WO2020114906A1 - Verfahren zur brüdenverwertung und brüdenverwertungssystem - Google Patents

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WO2020114906A1
WO2020114906A1 PCT/EP2019/083088 EP2019083088W WO2020114906A1 WO 2020114906 A1 WO2020114906 A1 WO 2020114906A1 EP 2019083088 W EP2019083088 W EP 2019083088W WO 2020114906 A1 WO2020114906 A1 WO 2020114906A1
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flue gas
vapor
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Gerald GRÜNER
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Standardkessel Baumgarte Gmbh
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    • F23G2900/00—Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/50213—Preheating processes other than drying or pyrolysis

Definitions

  • the invention relates to a method for recycling vapors, the vapors being introduced into a flue gas which is obtained when a fuel is burned in a combustion system. Furthermore, the invention relates to a Brüdenver treatment system and a treatment plant.
  • Vapors are gases and / or air saturated with water vapor that are formed when solids dry. For example, vapors arise when sewage sludge or industrial sludge is dried.
  • vapors are often conducted and condensed over condensers, the energy released in the best case scenario being able to be used at least partially for a district heating network.
  • the vapor condensate formed is then usually (again) fed into a sewage treatment plant or disposed of in it.
  • plants that utilize vapors in the manner described above must have a sewage treatment plant and / or a district heating network.
  • the question of vapor recovery is often a crucial point in a (planned) project implementation, especially if the vapor condensate cannot be disposed of / used on site and has to be costly transported for recycling.
  • a utilization possibility of the type mentioned is z. B. described in EP 3 275 845 A1.
  • (ammonia-containing) vapors from sewage sludge drying are introduced or injected both into the fluidized bed and into the flue gas from a fluidized bed combustion in which the dried sewage sludge is burned.
  • a disadvantage of this process is that the vapors can only be used in relatively small quantities / volumes at a vapour introduction temperature of preferably 300 ° C. to 320 ° C., since otherwise the temperature in the combustion system would be lowered too far.
  • a multi-stage system is required in the system described there, in which several (at least two) vapors are required in the combustion system, which makes the process more complex. It is an object of the present invention to provide an improved method for vaporizing vapors, as well as a vaporizing system for vaporizing vapors and a recycling plant, in particular sewage sludge recycling plant, with which the disadvantages mentioned above are avoided.
  • the vapors are introduced into a flue gas which is obtained when a fuel is burned in a combustion system.
  • the solid can preferably be a sewage sludge. In principle, however, any solid or sludge that vapors are dried is suitable for carrying out the process.
  • flue gas here - as usual - denotes a dispersion of solid and / or liquid suspended particles in a gas, which is obtained from a combustion process of a fuel.
  • the fuel is preferably a solid fuel, but liquid and / or gaseous fuels can also be used, in particular also a mixture of fuels.
  • coal, natural gas or other materials suitable for thermal recycling could be used.
  • the dried solid or sludge itself ie a dry sludge which is obtained from the solid or sludge, in particular sewage sludge, during drying, is used as fuel.
  • the vapors are now heated according to the invention for introduction into the flue gas to a vapor introduction temperature of more than 350.degree.
  • the vapor introduction temperature range is considerably higher than in the prior art , e.g. B. preferably at least 360 ° C or particularly preferably even higher, as will be explained later.
  • the "vapor introduction temperature " wjrc” In the context of the invention, the temperature of the brothers denotes the vapors which the vapors have during and / or shortly before their introduction into the flue gas. More detailed explanations of the vapor introduction temperature follow later.
  • the vapors can be introduced into a combustion system without residues at a vapor introduction temperature of more than 350 ° C, without the temperature of the flue gas dropping too much.
  • the flue gas should normally be heated to a (flue gas) temperature of at least 850 ° C (for 2 seconds) in order to sufficiently reduce the pollution in the flue gas.
  • the vapors heated to more than 350 ° C can be directly introduced into the flue gas.
  • the method according to the invention can also be used in systems that do not have a wastewater treatment plant and are still connected to a district heating network.
  • the method according to the invention for vapor utilization can be used in a considerably more flexible manner than methods previously known from the prior art.
  • a combustion system such. B. a sewage sludge monover incineration plant can be operated without waste water in the complete recovery of the vapors.
  • a wastewater-free operation work can be carried out regardless of location, which means that it is not absolutely necessary for a sewage treatment plant to be located in the immediate vicinity of the incineration plant in order to be able to operate the same.
  • Due to the higher vapor introduction temperature an introduction of vapors into the flue gas at a suitable point is sufficient, ie, unlike the prior art mentioned above, a multi-stage system is not required to introduce the vapors into the combustion system at different points.
  • the system according to the invention is relatively inexpensive.
  • An inventive vapor utilization system for utilizing vapors which are obtained during the drying of a solid initially comprises a combustion system for the combustion of a fuel.
  • a combustion system comprises a system for burning or recycling a fuel, the combustion system preferably being a fluidized bed combustion system, a grate furnace or a rotary kiln.
  • the vapor utilization system comprises a vapor introduction device in order to introduce the vapors into a flue gas which is produced during the combustion of the fuel.
  • a vapor introduction device can comprise at least one vapor line system and optionally at least one nozzle connected to it in the combustion system in order to introduce the vapor into the flue gas, the vapor being preferably introduced in full into the flue gas.
  • the vapor recovery system comprises a vapor heating device for heating the vapor to a vapor introduction temperature of more than 350 ° C. before or before it is introduced into the flue gas.
  • a vapor heating device comprises at least one heat exchange device, the heat exchangers preferably being arranged in several stages. More precise explanations of possible designs of such heat exchange devices, as well as possible heating media are carried out in more detail.
  • the vapor heating device can, for example, be part of the vapor introduction device, in which - as will be shown later with examples - heat exchangers or the like are interposed in the vapor line system.
  • the (thermal) energy required for heating the vapors is used from the same system to which the vapors are ultimately fed again.
  • a "heat transfer system" The heat transfer system is - as explained in detail later - realized by at least one, but preferably a plurality of heat exchangers connected in series and / or in parallel.
  • a recycling plant or sludge recycling plant according to the invention has at least one dryer for the solid and a previously described vapor recycling system according to the invention.
  • the dryer can be connected to the vapor delivery device of the vapor recovery system in order to remove the vapors from the dryer and to recycle them as described above.
  • the treatment plant is preferably a sewage sludge treatment plant, and the dryer accordingly is preferably a sewage sludge dryer.
  • the dryer in particular sewage sludge dryer, is also connected via a transport system for the dried (sewage) sludge (dry sludge), for example conveyor belts or the like, to a fuel feed device of the combustion system of the vapor recovery system, so that the dry sludge can be used as fuel
  • a transport system for the dried (sewage) sludge (dry sludge) for example conveyor belts or the like
  • dry sludge for example conveyor belts or the like
  • the dry sludge can be used as fuel
  • the dry sludge can be used as fuel
  • At least some of the energy generated in the combustion system can in turn be used to dry the solid or sludge, in particular sewage sludge, in the dryer or sewage sludge dryer.
  • process heat generated in the combustion system could be returned to the dryer, preferably sewage sludge dryer.
  • a vapor introduction temperature of more than 350 ° C. is required according to the invention.
  • the vapor introduction temperature is preferably at least 400 ° C., more preferably at least 500 ° C. and particularly preferably at least 600 ° C.
  • the vapor introduction temperature is preferably at most 900 ° C., preferably at most 800 ° C., and particularly preferably at most 700 ° C. These temperatures are namely z. B. still reachable by using the energy of the flue gas used for vapor heating without external energy - as will be explained in more detail later.
  • the vapors are introduced into the flue gas at a vapor introduction temperature in the range from 600 ° C to 700 ° C.
  • This temperature range of the vapor introduction temperature is particularly preferred in mono-combustion plants, that is to say in combustion systems which burn or utilize only one fuel, particularly preferably in a mono-combustion plant which, as described above, uses only the dried sludge, in particular sewage sludge, as fuel. I.e.
  • This temperature range is particularly suitable if, as mentioned at the outset, the treatment plant or sewage sludge treatment plant is to be used completely independently and all sludge, in particular sewage sludge, and the vapors formed are to be used completely.
  • the vapors could in some cases also be recycled in another thermal recycling plant in which other fuels are used.
  • lower vapor introduction temperatures greater than 350 ° C, e.g. B. at least 360 ° C, and at most 600 ° C are preferred. This is useful if the thermal recycling plant is in close proximity.
  • the vapors are preferably introduced into the flue gas at a flue gas temperature of at least 900 ° C. and / or at most 950 ° C., the flue gas temperature being the temperature which the flue gas has on average in the spatial region in which the vapors are supplied.
