Trocknung von Braunkohle unterschiedlicher Herkunft in einem toroidalen Wirbelschichttrockner im Pilotmaßstab unter Verwendung von Wärme niedriger Qualität

Aabstrakt

Es wurde eine experimentelle Studie für Braunkohle aus verschiedenen Herkunftsländern, nämlich Polen, Griechenland, Rumänien und Australien, unter Verwendung eines Ringbetttrockners durchgeführt. Gegenstand der Untersuchung war die Auswirkung der Temperatur auf die Trocknungsleistung, einschließlich des Feuchtigkeitsverlusts im Laufe der Zeit unter festgelegten Trocknungsbedingungen. Das Hauptziel bestand darin, die Möglichkeit der Verwendung eines Ringbetts als Basis für ein Trocknungssystem zu bestätigen, das Wärme niedriger Qualität aus Quellen wie Rauchgasen aus einem Kessel nutzen könnte, und die optimalen Parameter für ein solches System zu bestimmen. Die durchgeführte Studie hat die Durchführbarkeit der Verwendung von Niedertemperatur-Wärmequellen zum Trocknen von Braunkohle in einem Ringbett schlüssig nachgewiesen. Bei den meisten der getesteten Braunkohlen konnte unter Verwendung des Ringbetts ein Feuchtigkeitsgehalt von 20 % bei relativ kurzen Verweilzeiten (ca. 30 min) und einer Lufttemperatur von nur 60 °C erreicht werden. Darüber hinaus beeinflusste die Änderung der Partikelgrößenverteilung in gewissem Maße den endgültigen Feuchtigkeitsgehalt aufgrund der Mitnahme nasser, feiner Partikel. Die Studie ergab außerdem, dass der Abrieb der Partikel im Bett teilweise für die Entstehung von Feinstaub verantwortlich ist.

Schlüsselwörter:

Trocknen;Braunkohle;toroidales Bett;Attrition;Energieeffizienz

1. Einleitung

1.1. Trocknung von Braunkohle

Braunkohle ist ein fester fossiler Brennstoff, der hauptsächlich zur Stromerzeugung genutzt wird. Trotz der jüngsten Zunahme der installierten Leistung erneuerbarer Energiequellen ist die Nutzung von Braunkohle weltweit immer noch von Bedeutung. Im Jahr 2015 wurden weltweit fast 811 Millionen Tonnen Braunkohle gefördert [1], davon 399 Millionen Tonnen, die in der gesamten EU gefördert wurden [2]; der Anteil der Braunkohle an der Stromerzeugung übersteigt in mehreren Ländern wie Australien, Bulgarien, Tschechien, Deutschland, Griechenland, Polen, Rumänien, Serbien und anderen 20 % [2]. Braunkohle ist ein minderwertiger fester Brennstoff [3], gekennzeichnet durch einen hohen Feuchtigkeitsgehalt. Die Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts von Braunkohle vor ihrer Nutzung kann ihren Heizwert erhöhen, die Kosten für den Ferntransport senken und die Treibhausgasemissionen aus ihrer Nutzung verringern. Die Trocknung ist auch eine typische Voraussetzung für Technologien, die darauf abzielen, aus Braunkohle Produkte mit hohem Mehrwert herzustellen, wie z. B. Bodenverbesserungsmittel [4]. Daher erscheint eine Untersuchung, die darauf abzielt, die Verwendung von Braunkohle zu rationalisieren und gleichzeitig die Wärme niedriger Qualität zu nutzen, die sonst ungenutzt geblieben wäre, durchaus gerechtfertigt.

In jüngster Zeit wurden viele Arbeiten zu grundlegenden Aspekten der Braunkohletrocknung durchgeführt. Park et al. untersuchten den Einfluss der Trocknungszeit, der Temperatur und der Geschwindigkeit des Trocknungsmittels auf die Trocknungseffizienz indonesischer Braunkohle und entwickelten ein mathematisches Modell, das die Vorhersage des Feuchtigkeitsgehalts in Abhängigkeit von der Verweilzeit und den Trocknungsbedingungen ermöglicht [5]. Si et al. untersuchten eine dreistufige mikrowellenunterstützte Wirbelschichttrocknung von Shengli-Stückbraunkohle und stellten fest, dass die Porosität der getrockneten Braunkohle mit zunehmender Leistung der Mikrowellen abnahm [6]. Song et al. stellten fest, dass der Gesamtfeuchtigkeitsgehalt der Braunkohle aus der östlichen Inneren Mongolei bei höherer Mikrowellenleistung schneller abnahm [7]. Pusat und Herdem untersuchten die Trocknungseigenschaften der türkischen Konya-Ilgin-Braunkohle in einem Festbetttrockner [8]. Die Studie ergab, dass die erforderliche Trocknungszeit mit zunehmender Betthöhe zunahm und der Einfluss der Temperatur auf die Trocknungsrate mit zunehmender Betthöhe zunahm [8]. Yang et al. testeten experimentell die Rückaufnahme von Feuchtigkeit durch Braunkohle nach der Trocknung in einem Festbett und ermittelten die höchste Ausbeute an rückaufgenommener Feuchtigkeit für bei 100 °C getrocknete Braunkohle aufgrund des hohen relativen Volumenverhältnisses der Mesoporen [9]. Feng et al. untersuchten die Wirkung der mechanisch-thermischen Expression auf die Struktur von Braunkohle und ermittelten Volumenänderungen der Poren zwischen der Rohbraunkohle und Braunkohle, die bei Trocknungstemperaturen zwischen 120 °C und 150 °C unter Drücken von 10 MPa bzw. 30 MPa getrocknet wurde [10]. Wen et al. untersuchten die Trocknungskinetik von roher und wiederbefeuchteter Braunkohle und stellten fest, dass die Trocknungsrate der ersteren im Vergleich zur letzteren langsamer war [11]. Darüber hinaus wurde in der Studie festgestellt, dass der effektive Diffusionskoeffizient für die befeuchtete Braunkohle höher ist als der entsprechende Wert für Rohbraunkohle [11].

