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Verfahren zur Aufarbeitung von kalkhaltigem Abfalischlanirn.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von kalkhaltigem
Abfallschlamm, insbesondere von sogen. Carbonatationsschlarnm der Zuckerindustrie,
bei dem der vorgetrocknete bzw. vorgewärmte Schlamm, gegebenenfalls zusammen mit
einem Zusatzbrennstoff, in eine Wärmebehandlungakammer eingeleitet wird, in der
er unter Einwirkung eines aufwärts gerichteten heissen Gasstromes kalziniert wird.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 257 539 ist ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Rtlckgewinnung von Kalk aus kalkhaltigen Abfallschlämmen
bekannt, bei dem man einen getrockneten bzw. vorgewärmten kalkhaltigen Schlamm in
eine Wärmebehandlungskammer einleitet und dort unter Einwirkung eines aufwärts gerichteten
heissen Gas stromes kalziniert, wobei seine organischen Bestandteile sowie gegebenenfalls
weiterer Zusatzbrennstoff gleichzeitig verbrannt werden. Die W ärmebehandlungs -kammer
ist dabei als kegelförmiges Gehäuse ausgebildet, in das am unteren Ende die Verbrennungsluft
liber eine drallerzeugende Leitvorrichtung eingeleitet wird, während der kalkhaltige
Abfallxchlamm sowie gegebenenfalls
der Zusatzbrennstoff zentral
am oberen Ende in die Wärmebehandlungskammer eingeführt werden. Beim Verfahren nach
der genannten Offenlegungsschrift ist vorgesehen, dass der Schlamm vor der Einleitung
in die Wärmebehandlungskammer auf eine Temperatur von 400 - 800 C, vorzugsweise
500 - 600 C, vorgewärmt bzw. vorgetrocknet wird.
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Aus diesem Grunde wird in der deutschen Offenlegungsschrift 2 308
174 bereits ein Verfahren zur Vortrocknung von Carbonatationsschlamm beschrieben,
welches in Verbindung mit dem Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift 2
257 539 eingesetzt werden kann. Dieses bekannte Verfahren sieht dabei vor, dass
der thixotrope Schlamm zunächst unter Anwendung einer Schubspannung (z. B. durch
Rthrer) pumpfähig gemacht und dann im pastösen Zustande in einem speziell ausgebildeten
Trockner in einem Heissgasstrom unter bestimmten Bedingungen getrocknet wird.
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Unabdingbare Voraussetzung für eine derartige Behandlung des Schlammes
ist jedoch, dass dieser in Form eines pastifizierbaren Filterkuchens vorliegt. Diese
Voraussetzung erweist sich jedoch in der Praxis als schwerwiegender Nachteil, weil
damit nur die reibunsglose Verarbeitung von frisch filtriertem Schlamm möglich ist,
während abgetrockneter Schlamm, insbesondere solcher, der bereits längere Zeit auf
Halde gelegen hat, wegen seiner fehlenden Pastifizierbarkeit nicht so verarbeitet
werden kann.
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Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Verfahren
zur
Aufarbeitung von kalkhaltigem Abfallschlamm, inshesondere von sogen. Garbonatationsschlamm
der Zuckerindustrie, zu schaffen, durch welches auch gelagerter Schlamm, der beispielsweise
bereits über einen längeren Zeitraum auf Halde Zoniert worden ist, aufgearbeitet
werden kann. Dem Problem der Aufarbeitung von gelagern Schlamm kommt gerade in neuerer
Zeit eine besondere Bedeutung zu, weil derartige Schlammhalden heute vielfach als
störend empfunden werden und ihre allmähliche Abtragung im Seine des Umweltschutzes
durchaus wdinschen8-wert ist.
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Das der Lösung der gestellten Aufgabe dienende Verfahren der eingangs
beschriebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abfallschlamm in einem Stromtrockner
unter Einwirkung eines aufwärts gerichteten, auf eine Temperatur zwischen 400 und
800 C erhitzten Gasstromes vorgetrocknet wird, wobei folgende Verfahrens schritte
zur Anwendung gelangen: a) Einführung des Abfallschlammes gemeinsam mit Rtckfthrgut
aus dem Stromtrockner in einen Mischer, b) Einwurf des darin erzeugten Gemisches
in den unteren Teil des Stromtrockners, c) Abscheidung der als Rückführgut dienenden
Teilmenge des Trockengutes am Kopfe des Stromtrockners und Rückführung derselben
zum Mischer,
d) Zuführung des Trocknerabgases zusammen mit dem restlichen
Trocken gut in einen Staubabscheider und e) Förderung des im Staubabscheider abgetrennten
Trockengutes in die Wärmebehandlungskammer.
