DE3238163A1

DE3238163A1 - System zur rohstoffrueckgewinnung aus schlamm

Info

Publication number: DE3238163A1
Application number: DE19823238163
Authority: DE
Inventors: Yasuo Yokohama Kanagawa Hirose
Original assignee: Nippon Furnace Co Ltd
Current assignee: Nippon Furnace Co Ltd
Priority date: 1981-12-21
Filing date: 1982-10-14
Publication date: 1983-07-14
Also published as: US4585463A; FR2518525A1; US4583470A; FR2518525B1; US4507127A

Description

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PATENT- UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-INQ. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-INQ. W. LEHN

DIPL₁-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GDRG

DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NtTTE

37 635

Nippon Furnace Kogyo Kaisha Ltd, Tokyo / Japan ,

System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm

Zur Verbrennung von organischem Schlamm war es bisher erforderlich, zusätzlichen Brennstoff zuzuführen. Aufgrund sehr umfangreicher Untersuchungen wurde zur Schlammverbrennung ein Verfahren entwickelt, bei dem eine geringere Menge zusätzlicher Brennstoff zur Schlammverbrennung erforderlich ist, indem die im Schlamm enthaltene Wärmeenergie wirksam verwendet wird, sogar dann, wenn es sich um • einen Schlamm mit sehr niedrigem Energiegehalt und/oder Schlamm mit einem hohen Wassergehalt handelt (siehe japanische Patentanmeldung Nr= Sho-55-169165)„ In Fig. 1 ist dieses Schlammverbrennungsverfahren im Fließbild dargestellt.

In dem Verfahren gemäß Fig. 1 wird der Wassergehalt des im Vorratsbehälter 1 enthaltenen Schlamms mittels einem mechanischen Entwässerungsverfahren auf 90 bis 70 % vermindert. Am Boden des Vorratsbehälters 1 ist eine angetriebene Zuführeinrichtung 2, zum Beispiel ein Schneckenförderer,

vorgesehen, um den Schlamm in eine Heizung 3 einzubringen, in der der Schlamm erwärmt wird. Der fluidisierte Schlamm wird dann in einen ein Sandfließbett enthaltenden Trockenofen 4 eingebracht. Die in dem Trockenofen 4 erhaltenen getrockneten Produkte werden mittels des Gebläses 11 abgesaugt und dann in eine Trenneinrichtung 5 eingebracht, und dort in Festschlamm und aus dem Schlamm abgezogenes Trockengas getrennt. Der abgetrennte Festschlamm wird dann mittels einer eine konstante Menge zuführenden Zuführeinrichtung, wie zum Beispiel ein Schneckenförderer 6, in die Verbrennungsofen eingebracht. Die Verbrennungsofen in Fig. 1 umfassen ein zweistufiges Verbrennungssystem, bestehend aus einem Verbrennungsofen 7 für eine unvollständige Verbrennung und einem Verbrennungsofen 7' für eine vollständige Verbrennung. Mit einer derartigen Anordnung kann die erzeugte NO -Menge in hohem Maße verringert werden.

Die Verbrennungsluft für diese öfen wird, nachdem sie im Luftvorwärmer 14 am Umfang des Ofens für die vollständige Verbrennung vorgewärmt wurde, dem Ofen 7 für die unvollständige Verbrennung und dem Ofen 7' für die vollständige Verbrennung je nach Notwendigkeit zugeführt. Das in dem Ofen 7' für die vollständige Verbrennung erzeugte Gas wird mittels eines Auslaßgebläses 10 abgesaugt, durch den Wärme-

25' tauscher 8 und den Filter 9 geführt und dann aus dem System ausgegeben. ·

Das mittels der. Trenneinrichtung 5 abgetrennte Gas wird mittels des Gebläses 11 auf einen Druck von 1000 bis 3000 mm WS verdichtet und auf eine Temperatur von 200 bis 400⁰C erwärmt und dann durch die Kreislaufleitung 12 geschickt. Ein benötigter Teil dieses Gases wird in den Trockenofen 4 mit dem Sandfließbett zum Trocknen geschickt, und der Rest wird der Heizung 3 zum Heizen zugeführt.

Das in der gleichen Heizung 3 erwärmte Gas wird in die Abzugstrenneinrichtung 15 geführt, und nachdem der eingeschlossene Abzug aus dem System geleitet wurde, durch die Zuführleitung 16 für gasförmigen Brennstoff geleitet, und beispielsweise in den Ofen 7 als gasförmiger Brennstoff geleitet.

Wenn bei dieser Verfahi-ensweise das hauptsächlich Dampf enthaltende Heizgas in dem Schlammverbrennungssystem nach Fig. 1 erwärmt wird, wird das erwärmte Gas in den Verbrennungsofen 7 geleitet, nachdem der Abzug mittels der Abzugstrenneinrichtung 15 aus dem System ausgebracht wurde. Auf diese Weise kann daher der Schlamm mit einer relativ geringen zugeführten Brennstoffmenge ohne Probleme verbrannt werden, ohne daß gefährliche Gase ausgegeben werden.

