EP0632242B1 - Trocknung und/oder Erhitzung von rieselfähigem Material - Google Patents

Trocknung und/oder Erhitzung von rieselfähigem Material Download PDF

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EP0632242B1
EP0632242B1 EP94108846A EP94108846A EP0632242B1 EP 0632242 B1 EP0632242 B1 EP 0632242B1 EP 94108846 A EP94108846 A EP 94108846A EP 94108846 A EP94108846 A EP 94108846A EP 0632242 B1 EP0632242 B1 EP 0632242B1
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EP
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drying
burner
waste
temperature
drying drum
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U Ammann Maschinenfabrik AG
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U Ammann Maschinenfabrik AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B11/00—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive
    • F26B11/02—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles
    • F26B11/04—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles rotating about a horizontal or slightly-inclined axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B23/00—Heating arrangements
    • F26B23/02—Heating arrangements using combustion heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B25/00—Details of general application not covered by group F26B21/00 or F26B23/00
    • F26B25/22—Controlling the drying process in dependence on liquid content of solid materials or objects

Definitions

  • the invention relates to a method for drying and / or heating free-flowing Material in a drying drum, especially in asphalt plants, and a device to carry out the procedure.
  • FR-A 2 274 882 is a drying system with a drying drum for dewatering known from agricultural products and animal feed.
  • the drying drum was heated with a burner. According to the state of the art described in this document, the Temperature of the exhaust gas leaving the drying drum measured. Using only this temperature value, one was then Control of the fuel inflow made for the burner.
  • Free-flowing material consisting of minerals, e.g. for asphalt production must be dried and heated.
  • a mineral so-called new material, crushed rock material - limestone, dolomite, granite, etc. - comes out differently Grain and surface properties as well as sands and gravel in question.
  • asphalt lining material is also used, in particular with the addition of New material used for asphalt production.
  • the inflow of the amount of fuel supplied means per unit of time.
  • Material parameters are particularly important their grain size, grain size composition, Surface quality of the material particles, their material-specific thermal conductivity and heat capacity as well as their "transport properties" by the Understanding the firing or drying drum.
  • the invention solves the problem of heating or Drying process for the material to be used in this way to control that a combustion-technically optimal, Low pollutant process flow is given the operating parameters (burner output, etc.) of the device not because of a too hot or too cold End material are changed, but the device in such a way is operated that such deviations even not or only with the slightest deviations from the norm values occur, causing material deterioration through the heating process can be excluded.
  • the amount of pollutants emitted by the exhaust gases is achieved by fine adjustment of the feed to the burner Combustion air kept low.
  • the merger has proven to be particularly advantageous a device for drying and heating new material with a device in which expanded asphalt is dried and is heated. Exhaust gases from the asphalt processing device together with the exhaust gases the device for new material by one and the same Filter arrangement directed, so prefer to store organic vapors from the asphalt during the the drying and heating process of the new material whirled up dust particles and can then together are eliminated in the filter arrangement.
  • FIG. 1 is a block diagram of a device for drying and heating free-flowing new material, for. B. consisting of sand, gravel and crushed mineral and asphalt.
  • the device has a drying drum 1a rotatable about the longitudinal axis 2 for the new material and a drying drum 1b for the asphalt.
  • the device 1a is first described, which has a pre-drum 4a upstream of a firing drum 3a .
  • a burner 5a for heating oil, gas or heavy oil as the fuel is flanged to the front of the firing drum 3a .
  • a transport device 7a for the free-flowing new material is arranged on the front side of the drying drum 1a opposite the burner 5a . The material is moved in countercurrent mode through the drying drum 1a and exits dried and heated to a predetermined temperature through a material outlet 9a below the burner 5a .
  • the drying drum 1a has internals (not shown) which mix and circulate the introduced material.
  • the drying drum 1a is set with motors, of which only a single motor 11a is shown schematically, to a predetermined number of revolutions and, by means of a lifting and lowering mechanism 13a, to a selected inclination with respect to the horizontal.
  • an exhaust pipe 15a which is connected to a filter arrangement 17 consisting of several individual filters (three are shown schematically in FIG. 1 ).
  • the filter arrangement 17 is connected to a chimney 21 via a fan 19 which is adjustable in its delivery capacity.
  • the fan output is set in such a way that a negative pressure of about 5 to 15 mm water column results from the environment.
  • the negative pressure to be set depends on the burner output and the amount of fine material whirled up from the new material and is set in such a way that no dust escapes from the openings in the device (material inlet and outlet).
  • the burner output is also dependent on the temperature of the intake combustion air as an oxygen carrier, since warm combustion air (summer) contains less oxygen per unit volume than cold; however, cold combustion air must be heated up more than warm air.
  • the fine regulation of the pressures in the two devices 1a and 1b is carried out by a throttle valve 20a or 20b which can be controlled by the control device 29 .
  • the filter arrangement 17 serves, among other things, to filter out dusts contained in the exhaust gases, which mainly originate from the free-flowing material and are whirled up during the drying and heating process. These filtered dusts are e.g. B. removed by a blast of compressed air on only one of the three filters that have been shut down for a short period of time and can be added to it later during asphalt production according to the recipe.
  • a measuring arrangement 22a is arranged in the exhaust line 15a in front of the filter arrangement 17 as a measuring device for measuring the pressure, the temperature and the humidity of the exhaust gases enriched with the evaporation products originating from the drying and combustion process.
  • the measuring arrangement 22a serves, among other things, to control the heat absorption, in particular heating (reaching a predetermined final temperature of the new material) and drying of the new material, so that the exhaust gases do not reach the dew point even at the coldest point of the exhaust gas line 15a , the chimney 22 and the filter arrangement 17 to reach.
  • the temperature of the new material is adjusted in particular by controlling the burner output. Reaching the dew point in the filter arrangement 17 would cancel its gas permeability and thus bring the device to a standstill. If the dew point is reached at a point in the exhaust pipe 15a ( 15b ) or the chimney 21 , this can cause damage to the latter due to the formation of acid.
  • a measuring arrangement 24a for determining the gas composition of the exhaust gases is also installed in the exhaust line 15a .
  • the measuring arrangement 24a in particular determines the CO and oxygen content in the exhaust gases. However, an NO x and CH x measurement could also be carried out.
  • the free-flowing material to be dried and heated is stored separately in several silos 23a - c according to grain size.
  • the moisture content of the material in question is measured with moisture sensors 25a - c as a measuring device.
  • the material flow of the material to be discharged from the silos 23a - c in accordance with the prescribed recipe is set by a control device 29 via material metering devices 26a - c and monitored with material flow sensors 27a - c as a further measuring device.
  • the material metering devices 26a - c are not explicitly shown.
  • the material flow conveyed results from the measured partial weight and the belt conveyor speed.
  • the moisture sensors 25a - c and the material flow sensors 27a - c are also connected to the control device 29 for process control, in whose data memory 43 the values for the recipes are also stored. Also connected to the control device 29 are the motor 11a , the lifting and lowering mechanism 13a , the metering devices 31a and 32a for the fuel and the combustion air to the burner 5a , an adjusting device 33 for the fan 19 and the measuring arrangements 22a and 24a .
  • the temperature of the dried and heated virgin material emerging at the material outlet 9a is measured with a temperature measuring device 28a .
  • the heated material is then conveyed into a hot silo 35a .
  • it can be temporarily stored for a few hours or used directly for asphalt production by mixing binders and fillers in a mixer 37a .
  • the finished mixed asphalt is now used up directly as a covering or temporarily stored in a asphalt silo 39a for a few hours for later use.
  • the downstream silos 35a and 39a which are to be used in particular for intermediate storage, and their conveying devices are equipped with temperature measuring devices 41a and 41b , which are connected to the control device 29 .
  • the burner output is now set by controlling the metering devices 31a and 32a in such a way that the heated material has the necessary temperature even with possible cooling in the downstream modules 35a, 37a and 39a .
  • the device 1b for drying and heating recycling material, in particular asphalt is constructed analogously to the device 1a for the new material.
  • the device 1b operates in direct current operation.
  • the device 1b has, analogously to the assemblies of the device 1a , a firing drum 3b , a pre-drum 4b , a burner 5b , a transport device 7b , a material outlet 9b for the heated and dried lining material, drive motors 11b for the drum 3b / 4b , a lifting and lowering device 13b, an exhaust pipe 15b, a measuring arrangement 22b schematically three silos 23d - f for different to be dried and to be heated proppant, three humidity sensors 25d - f, three Materialflußsensoren 27d - f, three Materialdosier streetsen 26d - f, a temperature measuring device 28b for the final temperature of the heated lining material and analog modules 35b and 41c used for the material storage.
  • the exhaust pipes schematically three silos 23d - f
  • the exhaust pipe 15b of the asphalt processing device 1b can also be connected to an exhaust air connector 47 on the burner 5a of the device 1a .
  • the exhaust gases are passed through the burner 5a and undergo a combustion and cracking process which affects in particular the organic compounds in the exhaust gases from the asphalt.
  • the heated and dried lining material is conveyed into the hot silo or asphalt silo, possibly by mixing, with new material and filler.
  • typical basic values for the control of the metering devices 31a / b , 32a / b and 26a - f are set in a device-specific manner and stored in the data memory 43 .
  • the combustion is now adjusted via the metering devices 31a / b and 32a / b connected to the control device 29 in such a way that a high firing efficiency with minimal pollutant emission results at a predetermined material end temperature.
  • the fine adjustment of the metering devices 31a / b and 32a / b is then carried out continuously during operation by measuring the actual pollutant values with the measuring arrangement 24a / b .
  • the continuously measured pollutant values are also stored in data memory 43 as a function of time.
  • the timing of the metering devices 31a / b and 32a / b is then carried out in accordance with this timing control curve, which in turn is then corrected by the new measured values.
  • This "teach-in" process for burner output and pollutant reduction is intended to determine the best possible operating data.
  • a weighting of new data can be undertaken which B. only causes the same results several times.
  • the data stored in a time-dependent manner in addition to adapting to changes in time due to the recipe, material input data, etc., allow the devices 1a and 1b to be optimally moved in and out.
  • a firing drum In order to achieve a perfect setting of a low-pollutant combustion in the firing drum 3a / b , a firing drum should be used in which no free-flowing material and also no dust or vapors whirled up by it can get into the burner flame.
  • a drum is z. B. in the Swiss patent application application no. 01 500 / 93-9.
  • the pressure of the exhaust gases is determined with the measuring arrangement 22a / b .
  • the dew point of the exhaust gases depends on their temperature, pressure and moisture content.
  • the exhaust gases must never come near their dew point in the area of the filter arrangement 17 , since otherwise the filter arrangement 17 is no longer effective and can close, as a result of which the device no longer functions.
  • the inflow of the fuel M in kg / h required for drying and / or heating the material is determined in a first control process ("primary control”) as follows: a second control process (“secondary control”) acting here in particular via the exhaust gas flow I described below.
  • first control process a first control process
  • second control a second control process acting here in particular via the exhaust gas flow I described below.
  • the material outlet temperature C measured at the drum outlet 9a with the temperature measuring device 28a is 180 ° C.
  • the ambient temperature k is assumed to be 0 ° C, for example.
  • the enthalpy i of water vapor is 650 kcal / kg.
  • the lower calorific value c in [kcal / kg] for various fuels can be found in Table 1 below.
  • the combustion air flow a [Nm 3 / kg] and the exhaust gas flow b [Nm 3 / kg] set only for the combustion with the metering device 32a are loaded with water vapor or the dry exhaust gas flow e [Nm 3 / kg] without water vapor is shown in Table 1 below for the different fuels.
  • Natural gas CH or NL denotes natural gas commonly used in Switzerland or the Netherlands.
  • the material to be dried and heated has an initial moisture of 4%.
  • the exhaust gas temperature is 74 ° C, ie 10 ° C above the dew point temperature of 64 ° C.
  • the combustion efficiency r of 90.6% results from FIG .
  • the initial material moisture is 8% and the burner output is set to 11.46 MW.
  • the dew point is 69 ° C and the exhaust gas temperature is 74 ° C. This difference between exhaust gas temperature and dew point of only 5 ° C is somewhat small. For safety reasons, it should be 10 ° C. so that air flow differences and the thermal insulation of the filter arrangement 17 are not critical.
  • an excess air figure can now be obtained of 2.0, which results in a Burner output of 8.0 MW with an efficiency ⁇ of 91.3% at a dew point of 68 ° C and an exhaust gas temperature of 78 ° C results.
  • the firing efficiency ⁇ has thus increased by 0.7%, resulting in a reduction the burner output by 0.08 MW is possible.
  • the burner 3a can be controlled by the control device 29 , as set out above.
  • the measuring arrangement 24a acts via the control device 29 on the metering devices 31a and 32a , so that a total carbon content of approximately 50 mg.m -3 with a CO content of 100 mg.m -3 and a NO x content below 50 in the exhaust gases mg ⁇ m -3 can be observed.
  • sensors 25a to 25f and 27a to 27f instead of sensors 25a to 25f and 27a to 27f , only one moisture and one material flow sensor can be used, which measures the properties of the mixture.
  • FIG. 3a / b upstream preturret 4a / b arranged blades are adjusted in position in the interior of the burning drum.
  • the material to be dried and heated plunges as a "curtain" through the pre-drum 4a / b , through which the hot exhaust gases pass.
  • the angular position to the drum axis can now be adjusted so that a denser or less dense "material curtain" results which influences the material dwell time in the drum.
  • the adjustment is carried out by adjusting units (not shown) controlled by the control device 29 in accordance with the measured values of the above-mentioned sensors for the material input and exhaust gas values.
  • the two devices can also be operated separately from one another.
  • the "distance" of the exhaust gas values from the dew point, which in particular endangers the filter arrangement 17, can also be monitored with a psychrometric sensor.
  • the proportion of "false air” entering the device which worsens the efficiency ⁇ of the device, can be reduced by keeping the free material outlet opening 9a / b and the opening for the material inlet as small as possible.
  • the air fraction caused by the false air is also recorded.
  • the two measuring arrangements 22a and 22b for the exhaust gas composition and the two measuring arrangements 24a and 24b for monitoring an approach to the dew point it is also possible to work with only a single measuring arrangement. However, if two measuring arrangements are used, the burner can be controlled more simply and safely.
  • the measuring devices 22a / b and 24a / b can be arranged as only one measuring device behind the filter arrangement 17 .
  • the amount of processing asphalt to be introduced into the pre-drum 4b can also be regulated by controlling the metering devices 26d - f .
  • a hot gas can also be generated externally, which is then blown in.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung und/oder Erhitzung von rieselfähigem Material in einer Trockentrommel, insbesondere in Asphaltanlagen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der FR-A 2 274 882 ist eine Trocknungsanlage mit einer Trockentrommel zum Entwässern von landwirtschaftlichen Produkten und Viehfutter bekannt. Die Trockentrommel wurde mit einem Brenner beheizt. Nach dem in diesem Dokument beschriebenen Stand der Technik wurde die Temperatur des aus der Trockentrommel austretenden Abgases gemessen. Unter Verwendung nur dieses Temperaturwertes wurde dann eine Steuerung des Brennmittel zuflusses für den Brenner vorgenommen.
Rieselfähiges Material bestehend aus Mineralien, wie sie z.B. für die Asphaltherstellung verwendet werden, muß getrocknet und erhitzt werden. Als Mineral, sog. Neumaterial, kommt zerkleinertes Gesteinsmaterial - Kalkstein, Dolomit, Granit, etc. - unterschiedlicher Körnung und Oberflächenbeschaffenheit sowie Sande und Kiese in Frage.
Neben Neumaterial wird auch Asphaltausbaumaterial insbesondere unter Zusetzen von Neumaterial für die Asphaltherstellung verwendet.
Für den Brenner können je nach konstruktiver Ausführung gasförmige, flüssige und feste Brennmittel eingesetzt werden, wobei deren Zufluß die zugeführte Brennmittelmenge pro Zeiteinheit bedeutet.
Unter den physikalischen, in Zusammenhang mit dem Wärmeaufnahmevorgang des zu trocknenden und/oder zu erhitzenden Materials stehenden Mineralkenngrößen werden insbesondere deren Korngröße, korngrößenmengenmäßige Zusammensetzung, Oberflächenbeschaffenheit der Materialpartikel, deren materialspezifische Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität sowie deren "Transporteigenschaften" durch die Brenn- bzw. Trockentrommel hindurch verstanden.
Die Erfindung löst die Aufgabe, den Erhitzungs- bzw. Trocknungsprozeß für das zu verwendenden Material derart zu steuern, daß ein feuerungstechnisch optimaler, schadstoffarmer Prozeßablauf gegeben ist, wobei die Betriebsparameter (Brennerleistung, etc.) der Vorrichtung nicht erst aufgrund eines zu heißen oder zu kalten Endmaterials geändert werden, sondern die Vorrichtung derart betrieben wird, daß derartige Abweichungen erst gar nicht oder nur mit geringsten Abweichungen von den Normwerten auftreten, wodurch Materialverschlechterungen durch den Erhitzungsprozeß ausgeschlossen werden.
Die Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst.
Um das gesetzte Ziel zu erreichen, werden zwei Regelungsvorgänge, wie unten ausgeführt ist, miteinander z. B. unter Auswertung von Datenfeldern verbunden. Es können zwar zu Kontroll- und Sicherheitszwecken noch die "Endwerte" des getrockneten und/oder erhitzten Materials gemessen werden. Hauptaugenmerk wird jedoch auf die Eingangsdaten, wie u.a. Feuchtigkeit, Korngröße des Materials und deren Mengenverhältnis sowie absolute Mengen, Zusammensetzung des Brennmittels, dessen Fluß sowie dem Fluß des Sauerstoffträgers (der Verbrennungsluft) und der Zusammensetzung und Menge der Abgase u. a. zur Bestimmung des Schadstoffgehaltes und Ermittlung einer optimalen Verbrennung auch in zeitlichen Ablauf insbesondere beim An- und Ausfahren der Vorrichtung gelegt. Da die Mengen der unterschiedlichen Korngrößen bestimmt oder nach vorgegebenem "Rezept" mit bekannten physikalischen Mineralkenngrößen zusammengemischt werden, kann hieraus die benötigte optimale Brennerleistung unter Berücksichtigung der Materialanfangsfeuchte bestimmt werden, um dieses Gemisch dann auf eine vorgegebene Temperatur mit möglichst geringer Restfeuchte zu erhitzen.
Aufgrund abgespeicherter Daten bzw. Datenfelder, welche durch Istabgasdaten laufend korrigiert werden, kann eine optimale Verbrennung eingestellt werden. Hierdurch ergibt sich ein hoher feuerungstechnischer Wirkungsgrad bei kontrolliertem, möglichst minimalem Schadstoffausstoß, wobei hierzu die Abgastemperatur der Vorrichtung so tief wie möglich gehalten wird, ohne daß der Taupunkt in den Abgasleitungen, dem Kamin oder der Filteranordnung an deren kältesten Stellen erreicht wird. Durch die laufenden Messungen wird außerdem eine zu hohe Temperatur der Abgase vermieden, welche die Filteranordnung ebenfalls schädigen könnte.
Unter dem Taupunkt wird in einem Druck-Temperatur-Feuchte-Diagramm der Ort verstanden, bei dem ein an sich ungesättigtes Gas-Dampf-Gemisch in die Sättigung übergeht. Die ausfallenden Flüssigkeitstropfen würden die Filteranordnung innerhalb kürzester Zeit verschließen und eventuell auch zerstören.
Die Menge der mit den Abgasen ausgestoßenen Schadstoffe wird durch eine Feinregulierung der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft niedrig gehalten.
Durch die vorteilhafte Steuerung der Umdrehungszahl der Trockentrommel bzw. deren Neigung gegenüber der Horizontalen sowie auch der Verstellung der in den Trommeln angeordneten Schaufeln zum Umwälzen des Materials ergibt sich eine stärkere oder schwächere "Durchwirbelung" des Materials, sowie eine unterschiedlich lange "Kontaktzeit" mit den Flammenabgasen bzw. den durch die Brennerflamme erhitzten Trommelwandungen bzw. -einbauten. Hierdurch ist der "Wärmefluß" ins Material einstellbar, wodurch der Prozeß der Feuchtigkeitsabgabe sowie des Wärmeübergangs an das Material beeinflußbar ist. Der Trocknungs- und/oder Erhitzungsvorgang des Materials ist mit dem ersten Regelungsvorgang nicht nur durch die Brennerleistung, sondern auch durch die gerade geschilderten Einstellungsmöglichkeiten an der Trockentrommel beeinflußbar.
Als besonders vorteilhaft hat sich der Zusammenschluß einer Vorrichtung zum Trocknen und Erhitzen von Neumaterial mit einer Vorrichtung, in der Ausbauasphalt getrocknet und erhitzt wird, erwiesen. Werden die Abgase der Ausbauasphaltverarbeitungsvorrichtung zusammen mit den Abgasen der Vorrichtung für Neumaterial durch ein- und dieselbe Filteranordnung geleitet, so lagern sich bevorzugt die organischen Dämpfe aus dem Ausbauasphalt an den während des Trocknungs- und Erhitzungsverfahrens des Neumaterials aufgewirbelten Staubpartikeln an und können dann zusammen in der Filteranordnung ausgeschieden werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung anhand von Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
ein Blockschaltbild der Vorrichtung und
Fig. 2
ein Diagramm zur Bestimmung des feuerungstechnischen Wirkungsgrads der Vorrichtung bei einem Materialdurchsatz von 100t/h, wobei das Eingangsmaterial eine Feuchte von 4% und eine Temperatur von 0°C hat und auf 180°C aufgeheizt wird. Die Abgastemperatur der Vorrichtung ist als Ordinate in Abhängigkeit der Luftüberschußzahl Lambda als Abszisse mit dem feuerungstechnischen Wirkungsgrad der Vorrichtung als Parameter dargestellt.
In Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Trocknen und Erhitzen von rieselfähigem Neumaterial, z. B. bestehend aus Sand, Kies und zerkleinertem Mineral und von Ausbauasphalt dargestellt. Die Vorrichtung hat eine um die Längsachse 2 drehbare Trockentrommel 1a für das Neumaterial und eine Trockentrommel 1b für den Ausbauasphalt. Nachfolgend wird zuerst die Vorrichtung 1a beschrieben, welche eine einer Brenntrommel 3a vorgelagerte Vortrommel 4a aufweist. An die Brenntrommel 3a ist stirnseitig ein Brenner 5a für Heizöl, Gas oder Schweröl als Brennmittel angeflanscht. An der dem Brenner 5a gegenüberliegenden Stirnseite der Trockentrommel 1a ist eine Transporteinrichtung 7a für das rieselfähige, Neumaterial angeordnet. Das Material wird im Gegenstrombetrieb durch die Trockentrommel 1a bewegt und tritt getrocknet und auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt durch einen Materialaustritt 9a unterhalb des Brenners 5a aus.
Die Trockentrommel 1a hat in ihrem Inneren (nicht dargestellte) Einbauten, welche das eingebrachte Material durchmischen und umwälzen. Die Trockentrommel 1a wird mit Motoren, von denen schematisch nur ein einziger Motor 11a dargestellt ist, in eine vorgegebene Umdrehungszahl und über einen Hebe- und Senkmechanismus 13a in eine ausgewählte Neigung gegenüber der Horizontalen eingestellt.
Im vorderen Bereich der Trockentrommel 1a - links in Figur 1 - ist eine Abgasleitung 15a angeordnet, welche mit einer Filteranordnung 17, bestehend aus mehreren Einzelfiltern (schematisch sind drei in Figur 1 dargestellt), verbunden ist. Die Filteranordnung 17 steht über einen in seiner Förderleistung verstellbaren Ventilator 19 mit einem Kamin 21 in Verbindung. Die Ventilatorleistung wird derart eingestellt, daß gegenüber der Umgebung ein Unterdruck von etwa 5 bis 15 mm Wassersäule sich ergibt. Der einzustellende Unterdruck richtet sich nach der Brennerleistung und der auftretenden Menge aufgewirbeltem Feinmaterial vom Neumaterial und wird derart eingestellt, daß aus den Öffnungen der Vorrichtung (Materialein- und -auslaß) kein Staub austritt. Die Brennerleistung ist zudem noch von der Temperatur der angesaugten Verbrennungsluft als Sauerstoffträger abhängig, da warme Verbrennungsluft (Sommer) pro Volumeneinheit weniger Sauerstoff als kalte enthält; es muß jedoch kalte Verbrennungsluft stärker aufgeheizt werden als warme. Die Feinregulierung der Drücke in den beiden Vorrichtungen 1a und 1b wird durch je eine von der Regeleinrichtung 29 steuerbare Drosselklappe 20a bzw. 20b vorgenommen.
Die Filteranordnung 17 dient dazu, u. a. in den Abgasen enthaltene Stäube, welche hauptsächlich aus dem rieselfähigen Material stammen und während des Trocknungs- und Erhitzungsprozesses aufgewirbelt werden, auszufiltern. Diese ausgefilterten Stäube werden z. B. durch einen Druckluftstoß auf jeweils nur eines der drei, für einen kurzen Zeitraum stillgelegten Filter entfernt und können später bei der Asphaltherstellung diesem gemäß Rezept beigemischt werden. In der Abgasleitung 15a ist vor der Filteranordnung 17 eine Meßanordnung 22a als Meßeinrichtung zur Messung des Drucks, der Temperatur und der Feuchte der mit den Verdampfungsprodukten, stammend aus dem Trocknungs- und Verbrennungsprozeß, angereicherten Abgase angeordnet. Die Meßanordnung 22a dient u. a. dazu, die Wärmeaufnahme, insbesondere Erhitzung (Erreichen einer vorgegebenen Endtemperatur des Neumaterials) und Trocknung des Neumaterials so zu steuern, daß die Abgase auch an der kältesten Stelle der Abgasleitung 15a, des Kamins 22 und der Filteranordnung 17 den Taupunkt nicht erreichen. Durch die Steuerung der Brennerleistung wird insbesondere die Temperatur des Neumaterials eingestellt. Das Erreichen des Taupunkts in der Filteranordnung 17 würde deren Gasdurchlässigkeit aufheben und somit die Vorrichtung zum Stillstand bringen. Wird der Taupunkt an einer Stelle in der Abgasleitung 15a (15b) oder dem Kamin 21 erreicht, so kann das Schäden an diesen infolge von Säurebildung hervorrufen. Ebenfalls ist in der Abgasleitung 15a eine Meßanordnung 24a zur Bestimmung der Gaszusammensetzung der Abgase eingebaut. Mit der Meßanordnung 24a wird insbesondere der CO- und Sauerstoffgehalt in den Abgasen bestimmt. Es könnte jedoch zusätzlich auch eine NOx- und CHx-Messung vorgenommen werden.
Das zu trocknende und zu erhitzende rieselfähige Material ist getrennt nach Korngrößen in mehreren Silos 23a - c gelagert. In diesen Silos 23a - c erfolgt eine Messung des Feuchtigkeitsgehalts des betreffenden Materials mit Feuchtigkeitssensoren 25a - c als Meßeinrichtung. Der Materialfluß des gemäß vorgegebenem Rezept aus den Silos 23a - c abzugegebenden Materials wird über Materialdosiereinrichtungen 26a - c von einer Steuereinrichtung 29 eingestellt und mit Materialflußsensoren 27a - c als weitere Meßeinrichtung überwacht. Die Materialdosiereinrichtungen 26a - c sind nicht explizit dargestellt. Der geförderte Materialfluß ergibt sich aus dem gemessenen Teilgewicht und der Bandfördergeschwindigkeit. Die Feuchtigkeitssensoren 25a - c und die Materialflußsensoren 27a - c sind ebenfalls mit der Steuereinrichtung 29 zur Verfahrenssteuerung verbunden, in deren Datenspeicher 43 auch die Werte für die Rezepte abgelegt sind. Ebenfalls mit der Steuereinrichtung 29 sind der Motor 11a, der Hebe- und Senkmechanismus 13a, die Dosiereinrichtungen 31a und 32a für das Brennmittel und die Verbrennungsluft zum Brenner 5a, eine Verstelleinrichtung 33 für den Ventilator 19 sowie die Meßanordnungen 22a und 24a verbunden.
Die Temperatur des am Materialaustritt 9a austretenden getrockneten und erhitzten Neumaterials wird mit einer Temperaturmeßeinrichtung 28a gemessen. Anschließend wird das erhitzte Material in einen Heißsilo 35a gefördert. Hier kann es nun für einige Stunden zwischengelagert oder direkt zur Asphaltherstellung verwendet werden, indem Bindemittel und Filler in einem Mischer 37a zugemischt werden. Der fertig gemischte Asphalt wird nun als Belag direkt aufgebraucht oder kurzzeitig für einige Stunden zur späteren Verwendung in einem Asphaltsilo 39a zwischengelagert.
Damit das zwischengelagerte Material zu einem späteren Zeitpunkt mit der richtigen Temperatur verarbeitet werden kann, sind die nachgeschalteten, insbesondere für die Zwischenlagerung zu verwendenden Silos 35a und 39a sowie deren Fördereinrichtungen mit Temperaturmeßeinrichtungen 41a und 41b ausgerüstet, welche mit der Steuereinrichtung 29 verbunden sind. Die Brennerleistung wird nun durch Steuerung der Dosiereinrichtungen 31a und 32a so eingestellt, daß das erhitzte Material die notwendige Temperatur auch noch unter eventueller Abkühlung in den nachgeschalteten Baugruppen 35a, 37a und 39a aufweist.
Die Vorrichtung 1b zum Trocknen und Erhitzen von Recyclingsmaterial, insbesondere von Ausbauasphalt ist analog zur Vorrichtung 1a für das Neumaterial aufgebaut. Im Gegensatz zur Vorrichtung 1a, welche im Gegenstrombetrieb gefahren wird, arbeitet die Vorrichtung 1b im Gleichstrombetrieb. Die Vorrichtung 1b weist analog zu den Baugruppen der Vorrichtung 1a eine Brenntrommel 3b, eine Vortrommel 4b, einen Brenner 5b, eine Transporteinrichtung 7b, einen Materialaustritt 9b für das erhitzte und getrocknete Ausbaumaterial, Antriebsmotore 11b für die Trommel 3b/4b, eine Hebe- und Senkeinrichtung 13b, eine Abgasleitung 15b, eine Meßanordnung 22b, schematisch drei Silos 23d - f für unterschiedliches zu trocknendes und zu erhitzendes Ausbaumaterial, drei Feuchtigkeitssensoren 25d - f, drei Materialflußsensoren 27d - f, drei Materialdosiereinrichtungen 26d - f, eine Temperaturmeßeinrichtung 28b für die Endtemperatur des erhitzten Ausbaumaterials sowie analoge für die Materialspeicherung verwendete Baugruppen 35b und 41c auf. Die Abgasleitungen 15a und 15b sind vor der Filteranordnung 17 zu einer einzigen Abgasleitung 49 zusammengeführt.
Wie in der Figur 1 durch Strichelung schematisch angedeutet, kann die Abgasleitung 15b der Ausbauasphaltverarbeitungsvorrichtung 1b auch mit einem Abluftstutzen 47 am Brenner 5a der Vorrichtung 1a verbunden werden. In diesem Fall werden die Abgase durch den Brenner 5a geleitet und erfahren einen Verbrennungs- und Crackvorgang, welcher sich insbesondere auf die organischen Verbindungen in den Abgasen des Ausbauasphalts auswirkt. Das erhitzte und getrocknete Ausbaumaterial wird über eine Fördereinrichtung in den Heißsilo bzw. den Asphaltsilo ev. unter Vermischung mit Neumaterial und Filler gefördert.
Für die Steuerung der Vorrichtung 1a sowie 1b durch die Steuereinrichtung 29 sind unter Berücksichtigung von Asphaltherstellungsrezepten die nachfolgenden Daten im Datenspeicher 43 abgespeichert :
  • Materialzusammensetzung und Materialfluß für die betreffende Trockentrommel 1a/1b,
  • wärmetechnische Materialeigenschaften,
  • vorgegebene und rezeptbedingte Endtemperatur des Neu- bzw. Ausbaumaterials,
  • physikalische Taupunktdaten sowie die "Abstandswerte", bis zu denen eine Annäherung an die Taupunktdaten aus Sicherheitsgründen erfolgen darf (eine möglichst geringe Abgastemperatur unter Einhaltung eines Temperatursicherheitsabstands zum Taupunkt wird am Meßort eingehalten, damit der Taupunkt an der kältesten Stelle der Abgasleitung, der Filteranordnung oder des Kamins nicht erreicht wird),
  • Richt- und/oder Grenzwerte der Konzentration von Gasen in den Abgasen zur Vermeidung einer Überschreitung insbesondere des zulässigen CHx-, CO-, und NOx-Gehalts.
Die für die Trocknung und/oder Erhitzung auf eine vorgegebene Temperatur des Neumaterials bzw. des Ausbaumaterials notwendige Brennerleistung wird durch die Steuereinrichtung 29 ermittelt aus
  • dem vorgegebenen Rezept unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften des Materials, wie Materialart, Materialzusammensetzung, Sandgehalt, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Transportgeschwindigkeit durch die Trommeln, ...
  • der gemessenen Feuchte des Eingangsmaterials,
  • der Wärmeaufnahme vom Material in der Vor- bzw. Brenntrommel 4a/b bzw. 3a/b,
  • den thermischen Abgasverlusten,
  • den thermischen Isolationsverlusten in der Vorrichtung 1a bzw. 1b,
  • der Erwärmung und der Feuchte der Falschluft,
  • der Temperatur des Brennmittels und der Verbrennungsluft.
Die Wärmeaufnahme des Materials in der jeweiligen Vorbzw. Brenntrommel 4a/b bzw. 3a/b hängt ab von
  • der Wärmeleitfähigkeit des Materials,
  • der Wärmekapazität des Materials,
  • der zeitlichen Wärmeaufnahmefähigkeit des Materials,
  • der Feuchte des Eingangsmaterials,
  • der Transportgeschwindigkeit und Durchmischung des Materials in den Trommeln 4a/b und 3a/b,
  • der Temperatur der Brennerflamme bzw. den Flammengasen,
  • der Brennerleistung.
Die Transportgeschwindigkeit und Durchmischung des Materials in den Trommeln 4a/b und 3a/b wird beeinflußt durch
  • die Anordnung und Ausgestaltung der (nicht dargestellten) Schaufeln,
  • die eingestellte Neigung der Trommel und/oder deren Schaufeln,
  • die eingestellte Umdrehungszahl der Trommel,
  • durch die Art des eingebrachten Materials (Neumaterial, Ausbaumaterial, Körnigkeit und deren mengenmäßige Zusammensetzung, Klebrigkeit, ...)
Die Temperatur der Flamme bzw. Flammengase hängt ab
  • vom Verhältnis Brennmittel zu Verbrennungsluft (Luftüberschußzahl),
  • von der Art des Brennmittels,
  • von der Menge des Brennmittels und der Verbrennungsluft,
  • von der Brennkammergestaltung,
  • von der Brennerkonstruktion.
Die Brennerleistung wird eingestellt über
  • den Brennmittelzufluß,
  • den Zufluß der Verbrennungsluft gemäß Brennervoreinstellung,
  • Korrektur des Zuflusses der Verbrennungsluft.
Die Höhe der Abgastemperatur und die Abgasmenge hängen ab von
  • dem Verbot, den Taupunkt an der kältesten Stelle in der Abgasleitung 15a/b und 49 in der Filteranordnung 17 oder im Kamin 21 zu erreichen,
  • von den Isolationsverlusten in den Abgasleitungen 15a/b und 49, in der Filteranordnung 17, im Kamin 22 und den Trommeln 3a/b und 4a/b,
  • der Feuchte, der Menge und der Temperatur des Neu- und Ausbaumaterials vor Eintritt in die betreffende Trommel 3a/b und 4a/b,
  • von der Feuchte, der Menge und der Temperatur der in die Trommeln 3a/b und 4a/b eintretenden Falschluft,
  • von der Feuchte, der Menge und der Temperatur der Verbrennungsluft,
  • der Menge und der Zusammensetzung der abgasenden Produkte aus dem Ausbaumaterial in den Trommeln 3b und 4b,
  • der Brennmittelmenge und -art,
  • dem Verhältnis Brennmittel zu Verbrennungsluft,
  • dem Brennmittel- und Verbrennungsluftzufluß,
  • der geforderten Endtemperatur des Neumaterials,
  • der geforderten Endtemperatur des Ausbaumaterials,
  • der Wärmeaufnahme in den Trommeln 3a/b und 4a/b.
Eine geringe Abgastemperatur, eine kleine Menge an Falschluft und geringe Isolationsverluste erhöhen den feuerungstechnischen Wirkungsgrad der Vorrichtung.
Was kann in der Vorrichtung für das Neumaterial und für das Ausbaumaterial in zeitlicher Folge gemessen werden bzw. ist durch die Rezeptur vorgegeben :
  • Feuchtegehalt, Menge und Temperatur des Eingangsmaterials,
  • Materialzusammensetzung,
  • Temperatur und Restfeuchte des erhitzten Ausgangsmaterials,
  • Temperatur, Menge, Feuchte und Unterdruck der Abgase in der Abgasleitung,
  • Abgaszusammensetzung, insbesondere Gehalt an CO, H2O, O2.
  • Temperatur der Einrichtungen zur Förderung und Speicherung des erhitzten Materials,
  • Temperatur der zugeführten Verbrennungs- und eindringenden Falschluft.
Was kann in Abhängigkeit der vorgegebenen Daten und/oder der Meßwerte eingestellt werden:
  • Zufluß des Brennmittels,
  • Zufluß der Verbrennungsluft,
  • Neigung der Trommel,
  • Verstellung der Schaufeln in den Trommeln,
  • Umdrehungszahl der Trommel,
  • Saugleistung des Abgasventilators 19.
Bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung werden typische Grundwerte für die Steuerung der Dosiereinrichtungen 31a/b, 32a/b sowie 26a - f vorrichtungsspezifisch eingestellt und im Datenspeicher 43 abgelegt. Im täglichen Betrieb wird nun die Verbrennung über die mit der Steuereinrichtung 29 verbundenen Dosiereinrichtungen 31a/b und 32a/b derart nachgestellt, daß bei vorgegebener Materialendtemperatur ein hoher feuerungstechnischer Wirkungsgrad bei einer minimalen Schadstoffemission sich ergibt. Die Feineinstellung der Dosiereinrichtungen 31a/b und 32a/b erfolgt dann während des Betriebs laufend über die Messung der tatsächlichen Schadstoffwerte mit der Meßanordnung 24a/b. Die laufend gemessenen Schadstoffwerte werden zeitabhängig ebenfalls im Datenspeicher 43 abgelegt. Bei einem späteren Betrieb der Vorrichtung erfolgt dann die zeitliche Steuerung der Dosiereinrichtungen 31a/b und 32a/b gemäß dieser zeitlichen Steuerkurve, welche dann wiederum durch die neuen gemessenen Werte korrigiert wird. Durch dieses "Teach-in"-Verfahren für die Brennerleistung und die Schadstoffreduzierung sollen möglichst optimale Betriebsdaten ermittelt werden. Um jedoch nicht durch außergewöhnliche Umgebungs- und kurzzeitige Anlagedaten für den späteren Betrieb unrealistische Daten abzuspeichern, kann eine Gewichtung neuer Daten vorgenommen werden, welche eine Datenänderung z. B. nur bei mehrmaligen gleichen Ergebnissen bewirkt.
Die zeitabhängig abgespeicherten Daten erlauben neben der Anpassung an zeitliche Veränderungen durch die Rezeptur, Materialeingangsdaten, etc. ein optimales An- und Ausfahren der Vorrichtungen 1a und 1b.
Um eine einwandfreie Einstellung einer schadstoffarmen Verbrennung in der Brenntrommel 3a/b zu erreichen, sollte eine Brenntrommel verwendet werden, bei der kein rieselfähiges Material und auch kein von diesem aufgewirbelter Staub bzw. Dämpfe in die Brennerflamme gelangen kann. Eine derartige Brenntrommel ist z. B. in der schweizerischen Patentanmeldung Gesuchs-Nr. 01 500/93-9 beschrieben.
Der Druck der Abgase wird mit der Meßanordnung 22a/b bestimmt.
Wie oben bereits ausgeführt, hängt der Taupunkt der Abgase von deren Temperatur, Druck und Feuchtigkeitsgehalt ab. Die Abgase dürfen in keinem Fall im Bereich der Filteranordnung 17 in die Nähe ihres Taupunkts gelangen, da ansonsten die Filteranordnung 17 nicht mehr wirksam ist und sich verschließen kann, wodurch die Funktion der Vorrichtung nicht mehr gegeben ist.
Das nachfolgende Berechnungsbeispiel soll einen Einblick vermitteln, wie die Größen der Vorrichtung mit den einzelnen Meßwerten verknüpft sind. Ferner ist bei der Berechnung zu beachten, daß Volumen- und Masseflüsse aufeinander abgestimmt werden müssen. So erhöht sich z. B. der Sauerstoffgehalt des Verbrennungsluftflusses im Winter gegenüber demjenigen im Sommer nur dadurch, daß aufgrund der höheren Temperatur das spez. Gewicht der Verbrennungsluft geringer ist und damit bei einem konstanten Volumenstrom weniger Masse gefördert wird.
Der für die Trocknung und/oder Erhitzung des Materials benötigten Zufluß des Brennmittels M in kg/h bestimmt sich in einem ersten Regelungsvorgang ("Primärregelung") folgendermaßen:
Figure 00150001
wobei hier insbesondere über den unten beschriebenen Abgasfluß I ein zweiter Regelungsvorgang ("Sekundärregelung") einwirkt.
G ist die im feuchten Eingangsmaterial enthaltene auszutreibende Wasserdampfmenge in Normkubikmetr pro Zeiteinheit. Der auszutreibende Wasserdampffluß G wird aus dem mit dem Materialflußsensor 27a ermittelten Materialeingangsfluß A [t/h] und dessen mit dem Feuchtigkeitssensor 25a gemessenen Feuchtigkeitsgehalt B [%] gemäß nachstehenden Beziehungen ermittelt: F [kg/h] = A [t/h]·B [%]·10
Die Umrechnung in Normkubikmeter pro Stunde [Nm3/h] erfolgt unter Verwendung des Molvolumens von 22,4 m3/k Mol und mit 18 kg für ein Kilomol Wasser gemäß
Figure 00150002
Vereinfachend für die nachfolgende Rechnung wird nur ein einziges Material aus den Silo 23a mit einem Fluß A von 100 t/h (Trockengewichtsfluß) mit einer Feuchte B von 4 % m verarbeitet. D. h. in der beispielsweisen Vorrichtung ergibt sich der auszutreibende Wasserdampffluß G zu 4 978 Nm3/h (F = 4 000 kg/h). Die spezifische Wärme g der Abgase beträgt 0,31032 [kcal/Nm3K] (K ≡ Grad Kelvin). Die beispielsweise Temperatur E der Abgase gemessen mit der Meßanordnung 22a liegt bei 74 °C. l ist die spezifische Wärme des aus dem Silo eingebrachten Materials; sie liegt bei 0,21 kcal/kg·K. Die am Trommelausgang 9a mit der Temperaturmeßeinrichtung 28a gemessene Materialausgangstemperatur C beträgt 180 °C. Die Umgebungstemperatur k wird beispielsweise mit 0 °C angenommen. Die Enthalpie i des Wasserdampfs beträgt 650 kcal/kg. Die spezifische Wärme h von Wasser mit 1 kcal/kg. Der untere Heizwert c in [kcal/kg] für verschiedene Brennmittel kann der untenstehenden Tabelle 1 entnommen werden. Der Fluß I [Nm3/kg] der Abgase nur aus dem Verbrennungsprozeß (ohne Feuchte durch das zu trocknende Material), ist mit nachstehender Beziehung bestimmbar I [Nm3/kg] = b [Nm3/kg] + ((Lambda) - 1)·a [Nm3/kg] und ergibt sich in diesem Beispiel mit den unten aufgeführten Werten und dem Brennstoff Heizöl extra leicht (EL) zu 29,01 Nm3/kg. Der nur für die Verbrennung mit der Dosiereinrichtung 32a eingestellte Verbrennungsluftfluß a [Nm3/kg] sowie der Abgasfluß b [Nm3/kg] mit Wasserdampf beladen bzw. der trockene Abgasfluß e [Nm3/kg] ohne Wasserdampf sind der untenstehenden Tabelle 1 für die unterschiedlichen Brennstoffe zu entnehmen.
Der Luftüberschuß (Lambda) in der obigen Beziehung kann gemäß nachfolgender Beziehung ermittelt werden: (Lambda) = 1 + e/a · D/(21 - D), wobei D der Sauerstoffgehalt bezogen auf den trockenen Abgasfluß ist. Er beträgt 12,85 %.
Brennstoff Verbrennungsluft a [Nm3/kg] Abgase feucht b [Nm3/kg] Heizwert c [kcal/kg] Abgase trocken e [Nm3/kg] CO2 max %
Heizöl EL 11,30 12,04 10200 10,76 15,20
Schweröl 10,90 11,56 9700 10,33 16
Erdgas CH 9,57 10,60 8650 7,78 11,90
Erdgas NL 8,41 9,44 7600 7,68 11,90
Propan 12,15 13,12 11070 11,08 13,90
Butan 12 12,89 10920 10,97 14,10
Erdgas CH bzw. NL kennzeichnet in der Schweiz bzw. in Holland üblicherweise verwendetes Erdgas.
Aus den Eingangsmeßwerten ist der gesamte Wasserdampfanteil W (einschließlich aus dem Eingangsmaterial ausgetriebene Feuchte) in den Abgasen in Volumenprozent gemäß
Figure 00170001
ermittelbar und aus diesem Ergebnis der Wasserdampfpartialdruck P [bar] gemäß nachfolgender Beziehung bestimmbar: P = W/100
Wasserdampfpartialdruck P und der Taupunkt T [°C] von Wasser sind über die nachfolgende Tabelle miteinander verknüpft.
P [mbar] 42,41 73,75 123,35 199,2 311,6 473,6 578 701,1 845,3 1013,3
T [°C] 30 40 50 60 70 80 85 90 95 100
Um einen hohen feuerungstechnischen Wirkungsgrad Γ der Vorrichtung zu erreichen - der optimale Wirkungsgrad liegt bei Γ = 1 (bzw. 100 %) - wird über einen bereits oben erwähnten zweiten Regelungsvorgang ("Sekundärregelung") eine möglichst tiefe Abgastemperatur E eingehalten. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß die Gefahr wächst, in der Filteranordnung 17 den Taupunkt zu erreichen.
Den Zusammenhang zwischen feuerungstechnischem Wirkungsgrad Γ der Vorrichtung, Materialfeuchte, Schadstoffmenge in den Abgasen und Brennerleistung soll an den folgenden Beispielen demonstriert werden.
In den nachfolgenden beispielhaften Überlegungen wird von einem Materialfluß von 100 t/h, einer Anfangsmaterialtemperatur von 0 °C und einer Erhitzungsendtemperatur des Materials am Materialaustritt 9a von 180 °C ausgegangen.
In einem ersten Beispiel hat das zu trocknende und zu erhitzende Material eine Anfangsfeuchte von 4 %. Bei einer Brennerleistung von 8,08 MW ergibt sich dann eine Abgastemperatur von 74 °C, d.h. 10 °C über der Temperatur des Taupunkts von 64 °C. Der Zusammenhang zwischen Luftüberschußzahl Lambda, der Grenze zum Kondensationsbereich 44 (= Taupunktlinie) und der Abgastemperatur ist in Figur 2 dargestellt. Ausgehend von einer Luftüberschußzahl Lambda von 2,5, einer Abgastemperatur von 74 °C und einem Taupunkt bei 64 °C ergibt sich dann aus Figur 2 ein feuerungstechnischer Wirkungsgrad r von 90,6 %.
Ist bei einem zweiten Beispiel die Anfangsmaterialfeuchte 2 % und die Brennerleistung auf 6,39 MW eingestellt worden, so sinkt der Taupunkt um 7 °C auf 57 °C und die Abgastemperatur liegt bei 67 °C, wodurch sich dann ein feuerungstechnischer Wirkungsgrad Γ von 91,8 % durch die Anpassung auf diese Abgastemperatur ergibt. Bei einer Abgastemperatur von 74 °C wäre der feuerungstechnischer Wirkungsgrad Γ nur 91,1 %.
In einem dritten Beispiel beträgt die Anfangsmaterialfeuchte 8% und die Brennerleistung ist auf 11,46 MW eingestellt. Es ergibt sich ein Taupunkt von 69 °C und eine Abgastemperatur von 74 °C. Diese Differenz zwischen Abgastemperatur und Taupunkt von nur 5 °C ist etwas gering. Sie sollte aus Sicherheitsgründen 10 °C betragen, damit Luftströmungsunterschiede und die Wärmeisolation der Filteranordnung 17 unkritisch sind.
Ausgehend vom ersten Beispiel kann nun eine Luftüberschußzahl von 2,0 eingestellt werden, wodurch sich eine Brennerleistung von 8,0 MW mit einem Wirkungsgrad Γ von 91,3 % bei einem Taupunkt von 68 °C und einer Abgastemperatur von 78 °C ergibt. Der feuerungstechnische Wirkungsgrad Γ hat sich somit um 0,7 % erhöht, wodurch eine Reduzierung der Brennerleistung um 0,08 MW möglich ist.
Wird z. B. durch Verminderung des Sandgehalts eine Abgastemperatursteigerung um 30 °C auf 114 °C erreicht und würde die Brennerleistung nicht nachgesteuert, so würde die Materialendtemperatur um 11 °C sinken. Wird jedoch die Brennerleistung auf 8,29 MW nachgesteuert, so ergibt sich ein Wirkungsgrad Γ von 87,7 % bei einer Abgastemperatur von 114 °C (und wie oben, einer Materialendtemperatur von 180 °C). Durch Beeinflussung der Wärmeaufnahme, indem die Umdrehungszahl der Vortrommel und/oder die Neigung der Trommel zur Horizontalen sowie durch die Lage der Schaufeln verstellt wird, können die Werte des ersten Beispiels wieder erreicht werden, worauf die Brennerleistung von den obigen 8,29 MW wieder auf 8,0 MW zurückgefahren werden kann.
Obige Beispiele sollen die Wege zur Optimierung eines minimalen Schadstoffausstoßes und eines guten feuerungstechnischen Wirkungsgrads bei größtmöglicher Schonung der Filteranordnung 17 aufzeigen.
Da der Feuchtegehalt des zu trocknenden Materials bzw. der Teilmaterialien aus den Silos 23a - c mit den Feuchtigkeitssensoren 25a - c bereits bestimmt worden ist und die Temperatur, auf die erhitzt werden soll, sowie die Materialmenge vorgegeben sind, kann der Brenner 3a durch die Steuereinrichtung 29, wie oben ausgeführt, eingestellt werden. Die Meßanordnung 24a wirkt über die Steuereinrichtung 29 auf die Dosiereinrichtungen 31a und 32a, so daß in den Abgasen ein Gesamtkohlenstoffgehalt von etwa 50 mg·m-3 bei einem CO-Gehalt von 100 mg·m-3 und einem NOx-Gehalt unter 50 mg·m-3 eingehalten werden kann.
Anstelle der Sensoren 25a bis 25f sowie 27a bis 27f kann auch nur je ein Feuchtigkeits- und ein Materialflußsensor verwendet werden, der die Eigenschaften des Gemisches mißt.
Anstelle die Neigung der Trockentrommel 1a/b zu verstellen, können auch die im Inneren der der Brenntrommel 3a/b vorgelagerten Vortrommel 4a/b angeordneten (nicht dargestellten) Schaufeln in ihrer Lage verstellt werden. Das zu trocknende und zu erhitzende Material stürzt als "Vorhang" durch die Vortrommel 4a/b, durch die die heißen Abgase streichen. Bevorzugt kann nun die Winkellage zur Trommelachse verstellt werden, so daß ein dichterer oder weniger dichter, die Materialverweilzeit in der Trommel beeinflussender "Materialvorhang" sich ergibt. Die Verstellung erfolgt durch von der Steuereinrichtung 29 gesteuerte (nicht dargestellte) Verstelleinheiten entsprechend der Meßwerte der obengenannten Sensoren für die Materialeingangs- und Abgaswerte.
Anstelle die beiden Vorrichtungen 1a und 1b miteinander zu koppeln, können beide Vorrichtungen auch getrennt voneinander betrieben werden.
Die Überwachung des "Abstands" der Abgaswerte von dem insbesondere die Filteranordnung 17 gefährdenden Taupunkt kann auch mit einem psychrometrischen Meßwertgeber erfolgen.
Der Anteil der in die Vorrichtung eindringenden "Falschluft", welcher den Wirkungsgrad Γ der Vorrichtung verschlechtert, läßt sich dadurch verringern, daß die freie Materialaustrittsöffnung 9a/b und die Öffnung für den Materialeintritt möglichst klein gehalten werden.
Da die Messung der Abgaszusammensetzung in den Abgasleitungen 15a und 15b erfolgt, wird auch der Luftanteil, hervorgerufen durch die Falschluft, mit erfaßt. Anstelle der beiden Meßanordnungen 22a und 22b für die Abgaszusammensetzung sowie der beiden Meßanordnungen 24a und 24b zur Überwachung einer Annäherung an den Taupunkt kann auch mit nur jeweils einer einzigen Meßanordnung gearbeitet werden. Werden jedoch jeweils zwei Meßanordnungen verwendet, so ist eine einfachere und sichere Steuerung der Brenner möglich.
Da die Einstellung der Vorrichtungen durch die Steuereinrichtung 29 unter Verwendung zeitabhängig, im Datenspeicher 43 abgespeicherter Daten erfolgt, können die Meßeinrichtungen 22a/b und 24a/b als jeweils nur eine Meßeinrichtung hinter der Filteranordnung 17 angeordnet werden.
Aufgrund der im Datenspeicher 43 abgelegten Daten und obiger, überwachender Messungen ist es möglich das Brennmittel zu ändern und sog. Mehrstoffbrenner einzusetzen.
Da es für das Verhältnis von zu verarbeitenden Ausbauasphalt und Neumaterial inbezug auf die Filteranordnung 17 eine obere Grenze, hervorgerufen durch die Dämpfe das Ausbauasphalts, gibt, kann zusätzlich die in die Vortrommel 4b einzubringende Ausbauasphaltmenge durch Steuerung der Dosiereinrichtungen 26d - f geregelt werden.
