DE4115408A1 - Verfahren und einrichtung zum trocknen von schlamm oder feuchtem schuettgut - Google Patents
Verfahren und einrichtung zum trocknen von schlamm oder feuchtem schuettgutInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Trocknen
von Schlamm, insbesondere Klärschlamm, oder feuchtem Schüttgut nach den Ober
begriffen der Ansprüche 1 und 10.
Aus einer mechanischen Vorentwässerung stammender Klärschlamm wird üb
licherweise konvektiv in einem Kontakt-, Scheiben-, Umluft-, Wirbelschicht
trockner od. dgl. getrocknet, wobei die dabei entstehenden Brüden an die Umge
bung abgegeben werden, was neben dem damit verbundenen großen Energieverlust
zu Umweltbelastungen und Geruchsbelästigungen führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung nach
den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 10 zu schaffen, die energetisch günsti
ger sind und allenfalls zu geringfügigen Emissionen führen.
Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche
1 und 10 gelöst.
Auf diese Weise wird umweltfreundliche elektrische Energie eingesetzt,
um eine induktive oder vorzugsweise dielektrische Erwärmung des zu trocknenden
Guts im elektromagnetischen Wechselfeld vorzunehmen. Hierbei kann eine Mikro
wellen- oder insbesondere eine Trocknung im Hochfrequenzfeld vorgenommen wer
den. Die verdampfte Gutfeuchte wird zum konvektiven oder kontaktiven Aufhei
zen, entweder zur Vor- oder zur Nachtrocknung, wenn zwei oder mehr Trocknungs
schritte hintereinander geschaltet sind, oder zur Trocknung in einem parallel
geschalteten Kontakt- oder Konvektionstrockner verwendet, so daß sich eine
energetisch sehr günstige Verfahrensführung ergibt.
Die Temperatur des zu trocknenden Guts wird zumindest während des kon
vektiven Aufheizens unter 150°C gehalten, damit bei diesem Aufheizen im we
sentlichen nur Wasserdampf entsteht und im wesentlichen keine Entgasung des zu
erwärmenden Guts stattfindet, so daß schließlich möglichst geringe Mengen an
umweltbelastenden Abgasen abgegeben werden. Vorzugsweise wird das zu trock
nende Gut während des gesamten Trocknungsvorgangs unter 150°C gehalten, jedoch
kann auch beim Erwärmen im elektromagnetischen Wechselfeld über 150°C erwärmt,
die verdampfte Gutfeuchte bei oder nach der Weiterverwendung kondensiert und
das Kondensat dem Abwasser zugeführt werden, so daß auch dann im wesentlichen
keine umweltverschmutzenden Emissionen an die Umgebungsluft stattfinden.
Zwischen der Erwärmungsstufe im elektromagnetischen Wechselfeld und der
mit den Brüden hiervon betriebenen weiteren Erwärmungsstufe wird zweckmäßi
gerweise mit einem Schlammtemperaturunterschied von größer oder gleich 25°C
gearbeitet, d. h. daß das zu trocknende Gut im elektromagnetischen Wechselfeld
eine um mindestens 25°C höhere Temperatur als in der brüdenerhitzten Trock
nungsstufe hat.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der
nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch Einrichtungen zum Trocknen von Klär
schlamm.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird aus einer mechani
schen Vorentwässerung stammender Klärschlamm über eine Leitung 1 etwa mittels
einer Schlammpumpe 2 einem Umluftvortrockner 3 zugeführt und gelangt von dort
ebenfalls beispielsweise über eine Schlammpumpe 4 und eine Leitung 5 ohne
Schleppluft in ein geschlossenes Gefäß 6 und dort auf ein Förderband 7, das
zwischen zwei Kondensatorplatten 8 angeordnet ist, die an einen mit elektri
scher Primärenergie betriebenen Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen sind.
