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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Trocknen von schlammartigem Trockengut, insbesondere Klärschlamm. Das Trocknen von Klärschlamm hat eine besondere Bedeutung, weil die Kosten für die Beseitigung des Klärschlammes durch Deponierung oder Verbrennung und auch bei landwirtschaftlicher Nutzung sehr hoch sind. Trotz des Energiebedarfes erweist sich die Trocknung als wirtschaftlicher als die alleinige Entwässerung der Schlämme.
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Bei Trocknern unterscheidet man grundsätzlich zwischen Kontakttrocknern und Konvektionstrocknern, je nachdem, ob die Wärme an das Trockengut durch Kontakt mit erwärmten Flächen oder durch Konvektion erwärmter Gase (Rauchgase, Luft, überhitzter Wasserdampf) übertragen wird. Kontakttrockner haben eine größere Bedeutung, weil die wärme besser genutzt, zum großen Teil auch wiederverwendet werden kann und keine großen, zu reinigenden Inertgasmengen auftreten.
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Der zu trocknende Klärschlamm wird normalerweise mit Hilfe von Zentrifugen oder Filtern auf 15 bis 50 (Gewichts-)Prozent Trockenrückstand (TR), meist auf 20 bis 30% TR entwässert. Bei der Erwärmung und beim weitergehenden Wasserentzug durch Trocknung verändern sich seine Eigenschaften:
- – Bis etwa 50% TR ist das Trockengut bei Temperaturen um 100°C bei entsprechender mechanischer Beanspruchung fließfähig.
- – Ab etwa 50% TR beginnt es zu kleben, diese ”Leimphase” endet bei etwa 60% TR.
- – Über 60% TR wird das Gut krümelig, wobei die mechanische Beanspruchung die Größe der Partikel beeinflußt.
- – Bei etwa 80% TR endet der erste Trocknungsabschnitt, d. h. in Wasserdampfatmosphäre und Atmosphärendruck findet weitere Trocknung nur bei Temperaturen über 100°C statt. Über 85% TR ist der getrocknete Klärschlamm biologisch stabil und damit lagerfähig. Daher wird meist eine Trocknung auf mindestens 90% verlangt. Entsprechend weit getrockneter Klärschlamm ist brennbar und neigt zu Staubbildung, so daß Maßnahmen zur Abwehr von Staubexplosionen getroffen werden müssen.
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Die geschilderten Eigenschaften des Klärschlammes und seines Trockengutes beeinflussen die Verfahrenstechnik und die Bauart der Trockner. Bisher wurden zwei Arten von Kontakttrocknern verwendet:
Dünnschichttrockner, wie sie beispielsweise aus dem
DE-U-91 14 967 bekannt sind, wurden aus Dünnschichtverdampfern entwickelt. Es sind kontinuierlich arbeitende, liegende Apparate, die aus einem mit Dampf oder Thermoöl beheizten zylindrischen Doppelmantel bestehen, auf dessen innere wärmeübertragende Fläche der zu trocknende Schlamm mit Hilfe eines mit Schaufeln bestückten Rotors in dünner Schicht ”aufgeschmiert” wird. Der zu trocknende Schlamm wird an einem Ende des Apparates aufgegeben und das Trockengut verläßt ihn am anderen Ende. Der Transport des Trockengutes durch den Apparat erfolgt durch Schrägstellung der Schaufeln. Der Rotor dreht sich normalerweise mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 8 m/s. Dünnschichttrockner können die Leimschichtphase durchfahren und in einem Arbeitsgang bis auf 75% TR oder mehr trocknen. Das Trockengut liegt nach der Leimphase als staubarmes Granulat vor, bei weiterer Trocknung wird es immer feinkörniger und schließlich staubförmig. Die spezielle Verdampferleistung der Dünnschichttrockner liegt unterhalb der Leimphase bei 50 kg/m
2/h, darüber, wenn das Produkt nicht mehr fließfähig ist, sinkt sie erheblich auf etwa 10 kg/m
2/h ab.
