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WO2011095295A2 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines feinkörnigen brennstoffs durch trocknung und prallzerkleinerung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines feinkörnigen brennstoffs durch trocknung und prallzerkleinerung Download PDF

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WO2011095295A2
WO2011095295A2 PCT/EP2011/000336 EP2011000336W WO2011095295A2 WO 2011095295 A2 WO2011095295 A2 WO 2011095295A2 EP 2011000336 W EP2011000336 W EP 2011000336W WO 2011095295 A2 WO2011095295 A2 WO 2011095295A2
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WO
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reactor
gas
impact
energy
drying
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/000336
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English (en)
French (fr)
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WO2011095295A3 (de
Inventor
Ralf Abraham
Stefan Hamel
Ralf Schäfer
Original Assignee
Uhde Gmbh
Schäfer Elektrotechnik und Sondermaschinen GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority to AU2011212726A priority patent/AU2011212726B2/en
Priority to CN2011800070719A priority patent/CN102834179A/zh
Priority to MX2012009040A priority patent/MX2012009040A/es
Priority to RU2012135070/13A priority patent/RU2012135070A/ru
Priority to US13/577,306 priority patent/US20130199424A1/en
Priority to DK11705431.2T priority patent/DK2531302T3/da
Priority to UAA201207985A priority patent/UA105407C2/ru
Application filed by Uhde Gmbh, Schäfer Elektrotechnik und Sondermaschinen GmbH filed Critical Uhde Gmbh
Priority to PL11705431T priority patent/PL2531302T3/pl
Priority to CA2786797A priority patent/CA2786797A1/en
Priority to ES11705431.2T priority patent/ES2464277T3/es
Priority to EP11705431.2A priority patent/EP2531302B1/de
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Publication of WO2011095295A3 publication Critical patent/WO2011095295A3/de
Priority to ZA2012/04799A priority patent/ZA201204799B/en

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    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C13/00—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C23/00—Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/44—Details; Accessories
    • F23G5/46—Recuperation of heat

Definitions

  • the invention relates to the thermal and mechanical pretreatment substances which may be present in pasty or viscous form and are referred to hereinafter as solid or pasty energy resources, including, for example, biogenic and other highly reactive fuels, fossil fuels and residues count in one baffle reactor.
  • solid or pasty energy resources including, for example, biogenic and other highly reactive fuels, fossil fuels and residues count in one baffle reactor.
  • solids and liquid fractions are mixed together, examples of which are sewage sludge and industrial residues, either on an aqueous basis or on the basis of solvents or energy-containing liquids, such as lubricants.
  • the synthesis gas thus produced is the feedstock for downstream chemical syntheses, such as for Fischer-Tropsch, methanol or ammonia synthesis.
  • Typical grain sizes are for hard coal e.g. in the range ⁇ 100 microns.
  • this particle size may also be significantly larger depending on the process parameters, also is a
  • Ventilation methods are listed as technical drying devices, in which a promotion of the material to be dried, the rotary reversing dryer, belt dryer and rotary dryer. These mentioned devices have in common that no comminution of the particles takes place.
  • the object of the invention is therefore to provide a device simpler apparatus and a more energy-efficient method available, with which the drying and crushing can be done in an apparatus, wherein the solid or pasty energy raw materials are pretreated so that they are for a
  • the invention solves the problem by means of a device for producing a fine-grained fuel, in particular from solid, pasty or aqueous energy by drying and comminution, comprising
  • At least one further hot gas feed device in the bottom area of the impact reactor • a feeding device for solid or pasty energy raw materials in
  • Hot-drying gas supply device in the bottom area of the impact reactor, wherein large amounts of drying gas are to be introduced.
  • distributed over the circumference holes are provided.
  • the holes are made inclined in the radial direction and that the bores are aligned tangentially to the direction of rotation of the baffle elements.
  • the outlet direction of the holes can be aligned with or against the direction of rotation of the rotor of the Praiireaktors.
  • the procedurally more favorable solution depends on the interaction of the properties of the material to be comminuted and the
  • hot drying gas can be added in the bottom region of the baffle reactor by distributed over the circumference slit-shaped openings.
  • the slots may also have a radial inclination.
  • the slots can also be formed by overlapping mounting of floor panels.
  • Circuit circuit provided with a gas circuit, having in addition
  • At least one pressure-increasing device in the recycle gas stream • at least one diluent gas addition device in the
  • the object of the invention is also achieved by a method for producing a fine-grained fuel from solid, pasty or aqueous energy raw materials by drying and impact crushing using a
  • Impingement reactor with a rotor and baffles, in which
  • Hot drying gas is supplied both in the bottom area of the impact reactor and via a labyrinth seal in the area of the rotor shaft of the impact reactor,
  • the energy raw materials in the impact reactor are comminuted and dried, and comminuted and dried energy raw material particles in a mixture containing them
  • Gas stream are guided out of the impingement reactor in a particle separator.