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Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird also sowohl
frischfiltrierter Schlamm als auch von der Halde kommender abgelagerter Schlamm
mit einer Teilmenge des Trockengutes, welches vom Kopfe des Stromtrockners zum Mischer
zurückgeführt wurde, zunächst in einem Mischer vermischt. Gegebenenfalls kann dabei
auch noch gemahlener Kalkstein zusätzlich in den Mischer eingeführt werden. Die
einzelnen Komponenten sollten in einem solchen Verhältnis vermischt werden, dass
ein krilmeliges Feststoffgemenge entsteht, dessen Wassergehalt einerseits noch ausreicht,
um krtimelige Agglomerate zu bilden sowie den Reststaub des heissen Abgasstromes
wenigstens zu einem Teil einzubinden und andererseits bereits so niedrig ist, dass
es nicht mehr zu einem Anbacken der krümeligen Agglomerate im Stromtrockner kommt.
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Der Trocknungsprozess ist hinsichtlich Temperatur und Trocknungsgeschwindigkeit
deshalb derart zu führen, dass ein feines, hinreichend gleichmässiges Trockenprodukt
entsteht, dessen Restwassergehalt bevorzugt bei 1 - 3 7o liegt und dessen Korngrösse
einerseits
so klein ist, dass die Trockengutteilchen in der kurzen Verweilzeit in der nachgeschalteten
Wärmebehandlungskamme r auebrennen und kalzinieren können und andererseits so gross
ist, dass die bei der Verbrennung und Kalzinierung entstehenden Mengen an CO und
HzO durch ihren inneren Dampfdruck die Partikelstruktur zerreissen, weil infolge
der Aufheizgeschwindigkeit im Inneren der Partikel die genannten Gasmengen schneller
entstehen als sie durch deren Oberfläche hinausdiffundieren können.
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Nachfolgend sollen weitere Einzelheiten des erfindungsgemässen Verfahrens
an Hand des in der Abbildung dargestellten Fliessschemas erläutert werden. Dieses
zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungagemässen Verfahrens, wobei nur die zur
Erläuterung unbedingt erforderlichen Anlageteile eingezeichnet wurden. Wegen der
verfahrensmässigen Verkniipfung von Vortrocknung und Kalzinierung sind auch die
der Kalzinierung dienenden Anlageteile in dem Fliessschema mit dargestellt worden,
obwohl sich die vorliegende Erfindung nicht speziell mit der Ausgestaltung dieses
Verfahrensschrittes befasst.
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Der aufzuarbeitende Kalkschlamm P1 und gegebenenfalls gemahlener Kalkstein
KS werden über Pumpen oder mechanische Fördermittel durch
die Leitungen
und 2 m bekannter Weise dem Mischer 3 zugeführt.
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Am Kopf des Stromtrockners 4 wird der nur teilweise durchgetrocknete
Grobanteil des Trockengutes abgeschieden und als Rückführ-gut T 2 in den Mischer
3 in einer solchen Menge iiber die Leitung 5 zurückgeführt, dass sich ein gerade
noch krümeliges, jedoch an den Wänden des Stromtrockners 4 ni'cht'mehr anbackendes
Feststoffgemisch bildet. Dieses wird in bekannter Weise über die Leitung 7 und die
Einwurfschleuder 6 in den heissen" Gas strom eingeworfen, der den Stromtrockner
4 von unten nach oben mit einer solchen Geschwindigkeit durchströmt, die um einen
Sicherheitsbetrag grösser ist als die Sinkgeschwindigkeit der grössten Teilchen.
Das entstehende Trockengut wird im Kopf des Trockners in bekannter Weise von den
gröberen, nur teilweise dur ch getrockneten Teilen des Rackfiihrgutes T2 getrennt
und über die Leitung 8 dem Staubabscheider 9 zugeleltet.
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Von dem den Staubabscheider 9 über die Leitung 10 verla6senfien åbfcithlten
Abgasstrom wird ein Teilstrom abgezweigt und durch die Leitung 11 zur Temperatureinstellung
dem heissen Abgasstrom in Leitung 12 beigemischt.
