DE102016011907A1

DE102016011907A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen

Info

Publication number: DE102016011907A1
Application number: DE102016011907.1A
Authority: DE
Inventors: Mathias Trojosky; Gerd Stölzner; Christoph Fill
Original assignee: Allgaier Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Allgaier Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2018-04-05
Also published as: MA46444B1; PL3523586T3; WO2018065082A1; CA3039078A1; EP3523586A1; US20200141648A1; CA3039078C; EP3523586B1; ES2842449T3

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen besteht aus einer drehbaren Trommel mit Mitteln zur Aufnahme des schüttbaren Stoffes in einen ersten Bereich und Mitteln zur Abgabe des schüttbaren Stoffes aus einem zweiten Bereich, wobei zwischen dem ersten und zweiten Bereich ein Zentralbereich angeordnet ist, der aus einer ringartigen Struktur mit einer ersten und einer zweiten Blende mit jeweils zentralen Blendenöffnungen besteht, die im Wesentlichen zwei zueinander parallele Blendenebenen bilden, und eine Vielzahl von zum Zentralbereich geschlossenen Transportkanälen zum Transport des schüttbaren Stoffes vom ersten in den zweiten Bereich der drehbaren Trommel durch den Zentralbereich hindurch aufweisen, wobei sich die Transportkanäle von der ersten bis zur zweiten Blende unter einem Winkel ungleich 90° gegenüber den beiden Blendenebenen erstrecken.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen.
In verschiedenen industriellen Bereichen wie besonders der Metallurgie, der chemischen Industrie, der Baustoff- und Zementindustrie sowie der Recyclingindustrie werden Anlagen zur Trocknung unterschiedlichster Produkte wie Sanden, Schlacken, Tonen, Bentonit, Kalkstein-Granulat etc. benötigt.
Die verschiedenen Produkte nehmen in der Regel nach der Trocknung Temperaturen zwischen z. B. 70°C und 160°C an. Ohne eine Kühlung der nach der Trocknung heißen Produkte ist eine weitere Prozessführung häufig nicht möglich. Abhängig von den speziellen prozesstechnischen Anforderungen und insbesondere der nachfolgenden Aggregate und Verarbeitungsschritte, können unterschiedlich hohe Feststofftemperaturen des getrockneten und gekühlten Feststoffes akzeptiert werden. Diese angestrebten Temperaturen bewegen sich z. B. bei Sanden im Bereich von 55°C bis max. 65°C oder aber von 30°C bis max. 45°C bei besonders anspruchsvollen Anwendungen, bzw. z. B. ca. 10 K bis max. 15 K oberhalb der jeweiligen Umgebungstemperatur.
Es existieren verschiedene Technologien zur Kühlung oder zur kombinierten Trocknung und Kühlung solcher Schüttgüter, wobei für die oben genannten Aufgabenstellungen vorwiegend Trommeltrockner (auch „Drehrohrtrockner” genannt) und Wirbelschicht-Trockner (auch „Fließbett-Trockner” genannt) eingesetzt werden.
Bekannt ist eine kombinierte Trocken- und Kühltrommel mit der Bezeichnung System MOZER TK und TK+ der Firma Allgaier. Bei diesen Systemen wird über eine sogenannte zweizügige (d. h. doppelschalige) Bauweise, bestehend aus zwei ineinander geschobenen Rohren, erreicht, dass das getrocknete Gut, welches durch die Trocknung eine erhöhte Temperatur von z. B. 70°C bis 160°C angenommen hat, nach der Trocknung unmittelbar und im gleichen Apparat gekühlt wird.
Während im System TK die Kühlung durch den Kontakt des getrockneten, heißen bzw. warmen Feststoffes mit angesaugter kühler Umgebungsluft erreicht wird, wird die Kühlung im System TK+ durch Einmischen einer bestimmten Menge feuchten Feststoffes in den getrockneten, heißen Feststoff und eine dadurch bewirkte Verdunstungskühlung erreicht.
Während das System TK+ sich durch eine besondere Energieeffizienz auszeichnet, können beide Systeme aufgrund ihrer zweischaligen Bauweise nur begrenzt niedrige Feststoff-Temperaturen von z. B. 50°C bis ca. 70°C abhängig von der Umgebungstemperatur sowie von der Temperatur des Feststoffes unmittelbar nach der Trocknung erreichen.
Grund für die begrenzte Kühlleistung ist, dass der getrocknete Feststoff zur Kühlung in der äußeren Schale des zweizügigen Trommeltrockners geführt wird. Während hierbei die Kühlung des getrockneten, warmen Feststoffes durch den Kontakt mit der Umgebungsluft erreicht wird, ist für den Kühlprozess von entgegen wirkender Bedeutung, dass das zur Trocknung des feuchten Feststoffes verwendete und deshalb heiße Innenrohr des Trockner-Kühlers im Kontakt mit dem zu kühlenden Feststoff steht und somit der Kühlung auf besonders niedrige Temperaturen (z. B. nur ca. 10 K über der Umgebungstemperatur) entgegen wirkt.
Ein gewisser Nachteil der beschriebenen zweischaligen Bauweise besteht darin, dass die Einbauten zur Feststoffförderung in der äußeren Trommel (also die zwischen der äußeren und inneren Trommel befindlichen Einbauten) recht schwer zugänglich sind und ein Austausch durch z. B. die Behandlung stark abrasiver Feststoffe verschlissener Einbauten bzw. eine Wartung derselben erschwert ist. Außerdem ist durch die zweischalige Bauweise das Längenverhältnis zwischen innerer und äußerer Trommel weitgehend vorgegeben, wodurch die Flexibilität der Verfahrensführung zwischen Trocknung und Kühlung eingeschränkt ist.