  • drying gas is fed together with the energy raw materials through its supply device into the reactor, in this case it is important to ensure that the drying gas is introduced into the supply device sufficiently cool.
  • Feeding device is heated indirectly. Due to the drying effect, the drying gas cools during passage through the feeder. The heating counteracts this cooling. For heating, the hot drying gas can be used, which itself cools and then passed through the feeder. About a screw conveyor, which is open to the impact reactor, the
  • Drying gas can be introduced freely into the baffle reactor. It is advantageous in this case if the energy raw materials and the drying gas are passed in co-current through the screw conveyor. With a rotary valve, which connects the silo with the screw conveyor, a backflow into the silo can be prevented.
  • All types of feed for drying gas can also be used additively. It is thus possible to introduce drying gas both via the labyrinth seal, as well as the feed device for energy resources, as well as holes and slots in the bottom region of the impact reactor in the baffle reactor and thus process technology to respond to a variety of raw materials, which is an advantage of the invention.
  • a suitable impact reactor is described for example in DE 196 00 482 A1.
  • This apparatus is surprisingly capable of producing biomass, e.g. Straw or green waste, in the same way as the one described there
  • Drum dryer or belt dryer for biomass here takes place simultaneously a crushing by the baffle effect. It will be in contact with the
  • Impingement elements preferably the already partially dried outer
  • FIG. 1 shows the device within a circulatory operation
  • FIG. 2 shows a detailed detail in the area of the rotor shaft of the impingement reactor. From the storage tank 1, the biomass 2 on the
  • the comminuted and dried particles 11 are withdrawn via a separator 6, which is preferably a motor-operated rotary separator, with the gas stream 9 from the impingement reactor 5 and into the particle separator 10, shown here as a filtering separator. Another withdrawal takes place through the side outlet 6a, wherein the withdrawn gas 9a also for
  • Particle separator 10 is passed.
  • the size of the exiting with the gas stream 9 particles can be adjusted by the use of the classifier 6. It may also be advantageous to dispense with the motor-driven rotary separator and to use screens or perforated plates, by which the particle size of the solids contained in the gas stream 9 can be influenced.
  • the target particle size of the dried particles 11 is defined by various requirements of the gasification or incineration plant. These are e.g. Requirements for the interaction of reactivity and particle size, on the transport properties or further, may be advantageous for different sof a different particle size or particle size distribution. Therefore, they are different
  • Pre-separation methods such as sifters or sieves make sense.
  • a mass separator or a cyclone separator may be used sensibly as a particle separator 10.
  • Verfarhens Republice can also be a cleaning with other inert gases or with carbon dioxide, air or with oxygen-depleted air.
  • a partial flow 17 is previously branched off, and mixed by means of the blower 18 with hot gas, which is obtained from the burner 19 from air 20 and fuel gas 21.
  • the resulting drying gas 22 is with
  • drying gas 8a there it is divided as the drying gas 8a via a labyrinth seal and drying gas 8b via bottom openings as described above as in the
  • Screw conveyor 4 is via a heating medium with Hammerschzulauf 24 and
  • FIG. 2 is a fragmentary detail view of
  • Baffle reactor 5 shown in the region of the rotor shaft 34, via which the rotor 7 is driven by a motor not shown in detail. As the illustration of Fig. 2 can be taken here, located at the front end of the
  • Rotor shaft 34 has a rotor receptacle 35, in the underside of a circumferential recess or groove 36 is introduced, for example, has a rectangular cross-section.
  • a circumferential projection 37 which is preferably arranged on the bottom plate 38 of the baffle reactor 5.
  • the projection 37 has a width which is smaller than the width of the recess 36, and does not extend completely with its top to the bottom of the recess, so that between the outer surface of the projection 37 and the inner surface of the recess 36, a labyrinth seal 33rd with a
  • Labyrinthgang 33a formed through which the full amount of the drying gas (8a + 8b) or a subset (6a) or other gas is introduced into the interior of the impingement reactor 5.
  • the labyrinth passage may have a width in the range of 2mm to 20mm. According to a not shown
  • the labyrinth seal 33 viewed in the radial direction to improve the sealing effect also have two or more projections 37 which extend into corresponding recesses 36, which are adapted in shape to the shape of the projections.
  • the supply of the drying gas 8a via the labyrinth seal 33 is preferably carried out by one or more below the bottom plate 38 in the
  • This can be further improved by the use of one or more, the labyrinth passage 33a fluidly downstream Schleuderangn 41.
