CH644683A5 - Verfahren zur thermischen behandlung einer materialschicht. - Google Patents

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CH644683A5 CH494079A CH494079A CH644683A5 CH 644683 A5 CH644683 A5 CH 644683A5 CH 494079 A CH494079 A CH 494079A CH 494079 A CH494079 A CH 494079A CH 644683 A5 CH644683 A5 CH 644683A5
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung einer Materialschicht, die durch einen wärmeaustauschenden Kontakt mit beheizten Kontaktflächen beheizt wird und dazu mittels eines strömenden Gasmediums bewegt wird.
Es handelt sich um ein Verfahren, bei welchem das zu behandelnde Gut in Kontakt mit beheizten Kontaktflächen kommt, wodurch Wärme den Gutpartikeln übergeben wird. Die Kontaktflächen sind z.B. in der zu behandelnden Materialschicht eingebaut. Von dem strömenden Gasmedium wird die Schicht zum Intensivieren des Wärmeaustauschs bewegt. Ein bekannter Apparat zum Durchführen solcher Behandlungen ist z.B. ein Kontaktfliessbetttrockner. Es ist bekannt, zum Bewegen der Wirbelschicht Luft zu benutzen. Diese Methode setzt jedoch Grenzen den Temperaturen, welche in der Schicht herrschen können. Es ist nicht möglich, in der Wirbelschicht höhere Temperaturen herrschen zu lassen, welche oberhalb des Brennpunktes des zu behandelnden Materials liegen, da dieses zu brennen beginnen würde. Das heisst einerseits, dass die Temperaturen relativ niedrig gehalten werden, um das Produkt nicht zu beschädigen, so dass der durchzuführende Prozess länger dauert als es bei höheren Temperaturen vielleicht der Fall wäre. Der Prozess ist deswegen weniger wirtschaftlich.
In anderen Fällen wären höhere Temperaturen erwünscht, um eine Hygienisierung, Entkeimung, Desinfizierung des Produkts durch Behandlung bei einer entsprechend hohen Temperatur zu erreichen.
Dies ist beispielsweise der Fall bei thermischer Behandlung zum Trocknen eines Abwasserschlamms, wobei das Produkt hygienisch einwandfrei sein sollte, um es z.B. in der Landwirtschaft zur Aufbesserung des Bodens benutzen zu können.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Wirtschaftlichkeit solcher thermischen Verfahren zu erhöhen bzw. die Anwendung höherer Temperaturen in der Wirbelschicht als bisher möglich zu machen. Eine zweite Aufgabe ist es, durch Anwendung der höheren Temperaturen neue Qualitäten des Produkts, z.B. seine Entkeimung zu erreichen. Eine dritte Aufgabe ist es, eine Umweltfreundlichkeit solcher Verfahren zu erreichen, in dem die Umwelt durch Abgase des Verfahrens nicht belastet wird.
Dies wird am Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Gasmedium ausschliesslich die in der Materialschicht dabei entstandenen Abgase sind, die gefasst und im Kreislauf durch die Materialschicht unter gleichmässiger Verteilung zu ihrer Fluidisierung getrieben werden, wobei ein entstandener, den Bedarf der Fluidisierung übersteigender Teil der Abgase über einen von dem Kreislauf abzweigenden Weg abgeführt wird.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden also inerte Gase, z.B. beim Trocknen eines Abwasserschlamms im wesentlichen Dampf benutzt. Die inerten Gase verhindern Brennprozesse des Trockengutes. Es ist also möglich, mit höheren, wirtschaftlichen Temperaturen zu arbeiten als s
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bisher. Es ist möglich, Temperaturen zu benutzen, die z.B. eine Hygienisierung des Produkts, z.B. eines Abwasserschlammes gewährleisten.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird geraten, dass zum Trocknen einer Materialschicht ein Kontaktfliessbetttrockner benutzt wird, bei welchem die Materialschicht oberhalb seines Anströmbodens im Bereiche der beheizten Kontaktflächen gehalten wird und das Fassen der Abgase oberhalb der Materialschicht vorgesehen ist, und dass das zu trocknende Gut auf die Oberfläche der Materialschicht aufgetragen wird.
Im weiteren wird der Erfindungsgegenstand anhand einer Zeichnung näher beschrieben und erklärt.
Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in schemati-scher Darstellung.
Die dargestellte Anlage dient zum Trocknen eines flüssig-keitshaltigen Gutes, z.B. eines Abwasserschlammes, welcher vorher mechanisch entwässert und zu einem Granulat aufbereitet wurde.
