DE19535315B4

DE19535315B4 - Verfahren, Anlage und Presse zur Reduzierung des in Faserzellen kapillar gebundenen Wassergehaltes von Kohlenstoffhaltigen, fein zerkleinerten Feststoffmaterialien und/oder Schlämmen, insbesondere Rohbraunkohle

Info

Publication number: DE19535315B4
Application number: DE1995135315
Authority: DE
Inventors: Friedrich B. Bielfeldt
Original assignee: Dieffenbacher GmbH and Co KG
Current assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2015-09-23
Also published as: DE19535315A1

Abstract

Verfahren zur Reduzierung des in Faserzellen kapillar gebundenen Wassergehaltes von kohlenstoffhaltigen, fein zerkleinerten Feststoffmaterialien und/oder Schlämmen, insbesondere Rohbraunkohle, unter Einwirkung von thermischer Energie und Druck auf das zu entwässernde Einsatzmaterial, wobei die aus überhitztem Wasserdampf bestehende thermische Energie und die mechanische Energie als Flächendruck auf das Einsatzmaterial in Druckräumen zugeführt und ausgeübt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte, daß
a) ein bis zu circa 60° Celsius vorgewärmtes Einsatzmaterial verwendet wird, das zu Beginn des Arbeitstaktes in einer im wesentlichen dampfdicht abgeschlossenen und bis über 100° Celsius vorgewärmten Druckkammer sowie mit einem bis zu ≥ 150° Celsius überhitztem Wasserdampf von beiden Flachseiten bedampft wird, wobei
b) der Verdichtungsdruck auf das Einsatzmaterial ≥ als der im Einsatzmaterial durch die Schüttdichte bestehende Druck, maximal in etwa dem eingebrachten Dampfdruck von 5 bar bis 8 bar entspricht und
c) nach erreichter Temperatur von circa ≥ 125° Celsius im Einsatzmaterial die...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Anlage und eine Presse zur Reduzierung des in Faserzellen kapillar gebundenen Wassergehaltes von kohlenstoffhaltigen, fein zerkleinerten Feststoffmaterialien und/oder Schlämmen, insbesondere Rohbraunkohle, unter Einwirkung von thermischer Energie und Druck auf das zu entwässernde Einsatzmaterial, wobei die aus überhitztem Wasserdampf bestehende thermische Energie und die mechanische Energie als Flächendruck auf das Einsatzmaterial in Druckräumen zugeführt und ausgeübt wird.

Bekannt ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß DE-PS 359 440, 334 903 und 339 034. In diesen Patentschriften sind ein Verfahren mit Vorrichtung zum Entwässern von Torf und dergleichen beschrieben, bei dem das zu entwässernde Material in dünnen vertikalen Schichten in zylindrischen Ringschächten vorgepreßt, nach Aufhebung des Druckes das Material drucklos der Wirkung von hochgespanntem Dampf ausgesetzt und darauf einer Endpressung unterworfen wird. Von besonderer Bedeutung ist dabei der Verfahrensschritt, in den das Material dem Dampf ausgesetzt wird, wobei der das Material enthaltende Raum, begrenzt durch einen ringförmigen Preßkolben durch dessen Zurückziehung so erweitert wird, daß sich das Material in diesen Ringschächten ausdehnen kann, wodurch ein Auflockern des Preßkuchens durch die seitliche Einwirkung des Dampfes ermöglicht wird. Aufgrund dieses Auflockerns des Preßkuchens kann sich der in dem betreffenden Verfahrensschritt zugeführte, hochgespannte Dampf leicht Wege durch das Einsatzmaterial bahnen und dabei das aufgelockerte Material unkontrolliert wegdrücken, so daß sich Kanäle ausbilden können, durch die große Mengen des Dampfes nur mit begrenzter Einwirkung auf das Material hindurchströmen, ohne daß der Dampf gezielt allseitig an der Oberfläche des zum Teil feinkörnig zerkleinerten Einsatzmaterials kondensiert und somit die thermische Energie kontrolliert an das Einsatzmaterial abgibt. Durch die Vorpressung, die in kaltem Zustand des Materials erfolgt, wird diesem kalt abpressbares Wasser entzogen, das in Torf größtenteils als Oberflächenwasser in erheblicher Menge enthalten ist. Eine Vorwärmung des Einsatzmaterials mit den großen Mengen nicht kolloidal gebundenen Wassers wäre energetisch und verfahrenstechnisch völlig unwirtschaftlich. Dagegen enthält Rohbraunkohle nur kolloidal gebundenes Wasser, das heißt in den Faserzellen kapillar gebundenes Wasser.

Braunkohlen weisen einen Wassergehalt von bis zu circa 60 Gewichtsprozent auf. Bei der Verbrennung dieser Braunkohlen in Kraftwerken muß ein erheblicher Anteil der eingesetzten Braunkohle entweder direkt oder die adäquate Wärmemenge aus den Verbrennungsgasen zur Verdampfung des Wassers aufgewendet werden. Dieser Anteil kann je nach Wassergehalt bis zu 22 Gewichtsprozent betragen. Dieser Energieverlust läßt sich nur verringern, wenn der Wassergehalt der Rohbraunkolhe vor der Verbrennung in einem effizienten Trocknungs- oder Entwässerungsverfahren reduziert wird.

Das Verfahren nach DE-PS 359 440, angewandt zum Entwässern von Rohbraunkohle beschreibt Verfahrensschritte, zum Beispiel zum Freisetzen von freiem Oberflächenwasser durch Vorentwässerung unter Druck, die bei Rohbraunkohle nicht notwendig sind. Von Nachteil ist bei diesem Verfahren weiter, daß die Bedampfung ohne Druck unkontrolliert vorgesehen ist und somit bei der Endpressung keine ausreichende Entwässerung erfolgt.

