DE102009049909A1

DE102009049909A1 - Trocknungsanlage

Info

Publication number: DE102009049909A1
Application number: DE200910049909
Authority: DE
Inventors: Karl Häcker
Original assignee: ING HAECKER MASCHINEN GmbH; Haecker Maschinen Ing GmbH; Ing Hacker Maschinen GmbH
Current assignee: ING HAECKER MASCHINEN GmbH; Haecker Maschinen Ing GmbH; Ing Hacker Maschinen GmbH
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2011-04-28

Abstract

Trocknungsanlage (1, 1') zum Trocknen brennbarer Materialien, insbesondere von Klärschlamm, mit wenigstens zwei benachbarten und parallel entlang einer Trocknungsstrecke (2) ausgerichteten Spiralförderern (3, 3'), die in einer eine Mittenwand (38) bildenden Förderwanne (4) angeordnet und zu einer Förderung des Trocknungsguts (40) jeweils entlang der Mittenwand (38) in einer gemeinsamen Förderrichtung (5) ausgebildet sind, mit einer Anzahl von entlang der Trocknungsstrecke (2) im Raum oberhalb der Spiralförderer (3, 3') angeordneter Infrarot-Strahler (7) zur Erzeugung gerichteter Wärmestrahlung, wobei die Infrarot-Strahler (7) mit ihrer Strahlung zur Mittenwand (38) ausgerichtet sind, und mit einer Einrichtung (25) zur Förderung von Luft über das Trocknungsgut (40). Mit der Trocknungsanlage (1, 1') kann brennbares Material, insbesondere Klärschlamm, effektiv getrocknet werden, wobei sich das Trocknungsgut (40) nur gering erwärmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trocknungsanlage zum Trocknen brennbarer Materialien. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Strahlungstrocknung von Klärschlamm oder anderen organischen Abfällen, wie beispielsweise aus Faultürmen von Biogasanlagen, oder dergleichen.
Bei der Konzeptionierung einer Trocknungsanlage für brennbare Materialien, insbesondere von organischen Materialien, müssen strenge Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden. Für derartige Materialien steigt nämlich bei zunehmender Temperatur und abnehmendem Feuchtegehalt die Gefahr einer Entzündung durch Fremdzündquellen oder durch den zur Trocknung eingebrachten Energieeintrag teilweise rapide an. So stellt beispielsweise ein vollgetrockneter Klärschlamm mit seinen relativ hohen organischen Bestandteilen einen näherungsweise mit Braun- bzw. Steinkohle vergleichbaren Brennstoff dar und weist insofern damit ein ähnliches Gefahrenpotenzial auf.
Zur sicheren Handhabung solcher brennbarer Materialien und der bei der Trocknung gegebenenfalls entstehenden Stäube ist es notwendig, maßgebliche Faktoren zu beachten, um auf jeden Fall eine Entzündung zu verhindern. So kann das Trocknungsgut beispielsweise durch eine Fremdzündquelle, wie einen Funken, zur Entzündung gebracht werden. Insbesondere sind auch die Glimmtemperatur und die Selbstentzündungstemperatur des Materials zu beachten. Dabei bezeichnet die Glimmtemperatur die niedrigste Oberflächentemperatur, bei der das Material zum Glimmen, Glühen oder Brennen kommt. Unter der Selbstentzündungstemperatur versteht man wiederum diejenige Umgebungstemperatur, bei der eine Entzündung eines brennbaren Materials nach vorausgegangener Selbsterwärmung von selbst stattfindet. Bei aufgewirbelten, in Luft schwebenden brennbaren Stäuben muss zudem der Explosionsdruck, die Explosionsgrenze, eine Mindestzündenergie und wiederum die Entzündungstemperatur beachtet werden.
Insofern muss bei der Trocknung von brennbaren oder entzündlichen, und insbesondere bei organischen Materialien darauf geachtet werden, dass die Temperatur im Trocknungsgut möglichst niedrig bleibt, möglichst keine Stäube entstehen und dennoch die Feuchtigkeit mit einem vertretbaren Energie- und Zeitaufwand bis zu einem gewünschten Trocknungsgrad aus dem Material entfernt wird. So soll durch eine Trocknungsanlage für Klärschlamm dieser beispielsweise nach einer maschinellen Vorentwässerung, beispielsweise durch Filterpressen, über seine klebrige Leimphase in eine zum Weitertransport geeignete krümelige oder klumpige Struktur überführt werden. Insbesondere soll auch eine Volltrocknung erzielt werden, so dass der Klärschlamm in dieser Form unmittelbar einer Verbrennungsanlage zugeführt werden kann.
Für die Trocknung brennbarer und insbesondere von brennbaren, organischen Materialien sind grundsätzlich eine Reihe verschiedener Trocknungsanlagen bekannt. Dabei wird generell zwischen den Verfahren der Kontakttrocknung, der Konvektionstrocknung und der Strahlungstrocknung unterschieden. Einen Überblick hierzu gibt das ATV-DVWK-Regelwerk 1/2004, ATV-DVWK-M379 „Klärschlammtrocknung", Februar 2004, ISBN 3-924063-36-2.