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Die andere Art von dem Anmelder intern bekannten Kontakttrocknern ist in 1 dargestellt. Es sind ebenfalls kontinuierlich arbeitende, liegende Apparate. Eine in einem meist unbeheizten Trog 1 langsam, d. h. mit etwa 1 m/s Umfangsgeschwindigkeit, rotierende Welle 2 trägt eine große Zahl von hohlen, von innen beheizten, druckfesten Kreisscheiben 3, von denen einige am äußeren Umfang mit Schaufeln 4 versehen sind, die das Trockengut 5 vom Trockenguteintritt 6 durch den Apparat zum Trockengutaustritt 7 transportieren. Am Trog sind Abstreifer 8 befestigt, die Scheiben von anhaftendem Trockengut befreien sollen. Der Trog mit den darin rotierenden Scheiben ist weitgehend gefüllt. Die Verweilzeit des Trockengutes im Scheibentrockner liegt im Bereich von Stunden, währen sie beim vorher beschriebenen Dünnschichttrockner nur einige Minuten beträgt. Scheibentrockner sind nicht für das Durchfahren der Leimphase geeignet. Sie werden zur Teiltrocknung bis auf etwa 50% TR eingesetzt und erreichen dabei Verdampfungsleistungen um 20 kg/m2/h. Zum Zwecke der Volltrocknung auf 90% TR oder mehr muß von vorgetrocknetem Gut mit mindestens 60% TR ausgegangen werden. Die spezifische Verdampfungsleistung liegt aber dann nur noch bei etwa 10 kg/m2/h.
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Dementsprechend arbeiten Einrichtungen, die von entwässertem Klärschlamm ausgehend bis zu hohen Trocknungsgraden arbeiten sollen, entweder mit Dünnschichttrocknern und nachgeschaltetem Scheibentrockner, wobei eine Trockengutkühlung nachgeschaltet werden muß. Dies liegt daran, daß das Trockengut nach Verlassen des Scheibentrockners eine Temperatur von 105 bis 125°C hat und zur Vermeidung von Selbstentzündung auf 50 bis 70°C gekühlt werden muß, ehe es in einen Silo gelangt. Zur Kühlung werden ebenfalls Kontaktapparate eingesetzt, die statt mit Heizmedium mit Kühlwasser beaufschlagt werden. Werden die in 1 schematisch dargestellten Scheibentrockner allein zur Volltrocknung verwendet, muß ”vollgetrocknetes” Trockengut zurückgeführt und mit dem dem Scheibentrockner zugeführten entwässerten Schlamm in einem Mischer innig vermengt werden, so daß das Mischgut mindestens 60% TR bereits erreicht hat, bevor es in den Trockner gelangt. Ggf. wird dem Scheibentrockner noch eine Siebvorrichtung nachgeschaltet, die zu feinkörnige Staubbestandteile aussiebt und als Rückführgut verwendet.
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Die beschriebenen Trockner werden normalerweise mit leichtem Unterdruck betrieben, so daß die geruchsbeladenen Schlammbrüden nicht nach außen dringen können. Dadurch gelangt Leckluft über Undichtigkeiten in die Anlage, und zwar hauptsächlich über vor- oder nachgeschaltete Förderer, Siebe, Silos etc. Zur Verhinderung der Kondensation von Dampf im Trocknungsraum kann dies teilweise sogar erwünscht sein. Für die Nutzung der Brüdenwärme wurde allerdings ein möglichst geringer Anteil an nicht kondensierbaren Gasen, insbesondere Luft, angestrebt. Bei 10% Luftanteil in den Brüden liegt der Taupunkt der Brüden noch bei 98°C, währen bei 100 Gewichtsprozent nur noch 86°C erreicht werden, so daß Heizwasser mit der üblichen Vorlauftemperatur von 90°C nicht mehr erzeugt werden kann.
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Der notwendige Brand- und Explosionsschutz erfordert weitere Maßnahmen, die bisherige Trocknungsanlagen verteuern. Bei bestimmten Bedingungen ist vorbeugender Explosionsschutz nicht mehr anwendbar. In diesem Falle müssen nach den Regeln des konstruktiven Explosionsschutzes die Anlagen druckstoßfest, also erheblich aufwendiger ausgeführt werden.
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Bei den vorher beschriebenen zweistufigen Kontakttrockneranlagen mit einem Dünnschichttrockner als erster Stufe wird dieser häufig knapp ausgelegt, um Kosten zu sparen. Dadurch kann Trockengut mit einem Trocknungsgrad von weniger als 60% TR in die zweite Stufe gelangen. Für dieses noch klebrige Trockengut ist diese nicht geeignet. Der Antrieb wird überlastet und fällt aus und der Trockner muß unter Umständen von Hand entleert werden. Auch für granuliertes Gut sind Scheibentrockner weniger geeignet. Sie wurden zunächst auch nur im Bereich der Tierkörperverwertung und Fischmehltrocknung eingesetzt. Wegen der großen Tiefe der Tröge und der relativ engen Spalte zwischen den Scheiben sowie an den Abstreifern kommt es zu erheblichen mechanischen Beanspruchungen des Gutes, zu Verpressungen und zu Abrieb, so daß die in der Fachwelt allgemein vertretene Meinung, Scheibentrockner könnten nur staubförmiges Gut produzieren, nicht unberechtigt ist. Dies gilt sowohl für die Anlagen mit nacheinander geschalteten Dünnschicht- und Scheibentrocknern als auch für Anlagen mit Scheibentrocknern und Trockengut-Rückführung. In beiden Fällen wird vorher gebildetes Granulat wieder weitgehend zerstört.
