DE19501736C1 - Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm und Anlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm, bei dem der Klärschlamm mittels eines durch ein Wärmeträgermedium beheizten Trockners getrocknet und danach in einer Feuerung, insbesondere Zykloidfeuerung, verbrannt wird, bei dem das Wärmeträgermedium durch die Verbrennung erwärmt wird und bei dem die Rauchgase der Feuerung einer Entstaubung und einer Rauchgasreinigung unterzogen werden.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-Z. BWK/TÜ/UXWELT/SPECIAL, Oktober 1993, S. E32-E43, insbes. S. E40 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird das getrocknete Klärschlammgranulat einer Zykloidfeuerung dosiert zugeführt und in deren Drallströmung verbrannt. Darüber hinaus werden auch die nicht kondensierbaren Brüdenbestandteile zur thermischen Desodorierung in die Brennkammer geleitet. Die aus der Brennkammer austretenden Rauchgase strömen in einen Abhitzekessel, wo sie auf ca. 200°C abgekühlt werden. Der in dem Abhitzekessel erzeugte Dampf wird als Heizdampf dem Trockner zugeführt. Hinter dem Abhitzekessel ist ein Gewebefilter zum Abscheiden der Klärschlammasche angeordnet und die von der Asche befreiten Rauchgase werden dann einer Rauchgaswäsche unterzogen und verlassen gereinigt die Anlage.

Unter einer Zykloidfeuerung wird in der Beschreibung und in den Ansprüchen eine Feuerung verstanden, bei der Brennstoff in einer Drallströmung verbrannt wird. Vorzugsweise wird in die Verbrennung Wirbelluft zugeführt, wie dies in Bild 3 auf S. E36 dargestellt ist.

Bei dem bekannten Verfahren erfolgt in dem Abhitzekessel eine Abkühlung auf 200°C, so daß die im Gewebefilter abgezogene Filterasche mit Schadstoffen, insbesondere kondensierbaren Schwermetallen und deren Verbindungen, sowie Produkten unvollständiger Verbrennung, belastet ist.

Weiterhin ist aus der WO 90112249 ein Verfahren zur Verwertung von Klärschlamm bekannt, bei dem der Klärschlamm zunächst im indirekten Wärmetausch mit kondensierendem Dampf aus dem Wasser-Dampf Kreislauf eines mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerkes getrocknet wird, wobei die bei der Trocknung anfallenden Brüden in einen der Feuerungsleistungszone des Dampferzeugers des Kraftwerksprozesses nachgeschalteten Feuerraum zur Reduktion der in der Feuerungsleistungszone gebildeten Stickoxide eingeleitet werden und der getrocknete Klärschlamm verbrannt wird. Die die Kraftwerksfeuerung verlassenden Abgase werden einer einstufigen Entstaubung unterzogen und einer nicht näher beschriebenen Einrichtung zur Entfernung von SO₂ und gegebenenfalls NO_x zugeführt. Die Zugabe eines basischen Additives ist nicht erwähnt.

Besondere Ausführungsformen der in der vorstehend genannten DE-Z. erläuterten Zykloidfeuerung sind in der DE 42 00 575 A1 erläutert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, bei dem zumindest ein Teil der auf die Verbrennung und die Gasreinigung zurückgehenden Feststoffe im wesentlichen unbelastet aus dem Verfahren herausgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Feuerung ein basisches Additiv zugeführt wird, danach dem Rauchgas Wärme für die Trocknung des Klärschlamms unter Abkühlung der Rauchgase auf eine erste Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur flüchtiger Schwermetalle entzogen wird, danach eine erste Entstaubung erfolgt, danach dem Rauchgas erneut Wärme unter Abkühlung des Rauchgases auf eine tiefere, jedoch oberhalb der Kühlgrenztemperatur des Rauchgases liegenden zweiten Temperatur entzogen wird, danach dem Rauchgas weiteres basisches Additiv zugeführt und anschließend das Rauchgas einer zweiten Staubabscheidung zugeführt wird.

Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung der Rauchgase vor der Verbrennungstemperatur auf eine Temperatur von 420-470°C, vorzugsweise 450°C, und die Abkühlung vor der weiteren Zugabe von basischem Additiv auf eine Temperatur von 100-150°C, wobei davon ausgegangen wird, daß in der Feuerung eine Temperatur von 1000-1100°C, vorzugsweise 1050°C herrscht.

