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Brüden-Kondensation
bei der Klärschlammtrocknung mit integrierter Wärmerückgewinnung

Bild 1:Modell einer Brüdenkondensation

Die Aufgabe

Brüden fallen bei der Trocknung von Schlamm an, aber auch bei anderen thermischen Schlammbehandlungsverfahren. Immer ist dabei Wasserdampf mit einer mehr oder weniger großen Luftmenge vermischt. Außerdem sind im geringen Umfang andere, aus dem Klärschlamm ausgetriebene Stoffe enthalten. Vor der notwendigen Desodorierung muß ihr Volumen durch Kondensation des Wasserdampfanteils verringert werden.

Die Brüden enthalten fast die gesamte, für die Schlammtrocknung verbrauchte Wärme. Es sollte immer angestrebt werden, einen möglichst großen Teil davon ein zweites Mal zu nutzen.

Unsere Lösung

Durch Abkühlung der Brüden wird der Wasserdampf kondensiert und die Kondensationswärme freigesetzt. Für die Nutzung dieser Wärme gibt es zwei Möglichkeiten:

• Erzeugung von Warmwasser für Heizzwecke, womit meist der Bedarf der Faulung und der Betriebsgebäude abgedeckt werden kann und

• Erwärmung des Schlammes vor der Entwässerung, z.B. in Zentrifugen, wodurch ein höherer Entwässerungsgrad erreicht, der Flockmittelverbrauch leicht gesenkt und der Wärmebedarf der Trocknung verringert wird.

Ungeeignet für Klärschlamm-Trocknungsanlagen sind indirekt gekühlte Kondensatoren, z.B. Rohrbündelapparate, da die Brüden aus dem Schlamm Fette, Öle und Staub enthalten, die zu Belägen führen. Häufige Reinigungen sind dann erforderlich.

Bewährt haben sich dagegen Mischkondensatoren, bei denen die Brüden in direkten Kontakt mit dem Kühlmittel gebracht werden. Geeignete Kühlmittel sind Wässer, sofern sie arm an Härtebildner sind, rückgekühltes Kondensat oder Klärschlamm.

Verfahrensprinzip

Die Kondensation der Brüden erfolgt in bis zu drei Stufen:

1. Für die Heizwassererzeugung werden die Brüden in einem Einspritzkondensator mit Kondensat gekühlt, das im Kreislauf geführt wird und seine Wärme über einen Wärmetauscher an das Heizwasser abgibt.
2. Die Schlammvorwärmung erfolgt in Mischkondensatoren, bei denen der Schlamm über Kaskaden im Gegenstrom zu den Brüden herabfließt und dabei die Wärme aus dem Wasserdampf aufnimmt.
3. Die letzten Wasserdampfanteile der Brüden werden im Endkondensator ebenfalls durch Einspritzen von gekühltem Kondensat oder Kühlwasser niedergeschlagen.

Soll die Wärme der Brüden nicht genutzt werden, erfolgt die Kondensation einstufig.

Anlagenbeschreibung

Bild 2: Brüdenkondensation mit Heizwärmenutzung

Als Beispiel ist in Bild 2 eine zweistufige Brüdenkondensationsanlage mit Heizwärmegewinnung dargestellt; die Hauptkomponenten sind die beiden Kondensatoren. Im ersten wird Wärme zurückgewonnen, im zweiten werden die Restbrüden weiter abgekühlt.

In beiden Stufen wird hier der Wasserdampf der Brüden durch im Kreislauf geführtes Kondensat niedergeschlagen, indem es mittels Pumpen über spezielle Düsen in der Gasphase verteilt und danach in Wärmetauschern rückgekühlt wird. Im Kreislauf des ersten Kondensators wird die Kondensationswärme auf das Heizwassersystem der Kläranlage übertragen. Dabei werden üblicherweise Vorlauftemperaturen von 70 bis 80 °C, in Sonderfällen auch darüber, erreicht. Allerdings sinkt mit steigender Vorlauftemperatur des Heizwassers die rückgewinnbare Wärmemenge.

Bild 3: Brüdenkondensation mit Schlammvorwärmung

Das Bild 3 zeigt eine Schaltung, bei der die Brüdenwärme zur Schlammvorwärmung genutzt wird. Der Schlamm wird am Kopf des Mischkondensators aufgegeben und strömt flockenschonend über die Kaskaden abwärts. Der untere Teil des Kondensators ist so weit vergrößert, daß er als Vorlage für die Zuführpumpen der Entwässerungsanlage ausreicht.

In der zweiten Kondensationsstufe werden die Restbrüden in der Regel auf 30 bis 40 °C abgekühlt. Überschüssiges Kondensat fließt zur Kläranlage. Die Abluft, die den zweiten Kondensator verläßt, besteht dann neben nicht kondensierbaren Gasen nur noch aus einem sehr kleinen Anteil an Wasserdampf. Diese Abluft wird zur vollständigen Desodorierung in den Feuerraum des Kessels oder zur Reinigung in einen Biofilter geleitet.

Bild 4

Bild 4 zeigt, wie durch die Erwärmung des Schlammes die Entwässerung in einer Zentrifuge verbessert wird. In diesem Beispiel handelt es sich um Faulschlamm; die Streuung der Meßwerte ist betriebsbedingt.

Technische Daten

LIMUS-Einspritz- und Schlamm-Mischkondensatoren werden für alle vorkommenden Leistungen gebaut, jedoch sollte jeder Trocknerstraße eine eigene Kondensationsanlage zugeordnet werden.

Rückgewinnbarer Wärmeanteil über 70 %
Kondensat-Ablauftemperatur 30 - 40 °C
Heiz-/Warmwassertemperatur bis 80 °C

Die Kondensatoren werden bei einem geringen Unterdruck betrieben und aus rostfreiem Edelstahl gefertigt.

Vorteile der Mischkondensation

Das Verfahren ist durch wesentliche Vorteile gekennzeichnet:

• Keine Verschmutzung wärmeübertragender Flächen und demzufolge keine aufwendige Reinigung von Wärmetauschern,
• hohe Wärmeübertragungsleistung und kleine Apparate durch direkte Kondensation der Brüden,
• schonende und verstopfungsfreie Vorwärmung von Schlämmen durch direkte Kondensation in Mischkondensatoren mit eingebauten Kaskaden und
• optimale Anpassung an die jeweiligen Nutzungsmöglichkeiten der Abwärme durch verschiedene Schaltungen der Kondensationsstufen.

Bild 5: Dreistufige Brüdenkondensation in einer großen deutschen Klärschlamm-Trocknungsanlage

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