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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein System zur Behandlung von Abwasserschlamm, das dafür geeignet ist, kommunalen Abwasserschlamm zu entsorgen, rückzugewinnen und zu nutzen.
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STAND DER TECHNIK
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Der Stand der Technik umfasst eine Reihe von verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen, die zur Behandlung, Entsorgung, Rückgewinnung und Nutzung von kommunalem Abwasser geeignet sind.
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Eine mehrstufige Schlammtrocknungsvorrichtung ist in der
US 6,588,349 B1 offenbart, in der Bestrebungen unternommen werden, eine Luftbehandlung in dem Trockner vorzusehen, die darauf abzielt, den Gehalt von flüchtigem Material in der Luft zu verringern. Während des Trocknungsprozesses erzeugtes Kondensat wird unter anderem durch ein Hindurchleiten durch einen Separator behandelt. Am Ende des Trocknungsprozesses bleibt der Feuchtigkeitsgehalt der Biomasse bei einem Wert von etwa 15 bis 20 %, was zu toxischen Verbrennungsprodukten führen kann, die während einer Verbrennung erzeugt werden, da ein hoher Feuchtigkeitsgehalt nur das Erreichen niedrigerer Temperaturen in der Brennkammer ermöglicht. Außerdem ist zum Ausführen des Trocknungsprozesses externer Kraftstoff erforderlich.
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In der Vorrichtung gemäß der chinesischen Patentanmeldung
CN 107200458 A werden für die Trocknung und Pyrolyse von Schlamm Drehöfen, die mit einem Schirmblech bestückt sind, eingesetzt. Eine Führungswelle kann im mittleren Abschnitt der Öfen angeordnet sein. Pyrolysegase werden durch einen Entstaubungszyklon hindurchgeleitet, wobei Dämpfe, die brennbares Material enthalten, das während des Trocknungsprozesses erzeugt wird, in eine Brennkammer eingebracht werden. Durch Einbringen von diesen in das Schirmblech des Trocknungsofens werden während der Verbrennung erzeugte Abgase zum Erwärmen und Trocknen des Schlamms genutzt. Es werden auch zum Erzeugen eines Luftstroms geeignete Gebläse in dem System eingesetzt. Wie bei der vorherigen technischen Lösung hat auch diese den Nachteil, dass sie ein ergänzendes Heizen erfordern.
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Wie bei den vorstehend erwähnten technischen Lösungen wird in dem Dokument
KR101588386 B1 die Verbrennungswärme von Schlamm zur Schlammtrocknung eingesetzt. Diese technische Lösung hat den Nachteil, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Schlamms vor der Verbrennung nur zu einem geringen Grad verringert werden kann, und daher erfordert die durch den Verbrennungsprozess erzeugte Schlacke eine weitere Behandlung und muss zum Beispiel in einem Sinterofen geschmolzen werden. Die am Ende des Prozesses erzeugte, glasig gewordene Schlacke ist nicht zur Anwendung als Bodenaufbereitungsmittel geeignet.
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Gemäß dem Dokument
CH 540858 A werden während des Schlammtrocknungsprozesses erzeugte Dämpfe - nach Beimischen von Frischluft zu diesen - als Verbrennungsluft in der Brennkammer genutzt, und daher wird Trocknungsluft in einem geschlossenen System umgewälzt. Die Vorrichtung umfasst auch einen Zyklon zum Reinigen (Entstauben) von Luft. Diese technische Lösung hat den Nachteil, dass der Prozess nach dem Starten nicht selbsterhaltend ist, und somit neben der Verbrennungswärme des Schlamms ein zusätzliches Heizen während des gesamten Ablaufs des Prozesses erfordert.
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Das Dokument
CN 207330683 U offenbart eine Schlammtrocknungsvorrichtung, die eine Drehwelle umfasst. Es wird zum Erwärmen des Schlamms ein Fluid im Gegenstrom in das Schirmblech der Trocknervorrichtung eingeleitet.
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In dem Dokument
US5273556 A wird auch eine Schlammerwärmungsvorrichtung mit einem Schirmblech eingesetzt, wobei der Schlamm durch rotierende schraubenförmige Platten, die auf einer motorbetriebenen Welle angeordnet sind, vorwärts gedrängt wird. Der Schlamm wird durch im Gegenstrom in das Schirmblech der Vorrichtung eingebrachten Wasserdampf aufgewärmt, wobei der Wasserdampf anschließend als Kondensat aus der Vorrichtung freigesetzt wird. Während des Prozesses wird dem zu behandelnden Schlamm auf Kohlenstoff basierendes Abfallmaterial beigemischt, und die resultierende Mischung wird verbrannt.
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Das ungarische Patent mit der Eintragungsnummer HU 229745 offenbart ein Verfahren, bei dem durch Trocknen und anschließendes Verbrennen von kommunalem Abwasserschlamm elektrische Energie erzeugt wird. Im Verlauf des Prozesses wird der Schlamm in mehreren Stufen getrocknet, nämlich in einer Vorheizung, die eine Transportschnecke ohne Welle umfasst, einem Vortrockner und einem Trockner, wobei die durch Verbrennung des so erzeugten Schlamms (mit einem Gehalt an Trockenmasse von 95 bis 99 %) erzeugte Energie einerseits für das Trocknen des Schlamms und andererseits für die Erzeugung von elektrischer Energie genutzt wird. Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass es ein geringes Kosten-Nutzen-Verhältnis aufweist, da die Einrichtung einer Erzeugung elektrischer Energie hohe Investitionskosten mit sich bringt und nur oberhalb einer Bevölkerungszahl von 100.000 zweckmäßig eingesetzt werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass in die gleiche Richtung wie der Schlamm eingebrachte Trocknungsluft mit einer schlechten Komponenten- und Wärmeübertragungsrate durch die Schnecke ohne Welle geleitet wird, sodass das System eine verringerte Energieeffizienz aufweist.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts der bekannten Lösungen hat sich der Bedarf ergeben, ein System zur Abwasserschlammbehandlung zur Verfügung zu stellen, welches nach dem Starten selbsterhaltend ist, zur Behandlung von kommunalem Abwasserschlamm mit einer verringerten Auswirkung auf die Umwelt eingesetzt werden kann, im Vergleich zu früheren technischen Lösungen effizienter betrieben werden kann und bei dem die aus dem System abgegebenen Restprodukte in der Landwirtschaft genutzt werden können.
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Die Hauptaufgabenstellung der Erfindung besteht darin, ein Abwasserschlammbehandlungssystem zur Verfügung zu stellen, das, nachdem es zunächst gestartet worden ist, zum selbsterhaltenden Betrieb geeignet ist, d. h., das System nutzt die durch die Schlammverbrennung erzeugte Hitze zum Trocknen und Erwärmen von Schlamm, während die Restwärme des Systems auch so weit wie möglich rückgewonnen wird.
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Eine weitere Aufgabenstellung der Erfindung besteht darin, ein System mit einer minimalen Luftverschmutzung zur Verfügung zu stellen, bei dem die in dem System erzeugten Nebenprodukte für die Umwelt unschädlich sind und sogar in der Landwirtschaft genutzt werden können.
