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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Verbrennung von Klärschlamm
in einer Brennkammer mit zirkulierender Wirbelschicht für die Verbrennung von
stückigen
festen Brennstoffen, vorzugsweise Rohbraunkohle, etwa bei Atmosphärendruck
und Temperaturen zwischen 750 und 950 °C, wobei der Brennkammer nachgeschaltet
eine Trennung von Rauchgas und umlaufendem Bettmaterial erfolgt, welches über eine
Rückführleitung
wieder in die Brennkammer eingebracht wird und wobei der Brennstoff
auf die Rückführleitung
in einem Abstand von der Mündung
der Rückführleitung
in die Brennkammer aufgegeben wird.
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Es ist bekannt, dass das Deponieren
von Klärschlämmen insoweit
umweltbelastend ist, als die Klärschlämme häufig Schwermetalle
enthalten, die nicht ins Erdreich gelangen dürfen. Da die Trockensubstanz
der Klärschlämme einen
besonders hohen Heizwert hat, ist man zunehmend dazu übergegangen,
Klärschlämme durch
Trocknung thermisch so weit zu behandeln, dass deren Trockensubstanz
entweder alleine oder zusammen mit anderen Brennstoffen verbrannt
werden kann. Es ist hinlänglich
bekannt, Klärschlämme mit
kohlenstoffhaltigen und schadstoffbindenden Substanzen zu vermischen
und diese Mischung als Brennstoff in Kesselfeuerungen einzusetzen.
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Ein Verfahren zur Verbrennung von
Klärschlämmen mit
Braunkohle nach Oberbegriff von Anspruch 1 ist beispielsweise aus
der
DE 44 25 117 C2 bekannt.
In
DE 44 25 117 C2 wird
vorgeschlagen, Klärschlamm
in einem Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht für die Verbrennung
von Braunkohle zu verfeuern. Der Brennkammer nachgeschaltet ist
ein Abscheider zur Trennung von Rauchgas und umlaufendem Bettmaterial
sowie eine Rückführleitung
für die
Rückführung des
Bettmaterials in die Brennkammer. Das Bettmaterial, welches für den Betrieb
eines Wirbelschichtkessels unerlässlich
ist, besteht aus Quarzsand, Additiven, wie beispielsweise Kalk und Asche.
Die zu verbrennende Braunkohle wird auf die Rückführleitung für das Bettmaterial in einem
Abstand von der Mündung
derselben in die Brennkammer aufgegeben. Um eine hinreichende Vortrocknung
des Klärschlamms
zu erhalten, ist bei dem bekannten Verfahren vorgesehen, dass bis
auf einen Wassergehalt von 70 bis 75 Gew.-% mechanisch entwässerter
Klärschlamm
zwischen der Aufgabestelle für
die zu verbrennende Braunkohle und der Mündung der Rückführleitung in die Brennkammer
des Wirbelschichtkessels auf das Gemisch aus Bettmaterial und Braunkohle
auf die Rückführleitung
aufgegeben wird. Anschließend
wird das Gemisch aus Bettmaterial, Braunkohle und entwässertem
Klärschlamm
bei Atmosphärendruck
und Temperaturen zwischen 750 und 850 °C innerhalb der Wirbelschicht mit
Hilfe von O
2-haltigen Gasen verbrannt.
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In der
DE 44 25 117 C2 wird es dabei als besonders
wichtig angesehen, dass der Klärschlamm auf
das Gemisch aus Bettmaterial und Braunkohle aufgegeben und nicht
etwa auf andere Art und Weise zugemischt wird. Nur bei dieser Art
des Aufgebens sei gewährleistet,
dass die Feuchtigkeitsanteile des Klärschlamms soweit entgasen,
dass dessen Trockenzustand in den für die Verbrennung erforderlichen
thermischen Zustand überführt wird.
