-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Verarbeitung von Biomasse, vorzugsweise eine Anlage zur Herstellung von Papier, Pellets oder Werkstoffplatten, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Aus dem Stand der Technik sind Anlagen und die wesentlichen physikalischen Vorgänge in diesen Anlagen bereits bekannt.
DE 35 34 260 A1 offenbart ein Verfahren zum thermischen Trocknen temperaturempfindlicher Güter in Drehtrommeln, insbesondere von Biomasse. Es wird beschrieben, dass zur Trocknung in der Regel hochtemperierte Rauchgase direkt oder indirekt verwendet werden, um die Güter zu trocknen. Es wird insbesondere die Rückführung der Brüden (Abluft) des Trockners zur Wiederverwendung als Mischluft zur Regelung der Rauchgase vorgeschlagen, um Wärmeverluste zu vermeiden. Der überwiegende Anteil der feuchten Brüden wird aber dennoch an die Umgebung abgegeben, da in der Regel nicht so viel Brüden als Mischluft in Verbindung mit der Verbrennung genutzt werden können, um einen vollständigen Kreislauf sicherzustellen. Auch sind die Brüden bereits mit Feuchtigkeit belastet und ab einer zu hohen Feuchtigkeit wären die gemischten Rauchgase bei einer direkten Trocknung nicht mehr geeignet Feuchtigkeit aus dem Material aufzunehmen.
-
Aus
DE 42 17 116 A1 ist ein allgemeines Verfahren zur Reinigung von Luft bekannt geworden, mit dem Abluft oder Abgas mit Wasserdampf angereichert und daraufhin unter den für die betreffende Flüssigkeit geltenden Taupunkt abgekühlt wird. Es bildet sich ein Nebel aus, der die Luft verunreinigenden Stoffe aufnimmt und abgeschieden werden kann.
-
Diese physikalischen Vorgänge nutzt im Wesentlichen auch ein Nasselektrofilter, bei dem die Abluft eines Trockners mit Wasser besprüht und damit gesättigt wird. Die gesättigte Abluft wird schließlich ionisiert und Staub und Aerosole an den Elektroden abgeschieden, die wiederum mittels Wasserbesprühung gereinigt werden. Dieses Abwasser wird regeneriert und in der Regel wiederum für die Wasserbesprühung im Nasselektrofilter verwendet, wobei dennoch ein Großteil des Wassers durch die Aufsättigung des Wassers in die Abluft über einen Kamin entweicht. Grundsätzlich werden Nasselektrofilter so betrieben, dass die Menge des aufkommenden Abwassers möglichst gering bleibt.
-
Grundsätzlich ist es also bekannt, Abgase in industrieller Anwendung einer gezielten Sättigung in einem Sprühturm auszusetzen, wobei der Fachmann es in der Regel aber gezielt zu vermeiden weiß, unnötig Abwasser zu produzieren, dass regeneriert und gereinigt werden soll. Hierzu wird die Abluft in der Regel nur derart gesättigt, dass bei Abkühlung zwar ein gewisser Kondensationseffekt auftritt, dieser aber möglichst gering gehalten werden soll, vgl. hierzu die oben beschriebene Anwendung von Nasselektrofiltern.
-
Derartige Anlagen weisen somit aber immer eine großzügige Verwendung von Frischwasser in den einzelnen Anlagenteilen und natürlich im Sprühturm auf, da die Feuchtigkeit von der Abluft aufgenommen wird und über einen Kamin gasförmig abgegeben werden kann. Im Sinne des Umweltschutzes ist es nach heutigen Auflagen nur notwendig, die Abluft derart zu reinigen, dass diese keine oder nur eine geringe Menge an Schadstoffen enthält. Der Feuchteanteil der Abluft wird in der Regel nur berücksichtigt, wenn Nebelbildung und ein Abregnen in der direkten Umgebung vermieden werden soll, insbesondere in kalten Jahreszeiten.
