DE2653823A1

DE2653823A1 - Verfahren zum verbrennen von abwasser- bzw. klaerschlamm

Info

Publication number: DE2653823A1
Application number: DE19762653823
Authority: DE
Inventors: William Martin Kirkup
Original assignee: Esmil Envirotech Ltd
Current assignee: Esmil Envirotech Ltd
Priority date: 1975-10-03
Filing date: 1976-11-26
Publication date: 1978-06-01
Also published as: FR2372775A1; FR2372775B1; NL7601055A; US4159684A; GB1465869A

Description

Verfahren zum Verbrennen von Abwasser-
bzw. Klärschlamm Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Abwasser-bzw. Klärschlamm, bei dem der Schlamm in entwässertem Zustand und im Gemisch mit Fein- oder Staubkohle als zusätzlichem Brennstoff verbrannt wird.
Der Ausdruck "Schlamm" bezieht sich dabei auch auf Trüben bzw.
Aufschlämmungen.
Der Feuchtigkeitsgehalt von Klärschlamm in bezug auf den Feststoffgehalt schwankt in einem weiten Bereich, und er kann vor dem Entwässern z.B. 90 s und nach dem Entwässern z.B. 75 % betragen, Die Erfindung ist speziell auf "handhabbare" Schlämme anwendbar, doh. auf Stoffe, die ausreichend fest oder viskos sind, um ohne Pumpenförderung gehandhabt werden zu können.
Die Klärschlammverbrennung kann mit Schlämmen erfolgen, die entweder chargenweise oder kontinuierlich entwässert worden sind. Mit "entwässertem Klärschlamm ist ein Schlamm gemeint, dem ein Teil des Wassers entzogen worden ist, obgleich der entwässerte Schlamm tatsächlich Wasser als Hauptbestandteil enthält. Obgleich chargenweise entwässerter Schlamm im allgemeinen einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt besitzt und daher möglicherweise für seine Verbrennung keinen zusätzlichen Brennstoff benötigt, wird normalerweise die kontinuierliche Entwässerung von Klärschlamm bevorzugt, auch wenn dabei zusätzlicher Brennstoff für die Verbrennung nötig ist. Dies beruht darauf, daß sich bei der chargenweisen Entwässerung erhebliche Schwierigkeiten bezüglich der Aufbereitung des entwässerten Schlamms für die anschließende Verbrennung ergeben. Das kontinuierliche Entwässern kann mit Hilfe von Einrichtungen, wie Zentrifugen, Vakuumumlauffiltern, Filterbandpressen usw. erfolgen, während das chargenweise Entwässern im allgemeinen mittels Filterpressen erfolgt, Da jedoch die Preise für Heizöl und Heizgas, die als Hilfs- oder Zusatzbrennstoff benutzt werden können, eine stark steigende Tendenz besitzen, haben sich die Verbrennungskosten für kontinuierlich entwässerten Klärschlamm so stark erhöht, daß sich eine Verbrennung dieses Schlamms sogar verbieten kann.
Die GB-PSen 272 981 und 1 286 532 sowie die US-PS 3 759 196 lehren das Vermischen von Kohle mit Haushaltsmüll vor dessen Verbrennung0 Zu diesem Zweck werden pulverisierte Kohle oder pulverisierter Koks oder sogar Anthrazit vorgeschlagen, doch sind dies teuere Brennstoffe. Die GB-PS 949 000 schlägt ebenfalls die Verwendung von pulverisierter Kohle oder Kohlebruch für die Verbrennung von entwässertem Klärschlamm vor, wobei das Gemisch aus Kohle und Klärschlamm z,B, in einem normalen Ofen eines Kraftwerks verbrannt werden soll, Die GB-PS 1 198 958 offenbart das Vermischen von festen Klärabfällen (oder-schlämmen) mit Kohlenkippenabfall und Abfall- oder Altöl; dabei sind jedoch die Schwierigkeiten bei der Erlangung eines festen Klärabfalls groß, und der Mengenanteil an Klärabfall (25 %) im Gemisch ist sehr gering0 Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines höchst wirtschaftlichen Verfahrens zum Verbrennen von Klärschlamm, bei dem als Zusatzbrennstoff ein Material verwendet werden soll, das anderweitig eine geringe Verwendbarkeit besitzt und daher billig ist.