Die Vorrichtungen gemäß DE-PS 334 903 und DE-PS 339 034 zur Durchführung des Verfahrens nach DE-PS 359 440 sind hinsichtlich der Zuführung des Einsatzmaterials und der Entleerung des entwässerten Preßgutes für einen kontinuierlichen Durchsatz großer Mengen, wie zum Beispiel für ein Kraftwerk erforderlich, völlig ungeeignet und somit unwirtschaftlich. Eine Bedampfung des Einsatzmaterials unter leichter Vorverdichtung desselben im Druckbereich des Dampfdruckes von zum Beispiel 5 bar bis 8 bar zur gleichmäßigen Durchflutung der feingranulierten Rohbraunkohle wäre nicht möglich, weil eine Abdichtung der Ringkolben zur porösen Seitenwandung nicht gegeben ist und durch die tangentiale Dehnung aufgrund des Innendrucks sich ein unzulässiger Spalt zwischen Ringkolben und Zylinderinnenwandung bildet, wodurch ein Großteil der Dampfmenge verloren geht und somit eine Entwässerung nur mit eingeschränktem Nutzungsgrad möglich ist, was bedeutet, daß die Anwendung einer solchen Verfahrensvariation mit dieser Vorrichtung unwirtschaftlich wäre.

Schwierigkeiten beim Einsatz bekannter Verfahren zur Reduzierung des Wassergehaltes von Braunkohle in Großkraftwerken bestehen darin, daß durch den benötigten hohen Braunkohledurchsatz der apparative Aufwand, zum Beispiel bei Einsatz von Autoklaven nach dem Fleißner-Verfahren mit aufwendigen Druckschleusen, Ventilen und Hochdruckpumpen sehr groß wird. Bei diesen Verfahren zur thermischen Entwässerung wurden trotz geringerem spezifischen Energieverbrauch im Vergleich zur thermischen Trocknung bisher keine kommerziellen Erfolge erzielt. Um für einen Kraftwerksbetrieb den Durchsatz großer Mengen zu entwässernden Einsatzmaterials zu gewährleisten ist nach der vorliegenden Erfindung der Einsatz großflächiger Filterpressen mit möglichst großen Schütthöhen, zum Beispiel circa 500 mm, des beetmäßig gestreuten Einsatzmaterials notwendig. Dieses gilt auch für kontinuierlich arbeitende Doppelbandpressen, wie zum Beispiel aus der DE-PS 472 419 bekannt. Mit Rücksicht auf die großen Schütthöhen ist der Einsatz eines seitlich offenen Pressensystems bei einem Verdichtungsverhältnisses der granulierten Rohbraunkohle zur entwässerten gepreßten Braunkohle im Verhältnis von 3:1 und einem Schüttwinkel von circa 32° aufgrund des daraus resultierenden großen Randverlustes ungeeignet. Dieses gilt besonders für den Verfahrensabschnitt Dampfzuführung. Noch kritischer wird dieses für kohlenstoffhaltige Feststoffmaterialien mit einem mehr oder weniger kolloidal gebundenen Wassergehalt von mehr als 65 Gewichtsprozent wie zum Beispiel bei fließplastischen Klärschlämmen mit circa 75 Gewichtsprozent Wassergehalt.

Mit der Anordnung von Seiten- und Querwänden gemäß DE-PS 472 419 zum Entwässern von Rohtorf versuchte man die fließplastische Konsistenz des geschütteten Massestroms innerhalb der Presse durch einschwenkbare senkrechte Platten zu stabilisieren. Für eine kontrollierte Dampfzuführung in das gesamte Preßgut ist das System nach diesem Patent nicht vorgesehen und konzeptionell auch nicht geeignet.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde durch ein neues Verfahren die großindustrielle Nutzung von Rohbraunkohle durch eine thermisch-mechanische Entwässerung zu ermöglichen, bei der der Gesamtwirkungsgrad der Verstromung in Kraftwerksprozessen verbessert wird und daß der hierfür erforderliche kontinuierliche Durchsatz großer kohlehaltiger Feststoffmengen erreicht wird. Um ein Ausblasen an den Rändern der Schüttgutmatte unter Einwirkung des Dampfdruckes zu vermeiden und eine gleichmäßige thermische Energieverteilung über die Preßflächen ohne Reduzierung des Dampfdruckes an den Rändern zu erreichen, galt es weiter eine technische Lösung für eine Anlage und eine Presse zu schaffen, die die beschriebenen Nachteile nicht mehr beinhalten bzw. vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 3.

Entsprechend den Bemessungsregeln nach der Erfindung dieses thermisch/mechanischen Entwässerungsverfahrens gelingt es, Braunkohle mit geringem Aufwand an thermischer und mechanischer Energie wirtschaftlich zu entwässern. Für die Verstromung von Braunkohle mit hoher Feuchte läßt sich der Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerksprozesses durch die Vorschaltung des energetisch günstigen Verfahrens gemäß der Erfindung zur Entfernung des Wassers deutlich verbessern. Außerdem wird im Vergleich zu den bekannten thermischen Trocknungsverfahren die Energie zur Verdampfung des Wassers eingespart.

