DE68905486T2 - Rotierender trockner und dazugehoerige trocknungsanlage. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen rotierenden Trockner zum Trocknen von wasserhaltigen Massen und wie im Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart.
• Solche rotierenden Trockner werden zum Trocknen von vielen unterschiedlichen Arten wasserhaltiger Massen verwendet, z. B. biologischer Schlämme oder zerkleinerter Massen organischer oder biologischer Materialien, deren Wassergehalte durch Trocknen entfernt werden müssen.
• Um den Energieverbrauch beim Trocknen von wasserhaltigen Massen zu reduzieren, wird häufig ein mechanischer Trocknungsvorgang ausgeführt, beispielsweise unter Verwendung einer Presse, bevor der thermische Trocknungsvorgang stattfindet. Bei dem mechanischen Trocknen von beispielsweise einem biologischen Schlamm, kann der Wassergehalt nur auf etwa 65 bis 85 % reduziert werden, so daß noch ein sehr hoher Gehalt an zu trocknendem Wasser verbleibt.
• Durch Eintrocknen des Schlammes auf ein vollständig trockenes Granulat wird ein stabiles und geruchloses, biologisch inaktives Material erhalten, das als Düngemittel oder Bodenverbesserungsstoff verwendet werden kann.
• Falls beispielsweise der biologische Schlamm auf einen Wassergehalt von weniger als 10 %, vorzugsweise etwa 5 %, herabgetrocknet ist, ist der getrocknete Schlamm brennbar mit einem Heizwert von etwa 2500 bis 3500 kcal./kg und kann somit als Brennstoff verwendet werden, z. B. in Verbindung mit der Erzeugung von Wärmeenergie für den Trocknungsprozeß. Aus dem USA-Patent Nr. 3 950 861 ist ein rotierender Trockner bekannt zum Trocknen von beispielsweise einem biologischen Schlamm mittels einer rotierenden Trocknungstrommel, die mit Hebeschaufeln ausgestattet ist, welche den Schlamm in besseren Kontakt mit dem heißen Trocknungsgas bringen. Bei der Konfiguration der Hebeschaufeln wird speziell berücksichtigt, das sich kein Schlamm auf oder um die Schaufeln herum festsetzt.
• Ein biologischer Schlamm aus Kläranlagen jedoch, der mehr oder weniger mechanisch getrocknet ist, hat die sehr unglückliche Eigenschaft, daß ein anscheinend fester Preßkuchen beim mechanischen Bearbeiten fließfähig und klebrig (thixotrop) wird und z. B. in einer Anlage, wie sie in USA-Patent 3 950 861 offenbart ist, zu großen Klumpen geknetet wird, die für einen rationellen Trocknungsvorgang ungeeignet sind. Um dieses zu vermeiden, wird Material, das schon getrocknet worden ist, wieder so zugemischt, daß vom Beginn an der Schlamm nicht thixotrop ist, sondern im wesentlichen schüttfähig, andernfalls muß man mechanische Brechelemente einführen, die die großen Klumpen trennen und kleinere Klumpen bilden, z. B. wie in USA-Patent Nr. 3 720 004 oder in DE-B-1 246 588 offenbart ist.
• DE-B-1 246 588 betrifft einen rotierenden Trockner für Kohlenschlamm. Die Trommel weist bewegbare Schaufelelemente auf, deren eine Seite an der Innenfläche der Trommel angelenkt ist. Die freischwingenden Enden der Schaufelelemente zerstören in Verbindung mit heftigen Stößen und starkem Lärm die grobscholligen Trocknungsmaterialien. Falls diese Konstruktion in einem rotierenden Trockner verwendet wird, befinden sich die Gelenke in dem heißen Trocknungsgas und werden durch die Hitze und aufgrund von Abnutzung durch die Trocknungsmaterialien zerstört.
