EP0571722B1 - Verfahren und anlagentechnische Schaltung zur Trocknung und Verbrennung von Abfallstoffen - Google Patents
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- F23G2202/40—Combustion in a pulsed combustion chamber
Definitions
- the invention relates to a method and the associated plant for drying and burning waste materials, in particular sewage sludge, the waste materials being burned after mechanical and thermal dewatering.
- Landfilling will become more difficult for the future for two reasons. Firstly, the creation of sufficient landfill space is becoming increasingly problematic and secondly, the deposition of organic substances is being increasingly restricted after the introduction of TA municipal waste.
- the disadvantage here is that the sewage sludge sometimes requires long journeys to be able to use it in a cement plant.
- the limits of use for the addition of the sewage sludge as a secondary fuel in the cement production process are determined by the Hg and Cl contents of the sewage sludge.
- the object of the invention is to develop a method and the associated technical circuit for drying and burning waste materials, in particular sewage sludge, with which complete combustion of the organic pollutants and odorous substances with high availability is economical and without additional pollution of the environment the system is reached.
- this is achieved in that the waste materials, in particular sewage sludge, after mechanical dewatering and thermal drying, are ground by hot circulating air and then pulsed in a pulsation reactor, the waste materials simultaneously being part of the fuel requirement for the pulsating Serve combustion.
- thermally dried waste with a grain size ⁇ 1 mm is returned to the process after mechanical dewatering as a return material in order to process it there with the dewatered wet sludge to form a homogeneous, free-flowing material.
- the circulating air for thermal drying of the free-flowing material is heated by indirect heat exchange with the exhaust gases of the pulsating combustion and fed to a rotary tube dryer.
- the plant for drying and incinerating waste materials consists of a rotary tube dryer for the thermal drying of the goods that have already been mechanically dewatered and made free-flowing.
- the processing plant consists of a known grinding plant for grinding the thermally dried waste materials. Some of the thermally dried waste with a grain size of ⁇ 1 mm is separated off by means of a screening machine or a classifier and fed via a material line to the double-shaft mixer upstream of the rotary tube dryer as return material. The thermally dried waste material ground in an agitator ball mill or spring roller mill is fed to the downstream pulsation reactor for combustion via an intermediate silo.
- the hot exhaust gases that are generated during waste incineration in the pulsation reactor are fed via a line to a recuperator, into which the recirculation line from the condenser also flows.
- the circulating air from the condenser, which is indirectly heated in the recuperator, is fed back to the rotary tube dryer via a pipe.
- the exhaust gases from the pulsation reactor are released after the recuperator has been cleaned.
- the advantage of the solution according to the invention is that the simple and robust construction of a drying system with an indirectly heated rotary tube dryer achieves high availability and economy of the system.
- continuous operation without continuous operation of the system is achieved through the technical circuit.
- the economy of the process and the system is also achieved in that the sensible heat of the hot exhaust gases produced during the combustion of the waste materials can be used by indirect heat exchange with the circulating air of the dryer circuit.
- some or all of the fuel required for the combustion of the waste materials is supplied by the waste materials themselves, so that the waste materials are also burned economically.
- Another advantage of the invention is the ventilation separation of the dryer circuit from the heating circuit for the combustion of the waste materials.
- the sewage sludge to be used is mechanically dewatered in a known dewatering device, not shown.
- a double-shaft mixer 7 the mechanically dewatered wet sludge is mixed with already thermally dried sewage sludge, which has a grain size ⁇ 1 mm, to form a homogeneous, free-flowing material.
- This free-flowing sewage sludge is fed for thermal drying to a rotary tube dryer 8 specially modified for sewage sludge, in which it is convectively dried by hot circulating air.
- the vapors loaded with water vapor are separated in a coarse separator 10 and a filter 11 from the thermally dried material entrained in the circulating air.
- the cleaned vapors are cooled in a downstream condenser 12. They give up most of their water load.
- the draining condensate is returned to the sewage treatment plant.
- the material separated in the coarse separator 10 is fed via a material line to the material coming from the rotary tube dryer 8.
- the thermally dried sewage sludge is separated into one or more grain fractions in a screening machine 9 connected downstream of the rotary tube dryer 8 on the material side.
- the screened grain fraction ⁇ 1 mm is fed to the twin-shaft mixer 7 together with the material deposited in the filter 11 as return material.
- the coarser fraction> 1 mm obtained in the screening machine 9 is fed to a storage silo 1.
