EP0711607B1 - Verfahren zum Betrieb von Schneckenzentrifugen - Google Patents

Description

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zum Betrieb von Schneckenzentrifugen für die Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen in schwere Stoffe (Feststoffe) und leichte Stoffe (Flüssigkeit) gerichtet, bestehend aus einer zylindrischen Zentrifugentrommel mit einem sich konisch verjüngenden Trommelende, die um ihre Längsachse drehbar gelagert ist und deren Trommelwand eine koaxial angeordnete, um ihre Längsachse drehbar gelagerte Förderschnecke umschließt, mit Einrichtungen zum Zuführen des zu trennenden Gemisches in die Zentrifugentrommel sowie Auslaßöffnungen für den Austrag der voneinander getrennten leichten und schweren Stoffe, wobei der radiale Abstand der Auslaßöffnungen von der Zentrifugentrommelachse geringer ist als der radiale Abstand der Zentrifugentrommelwand von der Zentrifugentrommelachse, so daß sich beim Betrieb der Schneckenzentrifuge unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft innerhalb der Zentrifugentrommel ein Flüssigkeitsring ausbildet, aus dem die schweren Stoffe mit Hilfe der Förderschnecke, die in gleicher Drehrichtung wie die Zentrifugentrommel, aber mit von dieser abweichender Drehzahl (Differenzdrehzahl) rotiert, herausgehoben und über das konische Trommelende zur Auslaßöffnung transportiert werden.

Der Austrag der schweren Stoffe (Feststoffe) erfolgt bei Schneckenzentrifugen durch die Differenzdrehzahl zwischen der Förderschnecke und der Zentrifugentrommel, wobei je nach Drehrichtung der Zentrifugentrommel die Drehzahl der Förderschnecke voreilend (die Drehzahl der Förderschnecke ist größer als die Drehzahl der Zentrifugentrommel) oder nacheilend (die Drehzahl der Förderschnecke ist kleiner als die Drehzahl der Zentrifugentrommel) eingestellt ist.

Der in der Schneckenzentrifuge unter dem Einfluß der durch die Drehung der Zentrifugentrommel hervorgerufenen Zentrifugalkraft sich ausbildende Flüssigkeitsring, dessen Innendurchmesser durch die radiale Anordnung der Austragsöffnung für die leichten Stoffe bestimmt ist, besteht vorwiegend aus bereits abgetrennter Flüssigkeit, in der sich die schweren Stoffe (Feststoffe) am äußeren Rand des Ringes, also an der Zentrifugentrommelwand, absetzen.

Von den Schneckenwendeln der Förderschnecke, die in gleicher Drehrichtung wie die Zentrifugentrommel und je nach Drehrichtung der Zentrifugentrommel von der Trommeldrehzahl nacheilend oder voreilend in Drehung versetzt ist, werden die an der Zentrifugentrommelwand angeordneten Feststoffe erfaßt und zu einem Ende der Zentrifugentrommel transportiert. Dieses Ende ist konisch ausgebildet, so daß an diesem Ende die Feststoffe mit Hilfe der Förderschnecke aus dem Flüssigkeitsring entgegen der Richtung der Zentrifugalkraft herausgehoben und über diesen Trommelkonus zu einer oder mehreren Auslaßöffnungen für den Feststoff transportiert werden.

Die leichten Stoffe wie die Flüssigkeit fließen beispielsweise zum entgegengesetzten Ende der Zentrifugentrommel zu dort angeordneten Auslaßöffnungen, wobei sie durch die aus den Schneckenwendeln der Förderschnecke gebildete Kanäle zumindest teilweise entgegen der Förderrichtung der Förderschnecke fließen.

Beim Abstellen der Schneckenzentrifuge verringert sich die Drehzahl der Zentrifugentrommel bis zum Stillstand und damit verringert sich auch die Zentrifugalkraft. Es wird dann beim Auslaufen der Zentrifugentrommel eine Drehzahl erreicht, bei der die Zentrifugalkraft niedriger wird als die Gravitationskraft mit der Folge, daß der in der Zentrifugentrommel sich ausbildende Flüssigkeitsring zusammenbricht und der Füllstand der Flüssigkeit innerhalb der Zentrifugentrommel über die Auslaßöffnung für die schweren Stoffe hinausreicht, so daß an diesen Öffnungen, wenn auch nur kurzfristig, schwallartig auch die leichten Stoffe ausgetragen werden.