• Aus DE-B-1 804 154 ist eine Trocknungstrommel für tropffähige Materialien bekannt. Die Trocknungstrommel hat radiale Wände (3) mit Einlässen (4) und hat ebenfalls Hebeelemente (6) mit Einlässen (10). Die Einlässe sind ziemlich klein verglichen mit den Flächen der Wände und der Hebeelemente, da der Zweck darin besteht, die tropfenden Materialien über die gesamte Querschnittfläche der Trommel verteilt zu bekommen. Die Wände (3) unterteilen die Querschnittsfläche in axiale Kammern, in welchen die tropfenden Materialien für eine längere Zeitdauer während der Rotation verbleiben. Falls ein klebriger und z. B. thixotroper biologischer Schlamm darin getrocknet wird, werden die Einlässe sofort verstopft und große Klumpen von teilweise getrocknetem Schlamm werden gebildet. Ein solcher rotierender Trockner könnte nicht zum Trocknen von wasserhaltigen Massen, wie einem biologischen Schlamm, verwendet werden.
• Die bekannten Verfahren haben somit eine Anzahl von Nachteilen insofern, als das Zurückmischen zu einer verringerten Kapazität, zu einem erhöhten Energieverbrauch, einer komplizierten Steuerung etc. führt und die Einführung von mechanischen Brechelementen neben anderen Dingen zu einer komplizierten und teuren Konstruktion mit hohem Energieverbrauch und hohen Wartungskosten führt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rotierenden Trockner zu schaffen, in welchen wasserhaltige Massen eingeführt und in welchem diese getrocknet werden können, z. B. ein vorgetrockneter biologischer Schlamm, und in welchem dieser Schlamm auf ein Granulat mit gewünschtem Wassergehalt herabgetrocknet werden kann, ohne daß die oben erwähnten, solchen Anlagen innewohnenden Nachteile auftreten.
• Dies wird erreicht durch Ausbilden des Trockners gemäß der Erfindung, wie sie im Anspruch 1 offenbart und gekennzeichnet ist. Die Öffnungen in den Schaufelelementen trennen die klebrige, thixotrope Masse fortwährend in kleinere Klümpchen, die durch das heiße, durchströmende Trocknungsgas getrocknet werden, und die Größe der Öffnungen legt die Maximalgröße der einzelnen Klümpchen fest, die geformt werden können, da Öffnungen und Stege der benachbarten Schaufelelemente in Drehrichtung gegeneinander versetzt sind, wodurch eine wohldefinierte Klümpchenbildung während des anfänglichen Trocknens erhalten wird.
• Die rechenartigen Elemente umfassen somit gleichzeitig die Rührelemente, die Hebeelemente und Brechelemente, und es sollte angemerkt werden, daß dies ohne die Verwendung getrennter mechanischer Bewegungsteile dadurch erreicht wird, daß die rechenartigen Elemente auf der Innenwand des Trommelgehäuses befestigt sind und diesem bei der Drehung der Trommel folgen.
• Der Trockner gemäß der Erfindung ist eine sehr einfache mechanische Konstruktion, welche sowohl preiswert herzustellen und preiswert innerhalb der Trommel anzubringen ist, und es gibt keine Gefahr, daß das klebrige Material sich um die Stege herum festsetzen kann und dadurch die Öffnungen in den Schaufelelementen blockiert. Ein Klumpen, der gerade in der Lage ist, aufgrund der Rotation der Trommel durch eine Öffnung in dem rechenartigen Element hindurchzugehen, trifft auf einen Steg an dem nächsten Rechenelement, und der Klumpen wird sofort geteilt oder zerbrochen. Mit einem rotierenden Trockner dieser Art wird das zu trocknende Material in ein Granulat heruntergebrochen.
• Der rotierende Trockner gemäß der Erfindung kann Schaufelelemente aufweisen, die in sehr unterschiedlichen Formen ausgebildet sind, wie es in den Ansprüchen 2 bis 4 detaillierter offenbart und gekennzeichnet ist, jeweils abhängig von der Art des zu trocknenden wasserhaltigen Materials, dessen Wassergehalt und von dem gewünschten Grad der Zerkleinerung.
• Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines rotierenden Trockners mit Schaufelelementen, wie oben beschrieben und in Anspruch 5 gekennzeichnet. Die Anlage für eine solche Verwendung kann in einer solchen Weise angeordnet sein, daß es normalerweise niemals notwendig ist, die Trocknungsanlage als Folge einer Stauung oder eines Zusammenklumpens des zu trocknenden Materials zu stoppen, auch wenn das Material ein klebriger, thixotroper biologischer Schlamm ist. Mit einer solchen Trocknungsanlage kann ein mechanisch vorgetrockneter Schlamm mit beispielsweise 20 % Trockengehalt im wesentlichen energieneutral herabgetrocknet werden auf ein Granulat mit einem Trockengehalt von 95 %, das heißt, das getrocknete Granulat im zerkleinerten Zustand enthält ausreichend thermische Energie, um bei Verbrennung die zum Trocknen des Schlammes notwendige Menge an heißem Gas oder Luft zu liefern.
