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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kessel und Schlamme betreffende Umweltschutztechnik, insbesondere auf eine Anlage zur berührungslosen Schlammtrocknung mittels Rauchgasabwärme.
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Technischer Hintergrund
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Bei der Abwasserreinigung in städtischen Klärwerken, Chemiewerken und Papierfabriken entstehen Schlamme, die 0,5%–0,7% der gesamten zu behandelnden Abwassermenge ausmachen. Nach einer einfachen Behandlung weisen solche Schlamme in der Regel einen Wassergehalt von etwa 80%–85% auf. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Volkswirtschaft werden immer höhere Anforderungen an die Umwelt gestellt, was eine landesweite Erhöhung der Abbauleistung und der Anzahl an Kläranlagen, die neu aufgebaut oder in Betrieb genommen werden, zur Folge hat. Dies führt zu einer riesigen Erhöhung der Schlammproduktivität. Nach unvollständigen statistischen Angaben liegt momentan über das ganze Land eine Tageskapazität der Abwasseraufbereitung von mehr als 80 Mio. Tonnen vor, wobei etwa 60.000 Tonnen entwässerter Schlamm entsteht. Zur Entsorgung von Schlammen werden diese derzeit hauptsächlich deponiert, kompostiert oder verbrannt. Bei all den genannten Schlammaufbereitungsverfahren muss jedoch der jeweils zu behandelnde Schlamm strenge Anforderungen im Hinblick auf den Wassergehalt erfüllen. Nach einer Vorbehandlung in einer Kläranlage weist der Schlamm üblicherweise einen Wassergehalt von etwa 80% auf, welcher erheblich höher als der maximal zulässige Wassergehalt für z. B. die Kompostierung oder Verbrennung von Schlammen ist. Aus diesen Gründen wird die Schlammtrocknung als ein notwendiger Schritt in das jeweilige Schlammaufbereitungsverfahren miteinbezogen.
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Die Schlammtrocknung erfolgt in der Regel entweder mechanisch oder thermisch mittels einer Wärmequelle. Die mechanische Schlammtrocknung zeichnet sich durch eine reine Nutzung der mechanischen Energie aus. Mif Hilfe der mechanischen Energie lassen sich nämlich hohe Drücke erzeugen, die unmittelbar auf nasse Schlamme einwirken, so dass eine schnelle Entwässerung erzielt wird. Dabei muss keine Wärmequelle eingesetzt und kein Heizvorgang durchgeführt werden und auch kein Treibhausgas entsteht. Zudem werden die verwendeten Einrichtungen verschlossen, was einen Schlammaustritt verhindert. Durch die zentrale Geruchsbehandlung wird eine Sekundärbelastung vermieden. Des Weiteren ist das Verfahren hoch automatisiert und erlaubt eine modulare Zusammensetzung der zugehörigen Anlage. Zusätzlich hinzu können die Filterplatten automatisch mit dem gefilterten Wasser gespüllt werden, so dass keine externe Wasserquelle vorhanden sein muss. Als Nachteile seien insbesondere hohe einmalige Insvestitionen, hohe Betriebskosten und der immer noch hohe Wassergehalt im behandelten Schlamm zu erwähnen.
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Eine thermische Schlammtrocknung mittels einer Wärmequelle erfolgt, wie der name schon sagt, mittels Wärme, wobei die Wärme normalerweise durch Verbrennen von Energiequellen entsteht. Je nach Art und Weise, in der die Wärme genutzt wird, kann man wiederum zwischen direkt und indirekt unterscheiden:
Direkte Nutzung: Es wird ein heißes Rauchgas unmittelbar in einen Trockner eingeleitet und in Kontakt mit den nassen Materialien gebracht, um einen Wärmeaustausch durch Konvektionen zu realisieren. Dadurch wird eine hohe Ausnutzung der verfügbaren Wärmemenge erreicht. Wenn aber die zu trocknenden Materialien umweltschädlich sind, so muss das kontinuierlich eingelassene heiße Rauchgas nach seiner unmittelbaren Berührung mit den Materialien in der jeweils gleichen Durchflussmenge als Abgas einer spezifischen Behandlung unterzogen werden, um erst dann ausgestoßen werden zu dürfen.
