EP3491312A1 - Kontakttrockner - Google Patents

Kontakttrockner

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EP3491312A1
EP3491312A1 EP17745331.3A EP17745331A EP3491312A1 EP 3491312 A1 EP3491312 A1 EP 3491312A1 EP 17745331 A EP17745331 A EP 17745331A EP 3491312 A1 EP3491312 A1 EP 3491312A1
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EP
European Patent Office
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drying
heating
dried
tubes
heat
Prior art date
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Granted
Application number
EP17745331.3A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3491312B1 (de
Inventor
Dr. Swantje M. SCHLEDERER
Dr.-Ing. Thomas STEER
Hans Werner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Floradry GmbH
Original Assignee
Floradry GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to PL17745331T priority Critical patent/PL3491312T3/pl
Publication of EP3491312A1 publication Critical patent/EP3491312A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3491312B1 publication Critical patent/EP3491312B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/18—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by conduction, i.e. the heat is conveyed from the heat source, e.g. gas flame, to the materials or objects to be dried by direct contact
    • F26B3/20—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by conduction, i.e. the heat is conveyed from the heat source, e.g. gas flame, to the materials or objects to be dried by direct contact the heat source being a heated surface, e.g. a moving belt or conveyor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B17/00—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement
    • F26B17/18—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by rotating helical blades or other rotary conveyors which may be heated moving materials in stationary chambers, e.g. troughs
    • F26B17/20—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by rotating helical blades or other rotary conveyors which may be heated moving materials in stationary chambers, e.g. troughs the axis of rotation being horizontal or slightly inclined
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/10—Temperature; Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/18—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by conduction, i.e. the heat is conveyed from the heat source, e.g. gas flame, to the materials or objects to be dried by direct contact
    • F26B3/22—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by conduction, i.e. the heat is conveyed from the heat source, e.g. gas flame, to the materials or objects to be dried by direct contact the heat source and the materials or objects to be dried being in relative motion, e.g. of vibration

Definitions

  • the invention relates to a contact dryer for drying moist material and a method for drying a moist material.
  • the thermal drying of wet goods has always been an important technical process.
  • the material and the liquid contained therein are surrounded by air or other gaseous medium into which the liquid can evaporate.
  • the mixture of gaseous medium and steam is also referred to as vapors.
  • the basic principle of thermal drying is a heat input into the material to be dried.
  • the material to be dried and the liquid contained therein are heated in this case.
  • the actual drying process begins as soon as the temperature of the product reaches the temperature corresponding to the partial pressure of the vapor of the liquid to be dried in the surrounding atmosphere. Physically, this corresponds to a balance between the vapor of the liquid and the liquid on the surface of the product, a balance between condensation and evaporation.
  • This equilibrium state is referred to as saturation state. There is a saturation pressure for each temperature and a saturation temperature for each pressure.
  • the vapor pressure is higher than the saturation pressure, condensation of the vapor occurs due to drop formation. If the vapor pressure is lower than the saturation pressure, the liquid evaporates. When condensing, heat is released, during evaporation, heat is needed. Condensation and evaporation take place until a new equilibrium state has been reached through the material and energy exchange. This equilibrium temperature is also called the dew point.
  • a frequently used process of thermal drying is drying by convection.
  • a gas mostly air
  • the absorption of steam also increases the dew point of the gas.
  • the gas can not be cooled down to the temperature corresponding to the dew point at the beginning of the drying process, but only up to the temperature corresponding to the dew point at the end of the intake of steam. This temperature at the end of the drying process is referred to technically as wet bulb temperature.
  • the expulsion of water is usually done with the help of air.
  • the air is first heated and then brought into contact with the product.
  • the heat applied for heating is used for two main purposes:
  • a generally small proportion is used to heat the goods to the wet bulb temperature.
  • the part of the energy used for evaporation is limited to about 70% of the energy applied. The rest is needed to heat the air to the wet bulb temperature.
  • Convection dryers basically have the property of carrying light particles of the product along with them. As a rule, you therefore need a dust separator. In many biogenic substances, a part of organic compounds is evaporated in addition to the water. These organic compounds are usually odor-laden, so that in addition to the dust separator dryer often also need a so-called biofilter to excrete these odorous organic substances from the exhaust air.
  • the convection dryer In addition to the convection dryer exists as a drying process, the so-called contact drying. In the contact dryer, the material is heated itself and directly by contact with a solid surface.
  • the water to be evaporated is heated above the dew point temperature and evaporated.
  • the dew point temperature is determined by the amount of air entering the contact dryer. By changing this amount of air and the dew point temperature can be changed arbitrarily.
  • the surface temperature of the drying tube is always well above the dew point temperature. In the course of the drying process, less and less water is available on the surface of the material, which can evaporate and thereby absorb the heat transferred from the surface of the drying tube, so that the heat heats the product itself. In the case of a contact dryer, therefore, there is a general tendency for the material to assume the temperature of the surface of the drying tube at the end of the process. Decisive here is always only the part of the surfaces on which the material to be dried and the drying tube touch (contact surface).
  • Another problem of the contact dryer is the heat supply to the surface of the drying tube. As a heat carrier hot water, steam or thermal oil into consideration. This requires separate closed circuits that increase the complexity of the contact dryer and reduce its practicability; this is constructive and procedurally complex and associated with additional costs.
  • the screw shell is designed such that it consists of an inner and an outer wall at a small distance, which usually only in the lower part of the drying tube consists.
  • the space between the two walls also referred to as jacket space
  • the heat carrier whereby the drying tube is heated.
  • a major function of the screw in the prior art is to keep bringing the material to be dried into contact with the hot surface over and over again and to limit the contact time through the continuous movement of the product.
  • Other functions of the screw are in the art, the promotion, the mixing and the ventilation of the material to be dried. If the dryer is tilted, the function of the promotion can also be taken over by a weir at the outlet over which the filling height is set in the screw dryer. In this case, the screw has a pure mixing function, no conveying function.
  • a disadvantage of this method in the prior art is always the direct coupling of the rotation the worm with the heat input, so that this design for relatively dry input materials, such. As mechanically pre-dewatered biomass, only very limited suitable.
  • a drying device for bulk material is known.
  • This drying apparatus combines the contact drying method with a convection drying method in a rotary drum apparatus. After a Nassgutholzgabe the bulk material to be dried is first brought into contact with a heating surface, which are heated in the form of pipes or pipe-like installations by means of hot water or steam. In the conveying direction through the drying device, a convection drying section follows the contact surfaces over the remaining length of the rotary drum. This should combine the advantages of both methods.
  • a disadvantage of this known rotary drum dryer is the continuous rotation of the drum, which is required to move the material to be dried constantly to achieve sufficient and uniform drying during the residence time of the material in the dryer.
  • pre-dewatered sludge is pre-heated in a heat exchanger to 70 to 80 ° C, then introduced into a twin screw contact dryer and there by supplying heat from the outside and by converting the introduced into the material to be dried introduced mechanical energy Kneading in heat after-dried.
  • This twin screw consists of two intermeshing screws, which are arranged side by side in a common housing. The installation space of the individual screw flights are connected. The material to be dried can switch back and forth between the two screws, which is explicitly desired.
  • the twin screw contact dryer is in a heating jacket embedded, which must be heated to 120 ° C to 250 ° C, using hot thermal oil or superheated steam is used.
  • the interior, and thus also the double-walled heating jacket, are each in the form of a horizontal "8" (description column 4, lines 23-30)
  • the construction of the entire drying plant including the jacketed twin-screw contact dryer is relatively complex, which reduces the equipment costs to increase such a sludge drying plant unfavorably.
  • DE 427 584 discloses a method for drying coal on superimposed heating surfaces.
  • heating surfaces are arranged one above the other, wherein the coal to be dried is conveyed by means of endless scraper belts.
  • the coal is first indirectly heated by steam-fed heating pipes are passed through the coal and the coal is then passed through surfaces heated with flue gas.
  • the flue gases are passed in the last drying stage from the flue gas duct, in which they act indirectly on the coal, directly into the both directly with steam and with flue gases indirectly heated drying room.
  • steam and flue gas an energetic improvement of the entire drying process should be achieved. It makes sense to use such a dryer only where large quantities of flue gases are produced.
  • This known drying device is now constructed so that is provided as a main dryer only the remainder of the drying capacity accepting steam dryer.
  • DE 10 2014 1 13 307 A1 discloses inter alia a reactor for producing a fuel gas from mechanically dewatered sludge.
  • the described pyrolysis reactor consists of several Doppelrohr Anlagenübertragern, each having an inner tube with a hollow screw and an outer tube.
  • the sludge to be dried is conveyed in the inner tube by means of the hollow screw, wherein in the outer tube, a heating gas is passed in countercurrent.
  • At least two similar double tube heat exchangers are connected together in a series arrangement. This is to ensure that in the first double tube heat exchanger, the water contained in the sludge is evaporated by heat supply, whereas in other double tube heat exchangers, the sludge is heated to about 550 ° C.
  • Double tube heat exchangers arranged thereafter serve to fuse the organic components in the sludge under exclusion of air to form a solid pyrolysis residue, thereby generating a fuel gas which is fed to an energy recovery by a gas-solid countercurrent flow.
  • the fuel gas is intended for use as a heating gas or for power generation in a CHP.
  • a disadvantage of the known pyrolysis reactor is that the energy supply to the heating gas takes place outside the double tube heat exchanger, whereby energy losses can not be excluded.
  • This invention delt no dryer, but as a method a reactor for coupling a plurality of double tube heat exchanger, which have different tasks in the process and thus different physical characteristics such. B. have the temperature or the chemical composition of the expelled gases. The invention provides no constructive coupling.
  • the object of the present invention is moist material, especially biomass, energetically favorable and energetically effective to dry by means of a dryer simple structural design in a cost effective manner.
  • This object is achieved by a contact dryer with the features according to claim 1 and by a method which works with such a contact dryer, having the features according to claim 10.
  • This type of contact dryer is particularly suitable for drying fibrous, fine-grained, pasty or dusty materials such.
  • fibrous, fine-grained, pasty or dusty materials such as grass, leaves, algae, paper and sewage sludge, fermentation residues, grains, food, sawdust, with or without mechanical predrying, pretreatment or treatment.
  • the contact dryer according to the invention is used for drying moist material, in particular biomass being considered as moist material.
  • the contact dryer according to the invention has in the basic structure at least one drying tube in which by means of a provided inside the conveyor, which may preferably be a screw conveyor, the material to be dried is conveyed through the drying tube, wherein on the outside of the drying tube is a heating medium and the Drying tube and the heating medium are surrounded by a jacket forming a jacket space.
  • the jacket space which preferably has an axial extension, has at least one further drying tube in its interior, wherein the material to be dried can not mix from at least two drying tubes in at least one point in the jacket space.
  • a favorite The preferred solution is, for example, the physical separation of the interiors.
  • the physical separation can be either a common wall design or with custom pipes that could touch. In the case of a physical separation, the offspring are separated from the physically separate areas.
  • There are even design variants are conceivable in which, although the material to be dried can not mix due to raised partitions, but the vapors are withdrawn via a common dome.
  • the individual drying tubes of the contact dryer are preferably coaxial with each other and coaxial with the jacket.
  • the jacket space is insulated to prevent heat loss to the outside. The construction and the equipment required are thus simplified accordingly, the production costs are reduced accordingly.
  • the jacket space limits the spatial expansion range of the heating medium.
  • the jacket space is preferably designed as a cylindrical body, which receives a plurality of drying tubes and includes together.
  • the cylindrical design is particularly suitable to absorb the pressure prevailing in the heating medium (pressure vessel). With this design, heating pressures of up to 40 bar can be achieved, which corresponds to a heating temperature of approx. 250 ° C. This is at usual drying temperatures for biomass of less than 200 ° C, usually even below 100 ° C and heating temperatures of up to 250 ° C, usually even below 160 ° C more than adequate and allowed in any case optimal operation.
  • the jacket space is tubular and each has an end portion in the form of a flat bottom.
  • This has the advantage that the degree of drying to be achieved of the moist material to be dried can also be influenced or determined in addition to the supplied heating power over the length of the contact dryer, depending on the constructively selected design.
  • the tubular basic structure of the jacket space has the additional advantage that it forms the ideal shape of a pressure hull.
  • the drying pipes located in the drying area can easily pass through the shell space at its respective end area. closing lids. This construction is particularly simple, since these covers (preferably flat bottoms) can be easily drilled at least in the areas in which drying tubes are located, after the rolling or deep drawing.
  • the jacket space can also be heated inside. He then has inside a heating area and a drying area, wherein drying pipes are by definition arranged in the drying area and heating pipes by definition in the heating area.
  • a jacket space may also comprise a plurality of heating and / or drying areas.
  • the heating tubes can be arranged coaxially with the drying tubes. This is always advantageous if the heating takes place through a gaseous medium. If a liquid or a condensing gas is used for heating, the installation of serpentine heating pipes is recommended.
  • the jacket space is preferably provided in the lower area according to the invention with tubes through which a medium for heating (heat supply medium) flows.
  • a medium for heating heat supply medium
  • the heat supply medium is preferably hot flue gas from a combustion, but may in principle be any form of hot heat carrier, so for example, thermal oil, liquid metal salts or liquid metals.
  • the hot flue gas may for example also be the exhaust gas of a reciprocating engine or a gas turbine. If the flue gas contains dust or soot constituents, the heating pipes would according to the invention provided with a cleaning facility that can be used either during operation or at a standstill.
  • the flue gas heat supply medium
  • these heating tubes can be arranged according to the invention also directly below the shell space and serve as a hot well (Kondensatsammeiraum) of the jacket.
  • the shell space would be connected in this case via one or more collectors with the heating tubes, unless they are individually and directly connected to the shell space.
  • This arrangement offers various advantages according to the invention.
  • the heat transfer on the air side (heat supply, heat supply medium) is always significantly lower than on the water side (heat absorption).
  • the heated Air heat supply medium
  • the heated Air heat supply medium
  • the size of the dryer can be further reduced.
  • the complete shell space for drying pipes is available, since the space for the heating pipes deleted. Furthermore, eliminates the gap between heating and drying pipes, which is required to absorb the fluctuating water level between cold and warm state and the various benefits.
  • the jacket space is preferably subjected to a heating medium, which changes the phase from vapor to liquid during heat release and condenses on the outer surface of the drying tubes.
  • the condensation temperature corresponds exactly to the dew point temperature at the vapor pressure, which is applied to the shell space.
