DE4140038A1

DE4140038A1 - Verfahren zur thermischen verwertung von organische bestandteilen enthaltendem schlamm

Info

Publication number: DE4140038A1
Application number: DE19914140038
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Wuerenlingen Ch Hauk; Norbert Dr. Spreitenbach Ch Klay; Markus Dr. Wettingen Ch Oldani
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG
Priority date: 1991-12-05
Filing date: 1991-12-05
Publication date: 1993-06-09

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermischen Verwertung von organische Bestandteile enthaltendem Schlamm, insbesondere Klärschlamm, durch Verbrennen von entwässertem Schlamm in einem Verbrennungsofen.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND

Bei der Verbrennung von Klärschlamm hat sich die Wirbel schichtfeuerung als etablierte Technologie durchgesetzt. Für den Betrieb eines Wirbelschichtofens ohne Stützfeuerung ist ein Trockengehalt des Schlamms von 40% bis 55% erforderlich, um die gewünschte Verbrennungstemperatur von ca. 850°C zu ge währleisten. Der genau erforderliche Trockengehalt hängt im wesentlichen vom Energiegehalt der Trockenmasse ab. Dieser Energiegehalt ist nicht nur bei verschiedenen Schlammarten wie Faul- oder Rohschlamm unterschiedlich, sondern kann auch Tagesschwankungen unterliegen. Wünschenswert ist daher ein Trockengehalt, der entsprechend dem Energiegehalt der Troc kenmasse gerade die richtige Verbrennungstemperatur ergibt.

Mit mechanischer Entwässerung allein ist es nicht möglich, ausreichend hohe Trockengehalte für die selbtgängige Verbren nung zu erzielen. Die klassische Methode zum Erreichen der erforderlichen Verbrennungstemperatur ist die Zufeuerung fos siler Brennstoffe wie Heizöl oder Kohle. Die Menge an Zusatz brennstoff wird so gewählt, daß die Verbennungstemperatur von 850°C eingehalten werden kann. Diese gebräuchliche Me thode hat den Nachteil, dass die Schlammverbrennung fossile Brennstoffe verbraucht, anstatt sie zu ersetzen. Die Verbren nungskapazität des Ofens wird nur teilweise durch den Schlamm ausgelastet, zu einem hohen Teil jedoch auch durch den Zu satzbrennstoff. Hierdurch entstehen höhere Anlagekosten im Vergleich zu einer Auslegung auf den Energiegehalt des Schlamms allein.

Schaltet man nun einer derartigen klassischen Anlage eine Trocknungsstufe für den Schlamm vor, so besteht die Gefahr, den Schlamm soweit zu trocknen, dass die Verbrennungstempera tur zu hoch wird. Eine rasche Regelung des Trockengehaltes zur Senkung oder Anhebung der resultierenden Verbrennungstem peratur ist mit konventionellen, (thermischen) Trocknern nicht möglich. Zu hohe Verbrennungstemperaturen müssten dann notfalls durch Einspritzen von Wasser in den Verbrennungsraum reduziert werden, um den Betrieb der Wirbelschichtfeuerung zu sichern. Dies ist unwirtschaftlich, das da Wasser im Trockner vorher mit hohem Energieaufwand entfernt wurde. Nachteilig bei der thermischen Trocknung ist schliesslich die Gefahr von Bränden im Leitungssystem zwischen Trockner und Verbrennungs raum.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur thermischen Verwertung von organische Bestandteile enthalten dem Schlamm, insbesondere Klärschlamm, anzugeben, das ohne Zusatzbrennstoff auskommt, eine bessere Ausnutzung der Kapa zität des Verbrennungsofen und darüber hinaus eine Reduktion der NO_x-Emissionen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß me chanisch vorentwässerter Schlamm in einer elektrokinetischen Nachentwässerungsstufe nachentwässert wird und danach im Ver brennungsofen mit Luftüberschuß verbrannt wird, wobei mit tels einer ersten Steuer- und Regeleinrichtung über die in der elektrokinetischen Nachentwässerungsstufe wirksame Span nung die Verbrennungstemperatur auf einen vorbestimmten Wert gehalten und mittels einer zweiten Steuer- und Regeleinrich tung über den Sauerstoffgehalt des Abgases die dem Ofen zuge führte Menge an Verbrennungsluft auf einen Luftüberschuß ge regelt wird, bei welchem die NO_x-Bildung minimal ist.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

- Einsparung von Zusatzbrennstoff und bessere Ausnutzung der Ofenkapazität;
- Schlamm mit schwankendem Brennwert und Wassergehalt wird durch die geregelte Nachentwässerung in einen hochwerti gen Brennstoff umgewandelt, was zu konstanter Betrieb stemperatur in der Feuerung führt;
- Die konstante Verbrennungstemperatur ermöglicht wiederum eine Reduktion der NO_x-Emissionen;
- Der Energieverbrauch der elektrokinetischen Entwässerung ist kleiner als die zur Wasserverdampfung benötigte Energie. Somit wird der Energiegehalt der Schlammtroc kensubstanz besser ausgenutzt als bei einer vorangehen den thermischen Trocknung oder der Verbrennung rein mechanisch entwässerten Schlammes;
- Optimaler Betrieb auch bei schwankendem Schlammdurchsatz Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die damit erzielba ren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel der Erfindung in Gestalt einer Schlammverbrennungsan lage mit einem Wirbelschichtofen und vorgeschalteter elektro kinetischer Entwässerung schematisch dargestellt.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Klärschlamm wird in einer mechanischen Vorentwässerungsstufe 1 vorentwässert und gelangt über eine Rohrleitung 2 in eine elektrokinetische Nachentwässerungsstufe 3. Diese später noch detallierter zu beschreibende Stufe 3 beruht generell auf der Anwendung eines elektrischen Feldes in Kombination mit mecha nischer Entwässerung. Über eine weitere Leitung 4 wird der entwässerte Schlamm - sein Trockensubstanzgehalt beträgt nun 50 Gew-% und mehr - einem Wirbelschichtofen 5 zugeführt. Die Verbrennungsluft wird mit einem Gebläse 6 über eine Luftleitung 7 im Ofenboden eingeblasen. Die Abgase verlassen den Ofen über eine Abgasleitung 8. Zusätzlich kann eine Verbrennungs luftvorwärmung vorgesehen sein (nicht in der Figur darge stellt), bei der die via Luftleitung dem Ofen zugeführte Luft durch das Abgas aufgeheizt wird.

