-
Die Verwertung feuchter förderfähiger Massen, wie Kompost, Restmüllfraktionen, Recyclingmaterial, Biomasse, Siebunterlauf oder Klärschlamm, Sägemehl und insbesondere Gärreste, erfordert in der Regel eine vorgeschaltete Trocknung, z. B. mittels Heißgasen. Die Nutzung von Abfallwärme, wie Warmluft, Rauchgase oder sonstiger gasförmiger Enthalpieströme als Heißgase zur Trocknung, ist an sich bekannt.
-
Zum Stand der Technik für das Trocknen feuchter förderfähiger Massen zählt man sowohl Trommeltrockner wie auch Bandtrockner. Sie bringen die Warmluft direkt mit dem zu trocknenden Gut in Verbindung. Hier erfolgt eine Vermischung mit den beim Trocknen bzw. Verdampfen von Wasser entstehenden Brüden. Brüden sind Gasgemische, die beim ein- oder mehrstufigen Destillieren von Flüssigkeitsgemischen, Verdampfen, Entgasen oder Trocknen entstehen.
-
Die Warmluft treibt Brüden aus und bildet hierbei mit diesen ein Gemisch. Dieser Vorgang führt zu großen, häufig mit Staub und Geruchsstoffen belasteten Abgasströmen, die aufwendig und teuer zu reinigen sind und deren Energiegehalt und Wertstoffe, wie z. B. Dünger, zudem nur schwierig zurückgewinnbar sind. Oft werden die Brüden über Dach abgeführt und müssen zur Vermeidung einer Belastung der Umwelt gemäß geltenden Bestimmungen vorab gereinigt werden.
-
Die zu trocknenden Gärreste gelangen nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren in der Regel direkt mit relativ großen niedertemperaturigen Warmluftströmen zusammen. Die Warmluft beheizt dabei das zu trocknende Produkt, kühlt sich dabei ab und vermischt sich mit dem dadurch erzeugten Wasserdampf, wobei der Wasserdampf in der Regel nur ein Hundertstel des Gesamtmassenstromes ausmacht. Dieser Gesamtstrom trägt in der Regel Feinstoffe, Geruchsstoffe, Düngerpartikel und die Verdampfungswärme mit großen Luftmengen nach draußen in die Atmosphäre. Grobstoffe werden in der Regel durch einen entsprechend ausgelegten Zyklon abgeschieden. Hier kommt es oft zu Störungen, insbesondere wenn der Taupunkt unterschritten wird, kommt es zu Anbackungen im Zyklon und der Staub baut sich auf, das System fährt sich zu. Wenn der Input sich verändert, z. B. dessen Rheologie bzw. Morphologie, dann ändern sich die Abscheideverhältnisse im Zyklon. Davon unabhängig gelangen Feinstaub, Geruchsstoffe und insbesondere wertvolle Düngerelemente in die Umwelt und auch die Energie der Brüden in der Form als Verdampfungs- bzw. Kondensationsenthalpie bleibt ungenutzt und gelangt als Wärme in die Umwelt, was hier der Aufgabenstellung entspricht und in Zukunft zu vermeiden ist.
-
Zusammenfassend zeigen viele Anlagen nach dem Stand der Technik folgende 5 Nachteile:
- • hohe Investitionskosten des Gesamtsystems, denn es müssen aufgrund der Direktbeheizung und den somit hohen Luftmassenströmen bei geringer Temperatur große Austauschflächen zur Verfügung gestellt werden, dazu addieren sich die hohen Investitionskosten für die Abluftreinigung,
- • hohe Betriebskosten durch hohen Eigenstromanteil (Gebläseleistung) und aufwendige Abluftreinigungssysteme (Wäscherleistung),
- • hohe Düngerverluste und große Umweltbelastungen durch Dünger, z. B. Stickstoffemissionen,
- • keine Energierückgewinnung,
- • hoher Feinstaubanteil in den Brüden (durch rel. hohe Strömungsgeschwindigkeiten),
- • keine direkte Nutzungsmöglichkeit von heißen Rauchgasen (oft gesättigt),
- • kein modularer Aufbau,
- • unflexible Leistungserweiterung.
-
Aus der
DD 288 663 A5 ist eine zur Wärmeübertragung geeignete indirekt beheizte Förderschnecke für feuchte förderfähige Massen bekannt, welche zur Beheizung und zur Kühlung eingesetzt werden kann. Die Beheizung kann mit Dampf durchgeführt werden. Die Beheizung mit Rauchgas wird nicht beschrieben. Auch wird der Dampf nur durch den Hohlraum der Schneckenwelle geleitet wird, die nicht als Doppelmantel ausgeführt ist. Aus der
DD 288 663 A5 ist nicht ersichtlich wie die eigentliche Trocknung in der Förderschnecke erfolgt, insbesondere ist kein Brüdendom vorgesehen.
-
In ähnlicher Weise offenbart die
DD 22 554 A5 eine Vorrichtung zum Trocknen von breiigem Gut, insbesondere des Kalkscheideschlammes von Drehtrommelfiltern, zum Erzeugen eines streufähigen, kalkhaltigen Düngemittels für die Landwirtschaft, die einen beheizten Trog ausgestaltet als Doppelmantel und eine darin angeordnete beheizte hohle Hohlschnecke aufweist. Die Beheizung erfolgt jeweils mit Dampf. Eine Dampftemperatur ist nicht angeben. Diese kann jedoch aufgrund der Angabe „niedrig gespannt” 250°C nicht überschreiten und ist realistisch bei deutlich unter 200° anzusiedeln.
