EP0632242A1 - Drying and/or heating of bulk material - Google Patents
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- F26B11/00—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive
- F26B11/02—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles
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- F26B25/22—Controlling the drying process in dependence on liquid content of solid materials or objects
Definitions
- the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1 and an apparatus for carrying out the method according to the preamble of patent claim 9.
- Free-flowing material consisting of minerals such as z. B. used for asphalt production must be dried and heated. Crushed rock material - limestone, dolomite, granite, etc. - of different grain sizes and surface properties as well as sands and gravel can be considered as mineral, so-called new material.
- asphalt lining material is also used, especially with the addition of virgin material, for asphalt production.
- the physical mineral parameters related to the heat absorption process of the material to be dried and / or heated include, in particular, their grain size, grain size composition, surface quality of the material particles, their material-specific thermal conductivity and heat capacity as well as their "transport properties" through the firing or drying drum Understood.
- the invention solves the problem of controlling the heating or drying process for the material to be used in such a way that a firing-technically optimal, in particular low-pollutant process sequence is given, the operating parameters (burner output, etc.) of the device not being called due to or be changed to cold end material, but the device is operated in such a way that such deviations do not occur at all or only with the slightest deviations from the standard values, as a result of which material deterioration due to the heating process is excluded.
- the optimum burner output required can be determined from this, taking into account the initial material moisture, in order to then heat this mixture to a predetermined temperature with the lowest possible residual moisture.
- Optimal combustion can be set on the basis of stored data or data fields which are continuously corrected by actual exhaust gas data. This results in a high level of combustion efficiency with controlled, minimal possible emission of pollutants, for which purpose the exhaust gas temperature of the device is kept as low as possible without the dew point in the exhaust pipes, the chimney or the filter arrangement being reached at their coldest points. Excessive temperature of the exhaust gases is also avoided by the ongoing measurements, which could also damage the filter arrangement.
- the dew point is understood to mean the location at which an unsaturated gas-steam mixture changes to saturation.
- the dropping liquid would close the filter arrangement within a very short time and possibly destroy it.
- the amount of pollutants emitted by the exhaust gases is kept low by fine-tuning the combustion air supplied to the burner.
- FIG. 1 is a block diagram of a device for drying and heating free-flowing new material, for. B. consisting of sand, gravel and crushed mineral and asphalt.
- the device has a drying drum 1a rotatable about the longitudinal axis 2 for the new material and a drying drum 1b for the asphalt.
- the device 1a is first described, which has a pre-drum 4a upstream of a firing drum 3a .
- a burner 5a for heating oil, gas or heavy oil as the fuel is flanged to the front of the firing drum 3a .
- a transport device 7a for the free-flowing new material is arranged on the front side of the drying drum 1a opposite the burner 5a . The material is moved in countercurrent mode through the drying drum 1a and exits dried and heated to a predetermined temperature through a material outlet 9a below the burner 5a .
- the drying drum 1a has internals (not shown) which mix and circulate the introduced material.
- the drying drum 1a is set with motors, of which only a single motor 11a is shown schematically, to a predetermined number of revolutions and, via a lifting and lowering mechanism 13a, to a selected inclination with respect to the horizontal.
- an exhaust pipe 15a which is connected to a filter arrangement 17 consisting of several individual filters (three are shown schematically in FIG. 1 ).
- the filter arrangement 17 is connected to a chimney 21 via a fan 19 which is adjustable in its delivery capacity.
- the fan output is set in such a way that a negative pressure of about 5 to 15 mm water column results from the environment.
- the negative pressure to be set depends on the burner output and the amount of fine material whirled up by the new material and is set in such a way that no dust escapes from the openings in the device (material inlet and outlet).
- the burner output is also dependent on the temperature of the intake combustion air as an oxygen carrier, since warm combustion air (summer) contains less oxygen per unit volume than cold; however, cold combustion air must be heated up more than warm air.
- the fine regulation of the pressures in the two devices 1a and 1b is carried out by a throttle valve 20a or 20b which can be controlled by the control device 29 .
- the filter arrangement 17 serves, among other things, to filter out dusts contained in the exhaust gases, which mainly originate from the free-flowing material and are whirled up during the drying and heating process. These filtered dusts are e.g. B. removed by a blast of compressed air on only one of the three filters that have been shut down for a short period of time and can be added to it later during asphalt production according to the recipe.
- a measuring arrangement 22a is arranged in the exhaust line 15a in front of the filter arrangement 17 as a measuring device for measuring the pressure, the temperature and the humidity of the exhaust gases enriched with the evaporation products originating from the drying and combustion process.
- the measuring arrangement 22a serves, among other things, to control the heat absorption, in particular heating (reaching a predetermined final temperature of the new material) and drying of the new material, so that the exhaust gases do not reach the dew point even at the coldest point of the exhaust gas line 15a , the chimney 22 and the filter arrangement 17 to reach.
- the temperature of the new material is adjusted in particular by controlling the burner output. Reaching the dew point in the filter arrangement 17 would cancel its gas permeability and thus bring the device to a standstill. If the dew point is at a point in the Exhaust pipe 15a ( 15b ) or the chimney 21 reached, this can cause damage to it due to the formation of acid.
- a measuring arrangement 24a for determining the gas composition of the exhaust gases is also installed in the exhaust line 15a .
- the measuring arrangement 24a in particular determines the CO and oxygen content in the exhaust gases. However, an NO x and CH x measurement could also be carried out.
- the free-flowing material to be dried and heated is stored separately in several silos 23a - c according to grain size.
- the moisture content of the material in question is measured with moisture sensors 25a - c as a measuring device.
- the material flow of the material to be discharged from the silos 23a - c in accordance with the prescribed recipe is set by a control device 29 via material metering devices 26a - c and monitored with material flow sensors 27a - c as a further measuring device.
- the material metering devices 26a - c are not explicitly shown.
- the material flow conveyed results from the measured partial weight and the belt conveyor speed.
- the moisture sensors 25a - c and the material flow sensors 27a - c are also connected to the control device 29 for process control, in whose data memory 43 the values for the recipes are also stored. Also connected to the control device 29 are the motor 11a , the lifting and lowering mechanism 13a , the metering devices 31a and 32a for the fuel and the combustion air to the burner 5a , an adjusting device 33 for the fan 19 and the measuring arrangements 22a and 24a .
- the temperature of the dried and heated virgin material emerging at the material outlet 9a is measured with a temperature measuring device 28a .
- the heated material is then conveyed into a hot silo 35a .
- it can now be temporarily stored for a few hours or used directly for asphalt production by using binders and filler are mixed in a mixer 37a .
- the finished mixed asphalt is now used up directly as a covering or temporarily stored in a asphalt silo 39a for a few hours for later use.
- the downstream silos 35a and 39a which are to be used in particular for intermediate storage, and their conveying devices are equipped with temperature measuring devices 41a and 41b , which are connected to the control device 29 .
- the burner output is now set by controlling the metering devices 31a and 32a in such a way that the heated material has the necessary temperature even with possible cooling in the downstream modules 35a, 37a and 39a .
- the device 1b for drying and heating recycling material, in particular asphalt is constructed analogously to the device 1a for the new material.
- the device 1b operates in direct current operation.
- the device 1b has, analogously to the assemblies of the device 1a , a firing drum 3b , a pre-drum 4b , a burner 5b , a transport device 7b , a material outlet 9b for the heated and dried lining material, drive motors 11b for the drum 3b / 4b , a lifting and lowering device 13b, an exhaust pipe 15b, a measuring arrangement 22b schematically three silos 23d - f for different to be dried and to be heated proppant, three humidity sensors 25d - f, three Materialflußsensoren 27d - f, three Materialdosier streetsen 26d - f, a temperature measuring device 28b for the final temperature of the heated lining material and analog modules 35b and 41c used for the material storage.
- the exhaust pipes schematically three silos 23d - f
- the exhaust pipe 15b of the asphalt processing device 1b can also be connected to an exhaust air connector 47 on the burner 5a of the device 1a .
- the exhaust gases are passed through the burner 5a and undergo a combustion and cracking process which affects in particular the organic compounds in the exhaust gases from the asphalt.
- the heated and dried lining material is conveyed into the hot silo or asphalt silo, possibly by mixing, with new material and filler.
- typical basic values for the control of the metering devices 31a / b , 32a / b and 26a - f are set in a device-specific manner and stored in the data memory 43 .
- the combustion is now adjusted via the metering devices 31a / b and 32a / b connected to the control device 29 in such a way that a high firing efficiency with minimal pollutant emission results at a predetermined material end temperature.
