DE2037560A1 - Schlamm verbrennung - Google Patents

Description

Schlammverbrennung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Abfallstoffen in einem Wirbelschichtofen, sowie einen Wirbelschichtofen zur Durchführung des Verfahrens.

Bekanntlich entstehen bei der Behandlung kommunaler oder industrieller Abwasser Klärschlämme, die einem geeigneten Verwendungszweck zugeführt oder beseitigt werden müssen. Neben Maßnahmen zur Nutzbarmachung von Klärschlamm durch Kompostierung haben insbesondere Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm an Bedeutung gewonnen.

Schwierigkeiten bei der Verbrennung entstehen insbesondere dadurch, daß Klärschlamm mit unterschiedlicher Konsistenz, die von dünnflüssig über dickflüssig bis teigig reicht, anfallen. Es ist deshalb üblich, Schlamm aus industriellen oder kommunalen Kläranlagen in Filtern oder Zentrifugen oder auf Trockenbeeten zu entwässern und den entwässerten Schlamm einem Ofen zwecks Verbrennung aufzugeben (DAS 1 207 538, Schweizer Patentschrift 408 264, US»Patentschrift 2 144 507). Mit dieser Verfahrensweise ist ein erheblicher Aufwand an Betriebsmitteln und Investitionen erforderlich, denn die Aggregate zur Schlammbehandlung, Filterkuchenbevorratung>

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Filterkuchentransport und Dosierung beanspruchen erheblichen Raum- und Bedienungsaufwand. Es ist außerdem unerläßlich, daß Arbeitskräfte in den Betriebsablauf regulierend eingreifen müssen und dabei mit dem Schlamm in seinen verschiedenen Behandlungsphasen in Berührung kommen, was aus hygiennischer Sicht zu beanstanden ist.

Ein weiterer Nachteil, insbesondere bei der Verbrennung im Etagenofen entsteht, wenn zufolge irgendwelcher Gegebenheiten der Schlamm mit zu hohem Wassergehalt aufgegeben wird. Dann gelangt der Schlamm über die der Vortrocknung dienenden Etagen mit unzulässig hohem Feuchtigkeitsgehalt in die Verbrennungszone und behindert dort den Verbrennungsvorgang. Wird andererseits der Schlamm dem Ofen al trocken zugeführt, so kann die aus der Verbrennung herrührende Wärmemenge in den Trocknungsetagen nicht ausgenutzt werden und geht verloren« Infolge der hohen Abgastemperaturen können außerdem Schäden in den Rauchgaseinrichtungen oder im Schornstein auftreten.

Mit dem Ziel, die genannten Nachteile zu beseitigen, ist bereits vorgeschlagen worden, den Schlamm aus Kläranlagen in Zentrifugen zu entwässern und den Zentrifugen« austrag mittels Förderband, Kastenbeschicker oder Dosierschnecke oder mittels mehrerer dieser Einrichtungen einem Etagenofen zuzuführen (Umschau I96I, Heft 22, S. 696). Hierbei entstehen immer wieder BetriebsSchwierigkeiten durch Anbacken, Anhaften oder Herausquellen von Schlamm, mit den Folgen unhygienischer Arbeitsweise und Geruchsbelästigungen,, Außerdem ist die Regulierung der Etagenofen nur mit Schwierigkeiten möglich, weil eine solche Regulierung nicht verzögerungsfrei arbeiten kann.

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Es ist auch "bekannt, die Schlammverbrennung, z.B. in Etagenofen, nur nach vorheriger Trocknung durchzuführen (Wasser, Luft und Betrieb _14 (1970) Heft 1, S. 38). Dieses Verfahren kann aber nur dann Erfolg haben, wenn die Trocknung praktisch vollständig ist. Seine Nachteile sind ein hoher apparativer Aufwand für die Trockenstufe und eine ungünstige Ausnützung des Wärmeinhaltes der Abgase und damit des Energie-,inhaltes des Klärschlammes.

Neben Etagenofen haben sich für die Verbrennung von flüssigen, teigigen und festen Abfallstoffen, wie Öl« schlämmen, Altölen, Ölemulsionen, Farbrückständen, Klärschlämmen aus Raffinerien, petrochemischen, chemischen und kommunalen Betrieben, Wirbelschichtöfen eingeführt (brit. Patentschrift 1 007 734, H, Heinicke, Dechema-Monographie 52 (1964), S. 46).