  • the supply of the further drying gas 8b is carried out by one or more located in the bottom plate 38 openings 42.
  • These openings 42 can be performed as a plurality of holes over the circumference or as one or more slots. It is also conceivable to provide oblique bores in order to impart to the gas 8b, as it flows into the impingement reactor 5, a flow direction advantageous in terms of process technology.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs, insbesondere aus festen, pastösen oder wässrigen Energierohstoffen durch Trocknung und Zerkleinerung, aufweisend einen Prallreaktor mit einem Rotor und Prallelementen, eine Labyrinthdichtung im Bereich der Rotorwelle des Prallreaktors, eine Zuführungsvorrichtung für heißes Trocknungsgas durch die Labyrinthdichtung hindurch in den Prallreaktor, mindestens eine weitere Zuführungsvorrichtung für heißes Trocknungsgas im Bodenbereich des Prallreaktors, eine Zuführungsvorrichtung für feste oder pastöse Energierohstoffe im Kopfbereich des Prallreaktors, mindestens eine Abzugsvorrichtung für einen zerkleinerte und getrocknete Energierohstoffpartikel enthaltenden Gasstrom, und eine Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und getrocknete Energierohstoffpartikel aus dem aus dem Prallreaktor abgezogenen Gasstrom.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG EINES FEINKÖRNIGEN BRENNSTOFFS DURCH TROCKNUNG UND PRALLZERKLEINERUNG
[0001] Die Erfindung betrifft die thermische und mechanische Vorbehandlung Stoffen, die auch in pastöser oder zähfließender Form vorliegen können und im folgenden als feste oder pastöse Energierohstoffe bezeichnet werden, wozu zum Beispiel biogene und andere hochreaktive Brennstoffe, fossile Brennstoffe und Reststoffe zählen, in einem Prallreaktor. Als pastös werden hierbei alle Stoffe verstanden, in denen Feststoffe und flüssige Anteile miteinander vermengt sind, Beispiele hierfür sind Klärschlämme und Industrierückstände, entweder auf wässriger Basis oder auf der Basis von Lösungsmitteln oder energiehaltigen Flüssigkeiten, etwa Öl- und Schmierstoffen.
[0002] Der Ausbau der Nutzung von regenerativen Energieträgern und die Verwertung von Abfällen und Reststoffen wird weltweit angestrebt, wobei auf eine energetische oder stoffliche Nutzung abgezielt wird. Im Rahmen der energetischen Verwertung der oben genannten Einsatzstoffe bietet sich beispielsweise die
Mitverbrennung in bestehenden Feuerungsanlagen an oder die Monoverbrennung in eigens dafür vorgesehenen und ausgelegten Anlagen. Die stoffliche Nutzung dagegen wird durch die thermische Vergasung ermöglicht. Das so erzeugte Synthesegas stellt den Einsatzstoff für nachgeschaltete chemische Synthesen dar, wie beispielsweise für Fischer-Tropsch-, Methanol- oder Ammoniaksynthese.
[0003] Sowohl im Falle der Verbrennungstechnik als auch im Falle der
Vergasungstechnik werden aufgrund der spezifischen Kosten möglichst große
Anlagenkapazitäten angestrebt. Dies bedeutet, dass meist die Flugstromverfahren zur Anwendung kommen. Kennzeichen der Flugstromverfahren ist, dass die Brennstoffe auf eine pneumatisch förderbare Partikelgröße zerkleinert werden müssen, um
Staubbrenner betreiben zu können. Typische Korngrößen liegen für Steinkohlen z.B. im Bereich < 100 Mikrometer.
[0004] Für andere Brennstoffe wie reaktive Biomassen kann diese Partikelgröße je nach Verfahrensparameter auch erheblich größer ausfallen, außerdem ist eine
Reduzierung des Feuchtegehalts vorteilhaft. Bei Energierohstoffen wie Biomassen, biogenen Reststoffen und Abfällen sind aufgrund der oftmals zähen und faserigen Struktur solche Vorbehandlungen nach herkömmlichem Stand der Technik nur unter hohem Energie- und Apparateaufwand zu erreichen. [0005] Zum Beispiel wird in Kaltschmitt et al.: "Energie aus Biomasse", ISBN 978- 3-540-85094-6, 2009, Seiten 814 ff, der Stand der Technik der Biomassetrocknung beschrieben. Neben den klassischen natürlichen Trocknungs- und
Belüftungsmethoden werden als technische Trocknungsvorrichtungen, in denen eine Förderung des zu trocknenden Gutes erfolgt, der Schubwendetrockner, Bandtrockner und Drehrohrtrockner aufgeführt. Diesen genannten Vorrichtungen ist gemeinsam, dass keine Zerkleinerung der Partikel erfolgt.