- the fine adjustment of the metering devices 31a / b and 32a / b is then carried out continuously during operation by measuring the actual pollutant values with the measuring arrangement 24a / b .
- the continuously measured pollutant values are also stored in data memory 43 as a function of time.
- the timing of the metering devices 31a / b and 32a / b is then carried out in accordance with this timing control curve, which in turn is then corrected by the new measured values.
- This "teach-in" process for burner output and pollutant reduction is intended to determine the best possible operating data.
- new data can be weighted, which a data change z. B. only causes the same results several times.
- the data stored in a time-dependent manner in addition to adapting to changes in time due to the recipe, material input data, etc., allow devices 1a and 1b to be optimally moved on and off.
- a firing drum In order to achieve a perfect setting of a low-pollutant combustion in the firing drum 3a / b , a firing drum should be used in which no free-flowing material and also no dust or vapors whirled up by it can get into the burner flame.
- a drum is z. B. in the Swiss patent application application no. 01 500 / 93-9.
- the pressure of the exhaust gases is determined with the measuring arrangement 22a / b .
- the dew point of the exhaust gases depends on their temperature, pressure and moisture content.
- the exhaust gases must never come near their dew point in the area of the filter arrangement 17 , since otherwise the filter arrangement 17 is no longer effective and can close, as a result of which the device no longer functions.
- volume and mass flows must be coordinated. So z. B. the oxygen content of the combustion air flow in winter compared to that in summer only in that the spec. Weight of the combustion air is lower and thus less mass is conveyed with a constant volume flow.
- the inflow of the fuel M in kg / h required for drying and / or heating the material is determined in a first control process ("primary control”) as follows: a second control process (“secondary control”) acting here in particular via the exhaust gas flow I described below.
- first control process a first control process
- second control a second control process acting here in particular via the exhaust gas flow I described below.
- the conversion into standard cubic meters per hour [Nm3 / h] is carried out using the molar volume of 22.4 m3 / k mol and with 18 kg for one kilomole of water To simplify the following calculation, only a single material from silo 23a with a flow A of 100 t / h (dry weight flow) with a moisture B of 4% m is processed.
- the specific heat g of the exhaust gases is 0.31032 [kcal / Nm3K] (K ⁇ degrees Kelvin).
- the temperature E of the exhaust gases, for example, measured with the Measuring arrangement 22a is 74 ° C.
- l is the specific heat of the material brought in from the silo; it is 0.21 kcal / kgK.
- the material outlet temperature C measured at the drum outlet 9a with the temperature measuring device 28a is 180 ° C.
- the ambient temperature k is assumed to be 0 ° C, for example.
- the enthalpy i of water vapor is 650 kcal / kg.
- the lower calorific value c in [kcal / kg] for various fuels can be found in Table 1 below.
- the material to be dried and heated has an initial moisture of 4%.
- the exhaust gas temperature is 74 ° C, ie 10 ° C above the dew point temperature of 64 ° C.
- an exhaust gas temperature of 74 ° C. and a dew point at 64 ° C. results in an efficiency ⁇ of 90.6%.
- the initial material moisture is 8% and the burner output is set to 11.46 MW.
- the dew point is 69 ° C and the exhaust gas temperature is 74 ° C. This difference between exhaust gas temperature and dew point of only 5 ° C is somewhat small. For safety reasons, it should be 10 ° C. so that air flow differences and the thermal insulation of the filter arrangement 17 are not critical.
- an excess air ratio of 2.0 can now be set, resulting in a burner output of 8.0 MW with an efficiency ⁇ of 91.3% at a dew point of 68 ° C and an exhaust gas temperature of 78 ° C.
- the combustion efficiency ⁇ has thus increased by 0.7%, which means that the burner output can be reduced by 0.08 MW.
- the burner 3a can be controlled by the control device 29 , as set out above.
- the measuring arrangement 24a acts via the control device 29 on the metering devices 31a and 32a , so that a total carbon content of approximately 50 mg.m3 with a CO content of 100 mg.m3 and a NO x content below 50 in the exhaust gases mg ⁇ m ⁇ 3 can be maintained.
- sensors 25a to 25f and 27a to 27f instead of sensors 25a to 25f and 27a to 27f , only one moisture and one material flow sensor can be used, which measures the properties of the mixture.
- FIG. 3a / b upstream preturret 4a / b arranged blades are adjusted in position in the interior of the burning drum.
- the material to be dried and heated plunges as a "curtain" through the pre-drum 4a / b , through which the hot exhaust gases pass.
- the angular position to the drum axis can now be adjusted so that a denser or less dense "material curtain" results which influences the material dwell time in the drum.
- the adjustment is carried out by adjusting units (not shown) controlled by the control device 29 in accordance with the measured values of the above-mentioned sensors for the material input and exhaust gas values.
- the two devices can also be operated separately from one another.
- the "distance" of the exhaust gas values from the dew point, which in particular endangers the filter arrangement 17, can also be monitored with a psychrometric sensor.
- the proportion of "false air” entering the device which worsens the efficiency ⁇ of the device, can be reduced by keeping the free material outlet opening 9a / b and the opening for the material inlet as small as possible.
- the air fraction caused by the false air is also recorded.
- the two measuring arrangements 22a and 22b for the exhaust gas composition and the two measuring arrangements 24a and 24b for monitoring an approach to the dew point it is also possible to work with only a single measuring arrangement. However, if two measuring arrangements are used, the burner can be controlled more simply and safely.
- the measuring devices 22a / b and 24a / b can be arranged as only one measuring device behind the filter arrangement 17 .
- the amount of processing asphalt to be introduced into the pre-drum 4b can also be regulated by controlling the metering devices 26d - f .
- a hot gas can also be generated externally, which is then blown in.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.The invention relates to a method according to the preamble of
Rieselfähiges Material bestehend aus Mineralien, wie sie z. B. für die Asphaltherstellung verwendet werden, müssen getrocknet und erhitzt werden. Als Mineral, sog. Neumaterial, kommt zerkleinertes Gesteinsmaterial - Kalkstein, Dolomit, Granit, etc. - unterschiedlicher Körnung und Oberflächenbeschaffenheit sowie Sande und Kiese in Frage.Free-flowing material consisting of minerals such as z. B. used for asphalt production must be dried and heated. Crushed rock material - limestone, dolomite, granite, etc. - of different grain sizes and surface properties as well as sands and gravel can be considered as mineral, so-called new material.
Neben Neumaterial wird auch Asphaltausbaumaterial insbesondere unter Zusetzen von Neumaterial für die Asphaltherstellung verwendet.In addition to virgin material, asphalt lining material is also used, especially with the addition of virgin material, for asphalt production.
Für den Brenner können je nach konstruktiver Ausführung gasförmige, flüssige und feste Brennmittel eingesetzt werden, wobei deren Zufluß die zugeführte Brennmittelmenge pro Zeiteinheit bedeutet.For the burner, depending on the design gaseous, liquid and solid fuels are used, the inflow of which means the amount of fuel supplied per unit of time.
Unter den physikalischen, in Zusammenhang mit dem Wärmeaufnahmevorgang des zu trocknenden und/oder zu erhitzenden Materials stehenden Mineralkenngrößen werden insbesondere deren Korngröße, korngrößenmengenmäßige Zusammensetzung, Oberflächenbeschaffenheit der Materialpartikel, deren materialspezifische Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität sowie deren "Transporteigenschaften" durch die Brenn- bzw. Trockentrommel hindurch verstanden.The physical mineral parameters related to the heat absorption process of the material to be dried and / or heated include, in particular, their grain size, grain size composition, surface quality of the material particles, their material-specific thermal conductivity and heat capacity as well as their "transport properties" through the firing or drying drum Understood.
Die Erfindung löst die Aufgabe, den Erhitzungs- bzw. Trocknungsprozeß für das zu verwendenden Material derart zu steuern, daß ein feuerungstechnisch optimaler, insbesondere schadstoffarmer Prozeßablauf gegeben ist, wobei die Betriebsparameter (Brennerleistung, etc.) der Vorrichtung nicht erst aufgrund eines zu heißen oder zu kalten Endmaterials geändert werden, sondern die Vorrichtung derart betrieben wird, daß derartige Abweichungen erst gar nicht oder nur mit geringsten Abweichungen von den Normwerten auftreten, wodurch Materialverschlechterungen durch den Erhitzungsprozeß ausgeschlossen werden.The invention solves the problem of controlling the heating or drying process for the material to be used in such a way that a firing-technically optimal, in particular low-pollutant process sequence is given, the operating parameters (burner output, etc.) of the device not being called due to or be changed to cold end material, but the device is operated in such a way that such deviations do not occur at all or only with the slightest deviations from the standard values, as a result of which material deterioration due to the heating process is excluded.