In der älteren, nicht vorveröffentlichten DE 43 21 964 wird deshalb vorgeschlagen, die Drehzahl der Zentrifugentrommel und/oder die Drehzahl der Förderschnecke kurzfristig schlagartig so zu ändern, daß der Flüssigkeitsring, der aufgrund seiner Massenträgheit dieser Drehzahländerung nicht folgt. Durch die träge Masse der Flüssigkeit zwischen den Schneckenwendeln werden die leichten Stoffe bei schlagartiger Drehzahländerung zur Austragsöffnung für die leichten Stoffe geschraubt.

Ein weiterer Nachteil, der bereits vor dem Zusammenbrechen des Flüssigkeitsrings beim Erreichen einer kritischen niedrigeren Drehzahl auftritt, wird durch die Verringerung der Zentrifugentrommeldrehzahl bewirkt.

Durch die Relativbewegung der Förderschnecke zur Zentrifugentrommel in Drehrichtung erfaßt die Förderschnecke die an der Zentrifugentrommelwand angeordneten schweren Stoffe und schiebt sie über den Konus entgegen der Zentrifugalkraft in Richtung Drehachse nach innen zur dort angeordneten Auslaßöffnung. Bei diesem Transport der schweren Stoffe außerhalb der abgetrennten Flüssigkeit über den Konus der Zentrifugentrommel erfolgt eine weitergehende Abtrennung der noch anhaftenden leichten Stoffe. Mit fallender Drehzahl und somit fallender Zentrifugalkraft wird dieser "bergaufwärts" gerichtete Transport der schweren Stoffe zunehmend erleichtert, d. h. auch die Entwässerung wird zunehmend verschlechtert.

Wird nun beim Abstellvorgang zunächst die Gemischzufuhr abgestellt, so trägt die Förderschnecke aus dem gespeicherten Feststoffvorrat innerhalb der Zentrifugentrommel noch eine gewisse Zeit entwässerten Feststoff aus, der aber bei der noch anstehenden Solldrehzahl dann ganz aufhört. Wird nun im Verlauf des Abstellvorgangs die Drehzahl der Zentrifugentrommel verringert, beginnt die Schneckenzentrifuge trotz abgestellter Gemischzufuhr erneut mit einem Feststoffaustrag, der nun aber wegen der geringeren Zentrifugalkräfte nicht mehr den gewünschten Entwässerungsgrad aufweist und teilweise "verklumpt" ist.

Dieser Austrag von zu feuchtem Schwergut findet auch beim Wiederanfahren einer noch teilweise mit Feststoff gefüllten Schneckenzentrifuge statt, da dann auch hier ein Bereich niedriger Zentrifugalkraft durchfahren wird.

Durch die nachteilige Entwässerung der schweren Stoffe während des Abstellvorganges und während des Wiederanfahrens der Schneckenzentrifuge wird nicht nur das Trennergebnis insgesamt verschlechtert, sondern es sind auch verfahrenstechnische Störungen bei der weiteren Verarbeitung der abgetrennten schweren Stoffe durch z. B. Verklebungen an nachfolgenden Transport-Trockner- oder Verbrennungseinrichtungen zu erwarten.

