DE2940164C2

DE2940164C2 - Verfahren zur Wärmerückgewinnung beim Trocknen fester Brennstoffe aus wasserhaltigen organischen Materialien

Info

Publication number: DE2940164C2
Application number: DE2940164A
Authority: DE
Inventors: Bengt Olof Arvid Prof. Göteborg Hedström; Claes Göran Sigurd Dr. Kungälv Svensson
Original assignee: Modo Chemetics AB
Current assignee: Modo Chemetics AB
Priority date: 1978-10-10
Filing date: 1979-10-03
Publication date: 1984-11-15
Also published as: FI70919B; DE2940164A1; NO151504C; GB2036787B; NO793237L; NO151504B; SE419974B; GB2036787A; IE791768L; JPS6027895B2; BR7906502A; JPS5553619A; SE7810558L; FI793144A7; SE419974C; FI70919C; IE48941B1; CA1116472A

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein ähnliches Verfahren ist durch die GB-PS 1 83 180 bekannt, die ein mehrstufiges Verfahren zum Entwässern und Trocknen von Torf und ähnlichen Brennstoffen offenbart, wobei die in einer Verfahrensstufe entstehende überschüssige Dampfmenge zur Energiegewinnung zum Betrieb der entsprechenden Trocknungsanlage genutzt werden soil. Es ist denkbar, den getrockneten und zu Briketten geformten Torf zu verbrennen, um damit einen Teil der entsprechenden Trocknungsanlage direkt zu beheizen und das bei dem Verbrennen entstehende Feuergas zur weiteren Trocknung des Torfs heranzuziehen. Der getrocknete und anschließend zu Briketts geformte Torf kann selbstverständlich auch zum Verbrennen in einer Wärmekraftanlage zur Dampferzeugung dienen. In diesem Falle ist jedoch nicht ersichtlich, wie der in der Wärmekraftanlage erzeugte Dampf und der in einer Stufe der Entwässerungs- und Trocknungsanlage entstehende Dampf zu verwenden sind, um die Energie des getrockneten festen Brennstoffs optimal zu nutzen. Es muß daher davon ausgegangen werden, daß dieses bekannte Verfahren energetisch ungünstig ist.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt besteht mithin darin, eine mehrstufige Entwässerung und Trocknung zum Trocknen fester Brennstoffe so mit einer Wärmekraftanlage, in der die getrockneten Brennstoffe zur Dampferzeugung verbrannt werden, zu koppeln, daß der Energieinhalt des in der Wärmekraftanlage erzeugten Wasserdampfs bestmöglich genutzt wird.

Als zur Lösung dieser Aufgabe wesentlich werden die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale vorgeschlagen.

Ein derartiges Verfahren kann gewerblich dazu verwendet werden, aus Schlamm, wie er in Cellulosehalbstoff- und Papierfabriken anfällt, oder aus Borke oder Torf nach Entwässern und Trocknen durch Verbrennen in Boilern energiereichen Wasserdampf zu erzeugen.

Erfindungsgemäß werden insbesondere die Vorteile erzielt, daß der Dampf aus dem Boiler zum Betrieb von Turbinen bzw. Turbogeneratoren in einem geschlossenen Kreislauf nirgends mit dem Dampf in Berührung gelangt, der in den Trocknungs- und Entwässerungsstufen auch zum Transport der zu trocknenden Materialien dient und somit durch diese verschmutzt ist. Es können so ohne aufwendige Maßnahmen leistungsfähige Turbinen mit hohem Wirkungsgrad, insbesondere Gegendruckturbinen störungsfrei betrieben werden. Es lassen sich somit auch hohe elektrische Leistungen mit großem Wirkungsgrad erzeugen. — Weiter kann durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Überhitzer das Wasser der zu trocknenden Materialien auf einen Dampfdruck über dem Normaldruck gebracht werden, und dies bei großen Dampfmengen, die somit gut nutzbar sind. — Schließlich zeichnet sich das erfindungsgemäße kombinierte Verfahren durch eine Art von Selbstregelung aus, die zu relativ gleichmäßig getrockneten Materialien führt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein Teil des in dem Trockner erzeugten Dampfes auf die Stufe vor der letzten mechanischen Entwässerungsstufe zurückgeführt wird, wo er sich unter Erwärmung des Materials auf diesem niederschlagen kann, und darauf, daß anschließend bei der mechanischen Entwässerung das überschüssige Wasser entfernt wird, so daß das in den eigentlichen Trockner gelangende Material bereits egalisierend vorbereitet ist.

Dieses vorteilhafte erfindungsgemäße Verfahren ist auch durch den übrigen Stand der Technik nicht nahegelegt:

Ein bekanntes Verfahren zum Betrieb von außenbeheizten Trocknern, aus deren Brüden frischer Wasserdampf erzeugt wird, sieht vor, daß der aus Brüdenwärme erzeugte Wasserdampf mit einem Dampfstrahlgebläse auch auf höheren Druck und höhe ^ Temperatur gebracht wird. Bei der Erzeugung des Wasserdampfs aus der Brüdenwärme kann überschüssiger, zum Betrieb des von außen beheizten Trockners nicht benötigter Dampf anfallen, der in einer Abdampfturbine zur Erzeugung mechanischer Energie verwendet werden kann. Weiterhin kann eine Turbine über ein Gebläse an einen Wärmeaustauscher angeschlossen sein, aus dein damit nicht kondensierter Brüdenwasserdampf abgesaugt wird (DE-PS 4 41 731). — Es ist zwar vorstellbar, daß der in dem Trockne,· getrocknete Brenstoff, insbesondere Rohbraunkohle zum Beheizen eines Boilers verwendet wird, es wird jedoch keine Anregung dafür gegeben, wie dieser Dampf aus dem Boiler in Verbindung mit einem mehrstufigen Entwässemngs- und Trocknungsverfahren energetisch wirksam genutzt wird.

