EP3600676B1

EP3600676B1 - Vorrichtung zur zerkleinerung und trocknung von abfallstoffen, schlacken, gesteinen und dergleichen materialien

Info

Publication number: EP3600676B1
Application number: EP18715475.2A
Authority: EP
Inventors: Egon KOENIG
Original assignee: Lpt AG
Current assignee: Lpt AG
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2022-06-22
Anticipated expiration: 2038-02-12
Also published as: WO2018177644A1; ES2929107T3; CH713628A1; CA3056722A1; CN110505922A; JP2020516443A; RU2768402C2; CH713628B1; US20200016604A1; RU2019134201A3; EP3600676A1; RU2019134201A; CN110505922B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Abfallstoffe und dergleichen Materialien werden vielfach immer noch in Deponien entsorgt. Da Deponien nur eine begrenzte Aufnahmekapazität aufweisen, ist es wünschenswert, die Abfallstoffe vor ihrer Ablagerung zu zerkleinern. Die Zerkleinerung der Abfallstoffe kann aber auch zur Aufbereitung für die Energiegewinnung durch eine anschliessende Verbrennung oder Entgasungsanlage genutzt werden. Durch die Zerkleinerung der Abfallstoffe oder die Pulverisierung von Schlacken und Gesteinen, beispielsweise Erzgesteinen, können aber auch wertvolle Rohstoffe leichter abgetrennt und zurückgewonnen werden. Ein bekanntes Problem bei der Behandlung von Abfallstoffen, wie beispielsweise Siedlungsabfällen, Industrieschlämmen, wie z.B. Zement-, Kalk- Industrie und Klärschlämmen ist der relativ hohe Feuchtigkeitsgehalt, der oft in diesen Abfallstoffen gebunden ist. Dieser meist nur schwer von den Abfallstoffen zu trennende Feuchtigkeitsgehalt stellt bei Deponien als Deponiewasser ein nicht zu unterschätzendes Problem dar. In Verbrennungsanlagen führt der hohe Feuchtigkeitsgehalt zu einem niedrigeren Heizwert des eingesetzten Abfallmaterials. Der hohe Feuchtigkeitsgehalt in den Abfallstoffen sowie die Materialgrösse wirken sich generell negativ auf die Energie- und Transportbilanz (CO₂ Ausstoss) aus.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Mahlwerke oder dergleichen zur Zerkleinerung der Abfallstoffe weisen einen relativ schlechten Wirkungsgrad auf und sind für eine Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts nicht ausreichend geeignet. Aus dem Stand der Technik ist auch bereits ein Materialzerkleinerungsgerät bekannt, welches einen im wesentlichen trichterförmigen Kessel mit einem zylindrischen Aufsatz aufweist. Komprimierte Luft wird in Umfangsrichtung in den zylindrischen Aufsatz eingeblasen, um innerhalb des trichterförmigen Kessels einen Luftwirbel zu erzeugen. Diese bekannte Vorrichtung benötigt bis zu 100 m³ komprimierte Luft pro Minute, was ein großer Nachteil für die Energiebilanz und für die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung darstellt. An den Eintrittsöffnungen für die komprimierte Luft angebrachte Ablenkplatten leiten die Luft in Umfangsrichtung des Kessels. Das zu zerkleinernde Material wird über eine Zuführleitung in den zylindrischen Aufsatz gefördert und dem Luftwirbel ausgesetzt. In dem Luftwirbel soll das eingebrachte Material zerkleinert werden. Die Ablenkplatten dienen zugleich als Prallplatten und sollen die Lufteintrittsöffnungen vor dem herumwirbelnden Material schützen. Das zerkleinerte Material sinkt infolge der Schwerkraft zu Boden und wird durch eine Öffnung am Boden des trichterförmigen Kessels ausgeschieden. Ein am gegenüberliegenden, durchmessergrösseren Ende des Kessels am zylindrischen Aufsatz angeordneter zylindrischer Kamin sorgt für eine Abfuhr der überschüssigen Luft. Indem die eingeblasene Luft vorgeheizt wird, soll eine gewisse Trocknung des eingebrachten Materials erzielbar sein. Die Prallplatten sind einem hohen Verschleiss unterworfen und müssen relativ oft gewechselt werden. Da immer auch Material gegen die Wandungen des trichterförmigen Kessels oder des zylindrischen Aufsatzes prallt, sind auch diese Gerätekomponenten einem relativ hohen Verschleiss unterworfen und müssen entsprechend robust ausgebildet sein. Der in dem Kessel erzielbare Luftwirbel weist nur eine relativ kleine Geschwindigkeit auf. Demzufolge weist die Vorrichtung nur eine relativ geringe Zerkleinerungswirkung auf das eingebrachte Material auf. Eine Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist in den Dokumenten WO2012/102619A2 und US2002/027173A1 offenbart.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien zu schaffen, welche den vorstehend geschilderten Nachteilen der Geräte des Stands der Technik Rechnung trägt. Die Vorrichtung soll weniger verschleissanfällig sein und eine ausreichende Zerkleinerung, ja sogar eine Pulverisierung, und/oder Trocknung der eingesetzten Abfallstoffe ermöglichen. Dabei soll die Vorrichtung möglichst unkompliziert aufgebaut und erprobte und konstruktiv einfache Bauteile aufweisen, sowie kostengünstig in der Herstellung und im Betrieb sein.
Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einer Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien, welche die im Patentanspruch 1 aufgelisteten Merkmale aufweist. Weiterbildungen sowie vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien vor, die einen im wesentlichen trichterförmigen Kessel mit einem zylindrischen Aufsatz umfasst. An dem zylindrischen Aufsatz sind wenigstens zwei über den Umfang verteilte Lufteinlässe zum Einbringen von komprimierter und ggf. erwärmter Luft angeordnet. Der Boden des trichterförmigen Kessels ist mit einer Austrittsöffnung für zerkleinertes Material ausgestattet. An dem der Austrittsöffnung gegenüberliegenden, durchmessergrösseren Ende des Kessels ist am zylindrischen Aufsatz eine Luftausströmöffnung angeordnet. Eine Zuführeinrichtung für das zu zerkleinernde Material mündet in den zylindrischen Aufsatz. An den wenigstens zwei über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes verteilten Lufteinlässen ist jeweils eine Überschalldüse mit Venturisystem derart angeordnet, dass die zugeführte Luft in Umfangsrichtung des zylindrischen Aufsatzes und des trichterförmigen Kessels einbringbar ist.
Durch den Einsatz von Überschalldüsen erreicht die zugeführte, vorzugsweise erwärmte Luft am Eintritt in den zylindrischen Aufsatz auf dem trichterförmigen Kessel sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die die Schallgeschwindigkeit erreichen und um ein Mehrfaches übertreffen können. Dadurch wird im zylindrischen Aufsatz und insbesondere im sich in Richtung seines Bodens trichterförmig verengenden Kessel ein erwärmter Luftwirbel erzeugt. Die hohen Strömungsgeschwindigkeiten werden durch die Zufuhr der Luft unter einem Druck von ca. 4 - 6 bar erreicht. Die dabei durchgesetzten Luftmengen können je nach Meereshöhe ca. 30 bis 50 m³/min betragen. Beispielsweise können diese Luftmengen mittels eines steuerbaren ölfreien Schraubenkompressors erzeugt und gefördert werden. Unter einer Überschalldüse ist dabei beispielsweise eine Düse zu verstehen, die einen Querschnittsverlauf entsprechend einer Lavaldüse aufweist. Die Ausbildung der Überschalldüse als eine Lavaldüse erlaubt es, benötigten Lufteinsatz deutlich, beispielsweise um bis zu 50%, zu reduzieren. Dies hat grossen Einfluss auf eine positive Energiebilanz. Infolge der hohen Luftgeschwindigkeiten werden die eingebrachten Materialien stark zerkleinert, ja sogar pulverisiert. Infolge der Pulverisierung der eingesetzten Materialien können in den Materialien enthaltene wertvolle Rohstoffe einfach wieder der Industrie rückgeführt werden. Infolge des hohen Zerkleinerungsgrades kann die Ladekapazität von Transporteinrichtungen auch viel besser ausgenutzt werden, was sich wiederum positiv auf die Umwelt (Reduktion des CO₂ Ausstosses) auswirken kann.
