DE19956562A1 - Verfahren zur Reinigung einer Wärmetauscherfläche und Feststoffblasmedium zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Reinigung einer mit feinstaubhaltigem Heißgas beaufschlagten Wärmetauscherfläche, bei dem die Wärmetauscherfläche kontinuierlich oder diskontinuierlich mit einem Feststoffblasmedium beaufschlagt wird, ist zur Verringerung von Erosion vorgesehen, dass als Feststoffblasmedium Grobasche, die bei der Verbrennung von Klärschlamm in einer Feuerung entsteht und aus dem Rauchgas durch eine Grobentstaubung abgeschieden wird, oder ein der Grobasche entsprechender künstlich hergestellter Feststoff eingesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Bei der Vergasung oder Verbrennung von Brennstoffen werden Wärmetauscherflächen in Abhitzekesseln, Verdampfern, Überhitzern Speisewasservorwärmern und dergleichen mit feinstaub- bzw. feinaschehaltigen Heißgasen beaufschlagt, die zu Ablagerungen und damit Verschmutzungen der Heizflächen führen.

Aus der WO 97/08495 ist ein Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm bekannt, bei dem der Klärschlamm mittels eines durch ein Wärmeträgermedium (Prozeßgas) beheizten Trockners getrocknet, danach in einer Feuerung, insbesondere Zykloidfeuerung, unter Zugabe eines basischen Additivs für die Direktentschwefelung verbrannt wird, das Rauchgas der Feuerung einer Grobentstaubung, insbesondere Zyklonentstaubung, unterzogen wird und nach der Grobentstaubung dem Rauchgas mittels mindestens einer Stufe, nämlich Abhitzekessel und Wärmetauscher für die Erwärmung von Verbrennungsluft, Wärme entzogen wird. Auch hier hat sich herausgestellt, dass die nach der Grobentstaubung im Heißgas verbleibende Feinasche zu einer Ablagerung und damit Verschmutzung des Abhitzekessels und des nachgeschalteten Verbrennungsluftvorwärmers führt.

Es ist bekannt, zur Reinigung von Wärmetauscherflächen als Feststoffblasmedium Sand einzusetzen, mit dem die Wärmetauscherflächen kontinuierlich oder diskontinuierlich beaufschlagt werden. Beim Einsatz von Sand besteht die Gefahr einer relativ hohen Erosion.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem die Erosionsgefahr verringert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als Feststoffblasmedium Grobasche, die bei der Verbrennung von Klärschlamm in einer Feuerung entsteht und aus dem Rauchgas durch eine Grobentstaubung abgeschieden wird, oder ein der Grobasche entsprechender künstlich hergestellter Feststoff eingesetzt wird.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die bei der Grobentstaubung der Rauchgase einer Klärschlammverbrennung anfallende Grobasche als Blasmedium für verschmutzte Heizflächen, wie die des Abhitzekessels und des Wärmetauschers gemäß der WO 97/08495, geeignet ist, und zwar bis zu Rauchgastemperaturen von 850°C und eventuell höher.

Die Grobasche kann bei der Klärschlammverbrennung selbst als Feststoffblasmedium eingesetzt werden, kann jedoch auch bei anderen Anlagen als Feststoffblasmedium eingesetzt werden, wie z. B. bei Holzverbrennungsanlagen, bei denen das Problem der Feinstaubverunreinigung von Wärmetauscherflächen ebenfalls auftritt.

Des weiteren ist es auch möglich, einen der Grobasche entsprechenden bzw. ähnlichen Feststoff künstlich herzustellen.

Vorzugsweise wird als Grobentstaubung eine Fliehkraftentstaubung eingesetzt, z. B. eine Zyklonentstaubung.

Der Anspruch 3 richtet sich auf das Blasmedium selbst.

Obwohl auch ein der Grobasche entsprechendes künstlich erzeugtes Blasmedium eingesetzt werden kann, ist es von Vorteil, wenn das Blasmedium bei der Verbrennung von Klärschlamm erzeugt wird. Hierauf richten sich die Ansprüche 4-6.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Verfahrensführung, bei der die Grobasche einer Klärschlammverbrennungsanlage in der Verbrennungsanlage selbst als Feststoffblasmedium eingesetzt wird, und

Fig. 2 und 3 Histogramme von Grobasche bzw. Feinasche.

Mechanisch vorentwässerter Schlamm mit einem Trockensubstanzgehalt oberhalb 20% TS, bevorzugt jedoch oberhalb 25% TS (Massenprozent), wird einem Bunker 1 aufgegeben. Von dort erfolgt die dosierte Förderung des Schlamms mit Hilfe einer Schlammpumpe 2, die z. B. als Kolbenpumpe, Exzenterschneckenpumpe ausgeführt sein kann, über eine Schnecke 29 in einen beheizten Trockner 30. Falls ein Dünnschlamm mit 3-5% TS verwertet werden soll, so ist dem Trockner eine mechanische Vorentwässerung, z. B. ein Dekanter vorzuschalten.

