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Es zählt zum Stand der Technik, dass in der Industrie sowie in Haushalten anfallender Klär- schlamm bislang in einer Kläranlage aufbereitet und nach einer entsprechenden Vorbehandlung in
Form von Dünnschlamm anschliessend als verdickter Schlamm verbrannt wird Hierdurch kann nicht nur das Deponievolumen erheblich gesenkt, sondern es kann auch die Verbrennungsenergie zur Verstromung und/oder zur Aufheizung einer Fernwärmeschiene genutzt werden.
Um in diesem Zusammenhang eine annahemd selbstgängige thermische Verwertung zu erreichen, ist es bekannt, den Dünnschlamm zu erwärmen Hierzu sind Spiratwärmetauscher aus normalem Kohlenstoffstahl zum Einsatz gekommen, die einerseits mit Dünnschlamm und andererseits mit Heisswasser beaufschlagt wurden Beim Einsatz derartiger Spiralwärmetauscher, insbesondere im Dauer- und Langzeitbetneb, zeigten sich jedoch häufig Probleme aufgrund von Korrosionen und erheblichen Verschmutzungen.
Mithin wurde es unumgänglich, den Austausch- betrieb, d h die Erwärmung des Dünnschlamms zu unterbrechen und mit aufwendigen me- chanischen und/oder chemischen, vorzugsweise manuellen Reinigungsarbeiten die Spiralwärme- tauscher wieder funktionsfähig zu machen Praktische Erfahrungen zeigten hierbei teilweise unzumutbar kurze Reinigungsintervalle, welche einem kontinuierlichen Betrieb einer Dünn- schlammerwärmung zwecks besserer thermischer Auswertung zuwiderlaufen.
Vorstellbar wäre zwar der Ersatz der Spiralwärmetauscher aus Kohlenstoffstahl durch solche aus Edelstahl, verbunden mit Spülvorgängen unter Verwendung von Salz- oder Salpetersäure. In diesem Fall muss jedoch der sehr hohe Investitionsaufwand mit in die Wirtschaftlichkeitsbe- trachtungen einbezogen werden.
Der Erfindung hegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erwärmung von Dünnschlamm und eine Anordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens zu schaffen, welche es bei einer einfachen konstruktiven Konzeption und Wartung erlauben, eine permanente Erwärmung von Dünnschlamm ohne Verstopfungs- und Korrosionsgefahr beim Wärmeaustausch durchführen zu können
Die Lösung des verfahrensmässigen Teils dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Anspruchs 1
Danach wird der z B aus einem Nachklärbecken einer Kläranlage stammende Dunnschlamm zunächst bezüglich der in ihm enthaltenen Grobteile, Störstoffe, Fällstoffe aus Eiweiss etc zerkleinert,
und zwar auf eine Korngrösse von bevorzugt unterhalb funf mm Dieser derart vorbehandelte Dunnschlamm wird sodann in einen Plattenwärmetauscher mit Austauschplatten aus Edelstahl geleitet und in diesem mittels eines geeigneten heissen Fluids, wie beispielsweise Heisswasser, auf dem Wege des indirekten Wärmeaustauschs erwärmt. Der Dünnschlamm wird hierbei mit relativ geringer Geschwindigkeit gezielt U-förmig durch den Plattenwärmetauscher geführt. Dazu wird der Dünnschlamm an einer Stirnseite bevorzugt oben eingeführt, durchströmt dann die einbaufreien Dünnschlamm-Fliessspalte eines ersten Abschnitts von oben nach unten und durchströmt anschliessend die ebenfalls einbaufreien Dünnschlamm-Fliessspalte eines zweiten Abschnitts des Plattenwärmetauschers von unten nach oben, wo er dann den Plattenwärme- tauscher an der gegenüberliegenden Stirnseite erwärmt verlässt.