Die zu zerkleinernden Materialien gelangen mit Unterstützung von einem Venturisystem in den erzeugten Luftwirbel und erfahren dabei eine enorme Beschleunigung. Das Venturisystem dient dabei zum "Aufbrechen" des von den Überschalldüsen erzeugten Luftwirbels. Die in den Luftwirbel eingebrachten Materialien halten den bei der plötzlichen Beschleunigung auftretenden Kräften nicht stand und werden deshalb in kleinste Bestandteile zerlegt. Innerhalb des Luftwirbels auftretende hohe Zentrifugal- und Zentripetalkräfte, Scher- und Reibungskräfte, sowie Unterdruck und Kavitation unterstützen die Zerkleinerung der Materialien. In den Materialien enthaltene Feuchtigkeit, beispielsweise in Klär,- und Industrieschlämmen enthaltenes und in den Feststoffpartikeln gebundenes Wasser wird dabei abgetrennt und mit der sich im Luftwirbel erwärmenden Luft durch die Luftaustrittsöffnung, die an einem verstellbaren kaminartigen Fortsatz angeordnet sein kann, abtransportiert. Die Temperatur der Abluft kann beispielsweise bis 100°C betragen. Durch die Anordnung von wenigstens zwei Überschalldüsen wird in der Vorrichtung ein gleichbleibender Luftstrom erzeugt, der in einem Luftwirbel resultiert, der sich von den Innenwandungen der Vorrichtung ablöst. Dadurch kann ein Aufprallen der Materialien auf die Innenwandungen des zylindrischen Aufsatzes und des trichterförmigen Kessels verhindert werden.
Eine Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung kann vorsehen, dass die an den Lufteinlässen angeordneten Überschalldüsen mit Venturisystem in gleicher axialer Höhe des zylindrischen Aufsatzes auf den trichterförmigen Kessel angeordnet sind. Dadurch kann die Gleichmässigkeit des Luftwirbels verbessert und können bei gleichbleibendem Energieeinsatz höhere Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden.
Bei einer Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung können die Überschalldüsen einen Auslass aufweisen, der einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt. Durch die Wahl des Strömungsquerschnitts am Auslass können die Tangential- und die Vertikalkomponenten der Luftströmung im Sinne der besseren Erzeugung des Luftwirbels beeinflusst werden.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass der Querschnitt des Auslasses der Überschalldüsen rechteckig ausgebildet ist. Dadurch kann im Inneren des erzeugten Luftwirbels die Entstehung von Kavitation und Unterdruck begünstigt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung können die Überschalldüsen jeweils einen engsten Durchströmungsquerschnitt aufweisen, der bei Bedarf veränderbar ist. Durch die Veränderung des Durchströmungsquerschnitts können die Strömungsgeschwindigkeiten am Ausgang der Überschalldüsen gezielt beeinflusst werden. Die Stellschrauben oder dergleichen mechanische Verstellmittel können derart angeordnet sein, dass sie für den Anwender auch während des Betriebs der Vorrichtung zugängig sind.
Die Veränderung wenigstens des engsten Durchströmungsquerschnitts der Überschalldüsen kann mechanisch, beispielsweise über Stellschrauben oder dergleichen erfolgen. Eine zweckmässige Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass der engste Durchströmungsquerschnitt der Überschalldüsen automatisch über Stellmotore verstellbar ist. Die motorische Verstellbarkeit erlaubt eine Einstellung des engsten Durchströmungsquerschnitts der Düsen ohne beispielsweise ein den trichterförmigen Kessel und den zylindrischen Aufsatz aufnehmendes Gehäuse öffnen oder gar demontieren zu müssen.
In Verbindung mit einer motorischen Verstellbarkeit kann der engste Durchströmungsquerschnitt der Überschalldüsen in Abhängigkeit des eingesetzten zu zerkleinernden Materials steuerbar sein. Die Steuerdaten können dabei, vorzugsweise tabellarisch, in einer externen Steuereinheit abgespeichert sein, die mit der Vorrichtung in Verbindung steht. Die Steuerdaten zur Verstellung des engsten Durchströmungsquerschnitts der Düsen können empirisch ermittelt und zusammengestellt sein. Eine vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung kann es dem Anwender der Vorrichtung ermöglichen, die korrekten Steuerdaten für die Verstellung der Überschalldüsen in Abhängigkeit des eingesetzten Material anzuwählen. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise eine elektronische Datenverarbeitungsanlage. Dadurch können die Parametererfassung, -kontrolle und deren Auswahl vereinfacht werden.
Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass die Überschalldüsen an den Lufteinlässen am zylindrischen Aufsatz jeweils in eine Luftführungsplatte münden, die in eine Ausnehmung in der Innenwandung des zylindrischen Aufsatzes eingesetzt ist. Die Luftführungsplatte begrenzt den Auslass der Überschalldüse und ist derart montiert, dass sie die Innenwandung des zylindrischen Aufsatzes wenigstens im Bereich des Auslasses überragt. Dadurch kann die zugeführte komprimierte Luft tangential entlang des Innenumfangs des zylindrischen Aufsatzes eingebracht werden.
Bei einer Ausführungsvariante der erfindungsgemässen können die Luftführungsplatten gegenüber einem Düsenkörper der Überschalldüse um 180° drehbar sein. Dadurch ist die Vorrichtung sehr einfach in Bezug auf unterschiedlichen Gegebenheiten auf der Nord- bzw. der Südhalbkugel der Erde adaptierbar. Während auf der Nordhalbkugel sich ein zyklonaler, d.h. ein entgegen dem Uhrzeigersinn drehender Luftwirbel als zweckmässig erweisen kann, ist auf der Südhalbkugel eher ein antizyklonaler Luftwirbel in der Vorrichtung anzustreben. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung hinsichtlich Zerkleinerung und Trocknung verbessert werden. Eine Ausführungsvariante der Erfindung kann dazu vorsehen, dass die Luftführungsplatte fest mit einer Montageplatte verbunden ist und der Düsenkörper der Überschalldüse an der Montageplatte anflanschbar ist. Die Montageplatte dient zur Montage der Überschalldüse an der Aussenwandung des zylindrischen Aufsatzes. Der Düsenkörper ist in zwei um 180° gedrehten Positionen an die Montageplatte anflanschbar. Dadurch können die Lage der Überschalldüse und der Luftzuführungen in Bezug auf den Umfang des zylindrischen Aufsatzes unverändert bleiben. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Luftführungsplatte, die Montageplatte und der Düsenkörper aber auch starr miteinander verbunden sein. Zur Veränderung der Drehrichtung des erzeugten Luftwirbels kann dann die gesamte Überschalldüseneinheit zusammen mit Montageplatte und Luftführungsplatte um 180° gedreht montiert werden.
Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung kann mit einer Steuereinrichtung verbunden sein, welche derart mit einem globalen Netzwerk, beispielsweise dem Internet verbunden ist, dass die Betriebsparameter der Vorrichtung fernablesbar und vorzugsweise die Vorrichtung fernsteuerbar ist. Die Anbindung der Steuereinrichtung, welche auch die Steuereinheit für die Querschnittsveränderung der Überschalldüsen umfassen kann, an das Internet kann beispielsweise für Wartungszwecke, für Ferndiagnosen und für eine Fernsteuerung der Vorrichtung genutzt werden.
Eine noch weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung kann vorsehen, dass mehr als zwei Überschalldüsen in gleichem Winkelabstand voneinander am Umfang des zylindrischen Aufsatzes angeordnet sind. Die Anzahl der erforderlichen Überschalldüsen kann in Abhängigkeit der Grösse und des Durchmessers des trichterförmigen Kessels samt dem zylindrischen Aufsatz gewählt werden, um die Strömungsgeschwindigkeiten im erzeugten Luftwirbel zu optimieren.
Weitere Vorteile und Ausführungsvarianten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung im Axialschnitt;
Fig. 2: eine vergrösserte schematische Darstellung einer an der Vorrichtung befestigten Überschalldüse;
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht einer Überschalldüse mit Blick auf eine Montageplatte an ihrer Eingangsseite;
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht der Überschalldüse gemäss Fig. 4 mit Blick auf eine Luftführungsplatte; und
Fig. 5: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung.

