DE19606640A1 - Burning sewage sludge as fuel in a fluidised slag tap furnace - Google Patents
Burning sewage sludge as fuel in a fluidised slag tap furnaceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klärschlammverbren nung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13.The invention relates to a device for sewage sludge combustion tion with the features of the preamble of claim 1 and a method with the features of claim 13.
Im kommunalen und industriellen Abwasserbereich fallen in den Kläranlagen bei der Behandlung häuslicher und gewerblicher Ab wässer dünnflüssige Klärschlämme an, deren Verwertung und Ent sorgung vor allem im Hinblick auf die zu erwartende starke Zu nahme des Klärschlammaufkommens in den kommenden Jahren lang fristig gesichert werden muß.In the municipal and industrial wastewater sector fall into the Sewage treatment plants in the treatment of domestic and commercial waste water thin liquid sewage sludge, their recycling and ent supply especially with regard to the expected strong growth sludge generation in the coming years must be secured in time.
Der Spielraum für die Entsorgung wird einerseits durch die Be grenzung der Deponiekapazität und andererseits durch die vom Gesetzgeber zusätzlich geforderten Verschärfungen enger. Als Folge hieraus wird auch die landwirtschaftliche Nutzung zumin dest gebremst, so daß die Klärschlammverbrennung als Entsor gungsmöglichkeit zunehmend an Bedeutung gewinnt.The scope for disposal is on the one hand by the Be limitation of the landfill capacity and on the other hand by the of Legislators additionally tightened tightening requirements. As As a result, agricultural use is also reduced least slowed down, so that the sewage sludge incineration as disposal possibility is becoming increasingly important.
Klärschlammverbrennung ist bislang als Beimischung von Klär schlamm zu anderen Brennstoffen, z. B. in der Müllverbrennung erfolgt.Sewage sludge incineration has so far been an admixture of sewage sludge to other fuels, e.g. B. in waste incineration he follows.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor richtung sowie ein Verfahren zu schaffen, mit denen typischer anfallender Klärschlamm bei Wassergehalten zwischen etwa 70% und etwa 30% einfach und umweltfreundlich thermisch entsorgt werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a front direction and to create a process with which more typical sewage sludge with water contents between about 70% and disposed of about 30% easily and environmentally friendly thermally can be.
Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie von einem Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 13 gelöst.This task is performed by a device with the features of Claim 1 and a method with the features of the An Proof 13 solved.
Weil die Vorrichtung zur Verbrennung von Klärschlamm als Feue rung einer Wirbelschmelzfeuerung aufweist, können Klärschlämme mit einem geeigneten Restwassergehalt relativ grob ausgemahlen werden, wodurch einerseits der zum Ausmahlen erforderliche Energieeinsatz relativ niedrig ist und andererseits der Brenn stoff in der Wirbelschmelzfeuerung einen guten Primäreinbin dungsgrad aufweist. Die Wirbelschmelzfeuerung ermöglicht bei einem guten Primäreinbindungsgrad darüber hinaus ein relativ staubarmes Rauchgas′ was bei der Klärschlammverbrennung bislang nicht erreichbar war. Schließlich fallen die Verbrennungsrück stände aus der Wirbelschmelzfeuerung als Schlacke an, die lau genresistent ist und deshalb als Baustoff Verwendung finden kann oder unkritisch deponiert werden kann.Because the device for burning sewage sludge as a fire sewage sludge firing, sewage sludge Roughly ground with a suitable residual water content be, which on the one hand the necessary for grinding Energy consumption is relatively low and on the other hand the burning a good primary incorporation in the vortex melting furnace degree of expansion. The vortex melt firing enables at a good level of primary integration is also a relative low-dust flue gas' which has been used in sewage sludge incineration so far was not available. Eventually, the combustion back drop would be from the vortex melt firing as slag, the lukewarm is genresistant and can therefore be used as a building material can or can be deposited uncritically.
Es ist vorteilhaft, wenn die Brennstoffaufbereitungsvorrichtung eine Gebläseschlägermühle aufweist, weil in dieser Mühle die Trocknung und die Ausmahlung des Brennstoffs simultan und mit hoher Effizienz bis zum Erreichen der erforderlichen Parameter erfolgen kann. Auch äquivalente Mühlen mit zugeordneter Trocknung sind vorteilhaft einzusetzen. Die Brennstoffaufberei tungsvorrichtung umfaßt vorteilhaft einen Abscheidezyklon, in dem der ausgemahlene Klärschlamm als Feststoffphase von der Trocknungsluft und dem durch die Trocknung anfallenden Wasser dampf nebst gasförmigen Restbestandteilen getrennt wird.It is advantageous if the fuel processing device has a fan beater mill, because in this mill the Drying and grinding the fuel simultaneously and with high efficiency until the required parameters are reached can be done. Equivalent mills with assigned Drying is advantageous. The fuel processing processing device advantageously comprises a separating cyclone, in which the ground sewage sludge as a solid phase of the Drying air and the water generated by the drying steam and gaseous residual components are separated.