Die Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst.The object is solved by the claims.
Um das gesetzte Ziel zu erreichen, werden zwei Regelungsvorgänge, wie unten ausgeführt ist, miteinander z. B. unter Auswertung von Datenfeldern verbunden. Es können zwar zu Kontroll- und Sicherheitszwecken noch die "Endwerte" des getrockneten und/oder erhitzten Materials gemessen werden. Hauptaugenmerk wird jedoch auf die Eingangsdaten, wie u.a. Feuchtigkeit, Korngröße des Materials und deren Mengenverhältnis sowie absolute Mengen, Zusammensetzung des Brennmittels, dessen Fluß sowie dem Fluß des Sauerstoffträgers (der Verbrennungsluft) und der Zusammensetzung und Menge der Abgase u. a. zur Bestimmung des Schadstoffgehaltes und Ermittlung einer optimalen Verbrennung auch in zeitlichen Ablauf insbesondere beim An- und Ausfahren der Vorrichtung gelegt. Da die Mengen der unterschiedlichen Korngrößen bestimmt oder nach vorgegebenem "Rezept" mit bekannten physikalischen Mineralkenngrößen zusammengemischt werden, kann hieraus die benötigte optimale Brennerleistung unter Berücksichtigung der Materialanfangsfeuchte bestimmt werden, um dieses Gemisch dann auf eine vorgegebene Temperatur mit möglichst geringer Restfeuchte zu erhitzen.In order to achieve the set goal, two control processes, as explained below, are z. B. connected by evaluating data fields. The "end values" of the dried and / or heated material can still be measured for control and safety purposes. The main focus, however, is on the input data, such as moisture, grain size of the material and their ratio as well as absolute amounts, composition of the fuel, its flow and the flow of the oxygen carrier (the combustion air) and the composition and amount of the exhaust gases, among other things, to determine the pollutant content and determining an optimal combustion also in terms of time, in particular when starting and extending the device. Since the quantities of the different grain sizes are determined or mixed together with known physical mineral parameters according to a given "recipe", the optimum burner output required can be determined from this, taking into account the initial material moisture, in order to then heat this mixture to a predetermined temperature with the lowest possible residual moisture.
Aufgrund abgespeicherter Daten bzw. Datenfelder, welche durch Istabgasdaten laufend korrigiert werden, kann eine optimale Verbrennung eingestellt werden. Hierdurch ergibt sich ein hoher feuerungstechnischer Wirkungsgrad bei kontrolliertem, möglichst minimalem Schadstoffausstoß, wobei hierzu die Abgastemperatur der Vorrichtung so tief wie möglich gehalten wird, ohne daß der Taupunkt in den Abgasleitungen, dem Kamin oder der Filteranordnung an deren kältesten Stellen erreicht wird. Durch die laufenden Messungen wird außerdem eine zu hohe Temperatur der Abgase vermieden, welche die Filteranordnung ebenfalls schädigen könnte.Optimal combustion can be set on the basis of stored data or data fields which are continuously corrected by actual exhaust gas data. This results in a high level of combustion efficiency with controlled, minimal possible emission of pollutants, for which purpose the exhaust gas temperature of the device is kept as low as possible without the dew point in the exhaust pipes, the chimney or the filter arrangement being reached at their coldest points. Excessive temperature of the exhaust gases is also avoided by the ongoing measurements, which could also damage the filter arrangement.
Unter dem Taupunkt wird in einem Druck-Temperatur-Feuchte-Diagramm der Ort verstanden, bei dem ein an sich ungesättigtes Gas-Dampf-Gemisch in die Sättigung übergeht. Die ausfallenden Flüssigkeitstropfen würden die Filteranordnung innerhalb kürzester Zeit verschließen und eventuell auch zerstören.In a pressure-temperature-humidity diagram, the dew point is understood to mean the location at which an unsaturated gas-steam mixture changes to saturation. The dropping liquid would close the filter arrangement within a very short time and possibly destroy it.
Die Menge der mit den Abgasen ausgestoßenen Schadstoffe wird durch eine Feinregulierung der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft niedrig gehalten.The amount of pollutants emitted by the exhaust gases is kept low by fine-tuning the combustion air supplied to the burner.
Durch die vorteilhafte Steuerung der Umdrehungszahl der Trockentrommel bzw. deren Neigung gegenüber der Horizontalen sowie auch der Verstellung der in den Trommeln angeordneten Schaufeln zum Umwälzen des Materials ergibt sich eine stärkere oder schwächere "Durchwirbelung" des Materials, sowie eine unterschiedlich lange "Kontaktzeit" mit den Flammenabgasen bzw. den durch die Brennerflamme erhitzten Trommelwandungen bzw. -einbauten. Hierdurch ist der "Wärmefluß" ins Material einstellbar, wodurch der Prozeß der Feuchtigkeitsabgabe sowie des Wärmeübergangs an das Material beeinflußbar ist. Der Trocknungs- und/oder Erhitzungsvorgang des Materials ist mit dem ersten Regelungsvorgang nicht nur durch die Brennerleistung, sondern auch durch die gerade geschilderten Einstellungsmöglichkeiten an der Trockentrommel beeinflußbar.Due to the advantageous control of the number of revolutions of the drying drum or its inclination with respect to the horizontal, and also the adjustment of those in the drums arranged blades for circulating the material results in a stronger or weaker "vortexing" of the material, as well as a different "contact time" with the flame exhaust gases or the drum walls or internals heated by the burner flame. As a result, the "heat flow" into the material is adjustable, so that the process of moisture release and heat transfer to the material can be influenced. The drying and / or heating process of the material can be influenced with the first control process not only by the burner output, but also by the setting options on the drying drum just described.
Als besonders vorteilhaft hat sich der Zusammenschluß einer Vorrichtung zum Trocknen und Erhitzen von Neumaterial mit einer Vorrichtung, in der Ausbauasphalt getrocknet und erhitzt wird, erwiesen. Werden die Abgase der Ausbauasphaltverarbeitungsvorrichtung zusammen mit den Abgasen der Vorrichtung für Neumaterial durch ein- und dieselbe Filteranordnung geleitet, so lagern sich bevorzugt die organischen Dämpfe aus dem Ausbauasphalt an den während des Trocknungs- und Erhitzungsverfahrens des Neumaterials aufgewirbelten Staubpartikeln an und können dann zusammen in der Filteranordnung ausgeschieden werden.The combination of a device for drying and heating new material with a device in which asphalt is dried and heated has proven to be particularly advantageous. If the exhaust gases from the asphalt processing device are passed together with the exhaust gases from the device for new material through one and the same filter arrangement, then the organic vapors from the asphalt preferably accumulate on the dust particles whirled up during the drying and heating process of the new material and can then together in the Filter arrangement are eliminated.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung anhand von Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Blockschaltbild der Vorrichtung und
- Fig. 2
- ein Diagramm zur Bestimmung des feuerungstechnischen Wirkungsgrads der Vorrichtung bei einem Materialdurchsatz von 100t/h, wobei das Eingangsmaterial eine Feuchte von 4% und eine Temperatur von 0°C hat und auf 180°C aufgeheizt wird. Die Abgastemperatur der Vorrichtung ist als Ordinate in Abhängigkeit der Luftüberschußzahl Lambda als Abszisse mit dem feuerungstechnischen Wirkungsgrad der Vorrichtung als Parameter dargestellt.
- Fig. 1
- a block diagram of the device and
- Fig. 2
- a diagram for determining the firing efficiency of the device with a material throughput of 100t / h, the input material having a humidity of 4% and a temperature of 0 ° C and is heated to 180 ° C. The exhaust gas temperature of the device is as the ordinate as a function of the excess air number Lambda as the abscissa represented with the firing efficiency of the device as a parameter.
In Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Trocknen und Erhitzen von rieselfähigem Neumaterial, z. B. bestehend aus Sand, Kies und zerkleinertem Mineral und von Ausbauasphalt dargestellt. Die Vorrichtung hat eine um die Längsachse 2 drehbare Trockentrommel 1a für das Neumaterial und eine Trockentrommel 1b für den Ausbauasphalt. Nachfolgend wird zuerst die Vorrichtung 1a beschrieben, welche eine einer Brenntrommel 3a vorgelagerte Vortrommel 4a aufweist. An die Brenntrommel 3a ist stirnseitig ein Brenner 5a für Heizöl, Gas oder Schweröl als Brennmittel angeflanscht. An der dem Brenner 5a gegenüberliegenden Stirnseite der Trockentrommel 1a ist eine Transporteinrichtung 7a für das rieselfähige, Neumaterial angeordnet. Das Material wird im Gegenstrombetrieb durch die Trockentrommel 1a bewegt und tritt getrocknet und auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt durch einen Materialaustritt 9a unterhalb des Brenners 5a aus.In Figure 1 is a block diagram of a device for drying and heating free-flowing new material, for. B. consisting of sand, gravel and crushed mineral and asphalt. The device has a drying drum 1a rotatable about the
Die Trockentrommel 1a hat in ihrem Inneren (nicht dargestellte) Einbauten, welche das eingebrachte Material durchmischen und umwälzen. Die Trockentrommel 1a wird mit Motoren, von denen schematisch nur ein einziger Motor 11a dargestellt ist, in eine vorgegebene Umdrehungszahl und über einen Hebe- und Senkmechanismus 13a in eine ausgewählte Neigung gegenüber der Horizontalen eingestellt.The drying drum 1a has internals (not shown) which mix and circulate the introduced material. The drying drum 1a is set with motors, of which only a
Im vorderen Bereich der Trockentrommel 1a - links in Figur 1 - ist eine Abgasleitung 15a angeordnet, welche mit einer Filteranordnung 17, bestehend aus mehreren Einzelfiltern (schematisch sind drei in Figur 1 dargestellt), verbunden ist. Die Filteranordnung 17 steht über einen in seiner Förderleistung verstellbaren Ventilator 19 mit einem Kamin 21 in Verbindung. Die Ventilatorleistung wird derart eingestellt, daß gegenüber der Umgebung ein Unterdruck von etwa 5 bis 15 mm Wassersäule sich ergibt. Der einzustellende Unterdruck richtet sich nach der Brennerleistung und der auftretenden Menge aufgewirbeltem Feinmaterial vom Neumaterial und wird derart eingestellt, daß aus den Öffnungen der Vorrichtung (Materialein- und -auslaß) kein Staub austritt. Die Brennerleistung ist zudem noch von der Temperatur der angesaugten Verbrennungsluft als Sauerstoffträger abhängig, da warme Verbrennungsluft (Sommer) pro Volumeneinheit weniger Sauerstoff als kalte enthält; es muß jedoch kalte Verbrennungsluft stärker aufgeheizt werden als warme. Die Feinregulierung der Drücke in den beiden Vorrichtungen 1a und 1b wird durch je eine von der Regeleinrichtung 29 steuerbare Drosselklappe 20a bzw. 20b vorgenommen.In the front area of the drying drum 1a - on the left in FIG. 1 - there is an exhaust pipe 15a which is connected to a filter arrangement 17 consisting of several individual filters (three are shown schematically in FIG. 1 ). The filter arrangement 17 is connected to a
Die Filteranordnung 17 dient dazu, u. a. in den Abgasen enthaltene Stäube, welche hauptsächlich aus dem rieselfähigen Material stammen und während des Trocknungs- und Erhitzungsprozesses aufgewirbelt werden, auszufiltern. Diese ausgefilterten Stäube werden z. B. durch einen Druckluftstoß auf jeweils nur eines der drei, für einen kurzen Zeitraum stillgelegten Filter entfernt und können später bei der Asphaltherstellung diesem gemäß Rezept beigemischt werden. In der Abgasleitung 15a ist vor der Filteranordnung 17 eine Meßanordnung 22a als Meßeinrichtung zur Messung des Drucks, der Temperatur und der Feuchte der mit den Verdampfungsprodukten, stammend aus dem Trocknungs- und Verbrennungsprozeß, angereicherten Abgase angeordnet. Die Meßanordnung 22a dient u. a. dazu, die Wärmeaufnahme, insbesondere Erhitzung (Erreichen einer vorgegebenen Endtemperatur des Neumaterials) und Trocknung des Neumaterials so zu steuern, daß die Abgase auch an der kältesten Stelle der Abgasleitung 15a, des Kamins 22 und der Filteranordnung 17 den Taupunkt nicht erreichen. Durch die Steuerung der Brennerleistung wird insbesondere die Temperatur des Neumaterials eingestellt. Das Erreichen des Taupunkts in der Filteranordnung 17 würde deren Gasdurchlässigkeit aufheben und somit die Vorrichtung zum Stillstand bringen. Wird der Taupunkt an einer Stelle in der Abgasleitung 15a (15b) oder dem Kamin 21 erreicht, so kann das Schäden an diesen infolge von Säurebildung hervorrufen. Ebenfalls ist in der Abgasleitung 15a eine Meßanordnung 24a zur Bestimmung der Gaszusammensetzung der Abgase eingebaut. Mit der Meßanordnung 24a wird insbesondere der CO- und Sauerstoffgehalt in den Abgasen bestimmt. Es könnte jedoch zusätzlich auch eine NOx- und CHx-Messung vorgenommen werden.The filter arrangement 17 serves, among other things, to filter out dusts contained in the exhaust gases, which mainly originate from the free-flowing material and are whirled up during the drying and heating process. These filtered dusts are e.g. B. removed by a blast of compressed air on only one of the three filters that have been shut down for a short period of time and can be added to it later during asphalt production according to the recipe. A
Das zu trocknende und zu erhitzende rieselfähige Material ist getrennt nach Korngrößen in mehreren Silos 23a -c gelagert. In diesen Silos 23a - c erfolgt eine Messung des Feuchtigkeitsgehalts des betreffenden Materials mit Feuchtigkeitssensoren 25a - c als Meßeinrichtung. Der Materialfluß des gemäß vorgegebenem Rezept aus den Silos 23a - c abzugegebenden Materials wird über Materialdosiereinrichtungen 26a - c von einer Steuereinrichtung 29 eingestellt und mit Materialflußsensoren 27a - c als weitere Meßeinrichtung überwacht. Die Materialdosiereinrichtungen 26a - c sind nicht explizit dargestellt. Der geförderte Materialfluß ergibt sich aus dem gemessenen Teilgewicht und der Bandfördergeschwindigkeit. Die Feuchtigkeitssensoren 25a - c und die Materialflußsensoren 27a - c sind ebenfalls mit der Steuereinrichtung 29 zur Verfahrenssteuerung verbunden, in deren Datenspeicher 43 auch die Werte für die Rezepte abgelegt sind. Ebenfalls mit der Steuereinrichtung 29 sind der Motor 11a, der Hebe- und Senkmechanismus 13a, die Dosiereinrichtungen 31a und 32a für das Brennmittel und die Verbrennungsluft zum Brenner 5a, eine Verstelleinrichtung 33 für den Ventilator 19 sowie die Meßanordnungen 22a und 24a verbunden.The free-flowing material to be dried and heated is stored separately in several silos 23a - c according to grain size. In these silos 23a - c , the moisture content of the material in question is measured with
Die Temperatur des am Materialaustritt 9a austretenden getrockneten und erhitzten Neumaterials wird mit einer Temperaturmeßeinrichtung 28a gemessen. Anschließend wird das erhitzte Material in einen Heißsilo 35a gefördert. Hier kann es nun für einige Stunden zwischengelagert oder direkt zur Asphaltherstellung verwendet werden, indem Bindemittel und Filler in einem Mischer 37a zugemischt werden. Der fertig gemischte Asphalt wird nun als Belag direkt aufgebraucht oder kurzzeitig für einige Stunden zur späteren Verwendung in einem Asphaltsilo 39a zwischengelagert.The temperature of the dried and heated virgin material emerging at the material outlet 9a is measured with a
Damit das zwischengelagerte Material zu einem späteren Zeitpunkt mit der richtigen Temperatur verarbeitet werden kann, sind die nachgeschalteten, insbesondere für die Zwischenlagerung zu verwendenden Silos 35a und 39a sowie deren Fördereinrichtungen mit Temperaturmeßeinrichtungen 41a und 41b ausgerüstet, welche mit der Steuereinrichtung 29 verbunden sind. Die Brennerleistung wird nun durch Steuerung der Dosiereinrichtungen 31a und 32a so eingestellt, daß das erhitzte Material die notwendige Temperatur auch noch unter eventueller Abkühlung in den nachgeschalteten Baugruppen 35a, 37a und 39a aufweist.So that the temporarily stored material can be processed at the correct temperature at a later point in time, the
Die Vorrichtung 1b zum Trocknen und Erhitzen von Recyclingsmaterial, insbesondere von Ausbauasphalt ist analog zur Vorrichtung 1a für das Neumaterial aufgebaut. Im Gegensatz zur Vorrichtung 1a, welche im Gegenstrombetrieb gefahren wird, arbeitet die Vorrichtung 1b im Gleichstrombetrieb. Die Vorrichtung 1b weist analog zu den Baugruppen der Vorrichtung 1a eine Brenntrommel 3b, eine Vortrommel 4b, einen Brenner 5b, eine Transporteinrichtung 7b, einen Materialaustritt 9b für das erhitzte und getrocknete Ausbaumaterial, Antriebsmotore 11b für die Trommel 3b/4b, eine Hebe- und Senkeinrichtung 13b, eine Abgasleitung 15b, eine Meßanordnung 22b, schematisch drei Silos 23d - f für unterschiedliches zu trocknendes und zu erhitzendes Ausbaumaterial, drei Feuchtigkeitssensoren 25d - f, drei Materialflußsensoren 27d - f, drei Materialdosiereinrichtungen 26d - f, eine Temperaturmeßeinrichtung 28b für die Endtemperatur des erhitzten Ausbaumaterials sowie analoge für die Materialspeicherung verwendete Baugruppen 35b und 41c auf. Die Abgasleitungen 15a und 15b sind vor der Filteranordnung 17 zu einer einzigen Abgasleitung 49 zusammengeführt.The
Wie in der Figur 1 durch Strichelung schematisch angedeutet, kann die Abgasleitung 15b der Ausbauasphaltverarbeitungsvorrichtung 1b auch mit einem Abluftstutzen 47 am Brenner 5a der Vorrichtung 1a verbunden werden. In diesem Fall werden die Abgase durch den Brenner 5a geleitet und erfahren einen Verbrennungs- und Crackvorgang, welcher sich insbesondere auf die organischen Verbindungen in den Abgasen des Ausbauasphalts auswirkt. Das erhitzte und getrocknete Ausbaumaterial wird über eine Fördereinrichtung in den Heißsilo bzw. den Asphaltsilo ev. unter Vermischung mit Neumaterial und Filler gefördert.As indicated schematically in FIG. 1 by dashed lines, the
Für die Steuerung der Vorrichtung 1a sowie 1b durch die Steuereinrichtung 29 sind unter Berücksichtigung von Asphaltherstellungsrezepten die nachfolgenden Daten im Datenspeicher 43 abgespeichert :
- Materialzusammensetzung und Materialfluß für die betreffende Trockentrommel 1a/1b,
- wärmetechnische Materialeigenschaften,
- vorgegebene und rezeptbedingte Endtemperatur des Neu- bzw. Ausbaumaterials,
- physikalische Taupunktdaten sowie die "Abstandswerte", bis zu denen eine Annäherung an die Taupunktdaten aus Sicherheitsgründen erfolgen darf (eine möglichst geringe Abgastemperatur unter Einhaltung eines Temperatursicherheitsabstands zum Taupunkt wird am Meßort eingehalten, damit der Taupunkt an der kältesten Stelle der Abgasleitung, der Filteranordnung oder des Kamins nicht erreicht wird),
- Richt- und/oder Grenzwerte der Konzentration von Gasen in den Abgasen zur Vermeidung einer Überschreitung insbesondere des zulässigen CHx-, CO-, und NOx-Gehalts.
- Material composition and material flow for the relevant drying drum 1a / 1b ,
- thermo-technical material properties,
- predefined and recipe-related final temperature of the new or construction material,
- Physical dew point data as well as the `` distance values '' up to which the dew point data may be approximated for safety reasons (the lowest possible exhaust gas temperature, while maintaining a temperature safety distance from the dew point, is maintained at the measuring point, so that the dew point at the coldest point of the exhaust pipe, the filter arrangement or the Fireplace is not reached),
- Guideline and / or limit values for the concentration of gases in the exhaust gases to avoid exceeding in particular the permissible CH x , CO and NO x content.
Die für die Trocknung und/oder Erhitzung auf eine vorgegebene Temperatur des Neumaterials bzw. des Ausbaumaterials notwendige Brennerleistung wird durch die Steuereinrichtung 29 ermittelt aus
- dem vorgegebenen Rezept unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften des Materials, wie Materialart, Materialzusammensetzung, Sandgehalt, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Transportgeschwindigkeit durch die Trommeln, ...
- der gemessenen Feuchte des Eingangsmaterials,
- der Wärmeaufnahme vom Material in der Vor- bzw. Brenntrommel 4a/b bzw. 3a/b,
- den thermischen Abgasverlusten,
- den thermischen Isolationsverlusten in der Vorrichtung 1a bzw. 1b,
- der Erwärmung und der Feuchte der Falschluft,
- der Temperatur des Brennmittels und der Verbrennungsluft.
- the specified recipe taking into account the physical properties of the material, such as material type, material composition, sand content, thermal conductivity, heat capacity, transport speed through the drums, ...
- the measured moisture of the input material,
- the heat absorption of the material in the pre or firing drum 4a / b or 3a / b ,
- thermal exhaust gas losses,
- the thermal insulation losses in the
device 1a or 1b , - the warming and humidity of the false air,
- the temperature of the fuel and the combustion air.
Die Wärmeaufnahme des Materials in der jeweiligen Vorbzw. Brenntrommel 4a/b bzw. 3a/b hängt ab von
- der Wärmeleitfähigkeit des Materials,
- der Wärmekapazität des Materials,
- der zeitlichen Wärmeaufnahmefähigkeit des Materials,
- der Feuchte des Eingangsmaterials,
- der Transportgeschwindigkeit und Durchmischung des Materials in den Trommeln 4a/
b und 3a/b, - der Temperatur der Brennerflamme bzw. den Flammengasen,
- der Brennerleistung.
- the thermal conductivity of the material,
- the thermal capacity of the material,
- the temporal heat absorption capacity of the material,
- the moisture of the input material,
- the transport speed and mixing of the material in the drums 4a / b and 3a / b ,
- the temperature of the burner flame or flame gases,
- the burner output.
Die Transportgeschwindigkeit und Durchmischung des Materials in den Trommeln 4a/b und 3a/b wird beeinflußt durch
- die Anordnung und Ausgestaltung der (nicht dargestellten) Schaufeln,
- die eingestellte Neigung der Trommel und/oder deren Schaufeln,
- die eingestellte Umdrehungszahl der Trommel,
- durch die Art des eingebrachten Materials (Neumaterial, Ausbaumaterial, Körnigkeit und deren mengenmäßige Zusammensetzung, Klebrigkeit, ...)
- the arrangement and design of the blades (not shown),
- the set inclination of the drum and / or its blades,
- the set number of revolutions of the drum,
- by the type of material used (new material, finishing material, granularity and their quantitative composition, stickiness, ...)
Die Temperatur der Flamme bzw. Flammengase hängt ab
- vom Verhältnis Brennmittel zu Verbrennungsluft (Luftüberschußzahl),
- von der Art des Brennmittels,
- von der Menge des Brennmittels und der Verbrennungsluft,
- von der Brennkammergestaltung,
- von der Brennerkonstruktion.
- the ratio of fuel to combustion air (excess air number),
- on the type of fuel,
- the amount of fuel and combustion air,
- from the combustion chamber design,
- from the burner construction.
Die Brennerleistung wird eingestellt über
- den Brennmittelzufluß,
- den Zufluß der Verbrennungsluft gemäß Brennervoreinstellung,
- Korrektur des Zuflusses der Verbrennungsluft.
- the fuel flow,
- the inflow of the combustion air according to the burner presetting,
- Correction of the inflow of combustion air.
Die Höhe der Abgastemperatur und die Abgasmenge hängen ab von
- dem Verbot, den Taupunkt an der kältesten Stelle in der Abgasleitung 15a/
b und 49 in der Filteranordnung 17 oderim Kamin 21 zu erreichen, - von den Isolationsverlusten in den Abgasleitungen 15a/
b und 49, in der Filteranordnung 17,im Kamin 22und den Trommeln 3a/b und 5a/b, - der Feuchte, der Menge und der Temperatur des Neu- und Ausbaumaterials vor Eintritt in
die betreffende Trommel 3a/b und 4a/b, - von der Feuchte, der Menge und der Temperatur der in
die Trommeln 3a/b und 4a/b eintretenden Falschluft, - von der Feuchte, der Menge und der Temperatur der Verbrennungsluft,
- der Menge und der Zusammensetzung der abgasenden Produkte aus dem Ausbaumaterial in den Trommeln 3b und 4b,
- der Brennmittelmenge und -art,
- dem Verhältnis Brennmittel zu Verbrennungsluft,
- dem Brennmittel- und Verbrennungsluftzufluß,
- der geforderten Endtemperatur des Neumaterials,
- der geforderten Endtemperatur des Ausbaumaterials,
- der Wärmeaufnahme in
den Trommeln 3a/b und 4a/b.
- the ban on reaching the dew point at the coldest point in the exhaust gas line 15a / b and 49 in the filter arrangement 17 or in the
chimney 21 , - the insulation losses in the exhaust pipes 15a / b and 49 , in the filter arrangement 17 , in the
chimney 22 and thedrums 3a / b and 5a / b , - the humidity, the quantity and the temperature of the new and finishing material before entering the
relevant drum 3a / b and 4a / b , - the humidity, the quantity and the temperature of the false air entering the
drums 3a / b and 4a / b , - the humidity, the quantity and the temperature of the combustion air,
- the quantity and the composition of the exhaust products from the finishing material in the drums 3b and 4b ,
- the amount and type of fuel,
- the ratio of fuel to combustion air,
- the fuel and combustion air inflow,
- the required final temperature of the new material,
- the required final temperature of the lining material,
- the heat absorption in the
drums 3a / b and 4a / b .
Eine geringe Abgastemperatur, eine kleine Menge an Falschluft und geringe Isolationsverluste erhöhen den feuerungstechnischen Wirkungsgrad der Vorrichtung.A low exhaust gas temperature, a small amount of false air and low insulation losses increase the firing efficiency of the device.
Was kann in der Vorrichtung für das Neumaterial und für das Ausbaumaterial in zeitlicher Folge gemessen werden bzw. ist durch die Rezeptur vorgegeben :
- Feuchtegehalt, Menge und Temperatur des Eingangsmaterials,
- Materialzusammensetzung,
- Temperatur und Restfeuchte des erhitzten Ausgangsmaterials,
- Temperatur, Menge, Feuchte und Unterdruck der Abgase in der Abgasleitung,
- Abgaszusammensetzung, insbesondere Gehalt an CO, H₂O, O₂.
- Temperatur der Einrichtungen zur Förderung und Speicherung des erhitzten Materials,
- Temperatur der zugeführten Verbrennungs- und eindringenden Falschluft.
- Moisture content, quantity and temperature of the input material,
- Material composition,
- Temperature and residual moisture of the heated starting material,
- Temperature, quantity, humidity and negative pressure of the exhaust gases in the exhaust pipe,
- Exhaust gas composition, in particular content of CO, H₂O, O₂.
- Temperature of the devices for conveying and storing the heated material,
- Temperature of the supplied combustion and penetrating false air.
Was kann in Abhängigkeit der vorgegebenen Daten und/oder der Meßwerte eingestellt werden:
- Zufluß des Brennmittels,
- Zufluß der Verbrennungsluft,
- Neigung der Trommel,
- Verstellung der Schaufeln in den Trommeln,
- Umdrehungszahl der Trommel,
- Saugleistung des Abgasventilators 19.
- Inflow of fuel,
- Inflow of combustion air,
- Inclination of the drum,
- Adjustment of the blades in the drums,
- Number of revolutions of the drum,
- Suction power of the exhaust fan 19 .
Bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung werden typische Grundwerte für die Steuerung der Dosiereinrichtungen 31a/b, 32a/b sowie 26a - f vorrichtungsspezifisch eingestellt und im Datenspeicher 43 abgelegt. Im täglichen Betrieb wird nun die Verbrennung über die mit der Steuereinrichtung 29 verbundenen Dosiereinrichtungen 31a/b und 32a/b derart nachgestellt, daß bei vorgegebener Materialendtemperatur ein hoher feuerungstechnischer Wirkungsgrad bei einer minimalen Schadstoffemission sich ergibt. Die Feineinstellung der Dosiereinrichtungen 31a/b und 32a/b erfolgt dann während des Betriebs laufend über die Messung der tatsächlichen Schadstoffwerte mit der Meßanordnung 24a/b. Die laufend gemessenen Schadstoffwerte werden zeitabhängig ebenfalls im Datenspeicher 43 abgelegt. Bei einem späteren Betrieb der Vorrichtung erfolgt dann die zeitliche Steuerung der Dosiereinrichtungen 31a/b und 32a/b gemäß dieser zeitlichen Steuerkurve, welche dann wiederum durch die neuen gemessenen Werte korrigiert wird. Durch dieses "Teach-in"-Verfahren für die Brennerleistung und die Schadstoffreduzierung sollen möglichst optimale Betriebsdaten ermittelt werden. Um jedoch nicht durch außergewöhnliche Umgebungs- und kurzzeitige Anlagedaten für den späteren Betrieb unrealistische Daten abzuspeichern, kann eine Gewichtung neuer Daten vorgenommen werden, welche eine Datenänderung z. B. nur bei mehrmaligen gleichen Ergebnissen bewirkt.When the device is started up, typical basic values for the control of the
Die zeitabhängig abgespeicherten Daten erlauben neben der Anpassung an zeitliche Veränderungen durch die Rezeptur, Materialeingangsdaten, etc. ein optimales An- und Ausfahren der Vorrichtungen 1a und 1b.The data stored in a time-dependent manner, in addition to adapting to changes in time due to the recipe, material input data, etc., allow
Um eine einwandfreie Einstellung einer schadstoffarmen Verbrennung in der Brenntrommel 3a/b zu erreichen, sollte eine Brenntrommel verwendet werden, bei der kein rieselfähiges Material und auch kein von diesem aufgewirbelter Staub bzw. Dämpfe in die Brennerflamme gelangen kann. Eine derartige Brenntrommel ist z. B. in der schweizerischen Patentanmeldung Gesuchs-Nr. 01 500/93-9 beschrieben.In order to achieve a perfect setting of a low-pollutant combustion in the
Der Druck der Abgase wird mit der Meßanordnung 22a/b bestimmt.The pressure of the exhaust gases is determined with the measuring
Wie oben bereits ausgeführt, hängt der Taupunkt der Abgase von deren Temperatur, Druck und Feuchtigkeitsgehalt ab. Die Abgase dürfen in keinem Fall im Bereich der Filteranordnung 17 in die Nähe ihres Taupunkts gelangen, da ansonsten die Filteranordnung 17 nicht mehr wirksam ist und sich verschließen kann, wodurch die Funktion der Vorrichtung nicht mehr gegeben ist.As already stated above, the dew point of the exhaust gases depends on their temperature, pressure and moisture content. The exhaust gases must never come near their dew point in the area of the filter arrangement 17 , since otherwise the filter arrangement 17 is no longer effective and can close, as a result of which the device no longer functions.
Das nachfolgende Berechnungsbeispiel soll einen Einblick vermitteln, wie die Größen der Vorrichtung mit den einzelnen Meßwerten verknüpft sind. Ferner ist bei der Berechnung zu beachten, daß Volumen- und Masseflüsse aufeinander abgestimmt werden müssen. So erhöht sich z. B. der Sauerstoffgehalt des Verbrennungsluftflusses im Winter gegenüber demjenigen im Sommer nur dadurch, daß aufgrund der höheren Temperatur das spez. Gewicht der Verbrennungsluft geringer ist und damit bei einem konstanten Volumenstrom weniger Masse gefördert wird.The following calculation example is intended to provide an insight into how the sizes of the device are linked to the individual measured values. It should also be noted in the calculation that volume and mass flows must be coordinated. So z. B. the oxygen content of the combustion air flow in winter compared to that in summer only in that the spec. Weight of the combustion air is lower and thus less mass is conveyed with a constant volume flow.
Der für die Trocknung und/oder Erhitzung des Materials benötigten Zufluß des Brennmittels M in kg/h bestimmt sich in einem ersten Regelungsvorgang ("Primärregelung") folgendermaßen:
wobei hier insbesondere über den unten beschriebenen Abgasfluß I ein zweiter Regelungsvorgang ("Sekundärregelung") einwirkt.The inflow of the fuel M in kg / h required for drying and / or heating the material is determined in a first control process ("primary control") as follows:
a second control process (“secondary control”) acting here in particular via the exhaust gas flow I described below.