  • the vapors are preferably introduced into the flue gas in such a way that the flue gas (still) after the introduction of the vapors has a (mixed gas) temperature of at least 850 ° C., in a particularly preferred embodiment this mixed gas temperature of at least 850 ° C. for at least 2 Seconds.
  • the mixed gas temperature is preferably at most 900 ° C.
  • the mixed gas temperature is the temperature of the flue gas immediately after the vapors have been added to the flue gas.
  • the vapors are preferably introduced into the flue gas directly in a combustion chamber of the combustion system.
  • the vapors are preferably introduced into the flue gas only after at least partial combustion of the fuel, i. H. the vapors are preferably introduced above the actual fire.
  • the vapors are preferably fed to the fluidized bed (combustion) in the area of a free space (usually referred to as a "freeboard").
  • the freeboard is the free area above the actual fluidized bed or the fluidized bed to which the fuel is supplied. This area is filled with flue gas, which is then directed upwards through the flue gas outlet into the next train. In many cases there is also a secondary air supply in the flue gas in this freeboard in order to burn residual particles in the flue gas as far as possible.
  • the vapors are preferably introduced into the flue gas in the combustion chamber in the area of at least one secondary air supply.
  • the vapors can preferably be heated to the desired vapor introduction temperature by means of thermal energy which is obtained from the at least partial combustion of the fuel in the combustion system.
  • the vapors can preferably be heated in a vapor heating device which, as already mentioned at the beginning, can be constructed in several stages, that is to say can comprise a plurality of downstream heat exchangers.
  • the vapors are gradually heated more and more in various stages connected in terms of the vapors' transport route. This will be explained in more detail later using examples.
  • the vapor heating device preferably has at least one heat exchanger (for example as a “final stage” in a multi-stage heat exchanger system) which the vapors (which may have already been preheated in other stages) are finally heated to the desired vapor introduction temperature of more than 350.degree.
  • This output stage can also comprise several sub-stages.
  • the vapors are heated at least partially, particularly preferably completely or exclusively, by means of the flue gas of the combustion system.
  • the (thermal) energy required to heat the vapors is used from the same system to which the vapors are ultimately fed again.
  • a large part of the energy can be recovered by a heat transfer system, which can be realized for example by one, but preferably several, heat exchangers.
  • the flue gas into which the vapors were introduced can be used to heat vapors still to be introduced into the flue gas to the brine introduction temperature. This means that the flue gas mixed with the vapors is used to heat the vapors still to be introduced.
  • the vapors are preferably heated to the desired vapor introduction temperature at least in part directly by means of flue gas from the combustion system, for example in a direct heat exchanger between the media “flue gas” and “vapors”.
  • the vapor heating device particularly preferably comprises at least one heat exchanger (for example the “final stage” in a multi-stage heat exchanger system) in which the flue gas is used directly to heat the vapor to the desired vapor introduction temperature.
  • the vapors can be heated to the desired vapor introduction temperature using the flue gas at a flue gas temperature of at least 400 ° C and / or at most 980 ° C.
  • the vapors are heated by means of flue gas from the combustion system at least partially indirectly via an “exchange medium” Heating medium.
  • the exchange medium is heated, for example, in a first heat exchanger by flue gas, thus receives thermal energy, and releases the thermal energy back to the vapors in a second heat exchanger.
  • water, steam, thermal oils or gases can be used as exchange media.
  • the exchange medium is preferably heated by means of flue gas to a desired heating temperature with a flue gas temperature of at least 400 ° C. and / or at most 980 ° C.
  • the vapors and / or the exchange medium can be heated by flue gas at least partially outside the combustion chamber, particularly preferably in a flue gas outlet.
  • flue gas at least partially outside the combustion chamber, particularly preferably in a flue gas outlet.
  • the above-mentioned heat exchangers can be arranged, for example, at various points in the flue gas outlet of the combustion system.
  • the vapors can at least partially be heated directly in the combustion chamber of an incinerator.
  • at least one type of “heat exchanger” of the vapor heating device could be arranged directly in the combustion chamber of an incineration plant. If this is the case, a multi-stage system is preferably the “final stage” mentioned above, which ultimately heats the vapors to the vapor introduction temperature.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a sewage sludge treatment plant with a vapor treatment system according to a first exemplary embodiment of the invention with a fluidized bed combustion system
  • FIG. 2 shows a block diagram of a sewage sludge recycling plant with a vapor recycling system according to a second exemplary embodiment of the invention with a grate combustion system
  • FIG. 3 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a vapor preheater arrangement of a sewage sludge recycling plant according to FIGS. 1 or 2.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a sewage sludge recycling plant 100 with a vapor recycling system 9 according to the invention.
  • the sewage sludge utilization plant 100 here comprises a sewage treatment plant 2 which has a sewage sludge dryer 1 in which the sewage sludge KS obtained is dried. This drying produces dry sludge TS (dried sewage sludge) and vapors B.
  • This can be a conventional sewage sludge dryer 1. Ver various possible structures of such a sewage sludge dryer 1 and the drying processes associated therewith are known to the person skilled in the art, so that no further explanation is necessary here.
  • sewage sludge recycling plant is only a particularly preferred use and that use is also possible when recycling other solids to be dried.
  • the sewage treatment plant 2 itself to be part of the treatment plant or sewage sludge treatment plant 100, in particular since no vapor condensate is produced in the sewage sludge treatment plant, which would have to be disposed of in the sewage treatment plant.
  • the sewage treatment plant 2 could be located at a spatial distance from the treatment plant 100 and the sewage sludge to be dried (or another solid to be dried) is sent to the treatment plant or sewage sludge treatment plant 100 e.g. B. supplied with transport vehicles and fed to the dryer 1 there.
  • the dry sludge TS via a suitable transport system, for example comprising a plurality of conveyor belts or the like, as a fuel TS a combustion system 4, in this preferred embodiment, a fluidized bed combustion system 4, is supplied.
  • a fluidized bed combustion system 4 in operation, a mixture of sand and fuel TS (the fluidized bed W) is kept in a fluidized state in a fluidized state in a fluidized state in a lower region of the combustion chamber 7 of the fluidized bed combustion system 4.
  • the fuel TS is burned and the sand can circulate. Temperatures of 800 ° C. to 1000 ° C. usually arise in the fluidized bed W.
  • the structure and the mode of operation of such a fluidized bed furnace or fluidized bed combustion system 4 are known to the person skilled in the art and therefore need not be explained in detail here either.
  • the combustion system 4 has, as usual, a start-up burner 5 in order to bring the fluidized bed W to a sufficiently high temperature level.
  • the fuel TS is introduced into this fluidized fluidized bed W, which is present at high temperature, by means of a feed device 6, here a throwing feeder 6, and then burned in the fluidized bed W.
  • the vapor recovery system 9 has a vapor introduction device 18, with a vapor line 17 connected in a suitable manner to the sewage sludge dryer 1. Via this vapor line 17, the vapor B is sucked in by a blower 11 of the vapor recovery system 9.
  • the vapors B are then heated in a vapor heating device 14 of the vapor recovery system 9 from an initial vapor temperature B Ti to an vapor introduction temperature B.
  • this vapor heating device 14 comprises various heat exchangers 12, 12a, 12b, 13.
  • the vapors B are first heated in a vapor preheater arrangement 12 of the vapor heating device 14 from an initial vapor temperature B Ti of, for example, approximately 100 ° C. to an intermediate vapor temperature B of, for example, approximately 200 ° C.
  • a vapor introducer heater 13 (as a “final stage” 13) of the vapor heating device.
  • This vapor introduction heater 13 or the final stage 13 is designed in such a way that the vapors B reach a vapor introduction temperature B of more than 350 ° C., preferably a higher temperature, for example of at least 600 ° C.
  • At least a portion of the vapors B can also be introduced directly from the vapor preheater arrangement 12 via a bypass 15 with an intermediate vapor temperature of B into the flue gas R of a combustion system 4.
  • This bypass of the vapor introduction heater 13 can be controlled by a valve 16.
  • Such a variant can be advantageous in vapor recovery systems 9 in which the vapor The introduction temperature is to be regulated very precisely to a setpoint, since this is possible by adjusting the mixing ratio of the vapors B from the vapors preheating arrangement 12 and the vapors which have passed through the final stage 13.
  • suitable temperature sensors can be arranged in the lines and the temperature signals are fed to a control device (not shown), which in turn controls the valve 16.
  • a valve (not shown) could also be assigned to the final stage 13 in order to control the amount of vapor which is introduced into the flue gas from the final stage 13.
