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Die Erfindung betrifft die Verwertung von ausgefaultem Klärschlamm durch Verbrennung in einer Wirbelschichtfeuerung. Üblicherweise wird Klärschlamm vor der Verbrennung entwässert, um den Brennwert zu erhöhen. Die Entwässerung erfolgt in einem ersten Schritt mechanisch, zum Beispiel durch Filterung oder mittels Zentrifuge. Besonders wirksam ist eine Filterung in einer Filterpresse. Bei der Filterung wird Flüssigkeit aus dem Klärschlamm entfernt. Dabei kann ein TR-Gehalt zum Beispiel zwischen 25 und 30Gew % (Anteil der Trockensubstanz an dem Klärschlamm) erzeugt werden.
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Je höher der TR-Gehalt des Klärschlammes ist, desto leichter verbrennt der Klärschlamm. Der Heizwert/Brennwert des Klärschlammes hängt darüber hinaus vom Anteil seiner brennbaren Bestandteile ab. Je nach Abstammung des Klärschlammes aus einer kommunalen Entwässerung oder aus einer industriellen Entwässerung besitzt der Klärschlamm einen anderen Heizwert/Brennwert.
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Unterhalb eines bestimmten Brennwertes/Heizwertes ist zum Verbrennen des Klärschlammes ein Stützfeuer erforderlich. Oberhalb des bestimmten Brennwertes/Heizwertes verbrennt der Klärschlamm ohne Stützfeuer. Das wird als selbstgängige Verbrennung bezeichnet. Der bestimmte Brennwert/Heizwert ist von der Art der Feuerung und von den Eigenschaften der Feuerung im Detail abhängig.
Zum Beispiel besitzt ein Klärschlamm aus dem Emscherklärwerk Bottrop bei einem TR-Gehalt von 52Gew% einen ausreichenden Heizwert/Brennwert für eine selbstgängige Verbrennung in einer Wirbelschichtfeuerung des Klärwerkes. Bei anderem Klärschlamm und/oder anderer Feuerung kann ein entsprechender Heizwert bei einem höheren oder niedrigeren TR-Gehalt vorliegen.
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Es ist bekannt, den Brennwert/Heizwert des Klärschlammes durch die Zugabe von Kohle zu erhöhen. Durch die Zumischung von Kohle kann der Schlamm auch stärker (zum Beispiel auf 35 bis 40Gew%) entwässert werden.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den Klärschlamm ohne Kohle auf einen Trocknungsgrad zu bringen, bei dem eine selbstgängige Verbrennung in einer Wirbelschichtfeuerung möglich ist.
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Außerdem muss der Klärschlamm so beschaffen sein, dass er
- -für die Lagerung mit üblichen Vorrichtungen handhabbar ist
- -für den Transport mit üblichen Vorrichtungen handhabbar ist
- -mit üblichen Beschickungseinrichtungen in die Wirbelschichtfeuerung aufgegeben werden kann.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.
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Die Vorrichtungen für die Trocknung und den Transport des Klärschlammes sind von der Art und dem Umfang der Trocknung und des Transports abhängig. Zu der Wirbelschichtfeuerung/Ofen gehören Beschickungseinrichtungen, insbesondere Wurfbeschicker.
Außerdem muss die Ofen-Atmosphäre bei der Beschickung mit Klärschlamm von der Umgebungs-Atmosphäre getrennt werden. Dazu ist der Wurfbeschicker am Ofen angeordnet und wird der Klärschlamm dem Wurfbeschicker zum Beispiel über einen Schneckenförderer zugeführt.
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Für Trocknung, Transport und Beschickung soll der Klärschlamm(abgesehen von Ausnahmefällen) nicht in der Leimphase sein. Mit Leimphase wird eine Klebrigkeit des Klärschlammes unter mechanischer Belastung bezeichnet. Die Klebrigkeit setzt bei bei einem TR-Gehalt von etwa 40% ein und endet bei einem TR-Gehalt von etwa 60%. Je nach Beschaffenheit des Klärschlammes ergeben sich abweichende Grenzen für die Leimphase. Die Klebrigkeit führt unter mechanischer Belastung zu einem Klumpen bzw. zur Verfestigung des Klärschlammes. Das Klumpen und die Verfestigungen können Beschickungseinrichtungen und Transporteinrichtungen blockieren. Besonders problematisch sind die Klumpen und Verfestigungen in geschlossenen Gehäusen, insbesondere in Silos/Vorlagen/Behältern/Gehäusen von Förderschnecken. In Silos wird Einsatzmaterial gesammelt, um es bei Bedarf abzuziehen. Vorlagen sind gleichfalls Behälter, in denen Einsatzmaterial gesammelt wird, um es bei Bedarf abzuziehen. Bei der Verbrennung von Klärschlamm ist der Klärschlamm das Einsatzmaterial.
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Selbst beim Transport von Klärschlamm auf Förderbändern kann es zu Klumpen und Verdickungen kommen, wenn der Klärschlamm von einem Band auf ein in Förderrichtung nachgeschaltetes anderes Band fällt. Die Hintereinanderschaltung mehrerer Förderbänder bzw. Nachschaltung eines Förderbandes lässt sich in vielen Fällen nicht vermeiden. Das gilt besonders für abknickende Förderwege. In diesen Fällen ragt das in Förderrichtung hintere Ende des ersten Förderbandes über das in Förderrichtung vordere Ende des zweiten Förderbandes und fällt der Klärschlamm von einem Förderbandende auf das andere Förderbandende.
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Um die Leimphase genau zu ermitteln, können Probekörper des betreffenden Klärschlammes genommen und mechanisch belastet werden. Als mechanische Belastung können die Klärschlamm-Probekörper zum Beispiel zwischen zwei Platten/Backen zusammen gedrückt werden. Bei einem Klärschlamm mit einem TR-Gehalt unterhalb der Leimphase fließt der Klärschlamm unter Druck leicht zwischen den Platten/Backen heraus. Bei einem Klärschlamm mit einem TR-Gehalt oberhalb der Leimphase bricht der Klärschlamm nach Lösen der Platten/Backen bröckelig auseinander. In der Leimphase entsteht zwischen den Platten/Backen ein fester Körper.
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Es gibt verschiedene Wege, der Klebrigkeit zu begegnen.
Die meisten Vorschläge basieren auf der Zumischung eines Additivs, zum Beispiel einer Trockensubstanz.
Dazu gehören folgende Vorschläge:
- DE 19531379 , DE19501736 , DE19512563 , EP883778 , EP526458 , EP3178577 , DE9208456 , DE4215530 , DE4138036 , EP2788701 , DE2401552 , EP1287304 , EP716264 , EP591299 , EP542958 , EP526458 , EP588152 .
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Andere Lösungen sehen eine Trocknung des entwässerten Klärschlammes über die Leimphase hinaus vor.
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Auch die Erfindung beginnt mit der Trocknung. Dazu wendet sich die Erfindung einem Trocknungsverfahren zu, dass nicht ohne weiteres geeignet erscheint. Dabei handelt es sich um die Solartrocknung. Bei der Solartrocknung wird auf die Sonneneinstrahlung gesetzt. Zugleich wird mit einer für Sonnenstrahlen durchlässigen Überdachung(Glasüberdachung oder Überdachung mit durchsichtigem Kunststoff) sichergestellt, dass die Trocknung nicht durch Beregnung wieder aufgehoben wird.
Zu der Solartrocknung eignen sich besonders Einhausungen mit Glas oder durchsichtigem Kunststoff, die Sonnenstrahlen durchlassen. Dazu gehören zum Beispiel auch Gewächshäuser. Gewächshäuser können alle gewünschten Funktion bieten und haben gegenüber anderen durchsichtigen Überdachungen erhebliche Kostenvorteile.
In Gewächshäusern lässt sich der Klärschlamm gut ausbreiten, für eine gute Trocknung wiederholt wenden und nach der Trocknung wieder aufnehmen und abtransportieren. Die Ausbreitung des Klärschlammes auf dem Boden erfolgt vorzugsweise möglichst gleichmäßig, um hinsichtlich der Dicke der zum Trocknen ausgebreiteten Klärschlammschicht einheitliche Bedingungen zu schaffen.
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Dabei sind Gewächshäuser beheizbar und belüftbar.
Durch das Beheizen soll zumindest bei nachlassender Sonnenstrahlung eine gewünschte Trocknung aufrecht zu erhalten oder um die Trocknung einem gewünschten Verlauf anzupassen.