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In Praxis hat sich allerdings herausgestellt, dass
eine solche Aufgabe des Klärschlamms
mit Nachteilen behaftet ist. Aufgrund der an der Aufgabestelle vorherrschenden
Temperatur von etwa 850 °C setzt
eine Vortrocknung des in der Regel stichfest entwässerten
Klärschlamms
rasch ein, so dass der als Strang aufgegebene Klärschlamm sich nicht oder nur
schwer mit dem Bettmaterial und der Braunkohle vermischt, sondern
vielmehr als mehr oder minder zusammenhängender Strang in der Rückführleitung mitgefördert wird.
Eine gleichmäßige und
schnelle Durchtrocknung des Klärschlamms
ist unter der in der
DE 44 25
117 getroffenen Annahme so nur unter bestimmten Voraussetzungen
möglich.
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Dadurch, dass der Klärschlamm
bei Aufgabe auf die Rückführleitung
nicht vollständig
mit dem Bettmaterial und der Braunkohle vermischt wird, kommt es
teilweise zu lokalem Temperaturabfall über dem Düsenboden der Brennkammer. Auf
diese Art und Weise sind auch der Aufgabemenge an Klärschlamm
Grenzen gesetzt.
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Schließlich ist die Aufgabe des Klärschlamms
auf die Rückführleitung
zwischen der Aufgabestelle für
die zu verbrennende Braunkohle und der Mündung der Rückführleitung in die Brennkammer
mit dem Nachteil behaftet, dass der Klärschlamm in einer Hochtemperaturzone
mit einer Temperatur von etwa 850 °C und leichtem Überdruck (ca.
100 mbar) eingetragen werden muss. Aufgrund der dort vorherrschenden
hohen Temperaturen kann es zur Verstopfung des Klärschlammeintrags
kommen. Derartige Verstopfungen müssen manuell beseitigt werden,
was in diesem Hochtemperaturbereich unter sicherheitstechnischen
Gesichtspunkten problematisch ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art hinsichtlich
Sicherheit und Klärschlammdurchsatz
zu verbessern.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
der Klärschlamm
zusammen mit der Braunkohle der Rückführleitung aufgegeben wird.
Die Erfindung setzt sich damit über
das in der
DE 44 25
117 C2 vertretene Vorurteil hinweg, dass es wichtig sei,
dass der Klärschlamm
auf das Gemisch aus Bettmaterial und Braunkohle aufgegeben werde
und nicht etwa auf andere Art und Weise zugemischt werde.
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Durch die Aufgabe des Klärschlamms
zusammen mit der Braunkohle auf die Rückführleitung ergibt sich insgesamt
eine gleichmäßigere Verteilung des
Klärschlamms
ohne mechanische Hilfsmittel. Die Trockenstrecke wird verlängert, so
dass eine bessere Vortrocknung erzielt wird, was insgesamt einen
höheren
Durchsatz bzw. eine Erhöhung
der Klärschlammmenge,
bezogen auf die eingesetzte Braunkohlenmenge, ermöglicht.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Klärschlamm
einem in die Rückführleitung
mündenden Kohlefallschacht
aufgegeben wird. Durch das Zusammentreffen des Klärschlamms
mit dem fallenden Kohlestrom wird in vorteilhafter Art und Weise
die Oberfläche
des Klärschlamms
vergrößert und
eine Verteilung desselben in kleine Partikel ohne mechanische Hilfsmittel
erreicht.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Klärschlamm
dem Kohlestrom in einem Temperaturbereich desselben zwischen 100
und 250 °C
aufgegeben wird. Temperaturen von zwischen 100 und 250 °C liegen
beispielsweise vor, wenn im Aufgabebereich zusätzlich vorgewärmte Luft
zugegeben wird. Dieser Temperaturbereich liegt deutlich unter der Zündtemperatur
des Klärschlamms,
was insbesondere dann günstig
ist, wenn im Bereich des Klärschlammeintrags
Verstopfungen auftreten, die manuell beseitigt werden müssen.
