DE3905143A1

DE3905143A1 - Verfahren zur herstellung von keramischen massen aus sedimenten, insbesondere schlick und schlamm

Info

Publication number: DE3905143A1
Application number: DE3905143A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Riedel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-02-19
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1989-08-31

Description

Überall dort, wo Wasserströmungen ihre Geschwindigkeit verlieren, lagern sich Sedimente ab. Das wird gezielt z.B. in Kläranlagen zur Abwasserreinigung ausgenutzt, geschieht aber auch höchst unerwünscht in Flußmündungen, Hafenbecken, Staubecken u. dgl., die deshalb regelmäßig ausgebaggert werden müssen. Die da bei anfallenden Sedimente, also z.B. Klärschlamm oder Hafen schlick, enthalten durchweg unzulässig hohe Mengen an anorgani schen sowie organischen Schadstoffen und müssen deshalb beseitigt werden. Sie werden bislang auf Spülfelder verbracht, im Meer ver klappt oder in Sonderdeponien gelagert. Das sind umwelttechnisch fragwürdige und auf Dauer nicht akzeptable Methoden.

Andererseits enthalten die Sedimente auch einen ver hältnismäßig hohen Anteil an keramisch brennbaren (z.B. silika tischen) Materialien, was die Überlegung ausgelöst hat, aus den Sedimenten Ziegelerzeugnisse herzustellen, welche die Schadstoffe - soweit sie nicht beim Brennprozeß zerstört werden oder in das Abgas übergehen - in gebundener (unlöslicher) Form enthalten und zugleich Nutzprodukte darstellen. Einer direkten Verziegelung stellen sich jedoch im wesentlichen folgende Probleme entgegen:

1. Die Sedimente besitzen einen sehr hohen Wassergehalt, der bis zu 80 Gew.% betragen kann.
2. Der sehr hohe Feinkornanteil macht den Rohstoff für eine ziegelei-ähnliche Verarbeitung zu fett.
3. Der sehr hohe Anteil an Ausbrennstoffen, d.h. verbren nungsfähigen Substanzen (z.B. hat trockener Hamburger Hafenschlick 20% Glühverlust, davon allein 8% C, der Rest Kohlenwasserstoffe) ist im normalen Ziegelofen (Tunnelofen) nicht zu beherrschen, außerdem können die gesetzlichen Abgas-Auflagen (TA-Luft) nur mit unwirt schaftlichem Aufwand durch Nachverbrennung und Reini gung der sehr hohen Abgasmengen (ca. 3000 Nm³ Abgas je Tonne Sediment Trockensubstanz) eingehalten werden.
4. Die vorstehend aufgezählten Punkte führen zu einer extrem hohen Trockenschwindung (ca. 12%) und zu einer hohen Brennschwindung (ca. 6%), das Produkt wird somit während eines normalen Ziegelei-Produktionsganges ca. 18% kleiner. Damit lassen sich einigermaßen maß haltige Ziegelerzeugnisse nicht mehr herstellen.
5. Die in den Sedimenten oft enthaltenen Säurereste und ebenso einige Schwermetalle, die beim Brennen verdamp fen, wie Quecksilber, Cadmium und Blei, erfordern eine zusätzliche mehrstufige Reinigung der Abgase. Hier kommt wiederum der Nachteil der sehr großen Abgasmenge zum Tragen.

Aus diesen Gründen haben die bisherigen Versuche einer Verziegelung im wesentlichen nur zu zwei Vorschlägen geführt, von denen der eine darin besteht, einen üblichen Ziegelrohstoff mit 10-20% Sedimenten zu versetzen und dann in einem normalen Tun nelofen zu verarbeiten. Damit lassen sich aber die sehr großen Mengen an anfallenden Sedimenten nicht bewältigen, und außerdem bleiben die Abgasprobleme ungelöst. Der andere Vorschlag umfaßt die Pelletierung und das Brennen von Granulat im Drehrohrofen.

Das ist jedoch sehr unwirtschaftlich, und außerdem bleiben auch dabei wieder die Abgasprobleme im vollen Umfang bestehen.

Somit besteht nach wie vor ein erheblicher Bedarf an einem praxisgerechten Verfahren zur Verziegelung der Sedimente. Hier setzt die Erfindung ein. Sie hat zum Ziel, ein Verfahren an zugeben, welches unter Vermeidung der vorangehend erörterten Nachteile zu hochwertigen Ziegelerzeugnissen führt, den Schad stoffkreislauf unterbricht und keine Umweltbelastung verursacht, also insbesondere auch die Abgasprobleme löst sowie außerdem die in den Sedimenten in Form von Ausbrennstoffen enthaltenen Ener gieträger beherrschbar zur Einsparung von Primärenergie ausnutzt.

Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch ein Verfahren, welches sich durch folgende Schritte kennzeichnet:

a) Ein Teil der Sedimente wird auf eine möglichst geringe Restfeuchte vorgetrocknet und das so erhaltene Trocken gut (t) anschließend zu einer Rohschamotte (a) gebrannt.
b) Ein weiterer Teil der Sedimente wird auf eine demgegen über höhere Restfeuchte vorgetrocknet und das so erhal tene Trockengut (b) mit der Rohschamotte (a) gemischt, wobei die Restfeuchte im Trockengut (b) so bemessen wird, daß die Mischung (c) einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 6-10 Gew.% besitzt.
c) Die Mischung (c) wird der üblichen Formgebung zugeführt und anschließend bei keramischen Brenntemperaturen gebrannt.