Pawlak-Kruczek et al. führten eine Studie durch, die sowohl eine experimentelle Untersuchung als auch eine numerische Simulation der Trocknung von Braunkohle in einer Wirbelschicht unter Verwendung eines Niedertemperatur-Trocknungsmittels (Luft, max. 50 °C) umfasste [12]. Die Studie hat die allgemeine Durchführbarkeit des Konzepts der Nutzung einer Niedertemperatur-Wärmequelle nachgewiesen. Darüber hinaus hat die Studie die Bedeutung von Faktoren wie den strukturellen Eigenschaften der Braunkohle sowie ihrer Schrumpfung während der Trocknung aufgezeigt [12]. Agraniotis et al. verglichen CFD-Simulationen mit experimentellen Ergebnissen einer 1 MWth-Staubfeuerungsanlage [13]. Die Ergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung zwischen der Simulation und den experimentellen Ergebnissen. Die entlang der Ofenachse gemessenen Temperaturen, insbesondere im unteren Teil des Ofens, waren bei der Verbrennung von trockener Braunkohle am höchsten, da weder Dämpfe noch Trägergas in den Ofen zurückgeführt wurden [13]. Dies scheint in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen einer anderen Studie von Tahmasebi et al. zu stehen, in der die Beziehung zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt und der Entzündung der Partikel chinesischer und indonesischer Braunkohle untersucht wurde [14]. Diese Studie ergab, dass eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts der getesteten Braunkohle deren Entzündung signifikant verzögerte [14]. Von Drosatos et al. durchgeführte numerische Simulationen haben gezeigt, dass die Verwendung von vorgetrockneter Braunkohle die Flexibilität des Kessels verbessern und seinen Betrieb bei extrem geringer Last, die 35 % der Nennlast entspricht, ermöglichen kann [15]. Komatsu et al. führten Experimente durch, bei denen grobe Braunkohlepartikel mit überhitztem Dampf bei 110 °C bis 170 °C getrocknet wurden [16]. Die Studie kam zu dem Schluss, dass der Wert der Trocknungsrate während der Zeit konstanter Trocknungsrate ausschließlich von der Temperatur und der Partikelgröße der Braunkohle abhängt, während die Beziehung während der Zeit abnehmender Trocknungsrate aufgrund der Risse, die sich auf der Oberfläche der getrockneten Partikel zu bilden begannen, viel komplizierter war [16]. Pusat et al. untersuchten die Trocknung der türkischen Braunkohle in einem Festbett unter Verwendung von Trocknungsluft bei Temperaturen zwischen 70 °C und 130 °C und Geschwindigkeiten zwischen 0,4 und 1,1 m/s [17]. Die Partikelgröße der Braunkohle variierte zwischen 20 und 50 mm und für derart grobe Partikel wurde während der durchgeführten Experimente keine konstante Trocknungsrate beobachtet [17]. Sciazko et al. führten experimentelle Untersuchungen zum Einfluss petrographischer Eigenschaften auf die Trocknungseigenschaften von Turoszów-Braunkohle bei der Heißdampftrocknung durch [18]. Die Untersuchungen wurden mit sphärischen Partikeln von 5 mm und 10 mm Größe bei Temperaturen zwischen 110 °C und 170 °C durchgeführt [18] und kamen zu dem Schluss, dass Trocknungszeit, Trocknungsgeschwindigkeit, Temperaturgradienten, Riss- und Schrumpfungsverhalten vom Lithotyp der getesteten Braunkohle abhängen [18].

Bruch und Abrieb während der Trocknung australischer Braunkohle in einem Festbett und einer Wirbelschicht bei einer Temperatur von 130 °C waren Gegenstand einer umfangreichen Studie von Stokie et al. [19]. Die Studie kam zu dem Schluss, dass der Hauptgrund für Brüche der Übergang zwischen festem und nicht gefrierbarem Wasser ist [19]. Die Änderungen der Partikelgröße zwischen dem kleinen Festbett und dem kleinen Wirbelbett (Probe von 10 g), angegeben durch den Durchmesser d50, waren unbedeutend. Dennoch wurde für das große Wirbelbett (Probengröße 3 kg) ein erheblicher Unterschied in der Änderung der Partikelgröße festgestellt, was auf den großen Einfluss des Effekts der Größe des Betts hinweist.

1.2. Ringkernreaktor

Der toroidale Wirbelschichtreaktor ist eine spezielle Art von Wirbelschichtreaktor, bei dem das Gasverteilungssystem aus abgewinkelten Schaufeln besteht, die sich am Boden des Reaktors befinden [20]. Diese Anordnung ermöglicht eine Intensivierung der Bettleistung [21,22], d. h. Intensivierung des Wärme- und Stofftransports [20,21] sowie eine verbesserte Durchmischung [21,23,24]. Dies ist auf das Wirbelströmungsmuster zurückzuführen und ist charakteristisch für alle Wirbelreaktoren [24,25,26,27]. Bezüglich der Leistung des Reaktors ermöglicht es einen erhöhten Durchsatz (erhöhte Produktivität) bei reduzierten Verweilzeiten [28]. Die meisten bisher veröffentlichten Arbeiten zu solchen Betttypen beinhalten verschiedene Arten der thermischen Verarbeitung [29,30], Kalzinierungsprozess [31] oder Intensivierung der Sorption zur Kohlenstoffabscheidung [32]. Es gibt nur wenige Informationen über die Trocknung in solchen Wirbelschichten mit toroidalen Strömungsmustern [33]. Ziel dieser Studie ist es, diese Wissenslücke zu schließen.

1.3. Ziele, Umfang und Neuheitsaspekte der durchgeführten Arbeit

Wie inAbschnitt 1.1, die Braunkohletrocknung ist ein komplexer Prozess, der von vielen Parametern abhängt (Temperatur, Verweilzeit, Trocknungsmittel, Trocknungsmethode und Eigenschaften der Braunkohle). Es besteht eine Wissenslücke hinsichtlich der Trocknungskinetik und des Energieverbrauchs bei der Trocknung in hochturbulenten toroidalen Betten. Darüber hinaus ist dies eine Voraussetzung für alle Studien, die auf die Integration solcher Trockner, die Abwärme geringer Qualität nutzen, in Braunkohlekraftwerke abzielen. Dies würde es ermöglichen, die potenziellen Einsparungen durch den Einsatz neuartiger Lösungen mit den Energieeinsparungen zu vergleichen, die bereits für bestehende Braunkohletrocknungslösungen unter Verwendung von Trocknungsmitteln bei höheren Temperaturen nachgewiesen wurden [34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46].

Ziel dieser Studie ist es, diese Lücke zu schließen, indem die Trocknung von Braunkohle unterschiedlicher Herkunft in einem toroidalen Bett unter Verwendung von Luft als Trocknungsmittel untersucht wird. Es wurde erwartet, dass eine solche Konfiguration zu einer Intensivierung der Massen- und Wärmeübertragung führt und so die Verwendung des Trocknungsmittels bei relativ niedriger Temperatur ermöglicht. Eine experimentelle Studie mit einem toroidalen Betttrockner wurde für Braunkohle aus verschiedenen Herkunftsländern, nämlich Polen, Griechenland, Rumänien und Australien, durchgeführt. Gegenstand der Untersuchung war die Auswirkung der Temperatur auf die Effizienz der Trocknung, einschließlich des Feuchtigkeitsverlusts im Laufe der Zeit bei festen Trocknungsbedingungen. Die Trocknungskinetik und der Energieverbrauch während der Trocknung bei unterschiedlichen Durchschnittstemperaturen wurden bestimmt und verglichen. Ziel der Studie war es, die optimalen Parameter des Trocknungsprozesses, d. h. Temperatur und Verweilzeit, unter Berücksichtigung der Trocknungsrate und des Energieverbrauchs zu ermitteln. Andere Faktoren wie die relative Luftfeuchtigkeit des Trocknungsmittels sowie die inhärenten Eigenschaften des Ausgangsmaterials hatten jedoch ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf den Trocknungsprozess. Die in der Studie verwendete Methodik ist allgemein für Trocknungsprozesse anwendbar. In dieser Hinsicht kann die durchgeführte Reihe von Experimenten als Fallstudie betrachtet werden, die die breite Anwendbarkeit der Testmethode beweist.