Durch das Belüften können feuchte Brüden (aus der Trocknung anfallende Gase/Dämpfe) abgeführt und gegen Luft/Umgebungsluft ausgetauscht werden.
Vorzugsweise die abgeführten Brüden von den darin enthaltenen Geruchsstoffen mindestens teilweise befreit. Zur Geruchsentfernung eignen sich verschiedene Maßnahmen, zum Beispiel die Verwendung von Biofiltern, Aktivkohlefiltern oder eine Verbrennung abgeführten Luft.
Günstig ist, wenn die abgeführten Brüden der Wirbelschichtfeuerung/Ofen als Verbrennungsluft zugeführt werden können.
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Sofern andere Einrichtungen als Gewächshäuser vorgesehen sind, ist von Vorteil auch diese Einrichtungen mit einer Beheizung und Belüftung zu kombinieren.
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Vorzugsweise ist mindestens eine Beheizung bei der Klärschlammtrocknung vorgesehen, um insbesondere bei mangelnder Solartrocknung mit der Beheizung einzuspringen oder um den Verlauf der Trocknung unabhängig von der jeweiligen Sonneneinstrahlung gestalten zu können.
Von Vorteil ist eine Bodenheizung. Bei der Bodenheizung sind Heizungsrohre vorzugsweise in dem Boden verlegt, auf dem der zu trocknende Klärschlamm ausgebreitet wird. Durch geringen Abstand der Heizungsrohre von der Berührungsfläche mit Klärschlamm ist ein vorteilhafter Wärmeübergang auf den Klärschlamm gegeben. Ein extrem vorteilhafter Wärmeübergang ist gegeben, wenn die Heizungsrohre zugleich die Berührungsfläche mit dem Klärschlamm bilden oder wenn der Boden durch eine Metallfläche gebildet wird und die Heizungsrohre an der den Boden bildenden Metallfläche anliegen. Je besser der Wärmeübergang ist, desto besser kann der Wärmeinhalt des Beheizungsmediums ausgenutzt werden.
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Die Kombination von Solartrocknung und Beheizung wird im Folgenden als Solarthermische Trocknung bezeichnet.
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Als zusätzliche Beheizung ist wahlweise eine Beheizung mit Kondensatwärme oder Abgas/Rauchgas oder Wärme aus einem Blockheizkraftwerk vorgesehen.
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Die Kondensatwärme kann aus einer Dampfturbine stammen. Die Dampfturbine wird mit dem Dampf betrieben, der mit der Wirbelschichtfeuerung/Ofen erzeugt wird. Die Wirbelschichtfeuerung/Ofen gibt es in verschiedenen Ausführungsformen, zum Beispiel als stationäre Wirbelschicht oder als umlaufende Wirbelschicht.
Bei der stationären Wirbelschicht wird der Brennstoff im Feuerungsraum mittels der von unten eingetragenen Verbrennungsluft beim Verbrennen in Schwebe gehalten. Dabei bewegen sich die Brennstoffpartikel in dem Luftstrom, bis sie verbrannt sind. Die nach der Verbrennung verbleibenden Partikel werden mit den Rauchgasen oben aus der Feuerung ausgetragen. Dabei passieren die Rauchgase einen Filter, gegebenenfalls auch eine Entschwefelungsstation und/oder eine Entstickungsstation.
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Die umlaufende Wirbelschicht unterscheidet sich von der stationären Wirbelschicht durch einen umlaufenden Strom von Verbrennungsgasen, in dem sich die Brennstoffpartikel befinden, anstelle eines Wirbelbettes.
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Die stationäre Wirbelschichtfeuerung wie auch die umlaufende Wirbetschichtschichtfeuerung besitzen einen von Wasser durchströmten Dampfkessel. Der Dampfkessel ist als Flossenwandkessel oder Rohrbündelkessel ausgebildet. Durch Erhitzung des Kühlwassers entsteht Dampf, der vorzugsweise mit entsprechendem Druck eine Turbine zur Stromerzeugung treibt. Im Emscherklärwerk Bottrop wird der erzeugte Strom betriebsintern genutzt.
Wenn der in die Turbine geleitete Dampf seine Energie an die Turbine weitergegeben hat, hat der Dampf seinen Druck verloren. Bei der Entspannung des Dampfes fällt ein Kondensat an, das üblicherweise in den Wasserkreis zur erneuten Dampfgewinnung zurück geführt wird. Aufgrund der Auslegung der Dampfturbine hat das Kondensat noch einen beträchtlichen Wärmeinhalt. Nach der Erfindung wird bei Bedarf die Wärme des Kondensats über einen Wärmetauscher in die Beheizung der Trocknungsanlage geleitet. Eine andere Alternative ist die Abwärmenutzung aus einem Blockheizkraftwerk, soweit dazu aufgrund räumlicher Nähe Gelegenheit besteht.
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Wenn alternativ eine Beheizung der Trocknung mit Rauchgas erfolgen soll, wird das gefilterte und gegebenenfalls entschwefelte und/oder entstickte Rauchgaus vor dem Einleiten in den Kamin in die Trocknung geführt. Bei der Beheizung der Trocknung verliert auch das Rauchgas einen Teil seines Wärmeinhaltes. Es kühlt ab. Das kann den natürlichen Rauchgasabzug im Kamin beeinträchtigen. Wenn der Rauchgasabzug dadurch gefährdet wird, ist vorzugsweise ein Gebläse im Kamin vorgesehen, mit dem der Rauchgasabzug verstärkt wird. Wahlweise sitzt das Gebläse auch in einer By-pass-Leitung zu der Rauchgasführung im Kamin. Dazu sind zwei übereinander liegende Öffnungen in der Kaminwandung ausreichend, die über eine Gasleitung mit ausreichendem Querschnitt und einem Gebläse in dieser By-pass-Leitung verbunden sind. Außerdem sind Klappen vorgesehen, mit denen Öffnungen für die By-pass-Leitung verschlossen werden können bzw. geöffnet werden können, damit dem Rauchgas der Weg in die By-pass-Leitung verschlossen werden kann bzw. der Eintritt in die By-pass-Leitung eröffnet werden kann. Zugleich ist eine Klappe im Kamin vorgesehen, mit der der Kamin zwischen den beiden Öffnungen für die By-pass-Leitung verschlossen werden kann, um das Rauchgas in die By-pass-Leitung zu zwingen, oder geöffnet werden kann, wenn der Weg durch den Kamin wieder freigegeben werden soll. Die Klappen können bedient werden, wenn zum Beispiel eine zu geringe Rauchgasgeschwindigkeit im Kamin gemessen wird und damit deutlich wird, dass der Kaminzug/Rauchgasabzug zu gering ist. Nach der Öffnung der By-pass-Leitung werden die Klappen erneut bedient, um die By-pass-Leitung zu schließen, wenn wieder ein ausreichender Kaminzug/Rauchgasabzug ohne die By-pass-Leitung und den darin vorgesehenen Lüfter besteht.
Für jeden Kamin gibt es eine Mindest-Rauchgasgeschwindigkeit/Mindest-Kaminzug, mit dem sichergestellt wird, dass eine ausreichende Verbrennung in der Feuerung erfolgt. Bei unzureichender Verbrennung entsteht giftiges und bei Sauerstoffzutritt explosives Kohlenmonoxid.
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Die Erfindung erlaubt verschiedene Verfahrensweisen, insbesondere:
- -sämtlicher Klärschlamm wird bis zu einem TR-Gehalt solarthermisch getrocknet, der oberhalb der Leimphase liegt. Bei diesem TR-Gehalt entfallen die oben geschilderten Probleme auf dem Wege in die Feuerung. Zugleich hat der Klärschlamm einen Brennwert/Heizwert, der zumindest in der Wirbelschichtfeuerung/Ofens des Emscherklärwerkes Bottrop für eine selbstgängige Verbrennung sorgt.
Bei zu hohem Heizwert kann kurzfristig mittels direkter Wasserzugabe in den Wirbelschichtofen eine Kühlung erfolgen.
- -der Klärschlamm erreicht beim solarthermischen Trocknen nur einen in der Leimphase liegenden TR-Gehalt, der auf dem Förderweg des Klärschlammes zur Wirbelschichtfeuerung/Ofen festgestellt wird und hat noch keine wesentliche Verklumpung oder Verdichtung durch mechanische Belastung erfahren. Dann wird der Klärschlamm zu einer ergänzenden Trocknung der Solarthermischen Trockung zurück geführt.