Zum Stand der Technik gehört ein weiteres Verfahren, mit dem zu trocknende Materialien, insbesondere Papier unter Rückgewinnung der Prozeßwärme des Trockenvorgangs behandelt werden sollen (GB-PS 6 58 398). Zur Realisierung des Verfahrens sind im einzelnen zwei Boiler vorgesehen. Der in dem ersten Boiler konventionell erzeugte Heizdampf dient nach Entnahme aus einer Dampfturbine direkt zum Beheizen von Trockenwalzen. Die Dampfturbine ist dazu vorgesehen, einen Kompressor zu betreiben, mit dem aus dem Trockenraum abgesaugter Dampf auf ein höheres Energieniveau gebracht wird. Aus diesem Dampf wird in einem zweiten Boiler zusätzlicher Friscndampf erzeugt, der wiederum zum direkten Beheizen der Trockenwalzen verwendet wird. — Dieses Verfahren ist direkt vergleichbar mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren (nach DE-PS 4 41 731), da hier die Dampfturbine mit dem Kompressor ausschließlich die Funktion des Dampfstrahlgebläses des vorbeschriebenen Verfahrens hat, nämlich den Brüdendampf bzw. aus dem Brüdendampf erzeugten Frischdampf auf höheres Energieniveau zu bringen. Nach keinem dieser Verfahren ist jedoch ein Dampfkreislauf zum direkten Trocknen des Materials von einem Heizdampfkreislauf durch einen Wärmeaustauscher getrennt

Die Erfindung hat weitere Vorteile wie die Energieoptimierung jeder Stufe des Wärmerückgewinnungsverfahrens einschließlich der Entwässerungs- und Trockenstufen sowie den kontinuierlichen Betrieb des Gesamtverfahrens.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorab allgemein und dann im einzelnen für die bevorzugten, wasserhaltigen, organischen Materialien beschrieben, wobei auf die Zeichnungen 1 bis 5 Bezug genommen wird.

F i g. 1 der Zeichnungen zeigt, wie der wirksame Wärmewert mit dem erhöhten Feuchtigkeitsquotienten des Torfes variiert;

F i g. 2 zeigt eine Anlage, in der das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen und Verbrennen von Torf mit einem Trockengeha It von 10% angewendet wird;

F i g. 3 zeigt eine Anlage, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren zum Brennen und Verbrennen eines Torfes mit einem Trockengehalt von 25% angewendet wird;

F i g. 4 zeigt eine Anlage in einer Cellulosehalbstoffabrik, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren auf Borke angewendet wird;

F i g. 5 zeigt eine Anlage zum Trocknen und Verbrennen eines unverrotteten Gemeindeabwasserschlammes unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das ankommende organische Material wird in einer oder mehreren Stufen mechanisch entwässert Die Anzahl der Entwässerungsstufen hängt vom Trockengehalt des zugeführten organischen Materials ab. Ist dieser relativ hoch, z. B. 20% oder mehr, kann nur eine Entwässerungsstufe ausreichen. Dies ist z. B. der Fall bei erfindungsgemäßeiii Behandeln von Torf, der bereits teilweise im Torfmoos entwässert und getrocknet worden ist. In den meisten Fällen sind jedoch zwei oder mehrere Entwässerungsstufen notwendig. Das Entwässerungsverfahren erfolgt mit bekannten Vorrichtungen, z. B. einer hydraulischen Presse, Schraubenpresse, Dekantierzentrifuge, Bandsiebpresse oder Walzenpresse. Vor der letzten mechanischen Entwässerungsstufe wird das organische Material mit Wasserdampf durch unmittelbar auf dem organischen Material kondensierenden Wasserdampf erhitzt Diese direkte Wasserdampfkondensation erfolgt bei atmosphärischem oder überatmosphärischem Druck. Die Konstruktion der für diese Vorbehandlungsstufe verwendeten Vorrichtung richtet sich nach der Tatsache, ob atmosphärischer oder überatmosphärischer Druck angewendet wird. Das organische Material soll bei Eintritt in diese Vorbehandlungsstufe einen Trockengehalt von mindestens 10% haben. In dieser Stufe wird der Trockengehalt des organischen Materials zeitweise verringert, weil Wasserdampf im Material kondensiert. Die Temperatur des organischen Materials während dieser Vorbehandlungsstufe liegt gewöhnlich zwisehen 40 bis 150⁰C, und die Verweilzeit variiert zwischen einigen Minuten bis 1 Stunde, was von der Temperatur und dem zu behandelnden Material abiiängt. Der für die direkte Kondensation auf dem Material zu vorwendende Wasserdampf wird als überschüssiger Wasserdampf aus einem späteren Wasserdampftrockner des Verfahrens, d. h. einem Trockner, in welchem Transportmedium und Trocknungsmedium gleich sind, nämlich Wasserdampf bei einem überatmosphärischen Druck, erhalten. Der Wasserdampftrockner wird weiter unten genauer beschrieben. Zwischen der Vorbehandlungsstufe mit direkter Wasserdampfkondensation auf dem Material und der echten Trocknungsstufe wird das Material einer abschließenden mechanischen Entwässerung unterworfen, wozu die bereits erwähnte Entwässerungsvorrichtung verwendet wird. Bevor das Material im Wasserdampftrockner der Trocknungsbehandlung unterworfen wird, muß man es manchmal vermählen oder disintegrieren. Ob das Material in dieser Behandlungsstufe disintegriert werden sollte oder nicht wird teilweise durch die zu behandelnde Materialart, z. B. Torf, Borke oder SchlEimm, und teilweise durch die Art der verwendeten Entwässerungsvorrichtung sowie in gewissem Maß auch durch die Konstruktion des Wasserdampftrockners bestimmt. Das Material kann in jeder geeigneten Vorrichtung, z. B. Hammermühle, Nadelmühle oder Kugelmühle, ver-

