DE2929486C2 - Verfahren zum Entwässern von Schlamm - Google Patents

Verfahren zum Entwässern von Schlamm

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entwässern von Schlamm, wie Abfallschlamm, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solches Verfahren ist bereits aus der US-PS 38 05 715 bekannt.
Bei diesem bekannten Verfahren wird das im zweiten Entwässerungsbehälter erzeugte Abgas einfach nach außen abgeführt, ohne daß der Wärmeinhalt dieses Abgases als Wärmequelle nutzbar gemacht wird. Zum Fluidisieren des im ersten Entwässerungsbehälter enthaltenden Schlammes wird Warmluft verwendet.
Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist in erster Linie darin zu sehen, daß mit der vorhandenen Wärmeenergie recht unwirtschaftlich umgegangen wird, so daß das bekannte Verfahren in Zeiten mit knapper und folglich teuerer Energie unwirtschaftlich ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Verfahren eine weitergehende Ausnutzung der erzeugte Wärmeenergie zur Schlammentwässerung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare Fortschritt ergibt sich in erster Linie aus der gesteigerten Ausnutzung der erzeugten Wärmeenergie. So wird beim Verfahren nach der Erfindung der überhitzte Wasserdampf dem ersten Entwässerungsbehälter zugeführt, um auf diese Weise den im ersten Entwässerungsbehälter enthaltenen Schlamm sowohl zu fluidisieren als auch zu erwärmen.
Ein Teil des Dampfes, das heißt des dem ersten Entwässerungsbehälter zugeführten, überhitzten Wasserdampfes zuzüglich des während der Schlammtrocknung in diesem Behälter gebildeten Dampfes wird in ein Wärmetauscherrohr eingespeist, welches dem zweiten Entwässerungsbehälter durchsetzt. Im Wärmetauscherrohr kann dieser Dampf unter Abgabe seines Wärmeinhaltes an den Schlamm des zweiten Entwässerungsbehälters kondensiert werden.
Das bei der Erzeugung des überhitzten Wasserdampfes durch Verbrennen eines Brennstoffes in einem Wasserdampferzeuger gebildete Abgas wird einem sich im ersten Entwässerungsbehälter erstreckenden Wärmetauscherrohr zugeführt, so daß auch der Wärmeinhalt dieses Abgases der Brennstoffverbrennung zur Schlammtrocknung nutzbar gemacht wird. Außerdem wird das Abgas nach seinem Hindurchtreten durch den ersten Entwässerungsbehälter in den zweiten Entwässerungsbehälter eingeleitet, so daß der im zweiten Entwässerungsbehälter vorliegende Schlamm durch dieses Abgas fluidisiert und erwärmt wird. Zu bemerken ist, daß die Trocknung des im zweiten Entwässerungsbehälter vorhandenen Schlammes primär durch das aus dem ersten Entwässerungsbehälter kommende und in das untere Ende des zweiten Entwässerungsbehälters eingeleitete, getrocknete Gas hervorgerufen wird, wohingegen mit Hilfe des den zweiten Entwässerungsbehälter durchsetzenden Wärmetauscherrohres eine Erwärmung des im zweiten Entwässerungsbehälter vorhandenen Schlammes, gegebenenfalls unter Nutzbarmachung der latenten Verdampfungswärme des das Wärmetauscherrohr durchströmenden Mediums erzielt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens und
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens.
