DE1459487A1 - Verfahren zur Entwaesserung von Schlamm - Google Patents

Description

• Verfahren zur Entwässerung von Schlamm Jn allen Fällen, in. denen Feststoffe (auch in gelöster Form) aus einer Flüssigkeit oder flüssigen Phase durch Eindampfen entfernt werden sollen, ist die Durchführung des Verdampfungsprozesses mit einem großen Energieaufwand verbunden.
• Die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit dieses Verdampfungsprozesses ist Gegenstand der Erfindung und wird in folgendem am Beispiel der Entwässerung und Trocknung von Schlamm, insbesondere von Klärschlamm, der in allen Kläranlagen anfällt, erläutert. Hier erfolgt die Verdampfung der Flüssigkeit in Drehrohröfen, Handtrocknern, Etagentrocknern oder anderen. Diese thermische Trocknung arbeitet bisher mit schlechten Wirkungsgraden, da die Verdampfungswärme ganz oder teilweise verlorengeht.
• Um die Wirtschaftlichkeit der thermischen Verfahren zu erhöhen, wird erfindungsgemäß der Schlamm während des Durchströmens von Wärmetauschern eingedampft und die in der verdampften Flüssigkeit enthaltene Wärme, insbesondere die Verdampfungswärme, nachdem die im Dampf enthaltenen Feststoffe abgeschieden wurden, dem zu verdampfenden Schlamm in den besagten Wärmetauschern wieder zugeführt, wobei dieser Dampf vor Abgabe seiner Verdampfungewärme auf höheren Druck gebracht wird als der zu verdarapfende Schlamm. .
• Das Verfahren sei an Hand von Bild 1 näher er1guterts Der zu entwässernde Schlamm wird durch Gefälle oder mittels einer Pumpe zunächst in den Wärmetauscher W gefördert, wird dort auf Siedetemperatur gebracht und strömt weiter durch den Verdampfer V, in dem die Flüssigkeit des Schlammes verdampft wird. Der aus dem Verdampfer austretende Sattdampf oder überhitzte Dampf, der noch sämtliche im Schlamm enthalten gewesenen Bestandteile mit sich führt, wird anschließend in den Abscheider A geleitet. Jm Abscheider wird durch Anordnung eines genügend großen Volumens die Geschwindigkeit des strömenden Gutes soweit verringert, daß sich die mitgeführten Stoffe im unteren Teil desselben absetzen und von dort entnommen werden können. Der gereinigte Dampf wird aus dem Abscheider durch einen Kolben-oder Rotationskompressor abgesaugt und auf einen Druck gebracht, der höher ist als der Druck des dem Wärmetauscher bezw. Verdampfer durchströmenden Schlammes, wird wird gleichteitig durch die zugeführte Kompressionsarbeit überhitzt und in diesem Zu- stand dem Verdampfer zugeführt. Da die Änderung des Aggregatzustandes bei hohen Drücken bei höherer Temperatur als bei niedrigen Drücken stattfindet, besteht im Verdampfer zwischen dem bei hohem Druck kondensierenden Dampf und dem bei niedrigem Druck verdampfenden Schlamm ein Temperaturgefälle, sodaß die Kondensationswärme des Dampfes zur Verdampfung des Schlammes ausgenutzt und somit eine vollkommene Rückgewinnung der Vordampfungawärme erzielt wird.
• Wird beispielsweise der Dampf im Kompressor auf 5 ata verdichtet, so erfolgt nach Überhitzung des Dampfes durch die Kompressionsarbeit auf eine Temperatur die vom Wirkungsgrad des Ver-dichters abhängt, und nachfolgendem Wärmeentzug bei konstantem Druck im Verdampfer die Kondensation bei 151,1o C. Bei einem Druck auf der Schlammseite des Verdampfers von z.B. 1,5 ata erfolgt die Verdampfung bei 110,8o C, sodaß im Verdampfer eine während des Kondensations- bezw. Verdampfungsvorganges konstan-te Temperaturdifferenz von 40,3o C zwischen Dampf- und Schlaaraseite besteht.
• Oft ist erwünscht, den Schlamm nicht vollstKndia zu trocknen* sondern ihm noch eine gewisse Feuchtigkeit zu belassen. ja diesem Falle wird sinngemäß im Verdampfer nur der gewünschte Anteil der in Schlamm enthaltenen Flüssigkeit verdampft und im Abscheider außer den Feststoffen das nicht verdampfte Wasser oder ein Teil desselben abgeschieden.
• Die Höhe der Verdichtung im Kompressor K, d.h. die Größe des Druckunterschiedes zwischen Schlamm und Dampf, ist für die Durchführung den Verfahrens unwesentlich, da dieser nur das Temperaturgefälle im Verdampfer und damit die Größe der erfor- derlichen Wärmetauschflächen beeinflußt. Je größer dieser Druck-unterschied gewählt wird, umso höher ist die Temperaturdifferenz im Wärmetauscher während des Verdampfungsvorganges und umso kleiner daher die erforderliche Wärmetauschfläche, jedoch umso größer die erforderliche Kompressorleistung. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist also auf der Schlammseite ein möglichst niedriger Druck anzustreben.
• Nachdem der Dampf im Verdampfer seine Verdampfungswärme ganz oder Teilweise an den Schlamm abgegeben hat, wird das Kondensat dem Wärmetauscher W zugeführt und gibt dort seine @estwärme an den Schlamm ab. Die Austrittstemperatur aus dem Wärmetauscher kann je nach Verwendung des Heißwassers für weitere @wecke durch entsprechende Bemessung des Wärmetauschers gewählt werden. Die Jngangsetzung des Verfahrens kann durch Einleiten von Dampf in den Wärmetauscher bewirkt werden, wobei dem Dampf allmählich Schlagt zugesetzt wird.
• Die Überhitzung erfolgt im vorbeschriebenen Beispiel nur durch die Verdichtungsarbeit des Kompressors, wodurch die Überhitzungs= temperatur je nach Höhe der gewählten Verdichtung und dem Wirkungsgrad des Verdichters festliegt. Es wird weiter erfindungs- gemäß die Möglichkeit vorgesehen, verschiedene Überhitzungs- temperaturen zu wählen. Zu diesem Zwecke wird, wie Bild 2 zeigt, dem Kompressor ein Überhitzer nachgeschaltet, dem Wärme durch eine Feuerung üblicher Art oder durch Abwärme zugeführt wird.
• Es entspricht dem Erfindungsgedanken, daß dieser Überhitzer zwischen Verdampfer und Abscheider auf der Schlammseite ange- ordnet wird (Ü1) oder beide Überhitzer, wie in Bild 3 gezeigt, vorgesehen werden, die z.B, so angeordnet sind, daß sie von einer Feuerstelle aus beheizbar sind und durch verschieden große Ausbildung ihrer Heizflächen verschiedene Überhitzungstemperaturen den durchströmenden Mediums ergeben.
• Der bezw. die Überhitzer können weiterhin als Wärmetausoher für den Anfahrvorgang, der zweckmäßig mit Reinwasser durchgeführt wird, verwendet werden. Während des Anfahrvorganges wird in diesem Falle der Abscheider und der Kompressor durch eine Umgehungsleitung ausgeschaltet.
• Je nach Höhe den Wärmebedarfs auf der Schlammseite und Über-

