-
-
Beschreibung
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren und Suspensieren
von Feststorftrüben in einem Becken, insbesondere von Schlämmen für Wirbelschichtfeuerungen.
-
Bei einer Anzahl von Prozessen fallen Schlämme mit relativ hohem Feststoffgehalt
an. Als Beispiel können genannt werden, der bei der Klärung kommunaler Abwässer
anfallende Klärschlamm oder auch der bei der Kohleaufbereitung anfallende Berge-,
bzw. Kohleschlamm. In der Vergangenheit wurden die anfallenden Schlämme in der Regel
als Abfall betrachtet und aufgehaldet. Die Aufhaldung dieser Schlämme verursacht
jedoch nicht nur hohe Kosten, sondern wird in neuerer Zeit auch aus Umweltgesichtspunkten
als bedenklich erachtet.
-
Die Schlämme, wie z.B. die bei der Kohleaufbereitung anfallenden,
mit ihrem Kohlegehalt von z.T. 40 #, weisen einen solchen Brennwert auf, daß die
Nutzung dieses Restbrennwertes bei steigenden Frimärenergiepreisen in den Bereich
des wirtschaftlich Sinnvollen rückt.
-
Schlämme der genannten Art können direkt in I*Jirbelschichtfeuerungen
verbrannt werden. Die Führung des Verbrennungsprozesses in der Wirbel schicht macht
jedoch Schwierigkeiten, sobald sich die Qualität des zu verbrennenden Schlammes
wesentlich ändert. Deshalb hat sich für Wirbelschichtfeuerungen als vorteilhaft
erwiesen, vor dem Verbrennungsprozeß eine weitere Prozeßstufe zur Homogenisierung
und Suspensierung des zu verbrennenden Schlammes einzufügen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht,
Feststofftrüben, insbesondere die für Wirbelschichtfeuerungen geeigneten Schlämme,
mit ihrem sehr
hohen Feststoffgehalt zu homogenisieren und in Suspension
zu halten. Die Vorrichtung soll einen möglichst geringen Leistungsbedarf aufweisen
und einen ungestörten, wartungsarmen Betrieb ermöglichen. Sie soll sich konstruktiv
leicht an die unterschiedlichen Durchsatzleistungen verschiedener Wirbelschichtöfen
anpassen lassen.
-
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen oder mehrere propellerartige Rührer und radial ausgerichtete, im Abstand dazu
angebrachte, feststehende Prallplatten aufweist. Mit Hilfe der Rührer läßt sich
in der Feststofftrübe ein Strömungsprofil erzielen, daß ein vorteilhaft geringes
Schergefälle aufweist. Die Folge ist, daß sich hohe Umwal zleistungen bei kleinstem
Leistungsbedarf erzielen lassen. Die feststehenden Prallplatten verändern wirkungsvoll
das Entstehen einer Trombe, so daß sich trotz der drehenden Bewegung des Rührflügels
eine fast ebene Oberfläche der Feststofftrübe ergibt Durch diese Anordnung wird
erfindungsgeniäß ein schonendes Suspensieren der Feststofftrübe erreicht. Insgesamt
ist diese Anordnung vorteilhaft zum Homogenisieren von Stoffgemischen mit wenigstens
einer flüssigen Komponente einsetzbar, um die darin enthaltenen Feststoffe in Suspension
zu halten und sie durch Pumpen aus dem Becken abziehen zu können.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung
eine pneumatische und/oder hydraulische Anfahrhilfe aufweist, die bei sedimentierten
Feststoffen das Anfahren der Rührflügel erleichtert. Der hohe Feststoffgehalt der
Trüben sedimentiert, sobald die Strömung im Becken, z.B. durch Ausfall der Energieversorgung,
zum Erliegen kommt, Das Anfahren aus einem derartigen Zustand heraus würde leicht
zur Überlastung der rnechanisehen Teile, wie z.B. Rührflügel, Achse und Antrieb,
führen. Die erfindungsgemäße pneumatische und/oder hydraulische Anfahrhilfe verhindert
derartige Schäden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die hydraulische
Anfahrhilfe aus Pumpen, die bevorzugt aus der oberen Schicht des Beckens absaugen,
und aus in unteren Bereich des Beckens, bevorzugt unter den Rührflügeln, angeordneten
Düsen besteht. Die Anordnung dieser Düsen ist je nach Erfordernis zwischen Behälterboden
und unterem Rührflügel vorzunehmen. Nach längeren Stillstandszeiten oder auch während
des Betriebes, Je nach Feststoffanteil der Trübe, wird aus dem oberen Bereich der
Trübe Flüssigkeit angesaugt, die dann durch entsprechende Rohrleitungen und von
Pumpen durch die genannten Düsen in den unteren Beckenbereich hineingedrückt wird
und so das Sediment auflockert. Die Richtung, Anordnung und Anzahl der Düsen kann
der Fachmann den örtlichen Erfordernissen entsprechend festlegen. Der Antrieb der
Rührflügel wird erst dann zugeschaltet, wenn durch die eingedüste Pldssigkeit das
Sediment ausreichend gelockert ist.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung
im unteren Bereich des Beckens Luftausrittsöffnungen, insbesondere im Bereich der
Flügel oder am Flügel, aufweist. Besonders vorteilhaft kann das Sediment pneumatisch
aufgelockert werden, wenn am Standort der Vorrichtung Druckluft zur Verfugung steht.
