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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von stückigem Brennmaterial in Form von Pellets aus Biomasse durch Verdichtung der Biomasse, mit einem Schneckenextruder, der eine in einem Schneckengehäuse befindliche Schnecke mit einem sich gegen das Austrittsende der Schnecke hin vermindernden und damit eine erste Verdichtung bewirkenden Gangvolumen und eine am Austrittsende der Schnecke im Bereich des letzten Schneckenganges angeordnete Matrize mit einer Vielzahl von zumindest teilweise zylindrisch ausgebildeten Bohrungen aufweist, durch welche Bohrungen die mittels der Schnecke vorverdichtete Biomasse kontinuierlich unter weiterer Verdichtung formbar ist
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der AT-B-401 525 bekannt.
Mittels der bekannten Vorrichtung wird die Biomasse durch eine zumindest teilweise kegelförmig ausgebildete Schnecke vorverdichtet und durch ein kontinuierliches Schieben der vorverdichteten Biomasse durch eine Mehrzahl von im Bereich des Austrittsendes des letzten Schneckenganges angeordneten, sich in Schieberichtung im Querschnitt verjüngenden Öffnungen weiter verdichtet
Es hat sich gezeigt, dass die erzielbare Festigkeit, Haltbarkeit und Dichte des stückigen Brennmaterials in Form von Pellets stark von der Feuchtigkeit, weiche bei den eingesetzten Materialien üblicherweise in einem Bereich von 0 bis 60% liegt, Art und Schüttdichte des Biomasse-Ausgangsmaterials abhängig ist. Beispielsweise kann es bei grosser Feuchtigkeit des Ausgangsmaterials zum Zerplatzen oder Bersten der Pellets beim Austritt aus den Öffnungen der Matrize kommen.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass die im verdichteten Material noch vorhandene Feuchtigkeit beim Austritt der Pellets aus den Öffnungen schlagartig in dampfförmiger Form entweicht.
In praktischen Versuchen wurde herausgefunden, dass mit der bekannten Vorrichtung die genormte Dichte der Pellets nur bei grossem Durchmesser der Matrizenbohrungen erzielt werden kann. Aufgrund der bestehenden Fördereinrichtungen der Heizungsanlagen sind jedoch Durchmesser von maximal 8 mm erwünscht.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Weiterentwicklung der bekannten Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels der aus Biomasse beliebiger Schüttdichte, Feuchtigkeit und Zusammensetzung stückiges Brennmaterial in Form von Pellets mit zufriedenstellender Festigkeit, Haltbarkeit und Dichte hergestellt werden kann. Insbesondere soll ein Zerplatzen oder Bersten der Pellets beim Austritt aus der Vorrichtung wirksam vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Verhältnis des Volumens V2 des letzten Schneckenganges zum Gesamtvolumen V, der zylindrischen Teile aller Bohrungen der Matrize in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit der Biomasse, die zwischen 0 und 60% beträgt, in einem Bereich von 1:0,2 bis 1:7 liegt, wobei das Verhältnis V2/V1 umgekehrt proportional zur Feuchtigkeit ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Festigkeit, Haltbarkeit und Dichte des stückigen Brennmaterials in Form von Pellets vom Verhältnis des Volumens V2 des letzten Schneckenganges zum Gesamtvolumen V1 der zylindrischen Teile aller Bohrungen der Matrize abhängig ist.
Das Gesamtvolumen V, der zylindrischen Teile aller Bohrungen der Matrize wird hierbei von der Länge, dem Durchmesser und der Anzahl der Bohrungen bestimmt. Durch das Verhältnis des Volumens V2 des letzten Schneckenganges zum Gesamtvolumen V1 der zylindrischen Teile aller Bohrungen wird die Verweilzeit der Biomasse im zylindrischen Teil der Bohrungen bestimmt, wobei die Verweilzeit der Biomasse in den zylindrischen Teilen der Bohrungen einen wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit, Haltbarkeit und Dichte des stückigen Brennmaterials in Form von Pellets hat.