-
Aus
DE 601 02 915 T2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftauen von Baumstämmen mittels heißen Wassers oder Dampfes bekannt geworden. Derartige Verfahren oder Anlagen können in dem vorliegenden Verfahren unter Umständen benutzt werden, wenn die Biomasse in der Form von Baumstämmen vorliegen sollte. Hierzu ist es aber notwendig heißes Wasser oder Dampf mittels einer teuren Primärenergie (Gas, Öl, Kohle, Holz ...) zu produzieren und die Baumstämme mit dem erhitzten Medium zu beregnen oder zu beaufschlagen. Auch hierzu ist es notwendig viel Frischwasser zu verwenden, das zu heißem Wasser oder Dampf verarbeitet werden muss.
-
In herkömmlichen Anlagen wird also verallgemeinert Biomasse verarbeitet, indem eine Trocknung der Biomasse in einem Trockner zu getrockneter Biomasse, die Abgabe der Abluft des Trockners in einem Kamin an die Umgebung und die Verarbeitung der getrockneten Biomasse in einem Teil der Anlage, bevorzugt in einer Verarbeitungsanlage zur Herstellung von Papier, Pellets oder Werkstoffplatten, geschieht.
-
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die technische Aufgabe, eine Anlage zu schaffen, bei denen die Verwendung von Frischwasser gegenüber dem Stand der Technik eingespart werden kann und/oder bei dem der Wirkungsgrad der Gesamtanlage durch Wiederverwendung der niederkalorischen Energie erhöht werden kann.
-
Die Lösung für die Anlage besteht darin, dass in der Anlage zwischen dem Trockner und dem Kamin ein Sprühturm zur Besprühung zumindest eines Feuchtigkeit enthaltenden Teilstromes der Abluft mit Wasser angeordnet ist, welcher geeignet ist, das durch die einhergehende Abkühlung der Abluft entstehende Kondensat zu sammeln und wobei Mittel in der Anlage vorgesehen sind, das aus dem Kondensat entstehende Abwasser zumindest Teilen der Anlage zur Befeuchtung und/oder Temperierung der Biomasse zuzuführen.
-
Im Wesentlichen wird dabei die Abluft mit Feuchtigkeit übersättigt, indem die Luftfeuchtigkeit der Abluft so lange angereichert wird, bis die Abluft keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen kann. Durch die parallele Abkühlung wird die Feuchtigkeit und die in der Luft enthaltene Wärme über das Kondensat der Abluft entnommen und im entstehenden Abwasser gespeichert. Die Abluft kühlt dementsprechend ab, die kondensierende Feuchtigkeit und auch das die Abluft durchströmende Wasser nimmt dabei eine höhere Temperatur an.
-
Somit entsteht ein hochtemperiertes Abwasser, dass zum einen direkt wieder zur Erwärmung respektive zum Auftauen der Biomasse verwendet werden kann, wobei es je nach Anwendungsfall zu einer indirekten oder direkten Erwärmung kommen kann. Bei einer direkten Erwärmung wird das Abwasser direkt wieder mit der Biomasse (bspw. Baumstämme) in Kontakt gebracht. Bei der Kontaktnahme findet aber in der Regel nicht nur eine Erwärmung statt, sondern Wasser wird auch durch die Biomasse in diesem Falle aufgenommen, anschließend aus der Biomasse im Trockner wieder herausgetrocknet und der Abluft übergeben, dort wieder im Sprühturm aus der Abluft herauskondensiert und kann somit wiederverwendet werden. Es ergibt sich ein nahezu geschlossener Kreislauf an Wasser. Auf alle Fälle wird somit erreicht, dass der Frischwasserverbrauch vergleichbarer Verfahren oder Anlagen deutlich gemindert wird und quasi nebenbei niederkalorische Energie in sinnvoller Weise weiter verwendet werden kann.
