DE3905227C1

DE3905227C1 - Heat exchangers for sewage sludge

Info

Publication number: DE3905227C1
Application number: DE19893905227
Authority: DE
Inventors: Leonhard Fuchs; Martin 5440 Mayen De Fuchs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-21
Filing date: 1989-02-21
Publication date: 1990-05-03
Anticipated expiration: 2009-02-22

Abstract

Heat exchangers for two roughly equally large batches of sewage sludge comprising two roughly same-sized stirrable adjoining chambers with feedlines and outlet lines separate from each other for the two sludge batches at different temperatures are characterised in that the heat exchangers are composed of two roughly concentrically or cylindrical chambers, the cylinder outer wall and, if appropriate, also the bottom and/or cover surfaces of the inner chamber are composed of a highly heat-conducting material and the inner chamber has a first mixing and/or circulation apparatus which, in operation, generates at the chamber wall a flow having a strong component in a vertical direction, the outer chamber has a second mixing and/or circulation apparatus which, in operation, generates at the inner chamber wall a flow having a strong component in a horizontal direction, the outer chamber being thermally insulated on all outer surfaces.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Wärmetau scher für zwei etwa gleich große Chargen Klärschlamm, bestehend aus zwei etwa gleich großen, rührbaren, an einandergrenzenden Kammern mit voneinander getrennten Zu- und Ableitungen für die zwei verschieden temperier ten Schlammchargen.The present invention relates to heat accumulation for two batches of sewage sludge of approximately the same size, consisting of two about the same size, stirrable mutually bordering chambers with separate Inlets and outlets for the two different temperature batches of sludge.

Moderne Verfahren zur Klärschlammbehandlung werden in zunehmendem Maße in mehreren Stufen durchgeführt, die in verschiedenen Temperaturbereichen arbeiten. Bei spielsweise soll in einer ersten thermophilen Stufe die Entseuchung des Klärschlammes erreicht werden, während die Stabilisierung hauptsächlich in der/den anschließen den, meist mesophilen Stufe(n) stattfindet. Im Ent seuchungsreaktor muß entsprechend der dort herrschenden Temperatur eine Mindestverweilzeit des Schlammes einge halten werden. Daher kann diese erste Stufe nur char genweise beschickt und entleert werden (vgl. "gwf-was ser/abwasser" 127 (1986), Seiten 442 bis 448).Modern processes for sewage sludge treatment are in increasingly carried out in several stages work in different temperature ranges. At for example, in a first thermophilic stage Decontamination of the sewage sludge can be achieved while connect the stabilization mainly in the / the the, mostly mesophilic stage (s) takes place. In Ent Disease reactor must correspond to that prevailing there Temperature a minimum residence time of the sludge will hold. Therefore, this first stage can only be char be loaded and emptied genetically (see "gwf-what ser / abwasser "127 (1986), pages 442 to 448).

Zugleich ist es aus wirtschaftlichen Gründen zweckmäßig, den eingedickten Rohschlamm durch Wärmetausch mit dem entseuchten Schlamm vorzuwärmen. Aus verfahrenstechni schen Gründen ist es außerdem erforderlich, den ent seuchten Schlamm auf eine Temperatur abzukühlen, die nur wenig über derjenigen im Faulraum liegt. Der Wärme tausch hat also zwischen zwei etwa gleich großen Char gen an Rohschlamm und entseuchtem Schlamm zu erfolgen.At the same time, for economic reasons, it is advisable the thickened raw sludge by heat exchange with the preheat the decontaminated mud. From procedural For technical reasons, the ent contaminated sludge to cool to a temperature that is only slightly above that in the lazy room. The warmth So exchange has between two char of about the same size on raw sludge and disinfected sludge.

Sollen übliche, kontinuierlich betriebene Wärmetauscher (zum Beispiel Doppelrohr-Wärmetauscher) verwendet wer den, so sind auf alle Fälle Vorlagebehälter erforder lich, die eine Charge an Rohschlamm bzw. entseuchtem Schlamm fassen können. Es sind auch chargenweise arbei tende Wärmetauschersysteme bekannt, bei denen die Wärme entweder direkt durch eine Trennwand oder mittelbar über ein Wärmemedium übertragen wird (vgl. "Klärschlamm behandlung", 62. Siedlungswasserwirtschaftliches Kollo quium (1987), Seiten 69 bis 97).Should be conventional, continuously operated heat exchangers (for example double tube heat exchanger) who used storage containers are required in all cases Lich, a batch of raw sludge or decontaminated Can catch mud. They are also worked in batches Tende heat exchanger systems known in which the heat either directly through a partition or indirectly is transferred via a heating medium (see "sewage sludge treatment ", 62nd Urban Water Management Collo quium (1987), pages 69 to 97).

