DD155920A1 - Verfahren zur prozess- u. heizwaermegewinnung aus abwasserbehandlungsprozessen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prozess- u. Heizwaermegewinnung aus Abwasserbehandlungsprozessen, durch welches aus den anfallenden Ausgangsprodukten, unter Integration bekannter Abwasserbehandlungs- und Heizwaermegewinnungsverfahren der Prozessbedarf an Energie gedeckt und darueber hinaus hochwertige Waermeenergie an Zweitabnehmer zur Verfuegung gestellt wird. Mittels dieses Verfahrens koennen Primaerenergietraeger abgeloest werden, ohne dass kostenaufwendige neue technische Quellen fuer die Energiegewinnung erschlossen werden muessen. Die Erfindung eignet sich fuer alle Abwasserbehandlungsverfahren, bei denen Schlammfaulprozesse Anwendung finden.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Prozeß- und Heizwärmegewinnung aus Abwasserbehandlungsprozessen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prozeß- und Hsizwarmegewinnung aus Abwasserbehandlungsprozessen, bei dem die durch üchlansifaulprozesse erzeugten Abprodukte verfahrenstechnisch so behandelt werden, daß die erzeugte Wärmemenge optimal für rriederteraperaturige Prozeßwänae-. zwecke, als auch für höhertemperaturige Heizv/ärmezwecke (z. B. zum Beheizen von Säumen, zur Warm/asceraufbereitung u. ä.) verwendet werden kann.

Charakteristik der, bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Snergiegewinnungsprozesse bei der Behandlung von Abwasser in verschiedenen Varianten, die allerdings energetisch ungenügend optimiert sind, da sie verfahrenstechnische i.iängel aufweisen bzw. anderen Sekundärzielstellungen dienen.

Im herkömmlichen Paulreaktorprozeß, der energetisch als Niedertemperaturprozeß aufzufassen ist, wird ein großer Anteil des entstehenden Paulgases in einem Kessel: verbrannt.

Die anfallende Wärmemenge wird zur Aufrechterhaltung des Paulprozesses verwendet. In derartigen Gaskesselanlagen, die mit einem Wirkungsgrad "von 0,85 arbeiten wird Heißwasser erzeugt, welches ein Temperaturniveau aufweist, daß erheblich über der notwendigen Prozeßtemperatur von ca. 30 - 35 ⁰C liegt.

Daraus ergeben sich zwei wesentliche Nachteile. Der erste iiaenteil besteht darin, daß hochwertige Primärenergie zur Keißv/asserbereitung für eine niedortoraperaturige Prozeßführung eingesetzt wird.

Der zweite Nachteil ergibt sich beim Einsatz von entsprechenden Wärmeübertragern dadurch, daß durch die hohe Übertemperatur der Wandungen die Heizflächen schnell vertrusten.

Die DS-OS 2853035 beschreibt eine weitere bekannte Lösung bei der das entstehende Paulgas aus Abwasserbehandlungsprozessen für eine gasgetriebene Arbeit^kraftmaschine genutzt wird, welche wiederum eine Kompressionswärmepumpe betreibt. Die V.ärmepumpe gewinnt aus dem" Abwasser der,Anlage die Wärmemenge, die benötigt wird um den Schlamm im Paulreaktor auf die optimalen 35 ⁰C su erwärmen.

Mittels dieser Lösung sind günstigere energetische iSffekte zu erreichen, als bei der bereits beschriebenen direkten Erzeugung von Proseßwärme, jedoch koiiimt es durch die begrenzten Heisezeiten von Gasmotoren und Verdichtern zu hohen ReparaturaufwßBdungen und Stillständen infolge von Verschleißerscheinungen.·

- 3 -Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, den Prozeß der Abwasserbehandlung verfahrenstechnisch so zu -verändern, daß eine Gptimierurg der T/ärmebilanz erreicht wird, wobei bessere Verwertungsbe-

dingungen für die anfallenden Zwischenprodukte entstehen und somit die Ökonomie des Verfahrensprobesses selbst günstiger wird, als auch hochwertige' Energieträger für die Heisv/ärmebereitstellung abgelöst werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prozeß- und Heizv/ärmegev/innung aus Abwasserbehandlungsprosecsen au entwickeln, daß gegenüber den bekannten technischen lösungen energetisch optimale Ergebnisse liefert und die zusätzlich gewonnene Wärmeenergie Zweitabnahnern zur Verfügung gestellt v/erden kann, ohne daß wesentliche neue technische Kittel Uinsatz finden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Integration der bekannten Verfahrenstechniken zur Abwasserbehandlungmit denen der Heizwärmegewinnung im Carnotschen Linksprozeß erfolgt.

Das Verfahren wird über 5 Mengenströme bei 2 geschlossenen Kreis laufen realisiert, wobei Faulgas, Kältemittel, Wasser, Abwasser und Schlamm Verwendung finden.