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Durch Nutzen eines Diffusors in dem Trocknungsprozess ermöglicht das Abwasserschlammbehandlungssystem gemäß der Erfindung eine sich selbsterhaltende Verarbeitung des in Abwasserbehandlungsanlagen erzeugten Abwasserschlamms sogar bei einer Kapazität einer Bevölkerungszahl von 10.000 bis 30.000. Wir haben erkannt, dass durch ein Aufnehmen einer langsamen Rührstufe, d. h. eines sogenannten zum Intensivieren von in dem Schlamm ablaufenden Diffusionsprozessen geeigneten Diffusors, der Energiebedarf des Trocknungsprozesses erheblich verringert werden kann, da es der Diffusor ermöglicht, dass in den Schlammpartikeln enthaltene Feuchtigkeit an die Oberfläche der Partikel aufsteigen kann, von wo aus sie mit einem geringeren Energieeintrag effizienter entfernt werden kann. Die Vorteile im Zusammenhang mit dem Hinzufügen des Diffusors übersteigen bei weitem die Nachteile im Zusammenhang mit einem komplexeren System; bei Nutzung eines Diffusors erfordert das System keinen zusätzlichen Kraftstoff nach dem Starten, da es die gesamte Wärme, die zum Trocknen des Schlamms erforderlich ist, durch Verbrennen des getrockneten Schlamms erzeugt. Es ist auch vorteilhaft, dass der Schlamm an der Stelle verarbeitet werden kann, an der er produziert wird, wodurch die Notwendigkeit eines Transports und die damit einhergehende Auswirkung auf die Umwelt vollständig eliminiert werden.
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Das Abwasserschlammbehandlungssystem gemäß der Erfindung setzt während seines Betriebs keinerlei schädliche Materialien oder Umweltschadstoffe frei, da während des Schlammtrocknungsprozesses zusammen mit dem Schlamm eingeleitete Trocknungsluft entweder verbrannt oder später zum Trocknen verwendet wird. Restliche Verbrennungsprodukte aus der Abwasserschlammverbrennung sowie Asche können der Landwirtschaft als Bodenverbesserungsmittel oder Bodenaufbereitungsmittel zugeführt werden.
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Die Aufgabenstellungen gemäß der Erfindung wurden durch Bereitstellen eines in Anspruch 1 definierten Abwasserschlammbehandlungssystems gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beispielhaft mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei
- 1 das technische Blockschaltbild einer Ausführungsform des Abwasserschlammbehandlungssystems gemäß der Erfindung zeigt,
- 2 das Untersystem veranschaulicht, das den Feststoffstrom der Ausführungsform gemäß 1 betrifft,
- 3 das Untersystem veranschaulicht, das den Strom von Trocknungsluft in der Ausführungsform gemäß 1 betrifft,
- 4 eine Schnittzeichnung des Vor-/Nachtrockners der Ausführungsform gemäß 1 zeigt, und
- 5 ein Diagramm ist, das in Abhängigkeit von der Temperatur die Gleichgewichtsfeuchte jedes Kilogramms von Trocknungsluft, das zur Schlammtrocknung eingesetzt wird, zeigt.
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ARTEN DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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In 1 ist das technische Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Abwasserschlammbehandlungssystems gemäß der Erfindung zu sehen. Abwasserschlamm wird in dem System zur Abwasserschlammbehandlung in mehreren Stufen unter Einsatz eines Vortrockners 10, eines Nachtrockners 11 und eines dazwischen angeordneten Diffusors 12 vorwärts befördert.
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Der Vortrockner 10 weist einen ersten Schlammraum 10A und einen ersten Heizraum 10B auf; vorzugsweise umgibt der erste Heizraum 10B den ersten Schlammraum 10A wie eine äußere Hülle. Der erste Schlammraum 10A ist mit einem ersten Schlammkanal A1, der zum Einbringen von vorzutrocknendem Schlamm geeignet ist, und mit einem zweiten Schlammkanal A2, der zum Abgeben von vorgetrocknetem Schlamm geeignet ist, verbunden. Um für ein effizientes Trocknen zu sorgen, strömt die Trocknungsluft in die gleiche Richtung wie der Schlamm in den ersten Schlammraum 10A, wobei ein erster Lufteinlasskanal D1 und ein erster Luftauslasskanal E1 mit dem ersten Schlammraum 10A zum Einbringen bzw. Abgeben der Trocknungsluft verbunden sind. Der erste Heizraum 10B ist mit einem ersten Abgaseinlasskanal B1 und mit einem ersten Abgasauslasskanal C1 verbunden, durch den ein Heizmedium, vorzugsweise durch Verbrennen des getrockneten Schlamms erzeugtes heißes Abgas, zum Strömen gebracht werden kann, sodass der Schlamm und die Trocknungsluft innerhalb des ersten Schlammraums 10A durch das Heizmedium erwärmt werden können. Um die Trocknungseffizienz zu erhöhen, ist die Strömungsrichtung des Heizmediums in dem ersten Heizraum 10B der Strömungsrichtung des Schlamms in dem ersten Schlammraum 10A entgegengesetzt. Das Heizmedium, das auf Grund des Wärmeaustauschs abkühlt und teilweise kondensiert, wird aus dem ersten Heizraum 10B über den ersten Abgasauslasskanal C1 abgegeben.
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Der Nachtrockner 11 weist einen zweiten Schlammraum 11A und einen zweiten Heizraum 11B auf und hat die gleiche Konfiguration wie der Vortrockner 10, d. h. der zweite Heizraum 11B umgibt den zweiten Schlammraum 11A als äußere Hülle. Der zweite Schlammraum 11A ist mit einem dritten Schlammkanal A3, der zum Einbringen von nachzutrocknendem Schlamm geeignet ist, und mit einem vierten Schlammkanal A4, der zum Abgeben von nachgetrocknetem Schlamm geeignet ist, verbunden. Um eine effiziente Trocknung bereitzustellen, wird bewirkt, dass die Trocknungsluft auch in dem zweiten Schlammraum 11A in die gleiche Richtung strömt wie der Schlamm, wobei ein zweiter Lufteinlasskanal D2 und ein zweiter Luftauslasskanal E2, die jeweils zum Einbringen und Abgeben der Trocknungsluft geeignet sind, mit dem zweiten Schlammraum 11A verbunden sind. In dem Nachtrockner 11 ist der zweite Heizraum 11B mit einem zweiten Abgaseinlasskanal B2 und einem zweiten Abgasauslasskanal C2 verbunden, durch den ein Heizmedium, vorzugsweise durch Verbrennen des getrockneten Schlamms erzeugtes heißes Abgas, veranlasst werden kann, in dem zweiten Heizraum 11B zu strömen, sodass Schlamm bis zum gewünschten endgültigen Maß innerhalb des zweiten Schlammraums 11A durch das Heizmedium getrocknet werden kann. Auch in dem Nachtrockner 11 ist die Strömungsrichtung des Heizmediums in dem zweiten Heizraum 11B der Strömungsrichtung des Schlamms in dem zweiten Schlammraum 11A entgegengesetzt. Das Heizmedium, das auf Grund des Wärmeaustauschs abkühlt und teilweise kondensiert, wird aus dem zweiten Heizraum 11B über den zweiten Abgasauslasskanal C2 abgegeben.