Einen weiteren wesentlichen Einfluss hat die Verdichtung der Biomasse in der Matrize. Eine Verdichtung erfolgt zum einen durch eine Verminderung der Förderquerschnittsfläche der Biomasse beim Eintritt der Biomasse aus dem letzten Schneckengang der Schnecke in die Bohrungen der Matrize. Die Querschnittsfläche A2 des letzten Scheckenganges ist nämlich im allgemeinen grösser als die Gesamtquerschnittsfläche A, der Bohrungen in ihren zylindrischen Teilen.
Zum anderen findet eine Verdichtung in den Bohrungen durch ein Zusammenschieben der Biomasse infolge von Reibung an den Wandungen der Bohrungen statt, wobei eine grössere Verdichtung bei einer grösseren Länge der Bohrungen erzielt werden kann.
Durch die Reibung entsteht auch Wärme, was dazu führt, dass bestimmte Inhaltsstoffe der Biomasse, beispielsweise Holzinhaltstoffe im Falle der Verarbeitung von Säge-, Hobelspänen und
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Hackschnitzeln, eine Bindemittel-Wirkung entfalten können, so dass der zu pelletierenden Biomasse Zusammenhalt und Festigkeit verliehen wird Zugleich können jedoch bestimmte Inhaltsstoffe auch eine Schmierwirkung entfalten, und zwar ebenfalls bevorzugt bei Wärmeentwicklung, so dass hierdurch ein Weiterschieben der Biomasse in den Bohrungen der Matrize gewährleistet ist. Die Reibung wird hierdurch vermindert
Die Wärmeentwicklung führt weiters zum Verdampfen der in der Biomasse enthaltenen Feuchtigkeit. Es hat sich gezeigt, dass eine Feuchtigkeit der Pellets von mehr als etwa 12% zum Zerplatzen der Pellets beim Austritt aus der Matrize führen kann.
Je länger die Bohrungen sind, desto mehr Feuchtigkeit kann beim Fördern der Biomasse durch die Bohrungen entweichen.
Die Einbringung von Wärme in den in den Bohrungen der Matrize befindlichen Biomasse- Strang, somit die Aktivierung bestimmter Inhaltsstoffe der Biomasse sowie die Verdampfung von Feuchtigkeit, erfolgen um so effizienter, je kleiner der Durchmesser der Bohrungen und somit der Durchmesser des Biomasse-Stranges ist. Infolge der höheren Fördergeschwindigkeit bei kleinerem Durchmesser der Bohrungen nimmt auch die Wärmeentwicklung durch Reibung zu.
Die Fördergeschwindigkeit hängt weiters wiederum von der Gesamtquerschnittsfläche A, der Bohrungen in ihren zylindrischen Teilen, d. h vom Durchmesser und der Anzahl der Bohrungen, ab. Insgesamt werden durch eine Variierung der Parameter Länge, Durchmesser und Anzahl der Bohrungen die Verdichtung und Trocknung der Biomasse beeinflusst Durch Wahl des Volumens V2 des letzten Schneckenganges - in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit des Ausgangsmaterials - im erfindungsgemässen Verhältnis zum Gesamtvolumen V, der zylindrischen Teile aller Bohrungen wird eine optimale Festigkeit, Haltbarkeit und Dichte des stückigen Brennmaterials in Form von Pellets erzielt.
Die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erzielbare Gesamtverdichtung soll in einem Bereich von etwa 1,5 bis 25 liegen. Hierdurch kann Biomasse mit einer Schüttdichte von etwa 60 bis etwa 600 kg/m zu Pellets mit einer Dichte von etwa 1000 bis etwa 1500 kg/m3 verarbeitet werden.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis des Volumens V3 des ersten Schneckenganges zum Gesamtvolumen V, der zylindrischen Teile aller Bohrungen der Matrize in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit der Biomasse in einem Bereich von 1:0,1 bis 1:3,5, wobei das Verhältnis V3/V1 umgekehrt proportional zur Feuchtigkeit ist. Dieses Verhältnis V3/V1 ist massgebend für die erzielbare Gesamtverdichtung, die jedoch auch vom Füllgrad der Schnecke abhängt.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Verhältnis der Querschnittsfläche A2 des Schneckenganges am Austrittsende der Schnecke zur Gesamtquerschnittsfläche A, der Bohrungen in ihren zylindrischen Teilen in einem Bereich von 1 :1 4 :1, in einem Bereich von 1,2. 1 bis 3:1, und insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 1,2:1 bis 2:1.