Nach der ersten Abkühlung wird in der ersten Entstaubung eine Mischung aus Flugstaub und dem zumindest teilweise abreagierten basischen Additiv abgeschieden. Dieser Staub weist im wesentlichen keine kondensierten Schwermetalle und deren Verbindungen auf. So liegen im wesentlichen keine Produkte unvollständiger Verbrennung vor, da die Schwermetalle erst bei niedrigeren Temperaturen auskondensieren bzw. die Produkte unvollständiger Verbrennung sich erst im Zuge einer de novo-Synthese zurückbilden. Folglich kann dieses Produkt z. B. als Bodenverbesserer oder als Zuschlagsstoff in der Bau- oder Baustoffindustrie eingesetzt werden. Auf diese Weise wird der Klärschlamm zumindest teilweise verwertet. Nur der bei der zweiten Entstaubung abgezogene Staub, der praktisch alle kondensierten Schwermetalle enthält, jedoch kaum Organika, muß entsorgt werden.

Sollte noch nach der Zufuhr von weiterem Additiv nach der zweiten Entstaubung ein Restgehalt an Staub, sauren Schadgaskomponenten, nicht kondensiertem Quecksilber und Organika vorhanden sein ist es zweckmäßig, noch ein Feinreinigungsfilter nachzuschalten.

Die Unteransprüche 2-9 betreffen weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9.

Erfindungsgemäß ist die Anlage dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung für die Zufuhr eines basischen Additivs zur Feuerung vorgesehen ist, daß der Staubabscheidung eine weitere Wärmesenke und dieser eine weitere Einrichtung für die Zufuhr von basischem Additiv nachgeschaltet ist und daß der weiteren Einrichtung eine filternde Staubabscheidung nachgeschaltet ist.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Verfahrensführung mit indirekter Klärschlammtrocknung und

Fig. 2 eine Verfahrensführung mit direkter Klärschlammtrocknung.

Mechanisch vorentwässerter Schlamm mit einem Trockensubstanzgehalt oberhalb 20% TS, bevorzugt jedoch oberhalb 25% TS (Massenprozent), wird einem Bunker 1 aufgegeben. Von dort erfolgt die dosierte Förderung des Schlamms mit Hilfe einer Schlammpumpe 2, die z. B. als Kolbenpumpe, Exzenterschneckenpumpe ausgeführt sein kann, in einen indirekt beheizten Trockner 3. Falls ein Dünnschlamm mit 3-5% TS verwertet werden soll, so ist dem Trockner eine mechanische Vorentwässerung, z. B. ein Dekanter vorzuschalten.

Als Trockner 3 ist ein Pflugscharmischer dargestellt, dessen Doppelmantel 3a mit Dampf beheizt ist. Während des Trocknungsvorganges wird der Schlamm ständig aufgewirbelt und zerteilt. Die Verweilzeit des Schlammes ist so eingestellt, daß der Schlamm auf über 80% TS, vorzugsweise 85-92% TS, gebracht wird. Dieser Trockner arbeitet auch optimal, wenn der Klärschlamm im Zuge der Trocknung die Leimphase durchläuft. Hierdurch ist eine Rückvermischung des Klärschlamms mit bereits getrocknetem Schlamm vor Eintritt in den Trockner nicht erforderlich. Die Leimphase ist durch einen TS-Gehalt von 50-60% TS bestimmt, innerhalb dessen der Klärschlamm so stark zum Zusammenkleben neigt, daß die meisten Trocknertypen einschließlich eines Scheibentrockners einen solchen Schlamm nicht verarbeiten können. Daher benötigen solche Systeme die auch in der DE-Z. S. E40, Bild 6 dargestellte Trockenschlammrückführung, die hier entfallen kann. Außer mit Dampf kann ein indirekt beheizter Trockner auch noch mit erwärmtem Thermoöl oder mit Rauchgasen betrieben werden. Es kommt nur darauf an, daß die Trocknung indirekt erfolgt.