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Das im Staubabscheider 9 abgetrennte feinkörnige Trocken gut wird
über die Leitung 15 der Wärmebehandlungskammer 13 zugeführt. Eine bevorzugte Ausgestaltung
dieser Wärmebehandlungskammer ist in Fig. 2 der deutschen Offenlegungsschrift 2
257 539 dargestellt und weist ein kegelförmiges
Gehäuse auf, an
dessen unterem Ende sich eine Einschnürung befindet. Über die dort befindliche Eintritts
spirale wird dem in die Wärmebehandlungskammer eintretenden heissen Gas strom ein
Drall erteilt.
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Die notwenige Menge an Verbrennungsluft wird durch die Leitung 18
zugeführt und gegebenenfalls in einem Luftvorwärme 17 vorgewärmt und durchströmt
danach die Brennkammer 16, in die der notwenige Brennstoff durch die Leitung 19
eingeleitet wird. Dies kann ein gasförmiger, flüssiger oder feinkörniger fester
Brennstoff sein. Der hierin erzeugte heisse Gasstrom wird dann über die Leitung
20 der Wärmebehandlungskammer 13 zugeführt, in die auch bei unzureichender oder
fehlender Menge organischer Bestandteile im Trockengut weiterer Zusatzbrennstoff
über die Leitung 21 eingeftihrt wird. In der Wärmebehandlungskammer 13 werden die
organischen Bestandteile des Trockengutes sowie gegebenenfalls der Zusatzbrennstoff
verbrannt und das CaC03 des Trockengutes zu gebranntem OaO kalziniert. Das gebrannte
CaO sowie der in der Wärmebehandlungskammer entstandene heisse Abgas strom werden
möglichst ohne Wärmeverluste nach aussen und über die Leitung 22 dem Staubabscheider
14 zugeführt, in dem das gebrannte OaO soweit als möglich abgeschieden und - gegebenenfalls
nach Abkühlung im Luftvorwärmer 17 -über die Leitung 23 seiner weiteren Verwendung
zugeführt wird. Diese kann entweder in der Erzeugung von Kalkmilch in dem Kalkmilcherzeuger
24 bestehen, wenn die entsprechende Wassermenge in einer geeigneten
Apparatur
zugesetzt wird. Alternativ kann das gebrannte CaO durch die Leitung 25 auch direkt
einem anderen Prozess zugeführt oder nach Filterabscheidung zwischengelagert werden.
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Das im Staubabscheider 14 abgeschiedene gebrannte CaO wird nach Verlassen
des Staubabscheiders so rasch als möglich einem Trägergas zugeführt, das möglichst
wenig GO2 enthält, um die Rekombination zu CaC03 zu verhindern. Bevorzugt wird hierfür
Luft verwendet.
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Die Temperatur des in die Wärmebehandlungskammer 13 eintretenden heissen
Gasstromes richtet sich nach den Erfordernissen der Wärmebilanz. Sie liegt normalerweise
jedoch oberhalb von 900 ° C, um die notwenige Menge an führbar er Wärme im direkten
Kontakt denjenigen Teilchen des Trockengutes übertragen zu käiuien, die keine oder
keine hinreichende Menge an brennbaren organischen Komponenten enthalten.
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In der Regel wird die Temperatur des heissen Gasstromes 1 400 - 1
450 G nicht überschreiten dürfen, um Sintervorgänge mit den Verunreinigungen des
Trockengutes zu vermeiden. Die Austrittstemperatur des heissen Abgas stromes sowie
des gebrannten GaO aus der Wärmebehandlungskammer 13 liegt oberhalb der Kalzinierungstemperatur
des CaC03 bei dem vorliegenden Gleichgewichtsdruck des CO , bevorzugt zwischen 900
und 1 000 C . Bei Vorliegen von sinterfähigen Verunreinigungen im Schlamm wird man
an die untere, bei Erfordernis eines niedrigen Rest-CO2-Gehaltes
im
gebrannten Kalk wird man an die obere Tenlperaturgrenze der Austrittstemperatur
gehen.