Dabei wird mittels des zur Verfügung stehenden Faulgases der Austreiber einer Absorptionswärnepurnponanlaje beheizt, der den fluidoreri Anteil des ArbGitsmVijtolpaares unter Aufnahme der Verdampfungswärme austreibt. Xm Dopblegraotor und Kondensator

gibt das Arbeitsmittel seine Verdampfungswarme an dea Heizkreislauf ab. Das anfallende Rauch-Abgas wird rekuperativ genutzt um den Heiakreislauf das Vorlaufteiaperaturniveau zu verleihen.

Nach der Nutzung des Heißwassers durch den Wärmeverbraucher wird das abgekühlte, für Heiazwecke nicht mehr nutzbare üasser zur Erwärmung des Prischschlammes herangezogen.

Weiter abgekühlt, wird es im Absorber wieder erwärmt. Dies geschieht erfindungsgemäß durch das Arbeitsmittel der Äbsorbtionöwärmepumpe, welches im Absorber gekühlt werden muß.

Nach dem Verlassen des Kondensators wird dem verflüssigtem Arbeitsmittel erfindungsgemäß im Wärmeübertrager des Paulreaktors seine nutzbare Restwärme entzogen, wobei Prozeßwärme für den "Faulprozeß gewonnen wird.

Nach Verlassen des Wärmeübertragers erfolgt im Arbeitsmittelkreislauf eine Druckreduaierung auf Verdampferdruck und die Zuführung zum Verdampfer.

Unter Aufnahme von .Verdampfungswärme aus ddm Abwasser, welches dabei abgekühlt'wird, verdampft-das Arbeitsmittel. Anschließend wird es im V* arme Übertrager, welcher die Abwärme des Abschlamrns nutzt, überhitzt und dem Absorber zugeleitet. Die bei der Absorption entstehende Wärme stellt eine Srwärmungsstufe des Heiakreislaufes dar.

Au sf uhr uiig s

Sin Ausführungsbeispiel ist anhand der beiliegenden Zeichnungnäher erläutert.

Bei der Abwasserbehandlung fallen 3 Mengenströme in Form von Naturprodukten an. Das ist .einmal das V/asser selbst zum an- deren Schlamm und daraus entstehendes Paulgas*

Um dieses au gewinnen wird mittels kontinuierlich fördernder FriGchschlaiiüTipumpeD 1 eier aussufaulende Schlamm in den Faulreaktor 3 eingebracht, wobei durch den Uärmeübertrager 2 durch iiachkühlung des Heiskreisrücklaufes die Temperatur des Prischschlammes auf ca. 33 ⁰C erhöht wird.

Im Paulreaktor 3 wird bei einer Optimaltemperatur von 33 ⁰C der PaulprozeB durchgeführt.

Das im Paulreaktor 3 anfallende Paulgas wird in den Verbrennungsraum dos Austreibers 10 einer Sorptionsmaschine geleitet, in dem der fluidere Anteil eines geeigneten Arbeitsmittels (z. B. bei ГЯЦ/НоО das Ш_о) das Ammoniak durch die V/ärmezufuhr ausgetrieben und üh#er den Dephlegmator 13 zugeführt wird. Dort kondensiert der Ammoniakdampf und gibt seine Verdampfung sv/ärme an den Heißkreislauf 14 ab.

ITach Verlassen des Kondensators 13 wird das flüssige Ammoniak im Paulreaktor 3 durch Y/ärmeübertrager 4 nachgekühlt und gibt seine niedertemperaturige Restwärme ab. Durch die Weiterleitung -des Ammoniaks über eine Hedusiorstation 5 wird der Ammoniaketrom auf Verdampferdruck gedrosselt. Dan Ammoniak wird in einem Verdampfer 6 unter Aufnahme von Verdampfungsv/ärne aus dem Abwasser verdampft, wobei das Abwasser abgekühlt wird. Durch Aufnahme von Restwärme dos Abschlämmes mittels Y/ärme-

Übertragers 7 gelangt der Ammoniakdarapf zur Absorption durch die amnoniakarme Lösung, die nach Austreibung aus HEU in den Austreiber über eine Reduzierstation ebenfalls in den Absorber 8 geleitet wurde.

Die entstehende Absorptionswärne wird dem Heizkreislauf 14 zugeleitet j wobei die nun ainmoniakangereichorte Lösung mittels Pumpe in den Austreiber zurückgeführt wird.

Der dem Austreiber rauchgasseitig nachgeschalteto Wärmeübertrager erhitzt das Abgas des Austreibers den Heißwasserzwoig auf Vorlauftemperatur.

Im Rücklauf gelangt das abgekühlte Heißwasser über ein entsprechendes System zum Wärmeübertrager 2 der dem Vorwärmen des Abwasser (-frißch) Schlammes dient.