mahlen oder disintegnert werden. Geeignete Vorrichtungen zum Einführen des Materials in die Trocknungs- und/oder Behandlungsvorrichtung sind Vorrichtungen mit rotierenden Flügeln, Schrauben-Einführvorrichtungen, Schraubenpressen und ähnliche. In seiner Konstruktion kann der Wasserdampftrockner stark variieren. Allen verwendeten Trocknern ist jedoch gemein, daß das Trocknungssystem geschlossen ist, so dnß ein übcratmosphärischer Druck aufrechterhalten wird, dessen Höhe variieren kann, jedoch mindestens 1 MPa betragen muß. Wenn das organische Material aus Borke oder Torf besteht, ist der Trockner so konstruiert, daß Wärme aus dem Wasserdampf zum Material durch Konvektion übertragen wird. Besteht das organische Material aus Schlamm, dann ist der Trockner so konstruiert, daß die Wärme größtenteils durch Leitung (Konduktion) übertragen wird. Im erstgenannten Fall enthält das Trocknungssystem einen Ventilator, der den Wasserdampf

ίο und das Material um das System herum trocknet, einen Wärmeaustauscher und eine Zyklonvorrichtung. Zum Wärmeaustauscher wird das Trocknungs- und Transportmedium, d. h. der transportierende Wasserdampf, mit aller zum Trocknen des Materials notwendigen Wärme zugeführt, indem man Wasserdampf von höherem Druck und höherer Temperatur indirekt mit dem »tragenden« Wasserdampf in Berührung bringt. Der Heizwasserdampf stammt aus einer Turbine. Diese wird ihrerseits mit Wasserdampf aus einem Wasserdampfboiler beschickt in welchem der Wasserdampf durch Verbrennung des getrockneten Materials und, gegebenenfalls, von

zusätzlichem Brennstoff, wie öl, gebildet wird, !n der Zyk!on^vorrichtung wird das getrocknete Material vom transportierenden Wasserdampf abgetrennt, der seine Zirkulation fortsetzt und teilweise, wie oben beschrieben, zur Vorbehandlungsstufe geleitet wird.

Im Boden der Zyklonvorrichtung befindet sich eine Vorrichtung, die das getrocknete Material in den atmosphärischem Druck abgibt und die rotierende Flügel oder eine Transportschraube umfaßt. Das Trocknen des Materials erfolgt während seines Transportes durch das Trocknungssystem, das heißt, das Wasser im Material anschließend auf dem Transportweg in Wasserdampf übergeführt Dadurch wird im Trockner überschüssiger Wasserdampf gebildet, wodurch man eine bestimmte Wasserdampfmenge kontinuierlich aus dem Trocknungssystem abziehen kann. Das Trocknungssystem kann auch ein Wirbelbett umfassen, in welchem das Material eine bestimmte Zeit gehalten wird, bevor es aufgrund seines durch das Trocknen verringerten Gewichtes durch den Wasserdampf aufgenommen und zum restlichen Abschnitt des Trocknungssystems weitergeführt wird. Beim Trocknen von Schlamm wird ein sog. Kontakttrockner verwendet, in welchem die Wärme mittels Konduktion übertragen wird. Auch in diesem Fall erhält man den indirekt heizenden Wasserdampf aus einer Turbine.

Nach Trocknen und Ausführen wird das Material aus dem Trocknungssystem gewöhnlich mittels eines Ventilators zum Ofen eines Wasserdampfboilers zwecks Verbrennung geführt. Als Transportmedium wird Luft und/oder Abgase verwendet Bei diesem Transport wird das Material weiter mittels einer sog. Gefriertrocknung (Blitzgefrieren) getrocknet. Wenn das Material in den Wasserdampfboiler zur Verbrennung geführt wird, sollte sein Trockengehalt über 90% liegen. Weiter sollte die Teilchengröße des Materials beim Verbrennen unter 3 mm, vorzugsweise unter 1 mm, liegen. Wenn die Teilchengröße dieses Maß überschreitet, muß das Material nach Abgabe aus der Trocknangsvorrichtung und vor dem Verbrennen vermählen oder disintegriert werden. Dies kann z. B. in einer sog. Krämer-Mühle erfolgen. Die beiden Bedingungen, nämlich ein Trockengehalt über 90% und eine Teilchengröße unter 3 mm, führen dazu, daß die Verbrennung möglichst vollständig mit geringem Staubgehalt in den Abgasen ist, und dadurch ist auch die Abgasmenge gering, was einen kleinen und dadurch billigen Wasserdampfboiler bedeutet Weiter ist dieser einfach und sicher im Betrieb. Der im Wasserdampfboiler durch Verbrennen des getrockneten Materials gebildete Wasserdampf wird, wie bereits beschrieben, zu einer oder gegebenenfalls zu mehreren Turbinen geführt Druck und Temperatur des Wasserdampfes sind bei Ankunft an der oder den Turbine(n) sehr hoch, z. B. 11,5 MPa und 530⁰C. Eine erhebliche Menge dieser Energie wird mittels eines oder mehrerer Generatoren in Elektrizität umgewandelt Wenn der Druck des Wasserdampfes auf etwa 1 bis 2 MPa abgesunken ist wird ein Teil des Wasserdampfes zur Verwendung als indirektes Heizmedium für den trocknenden und Transportwasserdampf, wie bereits beschrieben, abgeführt Der in der Turbine verbleibende Wasserdampf von niedrigerem Druck kann für verschiedene Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel kann Energie in einem örtlich entfernten Wärmeaustauscher durch Herstellung von Heißwasser für andere Heizzwecke gewonnen werden. Soll der verbleibende Wasserdampf als Verfahrenswasserdampf, z. B. in der Celluloseindustrie, verwendet werden, dann sollte sein Druck zweckmäßig dem in der Trocknungsanlage verwendeten Druck, d. h. 03 bis 0,6 MPa entsprechen.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.