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Rührschnecken 16A und 16B sind in dem Schlammraum 10A des Vortrockners 10 bzw. in dem Schlammraum 11A des Nachtrockners 11A angeordnet, wobei eine erste Rührschnecke 16A in dem ersten Schlammraum 10A angeordnet ist und eine zweite Rührschnecke 16B in dem zweiten Schlammraum 11A angeordnet ist. Es ist wichtig, dass die Rührschnecken 16A und 16B Wellen aufweisen, um zu verhindern, dass Trocknungsluft mit einer hohen Geschwindigkeit entlang der geometrischen Achse des Vortrockners 10 und des Nachtrockners 11 strömen. Der Schlamm und die Trocknungsluft werden durch die Rührschnecken 16A und 16B sowohl radial als auch in Längsrichtung intensiv bewegt. Die erste Rührschnecke 16A und die zweite Rührschnecke 16B sorgen dafür, dass in dem Vortrockner 10 und dem Nachtrockner 11 die Trocknungsluft möglichst effektiv mit den erwärmten Wänden des ersten Heizraums 10B und des zweiten Heizraums 11B in Kontakt treten. Die Rührschaufeln 16A und 16B haben eine variable Drehgeschwindigkeit, wodurch der Massenstrom des geförderten Schlamms so eingestellt werden kann, dass er aktuellen Parametern entspricht, zum Beispiel der aktuellen Menge an zu trocknendem Strom oder der Trocknungsrate usw.
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Zwischen dem Vortrockner 10 und dem Nachtrockner 11 ist ein Diffusor 12 angeordnet, wobei der Diffusor 12 mit dem ersten Schlammraum 10A über den zweiten Schlammkanal A2, der zum Einbringen von vorgetrocknetem Schlamm geeignet ist, und mit dem zweiten Schlammraum 11A über den dritten Schlammkanal A3, der zum Abgeben von nachzutrocknendem Schlamm geeignet ist, verbunden ist. In dem Diffusor 12 wird der eingebrachte vorgetrocknete Schlamm ferner durch Umwälzen von Trocknungsluft getrocknet. Der Diffusor 12 ist mit einem dritten Lufteinlasskanal D3, der dafür geeignet ist, die Trocknungsluft einzubringen, und mit einem dritten Luftauslasskanal E3, der dafür geeignet ist, die Trocknungsluft abzugeben, verbunden. In dem Diffusor 12 strömt die Trocknungsluft in eine Richtung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Schlamms, wobei der Volumenstrom der Trocknungsluft vorzugsweise bei etwa 1 bis 5 m3/h, stärker bevorzugt etwa 2 m3/h liegt. In dem Diffusor 12 wird die Trocknungsluft auch eingesetzt, um eine Agglomeration des vorgetrockneten Schlamms zu verhindern.
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Der Diffusor 12 ist vorzugsweise ein vertikal ausgerichteter zylindrischer Raum mit ungefähr identischem Durchmesser und Höhe. Ein Rührwerk 28, vorzugsweise ein Rührwerk 28, dessen Welle vertikal eingerichtet ist, ist in dem Diffusor 12 mit dem Zweck angeordnet, den Schlamm, der von oben aus dem Vortrockner 10 in den Diffusor 12 eingebracht worden ist, langsam zu rühren, wobei der Schlamm unter der Wirkung von Schwerkraft strömt. Entlang der Welle des Rührwerks 28 sind horizontale Tragbalken in ein bis vier Reihen, vorzugsweise in zwei Reihen, angeordnet, wobei vertikal angeordnete geneigte Rührplatten, die zum Rühren des Schlamms in dem Diffusor 12 geeignet sind, auf diesem angeordnet sind. Der Diffusor 12 ermöglicht, dass Feuchtigkeit, die immer noch in den Schlammpartikeln enthalten ist, nachdem Feuchtigkeit in dem Vortrockner 10A aus den sich zwischen den Schlammpartikeln befindenden Kapillaren und von der Oberfläche der Schlammpartikel bereits verdampft ist, an die Oberfläche oder in die Nähe der Oberfläche diffundieren kann. Der Diffusor 12 sorgt dafür, dass genügend Zeit, vorzugsweise ungefähr 20 bis 80 Minuten, stärker bevorzugt 60 Minuten, für den Abschluss des Diffusionsprozesses eingeräumt wird. Die Drehgeschwindigkeit des Rührwerks 28 muss entsprechend der für die Diffusionsprozesse erforderlichen Zeit eingestellt werden. Die Drehgeschwindigkeit des Rührwerks 28 beträgt vorzugsweise 0,5 bis 4 U/min, stärker bevorzugt 1 U/min. Der Einsatz des Diffusors 12, der mit einem Rührwerk 28 ausgerüstet ist, erleichtert ein energieeffizientes Trocknen in dem Nachtrockner 11, da er das Trocknen des Schlamms auf einen gegebenen Gehalt an Trockenmasse auch unter Nutzung eines Nachtrockners 11, der kürzer als der Vortrockner 10 ist, ermöglicht.
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Der getrocknete Schlamm wird in einem Ofen 13, der eine Brennkammer 14 und einen Rührraum 15 aufweist, verbrannt. Der Ofen 13 ist vorzugsweise ein Staubofen. Der nachgetrocknete Schlamm (der vorzugsweise einen Gehalt an Trockenmasse von 95 bis 99 % aufweist) kann über einen vierten Schlammkanal A4, der den Nachtrockner 11 und den Ofen 13 miteinander verbindet, in den Ofen eingebracht werden. Die für die Verbrennung erforderliche Luft wird einerseits als Frischluft durch einen dritten Frischluftkanal F3 und andererseits als Trocknungsluft bereitgestellt, die aus dem Schlammraum 10A des Vortrockners 10 und aus dem Diffusor 12 abgegeben wird und Wasserdampf und gegebenenfalls brennbare und/oder flüchtige Materialien enthält. Die Trocknungsluft wird dem Ofen 13 von dem Vortrockner 10 durch den ersten Luftauslasskanal E1 und von dem Diffusor 12 durch einen dritten Luftauslasskanal E3 zugeführt. In dem Rührraum 15 des Ofens 13 kann sich das durch Verbrennung erzeugte Abgas (mit einer Temperatur von etwa 850 °C) mit der in diesen eingebrachten Trocknungsluft und Frischluft mischen, sodass sich das heiße Abgas, bevor es aus dem Ofen 13 abgegeben wird, auf eine Temperatur von vorzugsweise etwa 400 °C abkühlen kann, während sich sein Volumenstrom erhöht. Wenn das System gestartet wird, kann auch ein zur Erleichterung der Verbrennung geeignetes brennbares Gas über einen ersten Hilfskanal G1 in den Ofen 13 eingebracht werden, beispielsweise aus einem Gasversorgungsnetz oder einer an den Ofen 13 angeschlossenen PB-Gasflasche; dieses Gas ist jedoch nicht mehr erforderlich, nachdem das System gestartet wurde, da unter Nutzung alleine von Abwasserschlamm ein sich selbsterhaltender Betrieb bereitgestellt werden kann. Der Ofen 13 ist gegebenenfalls auch mit einem internen Zyklon 17A versehen, der dafür geeignet ist, während des Verbrennungsprozesses erzeugten Staub und Asche zu trennen, die von dem Ofen 13 durch einen ersten Aschekanal H1 in die Asche- und Staublagereinheit 18 gefördert wird.