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Die
DE 4427236 A1 beschreibt einen Trockner, der für Schlämme mit einem hohen Wassergehalt konzipiert ist und während des Trockenprozesses das Produkt zerkleinert und homogenisiert. Zum Trocknen wird die Außenwand des Trockners beheizt.
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In der
DE 2851005 C2 ist ein Trockner beschrieben, bei dem Trockengut und Brüden im Gleichstrom gefahren werden. Dabei werden die organischen Bestandteile verkohlt, wobei ein Teil der Energiezufuhr über einen Brenner im trocknereigenen Drehrohr erfolgt.
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Aus der
US 5289640 A ist ein Trockner bekannt mit zwei gegenläufigen Förderschneckenspindeln. Er weist eine Welle mit Scheiben ohne Steigung auf und austauschbaren Förderelementen, wobei die Scheiben nur Dreiviertel eines Segments einnehmen. Ein hoher Füll grad ist hier nur über eine Zellradschleuse erreichbar.
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AUFGABE
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere soll es ermöglicht werden, ein staubarmes Granulat zu erzielen und bei
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geringem apparativem Aufwand eine störungsarm arbeitende
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Trocknung zu ermöglichen. Vor allem soll ein staubarmes, abriebfestes Granulat mit einem engen Korngrößenbereich und einem Trocknungsgrad von mehr als 90% TR in einem kontinuierlichen Trocknungsverfahren und einer entsprechenden Einrichtung erzeugt werden.
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LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 7 gelöst.
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Durch das Verfahren nach Anspruch 1 wird der kritische Bereich der Trocknung, nämlich zwischen der Klebephase (TR ca. 60%) bis zur Volltrocknung bei meist 90% TR oder darüber, wesentlich verbessert. Da die bisherigen Trockner normalerweise sehr große Durchmesser im Vergleich zur Länge hatten, fand bei ihnen trotz eines Transportes des Trockengutes von einer Seite des Trockners zur anderen und trotz Brüdenabzug an einer Seite eine so intensive axiale Vermischung im Trockner statt, daß eine definierte Gegenstromführung von Brüden und Trockengut nicht gewährleistet war. Durch Vermeiden von Selbstvermischung sowohl der Brüden als auch des Trockengutes in axialer Richtung wird der Trocknungsvorgang intensiviert. Gleichzeitig sollte aber eine innige Vermischung der Brüden und des Trockengutes in Querrichtung zur jeweiligen Strömungsrichtung erfolgen. Das Trockengut kann dadurch auch in Granulatform ausreichend Feuchtigkeit abgeben.
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Der beschriebenen Trockenstrecke kann eine bei einem geringeren Trocknungsgrad beginnende Trocknung, beispielsweise von entwässertem Schlamm bis über die Klebephase hinaus, unmittelbar vorgeschaltet sein. Das kann dadurch geschehen, daß der Trockenstrecke ein Dünnschichttrockner vorgeschaltet wird, der in diesem Bereich geringer Trocknungsgrade recht wirksam ist. Dabei können die Brüden der nachgeschalteten Trockenstrecke auch diese Vortrockenstrecke im Gegenstrom durchströmen. Dies hat z. B. den Vorteil, daß bei Staubanteile, die im Bereich der Volltrocknung entstehen, mit den Brüden mitgenommen werden und sich im Bereich der Vortrockenstrecke, in der das Trockengut noch recht feucht ist, niederschlagen. Somit kann auf eine Siebung verzichtet werden und die Gefahr von Staubexplosionen wird wesentlich verringert. Der Niederschlag dieser Staubanteile wirkt sich vorteilhaft auf die Granulatbildung aus.