-
Aus der
DE 73 09 021 U und
DE 23 41 331 A1 sind Kontakttrockner bekannt, welche zur Trocknung von anorganischen Stoffen, insbesondere Gips und Kalkstein, vorgesehen sind, die mittels Rauchgasen im Mantel und in der Seele beheizt werden, wobei das Gauchgas im Mantel im Gegenstrom und in der Seele im Gleichstrom zum Fördergut geführt wird. Diese Vorrichtungen sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie direkt durch Brenner beheizt werden, so dass an den Wärme übertragenden Flächen lokal sehr hohe Temperaturen und in der Folge zu einer extrem unterschiedlichen Beheizung der zu trocknenden Massen durch die innere und die äußere Beheizung auftreten.
-
Auch weisen die
DE 73 09 021 U und
DE 23 41 331 A1 keinen Brüdendom auf, um wasserdampfhaltige Gase unmittelbar aus der Vorrichtung abzuführen. Ebenso ist die Seele der Schnecken bzw. Drehrohrwelle nicht mit einem Doppelmantel ausgeführt.
-
Aufgabe des erfindungsgemäßen Trockners ist es, feuchte förderfähige Massen, wie Schlämme oder Schüttgut, entlang eines Weges zu fördern, umzuwälzen, zu mischen und hierbei zu trocknen, wobei Heißgase zum Einsatz gelangen sollen, die mit dem Trockengut nicht unmittelbar in Kontakt kommen sollen, andererseits aber große Kontaktflächen für den Wärmeaustausch und Verweilzeiten gewährleistet sein sollen. Als Heißgas soll die Primärabwärme von Wärme-Kraftmaschinen einsetzbar sein, wie sie z. B. bei der Nutzung der Primärabwärme von BHKWs (Blockheizkraftwerk) und insbesondere ölgekühlter heißlaufender Wärme-Kraftmaschinen, aber auch bei indirekt beheizten Vergasern oder auch Turbinen entsteht. Der Trockner soll zur Trocknung von Biomassen und insbesondere Gärresten einsetzbar sein, diese können nach Trocknung zur Energiegewinnung, z. B. Vergasung, oder auch als Dünger eingesetzt werden.
-
Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche beschrieben. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.
-
Der erfindungsgemäße Trockner ist umweltfreundlich und kann insbesondere zur Trocknung von Gärresten in Verbindung mit BHKW-Rauchgasen als Heißgase Einsatz finden. Zur Beheizung werden Heißgase, insbesondere BHKW-Rauchgase verwendet. Da es sich um ein indirekt mit Heißgasen beheiztes, geschlossenes System handelt, sind Emissionen, insbesondere von Feinstaub und Geruchsstoffen, erheblich vermindert. Bei der Trocknung entsteht Dampf. Der Brüden wird kondensiert bzw. teilkondensiert und aus dem Kondensat kann hochwertiger Dünger, z. B. Ammoniumsulfat gewonnen werden. Die nach der Kondensation bzw. Teilkondensation verbleibenden Gase können mit den BHKW-Rauchgasen zusammengeführt werden. Hierbei kann eine Desodorierung der nach Kondensation verbleibenden Gase beobachtet werden, der Restdampf löst sich auf und wird somit exportiert. Gleichzeitig kann bei entsprechender Dimensionierung eine Abscheidung von umweltschädlichen Begleitstoffen der Rauchgase erfolgen. Die Kombination der Trocknung mit den Rauchgasen eines BHKWs ergibt die Möglichkeit der Reaktion von kritischen klimarelevanten Rauchgaskomponenten mit den Gasen aus dem Trocknungsprozess. Durch Einsatz von Carbonwärmetauschern können die Rauchgase nach der Brennwertmethode unter den Taupunkt gefahren werden, um die gesamte Rauchgaswärme zu nutzen. Anschließend ist bei rel. geringen Volumenströmen eine chemische Behandlung bzw. Wäsche möglich, um Formaldehyde abzuscheiden und somit die Rauchgase weiter abzureinigen, um den Formaldehydbonus zu bekommen.
-
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Trockners liegen insbesondere in der Nutzung von Heißgasen bis 1000°C, oder eben auch Rauchgase von BHKWs mit z. B. 450°C, geringem Feinstaubaufkommen, weitgehender Geruchsneutralität, modularem Aufbau, daher geringem Platzbedarf, voll geschlossenem System, hoher Wirtschaftlichkeit, Rauchgasdekontamination und flexibler Leistungssteigerung.
-
Der Trockner weist ein langgestrecktes Trocknungsrohr mit aufgesetztem Brüdendom auf. Das Trocknungsrohr wird von einem außenbeheizten Doppelmantel gebildet. In dem Trocknungsrohr laufen eine bzw. mehrere Schneckenwellen, die jeweils mit Misch- bzw. Förderelementen bestückt sind.
-
Die Schneckenwelle weist einen vom Heizmedium durchströmten inneren Doppelmantel auf. Die Seele wird vorzugsweise als Verdrängungskörper ausgebildet. Die ausgeformte Schneckenwelle besteht aus Flügelgang und Wellenrohr. Das Wellenrohr der Seele bildet vorzugsweise den Verdrängungskörper und ist dann jeweils am Anfang und Ende geschlossen.
-
Der beheizte Doppelmantel des Trocknungsrohres ist mit Heißgas durchströmt. Der innere Doppelmantel wird mit Heißgas beheizt. Bei größeren Trocknerleistungen und bei besonders haftenden Produkten, insbesondere bei Produkten, die während des Trocknungsvorganges zum Anbacken neigen, werden zwei oder mehr Schneckenwellen mit je einer Seele nebeneinander in einem Schneckentrog angeordnet. Die ineinander verzahnten Schneckengänge können sich hierbei kontinuierlich wieder reinigen.