Die Merkmale a, b und c des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 sind wie folgt begründet:
Je nach Korngröße der vorfraktionierten Rohbraunkohle, die zwischen 2 bis 20 mm Korngröße haben kann und deren prozentualen Mengenanteiles ergibt sich eine andere Schüttstruktur des Einsatzmaterials und somit ein unterschiedlicher Wärmeübergang, so daß die aufgenommene Wärmemenge des Einsatzmaterials im erhöhten Temperaturniveau zwischen circa 15° und 40° Celsius, ausgehend von 20° Celsius Raumtemperatur, schwanken kann. Der Wärmeübergang auf die geschüttete Rohbraunkohle ist insbesonders durch die im Streubereich A auf die über 100° Celsius beheizten Kontaktflächen des unteren Streubandes und den seitlichen Stahlbändern zwangsläufig gegeben, wobei das Schüttgut bereits durch die Vorwärmung im Übergabeband und in den Verteilerwalzen eine erhöhte Temperatur aufgenommen hat und im Reversierhub der Streumaschine in mehreren dünnen Schichten bis zur Streuguthöhe H eingestreut wird. Die Dampfeindüsungstemperatur von ≥ 150° Celsius braucht aufgrund der beidseitig flächigen Eindüsung nur geringfügig überschritten werden, weil bis zur Mitte des geschütteten Einsatzmaterials = ^H/₂ ≤ 250 mm die abnehmende Dampftemperatur ausreicht, um das auch mittig liegende Schüttgut auf über 100° Celsius im Kern des Braunkohlegranulats zu erwärmen.

Durch die vorzugsweise isochore Verdichtung des Einsatzmaterials bis maximal etwa dem Dampfeindüsungsdruck ergibt sich in den Zwischenräumen des granulierten Schüttgutes zwangsmäßig eine gleichmäßige Durchflutung des Dampfes mit isobarer Druckverteilung. Mit Rücksicht auf den Durchflutungswiderstand zumindest bis ^H/₂ entsprechend der beschriebenen unterschiedlichen Schüttgutstruktur ist ein Dampfdruck im Bereich von 5 bar bis 8 bar notwendig.

Zum Freisetzen des in den Faserzellen kapillar gebundenen Wassers muß im Kern des Braunkohlegranulats zum Beispiel bei einer Korngröße von circa 2 bis 20 mm eine Temperatur von > 100 ° Celsius erreicht sein, um die Kapillaren und Poren in den Faserzellen, in denen das Wasser gebunden ist, aufzusprengen, das heißt das Granulat muß an der Oberfläche mindestens eine Temperatur zwischen > 100° Celsius und < 150° Celsius, das heißt ungefähr 125° Celsius angenommen haben, so daß danach mit Erhöhung des Druckes in der Druckkammer das Wasser beschleunigt ausgepreßt wird, wobei der Preßdruck bis maximal 75 bar durch die Schütthöhe von H = 500 mm und die Größe der Granulatkörnung und deren prozentualen Mengenverteilung bedingt ist.

Das beidseitig flächige Eindüsen des Dampfes in einen allseitig geschlossenen Raum ermöglicht eine optimale Durchflutung des Braunkohlegranulat mit thermischer Energie, wobei der isochore Verdichtungsdruck auf das Schüttgut in der Druckkammer größer als die Schüttdichte sein muß jedoch wegen notwendiger Permeabilität nicht wesentlich größer als der Dampfdruck sein darf.

Nachfolgend sind weitere Vorteile für die angegebene Anlage und Presse zur Durchführung des Verfahrens aufgeführt:
Über der gesamten Preßfläche des Einsatzmaterials ergibt sich eine gleichmäßige Eindüsung des Dampfes und das beidseitig von oben und unten. Das ermöglicht relative große Schütthöhen H mit dem wirtschaftlichen Vorteil großer Durchsatzmengen pro Zeiteinheit, weil der Dampf von jeder Seite nur die Hälfte der Schütthöhe H durchströmen muß. Gleichzeitig wird durch das Streuen in ein endlos durch die Presse umlaufendes Streukastenbandsystem ein Verlust der Dampfenergie durch Ausbläser und Dampfdruckabbau an den Rändern verhindert, weil störende Schüttwinkeleinflüsse ausgeschlossen sind. Dazu kommt, daß auch quasi pastöse Massen, wie zum Beispiel Klärschlämme, betriebssicher verarbeitet werden können.

Durch das Schleusensystem des umlaufenden Streukastenbandsystems mittels der Sperrschieber und dem Schwert im Ein- und Auslauf der Druckkammer wird nicht nur der verfahrenstechnische Vorteil einer gasdicht verschlossenen Dampfdruckkammer genutzt, sondern es ermöglicht mit dem Öffnen und Schließen der Schleusen und im taktgebundenen Betrieb der Filterpresse einen quasi kontinuierlichen Anlagenbetrieb mit einem durch das umlaufende Streukastenbandsystem bedingten vorteilhaften einfachen apparativen und raumsparenden Aufwand der Gesamtanlage.

Die Vorheizung des umlaufenden Streukastenbandsystems vor der Druckkammer bewirkt eine energetisch vorteilhafte Vorwärmung des gestreuten Massestromes des Braunkohlegranulats und verhindert bei der Dampfeindüsung unnötige Kondensationsverluste am Streukastenbandsystem, so daß die thermische Energie voll an das Einsatzmaterial übertragen werden kann. Zusätzlich kann für die Vorheizung die Abwärme aus dem Entwässerungsprozess wirtschaftlich genutzt werden.

Die eingesetzten Metallgewebebänder, in einer vorteilhaften Ausführungsform unten mobil als Streuband und oben fix an der oberen Preßplatte ausgeführt, bewirken nicht nur eine großflächige Ausfilterung des freiwerdenden Kohlewassers auf der oberen und unteren Seite, sondern sorgen auch für eine effektvoll flächige Verteilung des Dampfes bei der Dampfeindüsung.

Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Anlage erfolgt die Reinigung der Metallgewebebänder von zum Beispiel Kohleresten selbsttätig durch den eingedüsten Dampf. Verstopfte Abwasserbohrungen werden durch die Umschaltung auf Dampfspülung beidseitig gereinigt. Durch die flächige Absaugung über das unten und oben angeordnete Entwässerungssystem läßt sich eine Halbierung der Entwässerungswege im Braunkohlegranulat erreichen, was die Zeiten zum Auspressen des Kohle- und Kondenswassers weiter reduziert.

Im Ergebnis besteht der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß jedem beetmäßig flächig verteiltem Massestromteilchen, die thermische Energie durch Wasserdampf gleichmäßig unter optimalen Permeabilitätsbedingungen zugeführt und dem somit gleichmäßig aufgeheizten Einsatzmaterial flächenhaft unter hohem Druck das Wasser entzogen wird, wobei die beetmäßige Zuführung des Einsatzstoffes in die Presse, die thermisch-mechanischen Entwässerungsvorgänge und das Heraustransportieren des entwässerten Preßgutes aus der Presse in kontinuierlicher Taktfolge erfolgt, so daß insgesamt große Masseströme mit exakt kontrollierbaren nacheinander ablaufenden Verfahrensschritten quasi im kontinuierlichen Mengendurchsatz entwässert werden können.

Eine Anlage und Presse zur Durchführung der Verfahrensschritte sind in weiteren Ansprüchen beschrieben, indem ein umlaufendes Streuband durch eine in einer Einetagenpresse integrierten Druckkammer hindurchgeführt wird und diese Druckkammer durch ein Schleusensystem in den Taktfolgen des Prozeßablaufes geöffnet und geschlossen wird.

Weitere Vorteile der Erfindung können der folgenden Beschreibung, den Unteransprüchen und der Zeichnung entnommen werden, in denen die erfindungsgemäße Anlage und Presse schematisch dargestellt ist.
Es zeigen:
1 und 2 die erfindungsgemäße Anlage bei der Beschickung der erfindungsgemäßen Presse mit dem Braunkohlegranulat während des Streu- und Pressentaktes im Aufriß,
3 die Streumaschine nach 1 in vergrößertem Maßstab,
4, 5 und 6 in Ausschnitten und Schnitten Einzelheiten des erfindungsgemäßen Streusystems mit Streumaschine, Streuband und Seitenstahlbänder von vorn,
7 im einem Schnitt die erfindungsgemäße Presse von vorn,
8 die Presse aus 1 in größerem Maßstab,
9 in einem Schnitt D-D die Presse nach 8 im Grundriß,
10, 11, 12 und 13 Ausschnitte aus 7 der Presse von vorn,
14, 15, 16, 17 und 18 Einzelheiten in Ausschnitten des Druckkammersystems für den Ein- und Auslauf der Presse nach 8 und
19 im Ausschnitt die Presse nach 8 in größerem Maßstab.
Die Zeichnung in den 1 und 2 zeigt den Erfindungsgegenstand umfassend den Anlagenbereich für ein thermisches-mechanisch Entwässerungssystem, zum Beispiel ausgelegt für die Entwässerung von Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt, zum Beispiel circa 60 Gewichtsprozent, bestehend aus:

A) einer Streustrecke für eine kontinuierliche beetmäßige Streuung des Braunkohlegranulates in ein umlaufendes Streukastenbandsystem,
B) einer Einetagenfilterpresse mit integriertem Druckkammer- und Schleusensystem und
C) dem Austransport der Kohlepreßplatte aus der Druckkammer mit Vorzerkleinerung für eine anschließende Mahltrocknung.

