HYDRODYNAMISCHE SCHWERSTOFFABTRENNUNG EINER AUFSCHLÄMMUNG |
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申请号 | EP16728658.2 | 申请日 | 2016-06-03 | 公开(公告)号 | EP3137220B1 | 公开(公告)日 | 2017-08-23 |
申请人 | BTA International GmbH; | 发明人 | CARRA, Roland; FLUCK, Patrick; ZIEGLER, Tobias; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtrennung von Schwerstoffen aus einer Aufschlämmung von Bestandteilen unterschiedlicher Dichte und unterschiedlicher Partikelstruktur. Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel aus der Für eine Vergärung geeignete organische Abfälle können mineralische Schwerstoffe von 4 Gew.% enthalten ( Beim Betrieb von Abfallbehandlungsanlagen, in denen die abgesiebte Fraktion kleiner 80 mm einer Nassaufbereitung zugeführt wird, wurde in dieser Fraktion ein Anteil von Glaspartikeln und mineralischen Bestandteilen von 12 bis 14 Gew.% an der Feuchtmasse dieser Fraktion ermittelt ( Um eine störungsarme Verwertung der Aufschlämmungen oder Suspensionen aus der Nassaufbereitung sicherzustellen, werden häufig die leicht sedimentierbaren Anteile aus der Suspension abgetrennt. Hierzu werden Schwerstoffabscheider eingesetzt. Zusätzlich zur Abtrennung der Störstoffe müssen diese Schwerstoffabscheider aber auch einen Austrag der anderen Bestandteile, die in der Aufschlämmung vorliegen und in den nachgeschalteten Verfahrensstufen verwertet werden sollen, z.B. vergärbare organische Stoffe, minimieren. Dies kann durch eine Kombination von Hydrozyklon und Klassierrohr, das im Unterlauf des Hydrozyklons angeordnet ist, zum diskontinuierlichen Ausschleusen der abgetrennten Schwerstoffe erreicht werden. Um den Austrag der anderen Bestandteile zu reduzieren, wird dem Klassierrohr häufig Spülflüssigkeit zugeführt. Dadurch wird im Klassierrohr ein Gegenstrom erzeugt, der die abgetrennten Schwerstoffe von den anderen Bestanteilen der Aufschlämmung befreit. Eine solche Vorrichtung ist in der Beim Betrieb derartiger hydrodynamischer Schwerstoffabscheider wird der Abtrenngrad der sedimentierbaren Bestandteile als auch der Austrag anderer Bestandteile stark vom Spülwasserstrom, der im Klassierrohr einen Gegenstrom erzeugt, beeinflusst. Dabei hat der Spülwasserstrom in Bezug auf die erwünschte Trennung der Fraktionen sich einander gegenüberstehende Wirkungen: Ein Reduzieren des Spülwasserstromes führt zu einer verbesserten Abtrennung der leicht sedimentierbaren Bestanteile aus der Suspension, jedoch steigt der Anteil der biologisch verwertbaren Bestandteile in der abgetrennten Schwerstofffraktion. Diese werden somit den nachgeschalteten Verfahrensstufen zur Verwertung der Suspension entzogen. Ein Erhöhen des Spülwasserstromes hingegen hat eine gegenteilige Wirkung, nämlich der Anteil der biologisch verwertbaren Bestandteile in der abgetrennten Schwerstofffraktion sinkt zwar, aber die Abtrennung der leicht sedimentierbaren Bestanteile aus der Suspension verschlechtert sich. Die Um den Frischwasserbedarf und folglich auch der Abwasseranfall zu begrenzen, ist es - vor allem aus ökonomischen als auch ökologischen Aspekten - wichtig, als Spülwasser Brauchwasser einzusetzen, das in der Anlage rezirkuliert wird (Prozesswasser). Dies erfordert eine Verfahrensstufe, die das Prozesswasser in Bezug auf die Druckniveaus im Schwerstoffabscheider unter ausreichend hohem Druck zur Verfügung stellt. Unter dem Aspekt von Kosten und Raumbedarf müssen die Durchmesser der Prozesswasserleitungen begrenzt werden. Hierbei wurde erfinderseitig erkannt, dass im Stand der Technik periodisch hohe Prozesswasserbedarfsspitzen beim Schwerstoffabscheider selbst als auch bei anderen vor- oder nachgeschalteten Aggregaten der nassmechanischen Aufbereitungsanlage auftreten. Dies führt dazu, dass es in der Prozesswasserversorgung des Klassierrohres immer zu erheblichen Druckschwankungen kommt. Aufgabe der Erfindung ist es nun den Trenngrad der Vorrichtung zu verbessern und die Verunreinigung der abgetrennten Fraktion zu reduzieren. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bzw. durch ein Verfahren gemäß Anspruch 13. Grundgedanke der Erfindung ist es, unter Berücksichtigung der oben geschilderten Wirkungen des Spülwasserstromes, dass in Abhängigkeit des Anforderungsprofiles für den Anlagenbetrieb ein Optimum an Menge und Druck des Spülwasserstroms zum Klassierrohr ermittelt und entsprechend der Volumenstrom des Spülwassers eingestellt wird. Ferner ist es Teil der Erfindung, den Spülwasserverbrauch zur Speicherkammer zu minimieren. Die Steuertechnik der vorliegenden Erfindung berücksichtigt die oben dargestellten erheblichen Druckschwankungen in der Spülwasserversorgung des Klassierrohres und der Speicherkammer. Dadurch kann die negative Beeinträchtigung der Abscheideleistung eliminiert werden, womit die Trennqualität der abgetrennten Schwerstoffe steigt und ein verminderter Spülwasserbedarf die Folge ist. Die Einstellung des Spülwasserstromes betrifft erfindungsgemäß einerseits den Zulauf zum Klassierrohr und andererseits zu der vom Klassierrohr separierten Speicherkammer, in die die abgeschiedenen Schwerstoffe eingebracht werden. Mit anderen Worten werden sowohl das Klassierrohr als auch die separate Speicherkammer mit Spülwasser beaufschlage. Dies erfolgt derart, dass der Zulauf zum Klassierrohr geregelt und der Zulauf zur Speicherkammer gesteuert abläuft. Während die Regelung einen Vergleich zwischen Ist-Zustand und Soll-Zustand ermittelt und in Abhängigkeit hiervon ein Stellglied schaltet, konzentriert sich die Steuerung des Zulaufs zur Speicherkammer auf die Detektion des Ist-Zustandes, um ein entsprechendes Stellglied zu schalten. Zur Die Entleerung der Speicherkammer erfolgt erst, wenn der maximale Füllstand an Schwerstoffen in der Speicherkammer mittels Messung festgestellt wird. Somit wird immer eine vollständige Füllung der Speicherkammer gewährleistet und folglich die Anzahl der erforderlichen Entleervorgänge minimiert. Das Befüllen der Speicherkammer mit dem Spülwasser wird erst beendet, wenn im Überlauf der Speicherkammer Prozesswasser detektiert wird. Beide Ausrüstungsmerkmale führen zu einem minimalen Bedarf an Spülwasser. Dieser Befüllvorgang der Kammer mit Prozesswasser kann auch zeitgesteuert und Gewährleistung einer gemessenen vollen Speicherkammer erfolgen. Die Steuerung muss dabei folgenden Sachverhalt zu berücksichtigen wissen:
Bei einer anderen präferierten Ausführung wird die Entleerung der Speicherkammer durch die Detektion des maximalen Füllstandes an Schwerstoffen initiiert und die Zufuhr von Prozesswasser beim Befüllen der entleerten Speicherkammer durch eine Detektion des Überlaufes von Prozesswasser aus der Kammer beendet. Die Entleerung der Speicherkammer erfolgt nach Detektion des maximalen Schwerstofffüllstandes durch das Schließen der Absperrarmatur zum Klassierrohr und Öffnen der unteren Absperrarmatur der Speicherkammer. In einer vorteilhaften Ausführungsform werden der Speicherkammer zeitgesteuert kurze Spülwasserstöße zugeführt, um ein Verbacken der Schüttung der Schwerstoffe in der Speicherkammer zu verhindern. Damit kann die Schüttung beim Öffnen der Kammer vollständig herausfallen bzw. entnommen werden. Zur Regelung des Spülwasserstromes zum Klassierrohr werden derartige Stellglieder mit einem Durchflussmesser für das Spülwasser kombiniert. Dieser Durchflussmesser muss für feststoffhaltige Wasserströme geeignet sein. Die Detektion des Überlaufes des feststoffhaltigen Prozesswassers zum Füllen der Kammer erfolgt mittels kapazitivem Näherungsschalter oder Infrarot-Lichtschranke. Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung erläutert, in der
Zur Produktion von Spülwasser wird bei der Aufbereitung von Stoffgemischen zunächst das Prozesswasser für Spülzwecke mittels einer Fest-Flüssig-Trennung prozessintern erzeugt. Insbesondere bei der Aufbereitung und Verwertung von organischen Abfällen ist das Erzeugen eines feststoffarmen Prozesswassers problematisch. Dies liegt daran, dass Suspensionen aus organischen Abfällen faserige als auch sehr feinkörnige schleimige Bestandteile mit einem geringen Dichteunterschied enthalten. Dies führt dazu, dass die Prozesswassergewinnung bei einem wirtschaftlichen Einsatz von Fällungs- und Flockungsmitteln ein Spülwasser mit einem erheblichen Gehalt an suspendierten Stoffen von 1 bis 10 g/l liefert. Auch eine zweistufige Entwässerung wie eine Kombination aus Dekanterzentrifuge mit Polymerdosierung und anschließender Feinsiebung des Zentrats z.B. mittels 250 µm