  • the vapors B can also be introduced into the flue gas with a (lower) vapor temperature, in the extreme case only with the intermediate vapor temperature B T 3 if the final stage is completely bypassed.
  • the vapors B heated to the respectively desired vapor introduction temperature B T 4 are fed directly into the flue gas R into the “freeboard” 3 of the combustion chamber 7 of the fluidized bed combustion system 4, as shown in FIG. 1.
  • the approx. 870 ° C hot flue gas R is, as shown in FIG. 1, removed in a conventional manner from the combustion chamber 7 by a smoke exhaust 19 adjoining the combustion chamber 7 and (here in a first train) via a first heating surface 21 directed to lowering the flue gas temperature. Behind this first heating surface 21, the flue gas temperature is approximately 800 ° C.
  • This heating surface 21 is a heat exchanger 21, in which a process steam generated in the system itself is overheated by the flue gas R.
  • This process steam can, for example, be fed to a turbine (for example a high-pressure turbine) in the customary manner in order to generate electricity.
  • a turbine for example a high-pressure turbine
  • at least part of this process steam can also be used as an exchange medium H for preheating the vapors B, as will be explained below.
  • the flue gas R is used to direct the vapors B to the desired very high vapors directly in the vaporizer heater 13 (ie the final stage 13) in a direct heat exchanger between the media "flue gas” and "vapors". Heating temperature B T 4 to heat. The smoke gas temperature is still approximately 600 ° C. behind this vapor introduction heater 13.
  • the flue gas R is then cooled again by a downstream heating surface 22.
  • This heating surface 22 can also be a heat exchanger 22, which can also be used to overheat the process steam generated in the system itself.
  • This superheated process steam can then, for example, first be fed to the already mentioned heat exchanger 21 for further superheating. Depending on the temperature, it can also be fed directly to a turbine to generate electricity. Furthermore, at least part of this process steam can also be used as exchange medium H for preheating the vapors B ge.
  • This second heating surface 22 is in turn an evaporator 23, in which the above-mentioned process steam is generated from a feed water, and then, in the further course of the flue gas duct 19, an economizer 24 is connected downstream, the economizer 24 acting as a feed water preheater for the evaporator 23.
  • the flue gas temperature behind the economiser 24 is then only approx. 130 ° C to 200 ° C.
  • the temperature of the flue gas R is thus lowered by various heat exchangers 21, 13, 22, 23, 24 until the flue gas R can finally be cleaned in a flue gas cleaning system 25.
  • a heat exchanger 26 can be downstream for further lowering the temperature of the flue gas R, the thermal energy contained in the flue gas R in a heat sink 27 for z. B. District heating can be used.
  • the flue gas R is finally sucked into a chimney 29 by a blower 28 and ultimately leaves the vapor recovery system 9.
  • the thermal energy for the initial heating or preheating of the vapors in the vapor preheater arrangement 12 can be provided by an exchange medium H, in the form of the process steam generated in the evaporator 23 by means of the flue gas R and superheated in further heat exchangers 21, 22 .
  • the vapor preheater arrangement 12 is, in a preferred manner, already built up in several stages. A simple schematic example of this is shown in FIG. 3.
  • Vapor B is heated here in a first heat exchanger 12a (first preheating stage) from an initial vapor temperature B Ti of approximately 100 ° C. to an initial intermediate vapor temperature B 2 of approximately 130 ° C.
  • the process steam generated by means of the flue gas R can be used as the exchange medium H (steam feed and discharge lines are not shown in FIG. 3).
  • the process steam for example, may already have been used in a turbine to generate electrical energy.
  • part of the medium-pressure steam generated behind the high-pressure turbine could be used, which can then be fed back to a low-pressure turbine.
  • a subsequent second heat exchanger 12b the vapors are then heated from this first intermediate vapor temperature B 2 to a second, higher intermediate vapor temperature B 3 of approximately 200 ° C.
  • medium pressure steam for example, can be used as the exchange medium H.
  • this can be the superheated steam from the heat exchanger 21 arranged first in the course of the flue gas outlet.
  • process steam H generated and overheated by means of the flue gas R for preheating the vapors B.
  • process steam generated and overheated by means of the flue gas R for preheating the vapors B.
  • process steam generated and overheated by means of the flue gas R for preheating the vapors B.
  • process steam generated and overheated by means of the flue gas R for preheating the vapors B.
  • process steam such as turbines
  • FIG. 1 shows only one exemplary embodiment of such a process circuit diagram.
  • FIG. 2 shows, as an alternative to the exemplary embodiment from FIG. 1, a further exemplary embodiment of a vapor recovery system 9.
  • the dry sludge TS as fuel TS is burned here in a grate combustion system 8 and not in a fluidized bed combustion system.
  • the fuel TS is burned on a furnace grate 33 arranged below in the combustion chamber.
  • the basic structure and the process are known to the person skilled in the art and therefore do not need to be explained in detail here either.
  • the grate combustion system 8 has a fuel feed 31 (or loading device 31) and a support burner 32 in the usual way above the grate.
  • the auxiliary burner 32 serves to initiate the start-up process of the combustion.
  • An autothermal combustion of the dry sludge TS is provided later, i. H. that no external energy supply is required for the further combustion of the dry sludge TS.
  • the vapors B are also introduced into the combustion chamber 33 of the grate combustion system 8 with a specific vapor introduction temperature B T 4 of more than 350 ° C., but preferably at least 600 ° C.
  • the introduction takes place in the area of the support burner 32.
  • valves which may be controllable
  • further valves could also be arranged at different points and / or there could also be more than the fans shown there, or the valves and / or fans could be arranged at other points, to name just a few examples to call.
  • the use of the indefinite articles "a” or “an” does not exclude that the relevant characteristics can also be present more than once.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Brüden (B), welche bei der Trocknung eines Feststoffs (KS), vorzugsweise eines Klärschlamms (KS),erhalten werden, wobei die Brüden (B) in ein Rauchgas (R) eingebracht werden, welches bei einer Verbrennung eines Brennstoffs (TS) in einem Verbrennungssystem (4, 8) erhalten wird, und wobei die Brüden (B) zum Einbringen in das Rauchgas (R) auf eine Brüden-Einbringtemperatur(BT4) von mehr als 350 °C erhitzt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Brüdenverwertungssystem (9) zur Verwertung von Brüden (B), welche bei der Trocknung eines Feststoffs (KS) entstehen, sowie eine Verwertungsanlage (100), vorzugsweise Klärschlammverwertungsanlage (100),mit einem solchen Brüdenverwertungssystem (9).

Description

Verfahren zur Brüdenverwertung und Brüdenverwertungssystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Brüden, wobei die Brüden in ein Rauchgas eingebracht werden, welches bei einer Verbrennung eines Brennstoffs in ei nem Verbrennungssystem erhalten wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Brüdenver wertungssystem und eine Verwertungsanlage.
Brüden sind mit Wasserdampf gesättigte Gase und/oder Luft, die beim Trocknen von Feststoffen entstehen. Beispielsweise entstehen Brüden bei der Trocknung von Klär schlamm oder Industrieschlamm.
Die Verwertung oder Entsorgung von Brüden ist oft aufwändig und kostenintensiv. In am Markt befindlichen Verfahren werden Brüden häufig über Kondensatoren geführt und kondensiert, wobei die freiwerdende Energie im günstigsten Fall zumindest teilweise für ein Fernwärmenetz genutzt werden kann. Das entstandene Brüdenkondensat wird dann meist (wieder) in eine Kläranlage zugeführt, beziehungsweise in der Selbigen entsorgt. Allerdings müssen Anlagen, die Brüden auf die oben erläuterte Art verwerten, über eine Kläranlage und/oder ein Fernwärmenetz verfügen. Somit ist die Frage der Brüdenverwer tung oft ein entscheidender Punkt bei einer (geplanten) Projektrealisierung, insbesondere wenn das anfallende Brüdenkondensat nicht vor Ort entsorgt/verwendet werden kann und teuer zu einer Verwertung transportiert werden muss.