Als Beispiel soll Klärschlamm verbrannt werden. Wenn der Klärschlamm in dem Trockenofen getrocknet ist und mittels der Trenneinrichtung abgetrennt ist, hat der erhaltene Festklärschlamm eine Wärmeenergie von 2000 bis 5000 kcal/kg und ergibt etwa 50 % Asche. Der verbleibende größere Teil, etwa 45 %, besteht aus flüchtigen Bestandteilen, und die restlichen 5 % sind fester Kohlenstoff. Die flüchtigen Bestandteile können als gasförmiger Brennstoff'verwendet werden, indem man ungefähr die gesamte Menge bei atmosphärischer Temperatur von 700 bis 450-⁰C vergast, wobei die Zeit um so kürzer ist, um so höher die Temperatur ist„

Weiter kann die von dem Trockenofen 4 und später von dem Verbrennungsofen 7 beseitigte Schlammenge vermindert werden, wenn eine Konzentrationsanlage, die den Schlamm aufheizt und gleichzeitig das in dem.Schlamm enthaltene Wasser verdampft und den Dampf aus dem System ausbringt, statt der Heizung 3 vorgesehen ist, die lediglich den Schlamm erwärmt. Der Schlamm kann problemlos verbrannt werden, sogar wenn

der Trockenofen 4 und der Verbrennungsofen in einer Einheit ausgebildet sind.

Die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Konzentrationsanlage ist für die Schlammverbrennung geeignet und in der japanischen Patentanmeldung Nr. Sho 56-44743 beschrieben.

In Fig. 3 wird der Schlamm mittels einer angetriebenen Zufülleinrichtung 2 am Boden des den Schlamm enthaltenden Vorratsbehälters 1 zuerst einer Heizkammer 17 zugeführt/ der zum Heizen Gas zugeführt wird, wobei der Schlamm in der Heizkammer 17 komprimiert und erwärmt wird, und dann in eine Verdampfungskammer 18 unter niedrigem Druck eingespritzt wird. Das in der Verdampfungskammer 18 verdampfte Gas wird dann durch die mit einem Kondensator 19 versehene Saugleitung abgesaugt, wobei das in dem Gas enthaltende Wasser mittels des Kondensators 19 aus dem System herausgeführt wird. Ein Teil des vom Boden der Verdampfungskammer 18 abgezogenen Schlamms wird dem Trockenofen 4 mit dem Sandfließbett im nächsten Verfahrensschritt zugeführt. Jedoch wird überwiegend die gesamte Menge erneut der Heizkammer 17 zugeführt und während des Kreislaufs behandelt.

Das in die Heizkammer 17 zugeführte Heizgas wird nach der Verwendung zum Heizen aus der Heizkammer 17 ausgebracht und ein wenig abgekühlt und dann dem Verbrennungsofen- 7 durch die Zuführleitung 16 als gasförmiger Brennstoff zugeführt, nachdem mittels der Abzugstrenneinrichtung 15 der Abzug aus dem System entfernt wurde. 30

In Fig. 4 sind die zwei Sätze von Heizkammer 17 und Verdampfungskammer 18 in Reihe geschaltet, wodurch durch das Vorsehen von derartigen zwei Sätzen die Schlammkonzentration wirkungsvoller durchgeführt werden kann und der Schlamm mit einem geringeren Wassergehalt dem Trockenofen 4 mit

dem Sandfließbett im nächsten Verfahrensschritt zugeführt werden kann.

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm. In dem in Fig. 1 dargestellten Schlammverbrennungssystem kann der Schlamm nur dann ausreichend mit seiner eigenen Energie verbrannt werden, wenn die Heizenergie gut genutzt wird? wobei ein Hilfsbrennstoff nur zur Einleitung der Verbrennung benötigt wird* Wenn je-'° doch die Heizenergie noch besser verwendet wird, kann man Bodenverbesserungsmittel für die Landwirtschaft erhalten* wobei man gasförmigen Brennstoff rückgewinnt oder feste Asche als Betonzuschlagsstoff erhält. Es wurde herausgestellt, daß derartige Rohstoffe wirksam in dem anfänglichen Verfahren mittels der Schlammkönzentrationsbehandlung rückgewonnen werden können, wobei der Wassergehalt des. Schlamms mittels übermäßiger Wärmebehandlung vermindert wurde.

Ausführungsbeispiele des Standes der Technik bzw. der Erfindung sind in der Zeichnung dargestel! folgenden näher beschrieben. Es zeigen;

findung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im

Fig. 1 ein Fließbild des Schlammverbrennungssystems

nach dem Stand der Technik? 25

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Zusammensetzungen des festen getrockneten Klärschlamms und der Verflüchtigungsgeschwindigkeit der flüchtigen Bestandteile bei den entsprechenden Temperaturen?

Fig. 3 eine Schlammkonzentrationsanlage nach dem Stand

und 4 , _m , .,
der Technik;

Fig. 5 ein System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm gemäß der Erfindung;

Fig. 6 vertikale bzw. horizontale Schnittansichten

einer Ausführungsform der Vergasungseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 8 eine vertikale Schnittansicht einer Ausführungsform eines Aschebehälters gemäß der Erfindung;

Fig. 9 ein Diagramm zur Darstellung der Entwässerungwirkung der Konzentrationseinrichtung, die in der Erfindung verwendet wird;

Fig. 10 eine Seitenansicht der Konzentrationseinrichtung mit einer Heiz- und einer Entwässerungseinheit, die in dem System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm gemäß der Erfindung verwendet wird;

Fig. 11 eine Schnittansicht längs der Linie XI-XI von Fig. 10;

Fig. 12 eine Schnittansicht der Konzentrationseinrichtung mit drei Heiz- und Entwässerungseinheiten gemäß der Erfindung;

Fig. 13 Schnittansichten zur Darstellung der Zuführeinrichtung, um Schlamm in die Versorgungsleitung intermittierend unter hohem Druck an der in Kombination mit der angetriebenen Zuführeinrichtung verwendeten Konzentrationseinrichtung hineinzudrücken, wobei in den Figuren die Bedingungen dargestellt sind, unter denen der Schlamm aus

dem Vorratsbehälter abgesaugt und in Richtung der Versorgungsleitung gedrückt wird;