Bei diesem U-förmigen Strömungsverlauf mit geringer Geschwindigkeit sinken die im Dünnschlamm enthaltenen Schwebeteilchen in den Dünnschlamm-Fliessspalten nach unten und sammeln sich in einem Höhenbereich unterhalb der Dünnschlamm-Fliessspalte
Vorstellbar ist auch eine U-förmige Dünnschlamm-Führung, bei welcher der Dunnschlamm im ersten Abschnitt des Plattenwärmetauschers von unten nach oben und im zweiten Abschnitt von oben nach unten strömt.
Damit keine Verstopfungen in den Dunnschlamm-Fliessspalten auftreten können, wird nach einer vorbestimmten Zeit die Hauptströmphase des Dünnschlamms nchtungsmässig umgekehrt, so dass auf diese Weise sich evtl im Bereich der unteren Enden der Dünnschlamm-Fliessspalte festsetzende Schwebeteilchen gelöst werden.
Die Umkehrströmphase wird aber nur für einen wesentlich kürzeren Zeitraum beibehalten als die Hauptströmphase Beispielsweise kann ein Verhältnis von 61gefahren (getaktet) werden Das Umschalten kann zyklisch getaktet werden und automatisch erfolgen, und zwar in Abhängigkeit von einem bestimmten Druck, oder auch dem Nichterreichen der Temperatur am Ausgang des Plattenwärmetauschers
Die sich unterhalb der Dünnschlamm-Fliessspalte sammelnden und ggf.
einen festeren Pfropfen bildenden Schwebeteilchen können von Zeit zu Zeit mittels eines Spülmediums ausgeschleust
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werden Hierzu ist keine Unterbrechung des Tauscherbetriebs erforderlich Das Spulmedium kann beispielsweise Kaltwasser sein Mit Hilfe dieses Kaltwassers wird dann ein derartiger Pfropfen in Längsrichtung des Dunnschlamm-Kanals unterhalb der Dünnschlamm-Fliessspalte aus dem Plattenwärmetauscher gedrückt.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens beruht darin, dass ein kontinuier- licher Austauschbetrieb gefahren werden kann Verstopfungen in den Dunnschlamm-Fliessspaalten des Plattenwärmetauschers werden einerseits dadurch vermieden, dass die Hauptströmphase des zu erwärmenden Dünnschlamms zyklisch getaktet oder temperatur- bzw druckabhangig kurzzeitig in eine Umkehrphase gewandelt wird, und andererseits dadurch, dass die sich unterhalb der Dünnschlamm-Fliessspalte sammelnden Schwebeteilchen während des Tauscherbetriebs ausge- schleust werden.
Selbst eine nach einem längeren Einsatzzeitraum ggf notwendige Säuberung des Platten- wärmetauschers stellt kein Problem dar Dazu muss dieser lediglich aufgemacht werden, um dann die wellenförmig strukturierten Oberflächen der nicht aneinander abgestützten Austauschplatten des Plattenwärmetauschers in kurzer Zeit problemlos reinigen zu können
Was die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe betrifft, so wird diese in den Merkmalen des Anspruchs 2 gesehen
Die Anordnung ist so getroffen, dass der die Zerkleinerungseinheit verlassende Dünnschlamm mit einer Korngrösse unter funf mm durch eine entsprechende Leitungs-Schaltung mit dann eingegliederten Sperrorganen sowohl auf der einen als auch auf der anderen oberen Stirnseite des Plattenwärmetauschers eingeführt werden kann Das heisst,
die voneinander getrennten Langenabschnitte des Dünnschlamm-Kanals oberhalb der Dunnschlamm-Fliessspalte sind jeweils unabhängig voneinander mit der Zerkleinerungseinheit verbunden Grundsätzlich strömt also der Dunnschlamm aus der Zerkleinerungseinheit in einen der Längenabschnitte des oberen Dünnschlamm-Kanals, tritt dann aus diesem in die darunter liegenden Dünnschlamm-Fliessspalte über und gelangt in den unteren Dünnschlamm-Kanal. Von hier strömt er wieder aufwärts durch die mit dem anderen Längenabschnitt verbundenen Dunnschlamm-Fliessspalte und verlässt letztlich erwärmt den Plattenwärmetauscher an der anderen Stirnseite im oberen Bereich
Die Geschwindigkeit des Dünnschlamms bei diesem U-förmigen Strömungsverlauf ist so gering, dass sich Schwebeteilchen aus' dem Dunnschlamm absetzen und in dem unteren Dünnschlamm-Kanal sammeln können.