-
Der innere Doppelmantel wird vom heißen Rauchgas durchströmt. Schneckenrohr und Mischelemente bilden zusammen das Schneckenwellenrohr. in dem Schneckenwellenrohr befindet sich der von Heißgasen durchströmte innere Doppelmantel. Die Strömungsrichtung des Heißgases erfolgt relativ zum Fördergut im Gleichstrom.
-
Die Förderelemente sind produktabhängig als Flügel und/oder Paddel ausgeführt, damit eine intensive Mischwirkung mit gutem Wärmeübergang erzeugt wird. Die Trocknungsschnecke sollte das Produkt aus dem vollständig mit Produkt gefüllten Eingangsstutzen entnehmen, ohne dass die Gefahr der Verblockung des Produktes im Trocknungsrohr besteht. Die Steigung der Schneckenflügel ist im Einlaufbereich nach einer Ausgestaltung kleiner als im weiteren Verlauf, damit das Produkt aus dem vollständig mit Produkt gefüllten Eingangsstutzen gefördert und die Gefahr der Verblockung des Produktes im weiteren Verlauf des Trocknungsrohrs minimiert wird.
-
Das Schneckenwellenrohr weist einen Durchmesser von 50%, besser 80% des Durchmessers des Trocknungsrohrs auf, abgesehen vom Brüdendom. Der Schneckenwellenrohrdurchmesser sollte aus der Sicht des erforderlichen Rauchgasvolumenstroms innerhalb des Wellenrohrs möglichst groß im Verhältnis zum Trocknungsrohrdurchmesser ausgelegt werden.
-
Die Höhe der Schneckenflügel bzw. Paddelelemente ergibt sich mit der Dimensionierung des Schneckenrohrs. Je größer das Schneckenrohr im Schneckentrog, desto geringer das verbleibende Produktvolumen und damit die Verweilzeit des Produktes im Trockner. Wenn die Höhe der Schneckenflügel bzw. Paddelelemente zu gering ist, besteht bei zu leichtem Produkt die Gefahr, dass das Produkt mit der Wellendrehung des Schneckenwellenrohrs anhaftend vollständig mitgeführt wird und nicht mehr gefördert wird.
-
Von Vorteil ist ein hoher Füllungsgrad zumindest am Anfang des Trocknungsrohrs. Um eine ausreichende Förderung zu erreichen, können im Trocknungsrohr auf dem inneren Außenumfang Produktführungsschienen vorgesehen sein. Nach einer Ausgestaltung sind diese als Längsschienen in Produktströmungsrichtung parallel zueinander angeordnet.
-
Mit der Drehzahl ist die Durchsatzmenge regelbar. Dabei bestimmt die Geometrie der Förderelemente die Drehzahl pro Produkt-Volumenelement. Optional könnte eine reversierende Wellenbewegung programmiert werden.
-
Das Produkt wird mittels eines Materialeintragstutzens in das Trocknungsrohr eingebracht und von Förder- und Mischelementen durch den Trocknungsabschnitt gefördert.
-
Die Produktfeuchte sollte im Eingangsbereich 80 Gew.-% nicht überschreiten, damit das Produkt Schüttguteigenschaften hat und nicht flüssig ist. Mit der Durchsatzregelung kann dann die Ausgangsfeuchte bis z. B. ca. 10 Gew.-% Restfeuchte heruntergetrocknet werden.
-
Eine Verdichtung des Produkts beim Eintrag könnte bei besonders leichtem Material sinnvoll sein, um den Wärmeeintrag ins Material zu verbessern. Gleichzeitig wird hierdurch eingangsseitig ein Stopfbereich geschaffen, der als Schleuse wirkt.
-
Die Temperatur des Trockengutes beträgt während der hauptsächlichen Feuchteaustreibung vorzugsweise etwa 100°C und sollte im Ausgangsflansch, wenn Trocknungsgrade von über 90% erreicht sind, nach Möglichkeit nicht über ca. 120°C bis 150°C steigen, damit keine thermische Zersetzung des Produktes einsetzt, ausgenommen diese ist gewünscht. Dazu ist eine temperaturgeführte Produktmengenregelung auf der einen Seite bzw. eine Kühlschnecke im Ausgangsbereich auf der anderen Seite möglich. Nur dann, wenn ein Rösten zur Herstellung von Biokohle ausschließlich gewollt ist und Ziel der Behandlung, dann kann das Produkt komplett runter getrocknet, teilentgast und geröstet werden.
-
Als Brüdendom wird das auf das Trocknungsrohr aufgesetzte Gehäuse bezeichnet und erstreckt sich über zumindest zwei Drittel des Trocknungsrohrs. Brüdendom und Trocknungsrohr bilden einen gemeinsamen Hohlraum über der Schneckenwelle. Der Brüdendom sorgt für eine niedrige Geschwindigkeit des Brüdenstroms, die partikuläre Güter, insbesondere Feinstaub, zurückhalten soll. Der sich ausbildende Hohlraum über der Schneckenwelle dient als Sammelraum für die aus dem Produkt austretenden Brüden. Damit der Brüden nur langsam aufsteigt und dabei möglichst wenig Produktpartikel mit austrägt, ist der Hohlraum als Expansionsraum für die verdampften Produkte ausgebildet.
-
Die Brüdenausgänge liegen im oberen Bereich des Brüdendoms, damit die leichten Produktpartikel nicht mit ausgetragen werden. Produktspezifisch können mit Druck rückspülbare Filterelemente im Brüdendom angeordnet werden, um den Staubaustrag noch weiter zu reduzieren.