Die Streustrecke A der 1 und 2 zeigt die kontinuierliche Übergabe der fraktionierten Rohbraunkohle vom feststehenden Bunkersystem 1 auf das horizontal reversierbare Übergabeband 2. Die reversierbare Streumaschine 3 (in 3 in Seitenansicht dargestellt) streut das Braunkohlegranulat 6 auf das Streuband 4, welches im Umlauf durch die Filterpresse 5 geführt wird. In 2, Schnitt a-a und in 4 wird der Walzenstuhl der Streumaschine 3 im Querschnitt dargestellt, der beetmäßig das Braunkohlegranulat 6 in das Streukastenbandsystem 7 einstreut. Das Streukastenbandsystem 7 besteht aus dem unteren unendlichen Streuband 4 und den beiden senkrecht auf diesem Band 4 links und rechts mitlaufenden glatten, ebenfalls unendlichen gasundurchlässigen Stahlbändern 8. Das untere Streuband 4 ist als dampfdurchlässiges Metallgewebeband ausgeführt, ist jedoch am äußeren Rand 10, auf dem die seitlichen Streukastenbänder 8 senkrecht stehen, gasdicht, zum Beispiel mit Metall oder thermisch beständigem Kunststoff, versiegelt. Das Streukastenbandsystem 7 wird im Synchronlauf durch die Druckkammer 40 geführt. Das gestreute Braunkohlegranulat 6 im exakt geometrisch rechteckigen Querschnitt wird bis zur Streuhöhe H von der Streumaschine 3 eingestreut und so unverändert in die Druckkammer 40 eingefahren, wie es in den 7 und 10 dargestellt ist. Durch leichte Schrägstellung der vertikalen Stützrollen 9 werden die Streukastenbänder 8 dichtend gegen den Versiegelungsstreifen 10 gedrückt. Die Stahlbänder 4 und 8 gleiten zwischen den senkrechten Stützrollen 9 und horizontal angeordneten Stützwalzen 11 an den Wärmeträgerplatten 12 und 41 entlang, so daß entlang der Streustrecke A das Streukastenbandsystem 7, aus den 8 und 9 detailliiert ersichtlich, auf über 100°C vorgewärmt wird, so daß später in der Druckkammer 40 beim Dampfinjizieren dem Dampf keine unnötige Kondesationswärme entzogen wird. Gleichzeitig wird mittels der aufgeheizten Stahlbänder 4 und 8 das Braunkohlegranulat 6 im Streukastenbandbereich vor Eintritt in die Filterpresse 5 bis auf circa 60° Celsius vorgewärmt. Hierfür kann die Abwärme aus dem Entwässerungsprozeß genutzt werden. In gleicher Weise ist das Übergabeband 2 beheizbar, so daß das Braunkohlegranulat 6, welches in das Streukastenbandsystem 7 in ein oder mehreren Schichten beetmäßig eingestreut wird, bereits vorgewärmt werden kann. Zusätzlich sind auch die Verteilerwalzen 38 in der Streumaschine 3 für die transversale Verteilung des Braunkohlegranulat 6 beheizt.
Die Presse 5 mit integriertem Druckkamer- und Schleusensystem im Bereich B ist nach den 7, 8 und 9 als stationäre Einetagenoberkolbenpresse ausgeführt. Das Streukastenbandsystem 7 wird endlos von der Streustrecke A in den Druckkammerpreßbereich B eingefahren, indem dieses mit dem unteren Metallgewebeband 4 über die untere, fix angeordnete beheizte Dampfinjektions- und Entwässerungsplatte 13 der Druckkammer 40 gleitet. Die mittleren Bohrungen 14 der Preßplatte 13 sorgen für die Beheizung, wobei hierfür wieder in vorteilhafter Weise die Abwärme aus dem Entwässerungsprozeß mit genutzt werden kann. Die Dampfinjektionsbohrungen 15 sind gleichmäßig, in etwa in einem Rasterabstand von 90 mm, über der Preß- bzw. Filterfläche verteilt, nahe unterhalb der Preßfläche angeordnet. Das Metallgewebeband 4 mit einer Maschenweite von circa 0,5 mm sorgt für eine gute und flächige Dampfverteilung. Die Abwasserbohrungen 16 gleichfalls flächig über die Preßfläche mit einem Abstand von circa 90 mm verteilt, werden auf der Preßflächengegenseite in Sammelbohrungen zusammengefaßt, um das nach der Dampfinjektion freiwerdende Kapillarwasser aufzunehmen. In gleicher Weise ist die obere Preßplatte 17 ausgeführt. Abweichend zur unteren ist jedoch das obere Metallgewebeband 18 formschlüssig, aber austauschbar als Dampfverteiler- und Filtergewebe mit der oberen Preßplatte 17 verbunden. Das Reinigen des Filtergewebes erfolgt im Bereich der Dampfdüsen selbsttätig durch den Dampfdruck von circa 6 bis 8 bar. Im Bereich der Wasseraufnahmebohrungen 16 erfolgt dieses bedarfsweise durch ein extern angeordnetes Umschaltventil, indem von Abwasserabsaugung auf Dampfspülung umgeschaltet wird.
Das Druckkammersystem (im Bereich B) ist in den 7 bis 13 dargestellt. Damit alle in die Presse 5 mittels des Streubandkastensystems 7 eingebrachten Massestromteilchen des Braunkohlegranulats 6 gleichmäßig mit Dampf umspült werden können, wird der Massestrom, das heißt das lose geschüttete Braunkohlegranulat 6, allseitig umschlossen und weitgehend dampfdicht eingekammert. Das Einkammern erfolgt in der Druckkammer 40. Das Druckkammersystem wird dabei aus folgenden Funktionsträgern gebildet:

– durch die untere stationäre, in den Pressenrahmen 30 gelagerte Preßplatte 13,
– der auf den beiden Längsseiten der Preßplatte 13 stehenden jeweils links und rechts angeordneten senkrechten Seitenandrückleisten 19, die wiederum über hydraulische Kurzhubzylinder 20 seitlich gegen die von den hydraulischen Preßzylindern 34 angetriebene obere Preßplatte 17 gedrückt werden,
– den Langhub-Zylindern 34, die senkrecht von oben wirken und den Kurzhubzylindern 20, die horizontal von beiden Seiten auf die Druckkammer 40 drücken. Die Zylinder 34 und 20 sind jeweils den Pressenrahmen 30 zugeordnet, die die Druckkammer 40 insgesamt über die Länge der Preßfläche 25 umfassen.

