CH656114A5 - Process and apparatus for drying and incineration of sludges - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen und Verbrennen von Schlämmen unter Verwendung einer mit einem Auflockerungs/Wärmeträger-Schüttgut versehenen Wirbelschicht sowie eines der Wirbelschicht nachgeschalteten Feststoffbrenners mit nachfolgendem Feststoffabscheider, wobei der Schlamm in den unteren Bereich der Wirbelschicht eingespeist wird. The invention relates to a method and a device for drying and burning sludge using a fluidized bed provided with a loosening / heat transfer bulk material and a solid fuel burner downstream of the fluidized bed with a subsequent solid separator, the sludge being fed into the lower region of the fluidized bed.
Die Trocknung und Verbrennung von Schlämmen, z. B. aus Kläranlagen, gewinnt als Lösung eines Umweltproble-mes zunehmend an Bedeutung. Zur Bereitstellung der für den Trocknungsprozess notwendigen Energie ist es möglich, die im Schlamm chemisch gebundene Wärme durch Verbrennung des Schlammes zu nutzen. The drying and combustion of sludges, e.g. B. from sewage treatment plants, is becoming increasingly important as a solution to an environmental problem. To provide the energy required for the drying process, it is possible to use the heat chemically bound in the sludge by burning the sludge.
Es ist bekannt, den feuchten Schlamm einer Wirbelschicht von einem Auflockerungs/Wärmeträger-Schüttgut, z.B. Sand, aufzugeben und den feuchten Schlamm in dieser Wirbelschicht zu trocknen und zu verbrennen. Das Wirbelgas, das der Wirbelschicht entweicht, ist mit den heissen Ver5 It is known to remove the wet sludge of a fluidized bed from a loosening / heat transfer bulk, e.g. Sand to give up and dry and burn the wet mud in this fluidized bed. The fluidizing gas that escapes from the fluidized bed is with the hot Ver5
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brennungsgasen vermischt und wird in dem Umfang der Wirbelschicht als diese betreibendes Wirbelgas zugeführt, welcher zur Aufrechterhaltung der gewünschten Wirbelbedingungen notwendig ist; dabei wird die fühlbare Wärme des Verbrennungsabgases für den Trocknungsprozess in der Wirbelschicht zum Teil weiterverwendet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass der gesamte, in der Wirbelschicht freiwerdende Wasserdampf des feuchten Schlammes mit auf das hohe Temperaturniveau bei der Schlammverbrennung gebracht werden muss. Zur Bereitstellung der dafür benötigten Energie ist im allgemeinen eine zusätzliche Zufuhr von Heizgasen in die Wirbelschicht notwendig. Darüber hinaus wird die Wirbelschicht zwangsläufig auf einer höheren Temperatur betrieben, als dies zur Trocknung notwendig ist, und die dabei entstehenden Gase, die nicht als Wirbelgas im Kreislauf geführt werden, werden auf einem entsprechend hohen Temperaturniveau abgeführt, ohne dass deren fühlbare Wärme hinreichend sinnvoll genutzt werden kann. combustion gases mixed and is supplied to the extent of the fluidized bed as the fluidizing gas which operates it, which is necessary to maintain the desired fluidizing conditions; some of the sensible heat of the combustion exhaust gas is used for the drying process in the fluidized bed. This method has the disadvantage that the entire water vapor of the moist sludge that is released in the fluidized bed must be brought to the high temperature level during the sludge combustion. In order to provide the energy required for this, an additional supply of heating gases into the fluidized bed is generally necessary. In addition, the fluidized bed is inevitably operated at a higher temperature than is necessary for drying, and the resulting gases, which are not circulated as fluidizing gas, are dissipated at a correspondingly high temperature level without their sensible heat being used in a sufficiently meaningful manner can be.
Darüber hinaus ist aus der DE-OS 2 851 609 ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemässen Art bekannt, bei welcher auch der Feststoffbrenner als Wirbelschicht ausgebildet ist, aus welcher einerseits das Auflocke-rungs/Wärmeträger-Schüttgut in die Trocknungswirbel-schicht und andererseits getrockneter Schlamm samt Auf-lockerungs/Wärmeträger-Schüttgut in den Feststoffbrenner überführt werden muss. Dieser doppelte Feststofftransport, der im Hinblick auf das Auflockerungs/Wärmeträger-Schüttgut offensichtlich aus wärmetechnischen Gründen vorgenommen wird, stellt beim Betreiben der Anlage einen Verfahrensnachteil und bei ihrem Errichten einen Investitionsnachteil dar. Darüber hinaus muss ein Wärmetauscher vorgesehen werden, in dem die heissen Verbrennungsgase indirekt durch Wärmeaustausch die für die Wirbelschichten eingesetzten Wärmegase erhitzen, so dass ein nicht unerheblicher Teil der fühlbaren Wärme der Verbrennungsgase für den Trocknungsprozess verlorengeht. In addition, from DE-OS 2 851 609 a method and a device of the generic type are known, in which the solid fuel burner is also designed as a fluidized bed, from which on the one hand the loosening / heat transfer bulk material into the drying fluidized bed and on the other hand dried Sludge together with loosening / heat transfer bulk material must be transferred to the solid fuel burner. This double solids transport, which is obviously carried out with regard to the loosening / heat transfer bulk material for thermal reasons, represents a process disadvantage when operating the plant and an investment disadvantage when it is erected. In addition, a heat exchanger must be provided in which the hot combustion gases are indirect heat the heat gases used for the fluidized beds by heat exchange, so that a not inconsiderable part of the sensible heat of the combustion gases is lost for the drying process.