Zweckmäßig wird dabei die Mischung (c) im Verhältnis von einem Gewichtsteil Rohschamotte (a) zu einem bis zwei Ge wichtsteilen Trockengut (b) hergestellt.

In apparativer Hinsicht ist das erfindungsgemäße Ver fahren nicht an bestimmte Trockner, Brennöfen u. dgl. gebunden, wird jedoch bevorzugt in einem Gegenlaufofen durchgeführt, dessen Bauprinzip und Wirkungsweise in den eigenen DE-A 25 51 811, 27 21 948 und 35 15 877 beschrieben sind.

Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren und ein dafür besonders zweckmäßiges Ausführungsbeispiel eines Gegen laufofens anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellen dar:

Fig. 1 den Grundriß eines an das erfindungsgemäße Verfahren angepaßten Gegenlaufofens,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Mittelwand (Ebene II-II in Fig. 1),

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Brennzone (Ebene III-III in Fig. 1) und

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Aufheiz-/Kühlzone (Ebene IV-IV in Fig. 1).

Bei dem dargestellten Gegenlaufofen handelt es sich um einen Tunnelofen mit zwei parallelen Kanälen, die von ihren ent gegengesetzten Enden her im Gegenstrom mit dem zu brennenden Material beschickt werden. In der Mitte des Ofens befindet sich für beide Kanäle die Brennzone, und zu beiden Ofenseiten hin schließen sich an die Brennzone jeweils Zonen niedrigerer Tempe raturen an, die für den einlaufenden Materialstrom die Aufheiz zone und für den ausgehenden Materialstrom die Kühlzone darstel len. Dabei ist abschnittsweise zwischen einem Abschnitt der Kühl zone des einen Kanals und dem entsprechenden Abschnitt der Auf heizzone des anderen Kanals eine Luftumwälzung (Querkonvektion) vorgesehen, die einen Wärmeaustausch bewirkt. Außerdem besteht eine Längskonvektion, mit welcher alle in der Aufheizzone bzw. in der Kühlzone entstehenden Gase und Dämpfe zur Brennzone hinge führt werden, wo sie mit dem Rauchgas abziehen. Insoweit ent spricht der Gegenlaufofen dem bereits genannten Stand der Tech nik.

Ein solcher Gegenlaufofen stellt an sich eine optimale Energieausnutzung sicher und hat außerdem den besonderen Vorteil, daß nur verhältnismäßig geringe Abgasmengen anfallen, die in der Größenordnung von nur ca. 200 Nm³ je Tonne Trockensubstanz lie gen. Das Abgasvolumen ist also im Vergleich zum normalen Tunnel ofen um mehr als eine Zehnerpotenz geringer, und dadurch ergeben sich wirtschaftliche Größen und Kosten für die Beseitigung der in das Abgas übergegangenen Schadstoffe mit Hilfe üblicher Methoden und Apparate.

Zur Wirtschaftlichkeit trägt weiterhin bei, daß die in den Sedimenten enthaltenen Energiemengen im vollen Umfang für das Verfahren nutzbar gemacht werden können. Die aus den Ausbrenn stoffen der Sedimente stammenden Energiemengen sind normalerweise so hoch, daß der laufende Betrieb des Gegenlaufofens weitgehend ohne Einsatz von Primärenergie möglich ist und sogar noch ein Energieüberschuß entsteht, d.h. Wärmeenergie aus dem Gegenlauf ofen abgezogen werden kann, die sich dann z.B. zur Trocknung der Sedimente einsetzen läßt. Allerdings sind zur Ausnutzung der in den Sedimenten enthaltenen Energiemengen im allgemeinen noch zu sätzliche Maßnahmen erforderlich, und zwar aus folgendem Grund:

Die Ausbrennstoffe in den Sedimenten können aus zwei Typen bestehen, nämlich zum einen aus Kohlenwasserstoffverbindun gen, die vorzugsweise im Temperaturbereich 200-400°C verdamp fen, und zum anderen aus Kohlenstoff (z.B. Koks- oder Steinkohle- Abfälle), der nicht verdampft, sondern bei Temperaturen oberhalb 600°C ausbrennt. Hierbei überwiegen die Kohlenwasserstoffverbin dungen. Deren Dämpfe ziehen zwar im Gegenlaufofen auf spiralför miger Bahn (der Querkonvektion folgend) zur Ofenmitte, entzünden sich aber bereits im Temperaturbereich 300-500°C und erzeugen damit ihre Wärme mitten in der Aufheizzone. Dort erfolgt aber das Aufheizen der ungebrannten Ware durch die Kühlwärme des gebrann ten Guts vom Nachbargleis per Querkonvektion. Die zusätzlich durch das Ausbrennen der Dämpfe erzeugte Wärme führt daher nicht zu Nutzwärme, sondern nur zu einer Deformation der Aufheizkurve mit der Folge einer unvollkommenen Kühlung der gebrannten Ware, geht also letztlich als Ausfahrverlust verloren. Die Verminderung des Brennstoffverbrauchs in der Brennzone würde ohne zusätzliche Maßnahmen also nur einen Bruchteil der mit Ausbrennstoffen zuge führten Wärme-Energie ausmachen.