In dem Gefäß 6 wird der im Umluftvortrockner 3 vorerwärmte Klärschlamm
auf eine Temperatur vorzugsweise etwas unter 100°C unter atmosphärischen Be
dingungen erhitzt. Die dabei entstehenden Brüden werden einem Turbobrüden
verdichter 10 zugeführt, der die Brüden verdichtet und an einen Einspritzkühler
11, dem Kühlwasser zum Herabsetzen der Überhitzungstemperatur der ver
dichteten Brüden und gleichzeitig zum weiteren Erzeugen von Dampf über eine
Leitung 12 zugeführt wird, abgibt. Vom Einspritzkühler 11 gelangt der Dampf zu
einem Wärmetauscher 13 zum Erwärmen von über einen Umluftventilator 14 dem
Wärmetauscher 13 zugeführter Umluft.
Außerdem wird die vom Hochfrequenzgenerator 9 erzeugte Wärme über einen
Kühlkreislauf (vorlaufseitig auf etwa 60 bis 70°C erwärmtes Wasser) einem
Wärmetauscher 15 zur Umluftvorwärmung zugeführt, um auch diese Abwärme zur
Umlufterwärmung zu nutzen.
Die vom Wärmetauscher 13 erwärmte Umluft wird dem Umluftvortrockner 3
zugeführt, während das im Wärmetauscher 13 erzeugte Brüdenkondensat über einen
Sammler 16 dem Abwasser zugeführt wird.
Abgekühlte Umluft aus dem Umluftvortrockner 3 wird wenigstens teilweise
einem Vormischer 17 zugeführt, dem außerdem über eine Leitung 18 vorgewärmte
Kaltluft zugeführt werden kann. Weiterhin ist ein Abluftventilator 19 zum
teilweisen Abführen von Umluft an die Umgebung vorgesehen. Da die Temperatur
der zur Vortrocknung verwendeten Umluft entsprechend niedrig, d. h. im Bereich
von beispielsweise ca. 110°C, gehalten wird, werden hierdurch nur im wesent
lichen Wasserdampf enthaltende Brüden erzeugt, die an die Umgebung ohne wei
teres abgegeben werden können.
Da die Brüden aus dem Gefäß 6 nicht an die Umgebung abgegeben werden,
sondern beim Verlassen des Wärmetauschers 13 - und gegebenenfalls nach weite
rer Abkühlung - als Kondensat anfallen, kann die Erwärmung im Gefäß 6 auch
über 150°C hinaus erfolgen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist das Gefäß 6 als
Druckgefäß ausgebildet, in das der vom Umluftvortrockner 3 kommende vorge
wärmte Klärschlamm eingepumpt und mittels in den Klärschlamm eintauchender,
gegenüber dem Klärschlamm elektrisch isolierter Elektroden 8 dielektrisch in
einem Hochfrequenzfeld erwärmt wird. Die dabei entstehenden Brüden haben einen
Druck von beispielsweise 2 bis 3 bar, so daß sie im wesentlichen aus reinem
Wasserdampf bestehen (da die Brüden später kondensiert werden, können auch
höhere Drücke und damit höhere Temperaturen als 150°C verwendet werden). Die
Brüden werden hier über einen Wasserabscheider 20 dem Wärmetauscher 13 zuge
führt.
Der getrocknete Klärschlamm wird dem Gefäß 6 über eine Leitung 21 mit
einem Ventil 22, das austragsseitig als Druckabschluß dient (eintragsseitig
ist dies die Schlammpumpe 4), einem Flash-Tank 23 zugeführt. Infolge der Ent
spannung beim Eintritt in den Flash-Tank 23 findet eine Entspannungstrocknung
statt, wodurch der Wassergehalt des Klärschlamms nochmals wesentlich herabge
setzt wird. Das Flashing im Flash-Tank 23 bewirkt außerdem vorteilhafterweise
eine Pulver- oder Granulatbildung oder zumindest eine Desintegration des
Trocknungsgutes. Der Austrag aus dem Flash-Tank 23 erfolgt beispielsweise über
eine Förderschnecke.