Die Anlage weist einen geschlossenen Kontaktfliessbetttrockner 1 auf, welcher mit einem Gas verteiler 2 unterhalb eines Anströmbodens 3 versehen ist. Oberhalb des Anströmbodens 3 sind Kontaktflächen 4 und 5 angeordnet, die durch Leitungen 6 bzw. 7 an eine Wärmequelle regulierbar angeschlossen sind. Z.B. an einen Dampfkessel. An den anderen Seiten der Kontaktflächen sind in diesem Falle Kondensatleitungen vorhanden zum Abführen des Kondensats. In dem durch die Kontaktflächen bebauten Raum des Trockners ist eine Oberfläche 8 einer Materialschicht des zu behandelnden Gutes in einer Höhe H über dem Anströmboden 3 und liegt oberhalb der Kontaktflächen. Die Schicht wird durch die in der Schicht getauchten Kontaktflächen beheizt, d.h. die Wärme, welche durch die Leitungen 6 und 7 eingeführt wird, wird über die Kontaktflächen 4 und 5 auf die Partikel des Gutes beim Kontakt mit den Flächen übertragen.
Die Materialschicht wird zum besseren Wärmeaustausch bewegt, und zwar ausschliesslich mit den bei dem Trocknen entstandenen inerten Gasen, die nach dem Austreten aus der Schicht oberhalb der Schicht gefasst und im Kreislauf über eine Leitung 9, unter gleichmässiger Verteilung über den Gasverteiler 2 und durch den Anströmboden 3 durch die Schicht getrieben werden. Dazu ist in den Kreislauf in der Leitung 9 ein Gebläse 10 geschaltet. Für eine Entstaubung der inerten, kreislaufenden Abgase sorgt ein Zyklon oder ein Filter 11 mit einer Schleuse II1. Die Abgase werden in einer Menge und mit solcher Geschwindigkeit durch die Materialschicht getrieben, so dass diese fluidisiert wird. In diesem fluidisierten Zustand der Materialschicht ist ein sehr guter Wärmeaustausch zwischen den Kontaktflächen und dem Gut erreicht.
Die inerten Abgase sind im wesentlichen die Dämpfe der beim Trocknen verdampften Flüssigkeit des zu trocknenden Gutes. Die Inertisierung stellt sich so beim Kreislaufen der Abgase von selbst ein durch allmähliche Aufnahme der Dämpfe aus dem Gut, oder sie kann beim Anfahren der Anlage durch Besprühen der Kontaktflächen 4 und 5 mittels einer Dusche 12 erzielt werden.
Im wesentlichen wird die ganze zur Verdampfung der Flüssigkeit zuzuführende Wärmemenge über die in dem Raum der Schicht eingebauten Kontaktflächen 4 und 5 in die fluidi-sierte Schicht geführt. Die Höhe der Schicht richtet sich nach der Höhe des durch die Kontaktflächen verbauten Raumes im Trockner. Es muss so hoch Kontaktfläche eingebaut werden, wie zur Übergabe der zuzuführenden Wärmemenge notwendig ist, und die Kontaktflächen müssen unter der Oberfläche der Schicht versenkt sein.
Im Falle des Bedarfes ist es möglich, die kreislaufenden
Abgase z.B. mittels eines dem Gasverteiler 2 vorgeschalteten Wärmeaustauschers 13 aufzuheizen, welcher an eine Wärmequelle angeschlossen wäre, um z.B. eine Kondensierung der umlaufenden Abgase in der Materialschicht zu vermeiden. Im anderen Falle könnte dieser Wärmeaustauscher auch an die Kondensatleitung der Kontaktflächen angeschlossen werden.
Die übrigen, den Bedarf der Fluidisierung der Materialschicht übersteigenden Abgase werden aus dem Kontaktfliessbetttrockner 1 auf einem von dem Kreislauf abzweigenden Wege, d.h. durch die Leitung 14 abgeführt. An diesem Wege sind zur Hygienisierung der Abgase ein Zyklon, bzw. ein Filter 15 mit einer Schleuse 151, bzw. zur Wärmerückgewinnung z.B. ein Kondensator 16 geschaltet.
Das zu trocknende Frischgut wird in den Kontaktfliessbetttrockner 1 mittels eines Förderaggregates 17 eingetragen. Z.B. kann das ein Dekanter mit einer Förderschnecke sein. Die Eintragung erfolgt auf die Oberfläche 8 der Materialschicht, und zwar in einer Entfernung E von der Stelle des Produktaustritts 18. In Richtung zur Produktaustrittsstelle hin gesehen ist es in der ersten Hälfte der Materialschicht.
