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Verfahren zur hydraulischen Förderung von Feststoffen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur hydraulischen Förderung von Feststoffen, vornehmlich
zum hydraulischen Kohle-Transport.
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Der hydraulische Feststoff-Transport ist an sich bekannt und wird
seit langem angewendet. Pipeline-Systeme zur Kohle- bzw.
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Erzförderung wurden in verschiedenen Ländern realisiert, zum Teil
für sehr große Förderstrecken (z. B. Black-Mesa-Pipeline in USA: 435 km lang). Im
einschlägigen Fachschrifttum findet man zahlreiche Artikel über die theoretischen
Grundlagen der hyraulischen Feststoff-Förderung, über die verfahrenstechnische Auslegung
hyraulischer Förderanlagen und über die Vorbereitung des Fördergutes zur Förderung
bzw. über die Entwässerung des geförderten Gutes [1 bis 6J. Die einzelnen Verfahrensschritte
sind außerdem in Fachbüchern näher dargelegt, vergl. z. B. [?J. Andere Aufsätze
beschäftigen sich mit der Wirtschaftlichkeit des hydraulischen Feststoff-Transports
[4, 5, 8, 9j. So ist nach amerikanischen Untersuchungen bei hohen l1'örderraten
und großen Entfernungen der: Energietransport durch hydraulische Förderung von Steinkohle
wesentlich billiger als der Eisenbahntransport und sogar preiswerter als die Übertragung
elektrischer Energie. Angesichts der hohen Transportleistungen (beispielsweise bei
Kraftwerkskohle Größenordnung 0,5 bis 5 GW) kommt dem Wirtschaftlichkeitsaspekt
eine sehr große Bedeutung zu.
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Ziel der Erfindung ist es, dio Wirtschaftlichkeit hydraulischer Fördersysteme
- vorzugsweise zum Kohletransport mittels Wasser als Fördermedium - zu verbessern.
Dies geschieht erfindungsgemäß durch Vermischen einer relativ grob gebrochenen Feststoff-Fraktion
mit einer fein gemahlenen Fraktion an der Aufgabestation, die hydraulische Förderung
dieses Gemisches durch die Förderleitung (pipeline) mit Hilfe eines adäquaten, verhältnismäßig
geringen Wasserstroms, die mechanische Klassierung des @eförderten Gemisches an
der
Empfangstation in eine grobkörnige und eine feinkörnige Fraktion
und die getrennte - vorzugsweise rein mechanische - Entwässerung der beiden Fraktionen
vor der leiterverarbeitung des Fördergutes.
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Kohle, Sand und viele ndre mineralische Stoffe zeichnen sich durch
eine Kornverteilung aus, die sich im RRS-Körnungsnetz nach DIN 4190 durch weitgehend
gerade Linien wiedergeben läßt. Mischt man jedoch zwei (oder mehr) Fraktionen mit
unterschiedlicher mittlerer Korngröße, so erhält man für das Gemisch im i'R*S-Netz
eine geschwungene Linie mit geringerer Steigung als die beiden Ausgangsgeraden.
Durch geeignete Wahl des Mischungsverhältnisses läßt sich ein Korn spektrum erzielen,
welches sich durch ei besonders geringes Lückenvolumen (geringe Porositcit) auszeichnet.
Derartige Mischungen aus Splitt und Sand verwendet man im Straßenbau zur Her stellung
von Asphaltfeinbeton (StraSenbelag). Je geringer die Porosität eines körnigen Huafwerkes,
desto weniger Flüssigkeit ist zum Ausfüllen der Poren nötig; bei größerem Flüssigkeitsgehalt
können sich keine Konglomerate infolge von Oberflächenspannungen ausbilden, es entsteht
eine Suspension. In dieser Susoension können sich die kleinen Feststoffteilchen
infolge ihrer sehr geringen Sinkgeschwindigkeit praktisch nicht mehr absetzen; dadurch
steigt die mittlere Dichte der Suspension, sodaß sich auch die Sinkgeschwindigkeit
der großen Körner be-tr, chtlich vermindert. Die geringere Neigung zur Ifonglomeratbildung
und die kleinere Sinkgeschwindigkeit ist mit einer geringeren Absetzneigung des
Feststoffes im Fördersystem verbunden, vermindert also die sogenannte "kritische"
(Mindest-) Fördergeschwindigkeit (verglichen mit der ausschließlichen Förderung
von Grobgut).
