DE10046983A1 - Zentrifuge zum mechanischen Entwässern und thermischen Trocknen von Schlämmen - Google Patents

Abstract

Um zur mechanischen Entwässerung und thermischen Trocknung von Schlämmen eine Vollmantelzentrifuge zu schaffen, bei der die Gefahr des Verklumpens bzw. Anbackens des aus den Dickstoff-Austragsöffnungen (11) abgeschleuderten fein dispergierten Dickstoffs minimiert bis ausgeschlossen ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Flugweg des abgeschleuderten Dickstoffs einen die Dickstoff-Austragsöffnungen (11) mit Abstand umgebenden Prallkegel (14) anzuordnen, der mit hoher Umfangsgeschwindigkeit rotiert, am zweckmäßigsten zusammen mit dem Trommelmantel (10) mitrotiert, und dessen innere ringförmige rotierende Konusfläche den auftreffenden Dickstoff beschleunigt und Feststoffanbackungen verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vollmantelzentrifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen, mit einem an einem Endbereich des drehbar gelagerten Trommelmantels angeordneten Flüssigkeitsablauf und mit am anderen Endbereich des Trommelmantels angeordneten Dickstoff-Austragsöffnungen, und mit einem den abgeschleuderten Dickstoff aufnehmenden und von einem Trocknungsgas durchström­ ten Zentrifugengehäuse, wobei innerhalb des Zentrifugengehäuses im Flugweg des abgeschleuderten Dickstoffs ein die Dickstoff-Austrags­ öffnungen mit Abstand umgebender und den Dickstoff umlenkender Prallkegel angeordnet ist.

Die kombinierte zentrifugale Entwässerung und thermische Trocknung von Klärschlamm in einer kompakten Baueinheit in Gestalt einer Vollmantelschneckenzentrifuge ist z. B. aus der WO-A- 93/00562 sowie EP-A-0 979 984 bekannt. Die Schneckenzentrifuge wird als Dispergierorgan für einen unmittelbar nachgeschalteten mit Heißgas bzw. Trocknungsgas betriebenen Konvektionstrockner ver­ wendet in der Weise, daß das Feststoff-Auslaßgehäuse sowie das gesamte übrige Gehäuse der Zentrifuge von einem Trocknungsgas durchströmt und als Stromtrockner genutzt wird. Dabei wird der aus den Dickstoff-Austragsöffnungen der Zentrifugentrommel abge­ schleuderte zentrifugal entwässerte Dickstoff in dispergierter Form vom Trocknungsgas in Spiralbahnen verwirbelt und getrocknet und außerhalb der Zentrifuge in einem Zyklon vom Trocknungsgas abge­ trennt.

Bei den bekannten Zentrifugen der eingangs genannten Art ist inner­ halb des Zentrifugengehäuses im Flugweg des abgeschleuderten Dickstoffs ein die Dickstoff-Austragsöffnungen des Trommelmantels mit Abstand umgebender feststehender sogenannter Prallkegel ange­ ordnet, der als Konusring ausgebildet ist, dessen schräg geneigte in­ nere Konusfläche den aufprallenden Dickstoff etwa in eine axiale Richtung umlenken soll, so daß der abgeschleuderte Dickstoff nicht mehr direkt an der Innenwandung des Zentrifugengehäuses aufprallt. Es hat sich aber herausgestellt, daß insbesondere bei zum Kleben neigenden Schlämmen die mit hoher Geschwindigkeit radial abge­ spritzten feinen Dickstoffpartikel an der Konusfläche des feststehen­ den Prallkegels kleben bleiben und Agglomerate bilden können, wo­ durch der Trocknungsvorgang und der Zentrifugenbetrieb beeinträch­ tigt wird, so daß schon vorgeschlagen worden ist, außen am Trom­ melmantel der Zentrifuge im Bereich der Dickstoff-Austragsöffnungen mitrotierende Räumschaufeln bzw. Kratzbleche anzuordnen, deren Räumleisten, die einen engen Abstand zur Konusfläche des festste­ henden Prallringes einnehmen, Dickstoffanbackungen von der Ko­ nusfläche abkratzen sollen. Abgesehen davon, daß eine derartige Konstruktion baulich aufwendig ist und einen zusätzlichen Energiebe­ darf zur Folge hat, erschweren abgekratzte Dickstoffklumpen eine wirksame Trocknung und sie stören einen sicheren Zentrifugenbe­ trieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur mechanischen Ent­ wässerung und anschließenden thermischen Trocknung von Schläm­ men eine Vollmantelzentrifuge zu schaffen, bei der die Gefahr des Verklumpens bzw. Anbackens des aus den Dickstoff-Austragsöffnun­ gen abgeschleuderten fein dispergierten Dickstoffs minimiert bis aus­ geschlossen ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Vollmantelzentri­ fuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Zentrifuge ist der innerhalb des Zentrifu­ gengehäuses im Flugweg des abgeschleuderten dispergierten Dick­ stoffs angeordnete und die Dickstoff-Austragsöffnungen des Trom­ melmantels mit Abstand umgebende Prallkegel nicht stationär fest­ stehend, sondern er rotiert im Betrieb der Zentrifuge. Dabei kann der Prallkegel prinzipiell separat drehbar gelagert und mit gleicher Dreh­ zahl und mit gleicher Drehrichtung rotieren wie der Trommelmantel, aber auch mit Differenzdrehzahl und auch mit entgegengesetzter Drehrichtung, wobei die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit des Prallkegels den aktuellen Anforderungen angepaßt werden. Der Einfachheit halber ist der Prallkegel am Trommelmantel befestigt und er rotiert mit diesem mit gleicher Drehzahl mit. Der rotierende Prall­ kegel bremst - im Gegensatz zum feststehenden Prallkegel - den von den Dickstoff-Austragsöffnungen des Trommelmantels abge­ schleuderten Dickstoff beim Auftreffen auf der Konusfläche nicht ab, sondern der Dickstoff trifft auf eine mit entsprechend hoher Umfangs­ geschwindigkeit rotierende Konusfläche, wo er in Richtung schräg nach außen bis schräg axial beschleunigt wird. Dabei wird die Ge­ schwindigkeitslängskomponente des Dickstoffs, die aus der Zerle­ gung der radialen Geschwindigkeit des abgeschleuderten Dickstoffs in eine Normalkomponente senkrecht zur Konusfläche des Prallke­ gels und in die Konuslängskomponente resultiert und die schließlich die schnelle Wanderung des Dickstoffs in Richtung zum großen Durchmesser der rotierenden Konusfläche bewirkt, erheblich vergrö­ ßert, d. h. der rotierende Prallkegel verhindert durch seinen Selbst­ reinigungseffekt Dickstoffanbackungen und er verteilt den abge­ schleuderten umgelenkten Dickstoff in dispergierter Form gleichmä­ ßig in den vom Trocknungsgas durchströmten Trocknungsraum der Zentrifuge.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Konusfläche des mitrotierenden Prallkegels mehrere um den Umfang verteilte Pro­ filierungen bzw. Flügel aufweisen, die vom kleinen Kegeldurchmesser zum großen Kegeldurchmesser verlaufen. Solche Flügel leiten den Dickstoff auf der Konusfläche des Prallkegels sehr rasch zu dessen großen Durchmesser bzw. zum Außenrand, so daß der Dickstoff auf der Konusfläche nicht liegen bleibt. Wenn die Flügel in Rotations­ richtung des Prallkegels gesehen nach hinten gekrümmt sind, wird die Gefahr der Wirbelbildung durch die rotierenden Flügel und eines zusätzlichen Energieverlustes minimiert.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden an­ hand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vollmantelschneckenzentrifuge im Längsschnitt, teils in Ansicht, mit dem mitrotierenden Prallkegel,

Fig. 2a den Prallkegel vergrößert herausgezeichnet, und Fig. 2b die Draufsicht auf den mitrotierenden Prallkegel, gesehen von rechts auf die schräge innere ringförmige Konusfläche, und

Fig. 3 ausschnittsweise den Längsschnitt durch eine andere Ausfüh­ rungsform des Dickstoff-Abwurfendes des Trommelmantels mit mitro­ tierendem Prallkegel und einer mit seiner Peripherie zusammenwir­ kenden Gehäusetrennwand.

Die Zentrifuge der Fig. 1 weist einen drehbar gelagerten zylindrischen und konischen Trommelmantel 10 auf, innerhalb dessen koaxial eine nicht dargestellte Förderschnecke drehbar gelagert ist, die in der Trommel mit Differenzdrehzahl rotiert. Das einzudickende bzw. zu entwässernde Feststoff-Flüssigkeitsgemisch wie z. B. Klärschlamm wird axial über den Schneckentragkörper in die Trommel 10 einge­ leitet. Im Betrieb der Zentrifuge bildet sich unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft innerhalb der Trommel 10 ein Flüssigkeitsring aus, wobei die an die Trommelwandung sedimentierten schweren Stoffe mit Hilfe der Förderschnecke nach links transportiert, vom konischen Trommelmantelteil aus der Suspensionsflüssigkeit ausgehoben und von der Förderschnecke zu den um den Trommelumfang verteilten Feststoff- bzw. Dickstoff-Austragsöffnungen 11 gefördert werden, während die von den Feststoffen befreite Flüssigkeit (Zentrat) über das andere Trommelende abläuft und dort über eine Zentratauffang­ kammer 12 des Zentrifugengehäuses 13 abgezogen wird.

Der im Betrieb der Zentrifuge aus den Dickstoff-Austragsöffnungen 11 mit hoher Geschwindigkeit abgeschleuderte, auf einen Trockensub­ stanzgehalt TS von z. B. etwa 35% entwässerte Dickstoff trifft in fein dispergierter Form auf der schrägen, im Querschnitt auch schüssel­ förmigen Konusfläche eines Prallkegels 14 auf, der die Dickstoff- Austragsöffnungen 11 mit Abstand konzentrisch umgibt und der mit dem Trommelmantel 10 mitrotiert. Die innere Konusfläche des mit hoher Umfangsgeschwindigkeit rotierenden Prallkegels 14, der frei von Feststoffanbackungen bleibt, lenkt den aus den Austragsöffnun­ gen 11 abgeschleuderten Dickstoff um, beschleunigt ihn in Richtung zum Prallkegelrand großen Durchmessers und verteilt ihn gleichmä­ ßig in den Heißgasstrom 15, der tangential in das Zentrifugenge­ häuse eintritt, dabei den dispergierten Dickstoff erfaßt und etwa in Spiralbahnen im Ringraum bzw. Trocknungsraum zwischen dem Trommelmantel 10 und dem Zentrifugengehäuse 13 verwirbelt und trocknet. Der Trocknungsgasstrom 16 mit dem darin suspendierten konvektiv getrockneten Dickstoff verläßt die Zentrifuge am anderen Ende. Die Trennung des auf einen TS-Gehalt von z. B. 70% getrock­ neten Feststoffs vom Trocknungsgasstrom erfolgt außerhalb der Zentrifuge z. B. in einem Zyklonabscheider.

Der Winkel der inneren ringförmigen Konusfläche des am Trom­ melmantel 10 befestigten Prallkegels 14 zur Rotationsachse kann grundsätzlich in einem Bereich von etwa 10° bis etwa 80° liegen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn dieser Winkel, der u. a. auf die Umfangsgeschwindigkeit des Prallkegels abgestimmt wird, in einem Bereich von ca. 30° bis 50° liegt. Es wäre auch möglich, beim Prall­ kegel die innere ringförmige Konusfläche nicht zur rechten, sondern zur entgegengesetzten Seite hin zu öffnen.