Aus der DE 10 242 352 B4 ist bereits ein Verfahren zur Strahlungstrocknung eines feuchtigkeitshaltigen Materials bekannt, wobei dem Material in einer relativ kurzen Trocknungszeit viel Feuchtigkeit entzogen wird, hierbei jedoch gleichzeitig eine Kühlung des Materials erfolgt, so dass Temperaturen, bei denen Schadstoffe in die Umgebung abgegeben werden, nicht erreicht werden. Bei diesem Verfahren werden insbesondere Infrarot-Strahler, und hierbei bevorzugt Gasbrenner, eingesetzt, die relativ nahe am Trocknungsgut angeordnet sind. Nachteiligerweise stellen solche Strahler jedoch ein gewisses Gefährdungspotenzial bei der Trocknung von brennbarem Material dar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trocknungsanlage anzugeben, mit welcher ein brennbares Material, und insbesondere Klärschlamm oder andere organische Abfälle, problemlos auf eine gewünschte Restfeuchte gebracht bzw. vollgetrocknet werden kann, ohne dass hierbei die Gefahr einer Entzündung besteht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Trocknungsanlage mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1. Demnach umfasst die Trocknungsanlage zum Trocknen brennbarer Materialien wenigstens zwei benachbarte und parallel entlang einer Trocknungsstrecke ausgerichtete Spiralförderer, die in einer eine Mittenwand bildenden Förderwanne angeordnet und zu einer Förderung des Trocknungsguts jeweils entlang der Mittenwand in einer gemeinsamen Förderrichtung ausgebildet sind, eine Anzahl von entlang der Trocknungsstrecke im Raum oberhalb der Spiralförderer angeordneter Infrarot-Strahler zur Erzeugung gerichteter Wärmestrahlung, wobei die Inrarot-Strahler mit Ihrer Strahlung zur Mittenwand ausgerichtet sind, und eine Einrichtung zur Förderung von Luft über das Trockungsgut.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine Trocknungsanlage, wie sie aus der DE 10 242 352 B4 bereits bekannt ist, grundsätzlich aufgrund des zu erwartenden niedrigen Temperaturanstiegs im Trocknungsgut zur Trocknung von brennbaren Materialien und insbesondere von Klärschlamm oder dergleichen geeignet wäre. Gleichwohl stellen Infrarot-Strahler und insbesondere Gasbrenner eine Entzündungsgefahr für das Trocknungsgut dar. So kann durch einen geringen Abstand zwischen dem Trocknungsgut und dem Infrarot-Strahler lokal eine Temperatur im Trocknungsgut oder an mit dem Trocknungsgut beaufschlagten Seitenwänden etc. auftreten, die oberhalb der Glimmtemperatur liegt. Auch können bei hohen Temperaturen im Trocknungsgut entzündliche Gase austreten, die Gefahr laufen, am Infrarot-Strahler entzündet zu werden. Gleiches gilt für bei zunehmender Trocknung entstehende Stäube. Aufgrund der mit Infrarot-Strahlern oder offenen Brennern verbundenen Gefahren wurden daher solche Trocknungsanlagen zur Strahlungstrocknung bislang nicht weiter zur Trocknung brennbarer Materialen herangezogen bzw. optimiert.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass es durch die Anwendung eines Spiralförderer aufgrund der während des Transports vorliegenden beständigen Umwälzung des Trocknungsguts trotz des hohen Wärmeeintrags durch Infrarot-Strahler unter gleichzeitiger Luftzuströmung gelingt, die Temperatur im Trocknungsgut ohne die Gefahr einer Selbstentzündung während des gesamten Trocknungsvorgangs dauerhaft niedrig zu halten. Dies beruht im Wesentlichen darauf, dass enthaltene Feuchtigkeit von über das Trocknungsgut streichender Luft in Form von heißem Wasserdampf oder heißen Wassertröpfchen, deren Temperatur durch Energieaufnahme aus der Infrarotstrahlung erhöht ist, aufgenommen werden. Somit kühlt sich die am Trocknungsgut vorbeistreichende Luft nicht durch Energieabgabe zur Überführung des Wassers von der flüssigen in die gasförmige Phase ab, sondern wird weiter erwärmt. Das Trocknungsgut selbst wird nur unwesentlich erwärmt. Insbesondere wird die Verdampfungsenthalpie unter Aufbruch der Bindung an das Substrat im Trocknungsgut aufgebracht. Das Trocknungsgut wird durch die beständige Umwälzung im Spiralförderer zudem jeweils nur kurz, nämlich jeweils an der Oberfläche, der Infrarot-Strahlung ausgesetzt.
Diese Erkenntnis nutzt die Erfindung dazu, zwei parallel angeordnete Spiralförderer vorzusehen, die durch eine gemeinsame Mittenwand voneinander getrennt sind. Die Spiralförderer werden dabei so betrieben, dass das Trocknungsgut jeweils entlang der Mittenwand in einer gemeinsamen Förderrichtung transportiert wird. Dazu sind die beiden Förderspiralen zueinander insbesondere chiral ausgebildet und werden mit entgegengesetzter Drehrichtung betrieben. Durch diese Anordnung wird das Trocknungsgut beider Spiralförderer jeweils gegen die Mittenwand angehäuft, wodurch sich bei gleicher Fördermenge gegenüber einem einzelnen Spiralförderer insgesamt eine von darüber angeordneten Infrarot-Strahlern bestrahlbare, vergrößerte Oberfläche ergibt.
Durch die beschriebene Förderung entsteht eine bezüglich der Mittenwand symmetrische Anhäufung des Trocknungsguts. Aus diesem Grund resultiert eine annähernd homogene Bestrahlung des während des Transports angehäuften Trocknungsguts, wenn der wenigstens eine Infrarot-Strahler mit seiner Strahlung auf die Mittenwand ausgerichtet ist.
Die Erfindung bietet insofern den Vorteil, im Trocknungsgut einen gleichmäßigen und hohen Energieeintrag durch Infrarot-Strahlung zu erzielen. Die einzelnen Infrarot-Strahler hingegen können außerhalb des notwendigen Sicherheitsabstands zum Trocknungsgut angeordnet werden. Durch das beständige Umwälzen des Guts entlang der Mittenwand entsteht dort auch keine kritische Überhitzung. Das Trocknungsgut bleibt eher kalt. Untersuchungen haben ergeben, dass sich bei einer solchen Anordnung bis zum Erreichen der Volltrocknung das Trocknungsgut lediglich auf etwa 50 bis 70°C erwärmt. Bis das an der Oberfläche erwärmte Trocknungsgut beim Transport mittels der Spiralförderer wieder erneut an die Oberfläche gelangt, vergehen mehrere Umdrehungen.
