DE10224077A1 - Binding agent admixed to wet sewage sludge and pressed conversion to solid bodies reduced to gas, molten metal and cinder in shaft oven with regulated force-fed air - Google Patents
Binding agent admixed to wet sewage sludge and pressed conversion to solid bodies reduced to gas, molten metal and cinder in shaft oven with regulated force-fed airInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung und stofflichen Verwertung von Klärschlamm durch Kompaktierung, Trocknung, stufenweise Vergasung, geregelte Nachverbrennung der Ofengase und Aufschmelzen unter reduzierenden Bedingungen in einem mit Sauerstoff und/oder Verbrennungswind betriebenen Schacht-Schmelz-Vergaser oder Schacht- Schmelz-Ofen. The invention relates to a method for thermal treatment and material Utilization of sewage sludge by compacting, drying, gradually Gasification, controlled afterburning of the furnace gases and melting under reducing conditions in one with oxygen and / or Combustion wind operated shaft melting carburettor or shaft Smelting furnace.
Aus dem Stand der Technik ist nach DE 195 31 379 C1 ein Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm bekannt, bei dem der Klärschlamm mittels eines durch ein Wärmeträgermedium beheizten Trockners getrocknet und danach in eine Feuerung, insbesondere Zykloidfeuerung verbrannt wird, bei dem das Wärmeträgermedium durch die Verbrennung erwärmt wird, bei dem der Feuerung ein basisches Additiv zugeführt wird, danach die Rauchgase einer ersten Entstaubung und einer Abkühlung unterzogen werden, danach dem Rauchgas erneut Wärme unter Abkühlung des Rauchgases auf eine tiefere, jedoch oberhalb der Kühlgrenztemperatur des Rauchgases liegende Temperatur entzogen wird, und bei dem danach dem Rauchgas ein weiteres basisches Additiv zugeführt und anschließend das Rauchgas einer filternden Entstaubung zugeführt wird. Zur Vermeidung der Schwermetallbelastung der Feuerungsasche erfolgt die erste Entstaubung vor dem Wärmeentzug für die Trocknung des Klärschlamms. Das Wärmeträgermedium für die indirekte Klärschlammtrocknung ist zumindest ein Teilstrom der die Feuerung verlassenden Rauchgase, oder mittels der Rauchgase durch Wärmetausch erzeugter Dampf oder Luft. Zur direkten Klärschlammtrocknung wird ein durch Wärmetausch mit Rauchgas erwärmtes Kreislaufgas, welches aus Luft und/oder bei der Trocknung entstehenden Brüden besteht, eingesetzt. Alternativ ist auch entstaubtes Rauchgas einsetzbar. According to DE 195 31 379 C1, a method for Incineration of sewage sludge is known, in which the sewage sludge by means of a dried by a heat transfer medium heated dryer and then in a furnace, in particular cycloid combustion, is burned, in which the Heat transfer medium is heated by the combustion, in which the A basic additive is fed to the furnace, then the flue gases first dedusting and cooling, then the Flue gas again heat while cooling the flue gas to a lower, but above the cooling limit temperature of the flue gas Temperature is withdrawn, and then another in the flue gas basic additive and then the flue gas of a filtering Dedusting is supplied. To avoid heavy metal pollution Furnace ash is the first dedusting before the heat is removed for the Drying the sewage sludge. The heat transfer medium for indirect Sewage sludge drying is at least a partial flow of the furnace leaving smoke gases, or by means of the smoke gases through heat exchange generated steam or air. For direct sewage sludge drying, a through Heat exchange with flue gas heated circulating gas, which is made of air and / or vapors formed during drying are used. Alternatively, dedusted flue gas can also be used.
Nachteilig ist, dass bei dem Verfahren keine Schlacken, sondern Aschen erzeugt werden, die verfahrenstechnisch aufwendig über mehrere Stufen vor einer möglichen Schwermetallbelastung geschützt werden müssen. The disadvantage is that the process does not use slag, but ash are generated, which is technically complex over several stages a possible heavy metal contamination must be protected.