Bei direkter Wärmeübertragung besteht immer die Gefahr, daß es zu Anbackungen an den Tauscherflächen oder gar zu Verstopfungen in Doppelrohrtauschern kommt. Anlagen mit zusätzlichem Wärmemedium sind hingegen vergleichs weise aufwendig und damit teuer und weisen außerdem einen niedrigeren Wirkungsgrad auf.With direct heat transfer there is always a risk that there is caking on the exchanger surfaces or even blockages occur in double tube exchangers. Investments with additional heat medium, however, are comparative wise complex and therefore expensive and also have lower efficiency.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher für zwei etwa gleich große Chargen Klär schlamm zu schaffen, der einfach und preisgünstig in der Herstellung ist, einen guten Wirkungsgrad aufweist und außerdem bei direkter Wärmeübertragung unanfällig gegen Anbackungen an den Tauscherflächen ist.The object of the present invention is therefore a Heat exchanger for two Klär batches of approximately the same size to create mud that is easy and inexpensive in the manufacture, has a good efficiency and also unaffected by direct heat transfer against caking on the exchanger surfaces.

Diese Aufgabe kann überraschend einfach und zuverlässig gelöst werden durch Wärmetauscher für zwei etwa gleich große Chargen Klärschlamm, bestehend aus zwei etwa gleich großen, rührbaren, aneinandergrenzenden Kammern mit voneinander getrennten Zu- und Ableitungen für die zwei verschieden temperierten Schlammchargen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher aus zwei etwa konzentrischen, zylinderförmigen Kammern bestehen, die Zylinderaußenwand und gegebenenfalls auch die Boden- und/oder Deckelflächen der inneren Kammer aus gut wär meleitendem Material bestehen und die innere Kammer eine erste Misch- und/oder Umwälzvorrichtung aufweist, die im Betrieb an der Kammerwand eine Strömung mit starker Komponente in vertikaler Richtung erzeugt, die äußere Kammer eine zweite Misch- und/oder Umwälzvor richtung aufweist, welche im Betrieb an der inneren Kammerwand eine Strömung mit starker Komponente in ho rizontaler Richtung erzeugt, wobei die äußere Kammer an allen Außenflächen wärmeisoliert ist.This task can be surprisingly simple and reliable be solved by heat exchangers for two about the same large batches of sewage sludge consisting of approximately two equally large, stirrable, adjoining chambers with separate feed and discharge lines for the two different temperature-controlled sludge batches characterized in that the heat exchanger consists of approximately two concentric, cylindrical chambers exist that Outer cylinder wall and possibly also the bottom and / or cover surfaces of the inner chamber would be good conductive material and the inner chamber has a first mixing and / or circulating device, which in operation have a flow on the chamber wall strong component in the vertical direction outer chamber a second mixing and / or circulation has direction, which in operation on the inner Chamber wall a flow with strong components in ho horizontal direction, with the outer chamber attached all exterior surfaces are thermally insulated.

Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher so ausgestaltet, daß die erste Misch- und/oder Umwälzvor richtung eine Umwälzpumpe oder ein Rührwerk ist und die zweite Misch- und/oder Umwälzvorrichtung aus einer tan gentialen Zuleitung und einer hierzu höhenmäßig ver setzten tangentialen Ableitung besteht, welche durch eine Rohrleitung und eine Umwälzpumpe miteinander ver bunden sind.The heat exchanger according to the invention is preferably so designed that the first mixing and / or circulation direction is a circulation pump or an agitator and the second mixing and / or circulating device from a tan potential supply line and a ver set tangential derivation, which by ver a pipe and a circulation pump together are bound.

In dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher findet der Wär meübergang somit an der Zylinderwand der inneren Kammer statt, die aus gut wärmeleitendem Material wie Stahl, Buntmetall oder Aluminium besteht. Zur Vergrößerung der Austauscherfläche kann der Wärmetauscher auch so ausge staltet werden, daß zusätzlich die Boden- und/oder Deckelflächen der inneren Kammer aus gut wärmeleitendem Material ausgebildet sind und von außen mit dem Schlamm der außeren Kammer umspült werden. Dieser Gewinn an zusätzlicher Austauscherfläche führt jedoch zu einer aufwendigeren Konstruktion und dem Risiko, daß es in diesen Teilen des äußeren Zylinders zu unerwünschten Ablagerungen oder Anbackungen kommt, da hier die Um wälzung weniger effizient ist. Konstruktionsmäßig ein facher ist daher eine Ausführungsform, bei der die Bo den- und Deckelflächen der inneren Kammer ebenfalls wärmeisoliert sind, so wie alle Außenflächen der äuße ren Kammer.The heat takes place in the heat exchanger according to the invention thus transition on the cylinder wall of the inner chamber instead, made of good heat-conducting material like steel, Non-ferrous metal or aluminum. To enlarge the The heat exchanger can also be used as the exchanger surface be designed that additionally the floor and / or Cover surfaces of the inner chamber made of good heat-conducting Material are formed and from the outside with the mud be washed around the outer chamber. This profit additional exchange surface leads to a complex construction and the risk that it in these parts of the outer cylinder to undesirable Deposits or caking comes because here the order is less efficient. Constructionally a facher is therefore an embodiment in which the Bo the and lid surfaces of the inner chamber also are heat insulated, as are all outer surfaces of the exterior chamber.

Als Rührwerke oder Umwälzpumpen für die innere Kammer kommen beispielsweise Wendelmischer in Frage, wie sie unter anderem von der Firma Fuchs Gas- und Wassertech nik GmbH, Mayen, hergestellt und angeboten werden. Die se Wendelmischer erzeugen eine Strömung mit starker Komponente in vertikaler Richtung. Sie können im Zen trum der inneren Kammer angebracht werden.As agitators or circulation pumps for the inner chamber spiral mixers, for example, can be used, such as among others from the company Fuchs Gas- und Wassertech nik GmbH, Mayen, are manufactured and offered. The These spiral mixers generate a strong flow Component in the vertical direction. You can in Zen of the inner chamber.

Die äußere Kammer weist vorzugsweise eine etwa tangen tiale Zuleitung und eine hierzu höhenmäßig versetzte tangentiale Ableitung auf, welche durch eine Rohrlei tung und eine Umwälzpumpe miteinander verbunden sind. Beim Anschalten der Umwälzpumpe wird eine überwiegend horizontale Strömung erzeugt, die spiralförmig von der tangentialen Zuleitung zur tangentialen Ableitung führt. Diese Zu- und Ableitung kann gegebenenfalls auch zum Befüllen und Entleeren der äußeren Kammer verwendet werden. Gewünschtenfalls kann dies aber auch durch se parate Zuführungen und Ableitungen geschehen. Rührzeit und Rührintensität können leicht geregelt werden und von der gemessenen Temperatur der beiden Schlammchargen abhängig gemacht werden.The outer chamber preferably has an approximately tang tial supply line and a height offset tangential derivation, which by a Rohrlei device and a circulation pump are connected. When the circulation pump is switched on, one becomes predominant horizontal flow that is spiraling from the tangential lead for tangential derivation leads. This feed and discharge can also if necessary used to fill and empty the outer chamber will. If desired, this can also be done by se separate additions and derivations happen. Stirring time and stirring intensity can be easily regulated and from the measured temperature of the two batches of sludge be made dependent.

Die erfindungsgemäßen Wärmetauscher gewährleisten eine saubere Trennung der beiden Schlammchargen, so daß es keinesfalls zu einer Re-infektion von entseuchtem Schlamm kommen kann.The heat exchangers according to the invention ensure a clean separation of the two batches of sludge so that it by no means to re-infection of disinfected Mud can come.