Wenn die beschriebene Technologie zweischaliger Trommeltrockner/Kühler in der betrieblichen Praxis auch vielfach verwendet wird und die erreichten Feststofftemperaturen auch sehr häufig ausreichend für die weitere Prozessführung sind, so gibt es dennoch einen zunehmenden Bedarf, besonders niedrige Temperaturen der Produkte nach einer Trocknung und Kühlung zu erreichen.
Dies hat z. B. im Bereich der Trocknung von Sanden für die Herstellung von Ready-Mix-Baustoffen wie Fertigmörteln, Putzen und Fliesenklebern seine Ursache in der vermehrten Verwendung von temperaturempfindlichen Zusatzstoffen („Additiven”), welche unmittelbar nach der Trocknung der Sande nach jeweiligen Rezepturen in diese eingemischt werden. Eine ähnliche Anforderung nach besonders niedrigen Sandtemperaturen (z. B. 30°C bis 40°C) besteht im Bereich der Herstellung oder Aufbereitung von Gießereisanden.
Außerdem kann es erforderlich sein, besonders niedrige Feststofftemperaturen zu erreichen, wenn die getrockneten Feststoffe unmittelbar nach der Trocknung und Kühlung in Verpackungen aus z. B. temperaturempfindlichen Kunststoffen wie z. B. Plastiktüten verpackt werden sollen. Um der beschriebenen Anforderung auf besonders niedrige Feststofftemperaturen nach einer erfolgten Trocknung gerecht zu werden, werden in verschiedenen Bereichen der Industrie z. B. kombinierte Fließbett-Trockner/Kühler eingesetzt. Derartige Fließbett-Trockner bestehen aus zwei hintereinander angeordneten Bereichen, die nach der Trocknung die erforderliche Kühlung bewirken. Für die Kühlung wird in der Regel ebenfalls Umgebungsluft verwendet.
Es ist allgemein bekannt, dass Fließbett-Trockner/Kühler trotz ihrer prinzipiell guten Funktion sich speziell in den Bereichen Mineralstoffindustrie, Mining, Recycling nicht ohne Einschränkung durchsetzen können. Anwender in den genannten Bereichen ziehen die als besonders robust und fehlertolerant bekannten Trommeltrockner in vielen Fällen vor.
Trommeltrockner sind nämlich in der Lage, die in den genannten Bereichen Mineralstoffindustrie, Mining, Recycling besonders häufig vorkommenden Probleme z. B. schwankender Produktionsmengen, schwankender Produkt-Eintritts-Feuchten, variierender Korngrößen der Produkte, besonders rauer Umgebungsbedingungen, eventuell geringer Qualifikation des Betriebspersonals, einfachster Anlagensteuerungen usw. besonders gut zu bewältigen.
Eine weitere Möglichkeit zur Kühlung der nach der Trocknung anfallenden heißen Feststoffe besteht in der Verwendung von mit Kühlwasser betriebenen Wärmetauschern (sog. „Bulk-Flow-Heat-Exchanger”). Diese Wärmetauscher haben den Nachteil, dass zum Betrieb die Bereitstellung von Kühlwasser erforderlich ist. Außerdem kommt es vor, dass es bei nicht vollständig getrockneten Feststoffen zu Kondensationserscheinungen der im Feststoff befindlichen Restfeuchte an den durch das Kühlwasser gekühlten Wärmetauscherflächen kommt. In deren Folge kann es zum Ankleben an den durch die Kondensation befeuchteten Wärmetauscher-Flächen und in der weiteren Folge zu Verblockungen der eingesetzten Wärmetauscher kommen.
Um mittels Trommeltrocknern die häufig angestrebten niedrigen Temperaturen der getrockneten Feststoffe nach einer Kühlung derselben zu erreichen, sind verschiedene technische Lösungen und Abwandlungen einfacher Trommeltrockner bekannt.
So werden z. B. zwei voneinander getrennte Apparate verwendet, und zwar eine erste Trockentrommel und eine nachgeschaltete, separate zweite Kühltrommel, wobei der getrocknete Feststoff entweder direkt aus der Trockentrommel in die Kühltrommel einfließt, dadurch dass die Trockentrommel höher als die Kühltrommel aufgestellt wird und eine einfache Verbindung zwischen Trocknerauslass und Kühlereinlass z. B. in Form einer Schurre realisiert wird.
Alternativ können Förderaggregate (z. B. ein Becherwerk oder ein Förderband) zum Transport des heißen, getrockneten Feststoffes aus dem Trocknerauslass und zum Einfüllen desselben in die Kühltrommel verwendet werden.
Für eine gute Effizienz der Kühlung wird häufig ein sogenannter Gegenstrom von Feststoff und Kühlluft verwendet. Die Kühlluft wird dabei entgegen der Förderrichtung des Feststoffes durch die Kühltrommel geführt. Dadurch wird die notwendige Menge Kühlluft minimiert sowie meist eine Temperatur des gekühlten Feststoffes knapp oberhalb der Temperatur der eintretenden Kühlluft (also häufig der Umgebungstemperatur) erreicht.
Aus dem US Patent 3,599,346 ist ferner eine technische Lösung einer kombinierten Trocken-Kühl-Trommel bekannt, bei der die Trockentrommel mit einem geringeren Durchmesser als die Kühltrommel ausgeführt wird, wodurch erreicht wird, dass das Austrittsende der Trockentrommel mit einer gewissen notwendigen Länge ihrer selbst in die Kühltrommel hineinragt. Dadurch wird erreicht, dass der getrocknete und heiße Feststoff direkt in die Kühltrommel übergeben wird.