- the processed material is fed via an intermediate silo 3 to a pulsation reactor 4 for combustion, the dried sewage sludge simultaneously replacing part of the fuel required for drying. Due to the high temperatures there is a complete combustion the organic pollutants and odors in the pulsation reactor 4.
- the ash produced is removed from the system and the hot flue gases are fed to a recuperator 5.
- the hot flue gas releases its sensible heat by indirect heat exchange to the dryer air coming from the condenser 12.
- the heated dryer air is again the rotary tube dryer 8 and the cooled flue gases from the pulsating combustion are fed to an exhaust gas cleaning system 6.
- FIG. 2 shows a variant of the circuit according to the invention for drying and burning the sewage sludge.
- the main difference compared to variant 1 is that the thermally dried sewage sludge is ground in a spring roller mill 13 instead of the agitator ball mill 2.
- the sewage sludge thermally dried in the rotary tube dryer 8 is fed in via a material line of a spring roller mill 13 for grinding.
- the ground sewage sludge reaches a circulating air classifier 15 via a bucket elevator 14, the grains separated in the circulating air classifier 15 being fed to a conveyor 16.
- a part of the material is fed back to the twin-shaft mixer 7 as the material to be returned, while the other part is fed back to the spring roller mill 13.
- the material separated in the coarse separator 10 and in the filter 11 reaches the bucket elevator 14 and / or the intermediate silo 3 downstream of the air classifier 15 via a common material line.
- the processed material from the intermediate silo 3, as described in variant 1, is fed to a pulsation reactor 4 for combustion, the hot flue gases of the pulsation reactor 4 also being used for indirect heat exchange with the dryer circulating air.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehöhrige Anlage zur Trocknung und Verbrennung von Abfallstoffen, insbesondere von Klärschlamm, wobei die Abfallstoffe nach mechanischer und thermischer Entwässerung verbrannt werden.
- Durch die ständig steigenden Anforderungen an die Abwasserreinigung erhöht sich die Menge an Klärschlamm. Im Jahre 2000 ist von ca. 3,3 Mill. Tonnen Trockensubstanz auszugenen, die entsorgt bzw. verwertet werden müssen.
- Eine Deponierung wird für die Zukunft aus zwei Gründen schwieriger. Erstens wird die Schaffung von genügend Deponieraum immer problematischer und zweitens wird die Ablagerung organischer Substanzen nach Einführung der TA Siedlungsabfall immer mehr eingeschränkt.
- Die Akzeptanz für eine landwirtschaftliche Nutzung ist auf Grund der Schadstoffgehalte kaum gegeben. Für diese Art der Verwertung kommen somit nur wenig belastete Klärschlämme in Frage. Somit bietet sich als einzige Alternative die thermische Verwertung an.
- Zur thermischen Verwertung von Klärschlämmen sind eine Vielzahl von Verfahren entwickelt worden, bei denen die Klärschlämme nach einer Trocknung verbrannt werden. Die dabei entstandene Abwärme wird teilweise zur Gewinnung von Nutzenergie und teilweise zur Trocknung des Klärschlammes verwendet.
- So erfolgt gemäß der US 2 148 447 die Verbrennung der vorher mechnisch und thermisch Abfallstoffe, wie z.B. Klärschlamm, in einer Brennkammer.
- Diese Verfahren haben den Nachteil, daß der Verbrennung des getrockneten Schlammes eine aufwendige Rauchgaswäsche nachgeschaltet werden muß. Ferner entstehen bei der Schlammtrocknung geruchsbelaestigende Brüden, deren Geruchstoffe kostenaufwendig beseitigt werden müssen.
- Zur Beseitigung dieser Nachteile ist es gemäß der DE 35 42 004 bekannt, Schlämme aus Kläranlagen beim Zementherstellungsprozeß thermisch zu verwerten. Dabei werden die Schlämme mit einem Teil der bei der Zementklinkerkühlung anfallenden heißen Abluft getrocknet und danach dem Zementklinkerherstellungsprozeß als Sekundärbrennstoff zugeführt. Durch die hohen Betriebstemperaturen ist eine sichere Entsorgungsmöglichkeit der Klärschlämme gegeben. Die in den Klärschlämmen enthaltenen Schadstoffe werden immobil im erzeugten Zementklinker eingebunden.