Beispiel 1

F i g. 2 zeigt eine Anlage, in der das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen von rohem Torf und seiner anschließenden Verbrennung verwendet wird.

Die Torfsuspension 1 mit einem Trockengehalt von 10% wird in einem mit Schabern versehenen Wärmeaustauscher 2 vorerhitzt Die Schaber halten die Heizoberfläche sauber und ergeben ein gründliches Mischen der Torfsuspension. Diese wird im Wärmeaustauscher 2 mit Preßwasser einer Temperatur von etwa 65° C, das aus den folgenden beiden Entwässerungsstufen stammt, auf etwa 50° C vorerhitzt Die erste Entwässerung der Torfsuspension erfolgt in einer Entwässerungspresse 3 bei einem höchsten Druck von etwa 2,0 MPa. Dadurch wird der Trockengehalt der Torf suspension auf 35% erhöht Das ausgepreßte Wasser wird in einem Trichter 4 gesammelt und durch Leitung 5 zu einer üblichen Abführungsleitung 6 geführt Der entwässerte Torf wird durch eine Schraube 7 zu einem Druckgefäß 8 geführt das mit Trägern versehen ist Im Gefäß 8 wird der Torf mit gesättigtem Wasserdampf bei einem Druck von 03 MPa 30 Minuten lang behandelt Durch die auch als Beschickungsschraube dienende Schraubenpresse 9 wird der Torf erneut auf einem Trockengehalt von 50% entwässert und gleichzeitig in einen Trockner 10 eingeführt Das in der Schraubenpresse 9 ausgepreßte Wasser wird in einem Trichter 11 gesammelt und durch Leitung 12 zur üblichen Abführungsleitung 6 geführt Im

Trockner 10 zirkuliert überhitzter Wasserdampf bei einem Druck von 0,5 MPa, wobei dieser Druck derselbe ist wie im Druckgefäß 8. Der Wasserdampf ist sowohl Trocknungs- als auch Transportmedium für den Torf. Die im Ventilator 13 fein disintegrierten Torfteilchen werden mittels des Ventilators in einem Stromtrocknungskanal zur Zyklonvorrichtung 14 geführt. Der praktisch gesättigte Wasserdampf wird vom Torf abgetrennt und über einen Oberhitzer 15, in welchem Wärme indirekt in den Wasserdampf übergeführt wird, erneut zirkuliert. Die Überhitzungswärme wird einem Wasserdampf entzogen, der bei einem Druck von 1,5 MPa kondensiert und aus überschüssigem Wasserdampf aus der Turbine 16 der Anlage besteht. Der Abdampf wird durch eine Wasserdampfleitung 17 zum Überhitzer 15 transportiert. Das beim Trocknen des Torfes gebildete, überschüssige Wasserdampf wird abgetrennt und durch die Verbindungsleitung 18 zum Druckgefäß 8 geführt.

Nach der Wasserdampftrocknung hat der Torf einen Trockengehalt von 80% und wird durch die Transportschraube 19 an atmosphärischem Druck abgegeben und pneumatisch durch Leitung 20 zum Boiler 21 transportiert. Während dieser Abgabe und dem Transport wird der Torf teils aufgrund des Druckabfalls teil aufgrund der Konvektion in der Transportleitung weiter getrocknet Vor dem Verbrennen wird der Torf in einer speziellen Hammermühle, die mit fixierten Hämmern versehen ist (Krämer-Mühle), 22 zusammen mit zirkulierenden Abgasen vermählen und dann als Staub in den Boiler geblasen. Bei Eintritt in die Feuerstelle beträgt der Trockengehalt des Torfes etwa 98%. Im Boiler 21, der mit einem geschlossenen Beschickungswassersystem arbeitet, wird überhitzter Wasserdampf mit einem Druck von 11,5MPa und einer Temperatur von 530°C gebildet. Der Wasserdampf wird durch eine Leitung 23 zu einer oder mehreren Turbinen 16 geführt, die zur Bildung elektrischer Energie an einen Generator 24 angeschlossen sind. Aus der Turbine 16 wird ein Teil des Wasserdampfes abgezogen und zum bereits erwähnten Übererhitzer 15 transportiert, um den als Trocknungsmedium verwendeten Wasserdampf zu überhitzen. Der restliche Wasserdampf wird aus der Turbine 16 bei einer Temperatur von 105° C durch eine Leitung 25 geführt und in einem gesonderten Wärmekondensator 26 kondensiert. Andere Abgaben aus der Turbine, die in bekannter Weise im Boiler, zwischen den Überhitzern usw., verwendet wurden, wurden nicht dargestellt. Das kondensierte Beschickungswasser wird aus dem gesonderten Wärmekondensator 26 durch eine Leitung 27 zum Boiler und durch eine Leitung 28 aus dem Überhitzer 15 geführt.

Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich zwischen der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Torfpreßkuchen nach dem Naß-Verkohlungsverfahren gewonnenen Energie. Die sich auf das bekannte Verfahren beziehenden Zahlen stammen aus einem Verfahren, bei welchem Torf mit einem Trockengehalt von 8% im Gegenstrom in einem Wärmeaustauscher vorerhitzt wird, in welchem die Wärme teilweise aus dem bereits behandelten, d. h. naß-verkohlten Torf genommen wird. Die restliche, zum Vorerhitzen notwendige Energie wird in Form vom frischem Wasserdampf aus dem Boiler zugefügt Nach dem Vorerhitzen wurde der Torf zum Naß-Verkohlungsreaktor geführt in welchem die Temperatur 190°C und der Wasserdampfdruck 13 MPa betrugen. Der Wasserdampf wurde während der l,5stündigen dauernden Behandlung in Form von frischem Wasserdampf zugefügt Nach der Naß-Verkohlungsstufe wurde der Torf im Gegenstrom zu frisch eingeführtem Torf transportiert und dann in einer Plattenfilterpresse auf einen Trockengehalt von 49% gepreßt. Die so erhaltenen Preßkuchen wurden dann in einem Boiler verbrannt.