Eine Verwertungsmöglichkeit der eingangs genannten Art wird z. B. in der EP 3 275 845 A1 beschrieben. In dem dort erläuterten Verfahren werden (ammoniakhaltige) Brüden aus einer Klärschlammtrocknung sowohl in die Wirbelschicht als auch in das Rauchgas einer Wirbelschichtverbrennung eingeleitet bzw. eingedüst, in der der getrocknete Klärschlamm verbrannt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Brüden bei einer genannten Brüden-Einbringtemperatur von bevorzugt 300 °C bis 320 °C nur in relativ geringen Men gen/Volumen verwertet werden können, da sonst die Temperatur in der Verbrennungsan lage zu weit herabgesenkt würde. Um dennoch die gesamte anfallende Brüdenmenge verwerten zu können, wird bei der dort beschriebenen Anlage ein mehrstufiges System benötigt, bei dem mehrere (mindestens zwei) Brüdeneinbringvorrichtungen in das Ver brennungssystem benötigt werden, was das Verfahren aufwändiger macht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Brüden verwertung, sowie ein Brüdenverwertungssystem zur Verwertung von Brüden und eine Verwertungsanlage, insbesondere Klärschlammverwertungsanlage, bereitzustellen, mit denen die oben genannten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Verwertung von Brüden gemäß Patentan spruch 1 , eine Vorrichtung zur Brüdenverwertung gemäß Patentanspruch 13, sowie eine Verwertungsanlage nach Patentanspruch 15 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verwertung von Brüden bzw. Trocknungsbrü den, welche bei der Trocknung eines Feststoffs erhalten werden, werden wie eingangs erwähnt die Brüden in ein Rauchgas eingebracht, welches bei einer Verbrennung eines Brennstoffs in einem Verbrennungssystem erhalten wird. Der Feststoff kann, wie erwähnt, vorzugsweise ein Klärschlamm sein. Grundsätzlich ist aber jeder Feststoff oder Schlamm, bei dessen Trocknung Brüden entstehen, geeignet zur Durchführung des Verfahrens. Der Begriff Rauchgas bezeichnet hier - wie üblich - eine Dispersion aus festen und/oder flüssigen Schwebeteilchen in einem Gas, welches aus einem Verbrennungsprozess eines Brennstoffs gewonnen wird.
Der Brennstoff ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt ein fester Brennstoff, es können aber auch flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe verwendet werden, insbesondere auch ein Gemisch von Brennstoffen. Beispielsweise könnten Kohle, Erdgas oder bevor zugt andere für eine thermische Verwertung geeignete Stoffe verwendet werden. Ganz besonders bevorzugt wird aber wie bei dem zuvor genannten Stand der Technik der ge trocknete Feststoff oder Schlamm selber, also ein Trockenschlamm, welcher aus dem Feststoff oder Schlamm, insbesondere Klärschlamm, beim Trocknen gewonnen wird, als Brennstoff verwendet. Anders als bei dem zuvor beschriebenen Verfahren nach dem Stand der Technik werden aber nun erfindungsgemäß die Brüden zum Einbringen in das Rauchgas auf eine Brüden- Einbringtemperatur von mehr als 350 °C erhitzt, d.h. es wird in einem erheblich höheren Brüdeneinbringtemperaturbereich als beim Stand der Technik gearbeitet, z. B. bevorzugt mindestens 360 °C oder besonders bevorzugt noch höher, wie später noch erläutert wird. Als„Brüden-Einbringtemperatur“ wjrc| jm Rahmen der Erfindung die Temperatur der Brü den bezeichnet, die die Brüden während und/oder kurz vor ihrer Einbringung in das Rauchgas aufweisen. Genauere Erläuterungen zur Brüden-Einbringtemperatur folgen später.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Brüden bei einer Brüden- Einbringtemperatur von mehr als 350 °C je nach konkreter Ausgestaltung und Prozess führung bis zu 100% rückstandsfrei in eine Verbrennungsanlage eingebracht werden kön nen, ohne dass sich die Temperatur des Rauchgases zu stark absenkt. Dies ist verfah- renstechnisch von großer Relevanz, da das Rauchgas üblicherweise auf eine (Rauchgas- )Temperatur von mind. 850 °C (für 2 Sekunden) erhitzt werden sollte, um die Schadstoff belastung im Rauchgas ausreichend zu reduzieren. Dabei können die auf mehr als 350 °C erhitzten Brüden direkt in das Rauchgas eingebracht werden. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Brüden vollständig verwertet werden kön nen und keine Kondensate anfallen, die später (kosten-)aufwändig über beispielsweise externe Reinigungsanlagen, Klärwerke oder vergleichbare Entsorgungswege entsorgt werden müssten, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in Anlagen genutzt wer den, die weder über eine Kläranlage verfügen, noch an ein Fernwärmenetz angeschlos- sen sind. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Brüdenverwertung kann erheblich flexib ler eingesetzt werden als bisher aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren.
Insbesondere kann ein Verbrennungssystem wie z. B. eine Klärschlamm-Monover brennungsanlage bei der vollständigen Verwertung der anfallenden Brüden abwasserfrei betrieben werden. Bei einem solchen abwasserfreien Betrieb kann standortunabhängig gearbeitet werden, das heißt, es ist nicht zwingend erforderlich, dass eine Kläranlage in der unmittelbaren Nähe der Verbrennungsanlage angesiedelt ist, um die Selbige betrei ben zu können. Aufgrund der höheren Brüden-Einbringtemperatur reicht eine Einbringung von Brüden in das Rauchgas an einer geeigneten Stelle aus, d. h. es ist - anders als beim o.g. Stand der Technik - kein mehrstufiges System erforderlich, um die Brüden an unterschiedlichen Stellen in das Verbrennungssystem einzubringen. Das erfindungsgemäße System ist ins gesamt relativ kostengünstig. Ein erfindungsgemäßes Brüdenverwertungssystem zur Verwertung von Brüden, welche bei der Trocknung eines Feststoffs erhalten werden, umfasst zunächst ein Verbrennungs system zur Verbrennung eines Brennstoffs. Ein Verbrennungssystem umfasst im Rahmen der Erfindung eine Anlage zur Verbrennung bzw. Verwertung eines Brennstoffs, wobei das Verbrennungssystem vorzugsweise eine Wirbelschichtverbrennungsanlage, eine Rostfeuerung oder ein Drehrohrofen sein kann.
Des Weiteren umfasst das Brüdenverwertungssystem eine Brüdeneinbringvorrichtung, um die Brüden in ein bei der Verbrennung des Brennstoffs entstehendes Rauchgas ein- zubringen. Eine Brüdeneinbringvorrichtung kann im Rahmen der Erfindung zumindest ein Brüdenleitungssystem und gegebenenfalls zumindest eine daran angeschlossene Düse im Verbrennungssystem umfassen, um die Brüden in das Rauchgas einzuleiten, wobei die Brüden vorzugsweise vollumfänglich in das Rauchgas eingebracht werden. Zusätzlich umfasst das Brüdenverwertungssystem eine Brüdenerhitzungseinrichtung, um die Brüden zum bzw. vor dem Einbringen in das Rauchgas auf eine Brüden- Einbringtemperatur von mehr als 350°C zu erhitzen.
Eine Brüdenerhitzungseinrichtung umfasst im Rahmen der Erfindung zumindest eine Wärmetauschvorrichtung, wobei die Wärmetauscher vorzugsweise mehrstufig angeordnet sind. Genauere Ausführungen zu möglichen Ausbildungen solcher Wärmetauschvorrich tungen, sowie mögliche Heizmedien werden noch genauer ausgeführt. Die Brüdenerhit zungseinrichtung kann zum Beispiel Teil der Brüdeneinbringvorrichtung sein, in der - wie später noch an Beispielen gezeigt wird - Wärmetauscher oder dergleichen in dem Brü- denleitungssystem zwischengeschaltet sind.
Vorteilhafterweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsge mäßen Vorrichtung bzw. dem Brüdenverwertungssystem zur Verwertung von Brüden, die (thermische) Energie, die zur Erhitzung der Brüden erforderlich ist aus dem gleichen Sys- tem genutzt, dem die Brüden letztendlich wieder zugeführt werden. Somit kann ein Groß teil der Energie durch ein „Wärmeverschiebesystem“ wieder zurückgewonnen werden. Das Wärmeverschiebesystem wird - wie später noch ausführlich erläutert - durch zumin dest einen, aber bevorzugt mehrere hintereinander- und/oder parallelgeschaltete, Wärme tauscher realisiert. Eine erfindungsgemäße Verwertungsanlage bzw. Schlammverwertungsanlage weist zu mindest einen Trockner für den Feststoff und ein zuvor beschriebenes erfindungsgemä ßes Brüdenverwertungssystem auf. Der Trockner kann an die Brüdeneinbringvorrichtung des Brüdenverwertungssystems angeschlossen sein, um die Brüden aus dem Trockner abzuführen und wie zuvor beschrieben zu verwerten. Bei der Verwertungsanlage handelt es sich bevorzugt um eine Klärschlammverwertungsanlage und bei dem Trockner dem entsprechend bevorzugt um einen Klärschlammtrockner.