Eine in Fig. 1 schematisch im Axialschnitt dargestellte Vorrichtung gemäss der Erfindung trägt gesamthaft das Bezugszeichen 1. Die Vorrichtung weist einen trichterförmigen Kessel 2 mit einer Austrittsöffnung 3 auf. An seinem der Austrittsöffnung 3 abgewandte Ende weist der trichterförmige Kessel 2 einen zylindrischen Aufsatz 4 auf. Am zylindrischen Aufsatz 4 sind wenigstens zwei Lufteinlässe 5 für komprimierte und ggf. erwärmte Luft vorgesehen und über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes 4 verteilt. Ein durch einen Deckel 6 in den zylindrischen Aufsatz 4 ragender Kamin 7 weist eine Luftausströmöffnung auf. Der Querschnitt der Luftausströmöffnung am Kamin 7 ist bei Bedarf veränderbar, was in Fig. 1 durch eine verstellbare Blende 8 und die Pfeile P1 angedeutet ist. Eine Zuführeinrichtung 9 für zu zerkleinernde und zu trocknende Materialien M durchsetzt den Deckel 6 und ragt in den zylindrischen Aufsatz 4.
An den wenigstens zwei über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes 4 verteilten Lufteinlässen 5 ist jeweils eine Überschalldüse 10 angeordnet. Komprimierte und gegebenenfalls erwärmte Luft L wird über die Überschalldüsen 10 in den zylindrischen Aufsatz 4 eingeleitet. Unter einer Überschalldüse 10 ist gemäss der Erfindung eine Düse zu verstehen, die beispielsweise einen Querschnittsverlauf entsprechend einer Lavaldüse aufweist. Durch den Einsatz von Überschalldüsen 10 erreicht die zugeführte, vorzugsweise erwärmte Luft L am Eintritt in den zylindrischen Aufsatz 4 und den trichterförmigen Kessel 2 sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die Schallgeschwindigkeit erreichen und diese sogar um ein Mehrfaches übertreffen können. Dadurch wird im zylindrischen Aufsatz 4 und insbesondere im sich in Richtung seiner Auslassöffnung 3 trichterförmig verengenden Kessel 2 ein erwärmter Luftwirbel W erzeugt. Die hohen Strömungsgeschwindigkeiten werden durch die Zufuhr der Luft L unter einem Druck von ca. 4 - 6 bar erreicht. Die dabei durchgesetzten Luftmengen können je nach Meereshöhe ca. 30 bis 50 m³/min betragen. Beispielsweise können diese Luftmengen mittels eines steuerbaren ölfreien Schraubenkompressors erzeugt und gefördert werden. Je nach Aufstellungsort auf der Nord- bzw. der Südhalbkugel der Erde ist die Drehrichtung des in der Vorrichtung 1 erzeugten Luftwirbels W anpassbar. Während auf der Nordhalbkugel sich ein zyklonaler, d.h. ein entgegen dem Uhrzeigersinn drehender Luftwirbel als zweckmässig erweisen kann, ist auf der Südhalbkugel eher ein antizyklonaler Luftwirbel in der Vorrichtung anzustreben. Dazu ist die Einströmrichtung der Überschalldüsen 10 an den Lufteinlässen 5 veränderbar, insbesondere um 180° drehbar. Dies ist in Fig. 1 durch die gekrümmten Pfeile P2 angedeutet.
Die über die Zuführeinrichtung 9 in die Vorrichtung 1 eingebrachten zu zerkleinernden Materialien M werden mit Unterstützung eines an den Überschalldüsen 10 vorgesehenen Venturisystems in den erzeugten Luftwirbel eingebracht. Das Venturisystem dient dabei zum kurzfristigen "Aufbrechen" des von den Überschalldüsen 10 erzeugten Luftwirbels W. Die in den Luftwirbel W eingebrachten Materialien M werden unmittelbar nach der Abgabe in den Luftwirbel W sehr hoch beschleunigt. Die Materialien M halten den bei der plötzlichen Beschleunigung auftretenden Kräften nicht stand und werden deshalb in kleinere Bestandteile zerlegt. Innerhalb des Luftwirbels W auftretende hohe Zentrifugal- und Zentripetalkräfte, Scher- und Reibungskräfte, sowie Unterdruck und Kavitation unterstützen die Zerkleinerung der Materialien M. In den Materialien M enthaltene Feuchtigkeit, beispielsweise in Klär,- und Industrieschlämmen enthaltenes und in den Feststoffpartikeln gebundenes Wasser wird dabei abgetrennt und mit der sich im Luftwirbel W erwärmenden Abluft A durch den kaminartigen Luftauslass 7, dessen Auslassquerschnitt verstellbar sein kann, abtransportiert. Die Temperatur der Abluft A kann beispielsweise bis 100°C betragen. Durch die Anordnung von wenigstens zwei Überschalldüsen 10 mit Venturifunktion wird in der Vorrichtung 1 ein gleichbleibender Luftstrom erzeugt, der in einem Luftwirbel W resultiert, der sich von den Innenwandungen der Vorrichtung 1 ablöst. Dadurch kann ein Aufprallen der Materialien M auf die Innenwandungen 41 bzw. 21 des zylindrischen Aufsatzes 4 bzw. des trichterförmigen Kessels 2 verhindert werden. Das zerkleinerte Material gelangt als Granulat G entlang der Innenwandung 21 des trichterförmigen Kessels 2 zu der Austrittsöffnung 3 der Vorrichtung und rieselt zu Boden. In Fig. 1 ist dies durch eine Anhäufung von Granulat G auf dem Untergrund F angedeutet.
