DE60107448T2

DE60107448T2 - Zentrifuge zur mechanischen entwässerung und thermischen trocknung von schlämmen

Info

Publication number: DE60107448T2
Application number: DE60107448T
Authority: DE
Inventors: Martin Denuell; Wallace Leung; Eberhard Koppe
Original assignee: Baker Hughes Deutschland GmbH
Current assignee: Euroby Ltd Worthing West Sussex Gb
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: DE60107448D1; EP1318871A1; AU2001293842A1; PT1318871E; ATE283115T1; WO2002024341A1; US6823605B2; ES2233694T3; DE10046983A1; US20040035018A1; EP1318871B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vollmantelzentrifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen, mit einem an einem Endbereich des drehbar gelagerten Trommelmantels angeordneten Flüssigkeitsablauf und mit am anderen Endbereich des Trommelmantels angeordneten Dickstoff-Austragsöffnungen, und mit einem den abgeschleuderten Dickstoff aufnehmenden und von einem Trocknungsgas durchströmten Zentrifugengehäuse, wobei innerhalb des Zentrifugengehäuses im Flugweg des abgeschleuderten Dickstoffs ein die Dickstoff-Austragsöffnungen mit Abstand umgebender und den Dickstoff umlenkender Prallkegel angeordnet ist.
Die kombinierte zentrifugale Entwässerung und thermische Trocknung von Klärschlamm in einer kompakten Baueinheit in Gestalt einer Vollmantelschneckenzentrifuge ist z. B. aus der WO-A-93/00562 sowie EP-A-0 979 984 bekannt. Die Schneckenzentrifuge wird als Dispergierorgan für einen unmittelbar nachgeschalteten mit Heißgas bzw. Trocknungsgas betriebenen Konvektionstrockner verwendet in der Weise, dass das Feststoff-Auslaßgehäuse sowie das gesamte übrige Gehäuse der Zentrifuge von einem Trocknungsgas durchströmt und als Stromtrockner genutzt wird. Dabei wird der aus den Dickstoff-Austragsöffnungen der Zentrifugentrommel abgeschleuderte zentrifugal entwässerte Dickstoff in dispergierter Form vom Trocknungsgas in Spiralbahnen verwirbelt und getrocknet und außerhalb der Zentrifuge in einem Zyklon vom Trocknungsgas abgetrennt.
Bei den bekannten Zentrifugen der eingangs genannten Art ist innerhalb des Zentrifugengehäuses im Flugweg des abgeschleuderten Dickstoffs ein die Dickstoff-Austragsöffnungen des Trommelmantels mit Abstand umgebender feststehender sogenannter Prallkegel angeordnet, der als Konusring ausgebildet ist, dessen schräg geneigte innere Konusfläche den aufprallenden Dickstoff etwa in eine axiale Richtung umlenken soll, so dass der abgeschleuderte Dickstoff nicht mehr direkt an der Innenwandung des Zentrifugengehäuses aufprallt. Es hat sich aber herausgestellt, dass insbesondere bei zum Kleben neigenden Schlämmen die mit hoher Geschwindigkeit radial abgespritzten feinen Dickstoffpartikel an der Konusfläche des feststehenden Prallkegels kleben bleiben und Agglomerate bilden können, wodurch der Trocknungsvorgang und der Zentrifugenbetrieb beeinträchtigt wird, so dass schon vorgeschlagen worden ist, außen am Trommelmantel der Zentrifuge im Bereich der Dickstoff-Austragsöffnungen mitrotierende Räumschaufeln bzw. Kratzbleche anzuordnen, deren Räumleisten, die einen engen Abstand zur Konusfläche des feststehenden Prallringes einnehmen, Dickstoffanbackungen von der Konusfläche abkratzen sollen. Abgesehen davon, dass eine derartige Konstruktion baulich aufwendig ist und einen zusätzlichen Energiebedarf zur Folge hat, erschweren abgekratzte Dickstoffklumpen eine wirksame Trocknung und sie stören einen sicheren Zentrifugenbetrieb.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur mechanischen Entwässerung und anschließenden thermischen Trocknung von Schlämmen eine Vollmantelzentrifuge zu schaffen, bei der die Gefahr des Verklumpens bzw. Anbackens des aus den Dickstoff-Austragsöffnungen abgeschleuderten fein dispergierten Dickstoffs minimiert bis ausgeschlossen ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Vollmantelzentrifuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Zentrifuge ist der innerhalb des Zentrifugengehäuses im Flugweg des abgeschleuderten dispergierten Dickstoffs angeordnete und die Dickstoff-Austragsöffnungen des Trommelmantels mit Abstand umgebende Prallkegel nicht stationär feststehend, sondern er rotiert im Betrieb der Zentrifuge. Dabei kann der Prallkegel prinzipiell separat drehbar gelagert und mit gleicher Drehzahl und mit gleicher Drehrichtung rotieren wie der Trommelmantel, aber auch mit Differenzdrehzahl und auch mit entgegengesetzter Drehrichtung, wobei die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit des Prallkegels den aktuellen Anforderungen angepasst werden. Der Einfachheit halber ist der Prallkegel am Trommelmantel befestigt und er rotiert mit diesem mit gleicher Drehzahl mit. Der rotierende Prallkegel bremst – im Gegensatz zum feststehenden Prallkegel – den von den Dickstoff-Austragsöffnungen des Trommelmantels abgeschleuderten Dickstoff beim Auftreffen auf der Konusfläche nicht ab, sondern der Dickstoff trifft auf eine mit entsprechend hoher Umfangsgeschwindigkeit rotierende Konusfläche, wo er in Richtung schräg nach außen bis schräg axial beschleunigt wird. Dabei wird die Geschwindigkeitslängskomponente des Dickstoffs, die aus der Zerlegung der radialen Geschwindigkeit des abgeschleuderten Dickstoffs in eine Normalkomponente senkrecht zur Konusfläche des Prallkegels und in die Konuslängskomponente resultiert und die schließlich die schnelle Wanderung des Dickstoffs in Richtung zum großen Durchmesser der rotierenden Konusfläche bewirkt, erheblich vergrößert, d. h. der rotierende Prallkegel verhindert durch seinen Selbstreinigungseffekt Dickstoffanbackungen und er verteilt den abgeschleuderten umgelenkten Dickstoff in dispergierter Form gleichmäßig in den vom Trocknungsgas durchströmten Trocknungsraum der Zentrifuge.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Konusfläche des mitrotierenden Prallkegels mehrere um den Umfang verteilte Profilierungen bzw. Flügel aufweisen, die vom kleinen Kegeldurchmesser zum großen Kegeldurchmesser verlaufen. Solche Flügel leiten den Dickstoff auf der Konusfläche des Prallkegels sehr rasch zu dessen großen Durchmesser bzw. zum Außenrand, so dass der Dickstoff auf der Konusfläche nicht liegen bleibt. Wenn die Flügel in Rotationsrichtung des Prallkegels gesehen nach hinten gekrümmt sind, wird die Gefahr der Wirbelbildung durch die rotierenden Flügel und eines zusätzlichen Energieverlustes minimiert.
Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
1 die erfindungsgemäße Vollmantelschneckenzentrifuge im Längsschnitt, teils in Ansicht, mit dem mitrotierenden Prallkegel,
2a den Prallkegel vergrößert herausgezeichnet, und 2b die Draufsicht auf den mitrotierenden Prallkegel, gesehen von rechts auf die schräge innere ringförmige Konusfläche, und
3 ausschnittsweise den Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Dickstoff-Abwurfendes des Trommelmantels mit mitrotierendem Prallkegel und einer mit seiner Peripherie zusammenwirkenden Gehäusetrennwand.
Die Zentrifuge der 1 weist einen drehbar gelagerten zylindrischen und konischen Trommelmantel 10 auf, innerhalb dessen koaxial eine nicht dargestellte Förderschnecke drehbar gelagert ist, die in der Trommel mit Differenzdrehzahl rotiert. Das einzudickende bzw. zu entwässernde Feststoff-Flüssigkeitsgemisch wie z. B. Klärschlamm wird axial über den Schneckentragkörper in die Trommel 10 eingeleitet. Im Betrieb der Zentrifuge bildet sich unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft innerhalb der Trommel 10 ein Flüssigkeitsring aus, wobei die an die Trommelwandung sedimentierten schweren Stoffe mit Hilfe der Förderschnecke nach links transportiert, vom konischen Trommelmantelteil aus der Suspensionsflüssigkeit ausgehoben und von der Förderschnecke zu den um den Trommelumfang verteilten Feststoff- bzw. Dickstoff-Austragsöffnungen 11 gefördert werden, während die von den Feststoffen befreite Flüssigkeit (Zentrat) über das andere Trommelende abläuft und dort über eine Zentratauffangkammer 12 des Zentrifugengehäuses 13 abgezogen wird.
Der im Betrieb der Zentrifuge aus den Dickstoff-Austragsöffnungen 11 mit hoher Geschwindigkeit abgeschleuderte, auf einen Trockensubstanzgehalt TS von z. B. etwa 35% entwässerte Dickstoff trifft in fein dispergierter Form auf der schrägen, im Querschnitt auch schüsselförmigen Konusfläche eines Prallkegels 14 auf, der die Dickstoff Austragsöffnungen 11 mit Abstand konzentrisch umgibt und der mit dem Trommelmantel 10 mitrotiert. Die innere Konusfläche des mit hoher Umfangsgeschwindigkeit rotierenden Prallkegels 14, der frei von Feststoffanbackungen bleibt, lenkt den aus den Austragsöffnungen 11 abgeschleuderten Dickstoff um, beschleunigt ihn in Richtung zum Prallkegelrand großen Durchmessers und verteilt ihn gleichmäßig in den Heißgasstrom 15, der tangential in das Zentrifugengehäuse eintritt, dabei den dispergierten Dickstoff erfasst und etwa in Spiralbahnen im Ringraum bzw. Trocknungsraum zwischen dem Trommelmantel 10 und dem Zentrifugengehäuse 13 verwirbelt und trocknet. Der Trocknungsgasstrom 16 mit dem darin suspendierten konvektiv getrockneten Dickstoff verlässt die Zentrifuge am anderen Ende. Die Trennung des auf einen TS-Gehalt von z. B. 70% getrockneten Feststoffs vom Trocknungsgasstrom erfolgt außerhalb der Zentrifuge z. B. in einem Zyklonabscheider.
Der Winkel der inneren ringförmigen Konusfläche des am Trommelmantel 10 befestigten Prallkegels 14 zur Rotationsachse kann grundsätzlich in einem Bereich von etwa 10° bis etwa 800° liegen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn dieser Winkel, der u.a. auf die Umfangsgeschwindigkeit des Prallkegels abgestimmt wird, in einem Bereich von ca. 30° bis 50° liegt. Es wäre auch möglich, beim Prallkegel die innere ringförmige Konusfläche nicht zur rechten, sondern zur entgegengesetzten Seite hin zu öffnen.
Die innere Konusfläche des rotierenden Prallkegels 14 kann zur Lenkung und raschen Ableitung des auftreffenden Dickstoffs mehrere, z. B. acht um den Umfang verteilte Profilierungen bzw. Flügel 17 aufweisen, die vom kleinen Kegeldurchmesser zum großen Kegeldurchmesser verlaufen und die, wie aus der Draufsicht der 2b ersichtlich, in Rotationsrichtung 18 des Prallkegels 14 gesehen nach hinten gekrümmt sein können, um Energieverluste möglichst zu minimieren.
Gemäß Ausführungsbeispiel der 3 kann innerhalb des Zentrifugengehäuses 13 im Bereich des großen Durchmessers des rotierenden Prallkegels 14 eine diesen mit Abstand umgebende Trennwand 19 angeordnet sein, die das Zentrifugengehäuse 13 in eine Heißgaseintrittskammer 20 und den daran anschließenden Trocknungsraum 21 trennt, wobei zwischen dem großen Durchmesser des rotierenden Prallkegels 14 und der Gehäusetrennwand 19 eine Ringdüse 22 zum Austritt des Heißgases aus der Heißgaseintrittskammer 20 in den Trocknungsraum 21 gebildet ist. Da bei der Ringdüse 22 der innere Ringteil mit hoher Umfangsgeschwindigkeit rotiert, wird ein Druckgradient induziert, durch den das Heißgas aus der Heißgaseintrittskammer 20 angesaugt und gleichmäßig über den Umfang der Ringdüse 22 verteilt wird, wo es die am großen Kegeldurchmesser des Prallkegels 14 ankommenden beschleunigten dispergierten Dickstoffteilchen umspült und in Suspension wie in einem Fließbett wirkungsvoll trocknet.

Claims

Vollmantelzentrifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen, mit einem an einem Endbereich des drehbar gelagerten Trommelmantels (10) angeordneten Flüssigkeitsablauf (12) und mit am anderen Endbereich des Trommelmantels angeordneten Dickstoff-Austragsöffnungen (11), und mit einem den abgeschleuderten Dickstoff aufnehmenden und von einem Trocknungsgas durchströmten Zentrifugengehäuse (13), wobei innerhalb des Zentrifugengehäuses im Flugweg des abgeschleuderten Dickstoffs ein die Dickstoff-Austragsöffnungen (11) mit Abstand umgebender und den Dickstoff umlenkender Prallkegel (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkegel (14) im Betrieb der Vollmantelzentrifuge rotiert.
Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkegel (14) am Trommelmantel (10) befestigt ist und mit diesem mit gleicher Drehzahl mitrotiert.
Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der inneren Konusfläche des Prallkegels (14) zur Rotationsachse in einem Bereich von etwa 10° bis etwa 80° liegt.
Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Konusfläche des Prallkegels (14) mehrere um den Umfang verteilte Profilierungen oder Flügel (17) aufweist, die vom kleinen Kegeldurchmesser zum großen Kegeldurchmesser verlaufen.
Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Konusfläche des Prallkegels (14) angeordneten Flügel (17) in Rotationsrichtung des Prallkegels gesehen nach hinten gekrümmt sind.
Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Zentrifugengehäuses (13) im Bereich des großen Durchmessers des rotierenden Prallkegels (14) eine diesen mit Abstand umgebende Trennwand (19) angeordnet ist, die das Zentrifugengehäuse (13) in eine Heißgaseintrittskammer (20) und den daran anschließenden Trocknungsraum (21) trennt, wobei zwischen dem großen Durchmesser des rotierenden Prallkegels (14) und der Gehäusetrennwand (19) eine Ringdüse (22) zum Austritt des Heißgases aus der Heißgaseintrittskammer (20) in den Trocknungsraum (21) gebildet ist.