Die Entzündung der brennbaren Dämpfe läßt sich verzö gern, wenn man den Sauerstoffgehalt in der Aufheizzone und damit zwangsläufig auch in der durch Querkonvektions-Öffnungen verbun denen Kühlzone des Nachbarkanals entsprechend absenkt. Dann ent steht aber eine reduzierende Ofenatmosphäre. Diese verdirbt die Brennfarbe der Produkte, verhindert die Oxidation des Scherbens und damit den Ausbrand von Kohlenstoff-Bestandteilen mit der Fol ge der Bildung schwarzer Kerne = Verminderung der Frostbeständig keit. Außerdem können bei mittlerem bis hohem Gehalt an Ausbrenn stoffen Abschnitte des Ofens unkontrollierbar explosionsfähige Gemische bilden.

Wenn die Sedimente einen geringen bis mittleren - z.B. weniger als 10% Glühverlust - Anteil an Ausbrennstoffen enthal ten, beispielsweise Hafenschlick aus Häfen, deren Wasserzufluß aus dünn besiedeltem und nicht industrialisiertem Hinterland er folgt, kann von einer niedrigen Trocken- und Brennschwindung aus gegangen werden. Dann ist die Herstellung von brauchbaren Pro dukten auch im normalen Naßpreßverfahren möglich, und man kann den Heizwert der Ausbrennstoffe dadurch nutzen, daß man gezielt die brennbaren Dämpfe in demjenigen Bereich der Aufheizzone, in dem Temperaturen zwischen 200 und 400°C herrschen, aus der Auf heizzone absaugt und dort wieder verwendet, wo Energie gebraucht wird, also im Bereich der Brennzone des Gegenlaufofens oder in einem Trockner für die Trocknung der Sedimente oder ggfs. auch in einem separaten Ofen für den Schamottebrand. Vorzugsweise wird dabei die abgesaugte Gas-Luft-Mischung als Verbrennungsluft für den Gegenlaufofen genutzt und über die Brenner (Gas-, Öl- oder auch Feststoffbrenner) in die Brennzone eingeblasen. Der in der Verbrennungsluft enthaltene Heizwert führt dann direkt zur Ver minderung des Primär-Energie-Verbrauchs.

Bei europäischem Hafenschlick wird der Glühverlust im Regelfall deutlich höher als 10% liegen. Dann ist die bei 200 -400°C anfallende Menge brennbarer Dämpfe zu groß, als daß sie in der zuvor beschriebenen Weise der Verbrennungsluft zugesetzt werden könnte. In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, die brennbaren Dämpfe direkt am Ort der Entstehung zu verbrauchen, also im Bereich der Aufheizzone/Kühlzone der beiden Kanäle, indem dort zugleich die Trocknung oder zumindest eine teilweise Trock nung des Ausgangsmaterials durchgeführt wird. Dazu können in die sem Bereich der Mittelwand des Ofens kleine Schachttrockner vor gesehen sein, vorzugsweise werden dazu jedoch ein oder mehrere Trockenkanäle in die Mittelwand eingebaut, in denen das Trocken gut über Stahlbänder, Förderschnecken, Kratzförderer o. dgl. ge fördert wird. Solche Trockenkanäle vermeiden das Risiko des Ver klebens und Verstopfens im Schachttrockner und sind außerdem bes ser regelbar.

Unabhängig davon, ob die Trocknung in separaten Trock nern vorgenommen oder in den Gegenlaufofen integriert ist, sind zwei unterschiedliche Trockenstufen zweckmäßig, die sich danach richten, ob das Trockengut zur Rohschamotte gebrannt oder ob es mit der Rohschamotte gemischt und in dieser Mischung der Formge bung zugeführt werden soll. Für das Brennen der Rohschamotte sollten die Feuchtigkeitswerte so gering wie möglich sein (ca. 2-3% Restfeuchte). Für die Formgebung hingegen, die im allgemeinen auf Trockenpressen mit ca. 7-8% Feuchtigkeit der Masse erfolgt, ist eine Trocknung auf derart geringe Feuchtig keitswerte weder notwendig noch erwünscht. Vielmehr sollte der für die Formgebung bestimmte Anteil (b) des Trockenguts die ge samte zur Formgebung erforderliche Feuchtigkeit enthalten, denn zu starkes Austrocknen und anschließender Wasserzusatz bei der Formgebung wäre unwirtschaftlich. Wenn z.B. die Mischung (c) aus 50% Rohschamotte und 50% Trockengut besteht und 7% Feuchte enthalten soll, so muß das Trockengut (b) mit 14% Restfeuchte angeliefert werden (die Rohschamotte ist wasserfrei). In jedem Fall soll das Trockengut dabei eine Temperatur von 100°C nicht nennenswert übersteigen, damit nur der Überschuß an Wasser ausge trieben wird und nicht auch bereits Brenngase freigesetzt werden.

Die unterschiedlichen Trockenstufen lassen sich erzie len, indem man das für die Formgebung bestimmte Trockengut (t) vorzeitig aus dem Trockner abzieht, oder indem man zwei oder mehr Trockner vorsieht und die Trockengüter (t) und (b) mit unter schiedlichen Restfeuchten in getrennten Trocknern erzeugt. Wegen der besseren Regelbarkeit des Trockenverlaufs und der Endzustände ist diese Lösung vorzuziehen.