Aus der DE-A-1925001 ist eine Schneckenzentrifuge bekannt, die nicht kontinuierlich, sondern mittels einer aufwendigen Steuerung zyklisch betrieben wird, indem zeitgesteuert zwei verschiedene Arbeitsphasen immer abwechseln, nämlich eine Sedimentationsphase, in der die Zentrifugentromel und die Förderschnecke synchron laufen sollen, so daß kein Feststoff ausgetragen wird, und eine Feststoffaustragsphase, in der durch Betätigung einer am Zentrifugenantrieb angreifenden Wirbelstrombremse eine Differenzdrehzahl zwischen Trommel und Schnecke eingestellt und der sedimentierte Feststoff ausgetragen wird, wobei in dieser Arbeitsphase der Einlauf der Feststoffsuspension in die Zentrifuge unterbrochen wird. Mit der bekannten Steuerung soll eine ungestörte Sedimentation der Suspensions- Feststoffe an die Zentrifugentrommelwand begünstigt werden. Die Problematik des Abstellens und Wiederanfahrens einer kontinuierlich mit Dauerbetriebsdrehzahl betriebenen Schneckenzentrifuge ist dabei nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zum Betrieb von Schneckenzentrifugen ein Verfahren zu schaffen, mit dem vermieden wird, daß beim Abstellen und Wiederanfahren der Schneckenzentrifuge eine zu feuchte Feststoffphase aus der Trommel ausgetragen wird.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch die Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, während der beim Anfahr- und Auslaufvorgang durchlaufende Phase mit gegenüber der Betriebsdrehzahl niedrigerer Drehzahl der Zentrifugentrommel und entsprechend niedrigerer Zentrifugalkraft ab einer Mindestdrehzahl der Zentrifugentrommel die Drehzahl der Förderschnecke der Drehzahl der Zentrifugentrommel anzugleichen (d. h. die Differenzdrehzahl geht gegen Null), wird während dieser Betriebsphase zunächst weniger und dann überhaupt kein Feststoff durch die Förderschnecke mehr ausgetragen. Bei richtiger Anpassung der Differenzdrehzahl an die Zentrifugalkraft entspricht der in dieser mit niedrigerer Differenzdrehzahl noch ausgetragene Feststoff in seiner Konsistenz, d. h. seinem Entwässerungsgrad, dem beim normalen Betrieb der Schneckenzentrifuge ausgetragenen Feststoff, so daß Störungen durch den Austrag von z. B. zu nassem Feststoff nicht mehr auftreten können.

Um bei hydraulisch angetriebenen Schneckenzentrifugen, bei denen die Zentrifugentrommel und die Förderschnecke durch separate hydraulische Antriebe in Drehung versetzt werden, und bei denen während der Anlauf- bzw. Abschaltphase der Antrieb der Förderschnecke in einfacher Weise zeitweise stillgesetzt werden kann, um die Drehzahl der Förderschnecke der der Zentrifugentrommel anzugleichen, eine nachteilige Erwärmung des hydraulischen Antriebs, der nun zwangsweise über Kraftschluß mit Hilfe des vorhandenen Feststoffs mit der Drehzahl der Zentrifugentrommel mitrotierenden Förderschnecke zu vermeiden, wird ein Teilölkreislauf zur Kühlung im Antrieb der Förderschnecke aufrechterhalten.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden anhand einer schematischen Darstellung des Betriebszustandes einer Schneckenzentrifuge beispielhaft näher erläutert.

In dieser Darstellung ist die Drehzahl n der Zentrifugentrommel als Funktion der Zeit Z dargestellt. Während der Anfahrphase (14) (vom Startpunkt Z₀ bis zur Zeit Z₂) steigt die Zentrifugentrommeldrehzahl (11) annähernd linear stetig bis zur Betriebsdrehzahl (10). Diese Betriebsdrehzahl (10) wird nun während der gesamten Dauer des normalen Betriebs (15) der Schnekkenzentrifuge (Zeitpunkt Z₂ bis Z₃) konstant aufrechterhalten. Zum Zeitpunkt Z₃ erfolgt das Abschalten der Schneckenzentrifuge. Während der nun folgenden Auslaufphase (16) (Zeitpunkt Z₃ bis Z₅) verlangsamt sich die Drehzahl (12) der Zentrifugentrommel von der normalen Betriebsdrehzahl (10) stetig bis auf den völligen Stillstand der Zentrifugentrommel zum Zeitpunkt Z₅.

Erfindungsgemäß wird beim Wiederanfahren einer bereits teilweise noch mit Feststoff gefüllten Schneckenzentrifuge (also nicht bei ihrem ersten Anfahren) bei Erreichen der Mindestdrehzahl (13) zum Zeitpunkt Z₁ die Drehzahl der Förderschnecke gegenüber der Drehzahl der Zentrifugentrommel so verändert, daß von Null ausgehend sich die zum normalen Betrieb der Schneckenzentrifuge erforderliche Differenzdrehzahl (17) einstellt. Es wird nun abgetrennter Feststoff ausgetragen. Diese Differenzdrehzahl (17) wird zunächst auch nach dem Abschalten der Schneckenzentrifuge zum Zeitpunkt Z₃ aufrechterhalten. Wenn aber die Zentrifugentrommeldrehzahl auf die Mindestdrehzahl (13) zum Zeitpunkt Z₄ abgefallen ist, erfolgt ein Regeleingriff, der die Drehzahl der Förderschnecke nun der Drehzahl der Zentrifugentrommel angleicht, beispielsweise durch Abschalten des Antriebs der Förderschnecke, wodurch nun diese mit der Drehzahl der Zentrifugentrommel mitrotiert. Die Differenzdrehzahl ist nun gleich null und ein Austrag von Feststoff erfolgt nicht mehr.