- -der Klärschlamm erreicht beim solarthermischen Trocknen nur einen in der Leimphase liegenden TR-Gehalt und hat noch keine wesentliche Verklumpung oder Verdichtung durch mechanische Belastung erfahren und kann/soll nicht in die solarthermische Trocknung zurück geführt werden. Zugleich hat der Klärschlamm unter Berücksichtigung einer Zumischung von Asche noch einen für eine selbstgängige Verbrennung ausreichenden TR-Gehalt. Dann ist vorzugsweise eine Vermischung des Klärschlammes mit Flugasche vorgesehen, so dass die Klebrigkeit des Klärschlammes aufgehoben wird und der Klärschlamm trotz des in der Leimphase liegenden TR-Gehaltes der Wirbelschichtfeuerung/Ofen weiter zugeführt werden kann.
- -der Klärschlamm wird auf unterschiedliche TR-Gehalte gebracht, wobei die TR-Gehalte entweder
- a)unterhalb (zum Beispiel ohne unterstützende Beheizung beim Trocknen oder nur mechanisch entwässert) oder
- b)innerhalb (durch solarthermische Trocknung) der Leimphase des Klärschlammes bei einem Wert liegen, bei dem noch eine selbstgängige Verbrennung des Klärschlammes in einer Wirbelschichtfeuerung gewährleistet ist. Hierbei wird wahlweise Filterasche/Flugasche zugemischt.
Die beiden Fraktionen werden getrennt bis vor den Wurfbeschicker der Wirbelschichtfeuerung/Ofen gefördert. Dort ist eine Pufferung der beiden Klärschlammfraktionen vorgesehen. Als Puffer dienen Silos/Vorlagen/Behälter, in denen die betreffende Klärschlammfraktion eingefüllt wird. Es wird aber nur die selbstgängig brennbare Fraktion nach Bedarf abgezogen und in die Wirbelschichtfeuerung aufgegeben. - -der Klärschlamm wird auf unterschiedliche TR-Gehalte gebracht, wobei die TR-Gehalte entweder
- a)unterhalb (zum Beispiel ohne unterstützende Beheizung beim Trocknen oder nur mechanisch entwässert) oder
- b)oberhalb (durch solarthermische Trocknung) der Leimphase des Klärschlammes bei einem Wert liegen, bei dem eine Mischung mit der anderen Klärschlammfraktion herbeigeführt wird, die noch selbstgängig in einer Wirbelschichtfeuerung verbrennt.
Die beiden Fraktionen werden getrennt bis vor die Beschickung/Wurfbeschicker der Wirbelschichtfeuerung/Ofen gefördert. Dort ist eine Pufferung der beiden Klärschlammfraktionen vorgesehen. Als Puffer dienen Silos/Vorlagen/Behälter, in denen die betreffende Klärschlammfraktion eingefüllt wird.
Nach der Erfindung werden aus beiden Silos/Vorlagen/Behältern Klärschlamm-Mengen in einem Verhältnis abgezogen, die zu der vorstehenden, selbstgängig in der Wirbelschichtfeuerung verbrennenden Mischung führen. Bezogen auf die Wirbelschichtfeuerung/Ofen im Emscherklärwerk Bottrop hat die Mischung dann einen TR-Gehalt von mindestens 52Gew%. - -der Klärschlamm wird auf unterschiedlicheTR-Gehalte gebracht, wobei die TR-Gehalte entweder unterhalb (zum Beispiel ohne unterstützende Beheizung beim Trocknen oder nur mechanisch entwässert) oder trotz solarthermischer Trocknung in der Leimphase des Klärschlammes liegen. Der Klärschlamm mit dem innerhalb der Leimphase liegenden TR-Gehalt und wird mit Asche vermischt. Dabei ist der TR-Gehalt so hoch, dass der Klärschlamm trotz der Aschezumischung noch selbstgängig in der Wirbelschichtfeuerung brennt. Mindestens die Klarschlammfraktion mit der Aschezumischung wird bis vor den Wurfbeschicker der Wirbelschichtfeuerung/Ofen gefördert. Dort ist eine Pufferung bzw. Bevorratung vorgesehen. Als Puffer/Bevorratung dienen Silos/Vorlagen/Behälter, in denen die betreffende Klärschlammfraktion eingefüllt wird und so viel Klärschlamm fasst, dass damit vorkommende Schwankungen in der Klärschlammzuführung ausgeglichen werden. Nach der Erfindung wird dann nur die Klärschlammfraktion mit der Aschezumischung wird nach Bedarf abgezogen und über die Beschickungsvorrichtung/Wurfbeschicker in die Wirbeschichtfeuerung aufgegeben.
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Bei der bloßen Solartrocknung kann sich eine ungleichmäßige Trocknung ergeben, z.B. bei
- -ungleichmäßiger Sonneneinwirkung/Schattenlage
- -Schwierigkeiten in der gleichmäßigen Ausbreitung des Klärschlammes
- -Schwierigkeiten beim Wenden des Klärschlammes, um nach einer Abtrockung der Oberfläche die unteren Bereiche einer verstärkten Trockung zuzuführen
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Durch eine flächendeckende Feuchtigkeitsmessung, kann sichergestellt werden, dass es keine Bereiche mit mangelhafter Trocknung gibt. Dabei kann ausreichen, wenn die Feuchtigkeitsmessung in Abständen an der Oberfläche der Klärschlammschicht erfolgt. Dabei kann schon eine Augenscheinsnahme für das routinierte Bedienungspersonal aussagekräftig sein. Vorzugsweise ist immer eine Feuchtigkeitsmessung mit einem Feuchtemessgerät vorgesehen.
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Die Feuchtemessung kann auf verschiedene Weise erfolgen:
- -auf der Klärschlammoberfläche
- -im Klärschlamm
- -unmittelbar
- -mittelbar
- -durch Probennahme und Messung an oder in der Probe
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Vorzugsweise sind die Abstände zwischen zwei Messstellen am/im Klärschlamm höchstens 1m, noch weiter bevorzugt höchstens 0,5m und höchst bevorzugt höchstens 0,25m. Die Feuchtigkeitsmessung kann in der oberen Schichthälfte erfolgen, vorzugsweise in der unteren Schichthälfte, noch weiter bevorzugt in dem unteren Schichtdrittel erfolgen.
Es ist von Vorteil, alle Messungen mit einem Rechner aufzuzeichnen und
- -dabei die jeweilige Zeit und/oder
- -die Sonneneinstrahlung und/oder
- -die Innentemperatur/Außentemperatur und/oder
- -die Temperatur an den Messstelle und/oder
- -die Luftfeuchtigkeit und/oder
- -den Luftaustausch mit der Umgebung und/oder
- -die Lage der Messstelle
aufzuzeichnen. Neben der Feuchtigkeit hat die Temperatur in der Klärschlammschicht besondere Bedeutung.
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Wie oben dargelegt wird aus der Feuchtigkeit auf den TR-Gehalt und darauf geschlossen, ob der Klärschlamm sich in der Leimphase oder unterhalb der Leimphase oder oberhalb der Leimphase befindet.
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Wahlweise kann die Klebrigkeit des Klärschlammes auch unmittelbar gemessen werden, indem ein Messwerkzeug unter bestimmten Bedingungen durch eine mechanisch belastete Klärschlammprobe bewegt wird und der Widerstand gegen die Bewegung gemessen wird.
Die Klebrigkeit des Klärschlammes kann aber auch in situ gemessen werden, wenn mit der Messung zugleich die mechanische Belastung erzeugt wird, die die Klebrigkeit auslöst. Im Übrigen sollen alle anderen Bedingungen vergleichbar sein, die Einfluss auf die Messergebnisse haben können. Dazu gehören insbesondere die Geschwindigkeit des Messwerkzeuges und die Temperatur. Die mechanische Belastung hängt von der Form des Messwerkzeuges und dem daraus resultierenden Bewegungswiderstand im Klärschlamm ab. Wenn an dem Messwerkzeug gezogen wird, kann die Zugkraft gemessen werden. Wenn das Messwerkzeug geschoben wird, kann die Druckkraft gemessen werden. Die Zugkraft bzw. Druckkraft kann mit anderen Messwerten einer vorteilhaften Trocknung verglichen werden, die in der oben beschriebenen Form gewonnen werden.
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Das Messwerkzeug kann unterschiedliche Formen aufweisen. Bei einer Messung des Bewegungswiderstandes in einer mechanisch vorbelasteten, zum Beispiel gepressten Klärschlammprobe kann das Werkzeug die Form eines Messers oder eine ähnliche Form haben, die nur geringen Bewegungswiderstand in dem Klärschlamm findet.