-
Die Brüden werden durch den Brüdendom zu einem Kondensator geführt. Dies kann durch Absaugung, z. B. mittels eines Gebläses, insbesondere nach der Brüdenkondensation, unterstützt werden. Am Kondensator kondensierende Brüden werden als Kondensat flüssig abgeführt. Die Brüdenabgangsstutzen zur Zufuhr der Brüden zu dem Kondensator können an mehreren Stellen längs des Brüdendoms oberhalb der Schneckenwelle so angeordnet sein, dass dort, wo der größte Brüdenanteil entsteht, auch am meisten abgesaugt wird und im hinteren Bereich, wo der Trocknungsvorgang schon weitestgehend abgeschlossen ist, entsprechend wenig abgesaugt wird, um wiederum minimale Feinstaubpartikel mit auszutragen.
-
Die Energieaufteilung des Heizmediums oder der Heizmedien auf den äußeren und inneren Doppelmantel erfolgt vorzugsweise beim äußeren zum inneren Doppelmantel im Verhältnis 1:4 bis 1:1 vorzugsweise 3:7 bis 4:6. Der Wärmeeintrag durch den inneren Doppelmantel kann – abhängig vom Füllungsgrad – bis ca. 50% mehr gegenüber dem Wärmeeintrag durch den äußeren Doppelmantel betragen. Die Trocknungsenergie wird in Form von Heißgasen zur Verfügung gestellt. Dabei können diese Gase verschiedenster Herkunft sein. In vielen Fällen kann das Rauchgas von Verbrennungsmotoren als Trocknungswärme genutzt werden. Ebenso können Rauchgase von anderen Verbrennungsprozessen verwendet werden. Auch heiße Abluftströme von industriellen Prozessen können ggf. verwertet werden.
-
Die Heißgastemperatur sollte am Trocknerausgang nicht den Taupunkt der bei der höchsten Temperatur kondensierenden Komponente erreichen, als Regelwert für ein solches Minimum ist hier 180°C anzugeben. Hierzu wird während des Prozesses die Produktmenge und/oder die Heißgasmenge entsprechend eingestellt bzw. geregelt werden. Sofern das Rauchgas in den Bereich der minimal zulässigen Temperatur abkühlt, ist entweder mehr oder heißeres Heißgas erforderlich. Ein Vorteil ist, wenn mit der Heißgasmenge bzw. der Eingangs-Temperatur eine Regelung nicht mehr zuverlässig möglich ist, kann man die Produktdurchsatzmenge durch Herunterregeln der Drehzahl reduzieren.
-
Die Heißgasmenge kann an jedem Trocknungsrohr ausgangsseitig geregelt werden. Hier besteht die Möglichkeit der Reihen- bzw. Parallelschaltung der Rauchgase von mehreren Trocknungsrohren. Unter Berücksichtigung eines möglichst geringen Druckverlustes bietet sich die Parallelschaltung an. Wenn allerdings mehr Wert auf die Reduzierung der Temperatur mit zunehmendem Trocknungsgehalt zur Vermeidung von Röstvorgängen gelegt wird, bietet sich die Reihenschaltung an.
-
Eine Rückgewinnung der bei der Trocknung aufgebrachten Verdampfungsenthalpie kann durch Wärmeauskopplung im Rahmen der Brüdenkondensation erfolgen. Die zurückgewonnene Wärme kann für eine Biogasanlage zum Temperieren des Gärgutes genutzt werden. Überdies können die aus dem Trockner mit ca. 180 bis 250°C austretenden Rauchgase durch Carbonwärmetauscher komplett herunterkondensiert werden, um die Kondensationsenthalpie ebenfalls für externe Wärmeanwendungen zu nutzen.
-
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Trocknung über die in Kaskadenform und in Reihe geschalteten Trocknermodule. Die einzelnen Trocknungsschnecken können zu Einheiten von zwei oder drei Modulen, insbesondere übereinander, installiert werden. Der Produktstrom durchläuft die Einheiten in Reihe nacheinander, während die Heißgasführung frei gewählt werden kann.
-
Die einzelnen Trocknermodule können je nach Produktart und Vorteilhaftigkeit verkettet werden. So lassen sich die Trockner vom zu trocknenden Produkt in Reihe oder parallel oder auch kombiniert in Reihe und parallel betreiben.
-
Es kann in Abhängigkeit vom Trockengut eine bestimmte Menge trockene, hygroskopische, ggf. heiße Schleppluft durch den Trockner, das Trockengut berührend, geführt werden. Dadurch kann der Trocknungsvorgang intensiviert und ein hoher Endtrocknungsgrad erreicht werden. Die Schleppluft sollte dazu eine sehr geringe relative Feuchte haben, damit diese effektiv Feuchte aus dem Produkt austrägt. Bei einer Kaskadenschaltung ist dies für den zweiten Trockner bevorzugt.
-
Wenn der Trocknungsvorgang bei Unterdruck abläuft, genügt eine geringere Vorlauftemperatur des Heizmediums und der Trocknungsvorgang verläuft intensiver bei gleichem Temperaturniveau des Heizmediums. Hohe Trocknungsgrade sind bei Unterdruck schneller zu erzielen.
-
Das Heißgas wird in dem Trockner vorzugsweise so geführt, dass sich zwischen Rauchgaseingang Trockner und Rauchgasausgang ein Druckunterschied kleiner 30, insbesondere kleiner 20 mbar, maximal 50 mbar, insbesondere maximal 40 mbar ergibt, damit z. B. die Rauchgase eines Verbrennungsmotors den Trockner ohne zusätzlichen Gasverdichter durchströmen können. Nach einer anderen Ausgestaltung werden die Heißgase durch den Trockner gesaugt.