Günstige Verbrennungsbedingungen sollen dabei durch besondere Luftzuführung bzw. «aufteilung erzielt werden (DT«PS 1 207 538, DOS 1 401 882).

Eine Mitverbrennung von Rechengut beschreibt die DOS 1 526 072. Um eine einwandfreie Verbrennung der bei der Trocknung von Klärschlämmen entstehenden Gase zu erreichen, ist vorgeschlagen.worden, die Zufuhr von Klärschlamm über ein von oben in die Brennkammer des Wirbelschichtofens hineinragendes Fallrohr vorzunehmen (DAS 1 288 227).

Trotz der erzielten Foatschritte zeichnen sich die bisherigen Vorschläge infolge der hohen Investitions- und Betriebskosten, durch eine geringe Wirtschaftlichkeit; bedingt durch die geringe Verbrennungsleistung, bezogen auf die Wirbelrost fläche, aus.

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Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Nachteile zu vermeiden und die Leistung von Wirbelschichtöfen erheblich zu steigern, sowie eine kompakte Bauweise der Verbrennungsvorrichtung zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren zur Verbrennung flüssiger, teigiger oder fester Abfallstoffe, insbesondere von Klärschlämmen, in einem Wirbelschichtofen mit sauerstoffhaltigen FluidisAerungsgasen, wobei die Zuführung von Abfallstoffen in oder unmittelbar über die Wirbelschicht- erfolgt, gemäß der Erfindung derart ausgebildet wird, daß ein Sekundärstrom von Abfallstoffen 10 oberhalb der auf der expandierten Wirbel«- schicht ruhenden Ausbrandzone 11, aber mit so großer . Entfernung von der Abgasaustrittstelle 15 am Ofenkopf zugeführt wird, daß eine Nachverbrennung flüchtiger Bestandteile gewährleistet ist.

Die volle Wirkung der erfindungswesentlichen Zuführung des Sekundärströmes von Abfallstoffen tritt nur dann. ein, wenn· einerseits die bis zum Erreichen der Oberfläche der expandierten Wirbelschicht vorhandene Fallhöhe eine weitgehende Vortrocknung der Abfallstoffe zuläßt und wenn der oberhalb der Zufuhrsteile befindliche Gasraum ausreicht, während der Trocknungsphase gebildete flüchtige, brennbare Stoffe nachzuverbrennen.

Um mit der nötigen Sicherheit eine hinreichend lange Nachverbrennungszone zur Verfügung zu haben, wird in bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Sekundärstrom von Abfallstoffen mindestens 3 m unterhalb der Abgasaustrittsstelle im Ofenkopf aufgegeben.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung des Verfahrens wird die Abgasaustrittstemperatur am Ofenkopf auf min-

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destens 800° C eingestellt.- Dadurch ist gewährleistet, daß eine quantitative Verbrennung brennbarer Gasbestand« teile erzielt und die Entstehung schädlicher oder übelriechender Abgase vermieden wird. ■ .

Vorzugsweise wird die Gasgeschwindigkeit innerhalb des Ofenkopfes auf maximal 3m/sec eingestellt.

Die Verbrennung der Abfallstoffe unter Überdruck stellt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit dem Ziel dar, die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter zu verbessern.

Das beim Verbrennungsprozess gebildete Abgas wird zweckmäßigerweise unmittelbar nach Verlassen des Wirbelschichtofens gekühlt und/oder gereinigt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in seiner bevorzugten Ausgestaltung dient der Bestandteil der Erfindung bildende Wirbelschichtofen. Er ist gekennzeichnet durch einen zylindrischen Ofenschacht 1 mit einer primären Zufuhrstelle 9 für Abfallstoffe in oder unmittelbar über die Wirbelschicht 3, einer sekundären Zufuhrstelle 1O für Abfallstoffe, die oberhalb der auf der expandierten Wirbelschicht ruhenden Ausbrandzone 11 liegt, aber eine so große Entfernung von der Abgasaustrittssteile 15 am Ofenkopf aufweist, daß eine Nachverbrennung flüchtiger Bestandteile gewährleistet ist, sowie eine oberhalb des Kopfes des Wirbelschichtofens angeordnete Abgaskühlung 7 und/oder AbgasreinigLing 14.

Die oberhalb des Wirbelschichtofens angeordnete Abgaskühlung und/oder Abgasreinigung stellt eine baulich kompakte Anordnung mit den Vorzügen eines geringen Flächenbedarfs für die Gesamtanlage dar.

