DE19654093C2 - Verfahren zur Niedertemperaturtrocknung von Feuchtgut und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Niedertemperaturtrocknen von Feuchtgut, insbesondere von Klärschlamm, mit Trocknungsluft in mindestens einer Trocknungsstufe, wird in Abhängigkeit von der Witterung entweder als Trocknungsluft Umluft durch die Trocknungsstufe geführt, nachfolgend in einer Kühlstufe mittels eines Kältemittelkreislaufs abgekühlt und teilentfeuchtet sowie danach mittels Kompressionswärme des Kältekreislaufs erwärmt und erneut der Trocknungsstufe zugeführt, oder aber - als Trocknungsluft - eine Mischung aus Außenluft und Umluft; nach dem Entfeuchten wird zumindest ein Teil der Trocknungsluft in die Umgebung abgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Niedertemperaturtrocknung von Feuchtgut, insbesondere von Klärschlamm, mit Trocknungsluft.

Die Niedertemperaturtrocknung arbeitet bei maximalen Trocknungstemperaturen von bevorzugt 40°C, so dass eine Nachbehandlung der Trocknungsbrüden zur Schwermetallab­ scheidung und/oder Desodorierung nicht erforderlich ist. Es sind zwei unterschiedliche Verfahrensführungen bekannt.

Bei der sogenannten Kaltlufttrocknung mit Umgebungsluft wird deren Feuchteaufnahmepotential ausgenutzt: das Verfah­ ren hängt somit stark von den externen Witterungsbedingun­ gen ab. Bei kalter und/oder nasser Witterung ist eine Zu­ satzheizung mit elektrischer oder anderer Energie erforder­ lich, wie z. B. der Einsatz von Erdgas, Heizöl, Biogas od. dgl.

Bei der sogenannten Umluftrocknung wird die Trocknungsluft in einem Kreislauf geführt. Mit einem Kältekreislauf wird die Abluft aus dem Trockner auf der Verdampferseite des Kältekreislaufs unter Kondensatabscheidung abgekühlt und danach auf der Kondensatorseite des Kältekreislaufs wieder erwärmt. Durch die Abkopplung des Umluftkreislaufs von der Außenluft hat ein Umlufttrockner unabhängig von den Tempe­ raturen und/oder der Feuchtigkeit der Außenluft einen gro­ ßen Bedarf an elektrischer Energie.

Die DE 40 13 761 A1 beschreibt ein Verfahren zum Trocknen von Teilchen aus pastösem und/oder brockigem Material, das Feststoffe, Wasser und Zusatzstoffe aufweist, wobei die Teilchen auf eine luftdurchlässige Fördereinrichtung in ei­ nem schichtförmigen luftdurchlässigen Haufwerk aufgebracht und mittels der Fördereinrichtung durch eine Trockenein­ richtung durchbewegt werden. Gleichzeitig wird in der Trockeneinrichtung ein Trocknungsgasstrom abwechselnd hin- und hergehend durch die Fördereinrichtung sowie durch die Haufwerkschicht und umgekehrt geleitet, um das Wasser den feuchten Teilchen zu entziehen. Die Haufwerkschicht wird hierbei einem Trocknungsgasstrom bei einer solchen Tempera­ tur ausgesetzt, dass die Haufwerkschicht höchstens eine Temperatur erreicht, die unter jener liegt, bei der die Zu­ satzstoffe aus den Teilchen in die Umluft abgegeben werden.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfin­ der das Ziel gesetzt, ein Verfahren zur Niedertemperatur zu schaffen, bei dem unter Berücksichtigung der externen Wit­ terung, jedoch unabhängig von ihr, das Feuchtgut mit mög­ lichst geringem Energieaufwand getrocknet wird.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem eingangs genannten Ver­ fahren zur Niedertemperaturtrocknung in mindestens einer Trocknungsstufe erreicht, bei dem in Abhängigkeit von der Witterung - insbesondere von Temperatur und/oder Nässe, als Trocknungsluft ggfs. erwärmte Außenluft durch die Trocknungsstufe geführt und in die Umgebung abgeführt oder - als Trocknungsluft Umluft durch die Trocknungsstufe ge­ führt wird, anschließend in einer Kühlstufe mittels eines Kältemittelkreislaufs abgekühlt und teilentfeuchtet sowie danach mittels Kompressionswärme des Kältekreislaufs er­ wärmt und erneut der Trocknungsstufe zugeführt wird, oder als Trocknungsluft eine Mischung aus Außenluft und Umluft der Trocknungsstufe zugeführt wird, wobei nach dem Ent­ feuchten zumindest ein Teil der Trocknungsluft in die Umge­ bung abgeführt wird.