Beide Trockengut-Arten müssen nach der Trocknung zer kleinert werden. Das Grundmaterial für die Formgebung muß fein zerkleinert werden, das Grundmaterial für die Rohschamotte vor dem Brennen grob oder gar nicht, nach dem Brennen auf ⌀ 1-2 mm, wie für eine optimale Kornzusammensetzung der Formgebungsmasse erforderlich.

Für das Brennen der Rohschamotte (a) können geeignete separate Öfen vorgesehen sein, beispielsweise Schachtöfen oder Drehrohröfen, die nach Pyrolyse-Art betrieben werden. Dabei wird nur soviel Luft zugeführt, wie im Ofen zur Deckung seines Eigen bedarfs verbrannt werden muß, und die Abgase des Pyrolyseofens werden dann dem Gegenlaufofen über Brenner zugeführt. Die Brenn temperatur beim Schamottebrand kann auf ca. 900-1000°C be grenzt bleiben, weil hierbei kein Garbrand erforderlich ist, son dern es nur darum geht, die verbrennungsfähigen Stoffe auszubren nen und einen großen Teil der Brennschwindung gewissermaßen "vor wegzunehmen".

Bevorzugt geschieht das Brennen der Rohschamotte (a) aber auch im Gegenlaufofen gleichzeitig mit dem keramischen Bren nen der Mischung (c). Dazu werden zweckmäßig in der Mittelwand des Ofens im Bereich der Brennzone nebeneinander eine Anzahl kleinerer senkrechter Schächte angeordnet, die als Schachtöfen wirken, wenn sie von oben mit Trockengut beschickt und zum Bren nen der Rohschamotte herangezogen werden. Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß der beim Schamottieren freigesetzte Heizwert dort erzeugt wird, wo er weiter gebraucht wird, indem die beim Scha mottieren entstehenden Brenngase direkt in die beiden Brennräume des Gegenlaufofens eintreten und dort unter Hinzufügung der er forderlichen Verbrennungsluft verbrannt werden. Dabei kann die Temperatur-Regelung des Gegenlaufofens einmal durch Regelung der Verbrennungsluftmenge, zum anderen durch Regelung der Durchsatz leistung der Schachtöfen = Regelung der Brenngasmenge erfolgen.

Die Mischung (c) aus Trockengut (b) und Rohschamotte (a) läßt sich auf herkömmlichen Trockenpressen zu Formlingen ver arbeiten, welche direkt auf Ofenwagen gesetzt und in üblicher Weise nach Passieren eines Vortrockners in den Ofen geschoben werden können. Dabei ist die Trockenschwindung der Masse elimi niert und die Brennschwindung minimiert, so daß sich bei ca. 3-4% Gesamtschwindung maßhaltige, auch großformatige Ziegel erzeugnisse herstellen lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist übrigens nicht nur auf Hafenschlick anwendbar, sondern auf alle keramisch verarbeit bare Rohstoffe, die - sei es wegen hohem Gehalt an brennbaren Substanzen und/oder an Wasser im Anlieferungszustand - bei norma ler Verarbeitung in normalen Ziegeleien oder Keramikfabriken Pro bleme bereiten.

Zahlenmäßiges Ausführungsbeispiel: Ausführungsbeispiel Gegenlaufofen

Es wird der zeichnerisch dargestellte Gegenlaufofen eingesetzt, der es gestattet, neben dem eigentlichen keramischen Brennprozeß auch den Schamottebrand sowie die Trocknung im glei chen Ofen durchzuführen. Zu diesem Zweck sind in der Mittelwand des Ofenkörpers 1 im Bereich der Brennzone eine Anzahl von klei nen Schachtöfen 6 angeordnet, in denen der Schamottebrand statt findet. Weiterhin sind in den beiden Bereichen der Mittelwand, in welchen die Aufheizzone des einen Kanals über Querkonvektionsöff nungen 10 und 11 mit der Kühlzone des gegenläufigen anderen Ka nals in Verbindung steht, insgesamt vier Trockner vorgesehen, von denen jeweils zwei Trockner (nachfolgend auch als "Trockner F " bezeichnet) die Lieferung zur Formgebung und die beiden anderen (nachfolgend auch als "Trockner S " bezeichnet) die Lieferung zu den Schachtöfen 6 besorgen. Auf jeder Ofenseite befinden sich da bei ein Trockner F und ein Trockner S so nebeneinander, daß sie beide mit den oberen Querkonvektionsöffnungen 11 kommunizieren.

