DE3615759A1

DE3615759A1 - Process for reducing the carbon content of fly ash originating from a furnace

Info

Publication number: DE3615759A1
Application number: DE19863615759
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. Vosteen
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1986-05-13
Filing date: 1986-05-13
Publication date: 1987-11-19

Abstract

In a process for reducing the carbon content of fly ash originating from a furnace, in particular dry furnace, by thermal treatment, wherein the fly ash is brought by means of an auxiliary fuel to a temperature suitable for ignition of the carbon content and at least a part of the carbon is burned, it is provided for a partial reduction of the carbon content of the fly ash without a substantial change in the grain size thereof that the fly ash is introduced with its grain size determined by the furnace into a vigorously mixing combustion chamber of a burner and that, at a temperature at least below the softening temperature, preferably below the sintering temperature, the carbon content is at least partially ignited and the fly ash is then burned out to the desired carbon content in pneumatic flow along a further reaction section. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Kohlenstoffgehalts von aus einer Feuerung, insbesondere Trockenfeuerung, stammender Flugasche durch thermische Behandlung, bei dem die Flugasche mit einem Hilfsbrennstoff auf eine für die Zündung des Kohlenstoffgehalts ausreichende Temperatur gebracht wird und zumindest ein Teil des Kohlenstoffs verbrannt wird.The invention relates to a method for reducing the Carbon content from a furnace, in particular Dry firing, originating fly ash through thermal Treatment in which the fly ash with a Auxiliary fuel on one for the ignition of the Carbon temperature is brought sufficient temperature and at least some of the carbon is burned.

Flugasche aus mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Feuerungen, wie z. B. Steinkohle- und Braunkohlekraftwerken, weist oft einen zu hohen Kohlenstoffgehalt für den weiteren Einsatz der Flugasche auf. Prüfzeichenfähige Flugasche muß einen Kohlenstoffgehalt 5% aufweisen.Fly ash made from fossil fuels Furnaces such as B. hard coal and Lignite-fired power plants often have a too high one Carbon content for the further use of the fly ash on. Fly ash capable of certification marks must have one Have a carbon content of 5%.

Es ist versucht worden, den Kohlenstoffgehalt von Flugasche durch Sichtung oder Sieben herabzusetzen. Weiterhin ist es bekannt, Flugasche von den Elektrofiltern von Kraftwerken mit Kohlenstaub zu vermischen, aus dieser Mischung Pellet herzustellen und die oberste Schicht der auf ein Sinterband aufgeschütteten Pellet mittels eines Hilfsbrennstoffes in Form von Zündöl zu zünden. Nach einem weiteren Transport der Pellets wandert die Feuerzone nach unten durch die Pelletschicht, wodurch auch der Kohlenstoffgehalt der Flugasche mitverbrannt wird. Attempts have been made to determine the carbon content of To reduce fly ash by sighting or sieving. It is also known to fly ash from the electrostatic precipitators of power plants to mix with coal dust, from this Mixture to produce pellet and the top layer of pellet piled onto a sintering belt by means of a To ignite auxiliary fuel in the form of ignition oil. After one further transport of the pellets moves to the fire zone below through the pellet layer, which also makes the Carbon content of the fly ash is also burned.