Tabelle 1

40

erfir.dungsgemäß Naß-Verkohlungsverfahren

Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich, erhält man dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zum sog. Naß-Verkohlungsverfahren 35% mehr Gesamtenergie, und die Erhöhung in Form gewonnener elektrischer Energie betrug 63%.

Beispiel 2

F i g. 3 zeigt eine andere Anlage zum Trocknen und Verbrennen von Torf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Dabei wird der Torf abgelassen und im Torfmoos auf einen Trockengehalt von 25% behandelt wodurch seire Transportkosten vom Torfmoos zur in der Zeichnung dargestellten Anlage verringert werden. Der Torf 29 wird so mit einem Trockengehalt von 25% zum Gefäß 30 geführt in welchem er bei praktisch atmosphärischem Druck (0,115 MPa) mit einem durch Leitung 31 zugeführten Wasserdampf behandelt wird, wodurch er eine Temperatur von 95° C erhält Aus dem Gefäß 30 wird der Torf über eine Abgabevorrichtung 32 zu einer

theoretischer Wirkungsgehalt von Rohtorf für	200	200
10 kg trockener Torf/sec; MW
Nettowärmebedarf
im Vorerhitzer; MW	—	20
beim N aß-Verkohlen; MW	—	29
im Wasserdampftrockner; MW	17	—
Wärmewert des Torfs bei Einführung in den	19,5	15
Boiler MJ/kg trockener Torf
Boilerwirksamkeit; %	86	80
Boilerwirksamkeit; MW	ios	124
in Form von Elektrizität; MW	54	33
in Form von gesonderter Wärme; MW	97	42

Walzenpresse 33 transportiert, in welcher er auf einen Trockengehalt von 37% entwässert wird. Das ausgepreßte Wasser wird durch eine Leitung 34 abgeführt. Die Torfbahn aus der Walzenpresse wird mittels eines Disintegrators 35 zu kleinen Teilchen disintegriert, die zur Trocknungsvorrichtung 36 geführt werden; diese enthält ein Wirbelbett, durch welches überhitzter Wasserdampf (150°C) mittels eines Ventilators 37 geleitet wird. Der überhitzte Wasserdampf wird aus dem Übererhitzer 38 durch eine Leitung 39 geführt. Im Wirbelbett der Trocknungsvorrichtung 36 werden die Torfteilchen getrocknet, und wenn sie trocken genug und dadurch leicht genug sind, werden sie mit dem Wasserdampf aus dem Wirbelbett zu einer Zyklonvorrichtung 40 gezogen. In dieser erfolgt eine grobe Trennung, so daß der Wasserdampf den oberen Teil der Vorrichtung und der Torf den unteren Teil derselben verläßt. Wasserdampf und restliche Torfteilchen werden zu einem Multizyklonaggregat 41 geführt, in welcher eine abschließende Trennung von Torf und Wasserdampf erfolgt. Dieser Teil des getrockneten Torfes wird durch Leitung 42 zum unteren Teil der Zyklonvorrichtung 40 geführt, wo er mit dem restlichen Torf gemischt und durch eine Beschickungsvorrichtung mit rotierenden Flügeln 43 zu einer Leitung 44 geführt wird, die mit dem Verbrennungsboiler 45 in Verbindung steht. Bei Verlassen der Zyklonvorrichtung 40 hat der Torf einen Trockengehalt von 75%. Die Abgase werden aus dem Boiler 45 entfernt und in eine Leitung 46 zu Ventilator 47 geführt, der sie weiterleitet, so daß der Torf in den Boiler gezogen wird, wo die Verbrennung erfolgt. Während dieses pneumatischen Transportes wird der Trockengehalt des Torfes von 75% auf 92% erhöht Im Boiler wird überhitzter Wasserdampf von hohem Druck (11,5 MPa) gebildet, der durch eine Leitung 48 zu einer oder mehreren Turbinen 49 geführt wird, die mit einem Generator 50 zur Bildung elektrischer Energie verbunden sind. Aus der Turbine 49 wird ein Teil des Wasserdampfs mit einem Druck von 1 MPa entfernt und durch eine Leitung 51 zum bereits erwähnten Überhitzer 38 geleitet, um den als Trocknungsmedium verwendeten Wasserdampf zum Überhitzer zu bringen.

Dieses Wasserdampftrocknungsmedium wird über den Ventilator 37 in einem Zyklus durch die Trocknungsvorrichtung 36, die Zyklonvorrichtung 40, das Multizyklonaggregat 41, den Übererhitzer 38 und die Leitung 39 geführt und hat einen Druck von 0,115 MPa. Der Wasserdampf wird in diesem Zyklus entfernt und durch eine Leitung 31 zu dem in Gefäß 30 eintreffenden Torf geführt, wie dies oben bereits beschrieben wurde. Der aus der Turbine 49 entfernte Wasserdampf wird im Übererhitzer 38 zu Wasser kondensiert, und das Kondenswasser wird durch Leitung 52 zum Boiler zurücktransportiert. Der restliche Wasserdampf aus Turbine 49 wird durch Leitung 53 einem geeigneten Verbrauch zugeführt.

Diese Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt dieselbe hohe Energiegewinnung aus Torf wie in Beispiel 1, d. h. eine erhöhte Energiegewinnung von 35% im Vergleich zum Naß-Verkohlungsverfahren.

Beispiel 3

In F i g. 4 wird eine Anlage in einer Cellulosehalbstoffabrik gezeigt, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren auf Borke angewendet wird.