Die Drehzahl der Schnecke ist vorteilhaft derart einstellbar, dass die Verweilzeit der Biomasse im zylindrischen Teil der Bohrungen in einem Bereich von etwa 1 s bis etwa 50 s liegt
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in jede Bohrung der Matrize zwischen deren jeweiliger Eintritts- und
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stattfindenden Verdichtung aus der Matrize Feuchtigkeit entweichen. Dies ist insbesondere bei einem hohen Feuchtigkeitsgehalt der Biomasse von Vorteil. Lässt man nämlich bei hohem Feuchtigkeitsgehalt der Biomasse die gesamte Feuchtigkeit erst beim Austritt der verdichteten Biomasse aus der Matrize entweichen, so kann es - wie oben beschrieben - leicht zum Zerplatzen oder Bersten der Pellets kommen.
Eine einfache Verwirklichung dieser Hinterlüftungskanäle ist dadurch erzielbar, dass die Matrize mindestens zweiteilig gestaltet ist, wobei die Matrize durch eine sich senkrecht zu den Längsachsen der Bohrungen erstreckende Teilungsebene geteilt ist und die Hinterlüftungskanäle in der Teilungsebene liegen. Eine mindestens zweiteilige Matrize kann beispielsweise zum Nachheizen oder zur Nachkalibrierung erforderlich sein, insbesondere bei einer Ausgangsfeuchtigkeit der Biomasse von mehr als 15%.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der Matrize zylindrische Bohrungen mit einem kleineren Durchmesser aufweist als Eingangsöffnungen von Bohrungen in einem dem ersten Teil in Förderrichtung der Biomasse nachfolgend vorgesehenen Teil der Matrize Hierdurch kann nach der Teilungsebene die Reibung vermindert werden Der Durchmessersprung in der Teilungsebene kann beispielsweise in der Grössenordnung von 1 bis 5% liegen.
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Vorteilhaft sind die Bohrungen der Matrize an ihren dem Austrittsende der Schnecke zugewandten Endbereichen in Förderrichtung der Biomasse sich im Querschnitt verjüngend, vorzugsweise kegelförmig, gestaltet. Hierdurch ergibt sich ein nahezu stufenloser Übergang vom Querschnitt des letzten Schneckenganges zu den Bohrungen der Matrize, d. h. eine sprungstellenfreie Verminderung des Querschnitts.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist (sind) die Schnecke und/oder das Schneckengehäuse ebenfalls mit Hinterlüftungskanälen versehen Hierbei kann Feuchtigkeit aus der Biomasse schon in der ersten Verdichtungsstufe vermehrt entweichen.
Eine weitere zweckmässige Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke und/oder das Schneckengehäuse, vorzugsweise am Austrittsende der Schnecke, und/oder die Matrize mit einer Heizeinrichtung versehen ist (sind) Durch diese Massnahme wird die Effizienz der Trocknung der Biomasse verbessert.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schnecke zylindrisch ausgebildet Der Vorteil gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten kegelförmig ausgebildeten Schnecke ist darin zu sehen, dass die Querschnittsfläche des Schneckenganges am Austrittsende der Schnecke gleich der Querschnittsfläche des Schneckenganges am Eintrittsende der Schnecke ist.
Ober die Querschnittsfläche des Schneckenganges lässt sich daher, bei vorherbestimmtem Durchmesser der Bohrungen der Matrize, eine grössere Anzahl an Bohrungen vorsehen
Eine Verminderung des Gangvolumens kann bei der zylindrisch ausgebildeten Schnecke durch eine Verminderung der Ganghöhe oder, bei gleichbleibender Ganghöhe, durch eine zunehmende Dicke der Schneckenflanke oder durch eine Steigungsänderung erzielt werden.
Die Schnecke kann erfindungsgemäss sowohl eingängig als auch mehrgängig ausgeführt sein.