Dadurch, daß erfindungsgemäß sowohl die innere als auch die äußere Kammer rührbar ausgestaltet sind, findet an der Zylinderwand der inneren Kammer ein sehr zuverläs siger und kontrollierbarer Wärmetausch statt. Durch die starke Komponente der Strömung in vertikaler Richtung in der inneren Kammer und die starke Komponente in ho rizontaler Richtung auf der anderen Seite der Zylinder wand wird für optimale Temperaturdifferenzen an der Zylinderwand gesorgt. Gleichzeitig sorgen diese Strö mungen für ein einwandfreies Aufwirbeln von Feststoffen und die Entfernung von Anbackungen an der Tauscher fläche.The fact that according to the invention both the inner and the outer chamber is designed to be stirrable the cylinder wall of the inner chamber is very reliable heat exchange and controllable instead. Through the strong component of the flow in the vertical direction in the inner chamber and the strong component in ho horizontal direction on the other side of the cylinder wall for optimal temperature differences on the Cylinder wall worried. At the same time, these currents provide measures for a perfect whirling up of solids and the removal of caking on the exchanger area.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscher weist in beiden Kammern Meßvorrichtungen für die Temperatur auf sowie Vorrichtungen, die auf grund der gemessenen Temperaturwerte Laufzeiten und/oder Laufintensitäten der Rührwerke und Umwälzpumpen regeln. Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, eine Vor richtung anzubringen, welche die Beschickung und Ent leerung der Kammern sowie gegebenenfalls die Laufzeiten der Rührwerke und Umwälzpumpen über ein Zeitprogramm steuert. Ein derartiger Wärmetauscher kann somit zu einem optimal integrierten Bestandteil einer automa tisch geregelten Gesamtanlage gemacht werden. Aufgrund des optimalen Wärmetausches einerseits und der automa tisch geregelten Laufzeiten und/oder Laufintensitäten der Rührwerke andererseits arbeitet ein derartiges Sy stem außerordentlich energiesparend und kostengünstig.A preferred embodiment of the invention The heat exchanger has measuring devices in both chambers for the temperature on as well as devices that on based on the measured temperature values, run times and / or Control the running intensities of the agitators and circulation pumps. Furthermore, it is advantageous according to the invention to have a front direction, which the loading and ent emptying of the chambers and, if necessary, the running times the agitators and circulation pumps via a time program controls. Such a heat exchanger can thus an optimally integrated part of an automa table-regulated overall system. Because of the optimal heat exchange on the one hand and the automa table-regulated runtimes and / or run intensities the agitators, on the other hand, operate such a system extremely energy-saving and inexpensive.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The following is an embodiment of the invention explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Wärmetauschers, teilwei se geschnitten, und Fig. 1 is a side view of the heat exchanger, partially cut se, and

Fig. 2 eine Draufsicht des Wärmetauschers nach Fig. 1. FIG. 2 shows a top view of the heat exchanger according to FIG. 1.

Der Wärmetauscher weist einen aufrecht stehenden, zy lindrischen Behälter 10 auf, der durch eine koaxial in ihm angeordnete zylindrische Kammerwand 11 in eine innere Kammer 12 und eine ringförmige äußere Kammer 13 unterteilt ist. Beide Kammern 12 und 13 haben annähernd gleiches Volumen.The heat exchanger has an upright, zy-cylindrical container 10 which is divided into an inner chamber 12 and an annular outer chamber 13 by a cylindrical chamber wall 11 arranged coaxially therein. Both chambers 12 and 13 have approximately the same volume.

Die äußere Kammer 13 weist am unteren Ende einen An schlußstutzen 15 auf, und die innere Kammer 12 weist am unteren Ende einen Anschlußstutzen 16 auf. Die Anschluß stutzen 15 und 16 dienen zum Befüllen und Entleeren der jeweiligen Kammern mit den Klärschlammchargen.The outer chamber 13 has a connection piece 15 at the lower end, and the inner chamber 12 has a connection piece 16 at the lower end. The connecting piece 15 and 16 are used for filling and emptying the respective chambers with the sewage sludge batches.

Die Kammern sind gegeneinander und gegen die Umgebung abgedichtet. In dem Deckel 17, der die oberen Enden der Kammern 12, 13 verschließt, ist ein zentraler Stutzen 18 vorgesehen, durch den die Welle 19 der ersten Misch- und Umwälzvorrichtung 20 in die innere Kammer 12 hinein ragt. Diese Misch- und Umwälzvorrichtung ist ein Rühr werk, dessen Welle 19 von einem Motor 21 angetrieben und am unteren Ende einen Propeller 22 trägt, der etwa auf halber Höhe der inneren Kammer 12 angeordnet ist. Der Propeller 22 erzeugt bei Rotation im Inneren der Kammer 12 eine rotierende Strömung mit starker verti kaler Komponente, was in Fig. 1 durch die eingezeich neten Pfeile angedeutet ist. Der Propeller 22 treibt den Schlamm zunächst nach unten. Der rotierende Schlamm wird an der Bodenwand des Behälters 10 nach oben umge lenkt und steigt unter Fortsetzung der Rotation an der Innenseite der Kammerwand 11 entlang auf.The chambers are sealed against each other and against the environment. In the cover 17 , which closes the upper ends of the chambers 12 , 13 , a central connecting piece 18 is provided, through which the shaft 19 of the first mixing and circulating device 20 projects into the inner chamber 12 . This mixing and circulating device is an agitator, the shaft 19 driven by a motor 21 and carries a propeller 22 at the lower end, which is arranged approximately halfway up the inner chamber 12 . The propeller 22 generates a rotating flow with a strong verti cal component when rotating inside the chamber 12 , which is indicated in Fig. 1 by the arrows indicated. The propeller 22 initially drives the mud down. The rotating sludge is deflected upwards on the bottom wall of the container 10 and rises along the inside of the chamber wall 11 while continuing the rotation.