Der Trockenschlamm wird nach Austritt aus dem Trockner 30 in einen Pufferbehälter 4 abgeworfen. Von dort erfolgt die Aufgabe mit Hilfe eines Dosierorgans 5, das als motorisch angetriebene Austragsschnecke dargestellt ist, in eine Zykloidbrennkammer 6. Der Zykloidbrennkammer wird über ein Gebläse 7 und eine Leitung 7a Primärluft PL so zugeführt, dass die Primärluft verdrallt über den unteren Brennkammerkonus 6a in die Brennkammer eintritt. Der Brennkammer ist ein Anfahr- und Stützbrenner 8 sowie eine Sekundärluftversorgung 9 einschließlich eines Gebläses 10 zugeordnet. Die Verbrennung erfolgt selbstgängig, d. h. der Brenner 8 ist üblicherweise außer Betrieb.

Der Sekundärluft SL wird über einen Injektor 11a ein basisches Additiv, vorzugsweise Kalkhydrat, aus einem Silo 12 zugegeben. Auf diese Weise wird eine erste trockene Rauchgasreinigungsstufe realisiert, da in der Brennkammer 6 eine sehr ausgeglichene Temperaturverteilung vorliegt, vorzugsweise im Bereich von 900-1050°C. Bei dieser Temperaturverteilung ist eine sehr gute Einbindung von sauren-Schadgaskomponenten, insbesondere SO_x, unter Bildung der entsprechenden Calciumverbindungen erreichbar.

Danach durchströmen die Rauchgase zur Grobentstaubung einen Staubabscheider 17, der vorzugsweise als Hochtemperaturzyklon ausgebildet ist. In dem Hochtemperaturzyklon 17 werden 90% bei beispielsweise 900- 1000°C, bevorzugt aber noch mehr der mitgeführten Mischung aus Flugstaub und abreagiertem Additiv als Grobasche bzw. Zyklonasche 18 abgeschieden. Dieses Produkt enthält sehr wenig kondensierte Schwermetalle und deren Verbindungen, sowie keine Produkte unvollständiger Verbrennung. Die Grobasche 18 wird in einem dem Grobascher 17 nachgeschalteten Aschekühler 17' gekühlt und über eine Zellradschleuse 17" abgezogen.

Die Rauchgase durchströmen dann einen Abhitzekessel 13, der in einen Wasserdampf-Kreislauf 14 mit Vorlauf 14a, Wärmetauscher 34 und Rücklauf 14b einschließlich einer Kreislaufpumpe 15 und einer Trommel 16 in der aus der Figur ersichtlichen Weise mittels einer Zufuhrleitung 13a von Trommel 16 und einer Abfuhrleitung 13b zur Trommel 16 eingeschaltet ist. Bevorzugt wird die Ausbildung des Abhitzekessel als Sattdampf-Rauchrohrkessel, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist. In dem Kessel erfolgt eine Abkühlung auf beispielsweise 450°C.

In dem Fließbett 30a des Fließbetttrockners 30 wird die Schlammschicht direkt von einem in einem Kreislauf 31 geführten Prozeßgas durchströmt und damit getrocknet, das im wesentlichen aus den bei der Trocknung entstehenden Brüden besteht. Die Brüden werden über eine Brüdenabzugsleitung 31a einem Gewebefilter 32 zugeführt, in dem sie entstaubt werden. Von dort werden sie über eine einen Brüdenkompressor 33 und einen Wärmetauscher 34 enthaltende Kreislaufleitung 31b zum Fließbetttrockner 30 zurückgeführt. Mit Hilfe des Dampfes des Wasser-Dampf-Kreislaufes 14 werden die im Brüdenkompressor 33 komprimierten Brüden auf die erforderliche Trocknungstemperatur gebracht.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, kann eventuell über ein Gebläse 35 Frischluft in den Brüdenkreislauf 31 stromauf des Wärmetauschers 34 eingespeist werden. Es ist auch möglich, Frischluft direkt dem Trockner zuzuführen.

Ein Teil der Brüden (verdampfte Wassermenge und eventuell zugeführte Luft) wird über eine Leitung 36 der Zykloidbrennkammer 6 unter Zwischenschaltung eines Wärmetauschers 37 zugeführt. In dem Wärmetauscher 37 wird die nach dem Abhitzekessel 13 aus den Rauchgasen zu entnehmende Wärme auf die der Zykloidbrennkammer 6 zuzuführenden Brüden übertragen.