• Die Erfindung wird nun in größerem Detail mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, welche eine bevorzugte Ausführungsform und alternative Ausführungsformen zeigt, wobei
• Fig. 1 eine Skizze einer Trocknungsanlage gemäß der Erfindung mit rotierender Trommel ist, teilweise im Schnitt,
• Fig. 2 einen ebenen radialen Schnitt II-II der Trockenanlage nach Fig. 1 zeigt,
• Fig. 3 einen ebenen radialen Schnitt III-III der Trocknungsanlage nach Fig. 1 in der mittleren Trocknungszone zeigt,
• Fig. 4a und b einen ebenen radialen Schnitt IV-IV der Trocknungsanlage nach Fig. 1 in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen der Sammlungszone zeigt,
• Fig. 5 einen Schnitt einer Trocknungsanlage mit rechenartigen Elementen in einer ersten Ausführungsform zeigt,
• Fig. 6a und b das gleiche wie in Fig. 5 zeigen, aber in einer zweiten Ausführungsform,
• Fig. 7a und b das gleiche wie in Fig. 5 zeigen, aber in einer dritten Ausführungsform, und
• Fig. 8 einen Systemplan einer vollständigen Trocknungsanlage zum Trocknen von entwässertem Schlamm zeigt.
• In Fig. 1, die eine das Prinzip der Trocknungsanlage gemäß der Erfindung darstellende Skizze ist, bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen rotierenden Trommeltrockner, ebenfalls gemäß der Erfindung, und 2 bezeichnet das Einlaßende des Trockners mit schrägen Zuführschaufeln, so daß der eingeführte Preßkuchen hier nicht akkumuliert, sondern sofort in das Innere des Trockners befördert wird. Vor dem Trockner ist eine Trocknungsgasanlage 3 vorgesehen, z. B. ein Ofen zur Verbrennung von trockenem, pulverisiertem Schlamm oder Abfall und mit Gebläseelementen, so daß das heiße, trocknende Gas, z. B. Luft, dem rotierenden Trockner 1 zugeführt wird. Alternativ können Brennstoffe wie Öl oder natürliches Gas verwendet werden. Der Ofen 3 ist normalerweise nicht rotierend ausgebildet und kann von einer beliebigen bekannten Art sein. In Strömungsrichtung hinter dem rotierenden Trockner 1 liegen zwei mitrotierende Zonen 4, 5, wobei Zone 4 eine Zwischenzone und Zone 5 eine Sammlungszone ist, in welcher der abschließende Trocknungsvorgang ausgeführt wird, bevor das granulierte Material die Anlage verläßt.
• Die Antriebselemente, Walzen, Motoren etc. für die drehenden Teile der Trocknungsanlage sind in Fig. 1 der Zeichnung nicht dargestellt und können darüber hinaus nach beliebigen bekannten Prinzipien und Verfahren ausgeführt werden.
• Im Inneren des Trockners 1 sind eine Anzahl von rechenartigen Elementen 6 auf der Innenseite des Gehäuses vorgesehen; diese Elemente haben den gewünschten Effekt und werden deshalb in größerem Detail mit Bezug auf Fig. 2 und die Figuren 5 bis 7 beschrieben.
• In Fig. 2 und 5 ist zu sehen, daß die Elemente 6, die an der Innenseite des Trommelgehäuses 13 angeschweißt sind, als einer oder mehrere "Rechen" oder rechenförmige Elemente 6 ausgebildet sind, die aus Stegen 11 aufgebaut werden, deren freie Enden mit brückenartigen Verbindungselementen 12 verbunden sind. Die Stege 11 können aus runden Stangen oder Rohren ausgebildet sein, z. B. mit einem Durchmesser von 10 mm, und die Verbindungselementen 12 können aus 10 x 20 mm Flachstäben wie gezeigt hergestellt sein, und folglich bilden die Verbindungselemente 12 eine Art Hubschaufel mit den Stegen 11, aber mit einer Anzahl von dazwischenliegenden Öffnungen 10 in einer oder mehreren Reihen.