Der Hauptzweck der durchgeführten Studie bestand darin, die Möglichkeit zu bestätigen, ein toroidales Bett als Basis für ein Trocknungssystem zu verwenden, das minderwertige Wärme aus Quellen wie Rauchgasen aus einem Kessel nutzen könnte. Ein derartiger Wirbelschichttrocknertyp wurde noch nie zum Trocknen von Braunkohle verwendet, was zusammen mit der potenziellen Nutzung minderwertiger Wärme die Neuartigkeit der durchgeführten Studie unterstreicht. Darüber hinaus zielte die durchgeführte Studie darauf ab, die effektivsten Trocknerparameter zu ermitteln, d. h. die Parameter, die es ermöglichen, den minimalen Energieverbrauch zu erreichen, um 1 kg H2O zu entfernen, das an der Oberfläche und in den Poren der Braunkohlepartikel enthalten ist.

2. Materialien und Methoden

2.1. Eigenschaften der untersuchten Braunkohlen

Proben polnischer Braunkohle wurden aus dem Tagebau Sieniawa gewonnen. Braunkohle aus Sieniawa besteht überwiegend aus xylodetritischen und detroxylytischen Lithotypen [47]. Griechische Braunkohle wurde aus der South Field-Mine gewonnen, die das von der Public Power Corporation betriebene Kraftwerk Agios Dimitrios versorgt. Eine Probe rumänischer Braunkohle wurde aus der Peșteana-Mine entnommen, die das Kraftwerk Rovinari des Oltenia Energy Complex mit Brennstoff versorgt. Australische Braunkohle wurde aus der Yallourn-Mine im Latrobe Valley gewonnen, die das Yallourn-Kraftwerk von Energy Australia versorgt. Alle Braunkohlen wurden vor den durchgeführten Tests auf die nominale Oberkorngröße von 8 mm vorzerkleinert.

Die grundlegende Charakterisierung der für diese Studie verwendeten Braunkohlen erfolgte mittels Proximat- und Ultimate-Analyse, was eine typische Methode zur Charakterisierung fester Brennstoffe ist. Die Proximat-Analyse der Braunkohlen (Tabelle 1) wurde mit einem Perkin Elmer Diamond TGA (331 Treble Cove Rd., Billerica, MA 01862, USA) durchgeführt. Bei diesen Tests wurde das folgende Programm angewendet:

Tabelle 1.Näherungs- und Elementaranalyse der getesteten Braunkohle.

(1) Anfangsphase

∘

Aufheizen auf 105 °C; Rampe 10 °C/min

∘

10 Minuten halten

(2 a) Zur Ermittlung des Aschegehalts wurde Luft verwendet:

∘

Aufheizen auf 815 °C; Rampe 50 °C/min

∘

15 Minuten halten

(2 b) Zur Bestimmung des Gehaltes an flüchtigen Bestandteilen wurde Argon verwendet:

∘

Aufheizen auf 850 °C; Rampe 50 °C/min

∘

15 Minuten halten

Der höhere Heizwert wurde mit einem IKA C2000 Basic Bomb Kalorimeter (KA®-Werke GmbH & Co. KG, Janke & Kunkel-Str. 10, 79219 Staufen, Deutschland) gemäß der Norm ISO 1928 bestimmt. Es wurde die isoperibolische Methode verwendet. Der untere Heizwert wurde anhand des Feuchtigkeits- und Wasserstoffgehalts berechnet. Endanalyse (Tabelle 1) wurde mit einem Perkin Elmer 2400-Analysator (331 Treble Cove Rd., Billerica, MA 01862, USA) gemäß der polnischen Norm PKN-ISO/TS 12902:2007 durchgeführt. Die Partikelgrößenverteilung wurde mithilfe eines Satzes kalibrierter Siebe gemäß ISO 3310-1 bestimmt.

2.2. Prüfstand – Toroidaler Wirbelschichttrockner

Während der in dieser Studie beschriebenen Versuchsreihe wurde zur Trocknung eine toroidale Wirbelschichtanlage verwendet. Ein Diagramm der Anlage ist inAbbildung 1. Der Versuchsstand arbeitete im Batch-Modus. Eine Charge von ca. 2,5 kg Braunkohle wurde manuell durch einen Einfülltrichter (E4 inAbbildung 1) während jedes Versuchs. Die Temperatur der Trocknungsluft wurde durch zwei Heizgeräte mit Temperaturregelung und einer Nennleistung von jeweils 3 kW (E20 und E17 inAbbildung 1). Die Trocknungsluft wurde durch ein Gebläse (E3 inAbbildung 1) mit einem Heißluftdurchsatz von ca. 130 m3/h, um bei jedem Versuch die gleiche Geschwindigkeit zu erreichen. Der Durchfluss wurde über Ventile (E7 inAbbildung 1).

Abbildung 1.Torbed-Installation – Diagramm.

Der Ringbetttrockner, dargestellt inAbbildung 1ist eine vertikale zylindrische Säule, die oben mit einem umgekehrten Kegelstumpf verschlossen ist, wobei der Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem getrockneten Material direkt stattfindet. Am Boden der Fluidisierungskammer sind Wirbelschaufeln angebracht, um einen Wirbel im Inneren der Trockenkammer zu erzeugen.

Während der Reihe der durchgeführten Experimente wurden die folgenden Parameter gemessen: Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Luftdurchsatz und Stromverbrauch jedes einzelnen Geräts. Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoren wurden am Einlass der Heißluft zum Trockner installiert (T4 und Rh1 inAbbildung 1) und am Ausgang der Anlage (T2 und Rh2 inAbbildung 1). Die Temperaturen wurden mit Standard-Pt1000-Sensoren gemessen, deren Spezifikationen den Anforderungen der Klasse A gemäß EN 60751 entsprechen. Die relative Luftfeuchtigkeit (RH), also die Menge an Wasserdampf in der Luft geteilt durch die maximale Menge an Wasserdampf bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck, wurde mit HC1000-400-Sensoren und EE31-Transmittern mit einem Arbeitsbereich von 0 bis 100 % RH, einem Temperaturbereich von −40 bis 80 °C, einer Reaktionszeit von < 15 s und einer Genauigkeit von 2,4 % (bei einem Konfidenzintervall von 95 %) gemessen. Die Durchflussrate der Trocknungsluft wurde mit einem FCI ST-50-Massendurchflussmesser mit einer Genauigkeit von ±2 % des Messwerts gemessen. Die elektrische Last des Gebläses wurde mit einem Wattmeter gemessen, wobei ein ND20-Netzwerkmessgerät von Lumel verwendet wurde, mit einer Genauigkeit von ±1 % des Messbereichs (1,65 kW). Alle Werte wurden mit einem Abtastintervall von 1 s aufgezeichnet.

