Válcová sušička – všeobecné podmínky použití

Diskové termální sušení se již desítky let osvědčuje při částečném i úplném sušení kalů. Diskové termální sušení a využití odpadního tepla vyžaduje dodržení určitých základních podmínek.

Diskové termální sušení pochází z roku 1960 a bylo původně vyvinuto pro sušení rybí moučky. V 1970. a 1980. letech našel tento kontaktní sušicí systém novou oblast použití v oblasti sušení kalů na velkých čistírnách odpadních vod nebo monospalovacích zařízeních s fluidním ložem. Diskové termální sušení se v praxi osvědčilo již více než 40 let. Obvyklé kapacity odpařování vody na jednotku jsou v rozsahu 2 000 až 6 000 kg/h.

Válcová sušička se skládá z vyhřívaného rotoru vybaveného dutými kotouči, který se otáčí v krytu. Patří do kategorie nepřímých kontaktních sušiček. Sušený materiál se dotýká vyhřívaných kotoučů, zahřívá se a suší. Pro zvýšení výkonu může být kryt navíc vybaven vyhřívaným dvojitým pláštěm. Topným médiem je obvykle nasycená pára v rozsahu tlaku 6 až 10 bar(a) a teplot 158 až 180 °C a tepelný olej v rozsahu teplot 180 až 220 °C. Pro efektivní využití kontaktní topné plochy je použití nasycené páry výhodnější než přehřáté páry. Pokles tlaku v řízení tlaku páry by měl být udržován co nejnižší, aby byl maximalizován efektivní rozdíl tlaku parní turbíny pro výrobu energie.

Kal je přiváděn na jednom konci sušičky pomocí šneku nebo čerpadla na hustý kal a prochází sušičkou. V důsledku otáčení kotoučů se kal míchá a dále přepravuje pomocí dopravních prvků připojených k periferiím kotoučů. Vysušený kal je vypouštěn přes šnek namontovaný v pravém úhlu k vypouštěcímu konci sušičky. Mezi kotouče jsou namontovány pevné škrabky, které zabraňují přilnutí kalu k kotoučům. Otáčky rotoru se pohybují od 8 do 11 otáček za minutu v závislosti na průměru kotouče. Obr. 2 a 3 ukazují pohled a vnitřní konstrukci HUBER Válcová sušička RotaDry®.

Kotouče jsou zpravidla vyrobeny z nerezové oceli 1,4307 nebo v případě zvýšeného rizika koroze z nerezové oceli 1,4571. Pokud se očekává zvýšené opotřebení kvůli speciálnímu obsahu kalu, jako je písek nebo krystaly fosforečnanu hořečnatého a amonného, mohou být lamely volitelně provedeny z duplexní oceli.

Částečné sušení

Válcová sušička se používá zejména k částečnému sušení kalu pro samostatné monospalování fluidního lože. Přitom musí být energetický obsah částečně vysušeného kalu upraven na cca 4 000 až 4 200 kJ/kg původní látky, přičemž se předpokládá předehřátí spalovacího vzduchu. V závislosti na druhu kalu a jeho stupni stabilizace to znamená sušení na obsah suchých zbytků (DR) ~ 35 až 45 %. V každém případě musí sušina částečně vysušených kalů zůstat pod kritickou hladinou suchých zbytků, která je charakterizována fází lepidla v rozsahu sušiny 40 až 60 %. Kal se stává lepkavým, pastovitým a obtížně se přepravuje. U slabě stabilizovaného kalu začíná fáze v rozsahu 40 až 45 % TR, u dobře stabilizovaného kalu je fáze lepidla dosažena až nad 45 až 50 % TR.

Částečně vysušený kal je poté dopraven do spalovny, rozdrcen a přiváděn do fluidního lože spalovny přes podávací kolo nebo parní trysky. Válcová sušička se v monospalovacích zařízeních používá z důvodu redundance obvykle paralelně se dvěma kotoučovými sušičkami. V tomto případě je každá sušička navržena tak, aby zvládla přibližně 50 % celkového objemu odpařování vody. V extrémních případech však musí být jedna sušička schopna zvládnout až 70 % celkové sušicí kapacity i při zvýšení tlaku páry, aby bylo udrženo spalování v provozu s částečným zatížením. Z důvodu redundance je každá sušička vybavena vlastním podávacím systémem kalu.