Auf der Rauchgasseite weist die Rauchgasreinigungsvorrichtung vorteilhaft mittel zur Eindüsung von NH₃ oder Harnstoff auf, die in einer dafür eingerichteten Reaktionsstrecke mit den in der Wirbelschmelzfeuerung entstehenden Stickoxiden reagieren und diese dort reduzieren können. Die Reaktionsstrecke soll da bei an die für die angestrebte Reaktion erforderlichen Tempera turen und Verweildauern angepaßt sein. Eine besonders gute Fil terung des Rauchgases zur Beseitigung von Schadstoffen wird er reicht, wenn die Rauchgasreinigungsvorrichtung ein Aktivsor bensfilter umfaßt. Dieses Filter kann beispielsweise mit Her dofenkoks, Braunkohleaktivkoks, getrocknetem Klärschlamm in Form von Granulat oder Pellets oder dergleichen beschickt wer den. Das durch das Filter passierende Rauchgas wird in diesem Filter bei geeigneten Verweildauern von verbleibenden Schwe feloxiden, Kohlenwasserstoffen, Stäuben, Dioxinen, Furanen, Schwermetallen und dergleichen Schadstoffen und zum Teil von Stickoxiden befreit. Eine besonders gute Umsetzung von Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser ist erreichbar, wenn der Rauchgasreinigungsvorrichtung Katalysatoren zugeordnet sind, die die Umsetzung von Stickoxiden mit Ammoniak oder Harnstoff fördern.The flue gas cleaning device has on the flue gas side advantageous means for injecting NH₃ or urea, the in a reaction path set up for this purpose with the in the nitrogen oxides produced by the vortex melting firing react and can reduce it there. The reaction path should be there at the tempera required for the desired reaction doors and dwell times must be adapted. A particularly good fil The flue gas is used to remove pollutants is sufficient if the flue gas cleaning device is an active sensor bensfilter includes. This filter can be used, for example, with Her oven coke, lignite activated coke, dried sewage sludge in In the form of granules or pellets or the like the. The flue gas passing through the filter is in this Filter with suitable dwell times of remaining sweat feloxides, hydrocarbons, dusts, dioxins, furans, Heavy metals and similar pollutants and in part from Free nitrogen oxides. A particularly good implementation of Nitrogen oxides to nitrogen and water can be obtained if the Flue gas cleaning device catalysts are assigned which is the conversion of nitrogen oxides with ammonia or urea promote.
Schwefeloxide können im Rauchgas zu unschädlichen Stoffen umge setzt werden, wenn der Rauchgasreinigungsvorrichtung Mittel zur Einspeisung von Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat zugeordnet sind. Auch der Brennstoffaufbereitungsvorrichtung können Mittel zur Einspeisung von Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat zuge ordnet sein, die dann in der Wirbelschmelzfeuerung als Additive die Fließfähigkeit der entstehenden Verbrennungsrückstände, al so der Schlacke, positiv beeinflussen können.Sulfur oxides can be converted into harmless substances in the flue gas be set when the flue gas cleaning device Assigned feed of calcium hydroxide or calcium carbonate are. The fuel processing device can also have means added to feed calcium hydroxide or calcium carbonate be classified as additives in the vortex melting furnace the flowability of the resulting combustion residues, al so the slag can positively influence.
Für die Entsorgung der bei der Rauchgasreinigung entstehenden, schadstoffbeladenen Adsorbentien ist es vorteilhaft, wenn die Brennstoffaufbereitungsvorrichtung außerdem Mittel zur Zufüh rung von schadstoffbeladenen Adsorbentien umfaßt. Insbesondere der aus dem Rauchgas herausgefilterte Staub kann auf diese Wei se in die in der Wirbelschmelzfeuerung anfallende Schlacke ein gebunden werden und damit in die Feststoffphase zurückgeführt werden.For the disposal of the flue gas cleaning pollutant-laden adsorbents, it is advantageous if the Fuel processing device also means for supply tion of pollutant-laden adsorbents. Especially the dust filtered out of the flue gas can be in this way se into the slag produced in the vortex melting furnace be bound and thus returned to the solid phase will.
Die bei der Verbrennung von Klärschlamm entstehende thermische Energie wird vorteilhaft dadurch genutzt, daß zumindest ein Teilstrom des warmen Rauchgases zur Trocknung des Brennstoffs genutzt wird. Dabei geht die zur Verfügung stehende Energie im wesentlichen in die Verdampfung des im Klärschlamm vorhandenen Wasseranteils. Außerdem ist es energetisch günstig, der Brenn stoffaufbereitungsvorrichtung eine Luftvorwärmung für die zuge führte Frischluft als Verbrennungsluft zuzuordnen, in der eben falls thermische Energie des Rauchgases direkt oder indirekt der Verbrennungsluft und damit dem Verbrennungsprozeß wieder zugeführt wird.The thermal generated when sewage sludge is burned Energy is advantageously used in that at least one Partial flow of the warm flue gas for drying the fuel is being used. The energy available in the essentially in the evaporation of the sewage sludge Water content. It is also energetically favorable, the distillate stock preparation device an air preheater for the led to assign fresh air as combustion air, in the just if thermal energy of the flue gas directly or indirectly the combustion air and thus the combustion process again is fed.
In Kläranlagen fallen neben dem Klärschlammaufkommen auch Altöl und ölbelastete Böden, insbesondere ölbelastete Sände an. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn der Brennstoffaufbereitungsvor richtung mittels Einspeisung Altöl oder ölbeladene Stoffe zuge ordnet sind, weil diese dann zum einen in der Klärschlammver brennungsanlage mitverbrannt werden können und zum anderen de ren Vebrennungsenergie dem Verbrennungsprozeß zugute kommt. Da bei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Mittel zur Ein speisung von Altöl oder ölbeladenen Böden einen Anfahr- oder Stützbrenner für die Wirbelschmelzfeuerung umfassen.In sewage treatment plants, in addition to sewage sludge, waste oil also falls and oil-contaminated soils, especially oil-contaminated sands. It is therefore advantageous if the fuel preparation direction by feeding in waste oil or oil-laden substances are classified, because on the one hand in the sewage sludge incinerator can be burned and the other de Ren combustion energy benefits the combustion process. There it is particularly advantageous when the means for on Feeding waste oil or oil-laden floors into a start-up or Include support burners for the vortex melting furnace.