Das bekannte Verfahren ermöglicht somit, aus nicht prüfzeichenfähiger Flugasche ein einsatzfähiges Produkt zu erzeugen, das als Zuschlag für konstruktiven Leichtbeton verwendet werden kann. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist aber, daß zu seiner Durchführung ein Homogenisierungsbunker, Pelletierteller und ein Sinterband erforderlich sind. Darüberhinaus verliert das Ausgangsprodukt seine für viele andere Einsatzzwecke erforderliche Feinkörnigkeit.The known method thus does not allow fly ash that can be used as a test mark is a usable product generate that as a surcharge for constructive lightweight concrete can be used. A disadvantage of the known However, the procedure is to carry it out Homogenization bunker, pelletizing plate and a sintering belt required are. Furthermore, that loses Starting product its for many other uses required fine grain.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verminderung des Kohlenstoffgehalts von Flugasche durch thermische Behandlung anzugeben, das auf einfache und wirtschaftliche Weise zumindest eine Teilreduzierung des Kohlenstoffgehalts der Flugasche ermöglicht, ohne daß diese ihre Feinkörnigkeit wesentlich verändert.It is the object of the present invention Process for reducing the carbon content of Fly ash by thermal treatment to indicate that on simple and economical way at least one Partial reduction in the carbon content of fly ash enables without this their fine-grained essential changed.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Flugasche mit ihrer durch die Feuerung bestimmten Körnung in eine stark durchmischende Brennkammer eines Brenners eingebracht und daß bei einer zumindest unterhalb der Erweichungstemperatur, vorzugsweise unterhalb der Sintertemperatur liegenden Temperatur der Kohlenstoffgehalt zumindest teilweise gezündet wird und danach die Flugasche im Flugstrom längs einer Nachreaktionsstrecke auf den gewünschten Kohlenstoffgehalt ausgebrannt wird.This object is achieved in that the fly ash with their grain determined by the firing into a strong mixing chamber of a burner introduced and that at least below the Softening temperature, preferably below that Sintering temperature Carbon content is at least partially ignited and then the fly ash in the flight stream along one Post-reaction route to the desired carbon content is burned out.

Der Kohlenstoffgehalt in der Flugasche kommt in Form von relativ zündunwilligem Koks vor, der eine relativ hohe Zündtemperatur im Bereich um 1000°C erforderlich macht; andererseits liegt die Erweichungstemperatur von Steinkohlenflugasche beispielsweise im Bereich von 1220° bis 1360°C. Die Sintertemperatur liegt noch 50- 60° tiefer. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung werden die Flugascheteilchen mit der Verbrennungsluft bzw. den sich bildenden Rauchgasen stark vermischt, so daß es zu einer Vergleichmäßigung der Temperatur in der Brennkammer kommt. Die Flugascheteilchen treten aus der Brennkammer im Flugstrom in die Nachreaktionsstrecke ein, in der zumindest der gezündete Kohlenstoffgehalt ausgebrannt wird. Die Führung im Flugstrom bewirkt, daß Anbackungen an den die Nachreaktionsstrecke begrenzenden Wandungen und/oder Agglomerationen im wesentlichen vermieden werden.The carbon content in the fly ash comes in the form of coke that is relatively unwilling to ignite, which has a relatively high level Requires ignition temperature in the range around 1000 ° C; on the other hand, the softening temperature is from Hard coal fly ash, for example, in the range of 1220 ° up to 1360 ° C. The sintering temperature is still 50-60 ° deeper. Through the procedure according to the invention the fly ash particles with the combustion air or the smoke gases strongly mixed, so that it to an equalization of the temperature in the Combustion chamber is coming. The fly ash particles emerge from the Combustion chamber in the entrained flow into the after-reaction section, in which at least the ignited carbon content is burned out. The guidance in the entrained flow causes Caking on the boundary of the post-reaction zone Walls and / or agglomerations essentially be avoided.

Da in Folge der fortschreitenden Verbrennung der Kohlenstoffteilchen die Temperatur in der Nachreaktionsstrecke gegenüber der in der Brennkammer herrschenden Temperatur ansteigen kann und evtl. die Erweichungstemperatur erreichen kann, ist es von Vorteil, wenn der Flugstrom mindestens längs eines vorgegebenen Streckenabschnitts direkt oder indirekt gekühlt wird. Eine indirekte Kühlung ist durch Eindüsen von Wasser oder durch Einführen eines kälteren Ballastgases, wie z. B. Rauchgas von der Feuerung möglich. Eine indirekte Kühlung kann auch durch Kühlflächen erfolgen, die sich in Flugrichtung erstrecken sollten.As a result of the progressive combustion of the Carbon particles the temperature in the Post-reaction path compared to that in the combustion chamber prevailing temperature and possibly the Can reach softening temperature, it is advantageous if the flight flow is at least along a predetermined one Route section is cooled directly or indirectly. A indirect cooling is by injecting water or by Introducing a colder ballast gas, such as B. flue gas possible from the furnace. Indirect cooling can also through cooling surfaces that are in the direction of flight should extend.