Bei dieser Ausführung kann bei der Kühlung der oben beschriebene, energetisch effiziente Gegenstrom zwischen Feststoff und Kühlluft vorteilhaft realisiert werden. Allerdings ist eine eher aufwändige Verbindung der beiden separaten Trommeln für die Trocknung einerseits und für die Kühlung andererseits erforderlich, die es ermöglicht, dass sowohl die verbrauchte Trocknungsluft als auch die verbrauchte Kühlluft an der Stelle der Verbindung der beiden Trommeln abgesaugt werden kann.
Während einerseits angestrebt wird, dass der Durchmesser der Trockentrommel zur Erreichung einer optimalen Leistung möglichst groß ist, wird andererseits angestrebt, dass der zwischen der Trockentrommel kleineren Durchmessers und der Kühltrommel größeren Durchmessers verbleibende Ringspalt ausreichend groß ist, um die an dieser Stelle abzusaugende Trocknerabluft und Kühlerabluft so abzusaugen, dass möglichst wenig des zu behandelnden Feststoffes in den Abluftstrom gelangt, also von der Summe der beiden Abluftströme aus dem Trockner und aus dem Kühler mitgerissen wird. Da diese mitgerissene Feststoffmenge von der Geschwindigkeit der Luft im Zwischenraum zwischen innerer Trockentrommel und äußerer Kühltrommel abhängig ist, widersprechen sich beide Zielstellungen.
Aus dem US Patent 2,309,810 ist eine Vorrichtung für eine kombinierte Trocknung und Kühlung in einer ebenfalls zweischaligen Trocken- und Kühltrommel bekannt, bei der die Trockentrommel kleineren Durchmessers ähnlich wie beim System MOZER TK+ in einer Kühltrommel größeren Durchmessers gelagert ist.
Die zur Trocknung dienende innere Trommel ist kürzer als die Außentrommel und endet etwa auf halber Länge der Außentrommel. Die dort beschriebene Lösung verwendet eine Einmischung des getrockneten heißen Feststoffes in einen Strom noch nicht getrockneten Feststoffes, wonach beide Feststoffmengen gemeinsam in der Außentrommel zu Ende getrocknet werden.
Eine weitere technische Lösung einer kombinierten Trocken- und Kühltrommel beschreibt US Patent 9,322,595 B1 , bei der die Trocknung und Kühlung von Sanden in einer einzügigen Trommel, also in einem durchgängigen Rohr gleichen Durchmessers, ausgeführt wird. Diese Lösung kommt ebenfalls der Grundidee des System MOZER TK+ nahe, indem zur Kühlung des getrockneten Sandes in einem ersten Trommelabschnitt eine gewisse Menge noch feuchten Sandes gegeben und in den getrockneten, heißen Feststoffstrom eingemischt wird. Dadurch ergibt sich eine Verdunstungskühlung schon getrockneten heißen Sandes bei gleichzeitiger Trocknung des hinzugegebenen Anteils noch feuchten Sandes. Diese technische Lösung bedarf eines recht komplizierten und in der Patentschrift beschriebenen Bauteils, bzw. Mechanismus' zum Einführen des Anteils Feuchtsandes nach der Trocknungszone, ohne dass Feststoff in dem Bereich der Feuchtgutzugabe aus der Trommel herausfällt. Außerdem hat die vorgeschlagenen Lösung den Nachteil, dass die Kühlung nicht im Gegenstrom mit frischer, kühler Umgebungsluft erfolgt, sondern der gesamte Feststoff aus schon getrocknetem Gut und hinzugegebenem Feuchtgut mit der verbrauchten Trocknerabluft kontaktiert und im Gleichstrom zum Austrittsende des Trockners/Kühlers geführt wird. Dadurch steht der gesamte zu trocknende und zu kühlende Feststoff im Gleichstrom mit der die verdampfte Wassermenge tragende Trocknungsluft in Kontakt. Trotz der Verwendung des Prinzips der Verdunstungskühlung ist folglich eine geringe Effizienz des Gesamtsystems aus Trocknung und Kühlung zu erwarten.
DE 3134084 A1 beschreibt ein, wenn auch abgewandeltes, so doch häufig in der Zuckerindustrie eingesetztes Verfahren, bei dem der Feststoff im Gegenstrom zur Trocknungs- und Kühlluft durch einen Trommel-Trockner-Kühler geführt wird. In der Trocknungszone wird mit einem Gemisch aus über ein separates zentrisch im Trockner angeordnetem Rohr und bis etwa zur Mitte des Trockners geführter heißer Luft und der aus der Kühlzone kommenden vorgewärmten Kühlluft getrocknet. Die Kühlung findet im Bereich des Trockners/Kühlers statt, in dem die heiße Trocknungsluft noch nicht in den Kühlluftstrom eingemischt wurde.
Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete konstruktive Gestaltung die Mängel der bekannten technischen Lösungen zu beheben und die Funktion und Leistungsfähigkeit des Trockners/Kühlers durch eine bessere Strömungsführung des Feststoffes und der Trocknungs- sowie Kühlluft zu verbessern sowie außerdem durch Reduzierung des Arbeitsaufwandes in der Fertigung (speziell für die Schweiß- und Montagearbeiten) die Herstellkosten für den Kühler zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen besteht aus einer drehbaren Trommel mit Mitteln zur Aufnahme des schüttbaren Stoffes in einen ersten Bereich und Mitteln zur Abgabe des schüttbaren Stoffes aus einem zweiten Bereich, wobei zwischen dem ersten und zweiten Bereich ein Zentralbereich angeordnet ist, der aus einer ringartigen Struktur mit einer ersten und einer zweiten Blende mit jeweils zentralen Blendenöffnungen besteht, die im Wesentlichen zwei zueinander parallele Blendenebenen bilden, und eine Vielzahl von zum Zentralbereich geschlossenen Transportkanälen zum Transport des schüttbaren Stoffes vom ersten in den zweiten Bereich der drehbaren Trommel durch den Zentralbereich hindurch aufweisen, wobei sich die Transportkanäle von der ersten bis zur zweiten Blende unter einem Winkel ungleich 90° gegenüber den beiden Blendenebenen erstrecken.