Fig. 15 Diagramme zur Darstellung der zeitabhängigen Druckänderung in der Versorgungsleitung an den Stellen vor und hinter den Heiz- und Entwässerungseinrichtungen, die mit den entsprechenden Versorgungsleitungen der Konzentrationseinrichtung verbunden sind, wenn die Konzentrationseinrichtung mit der Zuführeinrichtung verbunden ist, die den Schlamm in Richtung der Versorgungsleitungen intermittierend mit hohem Druck drückt, als Beispiel;

Fig. 17 eine seitliche Schnittansicht der Heiz- und Entwässerungseinrichtung zur Verwendung mit der Konzentrationseinrichtung im Kombination mit der Zurühreinrichtung zur intermittierenden Zuführung

des Schlamms in die Zuführleitung unter hohem Druck;

Fig. 18 Schnittansichten längs der Linien XVIII-XVIII ^{Und 19} und XIX-XIX in Fig. 17; und

Fig. 20 die Konzentrationseinrichtung mit drei in Reihe geschalteten Heiz- und Entwässerungseinheiten, wie sie in den Figuren 17, 18 und 19 als Beispiel dargestellt sind. Diese Konzentrationseinrich

tung weist ebenfalls die in bezug auf Fig. 9 erwähnten Entwässerungs- und Wärmerückgewinnungseffekte auf.

In Fig. 5 ist eine angetriebene Zuführeinrichtung 2 am Boden des Schlamm enthaltenden Vorratsbehälters 1 so befestigt/ daß der Schlamm in die Konzentrationseinrichtung eingebracht, erwärmt, entwässert und konzentriert wird, und dann dem Trockenofen 4 mit dem Sandfließbett zugeführt wird.

Die in dem Trockenofen 4 erhaltenen getrockneten Produkte

12 - "

werden dann mittels des Gebläses 11 einer Trenneinrichtung, zum Beispiel einem Zyklon 5, zugeführt und in Festschlamm und aus dem Schlamm abgezogenes getrocknetes Gas mittels des Zyklons getrennt. Die abgetrennte feste Materie wird einer geeigneten Verwendung mittels einer einer konstante feste Materie zuführenden Einrichtung, zum Beispiel einem Schneckenförderer 6, zugeführt. In Fig. 5 sieht man weiter eine Vergasungseinrichtung 21, einen Aschebehälter 22 und einen Aufnahmebehälter für die feste Materie, die als Bodenverbesserer in der Landwirtschaft verwendet wird.

Die Vergasungseinrichtung 21 ist so ausgebildet, daß die einer rings um die Verbrennungskammer angeordneten Destillations- oder Verkohlungskammer zugeführte feste Materie mit der Verbrennungswärme der Verbrennungskammer in der Mitte destilliert oder verkohlt wird, wobei das Gas zur Unterstützung der Destillation oder Verkohlung vom Boden und gasförmiger Brennstoff von der Leitung 24 zum Ausbringen des gasförmigen Brennstoffs rückgewonnen wird.

Die am Boden der Destillationskammer abgezogene Asche wird in den Aschenbehälter 22 mittels des Ascheförderers 25 zugeführt.

.25 Der Aschebehälter 22 ist so .ausgebildet, daß er die von der Vergasungskammer in der Zyklonverbrennungskaitimer erhaltene feste Materie und Asche aufnimmt und die feste Asche mittels eines Verfestigungsverfahrens der Asche mit Wasser aus einem Wassertank am Boden der Verbrennungskammer rückgewinnt.

Das Abgas der Vergasungseinrichtung und das Abgas der zweiten Stufe der Verbrennungskammer wird dem Wärmetauscher 8 durch die Abgasleitung 28 zugeführt und mittels des Abgas-35. ventilators 10 durch den Filter nach dem Abkühlen des Ab-

gases aus der Anlage geleitet. Das von der Trenneinrichtung hauptsächlich Dampf enthaltende Gas wird mittels des Gebläses 11 verdichtet, mittels des Wärmetauschers 8 erwärmt, und dann durch die Kreislaufleitung 12 geführt. Ein Teil davon, nämlich die zum Trocknen des in .den Trockenofen 4 ein-' geführten Schlamms erforderliche Menge, wird erneut dem · Trockenofen 4 zugeführt, und das Restgas wird der Konzentrationseinrichtung 20 als Entwäss.erungsgas zugeführt. Das mittels der Konzentrationseinrichtung erwärmte und entwässerte Gas und das aus dem Schlamm mittels der Konzentrations-" einrichtung verflüchtigte Gas werden durch die Zuführleitung 16 für gasförmigen Brennstoff geschickt und als gasförmiger. Brennstoff rückgewonnen _s nachdem ihr Abzug aus dem System geleitet würde. Dieser gasförmige Brennstoff wird beispielsweise dem Gasbrenner der Vergasungseinrichtung 21 zugeführt.

In den Figuren 6 und 7 ist der Gasbrenner 31 am unteren Ende der mittleren Achse der hohen zylindrischen Verbrennungskammer 32 befestigt, die um den Gasbrenner angeordnet ist. Um die Verbrennungskammer 32 ist die Destillationskammer 33 so angeordnet, daß sie den Umfang der Verbrennungskammer umgibt.

