DE102014116688A1

DE102014116688A1 - Verfahren zur Verwertung von auf einer Kläranlage anfallendem Klärschlamm

Info

Publication number: DE102014116688A1
Application number: DE102014116688.4A
Authority: DE
Inventors: Albert Heindl
Original assignee: Huber SE
Current assignee: Huber SE
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-05-19
Also published as: WO2016074990A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von auf einer Kläranlage anfallendem Klärschlamm (1), wobei mit Hilfe wenigstens eines Faulbehälters (2) der Kläranlage aus wenigstens einem Teil des anfallenden Klärschlamms (1) Faulgas (3) erzeugt wird, wobei zumindest ein Teil des anfallenden Faulgases (3) vor Ort verbrannt wird, und wobei die bei der Verbrennung des Faulgases (3) entstehende Wärme und/oder elektrische Energie zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil des anfallenden Klärschlamms (1) vor Ort mit zumindest einem biogenen Brennstoff (4), vorzugsweise Holz, vermischt wird, dass die Brennstoffmischung (5) aus Klärschlamm (1) und biogenem Brennstoff (4) einem Vergaser (9) der Kläranlage zugeführt wird, dass mit Hilfe des Vergasers (9) ein Teil der Brennstoffmischung (5) in ein brennbares Gas umgewandelt wird, und dass das Gas vor Ort verbrannt wird, wobei die bei der Verbrennung des Gases entstehende Wärme und/oder elektrische Energie ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von auf einer Kläranlage anfallendem Klärschlamm, wobei mit Hilfe wenigstens eines Faulbehälters der Kläranlage aus wenigstens einem Teil des anfallenden Klärschlamms Faulgas erzeugt wird, wobei zumindest ein Teil des anfallenden Faulgases vor Ort verbrannt wird, und wobei die bei der Verbrennung des Faulgases entstehende Wärme und/oder elektrische Energie zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird.
Auf Kläranlagen fällt regelmäßig eine nicht unbeachtliche Menge an Klärschlamm an, wobei im Rahmen der Erfindung unter dem Begriff Klärschlamm der bei der Abwasserbehandlung in Kläranlagen anfallende Schlamm zu verstehen ist.
Im Stand der Technik ist es bereits bekannt, derartige Klärschlämme in Faulbehältern (z. B. sogenannten Faultürmen) einem anaeroben Abbauprozess auszusetzen, bei dem ein Faulgas entsteht, das unterschiedliche und zumindest teilweise brennbare Gasarten (beispielsweise Methan) umfasst. Das Faulgas kann schließlich mit Hilfe einer Verbrennungseinrichtung, beispielsweise einem Blockheizkraftwerk (im Folgenden: BHKW) verbrannt werden. Die hierbei entstehende Abwärme kann über einen Wärmetauscher einem Wärmespeicher oder einer wärmebenötigenden Einheit der Kläranlage zugeführt werden, um die Abwärme sinnvoll nutzen zu können. Ebenso kann der von der Verbrennungseinrichtung während der Verbrennung mit Hilfe eines Generators erzeugte Strom für kläranlageninterne Vorgänge genutzt werden, um auch den Bedarf an elektrischer Fremdenergie möglichst gering zu halten.
Da der Energiebedarf einer Kläranlage jedoch durch die beschriebenen Maßnahmen nicht vollständig gedeckt werden kann, ist es ebenso üblich, externe Energieträger, wie beispielsweise Öl oder Erdgas, vor Ort (im Rahmen der Erfindung heißt dies: auf der Kläranlage) zu verbrennen und die hierbei entstehende Wärme bzw. den entsprechend erzeugten elektrischen Strom in die jeweiligen Kreisläufe der Kläranlagen einzuspeisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Menge des für den Betrieb der Kläranlage notwendigen externen Brennstoffs zu minimieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1.
Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren nun durch folgende Merkmale aus:
Generell ist vorgesehen, den auf der Kläranlage anfallenden Klärschlamm zumindest zum Teil einem Vergaser zuzuführen, in dem der Klärschlamm teilweise in ein brennbares Gas überführt wird, das anschließend mit Hilfe einer entsprechenden Verbrennungseinrichtung thermisch verwertet werden kann. Da die Vergasung von Klärschlämmen aufgrund seiner relativ niedrigen Ascheerweichungstemperatur bzw. dem hohen Aschegehalt verfahrenstechnisch aufwändig und problematisch ist, wird im Rahmen der Erfindung darüber hinaus vorgeschlagen, zumindest einen Teil des anfallenden Klärschlamms vor Ort und vor der Zufuhr in den Vergaser mit zumindest einem biogenen Brennstoff (d. h. einem Brennstoff aus nachwachsenden Rohstoffen) zu vermischen.
Bei dem biogenen Brennstoff kann es sich beispielsweise um Holz in Form von Holzspäne, Holzbriketts, Hackschnitzel oder besonders bevorzugt um Holzpellets handeln. Auch andere biogene Fest- oder Flüssigbrennstoff (z. B. Stroh oder Pflanzenöl) können allein oder in Kombination mit Holz zum Einsatz kommen, wobei der biogene Brennstoff eine höhere Ascheerweichungstemperatur aufweisen sollte als der damit vermischte Klärschlamm.
Hintergrund ist die Tatsache, dass Klärschlamm eine Ascheerweichungstemperatur besitzt, die in der Regel unter der bei der Vergasung des Klärschlamms vorliegenden Vergasungstemperatur liegt. Die Asche verflüssigt sich daher während der Vergasung. Kühlt sich die Asche schließlich wieder ab, so kommt es zu einem Erstarren der flüssigen Asche in Form einer zusammenhängenden Masse, die Störungen des nachfolgenden Vergasungsprozesses bewirkt.
Um diesem Nachteil zu begegnen, ist nun in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass dem Klärschlamm vor der Übergabe in den Vergaser ein biogener Brennstoff zugeführt wird, der eine höhere Ascheerweichungstemperatur aufweist als der zu verwertende Klärschlamm. Darüber hinaus sollte auch der Aschegehalt des biogenen Brennstoffs geringer sein als der des Klärschlamms, da auch ein zu hoher Aschegehalt der Brennstoffmischung zu Problemen während der Vergasung und in der nachfolgenden Gasreinigung führen kann.
Die durch das Vermischen des Klärschlamms und des zusätzlichen biogenen Brennstoffs entstehende Brennstoffmischung wird schließlich einem Vergaser der Kläranlage zugeführt und zum Teil in ein brennbares Gas umgewandelt. Das entstehende Gas kann wiederum vor Ort, beispielsweise mit einem Gasmotor der Kläranlage, verbrannt werden, wobei die bei der Verbrennung des Gases entstehende Wärme und/oder elektrische Energie ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird. Beispielsweise wäre es denkbar, die bei der Verbrennung entstehende Wärme zur Trocknung des Klärschlamms und/oder die Abwärme der Kondensationslinie der Trocknungseinrichtung zur Anwärmung des Klärschlamms und/oder zur Faulbehälterbeheizung. Insbesondere wäre es also von Vorteil, zumindest einen Teil der Wärme einzusetzen, um den dem Vergaser zuzuführenden Klärschlamm zu trocknen. Auch der bei der Verbrennung anfallende elektrische Strom kann auf der Kläranlage vielfältig, beispielsweise zum Betrieb entsprechender Steuer- und Regelvorrichtungen und/oder der Trocknungseinrichtung, verwendet werden.
Im Ergebnis kann die Kläranlage bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bis auf die Zufuhr des biogenen Brennstoffs autark betrieben werden.
Zusammenfassend sieht die Erfindung also vor, den auf einer Kläranlage anfallenden Klärschlamm mit wenigstens einem biogenen Brennstoff zu vermischen und die Brennstoffmischung zumindest teilweise in ein brennbares Gas (= Gasmischung aus mehreren gasförmigen Komponenten, die bei der Vergasung der Brennstoffmischung entsteht) zu überführen, welches anschließend direkt vor Ort thermisch verwertet werden kann.