Zur Förderung der sich erwärmenden Luft über das Trocknungsgut kann insbesondere ein Gebläse oder dergleichen vorgesehen sein. Dabei kann entweder Luft mit Überdruck über das Trocknungsgut befördert werden, oder es kann ein beständiger Sog dadurch erzeugt werden, dass Luft einseitig an geeigneter Stelle aus der Trocknungsanlage abgesaugt wird. Eine geeignete Vorrichtung sowie eine geeignete Steuerung hierzu sind beispielsweise aus der eingangs erwähnten DE 102 42 352 B4 bekannt. Dabei wird Luft mit Überdruck auf einer Seite der Trocknungsstrecke eingeblasen, und auf der anderen Seite der Trocknungsstrecke abgesaugt. Insbesondere wird die Luft quer zur Förderrichtung über das Trockungsgut geblasen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind bezüglich der Trocknungsstrecke nebeneinander liegende Infrarot-Strahler mit einem in etwa gleichen Abstand zur Mittenwand angeordnet. Aufgrund dieser Symmetrie bestrahlen die bezüglich der Förderrichtung nebeneinander liegenden Brenner mit einem in etwa gleichen Abstand zur Mittenwand das dazu symmetrische angehäufte Trocknungsgut und insbesondere dessen Oberfläche wiederum homogen. Denn bei einer solchen Anordnung addiert sich die von den nebeneinander angeordneten Infrarot-Strahlern emittierte Wärmestrahlung am Ort des Trocknungsguts annähernd gleichmäßig. Insbesondere entstehen hierbei auch bei dem Einsatz mehrerer Infrarot-Strahler keine so genannten „heißen” Stellen, an denen eine Entzündung des brennbaren Trocknungsguts zu befürchten wäre. Zudem sind die nebeneinander liegenden Infrarot-Strahler trotz hoher Strahlungsintensitäten im Trocknungsgut außerhalb des notwendigen Sicherheitsabstands zum Trocknungsgut anzuordnen, so dass den eingangs erwähnten Sicherheitsbestimmungen Rechnung getragen ist. Die Strahlungsintensitäten addieren sich nämlich gewollt erst im Trocknungsgut.
Als Infrarot-Strahler werden bevorzugt so genannte Hellstrahler eingesetzt. Diese erzeugen über eine sichtbare Verbrennung die benötigte Infrarot-Strahlung hoher Intensität. Über Reflektoren und/oder Abschattungsbleche wird dabei die Abstrahlung im infraroten Spektralbereich innerhalb eines gewünschten Raumwinkels erreicht. Derartige Hellstrahler werden insbesondere mittels Gas betrieben, welches üblicherweise über Poren an die Oberfläche einer Keramikplatte gelangt und dort mit Luftsauerstoff verbrennt. Ein solcher Hellstrahler liefert die zum Trocknen notwendige Strahlungsleistung.
Da sich durch die Ausbringung von Aerosolen und Wasserdampf sowie durch die beständige Durchmischung das Trocknungsgut selbst während der Trocknung nur unwesentlich erwärmt, können entgegen der Erwartung offene Brenner wie insbesondere Hellstrahler mit einer hohen Strahlungsleistung eingesetzt werden. Vom Einsatz derartiger Brenner oder Hellstrahler zum Trocknen einen brennbaren Materials, und insbesondere zum Trocknen von Klärschlamm, hat die Fachwelt aufgrund der Entzündungsgefahr bislang abgesehen. Gleichwohl haben nun umfangreiche Untersuchungen ergeben, dass die Erfindung unter Einhaltung sämtlicher Sicherheitsaspekte gerade bei Einsatz von Hellstrahlern eine sehr effektive Trocknung erlaubt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Infrarot-Strahler zur Abgabe der Wärmestrahlung innerhalb eines entlang der Förderrichtung gleich bleibenden Öffnungswinkels ausgebildet. Hierdurch wird eine der Geometrie der Trocknungsstrecke angepasste Abstrahlcharakteristik erzielt. Das der Trocknungsstrecke entlangtransportierte Trocknungsgut wird insofern während des Vorbeilaufens an dem Infrarot-Strahler mit einem konstanten Strahlungseintrag versehen. Über den gleich bleibenden Öffnungswinkel, der in einer Ebene senkrecht zur Förderrichtung gemessen ist, kann zudem erzielt werden, dass Strahlung gezielt nur auf die bestrahlbare Oberfläche des Trocknungsguts gerichtet wird. Hierdurch wird erreicht, dass neben dem Trocknungsgut liegende Teile der Anlage sich durch den dauernden Strahlungseintrag nicht über Gebühr erhitzen. Entlang der Trocknungsstrecke treten somit keine heißen Stellen auf, an denen sich das Trocknungsgut entzünden könnte. Die beschriebene Abstrahlcharakteristik wird in aller Regel durch langgestreckte Brenner erzielt, die mit ihrer Längsrichtung parallel zur Förderrichtung ausgerichtet sind. Über Reflektoren und Abdeckplatten wird erreicht, dass die beispielsweise durch eine Gasflamme erzeugte Infrarot-Strahlung nur innerhalb eines durch Randstrahlen definierten Öffnungswinkels ausgesendet wird. Es versteht sich von selbst, dass an den Enden solcher Infrarot-Strahler oder Brenner die genaue Abstrahlcharakteristik bezüglich des Öffnungswinkels abweichen wird.