Die Stahlbänder 8 als Streukasten ausgebildet werden mittels Trommelantriebe im Synchronlauf zusammen mit dem unteren Streuband 4 durch die Druckkammer 40 hindurchgezogen, wobei die senkrecht stehenden Stahlbänder 8 an der glatten Innenfläche der Seitenandrückleisten 19 und den glatten Außenflächen der oberen Preßplatte 17 beim Hinein- und Herausfahren des Preßgutes entlang gleiten. Die Seitenandrückleisten 19 werden mittels der hydraulischen Kurzhubzylinder 20 im Seitenandruck gesteuert, das heißt entlastend während der Transportbewegung der Stahlbänder 4 und 8. Mit variierenden seitlichen Andrückkräften gegen die obere Preßplatte 17 während des Dampfinjizierens und dem Preßvorgang. Gegen den Dampfdruck ist die Preßplatte 17 durch eine elastische Gummidichtung 21 gasdicht abgedichtet. Die Seitenandrückleisten 19 sind wiederum mit gummielastischen Dichtungen 42 gegenüber dem versiegelten unteren Rand 10 gasdicht abgedichtet, wenn mittels der hydraulischen Andrückzylinder 23 beim Stillstand des Stahlbandes 4 die Seitenandrückleisten 19 senkrecht niedergedrückt werden. Im entlasteten Zustand sind die Seitenandrückleisten 19 mittels Abdrückfedern 24 zum Freilauf des Streubandes 4 freigestellt.
Die Ein- und Auslaufschleusen 26 und 27 am Druckkammersystem zeigen die 14 bis 18. An den kurzen, in Transportrichtung liegenden Seiten des Preßflächenrechtecks 25 sind im Einlauf 26 und im Auslauf 27 von oben mittels hydraulischer Stellglieder 36 und 37 ein Sperrschieber 28 und ein Schwert 22 einfahrbar vorgesehen. Der Sperrschieber 28 hat wiederum eine gasdichte gummielastische Abdichtung 29 gegenüber der Auslaufstirnseite der oberen Preßplatte 17. Der Sperrschieber 28 ist weiterhin gegenüber der gepreßten und entwässerten Kohleplatte 31 und den beiden Stahlbändern 8 mit den diesen abstützenden Seitenandrückleisten 19 mit thermisch beständigen gummielastischen Platten 41 formschlüssig bewehrt, so daß bei hydraulischer Andrückung durch die Kurzhubzylinder 20 eine gasdichte Abdichtung sowohl seitlich als auch gegenüber der Kohleplatte 31 durch die hydraulische Andrückung 23 von oben gegeben ist. Die horizontalen Schubkräfte, resultierend aus dem Dampfdruck und den Preßdrücken während der Entwässerung, werden durch eine zusätzliche hydraulische Verriegelungskinematik 35 aufgefangen. Im Einlauf 26 wird zwischen den beiden senkrecht stehenden Stahlbändern 8 ein Schwert 22, in 16 ersichtlich, in das Braunkohlegranulat 6 hydraulisch abgesenkt, sobald beim Beschicken der Presse 5 der gestreute Massestrom mit der vor deren abgepreßten Stirnkante 32 gegen den Sperrschieber 28 eingefahren ist. Mittels Regelung der hydraulischen Zylinder 37 kann die Eindringtiefe y über die gesamte Schütthöhe H variiert werden, so daß mit der Verdichtung des Braunkohlegranulates 6 unterhalb der Messerkante 33 eine ausreichende Abdichtung gegenüber dem Dampfdruck während der Dampfinjektion gegeben ist und somit ein Ausblasen des gestreuten Massestromes vor der Druckkammer 40 verhindert wird. Mittels der außenliegenden Seitenndrückleisten 19 wird während der Dampfinjektion das Schwert 22 seitlich zwischen den Stahlbändern 8 kraftschlüssig und dampfdicht eingeklemmt. Ebenso wie die Seitenandrückleisten 19 sind der Sperrschieber 28 und das Schwert 22 beheizt, damit während der Dampfinjektion die thermische Energie verlustfrei an das Braunkohlegranulat 6 übertragen werden kann.
Der Ablauf der Verfahrensschritte geht aus den 11 bis 19 hervor. Das Entleeren und Beschicken der Druckkammer 40 zeigen die 14, 15 und 10. 14 zeigt die Druckkammer 40 im Längsschnitt nach Beendigung der Pressung im geöffneten Zustand. 15 zeigt die Streukastenbänder 7 in Fahrbewegung zum Beschicken der Druckkammer 40. Wie in 10 dargestellt ist, wird die gepreßte und entwässerte Kohleplatte 31 herausgefahren und gleichzeitig der gestreute Massestrom aus Braunkohlegranulat 6 eingefahren. Der Sperrschieber 28 berührt, kurz bevor die Stirnkante 32 die Sperrschieberposition erreicht, die Oberkante der Kohleplatte 31.
Die Dampfinjektion erfolgt nach den 16, 17 und 19. 16 zeigt das gasdichte Verschließen der Druckkammer 40 im Längsschnitt, das heißt die obere Preßplatte 17 wird mittels den hydrauischen Preßzylindern 34 bis wenig unterhalb der Schütthöhe H abgesenkt und in dieser Position vorzugsweise lagengeregelt gehalten, so daß das granulierte Schüttgut allseitig isochor eingespannt, das heißt verdichtet ist. Der leichte Verdichtungsdruck auf das Braunkohlegranulat 6 ist ungefähr maximal so groß wie der nachfolgende Dampfdruck, so daß dadurch eine isobare Dampfdruckverteilung in den Zwischenräumen des granulierten Schüttguts auftritt. Danach werden alle hydraulischen Stellglieder 20, 23, 36, 35 und 37 der Seitenandrückleisten 19 sowie des Sperrschiebers 28 und des Schwertes 22 aktiviert, das heißt die Druckkammer 40 wird gasdicht verschlossen. Nach den 11 und 17 wird der Heißdampf von der oberen Preßplatte 17 und/oder der unteren Preßplatte 13 gleichzeitig oder alternierend in das Braunkohlegranulat 6 injiziert. Nach Einbringung der für die Wärmekapazität erforderlichen Dampfmenge werden die Dampfventile geschlossen und der Preßvorgang beginnt. Bereits vor dem Schließen der Dampfventile kann die obere Preßplatte 17 hydraulisch von Lagenregelung auf Druckregelung bei anfänglich niederem hydraulischen Druck umgeschaltet werden.
Die mechanische Entwässerung durch Pressen in der Filterpresse 5 geht aus den 12 und 18 hervor. Nach dem Schließen der Dampfventile werden die Druckzylinder 34 druckgeregelt auf die maximale Preßkraft umgeschaltet, um die Wärmeaufnahme im Braunkohlegranulat 6 und die Entwässerung zu beschleunigen.
Nach dem Öffnen der Presse 5 durch die hydraulischen Langhubzylinder 34, wird die entwässerte Kohleplatte 31 als Endprodukt aus der Presse 5 herausgefahren und im Bereich C dem Auffangbehälter 39 zur weiteren Verarbeitung übergeben.