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Besonders bevorzugt ist es, eine Luftbeimischung zu den Brüden vorzunehmen, wobei diese in der Größenordnung zwischen 20 und 200 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt aber in der Größenordnung von 60 Gewichtsprozent des Trockenanteils im Schlamm betragen sollte. Dieser Luftanteil macht sich besonders vorteilhaft bemerkbar, wenn der Trockenstrecke eine Auswrasstrecke nachgeschaltet ist, in der keine Beheizung erfolgt, die jedoch ebenfalls im Luftweg liegt. Die Luftzufuhr kann dementsprechend nahe dem Ende der Trockenstrecke, vorzugsweise am Ende der Auswrasstrecke, erfolgen. Das noch heiße Trockengut kann sich daher unter Nachwrasen bis zur Kühlgrenztemperatur abkühlen. Das weitgehend getrocknete Trockengut gibt zunächst wenig Dampf ab, d. h. der Wasserdampfpartialdruck steigt nur langsam, so daß die Trockenguttemperatur auch am brüdenseitigen Anfang der Trockenstrecke bereits unter 100°C liegen kann. Es wird damit vermieden, daß das Nachwrasen in einem außerhalb des Brüdenweges liegenden Bereich stattfindet, was zu Geruchsbelästigungen in der Umgebung führen könnte. Ferner findet die Kühlung auf einer weit unterhalb der Explosionsgrenze liegenden Temperatur unter Benutzung der Eigenwärme des Trockengutes statt, d. h. statt einer aktiven Kühlung mit Energieverlusten wird die gesamte Wärme zur Trocknung eingesetzt. Das relativ hohe Verhältnis von Luft- und Trockengut im Bereich der Endtrocknung ermöglicht eine wirksame Nachtrocknung. In den Gesamtbrüden ist der Anteil dann aber relativ gering, beispielsweise in der Größenordnung von 15%, so daß eine nur unwesentliche Taupunktniedrigung eintritt, die nach die fast vollständige Wärmerückgewinnung ermöglicht.
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Die Luftzufuhr bewirkt in der Trockenstrecke eine Erniedrigung des Partialdruckes des Wasserdampfes. Dadurch wird die Verdampfungstemperatur und damit auch die notwendige Temperatur des Trockengutes abgesenkt. Während ohne Luftanteil die Brüden aus Sattdampf bestehen und damit bei Atmosphärendruck mindestens 100°C zum Verdampfen notwendig sind, kann dies durch den Luftanteil bis auf beispielsweise 80°C abgesenkt werden. Das wirkt sich besonders vorteilhaft am trockengutseitigen Ende der Trockenstrecke aus, wo die Trocknung schon beispielsweise über 80% TR fortgeschritten ist. Dort ist unter Sattdampfverhältnissen eine wesentliche Übertemperatur über dem normalen Verdampfungspunkt von Wasser, z. B. bei 90% TR eine Temperatur von ca. 115°C, erforderlich, um die Feuchtigkeit, die im Inneren des Trockengutes kapillar gebunden ist, an die Oberfläche zu bringen und zu verdampfen. Durch den Luftanteil kann das Temperaturniveau abgesenkt werden.
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Dabei wirkt es sich sehr vorteilhaft aus, daß im Bereich der hohen Trocknungsgrade durch das strikte Gegenstromprinzip der prozentuale Luftanteil in den Brüden und damit die Partialdruckerniedrigung besonders groß ist. Die notwendige Trockenguttemperatur kann also abgesenkt werden, was zu Vorteilen bei der Beheizung und der wesentlich geringeren Explosionsgefährdung führt, so daß ggf. sogar auf eine anschließende, gesonderte Kühlung des Trockengutes verzichtet werden kann.