Vorzugsweise ist der Trockner, insbesondere Klärschlammtrockner, zudem über ein Transportsystem für den getrockneten (Klär-)Schlamm (Trockenschlamm), beispielsweise Förderbänder oder dergleichen, mit einer Brennstoffbeschickungseinrichtung des Ver brennungssystems des Brüdenverwertungssystems verbunden, sodass der Trocken schlamm als Brennstoff verwendet werden kann, um Energie in Form von Wärme und gegebenenfalls auch, sofern geeignete Turbinen zur Verfügung stehen, von elektrischer Energie zu erzeugen. Besonders bevorzugt kann zumindest auch ein Teil der im Verbren nungssystem entstehenden Energie wiederum genutzt werden, um den Feststoff bzw. Schlamm, insbesondere Klärschlamm, im Trockner bzw. Klärschlammtrockner zu trock nen. Beispielsweise könnte im Verbrennungssystem entstehende Prozesswärme wieder dem Trockner, vorzugsweise Klärschlammtrockner, zugeführt werden.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung er geben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den ab hängigen Ansprüchen und Ausführungsbeispielen einer anderen Anspruchskategorie wei- tergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Aus führungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombi niert werden können.
Wie erwähnt ist erfindungsgemäß eine Brüden-Einbringtemperatur von mehr als 350 °C erforderlich. Vorzugsweise beträgt die Brüden-Einbringtemperatur jedoch zumindest 400 °C, weiter vorzugsweise zumindest 500 °C und besonders bevorzugt zumindest 600 °C. Mit höheren Temperaturen können größere Brüdenmengen auf einmal in das Rauchgas eingebracht werden, ohne dessen Temperatur zu stark abzusenken. Andererseits beträgt die Brüden-Einbringtemperatur bevorzugt höchstens 900 °C, bevor zugt höchstens 800 °C, und besonders bevorzugt höchstens 700 °C. Diese Temperaturen sind nämlich z. B. noch durch die Nutzung der Energie des zur Brüdenerhitzung verwen deten Rauchgases ohne Fremdenergie erreichbar - wie später noch genauer erläutert wird.
In einer ganz besonders bevorzugten Variante werden also die Brüden mit einer Brüden- Einbringtemperatur im Bereich von 600 °C bis 700 °C in das Rauchgas eingebracht.
Dieser Temperaturbereich der Brüden-Einbringtemperatur ist besonders bevorzugt in Mo noverbrennungsanlagen, also in Verbrennungssystemen, die nur einen Brennstoff ver brennen bzw. verwerten, besonders bevorzugt in einer Monoverbrennungsanlage, die wie oben beschrieben nur den getrockneten Schlamm, insbesondere Klärschlamm, als Brennstoff nutzt. D. h. dieser Temperaturbereich bietet sich insbesondere an, wenn wie eingangs erwähnt die Verwertungsanlage bzw. Klärschlammverwertungsanlage völlig autark genutzt werden soll und sämtlicher Schlamm, insbesondere Klärschlamm, und die dabei entstehenden Brüden vollständig verwertet werden sollen.
Grundsätzlich könnten die Brüden aber gegebenenfalls zum Teil auch in einer anderen thermischen Verwertungsanlage verwertet werden, bei der andere Brennstoffe eingesetzt werden. In diesem Fall könnten niedrigere Brüden-Einbringtemperaturen, von mehr als 350 °C, z. B. zumindest 360 °C, und höchstens 600 °C bevorzugt werden. Dies bietet sich an, wenn sich die thermische Verwertungsanlage in räumlicher Nähe befindet.
Vorzugsweise werden die Brüden bei einer Rauchgastemperatur von wenigstens 900 °C und/oder höchstens 950 °C in das Rauchgas eingebracht, wobei die Rauchgastemperatur die Temperatur ist, die das Rauchgas im Mittel in dem räumlichen Bereich hat, in dem die Brüden zugeführt werden.
Die Brüden werden bevorzugt so in das Rauchgas eingebracht, dass das Rauchgas nach dem Einbringen der Brüden (noch) eine (Mischgas-)Temperatur von zumindest 850°C hat, wobei in einer besonders bevorzugten Ausführungsform diese Mischgastemperatur von zumindest 850 °C für mindestens 2 Sekunden gehalten wird. Die Mischgastemperatur beträgt bevorzugt maximal 900 °C. Die Mischgastemperatur ist die Temperatur des Rauchgases, unmittelbar nachdem die Brüden dem Rauchgas zugeführt wurden.
Prinzipiell wäre es möglich die Brüden an jeder Stelle im Rauchgasabzug in das Rauch gas einzuleiten. Um aber eine möglichst lange Verweilzeit der mit Brüden gemischten Rauchgase bei einer bestimmten Temperatur zu erreichen, werden die Brüden bevorzugt aber direkt in einen Feuerraum des Verbrennungssystems in das Rauchgas eingebracht.
Bevorzugt werden die Brüden dabei erst nach einer zumindest teilweisen Verbrennung des Brennstoffs in das Rauchgas eingebracht, d. h. die Brüden werden bevorzugt ober halb des eigentlichen Feuers eingebracht.
Wo genau die Einbringung im Feuerraum erfolgt, hängt jeweils von dem genutzten Ver brennungssystem ab:
Wird - wie bevorzugt - ein Wirbelschichtofen für das Verbrennungssystem genutzt, so werden die Brüden bevorzugt im Bereich eines Freiraums (üblicherweise als„Freeboard“ bezeichnet) der Wirbelschicht(-verbrennung) zugeführt. Das Freeboard ist der freie Be reich oberhalb der eigentlichen Wirbelschicht bzw. dem Wirbelbett, dem der Brennstoff zugeführt wird. Dieser Bereich ist gefüllt von Rauchgas, welches dann nach oben über den Rauchgasabzug in den nächsten Zug geleitet wird. In diesem Freeboard befindet sich in vielen Fällen auch eine Sekundärluftzuführung in das Rauchgas, um noch Restpartikel im Rauchgas weit möglichst zu verbrennen. Werden für das Verbrennungssystem beispielsweise eine Rostfeuerung oder ein Drehroh rofen genutzt, werden die Brüden bevorzugt im Feuerraum im Bereich zumindest einer Sekundärluftzuführung in das Rauchgas eingebracht.
Die Brüden können - wie bereits oben erwähnt - bevorzugt mittels thermischer Energie, welche aus der zumindest teilweisen Verbrennung des Brennstoffs in dem Verbrennungs system erhalten wird, auf die gewünschte Brüden-Einbringtemperatur erhitzt werden.
Das Erhitzen der Brüden kann bevorzugt in einer Brüdenerhitzungseinrichtung erfolgen, die - wie eingangs bereits erwähnt - mehrstufig aufgebaut sein kann, also mehrere nach- geschaltete Wärmetauscher umfassen kann. In diesem mehrstufigen System werden die Brüden in verschiedenen, hinsichtlich des Transportwegs der Brüden einander nachge schalteten Stufen nach und nach immer stärker erhitzt. Dies wird später noch anhand von Beispielen genauer erläutert. Die Brüdenerhitzungseinrichtung weist vorzugsweise zumindest einen Wärmetauscher (beispielsweise als„Endstufe“ in einem mehrstufigen Wärmetauscher-System) auf, der die (gegebenenfalls in anderen Stufen bereits vorerhitzten) Brüden schließlich auf die gewünschte Brüden-Einbringtemperatur von mehr als 350 °C erhitzt. Auch diese Endstufe kann wieder mehrere Teilstufen umfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Erhitzen der Brüden zumindest teilwei se, besonders bevorzugt vollständig bzw. ausschließlich, mittels des Rauchgases des Verbrennungssystems.
Hier wird also bei der Verwertung von Brüden, die (thermische) Energie, die zur Erhitzung der Brüden erforderlich ist, aus dem gleichen System genutzt, dem die Brüden letztend lich wieder zugeführt werden. Somit kann wie oben erwähnt ein Großteil der Energie durch ein Wärmeverschiebesystem wieder zurück gewonnen werden, welches zum Bei spiel durch einen, aber bevorzugt mehrere Wärmetauscher, realisiert sein kann.
Dabei kann bei einer bevorzugten Variante das Rauchgas, in das die Brüden eingebracht wurden, zur Erhitzung von noch in das Rauchgas einzubringenden Brüden auf die Brü den-Einbringtemperatur genutzt werden. Das heißt, das mit den Brüden gemischte Rauchgas wird zur Erhitzung der noch einzubringenden Brüden genutzt.