Wenn dagegen durch die Bewegung des Messwerkzeuges eine mechanische Belastung des Klärschlammes entstehen soll, so ist eine Form erforderlich, die einen entsprechenden Bewegungswiderstand verursacht.
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Wahlweise können Probemengen auch für eine bloße Druckprobe genutzt werden. Dabei wird die Probemenge zwischen einen beweglichen Stempel und eine Unterlage gebracht, so dass eine Betätigung des Stempels eine Ausbreitung der Probe bewirkt. Die Ausbreitung erfolgt unter bestimmten Bedingungen, so dass sich die Ausbreitung bzw. die zur Erzielung der Ausbreitung erforderliche Kraft gemessen und mit anderen Messergebnissen verglichen werden kann, die bei einer vorteilhaften Trocknung entstanden sind. Darüber hinaus ist eine Augenscheinsnahme der Ausbreitung der zusammen gedrückten Probe von Vorteil: Verformt sich Klärschlamm bei der Zusammendrückung schon unter geringem Druck stark quellend und schnell bewegend zur Seite, so befindet sich der Klärschlamm unterhalb der Leimphase.
Zeigt die Klärschlammprobe unter dem Druck eine zusammenhängende Struktur, die an den Rändern nicht aufbricht, sondern sich lediglich nach außen verformt, so befindet sich der untersuchte Klärschlamm in der Leimphase. Bricht die Klärschlammprobe unter Druck in Einzelstrukturen auseinander, so befindet sich der Klärschlamm oberhalb der Leimphase.
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Wahlweise kann auch eine Förderschnecke bzw. eine andere Einrichtung zur Messung der Klebrigkeit verwendet werden, deren Betrieb durch die Leimphase gefährdet ist. Mit zunehmender Trocknung ändert sich in einer Förderschnecke die Reibung und damit die notwendige Antriebsleistung. Die notwendige Antriebsleistung nimmt zu. Die Konsequenz ist eine erhöhte Stromaufnahme eines elektrischen Antriebsmotors. Insofern kann auch die Stromaufnahme des elektrischen Antriebsmotors als Messgröße für den TR-Gehalt des Klärschlammes herangezogen werden.
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Vorzugsweise wird für die TR-Bestimmung des Klärschlammes keine Förderschnecke Messschnecke verwendet, die baugleich zu einer Förderschnecke ist, mit der der Klärschlamm an den Wurfbeschicker der Wirbelschichtfeuerung/Ofen übergeben werden kann. Die für die Messung vorgesehene Förderschnecke kann wesentlich kleiner sein.
Soweit eine aus eine Fördereinrichtung für die Übergabe des Klärschlammes verwendet wird, die nach Art eines Doppelschneckenextruders ausgebildet ist, so ist vorzugsweise als Messschnecke eine Einschnecke vorgesehen, bei der Verklumpungen und Verfestigungen sehr viel schneller auftreten können.
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Für die Feuchtemessung eignen sich auch weitere Verfahren/Geräte, die auf veränderten Feuchtegehalt reagieren. Das kann zum Beispiel sein,
- -Gewichtsbestimmung
- -Beaufschlagung mit Ultraschall
- -Beaufschlagung mit elektrischer Spannung
- -Stromdurchleitung
- -induktive Messung
- -Messung der kapazitven Eigenschaft des Klärschlammes
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Die für die TR-Bestimmung verwendeten Klärschlammproben können wieder zu dem für die Trocknung ausgebreiteten Klärschlamm zurückgeführt werden.
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Die Aufzeichnung der Messergebnisse aus der TR-Bestimmung und deren Vergleich erlaubt Rückschlüsse auf den weiteren Verlauf der Trocknung. Aus Messergebnissen einer Trocknung mit gutem Verlauf (vorteilhafter Trocknung) lässt sich eine Referenzkurve als Sollkurve erstellen, mit denen neue Messergebnisse verglichen werden können. Bei wesentlichen Abweichungen der neuen Messergebnisse kann auf den weiteren Trocknungs-Verlauf Einfluss genommen werden, um die weitereren Messergebnisse in die Nähe der Referenzkurve zu bringen. Einfluss kann auf alle Rahmenbedingungen genommen werden, zum Beispiel
- -auf die Temperatur mit Hilfe einer Bodenheizung
- -auf die Raumfeuchte durch Belüftung, gegebenenfalls durch Eintragen von Umgebungsluft
- -durch Wenden des Klärschlammes in der Solartrockung und gegebenenfalls andere Verteilung des Klärschlammes beim Wenden
- -Zugabe von Filterasche/Flugasche
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Vorzugsweise wird ein Klärschlamm erzeugt, der in allen Bereichen möglichst gleichmäßig getrocknet ist.
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Vorteilhafterweise kann die Referenzkurve auch genutzt werden, um anhand weniger ausgewählter Messstellen der Verlauf der Trocknung an anderen Stellen voraussehbar zu machen bzw. den Trocknungsverlauf mit wenigen Messstellen zu steuern. Im Extremfall kann eine einzige Messstelle ausreichend sein, um den Verlauf der Trocknung insgesamt vorauszusehen bzw. zu steuern.
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Die Messungen können kontinuierlich oder in Intervallen erfolgen.
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Bei kontinuierlicher Messung können Messergebnisse gleichermaßen kontinuierlich, aber auch diskontinuierlich gespeichert werden.
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Für alle Messungen können alle handelsüblichen Messeinrichtungen Verwendung finden. Von Vorteil sind Messeinrichtungen, deren Messergebnisse elektronisch anfallen und sich deshalb besonders einfach speichern lassen.
Die Erzeugung elektronischer Messergebnisse fällt bei elektronischen Messeinrichtungen automatisch an, so dass sich eine Umwandlung mechanischer Messergebenisse erübrigt. Für die Messung von Feuchtigkeit eignen sich elektrische Sonden. Je feuchter der Klärschlamm ist, desto stärker kann ein Strom von der Sonde in den Klärschlamm fließen. Bei entsprechender Kalibrierung lässt sich aus dem Stromfluss die Feuchte des Klärschlammes ablesen. Entsprechendes gilt auch für die anderen oben erläuteren Messverfahren mit Strom/Spannung/kapazitivem Verhalten.
Auch die Temperatur lässt sich mit elektrischen Messeinrichtungen messen, denn mit der Erwärmung eines Stromleiters ändert sich sein Widerstandsverhalten gegen durchfließenden Strom. Auch hier lässt sich die Sonneneinstrahlung lässt sich elektrisch messen, und zwar mit einer handelsüblichen Solarzelle. Je stärker die Sonneneinstrahlung ist, desto mehr Strom wird von der Solarzelle abgegeben. Soweit dabei bauspezifische Besonderheiten gegeben sind, lassen sich diese mit einer rechnergestützen Messung berücksichtigen.
Auch die Position der Messstellen lässt sich elektrisch bestimmen, wenn eine Feuchtemessung während der Trockung erfolgen soll. Das kann zum Beispiel durch Bewegung der Messeinrichtung in zwei kreuzförmig zueinander angeordneten Geradführung erfolgen,
- -von denen zum Beispiel die Geradführung für die Längsbewegung zugleich die Geradführung für die Querbewegung verfahrbar trägt und
- -wobei die Geradführung für die Querbewegung die Messeinrichtung verfahrbar trägt und
- -wobei die beiden Bewegungen mit elektrischen Schrittschaltmotoren erzeugt werden, deren Bewegungsimpulse/Schritte vom Rechner vorgegeben werden bzw. vom Rechner gespeichert werden.
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Die Geradführungen sind der X-Achse und Y-Achse im Koordinatensystem vergleichbar, so dass die Schritte auf diesen Achsen eine genaue Lagebestimmung beinhalten. Jede Speicherung von Daten erfolgt bei üblichen Betriebsprogrammen von Rechnern zugleich mit einer Zeitangabe.
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Vorteilhafterweise können die vorstehend erläuterten Messeinrichtungen zu mehreren oder alle zusammen in einer einzigen Vorrichtung zusammen gefasst sein, die mit den beiden Geradführungen und den Schrittschaltmotoren bewegt wird.
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Die Messsonden für die Feuchtemessung können für jeden Messvorgang in den Klärschlamm gesteckt werden oder bleibend im Klärschlamm durch den Klärschlamm bewegt werden. Beim Einstecken der Sonden in den Klärschlamm wie auch bei der bleibenden Bewegung der Sonden durch den Klärschlamm können messerartige Sonden von Vorteil sein, die leicht durch den Klärschlamm schneiden.
