DE3606704C2 - Verfahren zur Herstellung hochkalorischer industrieller Billigbrennstoffe unter gleichzeitiger Entsorgung industrieller und/oder kommunaler Klärschlämme und Verwendung der entstehenden Suspension - Google Patents

Description

Die laufend steigenden Kosten von Kohlekraftwerken ha­ ben seit einigen Jahren zur Entwicklung von neuen Brennstoffen der verschiedensten Zusammensetzungen ge­ führt, die den großen Vorteil haben, daß sie nicht nur den Transport feinkörniger oder staubförmiger Kohlen erleichtern, sondern auch einfacher als Kohlenstaub zu handhaben sind und im Gegensatz zu dem allein als Brenn­ stoff verwendeten Kohlenstaub nicht zur Verpuffung neigen.

Von den zahlreichen neu entwickelten Brennstoffen, die in Kombination mit oder auch anstelle von Kohle, Öl bzw. Gas als Brennstoff eingesetzt werden, haben Kohle-Wasser-Suspensionen eine größere Bedeutung er­ langt, wie dem Aufsatz von R.C.Ritterhouse "Handling and Firing Non-Conventional Fuels" in POWER ENGINEERING, Dezember 1983, Seiten 34 bis 42 entnommen werden kann. Neben den Kohle-Wasser-Suspensionen er­ wähnt dieser Autor neben anderen, zum Teil auch rein organischen Kohlestoffträgern als Brennstoff, wie Holz, Torf u. a., auch Schlämme unterschiedlicher Herkunft als Alternativ-Brennstoffe.

Pumpfähige Kohle-Wasser-Suspensionen und ein spezielles Verfahren zu ihrer Herstellung sowie die Verwendung dieser Kohle-Wasser-Suspensionen sind beispielsweise Gegenstand der DE-OS 31 21 979, gemäß der eine vorzer­ kleinerte Stein- oder Braunkohle mit Wasser in einer Füllkörpermühle unter gleichzeitiger Steuerung der Korn­ größen der Kohleteilchen vermahlen wird, wobei als wäß­ rige Komponente auch mit anorganischer oder organischer Fracht beladene Abwässer eingesetzt werden können, so­ fern bei der Verbrennung dieser Kohle-Wasser-Suspen­ sionen keine umweltbelastenden Substanzen gebildet werden.

Abwasserschlämme als Alternativ-Brennstoffe, die vorwie­ gend zusammen mit den Primärbrennstoffen Kohle, Öl und Gas eingesetzt werden, und zwar insbesondere Klärschlämme industrieller und auch kommunaler Herkunft, werden ebenfalls schon seit einigen Jahren mit dem Hauptgedan­ ken verwendet, gleichzeitig mit der Gewinnung eines billigeren Brennstoffes die Entsorgung dieser Schlämme zu erreichen, die in immer größeren Mengen anfallen und deren Beseitigung gleichermaßen immer größere Schwierig­ keiten, insbesondere in den Kommunen, bereitet.

Über Versuche, mit Klärschlamm zu heizen, bzw. den Klär­ schlamm in Kraftwerken zu verbrennen, berichtet bei­ spielsweise die Zeitschrift "Umweltmagazin" in zwei im Februar bzw. April 1983 erschienenen Aufsätzen, und zwar Seite 48/49 bzw. Seite 54/55, sowie D.Ruesenberg und Mitarbeiter in VDI-Ber. (1983) 498, Seiten 57 bis 65. Mit dem gleichen Problem beschäftigen sich auch B. Sander und H. Lauer in Chem.-Ing.-Tech. 54 (1982) Nr. 2, Seiten 95 bis 101 und R. Römer und H. Lauer in Chem.-Ing.-Tech. 55 (1983) Nr. 7, Seiten 568/569.

Allen diesen Veröffentlichungen sind zwei Dinge gemein­ sam, nämlich einerseits die vorwiegend wissenschaftli­ che Auseinandersetzung und Beschäftigung mit der Klär­ schlammverbrennung in Kraftwerken, verbunden mit der angestrebten umweltfreundlichen Beseitigung von Klär­ schlamm unter gleichzeitiger Energiegewinnung, anderer­ seits aber auch die bisher noch nicht in völlig befrie­ digender Weise gelöste Entwässerung des Klärschlammes, die zunächst mechanisch mit Siebbandpressen und Kammer­ filterpressen erfolgen muß, woran sich die Trocknung des teilentwässerten Klärschlammes anschließt, die un­ bedingt erforderlich ist, um die für die anschließende Verbrennung in Kraftwerken erforderlichen Filterkuchen erwünschter Restfeuchte zu erhalten.

Abgesehen von der mit starken Geruchsbelästigungen ver­ bundenen mechanischen Entwässerung unter Einsatz von Polyelektrolyten als Flockungsmittel und Zugabe anorga­ nischer Filterhilfsmittel wie Flugasche oder Flotations­ konzentrat, bringt der hohe Bedarf an Zusatzbrennstoffen in Form von Kohle, Öl oder das weitere Nachteile und Verteuerungen mit sich. Auf diese zusätzlich verwende­ ten Primärenergieträger kann bisher in der Praxis aber nicht verzichtet werden, da auf rein mechanischem Wege die Entwässerung nur zu Filterkuchen führt, die nicht selbständig verbrennen.