Es ist demnach die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemässen Art zu verwirklichen, wobei die vorerwähnten Nachteile vermieden werden, indem auf einfachere Weise die zur Trocknung des Schlammes notwendige Wärmeenergie ausschliesslich durch die Verbrennung des Schlammes bereitgestellt wird. It is therefore the object of the invention to implement an improved method and a device of the generic type, the aforementioned disadvantages being avoided by providing the thermal energy required for drying the sludge in a simpler manner exclusively by burning the sludge.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss in bezug auf ein Verfahren der gattungsgemässen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Damit ist eine Trocknungsbehandlung aller brennbare Stoffe enthaltenden Schlämme möglich. The object is achieved according to the invention in relation to a method of the generic type by the characterizing features of claim 1. This enables drying treatment of all sludges containing combustible substances.
Als Schlämme kommen z.B. Klärschlämme, wie Frisch-Faulschlamm, Faulschlamm von Siebbandpressen oder aus Trockenbeeten in Frage. Der Gehalt an Trockensubstanz liegt nach einer Vorentwässerung in der Regel zwischen 10 und 40%. Die Aschegehalte solcher Trockensubstanzen bewegen sich in der Regel zwischen 50 und 85%. Der Heizwert von Schlämmen kann, z. B. je nach Aschegehalt, recht verschieden sein; z.B. betrug der obere Heizwert bei hier unter anderem untersuchten Faulschlämmen etwa 23.000 kJ/kg aschefreier Trockensubstanz. Sludges e.g. Sewage sludge, such as fresh digested sludge, digested sludge from belt presses or from dry beds in question. The dry matter content after pre-dewatering is usually between 10 and 40%. The ash content of such dry substances is usually between 50 and 85%. The calorific value of sludges can e.g. B. depending on the ash content, be quite different; e.g. the upper calorific value of the digested sludge examined here was around 23,000 kJ / kg ash-free dry matter.
Als Auflockerungs/Wärmeträger-Schüttgut kommt unter anderem Sand in Frage. Ein solches Schüttgut hat eine mehr oder minder gleichmässige Korngrössenverteilung, wobei die Auswahl der Korngrössen sich nach den für Wirbelschichten bekannten Kriterien richtet. Dabei ist bezüglich des mittleren Korndurchmessers und des Schüttgewichtes darauf zu achten, dass die diesen Eckwerten entsprechende Wirbelgasgeschwindigkeit so gross ist, dass das Wirbelgas auch in der Lage ist, den Schlamm beim Trocknen durch die Wirbelschicht hindurch nach oben zu führen und ihn möglichst auch noch pneumatisch aus dem Wirbelschichtofen auszutragen. Bevorzugt wird Quarzsand mit einer Körnung von 1-2 mm; dabei werden umso bessere Ergebnisse erzielt, je enger das Kornspektrum ist, und es empfiehlt sich eine entsprechende Aussiebung vor der Verwendung. Darüber hinaus ist chemische Neutralität des Schüttgutes gegenüber dem zu trocknenden Schlamm und der Wirbelgasatmosphäre erwünscht. Sand can be used as a loosening / heat transfer bulk material. Such a bulk material has a more or less uniform particle size distribution, the choice of particle sizes being based on the criteria known for fluidized beds. With regard to the average grain diameter and the bulk density, care must be taken that the fluidizing gas velocity corresponding to these basic parameters is so high that the fluidizing gas is also able to guide the sludge upwards through the fluidized bed during drying and, if possible, also pneumatically discharge from the fluidized bed furnace. Quartz sand with a grain size of 1-2 mm is preferred; the narrower the grain spectrum, the better the results are obtained, and it is advisable to sieve them accordingly before use. In addition, chemical neutrality of the bulk material in relation to the sludge to be dried and the fluidizing gas atmosphere is desirable.
Das Schüttgut fördert eine disperse Verteilung des Schlammes und verhindert damit von vornherein das Auftreten von Agglomerationen. Erfindungsgemäss soll der Schlamm im unteren Bereich der Wirbelschicht eingespeist werden, wobei vorzugsweise die Einspeisestellen etwas höher als die Einführstelle für das Wirbelgas (Anströmboden) liegen, da sich herausgestellt hat, dass durch diese Massnahme eine gleichmässigere Schlammverteilung über die Qüer-schnittsfläche der Wirbelschicht erreicht wird. Die Förderung des Schlammes unter gleichzeitiger Trocknung durch das wirbelnde Auflockerungs/Wärmetrager-Schüttgut hindurch soll nicht zu schnell erfolgen, so dass ein gründlicher Wärmeübergang zwischen dem Wirbelgas und dem Schlamm bzw. dem Schüttgut und dem Schlamm möglich ist, so dass der gewünschte Trocknungsgrad auch wirklich erreicht wird. The bulk material promotes a disperse distribution of the sludge and thus prevents the occurrence of agglomerations from the outset. According to the invention, the sludge is to be fed in in the lower region of the fluidized bed, the feed points preferably being somewhat higher than the introduction point for the fluidizing gas (inflow floor), since it has been found that this measure achieves a more uniform sludge distribution over the cross-sectional area of the fluidized bed . The conveying of the sludge with simultaneous drying through the swirling loosening / heat transfer bulk material should not take place too quickly, so that a thorough heat transfer between the fluidizing gas and the sludge or the bulk material and the sludge is possible, so that the desired degree of drying is actually achieved is achieved.
Die Abführung des getrockneten Schlammes zusammen mit dem Wirbelgas von oberhalb der Wirbelschicht kann auf verschiedenste Weise erfolgen, wobei es bevorzugt wird, dass das abströmende Wirbelgas die getrockneten Schlammpartikel mitreisst. Dieser Gas/Feststoff-Massenstrom wird in einem nachgeschalteten Feststoffabscheider in Gas und Feststoff getrennt; hierfür dient in der Regel ein an sich bekannter Zyklon. The removal of the dried sludge together with the fluidizing gas from above the fluidized bed can take place in a wide variety of ways, it being preferred that the flowing fluidizing gas entrains the dried sludge particles. This gas / solid mass flow is separated into gas and solid in a downstream solid separator; a cyclone known per se is usually used for this.