  hitzungsgrad des Dampfes vor Eintritt in den Tordampfer wird

  aus'diesem nur Flüssigkeit oder ein Flüssig-Dampf-Gemisch mit

  hohem Druck austreten. Diese im strömenden Medium enthaltene Energie kann nun nach dem Verdampfer oder nach dem Wärmetauscher z.B. in einer Turbine zur teilweisen Deckung der Antriebsleistung des Kompressors, wie dies in Bild 4 gezeigt ist, oder für Antriebszwecke anderer Art ausgenutzt werden.
• Da der Wärmetauscher und Verdampfer als ein einziges Aggregat ausgeführt werden können, ist in Bild 4 der Wärmetauscher und der Verdampfer nicht getrennt gezeichnet. Jm weiteren werden Wärmetauscher und Verdampfer gemeinsam durch die Bezeichnung "Wärmetauscher" gekennzeichnet.
• Für die Ausbildung des Wärmetauschers ist eine Konstruktion, bestehend aus zwei konzentrischen Rohren vorgeschen, wobei das innenliegende Rohr von Schlamm und der Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr und dem dieses konnentrisch umschließenden äußeren Rohr von gereinigtem Dampf bezw. kondensiertem Dampf durchströmt wird.-Die Querschnitte der Rehre werden in Gebieten, in denen eine Änderung des Aggregat- zustandes stattfindet, dem jeweils vorhandenen Volumen ent- weder stufenweise oder kontinuierlich angepaßt, wodurch die Strömungswiderstände In den Rohren gering gehalten und die Strömungsgeschwindigkeiten auf die zum Transport der Feststoffe erforderliche Höhe beschränkt werden können. Selbstverständlich können auch Wärmetauscher handelsüblicher Hauart angewendet wer-den.
• Die Abscheidung der Feststoffe und gegebenenfalls der nicht verdampften Flüssigkeit aus dem Dampf kann in handelsüblichen Abscheidern durch Verzögerung der Geschwindigkeit, durch Anordnung von Umlenkungen, durch Zentrifugalwirkung, durch elektrostatische Verfahren oder mittels kombinierter Verfahren durchgeführt werden.
• Es ist vorgesehen, grobe im Schlamm enthaltene Verunreinigungen vor Eintritt in den Wärmetauscher zu zerkleinern oder zu ent- fernen.

