AT503896B1 - Verfahren und anlage zur verarbeitung von feuchtgut - Google Patents

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AT503896B1 AT0104306A AT10432006A AT503896B1 AT 503896 B1 AT503896 B1 AT 503896B1 AT 0104306 A AT0104306 A AT 0104306A AT 10432006 A AT10432006 A AT 10432006A AT 503896 B1 AT503896 B1 AT 503896B1
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Description

2 AT 503 896 B1
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Feuchtgut, insbesondere Klärschlamm, mit mehreren Trocknungsstufen, wobei zumindest eine Hochtemperaturtrocknung und zumindest eine Niedertemperaturtrocknung vorgesehen sind, und wobei die Abwärme der zumindest einen Hochtemperaturtrocknung zur Beheizung der zumindest einen Niedertemperaturtrocknung verwendet wird sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Reduzierung des Energieverbrauchs insbesondere bei konvektiven Trocknungsverfahren wird häufig die Enthalpie des Abgases genutzt, indem ein Teilstrom direkt zurückgeführt wird oder die Wärme indirekt über Rekuperatoren, Regeneratoren oder einen Sekundärkreislauf mit Wärmetauschern übertragen wird. Wegen der unvermeidlichen Temperaturdifferenzen bei der Wärmeübertragung sind solche Verfahren nur im Bereich höherer (Abgas-)Temperaturen interessant. Im Niedertemperaturbereich kann durch Zuführung von Exergie der Wirkungsgrad beträchtlich gesteigert werden. Dies macht sich die sogenannte Brüdenkompression zunutze, wo das in der Trocknung verdampfte Wasser durch Einsatz mechanischer Energie komprimiert wird und als hochgespannter Dampf zur zusätzlichen Beheizung der Trocknung dient. Dadurch kann auch die latente Wärme genutzt werden. In jüngerer Zeit sind Wärmepumpensysteme entwickelt worden, die analog zum Rankine Dampfprozess in Kraftwerken mit Hilfe eines geeigneten organischen Mediums und mechanischer Energie Abwärme auf ein nutzbares Temperaturniveau bringen. Diese sogenannten ORC-Systeme sind stofflich vollkommen vom Hauptprozess getrennt.
Weiters ist z.B. aus der DE 42 05 619 A1 ein Klärschlammtrocknungsverfahren bekannt, das aus zwei hintereinander geschalteten Trocknern besteht, wobei der erste seine Abwärme an den zweiten abführt und das teilgetrocknete Produkt in der zweiten Stufe fertig getrocknet wird. Hier können die beiden Trockner nicht unabhängig voneinander betrieben werden, da der Produktverbund für die Funktion erforderlich ist: die erste Stufe, ein Dünnschichtverdampfer, kann nur teiltrocknen, und die zweite Stufe, ein Bandtrockner, benötigt ein vorgetrocknetes, strukturiertes Produkt.
Die DE 197 34 319 A1 bzw. DE 198 25 597 A1 zeigen jeweils Hochtemperatur- und Niedertemperaturtrocknung, wobei jedoch keine Abwärmenutzung der Hochtemperaturtrocknung für die Niedertemperaturtrocknung vorliegt.
Ziel der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Anlage zu schaffen für die wirtschaftliche, energieoptimierte Trocknung von Feuchtgut, insbesondere von Klärschlamm, durch energetische oder energetische und stoffliche Koppelung eines energieliefernden Trocknungsverfahrens mit einem verbrauchenden Verfahren.
Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperaturtrocknung als Wirbelschichttrocknung ausgebildet ist.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperaturtrocknung als Volltrocknung ausgebildet ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Niedertemperaturtrocknung als Volltrocknung ausgeführt ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schlamm in der Hochtemperaturtrocknung zu Granulat verarbeitet wird und das heiße Granulat der Niedertemperaturtrocknung zugeführt wird.
Es kann auch der Schlamm in der Niedertemperaturtrocknung vorgetrocknet und zu Granulat verarbeitet und das heiße Granulat der Hochtemperaturtrocknung zugeführt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn ausschließlich die Abwärme der zumindest einen Hocntemperaturtrock- 3 AT 503 896 B1 nung zur Beheizung der zumindest einen Niedertemperaturtrocknung verwendet wird.
Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn der letzte Abschnitt der Niedertemperaturtrocknung als Kühlung ausgebildet ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Niedertemperaturtrocknung als Bandtrocknung ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Verarbeitung von Feuchtgut, insbesondere Klärschlamm, mit mehreren Trocknern.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturtrockner als Wirbelschichttrockner ausgebildet ist.
Eine günstige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturtrockner als Volltrockner ausgeführt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperaturtrockner als Volltrockner ausgeführt ist.
Vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Ausgangsleitung für Granulat des Hochtemperaturtrockners mit dem Niedertemperaturtrockner verbunden ist.
Eine günstige Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleitung für Granulat des Niedertemperaturtrockners mit dem Hochtemperaturtrockner verbunden ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist die Abluftleitung des Hochtemperaturtrockners, gegebenenfalls über einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Kondensator, mit der Umluftleitung des Niedertemperaturtrockners verbunden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der letzte Abschnitt des Niedertemperaturtrockners als Kühler ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise ist der Niedertemperaturtrockner als Bandtrockner ausgebildet.
Durch die Zusammenschaltung zweier unterschiedlicher Trocknungsverfahren und Anpassung der Betriebsparameter deckt die Abwärme des Hochtemperaturverfahrens den Energiebedarf des Niedertemperaturverfahrens. Als Hochtemperaturverfahren wird hier ein Verfahren mit Hochtemperaturwärme bezeichnet. Analog wird ein Niedertemperaturverfahren mit Niedertem-peraturwärme betrieben. Ein Hoch- bzw. Niedertemperaturtrockner ist demnach ein Trockner mit Hoch- bzw. Niedertemperaturwärme. Die Abwärme steckt im Abdampf bzw. Kondensat des Wäschers, im heißen Granulat und im Rauchgas der Thermoölanlage. Obwohl dadurch das Hochtemperaturverfahren nicht am optimalen Betriebspunkt arbeitet, können durch die Zusammenschaltung über 80% mehr Feuchtgut getrocknet werden, ohne dass zusätzliche Wärmeenergie aufgewendet werden muss. Dadurch verringert sich die spezifische Energie für die Verdampfung einer Tonne Wasser von 800 bzw. 860 kWh bei optimiertem Einzelbetrieb von Fliessbett-trockner oder Bandtrockner auf 470 kWh in der Kombination.
Die Verfügbarkeit des Systems ist trotz Kopplung genauso hoch wie die der Einzelverfahren, da industriell bewährte Verfahren eingesetzt werden, die durch geringfügige Parameteränderungen auch unabhängig voneinander betrieben werden können, bei Störungen in einem Teilverfahren bleibt so etwa die Hälfte der Trocknungsleistung erhalten, dann natürlich ohne den Vorteil des Energieverbunds.
Das System ist flexibel, der stoffliche Verbund ist möglich, aber zur Erzielung einer Reduktion 4 AT 503 896 B1 des Energieverbrauches nicht zwingend erforderlich. Durch die stoffliche Zusammenschaltung sind aber weitaus höhere Energieeinsparungen möglich.
Das Verfahren rechnet sich betriebswirtschaftlich in besonderem Maße, wenn wegen hoher Kapazität ohnehin eine zweite Linie erforderlich wird. Im Niedertemperatur-Verfahren kann ein Kühler für die gesamte Granulatmenge integriert werden, alternativ ist auch eine Teiltrocknung und Rückführung des Granulates der Niedertemperaturtrocknung in die Hochtemperaturtrocknung möglich, dann ist allerdings ein separater Kühler erforderlich.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei Fig. 1 einen Energieverbund der beiden Trocknungsverfahren, Fig. 2 einen Stoff- und Energieverbund sowie Fig. 3 einen Stoff- und Energieverbund mit Teiltrocknung darstellt.