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Indirekte Nutzung: Hierbei wird die im heißen Rauchgas enthaltene Wärme über einen Wärmetauscher auf ein bestimmtes Medium übertragen, das ein Wärmeträgeröl, Wasserdampf oder Luft sein kann. Dieses Medium wird in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt und kommt dabei nicht in Kontakt mit den zu trocknenden Materialien. Bis zur ordnungsmäßigen Emission des Rauchgases wird die darin enthaltene Wärmemenge nur noch teilweise ausgenutzt. Deshalb ist bei einer indirekten Nutznung ein bestimmter Wärmeverlust zu erwarten.
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Bei einem Trocknungsverfahren führt die direkte oder indirekte Heizung jeweils zu unterschiedlichen thermischen Leistungsminderungen und zu unterschiedlichen Einwirkungen auf die Umgebung. Die Kosten einer Trocknung bestehen vor allem in der thermischen Energie und eine Kostenreduzierung kommt insbesondere dann zustande, wenn eine geeignete Wärmequelle gewählt und genutzt wird. Allgemein gesagt stellen die aus großen, zum Umweltschutz vorgesehenen Infrastrukturen, wie beispielsweise Müllverbrennungsöfen, Kraftwerken, Brennöfen und Chemieanlagen, stammenden Rauchgase eine kostenlose und somit eine optimale Energiequelle der thermischen Trocknungsverfahren dar. In dem aus einem Kessel ausgelassenen Rauchgas sind Sauergase enthalten, die bei hohen Rauchtemperaturen in Form eines Gases die einzelnen Heizflächen des Kessels passieren, bis sie in einer Entschwefelungsanlage entfernt werden. Unterschreitet die Rauchtemperatur eine bestimmte Temperatur, so reagieren diese Sauergase mit dem im Rauchgas befindlichen Wasserdampf zu Schwefelsäure, die die Wärmeübertragungseinrichtungen angrifft. Um die hinteren Heizflächen eines Kessels vor Säuretaukorrosion zu schützen, ist der Kessel üblicherweise mit einer hohen Rauchemissionstemperatur, die bei neuen Kesseln bei etwa 140°C liegt und nach einer Betriebszeit oft bis zu 170°C ansteigt, ausgebildet. Bei Unterschreiten des Säuretaupunkts kondensiert das Rauchgas und grifft die Wärmeübertragungseinrichtungen an. Dieses Problem trifft sowohl bei direkter als auch bei indirekter Trocknung unvermeidlich auf.
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Aus dem Erfindungspatent mit der Veröffentlichungsnummer
CN 168 6 879 A und der Bezeichnung „Tandem-Schlammtrocknungsanlage mittels Rauchgasabwärme aus Heizkraftwerken” ist eine Schlammtrocknungsanlage auf Grundlage einer unmittelbaren Berühung zwischen Rauchgas und Schlamm offenbart. Bei einer solchen Schlammtrocknung durch unmittelbare Berühung mit dem Rauchgas muss bei gleichzeitigem Schutz vor Säuretaukorrosion eine Wiederaufbereitung des bereits zur Schlammtrocknung genutzten Rauchgases durchgeführt, was aufgrund der großen zu behandelnden Rauchgasmenge zu hohen Kosten führt. Bei einer berührungslosen Schlammtrocknung durch eine indirekte Nutzung des Rauchgases wird dieses unter Einwirkung einer Rauchemissionstemperatur von 140°C in Warmwasser umgewandelt, dessen Qualität schlechter als das bei einer Schlammtrocknung mittels Rauchgasberührung entstehende Warmwasser ist. Dies bedeutet, dass der jeweils verwendete Trockner höhere Anforderungen erfüllen muss.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur berührungslosen Schlammtrocknung mittels Rauchgasabwärme bereitzustellen, mit der die oben erwähnten Nachteile des Stands der Technik überwunden werden können.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anlage zur berührungslosen Schlammtrocknung mittels Rauchgasabwärme gelöst, die einen Trockner umfasst. Zudem sind ein Economiser, eine Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas und ein Luftvorwärmer vorhanden, welche in der Strömungsrichtung des Rauchgases hintereinander in einem Rauchabzug angeordnet sind. Innerhalb des Trockners befindet sich ein Heizer, mit dem die Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas über eine Zirkulationsleitung verbunden ist. In der Zirkulationsleitung befindet sich ein Wärmeübertragungsmittel und an der Zirkulationsleitung ein Antrieb für das Wärmeübertragungsmittel. Überdies ist der Trockner mit einem System zur Rückgewinnung von Wasserdampf aus dem Schlamm verbunden.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich eine Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus kälterem Rauchgas vorgesehen, die aus einem Wärmeaufnahmeabschnitt und einem Wärmeabgabeabschnitt besteht, welche miteinander verbunden sind. Hierbei befindet sich der Wärmeaufnahmeabschnitt in einem hinter dem Luftvorwärmer angeordneten Rauchabzug, während der Wärmeabgabeabschnitt über seine Luftaustrittsöffnung mit dem Luftvorwärmer verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist im Wärmeaufnahmeabschnitt ein Temperatursensor und an der die Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas mit dem Trockner verbindenden Zirkulationsleitung ein elektrisches Regelventil angebracht, wobei sowohl der Temperatursensor als auch das elektrische Regelventil mit einer Steuervorrichtung verbunden sind.