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Die Einrichtung zum Trocknen kann verschiedene Mittel zur Behinderung axialer Brüden- und Trockengutvermischung aufweisen. So kann die Trockenstrecke ein Verhältnis von Längs- zu Querabmessungen von wenigstens 10:1 aufweisen. Dies kann beispielsweise auch die Hintereinanderschaltung mehrerer Trockner beinhalten. Es kann aber auch ein kontinuierlicher Trockner mit einem Verhältnis von Länge:Durchmesser von wenigstens 10:1, vozugsweise über 20:1, vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist ein neuartiger Lineartrockner, der einen im wesentlichen horizontalen rohrförmigen, beheizten Mantel und einen innen beheizten, drehend angetriebenen Rotor aufweist. Eine zylindrische Rotorwelle nach Art eines vom Heizmedium Dampf, Thermoöl oder dergleichen durchströmten Rohr kann mit im wesentlichen radialen und in Umfangsrichtung weisenden Rippen versehen sein. Diese können die Form von Scheibensegmenten haben, die zur Erzeugung möglichst geringen Widerstandes und geringer Granulatzerstörung in einer radialen Ebene angeordnet sind. Zum Trockenguttransport und zu einer gewissen, gesteuerten Trockengutdurchmischung können sie am Ende einen in Förderrichtung angestellten Abschnitt aufweisen, der auch einstellbar sein kann. Der Abschnitt kann auch die gesamte Rippe umfassen, wenn diese selbst entsprechend angestellt ist. Diese z. B. halbkreisförmigen Segmente können gegenüber den jeweils benachbarten um eine Viertelumdrehung versetzt sein und sollten wärmeleitend mit der beheizten Rotorwelle verbunden sein. Sie brauchen aber selbst nicht vom Wärmeträger durchströmt sein. Durch die relativ lange Ausbildung des Lineartrockners ist eine ausreichende Wärmeübertragung zum Trockengut auch ohne direkt eigenbeheizte Scheiben möglich. Die in geringen Abständen voneinander, beispielsweise in Abständen von einer Hälfte bis einem Achtel, vorzugsweise einem Viertel des Rotordurchmessers, angeordneten Rippen, bilden eine Vielzahl von Zellen im Trockner, die axiale Brüden- und Trockengut-Selbstvermischung behindern. Auch auf andere Weise könnte eine bevorzugte Zellenausbildung herbeigeführt werden, z. B. durch axiale Unterteilung der Trockner oder dergleichen. Die einzelnen Zellen sind dabei gut durchmischt, so daß die Trocknungskapazität entsprechend den thermischen und Dampfdruckbedingungen voll ausgenutzt wird. Es ist auch möglich, in einem Lineartrockner zwei oder mehr parallele Rotoren vorzusehen.
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Besonders zu erwähnen ist, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors an seinem Außenumfang relativ klein sein kann und weniger als 1 m/s, vorzugsweise sogar kleiner als 0,7 m/s betragen kann. Obwohl der Trockner zur weitgehenden Ausnutzung der beheizten Flächen möglichst vollständig mit Trockengut gefüllt sein sollte, wird das Trockengut sehr schonend bewegt. Das beim Übergang von der Klebephase in die Granulatphase des Trockengutes gebildete Granulat wird dadurch weitgehend erhalten, so daß der entstehende Staubanteil gering ist, was sich nicht nur bzgl. des Explosionsschutzes, sondern auch für die spätere Lagerung und Entsorgung vorteilhaft auswirkt.
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Zur Unterstützung des Transportes kann ein Lineartrockner auch geneigt angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist der eigentlichen Trockenstrecke eine Auswrasstrecke nachgeschaltet, die ebenfalls aus einem nach Art eines Lineartrockners aufgebauten Trockner besteht, bei dem jedoch die Beheizung sowohl am Außenmantel als auch im Rotorinneren fehlen kann. Aus den vorher geschilderten Gründen ist jedoch auch keine Kühlung nötig, weil durch die gute radiale und fehlende axiale Durchmischung eine fast ideale Gegenstromführung möglich ist, die die Eigenwärme des Trockengutes zum Nachtrocknen (Auswrasen) so gut wie irgend möglich ausnutzt. Im Bereich des Trockengutaustrittes aus diesem Nachkühler kann ein geregelter bzw. gesteuerter Lufteintritt vorgesehen sein.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
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Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Scheibentrockner gemäß internem Stand der Technik,
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2 einen verkürzt dargestellten Längsschnitt durch einen Lineartrockner,
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3 einen Querschnitt durch einen Lineartrockner,
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4 eine Einzeldarstellung von jeweils benachbarten Rippen vor ihrer Anbringung auf dem Rotor, jedoch in ihrer späteren Anbringungsposition und
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5 ein schematisches Blockschema einer Trockenvorrichtung.
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BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Nachdem die einen Trockner nach dem anmelder-internen Stand der Technik zeigende 1 bereits vorstehend erläutert wurde, wird jetzt ein neuartiger, als Lineartrockner bezeichneter Trockner anhand der 2 bis 4 beschrieben.
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Der Lineartrockner 11 hat ein langgestrecktes Gehäuse 12 mit einem im Querschnitt U-förmigen Innenmantel 13, der an der Oberseite von einem Deckel 18 abgeschlossen ist. Über den größten Teil seines Umfanges (mit Ausnahme des oberen, an den Deckel 18 angrenzenden Teils) ist der Innenmantel 13 von einem Außenmantel 14 umgeben, so daß zwischen Innen- und Außenmantel ein Wärmeträgerraum 15 entsteht. In ihn können über einen Wärmeträgereintritt 16 Wärmeträgermedien wie Wasserdampf, Thermoöl oder Heißwasser einströmen und am Wärmeträgeraustritt 17, ggf. als Kondensat, wieder austreten.