  • the material to be dried can in no case assume a higher temperature than the surface temperature of the drying tubes.
  • the maximum temperature of the material to be dried can be adjusted very precisely by controlling the pressure of the steam in the shell space.
  • the heating medium may be water vapor. Depending on the desired drying temperature, however, these can also be organic media, typical representatives of which are the commercially available refrigerants.
  • the shell space is only partially filled with the condensate.
  • the remaining space inside the shell is filled by the vapor phase.
  • the vapor pressure can be both above and below the ambient pressure here.
  • the steam or gaseous phase of the heating medium has the advantage that even with a relatively dense and compact arrangement of the individual drying tubes within the drying range, the very good heat transfer during phase change (in this case condensation) ensures sufficient heating and thus efficient drying.
  • the jacket space is then provided with a controlled ventilation and exhaust or to avoid inert gases in the jacket space of the dryer. If the heating medium such as hot water or thermal oil does not change phase, it is preferably pumped or blown from the heating tubes to the drying tubes.
  • the jacket space of the dryer is preferably completely filled with the heating medium, but at least up to above the top row of the drying tubes. If no heating area is provided in the jacket space and the heating medium does not change phase, a forced guidance of the heating medium around the drying pipes is advantageous, for. B. with baffles and several passages to ensure uniform heating of the drying pipes, this would be z. As in thermal oil or hot or hot water of the case.
  • the arrangement according to the invention of the heating region in the jacket space or directly below makes it possible to form the jacket space as a closed pressure body.
  • the shell space works as a self-contained natural circulation steam generator with integrated steam cycle. In operation, it requires no further procedural connections with the environment and no further external units, in particular no connection to an external steam generator, no water treatment and no water treatment. He is considerably cheaper in terms of investment and operating costs. The same applies analogously when using commercially available refrigerants or other substances that change phase. It is only a safety valve required that protects the jacket space against overpressure.
  • the arrangement of the heating in the lower part of the shell and in the form of flue pipes or an external heat exchanger allows even at low power to use a Feststofffeue- tion for heating, without the heat exchanger clogged by the dust loading in the flue gas (heat supply medium).
  • the contact dryer according to the invention is advantageously constructed so that it can be transported in a 20 "or 40" container. It has few and simple outward connections, so it can easily be moved to different locations and deployed there - even for a short time - without having a negative impact on economic viability.
  • the 20 "or 40" container is designed so that it serves as a housing after setting up the contact dryer and z. B. represents a weather protection; The same applies to a possible sound insulation. It is then possible to dispense with a building that requires a building permit, which makes the deployment more flexible.
  • This basic structure of a shell-forming enclosure with at least two drying tubes and possibly one or more heating tubes and with a heating medium in the interior of the shell space has the advantage that the material to be dried is physically separated from the heating medium, so that a cleaning of the heating medium entrained parts of the material to be dried, as is the case in the prior art, is eliminated.
  • the heating medium can be supplied in direct contact with the heating tubes with heat energy supply and deliver this energy in the drying area in the form of heat directly to the drying tubes and from there this heat energy for the purpose of drying to be conveyed to the inside of the drying tube to be dried moist material can result in an effective energy balance of this two-part contact dryer, in which the drying area and the heating area are coupled together via the heating medium, so that the supply of heating medium from the heating area in the drying area and the return of the heating medium from the drying area in the heating area in the simplest way can be realized because no mandatory internals are required within the contact dryer.
  • the screw spiral can also by a soulless helix or any other conveying member such.
  • the conveyor can thus be operated at any speed, allowing the residence time of the material to be dried in the dryer can be set arbitrarily.
  • This type of drying avoids any heating of transport air for the vapors (mixture of air coming into contact with the material to be dried and exiting steam) and allows the full use of the supplied heat to evaporate the water or liquid that is to be expelled.
  • the belt dryer requires air to transport the heat to the material to be dried and is in direct contact with the material and the exiting steam. It mixes with the steam and thus represents a very large amount of gas laden with dust and odorous substances. In the case of the contact dryer according to the invention, no air is required. The amount of vapors can thus be reduced down to the amount of steam that evaporates during drying.
  • a suction device is preferably provided, by means of which dust entrained during drying and expelled vapor, i. the expelled liquid as a gas (ie, for example, as water vapor, also mixed with air and also containing, partly foul-smelling, organic constituents) are sucked and not into the environment long.
  • the exhausted vapors are not diluted too much with air or other gases, the absorbed heat of vaporization can be cooled by heat transfer. recuperate with condensation at a high temperature level.
  • the vapors contain more than 20% vapor, ideally more than 50%.
  • the dryer can advantageously also be heated with the waste heat of the vapors by condensing the vapors after compression at a higher temperature. In this case, you only need the mechanical energy to operate the compressor.
  • the vapors are not diluted with air or other inert gases in these methods of the invention. They can therefore easily be cleaned of the organic substances without voluminous filter systems in small filters.
  • the organic substances can also be further concentrated before purification, if a vapor condensation takes place. The size of the filter is thereby further reduced.
  • the dryer according to the invention is heated by combustion, the vapors produced during the drying can be fed according to the invention directly to the combustion.
  • the organic components are burned directly by the combustion and converted to carbon dioxide and water vapor. If after firing a dust separation is provided, the particles entrained in the drying ideally can be collected together with the ashes of the fuel and disposed of without being released into the atmosphere as a pollutant.
  • the utilization of the vapors in a furnace is an easy way to burn the annoying odor-laden organic substances and also the dust. This is usually forbidden in furnaces with combustion grate, because then usually the integration of the vapors in the air management of the furnace is no longer meaningful, since the required combustion temperatures can no longer be guaranteed.
  • the vapors are used as secondary air in a fluidized bed combustion, which basically consists of a precombustion in the fluidized bed and an afterburning above the fluidized bed (procedurally after the fluidized bed); The fluidized bed combustion operates in this area without excess air, so that the integration can be carried out while maintaining the combustion temperatures.
  • This combination with a fluidized bed has according to the invention the further advantage that the waste heat in the heat transfer medium (flue gas) after leaving the heating pipes of the dryer can be largely used for preheating the combustion air, which is prohibited in a grate firing.
  • the efficiency is thus optimized in a combination of dryer and fluidized bed combustion. This combination not only optimizes the process efficiency. It also advantageously avoids the otherwise costly and expensive use of a biofilter.
  • the heat released during fluidized-bed firing would advantageously be used to heat the dryer.
  • the utilization of sewage sludge would provide optimal synergies. The same applies if a working machine is used in front of the dryer, z.
  • As an ORC system a steam cycle, a Stirling engine or an indirectly heated gas turbine.
  • the vapors would preferably be added in the pre-combustion.
  • the material to be dried and the dried material need not come into contact with oxygen-containing air. If the product forms dust and there is a risk of explosion, it can be easily avoided by drying in an air-free atmosphere.
  • the dryer is therefore particularly suitable for drying dusty and explosive goods. Energy and efficiency
  • the heat introduced into the contact dryer for the purpose of thermal drying is used, in addition to a small proportion for heating the material to be dried to the drying temperature, exclusively for the evaporation of the liquid to be expelled.
  • the efficiency of the dryer is defined as the ratio of heat used for evaporation to applied heat. This ratio is much higher in the contact dryer according to the invention than in convection dryers and is very close to 100%. Also compared to other contact dryers results in an efficiency advantage, since the surface exposed to the environment is smaller and thus reduce the heat losses.
  • the area relevant for the heat losses of 35 x 0.2 m in circumference drops to the circumference of the shell with 2.2 m diameter and thus, at a length of 8 m, the total surface area from 176 m 2 to 55 m 2 .
  • the approximately 40 heating pipes are also integrated in the jacket; the integration of the heating tubes in a traditional contact dryer according to the prior art is not possible; in consequence, in the prior art, leads to a further surface with heat losses, with the external steam generator and the connecting pipelines.
  • the material to be dried should be exposed to a minimum temperature over a period of time in order to achieve appropriate effects.
  • This can be advantageously realized in the contact dryer according to the invention by adjusting the drying temperature.
  • the desired effect can be for example a sterilization or pasteurization, but also a targeted killing of all active bacteria.
  • the operation of the dryer is also possible in a mobile application. This is particularly useful when waste heat is available, for example from drive motors of trucks or ships. In this case, only surge brakes in the water phase are to be installed in order to avoid sloshing of the condensate in response to the rolling, yawing and pitching movements of the means of transport.
  • a heat supply medium is passed through which feeds the heat medium located in the jacket space via the walls of the heating tube, wherein the heating medium surrounds the outside of the heating tube in the jacket space.
  • the advantage of such a construction of the contact dryer according to the invention also consists in that a controllable amount of heat energy can be fed to the heating medium via the heat supply medium routed through the heating pipes, so that the degree of drying of the moist material to be dried in the drying pipes can be controllably influenced.
  • a plurality of drying pipes and also a plurality of heating pipes are provided in the shell space.
  • the drying tubes are in such a case in the shell space in areas, i. in the drying area of Mantelrau- mes, arranged as tube batteries. This also applies equally to the arrangement of a plurality of heating pipes, which are preferably also provided in the heating of the jacket space in the manner of a tube battery.
  • the regulation of such a contact dryer can be carried out according to the invention by means of a regulation of the vapor pressure in the jacket space. If the energy input into the heating medium in the mantle room takes place directly with flue gas, the power of the unit which provides the heat would be regulated so that the pressure in the mantle space is constant.
  • the regulation of the drying temperature can be controlled according to the invention on the dew point temperature.
  • the dew point temperature can be measured easily.
  • the vapors (mixture of the ambient air and the steam) would in this case preferably aspirated to work dust-free and odor-free to the outside.
  • this principle can also be applied to drying under reduced pressure (with or without little ambient air), in which case the vapors or the steam must then be compressed after leaving the dryer.
  • thermodynamic efficiency of the dryer increases in this case. This effect has to be weighed against the additional electrical consumption of the compressor.
  • pressure sensors are connected to the drying tubes, by means of which pressures prevailing in them can be supplied as pressure signals to a control device, on the basis of which the heating tubes can be supplied with heat energy corresponding to the pressure values such that the drying temperature in the drying tubes can be regulated in a pressure-dependent manner ,
  • the degree of drying of the moist material in the drying tubes or with the contact dryer is determined by the intended use of the dried material. In some applications, a slightly higher residual moisture will be important, while for some applications, a relatively high degree of drying is sought.
  • a method for drying a moist material, in particular biomass which is operated with a contact dryer of the type described above.
  • the material to be dried is passed in the same direction by one or more axially extending jacket space coaxial with the jacket space drying tubes, while a befindliches in the shell space in the heating medium heating medium, which - if present - surrounds at least one heating tube, via which heat energy to the heating medium is supplied, wherein the heating medium is fed to the drying pipes in the dry area of the shell space, in the interior of which the moist good to be dried is dried.
  • a preferred method step for the method according to the invention is the detection of the pressure prevailing in the interior of the drying tubes by means of a pressure sensor, wherein the pressure signal generated by the pressure sensor is fed to a control device, based on which the drying process is controlled or regulated.
  • This can be advantageous also set a temperature at the organically contaminated goods such.
  • the pressure it is also possible for the pressure to be controlled or regulated on the basis of heating medium temperature and / or conveying speed of the material in the drying tubes. If the energy expenditure required for drying is not to be increased, but a higher degree of drying of the moist material to be dried is to be achieved, such a higher degree of dryness can be achieved by reducing the conveying speed of the material to be dried through the drying tubes.
  • the contact dryer can - in comparison to a convection dryer - account for a large number of drives and control units, such.
  • a soulless screw as a conveying device makes it possible with free-flowing goods to make the delivery of the material to be dried into the drying pipes simple by the oversupply of the screws in the feed area.
  • An overfill of the dryer can be easily avoided by changing the slope or a core tube in the entry area.
  • the screws are offset and arranged in pairs.
  • the entry into the individual pairs is preferably carried out stepwise or stepwise from a common template.
  • This template may consist of inclined walls to avoid bridging and / or be provided with a loosening device, as it is z.
  • B. represents a vibrator, one or more compressed air nozzles or a spindle.
  • the soulless screws are preferably driven from the discharge side, so that the screw flights are stressed, not to pressure.
  • the entry could also be made directly via pumps and chokes, possibly with automatically controlled valves.
  • the conveyor is formed in the interior of the drying tubes for transporting the material to be dried as a soulless screw, which is preferably resilient to train.
  • the drying tubes can on the inside with a
  • the preferred or optimal size fits in well with a modular design in 20 or 40 ft containers, so that the systems can be used in a modular manner, and in particular can also be used at different places of use.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the contact dryer according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the contact dryer according to the invention
  • 3 shows a schematic structure of a storage container for a contact dryer according to the invention
  • FIG. 4 is a plan view of the storage container of FIG. 3,
  • FIG. 5 a front view of the storage container from FIG. 3; and FIG. 6: a schematic representation of a conveyor device designed as a spiral screw with a core tube
  • Fig. 1 shows the first inventive embodiment of a contact dryer (1) as a natural circulation steam generator with integrated condenser for the thermal drying of a material to be dried (2) by means of an evaporating heating medium (3).
  • the spatial extent of the contact dryer is defined by the jacket tube (6) and the two end regions (7, 8).
  • the jacket tube (6) is designed so that pressures up to 40 bar (temperatures of about 250 ° C) can be realized, the pressure is determined by the introduced heating power in the heating medium (3).
  • the length of the jacket tube (6) is variable and can according to the invention structurally adapted to the heat demand for the drying or the required area
  • the end areas (7, 8) are at least in the drying area (4) structurally simple to produce by perforated plates.
  • the drying area (4) which comprises the drying tubes (9).
  • the conveying elements (10) - here embodied as conveying spirals - and the material to be dried conveyed by them (2).
  • the drying tubes (9) extend from the entry-side end region (7) to the discharge-side end region (8) coaxially with the jacket tube (6), are physically separated from one another and puncture both end regions (7, 8).
  • the material to be dried (2) is conveyed by means of conveying elements (10) through the contact dryer (1) and dried by heat input.
  • the dried material (1 1) leaves the contact dryer (1) at the discharge end area (8) with a defined residual water content.
  • the residual water content can be regulated according to the invention via the drying temperature and the conveying speed.
  • the heating area (5) is arranged, which includes a defined number of heating tubes (12).