Ein Mitreissen der Schwebeteilchen aus dem unteren Dünnschlamm-Kanal in die den Dünnschlamm nach oben fuhrenden Dünnschlamm-Fliessspalte wird weitgehend durch die Siebstruktur verhindert, welche durch die unteren Enden der Dünnschlamm-Fliessspalte am Übergang zu dem unteren Dunnschlamm-Kanal gebildet wird.
Wird z. B. der Plattenwärmetauscher in der Hauptströmphase für den Dünnschlamm dreissig Minuten lang beaufschlagt, so erfolgt anschliessend ein Umschalten in die entgegengesetzte Umkehrphase über beispielsweise einen Zeitraum von funf Minuten Mit diesem kurzfristigen Umschalten werden die Dünnschlamm-Fliessspalte insbesondere in den Bereichen freigespült, wo die Schwebeteilchen im Dünnschlamm bestrebt sind, sich aus dem unteren Dunnschlamm-Kanal tretend an den unteren Kanten der Dünnschlamm-Fliessspalte festzusetzen Danach erfolgt wieder eine Beaufschlagung des Plattenwärmetauschers in der Hauptströmphase uber beispielsweise dreissig Minuten
Das Umschalten kann nach einem vorgegebenen Zeitraum zyklisch erfolgen (z.
B. dreissig Minuten, funf Minuten, dreissig Minuten, funf Minuten usw ) oder es kann auch ein Umschalten in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen in den Dunnschlamm-Fliessspalten bzw. in Abhängigkeit von der Temperatur bewirkt werden, die der Dünnschlamm am Austritt aus dem Plattenwärmetauscher hat Steigt beispielsweise die Druckdifferenz, so deutet das darauf hin, dass sich eine Verstopfung abzeichnet, die beseitigt werden muss. Derselbe Sachverhalt ist anzu- nehmen, wenn die Temperatur am Austritt aus dem Plattenwärmetauscher geringer ist als die erwartete Temperatur
Mit der Erfindung wird bewusst angestrebt, dass sich im unteren Dünnschlamm-Kanal Schwebe- teilchen sammeln sollen. Diese können sich mit der Zeit pfropfenartig verfestigen Ein derartiger Pfropfen muss dann entfernt werden.
Dies geschieht während des Austauschbetriebs in einfacher Weise dadurch, dass die Stellorgane endseitig des unteren Dünnschlamm-Kanals geöffnet und der Stopfen mit einem Spulmedium, wie beispielsweise Kaltwasser, aus dem Dünnschlamm-Kanal in
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die Feststoff-Abteilung ausgeschleust wird
Die Austauschplatten des Plattenwärmetauschers bestehen aus blankem Edelstahl Sie sind mehrkanalig gestaltet und in jedem Kanal wellenförmig strukturiert Eine metallische Abstützung benachbarter Austauschplatten im Bereich der Kanäle findet nicht statt Dadurch ist beim Durch- strömen der Fliessspalte praktisch kein Widerstand fur den Dünnschlamm vorhanden Ein Anhaften und Anbacken von Schmutzteilchen ist im Prinzip ausgeschlossen Hinzu kommt, dass die
Oberflächen der Austauschplatten ein antiadhäsives Verhalten zeigen.