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Heißes Abgas (das auf eine Temperatur von 400 °C abgekühlt ist), das aus dem Ofen 13 abgegeben wird, wird in dem System während des Schlammtrocknungsprozesses zum Erwärmen des Heizraums 10B des Vortrockners 10 und des Heizraums 11B des Nachtrockners 11B genutzt. Zum Abgeben von Abgas ist ein erster Abgaseinlasskanal B1 zwischen dem Ofen 13 und dem Vortrockner 10 enthalten, und ein zweiter Abgaseinlasskanal B2 ist zwischen dem Ofen 13 und dem Nachtrockner 11 enthalten. Vorzugsweise ist ein externer Entstaubungszyklon 17B in dem gemeinsamen Abschnitt der Abgaseinlasskanäle B1 und B2 zum Herausfiltern des restlichen Feststoffgehalts des Abgases angeordnet, um die Komponenten des Systems - einschließlich beispielsweise der Abgaseinlasskanäle B1 und B2 und der Heizräume 10B und 11B - vor Schäden zu schützen. Feststoffe werden über einen zweiten Aschekanal H2 von dem externen Zyklon 17B zur Asche- und Staublagereinheit 18 gefördert.
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Zum Vorheizen der durch den Vortrockner 10, den Nachtrockner 11 und den zwischen diesen angeordneten Diffusor 12 geförderten Trocknungsluft weist das System vorzugsweise einen ersten Wärmetauscher 19A und einen zweiten Wärmetauscher 19B auf. Da das abgekühlte, aus dem Nachtrockner 11 austretende Abgas immer noch einen ausreichenden Wärmeinhalt aufweist, um die Trocknungsluft zu erwärmen, wird ein zweiter Abgasauslasskanal C2 in einen Wärmeübertragungsraum des zweiten Wärmetauschers 19A eingebracht. Das auf Grund des Wärmeaustauschs weiter abgekühlte Abgas wird aus dem Wärmeübertragungsraum des zweiten Wärmetauschers 19A über den dritten Abgasauslasskanal C3 abgegeben. Ein erster Frischluftkanal F1, der dafür geeignet ist, die zu erwärmende Trocknungsluft einzubringen, ist mit einem Wärmeaufnahmeraum des zweiten Wärmetauschers 19A verbunden, wobei die erwärmte Trocknungsluft über den ersten Lufteinlasskanal D1 von dem Wärmeaufnahmeraum zum ersten Schlammraum 10A geleitet wird. Der erste Wärmetauscher 19A ist daher zum Erwärmen von Frischluft unter Rückgewinnung der restlichen Wärme des Heizraums 11B des Nachtrockners 11 geeignet, wobei die Luft dann als Trocknungsluft in dem Schlammraum 10A des Vortrockners 10 genutzt wird.
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Der zweite Wärmetauscher 19B ist zum Rückgewinnen der Wärme der Trocknungsluft des Nachtrockners 11 und dadurch zum Erwärmen von Frischluft zum Erzeugen der Trocknungsluft für den Nachtrockner 11 und den Diffusor 12 geeignet. Ein Wärmeübertragungsraum des zweiten Wärmetauschers 19B ist mit dem zweiten Schlammraum 11A - wo die erwärmte Trocknungsluft, die von dem Wärmetauscher genutzt wird, herkommt - über einen zweiten Luftauslasskanal E2 verbunden. Die auf Grund des Wärmeaustausches in dem zweiten Wärmetauscher 19B abgekühlte Trocknungsluft wird aus dem Wärmeübertragungsraum des zweiten Wärmetauschers 19B über den vierten Luftauslasskanal E4 abgegeben. Ein zweiter Frischluftkanal F2, der zum Einbringen von zu erwärmender Trocknungsluft geeignet ist, ist mit einem Wärmeaufnahmeraum des zweiten Wärmetauschers 19B verbunden, wobei die erwärmte Trocknungsluft von dem Wärmeaufnahmeraum zum zweiten Schlammraum 11A über den zweiten Lufteinlasskanal D2 und zum Diffusor 12 über den dritten Lufteinlasskanal D3 gefördert wird.
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Die Kanäle, die aus den Wärmeübertragungsräumen der Wärmetauscher 19A und 19B austreten, d. h. der dritte Abgasauslasskanal C3 bzw. der vierte Luftauslasskanal E4, sind mit dem ersten Abgasauslasskanal C1, der aus dem ersten Heizraum 10B des Vortrockners 10 austritt, verbunden, und in der in der Figur veranschaulichten Ausführungsform sind sie gemeinsam mit einem Separator 20 verbunden. In dem System durch Kondensieren von Wasserdampf erzeugtes Wasser wird in dem Separator 20 getrennt und über einen zweiten Hilfskanal G2 aus dem System abgegeben.
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Zum Extrahieren von gasförmigen Materialien aus den Wärmeübertragungsräumen der Wärmetauscher 19A und 19B weist das System vorzugsweise ein erstes Gebläse 21A auf, das stromabwärts des Separators 20 enthalten sein kann und bewirkt, dass die aus dem System abgegebenen gasförmigen Materialien durch einen dritten Hilfskanal G3 zu einem Kamin strömen. Durch Verhindern des Eintritts von Flüssigkeit in das erste Gebläse 21A durch Trennen von dieser aus dem Gasstrom schützt der Separator 20 das erste Gebläse 21A vor Schäden, die sich aus einem hydraulischen Stoß ergeben. Gegebenenfalls kann auch ein Staubseparator, vorzugsweise ein Filter, der zum Filtern von Staub aus den aus dem System abgegebenen gasförmigen Materialien geeignet ist, in dem dritten Hilfskanal G3 enthalten sein.
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Zur Erhöhung der Effizienz des Umwälzens der Trocknungsluft des Vortrockners 10 und des Nachtrockners 11 weist das System vorzugsweise ein zweites Gebläse 21B und ein drittes Gebläse 21C auf, die dafür geeignet sind, die Trocknungsluft durch den ersten Schlammraum 10A bzw. den zweiten Schlammraum 11A abzusaugen. Das zweite Gebläse 21B ist in dem ersten Luftauslasskanal E1 angeordnet, während das dritte Gebläse 21C in dem zweiten Luftauslasskanal E2 angeordnet ist. Das zweite Gebläse 21B und das dritte Gebläse 21C sind dafür geeignet, einen leicht reduzierten Druck in dem ersten Schlammraum 10A bzw. dem zweiten Schlammraum 11A aufrechtzuhalten und dadurch zu verhindern, dass die Schadstoffkomponenten und der Gehalt an flüchtigem Material der Trocknungsluft und des Schlamms durch möglicherweise an Rohrverbindungen vorliegenden Lücken aus dem System entweichen.
