DE3233407A1

DE3233407A1 - Waermetauscher zur waermerueckgewinnung aus schlaemmen o. dgl. fluessigkeiten, insbes. zur waermeuebertragung von faulschlamm auf rohschlamm

Info

Publication number: DE3233407A1
Application number: DE19823233407
Authority: DE
Inventors: Johannes Ing.(grad.) 4630 Bochum Fieback; Friedbut Ing.(grad.) 4300 Essen Grabbe; Erwin Dipl.-Ing. 4320 Hattingen Klauwer; Helmut Dr.-Ing. 4390 Gladbeck Sixt
Original assignee: Oswald Schulze GmbH and Co KG
Current assignee: Oswald Schulze GmbH and Co KG
Priority date: 1982-09-09
Filing date: 1982-09-09
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE3233407C2

Description

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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen o. dgl. Flüssigkeiten, insbes. zur Wärmeübertragung von Faulschlamm auf Rohschlamm, mit zumindest einem schlammdurchflossenen Rohr.

Bei Kläranlagen ist es bekannt, das Faulgas einerseits zur Erzeugung von elektrischer und/oder mechanischer Energie heranzuziehen, andererseits die dabei abfallende Wärme für die Beheizung des Faulbehälters und sonstiger Betriebseinrichtungen zu verwenden. Allerdings kann die Primärenergie nur zum Teil als Wärme genutzt werden, die häufig zur vollständigen Beheizung des Faulbehälters und der Betriebseinrichtungen nicht ausreicht. Um dieses Defizit unter Berücksichtigung der in den letzten Jahren erheblich gestiegenen Energiekosten im Wege einer Kraftwärmekopplung unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ausgleichen zu können, wird nicht nur der Einsatz von Wärmepumpen zur Nutzung der Wärme im Abwasser diskutiert, sondern auch die Nutzung der Wärme des Faulschlammes. Die Wärmerückgewinnung aus Faulschlamm wird fast ausschl. dann durchgeführt, wenn der Faulschlamm entweder zur Konditionierung oder zur Hygienisierung auf höhere Temperaturen (200 ⁰C bis 70 ⁰C) aufgeheizt und für weitere biologische Prozesse oder sonstige Behandlungen abgekühlt werden muß. Die Wärmerückgewinnung erfolgt regelmäßig mittels zwei Doppelrohr-Wärmeübertragern aus zwei konzentrischen Rohren, durch welche unter Zwischenschaltung eines Wärmeträgerfluid-Kreislaufes der behandelte Faulschlamm gekühlt und der frische Rohschlamm aufgeheizt wird. Ein derartiger Wärmeträgerfluid-Kreislauf verlangt nicht nur die Installation einer Umwälzpumpe sowie von Absperr- und Steuerorganen, sondern bedingt auch erhebliche Wärmeverluste. Darüber hinaus muß die treibende Temperaturdifferenz zwischen Faulschlamm und Rohschlamm auf zwei Wärmeübertragereinheiten aufgeteilt werden. Die

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Folge let eine erhebliche Vergrößerung der gesamten benötigten Wärmeübertragungsfläche und damit der Anlagekosten. - Besonders ungünstig wirkt sich die Aufteilung der treibenden Temperaturdifferenz auf solche Fälle aus, bei denen nur kleine Aufheizbzw. Abkühltemperaturdifferenzen erzielt werden können, wie z. B. bei der Rückgewinnung von Wärmeenergie aus Faulschlamm mit 30 ⁰C bis 37 ⁰C. Hierbei wird der wirtschaftlich übertragbare Anteil der zur Verfügung stehenden Energie reduziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen o. dgl. Flüssigkeiten, insbes. Wärmeübertragung von Faulschlamm auf Rohschlamm, der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der selbst bei' niedrigen Faulschlammtemperaturen eine wirtschaftliche Wärmerückgewinnung unter Berücksichtigung verhältnismäßig geringer Anlagekosten gewährleistet.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher dadurch, daß das Rohr in zumindest vier Kammern unterteilt ist und die innenliegenden Kammerwände Wärmeübertragungsflächen bilden und die unterschiedlichen Medien Rohschlamm/Faulschlamm jeweils zwei benachbarte Kammern im Gegenstrom durchfließen. Anders ausgedrückt werden die jeweils diagonal gegenüberliegenden Kammern von gleichen Medien (Rohschlamm/Faulschlamm) durchflossen, so daß an den Wärmeübertragungsflächen das Gegenstromprinzip eingehalten wird. - Nach Lehre der Erfindung sind die für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Flächen - d. h. die von einerseits dem Faulschlairm und andererseits dem Rohschlamm gleichzeitig benetzten Flächen - derart groß, daß hinreichender Wärmeübergang selbst bei niedrigen Temperaturen bzw. geringen Temperaturdifferenzen gewährleistet ist, obwohl der spezifische Wärmeübergang mit abnehmender Strörnungsturbulenz, die ihrerseits proportional zur Fließgeschwindigkeit ist, infolge der zur Ver-