1: Bunkersystem
2: Übergabeband
3: reversierbare Streumaschine
4: Streuband (Metallgewebeb.)
5: Filterpresse
6: Braunkohlegranulat
7: Streukastenbandsystem
8: Stahlband (Seitenwand)
9: Stützrollen
10: Rand (Versiegelungsstreifen)
11: Stützwalzen
12: Wärmeträgerplatte
13: untere Preßplatte
14: mittlere Bohrungen (Heiz.)
15: Bohrungen (Dampfeintritt)
16: Wasserabflußbohrungen
17: obere Preßplatte
18: oberes Metallgewebeband
19: Seitenandrückleisten
20: hydraul. Kurzhubzylinder
21: Gummidichtung
22: Schwert
23: hydraulische Andrückung
24: Abdrückfeder
25: Preßfläche
26: Einlauf
27: Auslauf
28: Sperrschieber
29: Gummidichtung
30: Pressenrahmen
31: Kohleplatte (Endprodukt)
32: Stirnkante
33: Messerkante
34: hydr. Langhubpreßzylinder
35: Verriegelungskinematik
36: hydraulische Stellglieder
37: hydraulische Zylinder
38: Verteilerwalzen
39: Auffangbunker Kohleplatten
40: Druckkammer
41: Heizplatten
42: Dichtung
A: Streubeetstrecke
B: Druckkammer-Schleusensyst
C: Ausgangslaufstrecke
H: Streuguthöhe
Y: Eindringtiefe