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In der in der Figur veranschaulichten Ausführungsform ist ein Staubseparator 22, der vorzugsweise aus Filterstoff gefertigt und dafür geeignet ist zu verhindern, dass der nachgetrocknete Schlamm weiter in den zweiten Luftauslasskanal E2 getragen wird, auch in dem zweiten Luftauslasskanal E2 enthalten, der aus dem zweiten Schlammraum 11 A austritt.
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Zu Statusüberwachungszwecken weist das System zur Abwasserschlammbehandlung vorzugsweise mindestens einen Temperatursensor 25 auf. Gegebenenfalls ist ein erster Temperatursensor 25A mit der Brennkammer 14 des Ofens 13 verbunden und/oder ein zweiter Temperatursensor 25B ist mit dem externen Zyklon 17B verbunden und/oder ein dritter Temperatursensor 25C ist mit dem ersten Abgasauslasskanal C1, der aus dem Heizraum 10B des Vortrockners 10A austritt, verbunden und/oder ein vierter Temperatursensor 25D ist mit dem zweiten Abgasauslasskanal C2, der aus dem Heizraum 11B des Nachtrockners 11A austritt, verbunden und/oder ein fünfter Temperatursensor 25E ist mit dem ersten Lufteinlasskanal D1, der in den Schlammraum 10A des Vortrockners 10 eintritt, verbunden und/oder ein sechster Temperatursensor 25F ist mit dem zweiten Lufteinlasskanal D2, der in den Schlammraum 11A des Nachtrockners 11 eintritt, verbunden und/oder ein siebter Temperatursensor 25G ist mit dem Staubseparator 22 verbunden. Der erste Temperatursensor 25A und der zweite Temperatursensor 25B sind vorzugsweise Thermoelemente, insbesondere bevorzugt Thermoelemente mit einem Messbereich von bis zu 1000 °C. Die Temperatursensoren 25C bis 25G sind vorzugsweise Widerstandsthermometer, stärker bevorzugt Pt1000-Widerstandsthermometer.
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2 veranschaulicht das Untersystem, das den Feststoffstrom der Ausführungsform des in 1 gezeigten Abwasserschlammbehandlungssystems betrifft. Der Vortrockner 10 ist dafür geeignet, unbehandelten, abgesetzten und/oder vorbehandelten Schlamm über den ersten Schlammkanal A1 zu empfangen, der eine Transportschnecke aufweist. Der Massendurchfluss des vorzutrocknenden Schlamms liegt vorzugsweise bei etwa 150 kg/h. Der vorzutrocknende Schlamm kann auch vorbehandelt werden, vorzugsweise durch eine Vordehydrierungseinheit 23, die stromaufwärts des Vortrockners 10 angeschlossen ist und zum Erhöhen des Gehalts an Trockenmasse des vorzutrocknenden Schlamms, vorzugsweise auf einen Gehalt an Trockenmasse von mindestens 20 bis 25 %, eingesetzt werden kann. Die Vordehydrierungseinheit 23 kann beispielsweise als Filter, Druckfilter oder Zentrifuge implementiert sein. Der vorgetrocknete Schlamm wird über einen zweiten Schlammkanal A2 von dem Vortrockner 10 in einen Diffusor 12, der zwischen dem Vortrockner 10 und einem Nachtrockner 11 enthalten ist, gefördert; der zweite Schlammkanal A2 weist auch eine Transportschnecke auf, und der Massendurchfluss des vorgetrockneten Schlamms, der über den zweiten Schlammkanal A2 gefördert wird, beträgt vorzugsweise etwa 120 kg/h. In dem Diffusor 12 wird der Schlamm durch ein langsames Rührwerk 28 mit vertikaler Welle gerührt, sodass ausreichend Zeit ist, dass in den Schlammpartikeln enthaltene Feuchtigkeit an die Oberfläche der Partikel aufsteigen kann. In dem Diffusor 12 strömt der Schlamm vorzugsweise unter Schwerkraft, wobei der Diffusor 12 vorzugsweise - am Boden des Diffusors 12, an der Mittellinie des zylindrischen Körpers des Diffusors 12 - mit der Transportschnecke des dritten Schlammkanals A3 zusammengefügt ist, der dafür geeignet ist, den nachzutrocknenden Schlamm in den Nachtrockner 11 zu fördern. Vorzugsweise sind Füllstandsensoren 27A und 27B in dem dritten Schlammkanal A3 zum Überwachen der Menge an nachzutrocknendem Schlamm und zum Senden der Messergebnisse an eine Steuereinheit, beispielsweise eine PLC, angeordnet. Die in dem dritten Schlammkanal A3 angeordnete Transportschnecke wird durch das Signal der Füllstandsensoren 27A und 27B gestartet, nachdem der Schlamm in dem Diffusor 12 für einen Zeitraum gehalten wurde, der ausreicht, um den Diffusionsprozess auszuführen. Das langsame Rühren des Schlamms, das von dem Diffusor 12 ausgeführt wird, ermöglicht, dass in den Schlammpartikeln enthaltene Feuchtigkeit zur Oberfläche diffundieren kann, sodass der nachzutrocknende Schlamm in dem Nachtrockner 11 in einer kürzeren Zeit und mit einem geringeren Energieverbrauch auf das erforderliche Maß getrocknet werden kann, und daher kann gegebenenfalls ein Nachtrockner 11, der kleiner (beispielsweise kürzer) als der Vortrockner 10 ist, ausreichen, um seine erforderliche Funktion in dem System auszuführen. Der aus dem Nachtrockner 11 vorzugsweise mit einem Massendurchfluss von etwa 30 kg/h austretende nachgetrocknete Schlamm wird durch die Transportschnecke des vierten Schlammkanals A4 zum Ofen 13 gefördert. Der vierte Schlammkanal A4 ist vorzugsweise mit Füllstandsensoren 27C und 27D versehen, die eingesetzt werden, um die Menge an nachgetrocknetem Schlamm zu überwachen und die Messdaten an die Steuereinheit zu senden.
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Zum Adsorbieren von Schwefelverbindungen, die während der Verbrennung von in dem trockenen Schlamm enthaltenen Schwefelverbindungen erzeugt werden, ist gegebenenfalls eine Kalksteinstaubzuleitung 24 mit dem vierten Schlammkanal A4 über einen vierten Hilfskanal G4 verbunden. Der nachgetrocknete Schlamm wird mit dem feinkörnigen Kalksteinstaub gemischt und durch die Transportschnecke des vierten Schlammkanals A4 zum Ofen 13 gefördert. In dem Ofen 13 während der Verbrennung aus den Schwefelverbindungen des Abwasserschlamms erzeugte Schwefeloxide werden von dem Kalksteinstaub adsorbiert, wobei Kalziumsulfat erzeugt wird, das gut von Pflanzen genutzt werden kann. Verbrennungsrückstände, die Kalziumsulfat und Asche enthalten, werden von dem internen Entstaubungszyklon 17A des Ofens 13 getrennt und der Asche- und Staublagereinheit 18 über den ersten Aschekanal H1 zugeführt, wo sie gesammelt werden. Asche und Staub, die zusammen mit dem Abgas aus dem Ofen 13 entweichen, werden von dem externen Entstaubungszyklon 17B getrennt und über den zweiten Aschekanal H2 auch der Asche- und Staublagereinheit 18 zum Sammeln zugeführt. Durch seinen Kalziumsulfatgehalt kann das in der Asche- und Staublagereinheit 18 enthaltene Material in der Landwirtschaft als Bodenaufbereitungsmittel und Bodenverbesserungsmittel eingesetzt werden.