Rottar.nenborke 54, in der die gröbsten Borketeilchen in einer (nicht dargestellten) Mühle zerstoßen worden waren, wird zu einer hydraulischen Presse 55 geführt, an deren Eingang die Borke einen Trockengehalt von 30% hat und in welcher sie auf einen Trockengehalt von 36% entwässert wird. Dann wird die Borke über eine Transportschraube 56 zum Druckgefäß 57 geführt, in welchem der durch Leitung 58 eingeführte Wasserdampf

auf der Borke bei einem Druck von 0,4 MPa kondensiert wird, wodurch die Borke auf 140°C erhitzt wird. Die Verweüzeit der Borke im Druckgefäß 57 beträgt 3 Minuten. Die Borke wird mittels einer Beschickungsvorrichtung mit rotierenden Flügeln 60 zur Beschickungsschraube 61 geführt, in welcher sie gleichzeitig mit ihrer Einführung in ein geschlossenes Trocknungssystem, in welchem übererhitzter Wasserdampf zirkuliert, auf einen Trockengehalt von 47,7% entwässert wird. Die Borkenteilchen fallen aus der Beschickungsschraube 61 abwärts in eine Mühle 62 am Boden des Trockners 63 und werden zu so feinen Teilchen vermählen, daß der durch Leitung 64 eingeführte Transportwasserdampf sie wegtragen kann. Danach passieren der Transportwasserdampf und die fein zerteilte Borke einen Überhitzer 65, in den überschüssiger Wasserdampf aus Turbine 66 durch Leitung 67 und 68 transportiert wird und bei einem Druck von 1,6MPa kondensiert Dann werden Transportwasserdampf und Borke durch Leitung 70 mittels eines Ventilators 69 zur Zyklonvorrichtung 71 geleitet, in der die getrocknete Borke vom Wasserdampf getrennt wird. Die Borke wird mittels einer Beschikkungsvorrichtung mit rotierenden Flügeln 72 aus der Zyklonvorrichtung entfernt und durch eine Leitung 73 zu einer weiteren Leitung 74 geleitet, an deren Ende sich ein Ventilator 75 befindet, durch welchen die fein zerteilte Borke (Teilchengröße unter 0,4 mm) zusammen mit einem Teil des Verbrennungsgases und gewisser anderer Gase tangential in den Ofen 76 geblasen werden. Am Eingang in die Feuerstelle hat das Borkenpulver einen Trockengehalt von 90%. Der in der Zyklonvorrichtung 71 abgetrennte Wasserdampf wird durch Leitung 64 zum Trockner 63 zurückgeführt und in diesen nahe der Disintegrierungsvorrichtung, d. h. Mühle 62, eingeführt Aus der Rückführungsleitung 64 wird Wasserdampf teilweise durch eine Leitung 77 zur Wasserdampfreformierungsvorrichtung 78 und teilweise durch Leitung 58 zum Druckgefäß 57 in der oben beschriebenen Weise entfernt In die Wasserdampfregenerierungsvorrichtung 78 wird Wasserdampf zum Boden, d. h. an der Seite des Wärmeaustauschers eingeführt, der in Vorrichtung 78 angebracht ist Die im Wasserdampf anwesenden Verunreinigungen, wie inerte Gase, Terpentine, Säuren usw, werden über Kopf abgelassen und durch Leitung 79 zu Ventilator 75 geführt, der sie weiter zur Verbrennung in den Boiler leitet Das Kondensator aus dem Wasserdampf wird aus Vorrichtung 78 durch Leitung 80 zur Verdampfungsanlage der Aufschließungslauge der Fabrik abgeführt, worauf der Verdampfungsrückstand dann im Sodaboiler verbrannt wird. Zu Leitung 80 wird auch Preßwasser aus der Beschickungsschraube 61 durch Leitung 81 und aus der hydraulischen Presse 55 durch Leitung 82 geführt Auf der anderen Seite des Wärmeaustauschers in der Regenerierungsvorrichtung 78 zirkuliert das aus der Anlage erhaltene und durch Leitung 83 und 84 zugeführte Beschickungswasser. Das Beschickungswasser verdampft bei einem Druck von 0,4 MPa, und der Wasserdampf wird durch Leitung 86 zur Fabrik zur dortigen

Verwendung geführt. Der im Überhitzer 65 kondensierte Wasserdampf wird durch eine Leitung 85 geführt und in eine Leitung 83 mit dem in Boiler 76 eingeführten Beschickungswasser gemischt. Beim Verbrennen der getrockneten Borke im Boiler 76 wird überhitzter Wasserdampf von hohem Druck gebildet, der durch Leitung 88 zu einer oder mehreren Turbinen 66 geführt wird, die mit einem Generator 89 zur Bildung elektrischer Energie verbunden sind. Aus der Turbine wird Wasserdampf durch Leitung 67 mit einem Druck von 1,6 MPa transportiert und in zwei Ströme geteilt. Ein Teil desselben wird durch Leitung 68 zum Überhitzer 65 zur indirekten Wärmeübertragung für den Transportwasserdampf im Trocknungssystem geleitet, während der andere Teil durch Leitung 90 zur Verwendung in der Fabrik geführt wird. Der in der Turbine 66 verbleibende Wasserdampf, d. h. nach Abgabe und Umwandlung in elektrische Energie, wird bei einem Druck von 0,4 MPa durch eine Leitung 87 zu einer Leitung 86 geführt, die mit der Fabrik verbunden ist.

