/h, rezirkuliert werden. Aus dem Wirbelschicht­ trockner 2 müssen deshalb rund 103 t Wasserdampf/h, das ent­ spricht annähernd einem Volumen von 150 000 m hoch 3/h, abge­ führt und weitgehend entstaubt werden. Nur der durch Verdam­ pfung von 49 152 kg Kohlewasser entstehende Dampf, der mit 220 m hoch 3 nichtkondensierbaren gasförmigen Verunreinigungen bela­ stet ist, wird dem Kondensator 18 zugeführt.

Der Wärmeenergiebedarf der erfindungsgemäßen Wirbelschicht­ trocknungsanlage beträgt 39,3 MW/h tief th, wovon im Kondensa­ tor 18 bei einem Temperaturniveau bis 95 Grad C rund 30,8 MW/h tief th, das sind 78% der aufgewendeten Wärmeenergie, zurück­ gewonnen werden können, womit diese Zielstellung der Erfindung erreicht wird.

Werden die nichtkondensierbaren gasförmigen Verunreinigungen an die Umgebung mit einer Sättigungstemperatur von 60 Grad C abge­ geben, dann werden rund 275 m hoch 3/h emittiert. Bezogen auf eine Röhrentrockneranlage mit vergleichbarer Leistung, die rund 170 000 m hoch 3 Brüden/h emittiert, was bei einem Staubgehalt von 50 mg/m hoch 3 einer Belastung der Umwelt mit 8,5 kg Kohlen­ staub/h entspricht, sind das 0,2% der üblichen Emissionen. Auch diese Zielstellung der Erfindung kann also erreicht werden. Die stoffspezifische Siedekurve der im Beispiel zu trocknenden Kohle erfordert eine Wirbelbettemperatur von 118 Grad C. Zur Erzielung der angesetzten Temperaturdifferenz zwischen dem Wir­ belschichtbett 6 und dem Heizkörper 7 von 40 K ist ein Heizdampf mit einem Mindestdruck von 0,59 MPa erforderlich.

Die Wirbelschichtbetthöhe muß durch den geregelten Austrag von getrockneter Kohle auf Grund der mit 2,0 m Höhe vorgegebenen Heizkörper 7 und einem zwischen dem Heizkörper 7 und dem Wir­ belboden 5 vorhandenen Freiraum mit einer Höhe von 250 mm auf mindestens 2500 mm, aber maximal 3250 mm, eingeregelt werden.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Zuführung
2 Wirbelschichttrockner
3 Eintragsvorrichtung
4 Austragsvorrichtung für Feststoffmaterial
5 Wirbelboden
6 Wirbelschichtbett
7 Heizkörper
8 Ableitung
9 Entstaubungsanlage
10 Dampfrückführung
11 Verdichter
12 Oberfläche des Wirbelschichtbettes
13 Staubabscheidung
14 Absaugung
15 Pumpe
16 Kompressor
17 Dampfturbinenanlage
18 Kondensator

Claims (14)

1. Verfahren zum Trocknen von Feststoffmaterialien, wie Braunkohle, Torf, Filterkuchen aus mechanischen Trenn­ verfahren, und von Schlämmen, die weniger als 98 Masse-% eines verdampfungsfähigen Materials insbesonde­ re Wasser, enthalten, die einem Wirbelschichttrockner zugeführt werden, indem ein indirekt beheiztes Wirbel­ schichtbett gebildet wird, das das durch ein Wirbelme­ dium aufgewirbelte Feststoffmaterial enthält, wobei das Wirbelmedium das verdampfungsfähige Material in Dampf­ form ist und bei dem das aus dem Wirbelschichttrockner ausgetragene getrocknete Material, gegebenenfalls nach Kühlung, einer weiteren Verarbeitung, Nutzung oder De­ ponie, das verdampfte Material jedoch einer Reinigung, Kühlung und/oder Kondensation zugeführt werden, da­ durch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wirbel­ schichtbettes in Abhängigkeit vom gewünschten Massean­ teil an verdampfungsfähigem Material im aus dem Wirbelschichtbett ausgetragenen Feststoffmaterial, durch Zuführung von Feststoffmaterial mit höherem Masseanteil an verdampfungsfähigem Material zum und Abführung von getrocknetem Feststoffmaterial aus dem Wirbel­ schichtbett, so eingestellt wird, daß sie der stoffspe­ zifischen Siedetemperatur des verdampfungsfähigen Mate­ rials im aus dem Wirbelschichtbett abgeführten Fest­ stoffmaterial entspricht, der aus dem Wirbelschicht­ trockner abgeführte Dampf die gasförmigen Stoffe des verdampfungsfähigen Materials sowie andere gasförmige Verunreinigungen, die z. B. mit dem Feststoffmaterial dem Wirbelschichttrockner zugeführt werden, jedoch nur die unterhalb dieser Siedetemperatur flüchtigen Be­ standteile der Feststoffanteile des Feststoffmaterials oder der Schlämme enthält, deren nichtkondensierbaren und im Kondensat des verdampfungsfähigen Materials nicht löslichen Anteile durch Kühlung und Kondensation des Dampfes des verdampfungsfähigen Materials separiert und danach an die Umgebung oder einer Deodorierung und/oder anderen Gasreinigung zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial als wirbelfähiges, teilchenför­ miges Schüttgut in den Wirbelschichttrockner eingetra­ gen wird und dort selbst das Wirbelschichtbett bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Wirbelschichtbett zugeführte Feststoffmaterial eine Mischung aus aus dem Wirbelschichttrockner ausge­ tragenem, getrocknetem und frischem, ungetrocknetem Fest­ stoffmaterial ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Wirbelschichttrockner zugeführte Feststoffmate­ rial mit Kondensat des verdampfungsfähigen Materials als pumpfähiger Schlamm über dem Wirbelschichtbett im Wirbelschichttrockner versprüht wird und das Fest­ stoffmaterial selbst das Wirbelschichtbett bildet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial grobstückig oder klumpenförmig, d. h, schwer oder nicht wirbelfähig, in das Wirbel­ schichtbett, das aus wirbelfähigem, teilchenförmigem Material mit einer Dichte, die 1,2 bis 5,0fach höher ist als die des klumpenförmigen Materials, gebildet wird, eingetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das getrocknete Feststoffmaterial in Verbindung mit einem Teil des teilchenförmigen, wirbelfähigen Mate­ rials aus dem Wirbelschichtbett ausgetragen, grobstüc­ kiges und wirbelfähiges Material getrennt und das wir­ belfähige Material in das Wirbelschichtbett rückge­ führt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelmedium dem Prozeß von außen zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der für die indirekte Beheizung des Wirbelschicht­ bettes verwendete Dampf in seinen Parametern Druck im Bereich von 0,2 bis 4,0 MPa und Temperatur im Bereich von 125 bis 255 Grad C so eingestellt wird, daß die mittlere Temperaturdifferenz zwischen kondensierendem Dampf und Wirbelschichtbett 10 bis 150 K beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Wirbelschichtbett etwa dem Umgebungs­ druck der Atmosphäre entspricht.

10. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des aus dem Wirbelschichttrockner abge­ führten Dampfes des verdampfungsfähigen Materials, nach entsprechender Reinigung von festen Bestandteilen in einer Vorrichtung des Standes der Technik, aber vor der indirekten Übertragung seiner latenten Wärmeener­ gie an einen anderen Wärmeenergieträger durch Zufüh­ rung von mechanischer Energie erhöht oder durch Expan­ sion unter Abgabe mechanischer Energie gesenkt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, 5 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der im Druck erhöhte Dampf des verdam­ pfungsfähigen Materials zur indirekten Beheizung des Wirbelschichtbettes verwendet wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• - eine von der Wirbelschichtbettemperatur in ihrer Lei­ stung stufenlos geregelte Zuführung (1) für das zu trocknende Feststoffmaterial zum Wirbelschichttrockner (2),
• - eine Einrichtung zum Eintragen (3) des Feststoffmate­ rials in den Wirbelschichttrockner (2), die bezogen auf die einzutragende Masse des Feststoffmaterials minde­ stens eine 1,5fache Leistung hat und die im Falle des Eintragens von teilchenförmigem, wirbelfähigem oder aufgeschlämmtem Feststoffmaterial mindestens 25% und bei Eintrag von klumpenförmigem, schwer oder nicht wir­ belfähigem Feststoffmaterial mindestens 75% der Ober­ fläche (12) eines Wirbelschichtbettes (6) annähernd gleichmäßig mit dem eingetragenen Feststoffmaterial beaufschlagt,
• - einem Wirbelschichtbett (6), das einen Heizkörper (7) mindestens 250 bis 1000 mm überdeckt,
• - eine durch die vorgegebene Höhe des Wirbelschichtbet­ tes (6) in ihrer Leistung gesteuerte Austragsvorrichtung (4) für getrocknetes Feststoffmaterial,
• - eine mechanische Staubabscheidung (13) zur Senkung des Anteils der Körnung kleiner 0,5 mm am mit dem Dampf des verdampfungsfähigen Materials über einen Austrag (8) austragenden Staub des Feststoffmaterials unter 10 Masse-%,
• - eine Entstaubungsanlage (9) zur Senkung des Stauban­ teiles im aus dem Wirbelschichttrockner (2) abgeführten Dampf unter 50 mg/kg Dampf,
• - eine Dampfrückführung (10) mit einem Verdichter (11), der den Druck des Dampfes soweit erhöht, daß durch die Vorrichtung mindestens die doppelte Menge an Dampf rezirkuliert, die erforderlich ist für den Über­ gang des Feststoffes auf dem Wirbelboden (5) vom Fest­ bett zum Wirbelschichtbett (6)
  und
• - ein indirekt gekühlter Kondensator (18) der durch Kondensation des verdampften Materials die gasförmigen Verunreinigungen aus dem Dampf separiert und über eine Absaugung (14) der Umwelt, einer Odorierung oder anderen Gasreinigung und das Kondensat über eine Pumpe (15) zum Teil dem Kondensator (18) zuführt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination nach Anspruch 12 mit einem ein- oder mehrstufigen Kompressor (16) komplettiert wird, der den Druck des nach der Entstaubungsanlage (9) vorliegen­ den Dampfes soweit anhebt, daß es zur indirekten Behei­ zung des Wirbelschichtbettes (6) verwendet werden kann.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination nach Anspruch 12 mit einer Dampf­ turbinenanlage (17), bestehend aus Entspannungsturbi­ ne, Generator zur Elektroenergieerzeugung und Kondensa­ tor ausgerüstet ist.