  • the heating tubes (12) extend from the entry-side end region (7) to the discharge-side end region (8) coaxially with the jacket tube (6), penetrate both end regions (7, 8) and are traversed by a hot heat supply medium (13).
  • the heat contained in the hot heat supply medium (13) becomes during the flow to the heating tubes (12) and discharged through this to the heating medium (3).
  • the cooled heat supply medium (14) leaves the jacket tube on the discharge side.
  • the heat absorbed by the heating medium (3) leads to the evaporation of the heating medium (3) in the heating area (5) at a constant temperature and pressure.
  • the resulting vapor rises from the heating area (5) to the drying area (4) and condenses there at the same pressure and temperature as in the evaporation of the drying tubes (9) under delivery of its latent heat to the drying tubes (9) and contained therein Drying Good (2).
  • the condensate runs down the drying pipes (9) and drips back into the heating area (5) where it is evaporated again. As a result, there is a closed natural circulation, which ensures heat transport between the heating area (5) and the drying area (4) without further units or connections with the environment.
  • the conveying elements (10) take on the one hand the dosage of the material to be dried (2) and thus regulate the filling height of the drying tubes (9), on the other they define the residence time of the material to be dried (2) within the drying range (4) via the conveying speed ,
  • the drive of the conveying members (10) takes place on the discharge side, so that the conveying elements (10) are subjected to tension.
  • the residence time can be adjusted according to the invention so that the material to be dried (2) depending on the drying temperature enough water can be withdrawn.
  • the supply of the dryer with material to be dried is carried out by filling the supply container (21) to above the level of the uppermost drying tubes (9)
  • the dosage itself by means of a variable speed of the conveying members (10) and - concomitantly - a different amount conveyed to be dried.
  • the flow rate can be controlled by the fact that the pitch of the screw helix of the conveying member (10) is variable or in the feed tank (21), the cross section of the screw helix is partially blocked, for example by core tubes.
  • the drying tubes (9) are offset and arranged in pairs, the pairs being arranged in a staircase or stepped manner. Due to the sufficient heating surface, the structurally complex introduction of heat via the conveying elements (10) can be dispensed with and the conveying elements (10) can be structurally designed simply as a spiral screw.
  • FIG. 2 shows a second embodiment according to the invention of a contact dryer (1) as a natural circulation steam generator with an external steam generator for the thermal drying of a material to be dried (2) by means of an evaporating heating medium (3).
  • the drying area (4) is identical to the embodiment of the contact dryer (1) shown in FIG. 1 and also the heat transfer between heating area (5) and drying area (4) takes place in the same way, the embodiment of FIG Contact dryer (1) in the design and positioning of the heating area (5).
  • the heating area (5) in Fig. 2 is not included in the jacket tube (6) in this case, but below the jacket tube (6) and connected by a riser (17) and a downpipe (18) connected to the jacket tube.
  • the heating tubes (12) are in this embodiment flows around the hot heat supply medium (13) and flows through the heating medium (3).
  • the heat output of the hot heat supply medium (13) leads to evaporation of the heating medium (3), which rises in vapor form in the riser (17) and thus enters the jacket tube (6) and the drying area (4).
  • the condensation of the heating medium (3) takes place with delivery of the latent heat to the drying tubes (9) and a reflux into the lower part of the jacket tube (6). From there, the condensate returns via the downpipe (18) back into the heating area.
  • a closed natural circulation sets in. If downpipe (18) and riser (17) are separated, the heating tubes (12) are preferably slightly inclined, namely rising towards the riser (17).
  • the regulation of the contact dryer (1) by means of regulating the vapor pressure in the jacket tube (6) on the through the heat supply medium (13) introduced heat output.
  • the vapor pressure determines the temperature at the drying tubes (9).
  • the regulation of the drying temperature can take place via the withdrawal of the vapors (15) or the supply of air (19) into the drying tubes (9) by means of the control valve (20).
  • FIGS. 3, 4 and 5 show a storage container of a contact dryer according to the invention from various perspectives.
  • Fig. 6 a conveyor device or organ (10) designed as a screw helix with core tube (22).
  • the supply of material to be dried (2) in the storage container (21) is carried out by an upstream conveyor technology such as screw conveyors, plates, belts or solids pumps.
  • the reservoir (21) itself is preferably carried out gas-tight and pressure-resistant at deviating from the ambient pressure operating pressures, for example, to ensure the withdrawal of vapors and odors and to minimize the entry of false air.
  • the walls of the storage container (21) are advantageously inclined and designed to taper upwards to counteract bridge formation of the starting materials.
  • pneumatic discharge aids eg Luf gas nozzles
  • oscillating discharge aids eg vibrators, vibrators, knockers, vibration grates
  • rotating discharge aids eg clearing arms, rotating installations, paddle shafts
  • discharge devices eg Discharge screws
  • the material to be dried (2) is filled in the storage tank (21) to above the level of the uppermost drying pipes (9). This also provides for a responsive uniform and constant filling level for a seal of the interior of the drying pipes (9) against the environment and thus reduces the introduction of additionally heated false air in the drying area (4).
  • the conveying members (10) of the contact dryer (1) - run here as screw helix - open and are overwhelmed by the material to be dried (2).
  • the conveying elements (10) take on the one hand the dosage of the material to be dried (2) and thus regulate the filling height of the drying tubes (9), on the other they define the residence time of the material to be dried (2) within the drying range (4) via the conveying speed ,
  • the drive of the conveying members (10) takes place on the discharge side, so that the conveying elements (10) are subjected to tension.
  • the residence time may vary according to the invention.
  • the delivery rate can be controlled by the fact that the pitch of the screw helix of the conveying member (10) is variable or in the storage container (21), the cross section of the screw helix is partially blocked, for example by core tubes (22).
  • the core tube may either be fixedly connected to the screw or fixed to the rear wall or attached to a closing plate attached to the drying tube. In the first case, the core tube (22) would rotate with the screw, in the other two cases, the screw rotates around the core tube (22).
  • the core tube (22) protrudes from the feed container (21) and into the inlet (24).
  • the dosing aid (23) can be designed, for example, as a shell, grid basket or rods.
  • the dosing aids (23) are arranged vertically in a plurality of horizontal planes such that substantially no cross-section remains between them from which they are not discharged (FIG. 4). Only with free-flowing goods, the distance can be chosen to be larger, since the good flows by itself in the underlying conveyor members (10).
  • a drying tube (9) with an outer diameter of, for example, 168.3 mm and a wall thickness of 4 mm results in a delivery cross section (inner diameter) of 160.3 mm.
  • drying tubes (9) are arranged in the same plane with a center distance of 320 mm and below center another, so is discharged from the entire filling cross section.
  • This arrangement of several horizontal planes is called a step.
  • several stages of drying tubes (9) may be arranged. If the material to be dried (2) is not free-flowing, preferably trays are arranged as metering aids (23). The entry areas of the various stages are arranged axially offset in this case.
  • the material to be dried (2) is a non-pourable material (eg pasty goods such as sewage sludge), instead of metering via core tubes (22) and screw pitch, it is also possible to meter via positive displacement pumps (eg diaphragm pumps , Piston pumps, eccentric screw pumps, rotary lobe pumps or peristaltic pumps).
  • positive displacement pumps eg diaphragm pumps , Piston pumps, eccentric screw pumps, rotary lobe pumps or peristaltic pumps.
  • the material to be dried (2) is metered into the drying tubes (9) via an inlet (24) and then dried in the contact dryer (1) as described above.
  • the conveying members (10) transfer the dried material (11) into an outlet. From this drops the dried material (1 1) in a collection container. This is preferably carried out gas-tight and pressure-resistant as well as the storage container (21), in order to ensure a deduction of the vapors and odors and to work at different operating pressures from the ambient pressure.
  • the common discharge of the dried material (1 1) from the collecting container takes place with the aid of conveying technology, such as screw conveyors, plates, belts or solids pumps.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kontakttrockner (1) zum Trocknen von feuchtem Gut sowie eine Verfahren zu Trocknen von feuchtem Gut. Der Kontakttrockner (1) bestehend aus zumindest einem Trocknungsrohr (9), in welchem das zu trocknende Gut (2) förderbar ist und auf dessen Außenseite sich in einem, das Trocknungsrohr (9) zumindest partiell umgebenden Mantelraum ein Heizmedium (3) befindet. Im Mantelraum ist zumindest ein weiteres Trocknungsrohr (9) angeordnet und die zumindest zwei Trocknungsrohre (9) derart ausgebildet sind, dass sich das zu trocknende Gut (2) über zumindest einen Längsabschnitt der zumindest zwei Trocknungsrohre (9) nicht mischen kann.

Description

KONTAKTTROCKNER
Die Erfindung betrifft einen Kontakttrockner zum Trocknen von feuchtem Gut sowie ein Verfah- ren zum Trocknen eines feuchten Gutes.
Grundlagen zu thermischen Trocknern
Das thermische Trocknen von feuchten Gütern ist von jeher ein wichtiger technischer Vorgang. Das Gut und die darin enthaltene Flüssigkeit sind von Luft oder einem anderen gasförmigen Medium umgeben, in das die Flüssigkeit ausdampfen kann. Die Mischung aus gasförmigem Medium und Dampf wird auch als Brüden bezeichnet.
Das grundlegende Prinzip der thermischen Trocknung ist ein Wärmeeintrag in das zu trocknende Gut. Das zu trocknende Gut und die darin enthaltene Flüssigkeit werden hierbei erwärmt. Der eigentliche Trocknungsvorgang beginnt, sobald die Temperatur des Produkts die Tempera- tur erreicht, die dem Partialdruck des Dampfes der zu trocknenden Flüssigkeit in der umgebenden Atmosphäre entspricht. Physikalisch entspricht dies einem Gleichgewicht zwischen dem Dampf der Flüssigkeit und der Flüssigkeit an der Oberfläche des Produkts, einem Gleichgewicht zwischen Kondensation und Verdampfung. Dieser Gleichgewichtszustand wird als Sättigungszustand bezeichnet. Für jede Temperatur gibt es einen Sättigungsdruck und für jeden Druck eine Sättigungstemperatur.
Ist der Dampfdruck höher als der Sättigungsdruck, erfolgt ein Kondensation des Dampfes durch Tropfenbildung. Ist der Dampfdruck niedriger als der Sättigungsdruck, erfolgt ein Verdampfen der Flüssigkeit. Beim Kondensieren wird Wärme frei, beim Verdampfen wird Wärme benötigt. Kondensation und Verdampfung erfolgen jeweils solange, bis durch den Stoff- und Energieaus- tausch ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht ist. Diese Gleichgewichtstemperatur bezeichnet man auch als Taupunkt.
Konvektionstrockner
Ein häufig verwendeter Vorgang der thermischen Trocknung ist die Trocknung durch Konvekti- on. Hierbei gibt ein Gas (zumeist Luft) durch Abkühlung einen Teil seiner Wärmeenergie an das zu trocknende Gut und die darin enthaltene Flüssigkeit ab und nimmt im Gegenzug einen Teil der im zu trocknenden Gut enthaltenen Flüssigkeit als Dampf auf. Bei diesem Vorgang ist zu berücksichtigen, dass durch die Aufnahme von Dampf auch der Taupunkt des Gases ansteigt. Das Gas kann somit nicht bis zu der Temperatur abgekühlt werden, die dem Taupunkt am Anfang des Trocknungsvorgangs entspricht, sondern nur bis zu der Temperatur, die dem Taupunkt am Ende der Aufnahme von Dampf entspricht. Diese Temperatur am Ende des Trocknungsvorgangs bezeichnet man technisch auch als Feuchtkugeltemperatur.
Es gibt nun eine Vielzahl von Flüssigkeiten, die bei Trocknungsvorgängen aus einem Gut ausgetrieben werden; beispielsweise seien organische Lösungsmittel genannt. Die größte technische Bedeutung besitzt jedoch das Austreiben von Wasser aus Gütern, die in der Natur vorkommen und dort eine höhere Feuchtigkeit aufweisen als für die Verwendung erforderlich oder erwünscht ist.
Das Austreiben von Wasser erfolgt zumeist mit Hilfe von Luft. Die Luft wird hierzu zunächst erhitzt und dann mit dem Produkt in Kontakt gebracht. Die Wärme, die zum Erhitzen aufgebracht wird, wird zu zwei wesentlichen Zwecken genutzt:
Als Verdampfungswärme, um die Flüssigkeit zu verdampfen Als fühlbare Wärme, um die Luft auf die Feuchtkugeltemperatur zu erhitzen
Ein in der Regel kleiner Anteil wird zur Erhitzung des Gutes auf die Feuchtkugeltemperatur genutzt.
Bei der Kombination Luft / Wasser ist der Teil der Energie, die zum Verdampfen verwendet wird, auf ca. 70% der aufgebrachten Energie beschränkt. Der Rest wird zum Erhitzen der Luft auf die Feuchtkugeltemperatur benötigt.
Um den Wirkungsgrad zu steigern, wurde begonnen, die Luft mehrfach im Kreis zu führen, zu rezirkulieren. Dies erhöht die Gesamtbeladung der Luft mit Wasserdampf, erhöht aber gleichzeitig auch die Feuchtkugeltemperatur und damit die Temperatur des Trocknungsvorgangs. Die Feuchtkugeltemperatur entspricht immer der Temperatur der austretenden Luft entspricht und die Beladung mit Wasserdampf der Differenz zwischen der nachströmenden Frischluft und der austretenden Abluft.
Nur ein kleiner Teil der zirkulierenden, beladenen Luft wird durch Frischluft ersetzt. Die Anzahl der Zirkulationen ergibt sich aus dem Verhältnis der Menge der zirkulierenden Luft, die sich wiederum aus der möglichen Wasseraufnahme je Zirkulation ergibt, und der Menge an austreten- der Abluft.
Der Nachteil an diesem Verfahren ist, dass die Beladung der Luft mit Wasser je Zirkulation abnimmt und somit deutlich mehr Luft strömt, als dies bei einmaliger Beladung der Fall ist. Letzt- lieh wird mit dieser Rezirkulation ein nicht unerheblicher Teil der eingesparten Wärme durch einen erhöhten Bedarf an Ventilatorleistung kompensiert, um die Luft im Kreis zu führen.
Konvektionstrockner haben grundsätzlich die Eigenschaft, leichte Teilchen des Gutes mit sich fortzutragen. Sie benötigen daher in aller Regel einen Abscheider für Staub. Bei vielen biogenen Substanzen wird neben dem Wasser auch ein Teil an organischen Verbindungen ausgedampft. Diese organischen Verbindungen sind meist geruchbehaftet, so dass neben dem Staubabscheider Trockner oftmals auch einen sogenannten Biofilter benötigen, um diese riechenden organischen Substanzen aus der Abluft auszuscheiden.
