Wärmeerzeugung für den thermischen Trocknungsprozess in der Industrie

GRECO Combustion Systems Europe GmbH

Heißgaserzeuger (25 MW) für die Verbrennung von 100 % Petrolkoks

Heißgaserzeuger für die Verbrennung von 100 % Kohle

Fließdiagramm eines Heißgaserzeugers mit Kohle- bzw. Ölbrenner

Mögliche Anlagenkomponenten

Heißgaserzeuger werden normalerweise eingesetzt, wenn Rohmaterialien wie Erz, Kalkstein, Phosphate, Gips oder Kohle getrocknet werden, um die Feuchtigkeit für die Weiterverarbeitung oder Veredlung der Produkte zu reduzieren (Bilder 1–2). Der Heißgaserzeuger besteht aus einer Brennkammer zur Verbrennung der Brennstoffe (Bild 3). Er gestattet das Mischen der Prozessluft bzw. des umlaufenden Gases mit den Verbrennungsgasen, um den erforderlichen Heißgasstrom mit der notwendigen Austrittstemperatur zu erhalten. In der Vergangenheit wurden normalerweise die Brennstoffe Gas und Öl als Energiequelle eingesetzt.

1 Heißgaserzeugung mit Kohle

Bei den steigenden Brennstoffkosten sind heute Heißgaserzeuger (HGE), die zu 100 % mit Kohle betrieben werden, eine sehr attraktive Alternative zu öl- und gasgefeuerten HGE. Im Vergleich zu Öl oder Gas und bei einem Ausgleich des Heizwerts betragen die Brennstoffkosten von Kohle nur 25–30 % der Kosten von Öl und Gas. Die Einsparungen an Brennstoffkosten sind so hoch, dass sich Investitionen in diese bewährte Technologie lohnen. Sogar Brennstäube, wie z. B. Holzstaub oder Tiermehl, können mit verbrannt werden, um die Brennstoffkosten noch weiter zu reduzieren.

Wenn feste Brennstoffe wie Kohle verbrannt werden, ist die Brennkammer größer im Vergleich zur Feuerung mit Öl und Gas, weil eine längere Verweilzeit zum Ausbrand der Kohlepartikel benötigt wird. Natürlich erfordert die Verbrennung von Kohle mit Asche als Verbrennungsrückstand eine vertikale Anordnung der Brennkammer, um den Teil der Asche, der nicht mit dem Heißgasstrom mitgerissen wird, zu entfernen. Daher sind die Installationskosten höher als bei horizontal angeordneten Brennkammern. Trotzdem gleichen die Einsparungen an Brennstoff die erhöhten Installationskosten mehr als aus.

Natürlich ist die Verbrennung von Kohle schwerer zu kontrollieren als die von Öl und Gas. Drei Jahrzehnte Forschungsarbeiten und praktische Erfahrungen bei Greco haben aber zu einer Konstruktion geführt, die einen sicheren Betrieb mit Heißgasen für die meisten Trocknungsverfahren gestattet.

2 Angepasste Anlagen für Feststoffverbrennung

Die wesentlichen Merkmale der Technologie sind die Konstruktion des Brenners und die Steuerung des Temperaturprofils in den einzelnen Abschnitten der Brennkammer.

Sehr hohe Temperaturen in der Nähe des Brenners, um eine hohe Strahlung des Brennstoffs und der feuerfesten Auskleidung für die Verflüchtigung und Vergasung der Kohlenteile zu erzeugen. Ein schneller Temperaturanstieg (Geschwindigkeit der Brennstoffreaktion) und eine hohe Strahlung gestatten eine schnelle Zündung der festen Brennstoffe. Das schafft eine stabile Flammenbildung.

Eine hohe Temperatur im oberen Drittel der Brennkammer steuert die Brenndauer und damit die Flammenlänge. Es ist wichtig, dass der Schmelzpunkt und die Asche-Schmelztemperatur höher als die der umgebenden Bedingungen sind, um Anbackungen der geschmolzenen Asche auf den feuerfesten Steinen zu vermeiden.