[0006] Aus der Kohleaufbereitung und auch aus der Mineralstoffaufbereitung sind auch eine Reihe von Verfahren bekannt, die eine Trocknung und Zerkleinerung gleichzeitig durchführen können. Dazu zählen unter anderen Walzenschüsselmühlen, Schlagradmühlen, Kugelmühlen. Diese Mahltrocknungsvorrichtungen sind jedoch bekannt dafür, dass eine Zerkleinerung von Biomassen aufgrund der faserigen und zähen Struktur nur bedingt bis gar nicht möglich ist und nach derzeitigem
Erfahrungsstand keineswegs zu einem staubförmigen Produkt führt, wie es erforderlich wäre. Stattdessen müssen z.B. Schneidmühlen oder Hammermühlen eingesetzt werden. Erstere Klasse der Schneidmühlen erfordern scharfe Schneidwerkzeuge und entsprechend kleine Spalte, um einen Schneidvorgang zu ermöglichen. Das heißt, dass ein extrem hoher Verschleiß stattfindet und zugleich eine hohe Anfälligkeit gegenüber Störstoffen vorliegt. Zweitere Klasse der Hammermühlen sind durch einen vergleichsweise hohen mechanischen Zerkleinerungsaufwand gekennzeichnet.
[0007] Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine apparativ vereinfachte Vorrichtung und ein energiesparenderes Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Trocknung und Zerkleinerung in einem Apparat erfolgen kann, wobei die festen oder pastösen Energierohstoffe so vorbehandeit werden, dass sie für eine
Flugstromvergasung ohne weitere Maßnahmen einsatzfähig sind.
[0008] Die Erfindung löst die Aufgabe mittels einer Vorrichtung zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs, insbesondere aus festen, pastösen oder wässrigen Energierohstoffen durch Trocknung und Zerkleinerung, aufweisend
• einen Prallreaktor mit einem Rotor und Prallelementen,
· eine Labyrinthdichtung im Bereich der Rotorwelle des Prallreaktors,
• eine Zuführungsvorrichtung für heißes Trocknungsgas durch die
Labyrinthdichtung hindurch in den Prallreaktor,
• mindestens eine weitere Zuführungsvorrichtung für heißes Trocknungsgas im Bodenbereich des Prallreaktors, • eine Zuführungsvorrichtung für feste oder pastöse Energierohstoffe im
Kopfbereich des Prallreaktors,
• mindestens eine Abzugsvorrichtung für einen zerkleinerte und getrocknete Energierohstoffpartikel enthaltenden Gasstrom, und · eine Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und getrocknete
Energierohstoffpartikel aus dem aus dem Prallreaktor abgezogenen Gasstrom.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass enge Spalten und schneidende
Elemente nicht erforderlich sind, wodurch der Zerkleinerungsvorgang kaum Einfluss auf den Materialverschleiß hat.
[0009] In Ausgestaltungen der Vorrichtung wird vorgesehen, dass verschiedene Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen aus dem Prallreaktor abgezogen werden können, indem als Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und getrocknete
Energierohstoffpartikel Abweiseradsichter oder Seitensiebe oder beides vorgesehen werden. Durch unterschiedliche Gestaltung und Maschenweiten lassen sich auf diese Weise verschiedene Kornfraktionen abscheiden.
[0010] Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung betreffen die
Zuführungsvorrichtung für heißes Trocknungsgas im Bodenbereich des Prallreaktors, wobei große Mengen an Trocknungsgas einzubringen sind. Hierzu werden über den Umfang verteilte Bohrungen vorgesehen. Weiterhin kann vorgesehen werden, dass die Bohrungen in radialer Richtung geneigt ausgeführt werden und dass die Bohrungen tangential zur Umlaufrichtung der Prallelemente ausgerichtet sind. Dabei kann die Auslassrichtung der Bohrungen mit oder entgegen der Drehrichtung des Rotors des Praiireaktors ausgerichiet sein. Die verfahrenstechnisch günstigere Lösung hängt vo Zusammenwirken der Eigenschaften des zu zerkleinernden Guts und den
geometrischen Gestaltungen des Rotors und der Prallelemente und der Betriebsweise des Rotors, also z.B. der Drehzahl und des daraus resultierenden Einflusses auf die lokalen Strömungsvorgänge, ab.
[0011] Alternativ kann heißes Trocknungsgas im Bodenbereich des Prallreaktors durch über den Umfang verteilte schlitzförmige Öffnungen zugegeben werden. Hierbei können auch die Schlitze eine radiale Neigung aufweisen. Die Schlitze können dabei auch durch überlappende Montage von Bodenplatten gebildet werden.