2.3. Nulldimensionales Rechenmodell der Trocknung – die Wärmebilanz des Trockners

Ein Diagramm eines nulldimensionalen Modells des Trockners, das für diese Studie verwendet wurde, ist inAbbildung 2. Das Modell beschreibt einen einstufigen Trockner mit einem zusätzlichen externen Trockenmittelerhitzer. Das Modell besteht aus mehreren Unterkomponenten. Es wurde zur Berechnung des Energieverbrauchs des Trockners während des gesamten Experiments sowie zur Berechnung der entfernten Wassermasse basierend auf der relativen Luftfeuchtigkeit am Auslass des Trockners verwendet. Gemäß dem Energieerhaltungssatz muss die Summe der in den Trockner eintretenden Enthalpie gleich der Summe der aus dem Trockner austretenden Enthalpie sein. Die Gleichung des entsprechenden Trocknermodells lautet:

��1+��2=��3+��4+��5�1+�2=�3+�4+�5

(1)

Wo:

Abbildung 2.Schema eines einstufigen Trockners mit zusätzlicher externer Trockenmittelheizung.

��1�1 ist die Enthalpie der Trocknungsluft am Ausgang des Wärmetauschers;

��2�2 ist die Enthalpie der feuchten Braunkohle beim Eintritt in den Trockner, die in die Enthalpie des Wassers im Material und die Enthalpie der Trockenmasse aufgeteilt werden kann;

��3�3 ist die Enthalpie der feuchten Luft, die den Trockner verlässt;

��4�4 ist die Enthalpie der getrockneten Braunkohle, die den Trockner verlässt;

��5�5 stellt den Enthalpieverlust des Trocknergehäuses an die Umgebung dar.

Gemäß der Norm EN ISO 13788:2001 wurde der Sättigungsdampfdruck wie folgt berechnet:

��������=610·��17,269·��237,5+�� ������ ��≥0 °������=610·�17,269·��237,5 +� �� �≥0 °�

(2)

Wo:

Psaß—Sättigungsdampfdruck, Pa;

T—Temperatur, °C.

Absoluter Feuchtigkeitsgehalt der Luft unter Berücksichtigung der gemessenen relativen Luftfeuchtigkeit:

��=0,622�·��������100·��−��·���������=0,622�·����100·�−�·����

(3)

Wo:

X—absoluter Feuchtigkeitsgehalt der Luft, kg·m−3 (trockene Luft);

φ—relative Luftfeuchtigkeit, %;

P— feuchter (Umgebungs-)Luftdruck, Pa;

Psaß—Sättigungsdampfdruck, Pa.

Der Feuchtigkeitsgehalt der Luft nimmt entsprechend dem Feuchtigkeitsverlust der Braunkohle zu:

Δ��=0,622(��2·��������2100·��−��2·��������2−��0·��������0100 ·��−��0·��������0)Δ�=0,622(�2·����2100·�−�2·����2−�0·���� 0100·�−�0·����0)

(4)

Wo:

ΔX—Erhöhung der absoluten Feuchtigkeit des Trockenmittels (Luft), kg·m−3;

Die Menge an Wasser, die der Braunkohle in einem bestimmten Zeitintervall entzogen wird, entspricht der Differenz der Wassermenge in der Luft am Einlass und am Auslass des Trockners. Der Momentanwert des Wasserverlusts der Braunkohle (zwischen zwei MomentenT1 undT2) werden aus der Formel bestimmt:

����������=Δ����������·��������·��������(��2−��1)� ����=Δ�����·����·����(�2−�1)

(5)

Wo:

Mverdunsten—Wasserverlust der Kohle, kg;

ΔX—Erhöhung der absoluten Feuchtigkeit des Trockenmittels (Luft), kg·m−3;

������������ – Dichte der feuchten Luft, kg·m−3;

������������ – Dichte der trockenen Luft, kg·m−3;

Vnass— der Luftstrom am Einlass des Trockners, m3·h−1.

2.4. Testmethode und Zeitplan

Die Trocknungsversuche wurden auf dem inAbbildung 1für einen Heißluftstrom von 130 m3·h−1 bei Temperaturen von 35 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C und 80 °C. Die Tests wurden so lange durchgeführt, bis die Änderung der Feuchtigkeit der Trocknungsluft zwischen dem Einlass und dem Auslass des Trockners als unbedeutend eingestuft wurde (sieheAbbildung 3). Als dieser Punkt erreicht war, hatte die Braunkohle ein Gleichgewicht mit der einströmenden trockenen Luft erreicht, sodass eine weitere Trocknung nicht mehr möglich war. Das Erreichen dieses Zustands durch den Trockner wird als Erreichen des Endfeuchtegehalts bezeichnet und die Zeit bis zum Erreichen dieses Wertes wird als Trocknungszeit bezeichnet. Mit der Erhöhung der Trockenmitteltemperatur wurde typischerweise innerhalb relativ kürzerer Trocknungszeiten ein niedrigerer Endfeuchtegehalt erreicht.Abbildung 3zeigt die gemessenen und aufgezeichneten Werte während des Trocknungstests von polnischer Braunkohle bei einer Temperatur von 50 °C. Die Grafik zeigt nur die Parameter, die zur Berechnung der Trocknungskinetik und zur Bestimmung des Energieverbrauchs des Trocknungsprozesses verwendet werden (d. h. Luftstrom, Temperatur und Feuchtigkeit am Trocknereinlass und -auslass).

Abbildung 3.Ein Beispiel für den Trocknungstest für polnische Braunkohle bei einer Temperatur von 50 °C.

3. Ergebnisse

Es wurden Trocknungsversuche für den Torbed-Trockner mit Braunkohle aus Polen, Griechenland, Rumänien und Australien durchgeführt. Die Ergebnisse der Proximitäts- und Elementaranalyse sind inTabelle 1.Abbildung 4stellt die Partikelgrößenverteilungen dar, die Durchschnittswerte für alle Tests darstellen, die im gesamten Temperaturbereich durchgeführt wurden.

Abbildung 4.Partikelgrößenverteilung von Braunkohle unterschiedlicher Herkunft vor und nach der Trocknung in der Torbed-Anlage.