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3 veranschaulicht das Untersystem, das den Trocknungsluftstrom der Ausführungsform des in 1 gezeigten Systems zur Abwasserschlammbehandlung betrifft. Die dem Vortrockner 10 und dem Nachtrockner 11 zugeführte Trocknungsluft wird von dem zweiten Wärmetauscher 19A bzw. dem zweiten Wärmetauscher 19B aufgewärmt.
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Unter Nutzung der Restwärme des Abgases, das während des Erwärmens des Schlamms abgekühlt ist und von dem Nachtrockner 11 abgegeben wurde, wird der erste Wärmetauscher 19A zum Erzeugen von warmer Trocknungsluft aus der Frischluft, die über den ersten Frischluftkanal F1 in des ersten Wärmetauschers 19A eingebracht wurde, eingesetzt. Erwärmte Trocknungsluft wird über den ersten Lufteinlasskanal D1 in den Vortrockner 10 eingeleitet, sodass sie teilweise den Feuchtigkeitsgehalt des Schlamms aufnehmen kann. Der Strom von erwärmter Trocknungsluft wird durch ein zweites Gebläse 21B, das in dem ersten Luftauslasskanal E1 enthalten ist, aufrechterhalten, wobei das Abgas - das in dem zweiten Wärmetauscher 19A weiter abgekühlt wird - über den dritten Abgasauslasskanal C3 dem Separator 20 zugeführt wird, wobei die in dem Abgas enthaltene Feuchtigkeit getrennt wird.
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Unter Nutzung der Wärme der in dem Nachtrockner 11 während des Trocknungsprozesses erwärmten Trocknungsluft erzeugt der zweite Wärmetauscher 19B frische Trocknungsluft für den Nachtrockner 11 aus Frischluft, die über den zweiten Frischluftkanal F2 in den zweiten Wärmetauscher 19B eingebracht wurde. Erwärmte Trocknungsluft wird von der zweiten Wärmetauscher 19B über den zweiten Lufteinlasskanal D2 in den Nachtrockner 11 verbracht, von wo aus die erwärmte Trocknungsluft durch den zweiten Luftauslasskanal E2 in den zweiten Wärmetauscher 19B zurückkehrt. Zum Umwälzen der Trocknungsluft des Nachtrockners 11 ist ein zweites Gebläse 21B in dem zweiten Luftauslasskanal E2 enthalten, gegebenenfalls ergänzt durch einen Staubseparator 22, der für das Trennen von Schadstoffen, die in der Trocknungsluft enthalten sind, geeignet ist. Die auf Grund des Wärmeaustauschs abgekühlte Trocknungsluft wird aus dem zweiten Wärmetauscher 19B abgegeben und über den vierten Luftauslasskanal E4 zum Separator 20 gefördert. Ein erstes Gebläse 21A, das in dem dritten Hilfskanal G3 stromabwärts des Separators 20 angeordnet ist, wird zum Entfernen von Material aus dem Wärmeübertragungsraum der Wärmetauscher 19A und 19B und zum anschließenden Abgeben von diesem aus dem System, d. h. zum Drängen von diesem zu einem Kamin, eingesetzt. In 3 ist nicht gezeigt, dass die in dem zweiten Wärmetauscher 19B erwärmte Trocknungsluft über einen dritten Lufteinlasskanal D3 auch in den Diffusor 12 eingebracht wird.
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Der Druck von Luft, Abgas und Dämpfen, die in dem System zur Abwasserschlammbehandlung strömen, wird vorzugsweise durch mindestens einen Drucksensor 26, der an das System angeschlossen ist, überwacht. Gegebenenfalls ist ein erster Drucksensor 26A mit dem ersten Luftauslasskanal E1 verbunden und/oder ein zweiter Drucksensor 26B ist mit dem zweiten Abgasauslasskanal C2 verbunden und/oder ein dritter Drucksensor 26C ist mit dem zweiten Luftauslasskanal E2 verbunden und/oder ein vierter Drucksensor 26D ist mit dem dritten Hilfskanal G3, der aus dem Separator 20 austritt, verbunden.
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Während eines optimalen Betriebs des Systems sind die Druckbedingungen in dem Untersystem gemäß 3 die folgenden: Sowohl das zweite Gebläse 21B als auch das dritte Gebläse 21C sind zum Aufrechterhalten eines Druckunterschieds von vorzugsweise etwa Δp = 2450 Pa zwischen der Einlass- und Druckseite des Gebläses 21B/21C zum Umwälzen von Trocknungsluft geeignet, infolgedessen ergibt sich ein Druckunterschied von etwa Δp = 1250 Pa in dem Vortrockner 10, bei einem Druckunterschied von etwa Δp = 1050 Pa, der in dem Nachtrockner 11 herrscht. In dem Wärmeaufnahmeraum der Wärmetauscher 19A/19B beträgt der Druckunterschied etwa Δp = 80 Pa, während er in dem Wärmeübertragungsraum etwa Δp = 300 Pa beträgt. Der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Staubseparators 22 beträgt etwa Δp = 250 Pa, während ein Druckunterschied von etwa Δp = 80 Pa in dem Separator 20 herrscht.