Für die konkrete Realisierung der Nutzung der Energie des Rauchgases zur Erhitzung der Brüden bestehen verschiedene Möglichkeiten:
Die Erhitzung der Brüden auf die gewünschte Brüden-Einbringtemperatur kann bevorzugt zumindest teilweise direkt mittels Rauchgas des Verbrennungssystems erfolgen, also beispielsweise in einem direkten Wärmetauscher zwischen den Medien„Rauchgas“ und „Brüden“. Besonders bevorzugt umfasst die Brüdenerhitzungseinrichtung dementspre chend zumindest einen Wärmetauscher (beispielsweise die„Endstufe“ in einem mehrstu figen Wärmetauscher-System), in welchem direkt das Rauchgas genutzt wird, um die Brüden auf die gewünschte Brüden-Einbringtemperatur zu erhitzen.
Dabei kann die Erhitzung der Brüden auf die gewünschte Brüden-Einbringtemperatur mit tels des Rauchgases bei einer Rauchgastemperatur von zumindest 400 °C und/oder höchstens 980 °C erfolgen.
In einer anderen Ausführungsform erfolgt die Erhitzung der Brüden mittels Rauchgas des Verbrennungssystems zumindest teilweise indirekt über ein „Austauschmedium“ als Heizmedium. Hierbei wird das Austauschmedium beispielsweise in einem ersten Wärme tauscher durch Rauchgas erhitzt, erhält also thermische Energie, und gibt die thermische Energie in einem zweiten Wärmetauscher wieder an die Brüden ab. Als Austauschmedien können beispielsweise Wasser, Dampf, Thermoöle oder Gase verwendet werden. Bevor zugt wird Wasserdampf als Austauschmedium eingesetzt. Bevorzugt erfolgt die Erhitzung des Austauschmediums mittels Rauchgas auf eine gewünschte Heiztemperatur mit einer Rauchgastemperatur von zumindest 400 °C und/oder höchstens 980 °C.
Das Erhitzen der Brüden und/oder des Austauschmediums durch Rauchgas kann zumin dest teilweise außerhalb des Feuerraums erfolgen, besonders bevorzugt in einem Rauch gasabzug. D. h. die oben genannten Wärmetauscher können beispielsweise an verschie denen Stellen im Rauchgasabzug des Verbrennungssystems angeordnet sein.
Zusätzlich oder alternativ können die Brüden zumindest teilweise auch direkt im Feuer raum einer Verbrennungsanlage erhitzt werden. In dieser Ausführungsvariante könnte zumindest eine Art„Wärmetauscher“ der Brüdenerhitzungseinrichtung direkt im Feuer raum einer Verbrennungsanlage angeordnet sein. Sofern dies der Fall ist, handelt es sich hierbei bevorzugt bei einem mehrstufigen System um die oben erwähnte„Endstufe“, die die Brüden schließlich auf die Brüden-Einbringtemperatur erhitzt.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Fi guren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen schematisch:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer Klärschlammverwertungsanlage mit einem Brüdenver wertungssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Wir belschichtverbrennungssystem,
Figur 2 ein Blockschaltbild einer Klärschlammverwertungsanlage mit einem Brüdenver wertungssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Rostfeuerungsverbrennungssystem,
Figur 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Brüdenvorwärmeranordnung einer Klärschlammverwertungsanlage gemäß den Figuren 1 oder 2. Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Klärschlammverwertungsanlage 100 mit einem erfindungsgemäßen Brüdenverwertungssystem 9.
Die Klärschlammverwertungsanlage 100 umfasst hier eine Kläranlage 2, welche einen Klärschlammtrockner 1 aufweist, in dem der gewonnene Klärschlamm KS getrocknet wird. Bei dieser Trocknung entstehen Trockenschlamm TS (getrockneter Klärschlamm) und Brüden B. Es kann sich hierbei um einen üblichen Klärschlammtrockner 1 handeln. Ver schiedene mögliche Aufbauten eines solchen Klärschlammtrockners 1 und die damit ver bundenen Trocknungsverfahren sind dem Fachmann bekannt, sodass hier keine weitere Erläuterung erforderlich ist.
Es wird an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, dass eine Nutzung der Erfin dung in einer Klärschlammverwertungsanlage nur eine besonders bevorzugte Nutzung ist und eine Nutzung auch bei der Verwertung von anderen zu trocknenden Feststoffen mög- lieh ist. Insbesondere ist es auch nicht erforderlich, dass die Kläranlage 2 selber ein Teil der Verwertungsanlage bzw. Klärschlammverwertungsanlage 100 ist, insbesondere da in der Klärschlammverwertungsanlage ja auch kein Brüdenkondensat anfällt, welches in der Kläranlage zu entsorgen wäre. So könnte sich die Kläranlage 2 beispielsweise in räumli cher Entfernung von der Verwertungsanlage 100 befinden und der zu trocknende Klär- schlämm (oder ein anderer zu trocknender Feststoff) wird der Verwertungsanlage bzw. Klärschlammverwertungsanlage 100 z. B. mit Transportfahrzeugen zugeliefert und dort dem Trockner 1 zugeführt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Trockenschlamm TS, wie in Figur 1 schematisch angedeutet, über ein geeignetes Transportsystem, beispielsweise umfas send mehrere Transportbänder oder dergleichen, als Brennstoff TS einem Verbrennungs system 4, bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel einem Wirbelschicht- Verbrennungssystem 4, zugeführt. In einem solchen Wirbelschicht-Verbrennungssystem 4 wird in einem unteren Bereich des Feuerraums 7 des Wirbelschicht-Verbrennungssystems 4 im Betrieb üblicherweise ein Gemisch aus Sand und Brennstoff TS (die Wirbelschicht W) durch Gaseintrag über einen Düsenboden in einem fluidisierten Zustand in der Schwebe gehalten. Der Brennstoff TS wird dabei verbrannt und der Sand kann zirkulieren. In der Wirbelschicht W entstehen üblicherweise Temperaturen von 800 °C bis 1000 °C. Der Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Wirbelschichtofens bzw. Wirbelschicht- Verbrennungssystems 4 sind dem Fachmann bekannt und brauchen daher ebenfalls hier nicht im Detail erläutert zu werden.
Das Verbrennungssystem 4 verfügt wie üblich über einen Anfahrbrenner 5, um die Wir belschicht W auf ein genügend hohes Temperaturniveau zu bringen. In diese bei hoher Temperatur vorliegende fluidisierte Wirbelschicht W wird der Brennstoff TS durch eine Beschickungseinrichtung 6, hier einen Wurfbeschicker 6, eingetragen und dann in der Wirbelschicht W verbrannt.
Das Brüdenverwertungssystem 9 weist eine Brüdeneinbringvorrichtung 18 auf, mit einer an den Klärschlammtrockner 1 in geeigneter Weise angeschlossenen Brüdenleitung 17. Über diese Brüdenleitung 17 werden die Brüden B von einem Gebläse 11 des Brüden verwertungssystems 9 angesaugt.
Im Folgenden werden die Brüden B dann in einer Brüdenerhitzungsvorrichtung 14 des Brüdenverwertungssystems 9 von einer Brüdenanfangstemperatur BTi auf eine Brüden- Einbringtemperatur B erhitzt. Diese Brüdenerhitzungsvorrichtung 14 umfasst, wie nach folgend erläutert wird, diverse Wärmetauscher 12, 12a, 12b, 13.
Dabei werden die Brüden B zunächst in einer Brüdenvorwärmeranordnung 12 der Brü denerhitzungsvorrichtung 14 von einer Brüdenanfangstemperatur BTi von zum Beispiel ca. 100 °C auf eine Brüdenzwischentemperatur B von zum Beispiel ca. 200 °C erhitzt.
Anschließend werden die vorgenannten Brüden B in einem Brüdeneinbringerhitzer 13 (als eine„Endstufe“ 13) der Brüdenerhitzungsvorrichtung von der Brüdenzwischentemperatur B auf eine Brüden-Einbringtemperatur B erhitzt. Dieser Brüdeneinbringerhitzer 13 bzw. die Endstufe 13 ist so ausgebildet, dass die Brüden B eine Brüden-Einbringtemperatur B von mehr als 350 °C erreichen, vorzugsweise eine höhere Temperatur beispielsweise von mindestens 600 °C.