Weiter bevorzugt sind benachbart angeordnete Infrarot-Strahler derart montiert, dass diese auf einen in der Höhe veränderbaren gemeinsamen Mittelpunkt ausrichtbar sind. Damit kann gezielt auf die gegebene Geometrie eingegangen werden. Insbesondere können hierdurch entlang der Trocknungstrecke bei annähernd gleich bleibender Geometrie des Strahlungsfeldes veränderliche Abstände zum Trocknungsgut eingestellt werden.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung sind die Infrarot-Strahler in einer gedachten Ebene senkrecht zur Förderrichtung jeweils mit der Mittenachse der den Öffnungswinkel definierenden Randstrahlen auf die Mittenwand ausgerichtet. Mit anderen Worten sind hierbei bezüglich der Trocknungsstrecke nebeneinander angeordnete Infrarot-Strahler bezüglich ihrer Abstrahlcharakteristik jeweils zentral auf die Mittenwand ausgerichtet. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass die Strahlung gleichmäßig auf die sich beim Transport entlang der Mittenwand auftürmende Oberfläche des Trocknungsguts gebracht wird. Aufgrund der Ausgestaltung der Spiralförderer weist das während des Transports aufgehäufte Trocknungsgut nämlich eine Spiegelsymmetrie bezüglich der Mittenwand auf.
Bevorzugt sind weiter die Infrarot-Strahler entlang der Trocknungsstrecke jeweils zu einer Anzahl von Gruppen mit jeweils einer Anzahl von bezüglich der Trocknungsstrecke nebeneinander angeordneten Infrarot-Strahlern zusammengefasst. Durch eine solche Anordnung kann Rücksicht darauf genommen werden, dass das Trocknungsgut entlang der Trocknungsstrecke abhängig vom erreichten Restfeuchtegehalt einen jeweils spezifisch geänderten Strahlungseintrag benötigt. So kann z. B. bei Beginn der Trocknungsstrecke zunächst mit relativ hoher Strahlungsintensität der noch hohe Feuchtegehalt rasch reduziert werden. Im späteren Verlauf ist wegen der verringerten Restfeuchte eine niedrigere Strahlungsintensität am Ort des Trocknungsguts vorteilhaft, um die Temperatur dort nicht unnötig zu erhöhen. Gleichwohl wird die Feuchtigkeit durch die beständige Umwälzung des Trocknungsguts insbesondere an der Oberfläche weiter effektiv ausgetrieben.
Die genannten Umstände bzw. die entlang der Trocknungsstrecke auftretenden Veränderungen im Trocknungsgut können insbesondere und zweckmäßig dadurch berücksichtigt werden, dass der Abstand der Infrarot-Strahler zur Mittenwand gruppenweise entlang der Trocknungsstrecke zunimmt. Mit anderen Worten werden die Infrarot-Strahler entlang der Trocknungsstrecke mit jeder Gruppe insgesamt weiter vom Trocknungsgut bzw. von der Mittenwand entfernt angeordnet. Dies hat den Vorteil, alleine durch die Abstandsänderung den benötigten, von der zurückgelegten Trocknungsstrecke abhängigen idealen Strahlungseintrag in das Trocknungsgut mit identisch gefertigten Infrarot-Strahlern einzustellen.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung sind die Infrarot-Strahler einer Gruppe in einer gedachten Ebene senkrecht zur Förderrichtung jeweils in etwa auf einem Kreis mit dem Mittelpunkt in der Mittenwand angeordnet. Dadurch wird erzielt, dass die additive Strahlungsintensität am Ort des Trocknungsguts beim Vorsehen identischer Strahler weiter vergleichmäßigt ist. Insbesondere wird dies dadurch erreicht, dass die identischen Infrarot-Strahler mit ihren durch den definierten Öffnungswinkel der Abstrahlcharakteristik definierten Mittenachse alle auf einen gemeinsamen Punkt in der Mittenwand ausgerichtet sind. Seitlich angeordnete Infrarot-Strahler bestrahlen hierdurch die zugewandte, schräge Oberfläche des entlang der Mittenwand angehäuften Trocknungsguts nahezu gleichmäßig.
In einer konkret vorteilhaften Ausgestaltung ist die oder jede Gruppe jeweils mit drei nebeneinander angeordneten Infrarot-Strahlern gebildet, wobei der jeweils mittlere Infrarot-Strahler vertikal oberhalb der Mittenwand positioniert ist. Durch eine solche Ausgestaltung wird der freie Raum über dem entlang der Mittenwand angehäuften Trocknungsgut optimal zum Eintrag von Strahlungsleistung ausgenutzt, wobei zusätzlich Rücksicht auf die während der Betriebs gegebene Geometrie des Trocknungsguts genommen ist.
Beim Betrieb eines Spiralförderers hat sich herausgestellt, dass die Spirale Gefahr läuft, insbesondere beim Durchfahren der Leimphase, durch untergeschobenes Trocknungsgut vom Boden der Förderwanne abzuheben. Um dies zu unterbinden, sind beispielsweise oberhalb der Spiralen entlang der Trocknungsstrecke durchgehende Streben, insbesondere Flacheisen, montiert. Durch den hierdurch realisierten vertikalen Anschlag kann die Förderspirale nicht mehr nach oben abgehoben werden.
Vorteilhafterweise sind die Spiralförderer bezüglich der Mittenwand in ihrem Außenbereich durch Rollen in der Förderwanne niedergehalten. Zum einen wird hierdurch eine Gleitreibung zum Niederhalten durch eine Rollreibung ersetzt, so dass die benötigte Antriebsenergie für die Förderspirale reduziert ist, was ein Durchfahren der Leimphase erst ermöglicht. Zum anderen erlaubt es eine solche Anordnung, die Förderspiralen außerhalb der den Öffnungswinkel definierenden Randstrahlen der Infrarot-Strahler niederzuhalten. Insbesondere werden hierbei die Rollen selbst nicht bestrahlt. Auch vergrößert sich durch eine solche Anordnung der zum Einbringen von Strahlung verfügbare Raum oberhalb des Trocknungsguts.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden Spiralförderer und die Mittenwand derart ausgelegt, dass das Trocknungsgut unter einer gegenseitigen Durchmischung über die Mittenwand hinweg transportierbar ist. Mit anderen Worten wird das Trocknungsgut durch die Bewegung der Spiralförderer so gegen die Mittenwand angehoben, dass es sich über diese hinaus anhäuft. Durch die Bewegung der Förderspiralen findet somit während des Transports auch ein Austausch von Material aus den Förderwannenhälften beider Spiralförderer statt. Durch die Anhäufung des Trocknungsguts über die Mittenwand hinaus wird insbesondere auch diese Oberfläche des Trocknungsguts zur Einbringung von Strahlungsleistung nutzbar. Die bestrahlbare Oberfläche wird insgesamt weiter vergrößert. Durch die weitergehende Durchmischung wird zudem erreicht, dass sich das Trocknungsgut insgesamt trotz Entfeuchtung noch weniger selbst erwärmt.
