DE3542004A1 - Trocknung und verbrennung von schlaemmen beim brennprozess mineralischer stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung und an­ schließenden Verbrennung von Abfallstoffen, die aus einer Flüssigphase abgeschieden worden sind und deren Trocken­ substanz brennbare Stoffe enthält, insbesondere Schlämme aus Kläranlagen, beim Brennprozeß mineralischer Stoffe, insbe­ sondere bei der Herstellung von Zementklinker mit Vorwärmung des Rohmehls, Vorkalzination, Klinkerbrennen in der Sinter­ stufe und anschließendem Kühlen des Zementklinkers mit Luft sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus Umweltgründen ist es problematisch, Abfallstoffe, die aus einer Flüssigphase abgeschieden worden sind, insbeson­ dere Schlämme aus Kläranlagen, in der Landwirtschaft zu verwenden oder zu deponieren, da sie häufig toxische Be­ standteile, beispielsweise Schwermetalle oder phenolhaltige Rückstände, enthalten. Außerdem gibt es noch Schlämme, die keine umweltschädlichen Bestandteile enthalten, die aber Deponiefläche beanspruchen und außerdem noch, aufgrund un­ genügender Aufbereitungstechnik, einen Verlust von Wert­ stoffen darstellen. Bei Schlämmen aus Kohleaufbereitungsan­ lagen beispielsweise kann ein Verlust noch nutzbarer Energie vermieden werden.

Vor allem zur schadlosen Beseitigung von Klärschlämmen sind Verfahren entwickelt worden, die das Problem über eine Trocknung und anschließende Verbrennung zu lösen versuchen.

Diese Verfahren haben aber gemeinsam den Nachteil, daß der Verbrennung des getrockneten Schlammes eines Rauchgaswäsche nachgeschaltet werden muß. Ferner entstehen bei der Schlammtrocknung geruchsbelästigende Brüden, deren Geruchs­ stoffe bei hohen Temperaturen kostenaufwendig beseitigt werden müssen. Die bei der Verbrennung anfallenden Schlacken und Flugstäube erfordern Deponieplätze.

Bekannt ist ein Verfahren zur Verwertung von Trockenklär­ schlamm bei der Zementklinkerherstellung (Recycling Inter­ national (IRC 1984), EF-Verlag für Energie- und Umwelttech­ nik GmbH, Seite 526 bis 531).

Nach diesem Verfahren wird der getrocknete Klärschlamm dem Vorkalzinator aufgegeben. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die aufwendige Klärschlammtrocknung außerhalb des Ze­ mentwerks an einem anderen Ort mit eigens zu diesem Zweck bereitszustellender Energie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzustel­ len, bei dem die obengenannten Nachteile nicht auftreten: Die in der Trockensubstanz der Schlämme enthaltene nutzbare Energie soll vollständig genutzt werden; die Schlammtrock­ nung soll keine zusätzlich aufzuwendende Energie erfordern; schädliche und geruchsbelästigende Brüden, die bei der Schlammtrocknung auftreten, sollen ohne energetischen Mehr­ aufwand vollständig beseitigt werden; es sollen keine zu deponierenden Feststoffe anfallen und es soll möglich sein, auch große Schlamm-Mengen mit einem möglichst geringen ap­ parativen Aufwand zu beseitigen.

Die gestellte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 1 gelöst.

Die Trocknung von Schlämmen mit Abluft aus einem Klinker­ kühler und die Verwertung der getrockneten Schlämme als Brennstoffe bei der Herstellung von Zementklinker hat eine Reihe besonderer Vorteile: Schlämme, vor allem Klärschlämme, enthalten in einem mehr oder minder starken Verhältnis zu­ einander mineralische und organische Bestandteile. Die or­ ganischen Bestandteile liefern bei ihrer Verbrennung Ener­ gie, die bei der Herstellung von Zementklinker verwertet werden kann und dadurch hochwertige Brennstoffe einspart. Die entstehende Asche wird problemlos in den Klinker einge­ baut. Die mineralischen Bestandteile stellen gegenüber den Rohmehlbestandteilen keine Fremdstoffe dar und werden eben­ falls in den Klinker aufgenommen. Besonders günstig ist, wenn dem Schlamm während der Entwässerung Kalk zugesetzt wurde, da dieser ein Bestandteil des Rohmehls ist. Bei der Zugabe von Ca(OH)₂ vermindert sich sogar der Wärmebedarf für das Klinkerbrennen. Bei der Verbrennung der getrockneten Schlämme im Vorkalzinator oder im Drehrohrofen werden gas­ förmige Verbrennungsprodukte vom Rohmehl gebunden, so daß keine gesonderte Rauchgaswäsche erforderlich ist.

Vorteilhaft ist es auch, daß das Verfahren unabhängig von der Bauart des Klinkerkühlers ist. Die günstigste Möglich­ keit der Abzweigung der erforderlichen Trocknungsluft an jeder Stelle des Kühlers mit jeder gewünschten Temperatur kann beim Rostkühler erfolgen. Aber auch bei Schacht- oder Rohrkühlern ist ein Luftabzug möglich, bei Schachtkühlern im mittleren Bereich des Schachtes, bei Rohrkühlern am Übergang zum Drehrohrofen.

Die bei der Trocknung der Schlämme anfallenden Brüden, die desodoriert werden müssen, werden vorteilhafterweise in die heißeste Zone des Klinkerkühlers geführt und geraten somit in einen Temperaturbereich oberhalb 800°C, der eine voll­ ständige Beseitigung aller geruchsbelästigenden Stoffe ge­ währleistet. Der Wasserdampfgehalt der Brüden bedingt außerdem vorteilhaft eine bessere Wärmeübertragung auf die Kühlluft.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird die bei der Trocknung der Schlämme anfallende Abluft ent­ staubt und der abgeschiedene Staub den getrockneten Schläm­ men und/oder den noch feuchten Schlämmen vor deren Trocknung beigemischt. Die Entstaubung verhindert vorteilhaft das Einbringen brennbarer Stoffe in den Kühler. Außerdem eignet sich der noch heiße Staub gut dazu, durch Zumischen zu den feuchten Schlämmen diese bereits vorzutrocknen und in eine für den Trocknungsprozeß vorteilhafte krümelige Konsistenz zu bringen.

Des weiteren ist vorgesehen, die getrockneten Schlämme zu zerkleinern. Da sich die getrockneten Schlämme staubfein zerkleinern lassen, bietet sich vorteilhaft die Möglichkeit, die Schlämme den Brennstoffen der Feststoffbrenner in der Zementanlage zuzumischen und auf diese Weise zu verfeuern. Dadurch kann, entsprechend dem Heizwert der Schlämme, vor­ teilhaft hochwertiger Brennstoff eingespart werden.

Als weiterer Verfahrensschritt sollen die getrockneten Schlämme homogenisiert werden. Dadurch wird sichergestellt, daß bei Schlämmen mit schwankendem Heizwert eine Vergleich­ mäßigung des Heizwertangebotes eingestellt werden kann, da­ mit nicht ständig eine aufwendige Einstellung der Brenner erforderlich wird.

Verfahrenstechnisch ist weiterhin vorgesehen, die getrock­ neten Schlämme als Brennstoff dem Brenner des Sinterofens der Sinterstufe aufzugeben. Die Schlämme werden dadurch in der heißesten Zone des Sinterofens, beispielsweise eines Drehrohrofens, verbrannt, was besonders vorteilhaft für Problemschlämme ist, bei denen die Entstehung von Dioxinen verhindert werden muß. Außerdem ermöglicht dieses Verfahren auch das Verfeuern von getrockneten Schlämmen in langen Naßdrehöfen.

Das Verfahren sieht weiterhin vor, daß die getrockneten Schlämme als Brennstoffe in die Vorkalzinierstufe und/oder in den Einlauf des Sinterofens aufgegeben werden. Bei der Verfeuerung, beispielsweise im Drehrohrofen, ist keine Feinzerkleinerung der getrockneten Schlämme erforderlich, weil etwaige Stücke durch die Wälzbewegung im Ofen und bei der Vermischung mit dem Rohmehl zerkleinert werden. Außer­ dem ist es bekannt, minderwertige Brennstoffe in den Vor­ kalzinator zu geben, um das Verfeuern hochwertiger Brenn­ stoffe zu vermeiden. Die genannten Aufgabestellen der ge­ trockneten Schlämme gewährleisten eine genügende Zeit zur Nutzung der brennbaren Bestandteile sowie der intensiven Mischung der entstehenden Schlacken mit dem Klinker und die Bindung der anfallenden Rauchgase an das Rohmehl.

Im folgenden werden anhand zweier schematischer Darstellun­ gen Zementanlagen mit zwei unterschiedlichen integrierten Vorrichtungen zur Schlammtrocknung in ihrer Ausgestaltung beschrieben und die jeweiligen Verfahren erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Zementanlage mit einem Drehrohrofen mit vorgeschaltetem Vorkalzinator und Wärmetauscher sowie nachgeschaltetem Kühler. Der Schlammtrockner ist ein Trommeltrockner.

Fig. 2 zeigt eine Zementanlage mit einem langen Naßdreh­ ofen und nachgeschaltetem Klinkerkühler. Der Schlammtrockner ist eine mit der heißen Kühlerab­ luft durchströmte Prallhammermühle.

Fig. 1 zeigt eine Zementanlage nach dem Trockenverfahren. Das Rohmehl 1 wird einem mehrstufigen Wärmetauscher 2 auf­ gegeben, der aus mehreren hintereinandergeschalteten Wärme­ tauscherzyklonen 3 aufgebaut ist. Das Rohmehl durchläuft den Wärmetauscher im Gegenstrom zu den heißen Ofenabgasen, die über ein Gebläse 4 abgezogen werden, wird im Vorkalzinator 5 vorkalziniert, im Abscheidezyklon 6 aus den Ofenabgasen abgeschieden und dem Drehrohrofen 7 aufgegeben. Dort wird das vorkalzinierte Rohmehl zu Zementklinker gesintert, der in dem Klinkerkühler 8 gekühlt wird und ihn bei 9 verläßt.

Der Klinkerkühler 8 ist ein Rostkühler, dem von unten an mehreren Stellen über seine Länge verteilt Kühlluft 10 zu­ geführt wird. Die erwärmte Kühlluft verläßt den Kühler ebenfalls an mehreren Stellen, je nach vorgesehenem Ver­ wendungszweck. Zunächst strömt ein Großteil direkt in den Drehrohrofen 7, ein weiterer Teil wird über den Bypass 11 an dem Drehrohrofen 7 vorbei in den Vorkalzinator 5 geführt.

Erfindungsgemäß wird ein weiterer Teil der heißen Abluft des Klinkerkühlers 8 über eine Leitung 12 der Vorrichtung zur Trocknung der Schlämme zugeführt. Die Vorrichtung besteht aus einem Trommeltrockner 13, in dem die Leitung 12 an des­ sen Aufgabenseite endet. Die entwässerten Schlämme 14 werden zunächst einem Mischer 15 aufgegeben, wo sie mit Staub aus dem Trocknungssystem oder anderen Zuschlagstoffen gemischt werden können. Eine Aufgabevorrichtung 16, beispielsweise eine Förderschnecke, befördert die Schlämme in den Trommel­ trockner 13.

Die heiße Abluft aus dem Kühler trocknet die Schlämme und verläßt den Trommeltrockner 13 durch die Leitung 17 in einen Abscheidezyklon 18, um von Stäuben aus dem Trommeltrockner befreit zu werden.

Ein Gebläse 19 fördert die abgekühlte und mit Brüden ange­ reicherte Abluft aus dem Trommeltrockner über eine Leitung 20 zu einem Verteilorgan 21. Je nach Schlammanfall und Schlammfeuchte kann ein Teil der Abluft direkt über die Leitung 22 dem Trommeltrockner 13 wieder aufgegeben werden, während der andere Teil über die Leitung 23 in den heißesten Teil des Klinkerkühlers 8 eingeblasen wird, in dem Bereich, wo der Klinker aus dem Drehrohrofen in den Kühler fällt. Über das Verteilorgan 21 kann auch jeweils eine der Lei­ tungen 22 oder 23 vollständig gesperrt werden.

Klinkermenge, Klinkertemperatur und Schlammanfall bestimmen, welche Luftmengen wo dem Kühler zu den Zwecken der Schlamm­ trocknung, Ofenfeuerung oder Vorkalzination entnommen wer­ den. Über eine Leitung 24 ist es beispielsweise möglich, Luft aus dem kältesten Teil des Klinkerkühlers 8 als über­ schüssige Abluft abzuziehen, zu entstauben und zu verwerfen oder anderweitig zu nutzen.

Die getrockneten Schlämme 14′ verlassen den Trommeltrockner 13 und werden über eine Fördervorrichtung, beispielsweise eine Dosierschnecke 25, dem Vorkalzinator 5 aufgegeben, so daß bei der Zusatzfeuerung 26 Brennstoff eingespart werden kann. Grundsätzlich ist es auch möglich, die getrockneten Schlämme fein zu zerkleinern und in einem Feststoffbrenner zu verbrennen, beispielsweise auch im Brenner 7′ des Dreh­ rohrofens 7. Die getrockneten Schlämme können auch zunächst in einem hier nicht dargestellten Zwischenbunker gespeichert werden, um unterschiedlichen Schlammanfall auszugleichen und die Schlämme zu homogenisieren.

Die in den Abscheidezyklon 18 aus der Abluft des Trommel­ trockners 13 abgeschiedenen Stäube können über eine Ver­ teilvorrichtung 27 über eine Leitung 28 dem Mischer 15 auf­ gegeben werden, um die nassen Schlämme vorzutrocknen, oder können über eine Leitung 29 den getrockneten Schlämmen di­ rekt zugemischt werden.

Fig. 2 zeigt eine Zementanlage nach dem Naßverfahren. Um den Vergleich mit Fig. 1 zu erleichtern, sind gleiche Anlagen­ teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Das Rohmehl 1 wird als Schlamm dem langen Drehrohrofen 7 aufgegeben. Der Zementklinker wird hier ebenfalls in einem Klinkerkühler 8 gekühlt, der als Rostkühler ausgebildet ist. Der Klinker verläßt den Kühler bei 9. Auch hier wird der Rostkühler 8 von unten an mehreren Stellen über seine Länge verteilt mit Kühlluft 10 versorgt.

Ein Teil der heißen Abluft aus dem Klinkerkühler wird hier über eine Leitung 12 einer Prallhammermühle 30 zugeführt. Der andere Teil der Klinkerkühlerabluft durchstreicht den Drehrohrofen 7 und verläßt ihn als Ofenabgas 37. In dem heißen Luftstrom aus dem Klinkerkühler werden in dem Zer­ kleinerungsaggregat die Schlämme 14, die der Mühle direkt aufgegeben werden, zerkleinert und das zerkleinerte Gut von dem heißen Abluftstrom mitgerissen. In dem senkrechten Steigrohr 31 erfolgt die vollkommene Durchtrocknung der Schlämme. In einem Abscheidezyklon 18, der auch ein Luft­ stromsichter sein kann, werden die getrockneten und zer­ kleinerten Schlämme 14′ aus dem Abluftstrom ausgeschieden und in einem Bunker 33 gelagert, wo auch eine Homogenisie­ rung stattfindet.

Die trockenen Schlämme 14′ werden über eine Dosierschnecke 34 aus dem Bunker 33 abgezogen und dem festen Brennstoff 35 zugemischt. Mit einem Gebläse 36 wird diese Mischung dem Feststoffbrenner 7′ des Drehrohrofens 7 zugeführt.

Die im Zyklon 18 gereinigte Abluft wird von einem Gebläse 19 über eine Leitung 23 dem Klinkerkühler 8 zugeführt, wo sie in bereits bekannter Weise eingeleitet wird.

Die Schlämme können auch überall dort getrocknet und ver­ brannt werden, wo bei einem Brennprozeß mineralischer Stoffe heiße Abluft anfällt, beispielsweise beim Kalk- oder Dolo­ mitbrennen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Trocknung und anschließenden Verbrennung von Abfallstoffen, die aus einer Flüssigphase abgeschieden worden sind und deren Trockensubstanz brennbare Stoffe ent­ hält, insbesondere Schlämme aus Kläranlagen, beim Brennpro­ zeß mineralischer Stoffe, insbesondere bei der Herstellung von Zementklinker mit Vorwärmung des Rohmehls, Vorkalzina­ tion, Klinkerbrennen in der Sinterstufe und anschließendem Kühlen des Zementklinkers mit Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlämme mit einem Teil der Abluft, die beim Kühlen des Zementklinkers anfällt, getrocknet werden und die Ab­ luft, die bei der Trocknung der Schlämme anfällt, vollstän­ dig oder zu einem überwiegenden Teil in den Klinkerkühler geführt wird und die getrockneten Schlämme bei der Herstel­ lung von Zementklinker als Brennstoff verwertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Trocknung der Schlämme anfallende Abluft in die heißeste Zone des Klinkerkühlers geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die bei der Trocknung der Schlämme anfallende Ab­ luft entstaubt und der anfallende Staub den getrockneten Schlämmen und/oder den noch feuchten Schlämmen vor deren Trocknung beigemischt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die getrockneten Schlämme zer­ kleinert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die getrockneten Schlämme homoge­ nisiert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die getrockneten Schlämme als Brennstoff dem Brenner des Sinterofens der Sinterstufe auf­ gegeben werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die getrockneten Schlämme als Brennstoffe in die Vorkalzinierstufe und/oder in den Einlauf des Sinterofens aufgegeben werden.

8. Vorrichtung zur Trocknung und Verbrennung von Schlämmen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche in einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Klinkerkühler (8) abgasseitig über eine Rohrleitung (12) mit einem Trockner (13) für die ent­ wässerten Schlämme (14) verbunden ist und dieser Trockner (13) wiederum abgasseitig über eine Rohrleitung (17, 20, 23) mit dem Klinkerkühler (8) und der Trockner (13) auf der Austragsseite der getrockneten Schlämme über eine Förder­ einrichtung (25) mit dem Vorkalzinator (5) und/oder mit dem Einlauf des Sinterofens, vorzugsweise eines Drehrohrofens (7) in Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockner (13) auf der Austragsseite der getrockneten Schlämme mit dem Brenner (7′) des Drehrohrofens (7) über eine Fördereinrichtung (34, 36) in Verbindung steht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Trockner (13) ein Trommeltrockner ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Trockner aus einem mit der Abluft des Kühlers durchströmten Zerkleinerungsaggregat (30), vorzugs­ weise einer Prallhammermühle, mit nachgeschaltetem Staubab­ scheider (18) besteht.