Fig. 1 zeigt eine Variante der Erfindung mit Energieverbund. Feuchtprodukt 1 wird dem Hochtemperatur-Trockner 2 zugeführt und verlässt ihn heiß und getrocknet als Granulat 3, um im Kühler 4 auf Lagertemperatur gebracht zu werden. Die Wärme wird durch einen Thermoölkreis-lauf 5 zugeführt, wobei das Thermoöl in der Thermoölanlage 6 erhitzt wird. Das im Hochtempe-raturtrockner verdampfte Wasser ist in der Umluft enthalten und wird in einem Umluftkreislauf 7 einem Wäscher 8 zugeführt und dort kondensiert. Die Wärme wird in einem Sekundärkreislauf 9 dem Niedertemperatur-Trockner 10 zugeführt. Der Niedertemperatur-Trockner 10 trocknet und kühlt weiteres Feuchtgut 11. Mit Hilfe eines zweiten Thermoölkreislaufes 12 kann bei Ausfall des Hochtemperaturtrockners 2 und damit der Abwärmenutzung dem Niedertemperaturtrockner 10 die erforderliche Energie zugeführt werden. Damit ist eine erhöhte Betriebssicherheit gegeben. Das Granulat 13 des Hochtemperaturtrockners 2 und das Granulat 14 des Niedertempera-turtrockners 10 werden dann gelagert und einer weiteren Verwendung zugeführt.
Fig. 2 stellt den Energie- und Stoffverbund einer erfindungsgemäßen Anlage dar:
Abweichend vom Verfahren nach Fig. 1 wird das heiße Granulat 3 aus dem Hochtemperaturtrockner 2 dem Niedertemperaturtrockner 10 zusätzlich zum Feuchtgut 11 zugeführt, damit es seine Wärme abgeben kann und in der Kühlzone 15 am Ende des Niedertemperaturtrockners mit gekühlt wird. Aus gesamtwirtschaftlichen Überlegungen kann es günstiger sein, auf die integrierte Kühlzone 15 zu verzichten und einen separaten Kühler 16 (strichliert dargestellt) zu installieren. Da das heiße Granulat 3 des Hochtemperaturtrockners 2 seine Wärme im Wesentlichen an das weitere Feuchtgut 11 des Niedertemperaturtrockners 10 abgibt, ist auch die erforderliche Kühlleistung und damit der Wärmeverlust wesentlich geringer.
Fig. 3 stellt eine Verfahrensvariante mit Stoff- und Energieverbund mit einer Teiltrocknung dar. Das Verfahren unterscheidet sich vom Verfahren nach Fig. 1 dadurch, dass der Niedertempera-turtrockner 10 nur eine Teiltrocknung durchführt und das teilgetrocknete Granulat 14' in den Hochtemperaturtrockner 2 geführt wird, wo es nachgetrocknet und zusammen mit dem anderen Granulat 3 in einem Kühler 4 gekühlt und dann als Granulat 13 gelagert und einer weiteren Verwendung zugeführt wird.
Der Thermoölsekundärkreislauf 12 ist nicht in allen Figuren dargestellt, ebenso wurde auf die Darstellung der trivialen Wärmerückgewinnung aus dem Thermoölanlagen-Rauchgas verzichtet, wobei die Abwärme üblicherweise mit zur Aufwärmung der Trocknungsluft für den Nieder-temperaturtrockner 10 eingesetzt wird.
Die detaillierte Funktion wird am Beispiel eines Fließbetttrockners als Hochtemperaturverfahren und eines Bandtrockners als Niedertemperaturverfahren beschrieben, wobei auch andere Hochtemperatur- oder Niedertemperaturverfahren eingesetzt werden können.
Fliessbett oder Wirbelschicht beschreibt äquivalent den Zustand einer gasdurchströmten. fluidisierten Schüttung, bei der die Einzelpartikel - typisch zwischen 20 und 5000pm groß - durch die 5 AT 503 896 B1
Gaskräfte so in Bewegung versetzt werden, dass sie sich wie ein Fluid verhält. In diesem Zustand sind Wärme- und Stofftransporteigenschaften deutlich verbessert. Die für die Trocknung erforderliche Energie kann über das Fluidisierungsgas und/oder in die fluidisierende Schicht eintauchende Wärmetauscherflächen zugeführt werden. Im Fall der optimierten Klärschlammtrocknung wird die Energie nur über Wärmetauscher zugeführt, die z.B. mit Thermalöl beheizt werden können. Es ist aber auch eine Beheizung durch Verbrennung des erzeugten getrockneten Granulates möglich.
Das Fliessbettverfahren besteht aus Trockner 2, Gaskreislauf 7 mit Kondensator 8, Thermalölanlage 6 und Schlammbehandlung.