Auch die inzwischen erfolgte Weiterentwicklung in der Formung von Filterkuchen, bei denen Kohleschlamm als Filterhilfsmittel bis zur Erreichung des vorgegebenen Heizwertes zugegeben wird, krankt letztendlich eben­ falls an der Notwendigkeit der Gewinnung von brikett­ ähnlich geformten Filterkuchen mit einer Restfeuchte von 40 bis 45% und einem der Braunkohle entsprechenden Heizwert in einem mehrstufigen Verfahren unter Zusatz der bereits erwähnten Hilfsstoffe, in erster Linie der Polyelektrolyte als Formungsmittel und der anorgani­ schen Hilfsmittels zur Schaffung der für die Verbren­ nung erforderlichen feinen Kanäle im Filterkuchen.

Die US 44 05 332 beschreibt eine verbesserte Brennstoffzusammensetzung, die aus 25 bis 40 Gew.-% nicht entwässertem Abwasserschlamm besteht und 60 bis 75 Gew.-% Kohlenstoffstaub mit einer Teilchengröße von 44 µm bis 2,4 mm enthält. Der nicht entwässerte Schlamm besitzt einen Wasseranteil von 85 bis 99,5 Gew.-% und einen Anteil an Feststoffen von 0,5 bis 15 Gew.-%.

Die IP 55-139 495 A beschreibt allgemein eine Mischung aus Heizöl, Schlamm, pul­ verisierter Kohle und Wasser zu der ein Additiv in Form eines aliphatischen Polyoxyethylendiamins hinzugegeben wird, um die Suspension besser dispergierbar zu machen.

Die WO 83/04047 beschreibt eine pumpbare, wäßrige Aufschlämmung eines Fest­ brennstoffs in Form eines pulverisierten, kohlenstoffhaltigen Materials, wobei das kohlenstoffhaltige Material eine Teilchen­ größe bis 25 mm besitzt, und in einer Trägerflüssigkeit mit einem Feststoffanteil von 65 bis 90 Gew.-% suspendiert ist. Die Brennstoffzusammensetzung enthält weiterhin als Additiv ein Alkylenoxid-Addukt mit einem hydrophilen und einem hydrophoben Teil. Der Zusatz von Klärschlämmen wird nicht erwähnt.

Es unterliegt somit keinem Zweifel, daß es trotz der schon seit Jahren laufenden Versuche auf diesem hier zur Diskussion stehenden technischen Gebiet bisher noch nicht gelungen ist, ein Verfahren zur Herstellung hoch­ kalorischer industrieller Billigbrennstoffe unter gleichzeitiger Entsorgung industriellen und/oder kom­ munalen Klärschlammes zu entwickeln, das in der Praxis mit echtem Erfolg und ohne großen chemischen und maschi­ nellen Aufwand durchgeführt werden kann und einen Billigbrennstoff liefert, der unter Einsatz von Vor­ richtungen verbrannt werden kann, die sich bereits für die Verbrennung von bisher üblichen fließfähigen Brenn­ stoffen, wie Heizöl, grundsätzlich bewährt haben und, wenn überhaupt, dann nur einer geringfügigen Umrüstung bedürfen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der geschilderten Art verfügbar zu machen, mit dem es im praktischen Einsatz tatsächlich gelingt, einen fließfähigen Billigbrennstoff unter gleichzeitiger Entsorgung von industriellem und/oder kommunalem Klär­ schlamm mit ausreichendem Heizwert herzustellen und in Verbrennungsanlagen als Billigbrennstoff ohne Freiset­ zung umweltbelastender Verbrennungsprodukte zu verwer­ ten. Dabei sollen hohe Anteile an Klärschlamm durch Ver­ brennung entsorgt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstel­ lung hochkalorischer, bei normalen Verbrennungstempera­ turen zwischen 1200°C und 1500°C, insbesondere bis 1400°C, verbrennbarer industrieller Billigbrennstoffe unter gleichzeitiger Entsorgung kommunaler und/oder industrieller Klärschlämme, das dadurch gekennzeichnet ist, daß biologische, nach dem Faulturm abgezogene, vorwiegend kommunale Klärschlämme und/oder gering bela­ stete, hochkalorische Industrieschlämme, gegebenenfalls mit organischen Kohlenstoffträgern vermischt, mechanisch auf 20 bis 40 Gew.-% Trockensubstanz vorentwässert und mit Stein- und/oder Braunkohle einer mittleren Korn­ größe im Bereich von 1 bis 5 mm in einer Mühle zu einer wie Heizöl handhabbaren und als solche verbrennbaren, 25 bis 35 Gew.-% Wasser, Rest Trockensubstanz enthalten­ den Kohle-Schlamm-Wasser-Suspension unter Zusatz von für Kohle-Wasser-Suspensionen bekannten kohlenstoff­ stämmigen Stabilisatoren, wie Heizöl EL, vermahlen werden. Geeignete organische Kohlenstoffträger sind vor allem Steinkohlenstaub, Braunkohlenstaub, Torf, Sägespäne und trockene, feinteilige organische Abfälle sowie schwer wiederverwendbare gemischte Kunststoffabfälle.