Obwohl die Breite der Dunnschlamm-Fliessspalte der Breite der Fliessspalte fur das heisse
Aufwärmfluid entsprechen können, sehen die Merkmale des Anspruchs 3 in bevorzugter Ausbildung vor, dass die Dünnschlamm-Fliessspalte breiter als die Fliessspalte für das heisse Aufwärmfluid bemessen sind. Hiermit wird der unterschiedlichen Konsistenz des Dünnschlamms einerseits und des Aufwärmfluids andererseits gezielt Rechnung getragen.
Als zweckmässiges Ver- haltnis hat sich in internen Versuchen das Verhältnis von 2. 1 herausgestellt
Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 sind die Oberflachen der Austauschplatten grob wellenförmig strukturiert Auch mit diesem Merkmal wird insbesondere in den Dünnschlamm- Fliessspalten die Konsistenz des Dünnschlamms berücksichtigt
Die Stellorgane endseitig des unteren Dünnschlamm-Kanals, welche diesen einerseits mit einer Zuleitung fur das Spülmedium und andererseits mit einer Feststoff-Ableitung verbinden, sind gemäss Anspruch 5 bevorzugt durch Kugelventile gebildet
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs- beispiels näher erläutert Es zeigen:
Figur 1 im Schema eine Anordnung zur Erwärmung von Dünnschlamm während einer
Hauptströmphase,
Figur 2 die Anordnung der Figur 1 wahrend einer bmkehrphase;
Figur 3 eine Frontalansicht auf eine Austauschplatte für einen Plattenwärmetauscher der
Anordnung der Figuren 1 und 2,
Figur 4 einen Horizontalschnitt durch mehrere hintereinander geschaltete Austausch- platten gemäss der Figur 3 und
Figur 5 in vergrösserter Darstellung einen Vertikelschnitt durch die Figur 4 entlang der
Linie V-V
In den Figuren 1 und 2 ist mit 1 ein Plattenwärmetauscher zum Erwärmen von Dünnschlamm mittels Heisswasser bezeichnet Der Plattenwärmetauscher 1 besteht aus einer Vielzahl von aus den Figuren 3 bis 5 näher erkennbaren Austauschplatten 2 aus Edelstahl.
Die Austauschplatten 2 sind in vertikaler Ausrichtung so hintereinanderliegend miteinander verspannt, dass zwischen zwei aufeinander folgenden Austauschplatten 2 breitere Dünnschlamm-Fliessspalte 3 mit einer lichten Weite W von zwölf mm und demgegenüber schmalere Heisswasser-Fliessspalte 4 mit einer lichten Weite W1 von sechs mm gebildet werden.
Zwischen einer Austauschplatte 2 und zwei benachbarten Austauschplatten 2 sind jeweils auf einer Seite drei durch Langsdichtungen 5 voneinander getrennte Dünnschlamm-Fliessspalte 3 und auf der anderen Seite entsprechend konfigurierte und abgedichtete Heisswasser-Fliessspalte 4 ausgebildet (Figuren 3 bis 5) Die Dünnschlamm-Fliessspalte 3 auf der einen Seite münden in einander diagonal gegenüber liegende kreisrunde Öffnungen 6,7 an den oberen und unteren Enden der Austauschplatten 2.
Nach aussen hin sind die Öffnungen 6,7 durch Dichtungen 10 be- grenzt Die beiden jeweils anderen Öffnungen 8,9 sind auf dieser Seite durch Dichtungen 11 umfangsseitig und gegenüber den Dunnschlamm-Fliessspalten 3 abgedichtet Auf der anderen Seite der Austauschplatte 2 erfolgt eine entsprechende Abdichtung der über die Heisswasser- Fliessspalte 4 verbundenen Öffnungen 8,9 gegenüber der Umgebung sowie den Öffnungen 6, 7.