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Eine Abgaskühlung ist vorteilhaft, wenn eine Wiedergewinnung des Wärmeirihaltes der Abgase, insbesondere zur Aufheizung der oder eines Teiles der FluidiGierungsr» gase, erwünscht ist. Das wird der Fall sein, wenn die Verbrennungswärme der Abfallstoffe gering ist und/oder Energiekosten für Brennstoffe eine wesentliche. Rolle spielen. Eine Abgaskühlung unter Wärmegewinn ist entbehrlich, wenn die Verbrennungswärme der Abfallstoffe hoch ist und/oder Energiekosten für Brennstoffe von untergeordneter Bedeutung sind.. ■

Die-Erfindung gestattet, die Abfallverbrennung mit einer

^ Leistungssteigerung auf das Doppelte je m Rostfläche vorzunehmen. Zum Beispiel lagen bisher die Leistungen,

bezogen auf 1 m Rostfläche, bei ca. 300 bis 500 kg Raffinerieschlamm/h mit einem Wassergehalt von 95 % und einem Öl« und Feststoffanteil von 5 %> Durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise und durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Wirbelschichtofens gelingt es, die Verbrennungsleistung pro m Rostfläche auf 600 « 1000 kg/h, teilweise noch höher, zu steigern,, Trotz der Leistungssteigerung ist eine Erweiterung des Ofen« Schachtes nach dem Wirbelrost nicht erforderlich,, so daß die Erosion durch die Wirbelmasse weitgehend reduziert wird. Durch die Art der Sekundäraufgäbe wird eine weitgehende Vortrocknung der Abfallstoffe im Gcgenstro-m zu den aufsteigenden Verbrennungsgasen der Wirbelschicht lind eine quantitative Verbrennung der bei der Trocknung gebildeten brennbaren Gase erzielt,, Beide Faktoren sind für Leistungssteigerungen des Prozesses verantwortlich..

Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielsy/eise beschrieben.

^2eiE"fc schematisch einen Wirbelschichtofen jm Längsschnitt mit Abgaskühlung und Abgasreinigung,

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zeigt schema ti sch. einen Wirbelschichtofen im Längsschnitt lediglich mit Abgasreinigung.

Der Wirbelschichtofen wird gebildet aus dem ausgemauerten Ofenschacht 1, dem Wirbelrost 2, der Wirbelschicht 3 aus interter. Wirbelmasse, dem Wirbelluft-, gebläse 4, das die erforderliche Wirbel- und Verbrennungsluft komprimiert, durch den Wirbelrost drückt und dadurch die Wirbelmasse in Schwebe hält. Die Wirbelluft wird in der Brennkammer 5 durch Verbrennung von über Leitung 6 zugeführtem Gas oder Öl auf eine Temperatur von 450 bis 600° C aufgeheizt. Im Falle der Wirbelluftaufwärmung durch Abgaswärme ausnutzung im Wärmeaustauseher 7 dient die Brennkammer 5 lediglich als Anheizaggregat. Nach Erreichen einer Wirbelschichttemperatur zwischen 450 bis 600° G wird die Zugabe von Brennstoff über Lanzen 8 in Abhängigkeit von der Temperatur im Ofenkopf geregelt, so daß die Betriebstemperatur von 800 bis 900° C gehalten wird.

Die Primärzuführung von Abfallstoff erfolgt über die Vorrichtung 9 in bzw. unmittelbar über die Wirbelschicht, die Sekundärzufühinng über Leitung 10 in einer Höhe von etwa 6 m über dem Wirbelrost und damit über der Ausbrandzone 11. Die quantitative Verbrennung der verdampften Kohlenwasserstoffe und flüchtigen Bestandteile , herrührend aus der Sekundäraufgabe der Abfallstoffe bei"10»erfolgt in der Nachbrennzone 12, in der eine maximale Gasgeschwindigkeit von 3 m/sec. eingestellt ist und die eine Höhe von 3 m -aufweist, über die Temperaturregelung 13 wird die Abgastemperatur auf einen Wert im Bereich von 800 bis 900° C gehalten, so daß die Verbrennung von Geruchsstoffen gewährleistet ist.