Die Trockner F werden am Ofenende über eine Aufgabesta tion 12 mit Rohmaterial beschickt und fördern dies mit ihrem obe ren Strang 2 in Ofenlängsrichtung schräg ansteigend zur Brennzone hin und mit ihrem unteren Strang 3 wieder zurück zum Ofenende, wo ein Transporteur 13 das Trockengut übernimmt und zur Formgebung leitet. Analog werden die Trockner S nahe der Brennzone in der Ofenmitte über eine Aufgabestation 12 beschickt und fördern das Rohmaterial zunächst mit ihrem oberen Strang 4 in Ofenlängsrich tung schräg abfallend zum Ofenende und dann mit ihrem unteren Strang 5 wieder zurück zur Ofenmitte, wo ein Transporteur 15 das Trockengut in die Schachtöfen 6 weiterleitet. Alle Trockner F und S bestehen aus stabilen Stahlblechkästen, in denen die Förderung mit Kratzförderern erfolgt. Dabei wird das Trockengut ständig ge wälzt und zerkrümelt. Die Kästen sind, wie Fig. 4 gut erkennen läßt, so in den oberen Querkonvektionsöffnungen 11 in der Mittel wand angeordnet, daß die zusätzliche Wärme, die in der Aufheiz zone des einen zugeordneten Kanals durch die Verbrennung der aus dem Material abgegebenen Brenngase entsteht, an die Trockner ab gegeben wird. Dabei ist es zweckmäßig, die Trockner nicht fest in die Mittelwand des Ofens einzubauen, sondern an (handbetätigten oder automatisch geregelten) Spindeln o. dgl. Verstelleinrichtun gen aufzuhängen, um ihre Eintauchtiefe in die Querkonvektionsöff nungen 11 und damit die Umgebungstemperatur des Trockengutes so wie den örtlichen Energiezufluß einstellen zu können. Bei Bedarf kann die Austauschoberfläche der Trockner auch noch durch Rippen oder dgl. Einrichtungen vergrößert werden.

Zweckmäßig sind jeder Aufheizzone des Gegenlaufofens mindestens ein Trockner S und ein Trockner F zugeordnet, d.h. es können insgesamt auch mehr als vier Trockner vorgesehen sein.

Die Schachtöfen 6 in der Brennzone stehen über Durch laßöffnungen mit den beiden Brennräumen des Gegenlaufofens in Verbindung, damit die beim Schamottebrand anfallenden Brenngase direkt in die Brennräume gelangen und dort verbrennen können. Unterhalb der Schachtöfen befindet sich in der Mittelwand ein Transporteur 7, der die Rohschamotte zur Formgebung transpor tiert.

Verfahrensablauf

Der angelieferte Schlamm wird über Roste mit einer Maschenweite von ca. 50 mm in Kastenbeschicker eingefüllt. Dabei werden Fremdkörper eliminiert. Aus den Kastenbeschickern werden über Bänder die vier Trockner F und S gefüllt, die in der Mittel wand des Ofens eingehängt sind und zur Beheizung äußerlich vom Querkonvektions-Strom des Gegenlaufofens umspült werden. Durch Regelung der Eintauchtiefe wird die Intensität der Beheizung so geregelt, daß der Trockenprozeß mit den gewünschten Konditionen abläuft.

Die beiden Trockner F liefern ihr Trockengut direkt zur Formgebung. Dieses Trockengut enthält noch die Restfeuchte, die zur Formgebung erforderlich ist.

Die beiden Trockner S beschicken 20 kleine Schachtöfen mit rechteckigem Querschnitt, die in der Mittelwand des Gegen laufofens im Bereich der Feuerzone angeordnet sind. In diesen Schachtöfen wird das aufgegebene Trockengut geglüht. Dabei werden die flüchtigen Bestandteile ausgetrieben sowie die Kohlenstoff bestandteile zum Teil vergast und als CO ebenfalls ausgetrieben. Durch diese Öffnungen in den Schachtöfen treten die Dämpfe und Gase in die Brennräume des Gegenlaufofens ein und werden dort als Brennstoff genutzt und verbrannt. Den Schachtöfen wird von unten nur so viel Luft zugeführt, daß die Vergasung von C zu CO möglich ist und der eigene Wärmeverbrauch der Schachtöfen knapp gedeckt wird. Dieser Wärmeverbrauch ergibt sich aus der Vorwärmung der Rohschamotte auf ca. 1000°C, aus der Verdampfung von Restfeuchte und Kristallwasser und aus verschiedenen exothermen Reaktionen im Rohstoff. Er beträgt im Mittel ca. 250 J/kg Brenngut. Die abgezo gene Rohschamotte ist frei von flüchtigen Bestandteilen, besitzt noch einen Teil ihres C-Gehalts und hat ihre Brennschwindung ab geschlossen.

Die Temperaturregelung in den Schachtöfen erfolgt über die Luftzufuhr. Höhere Luftzufuhr bedeutet, daß der Anteil der im Schacht verbrannten Gase größer wird. Die Temperatur steigt.

Die Temperaturregelung des Gegenlaufofens erfolgt über die Durchsatzregelung der Schächte. Größerer Durchsatz = größere Gasabgabe an den Gegenlaufofen = Temperaturanstieg im Gegenlauf ofen. Außerdem kann diese Regelung individuell für jeden Schacht angeordnet werden, so daß die Feuerzone abschnittsweise geregelt werden kann, wie dies bei Öl- oder Gasbrennern auch geschieht.

Das abgezogene Rohschamotte-Granulat wird zur Formge bung transportiert. In der Formgebung werden zunächst die Einzel bestandteile Trockengut (b) und Rohschamotte (a) aufbereitet und ihre für die Formgebung optimale Granulometrie hergestellt, da nach werden die Bestandteile gemischt und den Pressen zugeführt. Zwischengeschaltete Silos sorgen für Produktionspuffer.