Die Trockensubstanz wird nachfolgend z.B. über eine Zellradschleuse, vorzugsweise einen Zwischenbunker, aufgegeben, von dem auf sie z. B. mit Hilfe eines Ejektors oder ebenfalls mittels einer Zellradschleuse einem an sich bekannten Feststoffbrenner zugeführt wird; für letzteren eignen sich im Prinzip alle auf dem Markt erhältlichen Feststoffbrenner. Hierin werden die getrockneten Schlammpartikel, z. B. unter Zufuhr von Luft, die auch vorgewärmt sein kann, bei Temperaturen von in der Regel zwischen 1.200 und 1.800 °C verbrannt. Die Rückstandsasche wird zusammen mit dem heissen Verbrennungsabgas aus dem Brenner ausgetragen und in einem nachgeschalteten Abscheider ausgeschleust. Dadurch gelangt ein im wesentlichen aschefreies, heisses Verbrennungsabgas zum Anströmboden der Wirbelschicht, welcher durch dieses Gas die für die Schlammtrocknung notwendige Wärme zugeführt wird. The dry substance is subsequently e.g. abandoned via a rotary valve, preferably an intermediate bunker, from which z. B. with the aid of an ejector or also by means of a rotary valve, a solid burner known per se; In principle, all solid fuel burners available on the market are suitable for the latter. The dried sludge particles, e.g. B. with the supply of air, which can also be preheated, burned at temperatures of usually between 1200 and 1800 ° C. The residue ash is discharged together with the hot combustion exhaust gas from the burner and discharged in a downstream separator. As a result, an essentially ash-free, hot combustion exhaust gas reaches the inflow floor of the fluidized bed, which is supplied with the heat necessary for drying the sludge.
Ein typischer Wert für die Restfeuchte liegt bei < 3 Gew.-%. Bei unterschiedlichen Wassergehalten des Schlammes wird die Einhaltung eines solchen Wertes vorzugsweise durch Variation der Wirbelgastemperatur unterhalb des Anströmbodens erreicht. Die Höhe einer solchen Wirbelschicht richtet sich, unabhängig von der Grösse der Anströmfläche, nach der maximalen gewünschten Restfeuchte, die der getrocknete Schlamm noch haben darf. Dabei kommen als Wirbelschichthöhen bei der Verwendung von Sand als Schüttgut z.B. 500-800 mm in Frage. A typical value for the residual moisture is <3% by weight. If the water content of the sludge is different, compliance with such a value is preferably achieved by varying the fluidizing gas temperature below the inflow floor. The height of such a fluidized bed, regardless of the size of the inflow surface, depends on the maximum desired residual moisture that the dried sludge may still have. The fluidized bed heights when using sand as bulk material are e.g. 500-800 mm in question.
Die Aufgabe des Schlammes erfolgt durch ein geeignetes Förderorgan, vorzugsweise aus einem Vorratsbunker heraus. The sludge is fed in by a suitable conveyor, preferably from a storage bunker.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung wird das in dem der Wirbelschicht nachgeschalteten Feststoffabscheider anfallende Wirbelgas zumindest teilweise den heissen Verbrennungsabgasen zugemischt. Dadurch ist es möglich, der Wirbelschicht die genau benötigte Gäsmenge zuzuführen und die Gastemperatur auf dem für die Trocknung besten Niveau einzustellen. Dabei sollen diese Temperaturen nicht According to a development of the invention, the fluidizing gas obtained in the solid separator downstream of the fluidized bed is at least partially mixed with the hot combustion exhaust gases. This makes it possible to feed the required amount of gas to the fluidized bed and to set the gas temperature to the best level for drying. These temperatures should not
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zu hoch liegen, um die Wärmeverluste des die Wirbelschicht verlassenden Wirbelgases in Grenzen zu halten; Temperaturen für das in die Wirbelschicht eintretende Wirbelgas von 500-800 'C haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. are too high to limit the heat losses of the fluidizing gas leaving the fluidized bed; Temperatures for the fluidizing gas entering the fluidized bed of 500-800 ° C have proven to be particularly advantageous.
Das zuzumischende Gas kann alternativ oder kumulativ an verschiedenen Stellen den heissen Verbrennungsabgasen zugemischt werden; so z.B. im Bereich des Feststoffbrenners, um dort eine ggf. notwendige Abgaskühlung zur Materialschonung zu erreichen. Es ist aber auch sinnvoll, eine Zumischung vor dem Ascheabscheider vorzunehmen, sofern dieser eine maximal zulässige Betriebstemperatur hat, wobei die Auslegung dann natürlich den erhöhten Gasstrom berücksichtigen muss. Und schliesslich kann auch eine direkte Zumischung im Bereich des Wirbelschichtofens erfolgen, vorzugsweise in einer bezüglich der Temperatur homogenisierend wirkenden Mischkammer. The gas to be admixed can alternatively or cumulatively be admixed to the hot combustion exhaust gases at various points; so e.g. in the area of the solid fuel burner in order to achieve any necessary exhaust gas cooling to protect the material. However, it is also advisable to mix in before the ash separator, provided that it has a maximum permissible operating temperature, the design then of course having to take the increased gas flow into account. And finally, direct admixing can also take place in the region of the fluidized bed furnace, preferably in a mixing chamber which has a homogenizing effect with respect to the temperature.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann das in dem der Wirbelschicht nachgeschalteten Feststoffabscheider anfallende Wirbelgas zumindest teilweise in einer Kondensationsstufe vom Wasserdampf befreit werden. Hierdurch wird vermieden, dass überschüssiges, also nicht im Kreislauf geführtes Wirbelgas allzuviel Dampf an die Atmosphäre abgibt; ausserdem bzw. alternativ wird die Aufnahmefähigkeit des im Kreislauf geführten Wirbelgases für die Feuchtigkeit des Schlammes dadurch verbessert. According to a development of the invention, the fluidizing gas produced in the solid separator downstream of the fluidized bed can be at least partially freed of water vapor in a condensation stage. This prevents excess, that is to say not circulated, fluidizing gas from emitting too much steam into the atmosphere; in addition or alternatively, the absorption capacity of the circulating fluidizing gas for the moisture of the sludge is thereby improved.