-
Das Trockengut sollte durch eine weitgehend gasdichte Schleuse ausgetragen werden, damit möglichst wenig Fremdluft in das System eingetragen wird. Hier bietet sich je nach Produkt eine Stopfschnecke, eine Doppelklappenschleuse oder auch eine Zellenradschleuse an.
-
Sofern das Trockengut im Haufwerk gelagert werden soll, ist eine Rückkühlung des Produktes von 100°C ausgangsseitig des Trockners auf ca. 40°C bis 50°C erforderlich. Hierzu könnte die Austragsschnecke hinter einer Schleuse für die Brüden, z. B. hinter dem Stopfbereich, als Kühlschnecke ausgeführt werden, bzw. es wird eine zusätzliche Kühlschnecke erforderlich.
-
Soweit gewünscht, kann hinter der Trockengutaustragsschnecke ein Pelletierer oder Brikettierer installiert werden. Ggf. kann der Pelletierer oder Brikettierer ausgangsseitig vom Trockner die Funktion des Gasabschlusses übernehmen. Sofern hinter dem Trockner das Trockengut direkt pelletiert bzw. brikettiert wird, könnte damit gleichzeitig eine Resttrocknung erfolgen. Zusätzlich könnte dann das ca. 100°C heiße schüttgutartige Trockengut anschließend einfach gekühlt werden, indem es direkt mit kalter Luft durchströmt wird, die dann z. B. als Verbrennungsluft in einer Feuerung eingesetzt wird.
-
Das zu trocknende Produkt wird feucht und möglichst luftdicht aufgegeben, es kann Schüttgut in Form von Halmgut, Pulver oder Granulat sein, bzw. stückige Güter mit Körnungen bis zur Größe von 30 × 30 × 30 mm. Der maximale Eingangsfeuchtegehalt ist durch die rheologischen Eigenschaften des Rohproduktes vorgegeben. Bei sehr gut fließfähigen Rohprodukten ist die Geometrie der Förderelemente entsprechend zu gestalten, damit das Rohprodukt nicht ungehindert durch die Anlage fließen kann. Alternativ oder ergänzend kann auch ein Überlaufwehr, z. B. in Form einer Ringblende, am Trocknerausgang einbaut sein, das einen einstellbaren Füllgrad auch am Ausgang ermöglicht.
-
Getrocknet werden können vorzugsweise nachwachsende Rohstoffe pflanzlicher Herkunft, wie Mais, Gräser, Getreide, Holz, bzw. deren Verarbeitungsprodukte. Insbesondere Gärreste aus Biogasanlagen aber auch sonstige faserreiche bzw. feinkörnige Rohstoffe sind gut für diesen Kontitrockner geeignet.
-
Vorzugsweise wird der Trockner mit Rauchgasen betrieben, die eine Temperatur von mindestens 350°C besser mindestens 450°C, noch besser etwa 475°C zumindest im inneren Doppelmantel, insbesondere im inneren und äußeren Doppelmantel haben. Als Heißgas eignen sich des weiteren unmittelbare Abgase von Verbrennungsvorgängen, z. B. aus industriellen Prozessen, aber auch sonstige Heißluft bis zu 1000°C.
-
Durch den erfindungsgemäß innen beheizten äußeren Doppelmantel und den innen beheizten inneren Doppelmantel des ein- bzw. mehrwelligen Schneckentrockners mittels Heißgas, z. B. Rauchgase von BHKWs, ergibt sich eine indirekte Beheizung des zu trocknenden Gutes auf hohem Temperaturniveau unter zusätzlicher Ausnutzung der Strahlungswärme. Dadurch werden die Brüden verfahrensmäßig separat vom Heißgas einfach und kostengünstig behandelt und zwar derart, dass nur kleine Apparate wie Brüdenkühler, Kondensatoren, Wärmetauscher zur Brüdenbehandlung erforderlich sind und diese kostengünstiger zu fertigen und zu betreiben sind, als bei den Trocknern nach dem Stand der Technik, wo große Warmluftbrüdenströme anfallen, die mehrfach größere Apparate zur Brüdenbehandlung erfordern würden.
-
Da im beheizten Doppelmantel und in den beheizten Schneckenwellen keine Kondensation von den Heißgaskomponenten auftreten soll, wird die Heißgasmenge und/oder die Heißgastemperatur geregelt, indem am Trocknerausgang die Heißgastemperatur online erfasst wird. Diese Temperatur soll nicht unterhalb der Kondensationstemperatur der Gaskomponenten des Heißgasmediums fallen.
-
Die Rauchgase werden im Gleichstrom zum Produkt gefahren, dann ist die Energieübertragung adäquat mit der in den jeweiligen Teilbereichen benötigten Energiemenge in Übereinstimmung (höchste Feuchte = höchste Rauchgastemperatur).
-
Bei mehreren Trocknungsrohren kann die Aufteilung und damit auch die Strömungsrichtung der Rauchgase innerhalb der Trocknungsrohre anwendungsspezifisch frei gewählt werden. Hier kann z. B. bei Rauchgasen hinter einem BHKW ein maximal zulässiger Druckverlust innerhalb der Rauchgasstrecke eine Parallelführung mit minimalem Druckverlust erforderlich machen.