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Erfindungsgemäß ist das Wärmeübertragungsmittel Wasserdampf oder Warmwasser, während der Antrieb für das Wärmeübertragungsmittel eine Umwälzpumpe ist.
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Erfindungsgemäß ist das Wärmeübertragungsmittel Warmluft, während der Antrieb für das Wärmeübertragungsmittel ein Gebläse ist.
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Erfindungsgemäß umfasst das System zur Rückgewinnung von Wasserdampf aus dem Schlamm einen Kondensator, ein Umwälzgebläse und ein Abwasseraufbereitungssystem. Hierbei ist der Kondensator über eine Umluftleitung mit dem Trockner und über seine Wasseraustrittsöffnung mit dem Abwasseraufbereitungssystem verbunden, während sich das Umwälzgebläse in der Umluftleitung befindet.
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Erfindungsgemäß ist innerhalb des Kondensators eine Sprühdüse angeordnet, die mit einer Speisewasserpumpe verbunden ist.
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Bei einer derart ausgebildeten Anlage zur berührungslosen Schlammtrocknung mittels Rauchgasabwärme gemäß der Erfindung wird im Gegensatz zu anderen Trocknungsverfahren mittels einer direkten Berührung zwischen Rauchgas und Schlamm zunächst die Rauchgasabwärme in Wasserdampf, Warmwasser oder Warmluft umgewandelt, um dann mit Hilfe von Wasserdampf, Warmwasser oder Warmluft den Schlamm zu erwärmen und somit zu trocknen. Zudem wird bei gleichzeitigem Schutz vor Säuretaukorrosion die Rauchgasabwärme so viel wie möglich genutzt, um den zur Schlammtrocknung notwendigen Energieaufwand und somit die dabei entstandenen Kosten zu reduzieren.
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Darstellung der Abbildungen
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Es zeigen
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den schematischen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
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den schematischen Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Beschreibung konkreter Ausführungsformen
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Nachstehend wird die erfindungsgemäße Anlage zur berührungslosen Schlammtrocknung mittels Rauchgasabwärme anhand konkreter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
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In ist ein konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zur berührungslosen Schlammtrocknung mittels Rauchgasabwärme dargestellt, bei der die Schlammtrocknung mittels Wasserdampf und Warmwasser als Wärmeübertragungsmittel stattfindet und die einen Schlammbehälter 11 und einen Trockner 12 umfasst, welche hintereinander geschaltet sind. Zudem sind ein Economiser 1, eine Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas 2 und ein Luftvorwärmer 3 vorhanden, welche in der Strömungsrichtung des Rauchgases hintereinander in einem hinteren Rauchabzug eines Kessels 4 angeordnet sind. Dabei ist die Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas 2 über eine Zirkulationsleitung mit einem sich innerhalb des Trockners befindenden Heizer verbunden, wobei sich in der Zirkulationsleitung ein Wärmeübertragungsmittel befindet und an der Zirkulationsleitung ein Antrieb für das Wärmeübertragungsmittel und ein elektrisches Regelventil 14 vorgesehen sind. Handelt es sich bei dem Wärmeübertragungsmittel um Wasserdampf oder Warmwasser, so wird als Antrieb für das Wärmeübertragungsmittel eine Umwälzpumpe eingesetzt. Hierbei ist an einer den Wasserdampf oder das Warmwasser von der Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas 2 zum Trockner 12 hin führenden Leitung zusätzlich ein elektrisches Regelventil 14 angebracht, wobei der Wasserdampf oder das Warmwasser über die Umwälzpumpe 13 in die Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas 2 zurückgeführt wird.