Um die Bedeutung der Vorbehandlung der Borke im Druckgefäß 57 zu untersuchen, wurden neben dem obigen Verfahren zwei Tests durchgeführt Bei einem wurde die Wasserdampfbehandlung im Druckgefäß 57 weggelassen; beim anderen wurde die Borke im Druckgefäß mit Wasserdampf einer Temperatur von 105⁰C im Gegensatz zu der oben angegebenen Wasserdampftemperatur von 14O⁰C behandelt Nach Durchgang durch die Beschickungsschraube 61 wurde der Trockengehalt der Borke mit den folgenden Ergebnissen gemessen.

Tabelle 2

Trockengehalt ohne Zugabe von Zugabe von 105⁰C Zugabe von 14O⁰C

Wasserdampf Wasserdampf Wasserdampf ,.

in Druckgefäß 57 zu Druckgefäß 57 zu Gefäß 57

nach Presse 55 36,3 35,8 36,0

nach Wasserdampfbehandlung — 32,5 31,4

nach Beschickungsschraube 61 38,5 43,0 47,7

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, führt die erfindungsgemäße Vorbehandlung der Borke, d. h. deren direktes Erhitzen mit Wasserdampf, zu einem wesentlich höheren Trockengehalt der Borke nach dem zweiten Pressen als ohne Wasserdampfzugabe. Selbst wenn der Energiewert des zugefügten Wasserdampfs bei der Berechnung des Energiegewinns im erfindungsgemäßen Verfahren abgezogen wird, ergibt die Vorbehandlungsstufe noch immer ein positives Ergebnis.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen und Verbrennen von Borke gemäß den obigen Angaben mit der üblichen Behandlung derselben, d. h. ihrem mechanischem Entwässern mittels Pressen auf einen Trockengehalt: von 40% und die anschließende Verbrennung in einem mit geneigtem Rost versehenen Boiler, verglichen wird, dann ist der Preis des erfindungsgemäß produzierten Wasserdampfes 35% niedriger als derjenige bei der üblichen Behandlung der Borke. Dies gilt auch trotz der Tatsache, daß die in F i g. 4 gezeigte, mit dem Wasserdampfboiler kombinierte Vorrichtung zu höheren Investitionskosten sowie zu einer gewissen Erhöhung der Betriebskosten im Vergleich zur üblichen Handhabung führt Die niedrigeren Produktionskosten pro t Wasserdampf beruhen auf der Tatsache, daß man erfindungsgemäß aus derselben Borkenmenge eine wesentlich größere Wasserdampfmenge als nach dem bekannten Verfahren erhält Weiter ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine einfachere und billigere Konstruktion des Wasserdampfboilers selbst die außerdem verläßlicher ist als z. B. ein Wasserdampfboiler mit geneigtem Rost. Durch die verbesserte Verbrennung der Borke von etwa 180 mg/normal m³ (Nm³) Abgas im Fall eines Wasserdampfboilers mit geneigtem Rost auf etwa 40 mg/Nm³ Abgase beim erfindungsgemäßen Verfahren verringert Ein weiterer Vorteil eines geschlossenen Systems gemäß F i g. 4 besteht darin, daß die Abgabe von sauerstoffverbrauchenden Substanzen aufgrund einer Verdampfung des Kondensates aus der Wasserdampfreformierungsvorrichtung 78, des Preßwassers aus der hydraulischen Presse 55 sowie des Preßwassers aus der Beschickungsschraube 61 gering ist

B e i s ρ i e 1 4

In F i g. 5 wird eine Anlage zum Trocknen und Verbrennen eines nicht verrotteten Gemeindeabwasserschlammes unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.

r--;. Der Schlamm 91 stammt aus einer aktivierten Schlammanlage und hat einen Trockengehalt von 4%; er wird in

Γ. einer üblichen Presse 92 auf einen Trockengehalt von 10% entwässert Die Presse 92 kann z.B. durch eine

iv. Dekantierzentrifuge ersetzt werden. Der vorentwässerte Schlamm wird zu einem Behälter 93 geführt, in wel-

|; ehern er mittels direkter Kondensation von Wasserdampf (der aus einer anschließenden Trocknungsvorrichtung

jF,' 94 erhalten wird) auf 80° C erhitzt wird. Der Wasserdampf wird aus der Trocknungsvorrichtung durch Leitung 95

und 96 transportiert; bei seiner Kondensation im Schlamm werden übelriechende Gase freigesetzt, die am Kopf

P? von Behälter 93 gesammelt und durch die Leitung 97 zu einem Wasserdampfboiler 98 geführt werden, in

j.ü welchem die Gase zusammen mit getrocknetem Schlamm und öl verbrannt werden. Dann wird der Schlamm zu

ti einer Bandsiebpresse 99 geführt und auf einen Trockengehalt von 37% entwässert Das auf der Bandsiebpresse

fi 99 ausgepreßte Wasser wird zusammen mit dem aus Presse 92 ausgepreßten Wasser durch Leitung 100 zur

[j aktivierten Schlammanlage zurückgeführt Nach der abschließenden mechanischen Entwässerung wird der

,'ΐ Schlamm zur oben erwähnten Trocknungsvorrichtung 94 geführt

;? Diese besteht aus einem Druckgefäß mit drei axial angeordneten Transportschrauben, die so konstruiert sind,

i. duß sie sich gegenseitig bei Rotation reinigen und als druckdichte Schleusen bei Beschickung und Entfernung des

a Schlammes zur bzw. von der Trocknungsvorrichtung 94 dienen. Wärme wird indirekt zur Trocknungsvorrich-

tung 94 durch Abziehen von Wasserdampf bei einem Druck von 03 MPa aus Turbine 102 und Transport durch Leitung 103 zu den hohlen Transportschrauben, in denen der Wasserdampf kondensiert wird, zugeführt Ein Teil des Wasserdampfes ir Leitung 103 wird über Leitung 104 zum Mantel des Druckgefäßes geführt wo der Wasserdampf kondensiert wird. Der Druck des Wasserdampfes in der Trocknungsvorrichtung 94, d. h. wo der