Weil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst das Mahlen des Klärschlamms bis zum Erreichen eines vorbestimmten Mahlgra des bei gleichzeitiger Trocknung auf eine vorbestimmte Rest feuchte, sodann das Trennen von Feststoff- und Gasphase in ei nem Abscheidezyklon, dann das Einbringen des gemahlenen und ge trockneten Klärschlamms als Brennstoff in eine Wirbelschmelz feuerung, das Abführen und Kühlen des entstehenden Rauchgases auf eine für NOx- und SOx-Reduzierung geeignete Temperatur und schließlich das Abführen der bei der Verbrennung entstehenden Schlacke umfaßt, kann die Klärschlammverbrennung energetisch günstig vorgenommen werden, wobei gleichzeitig die entstehenden Schadstoffe weitestgehend zurückgehalten bzw. beseitigt werden. Dabei ist eine Restfeuchte von von weniger als 15%, vorzugswei se etwa 5%, als vorteilhaft anzustreben. Because in the method according to the invention, first the grinding of the sewage sludge until it reaches a predetermined grind of moisture while drying to a predetermined residue, then the separation of solid and gas phase in a separating cyclone, then the introduction of the ground and dried sewage sludge as fuel in a vortex melt, the removal and cooling of the resulting flue gas to a temperature suitable for NO x and SO x reduction and finally the removal of the slag resulting from the incineration, the sewage sludge incineration can be carried out in an energetically favorable manner, with the resulting pollutants be largely retained or eliminated. A residual moisture content of less than 15%, preferably about 5%, is to be aimed for as advantageous.
Der thermische Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens wird positiv beeinflußt, wenn die entstehende Prozeßwärme zu mindest teilweise zur Vorwärmung der Verbrennungsluft genutzt wird. Darüber hinaus kann die entstehende Prozeßwärme zumindest teilweise zur thermischen Vorbehandlung des Klärschlamms oder zur Förderung der biologischen Klärung von Abwasser in einer Kläranlage (Faulungsbeschleunigung) genutzt werden. Das Verfah ren ist besonders effektiv durchzuführen, wenn das Mahlen und das Trocknen des zu verbrennenden Klärschlamms in einer Geblä seschlägermühle erfolgt.The thermal efficiency of the method according to the invention is positively influenced when the resulting process heat increases at least partially used to preheat the combustion air becomes. In addition, the resulting process heat can at least partly for thermal pretreatment of sewage sludge or to promote the biological treatment of waste water in one Sewage treatment plant (acceleration of digestion) can be used. The procedure Ren is particularly effective when grinding and drying the sewage sludge to be burned in a blower seschlägermühle takes place.
Das Verfahren ist einfach zu führen, wenn dem Brennstoff Addi tive zugegeben werden, die die Konsistenz der Verbrennungsrück stände beeinflussen. Der Schadstoffausstoß des erfindungsgemä ßen Verfahrens wird besonders gering, wenn dem Rauchgas Stoffe zur Neutralisierung von Schadstoffen zugegeben werden. Darüber hinaus kann das Rauchgas in einem mit einem Adsorbens gefüllten Aktivsorbensfilter gereinigt werden, wobei ihm Staub, Kohlen wasserstoffe, Schwefeloxide, Dioxine, Furane, Schwermetalle und teilweise Stickoxide entzogen werden können. Dabei wird die ge samte Schadstoffbilanz sowie die Energiebilanz des erfindungs gemäßen Verfahrens dadurch verbessert, daß das Adsorbens nach Gebrauch zusammen mit dem Brennstoff der Verbrennung zugeführt wird. Alternativ kann das Adsorbens nach Gebrauch unter Verwen dung der Prozeßwärme durch Desorption gereinigt und damit wie derverwendbar gemacht werden.The procedure is simple to perform when Addi the fuel tive be added to the consistency of the combustion back affect stands. The pollutant emissions of the invention The process is particularly low if the flue gas contains substances be added to neutralize pollutants. About that In addition, the flue gas can be filled with an adsorbent Active sorbent filters are cleaned, giving him dust, coal Hydrogen, sulfur oxides, dioxins, furans, heavy metals and nitrogen oxides can be partially removed. The ge Entire pollutant balance and the energy balance of the invention according to the method improved in that the adsorbent after Use together with the fuel fed to the combustion becomes. Alternatively, the adsorbent can be used after use Process heat is cleaned by desorption and thus how be made usable.
Die beim Prozeß entstehende Abwärme kann genutzt werden, indem die im entstehenden Heißdampf oder im Rauchgase enthaltenen thermische Energie ausgekoppelt wird. Auf diese Weise kann bei spielsweise elektrischer Strom gewonnen werden. Die Abwärme kann auch zur Gebäudeheizung oder zu ähnlichen Zwecken genutzt werden.The waste heat generated during the process can be used by those contained in the resulting superheated steam or in the flue gases thermal energy is coupled out. That way, at for example, electrical power can be obtained. The waste heat can also be used for heating buildings or for similar purposes will.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung anhand der Zeichnungen beschrieben. In the following an embodiment of the present Er Finding described with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Anlage zur Klärschlammverbren nung in einem Blockschaltbild; sowie Fig. 1 An inventive plant for sewage sludge combustion in a block diagram; such as
Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfin dungsgemäßen Verfahrens. Fig. 2 is a flowchart of an embodiment of the inventive method.
In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klär schlammverbrennung in Form eines Blockschaltbildes veranschau licht. Die Fig. 2 zeigt das entsprechende Flußdiagramm.In Fig. 1 an inventive device for sewage sludge combustion is illustrated in the form of a block diagram. Fig. 2 shows the corresponding flow chart.