Die Flugasche kann als kalte Flugasche in die stark durchmischende Brennkammer eingebracht werden, es ist jedoch auch denkbar, daß vorgewärmte Flugasche in die Brennkammer eingeführt wird.The fly ash can be used as cold fly ash in the strong mixing combustion chamber, it is but also conceivable that preheated fly ash in the Combustion chamber is introduced.

Am Ende der Nachreaktionsstrecke wird die Flugasche in an sich bekannter Weise einem Abscheider, wie z. B. einem Heißzyklon oder einem heißgehenden E-Filter zugeführt.At the end of the after-reaction section, the fly ash becomes on known a separator, such as. B. one Hot cyclone or a hot e-filter fed.

Dabei wird bevorzugt, daß zur Ausnutzung des Wärmeinhalts der Rauchgase diese an einer Stelle mit geeignetem Temperaturniveau den Rauchgasen der Feuerung zugemischt werden. Es ist jedoch auch möglich, den Wärmeinhalt der Rauchgase durch Wärmetauscher zu entziehen. Als stark mischende Brennkammer kann vorzugsweise eine Zyklon- oder Drallkammer eingesetzt werden, wie sie z. B. in dem Aufsatz "Entwicklung eines variablen Drallbrennkammersystems zur Erzeugung hoher Energieumsetzungsdichten", Brennstoff-Wärme-Kraft 32 (1980) Nr. 11, November, S. 495-502, insbesondere Bilder 1 und 2, dargestellt ist. Diese Brennkammer weist einen Drallerzeuger, einen Brennraum und eine "Anschlußgeometrie" auf, die bei Einsatz der Drallbrennkammer erfindungsgemäß als den Ausbrand bestimmende Nachreaktionsstrecke ausgebildet ist. Bei Verwendung einer solchen Drallbrennkammer oder Zyklonbrennkammer kann der Flugstaub in gleicher Richtung wie der Hilfsbrennstoff, zusammen mit der zu verdrallenden Luft oder direkt dem Brennraum der Brennkammer zugeführt werden.It is preferred that to utilize the heat content the flue gases in a suitable place Temperature level mixed with the flue gases from the furnace will. However, it is also possible to adjust the heat content of the Extract flue gases through heat exchangers. As strong Mixing combustion chamber can preferably be a cyclone or Swirl chamber can be used, as z. B. in the Essay "Development of a variable Swirl combustion chamber system for the generation of high Energy conversion densities ", fuel-thermal power 32 (1980) No. 11, November, pp. 495-502, especially images 1 and 2. This combustion chamber has one Swirl generator, a combustion chamber and one "Connection geometry", which when using the Swirl combustion chamber according to the invention as the burnout determining post-reaction path is formed. At Use of such a swirl combustion chamber or Cyclone combustion chamber can fly dust in the same direction like the auxiliary fuel, along with that to be twisted Air or fed directly to the combustion chamber of the combustion chamber will.

Vorzugsweise werden als Hilfsbrennstoff Erdgas, Öl oder Kohlenstaub eingesetzt. Wiederum bevorzugt wird Erdgas eingesetzt.Natural gas, oil or are preferably used as auxiliary fuel Coal dust used. Natural gas is again preferred used.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Brenner mit stark durchmischender Brennkammer und eine der Brennkammer nachgeschaltete Flugstromreaktionsstrecke vorgesehen ist. Wie bereits erwähnt, kann die Brennkammer vorzugsweise als Zyklon- bzw. Drallbrennkammer ausgebildet sein, wobei wiederum bevorzugt wird, daß die Drallbrennkammer mit einem Drall betrieben wird, der zu einer zentralen axialen Rückströmung führt.The invention is also directed to a device for Execution of the procedure. It is according to the invention characterized in that a burner with strong mixing combustion chamber and one of the combustion chamber downstream entrained flow reaction path is provided. As already mentioned, the combustion chamber can preferably be used as Cyclone or swirl combustion chamber be formed, wherein again it is preferred that the swirl combustion chamber with a twist is operated that is to a central axial Backflow leads.