Die Oberflachen der Austauschplatten 2 sind beim Ausführungsbeispiel durch quer ausge- prägte grobe Wellenstrukturen gebildet. Abstützungen im Bereich der Fliessspalte 3,4 haben die Austauschplatten 2 nicht Es handelt sich um sogenannte Freistromplatten
Stirnseitig des Plattenwärmetauschers 1 sind Spannplatten 12 mit Stutzen 13,14 vorgesehen, welche mit Dünnschlamm-Leitungen 15,16 verbunden sind. Ausserdem lassen die Figuren 1 und 2 erkennen, dass der mit den Dünnschlamm-Leitungen 15, 16 verbundene und durch die Öffnungen 6 in den Austauschplatten 2 gebildete obere Dünnschlamm-Kanal 17 durch eine Sperre 18 mittig verschlossen ist, so dass zwei voneinander unabhängige Längenabschnitte 19,20 gebildet werden.
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In die mit einer Dünnschlamm-Zuführung 23 verbundene Dünnschlamm-Leitung 15 sind ein Sperr- organ 21 sowie eine Zerkleinerungseinheit 22 eingegliedert Auch in die mit einer Dünnschlamm- Abfuhrung 24 verbundene Dünnschlamm-Leitung 16 ist ein Sperrorgan 25 eingegliedert. Der Leitungsabschnitt zwischen der Zerkleinerungseinheit 22 und dem Sperrorgan 21 ist über eine Leitung 26 mit dem Leitungsabschnitt zwischen dem Stutzen 14 und dem Sperrorgan 25 ver- bunden.
In diese Leitung 26 ist ebenfalls ein Sperrorgan 27 eingegliedert Ferner zeigen die Figuren 1 und 2, dass der Leitungsabschnitt zwischen dem Sperrorgan 21 und dem Stutzen 13 sowie der Leitungsabschnitt zwischen dem Sperrorgan 25 und der Dunnschlamm-Abführung 24 durch eine Leitung 28 mit einem darin eingegliederten Sperrorgan 29 verbunden sind
Durch die Untergliederung des oberen Dünnschlamm-Kanals 17 in zwei voneinander getrennte Langenabschnitte 19, 20 sind diese Längenabschnitte 19,20 jeweils für sich mit den darunter liegenden Dünnschlamm-Fliessspalten 3 verbunden Ein durch die unteren Öffnungen 7 in den Austauschplatten 2 gebildeter unterer Dünnschlamm-Kanal 30 ist hingegen mit allen Dünn- schlamm-Fliessspalten 3 verbunden
Endseitig des unteren Dunnschlamm-Kanals 30 liegen Stellorgane 31, 32,
die einerseits in eine Wasserleitung 33 und andererseits in eine Feststoffleitung 34 integriert sind.
Der Zerkleinerungseinheit 22 wird gemäss Figur 1 Dünnschlamm beispielsweise aus einem Nachklärbecken einer Klaranlage über die Dünnschlamm-Zuführung 23 zugeleitet In der Zerkleinerungseinheit 22 werden Grobteile, Störstoffe, Fällstoffe aus Eiweiss und dergleichen auf eine Korngrösse unter funf mm zerkleinert. Der derart vorbehandelte Dünnschlamm gelangt dann über die Dünnschlamm-Leitung 15 sowie das offene Sperrorgan 21 zu dem Stutzen 13 des oberen Dünnschlamm-Kanals 17. Er tritt in den Längenabschnitt 19 des Dünnschlamm-Kanals 17 bis zu der Sperre 18 ein und strömt mit geringer Geschwindigkeit durch die mit dem Längenabschnitt 19 verbundenen Dünnschlamm-Fliessspalte 3 nach unten.