Schlamm gehalten wird, beträgt 0,2 MPa. Bei einer derartigen, Kontakttrockner genannten Trocknungsvorrichtung ist es wesentlich, daß eine gute Wärmeleitung zwischen den Schrauben und dem Schlamm erreicht wird. Bei Entfernung aus der Trocknungsvorrichtung 94 hat der Schlamm einen Trockengehalt von 90%; er wird als fein zerteiltes Pulver abgegeben und mittels Ventilator 105 durch Leitung 106 zu einer Zyklonvorrichtung 107 geführt, in welcher der pulverförmige Schlamm abgetrennt und durch Leitung 108 weiter zum Ofen des

Wasserdampfboilers 98 geleitet wird. Im Wasserdampfboiler 98 wird der Schlamm zusammen mit öl verbrannt; im Boiler 98 wird überhitzter Wasserdampf von hohem Druck gebildet der durch Leitung 109 zu einer oder mehreren Turbinen 102 geführt wird, die mit einem Generator zur Bildung elektrischer Energie verbunden sind. Wie bereits früher angegeben, wird der Wasserdampf aus Turbine 102 abgezogen und als indirekt heizender Wasserdampf durch Leitung 103 und 104 zur Trocknungsvorrichtung 94 geführt Der in der Turbine nach

Entfernung und Umwandlung in elektrische Energie verbleibende Wasserdampf wird durch eine Leitung 111 zu einem gesonderten Wärmekondensator 112 geführt, wo er kondensiert Das Kondensat wird durch eine Leitung 113 als Beschickungswasser zum Wasserdampfboiler 98 zurückgeführt Ein Teil des in der Trocknungsvorrichtung 94 gewonnenen Wasserdampfs wird, wie bereits erwähnt durch Leitungen 95 und 96 zum Vorbehandlungsbehälter 93 geführt Der restliche, in Trocknungsvorrichtung 94 gewonnene Wasserdampf wird durch eine

Leitung 115 zu der (nicht dargestelten) Aktivschlammanlage geleitet In dieser Anlage, die u. a. Bassins enthält,

kommt das Abwasser mit Aktivschlamm und Luft in Berührung. Um eine hohe Wachstumsgeschwindingkeit des

Schlamms in den Bassins zu erreichen, wird die Luft mit dem gewonnenen Wasserdampf erhitzt wodurch man

auch eine erhöhte Temperatur des Wassers in den Bassins erreicht

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, wird dem Boiler Öl zugefügt jnd zusammen mit dem getrockne-

ten Schlamm verbrannt Da der Trockengehalt des Schlammes zu Beginn sehr niedrig ist und von der physikalischen Struktur des Schlammes abhängt ist es nicht möglich, den Schlamm zu trocknen und anschließend bei der Verbrennung so viel Energie zu gewinnen, daß diese für die gesamte Schlammbehandlung ausreicht sondern man muß immer Energie von außen zufügen, was gewöhnlich in Form von öl geschieht Dadurch war die Schlammbehandlung immer mit Kosten verbunden. In Abhängigkeit von der Art des Schlammes und seinem

Trockengehalt sind zwischen 0,5 bis 1,0 kg öl/kg Trockenschlamm in einem üblichen Verfahren zum Trocknen und Verbrennen notwendig. Bei Untersuchung der Kosten für eine übliche Schlammbehandlung, z. B. aus Entwässern desselben in einer Dekantier entrifuge und Trocknen und Verbrennen in einem mehrstufigen Ofen sowie Aschenabscheidung sowie für das in F i g. 5 gezeigte Verfahren hat sich gezeigt daß die Kosten um 25% gesenkt werden können. Erfindungsgemäß werden weiterhin die Abgabe übler Gerüche vermieden und das

Problem von nicht verbranntem Staub verringert Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmerückgewinnung beim Trocknen fester Brennstoffe aus wasserhaltigen, organischen Materialien, wie Borke, Torf, Schlamm aus denen nach Verbrennung in einer Wärmekraftanlage elektrische Energie gewonnen wird, bei der das wasserhaltige Material von festen Verunreinigungen, wie Steine und Metall, befreit wird, in einer oder mehreren Stufen mechanisch entwässert wird, vor der abschließenden mechanischen Entwässerung direkt mit Wasserdampf aus einer Trocknungsanlage erhitzt wird, in welcher der unter Atmosphärenüberdruck stehende Wasserdampf durch Wasserentzug aus den Materialien gebildet und als Trocknungsmedium verwendet wird, nach abschließender mechanischer Entwässerung in der Trocknungsanlage getrocknet wird und zerkleinert wird, und schließlich in der einen Boiler umfassenden Wärmekraftanlage verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdampf, der in der Wärmekraftanlage (Boiler 21) durch Erhitzen von Speisewasser (in Leitungen 27,28 bzw. 52) gebildet wird, nach Durchgang durch eine oder mehrere Turbinen (16 bzw. 49) als Entnahmedampf zum indirekten Erhitzen des Wasserdampfs in der Trocknungsanlage (10, 15) mit Erhitzer (15) verwendet wird und dabei anfallendes

«5 Kondensat als Speisewasser in die Wärmekraftanlage rückgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockengehalt des organischen Materials beim direkten Erhitzen mit Wasserdampf cuf über 10% gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material nach der abschließenden mechanischen Entwässerung disintegriert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material nach dem Trocknen fein disintegriert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material so weit getrocknet wird, daß der Trockengehalt beim Verbrennen über 50% liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material vor dem Verbrennen auf eine Teilchengröße unter 3 mm, vorzugsweise unter 1 mm, disintegriert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung einer die Wärme auf dem Konvektionsprinzip übertragenden geschlossenen Trocknungsanlage (10,15).

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung einer die Wärme auf dem Konduktionsprinzip übertragenden geschlossenen Trocknungsanlage (10,15).