[0012] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung wird eine
Kreislaufschaltung mit einem Gaskreislauf vorgesehen, aufweisend zusätzlich
• mindestens eine Zusatzfeuerung,
· mindestens eine Druckerhöhungsvorrichtung im Kreislaufgasstrom, • mindestens eine Zugabevorrichtung von Verdünnungsgas in den
Kreislaufgasstrom,
• mindestens eine Vorrichtung zur Einkopplung der aus dem Rauchgas der
Zusatzfeuerung erhaltenen Abwärme in den Kreislaufgasstrom.
[0013] Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs aus festen, pastösen oder wässrigen Energierohstoffen durch Trocknung und Prallzerkleinerung unter Einsatz eines
Prallreaktors mit einem Rotor und Prallelementen, bei dem
• die Energierohstoffe dem Prallreaktor im Kopfbereich des Prallreaktors
zugeführt werden,
• heißes Trocknungsgas sowohl im Bodenbereich des Prallreaktors als auch über eine Labyrinthdichtung im Bereich der Rotorwelle des Prallreaktors zugeführt wird,
• die Energierohstoffe im Prallreaktor zerkleinert und getrocknet werden, und · zerkleinerte und getrocknete Energierohstoffpartikel in einem sie enthaltenden
Gasstrom aus dem Prallreaktor in einen Partikelabscheider geführt werden.
[0014] Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dadurch veranlasst, dass die Förderung der festen oder pastösen Energierohstoffe in herkömmlicher Weise mit großem Aufwand verbunden sein kann, wenn die Rohstoffe zum Kleben neigen. In weiteren Ausgestaltungen wird daher vorgesehen, dass mindestens ein Teil des Trocknungsgases zusammen mit den Energierohstoffen durch dessen Zuführungsvorrichtung in den Reaktor geführt wird, hierbei ist darauf zu achten, dass das Trocknungsgas ausreichend kühl in die Zuführungsvorrichtung eingeleitet wird. Durch die Einleitung des Trocknungsgases wird eine Antrocknung der äußeren Oberfläche der Energierohstoffe, insbesondere im Falle fester
Energierohstoffe, bewirkt, was zu einer verbesserten Förderbarkeit führt und die Verklebungsneigung erheblich verringert. Die Durchleitung des Trocknungsgases kann sowohl im Gegenstrom als auch im Gleichstrom erfolgen.
[0015] In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgesehen, dass die
Zuführungsvorrichtung indirekt beheizt wird. Aufgrund der Trocknungswirkung kühlt sich das Trocknungsgas während des Durchtritts durch die Zuführungsvorrichtung ab. Die Beheizung wirkt dieser Abkühlung entgegen. Zur Beheizung kann auch das heiße Trocknungsgas benutzt werden, welches sich dabei selbst abkühlt und anschließend durch die Zuführungsvorrichtung hindurchgeführt wird. [0016] Über eine Förderschnecke, die zum Prallreaktor offen ist, kann das
Trocknungsgas ungehindert in den Prallreaktor eingeleitet werden. Vorteilhaft ist hierbei, wenn die Energierohstoffe und das Trocknungsgas im Gleichstrom durch die Förderschnecke geleitet werden. Mit einer Zellenradschleuse, die das Silo mit der Förderschnecke verbindet, kann eine Rückströmung in das Silo verhindert werden.
[0017] Alle Zuführungsarten für Trocknungsgas können auch additiv verwendet werden. Es ist also möglich, Trocknungsgas sowohl über die Labyrinthdichtung, als auch über die Zuführungsvorrichtung für Energierohstoffe, als auch über Bohrungen und Schlitze im Bodenbereich des Prallreaktors in den Prallreaktor einzuführen und damit auf unterschiedlichste Rohstoffe verfahrenstechnisch zu reagieren, was ein Vorteil der Erfindung ist.
[0018] Ein geeigneter Prallreaktor wird beispielsweise in der DE 196 00 482 A1 beschrieben. Dieser Apparat ist überraschenderweise in der Lage, Biomasse, wie z.B. Stroh oder Grünabfälle, in der gleichen Weise wie die dort beschriebenen
Kunststofffraktionen zu behandeln. Zur Verbesserung der Wirkungsweise können auch Vorrichtungen, wie in der Anmeldeschrift DE 10 2005 055 620 A1 beschrieben, sinnvoll zum Einsatz kommen.
[0019] Dadurch, dass in der vorliegenden Erfindung die Trocknung und die Zerkleinerung gleichzeitig erfolgen, entstehen Synergieeffekte, wovon beide Vorgänge Vorteile erhalten. Durch die simultane Behandlung in der Erfindung findet nach Eintrag der groben Partikel eine schnelle oberflächliche Trocknung statt und durch die weitere Partikelaufheizung findet, von außen nach innen, eine Trocknung ebenfalls vom Partikeläußeren zum Partikelinneren statt. Während in den bekannten Verfahren nach Stand der Technik die Partikelgröße während der Trocknung erhalten bleibt (z.B.