Die Vorrichtung umfaßt eine Gebläseschlägermühle 1 zur Trocknung und Ausmahlung des zu verbrennenden Klärschlamms. Die Gebläseschlägermühle 1 ist Teil des Brennstoffaufbereitungssy stems, das außerdem einen Abscheidezyklon 2 sowie einen Injek tor 3 umfaßt. Die eigentliche Feuerung umfaßt eine Wirbel schmelzfeuerung 4, der ein mit Gas oder Öl betriebener Anfahr- und Stützbrenner 5 zugeordnet ist. Auf der Ausgangsseite der Wirbelschmelzfeuerung ist ein Naßentschlacker 6 vorgesehen, der die Verbrennungsrückstände in flüssiger bzw. fester Form auf nimmt. Außerdem ist der Wirbelschmelzfeuerung 4 ein zweiter Rauchgaszug 7 nachgeschaltet. Das Rauchgassystem umfaßt außer dem zweiten Rauchgaszug 7 noch einen Mischer 8, eine Vorrich tung zur Kalkeindüsung 9 sowie eine Vorrichtung zur Harnstoff- und NH₃-Eindüsung 10. Weiterhin sind dem Rauchgassystem vor dem Eintritt in die Gebläseschlägermühle 1 noch ein Luftvorwärmer 11 und ein Desorber 12 zugeordnet. Die Gebläseschlägermühle 1 wird ihrerseits vom Rauchgas durchsetzt, das den Abscheidezy klon 2 und nachfolgend einen Staubfilter 15 durchtritt. Nach dem Staubfilter befindet sich in dem Rauchgassystem ein Gebläse 16, dem ein Aktivsorbensfilter 17 und ein Katalysator 18 fol gen. Schließlich ist ein Kondensator 19 zur Prozeßwasser- und Wärmegewinnung in das Rauchgassystem eingebunden, bevor das weitestgehend von Schadstoffen befreite und abgekühlte Rauchgas durch einen Kamin 20 in die Atmosphäre abgegeben wird. Die dem Verbrennungsprozeß zuzuführende Frischluft oder Verbrennungs luft wird über ein Gebläse 30 in die Vorrichtung eingebracht. Die Verbrennungsluft wird bei 31 in die Wirbelschmelzfeuerung eingeblasen, erforderlichenfalls wird auch dem Anfahr- und Stützbrenner 5 bei 32 vorgewärmte Frischluft zugeführt.The device comprises a fan beater mill 1 for drying and grinding the sewage sludge to be incinerated. The fan beater mill 1 is part of the fuel processing system, which also includes a separating cyclone 2 and an injector 3 . The actual firing comprises a vortex melt firing 4 , which is associated with a start-up and auxiliary burner 5 operated with gas or oil. On the output side of the vortex melting furnace, a wet deslagger 6 is provided, which absorbs the combustion residues in liquid or solid form. In addition, the vortex melting furnace 4 is followed by a second flue gas duct 7 . The flue gas system comprises, in addition to the second flue gas flue 7 , a mixer 8 , a device for lime injection 9 and a device for urea and NH 3 injection 10 . Furthermore, an air preheater 11 and a desorber 12 are assigned to the flue gas system before entering the blower beater mill 1 . The blower mill 1 is in turn penetrated by the flue gas, the clone Abscheidezy 2 and subsequently passes through a dust filter 15 . After the dust filter there is a blower 16 in the flue gas system, which is followed by an active sorbent filter 17 and a catalytic converter 18. Finally, a condenser 19 for process water and heat recovery is integrated into the flue gas system before the flue gas, which has been largely freed of pollutants and cooled, through a chimney 20 is released into the atmosphere. The fresh air or combustion air to be supplied to the combustion process is introduced into the device via a blower 30 . The combustion air is blown into the swirl melt furnace at 31 ; if necessary, preheated fresh air is also supplied to the start-up and auxiliary burner 5 at 32 .
Zwischen dem Kondensator 19 und dem Kamin 20 kann dem Rauchgas weg abgekühltes Kaltgas entnommen werden, was über ein Gebläse 33 in den Mischer 8 des zweiten Rauchgaszuges eingespeist wird und dort für eine Temperierung des Rauchgases genutzt wird. An dererseits wird das abgekühlte Rauchgas über ein Gebläse 34 der Kalteinspeisung sowie unmittelbar der Gebläseschlägermühle 1 zugeführt. Dem Abscheidezyklon ist für die Feststoffphase, also für den Klärschlamm, eine Speichervorlage 35 zugeordnet, ebenso wie dem Staubfilter 15 für die dort anfallende Feststoffphase eine Speichervorlage 36 zugeordnet ist. Dem Aktivsorbensfilter 17 sind ein Speicher 37 für frisches Aktivsorbens sowie ein Speicher 38 für verbrauchtes Sorbens zugeordnet. Aus den Spei chervorlagen 35, 36 und 38 sind die dort vorgehaltenen Fest stoffe über geeignete Injektoren der Wirbelschmelzfeuerung zu führbar.Between the condenser 19 and the chimney 20 , cold gas cooled down can be removed from the flue gas, which is fed via a blower 33 into the mixer 8 of the second flue gas train and is used there for tempering the flue gas. On the other hand, the cooled flue gas is fed to the cold feed via a blower 34 and directly to the blower mill 1 . A storage template 35 is assigned to the separating cyclone for the solid phase, ie for the sewage sludge, and a storage template 36 is assigned to the dust filter 15 for the solid phase occurring there. A memory 37 for fresh active sorbent and a memory 38 for used sorbent are assigned to the active sorbent filter 17 . From the storage templates 35 , 36 and 38 , the solids held there can be feasible via suitable injectors of the vortex melting furnace.
Ein Kühlwasserkreislauf wird mit kaltem Wasser, beispielsweise aus einer der Klärschlammverbrennungsvorrichtung zugeordneten Kläranlage 40, gespeist. Das Kühlwasser ist verbunden mit dem Kondensator 19, einem Kondensatspeicher 41, einer Pumpe 42 und einem Kühlwasserspeicher 43, von wo aus es dem Naßentschlacker 6 zugeführt wird. Eine zweite Pumpe 44 sowie eine mit einem Filter gekoppelte Pumpe 45 sind wiederum mit der Kläranlage 40 verbunden.A cooling water circuit is fed with cold water, for example from a sewage treatment plant 40 assigned to the sewage sludge incineration device. The cooling water is connected to the condenser 19 , a condensate storage 41 , a pump 42 and a cooling water storage 43 , from where it is fed to the wet slag remover 6 . A second pump 44 and a pump 45 coupled to a filter are in turn connected to the sewage treatment plant 40 .
Der Kläranlage 40 sind schließlich eine Pumpstation 50 für Klärschlamm und eine Sammelstation 51 für anfallende Abfallöle zugeordnet. Zugabestoffe wie NH₃, Harnstoff, Calciumhydroxid und Calciumcarbonat werden jeweils in Speichern 52, 53 und 54 vorgehalten, in denen sie über die Mischer 9 und 10 bzw. 55 in den Rauchgaskanal eingespeist werden können. Finally, the sewage treatment plant 40 is assigned a pump station 50 for sewage sludge and a collection station 51 for waste oils. Additives such as NH₃, urea, calcium hydroxide and calcium carbonate are respectively stored in stores 52 , 53 and 54 , in which they can be fed into the flue gas duct via the mixers 9 and 10 or 55 .
