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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Trocknung von in der Vorrichtung angeordneter Biomasse. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Trocknung von in der Vorrichtung angeordneter Biomasse, bei der in einer Außenwand eine Öffnung angebracht ist und die Vorrichtung einen zentral angeordneten Zuluftschacht aufweist.
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Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus der
DE 10 2013 006 488 A1 bekannt. Der dort offenbarte Trockner ist gut geeignet zum Trocknen stückiger Biomasse, insbesondere Holz-Hackschnitzel. Nachteilig an diesem Trockner ist, dass der Taupunkt der zum Trocknen eingesetzten Luft oft weit innerhalb des Trockners liegt, da durch Winddruck oder Abkühlung der mit Wasserdampf ganz oder teilweise gesättigten Luft zum Außenklima hin eine verzögerte Trocknung oder Wiederbefeuchtung der Biomasse erfolgen kann. Dadurch verlängert sich der Trocknungsvorgang oder es kommt, je nach Windexposition, zu ungleichmäßiger Trocknung der Biomasse.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher eine effizientere Trocknung von Biomasse zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 11. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trocknen von Biomasse – im Folgenden auch als Trockner bezeichnet – umfasst eine Außenwand, in der eine Öffnung angebracht ist, und einen zentral in der Vorrichtung angeordneten Zuluftschacht. Sie weist, mindestens abschnittsweise eine parallel zur Außenwand angeordnete Fassade auf.
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Die Außenwand erstreckt sich vom Boden der Vorrichtung bis zu ihrem oberen Ende. Sie umfasst mindestens den Boden sowie eine Seitenwand. Der Trockner kann beliebig gestaltet sein, er kann als Quader, als Zylinder, als Kugel, bevorzugt auch trichterförmig gestaltet sein. Eine trichterförmige, z. B. kegelstumpf- oder pyramidenförmige, sich nach unten verjüngende Bauweise ist günstig für eine vertikale Förderung der Biomasse mit Unterstützung der Schwerkraft. Ein quaderförmiger Trockner kann einen quadratischen oder rechteckigen Grundriss aufweisen. Form und Größe der erfindungsgemäßen Vorrichtung richten sich nach der Art der zu trocknenden Biomasse und den Bedingungen der Trocknung. Übliche Größen können von z. B. 3m × 3m × 3m bis zu 10m × 10m × 10m für einen kubischen oder trichterförmigen Trockner oder von 2 m Durchmesser bis zu 10 m Durchmesser für einen zylindrischen oder kugelförmigen Trockner reichen, wobei die Höhe eines zylindrischen Trockners von z. B. 2 m bis 20 m betragen kann. Diese Maße verdeutlichen nur beispielhaft das Volumen eines erfindungsgemäßen Trockners; der Trockner kann ohne weiteres größer oder kleiner ausgelegt sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann stationär oder mobil ausgelegt sein, z.B. kann ein Trockner im Format eines für den Verkehr zugelassenen Hakenliftcontainers hergestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere die Außenwand besteht bevorzugt aus korrosionsfestem Werkstoff, z. B. verzinktem Stahl, Aluminium oder Beton.
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Zumeist weist die Außenwand, insbesondere die Seitenwand, bevorzugt nicht nur eine sondern mehrere Öffnungen auf. In einer vorteilhaften Ausführung kann die Seitenwand Abschnitte, bevorzugt an einem oberen oder unteren Ende der Seitenwand, aufweisen, die mit Öffnungen versehen sind oder auch über ihre gesamte Fläche Öffnungen aufweisen. Die Öffnungen können gleiche oder unterschiedliche Größe aufweisen, vorteilhaft ist die maximale Größe der Öffnungen kleiner als die zu trocknenden Stücke der Biomasse gewählt. Öffnungen, die größer sind als die zu trocknenden Stücke der Biomasse, können z. B. durch Einsetzen von Drahtgeflecht gegen das Austreten von Stücken von Biomasse gesichert werden, ohne dass die Trocknung eingeschränkt oder behindert wird. Durch Größe und Anordnung der Öffnungen kann die Luftführung beeinflusst werden. Als geeignet hat sich auch eine umlaufende Öffnung erwiesen, die z. B. am oberen Ende der Außenwand oberhalb eines üblichen