Wegen eines solchen Kondensationsvorganges empfiehlt sich natürlich ebenfalls eine nicht allzu hohe Wirbelgastemperatur beim Austritt aus der Wirbelschicht, da sonst unnötig intensiv gekühlt werden müsste. Because of such a condensation process, it is of course also recommended that the fluidizing gas temperature is not too high when it emerges from the fluidized bed, since otherwise intensive cooling would be unnecessarily necessary.
Besonders empfiehlt sich, wenn erfindungsgemäss die dem Feststoffbrenner zugeführte Verbrennungsluft, vorzugsweise unter Kühlung der Kondensationsstufe vorgeheizt wird. Hierdurch werden Energieverluste minimiert. Vor allem bei Schlämmen mit geringem Heizwert hat sich die Vorheizung als besonders wichtig erwiesen. It is particularly advisable if, according to the invention, the combustion air supplied to the solid fuel burner is preheated, preferably with cooling of the condensation stage. This minimizes energy losses. Preheating has proven to be particularly important for sludges with a low calorific value.
Zum Anfahren oder Warmhalten der Schlammtrock-nungs- und Verbrennungsanlage empfiehlt es sich, dass erfindungsgemäss der Feststoffbrenner mit einem gesondert zugeführten Brennstoff betrieben wird. Dabei kann es sich auch um Gas oder Öl oder um getrockneten Schlamm aus einem Vorratsbehälter handeln. Eine solche Fremdenergie ist jedoch nur zu den genannten Zwecken vonnöten und erübrigt sich im normalen Trocknungs/Verbrennungs-Prozess, wobei natürlich nicht auszuschliessen ist, dass bei kurzzeitigem Bedarf grösserer Wärmemengen z.B. aufgrund einer zwischenzeitlich unzureichenden Vorentwässerung des Schlammes durch zusätzliche Verbrennung eines dem Feststoffbrenner zugeführten Fremdbrennstoffes die nötige Wärmemenge ergänzt wird. To start up or keep the sludge drying and incineration plant warm, it is recommended that, according to the invention, the solid fuel burner is operated with a separately supplied fuel. This can also be gas or oil or dried sludge from a storage container. However, such external energy is only required for the purposes mentioned and is not necessary in the normal drying / combustion process, although it cannot be ruled out, of course, that if larger amounts of heat are required for a short time, e.g. due to an inadequate preliminary dewatering of the sludge by additional combustion of an external fuel supplied to the solid fuel burner, the necessary amount of heat is supplemented.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn erfindungsgemäss für die Abgabe an die Atmosphäre unerwünschte Bestandteile des nicht im Kreislauf geführten Wirbelgases nachverbrannt oder in Biobecken wie den Belüftungsbecken von Kläranlagen rückgeführt werden. Dadurch entfällt eine zusätzliche Nachbehandlung und es wird eine Abgabe solcher Gase an die Atmosphäre vermieden bzw. dem getrockneten Abschlamm entzogene brennbare Wertstoffe weiterverwendet. Im Abgas vorhandene Schadstoffe werden im Belüftungsbecken biologisch abgebaut. It has proven to be particularly advantageous if, according to the invention, components which are undesirable for the eddy gas which is not recirculated are released for the release into the atmosphere or are recycled into bio-tanks such as the aeration tanks of sewage treatment plants. This eliminates the need for additional aftertreatment and avoids releasing such gases into the atmosphere or continues to use combustible materials extracted from the dried sludge. Pollutants present in the exhaust gas are biodegraded in the aeration tank.
Sofern Abschlämme einen relativ niedrigen Heizwert aufweisen, empfiehlt es sich, erfindungsgemäss eine entsprechend verstärkte mechanische Vorentwässerung des Ab-schlammes vorzunehmen; dies geschieht z.B. auf einer vorzugsweise kontinuierlich arbeitenden Siebbandpresse. Dabei bedeutet «relativ niedriger Heizwert» z.B. bis 5000 kJ pro kg aschehaltiger Trockensubstanz, wobei dann der Schlamm auf einen Trockensubstanzgehalt von 30 bis 35% vorentwässert sein sollte. If sludge has a relatively low calorific value, it is advisable, according to the invention, to carry out a correspondingly increased mechanical preliminary dewatering of the sludge; this happens e.g. on a preferably continuously operating belt press. "Relatively low calorific value" means e.g. up to 5000 kJ per kg ash-containing dry matter, in which case the sludge should be dewatered to a dry matter content of 30 to 35%.
Die gestellte Aufgabe wird, in bezug auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, durch die Merkmale von Patentanspruch 8 gelöst. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Länge-zu-Breite-Verhältnis des Wirbelschichtofens grösser/gleich 4 ist. Dadurch wird eine besonders gute Ausnutzung der Anströmfläche bezüglich der Wärmeenergie und in bezug auf die Schlammverteilung erreicht; dabei war überraschend, dass durch Anwendung mehrerer verschiedener Aufgabestellen keine negative gegenseitige Beeinflussung festgestellt wurde. The stated object is achieved in relation to a device for performing the method by the features of patent claim 8. It has proven to be particularly advantageous if the length-to-width ratio of the fluidized bed furnace is greater than / equal to 4. A particularly good utilization of the inflow surface with regard to the thermal energy and in relation to the sludge distribution is thereby achieved; It was surprising that no negative mutual influence was found by using several different posting points.