Das Verfahren zur thermischen Entsorgung von Klärschlamm läuft in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel folgendermaßen ab: Der zu entsorgende Klärschlamm wird von der Kläranlage 40 über die Pumpstation 50 an die Klärschlammverbrennungsanlage geliefert, wobei ein Wassergehalt des Klärschlamms von etwa 30% bis 70% angestrebt ist. Der Klärschlamm wird in die Gebläseschlägermüh le 1 gegeben, wo er mit dem heißen Rauchgasstrom zusammen ver arbeitet und auf den gewünschten Mahlgrad gebracht wird. Der Trocknungsprozeß, der durch die Temperatur des Rauchgasstroms gefördert wird, erlaubt eine Einstellung des Trocknungsgrades von weniger als 15% Restfeuchte. Anzustreben sind etwa 5%.The process for the thermal disposal of sewage sludge proceeds in the present exemplary embodiment as follows: The sewage sludge to be disposed of is supplied from the sewage treatment plant 40 to the sewage sludge incineration plant via the pump station 50 , the sewage sludge water content being aimed at from about 30% to 70%. The sewage sludge is placed in the Gebläseschlägermüh le 1 , where it works together with the hot flue gas stream and is brought to the desired degree of grinding. The drying process, which is promoted by the temperature of the flue gas stream, allows the degree of drying to be set to less than 15% residual moisture. The target should be around 5%.
Von der Gebläseschlägermühle 1 aus tritt der Strom aus ausge mahlenem Klärschlamm und Gasphase in den Abscheidezyklon 2 ein, wo er in Feststoffphase und Gasphase getrennt wird. Die Fest stoffphase tritt in die Speichervorlage 35 ein, von wo aus sie in geeigneter Dosierung kontinuierlich durch den Injektor 3 in die Wirbelschmelzfeuerung 4 eingebracht wird. Der getrocknete und ausgemahlenen Klärschlamm wird dort beispielsweise mittels einer sogenannten Sekanteneinblasung in die Feuerung einge bracht und verbrennt dort, wobei sich aufgrund der Rotation in der Feuerung die verbleibenden Feststoffe (Asche) an der Wan dung niederschlagen und dort aufgeschmolzen werden. Die entste hende flüssige Schlacke fließt dann ab in den Naßentschlacker 6, von wo aus sie nach Abkühlung weiterverwendet oder entsorgt werden kann. Die entstehende Schlacke ist laugenresistent und kann deshalb in der Baustoffindustrie, im Straßenbau oder ähn lichen Gebieten verwendet werden. Außerdem ist aufgrund der Laugenresistenz eine einfache Deponierung der entstehenden Schlacke möglich. Es handelt sich also um ein nicht eluierbares Wirtschaftsgut.From the fan beater mill 1 , the stream of ground sewage sludge and gas phase enters the separating cyclone 2 , where it is separated into the solid phase and the gas phase. The solid phase enters the storage reservoir 35 , from where it is continuously introduced into the vortex melting furnace 4 in a suitable dosage by the injector 3 . The dried and ground sewage sludge is introduced into the furnace there, for example by means of a so-called secant injection, and burns there, with the remaining solids (ash) being deposited on the wall due to the rotation in the furnace and being melted there. The resulting liquid slag then flows into the wet slag 6 , from where it can be reused or disposed of after cooling. The resulting slag is alkali-resistant and can therefore be used in the building materials industry, in road construction or similar areas. In addition, due to the alkali resistance, the resulting slag can be easily disposed of. It is therefore an economic asset that cannot be eluted.
Das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas tritt in den soge nannten zweiten Zug der Feuerung ein und wird dort in dem Mi scher 8 zunächst mit Kaltgas so temperiert, daß die nachfolgend eingedüsten Zuschlagstoffe, nämlich das aus der Speichervorlage 53 durch den Mischer 9 zugeführte Calciumhydroxid oder Calcium carbonat und das aus dem Vorrat 52 eingedüste NH₃ bzw. der Harnstoff, der über den Mischer 10 zugeführt wird, geeignete Reaktionsbedingungen vorfinden. Die Temperatur wird auf aus der Rauchgasbehandlung an sich bekannte Parameter eingestellt, die eine NOx-Reduktion durch Reaktion mit NH₃ oder Harnstoff und eine SOx-Reduktion durch Reaktion mit Calciumhydroxid und Calciumcarbonat ermöglicht. Nach dem zweiten Zug 7 tritt das noch immer sehr heiße Rauchgas zunächst in den Luftvorwärmer 11 ein. Dort wird ein Teil der im Rauchgas enthaltenen thermischen Energie an die vom Gebläse 30 zur Feuerung 4 geförderte Frisch luft abgegeben. Diese thermische Energie steht also unmittelbar der Feuerung zur Verfügung. Weiterhin durchtritt das Rauchgas einen Desorber 12, in dem die Desorption von Schadstoffen aus Rauchgasfiltern erfolgen kann. Der weitere Weg des Rauchgases führt zur Gebläseschlägermühle 1, in der die weiterhin vorhan dene thermische Energie genutzt wird, um den für eine Verbren nung zu hohen Wassergehalt des Klärschlamms zu reduzieren. Da bei geht ein beträchtlicher Teil der Energie in die Verdampfung des Wasseranteils. Gemeinsam mit dem aus der Trocknung entste henden Dampf und dem ausgemahlenen Brennstoff tritt das Rauch gas dann in den Abscheidezyklon 2 ein, wo die Gasphase, wie be reits erwähnt, von der Feststoffphase getrennt wird. Die Gas phase, also Dampf und Rauchgas, durchtritt dann den Staubfilter 15, dessen Feststoffaustrag in die Speichervorlage 36 erfolgt, während die vom Staub weitgehend befreite Gasphase durch das