Claims

Verfahren zur Reduzierung des in Faserzellen kapillar gebundenen Wassergehaltes von kohlenstoffhaltigen, fein zerkleinerten Feststoffmaterialien und/oder Schlämmen, insbesondere Rohbraunkohle, unter Einwirkung von thermischer Energie und Druck auf das zu entwässernde Einsatzmaterial, wobei die aus überhitztem Wasserdampf bestehende thermische Energie und die mechanische Energie als Flächendruck auf das Einsatzmaterial in Druckräumen zugeführt und ausgeübt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte, daß a) ein bis zu circa 60° Celsius vorgewärmtes Einsatzmaterial verwendet wird, das zu Beginn des Arbeitstaktes in einer im wesentlichen dampfdicht abgeschlossenen und bis über 100° Celsius vorgewärmten Druckkammer sowie mit einem bis zu ≥ 150° Celsius überhitztem Wasserdampf von beiden Flachseiten bedampft wird, wobei b) der Verdichtungsdruck auf das Einsatzmaterial ≥ als der im Einsatzmaterial durch die Schüttdichte bestehende Druck, maximal in etwa dem eingebrachten Dampfdruck von 5 bar bis 8 bar entspricht und c) nach erreichter Temperatur von circa ≥ 125° Celsius im Einsatzmaterial die Dampfeindüsung beendet wird und je nach Korngröße des Einsatzmaterials ein hoher mechanischer, spezifischer Preßdruck bis maximal 75 bar zur Reduzierung auf einen Restwassergehalt bis zu 20 Gewichtsprozent zur Wirkung kommt.
Anlage zur Reduzierung des in Faserzellen kapillar gebundenen Wassergehaltes von kohlenstoffhaltigen, fein zerkleinerten Feststoffmaterialien und/oder Schlämmen, insbesondere Rohbraunkohle, unter Einwirkung von thermischer Energie und Druck auf das zu entwässernde Einsatzmaterial, wobei die aus überhitztem Wasserdampf bestehende thermische Energie und die mechanische Energie als Flächendruck auf das Einsatzmaterial in Druckräumen zugeführt und ausgeübt wird, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage in ihren Hauptteilen aus einer Streumaschine (3), einer beheizbaren Filterpresse (5) und einem Streubandkastensystem (7) mit rechteckigem Streuprofil für das Braunkohlegranulat (6) besteht, dessen unendliches Streuband (4) mit zwei unendlichen Seitenstahlbändern (8) durch eine gasdicht abdichtbare Druckkammer (40) in der Presse (9) umlaufend geführt sind und wobei quer zur Transportrichtung im Ein- und Auslauf (26 und 27) der Druckkammer (40) diese durch ein auf- und abfahrbares Schwert (22) und einen Sperrschieber (28) verschließbar und zu öffnen ist.
Presse zur Reduzierung des in Faserzellen kapillar gebundenen Wassergehaltes von kohlenstoffhaltigen, fein zerkleinerten Feststoffmaterialien und/oder Schlämmen, insbesondere Rohbraunkohle, unter Einwirkung von thermischer Energie und Druck auf das zu entwässernde Einsatzmaterial, wobei die aus überhitztem Wasserdampf bestehende thermische Energie und die mechanische Energie als Flächendruck auf das Einsatzmaterial in Druckräumen zugeführt, zur Durchführung des Verfahrens insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckige Druckkammer (40) aus einer stationären unteren Preßplatte (13) und fünf hydraulisch bewegten Kammerwänden (17, 19, 22 und 28) gebildet wird, wobei die beiden Seitenandrückleisten (19) sich senkrecht gegen die äußeren Längskanten der Preßplatte (13) abstützen und mit variablen hydraulischen Kräften gegen die glatten Längskanten der oberen Preßplatte (17) drückbar sind und ein- und ausfahrbare Sperrschieber (28) und Schwert (22) mit einer hydraulischen Andrückkinematik (35) den Auslauf (27) und den Einlauf (26) abschotten sowie die obere Preßplatte (17) zwischen den senkrechten Kammerwänden (19, 22, 28) den Verdichtungsdruck für den Prozeßablauf Dampfinjektion und mechanisches Pressen mittels der Preßzylinder (34) hydraulisch steuert.
Presse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf alle fünf Kammerwände (17, 19, 22 und 28) der Druckkammer (40) wirkenden Kräfte durch die die Druckkammer (40) umschließenden Pressenrahmen (30) auffangbar sind.
Presse nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle 6 Kammerwände (13, 17, 19, 22, 28) der Druckkammer (40) auf eine Temperature ≥ 100° Celsius beheizbar sind.
Presse nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle sich gegenseitig abstützenden Flächen der Druckkammerwände (13, 17, 19, 22, 28) mit thermisch stabilen gummielastischen Dichtungen (21, 29, 41 und 42) gasdicht abgedichtet sind.
Presse nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der unteren und oberen Preßplatte (13 und 17) drei horizontale Bohrungsebenen (14, 15, 16) als Sammel- bzw. Verteilerfeld für die Dampfeindüsung (15) nahe der Preßoberfläche, die Beheizung (14) in der Mitte der Platte (13 und 17) und die Aufnahme des freiwerdenden Wassers nahe der Gegenseite der Preßfläche angeordnet sind, wobei die Dampfaustrittsbohrungen (15) flächig über die gesamte Preßfläche mit einem Rasterabstand von circa 90 mm und mit Lücke hierzu mit dem gleichen Rastermaß die Wasseraufnahmebohrungen (16) verteilt sind.
Presse nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Streuband (4) ein Metallgewebeband ist mit einer Maschenweite die kleiner als das feinste Granulatkorn oder Schlammpartikelchen des Einsatzmaterials (6) ist, in der Regel ≤ 0,5 mm.
Presse nach den Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtersieb (18) an der oberen Preßplatte (17) aus dem gleichen Metallgewebe ist wie das untere Streuband (4).
Presse nach den Ansprüchen 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Preßplatte (17) längs entlang den Seitenandrückleisten (19) so ausgebildet ist, daß die senkrechten Stahlbänder (8) zwischen der glatten äußeren Kantenflächen der Preßplatte (17) und der glatten inneren Flächen der Seitenandrückleisten (19) gleitend bewegbar sind.
Presse nach den Ansprüchen 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwert (22) im Einlauf (26) der Presse (5) zwischen den beiden senkrechten Stahlbändern (8) und und den beiden Seitenandrückleisten (19) kraftschlüssig geführt und eingeklemmt und die Eintauchtiefe (y) über die gesamte Streuhöhe (H) druck- oder lagengeregelt ist.
Presse nach den Ansprüchen 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, der Sperrschieber (28) zwischen den beiden senkrechten Stahlbändern (8) kraftschlüssig geführt und eingeklemmt wird und während des Preßvorganges dichtend auf die Oberkante der entwässerten Kohleplatte (31) gedrückt und nach dem Preßvorgang zum Entleeren der Presse (5) aus dem Dampf- und Preßkammerbereich hydraulisch hochfahrbar ist.
Presse nach den Ansprüchen 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Streustrecke (A) das untere Streuband (4) und die senkrecht dazu laufenden Stahlbänder (8) zwischen den Stützrollen und – walzen (9, 11) mittels zu den Stahlbändern (4) gleitend angeordneten Wärmeträgerplatten (12 und 41) beheizbar angeordnet sind.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsablauf des unteren Streubandes (4) zu den an den Rändern (10) senkrecht aufstehenden Stahlbänder (8) durch die jeweiligen Antriebe synchron zueinander ist.
Anlage nach den Ansprüchen 2 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Streuband (4) und die beiden Stahlbänder (8) über die gesamte Länge der Streustrecke (A) und der Druckkammerstrecke (B) endlos im Rücklauf unterhalb und seitlich außerhalb der Presse (5) und Streustrecke zurückführbar angeordnet sind.
Anlage nach den Ansprüchen 2, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizung für die Verteilerwalzen (38) zur transversalen Verteilung des Streugutes (6) und/oder des Einlauftrichters (39) angeordnet ist.
Anlage nach den Ansprüchen 2 und 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur flächigen Verteilung des Braunkohlegranulats (6) bis zur Streuhöhe (H) über der Streustrecke (A) in der Streumaschine (3) eine oder mehrere Verteilerwalzen (38) transversal zwischen den senkrecht zum Streuband (4) mitlaufenden Stahlbändern (8) angeordnet sind.
Anlage nach den Ansprüchen 2 und 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Versorgung der reversierenden Streumaschine (3) oberhalb der Streustrecke (A) und zur Versorgung des reversierenden Übergabebandes (2) der Presse (5) ein zentrales Bunkersystem (1) angeordnet ist.
Anlage nach den Ansprüchen 2 und 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizung für das Übergabeband (2) über die gesamte Streustrecke (A) angeordnet ist.