Infolge der zunehmenden Verdichtung der Biomasse zum Austrittsende der Schnecke hin ist der letzte Schneckengang einer erhöhten mechanischen Belastung und damit einem erhöhten Verschleiss ausgesetzt Um zu vermeiden, dass bei hohem Verschleiss des letzten Schneckenganges die gesamte Schnecke ausgetauscht werden muss, kann gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Endteil am Austrittsende der Schnecke, vorzugsweise der letzte Schneckengang, als Austauschteil ausgeführt sein. Die Befestigung des Austauschteils an der Welle der Schnecke kann hierbei mittels eines 3-fach- oder Vielfachpolygons oder mittels Kerbverzahnung oder mittels anderer dem Fachmann bekannter Mittel erfolgen Der Austauschteil ist so angebracht, dass er ohne Abstufungen in die Schnecke übergeht.
Vorzugsweise ist an einem Einzugsbereich des Schneckengehäuses eine in Drehrichtung der Schnecke zeigende Einzugsvorrichtung, z.B. ein exzentrisch eingefräster Konus, insbesondere zum Einziehen gröberer Biomasse, etwa Hackschnitzel, vorgesehen. Hierdurch wird vorteilhaft die Biomasse automatisch - ohne Gefahr einer Staubildung - in die Schnecke eingezogen.
Weiters ist bevorzugt an der Schnecke und/oder am Schneckengehäuse, insbesondere im Einzugsbereich, eine Zerkleinerungsvorrichtung zum Zerkleinern der Biomasse vorgesehen.
Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, eine eigene Zerkleinerungsvorrichtung für gröbere Biomasse vorzuschalten. Dadurch ergibt sich eine Einsparung sowohl an Investitions- als auch an Betriebskosten des Schneckenextruders. Beispielsweise wird durch die an der Schnecke und/oder am Schneckengehäuse angebrachte Zerkleinerungsvorrichtung die Biomasse in Abhängigkeit vom Flankenfreiraum auf eine Stückgrösse von 10-250 mm zerkleinert.
Vorzugsweise weist die Zerkleinerungsvorrichtung am Umfang der Schnecke verteilte Schneidkanten und/oder Messer auf. Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind am Schneckengehäuse mit der an der Schnecke vorgesehenen Zerkleinerungsvorrichtung zusammenwirkende Schneidkanten, insbesondere in Form von Einlegekeilen, vorgesehen. Durch das Zusammenwirken der an der Schnecke vorgesehenen Schneidkanten und/oder Messer mit den am Schneckengehäuse vorgesehenen Schneidkanten wird eine besonders effiziente Zerkleinerung der Biomasse erzielt.
Zweckmässig ist am Schneckengehäuse eine Dralleinrichtung, insbesondere in Form von sich schraubenförmig erstreckenden Nuten und/oder Führungsleisten, vorgesehen. Hierdurch wird ein Mitdrehen der Biomasse mit der Schnecke verhindert.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung an mehreren Ausrührungsbeispielen näher erläutert, wobei Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung im Teil-Vertikalschnitt zeigt, Fig. 2 ein Detail einer weiteren bevorzugten Ausführungsform im Teil-Horizontalschnitt darstellt, Fig. 3 ein weiteres Detail im Vertikalschnitt zeigt, die Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeils IV von Fig. 1 im Teilschnitt und Fig. 5 eine Ansicht eines entlang der Linie V-V von Fig. 4 geführten Schnitts sind Die Fig.
6 bis 14 zeigen
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jeweils weitere Details bzw weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung, zum Teil im Schnitt, zum Teil in Ansicht
Die in Fig 1 dargestellte erfindungsgemässe Vorrichtung weist einen Schneckenextruder 1 auf, der mit einer, vorzugsweise einer einzigen, Schnecke 2 bestückt ist, die ein gegen ihr Austrittsende
3 sich verminderndes Gangvolumen aufweist. Ein Antriebsstummel 4 der Schnecke 2 ragt an einem Ende eines die Schnecke 2 aufnehmenden Schneckengehäuses 5 nach aussen und ist über
Lager 6 im Schneckengehäuse 5 abgestützt.