- Nachteilig dabei ist, daß für die Klärschlämme teilweise lange Anfahrtswege benötigt werden um sie in einem Zementwerk verwerten zu können. Außerdem werden durch die Hg- und Cl- Gehalte des Klärschlammes die Einsatzgrenzen für die Zugabe des Klärschlammes als Sekundärbrennstoff beim Zementherstellungsprozeß bestimmt.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und die dazugehöhrige anlagentechnische Schaltung zur Trocknung und Verbrennung von Abfallstoffen, insbesondere von Klärschlamm, zu entwickeln, mit dem wirtschaftlich und ohne zusätzliche Belastung der Umwelt eine vollständige Verbrennung der organischen Schad- und Geruchstoffe bei einer hohen Verfügbarkeit der Anlage erreicht wird.
- Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Abfallstoffe, insbesondere Klärschlamm, nach mechanischer Entwässerung und thermischer Trocknung durch heiße Umluft aufgemahlen und danach in einem Pulsationsreaktor pulsierend verbrannt werden, wobei die Abfallstoffe gleichzeitig als ein Teil des Brennstoffbedarfs für die pulsierende Verbrennung dienen.
- Ein Teil der thermisch getrockneten Abfallstoffe mit einer Korngroesze < lmm wird als Rückführgut dem Prozeß nach der mechanischen Entwässerung wieder aufgegeben, um sie dort mit dem entwässerten Naßschlamm zu einem homogenen rieselfähigen Gut zu verarbeiten.
- Die Umluft zur thermischen Trocknung des rieselfähigen Gutes wird durch indirekten Wärmetausch mit den Abgasen der pulsierenden Verbrennung aufgeheizt und einem Drehrohrtrockner zugeführt.
- Die Anlage zur Trocknung und Verbrennung von Abfallstoffen besteht aus einem Drehrohrtrockner zur thermischen Trocknung des bereits vorher mechanisch entwässerten und rieselfähig gemachten Gutes, dem materialseitig eine Aufbereitungsanlage und gasseitig ein Grobabscheider, ein Filter und ein Kondensator nachgeschaltet sind.
- Die Aufbereitungsanlage besteht aus einer an sich bekannten Mahlanlage zur Aufmahlung der thermisch getrockneten Abfallstoffe. Ein Teil der thermisch getrockneten Abfallstoffe mit einer Korngröße < 1 mm wird mittels einer Siebmaschine oder einem Sichter abgeschieden und über eine Materialleitung dem materialseitig dem Drehrohrtrockner vorgeschalteten Doppelwellenmischer als Rückführgut zugeführt. Der in einer Rührwerkskugelmühle oder Federrollenmühle aufgemahlene thermisch getrocknete Abfallstoff wird über ein Zwischensilo dem nachgeschalteten Pulsationsreaktor zur Verbrennung aufgegeben.
- Die heißen Abgase, die bei der Abfallverbrennung im Pulsationsreaktor entstehen, werden über eine Leitung einem Rekuperator zugeführt, in den ebenfalls die Umluftleitung von dem Kondensator mündet. Die im Rekuperator indirekt aufgeheizte Umluft von dem Kondensator wird über eine Rohrleitung dem Drehrohrtrockner wieder zugeführt.
- Die Abgase des Pulsationsreaktors werden nach verlassen des Rekuperators einer Abgasreinigung aufgegeben.
- Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß durch den einfachen und robusten Aufbau einer Trocknungsanlage mit indirekt beheiztem Drehrohrtrockner eine hohe Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Anlage erreicht wird. Außerdem wird durch die anlagentechnische Schaltung ein durchgehender Betrieb ohne dauernde Bedienung der Anlage erzielt. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und der Anlage wird auch dadurch erreicht, daß die fühlbare Wärme der bei der Verbrennung der Abfallstoffe entstehenden heißen Abgase durch indirekten Wärmetausch mit der Umluft des Trocknerkreislaufes genutzt werden kann. Außerdem wird der für die Verbrennung der Abfallstoffe benötigte Brennstoff teilweise oder gänzlich durch die Abfallstoffe selbst geliefert, so daß auch eine wirtschaftliche Verbrennung der Abfallstoffe erfolgt.
- Durch die hohen Temperaturen im Pulsationsreaktor erfolgt eine vollständige Verbrennung der organischen Schad- und Geruchsstoffe mit einem geringen Ascheanfall, der dann probemlos deponiert werden kann. Schwermetalle werden immobil in der Asche eingelagert.
- Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der lufttechnischen Trennung des Trocknerkreislaufes von dem Heizkreislauf zur Verbrennung der Abfallstoffe.
- Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazugehoerige Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1:
- die erfindungsgemäße anlagentechnische Schaltung zur Trocknung und Verbrennung von Abfallstoffen
- Fig. 2:
- eine Variante der erfindungsgemäßen Schaltung zur Trocknung und Verbrennung von Abfallstoffen
- Gemäß Figur 1 wird der zu verwertende Klärschlamm in einer nichtdargestellten bekannten Entwässerungseinrichtung mechanisch entwässert. In einem Doppelwellenmischer 7 wird der mechanisch entwässerte Naßschlamm mit bereits thermisch getrocknetem Klärschlamm, der eine Korngröße < 1mm besitzt, zu einem homogenen rieselfähigen Gut vermischt. Dieser rieselfähige Klärschlamm wird zur thermischen Trocknung einem speziell für Klärschlamm modifizierten Drehrohrtrockner 8 aufgegeben, in dem er durch heiße Umluft konvektiv getrocknet wird.
- Die mit Wasserdampf beladenen Brüden werden in einem Grobabscheider 10 und einem Filter 11 von dem mit der Umluft mitgerissenen thermisch getrocknetem Material getrennt. Die gereinigten Brüden werden in einem nachgeschalteten Kondensator 12 abgekühlt. Dabei geben sie den Großteil ihrer Wasserbeladung ab. Das abfließende Kondensat wird zurück in die Kläranlage geführt.
- Das im Grobabscheider 10 abgeschiedene Material wird über eine Materialleitung dem aus dem Drehrohrtrockner 8 kommenden Material zugeführt. In einer dem Drehrohrtrockner 8 materialseitig nachgeschalteten Siebmaschine 9 erfolgt eine Trennung des thermisch getrockneten Klärschlammes in eine oder mehrere Kornfraktionen. Die abgesiebte Kornfraktion < 1mm wird zusammen mit dem im Filter 11 abgeschiedenen Material als Rückführgut dem Doppelwellenmischer 7 aufgegeben.
- Die in der Siebmaschine 9 anfallende gröbere Fraktion > 1 mm wird einem Vorratssilo 1 zugeführt. Nach Aufmahlung des thermisch getrockneten Klärschlammes mit einer Korngröße ≥ 1mm in einer Rührwerkskugelmühle 2 wird das aufbereitete Material über ein Zwischensilo 3 zur Verbrennung einem Pulsationsreaktor 4 aufgegeben, wobei der getrocknete Klärschlamm gleichzeitig einen Teil des für die Trocknung benötigten Brennstoffes ersetzt. Infolge der hohen Temperaturen erfolgt eine vollständige Verbrennung der organischen Schad- und Geruchsstoffe im Pulsationsreaktor 4.
- Als Verbrennungsluft für die pulsierende Verbrennung wird dem Pulsationsreaktor 4 Frischluft und der Teil der vom Kondensator 12 abgeführten Trocknerluft zugeführt, der nicht unmittelbar zur Trocknung benötigt wird.
- Nach der Verbrennung des Klärschlammes wird die anfallende Asche aus dem System ausgetragen und die heißen Rauchgase einem Rekuperator 5 zugeführt. Im Rekuperator 5 gibt das heiße Rauchgas seine fühlbare Wärme durch indirekten Wärmetausch an die von dem Kondensator 12 kommende Trocknerluft ab. Die aufgeheizte Trocknerumluft wird wieder dem Drehrohrtrockner 8 und die abgekühlten Rauchgase von der pulsierenden Verbrennung werden einer Abgasreinigung 6 zugeführt.
- Die Figur 2 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Schaltung zur Trocknung und Verbrennung des Klärschlammes. Der wesentliche Unterschied gegenueber der Variante 1 besteht darin, daß die Aufmahlung des thermisch getrockneten Klärschlammes in einer Federrollenmuehle 13 an Stelle der Rührwerkskugelmühle 2 erfolgt. Dabei wird der im Drehrohrtrockner 8 thermisch getrocknete Klärschlamm über eine Materialleitung einer Federrollenmühle 13 zur Aufmahlung aufgegeben. über ein Becherwerk 14 gelangt der aufgemahlene Klärschlamm in einen Umluftsichter 15, wobei die im Umluftsichter 15 abgeschiedenen Grieße einem Förderer 16 zugeführt werden. Dabei wird eine Teilmaterialmenge als Rückführgut dem Doppelwellenmischer 7 aufgegeben während der andere Teil der Federrollenmühle 13 wieder zugeführt wird.
- Das im Grobabscheider 10 und im Filter 11 abgeschiedene Material gelangt über eine gemeinsame Materialleitung in das Becherwerk 14 und/oder in das dem Umluftsichter 15 nachgeschaltete Zwischensilo 3.