Spaltsieb liegt die Konzentration der suspendierten Stoffe im Prozesswasser häufig im Bereich von 0,5 bis 4 g/l. Um eine gleichmäßige Spülwasserzufuhr zu erreichen, kann die Wahl des Stellgliedes in Abhängigkeit des Aufschlämmanteils im Prozesswasser dabei entscheidend sein. Dies ist vor allem auf ein zufälliges partielles Verlegen durch die im Prozesswasser suspendierten Stoffe im Stellglied zurückzuführen. Als geeignete Stellglieder haben sich Stellglieder aus Scheiben, die über eine Achse gegeneinander verstellt werden und deren gegenläufige Bewegung den freien Durchgang stufenlos verändert, Schlauchquetschventile, Kugelsektorventile oder Kugelhähne erwiesen. Aufgrund der bereits oben erwähnten erfinderseitig zu handhabenden Druckschwankungen in der Prozesswasserversorgung variiert der diesbezügliche Volumenstrom bei der Befüllung der Speicherkammer entsprechend. Dies hat zur Folge, dass entsprechende Zeitreserven für den Füllvorgang vorzusehen sind, um eine vollständige Befüllung der Kammer sicherzustellen. Diese Zeitreserven können zu einem unnötig großen Prozesswasservolumen führen, das aufbereitet und auf Druck gehalten werden muss. Um dies zu vermeiden, wird der Prozesswasserbedarf zum Füllen der Kammer in einer vorteilhaften Ausführung entweder mittels einer Füllstandsmessung in der Speicherkammer oder mittels Detektion des Prozesswasserüberlaufs aus der Speicherkammer minimiert. Bei einer anderen präferierten Ausführung wird die Zufuhr von Prozesswasser beim Befüllen der entleerten Speicherkammer durch eine Detektion des Überlaufes von Prozesswasser (7) aus der Kammer gesteuert. Zur Regelung des Spülwasserstromes werden die oben als geeignete Stellglieder genannten Elemente in bevorzugter Ausführung mit einem Durchflussmesser für das Spülwasser (8) kombiniert. Dieser Durchflussmesser muss für feststoffhaltige Wasserströme geeignet sein. Die Detektion des Überlaufes des feststoffhaltigen Prozesswassers (7) zum Füllen der Kammer kann mittels kapazitivem Näherungsschalter oder Infrarot-Lichtschranke erfolgen. Versuche, den Spülwasseraufstrom im Klassierrohr mittels eines Kugelhahnes zu steuern, brachten bereits befriedigende Ergebnisse. Die folgende Tabelle gibt die Entwicklung des Spülwasseraufstromes über den Versuchszeitraum wieder. Der Sollwert des Spülwasseraufstromes war 500 l/h. Dabei wurde die Korrektur der Stellung des Kugelhahnes nach Vorgabe manuell vorgenommen. Periodisch wurde der Kugelhahn kurzzeitig voll geöffnet, um Feststoffanlagerungen wegzuspülen. Kugelsektorventile sind jedoch für derartige Steuerungen von feststoffhaltigen Stoffströmen konstruktionsbedingt einem Kugelhahn noch überlegener, da die Dichtungen im Kugelsektorventil den abrasiven Schwerstoffen weniger ausgesetzt sind. Motorregelventile in Flachdrehschieber-Konstruktion im Drosselorgan ermöglichen eine lineare Durchflussänderung. In Verbindung mit einem Elektromotor stellen derartige Ventile einen proportional-regelnden Aktor dar, der auch bei feststoffhaltigem Prozesswasser einen konstanten Spülwasserstrom sicherstellt. Um auch bei Ausfall der Stromversorgung den Spülwasserstrom so konstant wie möglich zu halten, wird die Regelung so konzipiert, dass bei Spannungsausfall die zuvor eingenommene Ventilstellung erhalten bleibt. Versuche mit Wasser zum Regelverhalten der Aufstromregelung mittels Flachdrehschieber-Drosselorgan ergaben ein schnelles Einregeln beim Start des Systems und bei Änderungen des Sollwertes sowie ein gutes Regelverhalten für ein Ausregeln von Druckänderungen ( Allgemein ist ein Verlegen der Ventile durch suspendierte Stoffe nicht vollständig auszuschließen. Deshalb wird zur Beseitigung derartiger Verlegungen das Stellglied in einer vorteilhaften Ausführung gezielt kurzfristig vollkommen aufgefahren, damit sich mögliche Verlegungen vollständig ablösen. Diese kurzfristige Vollöffnung erfolgt zeitgesteuert und begünstigt das Einregeln eines konstanten Spülwasserstromes. Versuche mit Frischwasser als auch mit Prozesswasser ergaben, dass beim Befüllen der Kammer in deren Überlaufleitung der Phasenwechsel zwischen Entlüftungsluft und überströmender Flüssigkeit zuverlässig mittels kapazitivem Näherungsschalter oder Infrarot-Lichtschranke gemessen werden kann. |