Das inerte Gas wird im Kreislauf 7 geführt, transportiert die verdampfte Feuchtigkeit aus der Wirbelschicht zum Kondensator 8, gibt die überschüssige Feuchtigkeit ab und gelangt von dort wieder zum Trockner 2. Vor Eintritt in den Kondensator 8 erfolgt eine Abscheidung des mitgerissenen Staubs in einem Zyklon. Der Kondensator 8 arbeitet auch als Wäscher und scheidet die noch verbliebenen Feinstabteile ab. Um deren Konzentration niedrig zu halten, wird Frischwasser zugegeben und zusammen mit dem Kondensat ausgeschleust. Die Kondensationswärme wird über einen verschmutzungsunempfindlichen Wärmtauscher und Sekundär-Wasserkreislauf 9 ausgekoppelt. In einem mit Erdgas befeuertem Kessel wird das Thermalöl auf beispielsweise 250° erhitzt und dem Wärmetauscher im Fließbett zugeführt. Die Rauchgase verlassen die Anlage typisch mit 180° und können im Bandtrockner 10 weiter genutzt werden. Der Schlamm wird aus einem Annahmesilo zum Trockner 2 gepumpt und dort mit einer eingebauten Zerteileinrichtung auf Partikelgröße strukturiert und in die Wirbelschicht eingemischt. Die Wirbelschicht besteht aus bereits getrockneten Partikeln, und wegen des effizienten Austausche trocknen und verfestigen sich auch die frischen Partikel in kürzester Zeit. Die Partikel verlassen den Fliessbett-Trockner 2 heiß und werden entsprechend der Variante nach Fig. 2 im Bandtrockner 10 unter Ausnutzung der Restwärme gekühlt. Der im Zyklon abgeschiedene Staub wird mit Frischschlamm in einem Mischer granuliert und der Wirbelschicht zur Nachtrocknung zugeführt.
Das Bandtrocknungsverfahren besteht aus Trockner 10/Kühler 15, Gaskreislauf und Schlammbehandlung.
Im Trockner 10/Kühler 15 bewegt sich langsam ein gasdurchlässiges Band, auf dem üblicherweise eine ca. 5-20 cm hohe Schicht aus strukturiertem Feuchtgranulat liegt. Das heiße Gas strömt von oben durch Schicht und Band, gibt Wärme ab und nimmt Feuchtigkeit auf, wobei die Partikel getrocknet werden. Um sowohl eine vollständige Ausnutzung als auch Trocknung zu erreichen, wird das Gas nacheinander durch einzelne Abschnitte des Bandes geführt. Umgebungsluft wird eingesaugt und kühlt das heiße, trockene Granulat bei der Durchströmung im hinteren Bandabschnitt und wärmt sich dabei auf. Sie wird im Wärmetauscher des Sekundär-Wasserkreislaufs 9 und durch Zumischung der Abgase aus der Thermalölanlage 6 weiter aufgeheizt und durchströmt den vorderen Bandabschnitt. Unter dem ersten Bandabschnitt wird dann ein Teilstrom abgekühlter, hochaufgesättigter Trocknungsluft ausgeschleust und durch weitere Behandlung (Abkühlung und Sättigung in einem Wäscher, Verdünnung und Abkühlung mit Frischluft) so konditioniert, dass sie einem Biofilter zur Desodorierung zugeführt werden kann.
In einer nicht dargestellten Variation ist jedoch auch eine Gaskreislaufschaltung mit Kondensation wie beim Hochtemperatur-Verfahren möglich.
Der Frischschlamm 11 wird in einem Mischer mit dem heißen Trockengranulat aus dem Fliessbett 2 und gekühltem Produkt aus dem Bandabwurf bei geeignetem Mischungsverhältnis zu Granulat geformt und als gleichmäßig hohe Schüttschicht auf dem Band verteilt. Wegen der Durchströmung von oben nach unten und dem als Filter wirkenden Band fällt kein Staub an.