Kontakttrockner
Neben dem Konvektionstrockner existiert als Trocknungsverfahren auch die sogenannte Kontakttrocknung. Beim Kontakttrockner wird das Gut selbst und direkt durch Kontakt mit einer festen Oberfläche erhitzt.
Das auszudampfende Wasser wird hierbei über die Taupunkttemperatur erhitzt und verdampft. Bei einem Kontakttrockner wird die Taupunkttemperatur durch die Menge an Luft bestimmt, die in den Kontakttrockner einströmt. Durch die Veränderung dieser Luftmenge kann auch die Taupunkttemperatur beliebig verändert werden.
Die Oberflächentemperatur des Trocknungsrohres liegt stets deutlich über der Taupunkttemperatur. Im Zuge des Trocknungsvorgangs steht an der Oberfläche des Gutes immer weniger Wasser zur Verfügung, das verdampfen und dabei die von der Oberfläche des Trocknungsrohres übertragene Wärme aufnehmen kann, so dass die Wärme das Produkt selbst aufheizt. Bei einem Kontakttrockner besteht daher grundsätzlich die Tendenz, dass das Gut zum Ende des Vorgangs die Temperatur der Oberfläche des Trocknungsrohres annimmt. Maßgeblich ist dabei immer nur der Teil der Oberflächen, an denen sich das zu trocknende Gut und das Trocknungs- rohr berühren (Berührungsfläche). Sofern diese Oberflächentemperatur das Produkt schädigen könnte, sind entsprechende Maßnahmen erforderlich, die gewährleisten, dass das Gut nur kurzzeitig mit der heißen Oberfläche des Trocknungsrohres in Kontakt kommt und dann wieder ausreichend Zeit verbleibt, um die dabei zugeführte Wärme ins Innere zu transportieren, wo noch Wasser vorhanden ist, das ausgetrieben werden muss. Beim Kontakttrockner besteht keine Zwangsbeziehung zwischen dem ausgetriebenen Wasser und der ein- und ausströmenden Luft. Ein Kontakttrockner unterliegt somit nicht den Wirkungsgradeinschränkungen der Konvektionstrockner und erlaubt theoretisch Wirkungsgrade von fast 100%. Die Leistung eines Kontakttrockners wird durch die Wärmemenge bestimmt, die über die feste Oberfläche des Trocknungsrohres an das zu trocknende Gut übertragen werden kann. Die effektiven Kontaktflächen (Berührungsflächen) sind in aller Regel relativ klein und machen nur einen Bruchteil der gesamten Oberfläche des Trocknungsrohres aus. Dies ergibt eine deutliche Einschränkung für Kontakttrockner, die sich gegen Konvektionstrockner daher bislang nur in Sonderfällen durchsetzen konnten.
Ein weiteres Problem der Kontakttrockner ist die Wärmezufuhr an die Oberfläche des Trocknungsrohres. Als Wärmeträger kommen Heißwasser, Wasserdampf oder Thermalöl in Betracht. Hierzu bedarf es separater geschlossener Kreisläufe, die die Komplexität des Kontakttrockners erhöhen und seine Praktikabilität herabsetzen; dies ist konstruktiv und verfahrenstechnisch aufwändig und mit zusätzlichen Kosten verbunden.
Bei kleineren Leistungen unterhalb von ca. 1 MW besteht zusätzlich das Problem, dass am Markt keine handelsüblichen Systeme zur Bereitstellung des Heizmediums zur Verfügung stehen, die mit festen Brennstoffen wie z. B. Biomasse befeuert werden können; dies ist nur mög- lieh, wenn das System staubtolerant ist, was in diesem Kleinleistungsbereich nicht verfügbar ist. Es ist daher erforderlich, die Wärme für die Trocknung über teure fossile Primärenergieträger bereitzustellen, sofern keine Abwärme in staub- und rußfreien Rauchgasen zur Verfügung steht.
Bekannt sind Kontakttrockner, die als Schneckentrockner ausgeführt sind. Dabei sind sowohl die Schneckenwendel als auch der Schneckenmantel beheizt. Die Beheizung der Schneckenwendel ist - bedingt durch die Drehbewegung des Bauteils - konstruktiv sehr aufwändig, vergrößert aber die Fläche, die für den Wärmeeintrag zur Verfügung steht und ist somit meist wesentlicher Teil der konstruktiven Lösung. Im Stand der Technik wird der Schneckenmantel dergestalt ausgeführt, dass er aus einer inneren und einer äußeren Wand mit geringem Abstand besteht, die in aller Regel nur im unteren Bereich des Trocknungsrohres besteht. Der Raum zwischen den beiden Wänden (auch als Mantelraum bezeichnet) wird durch den Wärmeträger durchströmt, wodurch das Trocknungsrohr beheizt wird.
Eine Hauptfunktion der Schnecke im Stand der Technik ist, das zu trocknende Gut immer wieder in Kontakt (Berührung) mit der heißen Oberfläche zu bringen und die Kontaktzeit durch die fortlaufende Bewegung des Gutes auch zu begrenzen. Weitere Funktionen der Schnecke sind im Stand der Technik die Förderung, die Durchmischung und die Belüftung des zu trocknenden Gutes. Sofern der Trockner schräg gestellt wird, kann die Funktion der Förderung auch durch ein Wehr am Austritt übernommen werden, über das die Füllhöhe im Schneckentrockner eingestellt wird. In diesem Falle hat die Schnecke eine reine Mischfunktion, keine Förderfunktion. Nachteilig an diesem Verfahren im Stand der Technik ist stets die direkte Kopplung der Drehung der Schnecke mit dem Wärmeeintrag, so dass sich diese Bauform für relativ trockene Eingangsstoffe, wie z. B. mechanisch vorentwässerte Biomasse, nur sehr bedingt eignet.
Für größere Leistungen ist eine Vielzahl einzelner Kontakttrockner erforderlich. Dies bedingt einen erheblichen Aufwand an verbindenden Rohrleitungen und Ventilen für die Zu- und Abfuhr des Heizmediums, für Entwässerung, Entlüftung und für die Druckabsicherung.
Stand der Technik
Es sind zahlreiche verschiedene Trockner bekannt. In DE 87 09 563 U1 ist eine Trocknungseinrichtung für Schüttgut bekannt. Diese Trocknungseinrichtung kombiniert das Kontakttrock- nungsverfahren mit einem Konvektionstrocknungsverfahren in einer Einrichtung in Form einer Drehtrommel. Nach einer Nassgutaufgabe wird das zu trocknende Schüttgut zunächst mit einer Heizfläche in Kontakt gebracht, welche in Form von Rohren oder rohrähnlichen Einbauten mittels Heißwasser oder Wasserdampf beheizt sind. In Förderrichtung durch die Trocknungseinrichtung folgt den Kontaktflächen über die Restlänge der Drehtrommel ein Konvektionstrock- nungsabschnitt. Damit sollen die Vorteile beider Verfahren kombiniert werden. Nachteilig bei diesem bekannten Dreh-Trommeltrockner ist die kontinuierliche Drehbewegung der Trommel, die erforderlich ist, um das zu trocknende Gut ständig zu bewegen, um während der Verweilzeit des Gutes im Trockner eine ausreichende und gleichmäßige Trocknung zu erzielen. Die im Trockner konstruktiv erforderlichen Einbauten, insbesondere die Heizrohre, stellen eine wesent- liehe Versperrung des Innenraumes dar, so dass diese Bauform sehr leicht zum Verstopfen neigt. Pastöses oder nicht rieselfähiges oder zum Verkleben neigendes Gut kann mit dieser Bauform nicht getrocknet werden. Ein weiterer gravierender Nachteil des Trommeltrockners ist die Notwendigkeit, eine dauerhaft dichte Verbindung für die Zu- und Abfuhr des Wärmeträgers einzubauen, die auch die Drehbewegung des Trommeltrockners zulässt. In DE 39 1 1 716 A1 sind ein Verfahren zum Trocknen von Schlamm und eine Schlammtrocknungsanlage zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Gemäß diesem bekannten Stand der Technik wird vorentwässerter Schlamm in einem Wärmeübertrager auf 70 bis 80°C voraufgeheizt, anschließend in einen Doppelschnecken-Kontakttrockner eingebracht und dort unter Zufuhr von Wärme von außen und durch Umwandlung der in das zu trocknende Gut einge- brachten mechanischen Energie durch Kneten in Wärme nachgetrocknet. Diese Doppelschnecke besteht aus zwei ineinandergreifenden Schnecken, die nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die Bauräume der einzelnen Schneckenwendeln sind verbunden. Das zu trocknende Gut kann beliebig zwischen den beiden Schnecken hin- und her wechseln, was explizit gewünscht ist. Der Doppelschnecken-Kontakttrockner ist in einen Heizmantel eingebettet, welcher auf 120°C bis 250°C aufgeheizt werden muss, wozu heißes Thermoöl oder Heißdampf verwendet wird. Der Innenraum und damit auch der doppelwandige Heizmantel ist jeweils in Form einer liegenden„8" ausgebildet (Beschreibung Spalte 4, Zeile 23 - 30). Der Aufbau der gesamten Trocknungsanlage einschließlich des ummantelten Doppelschnecken- Kontakttrockners ist relativ aufwändig, wodurch sich die apparativen Kosten für eine derartige Schlammtrocknungsanlage in unvorteilhafter Weise erhöhen.
Des Weiteren ist in DE 427 584 ein Verfahren zum Trocknen von Kohle auf übereinander liegenden Heizflächen bekannt. In dem bekannten Trockner sind Heizflächen übereinander angeordnet, wobei die zu trocknende Kohle mittels Endlos-Kratzerbändern gefördert wird. Die Kohle wird zunächst mittelbar beheizt, indem Dampf-gespeiste Heizrohre durch die Kohle geführt sind und die Kohle anschließend über mit Rauchgas beheizte Flächen geleitet wird. Die Rauchgase werden in der letzten Trocknungsstufe aus dem Rauchgaskanal, in welchem diese mittelbar auf die Kohle einwirken, unmittelbar in den sowohl mit Dampf als auch mit Rauchgasen mittelbar beheizten Trockenraum geleitet. Durch den Einsatz von Dampf und Rauchgas soll eine energe- tische Verbesserung des gesamten Trocknungsvorganges erreicht werden. Sinnvoll ist ein derartiger Trockner nur dort, wo große Mengen an Rauchgasen anfallen. Diese bekannte Trockeneinrichtung ist nun so aufgebaut, dass als Haupttrockner ein nur den Rest der Trocknungsleistung übernehmender Dampftrockner vorgesehen ist. Mittels der Kombination von Dampf und Rauchgas soll der Vorteil erzielt werden, dass eine hoch überhitzte, relativ trockene Atmosphäre geschaffen wird, um Kohlegut zu trocknen.
Des Weiteren ist in DE 10 2014 1 13 307 A1 unter anderem ein Reaktor zur Erzeugung eines Brenngases aus mechanisch entwässertem Schlamm bekannt. Der beschriebene Pyrolysereaktor besteht aus mehreren Doppelrohrwärmeübertragern, welche jeweils ein Innenrohr mit Hohlschnecke und ein Außenrohr besitzen. Der zu trocknende Schlamm wird im Innenrohr mittels der Hohlschnecke gefördert, wobei im Außenrohr ein Heizgas im Gegenstrom geführt wird. Zumindest zwei gleichartige Doppelrohrwärmeübertrager sind in einer Reihenanordnung miteinander verbunden. Dadurch soll sichergestellt werden, dass in dem ersten Doppelrohrwärmeübertrager das im Schlamm enthaltene Wasser durch Wärmezuführ verdampft wird, wohingegen in weiteren Doppelrohrwärmeübertragern der Schlamm auf ca. 550°C erwärmt wird. Weitere, da- nach angeordnete Doppelrohrwärmeübertrager dienen dazu, die organischen Komponenten im Schlamm unter Luftabschluss zu einem festen Pyrolyserückstand zu verschwelen und dabei ein Brenngas zu generieren, welches einer Energierückgewinnung durch eine Gegenstromführung Gas-Feststoff zugeführt wird. Das Brenngas ist für eine Verwendung als Heizgas oder zur Energieerzeugung in einem BHKW vorgesehen. Nachteilig bei dem bekannten Pyrolysereaktor ist, dass die Energiezufuhr zum Heizgas außerhalb der Doppelrohrwärmeübertrager erfolgt, wodurch energetische Verluste nicht ausgeschlossen werden können. Diese Erfindung behan- delt keinen Trockner, sondern als Verfahren einen Reaktor zur Kopplung mehrerer Doppelrohrwärmeübertrager, die im Verfahren unterschiedliche Aufgaben haben und damit unterschiedlichen physikalische Kenngrößen wie z. B. die Temperatur oder die chemische Zusammensetzung der ausgetriebenen Gase aufweisen. Die Erfindung sieht keine konstruktive Kopplung vor.
Aufgabe und Gegenstand der Erfindung
Gegenüber diesem bekannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, feuchtes Gut, insbesondere Biomasse, energetisch günstig und energetisch effektiv mittels eines Trockners einfachen konstruktiven Aufbaus in kostengünstiger weise zu trocknen. Diese Aufgabe wird durch einen Kontakttrockner mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren, welches mit einem derartigen Kontakttrockner arbeitet, mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
Mögliche Einsatzstoffe
Diese Art eines Kontakttrockners eignet sich besonders zur Trocknung von faserigen, feinkörnigen, pastösen oder auch staubenden Materialien, wie z. B. Gras, Laub, Algen, Papier- und Klärschlämme, Gärreste, Treber, Nahrungsmittel, Sägespäne, mit oder ohne mechanische Vortrocknung, Vorbehandlung oder Aufbereitung.
Anordnung mehrerer Trocknungsrohre in einem gemeinsamen Mantel
Der erfindungsgemäße Kontakttrockner dient dem Trocknen von feuchtem Gut, wobei als feuchtes Gut insbesondere Biomasse in Betracht kommt. Der erfindungsgemäße Kontakttrockner weist im Grundaufbau zumindest ein Trocknungsrohr auf, in welchem mittels einer in dessen Innern vorgesehenen Fördereinrichtung, welche vorzugsweise eine Förderschnecke sein kann, das zu trocknende Gut durch das Trocknungsrohr hindurchförderbar ist, wobei sich auf der Außenseite des Trocknungsrohres ein Heizmedium befindet und das Trocknungsrohr sowie das Heizmedium von einer, einen Mantelraum bildenden Umhüllung umgeben sind.
Der vorzugsweise eine axiale Erstreckung aufweisende Mantelraum weist in seinem Innern zu- mindest ein weiteres Trocknungsrohr auf, wobei sich im Mantelraum an zumindest einer Stelle das zu trocknende Gut aus zumindest zwei Trocknungsrohren nicht mischen kann. Eine bevor- zugte Lösungsmöglichkeit ist beispielsweise die physische Trennung der Innenräume. . Die physische Trennung kann sowohl eine Ausführungsvariante mit gemeinsamer Wand als auch mit eigenen Rohren sein, die sich auch berühren könnten. Bei einer physischen Trennung werden aus den physisch getrennten Bereichen die _Brüden getrennt abgezogen. Es sind sogar Ausführungsvarianten vorstellbar, bei denen sich durch hochgezogene Zwischenwände zwar das zu trocknende Gut nicht mischen kann, die Brüden aber über einen gemeinsamen Dom abgezogen werden. Durch die Nutzung eines gemeinsamen Mantelraums für alle Trocknungsrohre verringert sich der Material- und Fertigungsaufwand. Die einzelnen Trocknungsrohre des Kontakttrockners liegen bevorzugt koaxial zueinander und koaxial zum Mantel. Der Mantelraum wird zur Vermeidung von Wärmeverlusten nach außen isoliert. Die Konstruktion und der apparative Aufwand werden damit insgesamt entsprechend vereinfacht, die Herstellungskosten verringern sich entsprechend.
Der nachteilige Aufwand an verbindenden Rohrleitungen und Ventilen wird durch die erfindungsgemäße Nutzung eines gemeinsamen Mantelraums vermieden. Weiterhin ist bei dieser Bauform keine Bewegung des Mantelraumes oder der Trocknungsrohre erforderlich, insbesondere auch keine drehende Bewegung. Dichtungsprobleme bei Zu- und Abfuhr von Wärmemedien entfallen somit komplett.
Design des Mantelrohrs
Der Mantelraum begrenzt den räumlichen Ausdehnungsbereich des Heizmediums. Der Mantelraum wird bevorzugt als zylindrischer Körper ausgeführt, der mehrere Trocknungsrohre aufnimmt und gemeinsam umfasst. Die zylindrische Bauform ist besonders geeignet, um den Druck aufzunehmen, der im Heizmedium herrscht (Druckbehälter). Mit dieser Bauform lassen sich Beheizungsdrücke bis ca. 40 bar realisieren, was einer Beheizungstemperatur von ca. 250 °C entspricht. Dies ist bei üblichen Trocknungstemperaturen für Biomasse von unter 200 °C, zumeist sogar unter 100 °C und Beheizungstemperaturen von maximal 250 °C, zumeist sogar unter 160 °C mehr als ausreichend und erlaubt in jedem Falle einen optimalen Betrieb.
Vorzugsweise ist der Mantelraum rohrförmig ausgebildet und weist je einen Endbereich in der Form eines Flachbodens auf. Dies hat den Vorteil, dass der zu erreichende Trocknungsgrad des zu trocknenden feuchten Gutes auch neben der zugeführten Heizleistung über die Länge des Kontakttrockners, und zwar je nach konstruktiv gewählter Ausführung, beeinflusst bzw. bestimmt werden kann. Der rohrförmige Grundaufbau des Mantelraumes hat darüber hinaus den Vorteil, dass er die ideale Form eines Druckkörpers bildet. Die sich im Trocknungsbereich befindlichen Trocknungsrohre können leicht durch den Mantelraum an seinen jeweiligen Endberei- chen verschließenden Deckeln geführt werden. Diese Konstruktion ist besonders einfach, da diese Deckel (bevorzugt Flachböden) zumindest in den Bereichen, in welchen sich Trocknungsrohre befinden, nach dem Walzen bzw. Tiefziehen einfach gebohrt werden können.
Anordnung eines Heizbereichs im Mantelrohr
Der Mantelraum kann im Inneren auch beheizt werden. Er weist dann im Inneren einen Heizbereich und einen Trocknungsbereich auf, wobei Trocknungsrohre definitionsgemäß im Trocknungsbereich und Heizrohre definitionsgemäß im Heizbereich angeordnet sind. Ein Mantelraum kann auch mehrere Heiz- und / oder Trocknungsbereiche umfassen. Die Heizrohre können koaxial zu den Trocknungsrohren angeordnet werden. Dies ist immer dann vorteilhaft, wenn die Beheizung durch ein gasförmiges Medium erfolgt. Wird zur Beheizung eine Flüssigkeit oder ein kondensierendes Gas verwendet, bietet sich der Einbau von schlangenförmigen Heizrohren an.
Im Weiteren wird der Mantelraum vorzugsweise im unteren Bereich erfindungsgemäß mit Roh- ren versehen, durch die ein Medium zur Beheizung (Wärmezuführungsmedium) strömt. Diese Rohre werden im Folgenden auch als Heizrohre bezeichnet. Das Wärmezuführungsmedium ist bevorzugt heißes Rauchgas aus einer Verbrennung, kann aber grundsätzlich jede Form von heißem Wärmeträger sein, also beispielsweise auch Thermalöl, flüssige Metallsalze oder Flüssigmetalle. Das heiße Rauchgas kann beispielsweise auch das Abgas eines Kolbenmotors oder einer Gasturbine sein. Sofern das Rauchgas Staub enthält oder Rußbestandteile, würden die Heizrohre erfindungsgemäß mit einer Reinigungsmöglichkeit versehen, die entweder während dem Betrieb oder auch im Stillstand benutzt werden kann.
Heizbereich als externer Wärmeübertrager
Sofern das Rauchgas (Wärmezuführungsmedium) nicht durch die Heizrohre, sondern um die Heizrohre strömen soll, können diese Heizrohre erfindungsgemäß auch direkt unterhalb des Mantelraums angeordnet werden und als Hot-Well (Kondensatsammeiraum) des Mantels dienen. Der Mantelraum wäre in diesem Fall über einen oder mehrere Sammler mit den Heizrohren verbunden, sofern diese nicht einzeln und direkt mit dem Mantelraum verbunden sind. Diese Anordnung bietet erfindungsgemäß verschiedene Vorteile. Der Wärmeübergang auf der Luftseite (Wärmezufuhr, Wärmezuführungsmedium) ist stets deutlich niedriger als auf der Wasserseite (Wärmeaufnahme). Sofern sich, wie in diesem Ausführungsbeispiel, die beheizende Luft (Wärmezuführungsmedium) auf der Außenseite der Rohre befindet, lassen sich auf den Rohren vorteilhaft Rippen aufbringen, die die wirksame Wärmeübertragungsfläche und damit den Wärmeübertragungskoeffizienten wesentlich steigern. Die Baugröße des Trockners lässt sich so weiter verringern. Damit steht auch der komplette Mantelraum für Trocknungsrohre zur Verfügung, da der Bauraum für die Heizrohre entfällt. Weiterhin entfällt der Zwischenraum zwischen Heiz- und Trocknungsrohren, der erforderlich ist, um den schwankenden Wasserspiegel zwischen kaltem und warmem Zustand und den verschiedenen Leistungen aufzufangen.
Heizmedium
Bevorzugt wird der Mantelraum erfindungsgemäß mit einem Heizmedium beaufschlagt, das bei der Wärmeabgabe die Phase von dampfförmig auf flüssig wechselt und an der äußeren Oberfläche der Trocknungsrohre kondensiert. Die Kondensationstemperatur entspricht genau der Taupunkttemperatur bei dem Dampfdruck, mit dem der Mantelraum beaufschlagt wird. Dies führt zu einer gleichmäßigen Beheizungstemperatur an der Innenseite der Trocknungsrohre, wo sich das zu trocknende Gut befindet. Das zu trocknende Gut kann in keinem Falle eine höhere Temperatur annehmen als die Oberflächentemperatur der Trocknungsrohre. Die Maximaltemperatur des zu trocknenden Gutes lässt sich so sehr exakt einstellen, indem der Druck des Dampfes im Mantelraum geregelt wird. Im einfachsten Falle kann das Heizmedium Wasserdampf sein. Abhängig von der gewünschten Temperatur der Trocknung können dies aber auch organi- sehe Medien sein, typische Vertreter hierfür sind die handelsüblichen Kältemittel.
Sofern das Heizmedium die Phase wechselt, ist der Mantelraum nur zum Teil mit dem Kondensat befüllt. Der verbleibende Raum innerhalb des Mantels wird durch die Dampfphase ausgefüllt. Der Dampfdruck kann hier sowohl über als auch unter dem Umgebungsdruck liegen. Die dampf- oder gasförmige Phase des Heizmediums hat den Vorteil, dass selbst bei relativ dichter und kompakter Anordnung der einzelnen Trocknungsrohre innerhalb des Trocknungsbereichs der sehr gute Wärmeübergang beim Phasenwechsel (hier Kondensation) eine ausreichende Beheizung und damit eine effiziente Trocknung sicherstellt. Vorteilhaft wird der Mantelraum dann mit einer gesteuerten Be- und Entlüftung oder auch einer Absaugung versehen, um Inertgase im Mantelraum des Trockners zu vermeiden. Sofern das Heizmedium wie beispielsweise Warmwasser oder Thermalöl nicht die Phase wechselt, wird es bevorzugt von den Heizrohren zu den Trocknungsrohren gepumpt oder geblasen. In diesem Falle ist der Mantelraum des Trockners bevorzugt komplett mit dem Heizmedium befüllt, zumindest aber bis oberhalb der obersten Reihe der Trocknungsrohre. Sofern im Mantelraum kein Beheizungsbereich vorgesehen wird und das Heizmedium nicht die Phase wechselt, ist eine Zwangsführung des Heizmediums um die Trocknungsrohre vorteilhaft, z. B. mit Leitblechen und mehreren Passagen, um eine gleichmäßige Beheizung der Trocknungsrohre sicherzustellen, Dies wäre z. B. bei Thermalöl oder bei Warm- oder Heißwasser der Fall.
Ausführung des beheizten Trockners als Naturumlauf-Dampferzeuger mit integriertem Kondensator
Die erfindungsgemäße Anordnung des Heizbereichs im Mantelraum oder direkt unterhalb er- möglicht es, den Mantelraum als geschlossenen Druckkörper auszubilden. Die komplette Funktionalität der Wärmeübertragung, z. B. durch Wasser und Wasserdampf, von der Beheizung in den Heizrohren zur Trocknung in den Trocknungsrohren findet intern statt, ohne dass von außen Eingriffe erforderlich sind, wie z. B. die Nachspeisung von Flüssigkeit durch eine Pumpe oder der Abzug von Dampf durch ein Entlastungsventil. Sofern als Medium Wasser verwendet wird, arbeitet der Mantelraum als in sich abgeschlossener Naturumlauf-Dampferzeuger mit integriertem Dampfkreislauf. Er benötigt im Betrieb keine weiteren verfahrenstechnischen Verbindungen mit der Umgebung und keine weiteren externen Aggregate, insbesondere keine Verbindung zu einem externen Dampferzeuger, keine Wasseraufbereitung und keine Wasserbehandlung. Er ist hinsichtlich der Investitions- und Betriebskosten erheblich günstiger. Gleiches gilt analog bei der Verwendung handelsüblicher Kältemittel oder anderer Substanzen, die die Phase wechseln. Es ist lediglich ein Sicherheitsventil erforderlich, das den Mantelraum gegen Überdruck absichert.
Die Anordnung der Beheizung im unteren Teil des Mantels und in Form von Rauchrohren oder eines externen Wärmeübertragers ermöglicht, auch bei kleinen Leistungen eine Feststofffeue- rung zur Beheizung einzusetzen, ohne dass sich der Wärmeübertrager durch die Staubbeladung im Rauchgas (Wärmezuführungsmedium) zusetzt.
Mobilität des Kontakttrockners
Der erfindungsgemäße Kontaktrockner wird vorteilhaft so gebaut, dass er sich in einem 20" oder 40"-Container transportieren läßt. Er hat nur wenige und einfache Verbindungen nach aussen, so dass er auf einfache Weise an unterschiedliche Standorte verbracht und dort - auch nur kurzzeitig - eingesetzt werden kann, ohne dass dies einen negativen Einfluss auf die wirtschaftliche Rentabilität hat. Vorteilhaft wird der 20" oder 40"-Container so ausgeführt, dass er nach dem Aufstellen des Kontakttrockners als Gehäuse dient und z. B. einen Wetterschutz darstellt; gleiches gilt für eine mögliche Schalldämmung. Auf ein baurechtlich genehmigungspflichtiges Gebäude kann dann verzichtet werden, was den Einsatz flexibilisiert.
Sofern eine höhere Leistung benötigt wird, als ein einzelner Trockner bereitstellen kann, werden in Modulbauweise mehrere Trockner in Containerbauweise aufgestellt und seriell und / oder parallel betrieben.
Besonders vorteilhaft wird dies, wenn auch die Beheizung der Trockner in Containerbauweise ausgeführt ist, wie dies beispielsweise in der parallelen, von der Anmelderin am gleichen Tag eingereichten Anmeldung offenbart ist.
Dieser grundsätzliche Aufbau von einen Mantelraum bildender Umhüllung mit zumindest zwei Trocknungsrohren und eventuell einem oder mehreren Heizrohren und mit einem Heizmedium im Innern des Mantelraumes hat den Vorteil, dass das zu trocknende Gut von dem Heizmedium physisch getrennt ist, so dass eine Reinigung von mit dem Heizmedium mitgerissenen Teilen des zu trocknenden Gutes, wie das beim Stand der Technik der Fall ist, entfällt. Damit ist ein einfacher Aufbau gegeben. Da das Heizmedium in direktem Kontakt mit den Heizrohren mit Wärmeenergiezufuhr versorgt werden kann und im Trocknungsbereich diese Energie in Form von Wärme direkt an die Trocknungsrohre abgeben und von dort diese Wärmeenergie zum Zwecke des Trocknens an das im Innern des Trocknungsrohres geförderten zu trocknenden feuchten Gutes zugeführt werden kann, ergibt sich eine effektive energetische Bilanz dieses zweigeteilten Kontakttrockners, bei welchem der Trocknungsbereich und der Heizbereich über das Heizmedium miteinander gekoppelt sind, so dass die Zufuhr von Heizmedium aus dem Heizbereich in den Trockenbereich und die Rückführung des Heizmediums aus dem Trockenbereich in den Heizbereich in einfachster Art und Weise realisiert werden kann, weil dazu keine zwingend notwendigen Einbauten innerhalb des Kontakttrockners erforderlich sind.
Es ist natürlich genauso möglich, den Mantelraum des Trockners zwar mit einem Beheizungsbereich zu versehen, die Regelung der Leistung aber durch externe Anschlüsse zu regeln, beispielsweise die Druckhaltung durch Zugabe oder Abzug von Dampf und den Wasserstand durch Nachspeisung oder Abzug von Kondensat.
Verkleinerung der Baugröße, Vereinfachung des Aufbaus
Durch die Vielzahl an vorzugsweise parallel einbaubaren Trocknungsrohren kann erfindungsgemäß genügend Heizfläche zur Verfügung gestellt werden, so dass die problematische Beheizung der Schneckenwendel entfallen kann. In der Folge kann die Schneckenwendel auch durch eine seelenlose Wendel oder ein beliebiges, anderes Förderorgan wie z. B. einen Kolben, eine Kettenförderung, Einfach- oder Doppelschnecken mit gleicher oder variabler Steigung und Wendelhöhe ersetzt werden. Mit dieser Maßnahme werden die Kosten für die Herstellung des Trockners erheblich reduziert. Weiterhin wird vorteilhaft die störende Kopplung zwischen der Drehung einer beheizten Schnecke und der dabei sich ergebenden Heizleistung beseitigt. Die Fördereinrichtung kann somit mit beliebiger Geschwindigkeit betrieben werden, wodurch sich die Verweilzeit des zu trocknenden Gutes im Trockner beliebig einstellen lässt. Es können auch mehrere Kontakttrockner hintereinander oder parallel geschaltet werden, sofern dies für die Trocknung des zu trocknenden Gutes vorteilhaft ist. In gleicher weise lässt sich die Beheizung durch Rauchgas oder ein anderes Wärmezuführungsmedium sequentiell oder parallel führen. Anstelle der Verwendung eines aktiven Förderorgans kann der Mantel erfindungsgemäß auch geneigt oder vertikal aufgestellt werden, sofern sich das zu trocknende Gut auch allein durch die Schwerkraft oder beispielsweise durch einen Vibration des gesamten Trockners fördern lässt.
Brüden und Behandlung der Brüden
Diese Art der Trocknung vermeidet jegliche Aufheizung von Transportluft für die Brüden (Mischung aus mit dem zu trocknenden Gut in Kontakt kommender Luft und austretendem Dampf) und erlaubt die vollständige Nutzung der zugeführten Wärme zur Verdampfung des Wassers oder der Flüssigkeit, die ausgetrieben werden soll.
Beim Bandtrockner wird Luft zum Transport der Wärme an das zu trocknende Gut benötigt und befindet sich mit dem Gut und dem austretenden Dampf in direktem Kontakt. Es mischt sich mit dem Dampf und stellt so eine sehr große Menge an mit Staub und geruchsintensiven Stoffen beladenem Gas dar. Bei der erfindungsgemäßen Bauform des Kontakttrockners ist keinerlei Luft erforderlich. Die Menge der Brüden lässt sich so bis hinab zu der Menge an Dampf reduzieren, der bei der Trocknung ausdampft. An zumindest einem Endbereich des Mantelraumes ist beim Durchtritt der Trocknungsrohre durch den Mantel vorzugsweise eine Saugeinrichtung vorgesehen, mittels welcher bei der Trocknung mitgerissener Staub und ausgetriebene Brüden, d.h. die ausgetriebene Flüssigkeit als Gas (also beispielsweise als Wasserdampf, auch mit Luft vermischt und auch, zum Teil übel riechende, organische Bestandteile enthaltend) absaugbar sind und nicht in die Umgebung ge- langen.
Sofern die ausgetriebenen Brüden nicht zu sehr mit Luft oder anderen Intergasen verdünnt sind, lässt sich die aufgenommene Verdampfungswärme durch Abkühlung in einem Wärmeübertra- ger mit Kondensation auf hohem Temperaturniveau zurückgewinnen. Vorteilhaft enthalten die Brüden mehr als 20% Dampfanteil, idealerweise mehr als 50%.
Verwendet man die technische bekannte Brüdenkompression, so kann man den Trockner vorteilhaft auch mit der Abwärme der Brüden beheizen, indem man die Brüden nach der Kompres- sion bei höherer Temperatur kondensiert. In diesem Falle benötigt man lediglich die mechanische Energie zum Betrieb des Kompressors.
Behandlung von Geruchsstoffen in den Brüden
Bei vielen Trocknungsvorgängen entstehen geruchsintensive Brüden, wie z. B. bei der Trock- nung von Klärschlamm, von Gärresten, aber auch bei einer Vielzahl von weiteren Naturprodukten, wie z. B. bei der Trocknung von Gras. Beim Stand der Technik scheitert eine großflächige Verbreitung von Trockner in fast allen Fällen an den aufwändigen und teuren Biofiltern, die zur Abtrennung der geruchsintensiven organischen Substanzen erforderlich ist. Oftmals fehlt es auch schon allein am Bauraum oder freier Grundfläche für diese großvolumigen Filter. Dies ist z. B. bei zahlreichen Kläranlagen der Fall, die durch die fortschreitende Technik und den Zubau einer Vielzahl von neuen Reinigungs- und Aufbereitungsstufen für Abwasser und Klärschlamm mittlerweile platzmäßig sehr eingeschränkt sind.
Die Brüden sind bei diesen erfindungsgemäßen Verfahren nicht mit Luft oder anderen inerten Gasen verdünnt. Sie können daher ohne voluminöse Filtersysteme in kleinen Filtern leicht von den organischen Substanzen gereinigt werden. Die organischen Substanzen können vor der Reinigung auch weiter aufkonzentriert werden, sofern eine Brüdenkondensation erfolgt. Die Baugröße des Filters wird dadurch weiter verkleinert.
Kombination mit einer Feuerung
Alternativ bietet sich erfindungsgemäß auch an, die Brüden in einer mit dem Trockner verbundenen Feuerung zu nutzen. Diese Nutzung verbietet sich bei vielen Trocknern, da die Luftmenge, die die Brüden verdünnt, erheblich größer ist als die für eine Verbrennung erforderliche Luftmenge. Die Führung eines Feuers ist dann nicht mehr möglich.
Sofern der erfindungsgemäße Trockner durch eine Verbrennung beheizt wird, können die bei der Trocknung entstehenden Brüden erfindungsgemäß direkt der Verbrennung zugeführt werden. Die organischen Bestandteile werden durch die Verbrennung direkt verbrannt und zu Kohlendioxid und Wasserdampf umgewandelt. Sofern nach der Feuerung eine Staubabscheidung vorgesehen ist, können die bei der Trocknung mitgerissenen Partikel idealerweise gemeinsam mit der Asche des Brennstoffs aufgefangen und entsorgt werden, ohne als Schadstoff in die Atmosphäre zu gelangen.
Die Verwertung der Brüden in einer Feuerung ist eine einfache Möglichkeit, die störenden ge- ruchsbeladenen organischen Substanzen und auch den Staub zu verbrennen. Dies verbietet sich meist bei Feuerungen mit Verbrennungsrost, da dann zumeist die Integration der Brüden in das Luftmanagement der Feuerung nicht mehr sinnvoll möglich ist, da die erforderlichen Verbrennungstemperaturen nicht mehr gewährleistet werden können. Vorzugsweise werden die Brüden als Sekundärluft bei einer Wirbelschichtfeuerung verwendet, die grundsätzlich aus einer Vorverbrennung in der Wirbelschicht und einer Nachverbrennung oberhalb der Wirbelschicht (verfahrenstechnisch nach der Wirbelschicht) besteht; die Wirbelschichtfeuerung arbeitet in diesem Bereich ohne Luftüberschuß, so dass die Integration unter Aufrechterhaltung der Verbrennungstemperaturen erfolgen kann. Diese Kombination mit einer Wirbelschichtfeuerung hat erfindungsgemäß den weiteren Vorteil, dass die Abwärme im Wärmeträgermedium (Rauchgas) nach dem Verlassen der Heizrohre des Trockners weitestgehend zur Vorwärmung der Verbrennungsluft genutzt werden kann, was sich bei einer Rostfeuerung verbietet. Der Wirkungsgrad wird bei einer Kombination von Trockner und Wirbelschichtfeuerung somit optimiert. Diese Kombination optimiert nicht nur den verfahrenstechnischen Wirkungsgrad. Sie vermeidet vorteilhaft auch den ansonsten aufwändigen und teuren Einsatz eines Biofilters. Die bei der Wirbel- Schichtfeuerung freiwerdende Wärme würde vorteilhaft zur Beheizung des Trockners eingesetzt. Insbesondere bei der Verwertung von Klärschlamm würden sich so optimale Synergien einstellen. Gleiches gilt, wenn vor dem Trockner noch eine Arbeitsmaschine eingesetzt wird, z. B. eine ORC-Anlage, ein Dampfkreislauf, ein Stirling-Motor oder auch eine indirekt beheizte Gasturbine.
Sofern die Feuerung als Vor- und Nachverbrennung mit zwischengeschalteter Heißgasentstau- bung ausgebildet ist, würden die Brüden bevorzugt in der Vorverbrennung zugegeben werden.
Inhärenter Explosionsschutz bei staubförmigen Gütern
Besonders vorteilhaft ist bei dieser Bauform, dass das zu trocknende Gut und das getrocknete Gut nicht mit sauerstoffhaltiger Luft in Berührung kommen müssen. Sofern das Produkt Staub bildet und ein Explosionsrisiko besteht, lässt sich dieses einfach durch eine Trocknung in einer luftfreien Atmosphäre vermeiden. Der Trockner eignet sich daher vorzugsweise besonders zur Trocknung von staubenden und explosiven Gütern. Energie und Wirkungsgrad
Die zur thermischen Trocknung in den Kontakttrockner einbrachte Wärme wird, neben einem geringen Anteil zur Aufheizung des zu trocknenden Gutes auf die Trocknungstemperatur, ausschließlich zur Verdampfung der auszutreibenden Flüssigkeit verwendet. Der Wirkungsgrad des Trockners ist definiert als das Verhältnis von zur Verdampfung genutzter Wärme zu eingebrachter Wärme. Dieses Verhältnis ist beim erfindungsgemäßen Kontakttrockner wesentlich höher als bei Konvektionstrocknern und liegt sehr nahe an 100%. Auch gegenüber anderen Kontakttrocknern ergibt sich ein Wirkungsgradvorteil, da die der Umgebung ausgesetzte Oberfläche kleiner ist und damit die Wärmeverluste zurückgehen. In einem erfindungsgemäßen Kontakttrockner mit beispielsweise 35 Trocknungsrohren sinkt die die für die Wärmeverluste relevante Oberfläche von 35 x 0,2 m Umfang (traditioneller Kontakttrockner gemäß Stand der Technik) auf den Umfang des Mantels mit 2,2 m Durchmesser und damit, bei einer Länge von 8 m, die Gesamtoberfläche von 176 m2 auf 55 m2. In diesem Beispiel sind die rund 40 Heizrohre ebenfalls in den Mantel integriert; die Integration der Heizrohre in einen traditionellen Kontakttrockner nach Stand der Technik ist nicht möglich; die führt in der Konsequenz beim Stand der Technik zu weiterer Oberfläche mit Wärmeverlusten, beim externen Dampferzeuger und den verbindenden Rohrleitungen.
Nur ergänzend sei erwähnt, dass beim Stand der Technik auch 35 Antriebe erforderlich wären, wohingegen beim erfindungsgemäßen Kontakttrockner ein einziger Antrieb ausreicht. Dies ist hinsichtlich der Effizienz der Antriebsorgane (Elektromotoren, Frequenzumrichter) günstiger. Ebenso können erhebliche Investitionskosten vermieden werden.
Inertisierung des zu trocknenden Produktes
Es kann auch sein, dass das zu trocknende Gut über eine gewisse Zeit einer Mindesttemperatur ausgesetzt sein sollte, um entsprechende Effekte zu erzielen. Dies kann im erfindungsgemäßen Kontakttrockner durch die Einstellung der Trocknungstemperatur vorteilhaft realisiert werden. Der gewünschte Effekt kann beispielsweise eine Sterilisierung oder Pasteurisierung sein, aber auch eine gezielte Abtötung aller aktiven Bakterien.
Betrieb im mobilen Einsatz
Der Betrieb des Trockners ist auch in einem mobilen Einsatz möglich. Dies bietet sich insbesondere an, wenn Abwärme zur Verfügung steht, zum Beispiel von Antriebsmotoren von LKW oder Schiffen. In diesem Falle sind lediglich Schwallbremsen in der Wasserphase einzubauen, um ein Schwappen des Kondensates als Reaktion auf die Roll-, Gier- und Nickbewegungen des Transportmittels zu vermeiden.
Regelung des Kontakttrockners
Im Innern des Heizrohres wird ein Wärmezuführungsmedium durchgeleitet, welches über die Wandungen des Heizrohres dem im Mantelraum befindlichen Heizmedium Wärme zuführt, wobei das Heizmedium im Mantelraum das Heizrohr außen umgibt. Der Vorteil eines derartigen Aufbaus des erfindungsgemäßen Kontakttrockners besteht auch darin, dass über das durch die Heizrohre geleitete Wärmezuführungsmedium eine regelbare Menge an Wärmeenergie dem Heizmedium zuführbar ist, so dass der Trocknungsgrad des zu trocknenden feuchten Gutes in den Trocknungsrohren regelbar beeinflussbar ist. Vorzugsweise sind in dem Mantelraum mehrere Trocknungsrohre und auch mehrere Heizrohre vorgesehen. Die Trocknungsrohre sind in einem solchen Fall im Mantelraum bereichsweise, d.h. im Trocknungsbereich des Mantelrau- mes, als Rohrbatterien angeordnet. Dies trifft gleichermaßen auch für die Anordnung von mehreren Heizrohren zu, welche im Heizbereich des Mantelraumes vorzugsweise ebenfalls in der Art von einer Rohrbatterie vorgesehen sind.