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In 4 ist eine Schnittansicht des Vortrockners 10 und des Nachtrockners 11 gezeigt. Wie im Einzelnen oben mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, haben der Vortrockner 10 und der Nachtrockner 11 eine identische Konfiguration mit einer Länge von etwa 2 bis 4 m. Sowohl der Vortrockner 10 als auch der Nachtrockner 11 bestehen aus zwei räumlichen Regionen, wobei die eine von der anderen umgeben ist, vorzugsweise aus zwei konzentrischen Zylindern, wobei die außen liegende räumliche Region der Heizraum 10B/11B ist und die innere der Schlammraum 10A/11A ist. In den Schlammräumen 10A/11A sind Rührschnecken 16A/16B angeordnet, die dazu geeignet sind, den Schlamm nach vorne zu drängen; die Drehgeschwindigkeit der Schnecken kann basierend auf der Menge des zu verarbeitenden Schlamms, dem Feuchtigkeitsgehalt des Schlamms und der angestrebten Trocknungsrate eingestellt werden. Die Drehgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 3 bis 8 U/min; stärker bevorzugt beträgt die Drehgeschwindigkeit bei einem System mit einer Verarbeitungskapazität von 1000 t/Jahr, die zum Verarbeiten von Schlamm mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 20 % erforderlich ist, 6 U/min. Der Schlamm wird in den Vortrockner 10 und in den Nachtrockner 11 über den ersten Schlammkanal A1 bzw. den dritten Schlammkanal A3 eingebracht; und zum Abgeben des Schlamms sind ein zweiter Schlammkanal A2 bzw. ein Schlammkanal A4 mit dem Schlammraum 10A des Vortrockners 10 bzw. dem Schlammraum 11A des Nachtrockners 11 verbunden. Die Trocknungsluft wird in den Vortrockner 10 und in den Nachtrockner 11 (über den ersten Lufteinlasskanal D1 und den zweiten Lufteinlasskanal D2) parallel, im Gleichstrom mit dem Schlamm, jedoch mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit und einem unterschiedlichen Volumenstrom, eingebracht, während sie über die Luftauslasskanäle E1/E2 abgegeben wird. Durch die Abgaseinlasskanäle B1/B2 empfangen die Heizräume 10B/11B das heiße Abgas, das zuvor aus dem Ofen 13 abgegeben und vorzugsweise auf eine Temperatur von ungefähr 400 °C abgekühlt wurde; in den Heizräumen 10B/11B strömt das Abgas in entgegengesetzter Richtung relativ zur Strömungsrichtung des Schlamms und der Trocknungsluft in den Schlammräumen 10A/11A. Das in die Heizräume 10B/11B mit einer Temperatur von 400 °C eingebrachte Abgas hat eine Wirbelströmung von hoher Geschwindigkeit und kühlt sich anschließend auf etwa 50 bis 60 °C ab, während es einer teilweisen Kondensation unterzogen wird. In den Schlammräumen 10A/11A überträgt das Abgas, das mit einer Temperatur von 400 °C eingebracht wurde, bis zu 80 % seines Wärmeinhalts an den feuchten Schlamm und die Trocknungsluft, die in Gegenstromrichtung strömen, wodurch ein ausreichender Wärmeaustausch zwischen den Schlammräumen 10A/11A und den Heizräumen 10B/11B bereitgestellt wird, während bei dieser Temperatur das Auftreten einer Pyrolyse des trocknenden Schlamms noch nicht erwartet wird. Ein schraubenförmiges Führungselement, das dafür geeignet ist, den Strom des Abgases zu erleichtern, kann auch in den Heizräumen 10B/11B angeordnet sein. Der Schlamm wird nach vorne gedrängt und durch Rührschrauben 16A/16B mit variabler Geschwindigkeit, die in den Schlammräumen 10A/11A angeordnet sind, heftig bewegt, während ein Trocknungsluftstrom durch Gebläse 21B/21C (1) bereitgestellt wird, die in den Luftauslasskanälen E1/E2 angeordnet sind. Je nach dem Feuchtigkeitsgehalt des Schlamms und dem Volumenstrom der Trocknungsluft variiert der Raumfüllungsgrad in den Schlammräumen 10A/11A zwischen 1/8 und 1/4, stärker bevorzugt liegt der Raumfüllungsgrad bei ungefähr 1/6. Ein heftiges Bewegen des Schlamms und der Trocknungsluft ermöglicht einen ausreichenden Wärmeaustausch entlang der Grenzfläche der Schlammräume 10A/11A und der Heizräume 10B/11B.
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In den Schlammräumen 10A/11A steigt die Temperatur sowohl der Trocknungsluft als auch des Schlammes in Strömungsrichtung, jedoch steigt auf Grund der unterschiedlichen Wärmekapazität der strömenden Medien die Temperatur der Trocknungsluft mit einer höheren Rate relativ zur Temperatur des Schlammes.
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Das heiße Abgas kann sogar nach mehrfachem Filtern (siehe Entstaubungszyklone 17A und 17B in Bezug auf 1) immer noch feinkörnigen Staub enthalten, der sich auf den Wärmeübertragungsflächen, d. h. der Grenzfläche zwischen den Schlammräumen 10A/11A und den Heizräumen 10B/11B, ablagern kann, was die Wärmeübertragungseffizienz verschlechtert. Um dies zu verhindern, kann das Gehäuse der Heizräume 10B/11B und/oder ein Teil davon geöffnet werden und/oder weist eine Tür auf, durch die die Wärmeübertragungsfläche gereinigt werden kann.
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Die Temperaturbedingungen des Trocknungsprozesses sind beispielhaft mit Bezug auf den Vortrockner 10 dargestellt. In dem Vortrockner 10 bringt die Transportschnecke des ersten Schlammkanals A1 kommunalen Abwasserschlamm in den ersten Schlammraum 10A ein, wobei der Schlamm einen hohen Feuchtigkeitsgehalt (der sogar 75 bis 80 % Feuchtigkeit enthält) und eine maximale Temperatur von etwa 20 °C aufweist, wobei der Massendurchfluss von diesem 50 bis 150 kg/h, vorzugsweise 150 kg/h beträgt. Die Trocknungsluft mit einer Temperatur von vorzugsweise 75 °C wird in den ersten Schlammraum 10A über den ersten Lufteinlasskanal D1 parallel, im Gleichstrom mit dem Schlamm, eingebracht, wobei die Trocknungsluft bei Kontakt mit dem Schlamm abkühlt. Die Mindesttemperatur - etwa 42 °C - der Trocknungsluft wird bei 2/5 der Länge des ersten Schlammraums 10A erreicht. Danach erwärmt sich die Trocknungsluft unter der Einwirkung des Abgases, das in den Heizraum 10B des Vortrockners 10 mit einer Temperatur von etwa 400 °C in einer Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Schlamms und der Trocknungsluft eingebracht wird, auf eine Temperatur von etwa 80 °C, bevor sie den ersten Luftauslasskanal E1, der aus dem ersten Schlammraum 10A austritt, erreicht, zu welchem Zeitpunkt sie bis zu 30 % Wasserdampf enthält. Die Temperatur von vorgetrocknetem Schlamm, der aus dem Vortrockner 10 austritt, liegt bei etwa 70 °C.
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5 zeigt in Abhängigkeit von der Temperatur die Menge an Wasser, die von 1 kg Luft bei Gleichgewicht in dem Vortrockner 10 und dem Nachtrockner 11 des Systems gemäß der Erfindung aufgenommen wird. Numerische Werte der Datenpunkte, die in dem Diagramm visualisiert sind, sind in Tabelle 1 enthalten, wobei Temperaturwerte in Spalte 1 (t, in °C-Einheiten) gezeigt sind; wobei Spalte 2 den Gleichgewichtsdruck von Wasserdampf (pv, in kPa) zeigt; wobei Spalte 3 den Druckunterschied zwischen dem Wasserdampfdruck und dem Gleichgewichtswasserdampfdruck bei einer gegebenen Temperatur zeigt (Δp, in kPa), d. h. die Antriebskraft der Feuchtigkeitsentfernung; und schließlich Spalte 4 die Menge an Wasser (mv, in kg) enthält, die unter Gleichgewichtsbedingungen von 1 kg Luft aufgenommen werden kann.
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Der Feuchtigkeitsgehalt von Schlamm tritt in die Trocknungsluft als Wasserdampf ein, wobei die Wasserdampfaufnahme von Trocknungsluft durch den Gleichgewichtswasserdampfdruck der Trocknungsluft bei der lokalen Temperatur und durch den Wasserdampfdruck, der sich durch die lokale Temperatur des Schlamms bestimmt, bestimmt wird. In dem Vortrockner
10 und dem Nachtrockner
11 des Systems steigt die Temperatur des Schlamms (und auch die Temperatur von in gleicher Richtung strömender Trocknungsluft) in Strömungsrichtung des Schlamms an, wobei die Luft Feuchtigkeit mit der dem Temperaturanstieg entsprechenden Gleichgewichtskonzentration enthält, sodass sogar bei Einsetzen von geringeren Trocknungsluftvolumenströmen eine erhebliche Menge an Feuchtigkeit aus dem Schlamm entfernt werden kann. Eine Abweichung von dem Gleichgewichtsdampfdruck erhöht die Antriebskraft der Feuchtigkeits- und Komponentenübertragung. Der Transport von Wasserdampfmolekülen aus dem Schlamm zur Trocknungsluft wird durch die Temperatur des vor- oder nachzutrocknenden Sschlamms erleichtert.
