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Es ist bekannt, dass zur Trocknung von luftdurchlässigen Substraten Warm- bzw. Heißluft-Trocknungsanlagen (Warm-/Heißlufttemperaturen von etwa 40 bis 200°C) verwendet werden. Bei den Produkten kann es sich insbesondere um nachwachsende Rohstoffe handeln.
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In den letzten Jahren wird Effektivität der Energienutzung zu einem immer größeren Thema. Grund hierfür sind die eingeschränkten Ressourcen und die Preissteigerungen für fossile Brennstoffe. Die Nutzung von Abwärme aus Kraft-Wärme-Kopplungen oder Kraftwerken wird immer attraktiver. Daher steigt die Nachfrage nach sinnvollen Wärmenutzungskonzepten stetig an. Die Trocknung von nachwachsenden Rohstoffen zum Zweck der Veredelung, z. B. zur Erhöhung des Brennwerts, ist eine solche sinnvolle Wärmenutzung.
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In der Folge wird beispielhaft die Trocknung von Holzhackschnitzeln betrachtet.
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Holzhackschnitzel aus Frischholz oder feuchtem Altholz weisen eine Feuchte von ca. 30 bis 70% auf. Damit sind sie nur kurzfristig lagerfähig und haben durch den hohen Feuchtegehalt einen sehr geringen Brennwert. Durch Trocknung werden die Holzhackschnitzel lagerfähig und der Brennwert wird deutlich erhöht.
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Der Stand der Trocknungs-Technik für Hackschnitzel kennt verschiedene Trocknersysteme:
- 1a.) Belüftete Flachlager mit Lochboden
- 1b.) Belüftete Container mit Lochboden
- 2a.) Schubbodentrockner mit Lochboden
- 2b.) Bandtrockner
- 3a.) Schachttrockner
- 4a.) Trommeltrockner
- 4b.) Schneckentrockner
- 4c.) Schubwendetrockner
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Die Systeme 1a und 1b sind Satztrockner, in denen das Produkt nach der Befüllung ruht und nicht vermischt wird. Durch die einseitige Belüftung von unten wird das Produkt sehr inhomogen getrocknet. Nach dem Trocknungsvorgang wird der Trockner komplett entleert.
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Die Systeme 2a bis 2b sind Satz- oder Durchlauftrockner. Zur Befüllung, insbesondere im Durchlaufbetrieb der Trockner, benötigt man einen Beschickungsapparat. Das Produkt wandert durch die Trockner, wird dabei aber nicht durchmischt. Hilfsweise werden einzelne Stachelwalzen eingebaut oder auf dem Weg die Luftführung gewechselt, was technisch sehr aufwendig ist, damit das Produkt gleichmäßiger getrocknet wird.
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Die Systeme 3a sind Satz- oder Durchlauftrockner. Zur Befüllung erfolgt entweder direkt von oben oder über eine Beschickungseinrichtung. Das Produkt wandert von oben nach unten durch die Trockner, wird dabei aber nicht durchmischt. Solche Trockner sind bauartbedingt sehr hoch, was eine Beschickung von oben sehr aufwendig gestaltet.
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Die Systeme 4a bis 4c sind Durchlauftrockner, in denen das Produkt absatzweise oder ständig verrührt wird. Dies führt zu einer homogenen Produktfeuchte. Zur Befüllung jedoch benötigt man auch hier einen zusätzlichen Beschickungsapparat bzw. -behälter. Mit den Systeme 4a bis 4c können zufriedenstellende Trocknungsergebnisse erzielt werden. Sie sind aber in aller Regel sehr kostenintensiv in der Anschaffung.
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Der Bedarf zur Trocknung von Hackschnitzel ist sehr hoch, d. h. es gibt eine große Menge verfügbarem Nassprodukt. Der durch die Trocknung erzielbare kaufmännische Mehrwert für getrocknete Hackschnitzel rechtfertigt jedoch keine kostenintensiven Investitionen und hohe Betriebskosten. Als Wärmequelle kommt daher vor allem kostengünstige Abwärme aus Blockheizkraftwerken, z. B. in einer Biogasanlage, infrage.
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Der angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung zu finden, die die Investitionskosten gering hält und eine einfache Trocknung mit geringem technischen, organisatorischen und personellen Aufwand ermöglicht.