Trommeltrockner oder Bandtrockner für Biomassen), findet hier gleichzeitig eine Zerkleinerung durch den Pralleffekt statt. Dabei werden bei Kontakt mit den
Prallelementen vorzugsweise die bereits teilweise getrockneten äußeren
Partikelschichten abgeschlagen. Der verbleibende, noch nicht vollständig getrocknete Partikelkern wird dadurch wieder freigelegt und ist wieder dem vollen
Wärmeübertragung bei gleichzeitig verringerter Größe ausgesetzt.
• [0020] Durch die kontinuierliche Zerkleinerung und simultane Aufheizung wird die Gesamt-Trocknungszeit deutlich reduziert. Durch die Erfindung wird einerseits der apparative Aufwand der üblichen Behandlungskette deutlich verringert und gleichzeitig der benötigte spezifische Zeitbedarf ebenfalls reduziert. [0021] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels in Fig. 1 und Fig. 2 näher erläutert. Hierbei zeigt Fig. 1 die Vorrichtung innerhalb eines Kreislaufbetriebs und Fig. 2 einen Detailausschnitt im Bereich der Rotorwelle des Prallreaktors. [0022] Aus dem Vorlagebehälter 1 wird die Biomasse 2 über die
Zellenradschleuse 3 und die Förderschnecke 4 in den Prallreaktor 5 gefördert. Dort wird sie mittels des Rotors 7 zerkleinert. Im Bodenbereich des Prallreaktors 5 wird Trocknungsgas 8a über eine Labyrinthdichtung und Trocknungsgas 8b über
Bodenöffnungen zugeführt. Die zerkleinerten und getrockneten Partikel 11 werden über einen Sichter 6, der bevorzugt ein motorbetriebener Rotationssichter ist, mit dem Gasstrom 9 aus dem Prallreaktor 5 abgezogen und in den Partikelabscheider 10, hier als filternder Abscheider dargestellt, geführt. Ein weiterer Abzug findet durch den Seitenauslass 6a statt, wobei das abgezogene Gas 9a ebenfalls zum
Partikelabscheider 10 geleitet wird.
[0023] Hierbei ist es vorteilhaft, dass durch den Einsatz des Sichters 6 die Größe der mit dem Gasstrom 9 austretenden Partikel eingestellt werden kann. Es kann auch vorteilhaft sein, auf den motorbetriebenen Rotationssichter zu verzichten und Siebe oder Lochbleche einzusetzen, durch die die Partikelgröße der im Gasstrom 9 enthaltenen Feststoffanteile beeinflusst werden kann.
[0024] Je nach gewünschter Verwendung des vorbehandelten Brennstoffes wird die Zielpartikelgröße der getrockneten Partikel 11 von verschiedenen Anforderungen der Vergasungs- oder Verbrennungsanlage definiert. Dies sind z.B. Anforderungen an das Zusammenspiel Reaktivität und Partikelgröße, an die Fördereigenschaften oder weitere, somii kann für verschiedene Einsatzsiofie eine unterschiedliche Pärtikelgröße oder Partikelgrößenverteilung vorteilhaft sein. Daher sind auch unterschiedliche
Methoden zur Vorabscheidung wie Sichter oder Siebe sinnvoll. Je nach gewünschter Partikelgröße kann als Partikelabscheider 10 auch ein Massenkraftabscheider oder auch ein Zyklonabscheider sinnvoll zum Einsatz kommen.
[0025] Im Partikelabscheider 10 werden die getrockneten Partikel 11
abgeschieden und mittels der Zellenradschleuse 12 in den Vorlagebehälter 13 ausgeschleust. Die Abreinigung des Partikelabscheiders 10 geschieht vorzugsweise mittels Stickstoff 14. Je nach Integration der vorliegenden Erfindung in weitere
Verfarhensschritte kann auch eine Abreinigung mit anderen interten Gasen oder mit Kohlendioxid, Luft oder mit sauerstoffabgereicherter Luft erfolgen.
[0026] Das Kreislaufgas 15, welches aus dem Partikelabscheider 0 erhalten wird, ist sauber und enthält nur noch geringe Mengen an Staub und kann zum Kamin 16 ausgeschleust werden. Ein Teilstrom 17 wird zuvor abgezweigt, und mittels des Gebläses 18 mit Heißgas gemischt, welches aus dem Brenner 19 aus Luft 20 und Brenngas 21 erhalten wird. Das erhaltene Trocknungsgas 22 wird mit
Verdünnungsgas 23 versetzt zum Prallreaktor 5 zurückgeführt.