• Wie in Fig. 5 gezeigt wird, sind die rechenartigen Elemente 6, welche nacheinander in Drehrichtung angeordnet sind, gegeneinander in einer solchen Weise versetzt, daß die Stege 11 in Drehrichtung z. B. gegenüber dem Zentrum der Öffnungen 10 in dem benachbarten rechenartigen Element angeordnet sind.
• Die einzelnen rechenartigen Elemente können in dem Zylindergehäuse in regelmäßigen Intervallen angeordnet sein und die Zahnhöhe jedes rechenartigen Elements 6 kann um die 60 mm betragen, während der Abstand zwischen den Stegen 11 um die 100 mm betragen kann. Ob mehr als ein rechenartiges Element in radialer Richtung angeordnet sein sollte, wie in Fig. 5 dargestellt, hängt von dem Durchmesser der Trommel, dem gewünschten Füllgrad und von dem zu trocknenden Material ab. Die Ausdehnung der rechenartigen Elemente in axialer Richtung vom Einlaß in den Trockner muß so lang sein, daß das zu trocknende Material äußerlich nicht mehr klebrig ist, sondern zumindest eine dünne, trockene Hautoberfläche aufweist, wenn es diese Zone verläßt und sich in die Zwischenzone 4 hinüber bewegt.
• In Fig. 6a und 6b ist eine dritte Reihe von rechenartigen Elementen 6' in gestrichelten Linien dargestellt, das heißt, das zentralste rechenartige Element 6' ist in dieser Weise dargestellt, während die zwei Reihen an dem Gehäuse in durchgezogenen Linien dargestellt sind. Für andere Anwendungen ist es ausreichend, daß jede Hubschaufel nur ein rechenartiges Element 6 umfaßt.
• Die Figuren 7a und 7b zeigen eine weitere Ausführungsform der rechenartigen Elemente, das heißt, sie sind mit mehr Hubschaufeln 15 versehen, die entweder an dem Trommelgehäuse oder an dem nach innen, auf die Drehachse gerichteten Teil angeordnet sein können.
• Die rechenartigen Elemente 6, 6', 15 können in sehr unterschiedlicher Weise ausgebildet sein, und diese unterschiedlichen Ausbildungen können kombiniert werden, das heißt, die detailliertere Ausbildung der rechenartigen Elemente wird durch die Länge und den Durchmesser des Trockners, die Art des zu trocknenden Materials und seinen Grad an Wasserhaltigkeit bestimmt. Normalerweise muß die Gesamtfläche der Öffnungen in den Schaufelelementen bei 60 bis 90 % der Gesamtfläche der Schaufelelemente liegen.
• Die Figuren 3 und 4 zeigen Schnitte in jenen Zonen der Trocknungsanlage, die hinter dem rotierenden Trockner 1 liegen. Gewöhnlich ist die Zwischenzone 4 mit normalen, längsverlaufenden Hubschaufeln 7 (Fig. 3) und entsprechenden Hubschaufeln 7, siehe Fig. 4a, versehen oder kann mit rückwärts verlaufenden Hubschaufeln 8, siehe Fig. 4b, in der abschließenden Trocknungszone 5 versehen sein, abhängig davon, wie hoch der Akkumulationsgrad des Materials in dieser Zone benötigt wird. Die Endzone 5 kann auch mit Hilfselementen 9, siehe Fig. 4a, in Form von länglichen Kreuzteilen versehen sein, die die Fallzeit des nun fließfähigen, im wesentlichen trockenen Schlamms erhöhen, so daß die Kontaktzeit mit der trockenen Luft verlängert wird.