Die Regelung eines derartigen Kontakttrockners kann erfindungsgemäß mithilfe einer Regelung des Dampfdrucks im Mantelraum erfolgen. Sofern der Energieeintrag ins Heizmedium im Man- telraum direkt mit Rauchgas erfolgt, würde die Leistung des Aggregats, das die Wärme bereitstellt, so geregelt werden, dass der Druck im Mantelraum konstant ist.
Die Regelung der Trocknungstemperatur kann erfindungsgemäß über die Taupunkttemperatur geregelt werden. Die Taupunkttemperatur kann auf einfache Weise gemessen werden. Zur Einstellung werden die Trocknungsrohre neben dem zu trocknenden Gut mit einer höheren oder niedrigeren Luftmenge (aus der Umgebung) beaufschlagt. Die Brüden (Mischung aus der Umgebungsluft und dem Dampf) würden in diesem Falle bevorzugt abgesaugt, um nach außen staub- und geruchsfrei zu arbeiten. Sofern die Temperatur über dem Umgebungsdruck liegen soll, wird erfindungsgemäß keine weitere Luftmenge aufgegeben, sondern die Abströmung des dann fast reinen Dampfes über eine Drossel geführt. In der Drossel wird der Druck einstellbar verringert. Alternativ kann dieses Prinzip auch auf eine Trocknung im Unterdruck (ohne oder mit wenig Umgebungsluft) angewendet werden, wobei die Brüden oder der Dampf dann nach dem Austritt aus dem Trockner verdichtet werden muss. Der thermodynamische Wirkungsgrad des Trockners steigt in diesem Fall an. Dieser Effekt ist gegen den zusätzlichen elektrischen Eigenbedarf des Verdichters abzuwägen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind Drucksensoren an die Trocknungsrohre angeschlossen, mittels welcher in ihnen herrschende Drücke als Drucksignale einer Steuereinrichtung zuführbar sind, auf Basis welcher dann den Heizrohren eine den Druckwerten entsprechende Wärmeenergie derart zuführbar ist, dass die Trocknungstemperatur in den Trocknungs- röhren druckabhängig regelbar ist. Der Grad der Trocknung des feuchten Gutes in den Trocknungsrohren oder mit dem Kontakttrockner bestimmt sich durch die anvisierte Verwendung des getrockneten Gutes. In einigen Anwendungsfällen wird eine etwas höhere Restfeuchte von Bedeutung sein, während für gewisse Anwendungen auch ein relativ hoher Trocknungsgrad angestrebt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Trocknen eines feuchten Gutes, insbesondere Biomasse, bereitgestellt, welches mit einem Kontakttrockner der zuvor beschriebenen Art betrieben wird. Dabei wird das zu trocknende Gut durch ein oder mehrere in einem axial sich erstreckenden Mantelraum koaxial zum Mantelraum verlaufende Trocknungsrohre gleichsinnig hindurchgeführt, währenddessen ein in dem Mantelraum in dessen Heizbereich befindliches Heizmedium, welches - sofern vorhanden - zumindest ein Heizrohr umgibt, über welches Wärmeenergie dem Heizmedium zugeführt wird, wobei das Heizmedium an die Trocknungsrohre im Trockenbereich des Mantelraumes geführt wird, in deren Innern das zu trocknende feuchte Gut getrocknet wird. Ein vorzugsweiser Verfahrensschritt für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Erfassung des im Innern der Trocknungsrohre herrschenden Druckes mittels eines Drucksensors, wobei das vom Drucksensor erzeugte Drucksignal einer Steuereinrichtung zugeführt wird, auf Basis dessen der Trocknungsvorgang gesteuert oder geregelt wird. Damit lässt sich vorteilhaft auch eine Temperatur einstellen, bei der organisch belastete Güter wie z. B. Klärschlamm hygienisiert werden; bei Klärschlamm liegt die minimale Temperatur zur Hygienisierung bei 70 °C. Es ist jedoch gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch möglich, dass der Druck auf Basis von Heizmediumtemperatur und/oder Fördergeschwindigkeit des Gutes in den Trocknungsrohren gesteuert oder geregelt wird. Sofern der zur Trocknung nötige energetische Aufwand nicht gesteigert werden soll, ein höherer Trocknungsgrad des zu trocknenden feuchten Gutes aber erreicht werden soll, kann über eine Verringerung der Fördergeschwindigkeit des zu trocknen- den Gutes durch die Trocknungsrohre ein solch höherer Trocknungsgrad erreicht werden.
Beim Kontakttrockner können - im Vergleich zu einen Konvektionstrockner - eine Vielzahl von Antrieben und Steuereinheiten entfallen, wie z. B. die Gebläse für die Trocknungsluft, die Bandsteuerung, der Bandantrieb, etc. Ein- und Austrag des zu trocknenden Gutes mittels einer seelenlosen Schnecke
Die Nutzung einer seelenlosen Schnecke als Förderorgan erlaubt es bei rieselfähigen Gütern, die Zuführung des zu trocknenden Gutes in die Trocknungsrohre einfach zu gestalten, indem die Schnecken im Aufgabebereich überschüttet werden. Eine Überfüllung des Trockners lässt sich einfach durch eine Änderung der Steigung oder ein Kernrohr im Eintragsbereich vermeiden. Bevorzugt werden die Schnecken versetzt und pärchenweise angeordnet. Der Eintrag in die einzelnen Pärchen erfolgt bevorzugt treppen- oder stufenartig aus einer gemeinsamen Vorlage. Diese Vorlage kann zur Vermeidung von Brückenbildung aus geneigten Wänden bestehen und / oder mit einer Auflockerungsvorrichtung versehen sein, wie es z. B. ein Rüttelantrieb, eine oder mehrere Druckluftdüsen oder auch eine Spindel darstellt.
Die seelenlosen Schnecken werden bevorzugt von der Austragsseite aus angetrieben, so dass die Schneckenwendeln auf Zug beansprucht sind, nicht auf Druck.
Bei pastösen oder klebrigen Gütern wie z. B. Klärschlamm oder Gärresten könnte der Eintrag auch direkt über Pumpen und Drosseln erfolgen, ggf. mit automatisch gesteuerten Ventilen. Vorzugsweise ist die Fördereinrichtung im Innern der Trocknungsrohre zum Transport des zu trocknenden Gutes als seelenlose Schnecke ausgebildet, welche vorzugsweise auf Zug belastbar ist.
Sofern das zu trocknende Gut relativ schnell durch den Trockner gefördert werden soll oder das Gut ungewöhnlich abrasiv ist, können die Trocknungsrohre auf der Innenseite mit einem
Schleißschutz versehen werden.
Modularer Aufbau
Die bevorzugte oder optimale Größe passt gut zu einer Modulbauweise in 20 oder 40 ft- Containern, so dass die Anlagen modular nutzbar sind, insbesondere auch an unterschiedlichen Einsatzorten genutzt werden können.
Ausführungsbeispiele
Weitere Vorteile und konkrete Ausgestaltungen der Erfindung werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung gezeigt. Dabei zeigt: Fig. 1 : eine erste Ausbildung des erfindungsgemäßen Kontakttrockners,
Fig. 2: eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Kontakttrockners, Fig. 3: ein schematischer Aufbau eines Vorlagebehälters für einen erfindungsgemäßen Kontakttrockner,
Fig. 4: eine Draufsicht des Vorlagebehälters aus Fig. 3,
Fig. 5: eine Vorderansicht des Vorlagebehälters aus Fig. 3 und Fig. 6: eine schematische Darstellung einer als Schneckenwendel mit Kernrohr ausgebildeten Födereinrichtung
Fig. 1 zeigt die erste erfindungsgemäße Ausführung eines Kontakttrockners (1 ) als Naturumlauf- Dampferzeuger mit integriertem Kondensator zur thermischen Trocknung eines zu trocknenden Gutes (2) mit Hilfe eines verdampfenden Heizmediums (3).
Die räumliche Ausdehnung des Kontakttrockners wird durch das Mantelrohr (6) sowie die beiden Endbereiche (7, 8) definiert. Das Mantelrohr (6) ist so ausgelegt, dass Drücke bis zu 40 bar (Temperaturen von ca. 250 °C) realisiert werden können, wobei der Druck durch die eingebrachte Heizleistung in das Heizmedium (3) bestimmt wird. Die Länge des Mantelrohres (6) ist variabel und kann erfindungsgemäß konstruktiv an den Wärmebedarf für die die Trocknung beziehungsweise die erforderliche Fläche angepasst werden Die Endbereiche (7, 8) sind zumindest im Trocknungsbereich (4) konstruktiv einfach durch Lochplatten herstellbar.
Im oberen Bereich des Mantelrohrs (6) befindet sich der Trocknungsbereich (4), der die Trocknungsrohre (9) umfasst. In letzteren liegen die Förderorgane (10) - hier als Förderspiralen aus- geführt - sowie das durch diese geförderte zu trocknende Gut (2). Die Trocknungsrohre (9) verlaufen vom eintragsseitigen Endbereich (7) zum austragseitigen Endbereich (8) koaxial zum Mantelrohr (6), sind physisch voneinander getrennt und durchstoßen beide Endbereiche (7, 8). In ihnen wird das zu trocknenden Gut (2) mittels Förderorgane (10) durch den Kontakttrockner (1 ) befördert und durch Wärmeeintrag getrocknet. Das getrocknete Gut (1 1 ) verlässt den Kon- takttrockner (1 ) am austragseitigen Endbereich (8) mit einem definierten Restwassergehalt. Der Restwassergehalt kann erfindungsgemäß über die Trocknungstemperatur sowie die Fördergeschwindigkeit geregelt werden.
Im unteren Bereich des Mantelrohrs (6) ist der Heizbereich (5) angeordnet, der eine definierte Anzahl an Heizrohren (12) beinhaltet. Die Heizrohre (12) verlaufen vom eintragsseitigen Endbe- reich (7) zum austragseitigen Endbereich (8) koaxial zum Mantelrohr (6), durchstoßen beide Endbereiche (7, 8) und sind von einem heißen Wärmezuführungsmedium (13) durchströmt. Die im heißen Wärmezuführungsmedium (13) enthaltene Wärme wird während der Durchströmung an die Heizrohre (12) und durch diese an das Heizmedium (3) abgegeben. Das abgekühlte Wärmezuführungsmedium (14) verlässt austragseitig das Mantelrohr.
Die vom Heizmedium (3) aufgenommene Wärme führt zur Verdampfung des Heizmediums (3) im Heizbereich (5) bei konstanter Temperatur und konstantem Druck. Der entstehende Dampf steigt vom Heizbereich (5) zum Trocknungsbereich (4) auf und kondensiert dort bei gleichem Druck und gleicher Temperatur wie bei der Verdampfung an den Trocknungsrohren (9) unter Abgabe seiner latenten Wärme an die Trocknungsrohre (9) und das darin enthaltene zu trocknende Gut (2). Dadurch ist gewährleistet, dass die Trocknungsrohre (9) keinesfalls eine höhere Temperatur annehmen können als die dampfförmige Phase des Heizmediums (3) und damit auch das zu trocknende Gut (2) zu keinem Zeitpunkt einer heißeren Temperatur ausgesetzt sein kann als der Verdampfungstemperatur. Das Kondensat läuft an den Trocknungsrohren (9) hinab und tropft zurück in den Heizbereich (5) in dem es erneut verdampft wird. Dadurch ist ein geschlossener Naturumlauf gegeben, der einen Wärmetransport zwischen Heizbereich (5) und Trocknungsbereich (4) ohne weitere Aggregate oder Verbindungen mit der Umgebung gewähr- leistet.
Durch den thermischen Trocknungsvorgang wird dampfförmiges Wasser innerhalb der Trocknungsrohre (9) frei, das sich mit eventuell vorhandener Luft zu Brüden (15) mischt. Diese müssen aus den Trocknungsrohren (9) entfernt werden, um einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten. Dies wird durch eine Saugeinrichtung (16) realisiert, die an die Trocknungsrohre (9) beim Durchtritt des austragseitigen Endbereichs (8) angeschlossen ist. Als weiterer Vorteil ergibt sich durch den Abzug der Brüden (15) auch der Abzug von auftretendem Staub, der durch die Bewegung der Förderorgane (10) im zu trocknenden Gut (2) entsteht. Mit Hilfe der Luftzufuhr (19) und dem Regelventil (20) lässt sich der Luftanteil in den Brüden beliebig steuern. Damit lässt sich die Trocknungstemperatur frei regeln. Sofern die Trocknung über atmosphärischem Druck erfolgt, wäre das Regelventil (20) am Austritt angeordnet und das Gebläse (16) am Eintritt der Trocknungsrohre (9).
Die Förderorgane (10) übernehmen zum Einen die Dosierung des zu trocknenden Guts (2) und regeln somit die Füllhöhe der Trocknungsrohre (9), zum Anderen definieren sie über die Fördergeschwindigkeit die Verweilzeit des zu trocknenden Guts (2) innerhalb des Trocknungsbereichs (4). Der Antrieb der Förderorgane (10) erfolgt austragseitig, so dass die Förderorgane (10) auf Zug beansprucht werden. Je nach Wassergehalt des zu trocknenden Gutes (2) und dem gewünschten Restwassergehalt im getrockneten Gut (1 1 ) kann die Verweilzeit erfindungsgemäß so angepasst werden, das dem zu trocknenden Gut (2) abhängig von der Trocknungstemperatur genug Wasser entzogen werden kann. Die Versorgung des Trockners mit zu trocknendem Gut erfolgt durch Befüllung des Vorlagebehälters (21 ) bis oberhalb des Niveaus der obersten Trocknungsrohre (9) Die Dosierung selbst erfolgt mit Hilfe einer veränderlichen Geschwindigkeit der Förderorgane (10) und - damit einhergehend - einer unterschiedlichen geförderten Menge an zu trocknendem Gut. Zusätzlich lässt sich die Fördermenge dadurch regeln, dass die Steigung der Schneckenwendel des Förderorgans (10) veränderlich ist oder im Vorlagebehälter (21 ) der Querschnitt der Schneckenwendel teilweise versperrt wird, beispielsweise durch Kernrohre. Die Trocknungsrohre (9) werden hierzu versetzt und pärchenweise angeordnet, wobei die Pärchen treppen- oder stufenartig angeordnet sind. Die konstruktiv aufwändige Einbringung von Wärme über die Förderorgane (10) kann aufgrund der ausreichenden Heizfläche entfallen und die Förderorgane (10) konstruktiv einfach als Schneckenwendel ausgeführt werden.
Fig. 2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführung eines Kontakttrockners (1 ) als Naturumlauf-Dampferzeuger mit externem Dampferzeuger zur thermischen Trocknung eines zu trock- nenden Gutes (2) mit Hilfe eines verdampfenden Heizmediums (3). Während der Trocknungsbereich (4) identisch zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführung des Kontakttrockners (1 ) ist und auch der Wärmetransport zwischen Heizbereich (5) und Trocknungsbereich (4) in gleicher weise erfolgt, unterscheidet sich die in Fig. 2 dargestellte Ausführung des Kontakttrockners (1 ) in der Gestaltung und Positionierung des Heizbereichs (5). Der Heizbereich (5) in Fig. 2 ist in diesem Fall nicht im Mantelrohr (6) enthalten, sondern unterhalb des Mantelrohrs (6) angeordnet und durch ein Steigrohr (17) sowie eine Fallrohr (18) mit dem Mantelrohr verbunden. Die Heizrohre (12) werden in dieser Ausführung vom heißen Wärmezuführungsmedium (13) umströmt und vom Heizmedium (3) durchströmt. Die Wärmeabgabe des heißen Wärmezuführungsmediums (13) führt zu einer Verdampfung des Heizmediums (3), welches dampfförmig im Steigrohr (17) nach oben steigt und so in das Mantelrohr (6) und zum Trocknungsbereich (4) gelangt. Im Trocknungsbereich erfolgt die Kondensation des Heizmediums (3) unter Abgabe der latenten Wärme an die Trocknungsrohre (9) und ein Rückfluss in den unteren Teil des Mantelrohrs (6). Von dort gelangt das Kondensat über das Fallrohr (18) zurück in den Heizbereich. Auch hier stellt sich ein geschlossener Naturumlauf ein. Sofern Fallrohr (18) und Steigrohr (17) getrennt sind, sind die Heizrohre (12) vorzugsweise leicht geneigt, und zwar zum Steigrohr (17) hin ansteigend. Wesentliche Vorteile ergeben sich hierbei dadurch, dass die für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Fläche auf Seite des Wärmezuführungsmediums (13) konstruktiv auf einfache Weise durch Rippen erheblich steigern lässt. Des Weiteren lässt sich die Baugröße durch Auslagerung des Heizbereichs (5) verringern und/oder gegebe- nenfalls die Anzahl an Trocknungsrohren (9) erhöhen. Unabhängig von der Art der Ausführung können mehrere Kontakttrockner (1 ) parallel oder in Serie geschaltet werden, sofern es für die Trocknung vorteilhaft ist.
Die Regelung des Kontakttrockners (1 ) erfolgt mittels Regelung des Dampfdrucks im Mantelrohr (6) über die durch das Wärmezuführungsmedium (13) eingebrachte Wärmeleistung. Der Dampfdruck bestimmt die Temperatur an den Trocknungsrohren (9). Die Regelung der Trocknungstemperatur kann über den Abzug der Brüden (15) aus bzw. die Zufuhr von Luft (19) in die Trocknungsrohre (9) mittels des Regelventils (20) erfolgen.
Die Figuren Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zeigen einen Vorlagebehälter eines erfindungsgemäßen Kontakttrockner aus verschiedenen Perspektiven. Fig. 6 ein Fördereinrichtung bzw. -organ (10) ausgeführt als Schneckenwendel mit Kernrohr (22).
Die Zuführung von zu trocknendem Gut (2) in den Vorlagebehälter (21 ) erfolgt durch eine vorgeschaltete Fördertechnik wie zum Beispiel Förderschnecken, -tellern, -bänder oder Feststoffpumpen. Der Vorlagebehälter (21 ) selbst wird bei vom Umgebungsdruck abweichenden Betriebsdrücken vorzugsweise gasdicht und druckfest ausgeführt, um beispielsweise den Abzug von Brüden und Geruchsstoffen gewährleisten zu können und den Eintrag von Falschluft zu minimieren. Die Wände des Vorlagebehälters (21 ) werden vorteilhaft geneigt und nach oben verjüngend ausgeführt, um einer Brückenbildung der Einsatzstoffe entgegenzuwirken. Zusätzlich können pneumatische Austraghilfen (z. B. Luf Gasdüsen), schwingende Austraghilfen (z. B. Vibratoren, Rüttler, Klopfer, Vibrationsroste), rotierende Austraghilfen (z. B. Räumarme, drehende Einbauten, Paddelwellen) oder auch Austragsgeräte (z. B. Austragschnecken) im o- der am Vorlagebehälter (21 ) angebracht werden, um die vollständige Entleerung des Vorlagebehälters (21 ) zu gewährleisten. Das zu trocknende Gut (2) wird in den Vorlagebehälter (21 ) bis oberhalb des Niveaus der obersten Trocknungsrohre (9) gefüllt. Dies sorgt bei einsprechender gleichmäßiger und konstanter Füllhöhe zusätzlich für eine Abdichtung des Innenraums der Trocknungsrohre (9) gegen die Umgebung und vermindert so die Einbringung von zusätzlich aufzuheizender Falschluft in den Trocknungsbereich (4).
Innerhalb des Vorlagebehälters (21 ) liegen die Förderorgane (10) des Kontakttrockners (1 ) - hier als Schneckenwendel ausgeführt - offen und sind vom zu trocknenden Gut (2) überschüttet. Die Förderorgane (10) übernehmen zum Einen die Dosierung des zu trocknenden Guts (2) und regeln somit die Füllhöhe der Trocknungsrohre (9), zum Anderen definieren sie über die Fördergeschwindigkeit die Verweilzeit des zu trocknenden Guts (2) innerhalb des Trocknungsbereichs (4). Der Antrieb der Förderorgane (10) erfolgt austragseitig, so dass die Förderorgane (10) auf Zug beansprucht werden. Je nach Wassergehalt des zu trocknenden Gutes (2) und dem gewünschten Restwassergehalt im getrockneten Gut (1 1 ) kann die Verweilzeit erfindungs- gemäß so angepasst werden, das dem zu trocknenden Gut (2) abhängig von der Trocknungstemperatur genug Wasser entzogen werden kann. Die Dosierung selbst erfolgt mit Hilfe einer veränderlichen Geschwindigkeit der Förderorgane (10) und - damit einhergehend - einer unterschiedlichen geförderten Menge an zu trocknendem Gut. Zusätzlich lässt sich die Fördermenge dadurch regeln, dass die Steigung der Schneckenwendel des Förderorgans (10) veränderlich ist oder im Vorlagebehälter (21 ) der Querschnitt der Schneckenwendel teilweise versperrt wird, beispielsweise durch Kernrohre (22). Das Kernrohr kann entweder fest mit der Schnecke verbunden sein oder an der rückwärtigen Wand befestigt sein oder an einer am Trocknungsrohr befestigten Abschlussplatte angebracht sein. Im ersten Fall würde sich das Kernrohr (22) mit der Schnecke drehen, in den beiden anderen Fällen dreht sich die Schnecke um das Kernrohr (22). Vorteilhaft ragt das Kernrohr (22) aus dem Vorlagebehälter (21 ) heraus und in den Einlauf (24) hinein.
Auf der Unterseite der Förderorgane (10) kann eine Begrenzung als Dosierhilfe (23) angeordnet sein. Die Dosierhilfe (23) kann beispielsweise als Schale, Gitterkorb oder Stäbe ausgebildet sein Die Dosierhilfen (23) sind vertikal in mehreren horizontalen Ebenen so angeordnet, dass zwischen ihnen im Wesentlichen kein Querschnitt verbleibt aus dem nicht ausgetragen wird (Fig. 4). Lediglich bei rieselfähigen Gütern kann der Abstand größer gewählt werden, da das Gut von selbst in die unterhalb liegenden Förderorgane (10) fließt. Bei einem Trocknungsrohr (9) mit einem Außendurchmesser von zum Beispiel 168,3 mm und einer Wandstärke von 4 mm ergibt sich ein Förderquerschnitt (Innendurchmesser) von 160,3 mm. Ordnet man nun zwei Trocknungsrohre (9) in gleicher Ebene mit einem Mittelabstand von 320 mm an und darunter mittig ein weiteres, so wird aus dem kompletten Einfüllquerschnitt ausgetragen. Diese Anordnung aus mehreren horizontalen Ebenen wird als Stufe bezeichnet. Im Trockner können mehrere Stufen von Trocknungsrohren (9) angeordnet sein. Sofern das zu trocknende Gut (2) nicht rieselfähig ist, werden vorzugsweise Schalen als Dosierhilfen (23) angeordnet. Die Eintragsbereiche der verschiedenen Stufen sind in diesem Falle axial versetzt angeordnet.
Sollte es sich bei dem zu trocknenden Gut (2) um ein nicht rieselfähiges Gut (z. B. pastöse Güter wie Klärschlamm) handeln, kann statt der Dosierung über Kernrohre (22) und Schneckensteigung auch eine Dosierung über Verdrängerpumpen (z. B. Membranpumpen, Kolbenpum- pen, Exzenterschneckenpumpen, Rotationskolbenpumpen oder Schlauchpumpen) erfolgen.
Das zu trocknende Gut (2) wird dosiert über einen Einlauf (24) in die Trocknungsrohre (9) eingebracht und anschließend wie oben beschrieben im Kontakttrockner (1 ) getrocknet. Am aus- tragseitigen Ende (8) des Kontakttrockners überführen die Förderorgane (10) das getrocknete Gut (1 1 ) in einen Auslauf. Aus diesem fällt das getrocknete Gut (1 1 ) in einen Sammelbehälter. Dieser wird wie auch der Vorlagebehälter (21 ) vorzugsweise gasdicht und druckfest ausgeführt, um einen Abzug der Brüden und Geruchsstoffe gewährleisten zu können und bei vom Umgebungsdruck abweichenden Betriebsdrücken zu arbeiten.
Der gemeinsame Austrag des getrockneten Gutes (1 1 ) aus dem Sammelbehälter erfolgt mit Hilfe von Fördertechnik wie zum Beispiel Förderschnecken, -tellern, -bänder oder Feststoffpum- pen.
Bezugszeichenliste
1 Kontakttrockner
2 Zu trocknendes Gut
3 Heizmedium
4 Trocknungsbereich
5 Heizbereich
6 Mantelrohr
7 Eintragsseitiger Endbereich
8 Austragseitiger Endbereich
9 Trocknungsrohr
10 Förderorgan
1 1 getrocknetes Gut
12 Heizrohr
13 Heißes Wärmezuführungsmedium
14 Abgekühltes Wärmezuführungsmedium
15 Brüden
16 Saugeinrichtung
17 Steigrohr
18 Fallrohr
19 Zuluft in die Trocknungsrohre
20 Regelventil für Zuluft in die Trocknungsrohre
21 Vorlagebehälter
22 Kernrohr
23 Dosierhilfe
24 Einlauf

Claims

ANSPRÜCHE
Kontakttrockner zum Trocknen von feuchtem Gut, bestehend aus zumindest einem Trocknungsrohr, in welchem das zu trocknende Gut förderbar ist und auf dessen Außenseite sich in einem, das Trocknungsrohr zumindest partiell umgebenden Mantelraum ein Heizmedium befindet, dadurch gekennzeichnet, dass im Mantelraum zumindest ein weiteres Trocknungsrohr angeordnet ist und die zumindest zwei Trocknungsrohre derart ausgebildet sind, dass sich das zu trocknende Gut über zumindest einen Längsabschnitt der zumindest zwei Trocknungsrohre nicht mischen kann.
Kontakttrockner gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmedium ein Medium ist, welches im Betrieb bei Wärmezufuhr in eine zumindest teilweise gas- oder dampfförmige Phase wechselt und bei Wärmeabfuhr wieder zur flüssigen Phase kondensiert.
Kontakttrockner gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Mantelraum mindestens ein Heizrohr befindet, durch das dem Heizmedium Wärme zuführbar ist und das Heizrohr derart angeordnet ist, dass das Heizmedium das Heizrohr im Betrieb zumindest teilweise umgibt.
Kontakttrockner gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zumindest eine Heizrohr außerhalb des Mantelraums befindet und mit dem Mantelraum dergestalt verbunden ist, dass ein Heizbereich, in welchem das zumindest eine Heizrohre angeordnet ist, und ein Trocknungsbereich, in welchem die zumindest zwei Trocknungsrohre im Mantelraum angeordnet sind, einen gemeinsamen Druckbehälter darstellen.
Kontakttrockner gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsbereich derart oberhalb des Heizbereichs angeordnet ist, dass das Kondensat aus dem Trocknungsbereich schwerkraftgetrieben in den Heizbereich strömt. Kontakttrockner gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den zumindest zwei Trocknungsrohren eine Saugeinrichtung verbunden ist, mittels welcher Brüden absaugbar sind.
Kontakttrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Trocknungsrohre je eine Fördereinrichtung aufweisen, mit deren Hilfe das zu trocknende Gut förderbar ist.
Kontakttrockner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung als seelenlose Schnecke oder Förderteller ausgeführt ist.
Kontakttrockner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die seelenlose Schnecke im Betrieb auf Zug belastet ist.
Verfahren zum Trocknen eines feuchten Gutes, insbesondere Biomasse, mit einem Kontakttrockner gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zu trocknende Gut mehrere im axial sich erstreckenden Mantelraum parallel zueinander verlaufende Trocknungsrohre gleichsinnig durchläuft, währenddessen ein in dem Heizbereich befindliches Heizmedium mit Wärmeenergie beaufschlagt wird,
und in den Trocknungsrohren im Mantelraum in dessen Trocknungsbereich geführt und in deren Inneren getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Mantelraum ein Druck zur Beheizung des Trockners aufgeprägt wird, der sich vom Umgebungsdruck unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in den Trocknungsrohren des Trocknungsbereichs durch aktive Regelung ein vordefinierter Druck zur Trocknung aufgeprägt wird, der sich vom Umgebungsdruck unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Trocknungstemperatur durch den Druck in den Trocknungsrohren eingestellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsrohre des Trocknungsbereichs mit unterschiedlichen Temperaturniveaus beaufschlagt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brüden des Trockners einer Feuerung zugeführt werden, durch die Wärme für den Trocknungsvorgang bereitgestellt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des zu trocknenden Gutes und / oder ein Teil des getrockneten Gutes der Feuerung zugeführt wird und somit Wärme zur Trocknung bereitstellt. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockner mit den komprimierten Brüden beheizt wird.
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