Diese erfindungsgemäße Verfahrensführung macht in überra­ schender Weise von den Vorteilen beider bekannter Verfahren Gebrauch und schafft ein wirtschaftliches und in seinen Verfahrensschritten einfaches Niedertemperaturtrocknungs­ verfahren (Hybridverfahren).

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Kompres­ sion des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf mit Hilfe von in einem Blockheizkraftwerk erzeugter elektrischer Energie durchgeführt.

In dem Blockheizkraftwerk erzeugte elektrische Energie kann in bevorzugter Weise auch zur Förderung der Trocknungsluft und/oder zur Vorentwässerung des zu trocknenden Feuchtguts - und/oder zum Betrieb anderer Aggregate - eingesetzt werden.

Zudem ist es zweckmäßig, die Abwärme des Blockheizkraft­ werks zumindest teilweise zur Vorwärmung der Trocknungsluft einzusetzen.

Eine besonders günstige Verfahrensführung wird erreicht, wenn mindestens zwei luftseitig hintereinander geschaltete Trocknungsstufen eingesetzt werden und Abwärme des Block­ heizwerks zwischen den beiden Trocknungsstufen auf die Trocknungsluft übertragen wird.

Fällt bei Mischung von Umluft und Außenluft Feuchtigkeit aus, ist es zweckmäßig, die Mischung einer Tröpfchenab­ scheidung zu unterziehen.

Hinsichtlich der Kühlung der aus der Trocknungsstufe aus­ tretenden Luft ist es möglich, zwischen dem Verdampfer des Kältemittelkreislaufs und der Kühlstufe einen Wasserkreis­ lauf einzusetzen, insbesondere einen Sprühdüsenwasserkreis­ lauf.

Im Rahmen der Erfindung liegt eine Vorrichtung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Niedertemperaturtrocknungs­ verfahrens mit einem Luftkreislauf, der zumindest ein Ge­ bläse, einen ersten Wärmetauscher für die Erwärmung von Luft, einen dem ersten Wärmetauscher nachgeschalteten Trockner und einem dem Trockner nachgeschalteten zweiten Wärmetauscher für die Kühlung und Entfeuchtung der aus dem Trockner austretenden Luft enthält sowie mit einer Kältema­ schine für die Zufuhr von Wärme zu dem ersten Wärmetauscher und die Abfuhr von Wärme von dem zweiten Wärmetauscher aus­ gestattet ist; der Luftkreislauf vor dem ersten Wärmetau­ scher ist mit Außenluft, aus dem zweiten Wärmetauscher aus­ tretender Umluft und/oder einem Gemisch aus Außenluft und Umluft beaufschlagbar, und aus dem Luftkreislauf nach dem zweiten Wärmetauscher ist Luft abziehbar.

Vorzugsweise ist die Zufuhrstelle von Außenluft - in Strö­ mungrichtung des Luftkreislaufs gesehen - ein Tröpfenab­ scheider nachgeschaltet, um bei Mischung evtl. ausfallende Tröpfchen abscheiden zu können. Zudem wird erfindungsgemäß vorgesehen, der Vorrichtung ein Blockheizkraftwerk zuzuord­ nen, dessen Generator zumindest mit dem Kompressor der Käl­ temaschine verbunden ist. Bei Zuordnung eines solchen Blockheizwerkes ist es sinnvoll, Abwärme aus dessen Kühlsy­ stem über einen Wärmetauscher auf den Luftkreislauf zu übertragen.

Zweckmäßigerweise sind zwei Trockner vorgesehen und ist der Wärmetauscher für die Einkopplung von Abwärme zwischen den beiden Trockner angeordnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand ei­ ner Figur näher erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zu dessen Durchführung zeigt.

Dünnschlamm A einer nicht gezeigten Kläranlage wird einem Vorentwässerungsaggregat 10 zugeleitet und in diesem vor­ entwässert. Das vorentwässerte Gut B wird einem ersten Trockner 12 aufgegeben, von dort als vorgetrocknetes Gut C auf einen zweiten Trockner 12 _a geführt und aus diesem als Trockengut D abgezogen.