Die Flugstromnachreaktionsstrecke kann in verschiedener Weise ausgebildet sein, insbesondere als direkt oder indirekt gekühlter gerader Rohrreaktor, als mäanderförmig gestalteter Rohrreaktor oder als aus einer oder mehreren Verweilkammern (abgeschnittener Zyklon) gebildeter Reaktor, vorzugsweise ähnlich dem Convex-Trockner der Firma Buss, Pratteln, CH.The entrained-flow post-reaction path can be in different Be fashioned, especially as direct or indirectly cooled straight tubular reactor, as a meandering shape designed tubular reactor or as one or more Dwell chambers (cyclone cut off) formed Reactor, preferably similar to the convex dryer of the Buss, Pratteln, CH.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figur näher erläutert werden.The invention will now be described with reference to the accompanying figure are explained.

Die bei der Verbrennung eines fossilen Brennstoffes in einer Feuerungsanlage (1) mit einem vorzugsweise trockenen Ascheabzug (1 a) anfallende Flugasche wird in einem E-Filter (2) abgeschieden und ggf. unter Zwischenlagerung in einem Zwischenbunker (3) einem Drallbrenner (4) zugeführt. Der Drallbrenner (4) besteht aus einem Drallerzeuger (4 a) und einem Zünd- und Brennraum (4 b). Dem Drallbrenner (4) wird axial ein Hilfsbrennstoff (HB) und tangential Verbrennungsluft (VL) zugeführt. Wie bereits erwähnt, kann die Flugasche dem Brenner in verschiedener Weise zugeführt werden. In der Figur ist eine Zuführung in Richtung der Zufuhr des Hilfsbrennstoffes und in gleichmäßiger Verteilung um diesen herum dargestellt. Dem Raum (4 b) ist eine Flugstromreaktionsstrecke (5) nachgeschaltet. In die Flugstromreaktionsstrecke treten die gezündeten und nicht gezündeten Flugascheteilchen ein. In der Flugstromreaktionsstrecke brennen die gezündeten Flugascheteilchen aus, und es können auch noch weitere im Zündraum (4 b) nicht gezündete Kohlenstoffgehalte gezündet werden. Um es sicher zu vermeiden, daß es in der Flugstromreaktionsstrecke nicht zu einer solchen Temperaturerhöhung kommt, daß ein Anbacken und/oder Agglomerieren der Flugascheteilchen erfolgt, kann der Flugstromreaktionsstrecke eine Kühlung zugeordnet werden. In der Fig. 1 ist schematisch eine direkte Kühlung durch Eindüsung von Wasser (W) oder eine indirekte Kühlung durch in der Reaktionsstrecke angeordnete Kühlflächen (6) vorgesehen. Aus der Flugstromreaktionsstrecke werden die Flugascheteilchen und die Rauchgase einem heißgehenden Abscheider, z. B. einem Zyklon (7) zugeführt. Bei Ausnutzung des Wärmeinhalts der Rauchgase werden diese an eine Stelle mit geeignetem Temperaturniveau, z. B. 1000°, in die Feuerung über eine Rückführung (8) zurückgeführt. Staubbeladungen, die mit den Rauchgasen in die Feuerrung zurückgeführt werden, werden in vorteilhafter Weise in dem Filter (2) mitabgeschieden. Die in ihrem Kohlenstoffgehalt reduzierte Flugasche wird dem angestrebten Verwendungszweck zugeführt. In der erfindungsgemäßen Verfahrensführung und der in der Fig. 1 gezeigten Anordnung ist es ohne weiteres möglich, Flugasche mit einem Kohlenstoffgehalt von z. B. 20% zu einer prüfzeichenfähigen Flugasche mit einem Kohlenstoffgehalt von z. B. 3 % umzuwandeln.Whereas the combustion of a fossil fuel in a boiler (1) with a preferably dry ash outlet (1 a) Falling ash is deposited in an electrostatic precipitator (2) and optionally with intermediate storage in an intermediate bunker (3) a swirl burner (4) fed. The swirl burner ( 4 ) consists of a swirl generator ( 4 a ) and an ignition and combustion chamber ( 4 b ). An auxiliary fuel (HB) and tangential combustion air (VL) are fed axially to the swirl burner ( 4 ). As already mentioned, the fly ash can be fed to the burner in various ways. In the figure, a feed in the direction of the supply of the auxiliary fuel and in a uniform distribution around it is shown. An entrained current reaction path ( 5 ) is connected downstream of the room ( 4 b ). The ignited and non-ignited fly ash particles enter the entrained flow reaction path. In the entrained-flow reaction zone the ignited fly ash particles burn out and it can not be ignited carbon contents are ignited even more (b 4) in the ignition space. In order to avoid that the temperature rise in the entrained flow reaction path does not result in caking and / or agglomeration of the fly ash particles, cooling can be assigned to the entrained flow reaction path. In Fig. 1, direct cooling by injecting water ( W ) or indirect cooling by cooling surfaces ( 6 ) arranged in the reaction zone is schematically provided. From the entrained flow reaction path, the fly ash particles and the flue gases are passed to a hot separator, e.g. B. fed to a cyclone ( 7 ). If the heat content of the flue gases is used, they are moved to a location with a suitable temperature level, e.g. B. 1000 °, returned to the furnace via a return ( 8 ). Dust loads which are returned to the fire stanchion with the flue gases are advantageously also separated out in the filter ( 2 ). The fly ash, which is reduced in carbon content, is used for its intended purpose. In the process according to the invention and the arrangement shown in FIG. 1, it is easily possible to use fly ash with a carbon content of z. B. 20% to a test mark-capable fly ash with a carbon content of z. B. convert 3%.