-
Die Heißgasregelung erfolgt so, dass am Heißgasausgang des letzten Trocknermoduls eine Gastemperatur von 170°C bis 200°C, vorzugsweise 180°C nicht unterschritten wird. Wenn die Heißgastemperatur einen einstellbaren Minimalwert unterschreitet, dann werden mehr Heißgase und/oder höhere Input Heißgastemperaturen eingeregelt. Sollte die Produkttemperatur am Ausgang dabei unzulässigerweise überschritten werden, sodass z. B. die Gefahr der Produktpyrolyse besteht, dann wird die Heißgasmenge reduziert und/oder die Heißgastemperatur beispielsweise durch Vermischung mit Kaltluft heruntergefahren. Eine andere Möglichkeit wäre das Zupumpen von zu verdampfender Flüssigkeit, um eine Übertrocknung zu vermeiden. Es besteht überdies die Möglichkeit, die Durchsatzregelung des zu trocknenden Materials in die Temperaturregelung mit einzubeziehen. Vorzugsweise wird der größere Volumenanteil des Heißgases durch die Welle geleitet, da die Welle den besten Wärmeübergang ins Produkt realisiert.
-
Die zur Trocknung benötigte Heißgas- bzw. Rauchgasmenge wird durch temperaturgesteuerte Klappen im Rauchgasbypass eingestellt. Dabei kann die Produktausgangsfeuchte bzw. auch die Produktausgangstemperatur als Führungsgröße vorgegeben werden. Die minimal zulässige Rauchgasausgangstemperatur begrenzt die einzutragende Rohproduktmenge. Bis zu einer bestimmten Rauchgasmenge kann die minimale Rauchgastemperatur auch durch die Rauchgasmengenregelung kontrolliert werden.
-
Bei der Ausführungsform der Anlage ist das erfindungsgemässe Verfahren derart gestaltet, dass die Restrauchgase, z. B. von 180°C, durch einen korrosionsfesten Wärmetauscher komplett heruntergekühlt werden könnten, um diese Energie zusätzlich zu der zurückgewonnenen Energie aus der Brüdenkondensation noch für Wärmezwecke, z. B. zur Beheizung eines Biogasreaktors zu nutzen bzw. zu verkaufen. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Energierückgewinnung und somit ein höherer Gesamtwirkungsgrad.
-
Die aus dem indirekt beheizten Trockner nach Wärmenutzung austretenden Heißgase bzw. Rauchgase werden in der Regel durch einen Schornstein über Dach abgeführt oder einer weiteren Nutzung zugeführt.
-
Da der indirekt mit Heißgasen, insbesondere Rauchgasen, beheizte Trockner komplett geschlossen ist, kann der entweichende Wasserdampf (Brüden) in einem Kondensator, beispielsweise mittels direkter Wassereinspritzung in einem Einspritzkondensator und/oder einem Wärmetauscher in Form eines speziellen Röhren- bzw. Platten-Wärmetauschers, niedergeschlagen werden, wobei die mit den Brüden ausgetragene Energie und die Brüdeninhaltsstoffe bei der Kondensation gezielt zurück gewonnen werden können. Dazu zählt die anteilige Rückgewinnung der Verdampfungswärme als Kondensationswärme, der Feinstaub, die Geruchsstoffe und der Dünger. Keines der genannten Stoffe gelangt unkontrolliert in die Umwelt, sondern wird als Wertstoff einer Verwendung zugeführt.
-
Der Brüdenabzug erfolgt über einen Brüdendom längs oberhalb der gesamten Seele und einen oder mehrere Brüdenabzugsstutzen auf dem bzw. seitlich vom Brüdendom. Die Brüdenabzugsstutzen sind mit dem Brüdenkondensator verrohrt. Dort erfolgt die Abkühlung der Brüden. Die Brüden fallen in sich zusammen und das Brüdenvolumen reduziert sich um einen Faktor von größer 1:1000, z. B. 1:1500, wodurch ein Unterdruck generiert wird, der dafür sorgt, dass die beim Trocknungsvorgang entstehenden Brüden automatisch in den Brüdenkondensator gesaugt werden und somit der Trocknungsprozess durch den direkten Abtransport der Brüden optimal abläuft.
-
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die nach der Kondensation anfallenden inerten Gase in der Menge sehr gering ausfallen, denn die zur Beheizung verwendeten Rauchgase werden komplett getrennt vom Gärrest geführt und die Brüden unterliegen einer Volumenverkleinerung durch die Kondensation von einem Faktor von ca. 1500. Diese inerten Gase können standortspezifisch gezielt behandelt bzw. desodoriert und ausgetragen werden. Dabei bieten sich diverse Möglichkeiten an, z. B. eine chemische Gaswäsche auf Basis von Kalk, ein kompakter Biofilter gefüllt, z. B. mit Rindenmulch, die Zumischung zur Verbrennungsluft einer benachbarten Verbrennung oder die Vermischung der Inertgase mit den Rauchgasen eines BHKWs.
-
Hinter dem Brüdenkondensator kann ein Ventilator die anteilig im Brüden enthaltenen inerten Gase, z. B. den energetisch genutzten Rauchgasen zumischen, um dann über den Rauchgasschornstein über Dach abgeführt zu werden.
-
Bei einer Vermischung der Rauchgase mit den gefilterten und desodorierten inerten Gasen, wird das Niveau der Abgastemperatur auf 180°C bis 200°C zur Vermeidung der NOx-Bildung vorteilhaft reduziert. Die Rauchgas-Inertgas-Vermischung ist auch deswegen von Vorteil, weil damit die in dem Inertgas befindlichen, insbesondere bei Gärresttrocknungsanlagen vom Gärrest herrührenden Ammoniakanteile, mit freiem NOx aus dem Rauchgas eine Verbindung eingehen und somit beide Komponenten reduziert werden.