Abbildung 5vergleicht die mittlere Partikelgröße für nasse und trockene Braunkohle und vergleicht die in dieser Studie erzielten Ergebnisse mit den Ergebnissen einer anderen Studie über das Trocknen in einem Wirbelbett. Es zeigt die jeweiligen Änderungen der mittleren Partikelgröße (d50) für jede der Braunkohlen aufgrund der durchgeführten Trocknung. Es zeigt den Unterschied zwischen polnischer Braunkohle und anderen Braunkohlen, die für diese Studie verwendet wurden. Es zeigt auch, dass die Änderungen der mittleren Partikelgröße zwischen den Braunkohlen variierten. Die Änderungen der d50-Durchmesser variierten zwischen verschiedenen Braunkohlen (Abbildung 5), wobei die relative Veränderung für australische Braunkohle am höchsten und für rumänische Braunkohle am niedrigsten war.

Abbildung 5.Mittlere Partikelgröße (d50) für nasse und getrocknete Braunkohle (* Ergebnisse von Stokie et al. [19] zum Vergleich).

Unter Berücksichtigung des Funktionsprinzips des Ringbetttrockners erscheint es plausibel anzunehmen, dass der Abrieb der Partikel auch als einer der Faktoren betrachtet werden kann, die die Änderung der Partikelgrößenverteilung nach dem Trocknen beeinflussen. Hinweise auf die geschwächte, rissige Struktur der im Ringbett getrockneten Partikel sind in den SEM-Bildern in Abbildung 8 zu sehen.

Abbildung 6UndAbbildung 7zeigen Beispiele für unterschiedliche Verteilungen des Feuchtigkeitsgehalts zwischen Partikeln unterschiedlicher Größe. Diese beiden Abbildungen zeigen deutlich, dass die feinen Partikel vorzeitig aus dem toroidalen Bett mitgerissen wurden. Dies führte zu einem höheren Feuchtigkeitsgehalt der mitgerissenen Feinpartikel am Auslass des Trockners.Abbildung 8zeigt einen Unterschied hinsichtlich der Oberfläche zweier Braunkohlepartikel, von denen eines in einem Muffelofen bei 100 °C und das andere in einem Ringbett bei 50 °C getrocknet wurde.

Abbildung 6.Unterschied im Feuchtigkeitsgehalt von Partikeln unterschiedlicher Größe bei nasser und getrockneter Braunkohle – am Beispiel griechischer Braunkohle bei verschiedenen Temperaturen des Trocknungsprozesses.

Abbildung 7.Unterschied zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt von Partikeln unterschiedlicher Größe für nasse und getrocknete Braunkohle – ein Beispiel für australische Braunkohle bei verschiedenen Temperaturen des Trocknungsprozesses. Die Trocknungskinetik für Sieniawa-Braunkohle in der Torbed-Anlage und der Gesamtenergieverbrauch pro kg entferntem Wasser sind in dargestelltAbbildung 9UndAbbildung 10, jeweils.Abbildung 9zeigt Kurven, die den Feuchtigkeitsverlust der Braunkohle aus der Sieniawa-Mine darstellen. Unterhalb des endgültigen Feuchtigkeitsgehalts von 15 % tritt bei allen Temperaturen des Trocknungsmittels eine erhebliche Verringerung der Trocknungsrate auf. Dieser Wert wird als kritischer Feuchtigkeitsgehalt bezeichnet und hängt hauptsächlich von der Struktur der Braunkohle und ihrer Chemie ab. Dies ist ein nützlicher Indikator, mit dem sich der Anteil des Wassers bestimmen lässt, der durch Kapillarkräfte physikalisch in der Struktur der Braunkohle gehalten wird, und die Menge des chemisch gebundenen Wassers, beispielsweise durch schwache Wasserstoffbrücken mit OH-Funktionsgruppen. Der Parameter selbst weist keinen scharfen Trennpunkt auf und hängt leicht von den Trocknungsbedingungen ab.

Abbildung 8.SEM-Bilder der australischen Braunkohle, die in einem Labormuffelofen bei 100 °C getrocknet wurde (A,C,E) und Torbed-Trockner bei 50 °C (B,D,F) — Vergrößerungen ×300 (A,B), ×750 (C,D) und ×1500 (E,F); Probe durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,4 mm gesiebt.

Abbildung 9.Trocknungskinetik in der Torfbettanlage für polnische Braunkohle.

Abbildung 10.Gesamtenergieverbrauch pro kg entferntem Wasser bei der Trocknung polnischer Braunkohle in der Torfbetttrocknungsanlage.

In ähnlicher Weise werden die Trocknungskinetik für griechische Braunkohle in der Torbed-Anlage und der Gesamtenergieverbrauch pro kg entferntem Wasser inAbbildung 11UndAbbildung 12. Griechische Braunkohle benötigte im Vergleich zu polnischer Braunkohle viel längere Verweilzeiten, um den gleichen Feuchtigkeitsgehalt zu erreichen. Die spezifische Trocknungsenergie, dargestellt inAbbildung 12, waren ähnlich den für polnische Braunkohle registrierten Werten. Allerdings begann ein schneller Anstieg des spezifischen Energieverbrauchs bei griechischer Braunkohle viel früher. Unter Berücksichtigung des fast identischen Anfangsfeuchtigkeitsgehalts polnischer und griechischer Braunkohle erscheint die Schlussfolgerung plausibel, dass letztere einen höheren kritischen Feuchtigkeitsgehalt aufweist – d. h. ihre Trocknung ist schwieriger.

Abbildung 11.Trocknungskinetik in der Torfbettanlage für griechische Braunkohle.

Abbildung 12.Gesamtenergieverbrauch pro kg entferntem Wasser bei der Trocknung der griechischen Braunkohle in der Torfbettanlage.

Abbildung 13UndAbbildung 14zeigen die Trocknungskinetik in der Torbed-Anlage und den Gesamtenergieverbrauch pro kg entferntem Wasser für rumänische Braunkohle. In Bezug auf die Trocknungskinetik ist rumänische Braunkohle (Abbildung 13) kann als Zwischentyp betrachtet werden, der im Vergleich zu griechischer Braunkohle schneller und im Vergleich zu polnischer Braunkohle langsamer trocknet. Die Probe der rumänischen Braunkohle wies den niedrigsten Anfangsfeuchtigkeitsgehalt aller getesteten Proben auf. In Bezug auf den spezifischen Energieverbrauch zeigte die rumänische Braunkohle ein ähnliches Verhalten wie die griechische Braunkohle hinsichtlich des Zeitpunkts, zu dem der starke Anstieg begann (Abbildung 14). Die Trocknungskinetik in der Torbed-Anlage und der Gesamtenergieverbrauch pro kg entferntem Wasser für australische Braunkohle werden inAbbildung 15UndAbbildung 16.

Abbildung 13.Trocknungskinetik in der Torfbettanlage für rumänische Braunkohle.