F i g. 1 zeigt einen Wasserdampferzeuger 1 zur Erzeugung von überhitztem Wasserdampf, welcher gleichzeitig ein Verbrennungsabgas liefert. Ferner zeigt F i g. 1 einen ersten durchströmten Entwässerungsbehälter 2, einen zweiten durchströmten Entwässerungsbehälter 3, Zyklone 4 und 14, die mit den Behältern 2 und 3
verbunden sind, und einen Staubabscheider 5 zur Entfernung von Staub aus dem überhitzten Wasserdampf. Die Entwässerungsbehälter 2 und 3 sind mit Zufuhröffnungen 26 bzw. 36 versehen. Die Entwässerungsbehälter 2 und 3 weisen in ihrem Inneren Wärmetauscherrohre 2dbzw. 3d auf. Brennstoff für den Wasserdampferzeuger 1 wird durch eine Rohrleitung 6 zugeführt und das Verbrennungsabgas, welches bei der Verbrennung des Brennstoffes im Wasserdampferzeuger entsteht, wird durch eine Rohrleitung 7 in das Wärmetauscherrohr 2d des ersten Entwässerungsbehälters 2 eingespeist Das Wärmetauscherrohr 2t/ kann verschieden ausgebildet sein, beispielsweise als Vielzahl paralleler Rohre in vertikaler Richtung. Der Wasserdampferzeuger 1 wird durch eine Rohrleitung 8 mit Wasser beschickt und der dabei entstehende überhitzte Wasserdampf wird durch eine Rohrleitung 9 in einen Bodenabschnitt des ersten Entwässerungsbehälters 2 eingeführt
Der Bodenabschnitt ist mit einer Schicht 2a aus Stahikugeln versehen und mit der Rohrleitung 9 verbunden. Die Stahlkugeischicht 2a hat die Aufgabe, den durch die Rohrleitung 9 zugeführten, überhitzten Wasserdampf im Inneren des ersten Entwässerungsbehälters 2 gleichmäßig zu verteilen, um eine Bewegung (Fluidisierung) des darin enthaltenen Schlammes hervorzurufen.
Der Bodenabschnitt des zweiten Entwässerungsbehälters 3 ist gleichfalls mit einer Schicht 3a aus Stahlkugeln versehen und vermittels einer Rohrleitung 13 an den Auslaß des Wärmetauscherrohres 2c/des ersten Entwässe- is rungsbehälters 2 verbunden. Die Stahlkugelschicht 3a hat die gleiche Aufgabe wie die Stahlkugelschicht 2a des ersten Entwässerungsbehälters 2. Der erste Entwässerungsbehälter 2 und der zweite Entwässerungsbehälter 3 sind an ihren jeweiligen oberen Abschnitten mit Ablauföffnungen 2c bzw. 3c versehen. Die Ablauföffnungen stellen öffnungen dar, aus denen der entwässerte, pulvrige Schlamm zusammen mit überhitztem Wasserdampf abgezogen wird. Die Ablauföffnungen 2c und 3c sind durch die Zyklone 4 bzw. 14 miteinander verbunden. Jeder Zyklon dient dazu, den getrockneten Schlamm von dem überhitzten Wasserdampf zu trennen. Der Zyklon 4 mit einem mit der Auslaßöffnung 2c des ersten Entwässerungsbehälters 2 verbundenen Einlaß ist an seinem Auslaß mit dem Staubabscheider 5 verbunden.
Im Betrieb wird der Brennstoff durch die Rohrleitung 6 in den Wasserdampferzeuger 1 eingeführt und dort verbrannt Das dabei erhaltene Verbrennungsabgas wird durch die Rohrleitung 7 in das Wärmetauscherrohr 2d des ersten Entwässerungsbehälters 2 eingebracht Andererseits wird das durch die Rohrleitung 8 in den Wasserdampferzeuger 1 eingeführte Wasser überhitzt und der dabei erhaltene Wasserdampf wird durch die Rohrleitung in die Stahlkugelschicht 2a des ersten Entwässerungsbehälters 2 eingeführt.
Der durch die Zufuhröffnung 2b in den ersten Entwässerungsbehälter 2 eingeführte Schlamm wird mittels des überhitzten Wasserdampfes und mittels des Verbrennungsabgases erwärmt wobei sich der Schlamm innerhalb des Entwässerungsbehälters 2 frei bewegt Es wurde gebunden, daß bei einer Geschwindigkeit des überhitzten Wasserdampfes unmittelbar nach dem Passieren durch die Schicht 2a von 10 bis 70 cm/s sich das gewünschte Bewegungsmuster des Schlammes innerhalb des Behälters einstellt. Es wurde auch gefunden, daß bei Zugabe eines geeigneten Mediums, wie Sand oder getrockneter und pulverisierter Schlamm, zu dem zu entwässernden Schlamm ein Anhaften des Schlammes auf einer Innenwand des Behälters 2 und/oder einer äußeren Oberfläche des Wärmetauscherrohres 2d verhindert wird, wodurch der Wirkungsgrad der Entwässerung weiter verbessert wird.