Füllpegels der zu trocknenden Biomasse angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß überdeckt die Fassade die Öffnungen. Vorteilhaft ist es, wenn die Fassade einen Abstand zur Außenwand aufweist, sodass der Luftwiderstand nicht wesentlich erhöht wird. Damit die Abluft möglichst keinen zusätzlichen Widerstand erfährt ist es vorteilhaft, wenn der Abstand der Fassade zur Außenwand abhängig von dem Querschnitt einer Zuluftleitung bemessen ist; bevorzugt ist ein Abstand der Fassade zur Außenwand so zu dimensionieren, dass die Gesamtquerschnittsfläche der Abluftleitung mindestens dreimal so groß ist wie die Querschnittsfläche der Zuluftleitung. Die Fassade verhindert das direkte Austreten von feuchter, abgekühlter oder warmer noch nicht mit Wasserdampf gesättigter Luft; sie verursacht eine längere Verweildauer warmer noch nicht ausreichend mit Wasserdampf gesättigter Luft zur perforierten Außenwand hin. Dadurch wird das Gefälle zwischen in den Trockner eintretender, trockener, erwärmter Luft – auch Zuluft genannt – und an der Außenwand durch die Öffnungen austretender feuchter und abgekühlter Luft – auch Abluft genannt – verringert. Diese Maßnahme bewirkt, dass sich der Taupunkt, an dem Wasser aus der mit Feuchtigkeit beladenen Luft auskondensiert, in Richtung auf die Außenwand, bevorzugt über die Außenwand hinaus verlagert. Diese Maßnahme vergleichmäßigt den Ablauf der Trocknung und verringert eine unerwünschte Rückfeuchtung der zu trocknenden Biomasse. Bei fortgeschrittener Trocknung erzeugt die zwischen Außenwand und Fassade streichende warme noch nicht mit Wasserdampf gesättigte Luft eine gleichmäßige Trocknung der außen positionierten Biomasse. Sind die Öffnungen nur in einem Abschnitt der Seitenwand angebracht, genügt es, wenn die Fassade diesen Abschnitt überdeckt. Die Fassade ist vorteilhaft am oberen Ende der Außenwand angebracht, sie kann einen nach unten offenen oder geschlossenen Zwischenraum außerhalb der Außenwand bilden.
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Die Fassade kann aus sämtlichen Werkstoffen bestehen, die geeignet sind, mit feuchter, abgekühlter, leicht säurehaltiger Luft in Kontakt zu kommen. Sie besteht bevorzugt aus Kunststoff in Form von Platten oder Bahnen, aus Holz, Holzwerkstoff, Metall oder Glas. Vorteilhaft ist es, wenn die Fassade isolierende, insbesondere wärmeisolierende Eigenschaften aufweist. Diese Maßnahme führt zu einer weiteren Verschiebung des Taupunktes in Richtung der Außenseite, bzw. über diese hinaus. Besonders vorteilhaft ist es zudem, wenn die Fassade luftundurchlässig ist, oder nur eine geringe Luftdurchlässigkeit aufweist. Hierdurch kann von außen Wind abgehalten werden und ein ungehindertes Austreten von feuchter, abgekühlter oder warmer noch nicht mit Wasserdampf gesättigter Luft aus der Vorrichtung wird verhindert.
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Nach einer alternativen Ausführung kann der Trockner in ein Gehäuse oder Gebäude gestellt werden, bei dem die Gehäuse- oder Gebäudewand die Funktion der Fassade übernimmt. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, wenn mehrere mobile Trockner zum Trocknen des stückigen Holzes in einem Gehäuse oder Gebäude gesammelt werden.
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Der Zuluftschacht ist zentral in der Vorrichtung angebracht, er ist mit einer Zuführung für trockene und erwärmte Luft verbunden.
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Es ist anzumerken, dass die Zuführung der Zuluft meist durch eine aktive Bewegung der Luft vonstatten geht, häufig über eine Ventilationseinheit. Diese kann so gestaltet sein, dass bspw. die Luft über den Zuluftschacht in den Trockner hinein geblasen wird, damit ein Überdruck generiert und die sich schon im Trockner befindliche Luft verdrängt wird. Auch ist bspw. eine Ventilationseinheit möglich, welche die Abluft ansaugt. Der so generierte Unterdruck, bzw. Luftsog, im Trockner führt zu einem Nachströmen der Zuluft. Zudem kann eine günstige Luftführung, bspw. über einen Luftsog, im Trockner auch über Ausnutzung der natürlichen Konvektion, bspw. über den Kamineffekt, erreicht werden.