Hierbei sinken Schwebeteilchen ebenfalls nach unten und sammeln sich im unteren Dunnschlamm-Kanal 30 im Bereich unterhalb der Dünnschlamm-Fliessspalte 3, die mit dem Längenabschnitt 20 verbunden sind Der Dunnschlamm durchströmt mithin den Plattenwärmetauscher 1 in einem U-förmigen Strömungsverlauf 35. Das heisst, er strömt zunächst aus dem Längenabschnitt 19 nach unten, fliesst hier in den unteren Dünnschlamm-Kanal 30 und dann,.durch die unterhalb des Längenabschnitts 20 gelegenen Dünnschlamm-Fliessspalte 3 wieder nach oben, wo er dann in den Längenabschnitt 20 gelangt und von hier über den Stutzen 14, die Dunnschlamm-Leitung 16 mit dem darin eingegliederten, jetzt offenen Sperrorgan 25 der Dünnschlamm-Abfuhrung 24 und damit beispielsweise einer Zentrifuge zugeführt wird, wo eine Trennung von Feststoffen und gereinigtem Wasser erfolgt.
Die Sperr- organe 27, 29 in den Leitungen 26, 28 sind hierbei geschlossen
Zur Erwärmung des Dünnschlamms wird ein durch die oberen Öffnungen 8 in den Austausch- platten 2 gebildeter oberer Kanal neben dem Dünnschlamm-Kanal 17 mit Heisswasser be- aufschlagt Das heisst, die neben den Dünnschlamm-Fliessspalten 3 liegenden Heisswasser-Fliess- spalte 4 (Figuren 4 und 5) werden also aus diesem Kanal mit Heisswasser versorgt,
so dass sich durch indirekten Wärmeaustausch auch der Dünnschlamm erwärmt Das bei dem Warmeaus- tausch gekühlte heisse Wasser strömt dann durch einen durch die unteren Öffnungen 9 in den Austauschplatten 2 gebildeten unteren Wasserkanal ab
Beim Ausführungsbeispiel dauert die Beaufschlagung des Plattenwärmetauschers 1 mit Dunnschlamm in der Hauptströmphase gemäss Figur 1 dreissig Minuten Anschliessend werden die Sperrorgane 21 und 25 in den Dunnschlamm-Leitungen 15 und 16 geschlossen und die Sperrorgane 27, 29 in den Leitungen 26,28 geöffnet, so dass nunmehr gemäss Figur 2 der die Zerkleinerungseinheit 22 verlassende vorbehandelte Dunnschlamm uber die Leitung 26,
das Sperrorgan 27 sowie den Leitungsabschnitt zwischen dem Stutzen 14 und dem Sperrorgan 25 in den Längenabschnitt 20 des oberen Dünnschlamm-Kanals 27 eintritt und von hier entsprechend dem in starker Linienführung gezeichneten U-formigen Strömungsverlauf 35a etwa fünf Minuten den Plattenwärmetauscher 1 in umgekehrter Richtung durchströmt Er verlasst den Plattenwärme- tauscher 1 über den Stutzen 13 und gelangt über die Leitung 28 und das Sperrorgan 29 zur Dunnschlamm-Anführung 24, welche den erwärmten Dünnschlamm einer Zentrifuge zufuhrt.
Durch diese Umkehrung der Strömungsrichtung des Dünnschlamms werden sich evtl am Übergang von dem unteren Dünnschlamm-Kanal 30 auf die mit dem Längenabschnitt 20 ver- bundenen Dünnschlamm-Fliessspalte 3 in der Hauptströmphase absetzende Schwebeteilchen
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wieder von dieser Siebstruktur gelöst
Nach der funfminütigen Umkehrphase wird dann wieder in die Hauptströmphase gemäss Figur 1 umgeschaltet und anschliessend ein dreissigminütiger Austauschbetrieb durchgefuhrt
Hat sich im Laufe der Zeit im unteren Dünnschlamm-Kanal 30 durch die sich absetzenden und sich sammelnden Schwebeteilchen ein Pfropfen gebildet, so werden wahrend des laufenden Tauscherbetnebs die Stellorgane 31,
32 endseitig des unteren Dunnschlamm-Kanals 30 geöffnet und der Pfropfen mittels Wasser aus der Wasserzuleitung 33 in die Feststoffleitung 34 ausge- schleust Nach dem Entfernen des Pfropfens aus dem Plattenwärmetauscher 1 werden die Stellorgane 31, 32 wieder geschlossen.