An den Pressen werden Voll- und Hohlziegel je nach Ver wendungszweck hergestellt und sofort auf Ofenwagen geladen. Die Fig. 3 und 4 lassen schematisch Ofenwagen 8 mit darauf angeordne tem Besatz 9 erkennen. Die Ofenwagen 8 durchfahren in einem Zuge zunächst die Vortrockner, in denen die Restfeuchte aus der Form gebung ausgetrieben wird, und danach den Gegenlaufofen, wo bei ca. 1100°C der Gasbrand erfolgt. Das gebrannte Gut gibt seine Restwärme an den Vortrockner des Nachbarkanals ab, kommt kalt aus dem Ofen, wird wie herkömmlich abgeladen, palletiert, einge schrumpft oder anderweitig versandfertig gemacht.

Rohstoffeigenschaften

In dem vorangehend beschriebenen Gegenlaufofen soll eine Leistung von 240 t/Tag gebrannte Produkte aus Hamburger Hafenschlick hergestellt werden.

Der Rohstoff wird mit 50% Wassergehalt (bezogen auf das Naßgewicht) angeliefert, dies ist der Normalzustand eines Spülfeldes nach zweÿährigem Abstehen,

Trockenschwindung
10,2% bezogen auf Trockensubstanz
Glühverlust	23,45% bezogen auf Trockensubstanz
Brennschwindung	5,5% bezogen auf Trockensubstanz

Der Austritt brennbarer Dämpfe und von Kristallwasser erfolgt zwischen 200 und 300°C mit einem Maximum bei 250°C. Dieser Austritt verursacht einen anteiligen Glühverlust von ca. 15%. Die Dämpfe bestehen etwa zur Hälfte aus Wasserdampf, zur anderen Hälfte aus Kohlenwasserstoffverbindungen, hauptsäch- lich Methan.

Der restliche Glühverlust erfolgt oberhalb 800°C. Er besteht zu ca. 8% im Ausbrand von Kohlenstoffen, zu etwa 0,45% aus restlichem Kristallwasser.

Die im Rohstoff enthaltene Energie kann wie folgt abge schätzt werden (Circa-Angaben):

a) Methan ca. 7% bezogen auf TS,
Heizwert ca. 41,9% kJ/kg=2,9 kJ/kg TS
b) Kohlenstoff ca. 8% bezogen auf TS,
Heizwert ca. 32,1 kJ/kg=2,7 kJ/kg TS
Energie-Inhalt gesamt=5,6 kJ/kg TS

Materialflüsse

a) Eingesetzter Rohstoff gesamt 627,00 t/Tag Schlamm,
bestehend aus 313,50 t/Tag Trockensubstanz und 313,50 t/Tag Wasser
Einsatz in die Trockner S und F je 313,50 t/Tag Schlamm,
je bestehend aus 156,75 t/Tag Trockensubstanz und 156,75 t/Tag Wasser
b) Die Trockner F beliefern direkt die Formgebung. Dieses Trockengut muß die gesamte Wassermenge enthalten, die notwendig ist, um die für die Formgebung notwendige Feuchtigkeit der Mischung aus 50% Rohschamotte und 50% Trockengut von 8% zu erzeugen.
Austrag zur Formgebung 156,75 t Trockensubstanz und 25,10 t Wasser
Wasserverdunstung ./. 131,65 t Wasserdampf
c) Die Trockner S beliefern die Schachtöfen mit einer Restfeuchte von 3%.
Austrag zu den Schachtöfen 156,75 t Trockensubstanz und 4,70 t Wasser
Wasserverdunstung ./. 152,05 t Wasserdampf
d) Austrag aus den Schachtöfen 120,00 t Rohschamotte
Gase und Dämpfe an den Gegenlaufofen: ./. 4,70 t Wasser und 36,75 brennbare Gase
e) Anlieferung an Presse
aus dem Trockner F 156,75 t Trockensubstanz und 25,10 t Wasser
aus den Schachtöfen 120,00 t Rohschamotte
zusammen 301,85 t Formmasse mit 8% H₂O
f) Einfahrt Vortrockner am Ofen 276,75 t Trockensubstanz und 25,10 t Wasser
Ausfahrt aus dem Vortrockner 275,75 t Trockensubstanz
Wasserverdunstung ./. 25,10 t Wasserdampf
g) Einfahrt in den Ofen 276,75 t/Tag Trockensubstanz
Glühverlust 36,75 t/Tag
Ausfahrt aus dem Ofen 240,00 t/Tag gebrannte Ware