Als besonders vorteilhaft haben sich, gemäss einer Weiterbildung der Erfindung, seitlich in den Wirbelschichtofen eingeführte Schlamm-Aufgabelanzen erwiesen. Diese sind vorzugsweise derart beschaffen, dass sie punktuelle Schlammaufgabe vermeiden, was z. B. durch ein Rohr verwirklicht werden kann, welches in Strömungsrichtung des Wirbelgases durch eine starke Abschrägung eine vergrösser-te Austrittsfläche an seinem Ende aufweist. Dadurch wird die Eintrittsgeschwindigkeit des Schlammes in den Wirbelschichtofen vermindert und eine Flächenverteilung erreicht. Insbesondere werden auswechselbare Lanzen bevorzugt. According to a further development of the invention, sludge feed lances introduced laterally into the fluidized bed furnace have proven to be particularly advantageous. These are preferably such that they avoid selective sludge application, which z. B. can be realized by a tube which has a larger-tapered exit surface at its end in the flow direction of the fluidizing gas by a strong bevel. As a result, the rate of entry of the sludge into the fluidized bed furnace is reduced and an area distribution is achieved. Interchangeable lances are particularly preferred.
Die Höhe der Schlamm-Aufgabestellen über dem Anströmboden beträgt, gemäss einer Weiterbildung der Erfindung, etwa von V20 bis Vs der Wirbelschichthöhe. In dem bereits oben beschriebenen Fall würde eine Höhe von 100 mm besonders günstig sein. Höherliegende Aufgabestellen vermindern die Verweilzeit und den Trocknungsgrad des Schlammes im Wirbelschichtofen, während geringere Höhen die Gefahr von Verbackungen und Verkrustungen des Anströmbodens entstehen lassen können; im letzteren Fall würde die dispergierende Wirkung des Auflockerungs/Wärme-träger-Schüttgutes vermindert sein. According to a development of the invention, the height of the sludge feed points above the inflow floor is approximately from V20 to Vs of the fluidized bed height. In the case already described above, a height of 100 mm would be particularly favorable. Higher feed points reduce the dwell time and the degree of drying of the sludge in the fluidized bed furnace, while lower heights can lead to the risk of caking and incrustation of the inflow floor; in the latter case the dispersing effect of the loosening / heat transfer bulk material would be reduced.
Es hat sich herausgestellt, dass, im Gegensatz zu dem nach dem Stand der Technik üblichen, sich erfindungsgemäss ein als Rost ausgebildeter Anströmboden besonders empfiehlt. Die bisher verwendeten Systeme einer Gasumlen-kung, z.B. durch Glocken oberhalb der Gasaustrittsstellen, sind insoweit nämlich von Nachteil, als sie den Durchtritt von im Wirbelgas noch vorhandenen Feststoffteilchen behindern; dies wird durch einen Rost, vorzugsweise einen Roststabboden, vermieden. Dadurch braucht die Abschei-dung aus den heissen Verbrennungsabgasen nicht hundertprozentig zu sein, wenngleich es unerwünscht ist, zu hohe Aschebestandteile im Kreislauf durch die Anlage zu führen. Andererseits wurde aber überraschenderweise kein Durchfall von Wirbelgut durch den Anströmboden - vor allem wenn es sich um einen Roststabboden handelte - beobachtet. It has been found that, in contrast to what is customary according to the prior art, an inflow base designed as a grate is particularly recommended according to the invention. The systems used for gas deflection, e.g. by bells above the gas outlet points are disadvantageous insofar as they prevent the passage of solid particles still present in the fluidizing gas; this is avoided by a grate, preferably a grate bar floor. As a result, the separation from the hot combustion gases does not have to be one hundred percent, although it is undesirable to circulate excessive ash components through the system. On the other hand, surprisingly, no diarrhea of the fluidized material through the inflow floor - especially if it was a grate bar floor - was observed.
Schliesslich hat es sich als energie- und apparatemässig besonders günstig erwiesen, wenn erfindungsgemäss eine Gasmischkammer unterhalb des Anströmbodens im Wirbelschichtofen vorhanden ist, was nämlich zu einer temperatur-mässigen Homogenisierung des Wirbelgases führt rad ein zusätzliches Apparateteil, nämlich eine gesondert dem Wirbelschichtofen vorgeschaltete Gasmischkammer, vermeidet. Finally, it has proven to be particularly favorable in terms of energy and apparatus if, according to the invention, a gas mixing chamber is present below the inflow floor in the fluidized bed furnace, which leads to temperature-related homogenization of the fluidized gas, which avoids an additional apparatus part, namely a gas mixing chamber separately upstream of the fluidized bed furnace .
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rück-beziehung. Further objectives, features, advantages and possible uses of the present invention result from the following description of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. All of the described and / or illustrated features, alone or in any meaningful combination, form the subject matter of the present invention, regardless of their summary in the claims or their relationship.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens; Figure 1 is a schematic representation of a system for performing the inventive method.
Fig. 2 eine erfindungsgemässe Schlamm-Aufgabelanze, zum Teil im Schnitt. Fig. 2 shows a sludge feed lance according to the invention, partly in section.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Wirbelschichtofen, in dem von einem Vorratsbunker 2 aus über ein Förderorgan 3 und eine oder mehrere Schlamm-Aufgabestellen 4 der zu behandelnde Schlamm zugeführt wird. Bei dem Förderorgan 3 kann es sich um eine Dosiervorrichtung, wie z.B. eine Schrägscheibenpumpe, handeln. Der Wirbelschichtofen hat z.B. einen rechteckigen Querschnitt mit einem Länge-zu-Breite-Verhältnis von vorzugsweise 4:1 oder grösser. In FIG. 1, 1 denotes a fluidized bed furnace, in which the sludge to be treated is fed from a storage bunker 2 via a conveying element 3 and one or more sludge feed points 4. The conveying element 3 can be a metering device, e.g. a swash plate pump. The fluidized bed furnace has e.g. a rectangular cross-section with a length-to-width ratio of preferably 4: 1 or larger.