Die Schnecke 2 besitzt einen zylindrischen
Schaftkem 7, der am Austrittsende 3 der Schnecke 2 in einen Absatz 8 geringeren Durchmessers übergeht Dieser Absatz 8 ist in einer das Schneckengehäuse 5 am Austrittsende 3 der Schnecke 2 abschliessenden und am Schneckengehäuse 5 befestigten Matrize 9 gelagert.
Die Schnecke 2 ist in der gezeigten Ausführungsform zylindrisch gestaltet, wobei sich das Gangvolumen der Schnecke 2 gegen ihr Austrittsende 3 hin durch Verminderung der Ganghöhe 10 und Verbreiterung der Schneckenflanke 11 vermindert. Durch das sich vermindernde Gangvolumen wird eine erste Verdichtungsstufe für von der Schnecke 2 zu fördernde Biomasse gebildet
Die Schnecke 2 kann aber auch kegelförmig ausgerührt sein, wie in der eingangs erwähnten AT-B-401 525 beschrieben ist. Die Schneckensteigung kann hierbei beispielsweise in einem Bereich von 15 bis 30 liegen.
Die Schneckenflanken 11 sind gegenüber der Drehachse 12 nach vorne geneigt, und zwar mit einem Neigungswinkel a, der zwischen 3 und 7 , vorzugsweise bei 5 , liegt (Fig. 8).
Das Schneckengehäuse 5 ist vorzugsweise innenseitig mit Führungsleisten 13 versehen, wie in den Fig 2 und 3 dargestellt ist Die Führungsleisten 13 wirken als Dralleinrichtung und verhindern ein Mitdrehen der Biomasse mit der Schnecke 2. Anstelle der Führungsleisten 13 können auch Nuten vorgesehen sein.
Die am Austrittsende 3 der Schnecke 2 bzw. des Schneckengehäuses 5 befestigte Matrize 9 ist mit einer Vielzahl von im Bereich des letzten Schneckenganges der Schnecke 2 angeordneten Bohrungen 14 versehen, wie im Detail in den Fig 4 und 5 erkennbar ist Diese Bohrungen 14 sind an den der Schnecke 2 zugewandten Endbereichen kegelförmig gestaltet, wobei sich an den kegelförmigen Teil 15 der Bohrungen 14 in Förderrichtung der Biomasse gesehen ein zylindrischer Teil 16 anschliesst
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 und 5 sind die Bohrungen 14 mehrreihig vorgesehen. Es ist aber auch möglich, die Bohrungen 14 nur einreihig vorzusehen, wie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform mit zweiteilig gestalteten Bohrungen 14 der Matrize 9 dargestellt, wobei Fig 6 beispielhaft eine zweiteilig gestaltete Bohrung 14 im Detail zeigt Gemäss Fig 6 weist jeder Teilabschnitt der Bohrung 14 einen kegelförmigen Teil 15a bzw. 15b und einen zylindrischen Teil 16a bzw. 16b auf. Der halbe Öffnungswinkel # des kegelförmigen Teils 15a beträgt etwa 15 bis 20 . Hierdurch ergibt sich eine gute Führung des mittels der Schnecke 2 vorverdichteten Materials in den an den kegelförmigen Teil 15a anschliessenden zylindrischen Teil 16a. Der Durchmesser des zylindrischen Teils 16a der Bohrung 14 entspricht dem kleinsten Durchmesser des kegelförmigen Teils 15a dieser Bohrung 14.
Bei den in den Fig 2 und 4 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen mündet in jede der Bohrungen 14 der Matrize 9 zwischen deren jeweiliger Eintritts- und Austrittsöffnung ein Hinterlüftungskanal 17, der detailliert in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. Durch den Hinterlüftungskanal 17 kann die aus der Biomasse herausgepresste bzw. zum Verdampfen gebrachte Feuchtigkeit entweichen, was bei einem hohen Feuchtigkeitsgehalt der Biomasse, insbesondere bei einer Feuchtigkeit von mehr als 15%, vorteilhaft ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig 2 und gemäss der Detailansicht von Fig. 6 liegt der Hinterlüftungskanal 17 in der sich senkrecht zu den Längsachsen der Bohrungen 14 erstreckende Teilungsebene 18. Der Hinterluftungskanal 17 ist durch eine in den die Matrize 9 haltenden Ring 9a eingedrehte Ringnut 17a und durch Entlüftungsbohrungen 17b gebildet (Fig 7), wobei in der Matrize 9 eingearbeitete radiale Kanäle 17c sowohl in die Bohrungen 14 als auch in die Ringnut 17a münden.