Auslegung der wichtigsten Aggregate

a) Beschickung und Vorreinigung:
Rohstoffzufuhr 627 t/Tag=26,125 t/h
Raumgewicht ca. 1,5 t/m³
Rohstoffzufuhr 418 m³/Tag=17,417 m³/h
b) Trockner F (Lieferung zur Formgebung)
Eintrag 313,5 t/Tag=13,063 r/h=209 m³/Tag=8,708 m³/h
Trockenzeit ca. 4 h
2 Kanäle à 40 m Nutzlänge×2 Etagen
Inhalt insgesamt 34,832 m³=17,416 m³ je Kanal
Nutzquerschnitt 0,4354 m³ insgesamt=0,2177 m³ je Etage
Nutzbreite 1,00 m
Nutzhöhe 0,22 m
Verdunstungsleistung 131,65 t Wasser/Tag=5,485 kg/h=2,743 kg Wasser je Kanal und h
spezifischer Wärmeverbrauch ca. 3,3 kJ/kg Wasser
Wärmeverbrauch ca. 9200 kJ/h je Kanal
Abdampf-Volumen bei R=0,768 3571 m³/h
c) Trockner S (Lieferung zu den Schachtöfen)
wie Trockner F, aber Verdunstungsleistung 152,05 t/Tag=6335 kg/h
Wärmeverbrauch ca. 10 600 kJ/h je Kanal
Abdampf-Volumen 4124 m³ Wasserdampf/h
d) Schachtöfen
Eintrag insgesamt 161,45 t/Tag=6,727 t/h=107,633 m³/Tag=4,485 m³/h
Behandungsdauer ca. 4 h
Gesamtinhalt aller Schachtöfen 17,939 m³
Feuerzonenlänge 30 m
Anzahl Schachtöfen 20 Stück
Inhalt eines Einzelofens 0,891 m³
Schachtabmessungen:
Nutzhöhe 3,00 m
Nutzbreite 1,20 m im Mittel
Nutzdicke 0,25 m im Mittel
Der Schacht erweitert sich nach unten konisch.
Gas- und Dampfabgabe an den Ofen 41,45 t/Tag=1,727 t/h insgesamt
je Schacht 2,075 t/Tag=0,0865 t/h
Energie-Abgabe an den Ofen ca. 3,8 kJ/kg Trockensubstanz
insgesamt 24 600 kJ/h
je Schacht 1230 kJ/h
Austrag 120 t Rohschamotte/Tag=5 t/h
bei Raumgewicht 1,4=85,7 m³/Tag=3,57 m³/h
e) Formgebung Eintrag 156,75 t Trockensubstanz/Tag + 25,10 t Wasser/Tag + 120,00 t Rohschamotte/Tag
insgesamt 301,85 t Formmasse mit 8% Feuchte
Pressenleistung 301,85 t/Tag=12,58 t/h
bei Raumgewicht 1,7 7,4 m³ Ziegelformlinge/h
f) Vortrockner am Ofen
Eintrag 301,85 t/Tag=12,58 t/h=177,55 m³//Tag=7,4 m³/h
Wassergehalt 25,10 t/Tag=1,046 t/h
Trockenzeit 24 h
Trockeninhalt 240 t=141,176 m³ Formlinge
Wagenbesatz 14,4 t
Wagenzahl im Trockner 16,6
2 Kanäle à 8 Wagen à 4 m Länge=32,00 m Kanallänge
Verdunstungsleistung insgesamt 1,046 t Wasser/h=523 kg/h je Kanal
spezifischer Wärmeverbrauch ca. 4,2 kJ/kg Wasser
Wärmeverbrauch 2200 kJ/h je Kanal
g) Gegenlaufofen:
Leistung 240 t/Tag=10 t/h
Durchlaufzeit 86 h
Setzdichte 700 kg/m³
Ofeninhalt 864 t=1234 m³ Brennraum
Brennkanalabmessungen:
Länge 120,00 m
Nutzhöhe 1,60 m
Nutzbreite 2×3,25 m
Nutzquerschnitt 10,40 m
Wagenlänge 4,00 m
Wagenbesatz 14,4 t
Länge der Feuerzone ca. 30 m
Länge der Aufheizzone 45 m
Länge der Kühlzone 45 m

Energiefluß im Ofen

1. Der Trockenprozeß in den 4 Trockenkanälen erfordert insgesamt 39 600 kJ/h, also je Ofenseite 19 800 kJ/h.
In den beiden Aufheizzonen werden durch Verbrennung von Dämpfen folgende Wärmemengen freigesetzt, die hierfür zur Verfügung stehen: Aus dem ungebrannten Rohstoffanteil der Aufheizware enstehen je Ofenseite 156,75×0,5×700 000 : 24=9600 kJ/h
Es verbleibt zunächst ein Defizit von 10 200 kJ/h
2. Das Brennen im Gegenlaufofen erfordert einen Netto- Energiezufluß von ca. 420 J/kg gebranntem Gut.
Bei einer Leistung von 10 000 kh/h sind das 4200 kJ/h.
Das Brenngut enthält aus Kohlenstoffanteilen ca. 840 kg. Bei 10 000 kg/h sind das 8400 kJ/h.
Es verbleibt zunächst ein Überschuß von 4200 kJ/h.
3. Das Brennen der Rohschamotte erfordert ca. 670 J/kg. Bei 5000 kg/h sind das 3400 kJ/h.
Energie aus Gasen und Dämpfen ca. 3800 J/kg, bezogen auf Trockensubstanz. Bei 24 600 kJ/h.
Es verbleibt ein Überschuß von 21 200 kJ/h.
4. Im Vortrockner vor dem Ofen werden verbraucht:
Insgesamt 4400 kJ/h, je Ofenseite 2200 kJ/h.
Die gebrannte Ware verläßt den Ofen mit einer Resttemperatur von ca. 150°C und kann im Vortrockner des Nachbargleises noch bis auf 50°C abgekühlt werden, die gebrannte Ware liefert dann an Wärme ab:
10 000×0,24×100=insgesamt 1000 kJ/h oder je Seite 500 kJ/h.
Es verbleibt zunächst ein Defizit von 1700 kJ/h je Seite.