Die zum Auflockern des Sediments benötigte Luft wird besonders wirksam, wenn sie
im unteren Bereich des Beckens, insbesondere im Bereich der Flügel, austreten kann.
Eine günstige Lösung stellt die Führung der Luft entlang der Flügelele æum Flügel
selbst dar, wo sie durch am Flügel verteilte Düsen austreten kann. Der sedimentierte
Feststoff wird kurzfristig aufgelockert und die Anlage kann relativ schnell angefahren
werden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Rührflügel
eine zelle aufweist, die einseitig gelagert ist. Die Montage und Wartung der Vorrichtung
wird durch die einseitige Lagerung der Welle wesentlich vereinfacht. Die
Lager
sind leicht zug#nglich und gut zu überwachen. huf.erdem sind sie so vorteilhaft
der abrasiven Wirkung der Feststofftrübe entzogen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sie einen
Antrieb mit einer Kupplung aufweist, die als Oberlastschutz, insbesondere in Form
einer Rutschkupplung, ausgebildet ist. Selbst bei plötzlich erhöhtem Feststoffeintrag,
kann es zu keiner Beschädigung des Rührwerkes kommen, da erfindungsgemäß die als
Überlastschutz ausgebildete Kupplung zwischen Motor und Getriebe anspricht. Die
Vorrichtung wird dadurch noch unempfindlicher und läßt sich noch sicherer störungsfrei
betreiben.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sie einen
Antrieb aufweist, dessen Drehzahl einstellbar ist. Diese Maßnahme ermöglicht eine
besonders wirtschaftliche Betriebsweise der Vorrichtung, da die Drehzahl der Rührflügel
nach Augenschein des Fachmanns, immer so klein wie gerade erforderlich gewählt werden
kann. Der Energiebedarf, um die Feststofftrübe in Suspension zu halten, läßt sich
also immer auf dem untersten notwendigen Niveau halten. Auch die Mechanik wird auf
diese Weise am geringsten belastet.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die propellerartigen
Rührflügel einen Anstellwinkel aufweisen, der zwischen 300 und lot00, insbesondere
350 beträgt.
-
Der relativ große Anstellwinkel erlaubt eine schonende Suspensierung
und Homogenisierung der Trübe, bei überraschend geringem Energieaufwand. Als Optimum
hat sich dabei ein Anstellwinkel von 350 erwiesen, bei dem der Energieaufwand im
Verhältnis zur flomogenisierung besonders niedrig ist.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rührflügel
eine Umfangsgeschwindigkeit von 1 m/sec bis 2 m/sec, insbesondere 1,6 m/sec, aufweisen.
Bei der
schonenden Homogenisierung ist von Wichtigkeit, daß auch
die Umfangsgeschwindigkeit der Rührflügel in einem vorteilhaften Bereich gehalten
wird, wobei sich als Optimum etwa 1,6 m/sec herausgestellt hat. Das bedeutet, daß
bei gr~5ße ren Becken mit ebenso größeren Durchmessern die Drehzahl der Rührflügel
entsprechend verringert wird.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rührflügel
einen Durchmesser aufweisen, der 1/2 bis 3/lot, insbesondere 2/3 des Beckendurchmessers
beträgt. Ein derartig dimensionierter Rührflügel erzeugt im Behälter sowohl eine
axial als auch eine radial gerichtete Strömung.