Der Trockenschlamm wird nach Austritt aus dem Trockner 3 in einen Pufferbehälter 4 abgeworfen. Von dort erfolgt die Aufgabe mit Hilfe eines Dosierorgans 5, das in der Fig. 1 als motorisch angetriebene Austragsschnecke dargestellt ist, in eine Zykloidbrennkammer 6. Der Zykloidbrennkammer wird über ein Gebläse 7 und eine Leitung 7a Primärluft PL so zugeführt, daß die Primärluft verdrallt über den unteren Brennkammerkonus 6a in die Brennkammer eintritt. Der Brennkammer ist ein Anfahr- und Stützbrenner 8 sowie eine Sekundärluftversorgung 9 einschließlich eines Gebläses 10 zugeordnet. Die Verbrennung erfolgt selbstgängig, d. h. der Brenner 8 ist üblicherweise außer Betrieb.

Der Sekundärluft SL wird über einen Injektor 11a ein basisches Additiv, vorzugsweise Kalkhydrat, aus einem Silo 12 zugegeben. Auf diese Weise wird eine erste trockene Rauchgasreinigungsstufe realisiert, da in der Brennkammer 6 eine sehr ausgeglichene Temperaturverteilung vorliegt, vorzugsweise im Bereich von 900-1050°C. Bei dieser Temperaturverteilung ist eine sehr gute Einbindung von sauren Schadgaskomponenten, insbesondere SO_x, unter Bildung der entsprechenden Calziumverbindungen erreichbar.

Die Rauchgase durchströmen dann zusammen mit der bei der Verbrennung gebildeten Flugasche und dem zumindest teilweise abreagierten Additiv einen Abhitzekessel 13, der in einen Wasserdampf-Kreislauf 14 mit Vorlauf 14a und Rücklauf 14b einschließlich einer Kreislaufpumpe 15 und einer Trommel 16 in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise mittels einer Zufuhrleitung 13a von Trommel 16 und einer Abfuhrleitung 13b zur Trommel 16 eingeschaltet ist. Bevorzugt wird die Ausbildung des Abhitzekessel als Sattdampf-Rauchrohrkessel, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist. Der Doppelmantel 3a des Trockners wird mit Dampf beaufschlagt und das sich bildende Kondensat über die Pumpe 15 zur Trommel zurückgeführt.

Nach Abkühlung der Rauchgase in dem Abhitzekessel 13 auf eine erste Temperatur, vorzugsweise 450°C durchströmen die Rauchgase einen Staubabscheider, der vorzugsweise als Hochtemperaturzyklon 17 ausgebildet ist. In dem Hochtemperaturzyklon 17 werden 90%, bevorzugt aber noch mehr der mitgeführten Mischung aus Flugs taub und abreagiertem Additiv als erstes Produkt 18 abgeschieden. Dieses Produkt enthält praktisch keine kondensierten Schwermetalle und deren Verbindungen, sowie keine Produkte unvollständiger Verbrennung.

Auf die Hochtemperaturentstaubung im Zyklon 17 folgt ein Wärmetauscher 19, in dem Wärme auf Wasser, Dampf, Luft oder dergleichen übertragen wird. Z. B. kann Wasser des dem Abhitzekessel 13 zugeordneten Wasserdampf-Kreislaufs vorgewärmt werden.

Das beispielsweise in dem Wärmetauscher 19 auf 200°C abgekühlte Rauchgas wird danach einer Quenche 20 zugeleitet, mit deren Hilfe unter Zusatz von Frischwasser 21 das Rauchgas auf die Betriebstemperatur einer nachgeschalteten zweiten trockenen Rauchgasreinigungsstufe abgekühlt wird. Die Betriebstemperatur dieser Rauchgasreinigungsstufe liegt oberhalb der Kühlgrenztemperatur (adiabatische Sättigungstemperatur) der Rauchgase, bevorzugt im Bereich von 100-150°C. Zur Bildung der zweiten trockenen Rauchgasreinigungsstufe wird über einen ebenfalls vom Gebläse 10 beaufschlagten Injektor 11b über Leitung 22 basisches Additiv, vorzugsweise Calziumhydrat, stromauf eines Gewebefilters 23 eingeblasen. Die zweite Rauchgasreinigungsstufe stellt bezüglich der sauren Schadgaskomponenten und des Stoffes eine Feinreinigung dar. In dem Gewebefilter 23 bildet sich aus den abgeschiedenen Feststoffen eine Filterhilfsschicht. Die aufgrund der Quenchung erfolgte Wasseranreicherung im Rauchgas ist für die Abscheideleistung des Gewebefilters 23 förderlich.