Claims (1)

1. P a t e n t ans p r ü c h e Anspruch 1 Verfahren zur Entwässerung von Schlamm, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm während des Durchströmens eines oder mehrerer Wärmetauscher eingedampft und die in der verdampften Flüssigkeit enthaltene Wärme, insbesondere die Verdampfungswärme, nachdem die im Dampf enthaltenen Feststoffe abgeschieden wurden, dem zu verdampfenden Schlamm in den besagten Wärmetauschern wieder zugeführt wird, wobei dieser Dampf vor Abgabe seiner Verdampfungswärme auf einen höheren Druck. gebracht wird als der zu verdampfende Schlamm. Anspruch 2 Verfahren zur Entwässerung von Schlamm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der im Schlamm enthaltenen Flüssigkeit während des Durchströmens von Wärmetauschern verdampft wird. Anspruch 3 Verfahren zur Entwässerung von Schlamm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gereinigte Dampf vor Eintritt in die Wärmetauscher durch die Verdichtungsarbeit eines Kompressors überhitzt wird. Anspruch 4 Verfahren zur Entwässerung von Schlamm nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Kompressor und/oder vor dem Abscheider durch Fremdfeuerung beheizte Überhitzer angeordnet.sind. Anspruch 5 Verfahren zur Entwässerung von Schlamm nach Anspruch 1 bis 4,# dadurch gekennzeichnet, daß die Überhitzer vor dem Abscheider und nach dem Kompressor so angeordnet sind, daß sie von einer gemeinsamen Feuerstelle aus beheizt werden können. Anspruch 6 Verfahren zur Entwässerung von Schlamm nach Anspruch 1 bis e, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher aus zwei konzentrischen Rohren gebildet werden, wobei das innen lisgende Rohr von Schlamm und der Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr und dem dieses konzentrisch umgebenden äußeren Rohr von gereinigtem Dampf bezw. Kondenaat durchflossen wird. Anspruch 7 Verfahren zur Entwässerung von Schlamm nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der beiden die Wärmetauscher bildenden konzentrischen Rohre in Zonen sich verändernden Aggregatzustandes bezw. sich verändernden spezifischen Volumens mit stufenweise oder kontinuierlich verändertem Querschnitt so ausgebildet sind, daß jeweils geringste Strömungswiderstände in den beiden Strömungskanälen vorhanden sind und im schlammführenden Rohr die zum Transport der Feststoffe er-forderliche Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet ist. Anspruch 8 Verfahren zur Entwässerung von Schlamm nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsvorgang mit Fremd-dampf, dem allmählich Schlamm zugesetzt wird, eingeleitet wird. Anspruch 9 Verfahren zur Entwässerung von Schlamm nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung des Trooknlihlgt"Irot- gangea die Anlage mit Reinwasser beschickt wird und die '1r#r- dampfung in den Überhitzern durch Fremdbeheizung geschieht, wobei der Abscheider und der Kompressor durch ein* üägoxutbs- leitung ausgeschaltet und erst nach Dampfbildung in biibhLrb genommen werden, worauf dem Reinwasser allmählich Noiiie" mit-- gesetzt wird. Anspruch 10 Verfahren zur Entwässerung von Schlamm, nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in der mit hohem Druck aus den Wärmetauschern austretende Flüssigkeit bezw. Flüssigkeit-Dampf-Gemisch enthaltene Energie in einer Turbine für Antriebszwecke ausgenutzt wird.