Als eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante ist für die Trocknungsanlage eine Vorwärmeinrichtung für das Trocknungsgut vorgesehen, in die eine Rückführleitung für die erwärmte Abluft aus der Trocknungsstrecke mündet. Damit wird Bezug darauf genommen, dass es in aller Regel für jede Trocknung, so auch für die vorbeschriebene Trocknungsanlage, vorteilhaft ist, das Trocknungsgut vorab maschinell zu entwässern. Insbesondere kann dies mit einer Filterpresse geschehen. Ein solches maschinell vorentwässertes Material, wie beispielsweise ein Filterkuchen oder dergleichen, kann nun über die erwärmte Abluft aus der Trocknungsanlage bereits vor Eintritt in die Trocknungsstrecke vorerwärmt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Energie zum Erwärmen des Trocknungsguts in der ersten Trocknungsstufe entlang der Anlage nicht mehr aufgebracht werden muss. Dazu ist aufgrund der in der Abluft mitgeführten Feuchtigkeit ein geeigneter Wärmetauscher vorzusehen. Beispielsweise kann die Abluft über Rohrleitungen oder dergleichen geführt werden, deren Strahlungsabwärme dann zur Vorerwärmung des Trocknungsguts verwendet wird.
Entsprechend den einzuhaltenden Vorschriften ist die Trocknungsanlage gegebenenfalls explosionssicher ausgestaltet. Dazu kann beispielsweise eine entsprechende, mit Sensoren ausgestattete Steuerungsanlage vorgesehen sein, die beim Erreichen kritischer Messwerte die Anlage abschaltet. Solche kritischen Messwerte können beispielsweise eine vorgegebene Staubdichte innerhalb der Anlage, eine bestimmte Gaskonzentration oder spezifische Temperaturen im Trocknungsgut, am Ort der Brenner, in der zirkulierenden Luft oder an spezifischen Messstellen der Anlagenwände sein. Alternativ wird die Restfeuchtigkeit im Trocknungsgut bestimmt. Dadurch kann eine zu starke Trocknung und eine hierdurch eventuell verursachte Staubentwicklung erkannt werden.
Insgesamt kann die Trocknungsanlage auch mit Explosionsdruck-Entlastungsklappen ausgerüstet werden, die bei einer Explosion den Druck an vorgesehenen Stellen ableiten.
Da eine Abschaltung der Anlage immer mit einem unerwünschten Stillstand verbunden ist, werden vorteilhaft die Strahlergruppen in Abhängigkeit von Messwerten auf nur einen oder auf zwei Strahler zurückgeschaltet, bevor ein kritischer Messwert erreicht ist. Zusätzlich oder alternativ können die Infrarot-Strahler auch in ihrer Leistung zurückgeschaltet werden. Bei der vorgenannten Anordnung benachbarter Infrarot-Strahler bleibt dabei aber stets die Bestrahlung der gesamten Fläche des Trocknungsguts erhalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 in einer Seitenansicht schematisch eine Trocknungsanlage mit zwei Spiralförderern und mit entlang der Förderrichtung darüber in Gruppen angeordneten Infrarot-Strahlern,
2 einen Querschnitt durch die Trocknungsanlage gemäß 1 durch eine erste Gruppe von Infrarot-Strahlern,
3 einen Querschnitt durch die Trocknungsanlage gemäß 1 durch eine weitere Gruppe von Infrarot-Strahlern, und
4 in einer Seitenansicht schematisch eine weitere Trocknungsanlage mit zwei Spiralförderern und mit darüber entlang der Förderrichtung in Gruppen angeordneten Infrarot-Strahlern.
In 1 ist schematisch in einer Seitenansicht eine Trocknungslage 1 dargestellt, wie sie sich insbesondere zur Trocknung von maschinell entwässertem Klärschlamm eignet. Die Trocknungsanlage 1 umfasst hierzu einen entlang einer Trocknungsstrecke 2 angeordneten Spiralförderer 3 sowie einen parallel benachbart angeordneten weiteren Spiralförderer 3', der aufgrund der Darstellung nicht sichtbar ist. Beide Spiralförderer 3, 3' sind entlang einer gemeinsamen Förderwanne 4 positioniert. Insbesondere ist die Förderwanne 4 durch zwei Halbschalen gebildet, die zwischen den beiden Spiralförderern 3, 3' eine gemeinsame Mittenwand bilden. Dies wird insbesondere aus den 2 und 3 ersichtlich.
Die Förderspiralen der beiden Spiralförderer 3, 3' sind zueinander chiral ausgebildet, weisen also zueinander einen entgegengesetzten Drehsinn auf. Durch einen Antrieb mit ebenfalls entgegengesetzter Drehrichtung wird eingebrachtes Trocknungsgut von beiden Spiralförderen 3, 3' entlang der Trocknungsstrecke 2 in Förderrichtung 5 transportiert und jeweils gegen die Mittenwand angehäuft.