Die Umfangswand der Verbrennungskammer ist so ausgebildet, daß die Wand mit einer· geringen Geschwindigkeit von 0,5 bis 2üpiti mittels der Dreheinrichtung 35 gedreht werden kann. An der Umfangswand sind Rührflügel 36, 36' so angebracht, daß sie sich in die Destillationskammer 33 erstrecken. An der Oberseite der Destillationskammer 33 ist eine Zuführeinrichtung 4 0 für getrockneten festen Schlamm befestigt. Weiter ist an der Oberseite der Destillationskammer 33 ein Brennstoffauslaßrohr 24 befestigt. An der unteren Umfangswand der Destiljationskammer 33 ist eine Gaszuführleitung 41 -/,ur Unterstützung der Verflüchtigung be-

festigt. Weiter ist am Boden der Destillationskammer 33 ein Ascheauslaßrohr 42 befestigt. Weiter sind an der Umfangswand der Verbrennungskammer mehrere sich nach innen erstreckende Rippen 37/ 37· befestigt und die Oberseite der Verbrennungskammer ist mit einer Wärmeisolierung versehen. An der Oberseite der Verbrennungskammer sind weiter eine Abgasleitung 39 und an der Oberseite der Destillationskammer eine Abgasleitung 24 vorgesehen. Das Abgas wird durch den Wärmetauscher 8, den Filter 9 und das Abgasgebläse 10/ wie in Fig. 5 gezeigt, aus der Anlage geführt.

Die mittels der Trennung in der Trenneinrichtung 5 erhaltene feste Materie ist im allgemeinen bis auf einen Wassergehalt von 5 % oder weniger getrocknet, wobei die Pulverpartikel einen Durchmesser von etwa 0,2 mm aufweisen. Wenn das Pulver in der Destillationskammer bei einer Temperatur von 500 bis 7 00⁰C gerührt wird, während das Gas zur Unterstützung der Verflüchtigung zugeführt wird, werden überwiegend alle flüchtigen Bestandteile in dem Pulver innerhalb von 90 Sekunden verflüchtigt, wobei dieses verflüchtigte durch die Auslaßleitung 24 für gasförmigen Brennstoff rückgewonnen wird. Etwa die Hälfte des Pulvers besteht aus Asche. Die nach der Verflüchtigung zurückbleibende Asche wird durch die Ascheauslaßleitung 42 ausgetragen und der Ascheaufnahme 22 mittels des Schneckenförderers 25 zugeführt.

In Fig. 8 weist die Zyklonverbrennungskammer 51, in der die erste Stufe der zweistufigen Verbrennung durchgeführt wird, eine zylindrische innere Umfangswand auf, längs der tangential vorgewärmte Primärluft durch eine Primärluftzuführleitung 54 zugeführt wird.

Die Zuführleitung 52 für getrockneten Festschlamm und das Ascheausgabeende der Aschefördereinrichtung 25 für die Ver-

gasungseinrichtung sind an der Oberseite der Zyklonverbrennungskammer befestigt. Die Primärluftmenge, die so geregelt wird, daß sie etwa das O,8-Fache der theoretischen Luftmenge beträgt, die eine Verbrennung der diesem Aschebehälter zugeführten Feststoffmenge erlaubt, kann in dem Schlamm enthaltendes Chrom gefahrlos beseitigen, da die hohle Flamme in der Zyklonverbrennungskammer umgelenkt wird und eine Temperatur von mehr als 1200⁰C in der Nähe der inneren Umfangswand erreicht.

Am Boden der Zyklonverbrennungskammer ist ein etwas eingeschnürter Abschnitt 55 vorgesehen. Unterhalb des eingeschnürten Abschnitts 55 ist ein Wassertank 56 angeordnet, dessen Wasseroberfläche etwas größer als die Querschnittsfläche des eingeschnürten Abschnitts ist. Eine Auslaßleitung 59 mit einem Ventil 58 ist am Boden des Wassertanks 56 vorgesehen, um zu irgendeiner Zeit feste Asche auszubringen. Der Flammenweg 60 ist an der Seitenwand des eingeschnürten Abschnitts 55 befestigt. Die zweite Stufe der Verbrennungskammer 61 ist am gegenüberliegenden Ende des Flammenwegs 60 angeordnet.

Die Verbrennungsluft wird durch den Luftvorwärmer 64 mittels des Gebläses 63 geführt. Die vorgewärmte Luft wird in eine Primär- und eine Sekundärluft aufgeteilt. Die Sekundärluft, etwas das 3-Fache der theoretischen Luftmenge, wird der zweiten Stufe der Verbrennungskammer durch die Zuführleitung 62 zugeführt. Weiter ist eine Abgasleitung 28 an der zweiten Verbrennungskammer 61 vorgesehen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Das Abgas wird durch den Wärmetauscher 8, den Filter 9 und das Abgasgebläse 10 ausgegeben.

Es sei angenommen, daß beispielsweise die Asche des Klärschlamms ein Alkalisalz mit einem relativ hohen Prozentsatz von Na und/oder K ist, deren Schmelzpunkt relativ niedrig

bei einer Temperatur von 700 bis 800⁰C liegt. Der Feststoffanteil des Klärschlamms wird verbrannt und dessen Asche in der Zyklonverbrennungskammer geschmolzen, wobei die geschmolzene Flüssigkeit längs der inneren Umfangswand nach unten fließt, den eingeschnürten Abschnitt 55 erreicht und sich in große Tropfen aufteilt, die in den Wassertank 56 herunterfallen und sich dort zu einer festen Asche verfestigen.

Die mittels der Austrageinrichtung 26 ausgetragene feste Asche kann als Betonzuschlagsstoff verwendet werden, da sie eine beträchtliche Härte und ein Alkalisalz aufweist.