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Die Zuführung der Luft in den Zuluftschacht kann durch die Außenwand, über das obere oder untere Ende, bzw. Deckel oder Boden des Trockners erfolgen. Die Luft tritt durch Durchlässe im Zuluftschacht in den Trockner über und durchströmt die stückige Biomasse. Die Durchlässe sind bevorzugt so bemessen, dass die stückige Biomasse nicht durch die Durchlässe durchtreten kann. Der Zuluftschacht ist vorzugsweise hängend angebracht, so dass keine seitlichen oder unteren Trag- oder Stützelemente den Querschnitt zwischen Außenwand und Zuluftschacht versperren. Diese Ausführung eröffnet einen ungehinderten Weg für die zu trocknende Biomasse durch den Trockner. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den Zuluftschacht zentral im Trockner auf seitlich oder unterhalb angebrachten Trag- oder Stützelementen anzuordnen, insbesondere wenn die Biomasse – bezogen auf die Abmessungen des Trockners – feinteilig ist, so dass auch reduzierte Querschnitte zwischen Außenwand und Zuluftschacht für einen störungsfreien Betrieb des Trockners ausreichen. Der Zuluftschacht kann also fest verankert oder bevorzugt in den Trockner eingehangen sein. Je nach Länge die der Zuluftschacht im Trockner einnimmt, ist auch eine zusätzliche Abstützung oder quergespannte Aufhängung vorteilhaft. Der Zuluftschacht wird im Trockner von der zu trocknenden Biomasse bedeckt und umhüllt, er muss also den dadurch einwirkenden Kräften Stand halten. Der Zuluftschacht kann aus Metall oder stabilem Kunststoff bestehen, bevorzugt bspw. aus einem perforierten Stahl oder Aluminiumblech. Der Zuluftschacht kann mit beliebigem Querschnitt versehen sein. Die Wahl des Querschnitts berücksichtigt bevorzugt, dass eine optimale Förderung der stückigen Biomasse durch den Trockner gewährleistet ist und die eintretende Zuluft laminar strömt. Typische Ausführungen des Zuluftschachts weisen einen runden, einen elliptischen oder einen eckigen, insbesondere dreieckigen Querschnitt auf. Damit kann eine Materialbelastung aufgrund des Eigengewichts oder des Gewichts der in der Vorrichtung angeordneten Biomasse verringert werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Querschnitt des Zuluftschachts elliptisch, wobei die kurzen Seiten im Lot angeordnet sind. Dadurch kann stückige Biomasse, insbesondere bei Befüllen der Vorrichtung von oberhalb, an dem Zuluftschacht entlang rutschen.
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Möglich ist zudem auch, dass der Zuluftschacht vom Boden des Trockners ausgeht oder von oben hereingeführt wird und sich bspw. zentral vertikal über die Höhe des Trockners erstreckt.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Vorrichtung als Bestandteil der Außenwand eine Abdeckung auf, die die Oberseite der Vorrichtung zum Trocknen von Biomasse überspannt. Damit kann ein ungewollter vertikaler Luftstrom durch die trocknende Biomasse verhindert und eine horizontale Luftführung begünstigt werden. Zudem schützt die Abdeckung vor Feuchtigkeitseintrag durch Niederschlag. Die Abdeckung kann aus jedem Werkstoff gefertigt sein, der den Belastungen des Trockners standhält, also dem Kontakt mit stückiger Biomasse und der im Trockner zirkulierenden Luft. Typische Materialien für Abdeckungen sind Kunststoff in Form einer Kunststoffbahn oder –plane oder in Form von Platten, aber auch andere Werkstoffe wie Holz, Holzwerkstoff oder Metall. Diese Materialien können bevorzugt auch isolierende Eigenschaften besitzen und damit eine Verlagerung des Taupunkts hin zur Außenwand unterstützen. In einer vorteilhaften Ausprägung der Vorrichtung kann die Abdeckung auch aus dem gleichen Material wie die Fassade bestehen. Weiter bevorzugt ist es, wenn die Abdeckung und die Fassade nach Art einer Haube die Oberseite und mindestens Abschnitte der Außenwand, die Öffnungen aufweisen, überdecken, um zu verhindern, dass die Trocknungsluft bei Durchströmung des Trockengutes infolge der Volumenschwindung im oberen Bereich über die perforierte Außenwand entweicht.
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Die Vorrichtung weist bevorzugt eine Aufnahmeöffnung auf, welche der Beschickung der Vorrichtung mit Biomasse, bei Batchbetrieb ggf. aber auch der Entnahme der getrockneten Biomasse dient. Eine automatische Beschickung der Vorrichtung, bevorzugt aus einem vorgeschalteten Vorratsbehälter, ist vorteilhaft. Damit kann eine kontinuierliche Auslastung der Vorrichtung gewährleistet werden. Die Beschickung erfolgt bevorzugt über die Aufnahmeöffnung. Dieser Vorgang wird in einer bevorzugten Ausführungsform erleichtert dadurch, dass die Aufnahmeöffnung hydraulisch/elektrisch zu öffnen und verschließbar ist. In einer einfachen Ausführung, wenn die Abdeckung als Plane ausgeführt ist, kann diese auch ganz, oder teilweise, für die Beschickung entfernt werden, um eine Aufnahmeöffnung zu schaffen.