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In dem im Gehäuse 12 ausgebildeten Trocknerraum 19 ist ein Rotor 20 längs angeordnet. An den Trocknerraum 19 nach vorn und hinten anschließenden Stirnseiten 22 tragen Abdichtungen enthaltende Lager 23, die den Rotor drehbar im Trocknerraum lagern. Der Rotor wird über einen schematisch angedeuteten Antrieb 24, z. B. ein Elektro-Getriebemotor drehend angetrieben (s. Pfeil 25).
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Der Rotor hat eine Rotorwelle 21, die beim Ausführungsbeispiel aus zwei mit Abstand ineinander angeordneten und über Distanzstücke 26 in Abstand voneinander gehaltenen Rohren besteht, zwischen denen ein Wärmeträgerraum 27 gebildet ist. Dieser Wärmeträgerraum ist ebenfalls von dem Wärmeträger durchströmt, der beispielsweise über die hohlen Lagerzapfen 28 zugeführt und abgeführt werden kann.
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Die Doppelrohr-Anordnung der Rotorwelle 21 sorgt für eine sehr biegesteife Rotorgestaltung und beschränkt den Wärmeträgerraum auf das zur Beheizung der Rotorwellenoberfläche 28 notwendige Maß, ohne, beispielsweise bei flüssigem Wärmeträger, das Gewicht des Rotors unnötig zu erhöhen.
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Auf der Rotorwellenoberfläche 28 sind Rippen 29 angebracht, z. B. durch Schweißung. Sie sollten so gut wie möglich wärmeleitend mit der Rotorwelle verbunden sein, da sie von dieser mittelbar beheizt werden, jedoch selbst nicht von Wärmeträgern durchströmt sind.
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Die Rippen bestehen, wie 4 zeigt, aus jeweils etwa einen halben Rotorumfang einnehmenden Kreisringsegmenten, die in einer radialen Ebene verlaufen, also mit der Rotorachse 30 gleichachsig angebracht sind. 4 zeigt, daß einander benachbarte Rippen jeweils um 90° in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Die Rippen haben an ihren in Drehrichtung hinteren Kanten 31 schräg gestellte Flächen 32, die beispielsweise unter 45° gegenüber der Umfangsrichtung angestellt sind und somit beim Umlauf des Rotors eine Förderwirkung in Richtung des Trockengutstromes 33 erzeugen. Die Flächen 32 können austausch- und/oder verstellbar, beispielsweise durch Schrauben, an den Rippen angebracht sein, um den Trockner an die jeweiligen Trockengutverhältnisse anpassen zu können.
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Die lineare Streckung, d. h. das Längenverhältnis im Vergleich zu den Querabmessungen (Durchmesser) des Trockenraumes ist sehr groß und liegt bei 20:1 z. B. bei einer Länge des Trockenraumes von 6 m und Querabmessungen von 270 mm. Der entsprechende Rotor hat einen Außendurchmesser der Rippen von 250 mm bei etwa gleicher Länge wie der Trockenraum. Diese Längserstreckung ist für die nachher beschriebene Funktion vorteilhaft. Sie sollte möglichst nicht unter 10:1 betragen, insbesondere, wenn die Trockenstrecke, in der der Lineartrockner eingesetzt wird, nur aus einem einigen Trockner besteht.
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Es ist zu erkennen, daß zwischen den Rippen, die im Beispiel jeweils den halben Umfang einnehmen und mit den benachbarten überlappend angeordnet sind, jeweils eine Zelle 34 gebildet wird, die in axialer Richtung soweit abgeschlossen ist, daß eine axiale Vermischung mit den in Längsrichtung anschließenden Zellen behindert und weitgehend ausgeschlossen wird. Die Rippen 29 sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der etwa dem Abstand von der Rotorwellenoberfläche 28 zum Innenmantel 23 entspricht, z. B. 60 mm. Auf die gesamte Trocknerlänge sind also nahezu 100 Rippen angeordnet und entsprechend viele Zellen bilden sich.
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Im Deckel sind an einer Stirnfläche nebeneinander ein Trockenguteintritt 35 und (in 2 genau dahinter liegend) ein Brüdenaustritt 36 angeordnet. Am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 12 ist unten ein Trockengutaustritt 37 ebenfalls in Form eines Rohrstutzens vorgesehen. An ihm ist ein Lufteintrittsstutzen dargestellt, der über ein schematisch angedeutetes Ventil 39 die Zuführung einer geregelten bzw. gesteuerten Luftmenge ermöglicht.