-
Die Vorteile der Erfindung umfassen also im Wesentlichen einzeln und vor allem in Kombination:
- – die Einsparung von Frischwasser;
- – die zumindest anteilige Wiederverwendung von Wasser in einem Kreislauf;
- – die Verwendung niederkalorischer Energie der Abgase zur Erhöhung der Energieeffizienz der Gesamtanlage;
- – die einfache und energetisch kostengünstigere Luftreinigung der Abgase gegenüber einer regenerativen thermischen Oxidation (RTO) oder einem Nasselektrofilter, oder falls diese dennoch notwendig ist zumindest eine erste Vor- oder Teilreinigung der Abgase.
-
Besonders hervorzuheben ist nun der Umstand, dass gegenüber der bisherigen Praxis, Frischwasser zum Auftauen oder Temperieren der Biomasse aufzuheizen und zu verwenden, nun anfallendes Abwasser sinnvoll dazu genutzt werden kann. Insbesondere wird dem Umstand Rechnung getragen, dass bisher Frischwasser beim Besprühen der Biomasse verwendet worden ist, das im Zuge der Temperierung durch die Biomasse aufgenommen, anschließend im Trockner der Trocknerabluft und anschließend an die Umgebung abgegeben wurde. Dieses Wasser wird nun im Wesentlichen im Kreis geführt und wiederverwendet, was den Frischwasserbedarf der Gesamtanlage deutlich senkt. Durch die Nutzung der niederkalorischen Energie ergibt sich sogar noch ein energetischer Vorteil, der die Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlage weiter deutlich verbessern.
-
In vorteilhafter Weise hat die erfindungsgemäße Anlage auch Vorteile bei einer möglichen Zuschaltung eines Nasselektrofilters, da dieser fast keine Frischwasserzufuhr benötigt, da die Abluft hier schon auf den notwendigen Gehalt auf gesättigt ist und es kann direkt zur Ionisierung übergegangen werden, um weitere Schadstoffe aus der Abluft zu entfernen.
-
Im Wesentlichen ist es also denkbar, dass die Temperierung oder die Befeuchtung mittels des entstehenden Abwassers in allen Anlagenteilen direkt oder indirekt, vollständig oder unterstützend, Verwendung finden könnte. Denkbar wäre eine Verwendung des Abwassers zur Herstellung von Dampf für die Bedampfung des zerkleinerten Holzes vor einer Pelletierung oder Verpressung. Auch eine Beimischung des Abwassers in die Leimflotte, mit einer eventuellen entsprechenden Erwärmung der Leimflotte ist denkbar. Notwendige Reinigungsmaßnahmen des Abwassers wird der Fachmann bei entsprechender Verwendung in Betracht ziehen, wenn dies angeraten scheint. Beispielsweise kann das Wasser im Wesentlichen ungereinigt direkt auf Baumstämme zur Erwärmung aufgesprüht werden, wohingegen die Verwendung des Abwassers beispielsweise in einer Leimflotte oder als Bedampfungsmittel eine entsprechende Vorreinigung oder pH-Wert Einstellung notwendig machen kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform kann somit das Abwasser zur Befeuchtung und/oder Temperierung der Biomasse in den dem Trockner vorgeschalteten Anlagenteilen verwendet werden.
-
Um Trocknungsenergie einzusparen oder wiederzuverwenden kann das Temperaturniveau der Biomasse vor der Trocknung in dem Trockner mittels des Abwassers direkt oder indirekt erhöht werden. Bevorzugt kann damit die Biomasse vor der Zerkleinerung und/oder vor der Trocknung aufgetaut werden. Dies wäre beispielsweise insbesondere im Winter notwendig oder auch für Anlagen sinnvoll, die in kalten Gegenden mit regelmäßigem Frost vorgesehen sind.
-
Bevorzugt kann die Biomasse vor und/oder nach der Trocknung in dem Trockner in einer Vorrichtung, bevorzugt in einem Hacker und/oder in einer Mühle, zerkleinert werden und im Bedarfsfall vorher und/oder nachher befeuchtet und/oder temperiert werden. Dies kann insbesondere sinnvoll sein bei der Verwendung von Biomasse aus Holzstämmen oder aus einer Wiederverwertung.