Oberhalb eines Anströmbodens 5 wirbelt eine Auflocke-rungs/Wärmeträger-Schüttgutschicht, die vorzugsweise aus Quarzsand gleichmässiger Körnung von z.B. 1-2 mm besteht und eine Höhe von 500-800/ mm aufweist. Above an inflow floor 5, a loosening / heat transfer bulk layer swirls, which is preferably made of quartz sand with a uniform grain size of e.g. 1-2 mm and has a height of 500-800 / mm.
Heisses Wirbelgas strömt durch den Anströmboden 5 in die Wirbelschicht und weist vorzugsweise einen sehr geringen, möglichst aber gar keinen Sauerstoffanteil auf. Übliche Wirbelgasgeschwindigkeiten liegen dabei zwischen 1 und 2 m/s, während die Temperaturen in der Regel zwischen 500 und 800 °C betragen. Hot fluidizing gas flows through the inflow base 5 into the fluidized bed and preferably has a very low, but possibly no, oxygen content. Usual fluidizing gas speeds are between 1 and 2 m / s, while the temperatures are usually between 500 and 800 ° C.
Der zu trocknende Schlamm, der bereits vor seiner Aufgabe in den Wirbelschichtofen, z. B. in dem Förderorgan homogenisiert und ggf. zerkleinert wurde, weist nach Trocknung und nachfolgender Gasabscheidung z.B. in einem Zyklon 6 einen mittleren Partikeldurchmesser von ca. 500 (xm und eine Dichte von ca. 2000 kg/m3 auf. The sludge to be dried, which is already in the fluidized bed furnace, z. B. has been homogenized in the conveyor and possibly crushed, after drying and subsequent gas separation e.g. in a cyclone 6 an average particle diameter of approx. 500 (xm and a density of approx. 2000 kg / m3.
Über Leitung 7 wird der getrocknete Schlamm ggf. unter Zwischenschaltung eines nicht dargestellten Vorratsbunkers mit vorgeschalteter Zellradschleuse in geeigneter, an sich bekannter Weise einem Feststoffbrenner 8 aufgegeben. Letzterer wird vorzugsweise über Leitung 9 mit vorerhitzter Luft versorgt, welche z.B. nach Passieren eines Vorfilters 10 und Gebläses 11 einen Wärmetauscher 12 gekühlt hat. Via line 7, the dried sludge is fed into a solid fuel burner 8 in a suitable manner known per se, with the interposition of a storage bunker, not shown, with an upstream rotary valve in a suitable manner. The latter is preferably supplied with preheated air via line 9, which e.g. after passing a pre-filter 10 and blower 11 has cooled a heat exchanger 12.
Der Feststoffbrenner 8 kann mit einer zusätzlichen Zufuhrleitung 13 für einen weiteren Brennstoff, z.B. Gas oder Öl, versehen sein, um ein Anfahren oder Warmhalten der gesamten Anlage damit zu ermöglichen. The solid fuel burner 8 can be equipped with an additional feed line 13 for another fuel, e.g. Gas or oil, be provided to allow starting or keeping the entire system warm.
Die heissen Verbrennungsabgase verlassen zusammen mit den zurückgebliebenen Aschebestandteilen des verbrannten Schlammes den Feststoffbrenner 8 über Leitung 14 und gelangen in einen Gasabscheider 15. Dort wird die Asche über Leitung 16 weitgehend ausgetragen, während die heissen Verbrennungsabgase über Leitung 17 in den Wirbelschichtofen 1 unterhalb des Anströmbodens 5 und von dort in die Wirbelschicht gelangen. The hot combustion exhaust gases, together with the ash components of the burned sludge, leave the solid fuel burner 8 via line 14 and reach a gas separator 15. There, the ash is largely discharged via line 16, while the hot combustion exhaust gases via line 17 into the fluidized bed furnace 1 below the inflow floor 5 and get into the fluidized bed from there.
Die im Zyklon 6 vom Feststoff befreiten Wirbelgase werden über Leitung 18, die mit einer Regelklappe 19 versehen sein kann, dem Wärmetauscher 12 zugeführt, in welchem eine weitgehende Kondensation des im Wirbelgas enthaltenen Wasserdampfes erfolgt, bevor über Gebläse 20 eine Rückführung der so behandelten Wirbelgase über Leitungen 21,22 unter Zwischenschaltung einer Regelklappe 23 erfolgt und alternativ oder kumulativ über Leitungen 21, 24 unter Zwischenschaltung einer Regelklappe 25 in Leitung 14. Darüber hinaus ist natürlich auch eine Einführung dieser Gase in den Feststoffbrenner 8 (nicht dargestellt) denkbar. The vortex gases freed from solid matter in the cyclone 6 are fed via line 18, which can be provided with a control flap 19, to the heat exchanger 12, in which extensive condensation of the water vapor contained in the vortex gas takes place, before the blowers 20 treat the vortex gases treated in this way Lines 21, 22 take place with the interposition of a control flap 23 and, alternatively or cumulatively, via lines 21, 24 with the interposition of a control flap 25 in line 14. In addition, it is of course also conceivable to introduce these gases into the solid fuel burner 8 (not shown).
In einer innerhalb des Wirbelschichtofens 1 unterhalb des Anströmbodens 5 angeordneten Gasmischkammer 26 können die verschiedenen Gasströme homogenisiert werden. The various gas streams can be homogenized in a gas mixing chamber 26 arranged inside the fluidized bed furnace 1 below the inflow base 5.