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5 zeigt schematisch den Aufbau einer Gesamt-Trockenvorrichtung mit insgesamt 3 hintereinander geschalteten Trocknern, nämlich einem üblichen Dünnschichttrockner
40, wie er beispielsweise aus dem
DE-U-91 14 967 bekannt ist und wie er eingangs beschrieben wurde. Daran schließen sich zwei Lineartrockner
11 an, wie sie anhand der
2 und
3 beschrieben wurden. Diesem trockengutseitig nachgeschaltet ist eine Auswrasvorrichtung
11a, die in gleicher Weise ausgebildet sein kann wie der Lineartrockner nach den
2 bis
4, jedoch ohne, daß eine Beheizung notwendig wäre. Dementsprechend können die Wärmeträgerräume
15 und
27 entfallen bzw. bleiben unbeschickt.
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Daran schließt sich ein Trockengutsilo 41 an, aus dem das fertige Produkt bzw. Trockengut von Zeit zu Zeit abgezogen wird.
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Die vier in Folge angeordneten Vorrichtungen 40, 11, 11a und 41 sind untereinander durch ein Fördersystem 42 für das Trockengut, beispielsweise Förderschnecken, Bänder oder dergleichen verbunden. Diese sollten möglichst dicht sein, um den Eintritt von Nebenluft und insbesondere den Austritt von Brüden 50 zu verhindern. Sie sind ferner durch Brüdenleitungen 43 miteinander verbunden, die auch mit dem Fördersystem vereinigt sein können. Es ist auch möglich, die Vorrichtungen übereinander anzuordnen, so daß das Trockengut jeweils durch Schwerkraft in die nächste Vorrichtung fällt.
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VERFAHRENSBESCHREIBUNG
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Das in 5 gezeigte gesamte Trocknungsverfahren geht von einem mechanisch entwässerten Klärschlamm aus, der z. B. mit Hilfe von Zentrifugen oder Filtern auf 15 bis 40% Trockenrückstand (TR), meist auf 20 bis 30% TR entwässert ist. Eine weitere Entwässerung ist mit mechanischen Mitteln nicht möglich. Er wird danach in einem üblichen Dünnschichttrockner 40 soweit getrocknet, daß der Bereich der Fließfähigkeit des Schlammes und der sogenannten Leimphase, in der der Schlamm klebrig ist, durchfahren wird. Das Trockengut befindet sich dann bei mehr als 50% TR, vorzugsweise 65% TR. Es beginnt dabei krümelig zu werden. An dieser Stelle endet die Voktrockenstrecke 45 mit dem Dünnschichttrockner 40 und die Trockenstrecke 46 mit den Lineartrocknern 11 beginnt. Das krümelige Trockengut 44 (3) wird von dem sich mit Geschwindigkeiten von unter 1 m/s (vorzugsweise unter 0,7 m/s) an seinem Außenumfang drehenden Rotor 20 innerhalb der jeweils einen Ringquerschnitt einnehmenden Zellen 34 innig durchmischt und an dem Außenmantel 13 und der Rotorwellenoberfläche 48 sowie den Rippen 29 entweder dirket durch Wärmeleitung (Kontaktwärmeübertragung) bzw. durch diese begleitende Konvektion erwärmt. aber dem eine Art Fließbett bildenden Trockengut bildet sich eine Brüdenkammer 48 aus (3) in der die Brüden 50 in Richtung des Pfeiles 49 strömen.
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Sofern es sich bei dem Lineartrockner 11 um ein einem anderen Lineartrockner 11 oder einer Auswrasvorrichtung 11a nachgeschalteten Trockner handelt, sollte er auch einen Brüdeneintrittsstutzen aufweisen, beispielsweise auf der in 2 rechten oberen Seite. Am Ende der Auswrasvorrichtung 11a ist der Lufteintrittsstutzen 38 vorgesehen, über den Luft in einem Anteil von ca. 60 Gewichtsprozent des Trockenanteils im Schlamm zugeführt wird. Je nach Art des Schlammes, den Druck- und Temperaturverhältnissen sowie der Art und den Anforderungen an die Wärmerückgewinnung kann die Luftbeimischung auch in anderen Anteilen erfolgen, die zwischen 20 und 200 Gewichtsprozent variieren können.