Überraschenderweise hat es sich nun herausgestellt, daß nichtautothermer Klärschlamm, insbesondere kontinuierlich entwässerter Klärschlamm, in vergleichsweise kostensparender und einfacher Weise autotherm gemacht, d.ho zur Aufrechterhaltung der Verbrennung befähigt, werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Feinkohle die Kohlenfeinteilchen benutzt werden, die von einem Naßaufbereitungsverfahren für Kohle in Form eines Kohlefilterkuchens oder einem Becken-Kohleschlamm (ex-lagoon sludge) gewonnen wurden. Vorzugsweise werden Kohlefeinteilchen verwendet, von denen der größte Teil, d.h. mindestens 90 %, ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,42 mm (No. 30 BSS sieve) passieren.
Kohlefilterkuchen oder Becken-Kohlenschlamm (ex-lagoon coal sludge) ist von zahlreichen Kohlebergwerken und -aufbereitungsanlagen kostensparend erhältlich, und selbst wenn dieses Material über erhebliche Strecken befördert werden muß, kann sich das erfindungsgemäße Verfahren immer noch als wirtschaftlich vorteilhaft erweisen. Ohne weitere Behandlung kann Kohlefilterkuchen derzeit wegen der Gas- bzw. Dampfentwicklung oder aus anderen Gründen nur in begrenzter Menge mit anderen Materialien verwendet werden.
Bisher wurde dieser aus Becken stammende Kohlen schlamm weitgehend als Abfallmaterial angesehen.
Vorzugsweise wird der Klärschlamm kontinuierlich entwässert und vorteilhaft kontinuierlich mit der Feinkohle versetzt.
Obgleich die Staub- oder Feinkohle dem Klärschlamm nach dem Entwässern desselben zugesetzt werden kann, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Feinkohle zumindest vor Abschluß der Schlammentwässerung und vorzugsweise vor dem gesamten Entwässerungsvorgang zuzumischen.
Es hat sich gezeigt, daß das Zumischen der Feinkohle selbst keinerlei technische Schwierigkeiten aufwirft. Im allgemeinen kann für diesen Zweck jeder übliche, kontinuierlich arbeitende Mischer, z.B. ein Schneckenförderer, verwendet werden; wahlweise kann, wie erwähnt, das Vermischen in der Filtervorrichtung oder in ihrem Speisersystem erfolgen. Wenn der Klärschlamm z.B. in einer Filterwanne unter Rühren entwässert wird, kann die Feinkohle dem in der Wanne befindlichen Schlamm hinzugefügt werden, und das Rührwerk kann dabei die Verteilung der Kohle im Schlamm vornehmen. Wenn die Entwässerung in einer Filterpresse erfolgt, kann die Feinkohle wahlweise über den Förderpumpenkreis der Filterpresse hinzugefügt werden.