Vorteilhafterweise sind die Transportkanäle gleichmäßig über die ringartige Struktur verteilt angeordnet.
Vorteilhafterweise sind im Zentralbereich Durchströmungsöffnungen für die gasförmigen Medien in der drehbaren Trommel jeweils neben den zum Zentralbereich geschlossenen Transportkanälen vorgesehen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise der Zentralbereich zur separaten Führung der Trocknerluft und der Kühlerluft von einer zu den Blendenebenen parallelen Trennwand unterteilt und lediglich die Transportkanäle sind von der Trennwand ausgenommen.
Vorteilhafterweise ist der erste Bereich der Trommel zur Trocknung oder Erhitzung oder Reaktionsführung und der zweite Bereich der Trommel zur Kühlung oder weiteren Reaktionsführung des schüttbaren Stoffes bestimmt.
Vorteilhafterweise sind der erste und zweite Bereich der Trommel jeweils mit Fördermitteln versehen, die einen Transport des schüttbaren Stoffes in die Transportkanäle hinein und nach dessen Austritt aus den Transportkanälen einen Transport des schüttbaren Stoffes im zweiten Bereich bis zur Abgabe des schüttbaren Stoffes bewirken.
Vorteilhafterweise ist der Zentralbereich von einem Gehäuse zur Abführung oder zur Zuführung der gasförmigen Medien umgeben.
Vorteilhafterweise weist das Gehäuse nach oben eine oder zwei Abluftkanäle und an seiner Unterseite ein oder zwei Feingutauslässe auf.
Vorteilhafterweise kann die gesamte Vorrichtung gegenüber der Horizontalen in Transportrichtung geneigt sein.
Vorteilhaferweise liegt der Neigungswinkel zwischen 0,5° und 7°, vorzugsweise zwischen 1° und 3°.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen besteht aus folgenden Schritten, die jedoch nicht in der angegebenen Reihenfolge abgeleistet werden müssen:

• Eintragen eines feuchten oder zumindest kalten, schüttbaren Stoffes in einen Trocknerbereich;
• Rotieren der Trommel mit Trocknerbereich, Zentralbereich und Kühlbereich
• Eintragen von heißen Gasen in den Trocknerbereich;
• Trocknen und Transport des schüttbaren Stoffes innerhalb des Trocknerbereichs zu einem Zentralbereich;
• Transport des getrockneten, heißen, schüttbaren Stoffes in zum Zentralbereich geschlossenen Transportkanälen durch den Zentralbereich mit Abluftöffnungen;
• Austritt des heißen Gases über die Durchströmungsöffnungen im Zentralbereich und über das Gehäuse und den angeschlossenen Abluftkanal;
• Transport des trocknen, heißen, schüttbaren Stoffes in den Kühlungsbereich;
• Eintragen von Kühlluft und Kühlen des trockenen, heißen, schüttbaren Stoffes im Gleichstrom- oder Gegenstromverfahren;
• Ausströmen der erwärmten Kühlluft;
• Austrag des trocknen, abgekühlten, schüttbaren Stoffes.

Zweckmäßigerweise besteht das Verfahren weiterhin aus dem Schritt: Abscheiden von Feingut im Zentralbereich, vorzugsweise durch schwerkraftbedingtes Herabfallen.
Vorteilhafterweise besteht das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin aus dem Schritt: Zurückführen des austretenden, erwärmten Kühlluftstroms in den Trocknerbereich als vorgewärmte Trocknungsluft zum Trocknen des kalten und zumindest feuchten, schüttbaren Stoffes und damit verbundene Wärmerückgewinnung bzw. Abwärmenutzung aus der Kühlerabluft.
Vorteilhafterweise verwendet das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen eines feuchten oder zumindest kalten, schüttbaren Stoffes, die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß obiger Beschreibung.
Alternativ wird die Trocknung oder Erhitzung oder Reaktionsführung im ersten Bereich statt im Gleichstrom im Gegenstrom zwischen Gas und schüttbarem Stoff erfindungsgemäß ausgeführt.
Alternativ wird die Kühlung oder Reaktionsführung im zweiten Bereich statt im Gegenstrom im Gleichstrom zwischen Gas und schüttbarem Stoff erfindungsgemäß ausgeführt.
Zweckmäßigerweise wird der erste Bereich nachfolgend als Trocknungszone und der zweite Bereich nachfolgend als Kühlzone bezeichnet.
Am einen Ende der Trommel, also an der Seite der Trocknungszone wird über ein Gehäuse und einen Stutzen für die Zuführung des zur Trocknung nötiges Heißgases ein Heißgaserzeuger installiert. Ebenso befindet sich am anderen Ende der Trommel, der Kühlzone, ein Gehäuse, an dem der getrocknete und gekühlte Feststoff austreten kann. Der zu trocknende Feststoff wird an einem Ende der Trocken-Kühl-Trommel aufgegeben und in der Trocknungszone des Trockner-Kühlers getrocknet, wobei er sich in Richtung Mitte der Trocken-Kühl-Trommel bewegt.
Am Ende der Trocknungszone, d. h. im Zentralbereich, befindet sich das Absauggehäuse für die verbrauchte Trocknungsluft sowie für die ebenfalls verbrauchte Kühlerabluft. Die Kühlluft (also z. B. Umgebungsluft) wird am anderen Ende des Trockners/Kühlers in die Kühlzone eingeführt und bewegt sich im Gegenstrom zum Feststoff ebenfalls in Richtung des etwa in der Mitte der gesamten Trommel angeordneten Absauggehäuses für die verbrauchte Luft.