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Mit 1a bis 4c wurden verschiedene verfügbare Trocknungssystem beschrieben, die darunter leiden, dass sie nur einzelnen und nicht allen oben beschriebenen Anforderungen an eine optimale technische Lösung für die Trocknung von Hackschnitzeln genügen.
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Im Gegensatz dazu erfüllt die angegebene Erfindung die oben genannten Anforderungen:
Sie ist technisch einfach, weil sie im Wesentlichen aus einem Produktbehälter besteht, der alle erforderlichen Funktionen zusammenfasst. Er dient als Beschickungsbehälter, Mischbehälter und Trocknungsbehälter in einem. Dadurch entfallen Investitionen für zusätzliche technische Einrichtungen, was die Gesamtinvestition der Anlage im Vergleich mit anderen Systemen gering hält.
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Durch die Mischfunktion wird ein sehr hochwertiges und homogenes Endprodukt erzeugt, das sich im Vergleich gegenüber den Systemen ohne Mischfunktion in Qualität und Marktwert deutlich abhebt.
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Die Erfindung unterscheidet sich somit im Wesentlichen vom Stand der Technik, dass bisher alle Trockner mit voller oder eingeschränkter Mischfunktion stets einen zusätzlichen Beschicker oder Beschickungsbehälter benötigten oder alle Trockner, in denen der Trocknungsraum direkt mit Trocknungsprodukt beschickt werden kann, keine Mischfunktion aufweisen.
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Die einfache Anlagenkonfiguration ist wartungsarm und kann einfach bedient werden. Durch den möglichen Satzbetrieb ist der zeitliche Aufwand für das Bedienpersonal auf die Befüll- und Entleerzeit beschränkt. Dadurch werden Betriebs- und Personalkosten minimiert.
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Zusammengefasst: Mit der Erfindung lässt sich bei geringer Investition und geringem Aufwand ein gleichmäßig gutes Trocknungsergebnis erzielen.
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Durch die Nutzungsmöglichkeit von Abwärme aus Kraft-Wärme-Kopplung oder Kraftwerken kann diese Art der Trocknung einen effektiven Beitrag zur Energieinsparung leisten.
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Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand einer Ausführungsvariante einer Trocknungsanlage für Holzhackschnitzel im Satzbetrieb mit Abwärmenutzung aus einer Biogasanlage zur Stromerzeugung erläutert. Die Konfiguration entspricht 1.
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Die Trocknungsanlage wird in der Nähe einer Biogasanlage mit Blockheizkraftwerk zur Stromerzeugung aufgestellt. Alternativ kann die Trocknungsanlage auch über eine Fernwärmeleitung mit Wärme versorgt werden.
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Die Trocknungsanlage besteht aus einem zylinderförmigen Produktbehälter (1). Dieser ist mit einer Rührvorrichtung, hier ausgeführt als Rührschwert (2) ausgestattet. Der Antrieb erfolgt über einen Motor (3), der hier unter dem Rührbehälter angeordnet ist.
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Der Produktbehälter ist nach oben hin offen. Über die Öffnung (4) werden die nassen Hackschnitzel (5) z. B. mit einem Frontlader in den Produktbehälter eingefüllt.
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Vor Befüllung und während des Trocknungsprozesses ist der Absperrschieber (6) geschlossen.
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Im Behälter ist ein (hier) zentrales Tauchrohr (7) angeordnet. Es muss genügend Produkt in den Behälter eingefüllt werden, dass das untere, offene Ende (8) des Tauchrohres ausreichend hoch mit Produkt bedeckt ist.
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Nach der Befüllung wird die Lüftungstechnik, bestehend aus Warmwasser-Luft-Wärmetauscher (9) und Ventilator (10) eingeschaltet.
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Über ein Luftleitungssystem (11) wird Trocknungsluft dem Tauchrohr zugeführt. Die Trocknungsluft wird von einem Ventilator (10) aus der Umgebung angesaugt (12). Die Luftmenge kann z. B. über einen Frequenzumrichter (hier nicht dargestellt) für den Ventilator geregelt werden.
