EP0692679A2 - Method and plant layout for drying and incinerating sewage sludge - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and the associated technical circuit for drying and burning sewage sludge, the sewage sludge being dewatered and dried.
- Landfilling will become more difficult for the future for two reasons. Firstly, the creation of sufficient landfill space is becoming increasingly problematic and secondly, the deposition of organic substances is being increasingly restricted after the introduction of TA municipal waste.
- a method for drying and subsequent burning of sludge which is characterized in that the water of the sludge evaporates completely in direct or indirect use of the flue gas heat in front of the incineration point and the resulting heated dry portion of the sludge simultaneously has a fineness of dust is crushed that the dust-like dry material of the sludge is then separated from the vapors, fed to the combustion site by means of part of the combustion air and burned there with the supply of the remaining part of the combustion air, and that part of the vapors which have been freed from the dust-like dry material of the combustion point for cooling the flue gases or is supplied as combustion air.
- the associated device is characterized in that a combined sludge drying and crushing apparatus is followed by a vapor deduster and a dust burner connected to it via a vapor branch line.
- the dust burner is connected to the sludge drying and shredding apparatus via a flue gas line with a downstream flue gas cleaner.
- the object of the invention is to develop a method and the associated system circuit for drying and combustion of sludge, in particular sewage sludge, in which a complete combustion of the organic with little expenditure on equipment and with reduction of energy costs and without additional pollution of the environment Harmful and odorous substances occur when the dryer circuit is separated from the combustion heating circuit.
- the thin sludge which has been mechanically dewatered and dried mechanically in a process step known per se by means of a centrifugal dryer is metered in without pulsing a pulsating combustion
- the organic pollutants and odorous substances of the dried sludge are almost completely burnt off at temperatures of over 850 ° C with a dwell time in the range of seconds.
- the heat energy of the exhaust gases of the pulsating combustion produced during the combustion is supplied as indirect energy by the combined dewatering and drying stage as drying energy, while part of the drying gases is supplied to the pulsation reactor as combustion air after separation of the amount of water absorbed.
- the advantages of the method and the device according to the invention are that complex drying and combustion of thin sludge, in particular sewage sludge, can be carried out with little expenditure on equipment. It has surprisingly been found that the material dewatered and dried in a centrifugal dryer can be fed to pulsating combustion without additional preparation. The ashes and flue gases produced during combustion meet the requirements of environmental protection, so that environmental hazards are avoided. Due to the high temperatures in the pulsation reactor, there is a complete combustion of the organic pollutants and odors with little ash that can be deposited without any problems. Heavy metals are immobilized in the ashes.
- Another advantage of the invention is that no additional units for processing the dried sludge for subsequent combustion are required. As a result, the cost of the plant is reduced.
- the air-technical separation of the dryer circuit from the heating circuit for the combustion of the dry material has the advantage that contamination of the steam circuit with the exhaust gases from the combustion is avoided when using the thermal energy of the pulsating combustion for drying.
- the sewage sludge to be dried and incinerated is fed as thin sludge to a centrifugal dryer 1 known per se, in which a combined mechanical dewatering and drying of the thin sludge takes place.
- the hot gas stream supplied via the circulating air line 15 dries the sludge to a dry matter content of approximately 60%, the dried sludge having a fine-grained structure with an average granule diameter of 1.5 mm.
- the dried fine-grained material is discharged with the drying gases via a line 2 from the centrifugal dryer and fed to a cyclone separator 3.
- the dry goods are separated from the vapors.
- the dry material is metered into a pulsation reactor 13 for combustion without additional intermediate comminution via a material line 4 and a silo 10.
- the pulsation reactor 13 consists of a conical combustion chamber with a subsequent resonance tube emerging axially from the combustion chamber.
- the combustion chamber On the entry side, the combustion chamber is equipped with aerodynamic valves that allow the combustion air to enter periodically.
- the incoming material-air mixture is ignited and burns explosively, whereby the pressure wave can only propagate in the direction of the resonance tube due to the inlet end.
- the accelerating discharge of the combustion gases from the combustion chamber due to its inertia a negative pressure, so that the new mixture can occur in this period.
- This ignites explosively by compression, flows into the resonance tube at high speed and creates a high turbulence factor in the gas flow.
- the dry material is pulsed.
- the organic pollutants and odors in the dried sewage sludge are almost completely burned.
- the heavy metals in the dried sewage sludge are immobilized in the ashes.
- the ashes produced during the pulsation combustion are separated from the hot exhaust gases.
- the separated ash is fed via a material line 12 to an ash loading station and the hot exhaust gases to a heat exchanger 6.
- the heat exchanger 6 there is an indirect heat exchange between the hot exhaust gases from the combustion with a part of the drying gases separated in the cyclone separator 3. These are then, as described above, fed to the centrifugal dryer 1 via the circulating air line 15. The combustion gases cooled in the heat exchanger 6 pass through an exhaust pipe 14 to the exhaust gas cleaner 8, where they are cleaned of the pollutants.
- the other part of the drying gases separated in the cyclone separator 3 is fed to a condenser 7, in which the amount of water absorbed by the drying gases is separated from the vapors.
- a part of the drying air freed from the condensate is fed to the pulsation reactor 13 as combustion air via the partial gas line 9.
- the other part is given to the exhaust gas cleaner 8.
- fresh air 16 can also be supplied to the pulsation reactor 13.
- the fuel energy required for the combustion of the dried sludge is partly or completely supplied by the sewage sludge itself.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehörige anlagentechnische Schaltung zur Trocknung und Verbrennung von Klärschlamm, wobei der Klärschlamm entwässert und getrocknet wird.The invention relates to a method and the associated technical circuit for drying and burning sewage sludge, the sewage sludge being dewatered and dried.
Durch die ständig steigenden Anforderungen an die Abwasserreinigung erhöht sich die Menge an Klärschlamm. Im Jahre 2000 ist von ca. 3,3 Mill. Tonnen Trockensubstanz auszugehen, die entsorgt bzw. verwertet werden müssen.Due to the constantly increasing demands on wastewater treatment, the amount of sewage sludge increases. In 2000, approx. 3.3 million tons of dry matter can be assumed, which have to be disposed of or recycled.
Eine Deponierung wird für die Zukunft aus zwei Gründen schwieriger. Erstens wird die Schaffung von genügend Deponieraum immer problematischer und zweitens wird die Ablagerung organischer Substanzen nach Einführung der TA Siedlungsabfall immer mehr eingeschränkt.Landfilling will become more difficult for the future for two reasons. Firstly, the creation of sufficient landfill space is becoming increasingly problematic and secondly, the deposition of organic substances is being increasingly restricted after the introduction of TA municipal waste.
Die Akzeptanz für eine landwirtschaftliche Nutzung ist auf Grund der Schadstoffgehalte kaum gegeben. Für diese Art der Verwertung kommen somit nur wenig belastete Klärschlämme in Frage. Als einzige Alternative besteht nur die thermische Verbrennung.Due to the pollutant content, there is hardly any acceptance for agricultural use. Slightly contaminated sewage sludge is therefore an option for this type of recycling. The only alternative is thermal combustion.
Zur thermischen Verwertung von Klärschlämmen sind eine Vielzahl von Verfahren entwickelt worden, bei denen die Klärschlamme nach einer Trocknung verbrannt werden. Die dabei entstandene Abwärme wird teilweise zur Gewinnung von Nutzenergie und teilweise zur Trocknung des Klärschlammes verwendet.A multitude of processes have been developed for the thermal utilization of sewage sludge, in which the sewage sludge is burned after drying. The waste heat generated is used partly to obtain useful energy and partly to dry the sewage sludge.
Diese Verfahren haben den Nachteil, daß der Verbrennung des getrockneten Schlammes eine aufwendige Rauchgaswäsche nachgeschaltet werden muß. Ferner entstehen bei der Schlammtrocknung geruchsbelästigende Brüden, deren Geruchstoffe kostenaufwendig beseitigt werden müssen.These processes have the disadvantage that the combustion of the dried sludge has to be followed by a complex flue gas scrubbing. Furthermore arise at Sludge drying vapors, which have to be removed in a costly manner.
Aus der DE 42 17 729 ist bekannt, daß die Klärschlämme nach einer mechanischen Entwässerung und anschließender thermischen Trocknung aufgemahlen werden und danach in einem Reaktor pulsierend verbrannt werden. Dabei wird ein Teil der thermisch getrockneten Abfallstoffe mit einer Korngröße < 1 mm als Rückführgut dem Prozeß nach der mechanischen Entwässerung wieder aufgegeben.From DE 42 17 729 it is known that the sewage sludge is ground after mechanical dewatering and subsequent thermal drying and then burned in a reactor in a pulsating manner. Some of the thermally dried waste with a grain size <1 mm is returned to the process after the mechanical dewatering.
Nachteilig hierbei ist, daß thermisch getrockneten Abfallstoffe vor ihrer Verbrennung aufgemahlen werden müssen wodurch der apparatetechnische Aufwand vergrößert wird.The disadvantage here is that thermally dried waste materials have to be ground up before they are incinerated, which increases the expenditure on equipment.
Gemäß der DE 23 30 127 wird ein Verfahren zum Trocknen und anschließenden Verbrennen von Schlamm beschrieben das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Wasser des Schlammes unter direkter oder indirekter Ausnutzung der Rauchgaswärme vor der Verbrennungsstelle vollständig verdampft und der dabei anfallende aufgeheizte Trockenanteil des Schlammes gleichzeitig auf Staubfeinheit zerkleinert wird, daß daraufhin das staubförmige Trockengut des Schlammes von den Brüden getrennt, mittels eines Teils der Verbrennungsluft der Verbrennungsstelle zugeführt und dort unter Zuführung des restlichen Teiles der Verbrennungsluft verbrannt wird und daß ein Teil der vom staubförmigen Trockengut befreiten Brüden der Verbrennungsstelle zur Abkühlung der Rauchgase oder als Brennluft zugeführt wird. Die dazugehörige Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß einem kombinierten Schlammtrocknungs- und Zerkleinerungsapparat ein Brüdenentstauber und eine mit diesem über eine Brüdenabzweigleitung verbundene Staubfeuerung nachgeschaltet ist. Die Staubfeuerung ist über eine Rauchgasleitung, mit nachgeschalteten Rauchgasreiniger, mit dem Schlammtrocknungs- und Zerkleinerungsapparat verbunden.According to DE 23 30 127, a method for drying and subsequent burning of sludge is described which is characterized in that the water of the sludge evaporates completely in direct or indirect use of the flue gas heat in front of the incineration point and the resulting heated dry portion of the sludge simultaneously has a fineness of dust is crushed that the dust-like dry material of the sludge is then separated from the vapors, fed to the combustion site by means of part of the combustion air and burned there with the supply of the remaining part of the combustion air, and that part of the vapors which have been freed from the dust-like dry material of the combustion point for cooling the flue gases or is supplied as combustion air. The associated device is characterized in that a combined sludge drying and crushing apparatus is followed by a vapor deduster and a dust burner connected to it via a vapor branch line. The dust burner is connected to the sludge drying and shredding apparatus via a flue gas line with a downstream flue gas cleaner.
Nachteilig bei dieser Anlage ist der hohe gerätetechnische Aufwand zur gleichzeitigen Trocknung und Zerkleinerung des aufgegebenen Schlammes sowie der hohe Aufwand zur Verbrennung des getrockneten und zerkleinerten Schlammes in einem Brennaggregat. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Verbrennungsgase direkt für die Trocknung des Materials verwendet werden. Dadurch gelangen die mit Verunreinigungen versehenen Abgase in den Dampfkreislauf aus dem sie dann wieder entfernt werden müssen.Disadvantages of this plant are the high expenditure on equipment for simultaneous drying and comminution of the sludge fed in, and the high expenditure on combustion of the dried and comminuted sludge in a combustion unit. Another disadvantage of this method is that the combustion gases are used directly for drying the material. As a result, the contaminated exhaust gases get into the steam cycle from which they must then be removed.
Aus der PCT-Anmeldung WO 93/00562 ist bekannt, Dünnschlamm in einem kombinierten Zentrifugier- und Trocknungsverfahren mechanisch zu entwässern und zu trocknen. Der getrocknete Schlamm besitzt eine feinkörnige Struktur mit mittleren Granulatdurchmesser von ca. 1,5 mm.From PCT application WO 93/00562 it is known to mechanically dewater and dry thin sludge in a combined centrifugation and drying process. The dried sludge has a fine-grained structure with an average granule diameter of approx. 1.5 mm.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und die dazugehörige anlagentechnische Schaltung zur Trocknung und Verbrennung von Schlämmen, insbesondere von Klärschlämmen, zu entwickeln, bei dem mit geringen apparatetechnischen Aufwand und unter Reduzierung der Energiekosten sowie ohne zusätzliche Belastung der Umwelt eine vollständige Verbrennung der organischen Schad- und Geruchstoffe bei einer lufttechnischen Trennung des Trocknerkreislaufes vom Heizkreislauf der Verbrennung erfolgt.The object of the invention is to develop a method and the associated system circuit for drying and combustion of sludge, in particular sewage sludge, in which a complete combustion of the organic with little expenditure on equipment and with reduction of energy costs and without additional pollution of the environment Harmful and odorous substances occur when the dryer circuit is separated from the combustion heating circuit.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung verfahrensmäßig mit den Maßnahmen des Anspruches 1 und vorrichtungsmäßig mit den Maßnahmen des Anspruches 3 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.The object is achieved according to the invention procedurally with the measures of
Erfindungsgemäß wird der in einer an sich bekannten Verfahrensstufe mittels eines Zentrifugaltrockners mechanisch entwässerte und getrocknete Dünnschlamm ohne Zwischenzerkleinerung dosiert einer pulsierenden Verbrennung zugeführt.In dem Pulsationsreaktor erfolgt bei Temperaturen von über 850°C bei einer Verweilzeit im Sekundenbereich die nahezu vollständige Verbrennung der organischen Schad- und Geruchstoffe des getrockneten Schlammes.According to the invention, the thin sludge which has been mechanically dewatered and dried mechanically in a process step known per se by means of a centrifugal dryer is metered in without pulsing a pulsating combustion In the pulsation reactor, the organic pollutants and odorous substances of the dried sludge are almost completely burnt off at temperatures of over 850 ° C with a dwell time in the range of seconds.
Die bei der Verbrennung entstehende Wärmeenergie der Abgase der pulsierenden Verbrennung wird durch indirekten Wärmetausch der kombinierten Entwässerungs- und Trocknungsstufe als Trocknungsenergie zugeführt, während ein Teil der Trocknungsgase nach Abscheidung der aufgenommenen Wassermenge dem Pulsationsreaktor als Verbrennungsluft zugeführt wird.The heat energy of the exhaust gases of the pulsating combustion produced during the combustion is supplied as indirect energy by the combined dewatering and drying stage as drying energy, while part of the drying gases is supplied to the pulsation reactor as combustion air after separation of the amount of water absorbed.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung bestehen darin, daß mit geringem gerätetechnischen Aufwand eine komplexe Trocknung und Verbrennung von Dünnschlamm, insbesondere von Klärschlamm, erfolgen kann. Dabei hat sich überraschender Weise gezeigt, daß das in einem Zentrifugaltrockner entwässerte und getrocknete Material ohne zusätzliche Aufbereitung einer pulsierenden Verbrennung zugeführt werden kann. Die bei der Verbrennung anfallenden Aschen und Rauchgase erfüllen die Anforderungen des Umweltschutzes, so daß eine Gefährdung der Umwelt vermieden wird. Durch die hohen Temperaturen im Pulsationsreaktor erfolgt eine vollständige Verbrennung der organischen Schad- und Geruchstoffe mit geringem Ascheanfall der problemlos deponiert werden kann. Schwermetalle werden immobil in der Asche eingelagert.The advantages of the method and the device according to the invention are that complex drying and combustion of thin sludge, in particular sewage sludge, can be carried out with little expenditure on equipment. It has surprisingly been found that the material dewatered and dried in a centrifugal dryer can be fed to pulsating combustion without additional preparation. The ashes and flue gases produced during combustion meet the requirements of environmental protection, so that environmental hazards are avoided. Due to the high temperatures in the pulsation reactor, there is a complete combustion of the organic pollutants and odors with little ash that can be deposited without any problems. Heavy metals are immobilized in the ashes.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß keine zusätzlichen Aggregate zur Aufbereitung des getrockneten Schlammes für die nachfolgende Verbrennung benötigt werden. Das hat zur Folge, daß die Kosten der Anlage verringert werden.Another advantage of the invention is that no additional units for processing the dried sludge for subsequent combustion are required. As a result, the cost of the plant is reduced.
Die lufttechnische Trennung des Trocknerkreislaufes von dem Heizkreislauf zur Verbrennung des Trockengutes hat den Vorteil, daß bei Nutzung der Wärmeenergie der pulsierenden Verbrennung für die Trocknung eine Verunreinigung des Dampfkreislaufes mit den Abgasen der Verbrennung vermieden wird.The air-technical separation of the dryer circuit from the heating circuit for the combustion of the dry material has the advantage that contamination of the steam circuit with the exhaust gases from the combustion is avoided when using the thermal energy of the pulsating combustion for drying.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung ist die erfindungsgemäße anlagentechnische Schaltung zur Trocknung und Verbrennung von Klärschlamm dargestellt.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. In the associated drawing, the technical circuit for drying and burning sewage sludge according to the invention is shown.
Der zu trocknende und zu verbrennende Klärschlamm wird als Dünnschlamm einem an sich bekannten Zentrifugaltrockner 1 aufgegeben, in dem eine kombinierte mechanische Entwässerung und Trocknung des Dünnschlammes erfolgt. Der über die Umluftleitung 15 zugeführte Heißgasstrom trocknet den Schlamm auf ein Trockengehalt von etwa 60%, wobei der getrocknete Schlamm eine feinkörnige Struktur mit einem mittleren Granulatdurchmesser von 1,5 mm besitzt.The sewage sludge to be dried and incinerated is fed as thin sludge to a
Das getrocknete feinkörnige Material wird mit den Trocknungsgasen über eine Leitung 2 aus dem Zentrifugaltrockner ausgetragen und einem Zyklonabscheider 3 zugeführt. In dem Zyklonabscheider 3 erfolgt eine Trennung des Trokkengutes von den Brüden. Über eine Materialleitung 4 und einem Silo 10 wird das Trockengut dosiert ohne zusätzliche Zwischenzerkleinerung einem Pulsatiosreaktor 13 zur Verbrennung aufgegeben.The dried fine-grained material is discharged with the drying gases via a line 2 from the centrifugal dryer and fed to a
Bekannterweise besteht der Pulsationsreaktor 13 aus einer konischen Brennkammer mit anschließenden axial aus der Brennkammer austretendem Resonanzrohr. Ruf der Eintrittsseite ist die Brennkammer mit aerodynamischen Ventilen versehen, die es gestatten die Verbrennungsluft periodisch eintreten zu lassen. Das eintretende Material-Luft-Gemisch wird gezündet und verbrennt explosionsartig, wobei auf Grund des eintrittseitigen Abschlusses die Ausbreitung der Druckwelle nur in Richtung Resonanzrohr erfolgen kann. Der sich beschleunigende Austritt der Verbrennungsgase aus der Brennkammer bedingt auf Grund ihrer Trägheit einen Unterdruck, so daß in diesem Zeitraum das neue Gemisch eintreten kann. Dieses entzündet sich durch Verdichtung wiederum explosionsartig von selbst, strömt mit hoher Geschwindigkeit in das Resonanzrohr und erzeugt dort eine hohe Turbulenzanfachung der Gasströmung.As is known, the
Bei Temperaturen über 850°C und Verweilzeiten im Sekundenbereich erfolgt eine pulsierende Verbrennung des Trockengutes. Dabei werden die organischen Schad- und Geruchstoffe des getrockneten Klärschlammes nahezu vollständig verbrannt. Die im getrockneten Klärschlamm vorhandenen Schwermetalle werden immobil in der Asche eingelagert.At temperatures above 850 ° C and dwell times in the range of seconds, the dry material is pulsed. The organic pollutants and odors in the dried sewage sludge are almost completely burned. The heavy metals in the dried sewage sludge are immobilized in the ashes.