• In Fig. 8 ist ein Systemplan des Trocknungsverfahrens für das Trocknen von entwässertem biologischem Schlamm zu sehen. Mechanisch entwässerter Schlamm mit einem Trockengehalt von etwa 15 bis 35 % wird mittels einer Fördereinrichtung 14 einer Trocknungsanlage 16 zugeführt, wobei die Trocknungsanlage von der in Fig. 1 dargestellten Art ist. Das getrocknete Produkt wird zu einem Zyklon 19 befördert, wo die Trocknungsgase von dem getrockneten Produkt abgetrennt werden. Von hier aus wird das getrocknete Produkt zu einem Silo 20 gefördert, von welchem es weggefördert 24 oder über eine Fördereinrichtung 26 zu einem Zyklonbrenner 17 transportiert wird, welcher zum Anlaufen oder zu einem alternativen Betrieb mit einem Öl- oder Gasbrenner 18 versehen sein kann. Das heiße Trocknungsgas aus dem Zyklon 19 wird bedarfsweise über ein Rohr 27 entweder zu einem Ofen 17 oder direkt zu der Trocknungsanlage 16 geführt. Die verbleibende thermische Energie in dem Trocknungsgas wird hierdurch wieder verwendet. Überschüssiges Trocknungsgas wird kondensiert und in einem Kondensator 21 und einem Naßreiniger 22, welcher über eine Leitung 28 mit Wasser versorgt wird, gereinigt und das anfallende Abwasser 25 wird zu einer Abwasseranlage transportiert. Anstatt des Naßreinigers kann ein biologischer Filter bekannter Art verwendet werden, z. B. ein sogenannter Kompostfilter, wobei der Wasserbedarf hierdurch beachtlich reduziert wird. Die gereinigte Luft wird zum Kamin 23 geleitet. Falls der der Trocknungsanlage 16 zugeführte entwässerte Schlamm einen angemessenen Heizwert aufweist, was beispielsweise bei getrocknetem Schlamm der Fall ist, funktioniert ein solcher Trocknungsprozeß unter Verwendung einer Trocknungsanlage 16 mit einem rotierenden Trockner gemäß der Erfindung ohne Rückführung von Materialien in einer im wesentlichen energieneutralen Weise, wobei Energie in Form von Öl oder Gas nur während der Anlaufphase der Anlage zugeführt werden muß.

Claims (5)

1. Rotierender Trockner (1) zum Trocknen von wasserhaltigen Massen, z. B. biologischen Schlämmen, der eine drehbare längliche Trommel mit einem Trommelmantel (13) umfaßt, auf dessen innerer Seite eine Anzahl radial stehender Schaufelelemente (6) angeordnet sind, die sich in das Innere der Trommel erstrecken, wobei die Schaufelelemente so angeordnet sind, daß sie den Schlamm anheben, wenn die Trommel gedreht wird, und wobei zumindest einige der Schaufelelemente ein rechenartiges Element (6) aufweisen, das aus einer Anzahl von radial ausgerichteten Stegen (11) und (einem) brückenartigen Verbindungselement(en) (12), vorzugsweise parallel zu der Trommelachse, besteht, welche(s) Verbindungselement(e) die freien Enden der Stege verbinden (verbindet), so daß Öffnungen (10) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (11) Stäbe mit einem runden Querschnittsprofil sind, während die Verbindungselemente (12) flache Stangen sind, und daß die Öffnungen (10) und die Stege in benachbarten Schaufelelementen (6) in Drehrichtung gegeneinander versetzt sind.

2. Rotierender Trockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelelemente (6) mit im wesentlichen ebenen Anhebeflächen (15) ausgebildet sind.

3. Rotierender Trockner nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schaufelelement in radialer Richtung aus mehr als einem rechenartigen Element (6) (Fig. 5) zusammengesetzt ist.

4. Rotierender Trockner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Öffnungen in den Schaufelelementen 60 - 90 % der Gesamtfläche der Schaufelelemente mit Blick in Drehrichtung beträgt.

5. Verwendung eines rotierenden Trockners (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Trocknungsanlage zum Trocknen von klebrigen, thixotropen, wasserhaltigen Massen, z. B. biologischem Schlamm, mit

a) einer nichtdrehenden Heißgaseinrichtung (3), die vor dem Trockner angeordnet ist,

b) einer oder mehreren mitrotierenden Nachtrocknungszonen (4, 5) in einer länglichen drehbaren Trommel, die dem Trockner nachgeordnet sind und in denen Anhebeschaufeln (7, 8) auf der Innenseite der Trommel und möglicherweise Hilfselemente (9) angeordnet sind, um die Fallzeit des getrockneten Schlamms zu verlängern, wobei die letzte Trocknungszone (5) Anhebeschaufeln (8) aufweist, die als Rückführschaufeln ausgebildet sind, welche ebenfalls auf der Innenseite der drehbaren Trommel angeordnet sind.