Der Energie-Überschuß aus den Schachtöfen wird dem Gegenlaufofen zugeführt, wie dies vorangehend bereits beschrieben ist.

Danach hat die Feuerzone des Gegenlaufofens einen Über schuß von ca. 25 Mill. Joule/h. Dieser Überschuß wird auf bekann te Weise beseitigt, indem an mehreren Punkten Kaltluft einge blasen und an benachbarten Punkten als Heißluft wieder abgesaugt wird. (Wärmespülung) Dabei bildet jede Spülgruppe eine Regel gruppe, so daß die gewünschte Temperaturverteilung in der Brenn zone gewährleistet ist.

Die abgesaugte Heißluft reicht aus, um die Energiede fizite beim Trockenprozeß und im Vortrockner zu decken.

Dabei muß beachtet werden, daß Hafenschlick ein Abfall produkt mit stark schwankenden Eigenschaften ist. Qualitäts schwankungen hinsichtlich seiner keramischen Eigenschaften sind bedeutungslos geworden durch Teil-Schamottieren und Trockenpres sen. Der Gehalt an brennbaren Substanzen kann ebenfalls gelegent lich wesentlich kleiner sein (größer kaum), als hier zugrunde gelegt. Obwohl die vorstehende Energierechnung insgesamt zu einem Überschuß an Energie führt, muß das nicht immer so sein. Deshalb muß der Ofen eine komplette Gasfeuerung haben, die im Bedarfs fall, aber auch, um die Anlage überhaupt in Betrieb setzen zu können, die erforderliche Energiezufuhr mindestens zu 80% sicherstellen kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von keramischen Massen aus Sedimenten, insbesondere Schlick und Schlamm, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Ein Teil der Sedimente wird auf eine möglichst geringe Restfeuchte vorgetrocknet und das so erhaltene Trocken gut (t) anschließend zu einer Rohschamotte (a) gebrannt.
b) Ein weiterer Teil der Sedimente wird auf eine demgegen über höhere Restfeuchte vorgetrocknet und das so erhal tene Trockengut (b) mit der Rohschamotte (a) gemischt, wobei die Restfeuchte im Trockengut (b) so bemessen wird, daß die Mischung (c) einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 6-10 Gew.-% besitzt.
c) Die Mischung (c) wird der üblichen Formgebung zugeführt und anschließend bei keramischen Brenntemperaturen gebrannt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung (c) im Verhältnis von einem Gewichtsteil Rohscha motte (a) zu einem bis zwei Gewichtsteilen Trockengut (b) herge stellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Brennen in einem Gegenlaufofen ohne Einsatz von Primär-Energie durchgeführt wird.

4. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 3 herge stellten keramischen Masse zur Herstellung von Ziegelerzeug nissen.

5. Gegenlaufofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, umfassend einen Tunnelofen mit zwei gegenläufigen Kanälen und einer in der Ofenmitte angeordneten Brennzone, der in jedem Kanal eine Aufheizzone vorgeschaltet und eine Kühlzone nachgeschaltet ist, wobei die Aufheizzone des einen Kanals und die Kühlzone des benachbarten Kanals über Querkonvektionsöffnun gen in der gemeinsamen Mittelwand des Ofens miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um zumindest einen Teil der in der Aufheizzone beider Kanäle erzeug ten brennbaren Dämpfe abzusaugen und der Brennzone zuzuführen, vorzugsweise im Gemisch mit der Verbrennungsluft.

6. Gegenlaufofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, umfassend einen Tunnelofen mit zwei gegenläufigen Kanälen und einer in der Ofenmitte angeordneten Brennzone, der in jedem Kanal eine Aufheizzone vorgeschaltet und eine Kühlzone nachgeschaltet ist, wobei die Aufheizzone des einen Kanals und die Kühlzone des benachbarten Kanals über Querkonvektionsöffnun gen in der gemeinsamen Mittelwand des Ofens miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelwand des Gegen laufofens Trockner (F, S) zur Trocknung des Ausgangsmaterials und/oder Schachtöfen (6) zur Schamottierung des Trockenguts (t) angeordnet sind.

7. Gegenlaufofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schachtöfen (6) im Bereich der Brennzone befinden und über Öffnungen mit den Brennräumen in beiden Kanälen in Ver bindung stehen.

8. Gegenlaufofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennzone des Gegenlaufofens über die Durchsatzregelung der Schachtöfen und damit über die Menge der bei der Schamottie rung austretenden brennbaren Dämpfe regelbar ist.

9. Gegenlaufofen nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens zwei Trockner im Bereich der Aufheizzone/Kühlzone befinden und so angeordnet sind, daß ein Trockner (S) sein Trockengut (t) den Schachtöfen (6) und der andere Trockner (F) sein Trockengut (b) der Formgebung zuführt, wobei beide Trockner mit den oberen Querkonvektionsöffnungen (11) der Mittelwand in wärmetauschender Verbindung stehen.

10. Gegenlaufofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockner (F, S) als separate verstellbare Kanäle ausge bildet und mit Fördermitteln ausgerüstet sind, wobei Verstell mittel vorgesehen sind, um die Eintauchtiefe der Trockenkanäle in die Querkonvektionsöffnungen (11) und damit die örtliche Wärme zufuhr zu den Trocknern zu regeln.