Von Vorteil ist auch, die Messsonden für die Feuchtemessung in Abständen an der Oberfläche zu reinigen.
Dazu können zum Beispiel Bürsten vorgesehen sein, die von zwei Seiten an die Sonden greifen, um die Oberfläche zu bearbeiten.
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Der ausreichend getrocknete Klärschlamm wird aus der Solartrocknung ausgetragen. Dazu können zum Beispiel übliche Räumgeräte, insbesondere Radlader, verwendet werden. Wahlweise finden auch rechnergesteuerte Räumgeräte Anwendung. Die Räumgeräte übergeben den getrockneten Klärschlamm an Fördereinrichtungen, insbesondere Förderbänder, Trogkettenförderer, Rohrkettenförderer und Förderschnecken.
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Der aktuelle TR-Gehalt wird vorzugsweise entweder durch die Feuchte-Messungen während des Trocknungsvorganges und/oder durch eine Feuchtemessung des Klärschlammes auf der Fördereinrichtung festgestellt. Wahlweise kann sich die Feuchtemessung des Klärschlammes auf die Messung auf der Fördereinrichtung beschränken.
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Die Feuchtemessung ist wichtig, weil die Feuchte sich aus diversen Gründen ändern kann. Neben den oben im Zusammenhang mit der Solartrocknung bereits aufgezählten Gründen gehören dazu Witterung und Jahreszeiten, technische Probleme wie Störung der oben beschriebenen Bodenheizung.
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Die Feuchtemessung des Klärschlammes auf der Fördereinrichtung kann wie die Feuchtemessung während der Solartrocknung erfolgen; berührungslos über dem Klärschlamm oder an der Klärschlammoberfläche oder im Klärschlamm selbst. Während bei der Solartrocknung bzw. solarthermischen Trocknung des Klärschlammes die Messgeräte vorzugsweise an die Messstelle gebracht werden, sind die Messgeräte bei einer Messung des Klärschlammes auf den Fördereinrichtungen dort vorzugsweise dauerhaft angeordnet. Das erlaubt eine dauerhafte Überwachung des TR-Gehaltes. Die Feuchtemessung des Klärschlammes auf der Fördereinrichtung schließt wie bei der Feuchtemessung in der Solartrocknung/solarthermischen Trocknung eine Speicherung der Messwerte und einen Vergleich von Messwerten mit älteren Messwerten einer vorteilhaften Trocknung und gegebenenfalls eine Änderung der Trocknungsbedingungen ein.
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Anhand der Messwerte kann entschieden werden, ob und wie eine weitere Aufbereitung des Klärschlammes vor dem Eintragen in die Wirbelschichtfeuerung/Ofen erfolgen soll.
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Im Übrigen kann eine weitere Trocknung in einer von der solarthermischen Trocknung unabhängigen Einrichtung erfolgen und/oder eine Mischung des Klärschlammes mit einem Additiv erfolgen.
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Für die weitere Trocknung können die Abgase aus der Wirbelschichtfeuerung/Ofen Verwendung finden. Wahlweise geschieht das in einer beheizten Drehtrommel.
Dabei ist günstig, die Drehtrommel zweischalig auszubilden, die Abgase durch den Hohlraum zwischen beiden Schalen zu leiten und den Klärschlamm mittig durch die Drehtrommel zu leiten. Dadurch findet eine indirekte Erwärmung des Klärschlammes statt und wird die Gefahr einer Entflammung des Klärschlammes durch die Abgase verhindert.
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Vorzugsweise ist die Drehtrommel innen mit Schaufeln/Leitblechen versehen, die den Klärschlamm auf dem Wege durch die Drehtrommel ständig wenden. Das wirkt einer Agglomerierung von Schlammpartikeln entgegen.
Soweit gleichwohl durch die Trocknung Klärschlammpartikel zu groben Körnungen agglomerieren, die für die Wirbelschichtfeuerung/Ofen unerwünscht sind, oder bereits agglomerierter/verklumpter Klärschlamm anfällt, ist vorzugsweise eine Aussiebung der groben Partikel und deren Zerkleinerung vorgesehen.
Vorteilhafterweise kann die Aussiebung zugleich durch Verwendung einer Siebtrommel als Drehtrommel erreicht werden. Die Siebtrommel besitzt innen einen Siebmantel. Die kleinen Partikel fallen durch den Siebmantel und werden weiter in Richtung der Wirbelschichtfeuerung/Ofen gefördert. Die großen Partikel bleiben auf dem Sieb und treten an anderer Stelle aus der Drehtrommel aus als die kleinen Partikel. Das macht es leicht, die kleinen Partikel von den großen Partikeln zu trennen. Die kleinen Partikel werden an der Austrittstelle einfach separat von den großen Partikeln aufgefangen und weitergeführt. Die großen/agglomerierten/verklumpten Partikel werden vorzugsweise mit einem zerkleinert, bevor sie der Klärschlammaufbereitung wieder zugeführt werden.
Zur Zerkleinerung eignen sich einfache Geräte aus der Aufbereitung von Böden. Zu den geeigneten Geräten gehören Sternsiebe mit zwei oder mehr Wellen, auf denen sternförmige angeordnete Arme sitzen. Die Sterne kämmen wie Zahnräder miteinander und zerkleinern alle zwischen die Sterne gelangenden groben Kläreschlammpartikel.
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Vorzugsweise ist die Siebtrommel auf der Förderstrecke zwischen der solarthermischen Trocknung und der Wirbelschichtfeuerung/Ofen möglichst dicht an der solarthermischen Trocknung angeordnet.
Alternativ kann der Schlammaufbereitungsprozess auch in der Halle/Gebäude der solarthermischen Trocknung stattfinden.
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Bei Verwendung von Additiven für die Mischung mit dem Klärschlamm kann die Filterasche aus dem Rauchgasfilter der Wirbelschichtfeuerung/Ofens verwendet werden. Die Filterasche wird in den Klärschlamm eingemischt und bindet sehr stark die Feuchtigkeit an der Partikeloberfläche des Klärschlammes.
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Dazu kann ausreichend sein, die Filterasche zunächst auf den Klärschlamm aufzugeben und anschließend beides einem Mischer/Siebtrommel zuzuführen. Die Filterasche kann auch zusammen mit dem Klärschlamm in einen Mischer/Siebtrommel einlaufen. Geeignete Mischer besitzen eine oder mehrere umlaufende Wellen mit darauf montierten Mischerarmen. Auch die Drehtrommel stellt einen geeigneten Mischer dar. Die beheizte Drehtrommel/Siebtrommel vereinigt dann die Mischerfunktion und die Trocknerfunktion. Es kann aber auch eine Trennung der verschiedenen Funktionen vorgesehen sein.
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Im Winter kann eine Einleitung von Abgasen aus der Wirbelschichtfeuerung/Ofen auch von Vorteil sein, um die Drehtrommel auf einer für die Funktion als Mischer ausreichenden Temperatur zu halten. Dazu ist dann ein geringer Teil der Abgase aus der Wirbelschichtfeuerung/Ofen ausreichend. Die Abgase werden dann vorzugsweise aus dem gereinigten Rauchgasstrom abgezweigt. Das kann mit einer Rauchgasleitung erfolgen, mit der das Rauchgas an einem Ende in den Mischer eingeführt und am anderen Ende wieder abgezogen und in den Kamin zurückgeführt wird. Günstig ist, wenn in der Rückführungsleitung ein Saugzug sitzt, der die Rauchgase an einer Seite ansaugt und an der anderen Seite in Richtung Kamin drückt.
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Wahlweise kann der Mischer auch zugleich eine Trocknerfunktion haben. Dazu kann dem Mischer mehr Rauchgas zugeführt werden. Wahlweise ist anstelle der Beheizung mit Rauchgas auch wie bei der solarthermischen Trockung eine Beheizung mit Kondensatwärme aus der der Wirbelschichtfeuerung/Ofen nachgeschalteten Dampfturbine vorgesehen.
Alternativ ist die Nutzung der Abwärme aus einem Blockheizkraftwerk vorgesehen.
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Die Menge an zugegebener Filterasche wird dem Feuchtegehalt des Klärschlammes angepasst. Bei großer Feuchtigkeit und hohem Bedarf an Filterasche kann die Menge an zugegebener Filterasche zum Beispiel bis 10Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge aus Klärschlamm und Filterasche sein. Bei geringem Bedarf an Filterasche kann die Zugabe von Filterasche entsprechend reduziert werden. Die Dosierung erfolgt zum Beispiel gravimetrisch.