Nach DE 24 04 067 C2 sind ein Verfahren und eine Anlage zur Verbrennung von Klärschlamm gemeinsam mit Müll bekannt, bei denen der vorentwässerte Klärschlamm gemeinsam mit den heißen Rauchgasen einer selbstansaugenden Gebläseschlägermühle zugeführt wird und danach der zerkleinerte, bis auf eine Restfeuchte von etwa 10% vorgetrocknete und etwa 200°C heiße Klärschlamm mit den Brüden in den Feuerungsraum eingeblasen wird. According to DE 24 04 067 C2 are a method and an installation for combustion of sewage sludge together with garbage, in which the pre-dewatered Sewage sludge together with the hot flue gases of one self-priming fan beater mill and then the shredded, pre-dried to a residual moisture of about 10% and about 200 ° C hot sewage sludge is blown into the furnace with the vapors becomes.
Nachteilig sind die materiellen, verfahrenstechnischen und apparativen Aufwendungen für die Vortrocknung, die Zerkleinerung und zum Einblasen des Klärschlammes in den Feuerungsraum. The material, process engineering and apparatus are disadvantageous Expenses for predrying, crushing and blowing in the Sewage sludge in the furnace.
Nach EP 0 699 868 ist weiter ein Verfahren zur selbstunterhaltenden Verbrennung von Schlämmen aus Kläranlagen für kommunale und/oder industrielle Wässer bekannt, bei dem eine Stufe zur Entwässerung der Schlämme mittels der fühlbaren Wärme der aus dem Verbrennungsofen stammenden Rauchgase und durch gleichzeitiges Zentrifugieren integriert ist, bei dem die Zufuhr der Schlämme in den Ofen in Pulverform gemeinsam mit den aus der Trocknungs- und der Zentrifugierstufe stammenden Dämpfen erfolgt und bei dem die nichtkondensierbaren Bestandteile zerstört werden. Nachteilig sind hier die aus der Verfahrenstechnik resultierenden Kosten der Schlammaufbereitung sowie die verfahrens- und anlagentechnischen Grenzen, die abhängig vom einzublasenden Material aus der Arbeitsweise der Einblasdüsen/-vorrichtungen am Ofen resultieren. According to EP 0 699 868 there is also a method for self-maintenance Incineration of sludge from sewage treatment plants for municipal and / or industrial waters known at which a stage for dewatering the Sludge using the sensible heat from the incinerator originating smoke gases and is integrated by simultaneous centrifugation, where the sludge is fed into the furnace in powder form together with the vapors from the drying and centrifugation stages takes place and in which the non-condensable components are destroyed. A disadvantage here is the cost of the process engineering Sludge treatment as well as the process and plant limits, which depends on the material to be blown in from the way the Blow-in nozzles / devices on the furnace result.
Ein weiteres Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von brennbarem Gas aus insbesondere Klärschlamm wird in DE 199 61 437 A1 offenbart. Zur Reinigung des gewonnenen Gases von Teer wird das Gas in einem Kühler auch unter Wasserzusatz gekühlt, der Teer kondensiert und das Gas anschließend durch einen Klärschlammbehälter mit zu vergasendem Klärschlamm-Granulat geleitet. Hierdurch soll der Teer ausgefiltert werden. Er wird danach gemeinsam mit dem Klärschlamm-Granulat dem Vergaser zugeführt. Another process and plant for the production of combustible gas In particular sewage sludge is disclosed in DE 199 61 437 A1. to Cleaning the extracted gas from tar, the gas is in a cooler also cooled with the addition of water, the tar condenses and the gas then through a sewage sludge tank to be gasified Sewage sludge granules. This is intended to filter out the tar. He then becomes the gasifier together with the sewage sludge granulate fed.
Nachteilig sind hier die Aufwendungen für die verfahrenstechnisch vorgesehene Trocknung des Klärschlammes vor der Vergasung sowie die verfahrenstechnischen Kosten, die mit der Wasserkühlung des Gases, der Wasserabscheidung aus dem Gas und der Wasseraufbereitung zusammenhängen. The disadvantages here are the expenses for the process engineering Drying the sewage sludge before gasification and the procedural costs associated with water cooling of the gas Separation of water from gas and water treatment related.