Zur Absaugung der Trocknerabluft sowie der Kühlerabluft über das Absauggehäuse ist der Zentralbereich mit Durchströmungsöffnungen versehen, die einen Austritt der Trocknerabluft sowie der Kühlerabluft in das Absauggehäuse ermöglichen.
Um ein Ausfallen des getrockneten und nachfolgend zu kühlenden Feststoffes durch die Durchströmungsöffnungen des Zentralbereichs zu vermeiden und den Feststoff stattdessen von der Trocknungszone in die Kühlzone zu überführen, wird der Zentralbereich in der erfindungsgemäßen Weise gestaltet.
Die Trocknungszone erhält an deren Ende ein als Blende ausgeführtes ringförmiges Stauwehr. Mittig in der Blende befindet sich eine vorzugsweise kreisförmige Öffnung, durch die die verbrauchte Trocknerabluft in den Zentralbereich eintreten kann, an dem sich das Absauggehäuse befindet und durch deren Durchströmungsöffnungen die Abluft in das Absauggehäuse eintreten und abgesaugt werden kann.
Der am ringförmigen Stauwehr angestaute getrocknete Feststoff wird über tunnelartige Transportkanäle von der Trocknungszone durch den Bereich der Luftabsaugung des Zentralbereichs bis in den Bereich der Kühlzone geführt. Die tunnelartigen Transportkanäle sind oben, unten und seitlich geschlossen und haben somit keine Verbindung zum Bereich der Luftabsaugung und befinden sich jeweils zwischen den Ausschnitten in der Trommelwandung zur Absaugung der Trockner- und Kühlerabluft. Um einen Transport des Feststoffes durch die tunnelartigen Transportkanäle zu erreichen, können die Transportkanäle in einem Winkel zur Achse der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet werden, sodass durch die Drehung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Förderwirkung auf den Feststoff ausgeübt wird, ähnlich wie das durch die Leitschaufeln in der Trocknungszone sowie in der Kühlzone des Trockners/Kühlers erfolgt.
Der Eintritt des getrockneten Feststoffes in die tunnelartigen Transportkanäle kann durch geeignete Förderleisten vor der Blende unterstützt werden. Zweckmäßigerweise liegt der Neigungswinkel zwischen 0,5° und 7°, vorzugsweise zwischen 1° und 3°.
Bei einer geneigten Ausführung der gesamten Trocken-Kühl-Trommel, bei der der Transport des Feststoffes durch die Kombination der Drehung und der Neigung der Trommel erfolgt, kann unter bestimmten Umständen auf eine zur Achse der Trommel schräge Anordnung der tunnelartigen Transportkanäle verzichtet werden.
Die Ausschnitte in der Trommelwandung werden vorzugsweise im gleichen Winkel zur Achse des Trockners/Kühlers wie die tunnelartigen Transportkanäle gestaltet und liegen damit jeweils zwischen den tunnelartigen Transportkanälen. Eine andere Gestaltung der Ausschnitte in der Trommelwandung, z. B. in Form von kreisrunde Röhren, zur Erreichung einer ausreichenden Stabilität der Trommelwandung in diesem Bereich, ist denkbar.
Am Beginn der Kühlzone, bzw. am Ende der Absaugzone kann eine dem Stauwehr nach der Trocknungszone ähnliche Blende installiert werden, die verhindert, dass der durch die tunnelartigen Transportkanäle in die Kühlzone transportierte Feststoff in den Bereich der Absaugung zurück läuft und durch die Durchströmungsöffnungen in der Trommelwandung im Bereich des Absauggehäuses in das Absauggehäuse fällt.
Um den Durchtritt der verbrauchten Kühlluft in den Bereich der Absaugung zu ermöglichen, besitzt die Blende ebenfalls eine vorzugsweise mittig angeordnete zentrale Blendenöffnung, z. B. in Form eines kreisrunden Ausschnitts. Die verbrauchte und aufgewärmte Kühlerabluft strömt durch die Blende und wird gemeinsam mit der Abluft aus der Trocknungszone über die Durchströmungsöffnung in der Trommelwandung sowie über das in diesem Bereich der Trommel angeordnete Absauggehäuse abgesaugt.
Nach Durchtritt des getrockneten, heißen Feststoffes durch die tunnelartigen Transportkanäle im Bereich des Absauggehäuses wird der Feststoff durch Hub- und Leitschaufeln aufgenommen und in der Kühlzone des Trockners/Kühlers gekühlt. Durch die beschriebene vorzugsweise Bauart wird eine Gegenstromführung zwischen dem Feststoff und der Kühlluft in der Kühlzone erreicht, wodurch eine besondere Effizienz der Kühlung erreicht wird.
Die beschriebene Lösung hat nicht den Nachteil, dass der zu kühlende Feststoff mit heißen Wandungen einer innen liegenden Trocknungstrommel in Kontakt kommt. Die Kühlwirkung wird dadurch maximiert.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Zentralbereich eine Trennwand zwischen den beiden Blenden für die Absaugung der Trocknungsluft und die Absaugung der Kühlluft eingefügt, welche verhindert, dass sich die beiden Abluftströme vermischen.
Außerdem werden in die Trommelwandung jeweils separate Ausschnitte für die getrennte Absaugung einerseits der Trocknungsluft und andererseits der Kühlluft eingebracht sowie ein ebenfalls geteiltes Absauggehäuse für die Abluft installiert.