Das auf diese Weise erhaltene Material wird kontinuierlich in Form eines Pulvers zusammen mit dem überhitzten Wasserdampf aus der Ablauföffnung 2c abgezogen und in den Zyklon 4 eingeführt, in dem das Pulver von dem Wasserdampf getrennt und aus einer Auslaßöffnung 4a des Zyklons 4, wie oben erwähnt abgezogen wird. Der überhitzte Wasserdampf und ein Wasserdampf, der sich aus dem Wasseranteil des Schlammes in dem Behälter 2 gebildet hat werden gemeinsam durch den Zyklon 4 geführt und in den Staubabscheider 5 eingeleitet. In dem Staubabscheider 5 wird nur der in der überhitzten Wasserdampfmischung enthaltene Staub entfernt, ohne daß die Wärmeenergie der Wasserdampfmischung herabgesetzt wird, beispielsweise durch Zugabe eines gesättigten Wasserdampfes in einer Menge, die dem Mengenanteil des überhitzten Wasserdampfes in dem Wasserdampfgemisch entspricht.
Schließlich wird der Wasserdampfanteil des Wasserdampfgemisches, aus dem der Staub durch den Staubabscheider 5 entfernt wird, der in seiner Menge dem aus dem Schlamm in dem Behälter 2 stammenden Wasser entspricht, durch eine Rohrleitung 11 in das Wärmetauscherrohr 3d des zweiten Behälters 3 eingeführt Der in das Rohr 3d eingeführte Wasserdampf wird darin kondensiert Die latente Verdampfungswärme des kondensierten Wasserdampfes wird auf den Schlamm in dem Behälter 3 übertragen, und dann wird der kondensierte Wasserdampf durch die Rohrleitung 12 abgezogen.
Andererseits wird das durch das Wärmetauscherrohr 2rf des ersten Behälters 2 geführte heiße Gas durch die Rohrleitung 13 in die Bodenschicht 3a des zweiten Entwässerungsbehälters 3 eingeführt und erwärmt den Schlamm in dem Behälter 3. Der restliche Anteil der überhitzten Wasserdampfmischung, die durch den Staubabscheider 5 geführt wird, kann durch eine Rohrleitung 15 in den Wasserdampferzeuger 1 zurückgeführt werden, um seine Wärmeenergie wiederzuverwenden.
Wie vorstehend beschrieben, wird in dem zweiten Behälter 3 der Schlamm durch die latente Verdampfungswärme mittels des Wärmetauscherrohres 3d erhitzt, während er durch das aus dem ersten Behälter 2 stammende heiße Gas getrocknet wird. Zur Erzielung des obengenannten Effektes kann Sand oder dergleichen dem Schlamm im zweiten Behälter 3 zugesetzt werden. Der in dem Behälter 3 getrocknete Schlamm wird aus der Ablauföffnung 3c abgezogen und in den Zyklon 14 eingeführt, aus dessen Auslaßöffnung 14a nur die getrocknete Aufschlämmung abgezogen wird.
Wie weiter oben angegeben, kann das in dem Behälter 2 (3) vorgesehene Wärmetauscherrohr 2d (3d) beispielsweise als Vielzahl von parallelen Rohren ausgebildet sein, die vertikal innerhalb des Tanks angeordnet sind. Dann kann sich der Schlamm in dem Behälter in Form von Schichten bewegen, wodurch eine bessere Wärmeübertragung von den Wärmetauschern auf den Schlamm gewährleistet wird.
Ein Beispiel für die Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform nach der Erfindung wird
nachfolgend näher beschrieben. Der Ausgangsschlamm in dem Behälter enthält 60% Wasser.
Kerosin wurde in einer Menge von 11,7 kg/h in den Wasserdampferzeuger 1 eingeführt und das dabei erhaltene heiße Gas, dessen Temperatur 8000C betrug und dessen Druck 0,5 bar betrug, wurde in einer Menge ) von 272 Nm3/h in das Wärmetauscherrohr 2d des ersten Entwässerungsbehälters 2 eingeführt. Gleichzeitig ':■ wurde Wasser in den Dampferzeuger 1 eingeführt, so daß der auf eine Temperatur von 1410C erhitzte Wasser- '■■;, dampf in einer Menge von 68,4 kg/h unter einem Druck von 2,7 bar in die untere Schicht 2a des Behälters 2 ί eingeführt wurde. Das Pulver aus dem getrockneten Schlamm wurde in einer Menge von 40 kg/h aus der ■■■.. Auslaßöffnung 2c abgezogen.