Nach dem Stand der Technik ist auch bekannt, dass staubförmige und kleinstückige Materialien zur Verarbeitung in Vergasungs- und/oder Schacht- Schmelz-Öfen durch Kompaktierung aufbereitet werden können. It is also known from the prior art that dusty and small-sized materials for processing in gasification and / or shaft Melting furnaces can be prepared by compacting.
So wird in G 296 09 753.5 dementsprechend ein Formkörper zur stofflichen und energetischen Verwertung von Reststoffen offenbart, der durch Zumischung eines Bindemittels, bestehend aus Zement und hydraulisch aktiv wirkenden industriellen Reststoffen, hergestellt wird, und der den thermochemischen und -mechanischen Anforderungen, d. h. den Forderungen nach einer Thermofestigkeit, in einem Schacht-Schmelz-Ofen entspricht. Accordingly, in G 296 09 753.5 a molded body for material and energetic utilization of residues revealed by admixture a binder consisting of cement and hydraulically active industrial residues, is produced, and the thermochemical and - mechanical requirements, d. H. the demands for a Thermal resistance, in a shaft melting furnace.
Nachteilig sind hier der zur Initialisierung der hydraulischen Bindung an die zu kompaktierenden staubförmigen und kleinstückigen Materialien notwendige Arbeitsaufwand und Wasserzusatz, sogenanntes "Anmachwasser", wodurch verfahrenstechnisch und wirtschaftlich Zusatzkosten resultieren. The disadvantage here is that of initializing the hydraulic binding to the compacting dusty and small materials necessary Labor and water additive, so-called "mixing water", whereby procedural and economical additional costs result.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zur kostengünstigen und technisch einfachen thermischen Behandlung und stofflichen Verwertung von Klärschlamm zu schaffen, bei dem die bisher notwendige indirekte und/oder direkte Trocknung, die Zerkleinerung und das Einblasen von Klärschlamm-Stäuben entfallen können. The object of the invention is therefore to provide a method for inexpensive and technically simple thermal treatment and material recycling of sewage sludge to create, where the so far necessary indirect and / or direct drying, crushing and that Blowing of sewage sludge dusts can be omitted.
Zur Lösung der Aufgabe wird der stichfest aus den Kläranlagen für kommunale und/oder industrielle Wässer stammende Klärschlamm mit einer Feuchte von bis zu 85% mit einem hydraulischen Bindemittel vermischt, in Formen zu Formkörpern mit einer Schacht-Schmelz-Ofen gerechten Größe verstampft oder geringfügig verpresst, danach ausgelagert und nach einer Aushärtezeit bis zur Einstellung der Gattierungs- und Thermofestigkeit dem Schacht-Schmelz- Ofen zugeführt, in diesem nachfolgend stufenweise durch geregelte Verbrennungsmittelzufuhr und/oder geregelte Zufuhr anderer fester und/oder flüssiger und/oder gasförmiger Stoffe in einer oder mehreren über die Höhe der Schüttsäule des Schacht-Schmelz-Ofens oder Schacht-Schmelz-Vergasers unterschiedlichen Ebenen getrocknet, vergast, zu einem brennbaren Ofengas umgesetzt und reduzierend zu einem schmelzflüssigen Metall und einer flüssigen, nach der Erstarrung nichteluierbaren Schlacke, aufgeschmolzen. Vorteilhafterweise kann die im Klärschlamm enthaltene Feuchte als "Anmachwasser" zur Initialisierung der hydraulischen Bindung genutzt werden, wodurch eine externe Zugabe von Wasser zur Mischung nicht mehr notwendig ist und somit keine verfahrenstechnischen und wirtschaftlichen Zusatzkosten erfordert. Weiter vorteilhaft ist, dass der gesamte apparative und Kostenaufwand für die Trocknung, die Zerkleinerung bis zum Staub und zum Einblasen des staubförmigen Klärschlammes in den Schacht-Schmelz-Ofen entfällt und somit die Wirtschaftlichkeit der stofflichen und thermischen Behandlung und Verwertung von Klärschlamm verbessert wird. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass durch die Kompaktierung des Klärschlamms zu Formlingen, die den thermochemischen Anforderungen in einem Schacht-Schmelz-Ofen entsprechen und eine entsprechende Thermofestigkeit haben, einerseits die Durchgasungsfähigkeit der Schüttsäule als Basis für eine gute Energieübertragung erhalten bleibt und nicht durch staubförmige Bestandteile verringert wird und andererseits eine schachtofengerechte Chargierung gemeinsam mit anderen Schlacke- oder Metallschmelze bildenden Materialien ermöglicht wird. Dadurch sind vorteilhafterweise weiterführend metallurgische und schlackebildende Vorgänge beeinflussbar und die Analyse des Metalls und der Schlacke kann reguliert werden. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass durch die bei der hydraulischen Bindung entstehende Reaktionswärme im Formling über die Auslagerungszeit eine sukzessive Trocknung und Verringerung der Feuchte erfolgt und somit über die Formlingsrezeptur und die Auslagerungszeit der Feuchtegehalt der Formlinge beeinflusst werden kann. To solve the task, the sewage treatment plants for sewage treatment plants become puncture-proof and / or industrial sewage sludge with a moisture content of up to 85% mixed with a hydraulic binder, in molds too Molded bodies with a shaft-melting furnace just size or slightly pressed, then outsourced and after a curing time up to to adjust the generic and thermal strength of the shaft melting Furnace fed, in this subsequently gradually by regulated Fuel and / or regulated supply of other solid and / or liquid and / or gaseous substances in one or more over the amount of Shaft column of the shaft melting furnace or shaft melting gasifier different levels dried, gasified, to a combustible furnace gas implemented and reducing to a molten metal and one liquid slag that cannot be eluted after solidification, melted. The moisture contained in the sewage sludge can advantageously be used as "Mixing water" can be used to initialize the hydraulic binding, This means that external addition of water to the mixture is no longer necessary is and therefore no additional procedural and economic costs requires. It is also advantageous that the entire apparatus and Expenses for drying, crushing to dust and Blowing the dust-like sewage sludge into the shaft melting furnace is eliminated and thus the economic efficiency of the material and thermal Treatment and recycling of sewage sludge is improved. Likewise It is advantageous that by compacting the sewage sludge into shaped pieces, that meet the thermochemical requirements in a shaft melting furnace correspond and have a corresponding thermal resistance, on the one hand the Gas permeability of the pouring column as the basis for good Energy transfer is preserved and not through dusty components is reduced and, on the other hand, charging that is compatible with the shaft furnace together with other materials that form slag or molten metal is made possible. As a result, further metallurgical are advantageously and slag-forming processes can be influenced and the analysis of the metal and the slag can be regulated. It is also advantageous that the the heat of reaction generated in the molding via the Aging time a gradual drying and reduction of moisture takes place and thus about the molding recipe and the aging time of the Moisture content of the moldings can be influenced.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass durch die verfahrenstechnische Kombination mit der stufenweisen Vergasung und Verbrennung der Ofengase durch geregelte Verbrennungsmittelzufuhr und/oder Zufuhr anderer fester und/oder flüssiger und/oder gasförmiger Stoffe in einer oder mehreren über die Höhe der Schüttsäule des Schacht-Schmelz-Ofens oder Schacht-Schmelz-Vergasers unterschiedlichen Ebenen die Ofengasanalyse bei Bedarf unter Energiefreisetzung und somit Temperaturregelung gezielt verändert werden kann und zur weiteren Trocknung der im Schacht absinkenden Formlinge nutzbar ist. Daraus ergibt sich weiter vorteilhaft, dass verfahrenstechnisch Formlinge mit hohen Restfeuchten größer 20% ebenfalls eingesetzt und thermischen behandelt werden sowie stofflich verwertbar sind. It is also advantageous that the process engineering combination with the gradual gasification and combustion of the furnace gases by controlled The supply of combustion agent and / or other solid and / or liquid and / or gaseous substances in one or more over the amount of Shaft column of the shaft melting furnace or shaft melting gasifier under different levels if necessary Energy release and thus temperature control can be changed in a targeted manner can and for further drying of the moldings sinking in the shaft is usable. This also has the advantage that it is procedural Moldings with high residual moisture levels greater than 20% are also used and are treated thermally and are recyclable.