Zur Erzielung ausreichender Gleichmäßigkeit der Verteilung bei Zugabe kleiner Kohlemengen oder bei Verwendung eines sehr trockenen Kohlekuchens, der in Klumpen form erhalten bleiben kann, können sich spezielle Maßnahmen als erforderlich erweisen, Wenn die Feinkohle vor Beendigung der Entwässerung zugegeben wird, lassen sich neben dem Vorteil, daß das Vermischen vor dem vollständigen Entwässern des Schlamms im allgemeinen leichter ist, zusätzlich die folgenden Vorteile erzielen. Die zugesetzte Feinkohle erhöht den Feststoffgehalt des Gemisches und vermag dabei mehr oder weniger als "Filterhilfsmittel" zu wirken und dadurch die Entwässerungswirkung zu verbessern. Wenn das Entwässern unter Verwendung eines Filtertuches erfolgt, ergibt sich beim Entwässern eines Feinkohle enthaltenden Gemisches ein geringeres Risiko für ein Zusetzen des Filtertuches durch den Kuchen, woraus die Vorteile eines besseren Filterkuchenaustrags, einer längeren Lebensdauer des Filtertuches und einer wirksameren Filterung resultieren. Ein wei terer, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbarer Vorteil liegt darin, daß der hergestellte Filterkuchen aufgrund der zugemischten teilchenförmigen Kohle vor der Eingabe in den Ofen leichter aufbricht.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert daher nicht nur einen entwässerten Klärschlamm mit höherem Heizwert, sondern auch einen Schlammkuchen, der weniger Wasser enthält und verbesserte Handhabungseigenschaften besitzt.
In der folgenden Tabelle 1 ist eine typische Teilchengrößenanalyse für Feinkohle in Form von Sshwebe-Feinkohle angegeben, die zu einem Kohlefilterkuchen geformt wird, Tabelle 1 Größe (mm Siebmaschenweite) Gew.-% + 0,9 (+14 BSS) 0,02 - 0,9 + 0,6 (-14 +22 BSS) 1,09 - 0,6 + 0,42 (-22 +30 BSS) 4,96 - 0,42 + 0,21 (-30 +60 BSS) 19,61 - 0,21 + 0,107 (-60 +120 BSS) 16,10 - 0,107 + 0,053 (-120+240 BSS) 12,39 0,053 (-240 BSS) 45,83 In der Lieferform als Kohlefilterkuchen kann die Feinkohle ungefähr 24 GewO-% freie Feuchtigkeit besitzen, während ähnliche Feinkohle, als Becken-Kohleschlamm (ex-lagoon sludge) geliefert, etwa 30 % freie Feuchtigkeit enthalten kann. Der Trockengehalt einer solchen Kohle besitzt im allgemeinen einen Brenn- oder Heizwert zwischen 7500 und 8500 kcal/kg.
Die folgende Tabelle 2 zeigt einen typischen Vergleich des Heizwerts und der Kosten pro kcal von verschiedenen Brennstoffen, Tabelle 2 Vergleichskosten Vergleichskosten Brennstoff Heizwert (ungefähr) pro kcal bl 10286 kcal/kg 100 % Erdgas 12675 kcal/kg 88 % Kohle 7578 kcal/kg 27 % Diese Tabelle macht deutlich, daß der Ersatz von Öl oder Erdgas als Brennstoff durch Feinkohle eine echte wirtschaftliche Verbesserung gewährleistet. Diese Verbesserung ist jedoch noch bedeutsamer, wenn man berücksichtigt, daß das Klörschlamm-Kohlegemisch weniger Feuchtigkeit enthalten und sich einfacher handhaben lassen kann, Da hierbei der dem Ofen zugeführte Trockengehalt größer sein kann, kann mithin die Gesamt-Beschickungsmenge reduziert werden, so daß der Einsatz eines kleineren Ofens möglich wird, Auch bei einem Feuchtigkeitsgehalt der Feinkohle von 20 - 35 Gew-% läßt sich noch ein wirtschaftliches Verfahren gewährleisten.