Diese Ausführung des Zentralbereichs in Verbindung mit dem geteilten Absauggehäuse ermöglicht die getrennte Abführung der beiden Abluftströme und eine damit variable Weiterverwendung der beiden Abluftströme, z. B. für eine Rückführung der aufgewärmten, noch trockenen Kühlluft in den Trocknungsprozess oder als vorgewärmte Verbrennungsluft für den Heißgaserzeuger. Eine derartige Weiternutzung der Abluftströme hat den Vorteil, die Energiebilanz der erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich zu verbessern.
Da die aufgewärmte Kühlluft einen wesentlichen Teil der zuvor im getrockneten heißen Feststoff befindlichen Wärme beinhaltet, lässt sich durch die erfindungsgemäße Ausführung die aus dem Feststoff rückgewonnene Wärme für einen besonders effizienten Betrieb des Trockners/Kühlers verwenden.
In einer weiteren Ausführungsform des geteilten Zentralbereiches und des geteilten Absauggehäuses kann die erfindungsgemäße Anordnung auch einerseits zur Absaugung der Trocknungsluft und in Unterscheidung zur vorher beschriebenen Variante zur Einführung der Kühlluft verwendet werden. Die Kühlluft durchströmt dann die Kühlzone im Gleichstrom mit dem getrockneten und zu kühlenden Feststoff und tritt am Ende der Trommel aus, an dem auch der Feststoff austritt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die heiße Trocknungsluft anstatt am vorderen Ende der Trommel, an dem der feuchte Feststoff eingegeben wird, auch über das geteilte Gehäuse und den geteilten Zentralbereich zugeführt werden. Die Trocknungsluft durchströmt dann die Trocknungszone im Gegenstrom zum feuchten und zu trocknenden Feststoff, was in einigen praktischen Fällen zu einer besonders effizienten Trocknung des Feststoffes führen kann.
Um Wärmeverluste im Bereich der Trocknungszone zu vermeiden, kann dieser mit einer wärmetechnischen Isolierung versehen werden.
Es kann vorkommen, dass feinkörniger Feststoff durch die Geschwindigkeit der Luftströmung sowohl der Trocknungsluft als auch der Kühlluft durch die Blendenöffnungen der Stauwehre mitgerissen wird. Wird dieser Feststoff nachfolgend nicht mit der Abluft über die Ausschnitte in der Trommelwandung und über das Absauggehäuse z. B. zur nachgeschalteten Staubabscheideeinrichtung befördert, so besteht die Gefahr, dass dieser meist feinkörnige Feststoff nach unten durch die Absaugöffnungen fällt und sich im unteren Teil des Absauggehäuses ansammelt und über die Dauer des Anlagenbetriebes zu Problemen führt.
Dieser Feststoff kann über eine Öffnung im unteren Bereich des Absauggehäuses des Zentralbereichs und eine Feststoffschleuse (z. B. eine Zellenradschleuse oder eine Klappe) nach unten abgeführt werden.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem ”einteiligen” Zentralbereich;
2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem ”zweiteiligen” Zentralbereich;
3 eine schematische, perspektivische Darstellung des Zentralbereichs gemäß 1;
4 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Zentralbereichs;
5 eine schematische Frontansicht eines erfindungsgemäßen Zentralbereichs gemäß 4
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Eintrittsgehäuse 1 auf der linken Seite. In dessen Nähe befindet sind eine Vorrichtung für den Feststoff-Eintritt 2, durch den das zu trocknenden und zu kühlenden Schüttgut in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht wird. Ebenfalls an der linken Stirnseite der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich ein Brenner 3, der die Funktion eines herkömmlichen Heizbrenners aufweist, und dafür sorgt, dass ausreichend heiße Luft in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht wird. Der Brenner 3 umfasst gegebenenfalls noch eine Brennkammer zur Erreichung einer gleichmäßigen Lufteintrittstemperatur und um zu verhindern, dass die Flamme des Brenners offen im Trockner brennt. Gemäß 1 ist das Eintrittsgehäuse 1 ortsfest installiert und die Trommel der erfindungsgemäßen Vorrichtung lagert mit dem Laufring 11 rotierbar auf den Laufrollen 12. Als Antriebsmechanismus kann beispielsweise ein Direktmotor, ein Ritzel mit Getriebe, einen Zahnkranz oder ein Kettenantrieb verwendet werden. Diese technischen Lösungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und im Wesentlichen gleichwirkend und austauschbar. Sie sind in 1 und 2 nicht dargestellt.
Beim Eintrag einer bestimmten Menge des schüttbaren Stoffes in das Eintrittsgehäuse 2 weist diese Menge eine bestimmte Temperatur mit einem bestimmten Feuchtigkeitsgrad A₀ auf. Diese Menge durchläuft in der Trockenzone 6 unterschiedliche Trocknungszustände von A₁ bis A_n, wobei A₁ einen eher feuchten Zustand und A_n einen bereits fast trocknen, jedoch erhitzten Zustand bezeichnet. Ebenso verändert sich die Temperatur T₁ in der Trockenzone 6 von T₁, die eine eher hohe Temperatur bezeichnet zu T_n, die eine niedrigere Temperatur bezeichnet.
Der Transport des schüttbaren Stoffes innerhalb der Trockenzone 6 der Trommel kann durch unterschiedliche technische Maßnahmen erfolgen. Zum einen ist es möglich, den Transport innerhalb der Trockenzone 6 der Trommel durch an der Trommelwand befindliche Fördermittel, beispielsweise in Form von Leitschaufeln (nicht dargestellt) zu bewerkstelligen. Derartige Fördermittel sind seit langen bekannt. Ebenso ist es möglich, die Trommel zu neigen und durch den Neigungswinkel eine Förderung zu ermöglichen. Grundsätzlich ist jedoch die Verwendung von Leitschaufeln zu bevorzugen, da eine Vermischung des zu trocknenden schüttbaren Stoffes vorteilhaft ist und die Trocknung begünstigt.