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Der Pegel bis zu dem der Trockner mit Biomasse befüllt wird, richtet sich nach mehreren Gesichtspunkten. So kann in einer bevorzugten Ausführungsform, welche eine umlaufende Öffnung in der Seitenwand aufweist, die z. B. am oberen Ende der Außenwand angeordnet ist, der Pegel der Biomasse bis knapp unter diese Öffnung reichen. Vorteilhaft ist hier ein Pegelstand bis 5–10 cm unterhalb der Öffnung, um einen Luftstrom zu ermöglichen und einen Austritt der Biomasse aus der Öffnung zu vermeiden. In bevorzugten Ausführungen des Trockners wird es als vorteilhaft erachtet, wenn der Pegel der Biomasse sich in einem gewissen Abstand z.B. zur Abdeckung oder zum oberen Rand der Seitenwände befindet. Bevorzugt ist ein Pegel unterhalb der Seitenwände, mit gewissem Abstand, bevorzugt von 3–30 cm, vorteilhaft sind 5–15 cm, zum obigen Rand dieser Seitenwände. In besonders vorteilhaften Ausführungen der Erfindung besteht zudem ein ausreichender Abstand des Pegels zu einer Abdeckung und etwaiger Belade-Öffnung. Dadurch kann sich bspw. eine Luftschicht zwischen Biomasse und Abdeckung ausbilden, welche isolierende Eigenschaften besitzen und damit eine Kondensation von Luftfeuchtigkeit an der Abdeckung verhindern kann. Außerdem kann in bevorzugten Ausführungen des Trockners auch über diesen Raum die Luft aus dem Trockner über Öffnungen in den Seitenwänden geführt werden. Ein Überfüllen der Vorrichtung kann dadurch auch vermieden werden. Die Höhe des Pegels ist zudem abhängig von der Menge der in den Trockner eingefüllten Biomasse und kann sich über die Verweildauer in dem Trockner ändern, z.B. durch Verdichten der Biomasse über ihr Eigengewicht, Volumenänderungen durch Trocknung oder Austragung der Biomasse.
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Eine Austragevorrichtung in der Vorrichtung wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Biomasse in vorgegebener Richtung den Trockner durchläuft, z. B. von oben nach unten mit Unterstützung der Schwerkraft. Die Austragevorrichtung ermöglicht eine Austragung der getrockneten Biomasse aus dem Trockner, typischerweise entweder in einen Speicher oder in eine Verbrennungsvorrichtung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Austragevorrichtung bspw. eine Förderschnecke, ein Kratzer oder Bodenförderer ist. Bevorzugt ist die Austragevorrichtung unten in der Vorrichtung angeordnet.
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Die zu trocknende, stückige Biomasse weist einen Feuchtegehalt auf, der über der Ausgleichsfeuchte liegt, die sich abhängig vom Umgebungsklima einstellt. Sie soll in der Regel mindestens bis zur Ausgleichsfeuchte, meist aber auf einen unterhalb der Ausgleichsfeuchte liegenden Feuchtegehalt, die Restfeuchte, getrocknet werden. Die Biomasse ist stückig, die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf die Größe der Stücke abzustimmen. Die Größe der Stücke kann z. B. von grobstückigem Scheitholz bis zu Sägemehl reichen. Typisch werden Hackschnitzel getrocknet, deren Längenabmessung bis ca. 10 cm reichen und die durchschnittlich eine Längenabmessung von ca. 3 cm–7 cm aufweisen, wobei die Länge und die Breite der Hackschnitzel jeweils ein Mehrfaches der Stärke betragen. Als Biomasse können neben Holz auch stückige Rinde, als Energieträger angepflanzte Pflanzen, landwirtschaftliche Reststoffe wie Stroh oder Halme anderer Anbaupflanzen, Pressrückstände oder Filterkuchen, z. B. Trester, aber auch Schlämme, soweit sie in stückiger Form vorliegen. Die stückige Biomasse ist so im Trockner angeordnet, dass sich Strömungswege bilden. Über diese Strömungswege kann die Luft durch den Trockner strömen und dabei Feuchtigkeit von der Biomasse aufnehmen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Trocknen von Biomasse mit Luft umfasst die Schritte des Zuführens von trockener, erwärmter Luft – der Zuluft – durch einen zentral angeordneten Zuluftschacht, das Durchströmen der im Trockner angeordneten Biomasse mit der trockenen, erwärmten Luft unter Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Biomasse und Abkühlung der Luft sowie des Abführens der feuchten, abgekühlten Luft – der Abluft – durch eine Öffnung in der Außenwand gegen die stauende Wirkung der vorzugsweise luftundurchlässigen Fassade, die in vorgegebenem Abstand vor der Öffnung angebracht ist und bevorzugt des Ableitens der Abluft über einen Zwischenraum, der durch Fassade und Außenwand begrenzt wird. Eine derart gestaltete Luftführung verbessert eine Verlagerung des Taupunkts, also des Ausfallens von Wasser aus der Abluft, in Richtung auf, bevorzugt bis außerhalb der Außenwand.
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Die Luft kann z.B. über einen Wärmetauscher, der bspw. mit dem Kühlkreislauf eines Blockheizkraftwerks gekoppelt ist, vor dem Eintreten in die Vorrichtung erwärmt werden. Diese Zuluft kann dann, bspw. mittels Ventilatoren, beschleunigt, durch den Zuluftschacht in den Trockner geführt werden. Sie durchströmt die in der Vorrichtung angeordnete, zu trocknende, stückige Biomasse, nimmt dabei unter Abkühlung Feuchtigkeit aus der Biomasse auf und entweicht durch eine Öffnung in der Außenwand aus dem Trockner in einen Zwischenraum, zwischen Fassade und Außenwand. Durch stauende Wirkung der Fassade ist der Taupunkt dieser Abluft so weit nach außen verschoben, dass Kondensation innerhalb der Vorrichtung erheblich reduziert wird.