Fig. 2 zeigt schematisch einen axialen Schnitt einer am zylindrischen Aufsatz 4 montierten Überschalldüse 10. Die Überschalldüse 10 weist beispielsweise etwa den Querschnittsverlauf einer Lavaldüse auf. Eingangsseitig ist die Überschalldüse 10 mit einer Luftzufuhrleitung 16 verbunden. Die für die Erzeugung des Luftwirbels erforderlichen Luftmengen können beispielsweise mittels eines steuerbaren ölfreien Schraubenkompressors erzeugt und gefördert werden. Die Überschalldüse 10 besitzt einen Düsenkörper 11, der beispielsweise mehrteilig ausgebildet sind. Die Teile des Düsenkörpers 11 sind derart miteinander verbunden, dass sie gegeneinander verstellbar sind, um wenigstens einen engsten Durchströmungsquerschnitt 12 der Überschalldüse 10 verändern zu können. Die Verstellung der Teile des Düsenkörpers 11 gegeneinander kann beispielsweise über eine oder mehrere Stellschrauben erfolgen. Im schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine motorische Verstellbarkeit des engsten Durchströmungsquerschnitts 12 mit Hilfe eines Stellmotors 18 angedeutet. Die motorische Verstellbarkeit erlaubt eine automatische Einstellung des engsten Durchströmungsquerschnitts 12 der Überschalldüse 10 ohne beispielsweise ein den trichterförmigen Kessel und den zylindrischen Aufsatz aufnehmendes Gehäuse öffnen oder gar demontieren zu müssen. In Verbindung mit einer motorischen Verstellbarkeit kann der engste Durchströmungsquerschnitt 12 der Überschalldüse in Abhängigkeit des eingesetzten zu zerkleinernden Materials steuerbar sein. Die Steuerdaten können dabei, vorzugsweise tabellarisch, in einer externen Steuereinheit abgespeichert sein, die mit der Vorrichtung in Verbindung steht. Die Steuerdaten zur Verstellung des engsten Durchströmungsquerschnitts 12 der Überschalldüse 10 Düsen können empirisch ermittelt und zusammengestellt sein. Eine vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung kann es dem Anwender der Vorrichtung ermöglichen, die korrekten Steuerdaten für die Verstellung der Überschalldüsen 10 in Abhängigkeit des eingesetzten Material anzuwählen. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise eine elektronische Datenverarbeitungsanlage (Fig. 4). Dadurch können die Parametererfassung, -kontrolle und deren Auswahl vereinfacht werden.
Die Überschalldüse 10 weist eine Venturifunktion auf. Zu diesem Zweck ist am engsten Durchströmungsquerschnitt 12 des Düsenkörpers 11 eine Venturibohrung 13 angeordnet, die bei Bedarf geöffnet und wieder geschlossen werden kann. Durch das Öffnen der Venturibohrung 13 wird Umgebungsluft in die Überschalldüse 10 eingesaugt. Dadurch wird die Luftströmung innerhalb der Überschalldüse 10 gestört. Dieser Effekt kann dazu genutzt werden, den durch die einströmende Luft innerhalb des trichterförmigen Kessels und des zylindrischen Aufsatzes erzeugten Luftwirbel gezielt "aufzubrechen", beispielsweise um Materialien in den Luftwirbel einzuspeisen.