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Der Klärschlamm wird vorzugsweise
als mechanisch entwässertes
und nicht vorgetrocknetes Material aufgegeben, vorzugsweise mit
einem Feuchtigkeitsgehalt von zwischen 60 und 80 %. Die Kohle wird
etwa mit einem Feuchtigkeitsgehalt von zwischen 50 und 65 aufgegeben.
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Bislang wurde die Auffassung vertreten,
der Klärschlamm
könne nicht
zusammen mit der Rohkohle der Rückführleitung
aufgegeben werden, da der Klärschlamm
in der Regel einen höheren
Wasseranteil als die Rohkohle aufweist und das Material bei Anhebung
des Feuchtigkeitsgehalts durch den Eintrag von Klärschlamm
zu Anbackungen und Verklumpungen neigt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass
bei Aufgabe des Klärschlamms
in den fallenden Kohlenmassestrom solche Anbackungen nicht auftreten.
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Der Klärschlamm wird mittels einer
vorzugsweise als Kolbenpumpe ausgebildeten Pumpe dem Kohlefallschacht
aufgegeben, und zwar in Strömungsrichtung
unmittelbar hinter der Kohlezuteilung, wie zuvor bereits erwähnt.
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Unter Rohkohle im Sinne der Erfindung
ist nicht getrocknete, d. h. sogenannte grubenfeuchte, gegebenenfalls
vorzerkleinerte Kohle zu verstehen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
stark vereinfache und teilweise schematische Darstellung einer Anlage
mit einem Wirbelschichtkessel für
die gemeinsame Verbrennung von Braunkohle und Klärschlamm, und
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2 eine
Detailansicht der Kohlen- und Klärschlammzufuhr
(Detail A in 1).
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Der mechanisch vorentwässerte Klärschlamm 1 mit
einem Wassergehalt zwischen 60 und 80 Gew.-% wird zunächst in
einem mit 2 bezeichneten Behälter zwischengelagert. Aus
dem Behälter 2 wird
der Klärschlamm 1 über einen
Schneckenförderer 3 einer
Kolbenpumpe 4 zugeführt,
die diesen in eine Zuführungsleitung 5 drückt. Die
Zuführungsleitung 5 mündet beiderseits
des Wirbelschichtkessel 6 jeweils in einen Kohlefallschacht 7.
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Der Wirbelschichtkessel 5 umfasst
eine Brennkammer 8, welche die Wirbelschicht (nicht gezeigt)
enthält.
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Bei der dargestellten Anlage ist
beiderseits des Wirbelschichtkessels 6 jeweils an das obere Ende
der Brennkammer 8 ein Zyklonenabscheider 9 angeschlossen,
in dem eine Trennung des Rauchgases von dem Bettmaterial, bestehend
aus Quarzsand, Asche und anderen teilweise umgesetzten Reststoffen
der eingesetzten Brennstoffe erfolgt.
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Der Austrag der Zyklonabscheider 9 mündet jeweils
in eine Rückführleitung 10 zur
Rückführung des
Bettmaterials und zum Einbringen des Brennstoffs in die Brennkammer 8.
Die Rückführleitungen 10 sind
in einem spitzen Winkel in den unteren Bereich der Brennkammer 8 geführt.
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Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, wird die primär als Brennstoff
dienende Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt von zwischen 50 und 65
Gew.-% und einer Körnung
zwischen 0 und 15 mm auf einem mit 11 bezeichneten Rohkohlebunker über einen
Abzugstisch 12 in eine Zellenradschleuse 13 gefördert. Über die
Zellenradschleuse 13 gelangt die Rohkohle durch eine Sperrluftzuteileinrichtung 14 in
den Kohlefallschacht 7. Unmittelbar unterhalb der Sperrluftzuteileinrichtung 14 mündet die
Zuführungsleitung 5 für Klärschlamm 1 in
den Kohlefallschacht 7. Über die mit 17 bezeichnete
Warmluftzufuhr wird Warmluft als Sperrluft zugeführt. Hierdurch wird einerseits
eine Trennung von der Umgebungsatmosphäre bewirkt, andererseits wird
Kondensbildung unterbunden.
