DE202009004860U1

DE202009004860U1 - Automatische Anpassung des Durchsatzes einer Trocknungsanlage an das saisonal schwankende Angebot an thermischer Energie

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Publication number: DE202009004860U1
Application number: DE200920004860
Authority: DE
Original assignee: RIELA - GETREIDETECHNIK KARL-HEINZ KNOOP EK; RIELA GETREIDETECHNIK KARL HEI
Current assignee: RIELA - GETREIDETECHNIK KARL-HEINZ KNOOP EK; RIELA GETREIDETECHNIK KARL HEI
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2019-05-27

Abstract

Trocknungsanlage (4),
mit einer Wärme liefernden Energiequelle,
einer Trocknungszone, in welcher ein zu trocknendes Produkt getrocknet wird,
einer Transporteinrichtung, welche das zu trocknendes Produkt als so genanntes Nassprodukt mit vergleichsweise höherem Feuchtegehalt in die Trocknungszone hinein fördert und das Produkt als so genanntes Trockenprodukt mit vergleichsweise geringerem Feuchtegehalt aus der Trocknungszone heraus fördert,
und mit einer Anlagensteuerung, welche die als Trocknerdurchsatz bezeichnete Durchsatzleistung der Trocknungsanlage (4) beeinflussend wirksam mit der Transporteinrichtung verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anlagensteuerung mit zur Erfassung der von der Energiequelle zur Verfügung stehende Heizleistung dienenden Sensoren wirksam verbunden ist,
und den Trocknerdurchsatz an die zur Verfügung stehende Heizleistung anpassend ausgestaltet ist.