Der auf diese Weise erhaltene Billigbrennstoff kann eine weitere Verbesserung hinsichtlich seiner Verbren­ nungstemperaturen dadurch erhalten, daß er während und/oder nach seiner Herstellung durch Vermahlen der beiden Hauptkomponenten der Suspension mit Heizöl vermischt wird. Besondere Vorteile bringen hier Beimischungen an Heizöl im Bereich von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtsuspension. Selbstverständlich kann anstelle von Heizöl auch Erdgas den Suspensionen gemäß der Erfindung als hochwertiger Brennstoff zugegeben werden, wobei diese Zugabe zweckmäßig nach dem Vermahlen und insbe­ sondere durch gleichzeitige Zugabe von Erdgas und Suspension gemaß der Erfindung in die Verbrennungsan­ lage erfolgt. Für die Herstellung der Kohle-Schlamm- Wasser-Suspension gemäß der Erfindung haben sich vor allein die aus der KWS-Entwicklung bekannten Rühr­ werks-Kugelmühlen bewährt.

Der Einsatz der Kohle-Schlamm-Wasser-Suspensionen als Billigbrennstoff in Verbrennungsanlagen, also die Ver­ wertung dieser Suspensionen gemäß der Erfindung, er­ folgt in sinnvoller Weise in nachgeschalteten Asphalt­ anlagen, in denen die bei der völligen Verbrennung der Suspension gebildeten gasförmigen Verbrennungsprodukte und die Asche unmittelbar weiterverwertet und bei der Verbrennung eventuell gebildete umweltbelastende Ver­ brennungsprodukte unschädlich gemacht werden.

Auf diese Weise ist es möglich, den in den gasförmigen Verbrennungsprodukten vorhandenen Schwefel direkt durch die für die Asphaltgewinnung verwendeten groben Aggre­ gate einzubinden, indem beispielsweise das in den Mineralien dieser Aggregate vorhandene Calcium den Schwefel unter Bildung von Calciumsulfat bindet. Even­ tuelle, in den bei der Verbrennung anfallenden geringen Aschemengen vorhandenen Schwermetalle werden beseitigt, indem diese Asche als Füllstoff für den Asphalt ver­ wendet und vom Bitumen bei der Asphaltherstellung um­ hüllt und eingebunden werden. Beim Aufbringen dieses Asphaltes auf die Straße mit anschließender Verfesti­ gung können die nur in äußerst geringen Mengen vorhan­ denen Schwermetalle praktisch überhaupt keinen Schaden mehr anrichten. Die NO_x-Emission kann bei der Verbren­ nung durch Auswahl der Verbrennungstemperaturen im an­ gegebenen Temperaturbereich unterhalb 1400°C ebenfalls weitgehend reduziert werden.

So ist es demzufolge erfindungsgemäß möglich, durch die Herstellung der Kohle-Schlamm-Wasser-Suspenionen aus kommunalen und/oder industriellen Klärschlämmen und Kohle und Verwertung dieser KSU-Suspensionen eine Klär­ schlammentsorgung zu erreichen, die mit weitaus gerin­ geren Kosten durchgeführt werden kann, als dies bei den bisher geübten, wesentlich umständlicheren und weitaus kostenaufwendigeren Brikettierungsverfahren zur Klär­ schlammbeseitigung durch Verbrennen möglich gewesen ist.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung hochkalorischer, bei normalen Verbrennungstemperaturen zwischen 1200°C und 1500°C, insbesondere bis 1400°C, verbrennbarer, industrieller Billigbrennstoffe unter gleichzeitiger Entsorgung kommu­ naler und/oder industrieller Klärschlämme, dadurch ge­ kennzeichnet, daß biologischer, nach dem Faulturm abge­ zogener, vorwiegend kommunaler Klärschlamm und/oder gering belasteter, hochkalorischer Industrieschlamm, mechanisch auf 20 bis 40 Gew.-% Trockensubstanz vorentwässert und mit Stein- und/oder Braunkohle einer mittleren Korngröße im Bereich von 1 bis 5 mm in einer Mühle zu einer wie Heizöl handhabbaren und als solche verbrennbaren, 25 bis 35 Gew.-% Wasser, Rest Trockensub­ stanz enthaltenden Kohle-Schlamm-Wasser-Suspension unter Zusatz von für Kohle-Wasser-Suspensionen bekannten koh­ lenstoffstämmigen Stabilisatoren vermahlen werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, durch gekennzeichnet, daß der Schlamm mit organischen Kohlenstoffträgern vermischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, durch gekennzeichnet, daß in die Kohle-Schlamm-Wasser-Suspension zusätzlich Heizöle oder Erdgas eingemischt werden.

4. Verwendung der Kohle-Schlamm-Wasser-Suspension nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Billigbrennstoff bei der Asphalt­ gewinnung unter gleichzeitigem Einbau umweltbeiastender Verbrennungsprodukte in die Komponenten des Asphaltes.