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Die angesaugte Luft wird über einen Warmwasser-Luft-Wärmetauscher (9) auf die gewünschte Trocknungslufttemperatur erwärmt. Der Wärmetauscher ist über eine Rohrleitung (13) mit dem Blockheizkraftwerk der Biogasanlage (hier nicht dargestellt) verbunden und wird darüber mit Warmwasser versorgt. Bei einer Vorlauftemperatur von etwa 90°C kann so eine Trocknungslufttemperatur von etwa 80°C eingestellt werden. In diesem Fall ist die Temperatur über ein Regelthermostat (14) und eine Mischerschaltung (15) in der Warmwasserversorgung regelbar.
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Der Ventilator (10) drückt die erwärmte Trocknungsluft über das Luftleitungssystem (11) in das Tauchrohr (7). Über die Öffnung (8) strömt die Luft in die Produktschüttung (5) ein, und durchströmt diese. Dabei gibt das Produkt Feuchtigkeit an die Trocknungsluft ab, welche sich dadurch auffeuchtet und abkühlt. Nach Austritt aus der Produktschüttung wird die feuchte Abluft (16) über die Behälteröffnung (4) an die Umgebung abgeleitet.
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Die Rühreinrichtung (2) wird nach Bedarf aktiviert, sodass sich die Produktschüttung durchmischt. Intervall und Dauer des Rührvorgangs können über eine Steuerung (hier nicht dargestellt) eingestellt werden. Der einzelne Rührvorgang muss nicht zwangsweise eine komplette Vermischung bewirken. Es ist entscheidend, dass über den gesamten Trocknungszyklus durch mehrere Rührvorgänge eine Vergleichmäßigung erfolgt.
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Das Ende des Trocknungszyklus ist erreicht, wenn die erwünschte Endfeuchte erzielt ist. Dies kann z. B. über eine Feuchtemessung (hier nicht dargestellt) überprüft werden. Es ist auch möglich, eine feste Trocknungszeit in der Steuerung vorzugeben. Eine andere Variante wäre es, die Überwachung der Feuchte und die Abschaltung über eine Wiegeeinrichtung (hier nicht dargestellt), z. B. über sog. Wiegestäbe, zu erreichen. Diese kann man unterhalb der Behälterfüße bzw. des Behälterrahmens (17) anordnen.
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In 1 ist die Lüftungstechnik nur schematisch dargestellt. In der tatsächlichen Ausführung der hier beispielhaft beschrieben Anlage ist die Lüftungstechnik, bestehend aus Wärmetauscher (9), Ventilator (10) sowie das Luftleitungssystem (11) gemeinsam mit dem Produktbehälter (1) auf einem Rahmen (17) montiert. Der Rahmen kann auch als Fahrgestell ausgeführt sein (hier nicht dargestellt).
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Am Ende der Trocknungszeit wird die Warmwasserzufuhr unterbrochen. So kann bei Bedarf über die oben beschriebene Lüftungstechnik kalte Luft zur Kühlung des Produkts zugeführt werden. Am Ende der Kühlzeit wird der Ventilator (10) abgeschaltet und somit die Luftzufuhr unterbrochen.
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Bei einfacheren Systemen ist es auch möglich, die Lüftungstechnik während des Befüll- und Entleervorgangs weiter zu betreiben.
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Zur Entleerung wird das Austragsförderband (18) eingeschaltet und der Absperrschieber (6) des Produktbehälters (1) geöffnet. Über die Rühreinrichtung (2) wird der Austrag des Produkts unterstützt, indem das Produkt zur Öffnung am Absperrschieber transportiert wird. Das Produkt entweicht über die Öffnung und wird mittels Austragsförderband (18) abgefördert. Danach kann das Produkt z. B. mittels Frontlader oder einer weiteren Fördertechnik z. B. in ein Trockenlager transportiert werden (hier nicht dargestellt).
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Nach Entleerung wird der Schieber (6) wieder geschlossen und das Austragsförderband (18) abgeschaltet. Danach kann mit einem erneuten Befüll- und Trocknungszyklus begonnen werden.
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Es zeigen
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1: Schematische Darstellung in Ansicht und Draufsicht mit Kennzeichnung der Funktionsbereiche und Luftführung (kleine Pfeile kennzeichnen Luftströmung): Ausführung mit Tauchrohr, Absperrschieber zur Entleerung und Austragförderband
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den folgenden Zeichnungen dargestellt.