[0027] Dort wird es aufgeteilt, als Trocknungsgas 8a über eine Labyrinthdichtung und Trocknungsgas 8b über Bodenöffnungen wie oben beschrieben als in den
Bodenbereich des Prallreaktors 5 geleitet und außerdem als Trocknungsgas 8c in die Förderschnecke 4, durch die es ebenfalls in den Prallreaktor 5 gelangt. Die
Förderschnecke 4 wird dabei über ein Heizmittel mit Heizmittelzulauf 24 und
Heizmittelrücklauf 25 indirekt beheizt.
[0028] Weiterhin ist in Fig. 2 eine ausschnittsweise Detailansicht des
Prallreaktors 5 im Bereich der Rotorwelle 34 dargestellt, über welche der Rotor 7 durch einen nicht näher gezeigten Motor angetrieben wird. Wie der Darstellung von Fig. 2 hierbei entnommen werden kann, befindet sich am stirnseitigen Ende der
Rotorwelle 34 eine Rotoraufnahme 35, in deren Unterseite eine umlaufende Vertiefung oder Nut 36 eingebracht ist, die beispielsweise einen rechteckförmigen Querschnitt besitzt. In die umlaufende Vertiefung 36 hinein erstreckt sich von unten her ein umlaufender Vorsprung 37, der bevorzugt an der Bodenplatte 38 des Prallreaktors 5 angeordnet ist. Der Vorsprung 37 besitzt ein Breite, die kleiner als die Breite der Vertiefung 36 ist, und erstreckt sich mit seiner Oberseite nicht vollständig bis an den Grund der Vertiefung heran, so dass zwischen der Außenfläche des Vorsprungs 37 und der Innenfläche der Vertiefung 36 eine Labyrinthdichtung 33 mit einem
Labyrinthgang 33a entsteht, durch den hindurch die volle Menge des Trocknungsgases (8a+8b) oder eine Teilmenge (6a) oder auch ein anderes Gas in den innenraum des Prallreaktors 5 eingebracht wird. Der Labyrinthgang kann beispielsweise eine Breite im Bereich von 2 mm bis zu 20 mm besitzen. Gemäß einer nicht dargestellten
Ausführungsform der Erfindung kann die Labyrinthdichtung 33 zur Verbesserung der Dichtwirkung in radialer Richtung betrachtet auch zwei oder mehr Vorsprünge 37 aufweisen, die sich in zugehörige Vertiefungen 36 hinein erstrecken, welche von ihrer Form her der Form der Vorsprünge angepasst sind.
[0029] Die Zufuhr des Trocknungsgases 8a über die Labyrinthdichtung 33 erfolgt bevorzugt durch ein oder auch mehrere unterhalb der Bodenplatte 38 in der
Wellenführung 39 angeordnete Bohrungen 40 hindurch entlang des durch die Pfeile 8a angedeuteten Zufuhrweges. Dieser verläuft zuerst in Richtung auf die Rotorwelle 34, d.h. das Drehzentrum des Rotors 7 zu, dann im Wesentlichen parallel zur Rotorwelle bzw. Drehachse des Rotors 7 in Aufwärtsrichtung und anschließend oberhalb der Bodenplatte 38 wieder in entgegen gesetzter Richtung durch den Labyrinthgang 33a hindurch radial nach außen vom Drehzentrum des Prallreaktors 5 weg, wodurch sich eine besonders effiziente Abdichtung sowie auch Verteilung des Trocknungsgases im Reaktorinnenraum ergibt. Diese kann durch den Einsatz von einer oder mehrerer, dem Labyrinthgang 33a strömungsmäßig nachgeordneter Schleuderleisten 41 zusätzlich noch verbessert werden.
[0030] Die Zufuhr des weiteren Trocknungsgases 8b erfolgt durch eine oder mehrere in der Bodenplatte 38 befindliche Öffnungen 42. Diese Öffnungen 42 können als mehrere Bohrungen über dem Umfang oder als Ein oder mehrere Schlitze ausgeführt werden. Es ist auch denkbar schräge Bohrungen vorzusehen, um dem Gas 8b beim einströmen in den Prallreaktor 5 eine verfahrenstechnisch vorteilhafte Strömungsrichtung aufzuprägen.
Bezugszeichenliste
1 Vorlagebehälter
2 Biomasse
3 Zellenradschleuse
4 Förderschnecke
5 Prallreaktor
6 Sichter
6a Seitenauslass
7 Rotor
8 8, 8a, 8b, 8c heißes Kreislaufgas/Trocknungsgas
9 Gasstrom durch Sichter
9a Gasstrom durch Seitenauslass
10 Partikelabscheider
11 getrocknete Partikel
12 Zellenradschleuse
13 Vorlagebehälter
14 Rückspülgas
15 Entstaubtes Gas
16 Abgas
17 Kreislaufgas
18 Gebläse
19 Brenner
20 Luft
21 Brenngas
22 Gas
23 Verdünnungsgas
24 Heizmedium für Schnecke
25 Heizmedium Rücklauf
33 Labyrinthdichtung
33a Labyrinthgang
35 Rotoraufnahme
34 Rotorwelle
36 Vertiefung
37 Vorsprung
38 Bodenplatte
39 Wellenführung
40 Bohrung
41 Schleuderleiste
42 Öffnung
M Motor

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs, insbesondere aus festen, pastösen oder wässrigen Energierohstoffen durch Trocknung und Zerkleinerung, aufweisend
• einen Prallreaktor mit einem Rotor und Prallelementen,
• eine Labyrinthdichtung im Bereich der Rotorwelle des Prallreaktors,
• eine Zuführungsvorrichtung für heißes Trocknungsgas durch die Labyrinthdichtung hindurch in den Prallreaktor,
• mindestens eine weitere Zuführungsvorrichtung für heißes Trocknungsgas im
Bodenbereich des Prallreaktors,
• eine Zuführungsvorrichtung für feste oder pastöse Energierohstoffe im Kopfbereich des Prallreaktors,
• mindestens eine Abzugsvorrichtung für einen zerkleinerte und getrocknete
Energierohstoffpartikel enthaltenden Gasstrom, und
• eine Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und getrocknete
Energierohstoff partikel aus dem aus dem Prallreaktor abgezogenen Gasstrom.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und getrocknete Energierohstoffpartikel Abweiseradsichter vorgesehen werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und getrocknete Energierohstoffpartikel Seitensiebe vorgesehen werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als
Zuführungsvorrichtung für heißes Trocknungsgas im Bodenbereich des Prallreaktors über den Umfang verteilte Bohrungen vorgesehen werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen in radialer Richtung geneigt ausgeführt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen
tangential zur Umlaufrichtung der Prallelemente ausgerichtet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als
Zuführungsvorrichtung für heißes Trocknungsgas im Bodenbereich des Prallreaktors über den Umfang verteilte schlitzförmige Öffnungen vorgesehen werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze eine
radiale Neigung aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze durch überlappende Montage von Bodenplatten gebildet werden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine
Kreislaufschaltung mit einem Gaskreislauf, aufweisend zusätzlich
• mindestens eine Zusatzfeuerung,
• mindestens eine Druckerhöhungsvorrichtung im Kreislaufgasstrom,
• mindestens eine Zugabevorrichtung von Verdünnungsgas in den Kreislaufgasstrom,
• mindestens eine Vorrichtung zur Einkopplung der aus dem Rauchgas der
Zusatzfeuerung erhaltenen Abwärme in den Kreislaufgasstrom.
11. Verfahren zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs aus festen, pastösen oder wässrigen Energierohstoffen durch Trocknung und Prallzerkleinerung unter Einsatz eines Prallreaktors mit einem Rotor und Prallelementen entsprechend Anspruch 1 , wobei
• die Energierohstoffe dem Prallreaktor im Kopfbereich des Prallreaktors zugeführt werden,
• heißes Trocknungsgas sowohl im Bodenbereich des Prallreaktors als auch über eine Labyrinthdichtung im Bereich der Rotorwelle des Prallreaktors zugeführt wird,
• die Energierohstoffe im Prallreaktor zerkleinert und getrocknet werden, und
• zerkleinerte und getrocknete Energierohstoffpartikel in einem sie enthaltenden
Gasstrom aus dem Prallreaktor in einen Partikelabscheider geführt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Trocknungsgases zusammen mit den Energierohstoffen durch dessen
Zuführungsvorrichtung in den Reaktor geführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zuführungsvorrichtung für die Energierohstoffe in den Reaktor indirekt beheizt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreislaufbetrieb vorgesehen wird, wobei
• wenigstens eine Zusatzfeuerung, wobei die Energie des erhaltenen Rauchgases direkt oder indirekt zur Aufheizung des Kreislaufgasstroms genutzt wird,
• dem Kreislaufgasstrom ein Verdünnungsgas zugegeben wird, das ein Inertgas wie Stickstoff oder Kohlendioxid sein kann, oder ein Gas mit reduziertem Sauerstoffgehait sein kann, oder das Luft sein kann, oder eine Mischung aus den genannten Gasen.
• der Druckverlust im Kreislaufgasstrom ausgeglichen wird, und
• der erhitzte Kreislaufstrom wieder in den Prallreaktor zurückgeführt wird.
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