Sobald der schüttbare Stoff gemäß 1 am rechten Rand der Trockenzone 6 ist, verlässt er den Bereich A und tritt in den erfindungsgemäßen Zentralbereich B ein. Der Zentralbereich B wird auf beiden Seiten von einer Blende 8A, 8B begrenzt. Durch den Zentralbereich B hindurch verlaufen tunnelartige Transportkanäle 9, durch die der zu trocknende schüttbare Stoff von der Trockenzone 6 in die Kühlzone 7 gefördert wird. Eine bevorzugte Ausgestaltung des Zentralbereichs B wird in 3 bis 5 näher beschrieben.
Nach Verlassen der Trockenzone 6 bzw. Bereichs A und des Zentralbereichs B sollte der schüttbare Stoff im Wesentlichen trocken sein. Wie bereits schematisch in 1 gezeigt, kann die Trockenzone 6 wesentlich länger als die Kühlzone 7 ausgebildet sein. In der Kühlzone 7, bzw. Bereich C wird der schüttbare Stoff auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt und kann als getrockneter, gekühlter Stoff die erfindungsgemäße Vorrichtung verlassen.
Gemäß 1 erfolgt die Trocknung im Gleichstrom, d. h. der trocknende Gasstrom mit Temperatur T₁ bis T_n verläuft in derselben Richtung wie der Materialstrom A₁ bis A_n. In der Kühlzone 7 erfolgt die Kühlung jedoch im Gegenstrom, d. h. der Materialstrom C₁ nach C_n erfolgt entgegen der Strömungsrichtung der Kühlluft (KL) K₁ bis K_n. Dadurch wird das Abkühlen begünstigt. Erfindungsgemäß treten sowohl die erwärmte Kühlerabluft K_n als auch die feuchte Trocknerabluft T_n durch den Zentralbereich als Abluft AL aus. Hierzu weist der Zentralbereich B zwischen den beiden Blenden 8A und 8B zwei zentrale Blendenöffnungen 13A und 13B (siehe 4) auf, die es erlauben, dass die Trocknerabluft T_n und die Kühlerabluft K_n zuerst durch diese zentrale Blendenöffnungen 13A und 13B hindurchströmen, um anschließend durch die Durchströmungsöffnungen 14A bis 14F (siehe 5) die erfindungsgemäße Vorrichtung zu verlassen.
Mit der Trocknungs- oder Kühlluft in den Zentralbereich mitgeführte Stäube und Partikel werden entweder mit der Abluft AL mitgeführt und können in nachfolgenden Abscheidern (Abluftfilter oder Zyklone nicht gezeigt) von der Luft abgeschieden werden, oder sie fallen als Feingut FG im Zentralbereich nach unten und durch die jeweils unten befindlichen Durchströmungsöffnungen 14 in das Gehäuse 4. Der getrocknete und gekühlte Feststoff FS wird als Endprodukt auf der rechten Seite der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 ausgegeben.
2 zeigt die gleiche erfindungsgemäße Vorrichtung wie 1 bis auf den Unterschied, dass der Zentralbereich B zweiteilig ausgebildet ist, d. h. die Trockenzone 6 wird durch eine Trennwand 10 von der Kühlzone 7 abgetrennt. Durch die räumliche Trennung der beiden Bereiche ist es auch notwendig, dass die Abluftabführung und die Feingutabführung ebenfalls getrennt ablaufen und somit im Gehäuse 4 ebenfalls zwei Abscheidungsbereiche vorliegen. Die Trocknerabluft wird gemäß 2 mit TAL und die Kühlerabluft mit KAL bezeichnet. Die beiden Feingutabführungen werden mit FG1 und FG2 bezeichnet. Der getrocknete und gekühlte Feststoff ES wird als Endprodukt auf der rechten Seite der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 ausgegeben.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zentralbereichs B mit einer Vielzahl von Leitblechen 15A bis 15F. Die Funktion der Leitbleche 15A bis 15F liegt darin, ein Eintragen der schüttbaren Stoffe von der Trockenzone 6 bzw. A in den Zentralbereich B zu begünstigen und zu unterstützen. Die Leitbleche sind vorzugsweise leicht geneigt, um ein Einrieseln in die tunnelartigen Kanäle 9A bis 9F zu ermöglichen.
4 und 5 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Zentralbereichs B, jedoch ohne Leitbleche. 4 zeigt eine schematische Seitenansicht, wobei jedoch die Trommelwandung, die die Transportkanäle 9D, 9E und 9F verdeckt, nicht dargestellt ist. Gemäß 5 sind sechs tunnelartige Transportkanäle 9A bis 9F und sechs Durchströmungsöffnungen 14A bis 14F vorgesehen. Die tunnelartigen Transportkanäle 9A bis 9F erstrecken sich von der einen Blende 8A bis zur anderen Blende 8B, jedoch verlaufen die tunnelartigen Transportkanäle 9A bis 9F unter einem Winkel α ungleich 90°, vorzugsweise zwischen 2° und 30°. Durch den Winkel α ungleich 90° wird der technische Effekt erzielt, dass bei Rotation des Zentralbereichs B im Uhrzeigersinn der schüttbare Stoff in die tunnelartigen Transportkanäle 9A bis 9F in Richtung Pfeil AC gefördert wird und dort, vergleichbar mit einem Förderrad in der Position 9D bis 9F in der Trocknerzone 6 aufgenommen und in der Position 9A und 9B wieder, jedoch im Bereich der Kühlzone 7 abgegeben wird.