Diese Eintragungsstelle befindet sich in einem Raum 0 der Materialschicht, welcher freigelassen ist, d.h. in welchem sich keine Kontaktflächen 4 oder 5 befinden. Diese Kontaktflächen 4 und 5 sind in zwei Systemen im Räume der Schicht eingebaut und zwischen ihnen ist der Raum, bezeichnet mit 0, freigelassen, in welchen das Frischgut eingetragen wird. Die beiden Systeme können verschiedene Wärmemengen übermitteln. So kann die Schicht an jedem der Systeme eine unterschiedliche Temperatur aufweisen. Es ist vorteilhaft, dass das Frischgut in diesen unverbauten Raum 0 eingetragen wird. Es kann dort nämlich unter den Bedingungen der Fluidisierung sehr intensiv mit dem vorhandenen Trockengut vermischt werden. Dieser Raum 0 saugt, bei der intensiven Fluidisierung, die Wärme aus den benachbarten, mit den Kontaktflächen 4 bzw. 5 versehenen Räumen der Materialschicht auf. Diese Massnahme hilft wesentlich zur Aufrechthaltung des fluidisierten Zustandes der Schicht, da das feuchte Frischgut in dem Raum 0 ständig mit genügender Menge bereits trok-kenen Gutes gemischt wird. Dabei muss man jedoch durch Regulieren der Frischgutmenge in die Schicht die durchschnittliche Feuchtigkeit der Schicht niedrig halten. Sie bleibt dann fluidisierbar, bricht nicht zusammen, denn bei höherer Feuchtigkeit der Schicht würden die inerten kreislaufenden Abgase, Dämpfe, kondensieren.
Zur Erhaltung der Materialschicht im fluidisierten Zustand ist ihre geometrische Form sehr wichtig. Die Schicht ist relativ hoch, schon wie erwähnt wegen der Höhe der notwendigerweise eingebauten Kontaktflächen. Es wurde auch gefunden, dass es aus dem selben Grunde wichtig ist, dass das Verhältnis Entfernung E/Höhe H zwischen 0,5 bis 2,5 liegt.
Die Produktaustrittstelle 18 ist, und ebenso der Kontaktfliessbetttrockner 1, gegen die Atmosphäre mit einer Schleuse 19 abgeschlossen. In dem Trockner wird so ein leichter Überdruck gehalten, um eine Ansaugung der Luft aus der Umgebung zu vermeiden. Um ein Eindringen von Luft mit dem Frischgut über den Förderapparat 17 zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass der Weg der aus dem Trockner abzuführenden Abgase, wenigstens teilweise, gegen den Strom der Frischgutzufuhr geführt ist, um dabei mit dem entgegengesetzten Strom der Abgase die Luft aus dem Frischgutstrom wegzudrängen. Eine dazu geeignete Abgasleitung ist in der Zeichnung gestrichelt angedeutet und mit 20 bezeichnet.
Andererseits kann es von Vorteil sein, z.B. bei einem übelriechenden Gut, dagegen Luft in den Trockner einzusaugen.
Diese kann dann z.B. bei der Kondensation der Abgase abgesondert werden und z.B. durch Verbrennen desodoriert s
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werden. In dem Falle kann man in dem Trockner einen leichten Unterdruck einstellen.
Das beschriebene Verfahren ist nicht nur zum Trocknen, wie beim beschriebenen Ausführungsbeispiel anwendbar. Die gleiche Technik ist auch bei anderen thermischen Prozessen anwendbar, z.B. bei Verarbeitung von Natriumbikarbonat zu Leichtsoda durch entsprechende thermische Behandlung.
Beispiel
Technische Daten eines erfindungsgemässen Verfahrens: Trocknen von Klärschlamm:
Produktform: Granulat, das durch Rückführen von Trok-kengut durch Mischen mit Frischschlamm aufbereitet wurde, Korngrösse 0,1 -8,0 mm
Heizmedium für Wärmeaustauscher (13) im Kreislauf: Sattdampf 30 bar / 230°C
s Kreislaufgasmenge: bei 170°C
Begasungsgeschwindigkeit:
14 000 kg/h 28 600 mVh 1,6 m/sec
Anfahren der Anlage: a) Beim Einsprühen von Wasser zum io Austausch des Gasvolumens in der geheizten Anlage: Wassermenge: ca. 150 ltr b) Einfüllen von 5 m3 Trockengranulat und Aufheizen des Trockengranulats auf über 130°C, anschliessend Speisung mit Nassgut.
