EP0632242B1 - Drying and/or heating of bulk material - Google Patents
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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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Abstract
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.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.
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.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.
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.Free-flowing material consisting of minerals, e.g. for asphalt production must be dried and heated. As 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.
Neben Neumaterial wird auch Asphaltausbaumaterial insbesondere unter Zusetzen von Neumaterial für die Asphaltherstellung verwendet.In addition to virgin material, asphalt lining material is also used, in particular with the addition of New material used for asphalt production.
Für den Brenner können je nach konstruktiver Ausführung gasförmige, flüssige und feste Brennmittel eingesetzt werden, wobei deren Zufluß die zugeführte Brennmittelmenge pro Zeiteinheit bedeutet.For the burner, depending on the design gaseous, liquid and solid fuels are used are, the inflow of the amount of fuel supplied means per unit of time.
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.Among the physical, related to the Heat absorption process of the to be dried and / or heated 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.
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.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.
Die Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst.The object is solved by the claims.
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.In order to achieve the set goal, two control processes, as explained below, with each other e.g. B. connected by evaluating data fields. It can for control and security purposes the "final values" of the dried and / or heated material measured become. However, the main focus is on the input data, such as Moisture, grain size of the material and their Quantity ratio and absolute quantities, composition of the fuel, its flow and the flow of the oxygen carrier (the combustion air) and the composition and amount of exhaust gases u. a. to determine the pollutant content and determining an optimal combustion also in terms of time, especially when moving in and out the device. Because the amounts of the different Grain sizes determined or according to a given "Recipe" with known physical mineral parameters can be mixed together to obtain the optimal one Burner output taking into account the initial material moisture be determined to this mixture then on a specified temperature with the lowest possible residual moisture to heat.
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.Due to stored data or data fields, which can be continuously corrected by actual exhaust gas data optimal combustion can be set. Hereby there is a high level of combustion efficiency with controlled, minimum possible pollutant emissions, the exhaust gas temperature of the device being so low for this purpose is kept as possible without the dew point in the Exhaust pipes, the chimney or the filter arrangement on their coldest places is reached. Through the ongoing Measurements will also be too high a temperature of the exhaust gases avoided, which also damage the filter arrangement could.
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.Below the dew point is a pressure-temperature-humidity diagram understood the place where one in itself unsaturated gas-vapor mixture passes into saturation. The droplets of liquid that would fall out would affect the filter arrangement close within a short time and possibly also destroy.
Die Menge der mit den Abgasen ausgestoßenen Schadstoffe wird durch eine Feinregulierung der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft niedrig gehalten.The amount of pollutants emitted by the exhaust gases is achieved by fine adjustment of the feed to the burner Combustion air kept low.
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.Thanks to the advantageous control of the number of revolutions the drying drum or its inclination to the horizontal as well as the adjustment of the in the drums arranged blades for circulating the material results a stronger or weaker "swirling" of the Materials, as well as a different length of "contact time" with the flame gases or through the burner flame heated drum walls or internals. This is The "heat flow" into the material is adjustable, which makes the process the release of moisture and heat transfer the material can be influenced. The drying and / or Heating process of the material is with the first control process not just by the burner output, but also through the setting options just described can be influenced on the drying drum.
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.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.
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.
- Fig. 1
- a block diagram of the device and
- Fig. 2
- a diagram for determining the firing efficiency of the device with a material throughput of 100t / h, the input material having a humidity of 4% and a temperature of 0 ° C and is heated to 180 ° C. The exhaust gas temperature of the device is shown as the ordinate as a function of the excess air number lambda as the abscissa with the firing efficiency of the device as a parameter.
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.In Figure 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
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.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
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.In the front area of the drying drum 1a - on the left in FIG. 1 - there is an exhaust pipe 15a which is connected to a
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.The
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.The free-flowing material to be dried and heated is stored separately in several silos 23a - c according to grain size. In these silos 23a - c , the moisture content of the material in question is measured with
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.The temperature of the dried and heated virgin material emerging at the material outlet 9a is measured with a
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.So that the intermediate material can be processed at the correct temperature at a later point in time, the
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. The
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.As indicated schematically in FIG. 1 by dashed lines, the
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.
- Material composition and material flow for the relevant drying drum 1a / 1b ,
- thermo-technical material properties,
- predefined and recipe-related final temperature of the new or construction material,
- Physical dew point data as well as the `` distance values '' up to which the dew point data may be approximated for safety reasons (the lowest possible exhaust gas temperature, while maintaining a temperature safety distance from the dew point, is maintained at the measuring point, so that the dew point at the coldest point of the exhaust pipe, the filter arrangement or the Fireplace is not reached),
- Guideline and / or limit values for the concentration of gases in the exhaust gases to avoid exceeding in particular the permissible CH x , CO and NO x content.
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.
- the specified recipe taking into account the physical properties of the material, such as material type, material composition, sand content, thermal conductivity, heat capacity, transport speed through the drums, ...
- the measured moisture of the input material,
- the heat absorption of the material in the pre or firing drum 4a / b or 3a / b ,
- thermal exhaust gas losses,
- the thermal insulation losses in the
device 1a or 1b , - the warming and humidity of the false air,
- the temperature of the fuel and the combustion air.
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.
- the thermal conductivity of the material,
- the thermal capacity of the material,
- the temporal heat absorption capacity of the material,
- the moisture of the input material,
- the transport speed and mixing of the material in the drums 4a / b and 3a / b ,
- the temperature of the burner flame or flame gases,
- the burner output.
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, ...)
- the arrangement and design of the blades (not shown),
- the set inclination of the drum and / or its blades,
- the set number of revolutions of the drum,
- by the type of material used (new material, finishing material, granularity and their quantitative composition, stickiness, ...)
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.
- the ratio of fuel to combustion air (excess air number),
- on the type of fuel,
- the amount of fuel and combustion air,
- from the combustion chamber design,
- from the burner construction.
Die Brennerleistung wird eingestellt über
- den Brennmittelzufluß,
- den Zufluß der Verbrennungsluft gemäß Brennervoreinstellung,
- Korrektur des Zuflusses der Verbrennungsluft.
- the fuel flow,
- the inflow of the combustion air according to the burner presetting,
- Correction of the inflow of combustion air.
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 inder Filteranordnung 17 oderim Kamin 21 zu erreichen, - von den Isolationsverlusten in den Abgasleitungen
15a/
b und 49, inder Filteranordnung 17,im Kamin 22und 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.
- the ban on reaching the dew point at the coldest point in the exhaust gas line 15a / b and 49 in the
filter arrangement 17 or in thechimney 21 , - the insulation losses in the exhaust pipes 15a / b and 49 , in the
filter arrangement 17 , in thechimney 22 and thedrums 3a / b and 4a / b ,
- the humidity, the quantity and the temperature of the new and finishing material before entering the
relevant drum 3a / b and 4a / b , - the humidity, the quantity and the temperature of the false air entering the
drums 3a / b and 4a / b , - the humidity, the quantity and the temperature of the combustion air,
- the quantity and the composition of the exhaust products from the finishing material in the
drums 3b and 4b , - the amount and type of fuel,
- the ratio of fuel to combustion air,
- the fuel and combustion air inflow,
- the required final temperature of the new material,
- the required final temperature of the lining material,
- the heat absorption in the
drums 3a / b and 4a / b .
Eine geringe Abgastemperatur, eine kleine Menge an Falschluft und geringe Isolationsverluste erhöhen den feuerungstechnischen Wirkungsgrad der Vorrichtung.A low exhaust gas temperature, a small amount of False air and low insulation losses increase the combustion technology Device efficiency.
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.
- Moisture content, quantity and temperature of the input material,
- Material composition,
- Temperature and residual moisture of the heated starting material,
- Temperature, quantity, humidity and negative pressure of the exhaust gases in the exhaust pipe,
- Exhaust gas composition, in particular content of CO, H 2 O, O 2 .
- Temperature of the devices for conveying and storing the heated material,
- Temperature of the supplied combustion and penetrating false air.
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.
- Inflow of fuel,
- Inflow of combustion air,
- Inclination of the drum,
- Adjustment of the blades in the drums,
- Number of revolutions of the drum,
- Suction power of the exhaust fan 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.When the device is started up, typical basic values for the control of the
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.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
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.In order to achieve a perfect setting of a low-pollutant combustion in the
Der Druck der Abgase wird mit der Meßanordnung 22a/b bestimmt.The pressure of the exhaust gases is determined with the measuring arrangement 22a / b .
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.As already stated above, 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
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. The following calculation example is intended to provide an insight convey how the sizes of the device with the individual measured values are linked. Furthermore, the calculation to note that volume and mass flows on each other must be coordinated. So z. B. the Oxygen content of the combustion air flow in winter that in summer only because of the higher temperature the spec. Weight of the combustion air is lower and therefore with a constant volume flow less mass is promoted.
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: wobei hier insbesondere über den unten beschriebenen Abgasfluß I ein zweiter Regelungsvorgang ("Sekundärregelung") einwirkt.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.
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:
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 The conversion into standard cubic meters per hour [Nm 3 / h] is carried out using the molar volume of 22.4 m 3 / k mol and with 18 kg for one kilomole of water
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
Der Luftüberschuß (Lambda) in der obigen Beziehung
kann gemäß nachfolgender Beziehung ermittelt werden:
Aus den Eingangsmeßwerten ist der gesamte Wasserdampfanteil
W (einschließlich aus dem Eingangsmaterial ausgetriebene
Feuchte) in den Abgasen in Volumenprozent gemäß
ermittelbar und aus diesem Ergebnis der Wasserdampfpartialdruck
P [bar] gemäß nachfolgender Beziehung bestimmbar:
Wasserdampfpartialdruck P und der Taupunkt T [°C] von
Wasser sind über die nachfolgende Tabelle miteinander verknüpft.
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.In order to achieve a high combustion efficiency Γ of the device - the optimum efficiency is Γ = 1 (or 100%) - the lowest possible exhaust gas temperature E is maintained by means of a second control process ("secondary control") mentioned above. It should be noted here, however, that the risk increases that the dew point will be reached in the
Den Zusammenhang zwischen feuerungstechnischem Wirkungsgrad Γ der Vorrichtung, Materialfeuchte, Schadstoffmenge in den Abgasen und Brennerleistung soll an den folgenden Beispielen demonstriert werden.The relationship between firing efficiency Γ the device, material moisture, amount of pollutants in the exhaust gases and burner output is said to be the following Examples will be demonstrated.
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 the following exemplary considerations, a material flow of 100 t / h, an initial material temperature of 0 ° C. and an end heating temperature of the material at the material outlet 9a of 180 ° C. are assumed.
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 %.In a first example, the material to be dried and heated has an initial moisture of 4%. With a burner output of 8.08 MW, the exhaust gas temperature is 74 ° C, ie 10 ° C above the dew point temperature of 64 ° C. The relationship between the excess air number lambda, the limit to the condensation area 44 (= dew point line) and the exhaust gas temperature is shown in FIG . On the basis of an excess air number lambda of 2.5, an exhaust gas temperature of 74 ° C. and a dew point at 64 ° C., the combustion efficiency r of 90.6% results from FIG .
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 a second example, is the
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.In a third example, 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
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.Based on the first example, an excess air figure can now be obtained of 2.0, which results in a Burner output of 8.0 MW with an efficiency Γ of 91.3% at a dew point of 68 ° C and an exhaust gas temperature of 78 ° C results. The firing efficiency Γ has thus increased by 0.7%, resulting in a reduction the burner output by 0.08 MW is possible.
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.Is z. B. an increase in exhaust gas temperature by reducing the sand content reached by 30 ° C to 114 ° C and if the burner output were not readjusted, then the final material temperature drops by 11 ° C. However, the Burner output adjusted to 8.29 MW results in an efficiency Γ of 87.7% at an exhaust gas temperature of 114 ° C (and as above, a final material temperature of 180 ° C). By influencing the heat absorption by the Number of revolutions of the pre-drum and / or the inclination of the Drum to the horizontal as well as the position of the blades the values of the first example can be adjusted can be reached again, whereupon the burner output of the 8.29 MW above to 8.0 MW again can.
Obige Beispiele sollen die Wege zur Optimierung eines
minimalen Schadstoffausstoßes und eines guten feuerungstechnischen
Wirkungsgrads bei größtmöglicher Schonung der
Filteranordnung 17 aufzeigen.The above examples are intended to show the ways of optimizing a minimal pollutant emission and a good combustion efficiency with the greatest possible protection of the
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.Since the moisture content of the material to be dried or the partial materials from the silos 23a - c has already been determined with the
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.Instead of
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. Instead to adjust the inclination of the drying drum 1a / b, can also Figures 3a / b upstream preturret 4a / b arranged blades (not shown) 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. Preferably, 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
Anstelle die beiden Vorrichtungen 1a und 1b miteinander
zu koppeln, können beide Vorrichtungen auch getrennt
voneinander betrieben werden.Instead of coupling the two
Die Überwachung des "Abstands" der Abgaswerte von dem
insbesondere die Filteranordnung 17 gefährdenden Taupunkt
kann auch mit einem psychrometrischen Meßwertgeber erfolgen.The "distance" of the exhaust gas values from the dew point, which in particular endangers the
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.The proportion of "false air" entering the device, which worsens the efficiency Γ 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.
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.Since the measurement of the exhaust gas composition takes place in the
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.Since the setting of the devices by the
Aufgrund der im Datenspeicher 43 abgelegten Daten und
obiger, überwachender Messungen ist es möglich das Brennmittel
zu ändern und sog. Mehrstoffbrenner einzusetzen. Based on the data stored in the
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.Since there is an upper limit for the ratio of processing asphalt to be processed and new material in relation to the
Anstelle den Brenner in die Trockentrommel zu integrieren, kann auch extern ein Heißgas erzeugt werden, welches dann eingeblasen wird.Instead of the burner in the drying drum integrate, a hot gas can also be generated externally, which is then blown in.
Claims (16)
- Process for drying and/or heating pourable material in a drying drum (1a/b), particularly in asphalt installations, with a high fuel-engineering efficiency (Γ) of the installation and a minimal pollutant fraction in the waste gases, a final temperature and/or moistness of the material being achieved which is predetermined within a tolerance range, in which process the drying and/or heating of the material takes place in a burner (5a/b) by combustion with the controlled infeeding of a burning medium and an oxygen-carrier, in particular combustion air, the temperature of the waste gases from the burner and/or the drying drum is measured and is kept as low as possible, and in which process the burner capacity necessary for the drying and/or heating of the material to a predetermined temperature is ascertained by a control apparatus (29) using data stored in advance, the dew point of the waste gases at the coldest point in the waste-gas flow, particularly in a waste-gas filter arrangement (17), is calculated, taking into account the burning capacity and also the moistness, quantity and temperature of the material before its entry into the drum as physical measured values of the material, the moisture, the quantity and the temperature of the combustion air and also of the infiltrating air passing into the drum, and then an ideal waste-gas temperature is chosen which is at least five degrees, and preferably ten degrees, above the dew point calculated.
- Process according to claim 1, characterised in that, at least one of the physical characteristic quantities of the mineral which are connected with the heat-absorption operation of the material to be dried and/or heated is ascertained as a further physical measurement value of the material, and the said measurement value acts, via the control apparatus (29), on the infeed of the burning medium and/or of the oxygen-carrier.
- Process according to claim 1 or 2, characterised in that the number of revolutions of the drying drum (1a/b) is set in dependence upon at least one of the physical measurement values and/or the waste-gas temperature, in such a way that the dew point of the waste gases is not reached at the coldest point in the waste-gas flow, particularly in the waste-gas filter arrangement (17).
- Process according to one of claims 1 to 3, characterised in that the inclination of the drying drum (1a/b) in relation to the horizontal is set in dependence upon at least one of the physical measurement values and/or the waste-gas temperature, in such a way that the dew point of the waste gases is not reached at the coldest point in the waste-gas flow, particularly in the waste-gas filter arrangement (17).
- Process according to one of claims 1 to 4, characterised in thatthe concentration of at least one gas, particularly of oxygen and/or carbon monoxide (CO), in the waste gases is determined, andthe influx of the oxygen-carrier to the burner (5a/5b) is controlled, in accordance with the said concentration values, in such a way thatthe waste gases have a minimal pollutant concentration.
- Process according to one of claims 1 to 5, characterised in that the temperature of that transport and/or storage apparatus (35, 37, 39) for the material which is arranged downstream of the drying drum (1a/b) is measured, and
the burner capacity is finely set in accordance with the measurement value. - Device for performing the process according to one of claims 1 to 6 for drying and/or heating pourable material, the said device havinga burner (5a/b) arranged in a drying drum (1a/b) which is rotatable about its longitudinal axis (2),an apparatus (31a/b, 32a/b) for setting the influx of burning medium and oxygen-carrier to the burner (5a/b),a first measuring apparatus (22a/b) for determining the temperature of the waste gases from the burner (5a/b) and/or the drying drum (1a/b),a second measuring apparatus (24a/b; 25a-f; 27a-f) for measuring at least one physical measurement value, which apparatus is connected to the process for drying and/or heating the material which is to be fed in or has just arrived in the said process,a control apparatus (29),a data store (43)a filter arrangement (17) for the waste gases, anda control apparatus (29) which is connected to the measuring apparatuses (22a/b, 24a/b; 25a-f; 27a-f) and the setting apparatus (31a/b, 32a/b) and with the aid of which it is possible to set the influx of burning medium and oxygen-carrier for the burner (5a/b) in dependence upon the waste-gas temperature and the physical measurement value.
- Device according to claim 7, characterised in that the inclination of the axis (2) of the drying drum (1a/b) in relation to the horizontal can be set during the drying and/or heating process by a first adjusting apparatus (13a/b) connected to the control apparatus (29), in accordance with the value measured with the aid of the first and/or second measuring apparatus (22a/b, 24a/b; 25a-f; 27a-f).
- Device according to claim 7 or 8, characterised in that the number of revolutions of the drying drum (1a/b) can be set during the drying and/or heating process in accordance with the value measured with the aid of the first and/or second measuring apparatus (22a/b, 24a/b; 25a-f; 27a-f), with the aid of a drive (11a/b) connected to the control apparatus (29).
- Device according to claims 7 to 9, characterised in that the second measuring apparatus is a moistness-measuring apparatus (25a-f) for the material to be dried and/or heated.
- Device according to claims 7 to 10, characterised in that the second measuring apparatus has a measuring element (24a/b) for determining the concentration of at least one gas, in particular oxygen and/or carbon monoxide, in the waste gases.
- Device according to one of claims 7 to 11, characterised in that it is possible to store, in the data store (43) connected to the control apparatus (29), the measurement values of the measuring apparatuses (22a/b, 24a/b; 25a-f; 27a-f) as first data in a time-dependent manner, particularly beginning with the starting-up and/or ending with the running-to-capacity of the burner (5a/b), preferably with the weighting of second data which have already been stored in a time-dependent manner.
- Device according to one of claims 7 to 12, characterised by a further, second drying drum (1b), which can be rotated about its longitudinal axis, for drying and heating, in particular, asphalt lining material, the said device having a second burner (5b), a second apparatus (31a, 32b) for setting the influx of combustion medium and oxygen-carrier, and just one filter arrangement (17), upstream of which the waste gases from both the first and also the second drying drums (1a/b) are brought together in a waste-gas line (49) and can then be guided through the filter arrangement (17).
- Device according to one of claims 7 to 12, characterised by a further, second drying drum (1b), which can be rotated about its longitudinal axis, for drying and heating, in particular, asphalt lining material, the said device having a second burner (5b), a second apparatus (31a, 32b) for setting the influx of combustion medium and oxygen-carrier, a waste-air inlet (47) on the first burner (5a) through which the waste gases from the second drying drum (1b) can be conducted into the first burning drum (3a), and just one filter arrangement (17), downstream of the first drying drum (1a), for all the waste gases.
- Device according to claim 13 or 14, characterised by at least one transport apparatus (7a/b), particularly for the material to be introduced into the second drying drum (1b), which apparatus is controlled, in its material-transporting capacity, by the control apparatus (29), and at least one apparatus (24a/b) for measuring the gas concentration of at least one gas component in the waste gases, which apparatus is arranged upstream of the filter arrangement (17) and is connected to the control apparatus (29), so that the capacity of the transport apparatuses (7a/b) for transporting material into, in particular, the second drying drum (1b) can be set in dependence upon the concentration measured.
- Device according to one of claims 13 to 15, characterised by a waste-gas quantity-measuring apparatus, upstream of the filter arrangement (17), which is connected to the control apparatus (29) and in dependence upon the measurement-value level of which the transport capacity, particularly into the second drying drum (1b), and/or the burner capacity, particularly of the second burner (5b), can be reset.
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