Der Düsenkörper 11 der Überschalldüse 10 mündet in eine Luftführungsplatte 14, die im montierten Zustand im Wesentlichen bündig mit der Innenwandung 41 des zylindrischen Aufsatzes 4 abschliesst. Die Luftführungsplatte 14 ist derart in den Lufteinlass 5 des zylindrischen Aufsatzes eingesetzt, dass sie die Innenwandung 41 des zylindrischen Aufsatzes 4 wenigstens im Bereich eines Luftauslasses 15 der Überschalldüse 10 überragt. Dadurch kann die komprimierte Luft im wesentlichen tangentiale entlang der Innenwandung 41 des zylindrischen Aufsatzes 4 eingebracht werden. Der von der Luftführungsplatte 14 begrenzte Luftauslass 15 weist einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt auf. Beispielsweise besitzt der Luftauslass 15 einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Durch den von der Kreisform abweichenden Strömungsquerschnitt am Auslass können die Tangential- und die Vertikalkomponenten der Luftströmung im Sinne der besseren Erzeugung des Luftwirbels beeinflusst werden. Dadurch kann im erzeugten Luftwirbel die Entstehung von Kavitation und Unterdruck begünstigt werden.
Zur Montage der Überschalldüse 10 am zylindrischen Aufsatz 4 ist der Düsenkörper 11 mit einer Montageplatte 17 verbunden. Die Montageplatte 17 ist mit der Luftführungsplatte 14 verbunden und derart angeordnet, dass sie in Luftströmungsrichtung von der Luftführungsplatte 14 überragt wird. Die Montageplatte 17 wird mittels Schrauben an einer Aussenwand 42 des zylindrischen Aufsatzes 4 befestigt.
Die Montageplatte 17 und die mit dieser verbundene Luftführungsplatte 14 können starr mit dem Düsenkörper 11 verbunden sein. Zur Änderung der Drehrichtung des in der Vorrichtung erzeugten Luftwirbels muss dann die gesamte Überschalldüseneinheit samt Düsenkörper 11, Montageplatte 17 und Luftführungsplatte 14 um 180° gedreht werden. Die Montageplatte 17 und die mit dieser verbundene Luftführungsplatte 14 können jedoch auch, wie insbesondere in Fig. 3 dargestellt, gegenüber dem Düsenkörper 11 um 180° drehbar sein. Dazu kann der Düsenkörper 11 von der Montageplatte 17 abgeflanscht und nach dem Drehen und Montieren der Montageplatte 17 und der Luftführungsplatte 14 am zylindrischen Aufsatz wieder angeflanscht werden. Durch die Drehbarkeit des Düsenkörpers 11 gegenüber der Montageplatte 17 und der Luftführungsplatte 14 kann die Lage der Überschalldüse 10 und der Luftzuführungen in Bezug auf den Umfang des zylindrischen Aufsatzes 4 unverändert bleiben.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Überschalldüse 10 mit Blick auf die Montageplatte 17. Gleiche Bauteile tragen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 2. Der Düsenkörper 11 ist an die Montageplatte 17 angeflanscht. Am eingangsseitigen Ende der Überschalldüse 10 ist die Luftzufuhrleitung 16 angedeutet. Die Montageplatte 17 wird in Luftströmungsrichtung von der Luftführungsplatte 14 überragt, die im montierten Zustand der Überschalldüse 10 im wesentlichen bündig mit der Innenwandung des zylindrischen Aufsatzes abschliesst.
Fig. 4 zeigt die Überschalldüse gemäss Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht mit Blick auf die Luftführungsplatte 14. Die Montageplatte trägt wiederum das Bezugszeichen 17. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die der Luftführungsplatte 14 zugewandte Seite der Montageplatte 17 konkav gekrümmt ausgebildet ist, um der Krümmung des zylindrischen Aufsatzes zu folgen. Der Luftauslass 15 der Überschalldüse 10 ist an der vom Betrachter abgewandten Seite der Luftführungsplatte 14 angeordnet. Er weist einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt auf. Vorzugsweise ist er im wesentlichen rechteckig ausgebildet. Der Düsenkörper der Überschalldüse 10 ist mit dem Bezugszeichen 11 angedeutet.