Die Temperatur und der Druck des durch den Staubabscheider 5 hindurchgeführten, überhitzten Wasser- f
ίο dampfgemisches betrugen 1360C bzw. 2,2 bar, und das Wasserdampfgemisch wurde in einer Menge von ; 128 kg/h in das Wärmetauscherrohr 3ddes zweiten Entwässerungsbehälters 3 eingeführt. Andererseits betrugen ■■' die Temperaturen und der Druck des durch das Wärmetauscherrohr 2c/ des ersten Entwässerungsbehälters 2 ' geführten heißen Gases 3300C bzw. 0,31 bar, und das heiße Gas wurde in den zweiten Entwässerungsbehälter 3 : eingeführt. Aus dem Behälter 3 konnte trockenes Pulver des getrockneten Schlammes, dessen anfänglicher ι Wassergehalt 60% betrug, in einer Menge von 88 kg/h abgezogen werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung betrug der scheinbare thermische Koeffi- : zient, das heißt
(zum Trocknen des Schlammes verwendete Wärmeenergie) ._.
(dem gesamten Entwässerungssystem zugeführte Wärmeenergie)
etwa 103%. Ein solcher Prozentsatz von mehr als 100% ist darauf zurückzuführen, daß die latente Verdampfungswärme des Anteils des Wasserdampfes, der aus dem Schlamm in dem ersten Bebälter 2 entfernten Wasser gebildet wird, in dem zweiten Behälter 3 als Wärmequelle für die Entwässerung des darin enthaltenen Schlammes wiederverwendet wird.
F i g. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform nach der Erfindung, die einen noch besseren Wärmewirkungsgrad ergibt
Wie aus der F i g. 2 ersichtlich, besteht der einzige Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform gemäß F i g. 1 und der zweiten Ausführungsform gemäß F i g. 2 darin, daß letztere einen dritten Entwässerungsbehälter 26 und die damit verbundenen Komponenten umfaßt. Der dritte Entwässerungsbehälter 26 ist im wesentlichen
parallel zu dem ersten Entwässerungsbehälter 2 angeordnet und hat einen ähnlichen Aufbau wie der Behälter 2. I So ist der Wasserdampferzeuger 1 mit einer weiteren Wasserleitungseinrichtung ausgestattet, der durch eine ' Zuführleitung 24 Wasser zugeführt wird und aus der überhitzter Wasserdampf durch eine Rohrleitung 25 einer Bodenschicht 26a zugeführt wird, die mit einer perforierten Platte (Lochplatte) oder Stahlkugeln gebildet wird.
Der Wasserdampf aus dem Staubabscheider 5 wird nicht dem zweiten Behälter 3, sondern einem Wärmetauscherrohr 26d des dritten Behälters 26 zugeführt Der getrockneten und gepulverten Schlamm enthaltende überhitzte Wasserdampf wird aus einer Ablauföffnung 26c des Behälters 26 abgezogen und in einen Zyklon 30 eingeführt. Der gepulverte Schlamm wird durch einen Auslaß 30a des Zyklons 30 abgezogen und der überhitzte Wasserdampf wird durch einen Staubabscheider 5' in das Wärmetauscherrohr 3d des Behälters 3 eingeführt. Die übrigen Komponenten und ihre Funktionen sind die gleichen wie diejenigen der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1.
Bei einem beispielhaften Betrieb der Ausführungsform gemäß F i g. 2 wurde heißes Gas in dem Wasserdampferzeuger 1 erzeugt durch Zuführung von Kerosin in einer Menge von 11,71 kg/h, und das heiße Gas von 8000C wurde unter einem Druck von 1,4 bar dem Wärmetauscherrohr 2c/des Entwässerungsbehälters 2 in einer Menge von 277 NmVh zugeführt Bei einer Temperatur von 156° C, einem Druck von 5,8 bar und einem Durchsatz von 116 kg/h des durch die Schicht 2a in den 60% Wasser enthaltenden Schlamm in den Behälter 2 einzuführenden, überhitzten Wasserdampfes war es möglich, am Auslaß 4a des Zyklons 4 getrocknetes Pulver in einer Menge von 40 kg/h zu erhalten. In diesem Falle wurde der Anteil des durch den Staubabscheider 5 geführten, überhitzten Wasserdampfes in das Wärmetauscherrohr 26c/ des Behälters 26 eingeführt in dessen Schicht 26a der
so überhitzte Wasserdampf aus dem Wasserdampferzeuger 1 durch die Rohrleitung 25 eingeführt wurde, wobei die Temperatur 137° C, der Druck 3,5 bar und die Durchsatzmenge des überhitzten Wasserdampfes 45 kg/h betrugen. Die Temperatur und der Druck des dem Rohr 26d zugeführten Wasserdampfes betrugen 153° C bzw. 5,3 bar. Am Auslaß 30a des Zyklons 30 wurde aus dem ursprünglich 60% Wasser enthaltenden Schlamm in dem : Tank 26 ein Pulver erhalten.