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Die durch den Verbindungskanal 15 - austretenden heißen Abgase werden über einen Abgaswärineaustauscher ¹J zur Vorwärmung der Wirbelluft und anschließend einem Ifäseher 14, zum Beispiel einem Radialstromwäscher .(Fig. 1) oder, wenn kein Abgaswärmeaustausch vorgesehen ist, dem Wäscher direkt (Fig. 2) zugeführt. Wäscher 14 und der gegebenenfalls vorgeschaltete Abgaswärmeaustauscher 7 sind unmittelbar auf dem Ofenkopf' angeordnet, so daß in ¥er~ bindung mit einem direkt aufgesetzten Abgaskamin eine wirtschaftliche Kompaktbauweise ermöglicht ist.

Das Abgas wird im dargestellten Wäscher 14 in zwei Stufen gekühlt bzw. nachgekühlt und in einer Wasclizorie auf den erforderlichen Rest-Staubgehalt gereinigt. Das erforderliche Waschwasser wird bei der Ausführung ohne Abgaswärmeaustauscher 7 (Fig. 2) vor Einleitung in die Kühl- bzw. ¥aschstufe des Wäschers 14 durch eine Leitung 17 zur Kühlung des Verbindungskanal 15 und der Abschirmung 16 geleitet. Die Abschirmung 16 und die Waschzorie 18 des Wäschers sind derart ausgeführt _} daß sie einerseits eine geeignete Waschwasserableitung bewirken und zugleich' die Funktion einer Explosionsklappe übernehmen. Die Kühlzone 19 des Wäschers 14 besitzt bei der Ausführung ohne Abgaswärmeaustauscher (Fig. 2) eine säure- und temperaturbeständige Ausmauerung„ Der Ringspalt in der Waschzone 18 des Wäschers 14 wird in Abhängigkeit von der Druckdifferenz eingestellt, so daß bei unterschiedlicher Verbrennungsleistung bzw. unterschiedlichem Abgasanfall stets ein gleichbleibender -, Wascheffekt gewährleistet ist. Bei der Wäsche der Ab~ gase können SO, und .HCl unter Einsatz alkalischen Waschwassers weitgehend ausgewaschen werden. Die gereinigten Abgase verlassen über einen direkt aufgesetzten Abgaskamin 20 die Anlage und worden in die Atmosphäre ausgestoßen«

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Die besondere konstruktive Ausgestaltung der Verbrennungs« anla^e gestattet eine Verbrennung unter Überdruck, so daß eine aufwendige Saugzuganlage'entfallen kann.

- 10 Patentansprüche

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Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE

1)/Verfahren zur Verbrennung flüssiger, teigiger oder ^-^ fester Abfallstoffe, insbesondere von Klärschlamm, in einem Wirbelschichtofen mit sauerstoffhaltigen Fluidisierungsgasen, wobei die Zuführung von Abfallstoffen in oder unmittelbar über die Wirbelschicht erfolgt, "dadurch gekennzeiohnet, daß ein Sekundärstrom von Abfallstoffen (10) oberhalb der auf der expandierten Wirbelschicht ruhenden Ausbrandzone (11) aber mit so großer Entfernung von der Abgasaustrittsstelle (15) am Ofenkopf zugeführt wird, daß eine Nachverbrennung flüchtigerBestandteile gewährleistet ist.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeIchnet, daß der Sekundärstrom (10) von Abfallstoff in einer Entfernung von mindestens 3 m unterhalb der Abgasaustrittsstelle (15) am Ofenkopf zugeführt wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2; dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur auf mindestens 800° C eingestellt wird.

4) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit innerhalb des Ofenkopfes auf maximal 3 m/sec. eingestellt wird.

5) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Abfallstoffes unter Überdruck durchgeführt wird.

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6)-Vorfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5} dadurch Rekjennzf-ichnet_f daß die Abgase nach Verlassen des Wirbelschichtofens oberhalb des Wirbelschichtofens gekühlt und/oder gereinigt -werden«

7) Wirbelschichtofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Ofenschacht (1) mit einer primären Zufuhrstelle (9) für Abfallstoffe in oder unmittelbar über die Wirbelschicht (3), einer sekundären Zufuhrstelle (10) für Abfallstoff^ die oberhalb der auf der expandierten Wirbelschicht ruhenden Ausbrandzone (11) liegt, aber eine so große Entfernung von der Abgasaustrittsstelle (15) am Ofenkopf aufweist, daß eine Nachverbrennung flüchtiger Bestandteile gewährleistet ist, sowie eine oberhalb des Kopfes des Wirbelschichtofens angeordnete Abgaskühlung (7) und/oder Abgasreinigung (14).

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