Das beispielsweise in dem Wärmetauscher 37 auf 200°C abgekühlte Rauchgas wird danach einem Verdampfungskühler 20 zugeleitet, mit dessen Hilfe unter Zusatz von Frischwasser 21 das Rauchgas auf die Betriebstemperatur einer nachgeschalteten zweiten trockenen Rauchgasreinigungsstufe 23 abgekühlt wird. Die Betriebstemperatur dieser Rauchgasreinigungsstufe liegt oberhalb der Kühlgrenztemperatur (adiabatische Sättungstemperatur) der Rauchgase, bevorzugt im Bereich von 100-150°C. Zur Bildung der zweiten trockenen Rauchgasreinigungsstufe wird über einen ebenfalls vom Gebläse 10 beaufschlagten Injektor 11b über Leitung 22 basisches Additiv, vorzugsweise Calciumhydrat, stromauf eines dem Verdampfungskühler 20 nachgeschalteten Trockensorptionsreaktos 20' eingeblasen, dem ein Gewebefilter 23 nachgeschaltet ist. Die zweite Rauchgasreinigungsstufe stellt bezüglich der sauren Schadgaskomponenten und der Schadstoffe eine Feinreinigung mit Feinentstaubung dar. In dem Gewebefilter 23 bildet sich aus den abgeschiedenen Feststoffen eine Filterhilfsschicht.

Die im Gewebefilter abgeschiedenen Feststoffe (Feinasche) können über eine Zellradschleuse 24 und eine Rückführleitung 25 zurück in den Rauchgasstrom vor dem Gewebefilter 23 rezirkuliert werden. Ein Teilstrom 26 der Feinasche wird ausgeschleust. Dieser enthält praktisch alle kondensierten Schwermetalle, jedoch kaum Organika. An die zweite trockene Rauchgasreinigungsstufe schließt sich ein Aktivkoksfilter 27 an, der bezüglich Staub und sauren Schadgaskomponenten eine Polizeifilterfunktion erfüllt. Hinsichtlich Quecksilber und Organika wird die Feinreinigungsfunktion erfüllt. Anstelle eines Aktivkoksfilters kann auch ein Zeolithfilter eingesetzt werden. Wegen der geringen Belastung kann das Filtermaterial des Filters 27 in mehr oder weniger langen Intervallen ausgetauscht werden. Es wird regeneriert oder im Falle des Aktivkoks kann auch an eine Mitverbrennung in der Feuerung 6 gedacht werden.

An den Filter 27 schließt sich ein Saugzuggebläse 28 an, das die Rauchgase an einem nicht dargestellten Kamin zuführt.

Bei der gezeigten Ausführungsform wird das basische Additiv 22 für die zweite Reinigungsstufe dem Verdampfungskühler 20 aufgegeben. Es kann jedoch auch sinnvoll sein, das zweite Additiv vor dem Verdampfungskühler 20 oder vor dem Trocknen dem Trockensoprtionsreaktor 20' aufzugeben.

Bei der gezeigten Ausführungsform wird die Sekundärluft über Leitungen 9a und 9b gestuft zugeführt.

Ein Teilstrom 18a der Grobasche 8 wird dem den Heißgaszyklon 17 verlassenden Rauchgas vor Eintritt in den Abhitzekessel 13 zugeführt, während ein anderer Teilstrom 18b dem den Abhitzekessel verlassenden Rauchgas vor Eintritt in den Wärmetauscher 37 zugeführt wird. Die Zufuhr erfolgt vorzugsweise pneumatisch. Der Rest 18c an Grobasche wird abgezogen. Es kann möglich sein, dass die Teilströme 18a und 18b nur zeitweise abgezogen werden und somit Abhitzekessel 13 und Wärmetauscher 37 diskontinuierlich gereinigt werden. Die hierfür erforderlichen Klappen einer Steuereinrichtung sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Als Beispiel für eine Grobasche 18 (Zyklonasche) kann eine Asche angegeben werden, die als Hauptbestandteile SiO₂ mit 56,5%, Eisen-III-oxid mit 10,6%, Aluminiumoxid mit 10,7% und Calciumoxid mit 8,5% aufweist, wobei der Freikalkgehalt nach Franke als CaO 0,2% beträgt. Die Schüttdichte beträgt 680 kg/m³ und die Pyknometerdichte 2.78 g/cm³. Die Grobasche weist die aus dem Histogramm nach Fig. 2 ersichtliche Partikelverteilung auf.