Der Trocknungsvorrichtung ist ein von einem Brennstoffbe­ hälter 14 her mit Brennstoff versorgtes Blockheizkraftwerk 16 zugeordnet. Zur Einkopplung von Abwärme aus dem Block­ heizkraftwerk 16 ist luftseitig zwischen den beiden Trock­ nern 12 und 12 _a ein Wärmetauscher 18 eingeschaltet, der über einen Wärmemittelkreislauf an das Heizkraftwerk ange­ schlossen ist. Bei zweistufiger Auslegung der Trocknung kann durch die Zwischenerwärmung der Trocknungsluft mittels des Wärmetauschers 18 sichergestellt werden, dass die maxi­ male Trocknungstemperatur nicht wesentlich überschritten wird. Zur Vermeidung von Verschmutzungen kann der Wärmetau­ scher 18 luftseitig auch vor dem Trockner 12 _a angeordnet werden, es ist auch möglich, das vorentwässerte Gut B zu­ nächst dem zweiten Trockner 12 _a und danach dem ersten Trockner 12 aufzugeben.

Dem ersten Trockner 12 ist luftseitig eine Kühlstufe 20 in Form eines Sprühdüsenluftwäschers - wie dargestellt - oder eines Feuchtluftkühlers oder einer Kombination von beiden nachgeschaltet. Zur Kühlung der Kühlstufe 20 ist dieser eine Kältemaschine 22 zugeordnet, welche die in der Zeichnung in einem punktierten Rechteck dargestellten Kom­ ponenten umfasst. Der Sprühflüssigkeitskreislauf des Sprüh­ düsenluftwäschers wird über einem Verdampfer 24 der Kälte­ maschine 22 zugeführt und dort abgekühlt. Das in dem Ver­ dampfer 24 verdampfte Kältemittel der Kältemaschine 22 wird in einem elektrisch angetriebenen Kompressor 26 komprimiert und in einem nachgeschalteten Kondensator 28 unter Wärmeab­ gabe an die Trocknungsluft kondensiert. Über eine Drossel 30 wird das Kältemittel im Kreislauf wieder dem Verdampfer 24 zugeleitet.

Dem Kondensator/Wärmetauscher 28 sind in der aus der Zeich­ nung ersichtlichen Weise ein Tröpfenabscheider 32 und ein Gebläse 34 vorgeschaltet. Das Vorentwässerungsaggregat 10, der Kompressor 26 und das Gebläse 34 werden vom Blockheiz­ kraftwerk 16 her mit elektrischer Energie versorgt wie dies in der Zeichnung durch die gestrichelten Linien 36, 36 _a dargestellt ist.

Bei Betrieb der Vorrichtung wird je nach Außenwitterung der zugeführten Außenluft E ein Teil K₁ der aus der Kühlstufe 20 austretenden Luft K zugemischt, während deren anderer Teil K₂ an die Atmosphäre abgegeben wird. Das Gemisch aus Außenluft E und Umluft K₁ kann in Abhängigkeit von der Au­ ßenwitterung im Nebelgebiet liegen, so dass ein Teil des Wasserdampfs auskondensiert. Das Kondensat wird in dem Tröpfchenabscheider 32 abgeschieden, dessen Austrag mit 33 bezeichnet ist. Die dem Gebläse 34 zugeführte Luft F ist gesättigt, die dem Kondensator/Wärmetauscher 28 zugeführte Luft G wird durch direkten Wärmtausch mit dem Kältemittel oder ggf. über einen zwischengeschalteten Wärmeträgerkreis­ lauf erwärmt. Die erwärmte Luft G₁ wird zunächst auf den zweiten Trockner 12 _a geleitet, anschließend als feuchtere und abgekühlte Luft G₂ in dem Wärmetauscher 18 wieder er­ wärmt und danach als Trocknungsluft H dem ersten Trockner 12 zugeführt. Die nach dem Trockner 12 _a mit Feuchtigkeit gesättigte Luft N wird auf die Kühlstufe 20 geführt und dort gekühlt. Dabei wird ein Teil des beim Trocknen aufge­ nommenen Wassers zusammen mit Staub und wasserlöslichen Verunreinigungen abgeschieden, durch eine Leitung 40 abge­ zogen und ggf. einer Kläranlage zugeführt. Die gereinigte und abgekühlte Luft K wird, wie bereits vorstehend be­ schrieben, verteilt.

Das Gas Q des Blockheizwerks 16 kann zur Ausnutzung der Restwärme und zur Abgasreinigung ebenfalls der Kühlstufe 20 aufgegeben werden, ggf. nach Vermischung mit der Luft N aus dem ersten Trockner 12.