Beispielsweise wurden mit einem 75 % Feuchtigkeit enthaltenden entwässerten Klärschlamm gute Ergebnisse erzielt, wenn dem Schlamm mindestens 8 GewO-% Feinkohle zugesetzt wurden (berechnet auf der Basis der Gewichte des Schlamms in entwässerter Form und der Trockensubstanz der Feinkohle). Da die Feinkohle zBo 20 % Feuchtigkeit enthalten kann, sind mindestens 10 GewO-% feuchter Feinkohle nötig.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kann Feinkohle sowohl mit niedrigem als auch mit hohem Heizwert verwendet werden, Obgleich das Verfahren auch auf einen Klärschlamm anwendbar ist, der auf nicht-kontinuierlicher Basis in einer Filterpresse entwässert, doho chargenweise verbrannt wird, lassen sich die besten Ergebnisse mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen dann erzielen, wenn das Gemisch aus Klärschlamm und Kohle durch Schleudern oder Filtrieren kontinuierlich entwässert und daraufhin kontinuierlich verbrannt wird, Dem Fachmann sind zahlreiche auf kontinuierlicher Basis arbeitende Öfen bekannt, so daß ein fUr den vorgesehenen Zweck besonders geeigneter Ofen nicht speziell beschrieben zu werden braucht0 Die Bedeutung der Erfindung ergibt sich anhand der folgenden Daten, Frischer Klärschlamm enthält als typisches Beispiel 74,0 GewO-% an brennbaren Stoffen (im üblichen Trockenzustand), wobei bei der Verbrennung 26,0 s Asche anfallen. Der Heizwert beträgt 5718 kcal/kg (auf Trockenmaterialbasis). Die Ofenspeiser für normalen städtischen Klärschlamm sind normalerweise für einen Feststoffgehalt des Schlamms von 25 Gew.-% ausgelegt. Derartige Schlämme können durch Entwässerung auf einem Vakuumumlauf- bzw. -trommelfilter nach dosierter Zugabe von Eisenchlorid erhalten werden, und die typischen Verbrennungsgeschwin-2 digkeiten liegen dabei im Bereich von 34 - 59 kg/h pro m des Ofenherds.
Die Wahl der Ofengröße hängt von den Zufuhr- oder Chargeneigenschaften und der Zufuhrmenge der Feuchtcharge pro Flächeneinheit des Ofens ab. Je feuchter die Charge ist, um so niedriger ist ersichtlicherweise im allgemeinen der Einheits-Heizwert und um so größer ist die für das Trocknen des Schlammes benötigte Fläche und desto größer muß der für die Verbrennung benötigte Ofen sein.
Wenn der Feststoffgehalt von 25 % auf einen Bereich von 18 - 22 % abnimmt, muß die dem Ofen eingegebene Menge um 10 % und sogar um 15 % verringert werden, wenn der Feststoffgehalt auf 14 - 17 % abnimmt. Durch Zugabe der Feinkohle kann der Feststoffgehalt der Charge beträchtlich erhöht werden, so daß ein wirtschaftlicherer Ofen angewandt werden kann, Beim Entwässern mittels einer Zentrifuge (Schleuder) ist es normalerweise nicht möglich, einen Feststoffgehalt von mehr als 17 % zu erzielen. Durch die Zugabe von Feinkohle kann dieser Feststoffgehalt erheblich erhöht werden, was wiederum dazu beiträgt, daß das Gemisch autotherm wird.
Ersichtlicherweise sind änderungen der Menge an zugemischter Feinkohle zulässig. Es kann sich als vorteilhaft erweisen, die Kohlenzufuhrmenge zur Regelung der Verbrennungstemperatur im Ofen heranzuziehen.