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Besonders vorteilhaft ist eine Kreislaufführung der zum Trocknen eingesetzten Luft, wie bspw. in ein Umluftsystem. Dabei wird die Abluft vom Zwischenraum über eine entsprechend dimensionierte Leitung zu einem Kondensator geführt. Die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit kann dort kondensieren. Die so entfeuchtete, aber auch weiter abgekühlte Luft, wird dann durch passend dimensionierte Leitungen zurück zu dem Wärmetauscher geführt, wo sie wieder erwärmt wird. Alternativ kann die Luft, falls sie nicht zu viel Feuchtigkeit aufgenommen hat, ohne vorhergehende Kondensation wieder erwärmt werden, da mit der Temperatur auch die Aufnahmekapazität der Luft für Feuchtigkeit überproportional steigt. Durch einen Umluftbetrieb kann Energie gespart werden, da in einem solchen System weniger Energie aufgewandt werden muss, um die Luft zu erwärmen.
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Das Verfahren ist abgeschlossen, wenn eine vorgegebene Restfeuchte der Biomasse erreicht ist. Das Ende des Verfahrens wird bevorzugt durch Messung der Restfeuchte bestimmt, über indirekte oder direkte Verfahren, wie z.B. durch kapazitive Messung oder Messung des Klimas. Durch die Messung der Restfeuchte und Überwachung des Verfahrens kann ein optimales Trocknungsergebnis erzielt werden, ohne dass es beispielsweise zu einer Übertrocknung des Trockenguts kommt. Nach Ende des Verfahrens erfolgt die Austragung der Biomasse aus der Vorrichtung.
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Die Trocknung der Biomasse im Batchverfahren, mit den einzelnen Schritten des Beladens der Vorrichtung mit Biomasse, der Trocknung der Biomasse in der Vorrichtung und der Austragung dieser, ist bevorzugt. Ein Beispiel hierfür wäre die Nutzung des Verfahrens zur Herstellung getrockneter Biomasse in mobilen Trocknern.
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Besonders bevorzugt ist die Radlagerbeschickung der Vorrichtung. In besonders vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Trocknung im Batchverfahren als Doppeltopfverfahren. Bei diesem Verfahren wird in einer Vorrichtung die Biomasse getrocknet, während eine andere Vorrichtung mit schon getrockneter Biomasse als Vorratsbehälter dient. Dadurch kann überschüssige Wärme noch genutzt werden und die Effizienz der Trocknungsluftnutzung gesteigert werden.
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Das kontinuierliche Laden, Trocknen und Austragen der Biomasse ist eine bevorzugte Alternative. Mittels dieser Ausprägung des Verfahrens kann bspw. eine durchgehende Beschickung einer Feuerungsanlage für Biomasse, z.B. einer Hackschnitzelheizung oder eines Blockheizkraftwerks (BHKW), insbesondere einem Holzgas-BHKW, gewährleistet werden, entweder durch direkte Zuführung der getrockneten Biomasse zur Feuerungsanlage oder nach Lagerung. Bevorzugt wird hier Abwärme der Heizanlage oder des BHKW zur Erzeugung von Trocknungsluft für die Trocknung von Biomasse verwendet. Diese Verwendung von Abwärme kann zum einen die Kosten reduzieren und bietet zum anderen den Vorteil, dass, beispielsweise bei einem BHKW, eine dauerhafte Abnahme der mit der Stromerzeugung gekoppelten Wärmeenergie möglich ist. Die Lagerung der Biomasse nach Trocknung kann bevorzugt in einem Trockenlager stattfinden. Aus diesem Trockenlager kann die getrocknete Biomasse bedarfsweise entnommen werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
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1 Querschnitt einer Vorrichtung zum Trocknen von in der Vorrichtung angeordneter Biomasse gemäß einer ersten Ausführungsform
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2 Querschnitt einer Vorrichtung zum Trocknen von in der Vorrichtung angeordneter Biomasse gemäß einer zweiten Ausführungsform
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3 Querschnitt einer Vorrichtung zum Trocknen von in der Vorrichtung angeordneter Biomasse gemäß der ersten Ausführungsform.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Trocknen von in der Vorrichtung angeordneter Biomasse 2 dargestellt.
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Der Trockner 1 weist eine Außenwand 10 aus Stahlblech auf, die sich schräg nach unten verjüngend als Seitenwand 11 von einem oberen Ende 4 der Vorrichtung zu einem unteren Ende 6 der Vorrichtung erstreckt und die den Trockner seitlich umgrenzt. In dieser Seitenwand 11 sind Öffnungen 12 angebracht. Die Öffnungen 12 sind hier durch Stanzen der Seitenwand 11 hergestellt. Möglich wäre eine Herstellung der Öffnungen 12 auch durch Bohren, Fräsen oder Laserschneiden. Des Weiteren weist der Trockner 1 einen zentral angeordneten Zuluftschacht 14 und eine außerhalb des Trockners 1 parallel zur Außenwand 10 angeordnete Fassade 16 auf. In der dargestellten Ausführungsform weist der Trockner 1 auch einen Zwischenraum 17 auf, eingegrenzt von Fassade 16 und Außenwand 10. Zudem weist die Vorrichtung am unteren Ende 6 eine Austragevorrichtung 18 und am oberen Ende 4 eine Abdeckung 20 auf.