-
In einer möglichen Ausführungsform kann die Abluft zwischen Trockner und dem Sprühturm und/oder zwischen dem Sprühturm und dem Kamin in einer Reinigungsvorrichtung gereinigt werden, bevorzugt mittels eines Nasselektrofilters und/oder einer regenerativen thermischen Nachverbrennung.
-
In einer möglichen Ausführungsform kann zur Entschwadung der Abluft aus dem Kamin ein Teilstrom heißer Abluft vor dem Sprühturm abgezweigt oder aus einer anderen Quelle zugeführt werden und nach dem Sprühturm mit der kühleren Abluft aus dem Sprühturm vermischt werden. Derartig wird die Temperatur der Abluft und damit wieder die Aufnahmekapazität der Abluft wieder erhöht, was die relative Feuchtigkeit innerhalb der Abluft vermindert und eine Schwadenbildung außerhalb des Kamins bei entsprechender Abkühlung an der Umgebungsluft verhindern hilft.
-
Insbesondere kann auch vorgesehen sein das Abwasser zur Beheizung von zumindest Teilen der Anlage oder indirekt zur Einspeisung in ein Fernwärmesystem zu verwenden.
-
Anlagentechnisch kann es vorgesehen sein, dass zur direkten Nutzung des Abwassers Zerstäuber oder Dampferzeuger und/oder zur indirekten Nutzung Wärmetauscher angeordnet sind.
-
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Sprühturm zur Verwendung des Abwassers zur Befeuchtung und/oder Temperierung der Biomasse mit dem Trockner vorgeschalteten Anlagenteilen mittels Leitungen wirkverbunden ist. Leitungen sind in dem Sinne der Erfindung geeignete Rohrleitungen mit entsprechenden Antriebsmitteln (Pumpen), die geeignet sind, die notwendigen Fluide (Wasser, Abwasser, Frischwasser, Kondensat u.dgl.) an ihren Bestimmungsort zu führen. Leitungen können aber auch zur Luftführung angeordnet sein, wie unter anderem für die Rauchgase oder die Abluft.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anlage weiterhin zur Zerkleinerung der Biomasse vor und/oder nach der Trocknung in dem Trockner eine Zerkleinerungsvorrichtung, bevorzugt einen Hacker und/oder eine Mühle, umfasst.
-
In einer weiteren zusätzlichen Ausführungsform kann in der Anlage zur Reinigung der Abluft zwischen Trockner und dem Sprühturm und/oder zwischen dem Sprühturm und dem Kamin eine Reinigungsvorrichtung angeordnet sein, bevorzugt ein Nasselektrofilter und/oder eine regenerativ thermische Nachverbrennung.
-
In einer weiteren zusätzlichen Ausführungsform kann zur Entschwadung der Abluft aus dem Kamin Leitungen zur Abtrennung eines Teilstrom heißer Abluft vor dem Sprühturm angeordnet sein, die mit den Leitungen kühlerer Abluft aus dem Sprühturm zur Mischung wirkverbunden sind.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können Mittel zur Nutzung des Abwassers zur Beheizung von zumindest Teilen der Anlage oder zur indirekten Einspeisung in ein Fernwärmesystem angeordnet sein.
-
Das Verfahren und die Anlage sind unabhängig voneinander betreibbar; die Anlage kann aber auch insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignet sein.
-
Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit der Zeichnung hervor. Die in der Figurenbeschreibung dargestellten Kombinationsmöglichkeiten sind alle für sich alleine und eigenständig und in jeglicher Kombination verwertbar. Insbesondere sind einzelne Sätze auch als eigenständige Merkmale, ähnlich zu neuen Absätzen, zu bewerten.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Anlage nach dem Stand der Technik,
-
2 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage und
-
3 eine umfangreichere Darstellung nach 2.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage 1 nach dem Stand der Technik zur Verarbeitung von Biomasse zu einem nicht näher spezifizierten Endprodukt. Bevorzugt kann dieses Endprodukt Papier, Pellets, insbesondere zur Verbrennung in Feuerstellen oder auch eine Werkstoffplatte sein. Im vorliegenden Beispiel ist eine Anlage 1 zur Herstellung von Werkstoffplatten dargestellt, in der ein Lagerplatz 17 zur Lagerung von Holzstämmen 7 (als Biomasse B) und in Produktionsrichtung nachfolgend eine Temperierungsvorrichtung 4 angeordnet ist. In der Temperierungsvorrichtung 4 können vorzugsweise wahlweise mittels eines Wasserbades und/oder einer Beregnungsvorrichtung 9 die Baumstämme 7 temperiert, also vorzugsweise aufgewärmt oder sogar aufgetaut werden. Hierzu ist normalerweise eine Energieanlage 11 vorgesehen, die über eine Thermalölversorgung 20 und einen geeigneten Wärmetauscher 10 das Wasserbad und/oder einen Wasserkreislauf für die Beregnungsvorrichtung 9 mit Wärmeenergie versorgt. Der Wasserkreislauf weist einen Zulauf für Frischwasser FW auf, der das aus dem Kreislauf austretende Wasser substituiert, das entweder verdunstet oder von den Holzstämmen 7 aufgenommen wird. Die Holzstämme 7 werden anschließend in einer Zerkleinerungsvorrichtung, hier als Hacker 16 eingetragen, zerkleinert und als Hackschnitzel 8 über eine Eingangsschleuse 12 dem Trockner 13 zur Trocknung zugeführt. Die Eingangsschleuse 12, respektive der Trockner 13, wird direkt mittels einem Brenner (nicht dargestellt) oder indirekt über die Energieanlage 11 mit Rauchgas RG einer hohen Temperatur versorgt, um damit die Hackschnitzel 8 zu trocknen. In einer dem Trockner 13 nachgeordneten Ausgangsschleuse 18 werden die Hackschnitzel 8 von den Rauchgasen RG getrennt, wobei die Hackschnitzel 8 als trockene Biomasse BT in einer Verarbeitungsanlage 14, in der Regel über eine Thermalölversorgung 19 mit der Energieanlage 11 wirkverbunden, weiterverarbeitet werden. Die Abluft A aus dem Trockner 13, die die Feuchtigkeit aus dem Trocknungsvorgang aus dem Trockner 13 aufweist, wird einem Kamin 15 zur Übergabe an die Umgebungsluft zugeführt, wobei vor dem Kamin 15 noch eine Reinigungsvorrichtung 21, beispielsweise ein Nasselektrofilter oder dergleichen, angeordnet sein kann.
-
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 2 und 3 im Detail erläutert.
-
In einer vereinfachten Darstellung nach 2 wird die Behandlung der Biomasse durch zwei mögliche Arten (auch kombinatorisch anwendbar wie nach 1) an Temperierungsvorrichtungen 4 dargestellt, nach welchen die Biomasse B in den Trockner 13 gelangt und als trockene Biomasse BT in einer Verarbeitungsanlage 14 weiterverarbeitet wird. Erfindungsgemäß wird zumindest ein Teil der Abluft A aus dem Trockner 13 in einen Sprühturm 2 eingeleitet, in dem die aufsteigende Abluft A mittels einem Zerstäuber 3 mit Wasser W beaufschlagt wird. Durch die Abkühlung der Abluft A und die Direktkondensation entsteht Kondensat K, das als Abwasser AW aus dem Sprühturm 2 ausgetragen werden kann. Es ist nun vorgesehen, dieses Abwasser AW indirekt über einen Wärmetauscher 10 zur Beheizung der Temperierungsvorrichtung 4 zu verwenden, die hier beispielhaft als Wasserbad links unten dargestellt ist. Alternativ oder in Kombination kann das Abwasser AW auch direkt in einer Temperierungsvorrichtung 4 auf die Biomasse B mittels einer Beregnungsvorrichtung 9 aufgebracht werden. Das wieder aufgefangene Wasser W wird entsprechend abgekühlt wieder dem Zerstäuber 3 des Sprühturms 2 zugeführt. Auch hier wäre die direkte Verwendung des Wassers W in einem Wasserbad möglich.