Tabelle 1 Die Tabelle zeigt die Temperaturabhängigkeit des Gleichgewichtswasserdampfdrucks, den Druckunterschied (Antriebskraft) und die Menge an Wasser, die von 1 kg Luft aufgenommen werden kann.
| t [°C] | pv[ kPa] | Δp [kPa] | mv [kg] |
| 10 | 1,23 | 0,01 | 0,0076 |
| 20 | 2,34 | 0,48 | 0,016 |
| 30 | 4,25 | 2,38 | 0,027 |
| 40 | 7,38 | 5,51 | 0,049 |
| 50 | 12,34 | 10,47 | 0,086 |
| 60 | 19,93 | 18,06 | 0,152 |
| 70 | 31,18 | 29,31 | 0,276 |
| 80 | 47,37 | 45,50 | 0,544 |
| 90 | 70,12 | 68,25 | 1,393 |
| 100 | 101,33 | 99,46 | 30 |
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Nachstehend werden zwei Beispiele, die den Betrieb des Systems zur Abwasserschlammbehandlung gemäß 1 veranschaulichen, für die Verarbeitung von Schlamm vorgestellt, der mit jeweiligen Massendurchflüssen von 50 kg/h und 100 kg/h eingebracht wird.
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Beispiel 1
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Beispiel 1 betrifft die Verarbeitung von Schlamm, der mit einem Massendurchfluss von 50 kg/h eingebracht wird; die Werte der Temperatur und des Massendurchflusses sowie der Gehalt an Trockenmasse des in den Ofen 13 eingebrachten nachgetrockneten Schlamms sind in Tabelle 2 enthalten, wobei die Ergebnisse von individuellen Messungen in separaten Zeilen der Tabelle enthalten sind.
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Daten, die allen Messungen in Bezug auf Beispiel 1 gemeinsam sind, sind die folgenden:
- Schlammzufuhrrate durch den ersten Schlammkanal A1, d. h. die Frequenz der Transportschnecke des ersten Schlammkanals A1, f = 25,3 Hz.
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Das über den ersten Hilfskanal G1 beim Starten des Systems in den Ofen 13 eingebrachte Gas ist ein PB-Gas mit einem Massenstrom von 1,5 Nm3/h, wobei sich Nm3/h auf einen Volumenstrom (m3/h) unter Standardbedingungen bezieht.
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Der Volumenstrom des Abgases (mit einer Temperatur von 400 °C), das in dem ersten Abgaseinlasskanal B1 und in dem zweiten Abgaseinlasskanal B2 strömt, beträgt 950 m3/h.
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Der Volumenstrom der Trocknungsluft beträgt 280 m
3/h.
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Beispiel 2
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Beispiel 2 betrifft die Verarbeitung von Schlamm, der mit einem Massendurchfluss von 100 kg/h eingebracht wird; die Werte der Temperatur und des Massendurchflusses sowie der Gehalt an Trockenmasse des in den Ofen 13 eingebrachten nachgetrockneten Schlamms sind in Tabelle 3 enthalten, wobei die Ergebnisse von individuellen Messungen in separaten Zeilen der Tabelle enthalten sind.
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Daten, die allen Messungen in Bezug auf Beispiel 2 gemeinsam sind, sind die folgenden:
- Schlammzufuhrrate durch den ersten Schlammkanal A1, d. h. die Frequenz der Transportschnecke des ersten Schlammkanals A1, f = 40 Hz.
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Das in den Ofen 13 über den ersten Hilfskanal G1 beim Starten des Systems eingebrachte Gas ist ein PB-Gas mit einem Massenstrom von 2,7 Nm3/h.
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Der Volumenstrom des Abgases (mit einer Temperatur von 400 °C), das in dem ersten Abgaseinlasskanal B1 und in dem zweiten Abgaseinlasskanal B2 strömt, beträgt 2050 m3/h.
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Der Volumenstrom der Trocknungsluft beträgt 280 m
3/h.
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Der Modus der industriellen Anwendung der Erfindung gemäß der vorstehenden Beschreibung ergibt sich aus den Merkmalen der Erfindung. Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, löst die Erfindung ihre Aufgabenstellungen auf eine äußerst bevorzugte Weise im Vergleich zum Stand der Technik.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vortrockner
- 10A
- (erster) Schlammraum
- 10B
- (erster) Heizraum
- 11
- Nachtrockner
- 11A
- (zweiter) Schlammraum
- 11B
- (zweiter) Heizraum
- 12
- Diffusor
- 13
- Ofen
- 14
- Brennraum
- 15
- Rührraum
- 16A
- (erste) Rührschnecke
- 16B
- (zweite) Rührschnecke
- 17A
- (interner) Zyklon
- 17B
- (externer) Zyklon
- 18
- Asche- und Staublagereinheit
- 19A
- (erster) Wärmetauscher
- 19B
- (zweiter) Wärmetauscher
- 20
- Separator
- 21A
- (erstes) Gebläse
- 21B
- (zweites) Gebläse
- 21C
- (drittes) Gebläse
- 22
- Staubseparator
- 23
- Vordehydrierungseinheit
- 24
- Kalksteinstaubzuleitung
- 25A-G
- Temperatursensoren
- 26A-D
- Drucksensoren
- 27A-D
- Füllstandsensoren
- 28
- Rührwerk
- A1
- (erster) Schlammkanal
- A2
- (zweiter) Schlammkanal
- A3
- (dritter) Schlammkanal
- A4
- (vierter) Schlammkanal
- B1
- (erster) Abgaseinlasskanal
- B2
- (zweiter) Abgaseinlasskanal
- C1
- (erster) Abgasauslasskanal
- C2
- (zweiter) Abgasauslasskanal
- C3
- (dritter) Abgasauslasskanal
- D1
- (erster) Lufteinlasskanal
- D2
- (zweiter) Lufteinlasskanal
- D3
- (dritter) Lufteinlasskanal
- E1
- (erster) Luftauslasskanal
- E2
- (zweiter) Luftauslasskanal
- E3
- (dritter) Luftauslasskanal
- E4
- (vierter) Luftauslasskanal
- F1
- (erster) Frischluftkanal
- F2
- (zweiter) Frischluftkanal
- F3
- (dritter) Frischluftkanal
- G1
- (erster) Hilfskanal
- G2
- (zweiter) Hilfskanal
- G3
- (dritter) Hilfskanal
- G4
- (vierter) Hilfskanal
- H1
- (erster) Aschekanal
- H2
- (zweiter) Aschekanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6588349 B1 [0003]
- CN 107200458 A [0004]
- KR 101588386 B1 [0005]
- CH 540858 A [0006]
- CN 207330683 U [0007]
- US 5273556 A [0008]