Gebläse 16 zu dem Aktivsorbensfilter 17 weiterbefördert wird. In dem Aktivsorbensfilter 17 werden noch vorhandene Schadstoffe wie SOx, Schwermetalle, Stäube, Kohlenwasserstoffe sowie halo genierte Kohlenwasserstoffen und zum Teil NOx an einem geeigne ten Aktivsorbens 37 adsorbiert. Als Adsorbens kommt hier bei spielsweise Herdofenkoks, Braunkohlenkoks oder bei geeigneter Vorbereitung auch Klärschlammgranulat oder Klärschlammpellets selbst in Frage. Das schadstoffbeladenen Sorbens, auch Altsor bens genannt, wird entweder desorbiert und erneut verwendet oder der Wirbelschmelzfeuerung 4 unmittelbar als Brennstoff bzw. der Mahltrocknung 1 im Rahmen der Brennstoffaufbereitung zugeführt und dort mitverbrannt. The resulting flue gas during combustion occurs in the so-called second train of the furnace and is there in the mixer 8 initially tempered with cold gas so that the subsequently injected additives, namely the calcium hydroxide or calcium supplied from the storage reservoir 53 through the mixer 9 carbonate and the injected from the supply 52 NH₃ or the urea, which is fed via the mixer 10 , find suitable reaction conditions. The temperature is set to parameters known per se from the flue gas treatment, which enables a NO x reduction by reaction with NH₃ or urea and a SO x reduction by reaction with calcium hydroxide and calcium carbonate. After the second train 7 , the still very hot flue gas first enters the air preheater 11 . There, part of the thermal energy contained in the flue gas is released to the fresh air conveyed by the blower 30 to the furnace 4 . This thermal energy is therefore immediately available to the furnace. Furthermore, the flue gas passes through a desorber 12 , in which the desorption of pollutants from flue gas filters can take place. The further path of the flue gas leads to the fan beater mill 1 , in which the thermal energy that continues to be used is used to reduce the water content of the sewage sludge, which is too high for combustion. Since a considerable part of the energy goes into the evaporation of the water portion. Together with the steam arising from the drying and the ground fuel, the flue gas then enters the separating cyclone 2 , where the gas phase, as already mentioned, is separated from the solid phase. The gas phase, that is to say steam and flue gas, then passes through the dust filter 15 , the solids discharge of which takes place in the storage reservoir 36 , while the gas phase largely freed from dust is conveyed on by the blower 16 to the active sorbent filter 17 . In the active sorbent filter 17 still existing pollutants such as SO x , heavy metals, dusts, hydrocarbons as well as halogenated hydrocarbons and partly NO x are adsorbed on a suitable active sorbent 37 . Suitable adsorbents here are, for example, hearth furnace coke, lignite coke or, with suitable preparation, sewage sludge granulate or sewage sludge pellets themselves. The pollutant-laden sorbent, also called Altsor bens, is either desorbed and reused or fed directly to the vortex melting furnace 4 as fuel or mill drying 1 as part of the fuel processing and burned there.
Das gefilterte und gereinigte Rauchgas tritt dann in den Kata lysator 18 ein, in dem durch NH₃-Eindüsung aus dem Vorrat 54 über den Mischer 55 eine NH₃-Menge zugegeben wird, die zur Neu tralisierung des verbleibenden NOx-Gehaltes erforderlich ist. Der Katalysator 18 bewirkt dann in bekannter Weise die Reaktion von NH₃ und NOx zu N₂ und Wasser, die ohne Katalysatoreinwirkung bei den in diesem Teil des Rauchgassystems herrschenden Tempe raturen nicht von allein ablaufen würde. Der Kondensator 19, der von Kühlwasser durchströmt wird, entzieht dem Rauchgas wei tere thermische Energie und kondensiert die im Rauchgas enthal tene Dampfphase. Die so erhaltene, dem Rauchgas entzogene Wärme kann deshalb weiter verwertet werden. Von dem Kondensator 19 aus wird das gereinigte und gekühlte Rauchgas zum großen Teil durch den Kamin 20 an die Atmosphäre abgegeben. Ein Teil des noch immer Wärme enthaltenden Rauchgases wird aber durch das Gebläse 33 in den Prozeß zurückgeführt und in dem Mischer 8 zur Temperierung des Rauchgases benutzt. Außerdem wird die Tempera tur in der Mahltrocknung 1 und dem Abscheidezyklon 2 über bei gemischtes Rauchgas aus dem Gebläse 33 eingestellt.The filtered and cleaned flue gas then enters the Kata lyst 18 a, in which an amount of NH₃ is added by NH₃-spraying from the reservoir 54 via the mixer 55, the tralization to Neu of the remaining NO x content is required. The catalyst 18 then causes in a known manner the reaction of NH₃ and NO x to N₂ and water, which would not take place by itself without catalyst action at the temperatures prevailing in this part of the flue gas system. The condenser 19 , through which cooling water flows, extracts further thermal energy from the flue gas and condenses the vapor phase contained in the flue gas. The heat thus obtained and extracted from the flue gas can therefore be used further. From the condenser 19 , the cleaned and cooled flue gas is largely released into the atmosphere through the chimney 20 . A part of the flue gas, which still contains heat, is returned to the process by the blower 33 and used in the mixer 8 for tempering the flue gas. In addition, the tempera ture in the mill drying 1 and the separating cyclone 2 is set with mixed flue gas from the fan 33 .