Trockengutmenge:
Wassermenge:
Wasserverdampfung:
12 000 kg 3 000 kg (entspr. 20%) 3 000 kg
Abmessungen des Kontaktfliessbetttrockners:
Anströmboden: Länge x Breite 2,5 x 2 = 5 m2 Kontaktflächen: 1. System (5) 30 m2 2. System (4) 60 m2 zusammen 90 m2 Schichthöhe (H):
Betriebszustand:
Produktaufgabe: 7 500 kg / 1 m Bettbreite
Durchschnittliche Abgastemperatur:
120°C (oberhalb der Schicht) 20 Temperatur in der Aufgabezone (0): 103°C
Produktendtemperatur: 125°C
Temperatur im Bereich der Systeme der Kontaktflächen (4,5): ca. 120°C
Temperatur der fluidisierenden Gase: 170°C
25 Abgas: 3 000 kg/h bei 120°C aus Anlage
H = 1,5 m Möglichkeit der Wärmerückgewinnung:
Längen: Kontaktflächen 5 —0,75 m; Kontaktflächen 4 — 0,1,35 m; dazwischen Aufgaberaum (0)-0,4 m; E = 1,35 + Vi (0,4) = 1,55 m; E/H = 1,55 / 1,5 = 1,033 Heizmedium für Kontaktflächen: Sattdampf 30 bar / 230°C
Kondensation von 3 000 kg bei 1 bar = ca. 1,618 x 106 k cal/h
30 Staubanteil aus dem Zyklon 11 und 15 geht in die Aufbereitung des Granulats zurück.
B
1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

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1. Verfahren zur thermischen Behandlung einer Materialschicht, die durch einen wärmeaustauschenden Kontakt mit beheizten Kontaktflächen beheizt wird und dazu mittels eines strömenden Gasmediums bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasmedium ausschliesslich die in der Materialschicht dabei entstandenen Abgase sind, die gefasst und im Kreislauf durch die Materialschicht unter gleichmäs-siger Verteilung zu ihrer Fluidisierung getrieben werden, wobei ein entstandener, den Bedarf der Fluidisierung übersteigender Teil der Abgase über einen von dem Kreislauf abzweigenden Weg abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trocknen einer Materialschicht ein Kontaktfliess-betttrockner (1) benutzt wird, bei welchem die Materialschicht oberhalb seines Anströmbodens (3) im Bereiche der beheizten Kontaktflächen (4,5) gehalten wird und das Fassen der Abgase oberhalb der Materialschicht vorgesehen ist, und dass das zu trocknende Gut auf die Oberfläche (8) der Materialschicht aufgetragen wird.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gefassten Abgase vor der Verteilung in die Materialschicht entstaubt werden.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase vor der Verteilung in die Materialschicht aufgeheizt oder gekühlt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Durchführen der Behandlung notwendige Wärmemenge in die Materialschicht über oberhalb des Anströmbodens (3) in dem Kontaktfliessbetttrockner (1) eingebaute Wärmeaustauschkontaktflächen (4,5) geführt wird, wobei eine Höhe (H) der Materialschicht über dem Anströmboden (3) mindestens so gross ist wie die Höhe des mit den Wärmeaustauschkontaktflächen (4,5) verbauten Raumes des Trockners (1) über dem Anströmboden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Regulieren der Frischgutzufuhr in die Schicht eine durchschnittliche Feuchtigkeit der Schicht eingestellt wird, die ein Kondensieren des kreislaufenden fhiidisierenden Gasmediums in der Schicht ausschliesst.
7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhr mittels der Wärmeaustauschkontaktflächen (4 und 5) in zwei Räume der Schicht erfolgt, zwischen welchen ein Raum (0) vorgesehen ist, welcher keine Wärmeaustauschkontaktflächen (4 oder 5) aufweist, wobei die Frischgutzufuhr in diesen kontaktflächenfreien Raum (0) erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der kontaktflächenfreie Raum (0) in der ersten Hälfte der Schicht vorgesehen ist, gesehen in Richtung zum Produktaustritt hin.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten und in dem zweiten Raum, in welchen die Wärmezufuhr mittels der Wärmeaustauschkontaktflächen (4 und 5) erfolgt, jeweils eine andere Temperatur der Schicht gehalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Entfernung (E) zwischen Frischgutzufuhrstelle und Stelle des Produktaustritts zur Höhe (H) der fluidisierten Materialschicht 0,5 bis 2,5 ist.
11. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturniveau der fluidisierten Materialschicht über der zur Verdampfung der Flüssigkeit des zu trocknenden Materials notwendigen Temperatur, insbesondere im Bereich einer zur Entkeimung bzw. Hygienisierung des Produkts notwendigen Temperatur gehalten wird.
12. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Weg (20) der abzuführenden Abgase teilweise gegen den Strom der Frischgutzufuhr ( 17) geführt ist.
13. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abzuführenden Abgase (14) kondensiert (16) und gereinigt (15), ggf. entgiftet werden.
14. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den abzuführenden Abgasen (14) Wärmerückgewinnung (16) vorgenommen wird.
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