Durch das erfindungsgemäße Zumischen von Feinkohle wird es möglich, Klärschlämme zuzubereiten, die den einen hohen Heizwert besitzenden, nach einem Chargenverfahren von einer Filterpresse erhaltenen Schlämmen vergleichbar sind. Diese zuletzt genannten Schlämme können bis zu 35 % Feststoffe enthalten, und die daraus erhaltenen Kuchen brennen autotherm, doch werfen sie gewisse Schwierigkeiten bezüglich der Aufbereitung des Schlammaterials für die anschließende Verbrennung auf. Zum Vergleich sei ein normaler, entwässerter Klärschlamm mit 75 % Feuchtigkeit betrachtet, dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Feinkohle zugemischt wurde. Die in einem solchen Schlamm enthaltenen flüchtigen (brennbaren) Stoffe stellen im Durchschnitt etwa 975 kcal pro kg des entwässerten Schlamms zur Verfugung. Bei der Verbrennung mit einem 50 zeigen Luftuberschußverhältnis läßt sich berechnen, daß ein solcher Schlamm einen zusätzlichen Wärmebedarf von 500 kcal pro kg des entwässerten Schlamms besitzt, um ihn autotherm zu machen, d.h. selbständig verbrennen zu lassen. Dieser Wärmebedarf kann dadurch gedeckt werden, daß dem Schlamm 10,2 GewO-% Kohlefilterkuchen (24 % freie Feuchtigkeit) oder 10,7 Gew.-% Kohleschlamm (30 % freie Feuchtigkeit) zugemischt werden, unter der Voraussetzung, daß der Trockengehalt bzw. die Trockennasse der Kohle einen Heizwert von 7715 kcal/kg und die Kohle einen 80 %-igen Verbrennungswirkungsgrad besitzt. In der Praxis muß allerdings zur Berücksichtigung der Strahlungsverluste und der Wärmeverluste an die Kühlluft eine größere als die angegebene Kohlemenge zugegeben werden; diese Verluste lassen sich nach an sich bekannten Verfahren berechnen.
Viele Schlämme können neben Wasser auch Feuchtigkeit in Form von brennbaren Flüssigkeiten, z.B. Kohlenwasserstoffe (Brennstoff), enthalten, welche die Brennfähigkeit begünstigen. Das erwähnte Entwässerungsverfahren bezieht sich auch auf die Entfernung solcher Feuchtigkeit.
In Zusammenfassung kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß entwässerter Klärschlamm, d.ho ein solcher mit z.B0 75 s Wasser in entwässertem Zustand, verbrannt wird, nachdem er mit Kohlenfeinstoffen bzw. Feinkohle versetzt worden ist, die von einem Naßaufbereitungsverfahren für Kohle gewonnen wird und die in Form von Kohlefilterkuchen oder von Becken-Kohlenschlamm (ex-lagoon sludge) vorliegt. Wenn die Feinkohle dem Klärschlamm vor oder während dem Entwässern dieses Schlamms durch Filtern zugesetzt wird, wirkt die Kohle als Filterhilfsmittel. Dabei kann eine autotherme Verbrennung des Gemisches erzielt werden.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Verbrennen von Abwasser- bzw. Klärschlamm, bei dem der Klärschlamm in entwässertem Zustand im Gemisch mit Staub- oder Feinkohle als Zusatzbrennstoff verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Feinkohle die Kohlenfeinteilchen benutzt werden, die von einem-Naßaufbereitungs verfahren für Kohle in Form eines Kohlefilterkuchens oder einem Becken-Kohleschlamm (ex-lagoon sludge) gewonnen wurden.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klärschlamm in einem kontinuierlichen Vorgang entwässert wird.
3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinkohle dem Klärschlamm zumindest vor Abschluß von dessen Entwässerung zugemischt wird.
4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Klärschlamm und Kohle durch Schleudern oder Filtern entwässert und kontinuierlich verbrannt wird.
5.) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Klärschlamm durch Filtern entwässert wird und daß die Feinkohle vor oder während dem Filtern zugesetzt wird, so daß sie als Filterhilfsmittel wirkt, 6.) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinkohle in einer Menge von mindestens 80 Gew.-%,berechnet auf der Basis der Gewichte des Klärschlamms im entwässerten Zustand und der Trockenmasse der Feinkohle, zugesetzt wird, wobei die Feinkohle einen Feuchtigkeitsgehalt von beispielsweise 20 - 35 Gew.-% besitzt.

7O) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Klärschlamm und Feinkohle unter den Verbrennungsbedingungen autotherm ist, d.h.

für die Aufrechterhaltung der Verbrennung keinen zusätzlichen Brennstoff benötigt.