Es wurde weiter eine Konzentrationseinrichtung entwickelt, die wesentlich einfacher als die in den Figuren 3 und 4 gezeigte ist, und mit der leicht der Konzentrationsgrad des Schlamms durch das Inreiheschalten einiger Sätze vor dem System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm gesteigert wer'-den kann. Wenn Schlamm mittels der Konzentrationseinrichtung 20 zur Reduzierung des Wassergehalts im Schlamm erhitzt und entwässert wird, wird das Volumen mit dem in den vorangegangenen Verfahrensschritten entfernten Wasser in hohem Maße vermindert. Auf diese Weise kann ein derartiger Abfall sehr stark verdichtet werden und die einzelnen Verfahrensschritte können ohne Schwierigkeit durchgeführt werden, wobei man wirksam Rohstoffe rückgewinnen kann.

In Fig. 9 ist ein Diagramm für Klärschlamm dargestellt, in dem die untere Koordinate die Wassermenge in Prozent des dem System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm zugeführten Klärschlamms angibt, weiter auf der Abszisse die Wassermenge in Prozent des aus der Konzentrationsanlage ausgegebenen Klärschlamms aufgetragen ist, und die vier darüberliegenden Kurven zeigen, daß der Konzentrationsgrad sich mit der Anzahl der Heiz- und Entwässerungseinheiten ändert. Das

Diagramm darüber gibt auf der Koordinate an, wieviel Prozent des getrockneten festen Klärschlamms man durch Rohstoff rückgewinnung aus Klärschlamm als Heizquelle erhält. Die vier Kurven zeigen, daß sich der Prozentsatz der rückgewonnenen Wärmeenergie je nach den kalorischen Werten des getrockneten festen Klärschlamms ändert, wobei die Kurven die kalorischen Werte 2000, 3000, 4000 oder 5000 kcal/kg darstellen..

Wenn beispielsweise der Wassergehalt des zugeführten Klärschlamms 80 % beträgt und lediglich eine Heiz- und Entwässerungseinheit in der Konzentrationsanlage vorgesehen ist, beträgt der aus dem Klärschlamm mit der Konzentrationsanlage entfernte Wassergehalt 68%. Dabei können,, wenn der kalorische Wert des getrockneten festen Klärschlamms 3000 kcal/kg beträgt, etwa 30 % fester Brennstoff als Wärmeenergie zurückgewonnen werden. Wenn die.in der Konzentrationsanlage entfernte Wassermenge 80 % beträgt und der kalorische Wert des getrockneten Klärschlamms 3000 kcal/kg beträgt, wenn drei Heiz- und Entwässerungseinheiten in der Konzentrationsanlage vorgesehen sind, beträgt die Wassermenge des aus der Kohzentrationsahlage gelangenden Klärschlamms 60 %, wobei man eine Wärmerückgewinnung von etwa 60 % mittels diesem System zur Rohstoffrückgewinnung aus

Schlamm erhält. ' ' · -

Das heißt, wenn drei Heiz- und Entwässerungseinheiten eingebaut sind und etwa 100 Tonnen Klärschlamm pro Tag mit einem Wassergehalt von 80 % aufbereitet werden, ergibt sich ein Anteil von festem Klärschlamm von 20 Tonnen pro Tag und ein Anteil von Wasser von 80 Tonnen pro Tag; die 80 Tonnen pro Tag Wasser werden auf 30 Tonnen pro Tag mittels der Konzentrationsanlage mit drei Heiz- und Entwässerungsein*- heiten vermindert, während die 20 Tonnen pro Tag fester Anteil unverändert bleiben. Das heißt, der aus der Konzen-

trationseinrichtung gelangende Klärschlamm besteht aus 20 Tonnen pro Tag festem Anteil und 30 Tonnen pro Tag Wasser, d.h. insgesamt aus 50 Tonnen pro Tag, was etwa die Hälfte der zugeführten Menge ist, wobei 60 % oder 12 Tonnen pro Tag fester Anteil zurückgewonnen werden, was etwa 3,6 Mio. kcal/Tag entspricht. Zusätzlich kann die Kapazität der der Konzentrationseinrichtung nachgeschalteten Einrichtungen in. hohem Maße vermindert werden.

Die nach der angetriebenen Zuführeinrichtung 2 in·dem System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm eingebaute Konzentrationseinheit gemäß Fig. 5 besteht beispielsweise aus einer Heiz- und Entwässerungseinheit, deren Konstruktion in den Figuren 10 und 11 dargestellt ist. In der Mitte sieht man den Schlammzuführkanal 71. Der Schlamm gelangt von links nach rechts in Richtung des Pfeils durch den Kanal, wobei auf der linken Seite eine angetriebene Schlammzuführeinrichtung, zum Beispiel ein Schneckenförderer 2, und auf der rechten Seite ein Trockenofen 4 mit einem Sandfließbett angeordnet ist. Die eine Seitenwand des Zuführkanals 71 besteht aus einer wärmeleitenden Wand 72, beispielsweise einem Metallblech, während die andere Seitenwand 73 beispielsweise aus einem Metallgitter, einem gesinterten Metall oder einem porösen Keramikwerkstoff mit Löchern mit einem Durchmesser von 2 bis 100 μΐη Durchmesser besteht. Auf der Außenseite der Seitenwände 72 und 73 sind entsprechende Ummantelungen 74 und 75 vorgesehen. Die Heizgaszuführleitung 76' ist mit der der wärmeleitenden Wand 72 zugeordneten Ummantelung 74 und die Abgasleitung '77 mit der Abzugstrenneinrichtung 15 mit der- Ummantelung 74 verbunden. Die Saugleitung mit dem Kühler 8Ö. und der Abzugstrenneinrichtung 81 ist mit der der gasdurchlässigen porösen Wand 73 zugeordneten Ummantelung 75 verbunden.