Die Feinasche 26 weist beispielsweise einen Gehalt an SiO₂ von 3,7%, Eisen- III-oxid von 3,1%, Aluminiumoxid von 1,5% und Calciumoxid von 58,7% auf, wobei der Freikalkgehalt nach Franke als CaO 43,3% aufweist. Die Schüttdichte beträgt 390 kg/m³ und die Pyknometerdichte 2,33 g/cm³. Die Feinasche weist die aus dem Histogramm nach Fig. 3 ersichtliche Partikelverteilung auf.

Aus dem Vergleich der beiden Histogramme ist ersichtlich, dass sich die Partikelverteilung (10 µm-450 µm) der Grobasche im wesentlichen an die Partikelverteilung (0.3 µm-30 µm) der Feinasche anschließt und somit als Blasmedium für das Abtragen von Verschmutzungen, die auf die Feinasche 26 zurückgehen, besonders geeignet ist.

Falls nicht die Grobasche aus dem Verfahren selbst als Blasmedium benutzt wird, sondern künstlich hergestellt werden soll, sollte es der Grobasche in seinen Hauptbestandteilen ähnliche Eigenschaften und Konsistenz besitzen, wie das aus der Klärschlammverbrennung abgeleitete Medium (z. B. hinsichtlich Korngröße, Dichte, Zusammensetzung usw.).

Die am Gewebefilter abgeschiedene Feinasche kann über eine Leitung 38 unter Zwischenschaltung eines Pufferbehälters 39 und einer Förderschnecke 40 ebenfalls der Schnecke 29 aufgegeben werden, um die Konsistenz des im Trockner zuzuführenden Klärschlammes (Leimphase) einzustellen. Zu diesem Zwecke wäre es auch denkbar, einen Teil des den Trockner 30 verlassenden Trockengutes über Leitung 41 zurückzuführen.

Als Wärmeträger für die direkte Trocknung kann auch vorzugsweise gekühltes Rauchgas nach Grobentstaubung 17 eingesetzt werden.

Auch ist es möglich, dass als Wärmeträgermedium für eine direkte Klärschlammtrocknung ein Kreislaufgas eingesetzt wird, vorzugsweise Luft und/oder bei der Trocknung entstehende Brüden, das durch Wärmetausch mit den Rauchgasen erwärmt wird.

Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren kann auch bei indirekter Trocknung eingesetzt werden. Als Wärmeträger hierfür kann zumindest ein Teilstrom der die Feuerung verlassenden Rauchgase mittels der Rauchgase durch direkten Wärmetausch erzeugter Dampf oder mittels der Rauchgase durch Wärmetausch erwärmte Luft eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Reinigung einer mit feinstaubhaltigem Heißgas beaufschlagten Wärmetauscherfläche, bei dem die Wärmetauscherfläche kontinuierlich oder diskontinuierlich mit einem Feststoffblasmedium beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Feststoffblasmedium Grobasche, die bei der Verbrennung von Klärschlamm in einer Feueruung entsteht und aus dem Rauchgas durch eine Grobentstaubung abgeschieden wird, oder ein der Grobasche entsprechender künstlich hergestellter Feststoff eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobentstaubung durch eine Fliehkraftentstaubung, insbesondere Zyklonentstaubung, erfolgt.

3. Feststoffblasmedium zur Reinigung einer mit feinstaubhaltigen Heißgasen beaufschlagten Wäremtauscherfläche in Form von Grobasche, die bei der Verbrennung von Klärschlamm in der Feuerung entsteht und aus dem Rauchgas durch eine Grobentstaubung abgeschieden wird, oder in Form eines der Grobasche entsprechenden künstlich hergestellten Feststoffs.

4. Verfahren zur Verbrennung von Klärschlamm, bei dem gegebenenfalls mittels eines Trockners (30) getrockneter Klärschlamm in einer Feuerung (6), insbesondere Zykloidfeuerung, gegebenenfalls unter Zugabe eines basischen Additives (9) für die Direktentschwefelung verbrannt wird und das Rauchgas der Feuerung einer Grobentstaubung (17), insbesondere Fliehkraftentstaubung, und mindestens einem Wärmeentzug (13; 37) unterzogen wird, und anschließend das Rauchgas einer filternden Feinentstaubung (23) unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rauchgas vor dem Wärmeentzug (13; 37) zumindest ein Teilstrom (18a; 18b) der bei der Grobentstaubung abgeschiedenen Grobasche kontinuierlich oder diskontinuierlich zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Rauchgas für die Erwärmung des Wärmeträgermediums (31) über einen in einen Wasser-Dampf-Kreislauf (14) eingebundenen Abhitzekessel (13) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobasche (18a) vor dem Abhitzekessel (13) zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Rauchgas über einen dem Abhitzekessel (13) nachgeschalteten Verbrennungsluftvorwärmer (37) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobasche (18b) dem in den Verbrennungssluftvorwärmer (37) eintretenden Rauchgas zugesetzt wird.