Vorteile bringt es in diesem Zusammenhang mit sich, wenn die dem Vergaser zugeführte Brennstoffmischung einen Aschegehalt A₃ aufweist, der folgender Gleichung genügt:
wobei die einzelnen Größen wie folgt definiert sind:

m₁:: Masseanteil des Klärschlamms der dem Vergaser zugeführten Brennstoffmischung (in Massenprozent (%-mas)),
A₁:: Aschegehalt des Klärschlamms der Brennstoffmischung (in %-mas bezogen auf die Trockensubstanz des Klärschlamms der Brennstoffmischung),
TR₁:: Trockensubstanzgehalt des Klärschlamms der Brennstoffmischung (in %-mas),
m₂:: Masseanteil des biogenen Brennstoffs der dem Vergaser zugeführten Brennstoffmischung (in Massenprozent (%-mas)),
A₂:: Aschegehalt des biogenen Brennstoffs der Brennstoffmischung (in %mas bezogen auf die Trockensubstanz des biogenen Brennstoffs der Brennstoffmischung),
TR₂:: Trockensubstanzgehalt des biogenen Brennstoffs der Brennstoffmischung (in %-mas),

Der Aschegehalt sollte im Übrigen gemäß DIN EN 14775 „Feste Biobrennstoffe-Bestimmung des Aschegehaltes“ durch eine thermische Behandlung bei 550 +/– 10°C ermittelt werden. Mit anderen Worten ist es von Vorteil, wenn dem Klärschlamm vor der Beschickung des Vergasers wenigstens so viel biogener Brennstoff beigemischt wird, dass die resultierende Brennstoffmischung einen Aschegehalt von maximal 50 %-mas, bevorzugt von maximal 35 %-mas, besonders bevorzugt von maximal 30 %-mas, besitzt. Hierdurch kann ein möglichst problemloses Vergasen der Brennstoffmischung sichergestellt werden, so dass der Wartungsaufwand des Vergasers minimal ausfällt.
Auch ist es von Vorteil, wenn der Klärschlamm vor der Vermischung mit dem biogenen Brennstoff getrocknet wird, bis sein Feuchtegehalt (d. h. sein Wasseranteil) maximal 30 %-mas, bevorzugt maximal 20 %-mas, besonders bevorzugt 10 %-mas, beträgt. Während zwar auch Verfahren bekannt sind, mit deren Hilfe sich recht feuchte Güter in ein brennbares Gas umwandeln lassen, ist es verfahrenstechnisch von Vorteil, den Klärschlamm bis zum Erreichen einer definierten Restfeuchte zu trocknen. Die Trocknung des Klärschlamms kann beispielsweise mit Hilfe eines kläranlageneigenen Bandtrockners erfolgen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf ein bestimmtes Trocknungsverfahren beschränkt ist. Auch der biogene Brennstoff sollte einen Feuchtegehalt aufweisen, der nicht höher als 30 %mas, bevorzugt nicht höher als 20 %-mas, besonders bevorzugt nicht höher als 15 %-mas, beträgt. Generell ist es denkbar, auch den biogenen Brennstoff auf der Kläranlage nachzutrocknen, falls dessen Feuchtegehalt zu hoch ist. Auch können der Klärschlamm (eventuell nach einer Vortrocknung) und der mit diesem vermischte biogene Brennstoff nach ihrer Vermischung auf den gewünschten Feuchtegehalt getrocknet werden. Alternativ ist es auch denkbar, den biogenen Brennstoff oder auch die Brennstoffmischung zu befeuchten, bevor sie dem Vergaser zugeführt wird, falls der Feuchtegehalt des biogenen Brennstoffs bzw. der Brennstoffmischung unter einem definierten Grenzwert liegt.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Klärschlamm vor der Vermischung mit dem biogenen Brennstoff mit Hilfe eines HTC-Verfahrens entwässert wird, bis sein Feuchtegehalt maximal 40 %-mas, bevorzugt maximal 35 %-mas, besonders bevorzugt 30 %-mas, beträgt (HTC steht für „hydrothermale Carbonisierung“). Der entwässerte Klärschlamm wird dabei in der Regel auf 180 °C bis 200 °C erhitzt und in einem Kessel bei 20 bar bis 25 bar unter Druck gesetzt, wobei die für die Erwärmung notwendige Wärmeenergie von der Verbrennungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, mit deren Hilfe das Faulgas oder das bei der Vergasung entstehende brennbare Gas verbrannt wird. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, den Klärschlamm vor der nachfolgenden Trocknung mittels Schneckenpressen oder Zentrifugen (oder auf eine andere Weise) zu entwässern, bis er einen Feuchtegehalt von ca. 18 %-mas bis 35 %-mas aufweist.
