Dampfwirbelschichttrocknung von Braunkohle

Abstract

Für die erforderliche wirtschaftliche Optimierung von Braunkohle in Dampfwirbelschichten im rahmen der vorliegenden Arbeit zu ermitteln, in welchem Maße die verschiedenen Betriebs-parameter Fluidisierungsgeschwindigkeit, Temperatur, Druck und Verweilzeit sich gegenseitig beeinflussen bzw. auf investitions- und betriebskostenrelevante Parameter wirken. Ein wichtiger Parameter ist dabei der Wärmeübergangskoeffizient, welcher die erforderliche spezifische Wärmetauscherfläche und damit die Trocknerbaugröße bestimmt. Diese Untersuchungen wurden in einer dampfbetriebenen Wirbelschichtanlage im Technikums-Maßstab durchgeführt. Um gleichzeitig eine möglichst große Bandbreite an Kohleeigenschaften untersuchen zu können, wurden Rohkohlen unterschiedlicher Herkunft (Deutschland, Bulgarien, Griechen-land, Polen und Rumänien) eingesetzt. Hierdurch variierte u. a. der Wassergehalt, der Aschegehalt, die Partikeldichte sowie durch entsprechende Aufbereitungsschritte die Partikelgröße. Um die Versuchsergebnisse der Dampfwirbelschichtversuchsanlage interpretieren und den Wärmeübergang zwischen Heizmedium und Wirbelschicht modellieren zu können, wurden verschiedene begleitende Untersuchungen (Zusammensetzung, Partikelgröße und –dichte, Fluidisierungsverhalten und Trocknungsverhalten) im Labor durchgeführt. Die Untersuchungen mit europäischen Braunkohlen erfolgten im Rahmen des von der EU geförderten Verbundprojektes ''Predrying of Moist Fuels for Power Production'' mit dem Förderkennzeichen JOF3-CT97-0037. Die im Rahmen dieser Arbeit erarbeiteten Messwerte lassen die Schlussfolgerung zu, dass die Theorien in ihrer ursprünglichen Form zu optimistische Werte für den Wärmeübergang erwarten lassen als tatsächlich erreicht werden können. Durch Messungen zur Trocknungskinetik und Laboruntersuchungen zur Kohlepartikelveränderung sowie durch entsprechende Anpassungen der Theorien von Martin und Dietz konnte eine hinreichende Übereinstimmung von Theorie und Versuchen erreicht werden.

In order to achieve the necessary economic optimization of brown coal drying in steam fluidized bed, it will first be necessary to estimate the amount of interaction between the different operating parameters (superficial fluidization velocity, fluidized bed temperature, operating pressure and particle residence time) and their impact on the capital and operating costs. An important parameter is the heat transfer coefficient, which determines the heat exchanger surface (and therefore the size of the dryer). These experiments have been carried out in a steam fluidized bed of technical scale. To investigate in parallel a wide range of coal parameters, brown coal from different countries (Germany, Bulgaria, Greece, Poland and Romania) with different contents (water, ash and particle density ) were used. By means of crushing and/or sieving, different maximum particle size was achieved for the different types of coal. To be able to interpret the test results of the steam fluidized bed test plant and for the mathematical modelling of the heat transfer coefficient between the heating medium and the fluidized bed, different additional lab scale tests (content, particle size and density, fluidization behaviour and the drying behaviour) had to be carried out. The research with the European coal varieties was performed with the financial support of the European Commission within the framework of the ''Predrying of Moist Fuels for Power Production'' project (JOF3-CT97-0037). The results of this work show that the mentioned theories lead to very optimistic heat transfer coefficients. Following lab scale measurements concerning the drying kinetics and effects on the particle properties, the theories of Martin and Dietz were extended to consider the observed kinetic effects. This led to sufficient agreement between theory and experiments.