Description

Bei dem Betrieb von Trocknungseinrichtungen insbesondere im landwirtschaftlichen Bereich kann oftmals die für die Trocknung erforderliche thermische Energie nicht in konstantem Maße zur Verfügung gestellt werden, weil das Angebot an thermischer Energie schwankt. Insbesondere bei der Nutzung der Abwärme von Biogasanlagen steht über den Jahresverlauf hinweg stark veränderliche Energiemengen zur Verfügung. Dies liegt darin begründet, dass zum Beispiel im Winter und in der Übergangszeit der Fermenter der Biogasanlage beheizt werden muss, und dass auch andere Verbraucher wie Tierställe, Wohngebäude oder Gewächshäuser in Zeiten mit niedrigen Außentemperaturen einen Teil der von der Biogasanlage bereitgestellten Abwärme beanspruchen.
Für den Betreiber der Trocknungsanlage stellt sich daher das Problem, den Durchsatz der Trocknungsanlage an die zur Verfügung stehende Heizenergie anzupassen. Vielfach geschieht dies nach Gefühl, also beispielsweise indem entweder der Volumenstrom einer erwärmten Trocknungsluft der Trocknungsanlage und/oder der Durchsatz des zugeführten feuchten, zu trocknenden Produkts manuell reduziert wird.
Diese manuellen Eingriffe führen in der Praxis jedoch oftmals zu unerwünscht starken Schwankungen des Feuchtegehaltes im Trockenprodukt. In der Folge ist daher nicht auszuschließen, dass nachgeschaltete Prozesse negativ beeinflusst werden, z. B. eine Pelletierung, die einen relativ eng tolerierten Feuchtegehaltsbereich von 8–12% benötigt.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trocknungsanlage zu schaffen, die auch bei schwankender Menge an zum Trocknen verfügbarer thermischer Energie eine möglichst gleichmäßige Produktqualität des Trockenprodukts sicherstellt.
Diese Aufgabe wird durch eine Trocknungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, die verfügbare Heizleistung automatisch mit Hilfe entsprechender Sensoren zu erfassen und in Abhängigkeit davon den Trocknerdurchsatz zu beeinflussen, also den Volumen- bzw. Massenstrom des Trocknungsgutes, in dem eine entsprechend geringere Menge an Nassprodukt pro Zeiteinheit in die Trocknungszone gebracht wird, wenn die Heizleistung aufgrund geringerer verfügbarer thermischer Energie geringer ist, als es für den Soll-Betrieb der Trocknungsanlage vorgesehen ist.
In an sich bekannter Weise kann die Trocknung über Trocknungsluft erfolgen, also mit Hilfe eines Gebläses, welches zuvor erwärmte Luft in die Trocknungszone einbläst. Die Erwärmung der Luft erfolgt mit Hilfe eines Wärmetauschers, welcher in Strömungsrichtung der Luft der Trocknungszone vorgeschaltet ist. Hierzu kann der Wärmetauscher saugseitig vor dem Gebläse angeordnet sein, oder druckseitig zwischen dem Gebläse und der Trocknungszone. Zur Erfassung der Heizleistung können vorteilhaft Sensoren vorgesehen sein, die mit der Anlagensteuerung verbunden sind und die den Druck und die Druckdifferenz am Lufteintritt des Gebläses erfassen. Die Aufheizung der angesaugten Luft ist ein Indiz für die verfügbare Heizleistung, also die Menge an thermischer Energie, die zum Trocknen verwendet werden kann, wobei diese verfügbare Heizleistung automatisch innerhalb der Anlagensteuerung berechnet werden kann anhand der sensorisch erfassten Daten.
Vorteilhaft können Feuchtesensoren vorgesehen sein, welche die Feuchte des Nassproduktes, also die so genannte Eingangsfeuchte, erfassen sowie die Feuchte des Trockenproduktes, also die so genannte Ausgangsfeuchte. Diese Sensoren können ergänzt werden durch eine Waage, die das Gewicht des Produktes auf einem Förderorgan erfasst, welches das Nassprodukt dem Trockner zuführt.
Vorteilhaft kann das Förderorgan in Form eines Förderband ausgestaltet sein, welches sich durch die Trocknungsanlage hindurch erstreckt und insbesondere durch die Trocknungszone, und die Waage kann vorteilhaft in Form einer Bandwaage ausgestaltet sein. Nachfolgend wird von einer derartigen Ausgestaltung ausgegangen und diese stellvertretend auch für andere Förderorgane bzw. Waagen erwähnt.
Innerhalb der Anlagensteuerung kann anhand der vorliegenden Messwerte der Feuchtesensoren und der Bandwaage automatisch der Massendurchsatz des zu trocknenden Produktes durch die Trocknungsanlage berechnet werden sowie die Wasserverdunstung, wobei aus diesen Messwerten der erforderliche Heizleistungsbedarf berechnet werden kann, um eine gewünschte Entfeuchte bzw. Ausgangsfeuchte des Trockenproduktes sicherstellen zu können.
Dementsprechend kann vorteilhalft die Geschwindigkeit der Produktzuführung und des Förderorganes im Trockner automatisch derart beeinflusst werden, dass die gewünschte Ausgangsfeuchte erreicht bzw. eingehalten wird, wobei durch die Geschwindigkeitsbeeinflussung des Zuführförderbandes und des Materialweitertransportorganes im Trockner der Trocknerdurchsatz eingestellt wird.
Das erwähnte Förderband kann sich beispielsweise an einen Materialbunker anschließen, so dass das Nassprodukt automatisch in einem von der Bandgeschwindigkeit des Förderbandes abhängigen Maße nachrutscht.
Vorteilhaft kann die Trocknungsanlage als Schubwendetrockner ausgestaltet sein. Es handelt sich dabei um eine in der Praxis vielfach bewährte Ausgestaltung einer Trocknungsanlage, bei welcher ein Wendewagen vorgesehen ist, der mittels eines Wendewerkzeugs das Produkt nicht nur von der Eintragsseite zur Austragsseite der Trocknungsanlage fördert, sondern dabei auch wendet und so für eine optimale Belüftung des Produktes sorgt und für eine möglichst optimale Effizienz der eingesetzten Trocknungsluft.
Bei einem derartigen Schubwendetrockner kann vorschlagsgemäß die Beeinflussung des Trocknerdurchsatzes durch entsprechende Beeinflussung des Wendewagens erfolgen, beispielsweise durch die entsprechende Bewegung des Wendewerkzeugs oder durch die Fahrgeschwindigkeit des Wendewagens, mit welcher dieser durch die Trocknungsanlage fährt.
Rein beispielhaft wird der vorliegende Vorschlag anhand einer in der Praxis verbreiteten, allerdings vorschlagsgemäß ausgestalteten Schubwendetrocknungsanlage beschrieben, die in an sich bekannter Weise mit einem Warmwasser – Luft – Wärmetauscher ausgestattet ist, um die zur Trocknung verwendete Luft zu erwärmen, bevor diese auf das noch feuchte Trocknungsgut geleitet wird. Ein solcher Schubwendetrockner ist aus der rein schematischen Darstellung ersichtlich:
Über eine speziell geformte Düse 1, die mit einer Messleitung für die Messung der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Ansaugdüse und dem Umgebungsdruck versehen ist, strömt die Umgebungsluft zu einem Ventilator 2 und in der Folge durch einen Wärmetauscher 3. Hier wird beispielsweise die Luft durch in Rohren zirkulierendes warmes Wasser erwärmt, welches z. B. eine Vorlauftemperatur von 85°C und Rücklauftemperatur von 65°C aufweist.
Über einen Kanal wird die Warmluft in eine Trocknungsanlage 4 geleitet. Die warme Luft durchströmt die Produktschüttung, trocknet das Gut und wird über mehrere Gebläse 6 abgesaugt. Ein Wendewagen 7 mit einem rotierenden Wendewerkzeug sorgt einerseits für den Transport des Produktes von der Eintrags- zur Austragseite der Trocknungsanlage 4, und zudem dient das Wenden einer verbesserten Durchlüftung des Gutes.
Über eine Querfördereinrichtung 8 wird das Trockenprodukt ausgetragen. Durch eine Anlagensteuerung mit geeignete Mess- und Regeltechnik wird die vom Wärmetauscher 3 aktuell an die Luft übertragene Heizleistung ermittelt und in einem Rechner automatisch ausgewertet. Alternativ kann die Heizleistung auch durch einen Wasser-Wärmemengenzähler ermittelt werden, nämlich mittels eines Durchflussmessers und einer Temperaturmessung im Vor- und Rücklauf des Wassers.
Die Messpunkte und Signalwege, die mit der Anlagensteuerung verbunden sind, werden nachfolgend näher erläutert: In der Zeichnung ist mit