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Dies erlaub-t eine Reduzierung der Förderraittel asser-) Menge und
folglich einen Transport höher konzentrierter Feststoff/Flüssigkeits-Gemische bei
entsprechend vermindertem Gemischstrom.
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An der Empfangsstation kann man den grobkörnigen Anteil mit Hilfe
mechanischer Siebeinrichtungen (z. B. Bouensiebe) leicht aus dem Gemisch abtrennen.
Anschließend läßt sich die Grobfraktion - die Hauptmasse des geförderten Fest stoffes
- mechanisch weitgehend entwässern (etwa -durch den Einsatz von Schwingsiebschleudern).
Bei der Feinfraktion ist die Entwässerung auf mechanischem Wege bei weitem nicht
in dem gleichen Maße möglich; da se jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur
einen Teil des insgesamt geförderten Feststoffes ausmacht, lassen sich für das Gesamtgemisch
nach Wiedervereinigen beider Fraktionen geringe End-Wassergehalte erzielen, welche
beispielsweise bei S#inkohle den Einsatz in Koksöfen (Wassergehalt maximal 10
C) ohne vorhergehende thermische Trocknung erlauben. Bei Kraftwerkskohle ist eine
Verringerung des Wassergehaltes gleichbedeutend mit einer entsprechenden Erhöhung
des Kohle-Heizwertes.
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Mit dem hydraulischen Transport ist auch eine Extraktion des Feststoffes
- insbesondere des feinkörnigen Anteiles -durch das Trägermedium verbunden. So wurde
bei Versuchen zur Förderung von Kokskohle eine Absenkung ihres Asche- und Schwefelgehaltes
um rund 25 '0 festgestellt. Dies aber ist gleichbedeutend mit einer - durchaus unerwünschten
-Beladung des Abwassers mit einer beträchtlichen Salzfracht (beim Transport von
1 Million jato Ruhr-Kokskohle größ ordnungsmäßig 10 C'00 jato!). Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird ein großer Teil des Feststoffes als grobkörnige Fraktion gefördert.
Da sich der Extraktionsefiekt mit zunehmender Feststoff-Korngröße und wachsender
Feststoffkonzentration verringert, sinkt damit auch die Salzfracht des Abwassers
und dementsprechend auch der Aufwand für eine evtl. verlangte Abwasseraufbereitung.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt also eine Reduzierung
des zu fördernden Gemischetromes, eine - besonders beim Kohletransport im Hinblick
auf den "Bruttoheizwert" des geörderten, feuchten Gutes wichtige -bessere mechanische
(d.h. energiesparende) Entwrsserung sowie schließlich eine Verminderun: der Salzfracht
im Abwasse: (rleichbedeutend mit einer Verringerung der Kosten für die Abwasseraufbereitung).
Alle erhnten Effekte tragen zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des hydraulischen
Feststofftransports bei.
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Die beigefügte Zeichnung zeigt an Hand eines Grundfließbilds eine
Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zum hydraulischen Transport
von Steinkohle mittels Wasser zu einem Kraftwerk oder zu einer Kokerei. In der Aufgabestation
(Verfahrensstufen 1 bis 3) wir die zu fördernde Kohle zunächst vorzerkleinert (Stufe
1) bis auf die Korngröße, welche die anschließenden Einrichtungen noch bewältigen,
z. B.