Entlang der Trocknungsstrecke 2 sind oberhalb der beiden Spiralförderer 3, 3' eine Anzahl von langgestreckten Infrarot-Strahlern 7 angeordnet, die in verschiedenen Gruppen 10, 11, 12, 13 jeweils zusammengefasst sind. Die Infrarot-Strahler 7 sind jeweils als mit Gas betriebene Hellstrahler ausgebildet und werden im Folgenden daher schlicht auch als Brenner bezeichnet. Die Brenner 7 erzeugen eine auf das Trocknungsgut, welches in den Spiralförderern 3, 3' transportiert wird, gerichtete Infrarot- bzw. Wärmestrahlung.
Die Brenner 7 jeweils einer Gruppe 10, 11, 12, 13 sind bezüglich der Förderrichtung 5 jeweils nebeneinander angeordnet. Jede der Gruppen 10, 11, 12, 13 weist drei solcher nebeneinander angeordneter Brenner 7 auf. Aus 1 wird ersichtlich, dass sich der Abstand der Brenner 7 zum Trocknungsgut bzw. zu den Spiralförderern 3, 3' von Gruppe zu Gruppe entlang der Trocknungsstrecke 2 vergrößert. In der ersten Gruppe 10 ist der Abstand der Brenner zum Trocknungsgut am geringsten. In der letzten Gruppe 13 ist der Abstand der Brenner 7 zum Trocknungsgut am größten. Dadurch wird der allmählichen Entfeuchtung des Trocknungsguts beim Transport entlang der Trocknungsstrecke 2 Rechnung getragen. Zu Beginn der Trocknungsstrecke 2 wird ein hoher Energieeintrag durch den verringerten Abstand der Brenner 7 in das Trocknungsgut erzielt. Mit zunehmender Entfeuchtung wird weniger Strahlungsenergie zum Austreiben der verbliebenen Feuchtigkeit benötigt. Insbesondere braucht nicht benötigte Strahlungsenergie nichts zur weiteren Erwärmung des Trocknungsguts beizutragen. Aus diesem Grund wird der Abstand der Brenner 7 von Gruppe zu Gruppe gegenüber dem Trocknungsgut vergrößert.
Zum beschriebenen Antrieb der beiden Spiralförderer 3, 3' ist ein Antriebsaggregat 16 vorgesehen. Am Beginn der Trocknungsstrecke 2 weist die Trocknungsanlage 1 weiter eine Zuführstelle 20 für maschinell vorentwässertes Trocknungsgut auf. Am Ende der Trocknungsstrecke 2 tritt das nun beispielsweise zu einer Verbrennungsanlage transportierbare, getrocknete Trocknungsgut über eine Ausfuhrstelle 23 aus.
Um eine beständige Luftführung über das Trocknungsgut zu erzielen, ist eine Luftfördereinrichtung 25 vorgesehen, die beispielsweise mit Über- oder Unterdruck Luft durch den Raum oberhalb der Spiralförderer 3, 3' führt. Insbesondere kann an verschiedenen Stellen entlang der Trocknungsstrecke 2 jeweils eine Zuführstelle für Frischluft vorhanden sein. Insbesondere ist vorgesehen, Luft an mehreren Stellen quer zur Förderrichtung 5 über das Trocknungsgut zu führen. Über eine entsprechende Steuerung von Klappen, Ventilen, Zuführöffnungen etc. kann insofern an jeder Stelle entlang der Trocknungsstrecke 2 ein gewünschter Feuchtegehalt der Luft eingestellt 3 werden. Hierdurch wird erreicht, dass die ausgetriebene und in Form von Dampf oder erwärmten Wassertröpfchen vorhandene Feuchtigkeit von der jeweils darüber streichenden Luft aufgenommen werden kann.
Die Feuchte tragende Luft oder Abluft wird über eine Rückführleitung 28 zu einer Vorwärmeeinrichtung 30 geführt, die das in die Zuführstelle 20 einzuführende Trocknungsgut beispielsweise mittels eines Wärmetauschers über Abwärme vorwärmt. Ein solches Trocknungsgut ist beispielsweise ein maschinell entwässerter Klärschlamm in Form eines Filterkuchens.
In 2 ist ein Querschnitt der Trocknungsanlage 1 gemäß 1 durch die erste Gruppe 10 von Brennern 7 dargestellt. Man erkennt nun deutlich die beiden parallel zueinander und entlang der Förderrichtung 5 angeordneten Spiralförderer 3 und 3'. Die Förderspiralen laufen dabei jeweils in einer Halbschale 35, 35', die zusammen die gemeinsame Förderwanne 4 bilden. Die mit unterschiedlichem Drehsinn gefertigten Spiralen beider Spiralförderer 3, 3' werden mit entgegengesetzter Drehrichtung so angetrieben, dass sich das Trocknungsgut 40 – wie eingezeichnet – entlang der durch die Halbschalen 35 und 35' gebildeten gemeinsamen Mittenwand 38 anhäuft. Die Mittenwand 38 sowie die Spiralen der beiden Spiralförderer 3, 3' sind dabei bezüglich der Menge an transportiertem Trocknungsgut 40 so ausgelegt, dass sich dieses bis über die Mittenwand 38 hinaus während des Transports anhäuft. Insofern findet zwischen den beiden Spiralförderern 3, 3' während des Transports ein beständiger Austausch und eine beständige Umwälzung des gesamten Trocknungsguts 40 statt, und zwar über die Mittenwand 38 hinaus.
Die Brenner 7 sind jeweils so ausgestaltet, dass die Wärmestrahlung entlang der Förderrichtung 5 nur innerhalb eines durch Randstrahlen 42 definierten Öffnungswinkels 44 austritt. Der Öffnungswinkel für die Brenner 7 beträgt hierbei jeweils 60°. Vorliegend sind drei Brenner 7 bezüglich der Förderrichtung 5 nebeneinander angeordnet. Dabei ist der mittige Brenner 7 vertikal oberhalb der Mittenwand 38 positioniert.