V důsledku nařízení AbfallKlärV, které bylo přijato koncem roku 2017, se plánuje a realizuje stále více projektů pro částečné sušení a monospalování kalů z odpadních vod. Hospodárný provoz s odpovídající velikostí monospalovacího zařízení lze snadněji realizovat dodávkou a přijetím cizích kalů z regionu. To má určité důsledky pro provoz zařízení.

Na jedné straně je třeba vzít v úvahu problém cizorodých těles. Časté překládkové procesy během přepravy kalu zvyšují riziko, že se do kalu smísí cizí tělesa, jako jsou kameny, kovové nebo dřevěné díly, a mohou případně způsobit ucpání nebo poškození zařízení. V případě potřeby musí být v přepravním potrubí kalu zajištěno odlučování cizích látek ve formě dvouhřídelového válečkového separátoru nebo síta na nečistoty.

Na druhou stranu je do závodů dodáván odvodněný kal s nejrůznějšími suchými zbytky a vlastnostmi. Při sušení a spalování ve velkých čistírnách odpadních vod s převážně vlastním kalem se vlastnosti kalu mezi letním a zimním provozem mění pouze v omezené míře. Při vysokém podílu cizího kalu je provoz zařízení na monospalování kalu výrazně ztížen, protože průchodnost odvodněného kalu musí být často upravena v závislosti na obsahu sušiny v kalu na vstupu do sušičky.

Každé sušicí zařízení je navrženo pro kapacitu odpařování vody a ne pro průtok kalu. Nižší obsah sušiny v odvodněném kalu způsobuje snížení průchodnosti při stejné rychlosti odpařování vody a naopak. V této souvislosti je výhodné, aby se provozovatel mohl spolehnout na měření sušiny odvodněného kalu a částečně vysoušeného kalu. Válcová sušička by měla být plně automatická, aby se ulehčilo práci obsluhy. Tím se také zlepšuje interakce s následným spalováním, které vyžaduje částečně vysušený kal s co nejkonstantnější výhřevností pro dlouhodobě stabilní provoz.

Diskové termální sušení zajišťuje spalováním částečně vysušených kalů dostatečnou tepelnou energii ve formě páry. Od tepelné kapacity spalovny přibližně 3 MW může být využití parní turbíny pro výrobu elektřiny také ekonomické.

Úplné vysušení

Válcová sušička pro úplné sušení na více než 90 % sušiny byla v roce 1990 instalována ve větších čistírnách odpadních vod bez vlastního spalování. V tomto případě se však musí část sušeného materiálu přimíchat zpět do odvodněného kalu, aby se zabránilo průchodu kritickou fází lepidla v sušičce. Díky tomu má smíšený kal suchý zbytek 60 až 65 % a může být sušičkou přepravován bez mechanických problémů a sušen obvyklým způsobem. Kvůli nedostatku odpadního tepla se však musí primární energie ve formě oleje nebo plynu často využívat k výrobě páry nebo k ohřevu tepelného oleje. V případě úplného vysušení musí být mezi sušičku a kondenzační stupeň připojen odlučovač prachu, jinak hrozí nebezpečí zablokování kondenzátoru a kondenzátor musí být v každém případě častěji čištěn.

Kondenzace par

Kondenzace výparů obsahujících vodní páru se provádí buď přímo vstřikováním parního kondenzátu, nebo nepřímo přes trubkový výměník tepla. Existuje také možnost vícestupňové kondenzace, při které lze například v prvním stupni předehřát řídký kal a použít ho ke zvýšení stupně odvodnění vnitřního kalu. Druhý případ nepřímé výměny tepla má velkou výhodu, že odpadní teplo lze využít při vyšší teplotě až 90 °C, např. pro externí místní dodávku tepla.

Přenos tepla během kondenzace par je výrazně ovlivněn podílem unikajícího vzduchu v parách. Čím nižší je průtok unikajícího vzduchu, tím účinnější je kondenzace. Nekondenzovatelné části proudu páry se zpravidla používají jako sekundární spalovací vzduch při částečném sušení s následným spalováním fluidního lůžka kvůli vysoké zápachové zátěži.

Páry kondenzátu jsou znečištěny amoniakem a látkami obsahujícími KOD, jako jsou tuky, bílé oleje nebo organické kyseliny, a musí být před nepřímým vypuštěním do kanalizace ošetřeny.