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2: Schematische Darstellung in Ansicht und Draufsicht mit Kennzeichnung der Funktionsbereiche und Luftführung (kleine Pfeile kennzeichnen Luftströmung): Ausführung mit halbdachförmigen Lamellen in der Behälterseitenwand mit Austragsschnecke
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In 2 ist beispielhaft eine Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, bei welcher die Trocknungsluft vom Ventilator (10) über das Luftleitungssystem (11) in nach unten offene, halbdachfömige Lamellen (19) in der Seitenwand des Produktbehälters (1) gedrückt wird. Die Trocknungsluft strömt nun über die unteren Öffnungen der halbdachförmigen Lamellen (19) in die Produktschüttung (5) ein und wird mit dem Produkt in Kontakt gebracht. Dabei gibt das Produkt Feuchtigkeit an die Trocknungsluft ab, welche sich dadurch auffeuchtet und abkühlt. Nach Austritt aus der Produktschüttung wird die feuchte Abluft (16) über die Behälteröffnung (4) an die Umgebung abgeleitet.
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Die Lüftungstechnik ist technisch mit der Lüftungstechnik aus 1 vergleichbar. Ebenso läuft der Befüllungs- und Trocknungsvorgang vergleichbar wie oben beschrieben ab. Daher werden Lüftungstechnik und Befüllungs- und Trocknungsvorgang hier nicht beschrieben.
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In 2 ist weiterhin beispielhaft eine weitere Variante der Produktaustragung dargestellt. Zur Entleerung wird die Austragsschnecke (21) eingeschaltet. Über die hier als Bodenöffnung (20) ausgeführte Öffnung im Behälter (1) läuft das Produkt in die Austragsschnecke (21) und wird von dieser aus dem Trockner transportiert. Über die Rühreinrichtung (2) wird der Austrag des Produkts unterstützt, indem das Produkt zur Bodenöffnung (20) transportiert wird. Am Auslauf der Austragsschnecke (21) kann das Produkt z. B. mittels Frontlader oder einer weiteren Fördertechnik z. B. in ein Trockenlager transportiert werden (hier nicht dargestellt).
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3: Schematische Darstellung in Ansicht und Draufsicht mit Kennzeichnung der Funktionsbereiche und Luftführung (kleine Pfeile kennzeichnen Luftströmung): Ausführung mit Löchern bzw. Schlitzen im Behälterboden und Absperrschieber zur Entleerung
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In 3 ist beispielhaft eine Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, bei welcher die Trocknungsluft vom Ventilator (10) über das Luftleitungssystem (11) unter einen Lochboden (22), hier ausgeführt als Zwischenboden des Produktbehälters (1) mit schuppenförmigen Schlitzöffnungen, gedrückt wird. Die Trocknungsluft strömt durch die schuppenförmigen Schlitzöffnungen des Lochbodens (22) in die Produktschüttung (5) ein und wird mit dem Produkt in Kontakt gebracht. Dabei gibt das Produkt Feuchtigkeit an die Trocknungsluft ab, welche sich dadurch auffeuchtet und abkühlt. Nach Austritt aus der Produktschüttung wird die feuchte Abluft (16) über die Behälteröffnung (4) an die Umgebung abgeleitet.
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Die Lüftungstechnik ist technisch mit der Lüftungstechnik aus 1 und 2 vergleichbar. Ebenso läuft der Befüllungs- und Trocknungsvorgang vergleichbar wie oben beschrieben ab. Daher werden Lüftungstechnik und Befüllungs- und Trocknungsvorgang hier nicht beschrieben.
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In 3 ist weiterhin beispielhaft eine weitere Variante der Produktaustragung dargestellt. Zur Entleerung wird der Absperrschieber (6) des Produktbehälters (1) geöffnet. Über die Rühreinrichtung (2) wird der Austrag des Produkts unterstützt, indem das Produkt zur Öffnung am Absperrschieber (6) transportiert wird. Das Produkt fällt aus Öffnung (23) und kann danach z. B. mittels Frontlader oder einer weiteren Fördertechnik z. B. in ein Trockenlager transportiert werden (hier nicht dargestellt).
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Die Erfindung kann auch in einer anderen, ähnlichen Konfiguration angewandt werden, z. B. kann die Austragsschnecke aus 2 auch bei 1 anstelle des Austragsförderbands oder als Ergänzung in 3 Anwendung finden.