Bei den meistens vorherrschenden Witterungsbedingungen wird die Vorrichtung je nach Außenluftzustand ohne oder mit teilweiser Rückführung von Abluft betrieben, so dass gegen­ über einem reinen Umluftbetrieb in erheblichem Maße elek­ trische Energie eingespart wird. Bei Zuordnung eines Block­ heizkraftwerks werden besonders kostengünstige elektrische Energie, sowie anfallende Abwärme eingesetzt, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Niedertemperaturtrocknungsverfahrens noch weiter verbessert wird.

Claims (12)

1. Verfahren zum Niedertemperaturtrocknen von Feuchtgut, insbesondere von Klärschlamm, mit Trocknungsluft in mindestens einer Trocknungsstufe, bei dem in Abhän­ gigkeit von der Witterung als Trocknungsluft Umluft durch die Trocknungsstufe geführt, nachfolgend in ei­ ner Kühlstufe mittels eines Kältemittelkreislaufs ab­ gekühlt und teilentfeuchtet sowie danach mittels Kom­ pressionswärme des Kältekreislaufs erwärmt und erneut der Trocknungsstufe zugeführt wird, oder als Trocknungsluft eine Mischung aus Außenluft und Umluft der Trocknungsstufe zugeführt wird, wobei nach dem Entfeuchten zumindest ein Teil der Trocknungsluft in die Umgebung abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression des Kältemittels in dem Kälte­ mittelkreislauf mit Hilfe von in einem Blockheiz­ kraftwerk erzeugter elektrischer Energie durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Blockheizkraftwerk erzeugte elektrische Energie auch zur Förderung der Trocknungsluft und/oder zur Vorentwässerung des zu trocknenden Feuchtguts und/oder zum Betrieb anderer Aggregate eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Abwärme des Blockheizkraftwerks zumindest teilweise zur Vorwärmung der Trocknungsluft eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei luftseitig hin­ tereinander geschaltete Trocknungsstufen eingesetzt werden und Abwärme des Blockheizwerks zwischen den beiden Trocknungsstufen auf die Trocknungsluft über­ tragen wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Mischung von Um­ luft und Außenluft die Mischung einer Tröpfchenab­ scheidung unterzogen wird.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdamp­ fer des Kältemittelkreislaufs und der Kühlstufe ein Wasserkreislauf eingesetzt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Niedertemperatur­ trocknungsverfahrens nach wenigstens einem der An­ sprüche 1 bis 7 mit einem Luftkreislauf (E bis K, K₁), der zumindest aus einem Gebläse (34), einem er­ sten Wärmetauscher (28) für die Erwärmung von Luft (G), wenigstens einem dem ersten Wärmetauscher nach­ geordneten Trockner (12, 12 _a) und einem dem Trockner nachgeschalteten zweiten Wärmetauscher (20) für die Kühlung und Entfeuchtung der aus dem Trockner austre­ tenden Luft (J) besteht sowie mit einer Kältemaschine (22) für die Zufuhr von Wärme zu dem ersten Wärmetau­ scher (24) und für die Abfuhr von Wärme von dem zwei­ ten Wärmetauscher (20) versehen ist, wobei der Luft­ kreislauf vor dem ersten Wärmetauscher (24) mit Au­ ßenluft (E), aus dem zweiten Wärmetauscher (20) aus­ tretender Umluft (K, K₂) und/oder einem Gemisch aus Außenluft (E) und Umluft (K₁) beaufschlagbar ist und wobei aus dem Luftkreislauf nach dem zweiten Wärme­ tauscher (20) Luft (40) abziehbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrstelle von Außenluft (E) zum Abschei­ den von bei Mischung gegebenenfalls ausfallender Tröpfchen ein Tröpfchenabscheider (32) in Strömungs­ richtung des Luftkreislaufs gesehen nachgeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Vorrichtung ein Blockheizkraftwerk (16) zugeordnet sowie dessen Generator zumindest mit dem Kompressor (26) der Kältemaschine (22) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zuordnung eines Blockheizwerks (16) Abwärme aus dessen Kühlsystem über einen Wärmetauscher (18) auf den Luftkreislauf (G, H) übertragbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, ge­ kennzeichnet durch zwei Trockner (12, 12 _a), zwischen denen der Wärmetauscher (18) für die Einkoppelung von Abwärme angeordnet ist.