Auch ist es äußert vorteilhaft, wenn der mit dem biogenen Brennstoff vermischte Klärschlamm zumindest teilweise aus dem Faulbehälter der Kläranlage stammt. Der Klärschlamm wird in diesem Fall besonders umfassend zur Energieerzeugung genutzt, da neben dem im Vergaser erzeugten brennbaren Gas auch das im Faulbehälter entstehende Faulgas thermisch umgesetzt und damit energetisch genutzt werden kann. Vorzugsweise stammt der gesamte dem Vergaser zugeführte Klärschlamm aus dem oder den Faulbehälter(n) der Kläranlage. Zudem ist es von Vorteil, wenn der aus dem Faulbehälter stammende Klärschlamm zunächst getrocknet wird, bevor er mit dem biogenen Brennstoff vermischt und in einem weiteren Schritt dem Vergaser zugeführt wird.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der gemäß obiger Beschreibung getrocknete Klärschlamm vor Ort mit Hilfe einer Kompaktiereinrichtung zu einem kompaktierten Schüttgut, beispielsweise zu Pellets, Briketts oder Granulat, verarbeitet und anschließend mit dem biogenen Brennstoff vermischt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Klärschlamm besonders leicht transportierbar und dosierbar ist. In diesem Zusammenhang ist es ebenso von Vorteil, wenn auch der biogene Brennstoff vor dem Vermischen mit dem Klärschlamm mit Hilfe einer Kompaktiereinrichtung zu einem Schüttgut, beispielsweise zu Pellets, Briketts oder Granulat, verarbeitet wird. Die Kompaktierung des biogenen Brennstoffs, bei dem es sich z. B. um Sägemehl oder Sägespäne handeln kann, kann hierbei außerhalb der Kläranlage erfolgen, so dass die Kläranlage in diesem Fall bereits mit entsprechend kompaktiertem biogenem Brennstoff (z. B. Holzpellets oder Holzbriketts) beliefert wird. Ebenso wäre es jedoch auch denkbar, die Kläranlage mit nicht kompaktiertem biogenem Brennstoff zu beliefern und diesen vor Ort einer Kompaktiereinrichtung zuzuführen.
Schließlich wäre es auch möglich, nicht-kompaktierten, getrockneten Klärschlamm mit nicht-kompaktiertem biogenen Brennstoff vor Ort zu mischen und die Mischung mit Hilfe einer kläranlageneigenen Kompaktiereinrichtung zu Pellets, Briketts oder Granulat zu verarbeiten und dem Vergaser zuzuführen. Auch könnte der Klärschlamm bereits vor der Trocknung mit einem biogenen Rohstoff, beispielsweise Sägemehl und/oder Sägespäne, vermischt und die Mischung anschließend getrocknet und kompaktiert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Feuchtegehalt der dem Vergaser zugeführten Brennstoffmischung überwacht und bei Bedarf durch Zugabe einer Flüssigkeit erhöht wird. Je nach Zusammensetzung sollte die Brennstoffmischung einen definierten bzw. einen innerhalb bestimmter Grenzen liegenden Feuchtegehalt (d. h. Wasseranteil in %-mas) aufweisen, um eine möglichst optimale Vergasung sicherzustellen. Ist der Feuchtegehalt der Brennstoffmischung, der mit Hilfe eines oder mehrerer Sensoren überwacht werden kann, zu hoch, so ist es von Vorteil, den Feuchtegehalt durch Zugabe einer Flüssigkeit zu erhöhen. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Wasser oder eine wässrige Lösung handeln. Insbesondere ist es von Vorteil, die Flüssigkeit zum Befeuchten der Brennstoffmischung zu verwenden, die bei der Reinigung der Abluft der Trocknungseinrichtung anfällt, mit deren Hilfe der Klärschlamm vor der Kompaktierung getrocknet wird. In diesem Zusammenhang kann ein sogenannter (saurer) Wäscher zum Einsatz, der unter anderem dazu dient, Ammoniak mit Hilfe von Schwefelsäure aus der Abluft zu entfernen. Die hierbei entstehende Ammoniumsulfat-Lösung kann schließlich der Brennstoffmischung zugegeben werden, um deren Feuchtegehalt zu erhöhen.