Abbildung 14.Der Energieverbrauch pro kg entferntem Wasser bei der Trocknung der rumänischen Braunkohle in der Torfbettanlage.

Abbildung 15.Trocknungskinetik in der Torfbettanlage für australische Braunkohle.

Abbildung 16.Der Energieverbrauch pro kg entferntem Wasser bei der Trocknung der australischen Braunkohle in der Torfbettanlage.

Daten präsentiert inAbbildung 17gibt einen Hinweis auf die erforderliche Verweilzeit, die zum Erreichen eines Feuchtigkeitsgehalts von 20 % erforderlich ist, mit Ausnahme von australischer Braunkohle. In diesem Fall wird die Trocknungszeit angezeigt, die zum Erreichen des endgültigen Feuchtigkeitsgehalts von 35 % erforderlich ist. Australische Braunkohle benötigt im Vergleich zu anderen Proben in der Regel wesentlich längere Verweilzeiten.

Abbildung 17.Erforderliche Trocknungszeit zum Erreichen des endgültigen Feuchtigkeitsgehalts für geprüfte Braunkohlen verschiedener Ursprünge in der Torfbettanlage.

Abbildung 18fasst den durchschnittlichen Energieverbrauch zusammen, der erforderlich ist, um einen Feuchtigkeitsgehalt von 20 % für getestete Braunkohlearten in der Torfbettanlage zu erreichen (mit Ausnahme der australischen Braunkohle, für die die Energie zum Trocknen auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 35 % angegeben ist). Die Daten sind inAbbildung 18gibt einen kleinen Einblick, der bei der Optimierung des Trocknungsprozesses für einen Braunkohletrockner mit toroidalem Bettdesign helfen könnte. Es zeigt einen durchschnittlichen Gesamtenergieverbrauch pro kg Wasser, das während des Trocknungsprozesses entfernt wird. Es wird ein Durchschnitt genommen, da der Energieverbrauch des gesamten Prozesses aus praktischer Sicht von Interesse ist. Australische Braunkohle war anders als die anderen getesteten Braunkohlen, mit einem anfänglichen Feuchtigkeitsgehalt von fast 65 % und einem außergewöhnlich niedrigen Aschegehalt von etwas weniger als 2 % (sieheTabelle 1). Diese Braunkohle erwies sich als die am schwierigsten zu trocknende (sieheAbbildung 15) und benötigte die längste Zeit, um einen Endfeuchtigkeitsgehalt zu erreichen, der mit dem anderer Braunkohlen vergleichbar war. Insgesamt war der Endfeuchtigkeitsgehalt (entspricht dem Gleichgewichtsfeuchtigkeitswert bei der Temperatur der Trocknungsluft) bei jeder Trocknungstemperatur bei australischer Braunkohle am höchsten.

Abbildung 18.Durchschnittlicher Energieverbrauch, der zum Erreichen eines Feuchtigkeitsgehalts von 20 % für getestete Braunkohlearten in der Torfbettanlage erforderlich ist (* Der Energieverbrauch für australische Braunkohle wird aufgrund eines relativ hohen Anfangsfeuchtigkeitsgehalts für einen Endfeuchtigkeitsgehalt von 35 % angegeben).

4. Diskussion

Nach der Trocknung der Braunkohle im Ringbetttrockner kommt es zur Reduzierung der einzelnen Partikelgrößen, was zu einer deutlichen Änderung der Größenverteilung führt. Es ist klar, wenn man sich dieAbbildung 4, dass während des Trocknungsprozesses eine gewisse Menge feinerer Partikel entsteht. Die von Stokie et al. für dieselbe Art von Braunkohle erzielten Ergebnisse waren leicht unterschiedlich, d. h. der Abrieb war viel geringer (Abbildung 5). In der Wirbelschicht werden nach Stokie et al. [19] war der Einfluss des Maßstabs signifikant, da Experimente mit 10 g Proben zu keinem Abrieb führten, während Experimente mit einer 3 kg-Probe einige Unterschiede zwischen d50 von nassen und getrockneten Braunkohleproben zeigten (Abbildung 5). Da die für diese Studie verwendete Probengröße ähnlich war (2,5 kg), kann festgestellt werden, dass der Effekt des Abriebs während des Trocknens im toroidalen Bett im Vergleich zu einem typischen Fließbett viel höher ist. Dies kann als Bestätigung für einen höheren Grad an Turbulenz im toroidalen Bett verwendet werden.

Betrachtet man die Beispiele der griechischen und australischen Braunkohle, so ist der Trocknungseffekt (Abbildung 6UndAbbildung 7) ist es relativ einfach zu beobachten, dass im Allgemeinen feine Partikel nach dem Trocknen im toroidalen Bett einen relativ höheren Feuchtigkeitsgehalt aufweisen. Es scheint plausibel anzunehmen, dass dies auf das Mitreißen der feinen Partikel aus dem toroidalen Bett zurückzuführen ist, wenn die Dichte des Partikels beim Trocknen abnimmt und somit die Endgeschwindigkeit des jeweiligen Partikels sinkt. Der größte Unterschied wurde für die australische Braunkohle festgestellt, die im Vergleich zu den anderen Braunkohlearten auch einen viel geringeren Aschegehalt aufwies. Es scheint plausibel anzunehmen, dass ein niedriger Aschegehalt einer geringeren tatsächlichen Dichte der Partikel entspricht. Das beobachtete Mitreißen verringerte die Verweilzeit der Partikel, was das Trocknen der feinen Partikel behinderte. Offensichtlich verringert eine ausreichend niedrige Temperatur des Trockenmittels im toroidalen Bett, die durch Verdampfung verringert wird, seine Geschwindigkeit ausreichend, um den Verlust von nassen Feinpartikeln zu minimieren, was deutlich an derAbbildung 7.

In einigen Fällen (Abbildung 7) wiesen auch Partikel australischer Braunkohle mit einem Durchmesser relativ nahe der Spitzengröße einen Feuchtigkeitsgehalt über dem Durchschnitt der gesamten Probe auf. Dies ist jedoch auf die unzureichende Trocknungszeit zurückzuführen, die eine Folge des deutlich hohen Anfangsfeuchtigkeitsgehalts der Braunkohle war. Bei groben Partikeln wäre eine längere Verweilzeit erforderlich, um einen Feuchtigkeitsgehalt zu erreichen, der dem der Partikel mittlerer Größe ähnelt.

Ein weiterer Faktor, der eine wichtige Rolle bei der Änderung der Partikelgrößenverteilung der getrockneten Probe spielt, ist die Schrumpfung der Partikel während des Trocknungsprozesses – wie bereits inAbbildung 4. Dieses Verhalten könnte dazu führen, dass größere Partikel schrumpfen und so der Gesamtanteil feiner Partikel steigt, wenn die kumulative Größenverteilung berücksichtigt wird. Andererseits ist es vernünftig anzunehmen, dass die Partikelschrumpfung den oben genannten Effekt des vorzeitigen Einschlusses feiner Partikel ausgleicht, der auf die erhöhte Dichte bei gleicher Trockenmasse des Partikels zurückzuführen ist, die durch das verringerte Volumen des Partikels bedingt ist.