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Vorzugsweise ist die Drehtrommel in der Heizleistung und der Aufnahme von Filterasche auch so ausgelegt, dass sie im Winter, wenn die Solartrocknung ineffizient ist, den Klärschlamm aus der Klärschlammentwässerung unter Umgehung der Solartrocknung unmittelbar aufnehmen und als Brennstoff für der Wirbelschichtfeuerung/Ofen aufbereiten kann.
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Auf dem Förderweg zu der Wirbelschichtfeuerung/Ofen ist mindestens ein Silo vorgesehen, in dem eine ausreichende Klärschlamm-Menge zur Überbrückung von Schwankungen in der Klärschlammführung ausgeglichen werden können. Vorzugsweise sind mindestens zwei Silos möglichst dicht am Wurfbeschicker der Wirbelschichtfeuerung/Ofens vorgesehen, die mit unterschiedlich getrocknetem oder nur mechanisch entwässertem Klärschlamm beschickt werden können, wobei in dem einen Silo Klärschlamm bevorratet wird, dessen TR-Gehalt unterhalb der Leimphase liegt, und in dem anderen Silo Klärschlamm bevorratet wird, dessen TR-Gehalt in der Leimphase und oberhalb der Leimphase liegt. Nach der Erfindung kann Klärschlamm aus beiden Silos gemeinsam abgezogen und in einen Doppelschneckenförderer aufgegeben werden. Dabei kann jedes gewünschte Mischungsverhältnis zum Beispiel durch eine gravimetrische Dosierung der Austrittsmengen eingestellt werden, so dass die aus dem Doppelschneckenförderer austretende Mischung eine vorteilhafte Verbrennung in der Wirbelschichtfeuerung/Ofen gewährleistet.
Der Doppelschneckenförderer übergibt den Klärschlamm an den Wurfbeschicker. Alternativ kann der Ofen auch direkt aus dem jeweiligen Silo ohne Mischung beschickt werden.
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Sofern auch Klärschlamm mit einem Asche-Anteil vorkommt, kann es von Vorteil sein, wenn für diesen Klärschlamm ein separates Silo vorgesehen ist.
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Anstelle des Klärschlammes mit einem TR-Gehalt, der oberhalb der Leimphase liegt, kann auch allein ein mit Asche versetzter Klärschlamm zur Anwendung kommen, dessen Brennwert/Heizwert für eine selbstgängige Verbrennung in der Wirbelschichtfeuerung/Ofen ausreicht.
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Bei höherem Brennwert/Heizwert kann der mit Asche versetzte Klärschlamm auch mit Klärschlamm versetzt werden, dessen Brennwert/Heizwert nicht für eine selbstgängige Verbrennung ausreicht. In der Mischung wird der Anteil von Klärschlamm mit dem geringeren Brennwert/Heizwert aber so beschränkt, dass die Mischung noch selbstgängig brennt.
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Zur Mischung von Klärschlamm aus den verschiedenen Silos/Vorlagen/Behältern ist vorzugsweise ein Doppelschneckenförderer vorgesehen.
Der Doppelschneckenförder besitzt zwei miteinander kämmende und in einem Gehäuse umlaufende Schnecken nach Art eines Doppelschneckenextruders. Der Klärschlamm wird durch einen Aufgabetrichter des Gehäuses aufgegeben. Beide Schnecken können gleichläufig drehen. Vorzugsweise drehen die Schnecken gegenläufig, so dass der oben auf die Schnecken aufgegebene Klärschlamm zwischen die Schnecken eingezogen wird, zerkleinert und gemischt wird. Zugleich kann der Doppelschneckenförderer mit dem von ihm geförderten Klärschlamm eine Sperre bilden, so dass weder Umgebungsluft unkontrolliert in die Wirbelschichtfeuerung/ofen treten kann, noch Gase aus dem Feuerungsraum in die Umgebung treten können.
Der Doppelschneckenförderer kann in Förderrichtung ansteigend, aber auch geneigt oder horizontal angeordnet sein.
Anstelle des Doppelschneckenförders ist auch ein Einschneckenförderer, oder ein Trogkettenförderer denkbar.
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Solange die Silos und die nicht frostsicheren Teile der erfindungsgemäßen Anlage eingehaust sind, ergibt sich im Winter kein Problem. Zum Beispiel können die nicht frostsicheren Teile (zum Beispiel die Silos) der erfindungsgemäßen Anlage neben der Wirbelschichtfeuerung/Ofen in der Ofenhalle untergebracht sein.
Vorzugsweise werden die nicht in der Ofenhalle untergebrachten, frostgefährdeten Anlagenteile beheizbar gemacht. Schon unterschiedliche Temperaturen können ein Auslaufen von Klärschlamm aus den Silos behindern. Zur Beheizung können auch die Abgase aus der Wirbelschichtfeuerung/Ofen verwendet werden.
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Die Silos/Vorlagen/Behälter dienen als Puffer im Falle einer schwankenden Produktionsmenge an aufbereitetem Klärschlamm. Die Wirbelschichtfeuerung/Ofen muss kontinuierlich gefahren werden. Schwankender Betrieb ist für die Wirbelschichtfeuerung/Ofen nur in geringen Grenzen möglich.
Der aufbereitete Klärschlamm wird den Silos oben zugeführt und unten an den Silos abgezogen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt:
- zeigt eine Referenzkurve eines optimal förderbaren. Der Schlamm wurde lediglich abgepresst und nicht getrocknet. Aufgrund des hohen Wassergehaltes lässt er sich optimal fördern.
- zeigt eine Referenzkurve eines in die Leimphase getrockneten Klärschlammes
- zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage.
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Mit 1 ist eine Klärschlammentwässerung mit Filterpressen schematisch dargestellt.
Aus der Entwässerung 1 wird der Klärschlamm einer solarthermischen Trocknung 2 zugeführt. Die Bezeichnung „solarthermisch“ ergibt sich aus einer Kombination einer Solartrocknung mit einer von der Sonneneinstrahlung unabhängigen Beheizung.
Im Ausführungsbeispiel gehört zu der solarthermische Trocknung 2 ein befahrbares Gewächshaus aus Glas, dessen einzelne Scheiben in einer Stahlkonstruktion gehalten sind. Außerdem ist das Gewächshaus mit einem Belüftungssystem verbunden, zu dem ein Lüfter gehört, der Umgebungsluft von außen anziehen kann und die durch den Trocknungsvorgang anfallende Abluft und Brüden über eine Leitung 26 und einen Biofilter 41 in die Atmosphäre abgeführt werden kann.
Das Gewächshaus ist zugleich mit einer Bodenbeheizung versehen. Der Boden des Gewächshauses besteht im Ausführungsbeispiel aus Stahlblech, das für das Befahren mit einem Frontlader ausgelegt ist, der die Aufgabe hat, Klärschlamm in dem Gewächshaus zu verteilen und nach der Trocknung wieder abzuräumen und auf ein Förderband 3 aufzugeben.
Unter dem Boden aus Stahlblech sind im Ausführungsbeispiel Heizungsrohre verlegt, die ihre Wärme an den Stahlblechboden abgeben, der seinerseits die Wärme an den Klärschlamm abgibt. Die Heizungsrohre werden im Ausführungsbeispiel über eine Leitung 24 mit Kondensatwärme aus einer Dampfturbine 22 gespeist. Die Dampfturbine 22 wird über eine Leitung 25 mit Dampf betrieben, der in der Kesselanlage 42 der Klärschlammverbrennung entsteht. Der Dampf treibt die Dampfturbine 22, indem er den wesentlichen Teil der ihm inne wohnenden Energie an die Turbine 22 abgibt. Auf seinem Weg durch die Turbine 22 entspannt der Dampf und kühlt ab. Am Ende tritt ein Kondensat aus der Turbine 22 aus, das noch eine Restwärme enthält, die genutzt werden kann. Im Ausführungsbeispiel wird der wesentliche Teil des Kondensats über eine Leitung 23 der Kesselanlage 42 zur neuerlichen Verdampfung wieder zugeführt.
Über einen Wärmetauscher 43 und eine Leitung 24 wird die Kondensatrestwärme in der Trocknungsanlage weiter verwendet.
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Der Klärschlamm verlässt die Trocknung 2 auf einem Förderweg 3. Der Förderweg 3 wird im Ausführungsbeispiel von Förderbändern gebildet. Auf dem Förderweg 3 findet eine Feuchtemessung mit einem Feuchtemessgerät 12 statt.