Die verfahrenstechnisch gebildete Metallschmelze wirkt darüber hinaus vorteilhafterweise als Schwermetallsenke und die schmelzflüssigen Schlacken sind nach der Erstarrung nichteluierbar. The metal melt formed in terms of process technology also has an effect advantageously as a heavy metal sink and the molten slags cannot be eluted after solidification.
Die Erfindung soll am Beispiel eines entwässerten Klärschlammes mit 72% Ausgangsfeuchte näher erläutert werden. Using the example of a dewatered sewage sludge with 72% Output moisture are explained in more detail.
Bezogen auf die feuchte Masse wurden 2,5% Zement, 2,5% Kalk, 3% Schredder Leichtfraktion und 92% Faulschlamm (Klärschlamm) miteinander vermischt und in Formen verstampft, d. h. geringfügig verpresst. Die Formlinge wurden bei Umgebungstemperatur ausgelagert und zeigten abhängig vom Ausgangsgewicht und dem Trocknungs- und Aushärteprozeß nach 17 Tagen einen Feuchteanteil von ca. 15% bis 17%. Based on the wet mass, 2.5% cement, 2.5% lime, 3% Shredder light fraction and 92% digested sludge (sewage sludge) together mixed and pounded into shapes, d. H. slightly pressed. The moldings were stored at ambient temperature and showed depending on the initial weight and the drying and curing process after 17 days a moisture content of approx. 15% to 17%.
Diese Formlinge wurden gemeinsam mit einem Anteil von 10% Koks in einem Schacht-Schmelz-Vergaser unter Zusatz von 34,5 kg/t Sauerstoff stufenweise vergast, verbrannt und aufgeschmolzen. Es entstehen ein brennbares Ofengas sowie 332 kg/t nichteluierbares Schlackegranulat, 33,8 kg/t Eisen in Schrottqualität und 40 kg/t Filterstaub. Dieser Filterstaub kann ebenfalls kompaktiert in den Schacht-Schmelz-Vergaser zur Verschlackung zurückgeführt werden. Das schmelzflüssige Eisen wirkt verfahrenstechnisch vorteilhaft als Schwermetallsenke. These moldings were together with a share of 10% coke Shaft melting carburetor with the addition of 34.5 kg / t oxygen in stages gassed, burned and melted. A flammable furnace gas is generated and 332 kg / t non-elutable slag granulate, 33.8 kg / t iron in Scrap quality and 40 kg / t filter dust. This filter dust can also compacted in the shaft melting carburetor for slagging to be led back. The molten iron has a procedural effect advantageous as a heavy metal sink.
Die Eigenschaften der flüssigen Schlacke kann bei Bedarf durch externe Zugabe von staubförmigen und/oder körnigen und/oder schmelzflüssigen Materialien außerhalb des Schacht-Schmelz-Ofens korrigiert werden. The properties of the liquid slag can be changed if necessary by external Add dusty and / or granular and / or molten Materials outside the shaft melting furnace are corrected.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SCHAAF, MICHAEL, 04158 LEIPZIG, DE Owner name: MALLON, JOACHIM, 04178 LEIPZIG, DE Owner name: SCHEIDIG, KLAUS, DR.-ING., 07338 KAULSDORF, DE |
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8381 | Inventor (new situation) |
Inventor name: SCHEIDIG, KLAUS,DR.ING., 07338 KAULSDORF, DE Inventor name: MALLON, JOACHIM, 04158 LEIPZIG, DE Inventor name: SCHAAF, MICHAEL, 04178 LEIPZIG, DE Inventor name: FEUSTEL, HANS ULRICH, 04277 LEIPZIG, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: INGITEC ENGINEERING GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: JOACHIM MALLON,MICHAEL SCHAAF,KLAUS SCHEIDIG, , DE Effective date: 20140211 Owner name: INGITEC ENGINEERING GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: MALLON, JOACHIM, 04178 LEIPZIG, DE; SCHAAF, MICHAEL, 04158 LEIPZIG, DE; SCHEIDIG, KLAUS, DR.-ING., 07338 KAULSDORF, DE Effective date: 20140211 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |