DE2826132B1

DE2826132B1 - Verfahren zur kontinuierlichen Konditionierung von Schlamm

Info

Publication number: DE2826132B1
Application number: DE2826132A
Authority: DE
Inventors: Bodo Dr Koglin
Original assignee: Vereinigte Kesselwerke AG
Current assignee: Vereinigte Kesselwerke AG
Priority date: 1978-06-15
Filing date: 1978-06-15
Publication date: 1979-07-19
Also published as: FR2428614A1; BR7903487A; SE7902161L; SE432924B; SU833154A3; FR2428614B1; US4261836A; GB2023117B; JPS553895A; DE2826132C2; GB2023117A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Konditionierung von Schlamm, insbesondere Abwasserschlamm, bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, wobei der Rohschlamm über mehrere Stufen vom Ausgangszustand auf den für die Konditionierung erforderlichen Druck gebracht und der konditonierte Schlamm von diesem Druck über die gleichen Stufen entspannt wird und wobei ferner der Rohschlamm in diesen Stufen durch direkten Kontakt mit den bei der Entspannung frei werdenden Brüden des konditionierten Schlammes jeweils in etwa auf die entsprechende Sättigungstemperatur erwärmt wird.

Zur Wärmerückgewinnung bei der thermischen Konditionierung hat der Direktwärmetausch gegenüber dem indirekten Wärmetausch vor allem den Vorteil, daß die Konditionieranlage apparativ kleiner und einfacher und dabei weniger störungsanfällig und wartungsbedürftig wird. Aufwendig ist aber beim Direktwärmetausch die umfangreiche Meß- und Regeleinrichtung.

Ein Verfahren der eingangs angegebenen Gattung ist in der DE-PS 2019 731 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der Druck in den einzelnen Stufen durch Gasablaßventile eingestellt. Es ist dabei notwendig, zunächst aufgrund eines vorgegebenen Druckes für den Reaktor, in dem die Konditionierung stattfindet, die optimalen Drücke der einzelnen Stufen zu berechnen und die Ventile entsprechend einzustellen, so daß beim Überschreiten des errechneten Druckes eine entsprechende Gasmenge abgelassen wird.

Diese Regelung hat aber Nachteile. Wenn es aus irgendwelchen Gründen zweckmäßig erscheint, den Reaktordruck zu ändern, müssen auch die Drücke in den verschiedenen Wärmetauscherstufen geändert werden. Druckabweichungen, bei denen der Druck unterhalb des errechneten Optimaldruckes liegt, kann nicht entgegengewirkt werden. Um sie zu korrigieren, sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, wie z. B. das Einblasen von Dampf in die betreffende Stufe. Dies erfordert aber zusätzlichen Aufwand an Investitions- und Betriebskosten. Auch das Ablassen von Gas aus den Zwischenstufen ist natürlich stets mit Wärmeverlusten verbunden und sollte daher auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Ein gewisser Gasablaß ist aber erforderlich, da die Atmosphäre in den einzelnen Stufen, die im Idealfall aus reinem Wasserdampf bestehen sollte, in Wirklichkeit mehr oder weniger» mit Inertgas angereichert ist, vor allem mit Kohlendioxid. Das Inertgas verschlechtert aber die Wärmeübertragung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelung des eingangs angegebenen Verfahrens zu vereinfachen und dabei die Wärmeverluste möglichst gering zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede Zwischenstufe die Inertgaskonzentration ermittelt und als Regelgröße für den Gasablaß verwendet wird.

Die Messung der Inertgaskonzentration wird vorzugsweise beim Abgas durchgeführt, wo sie den höchsten Wert erreicht.

Es hat sich gezeigt, daß die Bildung von Inertgas in den einzelnen Stufen unterschiedlich ist. Sie ist vor allem in den kältesten und in den heißesten Stufen von merklicher Bedeutung. Dagegen tritt in den mittleren Stufen kaum Inertgas auf. Dementsprechend lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Regelverfahren Dampfverluste in den mittleren Stufen fast völlig vermeiden.

Der Erfinder hat festgestellt, daß für jede Stufe die Differenz zwischen der Austrittstemperatur des Rohrschlammes und der Austrittstemperatur des konditionierten Schlammes ein Maß für die' Inertgaskonzentration ist. Dies ist plausibel, denn die besagte Temperaturdifferenz ist eine Folge der Unvollkommenheit des Wärmetausches, die wiederum in erster Linie durch den Inertgasgehalt bedingt ist.

Daher wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für jede Stufe die Differenz zwischen der Austrittstemperatur des Rohschlammes und der Austrittstemperatur des konditionierten Schlammes ermittelt und als Regelgröße für den Gasablas verwendet.

Diese Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine Konditionieranlage;

Fig.2 zeigt einen einzelnen Direktwärmetauscher mit den zugehörigen Meß- und Regeleinrichtungen.

Die dargestellte Anlage weist einen Reaktor 1 und drei Direktwärmetauscher 2a, 2b, 2c auf. In der Praxis erweist sich allerdings in der Regel eine größere Anzahl von Direktwärmetauschern — etwa bis zu sechs — als optimal. Die Direktwärmetauscher bestehen aus aufrecht stehenden zylindrischen Behältern mit gewölbten Böden. Jeder Direktwärmetauscher ist durch einen schräggestellten Zwischenboden 10 in einen unteren Raum 11 und einen oberen Raum 12 unterteilt. Durch eine öffnung des Zwischenbodens 10 stehen die Räume 11 und 12 miteinander in Verbindung. Ein Rohr 13, das mit dem Rand der öffnung verschweißt ist, erstreckt sich vom Zwischenboden 10 nach oben. Zwischen ihm und der Außenwand des Direktwärmetauschers besteht über dem Zwischenboden 10 eine ringförmige Rinne 15. In dem Raum 12 sind Kaskadenbleche 14a, 14Z> angeordnet.

Eine Rohrleitung 6a ist über eine Hochdruckpumpe 3a von einem nicht gezeichneten Rohschlammreservoir

ORIGINAL INSPECTED

zu dem oberen Boden des Direktwärmetauschers 2c geführt, den sie mittig durchdringt. Entsprechende Rohrleitungen 66,6c, die je eine Pumpe 3b, 3c enthalten, gehen jeweils von der Rinne 15 der Direktwärmetauscher 2c, 26 aus und sind an den jeweils folgenden Direktwärmetauscher 2b, 2a angeschlossen. Schließlich ist eine Rohrleitung 6d mit Pumpe 3d vorgesehen, die von der Rinne des Direktwärmetauschers 2a ausgeht und von oben in den Reaktor 1 mündet.

Der Reaktor 1 ist in seinem oberen Teil ebenfalls mit Kaskadenblechen 14a, 146 ausgestattet. Unterhalb der Kaskadenbleche ist eine Leitung 6e zum Zuführen von Fremddampf angeschlossen.

Von dem unteren Teil des Reaktors 1 geht eine Leitung 7a aus, die ein Druckminderventil 4a enthält und seitlich in den Raum 11 des Direktwärmetauschers 2a mündet. Entsprechende Verbindungsleitungen 7b, 7c mit den Ventilen Ab, 4c verbinden jeweils benachbarte Direktwärmetauscher. Von dem Direktwärmetauscher 2cführt eine Leitung 7t/mit einem Ventil 4</ins Freie.

Gasableitungen 8a bis 8c/, die mit Ventilen 5a bis 5d ausgestattet sind, sind jeweils an den oberen Teil des Reaktors 1 und der Direktwärmetauscher 2a bis 2c angeschlossen und mit einer Sammelleitung 9 verbunden.

Die Anlage arbeitet folgendermaßen: Der Rohschlamm wird von der Pumpe 3a durch die Rohrleitung 6a in den Raum 12 des Direktwärmetauschers 2c gefördert, wo er beim Aufprallen auf die Kaskadenbleche 14a, 146 verteilt wird und sich durch die Kondensationswärme der — wie weiter unten erläutert — aus dem Raum 11 aufsteigenden Brüden erwärmt.

Der erwärmte Rohschlamm mit dem Brüdenkondensat bildet in der Rinne 15 einen Sumpf und wird daraus von der Pumpe 3b durch die Rohrleitung 6b unter Druckerhöhung in den nächsten Direktwärmetauscher 2b gefördert. In diesem und im darauffolgenden Direktwärmetauscher 2a wiederholt sich der beschriebene Vorgang. Schließlich wird der so vorgewärmte Rohschlamm von der Pumpe 3d auf den Reaktordruck gebracht und in den Reaktor hineingedrückt. Dort rieselt er in dünnem Schleier über die Kaskadenbleche herab und wird dabei durch direkten Wärmetausch mit dem entgegenströmenden Abgas und dem bei 6e zugeführten Fremddampf auf die Reaktortemperatur gebracht. Nach der notwendigen Verweilzeit des oben zugeführten Rohschlammes verläßt der nun konditionierte Schlamm unten durch die Rohrleitung 7a den Reaktor und wird im Entspannungsventil 4a auf den im Direktwärmetauscher 2a herrschenden Druck entspannt. Dabei kühlt sich der konditionierte Schlamm unter Dampfbildung ab. Im Raum 11 des Direktwärmetauschers werden konditionierter Schlamm und Dampf voneinander getrennt. Die Brüden steigen in den Raum 12 auf und vermischen sich dort mit dem weniger warmen Rohschlamm. Der konditionierte Schlamm bildet am Boden einen Sumpf, aus dem er durch die Rohrleitung 7b abfließt. Danach wird er im Expansionsventil 4b erneut entspannt. In den Direktwärmetauschern 2b und 2c läuft ein entsprechender Vorgang ab, ■ und ein weitgehend abgekühlter, konditionierter Schlamm verläßt dann durch die Rohrleitung 7d die Vorrichtung. Insoweit entspricht die Arbeitsweise im wesentlichen dem Stand der Technik.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist r bei jedem Direktwärmetauscher in dem oberen und in dem unteren Sumpf je ein Thermoelement 16 bzw. 17 vorgesehen, von denen eines die Temperatur des in Richtung auf den Reaktor 1 abfließenden Rohschlammes und das andere die des austretenden konditionierten Schlammes kontinuierlich mißt. Die Thermoelemente 16 und 17 werden gegeneinander geschaltet Die resultierende Spannungsdifferenz wird vom Meßumformer 18 in ein Stromsignal umgewandelt Dieses wird zur weiteren Verarbeitung zum Regler 19 geführt. Entsteht eine Abweichung vom eingestellten Sollwert, so gibt der Regler 19 ein dieser Abweichung entsprechendes Ausgangssignal als Stromsignal an den elektropneumatischen Signalumformer 20. Dieser setzt das Stromsignal in ein Drucksignal um, welches an den pneumatischen Stellungsregler 21 weitergeleitet wird. Dieser sorgt mit Hilfe des pneumatischen Stellantriebs 22 dafür, daß das Ventil 5b die dem Ausgan-gssignal des Reglers 19 entsprechende Stellung einnimmt