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meidung von Verstopfungen hinreichend großen Kammerquerschnitte zurückgeht. Im übrigen macht sich die Erfindung die Erkenntnis zunutze, daß Thixotropieeffekte auftreten, die umso ausgeprägter sind, je höher der Feststoffgehalt des Schlammes ist. Diese Thixotropieeffekte haben zur Folge, daß die Fließfähigkeit des Schlammes während eines Strömungsvorganges durch dauernde Scherbeanspruchung (Reibung) ständig zunimmt. Die Wärmeübertragung wird da lurch günstig beeinflußt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So sieht die Erfindung nach einer Ausführungsform vor, daß das Rohr als ein durch gekreuzte Wärmeübertragungsflächen bzw. Kammerwände symmetrisch gevierteltes Rundrohr ausgebildet ist. Nach einer anderen Ausführungsform mit ebenfalls selbständiger Bedeutung ist das Rohr als ein durch die Wärmeübertragungsflächen symmetrisch in vier Kammern unterteiltes Kastenrohr aus kammernbildenden Kastenprofilen und/oder U-Profilen und/oder L-Profilen und/oder Flachprofilen ausgebildet. Bei beiden Ausführungsformen kann es sich um längsentwickelte Wärmetauscher handeln, die beispielsweise zwischen Eindicker und Faulbehälter eingesetzt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß das kreisförmige oder kastenförmige Rohr unter Bildung von hin- und rückführenden Rohrsträngen verlegt ist und die Rohrstränge in ihren Umkehrbereichen - also bis auf Einlauf und Auslauf - über Rückbögen miteinander verbunden sind.

Nach einer Ausführungsform mit selbständiger Bedeutung ist vorgesehen, daß eine Mehrzahl von hin- und rückführenden dicht bei dicht verlegten Rohrsträngen mit kastenförmigem Rohrquerschnitt, Rückbögen und Übergangsstücken für den Übergang von kastenförmigem Rohrquerschnitt auf kreisförmigem Rohrquerschnitt zu einer kompakten Baueinheit zusammengefaßt sind. Wird dieser Wärmetauscher als Baueinheit gesehen, so ist das Gegenstromprinzip erhalten. Werden jedoch einzelne Wärmeübertragungsflächen an-

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grenzender Kastenrohre betrachtet, so ergeben sich in einigen Fällen Gleichstromverhältnisse. Vorzugsweise sind zwei oder mehr Baueinheiten dicht bei dicht unter Zwischenschaltung von Isolierschichten zusammengefaßt, um wohldefinierte Wärmeübertragungsverhältnisse auf engstem Raum zu erhalten. Die Rohre und zumindest die Wärmeübergangsflächen können aus Metall und/oder wärmefestem Kunststoff bestehen, also auch aus beiden Materialien aufgebaut sein.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen o. dgl. Flüssigkeiten, insbes. zur Wärmeübertragung von behandeltem Faulschlamm auf frischen Rohschlarom verwirklicht wird, der besonders wirtschaftlich und ohne apparativen bzw. anlagentechnischen Aufwand arbeitet. Das gilt selbst für solche Fälle, bei denen nur kleine Aufheiz- und Abkühltemperaturdifferenzen erzielt werden können, wie z. B. bei der Rückgewinnung von Wärmeenergie aus Faulschlamm von 30 ⁰C bis 37 ⁰C, weil eine direkte Schlamm/Schlamm-Wärmeübertragung unter Zwischenschal-, tung von verhältnismäßig großen Wärmeübertragungsflächen verwirklicht wird. Tatsächlich wird nach Lehre der Erfindung ein völlig neuartiger Wärmetauschertyp vorgeschlagen, der sowohl bei Gegenstrom- als auch Gleichstromverhältnissen einwandfrei arbeitet, und zwar unter Berücksichtigung hinreichend großer Strömungsquerschnitte zur Vermeidung von Ablagerungen und schließlich Verstopfungsgefahr. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher läßt sich darüber hinaus ebenso in Kompaktbauweise verwirklichen, wie in längs ausgedehnten Anlagen einbauen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

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Fig. 1 einen als gevierteltes Rundrohr ausgebildeten Wärmetauscher in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 einen aus Kastenrohren aufgebauten Wärmetauscher in Kompaktbauweise, in Seitenansicht,

Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 2 in Frontansicht, Fig. 4 den Gegenstand nach Fig. <2 in Rückansicht,

Fig. 5 einen Schnitt A,B durch den Gegenstand nach Fig. 2 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 6 einen Ausschnitt Z, X aus dem Gegenstand nach Fig. 2, Fig. 7 den Gegenstand nach Fig. 6 in Ansicht C und Fig. 8 den Gegenstand nach Fig. 6 in Ansicht D.