In den Zyklonabscheider 11 erfolgt eine Trennung der bei der Pulsationsverbrennung entstehenden Aschen von den heißen Abgasen. Die abgeschiedene Asche wird über eine Materialleitung 12 einer Ascheverladestation und die heißen Abgase einem Wärmetauscher 6 zugeführt.In the cyclone separator 11, the ashes produced during the pulsation combustion are separated from the hot exhaust gases. The separated ash is fed via a
In dem Wärmetauscher 6 erfolgt ein indirekter Wärmeaustausch zwischen den heißen Abgasen der Verbrennung mit einem Teil der in dem Zyklonabscheider 3 abgetrennten Trocknungsgasen. Diese werden dann, wie oben beschrieben, über die Umluftleitung 15 dem Zentrifugaltrockner 1 zugeführt. Die im Wärmetauscher 6 abgekühlten Verbrennungsgase gelangen über eine Abgasleitung 14 zum Abgasreiniger 8, wo sie von den Schadstoffen gereinigt werden.In the heat exchanger 6 there is an indirect heat exchange between the hot exhaust gases from the combustion with a part of the drying gases separated in the
Der andere Teil der im Zyklonabscheider 3 abgeschiedenen Trocknungsgase wird einem Kondensator 7 zugeführt, in dem die von den Trocknungsgasen aufgenommene Wassermenge aus den Brüden abgeschieden wird. Ein Teil der vom Kondensat befreiten Trocknungsluft wird über die Teilgasleitung 9 dem Pulsationsreaktor 13 als Verbrennungsluft zugeführt. Der andere Teil wird dem Abgasreiniger 8 aufgegeben.The other part of the drying gases separated in the
Entsprechend den Verbrennungsverhältnissen kann dem Pulsatiosreaktor 13 zusätzlich Frischluft 16 zugeführt werden. Die für die Verbrennung des getrockneten Schlammes benötigte Brennstoffenergie wird teilweise oder vollständig durch den Klärschlamm selbst geliefert.Depending on the combustion conditions,
- 11
- ZentrifugaltrocknerCentrifugal dryer
- 22nd
- Leitungmanagement
- 33rd
- ZyklonabscheiderCyclone separator
- 44th
- MaterialleitungMaterial line
- 55
- AbgasleitungExhaust pipe
- 66
- WärmetauscherHeat exchanger
- 77
- BrüdenkondensatorVapor condenser
- 88th
- AbgasreinigerExhaust gas cleaner
- 99
- TeilgasleitungPartial gas line
- 1010th
- Silosilo
- 1111
- ZyklonabscheiderCyclone separator
- 1212th
- MaterialleitungMaterial line
- 1313
- PulsationsreaktorPulsation reactor
- 1414
- AbgasleitungExhaust pipe
- 1515
- UmluftleitungRecirculation line
- 1616
- FrischluftFresh air
Claims (3)
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