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Normalerweise weist der von einem Klärwerk zugeführte entwässerte Schlamm einen Wassergehalt von etwa 80% auf. Dieser Schlamm wird im Schlammbehälter 11 gespeichert, in dem sich eine Auswerferplattenanordnung befindet. Diese wird hydraulisch oder elektrisch betrieben, damit der Schlammauslauf nicht durch eine mögliche Schlackenbildung verhindert wird. Über den Trockner 12 wird die Wärme aus dem Wasserdampf oder Warmwasser auf den Schlamm übertragen, so dass das im Schlamm enthaltene Wasser verdampft und mit der Umluft ausgelassen wird. Darüber hinaus ist ein System zur Rückgewinnung von Wasserdampf aus dem Schlamm vorhanden, in dem der im Schlammtrockner 12 erzeugte Wasserdampf und teilweise flüchtige Gase durch ein Umwälzgebläse 8 über eine Umluftleitung in einen Kondensator 9 zur Kondensation eingebracht und danach wieder in den Trockner 12 zurückgeführt werden. Bei dem Kondensator 9 findet eine Sprühkondensation statt, wobei das Kondenswasser aus einem Wassertank zugeführt, über eine Speisewasserpumpe 10 in den Sprühkondensator eingebracht und nach einer Zerstäubung durch eine Sprühdüse 18 in vollständigen Kontakt mit der Umluft gebracht wird. Die abgekühlte Luft wird im oberen Bereich des Kondensators 9 aus diesem abgeleitet, wobei aufgrund der Abkühlung der Luft der Wasserdampf teilweise zu flüssigem Wasser kondensiert. Dieses flüssige Wasser wird gemeinsam mit dem Kondenswasser über eine bodenseitige Wasseraustrittsöffnung des Kondensators abgeführt und in ein Abwasseraufbereitungssystem 17 zur Behandlung eingeleitet. Hierbei kann der Trockner je nach der zu behandelnden Schlammmenge, dem Trocknungsgrad des Schlamms, der Temperatur und Durchflussmenge des Rauchgases ein- oder mehrstufig ausgebildet sein.
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Da die teilweise flüchtigen Gase kontinuierlich aus dem Schlamm in die Umluft eintreten, nimmt die Menge der Umluft immer zu. Hierfür ist an der Umluftleitung eine Abgasleitung vorgesehen, über die die Gase einem in der Nähe befindlichen Verbrennungsofen zugeführt werden. So wird durch Verbrennungen die flüchtige Energie rückgewonnen und dabei der Gestank beseitigt. Alternativ kann auch auf anderweitige Vorgehensweisen zurückgegriffen werden, soweit dadurch sich die Umweltbelastung vermindern lässt.
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Bei dem oben genannten Economiser 1 wird je nach Ofentyp Rauchgas mit unterschiedlichen Temperaturen abgelassen. Am Beispiel einer Ausgangstemperatur des Rauchgases von etwa 300°C wird im Luftvorwärmer 3 die Wärme auf Kaltluft übertragen und die erwärmte Kaltluft wiederum als Verbrennungszuluft dem Ofenraum des Kessels zugeführt. Das abgekühlte Rauchgas wird nach Staubaustrag und Entschwefelung zur Atmosphäre abgegeben. Die Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas 2 befindet sich zwischen Economiser 1 und Luftvorwärmer 3, was aufgrund der Rauchgastemperatur von etwa 300°C eine Erzeugung von Wasserdampf oder Warmwasser einer für die Schlammtrocknung sehr hohen Qualität erlaubt. Hierbei kann je nach dem verwendeten Trocknertyp Wasserdampt oder Warmwasser gewählt werden. Durch diesen Wärmeabzug wird unvermeidlich der untergeordnete Luftvorwärmer 3 hinsichtlich seiner Wärmeübertragungsleistung beeinflusst, so dass die im Luftvorwärmer 3 übertragene Wärmemenge reduziert und die Rauchemissionstemperatur gegenüber dem Fall, dass noch keine Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas angebracht ist, erniedrigt wird. Um die reduzierte Wärmeübertragung des Luftvorwärmers zu kompensieren, ist dem Luftvorwärmer 3 eine zusätzliche Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus kälterem Rauchgas nachgeschaltet. Die Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus kälterem Rauchgas umfasst einen Wärmeaufnahmeabschnitt 5 und einen Wärmeabgabeabschnitt 6, welche miteinander verbunden sind, wobei sich der Wärmeaufnahmeabschnitt in einem hinter dem Luftvorwärmer angeordneten Rauchabzug und der Wärmeabgabeabschnitt 6 in einem eingangsseitigen Rauchabzug des Luftvorwärmers befindet. Hierbei wird die durch den Wärmeaufnahmeabschnitt rückgewonnene Wärmemenge über den Wärmeabgabeabschnitt 6 zum Luftvorwärmer 3 zurückgeführt.