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kmax = 50 bis 80 mm (in UdSSR wurden bereits Pipelines für kmax =
100 mm ausgeführt). Etwa 20 % der Kohle werden anschließend fein gemahlen (Stufe
2) bis auf eine Korngröße entsprechend k' = 0,1 mm beim Siebrückstand R(0,1 mm)
= In der nächsten Stufe (Stufe 3) wird die vorzerkleinerte Kohle mit dem fein gemahlenen
Anteil sowie mit dem als Trägermedium dienenden Wasser gemischt und in das Bördersystem
eingeschleust. Die Förderung (Stufe 4) erfolgt je nach Durchmesser der Pipeline
mit Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 1,2 und 3,0 m/s, die Feststoffkonzentration
liegt etwa bei 60 . In der Empfangsstation wird das ankommende Gemisch zunächst
- z. B. unter Verwendung von Bogen sieben - klassiert (Stufe 5). Grobfraktion und
Feinfraktion werden anschließend nach bekannten Verfahren (vergl. dazu z. B. [3])
getrennt entwissert (Stufen 6, 8). Während man den Wassergehalt der Grob fraktion
auf mechanischem Wege bis auf etwa 4 % vermindern kann, Päßt sich die Feinfraktion
mechanisch nur auf einen Rest-Wassergehalt um 40 ß entw5ssern. Die entwasser-
te
Grobfraktion kann man anschließend so fein mahlen (Stufe 7), daß sich nach Vermischen
mit der entwässerten Feinfraktion (Stufe 9) das fiir die T:eiterverarbeitung - also
für die Verbrennung in einem Dampferzeuger bzw. für den Einsatz in einem Koksofen
- gewünschte Korn spektrum einstellt.
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Auf diese Jeise gelingt es beispielsweise, das für den Einsatz in
Koksöfen angestrebte Korn spektrum (0 bis 3,2 mm) zu realisieren und auch den Wassergehalt
von ca. 10 % nur durch mechanische Entwässerung einzuhalten. Die zur Vervollst-,ndigung
des Fließbilds eingetragene Abwasserreinigung (Stufe 10) kann nach bekannten Verfahren
erfolgen.
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Vergleicht man das erfindungsgemäße Verfahren mit bekannten Methoden
zur hydraulischen Feststoff-Förderung, so stellt man fest, daß die künstliche Abflachung
der Körnungskennlinie eine Reduzierung des Trägermediumbedarfes (d. h. eine Erhöhung
der Feststoffkonzentration) und damit eine Verminderung des erforderlichen von den
Pumpen zu fördernden Volumenstromes erlaubt. Wenn der Empfänger den Feststoff in
möglichst trocken er Form benötigt (Kraftwerkskohle, Kokskohle usw.), so gestattet
die Trennung in eine Grob- und eine Feinfraktion und deren getrennte Entwässerung
wegen des großen Grobkornanteils eine besonders weitgehende Verminderung des Wassergehaltes
auf mechanischem (d. h. energiesparendem) Wege.
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Schließlich vermindert sich durch die Förderung relativ grobkörnigen
Feststoffes mit hoher Feststoffkonzentratiõn die Extraktionswirkung und damit die
Salzfracht des (zu reinigenden) abwassers.
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Schrifttum: [1] Weber, M.: Strömingsfördertechnik.
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Krausskopf-Verlag, Mainz 1973.
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[2] Debreczeni, E. und I. Tarjan: Bestimmung der technischen Kennwerte
hydraulischer Förderanlagen.
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Chem. Techn. 27 (1975) 5, 280 - 283.
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[31 Erdmann, W., R. Köhling und D. Leininer: Möglichkeiten der Entwässerung
hydraulisch geförderter Steinkohlen.
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Aufbereitungs-Technik 19 (1973) 8, 357 - 362.
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[4] BMFT-Bericht über das 1. Statusseminar "Güterverkehr und Transportketten
" am 2./3. 12. 1980 in Eahnenklee.
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[5] BMFT-Bericht über das 2. Statusseminar "Güterverkehr und Transportketten"
" am 14./15. 6. 1982 in München.
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[6] Molerus, O. und J. P. Wellmann: Ein neues Konzept für die Vorausberechnung
des Druckverlustes bei der hydraulischen Förderung in horizontalen Rohr.
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Chem.-Ing.-Tech. 54 (1982) 3, 246 - 248.
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[7] Ullrich, H.: Mechanische Verfahrenstechnik.
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Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York 1967.
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[8] Köhling, R. und D. Leininger: Wirtschaftliche Aspekte für die
Anwenbarkeit des Feststoff-Wassertransportes bei Steinkohle. Aufbereitungs-Technik
17 (1976) 11, 574 - 579 [9] Köhling, R. und D. Leininger: Probleme der Förderung
von Feststoff/Wassergemischen in Rohrleitungen.
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Aufbereitungs-Technik 15 (1974) 8, 439 -
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