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn die im Vergaser während der Vergasung der Brennstoffmischung anfallende Asche durch Wärmeabfuhr gekühlt wird und die hierbei abgeführte Wärme ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird. Auch kann das den Vergaser während der Vergasung verlassende brennbare Gas durch Wärmeabfuhr gekühlt werden, bevor es verbrannt wird. Hierdurch können unerwünschte Stoffe kondensiert und somit aus dem brennbaren Gas entfernt werden, wobei auch die hierbei abgeführte Wärme anderen Prozessen der Kläranlage oder dem genannten Wärmespeicher zugeführt werden kann.
Auch ist es äußert vorteilhaft, wenn der beim Trocknen des Klärschlamms bzw. der Brennstoffmischung anfallenden Brüden durch Wärmeabfuhr kondensiert und die beim Kondensieren des Brüdens abgeführte Wärme ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage, bei Bedarf nach einer Zwischenspeicherung in einem oder mehreren Wärmespeichern, genutzt wird. Beispielsweise wäre es denkbar, die genannte Wärme über einen Wärmespeicher und/oder einen oder mehrere Wärmetauscher dem Faulbehälter zuzuführen, um den darin befindlichen Klärschlamm zu erwärmen.
Schließlich ist es von Vorteil, wenn die beim Verbrennen des Faulgases bzw. des brennbaren Gases aus der Vergasung entstehende Wärme unterschiedlichen Wärmespeichern zugeführt wird, um die Wärmeenergie anschließend erneut auf der Kläranlage nutzen zu können. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Wärme der bei der jeweiligen Verbrennung entstehenden Abgase einem Hochtemperaturwärmespeicher zugeführt wird (der beispielsweise ein Thermoöl als Wärmespeichermedium umfassen kann), während die aus den jeweiligen Kühlkreisläufen der zum Einsatz kommenden Verbrennungseinrichtungen abgeführte Wärme einem Niedertemperaturspeicher zugeführt wird (der beispielsweise Wasser als Wärmespeichermedium verwendet). Die in den einzelnen Wärmespeichern zwischengespeicherte Wärme kann schließlich der Erwärmung des Klärschlamms in dem Faulbehälter (Wärme aus dem Niedertemperaturwärmespeicher) oder der Trocknung des Klärschlamms (Wärme aus dem Hochtemperaturwärmespeicher) dienen.
Weitere Vorteile der Erfindung sind im Zusammenhang mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt:
1 eine schematische Prinzipskizze eines Ausschnitts einer Kläranlage.
Die gemäß dem vorliegenden Verfahren betreibbare Kläranlage, die ausschnittsweise und schematisch in 1 gezeigt ist, umfasst unter anderem einen oder mehrere Faulbehälter 2 für den auf der Kläranlage anfallenden Klärschlamm 1. Der Klärschlamm 1 wird innerhalb des Faulbehälters 2 teilweise und unter Sauerstoffausschluss (anaerob) in ein Faulgas 3 umgewandelt.
Da das Faulgas 3 eine Vielzahl von brennbaren Gasarten (z. B. Methan) umfasst, kann es mit Hilfe einer Verbrennungseinrichtung, beispielsweise einem kläranlageneigenen BHKW 13, thermisch umgesetzt werden, wobei die Zufuhr des Faulgases 3 in die Verbrennungseinrichtung über eine Faulgasleitung 16 erfolgt. Durch die Verbrennung des Faulgases 3 entsteht schließlich (unter Zuhilfenahme eines Generators) elektrische Energie, die über eine Stromleitung 17 energiebedürftigen Einheiten der Kläranlage, beispielsweise einer Steuerung, der Klärschlammaufbereitung und/oder der Trocknungseinrichtung, zugeführt oder auch in das öffentliche Netz eingespeist werden kann.