Die im Gewebefilter abgeschiedenen Feststoffe können über eine Zellradschleuse 24 und eine Rückführleitung 25 zurück in den Rauchgasstrom vor dem Gewebefilter 23 rezirkuliert werden. Ein Teilstrom 26 wird ausgeschleust. Dieser enthält praktisch alle kondensierten Schwermetalle, jedoch kaum Organika. An die zweite trockene Rauchgasreinigungsstufe schließt sich ein Aktivkoksfilter 27 an, der bezüglich Staub und sauren Schadgaskomponenten eine Polizeifilterfunktion erfüllt. Hinsichtlich Quecksilber und Organika wird die Feinreinigungsfunktion erfüllt. Anstelle eines Aktivkoksfilters kann auch ein Zeolithfilter eingesetzt werden. Wegen der geringen Belastung kann das Filtermaterial des Filters 27 in mehr oder weniger langen Intervallen ausgetauscht werden. Es wird regeneriert oder im Falle des Aktivkoks kann auch an eine Mitverbrennung in der Feuerung 6 gedacht werden.

An den Filter 27 schließt sich ein Saugzuggebläse 28 an, das die Rauchgase an einem nicht dargestellten Kamin zuführt.

Die bei der Trocknung entstehenden Brüden können gemäß Bild 6 der S. E40 der vorgenannten DE-Z. behandelt. Es ist jedoch zweckmäßiger, zur Vermeidung eines extra zu behandelnden Kondensats die Brüden über eine Leitung 29 direkt der Feuerung 6 zuzuführen.

Bei der gezeigten Ausführungsform wird das Additiv für die zweite Reinigungsstufe zwischen Quenche 20 und Gewebefilter 23 aufgegeben. Es kann jedoch auch sinnvoll sein, das zweite Additiv zwischen dem Wärmetauscher 19 und der Quenche 20 zuzugeben.

Bei der gezeigten Ausführungsform wird die Sekundärluft über Leitungen 9a und 9b gestuft zugeführt. Selbstverständlich ist es auch möglich, neben den Produkten 18 und 26 noch Grobasche 30 aus der Zykloidbrennkammer selbst abzuziehen, falls der Verbrennungsprozeß so geführt wird, daß sich Grobasche bildet.

Als Wärmeträger für eine indirekte Klärschlammtrocknung kann zumindest ein Teilstrom der die Feuerung verlassenden Rauchgase, mittels der Rauchgase durch Wärmetausch erzeugter Dampf oder mittels der Rauchgase durch Wärmetausch erwärmte Luft eingesetzt werden.

Auch ist es möglich, daß als Wärmeträgermedium für eine direkte Klärschlammtrocknung ein Kreislaufgas eingesetzt wird, vorzugsweise Luft und/oder bei der Trocknung entstehende Brüden, das durch Wärmetausch mit dem Rauchgasen erwärmt wird.

Eine Ausführungsform für die Verfahrensführung mit direkter Klärschlammtrocknung soll anhand der Fig. 2 beschrieben werden. In der Fig. 2 sind soweit als möglich für gleiche technische Gegenstände die gleichen Bezugszeichen übernommen worden.

Bei der Verfahrensführung gemäß Fig. 2 wird der Klärschlamm mittels der Schlammpumpe 2 einer Schnecke 29 zugeführt und tritt aus dieser in einen Fließbetttrockner 30 ein. In dem Fließbett 30a des Fließbetttrockners 30 wird die Schlammschicht direkt von einem in einem Kreislauf 31 geführten Wärmeträgermedium durchströmt und damit getrocknet, das im wesentlichen aus den bei der Trocknung entstehenden Brüden besteht. Die Brüden werden über eine Brüdenabzugsleitung 31a einem Gewebefilter 32 zugeführt, in dem sie entstaubt werden. Von dort werden sie über eine einen Brüdenkompressor 33 und einen Wärmetauscher 34 enthaltende Kreislaufleitung 31b zum Fließbetttrockner 30 zurückgeführt. Der Wärmetauscher 34 ist in den Wasser- Dampf-Kreislauf 14 anstelle des indirekten Wärmetrockners 3 eingeschaltet. Mit Hilfe des Dampfes des Wasser-Dampf Kreislaufes 14 werden die im Brüdenkompressor 33 komprimierten Brüden auf die erforderliche Trocknungstemperatur gebracht.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, kann eventuell über ein Gebläse 35 Frischluft in den Brüdenkreislauf 31 stromauf des Wärmetauschers 34 eingespeist werden.