In einer optionalen Variante kann zumindest ein Anteil der Brüden B auch direkt von der Brüdenvorwärmeranordnung 12 über einen Bypass 15 mit einer Brüdenzwischentempera tur von B in das Rauchgas R eines Verbrennungssystems 4 eingebracht werden. Diese Umgehung des Brüdeneinbringerhitzers 13 ist durch ein Ventil 16 steuerbar. Eine solche Variante kann in Brüdenverwertungssystemen 9 von Vorteil sein, in denen die Brüden- Einbringtemperatur sehr exakt auf einen Sollwert geregelt werden soll, da dies durch eine Einstellung des Mischungsverhältnisses der Brüden B aus der Brüdenvorwärmeranord nung 12 und der Brüden, die die Endstufe 13 durchlaufen haben möglich ist. Hierzu kön nen in den Leitungen geeignete Temperatursensoren angeordnet sein und die Tempera- tursignale werden einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) zugeführt, die wiederum das Ventil 16 steuert.
Zusätzlich könnte auch der Endstufe 13 ein Ventil (nicht dargestellt) zugeordnet sein, um die Brüdenmenge zu steuern, die von der Endstufe 13 aus in das Rauchgas eingebracht wird.
Insbesondere können so die Brüden B bei Bedarf, beispielsweise vorübergehend, auch mit einer (geringeren) Brüdentemperatur in das Rauchgas eingebracht werden, im Ext remfall nur mit der Brüdenzwischentemperatur BT3, wenn die Endstufe komplett umgan- gen wird.
Die auf die jeweils gewünschte Brüden-Einbringtemperatur BT4 erhitzten Brüden B werden wie in der Figur 1 dargestellt direkt in das Rauchgas R in das„Freeboard“ 3 des Feuer raums 7 des Wirbelschichtverbrennungssystems 4 eingespeist.
Das ca. 870 °C heiße Rauchgas R wird, wie in Figur 1 gezeigt, in üblicher Weise durch einen sich oben an den Feuerraum 7 anschließenden Rauchabzug 19 aus dem Feuer raum 7 abgeführt und (hier in einem ersten Zug) über eine erste Heizfläche 21 zur Absen kung der Rauchgastemperatur geleitet. Hinter dieser ersten Heizfläche 21 beträgt die Rauchgastemperatur ca. 800 °C.
Diese Heizfläche 21 ist ein Wärmetauscher 21 , in dem durch das Rauchgas R ein in der Anlage selbst erzeugter Prozessdampf überhitzt wird. Dieser Prozessdampf kann zum Beispiel in üblicher Weise einer Turbine (beispielsweise einer Hochdruckturbine) zuge- führt werden, um Strom zu erzeugen. Weiterhin kann zumindest ein Teil dieses Prozess dampfes auch als Austauschmedium H zur Vorwärmung der Brüden B genutzt werden wie dies nachfolgend noch erläutert wird.
Im weiteren Verlauf wird das Rauchgas R genutzt, um die Brüden B direkt in dem Brü- deneinbringerhitzer 13 (also der Endstufe 13) in einem direkten Wärmetauscher zwischen den Medien „Rauchgas“ und „Brüden“ auf die gewünschte sehr hohe Brüden- Einbringtemperatur BT4 zu erhitzen. Hinter diesem Brüdeneinbringerhitzer 13 beträgt die Rauchgastemperatur immer noch ca. 600 °C.
Im weiteren Verlauf wird dann das Rauchgas R abermals durch eine nachgeschaltete Heizfläche 22 abgekühlt. Auch bei dieser Heizfläche 22 kann es sich um einen Wärme tauscher 22 handeln, welcher ebenfalls zum Überhitzen des in der Anlage selbst erzeug ten Prozessdampfs genutzt werden kann. Dieser überhitzte Prozessdampf kann zum Bei spiel dann zunächst zur weiteren Überhitzung dem bereits oben genannten Wärmetau scher 21 zugeführt werden. Je nach Temperatur kann er aber auch ebenfalls direkt einer Turbine zugeführt werden, um Strom zu erzeugen. Weiterhin kann auch zumindest ein Teil dieses Prozessdampfes als Austauschmedium H zur Vorwärmung der Brüden B ge nutzt werden.
Dieser zweiten Heizfläche 22 ist ihrerseits ein Verdampfer 23, in welchem aus einem Speisewasser der oben genannte Prozessdampf erzeugt wird, und dann im weiteren Ver lauf des Rauchgaszugs 19 ein Economiser 24 nachgeschaltet, wobei der Economiser 24 als Speisewasservorwärmer für den Verdampfer 23 fungiert. Hinter dem Economiser 24 beträgt die Rauchgastemperatur dann nur noch ca. 130 °C bis 200 °C.
In dem vorher erläuterten Prozess wird also durch verschiedene Wärmetauscher 21 , 13, 22, 23, 24 die Temperatur des Rauchgases R so weit herabgesenkt, bis das Rauchgas R schließlich in einer Rauchgasreinigungsanlage 25 gereinigt werden kann.
Nachfolgend kann abermals ein Wärmetauscher 26 zur weiteren Absenkung der Tempe ratur des Rauchgases R nachgeschaltet sein, wobei die in dem Rauchgas R enthaltene thermische Energie in einer Wärmesenke 27 für z. B. Fernwärme genutzt werden kann. Das Rauchgas R wird schließlich von einem Gebläse 28 in einen Kamin 29 gesaugt und verlässt letztendlich das Brüdenverwertungssystem 9.
In dieser Ausführungsform kann wie erwähnt die thermische Energie zur anfänglichen Erwärmung bzw. Vorwärmung der Brüden in der Brüdenvorwärmeranordnung 12 durch ein Austauschmedium H, in Form des mittels des Rauchgas R im Verdampfer 23 erzeug ten und in weiteren Wärmetauschern 21 , 22 überhitzten Prozessdampf bereitgestellt wer den. Die Brüdenvorwärmeranordnung 12 ist hier, in bevorzugter Weise, bereits mehrstufig auf gebaut. Ein einfaches schematisches Beispiel ist hierfür in Figur 3 gezeigt.
Die Erwärmung von Brüden B erfolgt hier in einem ersten Wärmetauscher 12a (erste Vorwärmestufe) von einer Brüdenanfangstemperatur BTi von ca. 100 °C auf eine erste Brüdenzwischentemperatur B 2 von ca. 130 °C. Als Austauschmedium H kann beispiels weise der wie erwähnt mittels des Rauchgases R erzeugte Prozessdampf genutzt werden (Dampfzu- und -ableitungen sind in Figur 3 nicht dargestellt). Dabei kann der Prozess dampf beispielsweise durchaus schon in einer Turbine zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt worden sein. Beispielsweise könnte ein Teil des hinter der Hochdrucktur bine anfallenden Mitteldruckdampfes genutzt werden, welcher dann auch wieder einer Niederdruckturbine zugeführt werden kann.
In einem nachfolgenden zweiten Wärmetauscher 12b werden die Brüden dann anschlie- ßend von dieser ersten Brüdenzwischentemperatur B 2 auf eine zweite, höhere Brü denzwischentemperatur B 3 von ca. 200 °C erhitzt. In diesem zweiten Wärmetauscher 12b kann als Austauschmedium H beispielsweise Mitteldruckdampf genutzt werden. Bei spielsweise kann es sich hierbei um den überhitzten Dampf aus dem im Verlauf des Rauchgasabzugs zuvorderst angeordneten Wärmetauschers 21 handeln.
Grundsätzlich bestehen aber die verschiedensten Möglichkeiten, mittels des Rauchgases R erzeugten und überhitzten Prozessdampf H für die Vorwärmung der Brüden B zu nut zen wobei wie bereits erwähnt auch eine geeignete Kombination mit anderen Nutzungs möglichkeiten des Prozessdampfes, wie beispielsweise Turbinen, möglich sind. Die opti- male Verschaltung bzw. Anordnung kann von den jeweiligen Gegebenheiten vor Ort ab- hängen.
Insofern ist noch einmal darauf hinzuweisen, dass Figur 1 nur ein Ausführungsbeispiel für ein solches Prozessschaltbild zeigt.
Figur 2 zeigt als Alternative zu dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 ein weiteres Ausfüh rungsbeispiel eines Brüdenverwertungssystems 9. Im Unterschied zu Figur 1 wird der Trockenschlamm TS als Brennstoff TS hier in einem Rostfeuerungsverbrennungssystem 8 verbrannt und nicht in einem Wirbelschicht-Verbrennungssystem. In einem solchen Rostfeuerungsverbrennungssystem 8 wird der Brennstoff TS auf einem unten im Feuer raum 33 angeordneten Feuerungsrost verbrannt. Der prinzipielle Aufbau und die Verfah- rensweise eines solchen Rostfeuerungsverbrennungssystems 8 sind dem Fachmann aber bekannt und brauchen daher hier ebenfalls nicht detailliert erläutert zu werden.