Hierbei entstehender Wasserdampf kann gegebenenfalls noch zum Vorwärmen
des Klärschlamms vor seinem Eintritt in dem Umluftvortrockner 3 verwendet
werden.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird der in dem Druck
gefäß 6 erzeugte Dampf direkt, d. h. ohne gasförmigen Zwischenkreis, in einem
Schlammvortrockner 24 (einem Kontakt- oder Konvektionsvortrockner) zum Vor
wärmen des Klärschlamms gegeben. Das durch die Abkühlung des Dampfes erzeugte
Kondensat wird dem Abwasser zugeführt. Im Schlammvortrockner 24 durch die
Vorwärmung entstehenden Brüden werden in einem Brüdenkondensator 25 mittels
Kühlwasser gekühlt und gemeinsam mit diesem das Kondensat dem Abwasser zuge
leitet, so daß sich allenfalls eine geringfügige Gasemission ergibt. Der
Hochfrequenzgenerator 9 wird durch im Kreislauf geführtes Kühlmittel gekühlt,
das seinerseits in einem Wärmetauscher 26 durch frisches Kühlwasser gekühlt
wird.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird der Klärschlamm
über die Pumpe 2 in einen Vorwärmer 27 gefördert, der beispielsweise ein Dop
pelmantelrohr o. dgl. eventuelle mit einer Förderschnecke für den Klärschlamm
ist, und insbesondere vertikal angeordnet ist, so daß der Klärschlamm nach
oben durch den Vorwärmer 27 in das Druckgefäß 6 gefordert wird, um dort mit
tels elektrischer Primärenergie weiter bis etwa unter 150°C erwärmt zu werden.
Vom Druckgefäß 6 gelangt der Klärschlamm in den Flash-Tank 23, wobei der hier
frei werdende Dampf dem Vorwärmer 27 zur Klärschlammvorwärmung zugeführt wird.
Der im Druckgefäß 6 gebildete Dampf wird einem Konvektiven oder kontaktiven
Nachtrockner 28, beispielsweise einem Scheiben- oder Kontakttrockner, dem der
soweit vorgetrocknete Klärschlamm aus dem Flash-Tank 23 zugeführt wird, zuge
führt und die in diesem erzeugten Brüden zusammen mit denjenigen aus dem
Flash-Tank 23 dem Vorwärmer 28 zugeführt.
Die Einspeisung der Hochfrequenzspannung kann vorzugsweise symmetrisch
zum Erdpotential oder unsymmetrisch hierzu erfolgen.
Im Druckgefäß 6 sind die in den Klärschlamm eintauchenden Elektroden 8
beispielsweise in einem Mantel aus elektrisch isolierendem Keramikmaterial wie
Al2O3 angeordnet vollständig gekapselt und werden beispielsweise durch Kera
mikkörper gestützt.
Eine Elektrode 8 kann durch die Wandung des Gefäßes 6 gebildet werden,
in dem sich eine mittig angeordnete stabförmige Elektrode 8 zur Ausbildung
eines Ringkondensators befindet. Die Ringelektrode 8 kann aber auch mit Ab
stand zur Wandung des Gefäßes 6 angeordnet sein, wobei der Klärschlamm von
unten in den Bereich der Ringelektrode 8 eingepumpt wird und an deren Ober
kante in den Ringraum zwischen der Wandung des Gefäßes und der Außenseite der
Ringelektrode 8 überläuft, um von dort kontinuierlich abgeführt zu werden.
Ansonsten kann der Klärschlamm über einen Füllstandsregler chargenweise aus
getragen werden.
Das Gefäß 6 läßt sich im übrigen platzsparend und unter Zwischenschal
tung des Flash-Tanks 23 über dem Vortrockner 3 bzw. Vorwärmer 27 oder dem Nach
trockner 28 anordnen.
Wenn man bei den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 im Gefäß 6 anstatt
mit Überdruck unter atmosphärischem Druck arbeiten will, ist in der Brüdenzu
leitung vom Gefäß 6 zum Vortrockner 24 bzw. Nachtrockner 28 einen Brüdenver
dichter 10 anzuordnen.