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In dieser Ausführungsform ist die aus einem Stahlblech gefertigte Außenwand 10 sich kegelstumpfförmig nach unten verjüngend konstruiert. Diese Form erleichtert den passiven Transport der stückigen Biomasse über die Schwerkraft zur Austragevorrichtung 18 am unteren Ende der Vorrichtung. Der Trockner 1 gemäß 1 ist zur Trocknung von Hackschnitzeln aus Holz mit Partikelgrößenklasse P16S bis P45S nach DIN EN ISO 17225-4 ausgelegt.
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Es sind mehrere Öffnungen 12 verteilt über die gesamte Seitenwand 11 in die Außenwand 10 gestanzt, durch welche die Luft aus dem Trockner 1 in den Zwischenraum 17 entweichen kann. Geht man bei den zu trocknenden Holzhackschnitzeln von den o. g. Partikelgrößenklassen aus, so weisen die Öffnungen 12 einen Durchmesser unter 8 mm, bevorzugt von 3mm–5 mm auf.
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Die Fassade 16 kann einen Abstand zu der Außenwand 10 derart aufweisen, dass die Abluft keinen zusätzlichen Widerstand erfährt, vorzugsweise 4 cm bis 8 cm bei einem Zuluftdurchmesser von DN = 400 mm. Das für die Fassade verwendete Material ist hier ein wärmeisolierter Kunststoff, der vom oberen Ende 4 des Trockners 1 im Abstand von 6 cm vor der Außenwand 10 hängt. Die Fassade 16, insbesondere in isolierter Ausführung, bewirkt eine Verschiebung des Taupunktes in Richtung auf die Außenwand 10 oder darüber hinaus in den Zwischenraum 17 und dient zudem der Führung der Luft über den Zwischenraum 17. Die Fassade 16 kann auch aus korrosionsgeschützem Blech oder aus Holz oder Holzwerkstoff hergestellt sein. Anstelle der möglichst luftundurchlässigen und ggf. wärmeisolierten Fassade kann der Trockner auch ohne Zwischenraum 17 und Fassade 16 in eine vorzugsweise wärmeisolierte und dampfdichte Kammer mit oder ohne Umluftführung aufgestellt werden.
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Der Zuluftschacht 14 ist in der dieser Ausführungsform von oben in den Trockner 1 eingehängt und hat, abgesehen von einem hier nicht dargestellten Anschluss für die trockene, erwärmte Luft (Zuluft), keinen Kontakt zur dargestellten Außenwand 10. Der Verzicht auf Stütz- und Tragelemente belässt einen weiten Querschnitt zwischen Zuluftschacht 14 und Außenwand 10, so dass die stückige Biomasse den Trockner 1 ungehindert passieren kann. An dem Anschluss für die Zuluft kann ein Adapter angebracht sein, um Zuluftschläuche oder Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern anbringen zu können. Der Zuluftschacht 14 besteht aus einem perforierten Metallblech und besitzt einen elliptischen Querschnitt, bei dem die Längsachse L vertikal ausgerichtet ist. Der Querschnitt kann auch oval oder rund sein oder parallele Wände aufweisen und lotrechter Richtung verjüngt sein. Durch diesen Querschnitt kann die Biomasse gut um den Zuluftschacht herum in Richtung der Austragevorrichtung 18 bewegt werden. Um Brückenbildung zu vermeiden, kann eine Rührvorrichtung oberhalb der Austragevorrichtung 18 angeordnet werden.
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Die Austragevorrichtung 18 ist als Förderschnecke ausgelegt und dient zur direkten Beschickung eines Vorratsbehälters, eines BHKW oder einer Heizanlage.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 1 gezeigt. Sie weist die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf, wie sie im Zusammenhang mit 1 dargestellt und erläutert wurden. Dabei sind gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Im Folgenden gehen wir auf alternative Ausführungen im Zusammenhang mit 2 ein.
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Der in 2 dargestellte Trockner 1 weist eine Außenwand 10 auf, die ebenfalls als trichterförmige Seitenwand 11 ausgebildet ist, welche aber auch lotrecht gestaltet sein kann. Ebenfalls vorhanden ist der zentral angeordnete Zuluftschacht 14, die Austragevorrichtung 18A, die Abdeckung 20 sowie -abweichend von 1, eine Belade-Öffnung 22. Bei dem in 2 dargestellten Trockner 1 ist nur eine umlaufende Öffnung 12A am oberen Ende 4 der Außenwand 10A angeordnet. Zudem überdeckt die Fassade 16A nur den Bereich der Öffnung 12A und ist nicht vor der gesamten Außenwand 10A angeordnet. Bereits diese einfache Ausführung eines erfindungsgemäßen Trockners 1 kann bewirken, dass der Taupunkt der Abluft weiter zur Außenwand 10 des Trockners 1 hin oder darüber hinaus verschoben wird und hinsichtlich der Höhenschichtung eine gleichmäßigere Feuchteverteilung möglich ist.