G ist der im Verfahren aus dem mit der Transporteinrichtung 7a in die Trockentrommel 1a eingebrachten feuchten Eingangsmaterial zu dessen Trocknung auszutreibende Wasserdampf in Normkubikmeter pro Zeiteinheit. Der auszutreibende Wasserdampffluß G wird aus dem mit dem Materialflußsensor 27a ermittelten Materialeingangsfluß A [t/h] und dessen mit dem Feuchtigkeitssensor 25a gemessenen Feuchtigkeitsgehalt B [%] gemäß nachstehenden Beziehungen ermittelt:
Die Umrechnung in Normkubikmeter pro Stunde [Nm³/h] erfolgt unter Verwendung des Molvolumens von 22,4 m³/k Mol und mit 18 kg für ein Kilomol Wasser gemäß
Vereinfachend für die nachfolgende Rechnung wird nur ein einziges Material aus den Silo 23a mit einem Fluß A von 100 t/h (Trockengewichtsfluß) mit einer Feuchte B von 4 % m verarbeitet. D. h. in der beispielsweisen Vorrichtung ergibt sich der auszutreibende Wasserdampffluß G zu 4 978 Nm³/h (F = 4 000 kg/h). Die spezifische Wärme g der Abgase beträgt 0,31032 [kcal/Nm³K] (K ≡ Grad Kelvin). Die beispielsweise Temperatur E der Abgase gemessen mit der Meßanordnung 22a liegt bei 74 °C. l ist die spezifische Wärme des aus dem Silo eingebrachten Materials; sie liegt bei 0,21 kcal/kg·K. Die am Trommelausgang 9a mit der Temperaturmeßeinrichtung 28a gemessene Materialausgangstemperatur C beträgt 180 °C. Die Umgebungstemperatur k wird beispielsweise mit 0 °C angenommen. Die Enthalpie i des Wasserdampfs beträgt 650 kcal/kg. Die spezifische Wärme h von Wasser mit 1 kcal/kg. Der untere Heizwert c in [kcal/kg] für verschiedene Brennmittel kann der untenstehenden Tabelle 1 entnommen werden. Der Fluß I [Nm³/kg] der Abgase nur aus dem Verbrennungsprozeß (ohne Feuchte durch das zu trocknende Material), ist mit nachstehender Beziehung bestimmbar
und ergibt sich in diesem Beispiel mit den unten aufgeführten Werten und dem Brennstoff Heizöl extra leicht (EL) zu 29,01 Nm³/kg. Der nur für die Verbrennung mit der Dosiereinrichtung 32a eingestellte Verbrennungsluftfluß a [Nm³/kg] sowie der Abgasfluß b [Nm³/kg] mit Wasserdampf beladen bzw. der trockene Abgasfluß e [Nm³/kg] ohne Wasserdampf sind der untenstehenden Tabelle 1 für die unterschiedlichen Brennstoffe zu entnehmen. G is the water vapor to be expelled in the process from the moist input material introduced into the drying drum 1a by the transport device 7a in order to dry it, in standard cubic meters per unit of time. The water vapor flow G to be expelled is determined from the material inlet flow A [t / h] determined with the
The conversion into standard cubic meters per hour [Nm³ / h] is carried out using the molar volume of 22.4 m³ / k mol and with 18 kg for one kilomole of water
To simplify the following calculation, only a single material from silo 23a with a flow A of 100 t / h (dry weight flow) with a moisture B of 4% m is processed. That is, In the example device, the steam flow G to be expelled results in 4 978
and results in this example with the values listed below and the fuel heating oil extra light (EL) to 29.01 Nm³ / kg. The combustion air flow a [Nm³ / kg] and the exhaust gas flow b [Nm³ / kg], which are only set for the combustion with the
Der Luftüberschuß (Lambda) in der obigen Beziehung kann gemäß nachfolgender Beziehung ermittelt werden:
wobei D der Sauerstoffgehalt bezogen auf den trockenen Abgasfluß ist. Er beträgt 12,85 %.
where D is the oxygen content based on the dry exhaust gas flow. It is 12.85%.
Aus den Eingangsmeßwerten ist der gesamte Wasserdampfanteil W (einschließlich aus dem Eingangsmaterial ausgetriebene Feuchte) in den Abgasen in Volumenprozent gemäß
ermittelbar und aus diesem Ergebnis der Wasserdampfpartialdruck P [bar] gemäß nachfolgender Beziehung bestimmbar:
Wasserdampfpartialdruck P und der Taupunkt T [°C] von Wasser sind über die nachfolgende Tabelle miteinander verknüpft.
can be determined and from this result the water vapor partial pressure P [bar] can be determined according to the following relationship:
Water vapor partial pressure P and the dew point T [° C] of water are linked with each other in the table below.
Um einen hohen feuerungstechnischen Wirkungsgrad Γ der Vorrichtung zu erreichen - der optimale Wirkungsgrad liegt bei Γ = 1 (bzw. 100 %) - wird über einen bereits oben erwähnten zweiten Regelungsvorgang ("Sekundärregelung") eine möglichst tiefe Abgastemperatur E eingehalten Hierbei ist jedoch zu beachten, daß die Gefahr wächst, in der Filteranordnung 17 den Taupunkt zu erreichen.In order to achieve a high combustion efficiency Γ of the device - the optimum efficiency is Γ = 1 (or 100%) - the lowest possible exhaust gas temperature E is maintained via a second control process ("secondary control") mentioned above that the risk increases to reach the dew point in the filter arrangement 17 .
Den Zusammenhang zwischen feuerungstechnischem Wirkungsgrad Γ der Vorrichtung, Materialfeuchte, Schadstoffmenge in den Abgasen und Brennerleistung soll an den folgenden Beispielen demonstriert werden.The following examples will demonstrate the relationship between the firing efficiency Γ of the device, material moisture, amount of pollutants in the exhaust gases and burner output.
In den nachfolgenden beispielhaften Überlegungen wird von einem Materialfluß von 100 t/h, einer Anfangsmaterialtemperatur von 0 °C und einer Erhitzungsendtemperatur des Materials am Materialaustritt 9a von 180 °C ausgegangen.In the following exemplary considerations, a material flow of 100 t / h, an initial material temperature of 0 ° C. and an end heating temperature of the material at the material outlet 9a of 180 ° C. are assumed.
In einem ersten Beispiel hat das zu trocknende und zu erhitzende Material eine Anfangsfeuchte von 4 %. Bei einer Brennerleistung von 8,08 MW ergibt sich dann eine Abgastemperatur von 74 °C, d.h. 10 °C über der Temperatur des Taupunkts von 64 °C. Der Zusammenhang zwischen Luftüberschußzahl Lambda, der Grenze zum Kondensationsbereich 44 (= Taupunktlinie) und der Abgastemperatur ist in Figur 2 dargestellt. Ausgehend von einer Luftüberschußzahl Lambda von 2,5, einer Abgastemperatur von 74 C und einem Taupunkt bei 64 °C ergibt sich dann aus Figur 2 ein feuerungstechnischer Wirkungsgrad Γ von 90,6 %.In a first example, the material to be dried and heated has an initial moisture of 4%. With a burner output of 8.08 MW, the exhaust gas temperature is 74 ° C, ie 10 ° C above the dew point temperature of 64 ° C. The relationship between the excess air number lambda, the limit to the condensation area 44 (= dew point line) and the exhaust gas temperature is shown in FIG . On the basis of an excess air number lambda of 2.5, an exhaust gas temperature of 74 ° C. and a dew point at 64 ° C., FIG. 2 results in an efficiency Γ of 90.6%.
Ist bei einem zweiten Beispiel die Anfangsmaterialfeuchte 2 % und die Brennerleistung auf 6,39 MW eingestellt worden, so sinkt der Taupunkt um 7 °C auf 57 °C und die Abgastemperatur liegt bei 67 °C, wodurch sich dann ein feuerungstechnischer Wirkungsgrad Γ von 91,8 % durch die Anpassung auf diese Abgastemperatur ergibt. Bei einer Abgastemperatur von 74 °C wäre der feuerungstechnischer Wirkungsgrad Γ nur 91,1 %.In a second example, is the
In einem dritten Beispiel beträgt die Anfangsmaterialfeuchte 8% und die Brennerleistung ist auf 11,46 MW eingestellt. Es ergibt sich ein Taupunkt von 69 °C und eine Abgastemperatur von 74 °C. Diese Differenz zwischen Abgastemperatur und Taupunkt von nur 5 °C ist etwas gering. Sie sollte aus Sicherheitsgründen 10 °C betragen, damit Luftströmungsunterschiede und die Wärmeisolation der Filteranordnung 17 unkritisch sind.In a third example, the initial material moisture is 8% and the burner output is set to 11.46 MW. The dew point is 69 ° C and the exhaust gas temperature is 74 ° C. This difference between exhaust gas temperature and dew point of only 5 ° C is somewhat small. For safety reasons, it should be 10 ° C. so that air flow differences and the thermal insulation of the filter arrangement 17 are not critical.