In der Teilungsebene 18 liegt ein Durchmessersprung 19 der Bohrung 14 (Fig. 6), wobei der Durchmesser des zylindrischen Teils 16a der Bohrung 14 kleiner ist als der grösste Durchmesser des dem zylindrischen Teil 16a in Förderrichtung der Biomasse gesehen nachfolgenden kegelförmigen Teils 15b. Hierdurch wird die Reibung der durch die Bohrung 14 geförderten Biomasse - in Förderrichtung gesehen- verringert.
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Zusätzlich zu einer durch die Verdichtung der Biomasse wahrend der beiden Verdichtungsstufen stattfindenden Erwärmung kann eine weitere Beheizung durch eine am Schneckengehäuse 5 oder an der Matrize 9 angeordnete Heizeinrichtung 20, welche in Fig 1 dargestellt ist, bewirkt werden.
Um zu vermeiden, dass bei einem durch hohe mechanische Beanspruchung des letzten Schneckenganges verursachten Verschleiss des letzten Schneckenganges die gesamte Schnecke 2 ausgetauscht werden muss, ist der letzte Schneckengang als Austauschteil 21, weicher beispielhaft in den Fig. 8,9 und 10 dargestellt ist, ausgeführt. Der Austauschteil 21, der in Fig 9 in Seitenansicht gezeigt ist, geht ohne Abstufungen in die Schnecke 2 über und wird beispielsweise mittels eines in Fig 10, die eine Ansicht in Richtung des Pfeiles X der Fig 9 ist, näher dargestellten 3-fach-Polygons 21 a im Schaftkern 7 der Schnecke 2 befestigt.
Zum leichteren und besseren Einziehen von gröberer Biomasse, wie z.B. Hackschnitzel, in den Schneckenextruder 1 ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung an einem Einzugsbereich 22 des Schneckengehäuses 5 ein gegenüber dem zylindrisch geformten Inneren des Schneckengehäuses 5 exzentrisch eingefräster Konus 23 vorgesehen, der in dem in Fig. 11 dargestellten Schnitt quer zur Längsachse des Schneckengehäuses 5 zu sehen ist
Zum Zerkleinern der Biomasse können sowohl an der Schnecke 2 als auch am Schneckengehäuse 5 als Schneidkanten ausgebildete Zerkleinerungsvorrichtungen 24 angeordnet sein, die in den Fig 12 und 13 beispielhaft dargestellt sind. Fig. 12 zeigt an der Schnecke 2 vorgesehene Schneidkanten, während Fig. 13 eine Ansicht des Schneckengehäuses 5 mit am inneren Umfang vorgesehenen Schneidkanten zeigt.
Durch die Zerkleinerungsvorrichtungen 24 wird die Biomasse in Abhängigkeit des Flankenfreiraums beispielsweise auf eine Stückgrösse von 10-250 mm zerkleinert (ÖNORM 7133 für Grobhackgut). Die am Schneckengehäuse 5 angeordneten Schneidkanten folgen hierbei zweckmässig den als Dralleinrichtung vorgesehenen Führungsleisten 13 bzw. Nuten (Fig. 2,3). Die Zerkleinerungsvorrichtung 24 kann auch als am Schneckengehäuse 5 angeordnete Messer oder Einlegekeile 25 ausgeführt sein, wie Fig 14 - ebenfalls ein Querschnitt durch das Schneckengehäuse 5 - zeigt.
Die Zerkleinerung der Biomasse erfolgt in jedem Fall durch die umlaufende Schnecke 2
Es kann jedoch auch eine nicht näher dargestellte auf den Schneckenextruder 1 aufgesetzte Zerkleinerungsvorrichtung 24 eingesetzt werden, die sowohl gemeinsam mit der Schnecke 2 angetrieben werden kann als auch mit einem eigenen Antrieb versehen sein kann.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele angegeben, die die Funktionsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung näher veranschaulichen sollen.