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Über die Belade-Öffnung 22 kann die Vorrichtung 1 mit Trockengut, also stückiger Biomasse, bspw. Holzhackschnitzeln, beladen werden. Sie ist zudem verschließbar, damit die zur Trocknung der Biomasse im Trockner 1 vom Zuluftschacht 14 zur Außenwand 10 bzw. Öffnung 12 zirkulierende Luft nicht nach oben entweichen kann und weiterhin eine möglichst horizontale Durchströmung des Trockenguts gewährleistet ist. Zur einfachen Montage besitzt die Belade-Öffnung 22 einen quadratischen Querschnitt.
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Die Austragevorrichtung 18A ist hier ein Kratzförderer, mit dem kontinuierlich das bis zur vorgegebenen Restfeuchte getrocknete Trockengut aus der Vorrichtung transportiert werden kann.
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In 3 ist die Ausführungsform der Vorrichtung 1 gekoppelt mit einem Umluftsystem 3 gezeigt. Auch hier sind gleiche Elemente wie in 1 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Zusätzlich ist der Weg der zum Trocknen eingesetzten Luft durch den Trockner 1 und der Weg der den Trockner 1 verlassenden Abluft und ihre erneute Aufbereitung in einer Umluftanordnung 3 zur trockenen, erwärmten Zuluft dargestellt. Der Weg der Luft ist durch Pfeile gekennzeichnet.
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Der Trockenvorgang von feuchter, stückiger Biomasse mit Luft läuft folgendermaßen ab: Zunächst wird die trockene Luft erwärmt, bspw. an einem Wärmetauscher. Folgend wird diese trockene erwärmte Zuluft z. B. mittels eines Ventilators durch den Zuluftschacht 14 in die mit feuchter, stückiger Biomasse 2 (hier: Holz-Hackschnitzel) befüllte Vorrichtung gedrückt 30. Die Zuluft strömt horizontal über die feuchte, stückige Biomasse 32 und nimmt dabei unter Abkühlung Feuchtigkeit von dieser auf. Nach Passieren der Biomasse 2 wird die feuchte, abgekühlte Luft durch die Öffnung 12 in der Außenwand 10 in einen Zwischenraum 17 bewegt. Um eine Kondensation dieser Abluft an diesem Punkt zu vermeiden, ist die Fassade 16 bevorzugt thermisch isoliert. Durch einen Durchgang 19 in der Fassade 16 in Höhe oder unterhalb der Austragevorrichtung 18 gelangt die Abluft 34 in das Umluftsystem 3.
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Die einzelnen Bestandteile der hier gezeigten Umluftanordnung 3, ein Kondensator 40 und ein Wärmetauscher 42 sind über eine Rohrleitung 44 miteinander verbunden. Bei der Rohrleitung 44 kann es sich um geeignete Luftschläuche oder Lüftungsrohre, typisch aus Kunststoff oder Metall, handeln. Um eine Kondensation der Luft in der Rohrleitung 44 zu verhindern und um einen Energieverlust zu vermeiden, besteht diese bevorzugt entweder aus thermisch isolierendem Material oder ist von einem solchen außen umschlossen.
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Die feuchte, abgekühlte Abluft, welche die Vorrichtung 1 verlassen hat, wird über eine Rohrleitung 44 zu einem Kondensator 40 geführt. Die Abluft wird im Kondensationsprozess weiter abgekühlt und verliert dabei ihre Feuchtigkeit. Die abgekühlte trockene Luft wird weitergeleitet zu einem Wärmetauscher 42. Dieser Wärmetauscher 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel an den Abwärmekreislauf eines BHKWs gekoppelt. Es ist auch möglich, dass er die Abwärme anderer Prozesse nutzt, oder dass ein Heizelement eingesetzt wird. Die im Wärmetauscher 42 erwärmte, trockene Luft wird dann wieder als Zuluft zur Vorrichtung 1 geführt. Die Rohrleitung 44 ist über ein Anschlussstück 21 mit dem Zuluftschacht 14 verbunden. Über diesen gelangt die Zuluft 36 in das Innere der Vorrichtung 1. Damit schließt sich der Kreislauf des Umluftsystems 3.
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Eine Abwandlung dieses Kreislaufs kommt ohne Kondensator 40 aus. Mit ausreichend erwärmter Luft kann der Kreislauf in einigen Fällen auch dann effektiv ablaufen, wenn die Abluft nach Verlassen der Vorrichtung 1 nicht mit Feuchtigkeit gesättigt und etwas abgekühlt ist. Sie kann dann dem Wärmetauscher 42 zugeführt und dort wieder erwärmt werden. Durch die Erwärmung steigt wieder die Kapazität der Luft, Feuchtigkeit aufzunehmen.