Berechnungsbeispiel

Die Entstehung "von Faulgas im Faulreaktor ist abhängig von der Eeakti ons temperatur t-p, der Prischschlammmenge m_c,, dem Gasentwicklungskoeffizenten Zq und dem Anteil an organischer Trockensubstanz.

t_ß f opt

m„ = m_c, · r . z_r (1)

Der Bnergieinhalt errechnet eich als Produkt der Gasmenge und seines Heizwertes H_u

Qp = m_1? . H_u (2)

Bei der herkömmlichen Prozeßf'Ahrung v/irdodiese uJnergie in einen Heizkessel mit einem 'Wirkungsgrad "von 0,85 freigesetzt, so daß die herkömmliche Nutzwärme

bzw. <L. = 0,85 ♦ L· (4)

zur Erzeugung der ProzeBv/ärme СЦ wird

Q_s - ^m _s· ^cp · (t_H~t₀) C5)

benötigt.

so daß die einen Abnehmer aur Verfügung stehende Wärme 0

Zur Elinatißicrung der Anlage wird die Wärmemenge Q_u benötigt, so daß die eine sich ergibt aus

mit 1, 2, 3 und 4 in 5 ergibt sich

K · ^Hu

. c_p (Ѵ^ѣ0^{} +} = m_ß £0,85 . г . z_G . H_n - с_р(ѣ_н-ѣ₀-д -% (8)

In praktisch ausgeführten Anlagen liegt die verfügbare 'Wärmemenge bei 3.5 % des Snergieinhaltes^ des Paul Schlammes.

Das erfindungsmäßige Verfahren erzeugt die Prozeßwärme mit einem Temperaturniveau von 40 ⁰G. Die Heizv/ärme mit einem Temperaturniveau von 70 ⁰C.

Es stehen die .änergieströme mit dem Temperaturniveau t und tp aur Verfügung.' Damit ist als praktische Leistungsziffer für die Prozeßv/ärmenenge Q,p die Leistungr.-ziffer &-^ 1,7 erreichbar und für die verfügbare VJäraenenge Q., aus der auch der Heizwürmebedarf gedeckt v;ird,'b„ = 1,35·

Unter der Borücksichtigiing dar Definition der Leistungszif£er für Wärmepumpen

ZU

ergibt sich die resultierendo Leistungsziffer des erfindungs mäßigen Prozesses als

• Ъ SSL

£ - ^Q-g ' R * % * Qy ' H - ^g . ⁽¹⁰> r~ <4_F

Als resultierende Leistungsziffer kann bei einem Verhältnis Q : Q₁ = 1 * 5 £ mit 1,45 sngenoriTien werden.

Mit Gl. 2 und 8 wird

mit 4 reduziert sich die energetische Bewertung der Prozesse auf das Verhältnis von £ zu -'VJ als

Ч'

О,

Bezogen auf die Primärenergieausnutzung ist das erfindungs mäßige Verfahren 1, 7 mal bosser als das herkömmliche.

Claims (8)

' Erfindungsanspruch

1.-Verfahren zur Prozeß- und Heiswärmegewinnung aus AbwasserbehandlungsprcSzesseh bei dem, aus einem dein Paulungsproaeß unterworfenen Abv/useerschlanmes, entstehendes Paulgas als Energieträger verwendet wii'd, gekennzeichnet dadurch, daß aas gesamte entstehende Paulgas in Verbindung mit dem in Prozeß anfallenden gereinigten Abwasser, als Wärmequelle für eine Absorptionsv;är:;icpU!üpsrjanla,3e genutzt wird, deren erzeugte Wärmeenergie, nach Deckung des Wärmebedarfes für Prozeßzwecke, in Po//m von Heißwasser an Zweitabnehmer abgegeben wird.

2. Verfahren nach .Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß dio kondensatorseitig erzeugte niederteniperaturige Wärmeenergie zur Aufrechterhaltung der optimalen Schlamiatemperatur im Paulreaktor genutzt wird und die kondensatorseitig erzeugte hohe Temperatur für Heizzwecke verbraucht wird.

3. Verfahren nach Punkt ; 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Rauch-Abgasen des direkt beheizten Austreibers enthaltene Wärmeenergie zur Erhöhung der Vorlauftemperatur für den Heizkreislauf genutzt wird·

4. Verfahren nach .Punkt . . 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß zur Aufwärmung des PrischschlaniMes die Kachkühlung des War:;iwasserrücklaufes der Zweitabnehner verwendet wird.

5« Verfahren nach .Punkt · 1 und ?., gekennzeichnet dadurch, daß zur 'Aufrechterhaltung dor optimalen lioaktorteraperatur das kondensierte Arbeitsnil;tel der Absorptions^T;;är:nepumpe in Keaktor abgekühlt wird.

6. Verfahren nach . Punkt¹ ^ ^und 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Aufv/ärmung des 7/armwasserrücklaufes stufenweise im Absorber und anschließend im Dephlegmator des Austreibers erfolgt, wobei ein Teil der niedertenperaturigen Absorber/zärne zur Prozeßv/ärmegev/innung abgeführt wird.

7. Verfahren nach Punkt 1 > gekennzeichnet dadurch, daß der vorhandene Abv/asserstrom zur Verdampfung des Arbeitsmittels genutzt wird.

8» Verfahren nach Punkt , 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Y/arme des Abschlammes zur Überhitzung des Arbeitsmittel™ dampfes herangezogen wird.

Hfzu 1 Selfs Zeichnung^