Um beispielsweise die Kühlung und Schmierung einiger Bauteile während der Anfahrt- oder Abstellphase sicherzustellen, kann die Differenzdrehzahl der Schnecke relativ zur Trommeldrehzahl kurzzeitig für einige Sekunden eingeschaltet werden und dann wieder ausgeschaltet werden, ohne daß unzureichend entwässerter Feststoff am Konus ausgetragen wird.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betrieb von Schneckenzentrifugen für die Trennung von Flüssigkeits-Feststoffgemischen in Flüssigkeit und schwere Stoffe, bestehend aus einer zylindrischen Zentrifugentrommel mit einem sich konisch verjüngenden Trommelende, die um ihre Längsachse drehbar gelagert ist und deren Trommelwand eine koaxial angeordnete um ihre Längsachse drehbar gelagerte Förderschnecke umschließt mit Einrichtungen zum Zuführen des zu trennenden Gemisches in die Zentrifugentrommel sowie Auslaßöffnungen für den Austrag der voneinander getrennten leichten und schweren Stoffe, wobei der radiale Abstand der Auslaßöffnungen von der Zentrifugentrommelachse geringer ist als der radiale Abstand der Zentrifugentrommelwand von der Zentrifugentrommelachse, so daß sich beim Betrieb der Schneckenzentrifuge unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft innerhalb der Zentrifugentrommel ein Flüssigkeitsring ausbildet, aus dem die schweren Stoffe mit Hilfe der Förderschnecke, die in gleicher Drehrichtung wie die Zentrifugentrommel, aber mit von dieser abweichender Drehzahl rotiert, herausgehoben und über das konische Trommelende zu den Austragsöffnungen transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auslaufen (16) der Schneckenzentrifuge nach ihrem Abschalten, wobei die Zentrifugentrommeldrehzahl (12) von der Betriebsdrefzahl (10) des normalen Zentrifugenbetriebs (15) vom Zeitpunkt (Z 3) des Abschaltens der Schneckenzentrifuge an absinkt, ab einer Mindestdrehzahl (13) welche kleiner ist als die Betriebsdrehzahl (10), die Drehzahl der Förderschnecke der Drehzahl der Zentrifugentrommel so weitgehend angenähert, d. h. die Differenzdrehzahl (17) gegen Null eingestellt wird, daß ein Austrag der schweren Stoffe unterbleibt, und daß beim Wiederanfahren (14) der Schneckenzentrifuge die Drehzahlen von Förderschnecke und Zentrifugentrommel zunächst gleich groß, d. h. die Differenzdrehzahl (17) gleich Null gehalten werden und erst bei Erreichen der Mindestdrehzahl (13) der Zentrifugentrommel zu einem Zeitpunkt (Z 1) die für die normale Dauerbetriebsdrehzahl (10) erforderliche Solldifferenzdrehzahl (17) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schnekkenzentrifugen mit hydraulischem Antrieb während des Zeitraums, in dem die Drehzahl der Förderschnecke der Drehzahl der Zentrifugentrommel angeglichen wird, ein Teilölkreislauf zur Kühlung innerhalb des Antriebs der Förderschnecke aufrechterhalten bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wiederanfahren der Schneckenzentrifuge die Differenzdrehzahl in Abhängigkeit der Trommeldrehzahl gesteigert wird nach einer vorprogrammierbaren Funktion.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abstellen der Schneckenzentrifuge die Differenzdrehzahl in Abhängigkeit der Trommeldrehzahl nach einer vorgegebenen Funktion stetig oder sprunghaft verändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb einer einstellbaren Mindestdrehzahl der Zentrifugentrommel die Differenzdrehzahl der Schnecke Null ist und nur kurzzeitig für die Dauer von Sekunden einen endlichen Wert annimmt.

Images