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Der Teilstrom des kalten Abgases in Leitung 11 wird nach den Erfordernissen
der Wärmebilanz im Stromtrockner 4 sowie der Trocknungsgeschwindigkeit in demselben
gewählt. Die Gastemperatur im Strointrockner 4 soll dabei je nach den Betriebsbedingungen
zwischen 400 und 800' G liegen, bevorzugt bei 600 C. Diese Temperatur entspricht
den Erfordernissen beim Einsatz eines Kalkschlammes mit ca. 50 ,0 Wasser sowie einem
Zusatz von ca. 10 % Kalkstein. Der Zusatz von frischem Kalkstein richtet sich danach,
welchen Anfall der sich durch die Schlammrücknahme anreichernden Begleitstoffe,
z. B. Metalloxide und Silikate, das nachgeschaltete Verfahren zulässt. Die Temperatur
des kalten Abgasstromes in Leitung 10 muss oberhalb seines Taupunktes liegen, darf
jedoch dann eine obere Temperaturgrenze nicht überschreiten» wenn die (hier nicht
gezeichnete) Feinentstaubung des Abgases beispielsweise mittels Schlauchfilter vorgesehen
ist, deren Filterbezüge nur eine bestimmte Maximaltemperatur zulassen. Bei üblichem
Schlauchfiltermaterial beträgt diese Temperatur 110 - 140 C.
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Bei geringem Wassergehalt des Kalkschlammes P1 wird die Temperatur
des Abgases in Leitung 10 höher als die angegebenen Werte sein. Selbstverständlich
kann man dann zum Zwecke der weiteren Kühlung des Abgases
einen
weiteren Wärmetauscherr zur Luft vorwSrmung vcrwenden. Wegen der kurzen Betricl,szcit
einer solchen Anlage in einer Zuckerfabrik bei nur 3 - 4 monatiger Dauer der Rübenverarbeitungskampagne
werden die Anlagekosten für den Wärmetauacher häufig jedoch nicht vertretbar sein,
weshalb es vernünftiger sein kann, die Abgastemperatur durch Wassereinspritzung
beispielsweise in den Mischer 3 oder durch weiteren Kaltluftzusatz zum heissen Abgasstrom
in'Leitung 12 zu steuern. Die beiden letzteren Massnahmen sind in der Abbildung
zwecks Vereinfachung allerdings nicht eingezeichnet.
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Um eine Vorwärmung des pneumatischen Rohr systems und der Wärmeaustauscher
bei Inbetriebnahme der Anlage zu ermöglichen und um dadurch Anbackungen in diesen
Anlageteilen zu vermeiden, ist die Leitung 26 vorgesehen. Diese Leitung führt von
der Wärmebehandlungskammer 13 zur Leitung 18, wobei die Einmündungsstelle der Leitung
26 in die Leitung 18 vor dem Luftvorwärmer 17 liegt. Ausserdem weist die Leitung
26 noch eine Abzweigung zur Leitung 23 auf, die zwischen dem Staubabscheider 14
und dem Luftvorwärmer 17 in die Leitung 23 einmündet.
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Durch diese Anordnung ist es im Bedarfsfalle möglich, heisses Gas
aus der Wärmebehandlungskammer 13 zu entnehmen und zur Vorwärmung des Luftvorwärmers
17 sowie des darüber liegenden pneumatischen Rohrsystems bis zum Kalkmilcherzeuger
24 und zur Leitung 25 einzusetzen.
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Selbstverständlich soll die Vorwärmung in diesem Falle bis auf jene
Temperatur durchgeführt werden, die normalerweise beim Dauerbetrieb der Anlage eingehalten
werden muss. Die zur Leitung 26 gehörenden Absperr- und Regeleinrichtungen sind
zur Vereinfachung der Darstellung nicht in das Fliessschema eingezeichnet worden.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist unabhängig davon ausführbar, ob
der Kalkschlamm P1 noch frisch und pumpfähig ist oder ob er schon längere Zeit auf
einer Halde gelagert hat, wo ein Teil seines Wassers verdunstet und gewisse Anteile
seiner organischen Komponenten sich zersetzt haben können. Das Verfahren kann ohne
Änderung auch andere kalkhaltige Abfälle verarbeiten, unabhängig davon, ob diese
pumpfähig, fest oder krE-melig sind. Gegebenenfalls müssen feste Stücke mechanisch
vorzerkleinert werden. Auch der Einsatz von gemahlenem Kalkstein alleine ist möglich,
was insbesondere beim Anlauf einer Zuckerfabrik notwendig ist, wenn noch kein Kalkschlamm
angefallen ist. Die Anlage kann sowohl während der Rtbenverarbeitungskampagne zur
Aufarbeitung des anfallenden Schlammes wie auch ausserhalb der Kampagne zur Verarbeitung
des auf Halde liegenden Schlammes benutzt werden.