Nicht im Kreislauf geführtes Wirbelgas, welches mengen-mässig in etwa der dem Verbrennungsprozess zugeführten Luft - vermehrt um den durch die Trocknung freigesetzten Wasseranteil des Schlammes - entspricht, wird über Leitung 27 und Regelklappe 28 aus dem Prozess ausgeschleust und z. B. einer Nachverbrennung zugeführt oder z. B. in Biobek-ken einer Kläranlage zurückgeleitet Eddy gas which is not recirculated and which corresponds approximately to the volume of the air supplied to the combustion process - increased by the water content of the sludge released by the drying process - is discharged from the process via line 27 and control flap 28. B. supplied to an afterburning or z. B. returned to a sewage plant in Biobek-ken
Die Energiebilanz der gesamten Vorrichtung ist in der Regel positiv, da die im Schlamm in der Regel gebundene chemische Wärme durch diesen Prozess besonders gut genutzt wird. Bei Schlämmen mit besonders hohem Heizwert kann der getrocknete Schlamm zu einem entsprechenden Teil auf andere Weise als durch Verbrennung sinnvoll verwertet werden oder die überschüssige Wärmeenergie in eine andere Energieform in an sich bekannter Weise umgewandelt werden, oder aber die Vorentwässerung des Schlammes wird weniger weitgehend vorgenommen, was auch in diesem Bereich zu einem Nutzen führen kann. - Bei Schlämmen mit relativ geringem Heizwert wird, wie bereits erwähnt, die vorzugsweise mechanische Vorentwässerung so weit getrieben, dass die für die Schlammtrocknung notwendige Wärmemenge allein aus der Schlammverbrennung bereitgestellt werden kann. The energy balance of the entire device is generally positive, since the chemical heat generally bound in the sludge is used particularly well by this process. In the case of sludges with a particularly high calorific value, the dried sludge can be recycled to a certain extent in a manner other than sensible by combustion, or the excess thermal energy can be converted into another form of energy in a manner known per se, or the sludge is pre-dewatered to a lesser extent, which can also be useful in this area. - For sludges with a relatively low calorific value, the mechanical pre-dewatering, as already mentioned, is driven so far that the amount of heat required for the sludge drying can be provided solely from the sludge combustion.
In Fig. 2 werden durch 29 und 30 die Seitenwände eines Wirbelschichtofens 1 im Ausschnitt dargestellt, wobei eine Schlammaufgabelanze 31 in Richtung des Pfeiles 32 vom zu trocknenden Schlamm durchströmt wird und durch eine schräg nach oben gerichtete längliche Mündungsöffnung 33 diesen in die Wirbelschicht 34 entlässt, welche in Richtung des Pfeiles 35 von Wirbelgas durchströmt wird. Solche Schlammaufgabelanzen sind vorzugsweise gestaffelt quer zur Bildebene angeordnet, wobei die in Fig. 2 dargestellte Ansichtsseite die Schmalseite des Wirbelschichtofens 1 darstellt. 2, the side walls of a fluidized bed furnace 1 are shown in detail by 29 and 30, a sludge feed lance 31 in the direction of the arrow 32 being flowed through by the sludge to be dried and discharged into the fluidized bed 34 through an obliquely upward elongated mouth opening 33, which flows through fluidizing gas in the direction of arrow 35. Such sludge feed lances are preferably arranged staggered transversely to the image plane, the view side shown in FIG. 2 representing the narrow side of the fluidized bed furnace 1.
Ausführungsbeispiel Embodiment
Es stand eine, im Prinzip der Fig. 1 entsprechende, Versuchsanlage zur Verfügung. Es wurde ein Wirbelschichtofen (WSO) verwendet mit einer rechteckigen Anströmfläche (Anströmboden) mit einer Länge von 0,75 m und einer Breite von 0,2 m in Form eines gasdurchlässigen Rostes mit über die Fläche verteilten, einfachen Durchbrechungen. Vier Schlammaufgabestellen waren über die Längsseite gleich-massig in einer Höhe von 100 mm über den Anströmboden verteilt; es handelte sich dabei um Aufgabelanzen gemäss Fig. 2 mit einem um 30° gegenüber der Horizontalen nach oben geneigten Mündungsöffnung etwa in der Mitte über dem Anströmboden. A test facility corresponding to the principle of FIG. 1 was available. A fluidized bed furnace (WSO) was used with a rectangular inflow surface (inflow floor) with a length of 0.75 m and a width of 0.2 m in the form of a gas-permeable grate with simple openings distributed over the surface. Four sludge feed points were evenly distributed over the long side at a height of 100 mm above the inflow floor; 2 with a mouth opening inclined upwards by 30 ° with respect to the horizontal, approximately in the middle above the inflow floor.
Der WSO war mit Quarzsand einer Körnung von 1-2 mm mit einer Schichthöhe von 0,6 m im Ruhezustand gefüllt. The WSO was filled with quartz sand with a grain size of 1-2 mm with a layer height of 0.6 m at rest.
Wirbelgas trat mit einer Temperatur von 590 °C durch den Anströmboden und hatte eine auf den freien Querschnitt des WSO bezogene Geschwindigkeit von 1,2 m/s - bezogen auf eine Temperatur von 250 °C und Atmosphärendruck -. Das Wirbelgas setzte sich zu 25% aus durch die Verbrennung von getrocknetem Schlamm erhaltenen Verbrennungsgasen mit einer Temperatur von ca. 1700 °C und im übrigen aus dem hinter dem der Wirbelschicht nachgeschalteten Feststoffabscheider anfallenden Wirbelgas mit einer Temperatur von ca. 180 "C zusammen. Eddy gas passed through the inflow floor at a temperature of 590 ° C and had a speed of 1.2 m / s based on the free cross-section of the WSO - based on a temperature of 250 ° C and atmospheric pressure. The fluidizing gas consisted of 25% of the combustion gases obtained by the combustion of dried sludge at a temperature of approx. 1700 ° C and the rest of the fluidizing gas at the temperature behind the fluid separator downstream of the fluidized bed at a temperature of approx. 180 "C.