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Am Ausgang der Auswrasvorrichtung 11a ist also nahezu reine Luft vorhanden, die im Gegenstrom zum Trockengut 44 durch den Brüdenraum 48 strömt und, je nach der Konsistenz des Trockengutes dieses teilweise durchströmt bzw. an seiner Oberfläche entlangströmt. Das Trockengut hat an dieser Stelle eine Temperatur deutlich unterhalb von 100°C und kann in der relativ trockenen Luftatmosphäre auswrasen bzw. nachtrocknen, wobei es seine Eigenwärme aufbraucht. Das an dieser Stelle auf einen Trocknungsgrad von 90 bis 95% TR getrocknete Trockengut liegt dort in granulierter und nur wenig Staub enthaltender Form vor und kann von dort aus direkt in ein Trockengutsilo 41 gefördert werden. Brüdenseitig schließt sich an die Auswrasstrecke 47, die von der Auswrasvorrichtung 11 gebildet wird, die Trockenstrecke 46 an, die im dargestellten Beispiel zwei Lineartrockner 11 enthält, die in Reihe geschaltet sind. Hier könnte jedoch auch ein Lineartrockner ausreichen, jedoch wird durch die Anordnung zweier Trockner die Zellenwirkung noch unterstützt.
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In den Lineartrocknern 11 wird das Trockengut in schon beschriebener Form innerhalb einer Zelle 34 gut durchmischt, jedoch in axialer Richtung weitgehend undurchmischt in Richtung des Trockengutstromes 33 transportiert, während die Brüden 50 im reinen Gegenstrom dazu in Brüden-Strömungsrichtung 49 die Lineartrockner 11 durchströmen. Durch die teilweise Abschottung der Zellen voneinander und die extrem langgestreckte Form des Brüdenraumes 48, über die gesamte Trockenstrecke betrachtet, findet praktisch keine axiale Vermischung der Brüden statt, obwohl eine innige Durchmischung von Brüden und Trockengut und auch eine Brüdenvermischung innerhalb der einzelnen Zellen, d. h. in Querrichtung zur Hauptströmungsrichtung, erfolgt. Dadurch wird sichergestellt, daß an jeder Stelle im Trockner die vom Brüdenzustand und Temperatur her idealen Verhältnisse für das Trocknen vorliegen. Bei dem nur mit großen Trocknungsaufwand zu erreichenden hohen Trockengrad am Ende der Trockenstrecke 46 sind die Brüden 50 noch relativ ”trocken”, d. h. ihr Luftanteil ist noch sehr hoch und dementsprechend der Dampf-Partialdruck gering. Dies fördert die Trocknung auch bei nicht zu hohen Trockenguttemperaturen. Mit zunehmendem Dampfanteil der Brüden bei ihrer Strömung durch die Trockenstrecke ist auch das Trockengut feuchter und dementsprechend die Trocknung leichter durchzuführen. Vorzugsweise sollten die Brüden 50 ebenfalls im Gegenstrom auch die Vortrockenstrecke 45, d. h. den Dünnschichttrockner 40, durchströmen. Am Ende sind sie dann mit einem hohen Wasserdampfanteil beladen, der bei für Heizzwecke brauchbaren Temperaturen kondensiert werden kann. Die Luft kann dann durch ein Gebläse und ggf. nach einer Filterung in die Umgebung freigesetzt werden oder auch im Kreislauf wieder zum Lufteintritt 38 geführt werden. Im Gesamtsystem wird ein geringer Unterdruck aufrecht erhalten, um ungewünschte Brüdenaustritte, z. B. an den Förderern 42 etc. zu vermeiden.
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Die vorteilhafte Wirkung der Luftbeimischung ergibt sich aus folgendem Beispiel: Wenn 1.000 kg/h entwässerter Schlamm mit 20% TR auf 90% TR getrocknet werden sollen, so ist der Trockenanteil im Schlamm 200 kg/h. Gibt man am Ende der Auswrasstrecke (oder der Trockenstrecke) 60 Gewichtsprozent vom Trockenanteil des Schlammes an Luft dazu, so sind dies 120 kg/h. Die Menge des getrockneten Schlammes vor dem Silo (bei 90% TR) sind 222 kg/h, so daß die verdampfte und in den Brüden enthaltene Wassermenge 778 kg/h beträgt. Der Gewichtsanteil der Luft beträgt demnach am Eingang in den Dünnschichttrockner (bzw. am Ausgang der Brüden aus diesem) nur etwa 13%. Dies behindert die Kondensation bei brauchbaren Temperaturen kaum. Der Taupunkt der Brüden liegt dort noch über 95°C.