-
In einer detailreicheren Darstellung, im Wesentlichen bestehend aus der Darstellung nach 2, werden die fehlenden Details aus 1 beispielhaft in einer Anlage 1 nach der Erfindung hinzugefügt, so dass sich nun ein Lagerplatz 17 ergibt, aus dem zu temperierende Holzstämme 7 in eine Temperierungsvorrichtung 4 eingebracht werden und dort in einem Wasserbad und/oder mittels einer Beregnungsvorrichtung 9 temperiert, vorzugsweise aufgetaut werden. Das hierzu notwendige Wasser wird als Abwasser AW aus dem Sprühturm 2 gefördert. Das zurückgeleitete Wasser W wird anschließend wieder im Sprühturm 2 mittels eines Zerstäubers 3 entgegen der Abluft A eingesetzt um die Abluft A abzukühlen und die Feuchtigkeit aus der Abluft A auszukondensieren (Direktkondensation). Die Abluft A wird nach dem Sprühturm 2 vorzugsweise in einer Reinigungsvorrichtung 21, beispielsweise einem Nasselektrofilter oder einem RTO, endgereinigt und anschließend über den Kamin 15 an die Umgebung abgegeben. Um zu vermeiden, dass die sehr feuchte Luft (übersättigt aus der Direktkondensation) in den Leitungen ab dem Sprühturm oder in der Umgebungsluft übermäßig kondensiert, wäre es möglich einen Teil der Abluft A vor dem Sprühturm 2 abzuzweigen und nach dem Sprühturm 2 wieder mit der restlichen Abluft A zu vereinigen. Durch die sich einstellende deutliche Temperaturerhöhung senkt sich die relative Feuchtigkeit in der Abluft A vor der Reinigungsvorrichtung 21 oder dem Kamin 15 deutlich. In einer Alternative, aber insbesondere in einer bevorzugten additiven Ausführungsform, kann das aus dem Kondensat K entstehende Abwasser AW für die Unterstützung weiterer Verbraucher oder der Heizung von Anlagenteilen oder Hallen der Anlage verwendet werden und wird hierzu über einen Wärmetauscher 10 zur Aufnahme der niederkalorischen Energien durch geeignete Verbraucher, hier die Verarbeitungsanlage 14 oder eine weitere Temperierungsvorrichtung 4‘ vor dem Trockner 13 geleitet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Anlage
- 2
- Sprühturm
- 3
- Zerstäuber
- 4
- Temperierungsvorrichtung
- 5
-
- 6
-
- 7
- Holzstamm
- 8
- Hackschnitzel
- 9
- Beregnungsvorrichtung
- 10
- Wärmetauscher
- 11
- Energieanlage
- 12
- Eingangsschleuse
- 13
- Trockner
- 14
- Verarbeitungsanlage
- 15
- Kamin
- 16
- Hacker
- 17
- Lagerplatz
- 18
- Ausgangsschleuse
- 19
- Thermalölversorgung für 14
- 20
- Thermalölversorgung für 10
- 21
- Reinigungsvorrichtung
- B
- Biomasse
- BT
- trockene Biomasse
- RG
- Rauchgase
- A
- Abluft
- FW
- Frischwasser
- W
- Wasser
- K
- Kondensat
- AW
- Abwasser
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3534260 A1 [0002]
- DE 4217116 A1 [0003]
- DE 60102915 T2 [0007]