Anstelle den Brenner in die Trockentrommel zu integrieren, kann auch extern ein Heißgas erzeugt werden, welches dann eingeblasen wird.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Trocknung und/oder Erhitzung von rieselfähigem Material in einer Trockentrommel (1a/b), insbesondere in Asphaltanlagen, bei einem hohen feuerungstechnischen Wirkungsgrad (Γ) der Anlage und minimalem Schadstoffanteil der Abgase, wobei eine innerhalb eines Toleranzbereichs vorgegebene Materialendtemperatur und/oder -feuchte erreicht wird, in dem das Trocknen und/oder Erhitzen des Materials durch Verbrennen unter gesteuerten Zufuhren eines Brennmittels und eines Sauerstoffträgers, insbesondere Verbrennungsluft, in einem Brenner (5a/5b) erfolgt, die Temperatur der Abgase aus dem Brenner und/oder der Trockentrommel gemessen und so tief wie möglich gehalten wird, in dem die für die Trocknung und/oder Erhitzung des Materials auf eine vorgegebene Temperatur notwendige Brennerleistung durch eine Steuereinrichtung (29) unter Verwendung vorgängig abgespeicherter Daten ermittelt wird, der Taupunkt der Abgase an der kältesten Stelle des Abgasflusses, insbesondere in einer Abgasfilteranordnung (17), unter Berücksichtigung der Brennleistung sowie der Feuchte, der Menge und der Temperatur des Materials vor Eintritt in die Trommel als physikalische Meßwerte des Materials; der Feuchte, der Menge und der Temperatur der Verbrennungsluft sowie der in die Trommel eintretenden Falschluft errechnet und dann eine um wenigstens fünf Grad, vorzugsweise um 10 Grad, über dem errechneten Taupunkt liegende Soll-Abgas-temperatur gewählt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer physikalischer Materialmeßwert wenigstens eine der physikalischen, in Zusammenhang mit dem Wärmeaufnahmevorgang des zu trocknenden und/oder zu erhitzenden Materials stehende Mineralkenngröße ermittelt und dieser Meßwert über die Steuerungseinrichtung (29) auf die Zufuhr des Brennmittels und/oder des Sauerstoffträgers einwirkt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungszahl der Trockentrommel (1a/b) in Abhängigkeit von wenigstens einem der physikalischen Meßwerte und/oder der Abgastemperatur derart eingestellt wird, daß der Taupunkt der Abgase an der kältesten Stelle des Abgasflusses, insbesondere in der Abgasfilteranordnung (17), nicht erreicht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Trockentrommel (1a/b) gegenüber der Horizontalen in Abhängigkeit von wenigstens einem der physikalischen Meßwerte und/oder der Abgastemperatur derart eingestellt wird, daß der Taupunkt der Abgase an der kältesten Stelle des Abgasflusses, insbesondere in der Abgasfilteranordnung (17), nicht erreicht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration wenigstens eines Gases, insbesondere von Sauerstoff und/oder Kohlenmonoxid (CO), in den Abgasen bestimmt wird, und der Zufluß des Sauerstoffträgers zum Brenner (5a/5b) entsprechend der Konzentrationswerte derart gesteuert wird, daß die Abgase eine minimale Schadstoffkonzentration aufweisen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der der Trockentrommel (1a/1b) nachgeordneten Transport - und/oder Lagereinrichtung (35, 37, 39) für das Material gemessen und die Brennerleistung entsprechend des Meßwerts feineingestellt wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Trocknung und/oder Erhitzung von rieselfähigem Material mit einem in einer um ihre Längsachse (2) drehbaren Trockentrommel (1a/b) angeordneten Brenner (5a/b), einer Einstelleinrichtung (31a/b, 32a/b) für den Verbrennungsmittel- und den Sauersroffträgerzufluß zum Brenner (5a/b), einer ersten Meßeinrichtung (22a/b) zur Bestimmung der Temperatur der Abgase aus dem Brenner (5a/b) und/oder der Trockentrommel (1a/b), einer zweiten Meßeinrichtung (24a/b; 25a-f; 27a-f) zur Messung wenigstens eines physikalischen Meßwerts, welcher im Zusammenhang mit dem Trocknungs- und/oder Erhitzungsverfahren des zuzuführenden und/oder gerade in diesem befindlichen Materials steht, einer Steuereinrichtung (29), einem Datenspeicher (43), einer Filteranordnung (17) für die Abgase und einer mit den Meßeinrichtungen (22a/b, 24a/b; 25a-f; 27a-f) und der Einstelleinrichtung (31a/b, 32a/b) verbundenen Steuereinrichtung (29), mit der in Abhängigkeit der Abgastemperatur und des physikalischen Meßwerts der Zufluß des Brennmittels und des Sauerstoffträgers für den Brenner (5a/b) einstellbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Achse (2) der Trockentrommel (1a/b) gegenüber der Horizontalen während des Trocknungs- und/oder Erhitzungsverfahrens durch eine mit der Steuereinrichtung (29) verbundene erste Verstelleinrichtung (13a/b) entsprechend des mit der ersten und/oder zweiten Meßeinrichtung (22a/b, 24a/b; 25a-f; 27a-f) gemessenen Werts einstellbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungszahl der Trockentrommel (1a/b) während des Trocknungs- und/oder Erhitzungsverfahrens entsprechend des mit der ersten und/oder zweiten Meßeinrichtung (22a/b, 24a/b; 25a-f; 27a-f) gemessenen Werts mit einem mit der Steuereinrichtung 29 verbundenen Antrieb (11a/b) einstellbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meßeinrichtung eine Feuchtemeßeinrichtung (25a-f) für das zu trocknende und/oder zu erhitzende Material ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meßeinrichtung ein Meßelement (24a/b) zur Bestimmung der Konzentration wenigstens eines Gases, insbesondere Sauerstoff und/oder Kohlenmonoxid, in den Abgasen hat.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß in dem mit der Steuereinrichtung (29) verbundenen Datenspeicher (43) die Meßwerte der Meßeinrichtungen (22a/b, 24a/b, 25a - f, 27a - f) als erste Daten zeitabhängig, insbesondere beginnend mit dem Anfahren und/oder endend mit dem Ausfahren des Brenners (5a/b), bevorzugt unter Gewichtung bereits zeitabhängig abgespeicherter zweiter Daten, abspeicherbar sind.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch eine weitere, zweite um ihre Längsachse drehbare Trockentrommel (1b) zur Trocknung und Erhitzung, insbesondere von Asphaltausbaumaterial, mit einem zweiten Brenner (5b), einer zweiten Einstelleinrichtung (31b, 32b) für den Verbrennungsmittel- und den Sauerstoffträgerzufluß, nur eine Filteranordnung (17), vor der sowohl die Abgase der ersten wie auch der zweiten Trockentrommel (1a/b) in einer Abgasleitung (49) zusammengeführt und dann durch die Filteranordnung (17) führbar sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch eine weitere, zweite um ihre Langsachse drehbare Trockentrommel (1b) zur Trocknung und Erhitzung insbesondere von Asphaltausbaumaterial mit einem zweiten Brenner (5b), einer zweiten Einstelleinrichtung (31b, 32b) für den Verbrennungsmittel- und den Sauerstoffträgerzufluß, einen Ablufteinlaß (47) am ersten Brenner (5a), durch den die Abgase der zweiten Trockentrommel (1b) in die erste Brenntrommel (3a) einleitbar sind, und nur eine Filteranordnung (17) nach der ersten Trockentrommel (1a) für die gesamten Abgase.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch wenigstens eine von der Steuereinrichtung (29) in der Materialtransportleistung gesteuerte Transporteinrichtung (7a/b), insbesondere für das in die zweite Trockentrommel (1b) einzuführende Material, wenigstens einer vor der Filteranordnung (17) angeordneten und mit der Steuereinrichtung (29) verbundenen Meßeinrichtung (24a/b) für die Gaskonzentration wenigstens einer Gaskomponente in den Abgasen, damit die Materialtransportleistung der Transporteinrichtungen (7a/b) insbesondere in die zweite Trockentrommel (1b) in Abhängigkeit der gemessenen Konzentration einstellbar ist.
  16. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 13 bis 15 gekennzeichnet durch eine mit der Steuereinrichtung (29) verbundene Abgasmengenmeßeinrichtung vor der Filteranordnung (17), in Abhängigkeit deren Meßwerthöhe die Transportleistung, insbesondere in die zweite Trockentrommel (1b), und/oder die Brennerleistung, insbesondere des zweiten Brenners (5b), zurückstellbar ist.
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