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Das Messergebnis wird an einen Rechner 11 gegeben, der
- -die Trockung 2 anhand einer Referenzkurve steuert
Die zeigt eine Referenzkurve für einen vollständig ausgefaulten Klärschlamm, der mittels einer Membrankammerfilterpresse auf einen TR von 29,45 Gew% abgepresst worden ist und noch nicht getrocknet wurde. Dieser Trocknungsgrad liegt unterhalb der Leimphase des Klärschlammes. Das wird an nachfolgender Prüfung des Klärschlammes deutlich:
- Mengen von jeweils 0,5 Litern des Klärschlammes werden unter definiertem Druck zu einem Prüfkörper geformt. In den Prüfkörper wird bis zu einer definierten Tiefe eine Platte eingeführt. Anschließend wird die Metallplatte mit einer konstanten Geschwindigkeit aus dem Prüfkörper gezogen. Die zum Herausziehen der Metallplatte benötigte Kraft wird gemessen. Die zeigt, dass sich die Kraft zum Herausziehen der Platte über die Länge der Bewegung in einer hierfür signifikanten Art und Weise verändert.
Dieser Schlamm wird als besonders vorteilhafter Schlamm angesehen.
Der Schlamm wurde bereits in größeren Mengen in einer vorhandenen Wirbelschichtfeuerung störungsfrei verbrannt. Es gab keine Einschränkungen bei der Förderung des Schlamms mittels Dickstoffpumpe und Schnecken sowie der Vorlage in einem 12m hohen Silo.
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zeigt eine Referenzkurve für den entstandenen Schlamm bei einer idealen solaren Trocknung auf einen TR-Gehalt von 49Gew%. Der TR-Gehalt zeigt, dass der Klärschlamm in der Leimphase ist. Bei gleicher Herstellung eines Prüfkörpers wie nach und gleichem Eindringen einer Metallplatte zeigt , dass die Kraftaufnahme beim Herausziehen der Metallplatte aus dem Prüfkörper dramatisch zunimmt. Über die Länge der Bewegung nimmt die Kraftaufnahme zwar stark ab. Im Mittel bleibt jedoch die Kraftaufnahme sehr hoch.
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Um aus der Leimphase herauszukommen, ist in einem Ausführungsbeispiel ein zusätzlicher Durchlauf des Klärschlammes durch die Trocknung 2 vorgesehen. Das erfolgt nach einem Austritt des Klärschlammes aus der Trocknung 2 durch Rückführung in die Trocknung 2. Die Erfindung schließt ein, dass mehr als eine Rückführung erfolgt, um zu einem gewünschten TR-Gehalt von mehr als 60Gew% zu kommen. Über die Rückführung entscheidet im Ausführungsbeispiel der Rechner 11.
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Alternativ zur Rückführung des einmal solargetrockneten Klärschlammes wird in einem anderen Ausführungsbeispiel in der Trocknung 2 eine Bodenheizung aktiviert. Mit der Bodenheizung wird eine zusätzliche Trocknung des Klärschlammes erreicht.
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Sowohl die zusätzliche Trocknung durch Rückführung im ersten Ausführungsbeispiel als auch die zusätzliche Trocknung durch die im zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehene Bodenheizung werden als Übertrocknung bezeichnet.
- -bei Bedarf entscheidet,
- --ob und in welchem Umfang der austretende Klärschlamm über eine Leitung unmittelbar einem Silo 6 zugeführt wird. Im Ausführungsbeispiel hat dieser Klärschlamm einen TR-Gehalt von 28 Gew%, in anderen Ausführungsbeispielen einen TR-Gehalt von 25 bis 30Gew%
- --ob und in welchem Umfang der austretende Klärschlamm zu einer ergänzenden Trocknung über den Förderweg 13 in die Trocknung 2 zurückgeführt wird.
Die ergänzende Trocknung kann bei mangelhafter Trocknung zweckmäßig sein. Das kann der Fall sein, wenn durch Störungen des Trocknungsbetriebes oder durch ungünstige Rahmenbedingungen der Trocknung der gewünschte TR-Gehalt nicht erreicht wird.
- --ob und in welchem Umfang eine ergänzende Trocknung normal getrockneten Klärschlammes stattfindet. Eine Trocknung auf einen TR-Gehalt größer 60Gew% wird als Übertrockung bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel wird durch Übertrocknung ein TR-Gehalt von 52Gew% und mehr erreicht. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um den Klärschlamm des Emscherklärwerkes in Bottrop, dessen TR-Gehalt für eine selbstgängige Verbindung 52Gew% beträgt.
Der übertrocknete Schlamm wird mit einem TR-Gehalt von mehr als 52Gew% über den Förderweg 31 unmittelbar in ein Sil0 5 geleitet.
Der übertrocknete Schlamm mit einem TR-Gehalt zwischen 52 und 60Gew% wird allein in der Wirbelschichtfeuerung 7 verbrannt. Um die Mischung mit dem Schlamm im Silo 6 und die Entstehung eines nicht mehr selbstgängig brennenden Schlammgemisches zu verhindern, wird die am Austrag des Silos 6 vorgesehene gravimetrische Dosierung auf Null gestellt.
Bei einem übertrockneten Schlamm mit einem TR-Gehalt von mehr als 60Gew% findet im Ausführungsbeispiel jedoch eine Mischung mit dem Schlamm aus dem Silo 6 statt. Zur Herstellung der Mischung ist auch das Silo 5 am Austrag mit einer gravimetrischen Dosierung versehen. Der mit beiden Dosierungen erzielte Austrag aus den Silos 5 und 6 läuft mit dem gewünschten, im Ausführungsbeispiel vom Rechner 11 vorgegebenen Mengenverhältnis in den Einlauftrichter eines eingehausten Doppelschneckenförderers 20. Dieser Förderer vermischt die beiden Schlammfraktionen und übergibt sie an einen Wurfbeschicker 21 an der Wirbelschichtfeuerung 7.
- --ob allein von dem Silo 5 übertrockneter Klärschlamm mit einem TR-Gehalt von 52 bis 60Gew% abgezogen wird oder ob mit einem übertrockneten Schlamm einem TR-Gehalt von mehr als 60Gew% aus dem Silo 5 auch nicht selbstgängig verbrennender Schlamm aus dem Silo 6 abgezogen wird. Dabei stützt sich der Rechner auf eine Füllstandsmessung im Silo 5. Die Füllstandsmessung zeigt, bei welchem Füllstand die Beschickung des Silos 5 von übertrocknetem Klärschlamm mit einem TR-Gehalt von mehr als 60 Gew% (mehr übertrocknet) auf die Beschickung mit einem übertrockneten Klärschlamm von 52 bis 60Gew% (weniger übertrocknet) umgeschaltet worden ist. Entsprechendes gilt für die Umschaltung der Beschickung von weniger übertrocketem Klärschlamm auf mehr übertrocknetem Klärschlamm. Der Rechner 11 kann dann anhand des mit der gravimetischen Dosierung ermittelbaren Austrages feststellen, wann sämtlicher Klärschlamm, der weniger übertrocknet ist, oder sämtlicher mehr übertrockneter Klärschlamm aus dem Silo 5 ausgeflossen ist. Dabei kann mit erheblichem Toleranzbereich gerechnet werden, weil die Wirbelschichtfeuerung 7 nicht sofort gravierend gestört wird, wenn anstelle einer Mischung aus übertrocknetem Klärschlamm und nicht selbstgängig brennbarem Klärschlamm nur noch übertrockneter Klärschlamm verbrannt wird,
- oder wenn anstelle von nur weniger übertrocknetem Klärschlamm nur mehr übertrockneter Klärschlamm verbrannt wird,
- oder wenn anstelle von mehr übertrocknetem Klärschlamm nur weniger übertrockneter Klärschlamm verbrannt wird,
- oder wenn anstelle von nur übertrocknetem Klärschlamm nur eine Mischung aus übertrocknetem Klärschlamm und nicht selbstgängig brennbaren Klärschlamm verbrannt wird.
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Die Steuerung der Wirbelschichtfeuerung 7 ist gleichfalls rechnergestützt und reagiert auf Änderungen Verbrennungszustände und Verbrennungsprodukte und Verbrennungszustände durch Änderung der Brennstoffzuführung und/oder Änderung der Verbrennungsluftzuführung und/oder Änderung des Wirbelbettes und/oder Änderung der Dampferzeugung.
Ist der Heizwert des Schlammes zu kurzfristig zu hoch, so kann über Lanzen Wasser in den Wirbelschichtofen dosiert werden.