Die äußere Kammer 13 weist in der Nähe des oberen Endes einen tangentialen Auslaß 23 und in der Nähe des unte ren Endes einen tangentialen Einlaß 24 auf. Eine Rohr leitung 25, die eine Pumpe 26 enthält, verbindet den Auslaß 23 mit dem Einlaß 24. Die Pumpe 26 treibt den aus der Kammer 13 abgesaugten Schlamm wieder in die selbe Kammer hinein, so daß in der Kammer 13 eine ring förmige Strömung erzeugt und aufrechterhalten wird. The outer chamber 13 has a tangential outlet 23 near the upper end and a tangential inlet 24 near the lower end. A pipe line 25 , which contains a pump 26 , connects the outlet 23 to the inlet 24th The pump 26 drives the sludge extracted from the chamber 13 back into the same chamber, so that an annular flow is generated and maintained in the chamber 13 .

Anstelle der mit der Pumpe 26 versehenen externen Rohr leitung 25 kann eine Misch- und/oder Umwälzvorrichtung auch im Inneren der Kammer 13 angeordnet sein.Instead of the external pipe 25 provided with the pump 26 , a mixing and / or circulating device can also be arranged inside the chamber 13 .

Am Deckel 17 sind Stutzen 27 und 28 vorgesehen, um Thermometer in die Kammern 12 und 13 einführen zu kön nen. Ferner ist der Behälter 10 mit einem isolierenden Außenmantel 29 und einer Blechverkleidung umgeben.On the cover 17 connecting pieces 27 and 28 are provided in order to insert thermometers into the chambers 12 and 13 . Furthermore, the container 10 is surrounded by an insulating outer jacket 29 and a sheet metal cladding.

Beim Betrieb des Wärmetauschers werden beide Kammern 12 und 13 chargenweise mit Schlamm beladen. Die Inhalte beider Kammern werden durch Einschalten der Misch- und Umwälzvorrichtung 20 und der Pumpe 26 in Bewegung ge setzt, so daß sie ständig an der gut wärmeleitenden Kammerwand 11 entlangstreichen und ein Wärmeaustausch zwischen beiden Schlammflüssigkeiten stattfindet.During operation of the heat exchanger, both chambers 12 and 13 are loaded with sludge in batches. The contents of both chambers are set by switching on the mixing and circulating device 20 and the pump 26 in motion so that they constantly sweep along the heat-conducting chamber wall 11 and a heat exchange takes place between the two sludge liquids.

Claims

1. Heat exchanger for two batches of sewage sludge of approximately the same size, consisting of two approximately the same size, stirrable, adjoining chambers with separate feed and discharge lines for the two batches of slurry at different temperatures, characterized in that the heat exchanger consists of two concentric, cylindrical chambers exist, the cylinder outer wall and optionally also the bottom and / or cover surfaces of the inner chamber consist of good heat-conducting material and the inner chamber has a first mixing and / or circulating device, which has a flow during operation on the chamber wall generated strong component in the vertical direction, the outer chamber has a second mixing and / or circulation device, which che generates a flow with strong component in the horizontal direction in operation on the inner chamber wall, the outer chamber being thermally insulated on all outer surfaces.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the first mixing and / or circulating device Circulation pump or an agitator and the second mixing and / or circulating device from a tangential zu line and a vertical offset to this tial derivation, which is through a pipeline and a circulation pump are connected to each other.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized records that both chambers measuring devices for the Temperature and have a device that due the measured temperature values run times and / or run intensities of the mixing and / or circulating devices regulates.

4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, there characterized in that it has a device zen, the loading and emptying of the chambers and, if appropriate, the terms of the mixing and / or Circulating devices controls via a time program.