Beispiel 1
Zur Herstellung von Pellets aus Biomasse wurde ein Schneckenextruder mit einer kegelförmigen, eingängig ausgeführten Schnecke und einer am Schneckenaustritt im Bereich des letzten Schneckenganges angeordneten Matrize eingesetzt.
Der Durchmesser der Schnecke betrug 145 mm am Schneckeneintritt und 108 mm am Schneckenaustritt. Der Durchmesser der Schneckenwelle war 60 mm und die Schnecke wies eine Länge von 338 mm auf. Die Querschnittsfläche des Schneckenganges war 137 cm2 am Eintrittsende und 63 cm2 am Austrittsende (A2) Das Volumen V3 des ersten Schneckenganges betrug 390 cm und das Volumen V2 des letzten Schneckenganges 158 cm3.
Die Matrize wies 43 über die Querschnittsfläche des letzten Schneckenganges regelmässig verteilte Bohrungen auf, die zweireihig angeordnet waren. Die Bohrungen waren an ihren der Schnecke zugewandten Endbereichen kegelförmig ausgebildet, wobei der halbe Öffnungswinkel # etwa 15 betrug. Der kegelförmige Teil der Bohrung war 10 mm lang und sein engster Durchmesser betrug 12 mm. An diesen kegelförmigen Teil schloss sich eine zylindrische Bohrung an, die zweiteilig ausgeführt war Der erste Teil der zylindrischen Bohrung wies eine Länge von 17 mm und einen Bohrungsdurchmesser von 12 mm auf. Der zweite Teil wies eine Länge von 37 mm und einen Bohrungsdurchmesser von 12,5 mm auf. Die zylindrischen Bohrungen waren in der Teilungsebene mit Hinterlüftungskanälen zum Entweichen von Feuchtigkeit versehen.
Die Matrize wurde mittels einer Heizeinrichtung auf 200 C erwärmt. 9com2.
Die Gesamtquerschnittsfläche A1 der Bohrungen bei ihrem engsten Durchmesser war 49cm2 .
Das Gesamtvolumen V1 der zylindrischen Teile aller Bohrungen betrug etwa 278 cm3. Demnach war Verhältnis des Volumens V2 des letzten Schneckenganges zum Gesamtvolumen V1 der zylindrischen Teile aller Bohrungen der Matrize etwa 0,6 :1, dasVerhältnis des Volumens V3 des ersten Schneckenganges zum Gesamtvolumen V1 der zylindrischen Teile aller Bohrungen etwa
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1,4:1 und das Verhältnis der Querschnittsfläche A2 des Schneckenganges am Austrittsende der Schnecke zur Gesamtquerschnittsfläche A, der Bohrungen in ihren zylindrischen Teilen etwa 1,3:1.
Mittels dieser Vorrichtung wurden Pellets aus Hackgut, das eine Dichte von 250 kg/m3 und eine Feuchtigkeit von 29% aufwies, hergestellt. Der Durchsatz an Biomasse betrug 22 kg/h, bezogen auf trockene Biomasse. Die Biomasse wurde mittels der Schnecke in einer ersten Verdichtungsstufe vorverdichtet. Anschliessend wurde die vorverdichtete Biomasse durch die Bohrungen der Matrize gepresst Die Verweilzeit der Biomasse im zylindrischen Teil der Bohrungen, in dem die Biomasse infolge von Reibung in einer zweiten Verdichtungsstufe weiter verdichtet wurde, betrug etwa 38s, wobei die Biomasse mit etwa 1,4 mm/s durch die Bohrungen gefördert wurde
Die so hergestellten Pellets hatten eine Dichte von 1000 kg/m3 und einen Feuchtigkeitsgehalt von 12%.