In den Figuren ist ein Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus aufgeheiztem Faulschlamm, insbes. zur Wärmeübertragung von Faulschlamm auf Rohschlamm in Kläranlagen dargestellt, mit zumindest einem schlammdurchflossenen Rohr 1. Das Rohr 1 ist in zumindest vier Kammern 2, 3, 4, 5 unterteilt. Die innenliegenden Kammerwände bilden Wärmeübertragungsflächen 6. Die unterschiedlichen Medien Rohschlamm/Faulschlamm durchfließen jeweils zwei benachbarte Kammern 2,3 bzw. 4,5 im Gegenstrom, d. h. die sich diagonal gegenüberliegenden Kammern 2,5 bzw. 3,4 werden jeweils dem gleichen Medium - einerseits Rohschlamm, andererseits Faulschlamm - parallel durchflossen.

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Nach einer Ausführungsform ist das Rohr 1 als ein durch gekreuzte Wärmeübertragungsflächen 6 bzw. Kammerwände symmetrisch gevierteltes Rundrohr ausgebildet. - Nach einer anderen Ausführungsform ist das Rohr 1 als ein durch die Wärmeübertragungsflächen 6 symmetrisch in vier Kammern 2 bis 5 unterteiltes Kastenrohr aus kammernbildenden Kastenprofilen und/oder U-Profilen und/oder L-Profilen und/oder Flachprofilen ausgebildet. Es besteht die Möglichkeit, das Rohr 1 mit kreisförmigem oder kastenförmigem Querschnitt unter Bildung von hin- und rückfüh- , renden Rohrsträngen zu verlegen und die Rohrstränge in ihren Umkehrbereichen - bis auf das Einlaufende und Auslaufende über Rückbögen 7 miteinander zu verbinden. Im Falle eines kastenförmigen Rohrquerschnittes verwendet man Übergangsstücke 8 für den Übergang des kastenförmigen Querschnitts auf den kreisförmigen Querschnitt der Rückbögen. Die Rückbögen 7 und Übergangsstücke 8 sind demontierbar. .

Das gilt auch für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wonach eine Mehrzahl von hin- und rückführenden dicht bei dicht verlegten Rohrsträngen 9 mit kastenförmigem Rohrquerschnitt, Rückbögen 7 und Übergangsstücken für eben den Übergang vom kastenförmigen Rohrquerschnitt auf kreisförmigen Rohrquer- ■, schnitt zu einer kompakten Baueinheit zusammengefaßt sind. Dabei können auch zwei oder mehr Baueinheiten dicht bei dicht unter Zwischenschaltung von Isolierschichten 10 zusammengefaßt sein. - Die Rohre 1 und zumindest die Wärmeübergangsflächen 6 bestehen aus Metall und/oder wärmefestem Kunststoff.

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Leerseite

Claims

Patent- und Hilfsgebrauchsmusteranmeldung Oswald Schulze GmbH & Co. KG Krusenkamp 22 4390 Gladbeck Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen o. dgl. Flüssigkeiten, insbes. zur Wärmeübertragung von Faulschlamm auf Rohschlamm Patentansprüche:

1.1 Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen o. dgl. Flüssigkeiten zur Wärmeübertragung von Faulschlamm auf Rohschlamm, mit zumindest einem schlammdurchflossenen Rohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) in zumindest vier Kammern (2, 3, 4, 5) unterteilt ist und die innenliegenden Kammerwände Wärmeübertragungsflächen (6) bilden, und daß die unterschiedlichen Medien Rohschlamm/Faulschlamm jeweils zwei benachbarte Kammern (2, 5 bzw. 3, 4) im Gegenstrom durchfließen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) als ein durch gekreuzte Wärmeübertragungsflächen (6) symmetrisch gevierteltes Rundrohr ausgebildet ist.

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3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Rohr (1) als ein durch die Wärmeübertragungsflächen (6) symmetrisch in vier Kammern (2 bis 5) unterteiltes Kastenrohr aus kammernbildenden Kastenprofilen, U-Profilen, L-Profilen und/oder Flachprofilen ausgebildet ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) unter Bildung von hin- und rückführenden Rohrsträngen verlegt ist und die Rohrstränge in ihren Umkehrbereichen über Rückbögen (7) miteinander verbunden ■ sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von hin- und rückführenden dicht bei dicht verlegten Rohrsträngen (9) mit kastenförmigem Rohrquerschnitt, Rückbögen (7) und Übergangsstücken (8) für den Übergang vom kastenförmigen Rohrquerschnitt auf kreisförmigen Rohrquerschnitt zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Baueinheiten dicht bei dicht unter Zwischenschaltung von Isolierschichten (10) zusammengefaßt sind. _l

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre (1) und zumindest die Wärmeübergangsflächen (6) aus Metall und/oder wärmefestem Kunststoff bestehen.