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Wie 1 zu
entnehmen ist und vorhergehend bereits angedeutet wurde, sind Rückführleitungen 10,
Zuführungsleitungen 5,
Zyklonabscheider 9, Kohlenfallschächte 7 sowie Rohkohlebunker 11 beiderseitig
des Kessels 6 angeordnet.
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Der Klärschlamm wird, wie vorstehend
bereits erwähnt,
unterhalb der Sperrluftzuteilungseinrichtung in einem Temperaturfenster
von zwischen 100 und 250 °C über die
Zuführungsleitung 5 in
den Kohlefallschacht 7 der Rohkohle beigemischt. In der Zuführungsleitung 5 vor
deren Mündung
in den Kohlefallschacht sind jeweils ein Absperrschieber 15 und eine
Einrichtung zum Einführen
einer nur andeutungsweise dargestellten Stocherlanze 16 vorgesehen.
In diesem Bereich herrscht gegenüber
der Atmosphäre
ein Überdruck
von etwa 100 mbar. Es findet eine innige Durchmischung von Rohkohle
mit Klärschlamm 1 statt.
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Der Kohlefallschacht 7 mündet jeweils
beiderseits des Kessels in die Rückführleitung 10,
in dem eine Temperatur von etwa 850 °C bei einem Überdruck von etwa 100 mbar
vorherrscht. Dort vermischen sich die Rohkohle, der Klärschlamm
und das umlaufende Bettmaterial.
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Bei dem Bettmaterial handelt es sich
um Inertmaterial, beispielsweise Quarzsand, das als Wärmeträger dient
und sich im Laufe der Gebrauchszeit mit Asche anreichert.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass die
Rohkohle und der Klärschlamm
bereits in der kalten Phase des Prozesses gemischt werden und die Mischung,
d. h. Klärschlamm
und Rohkohle, gleichzeitig der Rückführleitung
aufgegeben wird. Auf diese Art und Weise kann eine ausreichende
Vermischung zwischen Braunkohle und Klärschlamm einerseits sowie Braunkohle,
Klärschlamm
und Bettmaterial andererseits stattfinden, bevor das Gemisch in
die Brennkammer 8 eintritt. So ist gewährleistet, dass der Klärschlamm 1 von
dem heißen
Bettmaterial in einen reaktionsfreudigen Zustand überführt werden
kann und mit dem Hauptbrennstoff Rohbraunkohle homogen in der Brennkammer
verteilt wird.
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Dem aus den Zyklonabscheidern 9 ausgetretenen
Rauchgas wird in bekannter Art und Weise die Wärme über Wärmetauscher entzogen und energetisch
genutzt. Das abgekühlte
Rauchgas wird gereinigt und an die Atmosphäre abgegeben.
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Aufgrund der guten Durchmischung
von Braunkohle und Klärschlamm
vor Eintritt in die Rückführleitung
und der somit auch verlängerten
Trockenstrecke des Klärschlamms 1 ist
es möglich,
in der Praxis in dem Wirbelschichtkessel 6 Braunkohle und Klärschlamm
in einem Massenverhältnis
von 1,6 : 1 zu verbrennen. Nach dem Stand der Technik ist es in der
Praxis gelungen, ein Mengenverhältnis
von Braunkohle zu Klärschlamm
von 2,5 : 1 zu erzielen.
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- 1
- Klärschlamm
- 2
- Behälter
- 3
- Schneckenförderer
- 4
- Kolbenpumpe
- 5
- Zuführungsleitung
- 6
- Wirbelschichtkessel
- 7
- Kohlefallschacht
- 8
- Brennkammer
- 9
- Zyklonabscheider
- 10
- Rückführleitung
- 11
- Rohkohlebunker
- 12
- Abzugstisch
- 13
- Zellenradschleuse
- 14
- Sperrluft-Zuteileinrichtung
- 15
- Absperrschieber
- 16
- Stocherlanze
- 17
- Warmluftzufuhr