Die Pellets wiesen eine gute Festigkeit, Haltbarkeit und Dichte auf
Beispiel 2
Mittels der oben beschriebenen Vorrichtung wurde Biomasse (Hackgut) mit weniger als 15% Feuchtigkeit, beispielsweise nur etwa 5% Feuchtigkeit, verarbeitet. Eine zweiteilige Ausführung der zylindrischen Bohrungen war in diesem Fall nicht erforderlich. Eine Länge der zylindrischen Bohrungen von 17 mm reichte aus, um Pellets mit zufriedenstellender Festigkeit, Haltbarkeit und Dichte herzustellen. Das Gesamtvolumen V, der zylindrischen Teile aller Bohrungen betrug in diesem Fall 83 cm3, womit das Verhältnis des Volumens V2 des letzten Schneckenganges zum Gesamtvolumen V, der zylindrischen Teile aller Bohrungen der Matrize etwa 1,91und das Verhältnis des Volumens V3 des ersten Schneckenganges zum Gesamtvolumen V1 der zylindrischen Teile aller Bohrungen etwa 4,7: 1 betrug.
Bei gleichem Durchsatz von 22 kg/h war die Verweilzeit in der Matrize nur etwa 12 s.
Beispiel 3
Zur Herstellung von Pellets aus Biomasse wurde ein Schneckenextruder mit einer zylindrischen, eingängig ausgeführten Schnecke und einer am Schneckenaustritt im Bereich des letzten Schneckenganges angeordneten Matrize eingesetzt.
Der Durchmesser der Schnecke betrug 145 mm, der Durchmesser der Schneckenwelle 60 mm und die Länge 327 mm. Die Querschnittsfläche A2 des Schneckenganges war 137 cm2 Das Volumen V3 des ersten Schneckenganges betrug 370 cm3 und das Volumen V2 des letzten Schneckenganges 205 cm3.
Die Matrize wies 171 über die Querschnittsfläche des Schneckenganges regelmässig verteilte Bohrungen auf, die fünfreihig angeordnet waren. Die Bohrungen waren an ihren der Schnecke zugewandten Endbereichen kegelförmig ausgebildet, wobei der halbe Öffnungswinkel # etwa 15 betrug. Der kegelförmige Teil der Bohrung war 8 mm lang und sein engster Durchmesser betrug 8 mm. An diesen kegelförmigen Teil schloss sich eine zylindrische Bohrung mit einer Länge von 17 mm und einem Bohrungsdurchmesser von 8 mm an. Die Bohrungen waren mit Hinterlüftungskanälen zum Entweichen von Feuchtigkeit versehen. Die Matrize wurde mittels einer Heizeinrichtung auf 140 C erwärmt.
Die Gesamtquerschnittsfläche A, der Bohrungen in ihren zylindrischen Teilen, d. h. beim engsten Durchmesser der Bohrungen, war 86 cm2 Das Gesamtvolumen V1 der zylindrischen Teile aller Bohrungen betrug etwa 146 cm3. Demnach war Verhältnis des Volumens V2 des letzten Schneckenganges zum Gesamtvolumen V1 der zylindrischen Teile aller Bohrungen der Matrize etwa 1,4 :1, Verhältnis des Volumens V3 des ersten Schneckenganges zum Gesamtvolumen V1 der zylindrischen Teile aller Bohrungen etwa 2,5 :1 das Verhältnis der Querschnittsfläche A2 des Schneckenganges zur Gesamtquerschnittsfläche A1 der Bohrungen in ihren zylindrischen Teilen etwa 1,6:1.
Mittels dieser Vorrichtung wurden Pellets aus Hobelspänen, die eine Dichte von 100 kg/m3 und eine Feuchtigkeit von 20% aufwiesen, hergestellt. Der Durchsatz an Biomasse betrug etwa 17 kglh, bezogen auf trockene Biomasse. Die Biomasse wurde mittels der Schnecke in einer ersten Verdichtungsstufe vorverdichtet. Anschliessend wurde die vorverdichtete Biomasse durch die Bohrungen der Matrize gepresst. Die Verweilzeit der Biomasse im zylindrischen Teil der Bohrungen, in dem die Biomasse infolge von Reibung in einer zweiten Verdichtungsstufe weiter verdichtet wurde, betrug etwa 30s, wobei die Biomasse mit etwa 0,6 mm/s durch die Bohrungen gefördert wurde.
Die so hergestellten Pellets hatten eine Dichte von 1000 kg/m3 und einen Feuchtigkeitsgehalt von 4% Die Pellets wiesen eine sehr gute Festigkeit, Haltbarkeit und Dichte auf.