Armaturen für sichere Prozesse So geht moderne Klärschlammverwertung

In der zentralen Verbrennungsanlage in Mühlhausen werden aktuell täglich über 150 t getrockneter Klärschlamm thermisch verwertet. Dabei kommt der Schlamm nicht nur aus den Werken der Landeshauptstadt. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Verbrennungslösungen nimmt das Hauptklärwerk auch die Schlämme von Klärbetrieben aus der Region an.

Bevor Klärschlamm jedoch verbrannt werden kann, wird dem Gemisch aus Flüssig- und Feststoffen in mehreren Schritten die Feuchtigkeit entzogen. Zentrifugen konzentrieren den Klärschlamm zunächst auf 25 Prozent Trockensubstanz, die anschließenden dampfbeheizten Scheibentrockner sogar auf 45 Prozent. In dieser Konzentration ist der Klärschlamm dann bereit zur Verbrennung. Als Nebenerzeugnis des Trocknungsprozesses entsteht der sogenannte Brüden, ein Stoffgemisch aus Gasen und wasserdampfgesättigter Luft, die flüssige und gasförmige Verunreinigungen enthalten. Im Rahmen eines wirtschaftlichen Klärbetriebs kann der Brüdendampf als Energiequelle zur Eigenversorgung im Wärmenetz des Werks genutzt werden.

Brüdenkondensation optimieren

Die zunehmenden Mengen an Klärschlamm bringen viele Betreiber von Verbrennungs- und Trocknungsanlagen an ihre Kapazitätsgrenzen. Es kann zu Schwierigkeiten in den Trocknungsprozessen und zu starker Geruchsbelästigung kommen. Technische Erweiterungen und Umbauten sind notwendig, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.

Im Fall des Klärwerks Mühlhausen wurden die Kapazitäten der Fremdschlammannahme aufgrund der steigenden Nachfrage in einem Investitionsprojekt beschlossen und umgesetzt. In diesem Zusammenhang war die Optimierung der Brüdenkondensation als Teil der Trocknungsprozesse ein wichtiges Ziel. Die Anlagenertüchtigung sollte das Entwässerungsergebnis der Zentrifugen verbessern, die Geruchsbelästigung für Anlieger reduzieren und die Wärmerückgewinnung in das Nahwärmenetz optimieren.

Bei der zweistufigen Brüdenkondensation wurde die erste Stufe von der direkten Erwärmung des Klärschlamms auf die Wärmerückgewinnung im Nahwärmenetz umgebaut. Die Energie des mit etwa 90 bis 100 °C anfallenden Brüdendampfes wird über Wärmetauscher in das bestehende Nahwärmenetz eingespeist. Dieses Netz wird für Prozesswärme und zur Gebäudeheizung eingesetzt. In der zweiten Stufe wird der Brüden mit Kondensat weiter gekühlt und ausgewaschen, um die Geruchsbelästigung zu minimieren.

Gegen Temperatur und Stromausfälle geschützt

Armaturen, die in den Prozessen rund um die Klärschlammtrocknung zum Einsatz kommen, müssen nicht nur hohen Betriebstemperaturen standhalten. Es ist auch wichtig, dass die Körper- und Dichtwerkstoffe eine hohe Beständigkeit gegenüber der im Brüdendampf enthaltenen Stoffe aufweisen: Die Verunreinigungen im Brüden können je nach chemischer Zusammensetzung des Klärschlamms schwanken und weisen unterschiedlich aggressive Eigenschaften auf. Die im Medium enthaltenen Säuren und Laugen greifen die Dichtung der Absperrklappen an, wenn die Manschette aus ungeeigneten Werkstoffen gefertigt ist.

So ist im Umgang mit Brüdendampf beispielsweise der Einsatz von Elastomer-Dichtungen wie NBR (Nitrile Butadiene Rubber; kurz: Nitrilkautschuk) und EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) nachteilig, denn die Einwirkung von hohen Temperaturen und chemisch aggressiven Medien beschleunigt die Gummialterung und führt zu sichtbaren und messbaren Veränderungen. Es kann zu Verhärtungen, Rissbildung oder zu einer klebrigeren Gummierung kommen. Der Rückgang der elastischen Eigenschaften der Manschette führt zum Verlust der Dichtfunktion der Absperrklappe. Besser geeignet ist eine Kombination von Fluor-Kunststoffen und Elastomeren. Eine PTFE-(Polytetrafluorethylen)-Manschette schützt den elastischen Backliner vor hohen Temperaturen und aggressiven Medien.

Unter Berücksichtigung dieser Betriebsparameter haben sich die Verantwortlichen im Klärwerk Mühlhausen bei der Anlagetechnik für die Gemü-Absperrklappen der Baureihe 490 mit PTFE-Manschette entschieden. Selbst Anlagenstörungen, bei denen Temperaturen von über 100 °C entstehen können, schaden den Armaturen nicht: Die Manschetten sind widerstandsfähig gegen die im Brüden enthaltenen Inhaltsstoffe. Für höchste Sicherheit wurde darüber hinaus im Bereich der Trockner eine elektrisch betriebene Absperrklappe mit Federkraft-Funktion installiert. Bei Stromausfall öffnet sich diese selbstständig. Auf diese Weise wird im Störungsfall vermieden, dass Dampf in den Scheibentrocknern durch die Restwärme Druck aufbaut und Schäden an Apparaten und Rohrleitungen verursacht.