Claims (18)

  1. 6 AT 503 896 B1 Die Kombination beider Verfahren macht folgende Anpassungen erforderlich: Der Kondensator 8 der Fliessbett-Trocknung 2 wird beispielsweise bei 95° statt sonst üblichen 50-60° betrieben, um ein sinnvolles Temperaturniveau für die Energieauskopplung zum Bandtrockner 10 zu bieten. Da das Brüdenkondensat relativ stark verschmutzt ist, wird aus Betriebssicherheits- und Kostengründen ein sauberer Sekundär-Wasserkreislauf 9 für die Beheizung des Bandtrockner-Kreisgases verwendet. Der Fliessbett-Trockner 2 muss ebenfalls in der Temperatur angehoben werden, beispielsweise von 85° auf 110° oder höher, damit es nicht hier zu einer Kondensation des hochfeuchten Kreislaufgases kommt. Beides wirkt sich nachteilig auf Wirkungsgrad und Leistung der Fließbett-Trocknung aus. Durch die Nutzung der Kondensatorabwärme, der Abgase aus dem Thermalölkessel und der sensiblen Wärme aus dem überhitzten Wirbelschichtgranulat können jedoch weitere 70-80% Schlamm ohne zusätzliche Wärmeenergie getrocknet werden. Trotz Strombedarf für die Gasumwälzung im Bandtrockner 10 und die zusätzlichen Investitionskosten ist durch dieses Kombinationsverfahren eine 10% bessere Wirtschaftlichkeit gegeben. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschrieben. So kann z.B. die Wärmezufuhr durch Verbrennung des getrockneten Granulates in einer separaten Verbrennungsanlage erzeugt werde. Auch sind neben Wirbelschichttrockner und Bandtrockner grundsätzliche alle Trocknerarten ersetzbar, sofern sie entweder Hochtemperaturwärme oder Niedertemperaturwärme nutzen. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Verarbeitung von Feuchtgut, insbesondere Klärschlamm, mit mehreren Trocknungsstufen, wobei zumindest eine Hochtemperaturtrocknung und zumindest eine Niedertemperaturtrocknung vorgesehen sind, und wobei die Abwärme der zumindest einen Hochtemperaturtrocknung zur Beheizung der zumindest einen Niedertemperaturtrocknung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperaturtrocknung als Wirbelschichttrocknung ausgebildet ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperaturtrocknung als Volltrocknung ausgebildet ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedertemperaturtrocknung als Volltrocknung ausgeführt ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlamm in der Hochtemperaturtrocknung zu Granulat verarbeitet wird und das heiße Granulat der Niedertemperaturtrocknung zugeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlamm in der Niedertemperaturtrocknung vorgetrocknet und zu Granulat verarbeitet und das heiße Granulat der Hochtemperaturtrocknung zugeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Abwärme der zumindest einen Hochtemperaturtrocknung zur Beheizung der zumindest einen Niedertemperaturtrocknung verwendet wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, dass der letzte Abschnitt der Niedertemperaturtrocknung als Kühlung ausgebildet ist. 7 AT 503 896 B1
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedertemperaturtrocknung als Bandtrocknung ausgebildet ist.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Wärme durch Verbrennung des erzeugten Granulates in einer separaten Feuerungsanlage erfolgt.
  10. 10. Anlage zur Verarbeitung von Feuchtgut, insbesondere Klärschlamm, mit mehreren Trocknern, wobei zumindest ein Hochtemperaturtrockner (2) und zumindest ein Niedertemperaturtrockner (10) vorgesehen sind, und wobei die Abwärme des zumindest einen Hochtemperaturtrockners (2) zur Beheizung des zumindest einen Niedertemperaturtrockners (10) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturtrockner (2) als Wirbelschicht-trockner ausgebildet ist.
  11. 11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturtrockner (2) als Volltrockner ausgeführt ist.
  12. 12. Anlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperaturtrockner (10) als Volltrockner ausgeführt ist.
  13. 13. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleitung (3) für heißes Granulat des Hochtemperaturtrockners (2) mit dem Niedertemperaturtrockner (10) verbunden ist.
  14. 14. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleitung (14') für heißes Granulat des Niedertemperaturtrockners (10) mit dem Hochtemperaturtrockner (2) verbunden ist.
  15. 15. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (7) des Hochtemperaturtrockners (2) über Wärmetauscher (8), beispielsweise einen Kondensator, mit der Umluftleitung des Niedertemperaturtrockners (10) verbunden ist.
  16. 16. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der letzte Abschnitt des Niedertemperaturtrockners (10) als Kühler (15) ausgebildet ist.
  17. 17. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperaturtrockner (10) als Bandtrockner ausgebildet ist.
  18. 18. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Feuerungsanlage für das erzeugte Granulat vorgesehen ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen
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