Ist der Heizwert zu niedrig kann eine kurzfristige Anhebung des Heizwertes durch Ölzugabe mittels Öl-Lanzen erfolgen.
Zu den Verbrennungsprodukten gehört auch das Rauchgas, von dem zumindest einige Bestandteile gut messbar sind.
- --wann von dem Silo 5 (übertrockneter Klärschlamm) auf das Silo 6 (normal solarthermisch getrockneter Klärschlamm und rein mechanisch entwässerter Klärschlamm) umgeschaltet wird und umgekehrt. Für die Umschaltung sind am Eingang der Silos 5 und 6 Schieber vorgesehen, die über den Rechner 11 gesteuert werden. Die Umschaltung von übertrocknetem Klärschlamm auf normal getrockneten Klärschlamm und rein mechanisch entwässerten Klärschlamm ist zugleich mit einer Beendigung der Rückführung von Klärschlamm auf dem Förderweg 13 verbunden. Die Umschaltung vom Silo 6 (normal getrocknetem Klärschlamm und rein mechanisch entwässerten Klärschlamm) auf das Silo 5 (übertrockneter) Klärschlamm ist zugleich mit einer Öffnung der Rückführung auf dem Förderweg 13 verbunden.
Für die Umschaltung auf Rückführung des Klärschlammes auf dem Förderweg 13 ist in dem Förderweg 3 eine Weiche vorgesehen. Für die Beendigung der Rückführung wird die Weiche zurück gestellt. - -bei Bedarf entscheidet, ob und in welchem Umfang welcher Klärschlamm über die Förderwege 40, 3 und 31 unmittelbar den Silos 5 und 6 oder weiter über den Förderweg 3 in eine Drehtrommel 4 geleitet wird. Auch für diese Umschaltung auf dem Förderweg 3 zur Drehtrommel 4 ist auf dem Förderweg 3 eine Weiche vorgesehen.
- -bei Bedarf auch entscheidet, ob und in welchem Umfang in der Drehtrommel 4 Asche zugegeben wird. Die Drehtrommel 4 bildet zugleich einen Mischer, in dem der in die Drehtrommel 4 eingetragene Klärschlamm und die in die Drehtrommel aufgegebene Asche miteinander umgewälzt werden. In anderen Ausführungsbeispielen ist die Drehtrommel zugleich mit Schaufeln versehen, die das Umwälzen fördern.
Die Asche reduziert bei Bedarf die Klebrigkeit des Klärschlammes. Die Aschezugabe beträgt im Ausführungsbeispiel bis 10Gew% der entstehenden Mischung. In anderen Ausführungsbeispielen 0 Gew% bis 4Gew% der entstehenden Mischung.
Die Filterasche stammt aus einem Abgasfilter 9 einer Wirbelschichtfeuerung/Ofen 7. Die Zuführung für die Filterasche ist mit 10 bezeichnet. In der Zuführung 10 befindet sich ein nicht dargestelltes Silo mit einer Dosierung für die Aschezugabe.
- -bei Bedarf auch entscheidet, ob und in welchem Umfang eine Beheizung der Drehtrommel 4 erfolgt. Zur Beheizung wird Rauchgas aus dem Rauchgas der Wirbelschichtfeuerung/Ofen 7 abgezweigt und über eine Leitung 9 der Drehtrommel zuführt.
Der Bedarf entsteht, wenn die solarthermische Trocknung nicht bei dem ersten Durchlauf der Klärschlammpartikel zu einem gewünschten Trocknungsgrad kommt und eine Rückführung der Klärschlammpartikel in die Trocknung unzweckmäßig ist. Dann kann die Drehtrommel mit einem Teil der heißen Abgase aus der Wirbelschichtfeuerung/Ofen 7 beheizt werden und auf dem Wege eine weitere Trocknung erreicht werden. Die Zuführung der Abgase zu der Drehtrommel 4 ist mit 8 bezeichnet.
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Zur Beheizung ist die Drehtrommel mit einem Doppelmantel versehen. Das Rauchgas wird in den Hohlraum des Doppelmantel geführt und kommt nicht mit dem Klärschlamm in Berührung. Die Beheizung dient wahlweise der Frostsicherung, wahlweise darüber hinaus zur zusätzlichen Trocknung des Klärschlammes in der Drehtrommel.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Drehtrommel 4 zugleich als Sieb ausgebildet. Eine Absiegung ist von Vorteil, wenn sich die Klärschlammpartikel auf dem Transportwege von der Trocknung zu den Silos 5 und 6 Klärschlammpartikel zu größeren Partikeln agglomerieren oder wenn zum Beispiel grobe Partikel von Rechengut (zu dem groben Rechengut gehören zum Beispiel Holzstücke, die normalerweise mit einen Rechen aus dem Abwasser herausgeholt werden, aber von dem Rechnen nicht erfasst worden sind) in dem Klärschlamm enthalten sind, die nicht mehr für die Beschickung der Wirbelschichtfeuerung/Ofens 7 bzw. für die Silos 5 und 6, die Förderschnecken und Wurfbeschicker geeignet sind. Zur Absiebung der groben Partikel ist die Drehtrommel 4 mit einem Siebmantel ausgekleidet. Der Klärschlamm wird mittig in die Drehtrommel 4 und den Siebmantel aufgegeben. Durch Drehung der Drehtrommel 4 wird der Klärschlamm in dem Siebmantel umgewälzt. Dabei fallen die Klärschlammpartikel mit kleinerer Abmessung als die Maschenweite des Siebmantels durch den Siebmantel hindurch in den Hohlraum zwischen dem Siebmantel und dem umgebenden Mantel der Drehtrommel 4. Diese Partikel werden in die Leitung 31 zu den Silos 5 und 6 geleitet. Die größeren Partikel sind größer als Maschenweite des Siebmantels und werden beim Durchgang der kleineren Partikel abgesiebt. Diese Partikel werden über einen Transportweg 30 mit zwischengeschalteter Zerkleinerung 14 auf den Transportweg 3 rückgeführt, um erneut die Drehtrommel 4 zu durchlaufen.
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Für die Wirtschaftlichkeit der Klärschlammverbrennung ist entscheidend, ob dem jeweils übertrockneten Klärschlamm anderer Klärschlamm in der jeweils optimalen Menge zugeführt wird. Die zeigt in der linken, senkrechten Spalte übertrockneten Schlamm mit diversen TR-Gehalten von 53Gew% bis 83Gew%. Den verschiedenen übertrockneten Schlämmen sind in einer horizontalen Zeile Schlämme mit geringem TR-Gehalt von 19 bis 28Gew% zugeordnet worden. Dazwischen sind Mischungsverhältnisse von übertrocknetem Schlamm zu Schlamm mit geringem TR-Gehalt aufgelistet, mit denen die in der linken Spalte aufgelisteten übertrockneten Schlämme auf einen TR-Gehalt von 52Gew% abgemischt werden können. Die Mischungsverhältnisse gehen von 0,77 bis 35. Das heißt, bei einem hohen TR-Gehalt von 83Gew% kann zu jeder Menge des Schlammes mit 28Gew% das 0,77fache des Schlammes mit TR 83Gew% zugemischt werden, bis eine Mischung mit einem TR-Gehalt von 52 Gew% entsteht.
Bei einem Schlamm mit TR 19Gew% und einem übertrockneten Schlamm von 53Gew% muss jeder Menge Schlamm mit TR 19Gew% das 35fache des Schlammes mit TR53 zugemischt werden, bis eine Mischung mit einem TR-Gehalt von 52Gew% entsteht.
Die wirtschaftlich besten Ergebnisse wurden im Ausführungsbeispiel mit einem übertrockneten Schlamm erzielt, dessen TR-Gehalt bei 60Gew% bis 70Gew% lag und der mit einem Klärschlamm von 23 bis 28Gew% kombiniert wurde. Dabei ergaben sich Mischungsverhältniss von 1,33 bis 3,5. Dieses Ergebnisfeld ist in der grau hinterlegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19531379 [0012]
- DE 19501736 [0012]
- DE 19512563 [0012]
- EP 883778 [0012]
- EP 526458 [0012]
- EP 3178577 [0012]
- DE 9208456 [0012]
- DE 4215530 [0012]
- DE 4138036 [0012]
- EP 2788701 [0012]
- DE 2401552 [0012]
- EP 1287304 [0012]
- EP 716264 [0012]
- EP 591299 [0012]
- EP 542958 [0012]
- EP 588152 [0012]