-
Dadurch, daß der Rührflügel nicht den gesamten Beckendurchmesser überstreicht,
verbleibt ein genügend großer Ringquer schnitt, über den sich die Strömung zu einem
Kreis wieder schließen kann.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sie im
Becken befestigte/ insbesondere diametral gegenüberliegende, Prallplatten mit einer
Breite aufweist, die zwischen 300 mm und 800 mm liegt, insbesondere 500 mm beträgt.
Die, von den Rührflügeln eingeleitete, radiale Strömung wird in dem außenliegenden
Ringquerschnitt des Beckens durch die, an der Behälterwand befestigten, Prallplatten
zu einer relativ hohen radialen Gegenströmung und einer nach unten gerichteten Wandströmung
umgeleitet. Durch die relativ niedrige Drehzahl der Rührflügel in Verbindung mit
den feststehenden Prallplatten, wird eine Trombenbildung der Oberfläche vermieden.
Diese Parameter sind besonders wichtig für ein radiales bodennahes Austragen der
Suspension, um so ein nachgeschaltetes Verpumpen der Suspension problemlos zu ermöglichen.
Am vorteilhaftesten haben sich zur Erreichung dieses Ziels Prallplatten mit einer
Breite erwiesen, die zwischen 300 mm und 800 mm liegt, wobei bei 500 mm von den
Fertigungskosten her als auch von dem Ströinungverhalten ein Optimum liegt.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Prallplatten
zur Festlegung ihrer Lage im Becken Befestigungen aufweisen, die einstellbar, insbesondere
von außen einstellbar, ausgebildet sind. Da sich das Strömun£sverhalten von Schlämmen
je nach Feststoffanteil und -art stark unterscheidet, ist es beim erstmaligen Einfahren
bzw.
-
Einstellen der Anlage vorteilhaft, daß die Lage der Prallplatten zur
Anpassung an das vom Fachmann bevorzugte Ströinungsbild einstellbar ist. Diese Anpassung
wird wesentlich durch die Zugänglichkeit von außen erleichtert, da ggf. ein mehrmaliges
Entleeren des Beckens zum Einstellen der Prallplatten mit anschließendem Befüllen
entbehrlich wird. Auch später läßt sich die Vorrichtung während des Betriebes leicht
an geänderte Schlaniniqualitäten anpassen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Becken
eine Füllhöhe aufweist, die 1/3 bis 1/2 des Beckendurchmessers beträgt. Die Wallung
der Trübe und die Homogenisierung wird besonders gleichmäßig, wenn die Füllhöhe
der genannten Dimensionierung gemügt.
-
Selbstverständlich wird die Füllhöhe sich im Betrieb verandern je
nach dem ob der Trübeneintrag oder der Abzug von Trübe aus dem Becken überwiegt.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sie mehrere
Rilhrflügel aufweist, die gegeneinander versetzt, insbesondere um einen Winkel von
900, angeordnet sind. Ein zu früher Schluß der torusförmigen Strömung wird dadurch
besonders einfach und vorteilnaft vermieden, daß mehrere Rührflügel in einzelnen
Ebenen übereinander angeordnet werden. Die Strömung wird noch weiter vergleichmäP#igt,
wenn diese Flügel gegeneinander jeweils um einen Winkel von 900 versetzt angeordnet
werden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rührflügel
eine Armierung aufweisen, insbesondere eine Armierung aus keramischen Werkstoffen.
Der Verschleiß der
Flügel an seinen besonders hoch beanspruchten
Kanten wird vorteilhaft durch eine Armierung aus keramischen Werkstoffen verringert.