Die innere Konusfläche des rotierenden Prallkegels 14 kann zur Len­ kung und raschen Ableitung des auftreffenden Dickstoffs mehrere, z. B. acht um den Umfang verteilte Profilierungen bzw. Flügel 17 auf­ weisen, die vom kleinen Kegeldurchmesser zum großen Kegeldurch­ messer verlaufen und die, wie aus der Draufsicht der Fig. 2b ersicht­ lich, in Rotationsrichtung 18 des Prallkegels 14 gesehen nach hinten gekrümmt sein können, um Energieverluste möglichst zu minimieren.

Gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kann innerhalb des Zentrifu­ gengehäuses 13 im Bereich des großen Durchmessers des rotieren­ den Prallkegels 14 eine diesen mit Abstand umgebende Trennwand 19 angeordnet sein, die das Zentrifugengehäuse 13 in eine Heißga­ seintrittskammer 20 und den daran anschließenden Trocknungsraum 21 trennt, wobei zwischen dem großen Durchmesser des rotierenden Prallkegels 14 und der Gehäusetrennwand 19 eine Ringdüse 22 zum Austritt des Heißgases aus der Heißgaseintrittskammer 20 in den Trocknungsraum 21 gebildet ist. Da bei der Ringdüse 22 der innere Ringteil mit hoher Umfangsgeschwindigkeit rotiert, wird ein Druckgra­ dient induziert, durch den das Heißgas aus der Heißgaseintrittskam­ mer 20 angesaugt und gleichmäßig über den Umfang der Ringdüse 22 verteilt wird, wo es die am großen Kegeldurchmesser des Prallke­ gels 14 ankommenden beschleunigten dispergierten Dickstoffteilchen umspült und in Suspension wie in einem Fließbett wirkungsvoll trock­ net.

Claims (6)

1. Vollmantelzentrifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeits­ gemischen, mit einem an einem Endbereich des drehbar gela­ gerten Trommelmantels (10) angeordneten Flüssigkeitsablauf (12) und mit am anderen Endbereich des Trommelmantels an­ geordneten Dickstoff-Austragsöffnungen (11), und mit einem den abgeschleuderten Dickstoff aufnehmenden und von einem Trocknungsgas durchströmten Zentrifugengehäuse (13), wobei innerhalb des Zentrifugengehäuses im Flugweg des abge­ schleuderten Dickstoffs ein die Dickstoff-Austragsöffnungen (11) mit Abstand umgebender und den Dickstoff umlenkender Prallkegel (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkegel (14) im Betrieb der Vollmantelzentrifuge ro­ tiert.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkegel (14) am Trommelmantel (10) befestigt ist und mit diesem mit gleicher Drehzahl mitrotiert.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der inneren Konusfläche des Prallkegels (14) zur Rotationsachse in einem Bereich von etwa 10° bis etwa 80° liegt.

4. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innere Konusfläche des Prallkegels (14) meh­ rere um den Umfang verteilte Profilierungen bzw. Flügel (17) aufweist, die vom kleinen Kegeldurchmesser zum großen Ke­ geldurchmesser verlaufen.

5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Konusfläche des Prallkegels (14) angeordneten Flügel (17) in Rotationsrichtung des Prallkegels gesehen nach hinten gekrümmt sind.

6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß innerhalb des Zentrifugengehäuses (13) im Be­ reich des großen Durchmessers des rotierenden Prallkegels (14) eine diesen mit Abstand umgebende Trennwand (19) an­ geordnet ist, die das Zentrifugengehäuse (13) in eine Heiß­ gaseintrittskammer (20) und den daran anschließenden Trocknungsraum (21) trennt, wobei zwischen dem großen Durchmesser des rotierenden Prallkegels (14) und der Gehäu­ setrennwand (19) eine Ringdüse (22) zum Austritt des Heißga­ ses aus der Heißgaseintrittskammer (20) in den Trocknungs­ raum (21) gebildet ist.