-
Durch die bei der Kondensation anfallende Kondensatmenge kann mit dem als Kondensator dimensionierten Wärmetauscher bzw. Kühler für Brüden die vorher durch die Heißgase aufgebrachte Verdampfungsenthalpie anteilig wieder als Kondensationsenthalpie zurückgewonnen werden und dadurch einer anderweitigen Nutzung zugeführt werden und somit eine Energierückgewinnung realisiert werden.
-
Das düngerreiche Kondensat kann direkt als Flüssigdünger gelagert und im landwirtschaftlichen Betrieb vor Ort gezielt genutzt oder verkauft werden. Es kann auch einer weiteren Behandlung, z. B. einer Ultrafiltration und Umkehrosmose zur Wasserabscheidung und Düngeraufkonzentrierung zugeführt werden. Mit einer geringen, durch eine Kondensatfalle gefahrene und wiedererwärmte Schleppluftmenge, kann die Trocknungsleistung erhöht werden.
-
Für sehr kohäsive, zur Anbackung neigende, zu trocknende Stoffe können auch ineinander arbeitende Mehrfachschneckenwellen anstatt Einfachschneckenwellen benutzt werden.
-
Die Aufstellung und Installation der gesamten Trockneranlage kann beim Kunden innerhalb einer Halle, in einem Apparatecontainer, oder auch draußen mit Notbedachung installiert werden.
-
Der Trockengutaustrag erfolgt mittels einer wärmeisolierten und ggf. gekühlten Austragsschnecke möglichst mit Austragsschleuse damit keine feuchte Fremdluft den Prozess kühlt. Die Austragsschnecke kann mit einem Stopfbereich kombiniert werden, sodass eine Schleusenwirkung entsteht oder es werden andere Schleusen verwendet, um eine wirksame, weitgehend luftdichte Materialschleuse zu realisieren.
-
Vorteilhafterweise wird das Trockengut vor Einbringung in den Trockner wärmebehandelt (z. B. bis 80°C) um Stickstoff gasförmig in Form von Ammoniak auszutreiben.
-
Detaillierte Beschreibung anhand der Figuren.
-
Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigen:
-
1: Trocknungsanlage, hier mit zwei in Reihe geschalteten Trocknermodulen,
-
2: das erste/obere Trocknermodul nach 1 in Seitenansicht,
-
3: das erste/obere Trocknermodul nach 1 im Querschnitt,
-
4: das erste/obere Trocknermodul nach 1 im Längsschnitt mit freigestellter Seele,
-
5: die Heißgasaufteilung, und
-
6: ein Verfahrensschema.
-
Zwei modular übereinander, kaskadierte Trocknermodule (9, 10) sind auf einem Grundrahmen 1 montiert. Trocknermodul 9 steht auf Trocknermodul 10 über die Auflager 19 auf. Trockengutstrom und Heißgas sind im Gleichstrom geschaltet. Feuchtprodukt, wie Gärreste, Kaffeegrund, Treber, Klärschlamm oder sonstige feuchte, auch komplex zusammengesetzte Reststoffbiomasse, wird durch den Material-Eintragstutzen 7 in den Trockner eingebracht und das Trockengut über den Austragstutzen 11 herausgefördert. Ausgangsprodukte könnten heizwertreiche Biomasse zur Biomassevergasung oder Biomasseverbrennung, Dünger, Wertstoffe usw. sein.
-
Der äußere Doppelmantel 21 wird nach innen durch das Trocknungsrohr 18 begrenzt. Das Trocknungsrohr 18 und das Schneckenwellenrohr 15 umschließen den Trockenraum mit dem Trocknungsgut. An das Schneckenwellenrohr 15 schließt sich der innere Doppelmantel 16 an, wobei dieser vom Schneckenwellenrohr 15 einerseits und von der als Verdrängungskörper ausgelegten Seele 17 andererseits begrenzt wird. Der äußere Doppelmantel 21 und der innere Doppelmantel 16 werden von Heißgas durchströmt, wie es beispielsweise aus dem Verbrennungsprozess eines BHKWs stammen kann. Das Schneckenwellenrohr 15 wird durch Antrieb 2 in eine Drehbewegung versetzt.
-
Das von innen beheizte Schneckenwellenrohr 15 ist mit Förder- und/oder Mischelementen 14 versehen und fördert und mischt das Trockengut, wobei die notwendige Wärmeenergie an das Trockengut abgegeben wird. Die Förder- und/oder Mischelemente 14 weisen eine unterschiedliche Steigung entlang der Förderstrecke auf, vorliegend mit gegen Ende der Förderstrecke geringerer Steigung, um die Förderung mit zunehmendem Trockengehalt zu verlangsamen.
-
Die Förder- und/oder Mischelemente 14 weisen zehn bogenförmige Taschen und ebenso viele Mischflügel pro Umfangsstrecke des Schneckenwellenrohrs auf. Innerhalb des Schneckenwellenrohrs 15 befindet sich der vom Heißgas durchströmte innere Doppelmantel 16.
-
Das Schneckenwellenrohr 15 dreht insbesondere mit 5 bis 30 U/min. Das beheizte Schneckenwellenrohr 15 ist mittels Fest- und Loslager 4 gelagert. Die Führung der Heißgase und des Trockengutes erfolgt im Gleichstrom. Jeweils an den Enden der Schneckenwelle gibt es sogenannte Heißgasverteiler 3. Dort wird das Heißgas auf den äußeren Doppelmantel 21 und den inneren Doppelmantel 16 aufgeteilt, sodass das zu trocknende Produkt von zwei Seiten beheizt wird. Der Ein- und Ausgang der Heißgase in bzw. aus dem inneren Doppelmantel 16 erfolgt jeweils an den Stirnseiten. Dazu sind jeweils an den Enden des Schneckenwellenrohrs 15 zwei Abdichtsysteme 22 erforderlich, einmal nach innen zum Produktraum und des sich drehenden Schneckenwellenrohrs 15 und einmal nach außen zur Atmosphäre und dem sich drehenden Wellenzapfen 23 hin. Das Abdichtsystem 22 ist über Wartungsklappe 5 zugänglich. Das Abdichtsystem 22 kann als Graphitpackung ausgearbeitet sein.