Der Reaktordruck wird mit Hilfe des eingespeisten Fremddampfes geregelt. Wegen des Inertgasanteils liegt die Temperatur des Schlammes im Reaktor einige Grad unterhalb der Sättigungstemperatur. Die Schlammtemperatur wird dadurch geregelt daß eine entsprechende Abgasmenge über das Ventil 5a abgelassen wird. Aus den einzelnen Direktwärmetauschern 2a bis 2c wird mit Hilfe der beschriebenen Regeleinrichtung jeweils so viel Gas abgelassen, daß die Temperaturdifferenz, die bei völliger Abwesenheit von Inertgas und bei vollständigem Wärmetausch verschwindend gering wäre, einen vorgegebenen maximalen Wert nicht überschreitet. Das bedeutet mit anderen Worten, die Inertgaskonzentration wird so klein gehalten, daß sie den Wärmetausch nicht über ein unvermeidliches, jedoch möglichst geringes Maß hinaus verschlechtert. Auf diese Weise stellen sich in den Direktwärmetauschern 2a bis 2c die Drücke und Temperaturen automatisch auf optimale Zwischenwerte ein, so daß sich für den zufließenden Rohschlamm eine stufenartige Erhöhung und für den abfließenden konditionierten Schlamm eine stufenartige Erniedrigung von Druck und Temperatur ergeben.

Natürlich kann die beschriebene selbsttätige Regelung auch durch eine manuelle Steuerung ersetzt werden. Dabei müssen aufgrund der mit den Thermoelementen 16 und 17 gemessenen, auf nicht dargestellten Instrumenten angezeigten Temperaturen von Zeit zu Zeit die Ventile 56 bis 5c/von Hand nachgestellt werden.

Wie schon erwähnt, ist die Temperaturdifferenz nur ein Maß oder ein Indiz für das Vorhandensein von Innertgasen. Das Inertgas ist die eigentliche Ursache für die Verschlechterung des Wärmeaustauschs. Daher wird bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Inertgaskonzentration direkt als Regelgröße verwendet. Sie ist allerdings naturgemäß innerhalb der einzelnen Direktwärmetauscher nicht konstant, sondern nimmt von unten nach oben zu. Sie ist daher im Abgas am größten und wird dort gemessen. Dies erfolgt mit dem aus der DE-PS 22 25 853 bekannten Meßverfahren. Dabei wird für den gesamten Abgasstrom eines jeden Direktwärmetauschers oder einen von ihm abgezweigter Teilstrom der Feuchtegehalt ermittelt Der verbleibende Rest ist Inertgas. Die Regelung erfolgt in entsprechender Weise wie in Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben, nur mit dem Unterschied, daß statt der Temperaturdifferenz die Inertgaskonzentration als Regelgröße dient.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Konditionieren von Schlamm, insbesondere Abwasserschlamm, bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, wobei der Rohschlamm über mehrere Stufen vom Ausgangszustand auf den für die Konditionierung erforderlichen Druck gebracht und der konditionierte Schlamm von diesem Druck über die gleichen Stufen entspannt wird und wobei der Rohschlamm in diesen Stufen durch direkten Kontakt mit den bei der Entspannung freiwerdenden Brüden des konditionierten Schlammes jeweils in etwa auf die entsprechende Sättigungstemperatur erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Stufe die Inertgaskonzentration ermittelt und als Regelgröße für den Gasablaß verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Inertgaskonzentration beim Abgas durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Stufe die Differenz zwischen den Austrittstemperaturen des Rohschlammes und des konditionierten Schlammes ermittelt und als Regelgröße für den Gasablaß verwendet wird.