Die Anordnung der Hauptbauteile (4, 5 und 7) an der Feuerung (1) bringt zwar Vorteile wegen der Rauchgasrückführung (8), jedoch kann diese Baugruppe auch räumlich und zeitlich unabhängig von der die Flugasche erzeugenden Feuerung (1) betrieben werden.The arrangement of the main components ( 4 , 5 and 7 ) on the furnace ( 1 ) brings advantages because of the flue gas recirculation ( 8 ), but this assembly can also be operated in terms of space and time regardless of the furnace ( 1 ) producing the fly ash.

Claims

1. A process for reducing the carbon content of fly ash originating from a furnace, in particular dry firing, by thermal treatment, in which the fly ash is brought to a temperature for the ignition of the carbon content with an auxiliary fuel and at least some of the carbon is burned, characterized in that that the fly ash is introduced at their designated by the firing grit in a greatly by mixing the combustion chamber of a burner, and that at least at least partly ignited at a below the softening temperature, preferably below the sintering temperature lying temperature of the carbon content and thereafter, the fly ash in the entrained flow along a post-reaction at the desired carbon content is burned out.

2. The method according to claim 1, characterized characterized that the flight stream at least along a predetermined route section is cooled directly or indirectly.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that cold fly ash in the strongly mixing combustion chamber is introduced.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized that preheated Fly ash is introduced into the combustion chamber.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the Fly ash a separator in a manner known per se is fed.

6. The method according to claim 5, characterized characterized in that to take advantage of the The heat content of the flue gases at one point suitable temperature level of the flue gas ducts Furnace can be fed.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that at Use of a cyclone or swirl combustion chamber Airborne dust in the same direction as the auxiliary fuel together with the air to be swirled or directly with it Combustion chamber is fed to the combustion chamber.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that as Auxiliary fuel gas, oil or coal dust used becomes.

9. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 8, characterized in that a burner ( 4 ) with a strongly mixing combustion chamber ( 4 b ) and a downstream of the combustion chamber reaction flow path ( 5 ) is provided.

10. The device according to claim 9, characterized in that the combustion chamber is designed as a cyclone or swirl combustion chamber ( 4 a , 4 b ).

11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the entrained flow post-reaction section ( 5 ) is designed as a cooled or uncooled straight tube reactor, as a meandering tube reactor or as a reactor formed from one or more dwell chambers.