Claims (17)
1. Verfahren zum Trocknen von Schlamm, insbesondere Klärschlamm, oder
feuchtem Schüttgut, wobei das zu trocknende Gut durch Energiezufuhr erwärmt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erwärmung in einem geschlos
senen Gefäß mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes vorgenommen und
die durch die Erwärmung verdampfte Gutfeuchte als Wärmeübertragungsmedium zum
Aufheizen des zu trocknenden Guts in einem von der Erwärmung im elektromagne
tischen Wechselfeld getrennten Schritt verwendet wird, wobei die Temperatur
des zu trocknenden Guts zumindest beim Aufheizen unter 150°C gehalten wird,
wobei das Aufheizen vorzugsweise konvektiv oder kontaktiv vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu trock
nende Gut im elektromagnetischen Wechselfeld um mindestens etwa 25°C höher
erhitzt wird als in einer vorangehenden oder nachfolgenden, mit der verdampf
ten Gutfeuchte arbeitenden Aufheizstufe.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erwärmung in dem Gefäß drucklos ohne Schleppluft vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erwärmung in dem Gefäß unter Druck, vorzugsweise von 2 bis 3 bar, vorgenommen
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der bei der
Entspannung des zu trocknenden Gut nach Austrag aus dem Gefäß entstehende
Dampf zur Erwärmung des zu trocknenden Guts weiterverwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erwärmung in dem Gefäß dielektrisch mittels eines Hochfrequenzfeldes
vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der
Erzeugung des Hochfrequenzfeldes erzeugte Wärme zum Vorwärmen von Umluft, die
für das Aufheizen für das zu trocknende Gut verwendet wird, eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die verdampfte Gutfeuchte in Wärmeaustausch mit dem aus dem geschlossenen
Gefäß ausgetragenen, erwärmten Gut gebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die verdampfte Gutfeuchte zum Erwärmen von Luft verwendet wird, die ih
rerseits das zu trocknende Gut konvektiv erwärmt.
10. Einrichtung zum Trocknen von Schlamm, insbesondere Klärschlamm, oder
feuchtem Schüttgut mit einem Trockner (3, 28), gekennzeichnet durch
ein geschlossenes Gefäß (6) zur Aufnahme des zu trocknenden Guts mit einer
Einrichtung (8, 9) zum Erwärmen des zu trocknenden Guts mittels eines elek
tromagnetischen Wechselfeldes, wobei der Trockner (3, 28) mit oder ohne gas
förmigen Zwischenkreis (10, 11, 12, 13) durch die im Gefäß (6) entstehenden
Brüden als Wärmeübertragungsmedium derart betreibbar ist, daß das zu trocknende
Gut in diesem eine Temperatur von 150°C nicht überschreitet.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein
richtung (8, 9) zum Erwärmen im elektromagnetischen Wechselfeld zwei Konden
satorplatten (8) umfaßt, die nach außen isoliert und mit einem Hochfrequenzge
nerator (9) verbunden sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek
troden (8) einen vertikalen Koaxialkondensator bilden.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu
führleitung für das Gefäß (6) bodenseitig innerhalb des Bereichs des verti
kalen Koaxialkondensators mündet.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gefäß (6) ein Druckgefäß ist, dem ein Flash-Tank (23) nach
geschaltet ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Hochfrequenzspannung des Hochfrequenzgenerators (9) symme
trisch zum Endpotential an die Elektroden (8) legbar ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß Gefäß (6) mit darunter angeordnetem Flash-Tank (23) über dem
Konvektions- oder Kontakttrockner (3, 27) angeordnet ist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Vorwärmer (27) für das zu trocknende Gut dem Gefäß (6) vor
geschaltet und mit Brüden aus dem Gefäß (6) nachgeschalteten Trocknern (23,
28) als Wärmeübertragungsmedium gespeist ist.
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