- Das aufbereitete Material aus dem Zwischensilo 3 wird, wie in Variante 1 beschrieben, zur Verbrennung einem Pulsationsreaktor 4 aufgegeben, wobei ebenfalls die heißen Rauchgase des Pulsationsreaktors 4 zum indirekten Wärmetausch mit der Trocknerumluft genutzt werden.
- Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
- 1.
- Vorratssilo
- 2.
- Rührwerkskugelmühle
- 3.
- Zwischensilo
- 4.
- Pulsationsreaktor
- 5.
- Rekuperator
- 6.
- Abgasreinigung
- 7.
- Doppelwellenmischer
- 8.
- Drehrohrtrockner
- 9.
- Siebmaschine
- 10.
- Grobabscheider
- 11.
- Filter
- 12.
- Kondensator
- 13.
- Federrollenmühle
- 14.
- Becherwerk
- 15.
- Umluftsichter
- 16.
- Förderer
Claims (10)
- Verfahren zur Trocknung und Verbrennung von Abfallstoffen, insbesondere Klärschlamm, wobei die Abfallstoffe nach mechanischer und thermischer Entwässerung verbrannt werden, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil der thermisch getrockneten Abfallstoffe mit einer Korngröße ≥ 1mm aufgemahlen und danach in einem Reaktor pulsierend verbrannt werden, daß der Rest der thermisch getrockneten Abfallstoffe mit einer Korngröße < 1mm als Rückführgut dem Prozeß nach der mechanischen Entwässerung wieder aufgegeben wird und daß die Wärmeenergie der Abgase der pulsierenden Verbrennung durch indirekten Wärmetausch als Trocknungsenergie verwendet wird.
- Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Verwendung von einer mechanischen Entwässerungseinrichtung, einem Drehrohrtrockner, und einer Verbrennungseinrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß dem Drehrohrtrockner (8) materialseitig eine an sich bekannte Siebmaschine (9), Mahlanlage, ein Zwischensilo (3) und ein Pulsationsreaktor (4) und gasseitig ein Grobabscheider (10), ein Filter (11) und ein Kondensator (12) nachgeschaltet sind, und daß die Abgasleitung des Pulsationsreaktors (4) und die Umluftleitung des Kondensators (12) in einen Rekuperator (5) münden, in dem das Trocknergas von dem Kondensator (12) durch indirekten Wärmetausch aufgeheizt und über eine zwischen Rekuperator (5) und Drehrohrtrockner (8) angeordnete Rohrleitung dem Drehrohrtrockner (8) wieder zugeführt wird.
- Anlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß eine Teilabgasleitung von dem Kondesator (12) in die Verbrennungsluftzuführungsleitung des Pulsationsreaktors (4) mündet.
- Anlage nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die dem Drehrohrtrockner (8) nachgeschaltete Mahlanlage aus einer Siebmaschine (9) mit nachgeschaltetem Vorratssilo (1) und Rührwerkskugelmühle (2) besteht.
- Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Siebmaschine (9) zur Abführung der Abfallstoffe mit einer Korngröße ≥ 1 mm über eine Materialleitung mit dem Vorratssilo (1) verbunden ist.
- Anlage nach Anspruch 4 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Materialleitung des Filters (11) und die Materialleitung der Siebmaschine (9), in der die Abfallstoffe mit einer Korngröße < 1mm abgeführt werden, gemeinsam in einen vor dem Drehrohrtrockner (8) angeordneten Doppelwellenmischer (7) münden.
- Anlage nach Anspruch 4 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Materialleitung des Grobabscheiders (10) in die zwischen Drehrohrtrockner (8) und Siebmaschine (9) angeordnete Materialleitung mündet.
- Anlage nach Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die dem Drehrohrtrockner (8) nachgeschaltete Mahlanlage aus einer Federrollenmühle (13) mit nachgeschaltetem Sichtaggregat, beispielsweise Becherwerk (14) und Umluftsichter (15), besteht.
- Anlage nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Materialleitungen des Grobabscheiders (10) und des Filters (11) in eine gemeinsame Materialleitung die in das Becherwerk (14) und/oder in das Zwischensilo (3) mündet.
- Anlage nach Anspruch 8 und 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Grießleitung des Umluftsichters (15) mit einem Förderer (16) verbunden ist, und daß eine Materialleitung des Förderers (16), in der ein Teil der Abfallstoffe mit einer Kornfraktion < 1 mm abgeführt wird, mit dem Doppelwellenmischer (7) verbunden ist.
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