Darüber hinaus entsteht bei der Verbrennung des Faulgases 3 Abwärme, die über entsprechende Wärmeträgerleitungen 18 und nicht gezeigten Wärmetauschern einem oder mehreren Wärmespeichern 14 zugeführt und dort für eine spätere Verwendung auf der Kläranlage zwischengespeichert werden kann.
Darüber hinaus sieht die vorliegende Erfindung nun zusätzlich vor, den auf der Kläranlage anfallenden Klärschlamm 1 entweder direkt oder nach einem Faulprozess im Faulbehälter 2 einem Vergaser 9 zuzuführen, um den entsprechenden Klärschlamm 1 teilweise in ein brennbares Gas umzuwandeln, das ebenfalls zur Energiegewinnung (z. B. mit Hilfe eines Gasmotors 12) verbrannt werden kann.
Da die Vergasung von Klärschlamm 1 allein jedoch mit diversen Problemen verbunden ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass dem Klärschlamm 1 vor dessen Vergasung ein biogener Brennstoff 4, vorzugsweise Holz, beigemischt und anschließend die resultierende Brennstoffmischung 5 dem Vergaser 9 zugeführt wird. Hierbei sollte der biogene Brennstoff 4 einen niedrigeren Aschegehalt und eine höhere Ascheerweichungstemperatur aufweisen als der Klärschlamm 1, um eine Brennstoffmischung 5 zu erhalten, deren Aschegehalt niedriger und dessen Ascheerweichungstemperatur höher ist als die entsprechenden Kenngrößen des Klärschlamms 1.
Grundsätzlich kann der biogene Brennstoff 4 mit dem Klärschlamm 1 auf unterschiedliche Weise gemischt werden. Während es denkbar ist, den Klärschlamm 1 ungetrocknet mit dem biogenen Brennstoff 4 zu vermischen und erst die Brennstoffmischung 5 einer Trocknung zu unterziehen, ist es von Vorteil, den Klärschlamm 1 zunächst zu trocknen, bis sein Feuchtegehalt maximal 20 %-mas beträgt und erst dann mit dem getrockneten biogenen Brennstoff 4 zu vermischen.
Eine verfahrenstechnische Möglichkeit ist in 1 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der aus dem Faulturm stammende Klärschlamm 1 zunächst über eine Klärschlammleitung 21 einer Trocknungseinrichtung (beispielsweise einem, ein oder mehrere Förderbänder 7 für den Klärschlamm 1 aufweisenden, Bandtrockner 23) zugeführt und dort getrocknet wird.
Im Anschluss an den Trocknungsschritt wird der getrocknete Klärschlamm 1 einer Kompaktiereinrichtung 6 zugeführt, in der er z. B. zu Pellets oder Briketts verarbeitet wird, wobei der Trocknungseinrichtung und der Kompaktiereinrichtung 6 ein Zwischenspeicher, beispielsweise ein Silo 24, zwischengeschaltet sein kann.
Nach der Kompaktierung wird der Klärschlamm 1 schließlich mit Hilfe eines Brennstoffmischers 25 mit dem biogenen Brennstoff 4 vermischt, wobei auch der biogene Brennstoff 4 vorzugsweise zuvor (auf der Kläranlage oder außerhalb) kompaktiert wurde und z. B. in Form von Holzpellets vorliegen und/oder in einem Silo 24 zwischengespeichert sein kann.
Die Brennstoffmischung 5 gelangt über eine Brennstoffleitung 20 in einen Vergaser 9, wobei zuvor eine Befeuchtung der Brennstoffmischung 5 erfolgen kann, falls deren Feuchtegehalt zu gering ist. Die Befeuchtung kann beispielsweise durch Zugabe einer Ammoniumsulfat-Lösung erfolgen, die bei der Reinigung der die Trocknungseinrichtung über eine Abluftleitung 8 verlassenden Abluft in einem sogenannten Wäscher 22 anfällt, wobei die Ammoniumsulfat-Lösung über eine entsprechende Befeuchtungsleitung 15 zugeführt werden kann.