Ausgehend vom ersten Beispiel kann nun eine Luftüberschußzahl von 2,0 eingestellt werden, wodurch sich eine Brennerleistung von 8,0 MW mit einem Wirkungsgrad Γ von 91,3 % bei einem Taupunkt von 68 °C und einer Abgastemperatur von 78 °C ergibt. Der feuerungstechnische Wirkungsgrad Γ hat sich somit um 0,7 % erhöht, wodurch eine Reduzierung der Brennerleistung um 0,08 MW möglich ist.Based on the first example, an excess air ratio of 2.0 can now be set, resulting in a burner output of 8.0 MW with an efficiency Γ of 91.3% at a dew point of 68 ° C and an exhaust gas temperature of 78 ° C. The combustion efficiency Γ has thus increased by 0.7%, which means that the burner output can be reduced by 0.08 MW.
Wird z. B. durch Verminderung des Sandgehalts eine Abgastemperatursteigerung um 30 °C auf 114 °C erreicht und würde die Brennerleistung nicht nachgesteuert, so würde die Materialendtemperatur um 11 °C sinken. Wird jedoch die Brennerleistung auf 8,29 MW nachgesteuert, so ergibt sich ein Wirkungsgrad Γ von 87,7 % bei einer Abgastemperatur von 114 °C (und wie oben, einer Materialendtemperatur von 180 °C). Durch Beeinflussung der Wärmeaufnahme, indem die Umdrehungszahl der Vortrommel und/oder die Neigung der Trommel zur Horizontalen sowie durch die Lage der Schaufeln verstellt wird, können die Werte des ersten Beispiels wieder erreicht werden, worauf die Brennerleistung von den obigen 8,29 MW wieder auf 8,0 MW zurückgefahren werden kann.Is z. B. by reducing the sand content, an exhaust gas temperature increase of 30 ° C to 114 ° C and if the burner output was not readjusted, the final material temperature would decrease by 11 ° C. However, if the burner output is adjusted to 8.29 MW, the efficiency Γ is 87.7% at an exhaust gas temperature of 114 ° C (and as above, a final material temperature of 180 ° C). By influencing the heat absorption, by adjusting the number of revolutions of the pre-drum and / or the inclination of the drum to the horizontal and by the position of the blades, the values of the first example can be reached again, whereupon the burner output increases again from the above 8.29 MW 8.0 MW can be reduced can.
Obige Beispiele sollen die Wege zur Optimierung eines minimalen Schadstoffausstoßes und eines guten feuerungstechnischen Wirkungsgrads bei größtmöglicher Schonung der Filteranordnung 17 aufzeigen.The above examples are intended to show the ways of optimizing a minimal pollutant emission and a good combustion efficiency with the greatest possible protection of the filter arrangement 17 .
Da der Feuchtegehalt des zu trocknenden Materials bzw. der Teilmaterialien aus den Silos 23a - c mit den Feuchtigkeitssensoren 25a - c bereits bestimmt worden ist und die Temperatur, auf die erhitzt werden soll, sowie die Materialmenge vorgegeben sind, kann der Brenner 3a durch die Steuereinrichtung 29, wie oben ausgeführt, eingestellt werden. Die Meßanordnung 24a wirkt über die Steuereinrichtung 29 auf die Dosiereinrichtungen 31a und 32a, so daß in den Abgasen ein Gesamtkohlenstoffgehalt von etwa 50 mg·m⁻³ bei einem CO-Gehalt von 100 mg·m⁻³ und einem NOx-Gehalt unter 50 mg·m⁻³ eingehalten werden kann.Since the moisture content of the material to be dried or the partial materials from the silos 23a - c has already been determined with the
Anstelle der Sensoren 25a bis 25f sowie 27a bis 27f kann auch nur je ein Feuchtigkeits- und ein Materialflußsensor verwendet werden, der die Eigenschaften des Gemisches mißt.Instead of
Anstelle die Neigung der Trockentrommel 1a/b zu verstellen, können auch die im Inneren der der Brenntrommel 3a/b vorgelagerten Vortrommel 4a/b angeordneten (nicht dargestellten) Schaufeln in ihrer Lage verstellt werden. Das zu trocknende und zu erhitzende Material stürzt als "Vorhang" durch die Vortrommel 4a/b, durch die die heißen Abgase streichen. Bevorzugt kann nun die Winkellage zur Trommelachse verstellt werden, so daß ein dichterer oder weniger dichter, die Materialverweilzeit in der Trommel beeinflussender "Materialvorhang" sich ergibt. Die Verstellung erfolgt durch von der Steuereinrichtung 29 gesteuerte (nicht dargestellte) Verstelleinheiten entsprechend der Meßwerte der obengenannten Sensoren für die Materialeingangs- und Abgaswerte.Instead to adjust the inclination of the drying drum 1a / b, can also Figures 3a / b upstream preturret 4a / b arranged blades (not shown) are adjusted in position in the interior of the burning drum. The material to be dried and heated plunges as a "curtain" through the pre-drum 4a / b , through which the hot exhaust gases pass. Preferably, the angular position to the drum axis can now be adjusted so that a denser or less dense "material curtain" results which influences the material dwell time in the drum. The adjustment is carried out by adjusting units (not shown) controlled by the
Anstelle die beiden Vorrichtungen 1a und 1b miteinander zu koppeln, können beide Vorrichtungen auch getrennt voneinander betrieben werden.Instead of coupling the two
Die Überwachung des "Abstands" der Abgaswerte von dem insbesondere die Filteranordnung 17 gefährdenden Taupunkt kann auch mit einem psychrometrischen Meßwertgeber erfolgen.The "distance" of the exhaust gas values from the dew point, which in particular endangers the filter arrangement 17, can also be monitored with a psychrometric sensor.
Der Anteil der in die Vorrichtung eindringenden "Falschluft", welcher den Wirkungsgrad Γ der Vorrichtung verschlechtert, läßt sich dadurch verringern, daß die freie Materialaustrittsöffnung 9a/b und die Öffnung für den Materialeintritt möglichst klein gehalten werden.The proportion of "false air" entering the device, which worsens the efficiency Γ of the device, can be reduced by keeping the free material outlet opening 9a / b and the opening for the material inlet as small as possible.
Da die Messung der Abgaszusammensetzung in den Abgasleitungen 15a und 15b erfolgt, wird auch der Luftanteil, hervorgerufen durch die Falschluft, mit erfaßt. Anstelle der beiden Meßanordnungen 22a und 22b für die Abgaszusammensetzung sowie der beiden Meßanordnungen 24a und 24b zur Überwachung einer Annäherung an den Taupunkt kann auch mit nur jeweils einer einzigen Meßanordnung gearbeitet werden. Werden jedoch jeweils zwei Meßanordnungen verwendet, so ist eine einfachere und sichere Steuerung der Brenner möglich.Since the measurement of the exhaust gas composition takes place in the
Da die Einstellung der Vorrichtungen durch die Steuereinrichtung 29 unter Verwendung zeitabhängig, im Datenspeicher 43 abgespeicherter Daten erfolgt, können die Meßeinrichtungen 22a/b und 24a/b als jeweils nur eine Meßeinrichtung hinter der Filteranordnung 17 angeordnet werden.Since the setting of the devices by the
Aufgrund der im Datenspeicher 43 abgelegten Daten und obiger, überwachender Messungen ist es möglich das Brennmittel zu ändern und sog. Mehrstoffbrenner einzusetzen.Based on the data stored in the data memory 43 and the above, monitoring measurements, it is possible to change the fuel and to use so-called multi-fuel burners.
Da es für das Verhältnis von zu verarbeitenden Ausbauasphalt und Neumaterial inbezug auf die Filteranordnung 17 eine obere Grenze, hervorgerufen durch die Dämpfe das Ausbauasphalts, gibt, kann zusätzlich die in die Vortrommel 4b einzubringende Ausbauasphaltmenge durch Steuerung der Dosiereinrichtungen 26d - f geregelt werden.Since there is an upper limit for the ratio of processing asphalt to be processed and new material with respect to the filter arrangement 17 , caused by the vapors the processing asphalt, the amount of processing asphalt to be introduced into the pre-drum 4b can also be regulated by controlling the metering devices 26d - f .
Anstelle den Brenner in die Trockentrommel zu integrieren, kann auch extern ein Heißgas erzeugt werden, welches dann eingeblasen wird.Instead of integrating the burner into the drying drum, a hot gas can also be generated externally, which is then blown in.
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