Ein Teil der Brüden (verdampfte Wassermenge und eventuell zugeführte Luft) wird über eine Leitung 36 der Zykloidbrennkammer 6 unter Zwischenschaltung eines Wärmetauschers 37 zugeführt. Der Wärmetauscher 37 ist vergleichbar mit dem Wärmetauscher 19. In dem Wärmetauscher 37 wird die nach der Staubabscheidung 17 aus den Rauchgasen zu entnehmende Wärme auf die der Zykloidbrennkammer 6 zuzuführenden Brüden übertragen.

Die am Gewebefilter abgeschiedenen Feststoffe können über eine Leitung 38 unter Zwischenschaltung eines Pufferbehälters 39 und einer Förderschnecke 40 ebenfalls der Schnecke 29 aufgegeben werden, um die Konsistenz des im Trockner zuzuführenden Klärschlammes (Leimphase) einzustellen.

Zu diesem Zwecke wäre es auch denkbar, einen Teil des den Trockner 30 verlassenden Trockengutes über Leitung 41 zurückzuführen. (Eine solche Rückführung von Trockengut vor den Eingang des Trockners wäre auch bei der Verfahrensführung gemäß Fig. 1 (vor Trockner 3) denkbar).

Anstelle eines Fließbetttrockners können auch andere direkt trocknende Trockner eingesetzt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm, bei dem der Klärschlamm mittels eines durch ein Wärmeträgermedium beheizten Trockners getrocknet und danach in einer Feuerung, insbesondere Zykloidfeuerung, verbrannt wird, bei dem das Wärmeträgermedium durch die Verbrennung erwärmt wird und bei dem die Rauchgase der Feuerung einer Entstaubung und einer Rauchgasreinigung unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerung ein basisches Additiv zugeführt wird, danach dem Rauchgas Wärme für die Trocknung des Klärschlamms unter Abkühlung der Rauchgase auf eine erste Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur flüchtiger Schwermetalle entzogen wird, danach eine erste Entstaubung erfolgt danach dem Rauchgas erneut Wärme unter Abkühlung des Rauchgases auf eine tiefere, jedoch oberhalb der Kühlgrenztemperatur des Rauchgases liegende zweite Temperatur entzogen wird, danach dem Rauchgas weiteres basisches Additiv zugeführt und anschließend das Rauchgas einer zweiten Staubabscheidung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperatur im Bereich von 400-500°C, weiter bevorzugt 420-470°C und die zweite Temperatur im Bereich von 100-150°C liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträgermedium für eine indirekte Klärschlammtrocknung zumindest ein Teilstrom der die Feuerung verlassenden Rauchgase, mittels der Rauchgase durch Wärmetausch erzeugter Dampf oder mittels der Rauchgase durch Wärmetausch erwärmte Luft eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträgermedium für eine direkte Klärschlammtrocknung ein Kreislaufgas eingesetzt wird, vorzugsweise Luft und/oder bei der Trocknung des Klärschlammes entstehende Brüden, das durch Wärmetausch mit dem Rauchgas erwärmt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der bei der Trocknung des Klärschlammes anfallenden Brüden der Feuerung zugeführt werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Staubabscheidung ein Zentrifugalabscheider eingesetzt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zur zweiten Staubabscheidung ein Gewebefilter unter Ausbildung einer Filterhilfsschicht eingesetzt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der zweiten Staubabscheidung die Rauchgase über einen Filter aus Aktivkoks oder Zeolith geführt werden.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung auf die zweite Temperatur durch einen Wärmetausch mit einem gasförmigen oder flüssigen Wärmeträgermedium erfolgt und danach die Rauchgase mit einem Quenchmedium, insbesondere Wasser, gequencht werden.

10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einrichtung (9) für die Zufuhr eines basischen Additivs zur Feuerung (6) vorgesehen ist, daß einem ersten Staubabscheider (17) eine zweite Wärmesenke (19; 37) und dieser eine zweite Einrichtung (22) für die Zufuhr von basischem Additiv nachgeschaltet ist und daß der weiteren Einrichtung ein zweiter Staubabscheider (23) nachgeschaltet ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Wärmesenke (19) eine Quenche (20) nachgeschaltet ist und die Zufuhr des weiteren basischen Additives stromauf oder stromab der Quenche erfolgt.