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