Die Wartungsintervalle vergrößern sich entsprechend.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anzahl
der Prallplatten das Doppelte der Anzahl der Rührflügel beträgt. In Verbindung mit
der diametralen Anordnung der Prallplatten ergibt sich auch in den Momenten, an
denen der Rührflügel die Prallplatten passiert ein radiales Kraftegleichgewicht,
das einer Erniüdung der Welle durch Vermeidung von eingeleiteten Biegemomenten vorbeugt.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die R1ihrflTigel
in übereinanderliegenden Ebenen auf einen Abstand zueinander angeordnet sind, der
etwa 1 m bis 2 m, insbesondere 1,3 m, beträgt. Die Wahl der Ebenen, in denen die
Rührflügel wirksam werden, insbesondere auch in Verbindung it dein gegenseitigen
Versatz der Rührflügel, bewirkt ein überraschend gleichmäßiges Strömungsbild im
Becken, das auch in den Ecken und im Strömungsschatten der Prallbleche keine Ablagerungen
von Feststoffen entstehen läßt. Auch das Anfahren nach längerem Stillstand wird
durch diese Maßnahme erleichtert.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sie einen
untersten Flügel aufweist, der in einen Abstand æur!l beckenboden angeordnet ist,
der zwischen 200 rnm und 800 min, insbesondere 500 mm beträgt. Bei einer derartigen
Dimensionierung wird auf der einen Seite wirksam verhindert, daß Feststoffe auf
dem Beckenboden sedimentieren.
-
Andererseits treten trotz des relativ geringen Abstandes und des hohen
Feststoffgehaltes keinerlei Kavitationserscheinungen auf. Auch der geringe Energiebedarf
zur Homogenisierung wird nicht nachteilig erhöht. Ein Abstand von ca.
-
500 lsa stellt das Optimum dar.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Prallplatten
in einem Abstand zur Beckenwandung an£eordnet sind, der zwischen 100 mm und 200
mm, insbesondere 150 mm, beträgt. Auch diese Maßnahme verhindert die Entstehung
von Bereichen und Stellen, an denen Feststoffe sedimentieren. Der genannte Abstand
reicht dazu aus, die Prallplatten soweit zu hinterströmen, daß alle Feststoffe in
Suspension bleiben.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sie einen
Drehantrieb aufweist, dessen Leistung je 100 m3 Trübe zwischen 20 kw und 50 kw,
insbesondere 40 kw beträgt.
-
Bereits 40 kw installierte Antriebsleitung auf ein Trübenvolumen von
ca. 100 m3 reicht aus, um die Trübe in Suspension zu halten. Der Bereich zwischen
20 kw und 50 kw deckt alle für den Betrieb zu berücksichtigenden Eventualitäten
ab, um zum einen für das Anfahren genügend Reserve zu haben und zum anderen bei
geringerem Feststoffgehalt nicht unnötig viel Energie einspeisen zu müssen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sie zur
Suspensierung und Homogenisierung von Feststofftrüben mit einem Feststoffanteil
zwischen 60 GewS und 70 Ge, insbesondere 67 Gew%, verwendet wird. Feststofftrüben
mit Gewichtsprozenten zwischen 60 und 70 lassen sich besonders schwierig hoinogenisieren
und suspensieren. Die Vorteile der Vorrichtung kommen besonders zum Ausdruck, wenn
sie für derartige Problemfälle eingesetzt wird.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Feststofftrübe
ein angenähert torus-förmiges Strömungsbild aufweist, so daß im zentralen Bereich
des Beckens eine aufwärts gerichtete Strömung und an der Beckenaußenwand eine abwärts
gerichtete Strömung besteht. Die Ströriungsrichtung im Becken hängt von der Drehrichtung
der Rührflügel ab. Eine Betriebsweise, bei der in der Mitte des Beckens eine nach
oben gerichtete Strömung entsteht, wirkt der Sedi-
mentierung von
Feststoffanteilen wirkungsvoll entgegen. Derartige Strömungen beanspruchen auch
den geringeren Energieaufwand zur Hornogenisierung und Suspensierung der Feststofftrübe.
Mit einer derartig gewählten Strömungsrichtung läßt sich die Trübe besonders schonend,
d.h. mit einem geringen Schergefälle, homogenisieren.
-
Die Erfindung wird in Zeichnungen in einer bevorzugten Ausführungsforrn
gezeigt, wobei aus den Zeichnungen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung
entnehmbar sind.
-
Die Zeichnungen zeigen im einzelnen: Fig. 1 einen vertikalen Schnitt
durch die Vorrichtung und Fig. 2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung.
-
In Fig. 1 bezeichnet 1 ein zylindrisches Becken, das in die Brdoberfläche
2 eingelassen ist. Das Becken ist bis zur Höhe h mit der Feststofftrübe 3 gefüllt.
In diese Feststofftrübe 3 taucht die Achse Lt ein, auf der die beiden Rührflügel
5 und 6 angeordnet sind. Der Pfeil 7 gibt die Drehrichtung dieser Rührflügel an.
Der untere Rührflügel 6 weist an seiner Hinterkante einzelne Düsen 8 auf, durch
die beim Anfahren Luft hindurchtritt.
-
weitere Düsen 8, deren Verrohrung nicht gezeichnet ist, sind in der
Beckensole und im unteren Bereich der Beckenwandung angeordnet. Je nach den Erfordernissen
der zu behandelnden Schlarnmqualität und/oder den örtlichen Gegebenheiten, ist es
dem Fachmann überlassen, die Düsen an der für den Spezialfall geeigneten Stelle
vorzusehen.
-
An der Wandung des zylindrischen Beckens sind Prallplatten 9 mit einer
Breite B auf Abstand a zur Wandung montiert.
-
Die Höhe dieser Prallplatten ist so gewählt, daß sie einer-
seits
aus der Feststofftrübe oben austauchen, andererseits aber nicht ganz zum Beckenboden
reichen.
-
Der Antrieb der Rührflügel erfolgt durch den Elektromotor 10, der
über eine Rutschkupplung 11 mit dem Getriebezug 12 verbunden ist. Die Antriebswelle
7, die durch eine weitere Kupplung 13 teilbar ist, wird innerhalb des Gehäuses 14
durch zwei Lager gehalten.
-
Zugänglich wird die gesamt Antriebseinheit durch die, mit Handläufen
versehene, begehbare Brücke 15.
-
Bei einem Füllvolumen von ca. 100 m3 Feststofftrübe weist das dargestellte
Becken, das auch als Stahlbehälter ausgeführt sein kann, einen Innendurchmesser
D von ca. 7 in auf.
-
Mit 4,5 m ist der Rührflügeldurchmesser d etwa 2/3 des Beckendurchmessers.
Der Abstand T des unteren flügels zur Beckensole beträgt 500 mm, während der Abstand
A der beiden Rührflügelebenen 1300 mm ist. Der Rührflügel ist gegenüber der Horizontalen
unter einem Winkel a von 35 zu° angestellt. Bei einer Drehzahl, die zwischen 7 und
13 Umdrehungen pro Minute einstellbar ist, ergibt sich eine maximale Umfangsgeschwindigkeit
der Rührflügel von 3 m/sec, die genügend Reserve gegenüber der optimalen Geschwindigkeit
von 1,6 m/sec Umfangsgeschwindigkeit aufweist. Der Leistungsbedarf beträgt dabei
je nach Feststoffgehalt zwischen 28 kw bis 38 kw.
-
Insgesamt stellt sich beim Betrieb der Vorrichtung; eine gleichmäßige
wellung der Feststofftrübe ein, ohne daß eine Trombe gebildet wird, so daß sich
eine vorteilhaft schonende Homogenisierung und bleibende Suspensierung der Trübe
erfolgt.
-
In Fig. 2, die eine Aufsicht der Vorrichtung zeigt, bedeutet 1, das
zylindrische Becken, an dessen äußerer Wandung die Prallbleche 9 montiert sind und
in dessen Mitte sich
die f#üiirflügel 5 und 6 entsprechend der
Richtung 7 drehen.
-
Die lQührflü£el 5 und 6 sind gegeneinander um 900 versetzt.
-
Ebenso sind die vier Prallbleche gleichabständig am Umfang verteilt.
-
Das Becken 1 wird von der Brücke 15 überspannt, die durch die Treppe
16 zugänglich ist. Auf der Brücke ist der Antrieb der Drehflügel montiert. Die Brücke
ist einseitig mittels der Lager 17 auf dein Beckenrand fixiert und auf dem C:e genüberliegenden
Beckenrand in einer axialen Führung 18 als Loslager gestützt.
-
sicht dargestellt in den Figuren ist die Anordnung der Schlammzuläufe
und Abläufe, sowie übrige Einrichtungen, die z.B. der Sicherheit dienen, da sie
erfindungsunerheblich sind.
-
- Leerseite -