Im Vergleich zu herkömmlichen Brennstoffen wie z. B. Braunkohle enthält Klärschlamm relativ hohe Ascheanteile, die neben dem Wassergehalt dazu führen, daß die Verbrennung von Klärschlamm nicht ohne weiteres als selbsterhaltende Feuerung ohne Zumi schung von anderen Brennstoffen arbeitet. Bei dem hier vorlie genden Ausführungsbeispiel einer Klärschlammverbrennungsvor richtung und eines Verfahrens zur Klärschlammverbrennung ist in zahlreichen Verfahrensschritten vorgesehen, daß entstehende Wärme in den Prozeß zurückgeführt wird und die Wärmebilanz und damit die Wirtschaftlichkeit des Verbrennungsprozesses beson ders gut wird. Die in den Prozeß eintretende kalte Verbren nungsluft wird durch das Gebläse 30 in den Luftvorwärmer 11 ge fördert, in dem sie durch das Rauchgas aufgeheizt wird. Die er hitzte Frischluft wird dann über die Leitungen 31 und 32 der Wirbelschmelzfeuerung 4 bzw. dem Anfahr- und Stützbrenner 5 zu geführt, so daß dort bereits erhitzte Frischluft zur Verbren nung zur Verfügung steht. Außerdem werden die Injektoren 3 mit erhitzter Frischluft betrieben, so daß auch hier bereits an der Eintrittsseite der Feuerung ein hohes Temperaturniveau zur Ver fügung steht. Auch der aus der Speichervorlage 35 kommende Brennstoff weist bereits einen erhöhten Wärmeinhalt auf, der aus der Mahltrocknung stammt. Weitere Prozeßwärme entsteht in dem Kondensator 19 beim Auskondensieren des im Rauchgas enthal tenen Dampfanteils und in dem Naßentschlacker 6, in dem die aus der Wirbelschmelzfeuerung 4 aus tretende flüssige Schlacke abge kühlt wird. Das durch die Schlacke erhitzte Kühlwasser kann beispielsweise der Kläranlage, der die erfindungsgemäße Klär schlammverbrennungsvorrichtung zugeordnet ist, zugeführt werden und dort zur thermischen Vorbehandlung des Klärschlamms oder auch zur Konditionierung der biologischen Klärungsprozesse ein gesetzt werden. So kann beispielsweise einem Faulturm Wärme zur Faulungsbeschleunigung zugeführt werden. Die Prozeßwärme kann auch zur Stromerzeugung oder zur Heizung von Gebäuden benutzt werden.Compared to conventional fuels such as B. Lignite contains sewage sludge relatively high ash content, which in addition to the water content lead to the fact that the combustion of sewage sludge does not work easily as a self-sustaining furnace without admixture of other fuels. In the present vorlie embodiment of a sewage sludge incineration device and a method for sewage sludge incineration is provided in numerous process steps that the resulting heat is returned to the process and the heat balance and thus the economy of the combustion process is particularly good. The cold combustion air entering the process is promoted by the fan 30 into the air preheater 11 ge, in which it is heated by the flue gas. The heated fresh air is then fed to the lines 31 and 32 of the vortex melting furnace 4 and the start-up and auxiliary burner 5 , so that there is already heated fresh air available for combustion. In addition, the injectors 3 are operated with heated fresh air, so that a high temperature level is already available at the inlet side of the furnace. The fuel coming from the storage reservoir 35 also already has an increased heat content which comes from the mill drying. Further process heat is generated in the condenser 19 when the steam content contained in the flue gas is condensed out and in the wet slag remover 6 , in which the liquid slag emerging from the vortex melting furnace 4 is cooled. The cooling water heated by the slag can, for example, be supplied to the sewage treatment plant to which the sewage sludge incineration device according to the invention is assigned and used there for the thermal pretreatment of the sewage sludge or for conditioning the biological clarification processes. For example, heat can be added to a digester to accelerate digestion. The process heat can also be used to generate electricity or to heat buildings.
In der Kläranlage 40 fallen außer Klärschlamm noch Abfallöle 51 in Gestalt von Altöl oder ölbelasteten Sänden oder Böden an. Diese Produkte der Kläranlage können in der Klärschlammverbren nungsvorrichtung problemlos mitverbrannt werden, was sogar er wünscht sein kann, wenn die Feuerung mit Hilfe des Anfahr- oder Stützbrenners gezündet oder aufrechterhalten werden muß.In addition to sewage sludge, waste oils 51 in the form of waste oil or oil-contaminated sands or floors are produced in the sewage treatment plant 40 . These products of the sewage treatment plant can be easily burned in the sewage sludge combustion device, which may even be desirable if the furnace needs to be ignited or maintained using the start-up or auxiliary burner.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Konzeption der Klär schlammverbrennungsanlage nach dem vorliegenden Ausführungsbei spiel ist die Behandlung der bei der Klärschlammverbrennung entstehenden Feststoffe. Schon die Verbrennung das Klärschlamms in der Wirbelschmelzfeuerung 4 führt dazu, daß über den hohen Primäreinbindungsgrad einer Wirbelschmelzfeuerung wesentliche Anteile nicht als Asche in der Gasphase, sondern als Schlacke in der flüssigen Phase der Feuerung anfallen, die dann über den Naßentschlacker 6 unproblematisch entsorgt werden. Aber auch die weitere Rauchgasbehandlung über Staubfilter und Aktivsor bensfilter führt dazu, daß der im Rauchgas noch enthaltene Staub herausgefiltert und der Verbrennung erneut zugeführt wird. Dabei wird dieser Staub dann mit hohem Wirkungsgrad eben falls in die Schmelze der Wirbelschmelzfeuerung eingebunden. Es ist bei dem hier geschilderten Ausführungsbeispiel realistisch, einen Staubgehalt im Rauchgas, das durch den Kamin austritt, von rund 10 mg/m³ oder weniger zu erreichen. Diese Staubgehalte sind im Bereich dessen, was als Feinstaubaustrag aus einem Ak tivsorbensfilter ohnehin zu erwarten ist und stellt deshalb den unteren Grenzwert dar.An important aspect in the design of the sewage sludge incineration plant according to the present exemplary embodiment is the treatment of the solids formed during the sewage sludge incineration. Already the combustion of the sewage sludge in the vortex melting furnace 4 leads to the fact that, due to the high degree of primary integration of a vortex melting furnace, essential parts are not obtained as ash in the gas phase, but as slag in the liquid phase of the furnace, which are then disposed of without problems via the wet slag remover 6 . But also the further flue gas treatment via dust filter and Aktivsor bensfilter leads to the fact that the dust still contained in the flue gas is filtered out and fed back to the combustion. This dust is then also integrated with high efficiency in the melt of the vortex melting furnace. In the exemplary embodiment described here, it is realistic to achieve a dust content in the flue gas that emerges through the chimney of around 10 mg / m³ or less. These dust contents are in the range of what can be expected as fine dust discharge from an active sorbent filter anyway and therefore represent the lower limit.