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Die erwärmte Luft wird dann erneut als Zuluft in die Vorrichtung 1 geleitet. Dieser Kreislauf kann effektiv ablaufen wenn ein ausreichend großes Volumen an Luft verwendet wird, diese sehr wenig Feuchtigkeit am Ausgangspunkt des Prozesses enthält oder wenn von einem geringen Feuchteeintrag durch die Biomasse 2 auszugehen ist. Hierdurch kann weiter Wärmeenergie im Umluftsystem gespart werden, da die Kondensation entfällt. In einer weiteren hier zeichnerisch nicht dargestellten Variante wird der Anteil an Umluft durch eine Ab- oder Fortluftöffnung und in Abhängigkeit des Trocknungsfortschritts verstellbare Frischluftklappe geregelt.
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Der Trockner 1 und das Verfahren zur Trocknung von Biomasse können alternativ in einer einfachen Ausführung, z. B. für mobile Trocknungsvorrichtungen, auch mittels eines offen gestalteten Luftsystems genutzt werden. In einem solchen System wird trockene Luft über ein Heizelement oder bspw. einen Wärmetauscher 42 erwärmt und in den Trockner 1 geleitet. Dort kann die warme, trockene Zuluft auch wieder das feuchte, stückige Trockengut durchströmen, dessen Feuchtigkeit unter Abkühlung aufnehmen und über die Öffnungen 12 in der Außenwand 10 und in den Zwischenraum 17 zwischen der Außenwand 10 und der Fassade 16 in die Umgebung des Trockners als feuchte, abgekühlte Abluft abgeleitet werden. Mit einem solchen Aufbau werden unter anderem Teile der Rohrleitung 44 und der Kondensator 40 eingespart, dafür ist die Energieeffizienz geringer als bei Trocknern mit einer Umluftanordnung. Bereits mit einer so einfachen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist festzustellen, dass der Taupunkt, an dem Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeit aus der feuchten, abgekühlten Abluft kondensiert, näher zur Außenwand 10 hin verschoben ist und Trocknungsunterschiede durch Windeinwirkung vermieden werden können, als ohne die erfindungsgemäß vorgehängte Fassade 16.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läuft bei einem erfindungsgemäßen Trockner 1 in der Weise ab, dass zu trocknende Biomasse, zum Beispiel feuchte Holzhackschnitzel, über eine Belade-Öffnung 22 in die Vorrichtung zur Trocknung gefüllt werden, bis ein vorgegebener Pegelstand oder Füllstand des Trockners 1 erreicht ist. Die Hackschnitzel werden während des Trocknens oder nach dem Trocknen bevorzugt in Richtung der Austragevorrichtung bewegt. Dies geschieht entweder passiv, durch die Schwerkraft und die Form der Vorrichtung bedingt, oder aktiv, durch eine Förderanlage.
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Beim Batch-Verfahren wird nach Befüllen der Vorrichtung mit Biomasse das gesamte Trockengut getrocknet. Erst nach Abschluss des Verfahrens wird das Trockengut aus der Vorrichtung, z.B. über eine Förderschnecke 18 oder Kratzerförderer 18A ausgetragen und einem Trockenlager, einer Feuerungsanlage oder einem weiteren Verarbeitungsprozess, z. B. Sieben oder Brikettieren, zugeführt. Die Vorgänge der Beladung, Trocknung und Austragung sind zeitlich voneinander getrennt.
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Bei einem kontinuierlichen Trocknungsverfahren können Beladung, Trocknung und Austragung zeitlich parallel ablaufen. So kann die Vorrichtung auf der einen Seite bzw. am oberen Ende 4 mit Biomasse 2 befüllt werden, während auf der anderen Seite bzw. am unteren Ende 6 getrocknete Biomasse 2 entnommen wird. Die Biomasse 2 wird langsam aber stetig von der Belade-Öffnung 22 weg zur Austragevorrichtung 18 hin bewegt. Diese Strecke kann bspw. passiv überbrückt werden, dadurch dass trockene Biomasse 2 am Boden 6 der Vorrichtung über eine Förderschnecke 18 oder Kratzerförderer 18A entnommen wird und feuchte Biomasse 2 von oben, durch die Schwerkraft getrieben, nachrutscht. Während ihres Weges durch die Vorrichtung 1 wird die Biomasse 2 getrocknet. Neben Klima und Luftvolumenstrom bestimmt die Geschwindigkeit mit der die Biomasse 2 die Vorrichtung 1 durchwandert und die Länge der Strecke zwischen Belade-Öffnung 22 und Austragevorrichtung 18, 18A bestimmen die Trocknungdauer. Auf diese Weise können bspw. Feuerungsanlagen, welche auf kontinuierlichen Nachschub an Brennmaterial angewiesen sind versorgt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013006488 A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 17225-4 [0034]