Im mittleren bis unteren Teil der Brennkammer wird normalerweise die Mischluft (bzw. Verdünnungsluft) in den Verbrennungsprozess eingebracht, um die erforderliche Austrittstemperatur des HGE zu steuern. Der Mischbereich für die Mischluft, die normalerweise kälter ist als die Temperatur des Verbrennungsgases, muss so konstruiert sein, dass eine längere Ausbrandzeit vermieden wird.

Wenn man diese Verbrennungsprozesse und die thermische Belastung der Brennkammer [MW/m³] ordnungsgemäß berücksichtigt, wird eine stabile Verbrennung der festen Brennstoffe erreicht. Die feuerfeste Ausmauerung der Heißgaserzeuger von Greco ist für eine komplette Betriebszeit ausgelegt, ohne dass neu ausgemauert werden muss.

Die Mahlfeinheit des Brennstoffs hängt hauptsächlich von dessen Eigenschaften als flüchtige Substanz ab und beeinflusst die Flammenlänge und damit die Konstruktionslänge der Brennkammer. Es sollte vermieden werden, dass sich der Ausbrand der Flamme in den Leitungen zum Wärmeverbraucher (z. B. Kohlenmühle) fortsetzt. Mahlanlagenspezialisten unterstützen die Definition und Vorbereitung der erforderlichen Mahlspezifikation.

3 Inbetriebnahme

Das Anfahren des HGE erfordert einen klassischen Brennstoff, wie Gas und/oder Heizöl, um die erforderliche Umgebungstemperatur der feuerfesten Auskleidung für die Verbrennung von Kohle zu erreichen. Die mit feuerfesten Steinen ausgekleidete Brennkammer muss einige Stunden vorgewärmt werden, um die erforderliche Strahlung für die Auslösung der Verbrennung der Kohle zu erreichen, die normalerweise bei einer Steintemperatur von 750 °C einsetzt. Der Heißgasstrom des HGE wird normalerweise konstant gehalten, da die Trocknungsprozesse nicht durch eine Veränderung des Heißgasstroms gesteuert werden. Die Leistung wird durch den Brenner gesteuert. Die thermische Leistung des Brenners wird zwischen 20 % und 100 % geregelt. Daher ist die Brennstoffdosierungsanlage eine wichtige Ausrüstung für die genaue Zuführung des Kohlenstaubs zum Brenner.

Der Sauerstoffgehalt im Rauchgas kann für einen Bereich zwischen 3 % und 8 % ausgelegt und in diesem während des Betriebs eingestellt werden, speziell wenn eine Kohlenmühle an den HGE angeschlossen ist, um heißes Inertgas für den Explosionsschutz einzusetzen.

Die gesamte Anlage (Austrittstemperatur des HGE, Temperaturüberwachung, Brenner, Brennstoffsteuerung und -dosierung) wird durch eine ausfallsichere SPS gesteuert, um einen sicheren Betrieb zu erreichen und die Sicherheitsnormen von DIN, GOST bzw. NFPA einzuhalten.

4 Komplette Trocknungsanlage

Greco bietet als Gesamtanbieter schlüsselfertig alle wesentlichen Komponenten (Bild 4) der Prozesse an welche für die Trocknung von Kohle, Petcoke oder Kalkstein in Zement- und Kalkwerken notwendig sind, besonders für den Betrieb mit Kohle. Die Möglichkeit der Lieferung kompletter Ausrüstungen und des gesamten Engineering ist ein Vorteil für alle Anlagen. Keine Schnittstellen stören die Planung, und somit ist eine sichere Projektintegration in eine laufende Produktion möglich.

www.atec-greco.com

TEXT Christian Helmreich, GRECO Combustion Systems Europe GmbH, Krems/Austria