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Um die Wandung des Wärmeaufnahmeabschnitts 6 der Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus kälterem Rauchgas vor Säuretaukorrosion zu schützen, ist ferner ein Rauchtemperatursteuersystem vorgesehen. Im Wärmeaufnahmeabschnitt ist ein Temperatursensor 19 angebracht, mit dem das an der die Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas 2 mit dem Schlammtrockner 12 verbindenden Leitung angeordnete elektrische Regelventil 14 über eine Steuervorrichtung 7 verbunden ist. Durch Einstellung der Durchflussmenge des Wärmeübertragungsmittels wird die Temperatur der Wandung des Wärmeaufnahmeabschnitts der Abwärmerückgewinnungseinheit so geregelt, dass sie höher als der Säuretaupunkt des Rauchgases ist. Damit werden die Einrichtungen vor Säuretaukorrosion geschützt.
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Aus geht ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zur berührungslosen Schlammtrocknung mittels Rauchgasabwärme hervor, bei der die Schlammtrocknung mittels Warmluft als Wärmeübertragungsmittel stattfindet und die einen Trockner 16 umfasst. Überdies sind ein Economiser 1, eine Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas 2 und ein Luftvorwärmer 3 vorhanden, welche in der Strömungsrichtung des Rauchgases hintereinander in einem hinteren Rauchabzug eines Kessels 4 angeordnet sind. Dabei ist die Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas 2 über eine Zirkulationsleitung mit einem sich innerhalb des Trockners befindenden Heizer verbunden, wobei sich in der Zirkulationsleitung ein Wärmeübertragungsmittel in Form von Warmluft befindet. Zusätzlich hierzu ist an einer die Warmluft von der Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas 2 zum Trockner 16 hin führenden Leitung ein elektrisches Regelventil 14 angebracht, wobei die Warmluft über ein Gebläse 15 in die Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas 2 zurückgeführt wird. Der Trockner 16 weist einen für Warmluft als Wärmeübertragungsmittel ausgebildeten inneren Aufbau auf, während der Trockner 12 einen für Wasserdampf oder Warmwasser als Wärmeübertragungsmittel ausgebildeten inneren Aufbau besitzt. Ansonsten ist dieses Ausführungsbeispiel identisch mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgebildet.
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Bisher wurde die erfindungsgemäße Anlage zur berührungslosen Schlammtrocknung mittels Rauchgasabwärme anhand zweier konkreter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die jedoch keine Einschränkung der Erfindung darstellen. Jede gleichwertige oder gleiche Ausgestaltung, die den Rahmen der Patentansprüche der Erfindung nicht verlässt, fällt in den Schutzumfang der Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Economiser
- 2
- Einheit zur Rückgewinnung von Abwärme aus heißem Rauchgas
- 3
- Luftvorwärmer
- 4
- Hinterer Rauchabzug eines Kessels
- 5
- Wärmeaufnahmeabschnitt
- 6
- Wärmeabgabeabschnitt
- 7
- Steuervorrichtung
- 8
- Umwälzgebläse
- 9
- Kondensator
- 10
- Speisewasserpumpe
- 11
- Schlammbehälter
- 12
- Trockner
- 13
- Umwälzpumpe
- 14
- Elektrisches Regelventil
- 15
- Gebläse
- 16
- Trockner
- 17
- Abwasseraufbereitungssystem
- 18
- Kondensationssprühdüse
- 19
- Temperatursensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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