Das Rostfeuerungsverbrennungssystem 8 weist in üblicher Weise oberhalb des Rostes eine Brennstoffaufgabe 31 (bzw. Beschickungseinrichtung 31 ) sowie einen Stützbrenner 32 auf. Der Stützbrenner 32 dient dazu, den Anfahrvorgang der Verbrennung zu initiieren. Später ist eine autotherme Verbrennung des Trockenschlamms TS vorgesehen, d. h. das zur weiteren Verbrennung des Trockenschlamms TS keine externe Energiezufuhr mehr erforderlich ist.
Die Brüden B werden auch hier mit einer bestimmten Brüden-Einbringtemperatur BT4 von mehr als 350 °C, vorzugsweise aber mindestens 600 °C, in den Feuerraum 33 des Rost feuerungsverbrennungssystems 8 eingebracht. Dabei erfolgt die Einbringung im Bereich der Stützbrenner 32.
Der übrige Aufbau der Klärschlammverwertungsanlage 100 ist im Übrigen genauso wie bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Ebenso verlaufen alle weiteren Ver fahrensschritte analog zu den in Figur 1 beschriebenen Verfahrensschritten. Bei allen oben genannten Ausführungsbeispielen ist es vorteilhaft möglich, sämtlichen anfallenden getrockneten Klärschlamm KS bzw. Trockenschlamm TS sowie sämtliche bei der Trocknung anfallende Brüden B rückstandslos zu entsorgen, sodass kein Brüdenkon densat mehr anfällt. Die gewünschte Verweilzeit des Rauchgases R von mindestens 2 s in einem Temperaturbereich von mindestens 850 °C wird problemlos eingehalten. Sämtli- che Energie wird im Wesentlichen vom System selber erzeugt und Überschussenergie kann noch für andere Systeme beispielsweise zum Antreiben von Turbinen und/oder für Fernwärmenetze genutzt werden. Insbesondere kann die Energie auch zum Betrieb der Kläranlage genutzt werden. Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorherge hend detailliert beschriebenen Verfahren zur Entsorgung von Brüden bzw. den beschrie benen Brüdenverwertungssystemen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So sind beispielsweise die in den jeweiligen Ausführungsbei- spielen gezeigten Komponenten, wie etwa die Anzahl der in der Brüdenerhitzung verwen deten Wärmetauscher und/oder verwendete Heizmedien bzw. Austauschmedien einer Brüdenerhitzungseinrichtung untereinander beliebig austauschbar und/oder kombinierbar. Ebenso könnten an verschiedenen Stellen noch (gegebenenfalls ansteuerbare) weitere Ventile angeordnet sein und/oder es könnten auch mehr als die dort dargestellten Geblä se vorhanden sein, oder die Ventile und/oder Gebläse könnten an anderen Stellen ange- ordnet sein, um nur einige Beispiele zu nennen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel„ein“ bzw.„eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
Bezugszeichenliste
1 Trockner / Klärschlammtrockner
2 Kläranlage
3 Freiraum /„Freeboard“
4 Wirbelschicht-Verbrennungssystem
5 Anfahrbrenner
6 Beschickungseinrichtung
7 Feuerraum
8 Rostfeuerungsverbrennungssystem
9 Brüdenverwertungssystem
1 1 Gebläse
12 Brüdenvorwärmeranordnung / Wärmetauscheranordnung 12a erster Brüdenvorwärmer / Wärmetauscher
12b zweiter Brüdenvorwärmer / Wärmetauscher
13 Brüdeneinbringerhitzer / Endstufe
14 Brüdenerhitzungseinrichtung
15 Bypass
16 Ventil
17 Brüdenleitung
18 Brüdeneinbringvorrichtung
19 Rauchabzug
21 erste Heizfläche / Wärmetauscher
22 zweite Heizfläche / Wärmetauscher
23 Verdampfer
24 Economiser
25 Rauchgasreinigungsanlage
26 Wärmetauscher
27 Wärmesenke
28 Gebläse
29 Kamin
31 Beschickungseinrichtung
32 Stützbrenner
33 Feuerraum
100 Verwertungsanlage / Klärschlammverwertungsanlage B Brüden
BTi Brüdenanfangstemperatur B 2 erste Brüdenzwischentemperatur B 3 zweite Brüdenzwischentemperatur B 4 Brüden-Einbringtemperatur H Austauschmedium / Heizmedium KS Klärschlamm
R Rauchgas
TS Trockenschlamm
W Wirbelschicht / Wirbelbett

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verwertung von Brüden (B), welche bei der Trocknung eines Feststoffs (KS), vorzugsweise eines Klärschlamms (KS), erhalten werden,
- wobei die Brüden (B) in ein Rauchgas (R) eingebracht werden, welches bei einer Ver brennung eines Brennstoffs (TS) in einem Verbrennungssystem (4, 8) erhalten wird, und
- wobei die Brüden (B) zum Einbringen in das Rauchgas (R) auf eine Brüden- Einbringtemperatur (BT ) von mehr als 350 °C erhitzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Brüden-Einbringtemperatur (BT ) zumindest 400°C, vorzugsweise zumindest 500 °C, besonders bevorzugt zumindest 600 °C, beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Brüden-Einbringtemperatur (BT ) höchs tens 900 °C, bevorzugt höchstens 800 °C, und besonders bevorzugt höchstens 700 °C, beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Brüden (B) bei einer Rauchgastemperatur von wenigstens 900 °C und/oder höchstens 950 °C in das Rauch gas (R) eingebracht werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Brüden (B) so in das Rauchgas (R) eingebracht werden, dass das Rauchgas (R) nach dem Einbringen der Brüden (B) eine Temperatur von zumindest 850 °C hat.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Brüden (B) in einen Feuerraum (7) des Verbrennungssystems (4, 8) in das Rauchgas (R) eingebracht werden.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Brüden (B) im Bereich eines Freiraums (3) oberhalb einer Wirbelschicht (W) und/oder im Bereich einer Sekun därluftzuführung in das Rauchgas (R) eingebracht werden.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Brüden (B) vor der Ein bringung in das Rauchgas (R) auf eine Brüden-Einbringtemperatur (BT ) mittels thermi scher Energie erhitzt werden, welche aus der Verbrennung des Brennstoffs (TS) in dem Verbrennungssystem (4, 8) erhalten wird, wobei das Erhitzen der Brüden (B) bevorzugt zumindest teilweise mittels Rauchgas (R) des Verbrennungssystems (4, 8) erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Erhitzung der Brüden (B) zumindest teilweise direkt mittels Rauchgas (R) des Verbrennungssystems (4, 8) erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Erhitzung der Brüden (B) mittels Rauchgas (R) des Verbrennungssystems (4, 8) zumindest teilweise indirekt über ein Aus tauschmedium (H) erfolgt.
1 1. Verfahren nach Anspruch 8 oder 10, wobei die Erhitzung der Brüden auf die Brüden- Einbringtemperatur (BT4) und/oder des Austauschmediums (H) auf eine Heiztemperatur mittels Rauchgas (R) mit einer Rauchgastemperatur von zumindest 400 °C und/oder höchstens 980 °C erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erhitzen der Brüden (B) und/oder des Austauschmediums (H) zumindest teilweise außerhalb des Feuerraums (7) des Verbrennungssystems (4, 8) erfolgt.
13. Brüdenverwertungssystem (9) zur Verwertung von Brüden (B), welche bei der Trock nung eines Feststoffs (KS), vorzugsweise eines Klärschlamms (KS), erhalten werden, mit
- einem Verbrennungssystem (4, 8) zur Verbrennung eines Brennstoffs (TS),
- einer Brüdeneinbringvorrichtung (18), um die Brüden (B) in ein bei der Verbrennung des Brennstoffs (TS) entstehendes Rauchgas (R) einzubringen,
und
- einer Brüdenerhitzungseinrichtung (14), um die Brüden (B) zum Einbringen in das Rauchgas (R) auf eine Brüden-Einbringtemperatur (BT4) von mehr als 350 °C zu erhit zen.
14. Brüdenverwertungssystem (9) nach Anspruch 13, wobei die Brüdenerhitzungseinrich tung (14) zumindest einen Wärmetauscher (13) umfasst, in welche direkt das Rauchgas (R) genutzt wird, um die Brüden (B) auf die gewünschte Brüden-Einbringtemperatur (BT4) zu erhitzen.
15. Verwertungsanlage (100), vorzugsweise Klärschlammverwertungsanlage (100), mit einem Trockner (1 ), bevorzugt einem Klärschlammtrockner (1 ), und mit einem Brüden verwertungssystem (9) nach Anspruch 13 oder 14.
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