Bezugszeichenliste

1: Eintrittsgehäuse
2: Feststoffeintritt
3: Brenner
4: Absauggehäuse
5: Austrittgehäuse
6: Trockenzone
7: Kühlzone
8: Blende
9: tunnelartige Transportkanäle
10: Trennwand
11: Laufring
12: Laufrollen
13: Blendenöffnungen
14: Durchströmungsöffnungen
15: Leitbleche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3599346 [0020]
US 2309810 [0023]
US 9322595 B1 [0025]
DE 3134084 A1 [0026]

Claims

Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen bestehend aus einer drehbaren Trommel mit Mitteln (2) zur Aufnahme des schüttbaren Stoffes in einen ersten Bereich (A) und Mitteln (5) zur Abgabe des schüttbaren Stoffes aus einem zweiten Bereich (C), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Bereich (A) und dem zweiten Bereich (C) ein Zentralbereich (B) angeordnet ist, der aus einer ringartigen Struktur mit einer ersten Blende (8A) und einer zweiten Blende (8B) mit jeweils zentralen Blendenöffnungen (13A, 13B) besteht, die im Wesentlichen zwei zueinander parallele Blendenebenen bilden, und eine Vielzahl von zum Zentralbereich (B) geschlossenen Transportkanälen (9A–9F) zum Transport des schüttbaren Stoffes vom ersten in den zweiten Bereich (A, C) der drehbaren Trommel aufweisen, wobei sich die Transportkanäle (9A–9F) von der ersten bis zur zweiten Blende (8A, 8B) unter einem Winkel α ungleich 90° gegenüber den beiden Blendenebenen erstrecken.
Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportkanäle (9A–9F) gleichmäßig über die ringartige Struktur verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentralbereich (B) Durchströmungsöffnungen (14A–14F) für die gasförmigen Medien in der drehbaren Trommel jeweils neben den Transportkanälen (9A–9F) vorgesehen sind.
Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbereich (B) zur separaten Führung der Trocknerluft und der Kühlerluft von einer zu den Blendenebenen parallelen Trennwand unterteilt wird und lediglich die Transportkanäle (9A–9F) von der Trennwand ausgenommen sind.
Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (A) der Trommel zur Trocknung oder Erhitzung oder Reaktionsführung und der zweite Bereich (C) der Trommel zur Kühlung oder weiteren Reaktionsführung des schüttbaren Stoffes bestimmt ist.
Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (A) und zweite Bereich (C) der Trommel jeweils mit Fördermitteln versehen sind, die einen Transport des schüttbaren Stoffes in die Transportkanäle (9A–9F) hinein und nach dessen Austritt aus den Transportkanälen (9A–9F) einen Transport des schüttbaren Stoffes im zweiten Bereich (C) bis zur Abgabe des schüttbaren Stoffes bewirken.
Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbereich (B) von einem Gehäuse (4) zur Abführung oder zur Zuführung der gasförmigen Medien umgeben ist.
Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) nach oben eine oder zwei Abluftkanäle und an seiner Unterseite ein oder zwei Feingutauslässe aufweist.
Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Vorrichtung gegenüber der Horizontalen in Transportrichtung geneigt ist.
Vorrichtung zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel zwischen 0,5° und 7°, vorzugsweise zwischen 1° und 3° liegt.
Verfahren zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen bestehend aus den Schritten: – Eintragen eines feuchten oder zumindest kalten, schüttbaren Stoffes in einen Trocknerbereich (A); – Rotieren des Trocknerbereichs (A); – Eintragen von heißen Gasen in den Trocknerbereich (A); – Trocknen und Transport des schüttbaren Stoffes innerhalb des Trocknerbereichs (A) zu einem Zentralbereich (B); – Transport des getrockneten, heißen, schüttbaren Stoffes in zum Zentralbereich (B) geschlossenen Transportkanälen (9) durch den Zentralbereich (B) mit Öffnungen (14) zur Gas Zuführung oder Abführung; – Eintritt oder Austritt des heißen Gases über die Durchströmungsöffnungen (14) im Zentralbereich (B) und über das Gehäuse (4) und den angeschlossenen Abluftkanal; – Transport des trocknen, heißen, schüttbaren Stoffes in den Kühlungsbereich (C); – Eintragen von Kühlluft (KL) und Kühlen des trocknen, heißen, schüttbaren Stoffes im Gleichstrom- oder Gegenstromverfahren; – Ausströmen der erwärmten Kühlluft; – Austrag des trocknen, abgekühlten, schüttbaren Stoffes (FS).
Verfahren zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen gemäß Anspruch 11, weiterhin bestehend aus dem Schritt: – Abscheiden von Feingut (FG) im Zentralbereich (B), vorzugsweise durch schwerkraftbedingtes Herabfallen.
Verfahren zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen von schüttbaren Stoffen gemäß Anspruch 11 oder 12, weiterhin bestehend aus dem Schritt: – Zurückführen des austretenden, erwärmten Kühlluftstroms in den Trocknerbereich (C) als vorgewärmte Trocknungsluft zum Trocknen des kalten und zumindest feuchten, schüttbaren Stoffes und damit verbundene Wärmerückgewinnung bzw. Abwärmenutzung aus der Kühlerabluft.
Verfahren zum Trocknen oder Erhitzen und Kühlen eines feuchten oder zumindest kalten, schüttbaren Stoffes, wobei die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung oder Erhitzung oder Reaktionsführung im ersten Bereich statt im Gleichstrom im Gegenstrom zwischen Gas und schüttbarem Stoff ausgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung oder Reaktionsführung im zweiten Bereich statt im Gegenstrom im Gleichstrom zwischen Gas und schüttbarem Stoff ausgeführt wird.