• TOR eine Stelle angedeutet, an der die Temperatur im Ansaugtrakt für die einströmende Luft erfasst wird, wobei die zur schematisch als Rechteck angedeuteten Anlagensteuerung führende Signalleitung rein schematisch gestrichelt dargestellt ist und auch drahtlos verwirklicht sein kann, und
• mit PDR die Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem in der Ansaugdüse 1 herrschenden Druck bezeichnet,
• mit PR die Erfassung des Umgebungsdrucks,
• mit T1R die Erfassung der Temperatur vor einem Ventilator,
• mit T2R die Erfassung der Temperatur hinter diesem Ventilator),
• mit X1R die Erfassung des Eingangsfeuchtegehalts des Produktes,
• mit X2R die Erfassung des Ausgangsfeuchtegehalts des Produktes, und
• mit WR die Erfassung des Masseneintrags mittels einer Bandwaage

Anhand dieser Messwerte wird automatisch von der Anlagensteuerung die Wasserverdunstung errechnet und in Abhängigkeit davon die Zufuhr des Nassgutes mittels eines Zuführbandes automatisch geregelt. Dadurch kann in optimaler Weise der Durchsatz sowie die vom Trockner zu erbringende Wasserverdunstung an die zur Verfügung stehende Heizenergie angepasst und der erforderliche Endfeuchtegehalt eingehalten werden.

Eine beispielhafte Anpassung des Produkt-Durchsatzes an die veränderte Heizleistungen ist aus folgender Tabelle ersichtlich:

Temperaturdifferenz T2R–T1R in [K]	T1R/T2R In [°C]	Heizleistung/Nennheizleistung in [%]	Massendurchsatz/Nennmassendurchsatz in [%]
60	15/75	100	100
45	15/60	75	71
30	15/45	50	46
20	15/35	33	32

Eine demgegenüber einfachere Verfahrensführung kann darin bestehen, dass – allerdings unter Inkaufnahme einer geringeren Genauigkeit – ausschließlich die Heizleistung ermittelt wird und davon abhängig die entsprechende Veränderung des Durchsatzes vorgenommen wird. Der Einfluss des Eingangsfeuchtegehaltes des Nassproduktes bleibt dabei unberücksichtigt und es muss die Kenntnis eines guten Betriebspunktes bei Nennheizlast vorhanden sein. Die Feuchtgutzuführung wird analog der Veränderung der Heizleistung abgewandelt.