Während des Schlammtrocknungsbetriebes im WSO stellte sich eine Höhe der Quarzsand-Wirbelschicht von zwischen 0,7 und 0,8 m ein und das den WSO zusammen mit dem getrockneten Schlamm verlassende Wirbelgas hatte eine Temperatur von etwa 250 °C. During the sludge drying operation in the WSO, the height of the quartz sand fluidized bed was between 0.7 and 0.8 m and the fluidizing gas leaving the WSO together with the dried sludge had a temperature of approximately 250 ° C.
Der zu behandelnde Schlamm war ein Faulschlamm aus einer kommunalen Kläranlage, der auf 29% Trockensubstanzgehalt mechanisch vorentwässert war und einen Heizwert von 10.130 kJ/kg Trockensubstanz bei einem Aschegehalt der Trockensubstanz von 48,7% aufwies. - Über die Versuchszeit von 5,3 h wurden im Mittel 1181 Schlamm pro h dem WSO aufgegeben. The sludge to be treated was a digested sludge from a municipal wastewater treatment plant, which was mechanically dewatered to 29% dry matter content and had a calorific value of 10,130 kJ / kg dry matter with an ash content of 48.7% dry matter. - Over the test period of 5.3 hours, an average of 1181 sludges per hour were fed into the WSO.
Die Abscheidung der Trockensubstanz aus dem den WSO verlassenden Wirbelgas erfolgte in einem Aero-Zyklon mit tangentialem Gaseintritt. Der Abscheidegrad betrug ca. 83%, bezogen auf die den WSO verlassende Trockensubstanz. Die Restfeuchte der Trockensubstanz betrug etwa 1,8%. The dry matter was separated from the fluidizing gas leaving the WSO in an aero cyclone with tangential gas entry. The degree of separation was approx. 83%, based on the dry matter leaving the WSO. The residual moisture in the dry matter was about 1.8%.
Die Verbrennung der Trockensubstanz erfolgte in einem The dry matter was burned in one
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einfachen Feststoffbrenner mit einem inneren Durchmesser von etwa 300 mm, einem tangentialen Trockensubstanzein-lass für pneumatische Feststoffaufgabe und einem stirnseitigen Luftanschluss mit vorgeschaltetem Gebläse. Im Austrittsbereich der Verbrennungsgase aus der Brennkammer wurde der erwähnte, rückgeführte Gasstrom zugemischt. In einem nachgeschalteten Zyklon gleicher Bauart wie der vorgenannte wurden die Verbrennungsrückstände zu etwa 80% abgeschieden. Letztere bestanden zu 80% aus Asche - die Verbrennung der Trockensubstanz war also nicht vollständig. Das den letztgenannten Zyklon verlassende Gasgemisch wurde dem WSO zusammen mit den nicht abgeschiedenen Feststoffteilchen als Wirbelgas zugeführt. simple solid fuel burner with an inner diameter of approx. 300 mm, a tangential dry substance inlet for pneumatic solid feed and an air connection at the front with an upstream fan. In the exit region of the combustion gases from the combustion chamber, the recirculated gas stream mentioned was mixed in. Around 80% of the combustion residues were separated in a downstream cyclone of the same type as the aforementioned. The latter consisted of 80% ash - the combustion of the dry matter was therefore not complete. The gas mixture leaving the latter cyclone was fed to the WSO together with the non-separated solid particles as fluidizing gas.
Das in dem der Wirbelschicht nachgeschalteten Feststoffabscheider anfallende Wirbelgas wurde ungekühlt zu etwa 60% zum Feststoffbrenner zur Herstellung des Mischgases zurückgeführt. Der Rest diente in einem Wärmetauscher zur Vorwärmung der Verbrennungsluft, die etwa 70 Nm3/h und eine Temperatur von 115 C erreichte, wobei sich das Restgas auch auch 130 C abkühlte. Letzteres wurde nachfolgend einer allgemein bekannten thermischen Nachverbrennung zugeführt. About 60% of the fluidizing gas produced in the solid separator downstream of the fluidized bed was returned uncooled to the solid fuel burner for producing the mixed gas. The rest served in a heat exchanger to preheat the combustion air, which reached about 70 Nm3 / h and a temperature of 115 C, whereby the residual gas also cooled down to 130 C. The latter was subsequently fed to a generally known thermal afterburning.
Bei diesem Prozess wurde also keine thermische Fremdenergie benötigt. Vielmehr fiel sogar in dem dem Feststoffbrenner nachgeschalteten Zyklon ein Rückstand mit einem Rest an Heizwert an und auch das nachzuverbrennende Restwirbelgas hatte noch einen gewissen, hier aber nicht ermittelten Heizwert, obwohl nur 83% der in dem dem Feststoffbrenner vorgeschalteten Zyklon anfallenden Trockensubstanz im Feststoffbrenner verbrannt wurden, während die übrigen 17% Trockensubstanz einer anderweitigen Verwendung zugeführt werden konnten. No external thermal energy was required in this process. Rather, there was even a residue with a residual calorific value in the cyclone downstream of the solid fuel burner, and the residual fluidizing gas to be burned still had a certain, but not determined, calorific value, although only 83% of the dry substance accumulating in the cyclone upstream of the solid fuel burner was burned in the solid fuel burner , while the remaining 17% dry matter could be used for other purposes.
Die Gesamtanlage wurde durch Verbrennung von Erdgas angefahren und so lange damit betrieben, bis genügend Trockensubstanz für die Einspeisung und Verbrennung angefallen war. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Erdgaszufuhr abgeschaltet und der Brenner auf Feststoffverbrennung umgestellt. The entire plant was started up by burning natural gas and operated with it until sufficient dry matter for the feed-in and combustion was obtained. At this point the natural gas supply was switched off and the burner switched to solid fuel combustion.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |