DE3544300A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufarbeiten von schlamm - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Aufarbeiten von Schlamm, bei dem der Schlamm mit Brennluft in einem Ofen ausgebrannt und dabei die Verbrennungswärme mittels eines Feststoffwärmetauschers zur Vorwärmung der Brennluft verwendet wird, sowie auf eine Anlage zum Ausbrennen von Schlamm, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, enthaltend einen Ofen und einen Feststoffwärmetauscher als Vorwärmer für die Verbrennungsluft.

Bei der Aufarbeitung und Beseitigung von Abfallstoffen wird versucht, im Abfall enthaltene organische Substanz zu verbrennen. Eine Verbrennung von (trockenen) Müll, erst recht von (feuchten) Schlamm mit (kalter) Verbrennungsluft in einem Ofen erfordert in der Regel zu einer geordneten Verbrennung einen Zusatzbrennstoff. Man hat daher versucht, die Verbrennungsenthalpie für den Prozeß der Abfallsbeseitigung selbst und darüber hinaus auch als freie Prozeßwärme zu nutzen.

Bei der Verbrennung von Abfallstoffen können sich bekanntlich gefährliche Produkte (z. B. Dioxine und Furane) bilden, die thermisch so stabil sind, daß sie erst durch sehr hohe Temperaturen zerstört werden. Zur Erreichung solcher hoher Temperaturen in den Ofengasen ist vorgeschlagen worden, die Brennluft auf Temperaturen zwischen 300 und 800°C vorzuwärmen. Für die sichere Zerstörung geruchsbelästigender Substanzen ist es erforderlich, daß sie eine Zeitlang einer Temperatur von mindestens 800°C ausgesetzt werden.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Wärme von heißen Ofengasen in einem Wärmetauscher auf einen Feststoff übertragen wird, der seinerseits die Verbrennungsluft vorwärmt. Bei feuchten Stoffen, und insbesondere wenn sie in der Zusammensetzung schwanken, können sich in einem Drehrohrofen die verschiedenen Prozeßstufen wie Trocknung, Schwelung, Zündung und Verbrennung verschieben und wenn stets die hohen Temperaturen garantiert sein müssen, kommt man auch hier in der Regel nicht ohne Zusatzbrennstoff aus.

Die Erfindung betrifft speziell die Aufarbeitung von Schlämmen. Unter Schlamm soll allgemein ein Abfall mit einem erheblichen Wassergehalt verstanden werden; von der Konstitution und der Zusammensetzung her handelt es sich um pastöse Stoffe mit organischen Anteilen. Ein Hauptvertreter dieses Abfalltyps ist Klärschlamm aus städtischen und gewerblichen Kläranlagen. Der Wassergehalt solcher Schlämme liegt zwischen 30 und 80%.

Für die Aufarbeitung von Schlamm ist vorgeschlagen worden, zwei Aggregate, einen Trocknungs- beziehungsweise Schwelofen und einen Verbrennungsofen parallel zu schalten. Heiße Ofengase können in den Trockner geleitet werden, ebenso wie Trocknergas aus dem Trocknungsofen (auch Schwelgas) in den Brennofen. Bei diesem Verfahren der Abfallbeseitigung gelangt aber auch ein Teil der Trockner­ beziehungsweise Schwelgase in das Ofengas, wobei die Temperatur dieses Mischgases auch auf Werte unter 800°C absinken kann und sich deshalb in der Regel noch eine Gasreinigung anschließen muß.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur umweltgerechten Beseitigung von Schlamm möglichst ohne Zusatzenergie. Insbesondere soll bei diesem Verfahren keine gesonderte Nachbehandlung der Abgase erforderlich sein, das heißt geruchsbelästigende Stoffe sollen auf jeden Fall in dem Brennofen zerstört werden.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schlamm vor der Verbrennung in einem Trockner getrocknet beziehungsweise einem Schwelprozeß unterworfen wird, das Trocknergas beziehungsweise das Schwelgas im Feststoffwärmetauscher weiter erhitzt und das gesamte Trockner- beziehungsweise Schwelgas in den Ofen eingespeist und/oder in den Trockner rezirkuliert wird.

Der Ausdruck "Trocknergas" soll alles aus dem Trockner austretende Gas, also auch Schwelgas, umfassen. Trocknergas besteht im wesentlichen aus feuchter Luft mit flüchtigen organischen Verbindungen. Trocknungs- und Schwelprozeß sind bei höheren Temperaturen nicht mehr klar zu trennen. Die Probleme der Gasreinigung sind für beide Arten die gleichen. Mit Ofengas wird die aus dem Verbrennungsofen austretende heiße Verbrennungsabluft bezeichnet; sie kann auf eine mehr oxidierende oder mehr reduzierende Atmosphäre eingestellt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf wirtschaftlich günstige Weise sicher verhindert, daß Trocknergas, das geruchsbelästigende Stoffe enthält, in die Atmosphäre gelangt, ehe diese Stoffe vollständig zerstört sind. Die "Reinigung" des Trocknergases wird dadurch erzielt, daß es nach dem Austritt aus dem Trockner weiter erhitzt wird, wobei ein Teil dieses erhitzten Trocknergases in den Trockner rezirkuliert, ein anderer Teil in den Ofen eingespeist wird. Das in den Trockner eingespeiste heiße Gas führt zu einer weiteren wirkungsvollen Trocknung des Schlammes und das in den Ofen eingespeiste Gas durchläuft Bereiche, wo es auf über 1000°C erwärmt wird. Bei diesen Temperaturen werden mit Sicherheit geruchsbelästigende Komponenten zerstört. Vielfach lassen sich auch Tempertaturen über 1200°C erzielen, so daß bei einer solchen Anlage gesagt werden kann, daß mit Sicherheit keine störenden oder gefährlichen Stoffe emitiert werden. Das heiße Ofenabgas gelangt in einen Feststoffwärmetauscher, wo es unter Aufheizung des Feststoffes abgekühlt wird. Bei geeigneter Wahl des Feststoffes erfolgt dabei die erforderliche Rauchgasreinigung, beispielsweise eine Rauchgasentschwefelung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dem speziellen Feststoffwärmetauscher laufen nebeneinander mehrere, sich gegenseitig vorteilhaft beeinflussende Vorgänge ab. Formal läßt sich dieser Prozeß teilen in einen Bereich der Feststoffkühlung - dort erfolgt die Aufheizung des Trocknergases - und in einem Bereich der Feststofferhitzung, wo das Ofengas einen Teil seiner Wärme abgibt.

In einer Verfahrensvariante ist vorgesehen, daß das in den Trockner rezirkulierte Trocknergas eine andere Temperatur hat wie die in den Verbrennungsofen eingespeiste Verbrennungsluft.

Der getrocknete Schlamm kann kontinuierlich in den Verbrennungsofen eingespeist werden. Es kann jedoch vorteilhaft sein, den getrockneten Schlamm in einem Bunker zwischenzulagern und ihn erforderlichenfalls zu homogenisieren.

Wenn Trocknergas mit Temperaturen zwischen 300 und 800°C in den Ofen eingespeist wird, werden in der Regel Ofengastemperaturen von mindestens 1000°C erreicht. Bei Ofengastemperaturen von über 1200°C werden auch sehr stabile, zum Teil sehr giftige Substanzen wie Dioxine und Furane mit Sicherheit zerstört.

Mit Vorteil wird bei dem Verfahren ein Wärmeübertragungsfeststoff eingesetzt, dessen Komponenten, beispielsweise Kalk, Aktivitäten zur chemischen oder adsorptiven Bindung der bei der Schlammverbrennung freigesetzten Schadstoffe besitzen.

Mit Vorteil wird der Wärme Übertragungsfeststoff zum überwiegenden Teil mehrfach im Kreislauf durch das Wärmeübertragungssystem geführt. Das Ausschleusen verbrauchten und das Einbringen neuen Feststoffes ist an sich bekannt.

Eine Anlage zum Ausbrennen von Schlamm, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Trockner für den Schlamm vorhanden ist, der Feststoffwärmetauscher aus zwei Bereichen aufgebaut ist, wobei in einem Bereich in an sich bekannter Weise das Ofengas Wärme auf den Feststoff überträgt und es durch diesen Feststoff auch gereinigt wird (Feststofferhitzer) und in einem zweiten Bereich der Feststoff seine Wärme an das Trocknergas abgibt (Feststoffkühler), und Einrichtungen vorhanden sind, durch die heißer Feststoff vom Feststofferhitzer in den Feststoffkühler und abgekühlter Feststoff vom Feststoffkühler in den Feststofferhitzer gelangen kann und alles erwärmte Trocknergas in den Ofen und/oder in den Trockner einleitbar ist.

Abgesehen vom Beginn der Verbrennung braucht bei dieser Anlage gewöhnlich kein Zusatzbrennstoff eingesetzt zu werden, im Gegenteil, ein Teil der Prozeßwärme kann beispielsweise zur Stromerzeugung genutzt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen des Feststoffwärmetauschers sind Schwebegaswärmetauscher mit Wärmetauscherzyklonen, Wirbelschichtwärmetauscher, Wärmetauscher mit gasdurchflutbarem Wanderrost oder Schachtwärmetauscher.

Als Trockner sind Pralltrockner oder Trommeltrockner bevorzugt.

In der Regel ist es möglich, daß ein Teil der Verbrennungsenthalpie, beispielsweise zur Dampferzeugung, noch extra genutzt werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden weiter beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Verfahrensschema,

Fig. 2 bis Fig. 5 etwas weiter ausgeführte Verfahrensvarianten.

In allen Zeichnungen sind Ventile, Transporteinrichtungen und ähnliches weggelassen; die Pfeile charakterisieren die grundsätzliche Strömungsrichtung. Gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen charakterisiert.

Der Schlamm 1, der neben organischen Bestandteilen erhebliche Mengen Feuchtigkeit enthält, wird vor dem Ausbrennen in dem Ofen 2 in einem Trockner 3 entwässert, zum Teil auch verschwelt. Schlamm enthält auch oft beträchtliche Mengen gebundenen Wassers, es wird gewöhnlich erst bei der Verbrennung freigesetzt. Charakteristisch für die Erfindung ist der Feststoffwärmetauscher 4, der in zwei Bereiche aufgeteilt werden kann, einen Feststofferhitzer 5, der von dem Ofengas 6 durchströmt wird und einen Feststoffkühler 7, der von dem Trocknergas 8 durchströmt wird. Die ringförmige Verbindung zwischen den Bereichen 5 und 7 deutet an, daß heißer Feststoff über die Leitung 9 in den Feststoffkühler 7 und abgekühlter Feststoff über die Leitung 10 in den Feststofferhitzer 5 transportiert werden kann. Über die Leitung 11 kann frischer Feststoff zugegeben, über die Leitung 12 verbrauchter abgezogen werden. Der Feststoff (beispielsweise Kalk) dient auch zur Reinigung der Ofengase 6. Der Block 13 deutet eine Einrichtung zur weiteren Abhitzeverwertung, zum Beispiel einen Dampfkessel, an. Diese Anlage kann auch in den Wärmeaustauscher 4 ganz integriert sein. Zum Schluß gelangt das Ofengas zum Kamin 14.

Der entwässserte und zum Teil auch verschwelte Schlamm gelangt vom Trockner 3 über die Leitung 15 in den Ofen 2. Über die Leitung 16 wird die Luft in den Trockner 3 eingespeist, die (nach Erwärmung) für die Verbrennung des Schlammes 1 benötigt wird. In den Ofen 2 kann auch über die Leitung 17 Brennluft und beispielsweise beim Anfahren Zusatzbrennstoff eingegeben werden. Ausgebrannter Schlamm wird über die Leitung 18 aus dem Ofen in ein Wasserbad eingetragen.

Das in der Fig. 1 dargestellte Verfahren ist in den folgenden Fig. 2 bis 5 etwas konkretisiert. Der Feststoffwärmetauscher ist hier ein Schwebegaswärmetauscher mit Wärmetauscherzyklonen 20 bis 26. In einem Kessel 27 kann Dampf erzeugt werden. Die Zyklone 20 bis 23 gehören hier zum Feststoffvorwärmer 5, die Zyklone 24 bis 26 zum Feststoffkühler 7, in ihm erfolgt die Erhitzung der Trocknerabluft. Die gesamte weiter erwärmte Trocknerabluft 28 wird zurückgeführt, und zwar in zwei Teilströme zum Trockner 3 und zum Ofen 2.

In dem etwas abgeänderten Verfahrensschema in Fig. 3 haben die über die Leitung 29 in den Trockner 3 und über die Leitung 30 in den Ofen 2 eingeleiteten Gasströme eine unterschiedliche Temperatur, weil sie im Wärmetauscher Zonen unterschiedlicher Temperatur durchlaufen haben. Als eine weitere Abwandlung wird hier ein Teil des aus dem Trockner austretenden Trocknergases über den Weg 31 direkt dem Trocknergas 32 wieder zugeführt. Außerdem ist noch eine Einrichtung 33 vorhanden, wo der getrocknete Schlamm zwischengelagert werden kann; sie erfüllt Puffer- und Mischfunktion. Das Zyklon 35 ist beispielhaft zur Staubabscheidung des Trocknergases vorgesehen. Der dort abgeschiedene Feststoff wird auch dem Ofen 2 aufgegeben.

Auch bei dem Verfahren in Fig. 4 wird das Trocknergas 8 auf verschiedene Temperaturen vorgewärmt. Die Aufteilung 36, 37 des Trocknergasstromes in die Wärmetauscherzyklone 24, 26 ist eine beispielhafte Möglichkeit. Es ist aber hier auch gemäß der Erfindung gewährleistet, daß das gesamte Trocknergas 8 rezirkuliert wird und nicht die Umwelt belastend direkt in die Kaminluft gelangt, sondern erst durch das Verweilen im Ofen 2 insbesondere von geruchsbelästigenden Stoffen befreit wird.

In Fig. 5 ist wiederum ein etwas anderes Verfahrensschema dargestellt. Ein Teil der Trocknerluft läuft dabei über die Leitung 38 im Kreis um. Lediglich ein Teil des Trocknergases wird in dem Wärmetauscherzyklon 24 weiter erhitzt und gelangt über die Leitung 40 als vorgewärmte Brennluft in den Ofen 2. Trocknerluft wird hier über den Anschluß 40 eingespeist und im Zyklon 25 und 26 vorgewärmt; auch bei diesem Verfahren wird das Trocknergas weiter erhitzt. Es kann nur über den Ofen 2 in den Kamin gelangen.

Claims (13)

1. Verfahren zum Aufarbeiten von Schlamm, bei dem der Schlamm mit Brennluft in einem Ofen ausgebrannt und dabei Verbrennungswärme mittels eines Feststoffwärmetauschers zur Vorwärmung der Brennluft verwendet wird dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm vor der Verbrennung in einem Trockner getrocknet bzw. einem Schwelprozeß unterworfen wird, das Trocknergas bzw. das Schwelgas im Feststoffwärmetauscher weiter erwärmt und das gesamte Trockner- bzw. Schwelgas dann in den Ofen eingespeist und/oder in den Trockner rezirkuliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ofen und den Trockner rückgeleiteten Trocknergasströme auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm unmittelbar nach der Trocknung oder erst nach einer Homogenisierung in dem Ofen verbrannt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknergas auf Temperaturen zwischen 300 und 800°C aufgeheizt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Ofengas Temperaturen von über 1000°C erreicht.

6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Ofengas Temperaturen von über 1200°C erreicht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeübertragungsfeststoff eingesetzt wird, dessen Komponenten, beispielsweise Kalk, Aktivitäten zur chemischen oder adsorptiven Bindung der bei der Schlammverbrennung freigesetzten Schadstoffe besitzen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertragungsfeststoff zum überwiegenden Teil mehrfach im Kreislauf durch das Wärmeübertragungssystem geführt wird.

9. Anlage zum Ausbrennen von Schlamm, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, enthaltend einen Ofen und einen Feststoffwärmetauscher als Vorwärmer für die Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trockner (3) für den Schlamm (1) vorhanden ist, der Feststoffwärmetauscher (4) aus zwei Bereichen aufgebaut ist, wobei in einem Bereich in an sich bekannter Weise das Ofengas (6) Wärme auf den Feststoff überträgt und es durch diesen Feststoff auch gereinigt wird (Feststofferhitzer) (5) und in einem zweiten Bereich der Feststoff seine Wärme an das Trocknergas (8) abgibt (Feststoffkühler) (7), und Einrichtungen vorhanden sind, durch die heißer Feststoff vom Feststofferhitzer (5) in den Feststoffkühler (7) und abgekühlter Feststoff vom Feststoffkühler (7) in den Feststofferhitzer (5) gelangen kann und alles erwärmte Trocknergas (28) in den Ofen (2) und/oder in den Trockner (3) einleitbar ist.

10. Anlage nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffwärmetauscher (7) Schwebegaswärmetauscher mit Wärmetauscherzyklonen (20 bis 26) eingesetzt werden.

11. Anlage nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffwärmetauscher Wirbelschichtwärmetauscher, Wärmetauscher mit gasdurchflutbarem Wanderrost oder Schachtwärmetauscher eingesetzt werden.

12. Anlage nach Anspruch 9, 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, daß als Trockner (3) Pralltrockner oder Trommeltrockner eingesetzt werden.

13. Anlage nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Einrichtungen (13) zur Abhitzeverwertung vorhanden sind.