Risse in der Struktur sind in SEM-Bildern mit höherer Vergrößerung (×1500) deutlich sichtbar. Diese Risse traten nicht auf, als dieselbe Probe in einem Labormuffelofen (auf Tabletts) getrocknet wurde. Daher erscheint es plausibel, den Schluss zu ziehen, dass die Risse nicht durch die Verdampfung des Wassers selbst, sondern durch das Funktionsprinzip des Betts verursacht wurden. Daher könnten Abrieb und Auseinanderfallen der Partikel als einer der Faktoren betrachtet werden, die die Änderung der Partikelgrößenverteilung der getrockneten Braunkohle beeinflussen. Aufgrund der oben erwähnten Schwächung der Struktur getrockneter Partikel kann vernünftigerweise erwartet werden, dass die Mahlbarkeit getrockneter Braunkohle im Vergleich zum entsprechenden nassen Ausgangsmaterial sicherlich zunimmt. Darüber hinaus variierte der Grad der Änderungen zwischen Braunkohlen unterschiedlicher Herkunft bei gleichen Trocknungsbedingungen erheblich (Abbildung 4), was einige strukturelle Unterschiede zwischen den verschiedenen Braunkohlearten im Rahmen dieser Studie impliziert. Negative Auswirkungen dürfen jedoch nicht übersehen werden, da die Produktion der zusätzlichen Mengen an Feinanteilen die Mischung aus Trockenmittel und getrockneter Braunkohle über die Explosionskonzentrationsgrenze bringen kann, was in Verbindung mit der hohen Reibung eine statische Entladung und Explosion verursachen kann. Der Konstrukteur sollte daher großen Wert darauf legen, die Teile in Trockner und Leitungen zu erden, die mit dem vom Trockenmittel mitgerissenen Materialbett in Berührung kommen. Außerdem muss die Feststoffbelastung (der Anteil des Luftvolumenstroms und der Massenstromrate des Ausgangsmaterials) sorgfältig berücksichtigt werden, um eine Feinanteilkonzentration unterhalb der unteren Explosionsgrenze (UEG) des bestimmten Ausgangsmaterials zu erreichen.

Spezifischer Energieaufwand zur Entfernung eines Kilogramms Wasser, dargestellt inAbbildung 10besteht aus der Wärme, die zum Erwärmen des Trockenmittels (Luft) von Umgebungstemperatur auf Trocknungstemperatur benötigt wird, und dem Stromverbrauch des Gebläses. Letzterer ändert sich geringfügig aufgrund des geringeren Druckabfalls durch das toroidale Bett, der durch die verringerte Masse aufgrund der allmählichen Trocknung verursacht wird. Die größte Änderung der spezifischen Trocknungsenergie wird jedoch dadurch verursacht, dass dieselbe thermische Energiezufuhr an Luft durch eine geringere Menge an Feuchtigkeit verbraucht wird, die aus dem Material entfernt wird – d. h. der Massenverlust aufgrund der Feuchtigkeitsentnahme wird allmählich geringer (kleineres dm/dt). Ähnliche Informationen finden Sie unterAbbildung 3, wo die relative Luftfeuchtigkeit des Trockenmittels am Ausgang des Trockners ein deutliches Maximum aufweist und ab diesem Punkt abnimmt.

Die gesamte spezifische Energie für die Trocknung kann bei Wärmerückgewinnung aus der Abluft deutlich geringer sein, insbesondere bei höheren Eingangslufttemperaturen. Die Beobachtungen sind bei allen getesteten Braunkohleproben ähnlich. Die Ergebnisse selbst sind jedoch unterschiedlich, obwohl sie ein gemeinsames Muster aufweisen. Diese Unterschiede deuten auf strukturelle Unterschiede zwischen Braunkohlen unterschiedlicher Herkunft hin.

Ein interessantes Phänomen war der höhere Energieverbrauch beim Trocknen der rumänischen Braunkohle bei 35 °C und 50 °C. Dies lässt sich durch einen im Vergleich zu anderen Braunkohlen relativ hohen Widerstand des Bettes erklären. Darüber hinaus ist die Änderung der Partikelgrößenverteilung zwischen der nassen und der getrockneten rumänischen Braunkohle eine der geringsten unter allen Braunkohlen (sieheAbbildung 4). Dies könnte darauf hindeuten, dass der Abrieb erst nach dem Trocknen bei Temperaturen über 50 °C signifikanter wird. Vergleicht man dies mit dem Energieverbrauch für das Trocknen griechischer Braunkohle (Abbildung 12) kann man davon ausgehen, dass die Abnutzungsschwelle im Falle der rumänischen Braunkohle höher ist (Abbildung 4). Im Falle der griechischen Braunkohle ergab nur der bei 35 °C durchgeführte Versuch einen höheren Energieverbrauch im Vergleich zur Trocknung derselben Braunkohle bei höheren Temperaturen. Bei beiden Braunkohlesorten scheinen strukturelle Unterschiede die einzige plausible Erklärung für dieses Verhalten zu sein. Darüber hinaus wurde ein solches Verhalten bei Versuchen mit polnischer Braunkohle nicht beobachtet. Ein gemeinsamer Indikator für die strukturelle Ähnlichkeit könnte der Aschegehalt sein, da dieser bei griechischer und rumänischer Braunkohle ähnlich war (ca. 40 %), sich jedoch von dem bei polnischer Braunkohle unterschied (Aschegehalt bei beiden ca. 20 %).

Die Auswahl der optimalen Trocknungsparameter muss für jede Braunkohlesorte individuell erfolgen, da ihre einzigartigen Eigenschaften durch ihre Struktur bestimmt werden. Darüber hinaus ist die erste Schätzung der Trocknungsparameter auch von entscheidender Bedeutung für die richtige Dimensionierung des Trockners, der die erforderlichen Erwartungen in Bezug auf seine Kapazität und die Qualität des Produkts erfüllen muss, die durch den erforderlichen Feuchtigkeitsgehalt der getrockneten Braunkohle definiert ist. Eine Zusammenfassung der Daten finden Sie inAbbildung 17UndAbbildung 18. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Änderung der erforderlichen Verweilzeit bei Trocknungstemperaturen über 60 °C an Bedeutung verliert, was bedeutet, dass höhere Trocknungstemperaturen keine nennenswerten Vorteile hinsichtlich der Verkleinerung der Trocknungsanlage bringen würden. Die Daten könnten auch zur Optimierung der vorhandenen Anlage verwendet werden, unter der Annahme, dass ein ähnliches Testverfahren auf die jeweilige Braunkohle angewendet würde. Die präsentierten Daten könnten auch dabei hilfreich sein, die Erwartungen hinsichtlich des Feuchtigkeitsgehalts zu steuern, der in der Praxis für jede einzelne Braunkohle erreicht werden kann. Anhand der durchgeführten Tests konnten wir feststellen, dass für die meisten Braunkohlen der erreichbare Feuchtigkeitsgehalt nach der Trocknung 20 % beträgt. Die einzige Ausnahme ist die Braunkohle aus Australien, bei der der erreichbare Feuchtigkeitsgehalt nach der Trocknung auf 35 % geschätzt wurde. Braunkohle aus Sieniawa wurde als insgesamt repräsentative Probe für polnische Braunkohle ausgewählt.