Im Vergaser 9 erfolgt ein teilweises Umwandeln der in der Brennstoffmischung 5 vorhandenen organischen Bestandteile in ein brennbares Gas, wobei die Biomassevergasung an sich bekannt ist und daher an dieser Stelle nicht näher erläutert wird. Das den Vergaser 9 über eine Gasleitung 19 verlassende Gas kann schließlich in einer geeigneten Verbrennungseinrichtung, z. B. einem (Zündstrahl-)Gasmotor 12, verbrannt werden, um hierbei Strom zu erzeugen und/oder Abwärme zu generieren, die entweder direkt oder unter Zwischenspeicherung in einem oder mehreren Wärmespeichern 14 auf der Kläranlage genutzt werden kann, um z. B. Klärschlamm 1 zu erwärmen oder zu trocknen.
Vor der Verbrennung des brennbaren Gases erfolgt vorzugsweise noch eine Filterung und/oder eine ein- oder mehrstufige Abkühlung desselben, um Teere oder andere bei der Verbrennung unerwünschte Stoffe aus dem brennbaren Gas auszuscheiden. Schematisch ist dies in 1 durch eine Gaskonditionieranordnung 11 dargestellt, die zwischen dem Vergaser 9 und dem als Beispiel einer Verbrennungseinrichtung dienenden Gasmotor 12 platziert ist.
Auch die dem brennbaren Gas während der Gaskonditionierung 11 entzogene Wärme kann schließlich vor Ort wiederverwendet werden, wobei auch in diesem Fall vorgesehen sein kann, die Wärme über entsprechende Wärmeträgerleitungen 18 und nicht gezeigte Wärmetauscher zunächst einem Wärmespeicher 14 zuzuführen. Gleiches gilt im Übrigen für die Wärme, die der beim Vergasen anfallenden Asche in einem eventuell vorhandenen Aschekühler entzogen 10 wird.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass 1 lediglich einen Wärmespeicher 14 zeigt. Selbstverständlich können auch mehrere Wärmespeicher 14 mit unterschiedlichen Wärmespeichermedien vorhanden sein, wobei diesbezüglich auf die obige Beschreibung verwiesen wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine beliebige Kombination der beschriebenen Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Teilen der Beschreibung bzw. den Ansprüchen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Klärschlamm
2: Faulbehälter
3: Faulgas
4: biogener Brennstoff
5: Brennstoffmischung
6: Kompaktiereinrichtung
7: Förderband
8: Abluftleitung
9: Vergaser
10: Aschekühler
11: Gaskonditionieranordnung
12: Gasmotor
13: BHKW
14: Wärmespeicher
15: Befeuchtungsleitung
16: Faulgasleitung
17: Stromleitung
18: Wärmeträgerleitung
19: Gasleitung
20: Brennstoffleitung
21: Klärschlammleitung
22: Wäscher
23: Bandtrockner
24: Silo
25: Brennstoffmischer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 14775 [0015]

Claims

Verfahren zur Verwertung von auf einer Kläranlage anfallendem Klärschlamm (1), – wobei mit Hilfe wenigstens eines Faulbehälters (2) der Kläranlage aus wenigstens einem Teil des anfallenden Klärschlamms (1) Faulgas (3) erzeugt wird, – wobei zumindest ein Teil des anfallenden Faulgases (3) vor Ort verbrannt wird, und – wobei die bei der Verbrennung des Faulgases (3) entstehende Wärme und/oder elektrische Energie zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest ein Teil des anfallenden Klärschlamms (1) vor Ort mit zumindest einem biogenen Brennstoff (4), vorzugsweise Holz, vermischt wird, – dass die Brennstoffmischung (5) aus Klärschlamm (1) und biogenem Brennstoff (4) einem Vergaser (9) der Kläranlage zugeführt wird, – dass mit Hilfe des Vergasers (9) ein Teil der Brennstoffmischung (5) in ein brennbares Gas umgewandelt wird, und – dass das Gas vor Ort verbrannt wird, – wobei die bei der Verbrennung des Gases entstehende Wärme und/oder elektrische Energie ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird.