Die elektrokinetische Entwässerung in der Nachentwässerungs stufe 3 beruht auf der zusätzlichen Anwendung eines elektri schen Feldes zur mechanischen Entwässerung (vgl. z. B. japani sche Offenlegungsschrift No. 129267/74 (Patentanmeldung 42517/73 oder schweiz. Patentgesuch Nr.2294/91 vom 31.7.1991). Eine solche Stufe umfaßt beispielsweise eine herkömmliche Hochdruck-Bandfilterpresse, bei der Metalldrähte in die Bänder eingewebt sind. Die Bänder dienen dann zusätz lich als Elektroden für die elektrokinetische Entwässerung. Durch ein angelegtes elektrisches Feld tritt zusätzliches Filtratwasser an dem Band, das als negative Elektrode dient, aus. Während die Entwässerungszeit durch die Länge und Um laufgeschwindigkeit des Bandes bestimmt ist, ist der Trocken substanzgehalt des Schlammes von der Größe des elektrischen Feldes bzw. dem daraus resultierenden Strom abhängig. Durch eine Variation der Spannung läßt sich daher auch der Troc kensubstanzgehalt beeinflussen.

Die Möglichkeit, bei gleichbleibendem und variablem Durchsatz den Trockensubstanzgehalt über die Spannung zu beeinflussen wird nun erfindungsgemäß benutzt, um die Verbrennungstempe ratur in der Wirbelschichtfeuerung konstant zu halten. Zu diesem Zweck ist eine erste Regel- und Steuereinrichtung 9 mit Temperaturfühlern 10 im Ofeninneraum vorgesehen. Bei sin kender Temperatur wird die Spannung an (den Elektroden) der elektrokinetischen Nachentwässerungsstufe 3 erhöht. Umgekehrt kann der Trockensubstanzgehalt durch Reduktion der Spannung rasch abgesenkt werden, wenn die Verbrennungstemperatur zu hoch wird.

Die über die das Gebläse 6 via Luftleitung 7 zugeführte Menge an Verbrennungsluft wird mittels einer zweiten Steuer- und Regeleinrichtung 11 mit einem O₂-Sensor 12, z. B. einer Lambda-Sonde, als Fühlglied so gesteuert, daß der Luftüber schuß auf einem konstanten Wert, bei dem die NO_x-Bildung mi nimal ist, gehalten wird. Diese Regelung läßt sich selbst verständlich auch bei einer Anlage mit Luftvorwärmung einset zen.

Üblicherweise wird die Verbrennungsluftmenge auch mit zur Temperaturregelung verwendet, d. h. bei überhöhter Temperatur wird mehr Luft eingeblasen. Die daraus resultierenden Schwan kungen im Luftüberschuß führen jedoch zwangsläufig zu erhöh ten NO_x-Emissionen im Vergleich zur erfindungsgemäßen Rege lung.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Verwertung von Klärschlamm durch Verbrennen von entwässertem organische Bestand teile enthaltendem Schlamm, insbesondere Klärschlamm, in einem Verbrennungsofen, dadurch gekennzeichnet, daß me chanisch vorentwässerter Schlamm in einer elektrokineti schen Nachentwässerungsstufe (3) nachentwässert wird und danach im Verbrennungsofen (5) mit Luftüberschuß ver brannt wird, wobei mittels einer ersten Steuer- und Re geleinrichtung (9) über die in der elektrokinetischen Nachentwässerungsstufe wirksame Spannung die Verbren nungstemperatur auf einen vorbestimmten Wert gehalten und mittels einer zweiten Steuer- und Regeleinrichtung (11) über den Sauerstoffgehalt des Abgases die dem Ofen zugeführte Menge an Verbrennungsluft auf einen Luftüber schuß geregelt wird, bei welchem die NOx-Bildung mini mal ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung in einem Wirbelschichtofen (5) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Nachentwässerung mittels einer Siebzentri fuge, Bandfilterpresse oder Kammerfilterpresse durchge führt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste Steuer- und Regeleinrich tung (9) Temperatürfühler (10) aufweist, deren Ausgangs signale derart auf die erste Steuer- und Regeleinrich tung (9) einwirken, daß bei steigender Temperatur im Verbrennungsraum die in der elektrokinetischen Nachent wässerungsstufe auf den vorentwässerten Schlamm einwir kende Spannung erniedrigt wird, bei fallender Temperatur hingegen erhöht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die zweite Steuer- und Regeleinrich tung (11) auf den Sauerstoffgehalt im Abgas ansprechende Meßfühler (12), vorzugsweise eine Lambda-Sonde, auf weist, deren Ausgangssignale auf die zweite Steuer- und Regeleinrichtung (11) derart einwirken, daß bei sinken dem Sauerstoffgehalt im Abgas die dem Verbrennungsofen zugeführte Luftmenge erhöht und bei steigendem Sauer stoffgehalt erniedrigt wird.