Claims

Trocknungsanlage (4), mit einer Wärme liefernden Energiequelle, einer Trocknungszone, in welcher ein zu trocknendes Produkt getrocknet wird, einer Transporteinrichtung, welche das zu trocknendes Produkt als so genanntes Nassprodukt mit vergleichsweise höherem Feuchtegehalt in die Trocknungszone hinein fördert und das Produkt als so genanntes Trockenprodukt mit vergleichsweise geringerem Feuchtegehalt aus der Trocknungszone heraus fördert, und mit einer Anlagensteuerung, welche die als Trocknerdurchsatz bezeichnete Durchsatzleistung der Trocknungsanlage (4) beeinflussend wirksam mit der Transporteinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagensteuerung mit zur Erfassung der von der Energiequelle zur Verfügung stehende Heizleistung dienenden Sensoren wirksam verbunden ist, und den Trocknerdurchsatz an die zur Verfügung stehende Heizleistung anpassend ausgestaltet ist.
Trocknungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläse vorgesehen ist, welches Luft in die Trocknungszone fördert, und ein Wärmetauscher (3), welcher in Strömungsrichtung der Luft der Trocknungszone vorgeschaltet ist, wobei die vom Gebläse angesaugte Luft den Wärmetauscher (3) durchströmt und als erwärmte Trocknungsluft in die Trocknungszone gelangt, und die der Anlagensteuerung zugeordneten Sensoren derart ausgestaltet sind, dass sie zur Erfassung der durch den Wärmetauscher (3) übertragenen Heizleistung den Druck und die Druckdifferenz am Lufteintritt des Gebläses erfassen, wobei die Anlagensteuerung derart ausgestaltet ist, dass sie automatisch die Temperaturdifferenz am Wärmetauscher (3) anhand der von den Sensoren erfassten Daten berechnet.
Trocknungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Feuchtesensoren vorgesehen sind, welche die so genannte Eingangsfeuchte des Nassproduktes und die so genannte Ausgangsfeuchte des Trockenproduktes erfassen, und dass ein das Produkt durch die Trocknungsanlage (4) hindurch förderndes Förderorgan vorgesehen ist, sowie eine Waage, welche das Gewicht des durch die Trocknungsanlage (4) hindurch geförderte Produkts erfasst, wobei die Anlagensteuerung derart ausgestaltet ist, dass sie automatisch den Massendurchsatz der Trocknungsanlage (4) anhand der Daten von den Feuchtesensoren und von der Waage ermittelt und daraus die Wasserverdunstung sowie den erforderlichen Heizleistungsbedarf berechnet.
Trocknungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagensteuerung derart ausgestaltet ist, dass sie den Trocknerdurchsatz an die zur Verfügung stehende Heizleistung anpassend die Geschwindigkeit des Förderorgans beeinflusst.
Trocknungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagensteuerung derart ausgestaltet ist, dass sie den Trocknerdurchsatz an die zur Verfügung stehende Heizleistung anpassend die Geschwindigkeit eines Zuförderorgans beeinflusst, welches das Nassprodukt dem Förderorgan zufördert.
Trocknungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagensteuerung derart ausgestaltet ist, dass sie den Trocknerdurchsatz an die zur Verfügung stehende Heizleistung anpassend die Austragsleistung der Trocknungsanlage (4) beeinflusst, mit welcher das Trockenprodukt aus der Trocknungsanlage (4) heraus fördert wird.
Trocknungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsanlage (4) als Schubwendetrockner ausgestaltet ist, welche einen das Produkt wendenden und durch die Trocknungszone fördernden Wendewagen (7) aufweist.
Trocknungsanlage nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagensteuerung zur Beeinflussung der Austragsleistung die Förderwirkung des Wendewagen (7) beeinflussend wirksam mit dem Wendewagen (7) verbunden ist.
Trocknungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderorgan als Förderband ausgestaltet ist.
Trocknungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Waage als Bandwaage ausgestaltet ist.