Der hohe Anfangsfeuchtigkeitsgehalt und die physikalische Struktur der australischen Braunkohle stellten praktische Schwierigkeiten dar, da die Klumpen des Bettmaterials an den Wänden haften blieben und durch Abrieb wieder in das Bett zurückfielen, was die Messungen des spezifischen Energieverbrauchs verfälschte (sieheAbbildung 16). Die Klumpen, die an den Wänden des Trockners klebten, fielen irgendwann herunter, wahrscheinlich aufgrund des Abriebs, der durch das toroidale Bett verursacht wurde. Dennoch kann festgestellt werden, dass der spezifische Energieverbrauch für die Trocknung der australischen Braunkohle bei einer Endfeuchte in der Größenordnung von 10 % viel höher war als bei allen anderen Braunkohlearten.

Insgesamt weisen alle Braunkohlen, mit Ausnahme der australischen, ähnliche erforderliche Verweilzeiten auf, was darauf hindeutet, dass die erforderliche Trocknergröße in diesen Fällen nicht wesentlich unterschiedlich wäre. Beim Trocknen polnischer Braunkohle bei 35 °C unterscheidet sich die erforderliche Zeit im Vergleich zu rumänischer und griechischer Braunkohle ebenfalls erheblich. Bei polnischer Braunkohle betrug die Trocknungszeit bei 35 °C 73 Minuten, wobei ein endgültiger Feuchtigkeitsgehalt von 12,9 % erreicht wurde. Beim Trocknen bei 70 °C und 80 °C war die Trocknungszeit deutlich kürzer (etwa 28 Minuten) und es konnte ein höherer Trocknungsgrad erreicht werden – mit einem endgültigen Feuchtigkeitsgehalt von unter 8 %.

Betrachtet manAbbildung 18macht deutlich, dass für alle Braunkohlen, außer der australischen, eine Trocknungstemperatur von 60 °C aus Sicht der Energieoptimierung am vorteilhaftesten ist, da so der Energieverbrauch minimiert werden kann. Die optimale Trocknungstemperatur für die australische Braunkohle liegt eindeutig bei 50 °C. Es scheint wichtig zu beachten, dass der spezifische Energieverbrauch für rumänische Braunkohle bei Trocknungstemperaturen über 60 °C immer noch leicht sinkt. Die Signifikanz ist jedoch vernachlässigbar, daher wird in diesem Fall die niedrigste mögliche Trocknungstemperatur empfohlen. Der Grund dafür hängt nicht direkt mit dem Trockner selbst zusammen, sondern eher mit der Wärmequelle. Angenommen, die Trocknung würde an der Quelle der Braunkohle stattfinden, wo sich auch das Kraftwerk befindet, wäre eine der möglichen Wärmequellen für die erhitzte Luft die Rauchgase nach dem Luftvorwärmer. Eine niedrigere Temperatur der Trocknungsluft würde daher höhere Δ ermöglichenTfür den Wärmetauscher, der die Trocknungsluft vorwärmt. Somit wäre eine geringere Wärmeaustauschfläche erforderlich, was geringere Kosten für ein solches Gerät bedeutet. Wenn außerdem eine Temperatur unterhalb des Taupunkts der Rauchgase erreicht werden könnte, würde ein Kondensationswärmetauscher die Rückgewinnung zusätzlicher Wärme aus den Rauchgasen ermöglichen.

Einer der wichtigsten Parameter ist der Energieverbrauch pro kg Feuchtigkeit, die aus dem Material entfernt wird. Der Energieverbrauch ist für die Wirtschaftlichkeit des Trocknungsprozesses sehr wichtig. Sein Wert hängt von der Verfügbarkeit von Wärme zum Trocknen und der Möglichkeit der Nutzung von Abwärme ab. Die Verweilzeit ist ebenfalls wichtig, da sie die Größe der Anlage bestimmt, die wiederum einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtkosten des Trockners hat.

Es scheint keine Faustregel zu geben, welche Art von Trockner für welche Braunkohleart auch immer am besten geeignet ist. Bei der Wahl des am besten geeigneten Trocknertyps und der anschließenden Wahl der optimalen Prozessparameter müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Beim Trocknen im toroidalen Bett ist die Partikelgrößenverteilung des Ausgangsmaterials einer der Faktoren, die die optimalen Prozessparameter bestimmen. Bedenken sind sowohl aus Leistungs- als auch aus Gesundheits- und Sicherheitssicht berechtigt. Einer der wichtigsten Aspekte ist die Durchflussrate des Trockenmittels und das Verhältnis des Trockenmittels zur Menge der getrockneten Feststoffe. Beim Trocknen mit einer zu geringen Volumenstromrate des Trockenmittels ist eine relativ lange Verweilzeit erforderlich, was aufgrund des größeren Trockners zu höheren Investitionskosten führen kann. Andererseits kann eine zu hohe Volumenstromrate des Trockenmittels zu einer ungleichmäßigen Trocknung führen, da Feinteile vorzeitig aus dem Bett mitgerissen werden. Darüber hinaus kann aufgrund der Beschaffenheit des toroidalen Betts eine erhöhte Reibung die Bildung von Feinteilen erhöhen und so den Prozess beschleunigen. Darüber hinaus kann die zusätzliche Erzeugung von Feinstaub möglicherweise ein Sicherheitsproblem darstellen, wenn genügend Feinstaub erzeugt wird, um eine explosive Atmosphäre zu erzeugen, insbesondere unter Berücksichtigung der Reibung, die möglicherweise eine statische Entladung (Zündquelle) auslösen kann. Glücklicherweise sind in diesem Fall Wasserdämpfe, die von der Trocknungsluft weggetragen werden, ein natürlicher Inhibitor. Dieser Aspekt muss jedoch für jeden Fall einzeln betrachtet werden, da verschiedene Braunkohlen beim Trocknen ein unterschiedliches Verhalten in Bezug auf die Erzeugung von Feinstaub zeigten. Eine ordnungsgemäße Erdung des Geräts sollte in jedem Fall als Vorsichtsmaßnahme gegen eine statische Entladung durchgeführt werden. Darüber hi