Alle Brenner 7 sind mit den Mittenachsen 45 ihrer Öffnungswinkel 44 auf die Mittenwand 38 ausgerichtet. Insbesondere treffen sich alle Mittenachsen 45 in einem Punkt 50 der Mittenwand 38.
An den durch die Randstrahlen 42 eingezeichneten Öffnungswinkel der Brenner 7 wird ersichtlich, dass sich die Strahlung aller drei Brenner 7 gleichmäßig am Ort des Trocknungsguts 40 addiert. Die bezüglich der Mittenwand 38 bzw. bezüglich des Mittelpunkts 50 ersichtliche Symmetrie des Trocknungsguts 40 wird über die Ausrichtung der Brenner 7 fortgesetzt. Durch die Anordnung der Brenner 7 auf einem Kreis 52 mit seinem Mittelpunkt 50 wird zudem erreicht, dass die beidseits der Mittenwand 38 angehäufte schräge Oberfläche des Trocknungsguts 40 ebenfalls gleichmäßig bestrahlt wird. Bezüglich des Mittelpunkts 50 sind alle Brenner 7 im gleichen Abstand positioniert. Dieser Abstand definiert zugleich den Radius 54 des Kreises 52.
Über bezüglich der Mittenwand 38 außen positionierte Rollen 56, die jeweils eine Drehachse parallel zur Förderrichtung 5 aufweisen, werden die Spiralen der Spiralförderer 3, 3' nach unten gegen die Förderwanne 4 niedergehalten. Dies verhindert ein Aufsteigen der Spiralen während des Transports des Trocknungsguts 40. Es wird ersichtlich, dass aufgrund der Außenanordnung der Rollen 56 die Strahlung der Brenner 7 ungehindert auf das Trocknungsgut 40 trifft. Insbesondere treffen die Randstrahlen 42 aller Brenner nicht auf weitere Anlagenteile, so dass sich diese unerwünscht erhitzen könnten. Weiter wird ersichtlich, dass sich der Raum, in dem sich die Strahlung aller drei Brenner 7 addiert, in etwa der Form des angehäuften Trocknungsguts 40 folgt.
Insgesamt wird durch die spezifische Anordnung der Trocknungsanlage 1 eine effektive Trocknung des Trocknungsguts 40 erzeugt. Durch den Energieeintrag mittels dreier Brenner 7, wobei sich die Strahlung erst am Ort des Trocknungsguts 40 addiert, kann ein Abstand der Brenner 7 zum brennbaren Trocknungsgut 40 eingehalten werden, wie er den Sicherheitsstandards entspricht. Auch dadurch, dass Wände, Rollen und weitere Befestigungselemente der Trocknungsanlage 1 nicht bestrahlt werden, kann mit den als Hellstrahlern asugebildeten Brennern 7 gefahrlos brennbares Trocknungsgut 40 getrocknet werden.
Die nahe Anordnung der Brenner 7 gegenüber dem Trockungsgut 40 dient zu einer raschen Entfeuchtung zu Beginn der Trockungsstrecke. Das Trocknungsgut 40 ist aufgrund der hohen enthaltenen Feuchtigkeit noch zu relativ großen Brocken verklumpt.
3 zeigt einen Querschnitt durch die Trocknungsanlage gemäß 1 durch die dritte Gruppe 12 von Brennern 7. Die dargestellte Anordnung der Brenner 7 der Gruppe 12 ist im Wesentlichen identisch mit der Anordnung der Brenner 7 gemäß Gruppe 10, wie sie in 2 dargestellt ist. Auch die Brenner 7 gemäß 3 sind auf einem Kreis 52' mit dem Mittelpunkt 50 in der Mittenwand 38 angeordnet. Jedoch ist der Abstand bzw. der Rand 54' dieses Kreises 52' gegenüber 2 vergrößert. Ansonsten ist die Ausrichtung der Brenner 7 entsprechend 2 ausgestaltet. Durch die eingezeichneten Randstrahlen 42 der jeweiligen Öffnungswinkel 44 wird der Eintrag der Strahlung in das Trocknungsgut 40 ersichtlich. Dabei wird ein unnötiger Strahlungseintrag in weitere Komponenten der Trocknungsanlage sicher verhindert. Im Übrigen wird auf die Beschreibung zu 2 verwiesen.
Die Brenner 7 sind insgesamt weiter vom Trocknungsgut 40 entfernt. Die gezeigte Gruppe von Brennern 7 befindet sich entlang der Trockungsstrecke 2 an einem späteren Abschnitt. Das Trocknungsgut 40 enthält nun weniger Feuchtigkeit. Es ist bereits in einen krümmeligen Zustand übergegangen.
In 4 ist in einer Seitenansicht schematisch eine weitere Trocknungsanlage 1' mit zwei Spiralförderern 3, 3' dargestellt. Man erkennt wiederum die Förderrichtung 5 sowie die gemeinsame Förderwanne 4. Die Fördereinrichtungen der Trocknungsanlage 1' entsprechen dabei den Fördereinrichtungen der Trocknungsanlage 1 gemäß 1. Jedoch sind die Brenner 7 entlang der Trocknungsstrecke 2 hierzu verschieden angeordnet.