Die Temperatur und der Druck des überhitzten Wasserdampfes des aus dem Staubabscheider 5' abgezogenen und in ein Wärmetauscherrohr 30t/des Behälters 3 eingeführten, überhitzten Wasserdampfes betrugen 132° C bzw. 3 bar. Das Pulver wurde am Auslaß 14a des Zyklons 14 in einer Menge von 180 kg/h erhalten.
In der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform betrug der thermische Wirkungsgrad, wie er üblicherweise zur Bewertung des Entwässerungssystems angewendet wird, etwa 112%.
In der ersten Ausführungsform ist es auch möglich, die Art der Bewegung des Schlammes in jedem Tank durch Zugabe eines beweglichen Agens, wie zum Bespiel Sand, zu dem Schlamm und geeignete Auswahl der Durch- :; satzmenge des überhitzten Wasserdampfes in jedem Behälter innerhalb eines Bereiches von 10 bis 70 cm/s zu verbessern.
Wie vorstehend angegeben, wird erfindungsgemäß der Schlamm sowohl durch überhitzten Wasserdampf als auch durch heißes Gas getrocknet während er sich in den Behältern bewegt, und außerdem wird er durch die latente Verdampfungswärme des Wasserdampfes getrocknet der gebildet wird aus dem Wasser, das während der Entwässerung mit dem überhitzten Wasserdampf und dem heißen Gas aus dem Schlamm gewonnen wird. Daher kann der scheinbare thermische Wirkungsgrad mehr als 100% betragen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Entwässern von Schlamm, wie Abfallschlamm, durch Erhitzen in mindestens zwei Tanks, durch die sich jeweils Wärmetauscherrohre erstrecken, bei dem durch Verbrennen von Brennstoff überhitzter Wasserdampf erzeugt und dessen sowie die im Abgas der Verbrennung enthaltene Wärme dem den ersten Tank durchlaufenden Schlamm mindestens mit dem sich durch den ersten Tank erstreckenden Wärmetauscherrohr zugeführt wird, und bei dem aus dem ersten Tank austretender Dampf in dem Wärmetauscherrohr durch den Schlamm im zweiten Tank geleitet wird, der als Entwässerungsbehälter ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten ebenfalls als Entwässerungsbehälter ausgebildeten
ίο Tank der überhitzte Dampf durch das untere Tankende und das Verbrennungsabgas in das Wärmetauscherrohr eingeleitet wird, und daß das Verbrennungsgas nach Hindurchtreten durch den ersten Tank durch das untere Tankende in den zweiten Tank eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schlamm im ersten und/oder zweiten Entwässerungsbehälter bewegliche Feststoffteilchen als Fluidisierungsmittel zugesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Schlammtrocknung im ersten Entwässerungsbehälter gebildete Wasserdampf nicht dem zweiten Entwässerungsbehälter, sondern einem dritten Entwässerungsbehälter zugeführt wird, der wie der erste Entwässerungsbehälter mit überhitztem Wasserdampf von einem Wasserdampferzeuger zum Trocknen und Fluidisieren seines Schlamminhaltes beschickt wird, und daß der bei der Schlammtrocknung im dritten Entwässerungsbehälter gebildete Wasserdampf dem zweiten Behälter zugeführt und dort kondensiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Schlammentwässerung im ersten Entwässerungsbehälter gebildete Wasserdampf im zweiten Entwässerungsbehälter kondensiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm in den Entwässerungsbehältern in vertikaler Richtung bewegt wird.
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