Das dieser Heiz- und Entwässerungseinheit durch die Zuführleitung 76 zugeführte Heizgas gelangt durch die Zuführleitung 16 für gasförmigen Brennstoff und wird als gasförmiger Brennstoff nach Abkühlung des Gases rückgewonnen. Es wird durch die Abgasleitung 77 ausgegeben, in der der Abzug aus dem System geführt wird. Die Ummantelung 75 . ist mit der Saugleitung 79, die einen Kühler 80 aufweist und einen negativen Druck von etwa 0,5 kg/cm² absolut im Inneren aufweist, verbunden. ·

Der Wassergehalt und die flüchtigen Bestandteile des Schlamms werden verdampft. Das von der Saugleitung 77 abgesaugte Gas wird durch die Zuführleitung 16 für gasförmigen Brennstoff geschickt, woraufhin der gasförmige Brennstoff nach Abkühlung des Gases rückgewonnen wird und der Abzug aus dem System geführt wird.

Weiter kann die stromabwärts der angetriebenen Zuführeinrichtung 2 in dem System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm gemäß der Erfindung eingebaute Konzentrationseinrichtung 20 aus mehreren in Reihe geschalteten Heiz- und Entwässerungseinheiten bestehen. Beispielsweise zeigt Fig. drei in Reihe geschaltete Heiz- und Entwässerungseinheiten U , U₂ und U₃. Das heißt,, der Kühler 80 und die Abzugstrenneinrichtung 81 sind in· der Saugleitung 79-1 der ersten Heiz- und Entwässerungseinheit U₁ vorgesehen. Zusätzlich sind Abgasleitungen 77, 77' und 77" mit Abzugstrenneinrichtungen 15, 15' und 15" an den entsprechenden Heiz- und Entwässerungseinheiten U₁, U» und U₃ vorgesehen. Eine Zuführleitung 76-3 für Heizgas mit hoher Temperatur und hohem Druck ist nur mit der der wärmeleitenden Wand zugeordneten Ummantelung 74" der dritten Heiz- und Entwässerungseinheit U₃ verbunden. Die Versorgungsleitung 76-1 der ersten Heiz- und Entwässerungseinheit U₁ ist mit der Saugleitung 79-2 der zweiten Heiz- und Entwässorungsoinheit U-, und die

Zuführleitung 76-2 der zweiten Heiz- und Entwässerungseinheit U_ ist mit der Saugleitung 79-3 der dritten Heiz- und Entwässerungseinheit U₃ verbunden.

In der Konzentrationseinheit, bestehend aus den drei in Reihe geschalteten Heiz- und Entwässerungseinheiten gemäß Fig. 12 beträgt der Druck in den Ummantelungen 73-2 und 73-3 etwa 0,5 kg/cm² absolut. Das heißt, die Wasserverdampf ungstemperatur liegt bei etwa 80⁰C. Wenn jedoch der Druck in den Ummantelungen 73-2 und 75-1 etwa 0,2 kg/cm² absolut beträgt, beträgt die Wasserverdampfungstemperatur etwa 60⁰C. Ein Druck in der Ummantelung 73-1 von etwa 0,1 kg/cm² absolut bedingt eine Wasserverdampfungstemperatur von etwa 40⁰C. Somit kann der Wassergehalt im Schlamm wirksam in jeder Einheit verdampft werden.

Weiter kann an den Stellen der angetriebenen Zuführeinrichtung 2 und der Konzentrationseinrichtung 20 in dem System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm gemäß der Erfindung, das in Fig. 5 dargestellt ist, eine derartige Einrichtung als Alternative zu einer Konzentrationseinrichtung mit einer Heiz- und Entwässerungseinheit verwendet werden, die mit einer Zuführeinrichtung zum Zuführen des Schlamms in Richtung einer Zuführleitung, intermittierend, unter einem hohen Druck und einer Konzentrationsanlage, bestehend aus mehreren in Reihe geschalteten Heiz- und Entwässerungseinrichtungen betrieben werden. Zuerst soll die Zuführeinrichtung zum intermittierenden Zuführen des Schlamms zur Zuführleitung-unter einem hohen Druck anhand von Fig. 13 und 14 beschrieben werden.

Am Boden des Vorratsbehälters 1 zur Lagerung des Schlamms ist eine Auslaßleitung 91 angebracht. Weiter wird ein Kolben 94 mittels einer Kurbelwelle 92 und einer Pleuelstange 93 in dem Zylinder 95 hin- und herbewegt. In einem Ge-

häuse 97 ist ein Kugelventil 96 am Druckende des Zylinders 95 vorgesehen. Das Kugelventil weist einen gekrümmten Kanal 98 und einen Bedienungshebel 99 auf, mit dem das Kugelventil mit der hin- und hergehenden Bewegung des KoI-bens 94 gedreht werden kann.

In Fig. 13 ist der Zustand dargestellt, in dem sich der Kolben 94 im Saugzushand nach hinten bewegt, wobei das vordere Ende des gekrümmten Kanals 98 in dem Kugelventil mit der Auslaßleitung 91 in Verbindung steht. Wenn sich der Kolben andererseits nach vorne bewegt, um einen Druckzustand herzustellen, ist das vordere Ende des gekrümmten Kanals 98 in dem Kugelventil 96 mit der Zuführleitung 100 verbunden. Die Diagramme gemäß den Figuren 14 und 15 zeigen .die Druckänderungen in Abhängigkeit von der Zeit am stromauf wärtigen Ende 101 der Zuführleitung 100 oder 101, bevor Schlamm in die Heiz- und Entwässerungseinheit eingeführt ist, und die Änderung des Drucks in Abhängigkeit von der Zeit am stromabwärtigen Ende 102 der Zuführleitung 100, nachdem Schlamm durch eine oder mehrere Heiz- und Entwässerungseinheiten geführt wurde, wenn die Zuführeinrichtung verwendet wird, bei der der Schlamm kraftvoll intermittierend unter einem hohen Druck in Richtung der Zuführleitung gedrückt wird.