-
Die Heißgase aus innerem und äußerem Doppelmantel (16, 21) treten über den Heißgasaustrittsstutzen 12 vereinigt aus, wobei Regelglieder die Austrittsflächen und somit die relative Verteilung des Gasaustrittstroms aus innerem bzw. äußerem Doppelmantel (16, 21) regeln.
-
Das Heißgas tritt in den Eingangsstutzen 8 ein und wird in gleicher Weise über Regelglieder, die die Eintrittsflächen in den inneren und den äußerem Doppelmantel (16, 21) regeln, in den inneren und den äußerem Doppelmantel (16, 21) gezielt geführt.
-
An einer Seite des inneren Doppelmantels 16 treten die Heißgase stirnseitig ein und an der gegenüberliegenden Seite treten die Heißgase stirnseitig heraus. Sie vermischen sich an der Austrittsstelle mit den ebenfalls austretenden Heißgasen aus dem zugehörigen äußeren Doppelmantel 21 und werden in die nächste Einheit geleitet. Die Führung der Heißgase im inneren und äußeren Doppelmantel (16, 21) erfolgt mittels einer Zwangsführung. Das heißt, der äußere und der innere Doppelmantel (21, 16) sind mit Heißgasführungsblechen 24, vorzugsweise in Form einer Helix, ausgestattet.
-
Das Trockengut wird durch Verdampfen von Flüssigkeit befreit. Der vom Trocknungsrohr 18 und Schneckenwellenrohr 15 umschlossene Trockenraum setzt sich nach oben in den Brüdendom 13 fort, wo dem heißen feuchtigkeitsreichen Dampf Gelegenheit gegeben wird, über den Brüdenausgang 6 auszutreten.
-
Die Heißgasaufteilung ist in 5 dargestellt. Es gibt äußere Heißgasöffnungen 26 und innere Heißgasöffnungen 27. Die äußeren Heißgasöffnungen werden erfindungsgemäß mittels Heißgasstellschieber 25 so weit geöffnet bzw. geschlossen, wie die Aufteilung der Heißgasströme zwischen dem äußeren Doppelmantel 21 und dem inneren, sich drehenden Doppelmantel 16 erfolgen soll. Sind alle oder mehrere Heißgasstellschieber 25 rel. weit geschlossen, so tritt ein Drosseleffekt ein und der Massestrom wird an der Stelle für den äußeren Doppelmantel 21 reduziert. Das hat zur Folge, dass entsprechend mehr Heißgas durch den inneren Doppelmantel 16 der Schneckenwelle gefördert wird, was Ziel der Einstellung ist. Diesen Drosseleffekt kann man einseitig im Input- oder Outputbereich der jeweiligen Heißgasverteiler 3 oder auch beidseitig durchführen, sodass das in den Trockner eingetragene Heißgas optimal auf die beiden Doppelmäntel aufgeteilt werden kann.
-
Ein möglicher Verfahrensablauf für das Eingangsprodukt Gärrest ist in 6 beispielhaft dargestellt. Eine Vorbehandlung der Gärreste durch Beheizung mit dem BHKW-Warmwasser bis zu 80°C ermöglicht das Abstrippen des flüchtigen Stickstoffs in dem Contistrippreaktor FE2, wobei die Gärreste dem Contistrippreaktor FE2 über eine Gärrestpumpe FE1 zugeführt wurde. Der abgestrippte flüchtige Stickstoff wird in dem nachfolgenden Absorptionsreaktor FE3 mit Absorptionsmittel (Kalk, REA-Gips, usw.) gebunden und kann als Dünger verwertet werden.
-
Das den Absorptionsreaktor verlassende, ammoniakfreie Kreislaufgas wird mit einem Gebläse erneut in den Kontistrippreaktor FE2 eingeblasen. Der Kreislaufgasstrom entzieht dem Gärrest so mindestens 70% des als Ammonium gebundenen Stickstoffs. Die somit stickstoffentfrachteten Gärreste werden durch Funktionseinheit FE4 entwässert. Das Filtrat wird abgezogen und kann einer Wasseraufbereitung zugeführt oder als Flüssigdünger verwertet werden. Der durch den Separator gewonnene Feststoff wird in dem erfindungsgemäßen Trockner getrocknet, der zweistufig mit einem Trocknermodul 9 (FE6.1) und einem Trocknermodul 10 (FE6.2) ausgelegt ist. Die bei der Trocknung anfallenden Brüden können unter Zugabe von Schwefelsäure im Brüdenwäscher FE8 gewaschen werden, der eine Kondensatabscheidung aufweist. Der verbleibende Dampf wird über das Inertgasgebläse FE9 mit den aus dem Trockner austretenden Rauchgasen vermischt. Der Brüdenwäscher FE8 besteht im Wesentlichen aus einem Ventilator und einem Gegenstromwäscher mit der Möglichkeit, Schwefelsäure zuzudosieren, zur Abscheidung von ammoniakhaltigen Kondensaten.
-
Die Kombination von Stickstoffabtrennung und indirekt beheizten Trocknereinheiten ermöglicht eine kostengünstige und kompakte, auf wenige hundert m3 ausgelegte Brüdenbehandlung.