Verfahren gemäß dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, – dass der Klärschlamm (1) der dem Vergaser (9) zugeführten Brennstoffmischung (5) einen auf die Brennstoffmischung (5) bezogenen Masseanteil m₁, einen Aschegehalt A₁ und einen Trockensubstanzgehalt TR₁ aufweist, – dass der biogene Brennstoff (4) der dem Vergaser (9) zugeführten Brennstoffmischung (5) einen auf die Brennstoffmischung (5) bezogenen Masseanteil m₂, einen Aschegehalt A₂ und einen Trockensubstanzgehalt TR₂ aufweist, und – dass das Vermischen von Klärschlamm (1) und biogenem Brennstoff (4) derart erfolgt, dass die dem Vergaser (9) zugeführte Brennstoffmischung (5) einen Aschegehalt A₃ aufweist, der folgender Gleichung genügt:
wobei X einen Betrag von max. 0,50 %-mas, bevorzugt einen Betrag von max. 0,35 %-mas, besonders bevorzugt einen Betrag von max. 0,30 %-mas, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm (1) vor der Vermischung mit dem biogenen Brennstoff (4) getrocknet wird, bis sein Feuchtegehalt maximal 30 %-mas, bevorzugt maximal 20 %-mas, besonders bevorzugt 10 %-mas, beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klärschlamm (1) vor der Vermischung mit dem biogenen Brennstoff (4) mit Hilfe eines HTC-Verfahrens entwässert wird, bis sein Feuchtegehalt maximal 40 %-mas, bevorzugt maximal 35 %-mas, besonders bevorzugt 30 %-mas, beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem biogenen Brennstoff (4) vermischte Klärschlamm (1) zumindest teilweise aus dem Faulbehälter (2) der Kläranlage stammt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gemäß Anspruch 2 getrocknete Klärschlamm (1) vor Ort mit Hilfe einer Kompaktiereinrichtung (6) zu einem Schüttgut, beispielsweise zu Pellets, Briketts oder Granulat, verarbeitet und anschließend mit dem biogenen Brennstoff (4) vermischt wird, wobei vorzugsweise auch der biogene Brennstoff (4) vor dem Vermischen mit dem Klärschlamm (1), insbesondere vor Ort, mit Hilfe einer Kompaktiereinrichtung (6) zu einem kompaktierten Schüttgut, beispielsweise zu Pellets, Briketts oder Granulat, verarbeitet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der, vorzugsweise gemäß Anspruch 2 getrocknete, Klärschlamm (1) und der biogene Brennstoff (4) vermischt und die Brennstoffmischung (5), eventuell nach einem zwischengeschalteten Trocknungsschritt, vor Ort mit Hilfe einer Kompaktiereinrichtung (6) zu einem kompaktierten Schüttgut, beispielsweise zu Pellets, Briketts oder Granulat, verarbeitet wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtegehalt der dem Vergaser (9) zugeführten Brennstoffmischung (5) überwacht und bei Bedarf durch Zugabe einer Flüssigkeit erhöht wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Vergaser (9) während der Vergasung der Brennstoffmischung (5) anfallende Asche durch Wärmeabfuhr gekühlt wird und/oder dass das den Vergaser (9) während der Vergasung verlassende brennbare Gas durch Wärmeabfuhr gekühlt wird, bevor es verbrannt wird, um unerwünschte Stoffe auszuscheiden, und dass die beim Abkühlen der Asche und/oder die beim Abkühlen des brennbaren Gases abgeführte Wärme ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der beim Trocknen des Klärschlamms (1) bzw. der Brennstoffmischung (5) anfallenden Brüden durch Wärmeabfuhr kondensiert und die beim Kondensieren des Brüdens abgeführte Wärme ebenfalls zumindest teilweise auf der Kläranlage genutzt wird.