Bei der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Vor richtung zur Klärschlammverbrennung werden etwa folgende Pro zeßparameter eingestellt:In the schematically shown in Figs. 1 and 2 Before direction for sewage sludge combustion approximately the following process parameters are set:
In der Wirbelschmelzfeuerung wird eine thermische Leistung von etwa 1 bis 6 MW angestrebt. Derartige Leistungen sind mit einem relativ geringen apparatetechnischen Aufwand handhabbar. Das entstehende Rauchgas wird im sogenannten zweiten Rauchgaszug 7 durch den Mischer 8 auf eine Temperatur von etwa 950°C bis 1000°C eingestellt. In diesem Temperaturfenster liegt die be vorzugte Reaktionstemperatur von Entstickungs- und Entschwefe lungsvorrichtungen.A thermal output of about 1 to 6 MW is aimed for in the vortex melting furnace. Such services can be handled with a relatively low expenditure on equipment. The resulting flue gas is set in the so-called second flue gas train 7 by the mixer 8 to a temperature of approximately 950 ° C to 1000 ° C. The preferred reaction temperature of denitrification and desulfurization devices lies in this temperature window.
In der Mahltrocknung liegt eine Rauchgastemperatur an, die vom Wassergehalt, genauer gesagt von dem zu erreichenden Trocknungsgrad abhängig ist. Bei der im Moment bevorzugten Aus führungsform des Verfahrens wird das Klärschlammgranulat auf weniger als etwa 15% Restfeuchte getrocknet werden. Für eine selbsterhaltende Verbrennung mit gutem Wirkungsgrad erscheint derzeit eine Restfeuchte von 5% als geeignet. Hierzu wird je nach Wassergehalt des Klärschlamms eine Eingangstemperatur für die Mahltrocknung von etwa 700°C bis 800°C (bei einem Wasserge halt von 30% bis 70%) anzustreben sein. Im weiteren Verlauf des Rauchgassystems kühlt das Rauchgas weiter ab und erreicht bei dem Katalysator 18 die dort für die katalytische Reaktion ge eignete Temperatur von rund 150°C. Weitere Wärme wird im Be reich des Kondensators entzogen, bei dem die aus dem Klär schlamm ausgetragene Dampfphase kondensiert wird. Hier sinkt die Rauchgastemperatur auf etwa 110°C. Mit der beschriebenen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also erstmals möglich, eine thermische Entsorgung von Klärschlamm durch Klärschlammverbren nung vorzunehmen, bei der je nach Qualität des Klärschlamms oh ne zusätzliche Brennstoffzufuhr selbsterhaltend ist oder sogar Energie gewonnen werden kann. Außerdem sind die beschriebenen Maßnahmen zur Rauchgasreinigung geeignet, ausgesprochen niedri ge Emissionswerte zu gewährleisten.There is a flue gas temperature in the mill dryer, which depends on the water content, more precisely on the degree of drying to be achieved. In the currently preferred embodiment of the process, the sewage sludge granulate will be dried to less than about 15% residual moisture. A residual moisture of 5% currently appears to be suitable for self-sustaining combustion with good efficiency. For this purpose, depending on the water content of the sewage sludge, an inlet temperature for grinding drying of about 700 ° C to 800 ° C (with a water content of 30% to 70%) should be aimed for. In the further course of the flue gas system, the flue gas cools down further and reaches the temperature of about 150 ° C. which is suitable for the catalytic reaction in the catalyst 18 . Further heat is removed in the area of the condenser, in which the vapor phase discharged from the sewage sludge is condensed. Here the flue gas temperature drops to around 110 ° C. With the described embodiment of a device according to the invention and a method according to the invention, it is thus possible for the first time to carry out thermal disposal of sewage sludge by sewage sludge combustion, in which, depending on the quality of the sewage sludge, no additional fuel supply is self-sustaining or energy can even be obtained. In addition, the measures described for flue gas cleaning are suitable to ensure extremely low emissions.
Die beschriebenen Vorrichtung und das beschriebene Verfahren sollen aber ausdrücklich nur aus Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung verstanden werden. Je nach Einbindung der Klärschlammverbrennungsanlage in ein Abfallentsorgungskonzept können andere Komponenten zur Brennstoffaufbereitung oder zur Rauchgasreinigung und zur Energieverwertung vorgesehen sein. Es kann beispielsweise bei niedrigem Schadstoffgehalt oder hohem Brennwert des Brennstoffs auch auf die eine oder die andere Komponente verzichtet werden.The described device and the described method but are expressly intended only from the embodiment of the lying invention can be understood. Depending on the integration of the Sewage sludge incineration plant in a waste disposal concept can other components for fuel processing or Flue gas cleaning and energy recovery should be provided. It can, for example, with low pollutant content or high Calorific value of the fuel also on one or the other Component can be dispensed with.
Claims (23)
- - Mahlen des Klärschlamms bis zum Erreichen eines vorbestimmten Mahlgrades bei gleichzeitiger Trocknung auf eine vorbestimmte Rest feuchte;
- - Trennen von Feststoff- und Gasphase in einem Abscheidezyklon (2);
- - Einbringen des gemahlenen und getrockneten Klärschlamms als Brennstoff in eine Wirbelschmelzfeuerung (4);
- - Abführen und Kühlen des entstehenden Rauchgases auf eine für NOX- und SOX-Reduzierung geeignete Temperatur; und
- - Abführen der entstehenden Schlacke.
- - Grinding the sewage sludge until reaching a predetermined degree of grinding while drying to a predetermined residual moisture;
- - Separation of solid and gas phase in a separating cyclone ( 2 );
- - Introducing the ground and dried sewage sludge as fuel into a vortex melting furnace ( 4 );
- - Removal and cooling of the resulting flue gas to a temperature suitable for NOX and SOX reduction; and
- - Removal of the slag produced.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8101 | Request for examination as to novelty | ||
8105 | Search report available | ||
8141 | Disposal/no request for examination |