· · .

Die mit der oben entsprechend Fig. 17, 18 und 19 beschriebenen, intermittierend arbeitenden Zuführeinrichtung betriebene Heiz- und Entwässerungseinheit soll im folgenden erläutert werden:

·

Ein Teil des wärmeleitenden Rohres 103 und ein Teil des damit verbundenen gasdurchlässigen porösen Rohres 104 sind mit der Versorgungsleitung 100 verbunden. Zur Abdeckung des wärmeleitenden Rohres ist eine Ummantelung 105 und zur Abdeckung des gasdurchlässigen porösen Rohres 104 ist eine

Ummantelung 106 vorgesehen. Die Heizgaszufuhrleitung 107 und die Abgasleitung mit der Trenneinrichtung 15 sind an die Ummantelung 105 zur Abdeckung des wärmeleitenden Rohres angeschlossen. An der Ummantelung 106 zur Abdeckung des gasdurchlässigen porösen Rohres sind ein Kühler 110 und eine Saugleitung 109 mit einer Abzugstrenneinrichtung 111 angeschlossen.

Das zum Beheizen dieser Heiz- und Entwässerungseinheit benötigte Heizgas wird durch die Zuführleitung 107 durch die Zuführleitung 16 für gasförmigen Brennstoff zugeführt, nachdem das Gas zum Heizen verwendet wurde, und wird durch die Abgasleitung 108 ausgegeben. Nachdem der Abzug aus dem System entfernt wurde, wird der gasförmige Brennstoff rückgewonnen.

Mittels dieser Heiz- und Entwässerungseinheit werden die Schlammdrücke in der Zuführleitung 100 wiederholt intermittierend gesteigert und werden dann normal. Der Schlamm wird bis zu einer hohen Temperatur mit der Heizung aufgeheizt, wenn er in die Ummantelung 105 eingebracht wird, jedoch kann der Wasser und flüchtige Bestandteile enthaltende Schlamm unter einem hohen Druck nicht leicht verdampft und verflüchtigt werden. Wenn der Druck des Schlamms im nächsten Moment auf normalen Druck entspannt wird, werden das Wasser und die flüchtigen Bestandteile in dem Schlamm wirksam verdampft, auch wenn sie erneut komprimiert werden, da das Wasser und die flüchtigen Bestandteile in dem Schlamm als komprimiertes Gas enthalten sind. Wenn später der Schlamm mit dem komprimierten Gas, dem Wasser und den flüssigen flüchtigen Bestandteilen dem gasdurchlässigen porösen Rohr 104 zugeführt wird, werden das Wasser und die flüchtigen Bestandteile wirksam verdampft, da der Druck in der Ummantelung 106 mit der Saugleitung 109 negativ ist, wobei das verdampfte Gas sofort aus der Ummantelung 106 in

die Saugleitung 109 mit einem Kühler gesaugt wird. Das abgesaugte verdampfte Gas wird mittels des Kühlers 110 gekühlt und wird dann als gasförmiger Brennstoff mittels des Rohres 16 rückgewonnen, nachdem der Abzug aus dem System mittels der Abzugstrenneinrichtung 111 entfernt wurde.

Fig. 20 zeigt drei Heiz- und KnLwäyserungseinheiten, wie sie in den Figuren 17, 18 und 19 in Reihe verbunden dargestellt sind. Die in Fig. 20 gezeigte Vorrichtung hat die gleiche Wirkung, wie sie in dem Diagramm in Fig. 9 dargestellt ist. ' .

Claims

HOFFMANN · EIT£e'<§" PAj^Tt4ER:„ A:.*. 32 38163 PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-ΙΝβ. W. EITLE ■ DR, RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN DIPL.-ING. K. FÜCHSLE · DR, RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING, K. GORCi DIPL.-ING. K, KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NbTTE 37 635 Nippon Furnace Kogyo Kaisha Ltd. Tokyo / Japan System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm .P_a_t_e_n t_aji_s_ _P__£ _H_JL iLJx

1. System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm, dadurch gekennzeichnet , daß der Schlamm mit einer am Boden eines Schlamm enthaltenden Vorratsbehälters (1) befestigten, -mgetriebenen Zuführeinrichtung (2) in eine Konzentrationsanlage eingebracht wird, daß der in der Konzentrationsanlage (20) erhitzte und entwässerte Schlamm einem ein Sandfließbett aufweisenden Trockenofen (4) zugeführt wird, die in dem Trockenofen (4) erhaltenen, getrockneten, mittels eines Gebläses (11) abgesaugten Schlammprodukte einer Trenneinrichtung (5) zugeführt und in Festschlamm und in aus dem Schlamm abgezogenes Gas getrennt werden, daß weiter das abgetrennte Gas mittels des Gebläses (11) komprimiert, mittels eines Wärmetauschers (8) erwärmt und dann durch eine Kreislaufleitung (12) geschickt wird, wobei ein benötigter Teil zu dem ein Sandfließbett aufweisenden Trockenofen (4) und der Rest zu der Konzentrationsanlage (20) zurückfließt, und der abgetrennte Feststoff der Versagungseinrichtung zur Rückgewinnung des gasförmigen Brennstoffs zugeführt wird, daß weiter der abge-

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trennte Feststoff einem Aschebehälter (22), dem ebenfalls die Asche von der Vergasungseinrichtung (21) zugeführt wird, zugeleitet wird und sich zur Rückgewinnung fester Asche in der geschmolzenen Schlammasche verfestigt, daß weiter gasförmiger Brennstoff durch Entfernen eines Abzugs von dem der Konzentrationseinrichtung (20) zugeführten Heizgas und dem von der Vergasungseinrichtung (21) verdampften Gas rückgewonnen wird.

2. Schlammvergasungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß die in dem System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm nach Anspruch 1 verwendete Vergasungseinrichtung (21) am Boden des mittleren Kanals einen Gasbrenner (31) aufweist, daß eine hohe zylindrische Verbrennungskammer (32) den Gasbrenner (31) umgebend ausgebildet ist, daß eine Dreheinrichtung (35) zur Drehung der Umfangswand der Verbrennungskammer (32) eingebaut ist, daß um die Verbrennungskammer (32) eine Destillationskammer (33) angeordnet ist, daß einige Rührflügel (36, 3.1') sich von der Umfangswand der Verbrennungskammer (32) in die Destillationskammer (33) erstrecken, daß eine Zuführeinrichtung (40) für Festschlamm und eine Auslaßleitung (24) für gasförmigen Brennstoff auf der .Oberseite der Destillationskammer (33) und eine Gasyersorgungsleitung (41) zur Förderung der Verflüchtigung und eine Ascheauslaßleitung (42) am Boden der Destillationskammer (33) vorgesehen sind..

3. Aschebehälter zur Verwendung in dem System zur Rohstoff rückgewinnung aus Schlamm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationsanlage in dem System zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus Schlamm nach Anspruch 1 eine Zyklonverbrennungskammer (51) . mit einer zylindrischen inneren Umfangswand, eine an der Zyklonverbrennungskammer angebrachte Trockenschlammzuführleitung (52) und eine an der Zyklonverbrennungskammer an-

gebrachte Primärluftzuführleitung (54), mit der tangential längs der inneren Umfangswand Primärluft zugeführt wird, aufweist, und daß ein etwas eingeschnürter Abschnitt (55) am Boden der Verbrennungskammer ausgebildet ist, ein Wassertank (56) gerade innerhalb des eingeschnürten Abschnitts ausgebildet ist, ein Flammrohr (60) in der Mitte zwischen der Zyklonverbrennungskammer und dem Wassertank (56) in seitlicher Richtung vorgesehen ist, und daß die zweite Verbrennungskammer (61) am stromabwärtigen Ende des Flammrohres (60) angeordnet ist.

4. Schlammkonzentrationseinrichtung zur Verwendung in einem System zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus Schlamm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schlaminzuführleitung (71) in der Mitte angeordnet ist und die wärmeleitende Wand (72). als eine Seitenwand der Zuführleitung ausgebildet ist, daß auf der Außenseite der wärmeleitenden Wand (72) eine Ummantelung (74) befestigt ist, wobei eine gasdurchlässige poröse Wand (73) für die andere Seitenwand der Zuführleitung verwendet wird, und die Ummantelung auf der Außenseite der gasdurchlässigen Wand (73) befestigt und die Zuführleitung (76) für Heizgas an der Ummantelung (74) mit der wärmeleitenden Wand angeordnet, ist, daß eine oder einige Heiz- und Entwässerungseinheiten (U₁, U_, U-.) eine Konstruktion aufweisen, entsprechend der das Restgas, von dem der Abzug aus dem System entfernt wurde, als gasförmiger Brennstoff zurückgewonnen wird, indem die Abgasleitung (77) mit einer Abzugstrenneinrichtung (15) versehen wird, das Gas zur Zuführleitung (16) für gasförmigen Brennstoff geleitet wird und ein kühler (80) und eine Saugleitüng mit Abtrenneinrichtung (81) auf der Ummantelung (75) mit der gasdurchlässigen porösen Wand angeordnet ist.

5. Schlammkonzentrationseinrichtung, bestehend aus der angetriebenen Zuführeinrichtung (2) und der Konzentrationseinrichtung (20) für ein System zur Rohstoffrückgewinnung aus Schlamm nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß qine Schlammzuführeinrichtung zum intermittierenden Herausdrücken des Schlamms unter starkem Druck in Richtung der Zuführleitung (100) vorgesehen ist/ das hintere Ende des wärmeleitenden Rohres- (103) mit dem vorderen Ende des gasdurchlässigen porösen Rohres (104) innerhalb der Schlämmkonzentrationseinrichtung, bestehend aus einer oder einigen Heiz- und Entwässerungseinheiten, aufeinanderfolgend miteinander verbunden sind, wobei eine das wärmeleitende Rohr (103) umgebende Ummantelung (105) vorgesehen ist, daß eine Heizgaszuführleitung (107) und eine Abgasleitung (108) mit einer Abzugstrenneinrichtung (15) an der Ummantelung (105) angeordnet sind, daß das Restgas, von dem der Abzug von der Abgasleitung (108) aus dem System entfernt wurde, der Versorgungsleitung (16) für gasförmigen Brennstoff zugeführt und als gasförmiger Brennstoff rückgewonnen wird, daß eine das gasdurchlässige poröse Rohr (104) Ummantelung (106) vorgesehen ist, an der ein Kühler (110) und eine Saugleitung (109) mit Abzugstrenneinrichtung (111) befestigt sind, und daß der von.der Saugleitung (109) abgezogene Rest,, von dem der Abzug aus dem System entfernt wurde, zur Gaszuführleitung (16) geführt und als gasförmiger Brennstoff rückgewonnen wird.