Im Unterschied zur 1 sind die Brenner 7 nun in drei Gruppen 10, 11, 12 entlang der Trocknungsstrecke 2 aufgeteilt. Dabei umfasst jede Gruppe 10, 11, 12 nun insgesamt sechs Brenner 7. Dabei sind jeweils drei dieser sechs Brenner 7 nebeneinander entsprechend der Trocknungsanlage 1 positioniert. Auch die jeweils hintereinander angeordneten Brenner 7 jeweils einer Gruppe 10, 11, 12 sind mit gleichem Abstand zum Trocknungsgut bzw. zur Mittenwand der Förderwanne 4 angeordnet. Der Abstand der Brenner 7 innerhalb einer Gruppe 10, 11, 12 zum Trocknungsgut ist insofern identisch. Der Abstand der Brenner 7 zum Trocknungsgut nimmt jedoch von Gruppe zu Gruppe entlang der Trocknungsstrecke 2 zu. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zur 1 verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Trocknungsanlage
2: Trocknungsstrecke
3, 3': Spiralförderer
4: Förderwanne
5: Förderrichtung
7: Infrarot-Strahler, hier: Gasbrenner
10: Gruppe I
11: Gruppe II
12: Gruppe III
13: Gruppe IV
16: Antriebsaggregat
20: Zuführstelle
23: Ausfuhrstelle
25: Luftfördereinrichtung
28: Rückführleitung
30: Vorwärmeeinrichtung
33: Wand
35, 35': Halbschale
38: Mittenwand
40: Trocknungsgut
42: Randstrahlen
44: Öffnungswinkel
45: Mittenachse
50: Mittel(Schnitt)punkt
52: Kreis
54, 54': Radius
56: Rollen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10242352 B4 [0006, 0009, 0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ATV-DVWK-Regelwerk 1/2004, ATV-DVWK-M379 „Klärschlammtrocknung”, Februar 2004 [0005]
ISBN 3-924063-36-2 [0005]

Claims

Trocknungsanlage (1, 1') zum Trocknen brennbarer Materialien, insbesondere von Klärschlamm, mit wenigstens zwei benachbarten und parallel entlang einer Trocknungsstrecke (2) ausgerichteten Spiralförderern (3, 3'), die in einer eine Mittenwand (38) bildenden Förderwanne (4) angeordnet und zu einer Förderung des Trocknungsguts (40) jeweils entlang der Mittenwand (38) in einer gemeinsamen Förderrichtung (5) ausgebildet sind, mit einer Anzahl von entlang der Trocknungsstrecke (2) im Raum oberhalb der Spiralförderer (3, 3') angeordneter Infrarot-Strahler (7) zur Erzeugung gerichteter Wärmestrahlung, wobei die Infrarot-Strahler (7) mit Ihrer Strahlung zur Mittenwand (38) ausgerichtet sind, und mit einer Einrichtung (25) zur Förderung von Luft über das Trocknungsgut (40).
Trockungsanlage (1, 1') nach Anspruch 1, wobei bezüglich der Trocknungsstrecke (2) nebeneinander liegende Infrarot-Strahler (7) mit einem in etwa gleichen Abstand zur Mittenwand (38) angeordnet sind.
Trocknungsanlage (1, 1') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Infrarot-Strahler (7) zur Abgabe der Wärmestrahlung innerhalb eines entlang der Förderrichtung (5) gleichbleibenden Öffnungswinkels (44) ausgebildet sind.
Trocknungsanlage (1, 1') nach Anspruch 3, wobei der Öffnungswinkel (44) zwischen 50° und 70° beträgt.
Trocknungsanlage (1, 1') nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Infrarot-Strahler (7) in einer gedachten Ebene senkrecht zur Förderrichtung (5) jeweils mit der Mittenachse (38) der den Öffnungswinkel (44) definierenden Randstrahlen (42) auf die Mittenwand (38) ausgerichtet sind.
Trocknungsanlage (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Infrarot-Strahler (7) entlang der Trocknungsstrecke (2) jeweils zu einer Anzahl von Gruppen (10, 11, 12, 13) mit jeweils einer Anzahl von bezüglich der Trocknungsstrecke (2) nebeneinander angeordneten Infrarot-Strahlern (7) zusammengefasst sind.
Trocknungsanlage (1, 1') nach Anspruch 6, wobei die Infrarot-Strahler (7) einer Gruppe (10, 11, 12, 13) in einer gedachten Ebene senkrecht zur Förderrichtung (5) jeweils in etwa auf einem Kreis (52) mit einem Mittelpunkt (50) in der Mittenwand (38) angeordnet sind.
Trocknungsanlage (1, 1') nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Abstand der Infrarot-Strahler (7) zur Mittenwand (38) gruppenweise entlang der Trocknungsstrecke (2) zunimmt.
Trocknungsanlage (1, 1') nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die oder jede Gruppe (10, 11, 12, 1) jeweils mit drei nebeneinander angeordneten Infrarot-Strahler (7) gebildet ist, wobei der jeweils mittlere Infrarot-Strahler (7) vertikal oberhalb der Mittenwand (38) positioniert ist.
Trocknungsanlage (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bezüglich der Trocknungsstrecke (2) nebeneinander angeordnete Infrarot-Strahler (7) auf einen in der Höhe veränderbaren gemeinsamen Mittelpunkt (50) ausrichtbar sind.
Trocknungsanlage (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spiralförderer (3, 3') bezüglich der Mittenwand (38) in ihrem Außenbereich durch Rollen (56) in der Förderwanne (4) niedergehalten sind.
Trocknungsanlage (1, 1') nach Anspruch 11, wobei die Rollen (56) im Wesentlichen außerhalb der den Öffnungswinkel (44) definierenden Randstrahlen (42) der Infrarot-Strahler (7) angeordnet sind.
Trocknungsanlage (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Infrarot-Strahler (7) jeweils als Gasbrenner, insbesondere als Hellstrahler, ausgebildet sind.
Trocknungsanlage (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spiralförderer (3, 3') und die Mittenwand (38) derart ausgelegt sind, dass das Trocknungsgut (40) unter einer gegenseitigen Durchmischung über die Mittenwand (38) hinweg transportierbar ist.
Trocknungsanlage (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vorwärmeinrichtung (30) für das Trocknungsgut (40) vorgesehen ist, in die eine Rückführleitung (28) für die erwärmte Abluft aus der Trocknungsstrecke (2) mündet.