Fig. 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen und dergleichen Materialien, die wiederum gesamthaft das Bezugszeichen 1 trägt. Gleiche Bestandteile der Vorrichtung 1 sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Die Vorrichtung weist wiederum einen trichterförmigen Kessel 2 mit einer Austrittsöffnung 3 auf. An seinem der Austrittsöffnung 3 abgewandte Ende ist der trichterförmige Kessel 2 mit dem zylindrischen Aufsatz 4 verbunden. Am zylindrischen Aufsatz 4 sind Überschalldüsen 10 für komprimierte und ggf. erwärmte Luft montiert und vorzugsweise in gleichem Winkelabstand voneinander über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes 4 verteilt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insbesondere vier Überschalldüsen 10 vorgesehen, von denen in der Abbildung zwei sichtbar sind. Die Überschalldüsen 10 sind in gleicher Höhe des zylindrischen Aufsatzes 4 montiert. Durch den Deckel 6, der den zylindrischen Aufsatz verschliesst, ragt ein kaminartiger Fortsatz 7, dessen Austrittsquerschnitt verstellbar sein kann. Eine Zuführeinrichtung 9 für zu zerkleinernde und zu trocknende Materialien M durchsetzt den Deckel 6 und ragt gleichfalls in den zylindrischen Aufsatz 4.
Die Überschalldüsen 10 sind mit einer etwa ringförmig verlaufenden Luftzuführleitung 19 verbunden, die ihrerseits über eine weitere zentrale Luftleitung (nicht dargestellt) beispielsweise mit einem ölfreien Schraubenkompressor verbunden sein kann. Die Luftzuführleitungen können dabei nach einem Tichelmann-System ausgebildet sein. Das bedeutet, dass die Druckverlustbeiwerte der Zuleitungen zu den einzelnen Überschalldüsen 10 für alle Überschalldüsen gleich sind, damit eine gleichmässige Durchströmung gewährleistet ist. Die Druckverluste der Zuleitungen setzen sich im wesentlichen aus der Rohrreibung, d.h. der Innenrauigkeit, dem Durchmesser und der Länge und den Druckverlustbeiwerten der Rohrelemente zusammen. Die Druckverlustbeiwerte der Rohrelemente können empirisch ermittelt werden und üblicherweise der Literatur entnommen werden.
Mit Hilfe des steuerbaren ölfreien Schraubenkompressors kann die Luft unter einem Druck von ca. 4 - 6 bar und mit einem Volumen von 30 bis 50 m³/min den Überschalldüsen 10 zugeführt werden. Die Überschalldüsen 10 erlauben Strömungsgeschwindigkeiten, welche die Schallgeschwindigkeit überschreitet. Dadurch wird innerhalb der Vorrichtung 1 ein Luftwirbel erzeugt, der in der teilweise aufgeschnittenen Darstellung der Vorrichtung 1 in Fig. 4 wiederum mit dem Bezugszeichen W versehen ist.
Die über die Zuführeinrichtung 9 in die Vorrichtung 1 eingebrachten zu zerkleinernden Materialien M werden in den erzeugten Luftwirbel eingebracht und unmittelbar nach der Abgabe in den Luftwirbel W sehr hoch beschleunigt. Die Materialien M halten den bei der plötzlichen Beschleunigung auftretenden Kräften nicht stand und werden deshalb in kleinere Bestandteile zerlegt. Innerhalb des Luftwirbels W auftretende hohe Zentrifugal- und Zentripetalkräfte, Scher- und Reibungskräfte, sowie Unterdruck und Kavitation unterstützen die Zerkleinerung, beispielsweise Pulverisierung, der Materialien M. In den Materialien M enthaltene Feuchtigkeit, beispielsweise in Klärschlämmen enthaltenes und in den Feststoffpartikeln gebundenes Wasser wird dabei abgetrennt und mit der sich im Luftwirbel W erwärmenden Abluft A durch den kaminartigen Luftauslass 7 abtransportiert. Die Temperatur der Abluft A kann beispielsweise bis 100°C betragen. Der in der Vorrichtung erzeugte Luftwirbel W löst sich von den Innenwandungen der Vorrichtung 1 ab. Dadurch kann ein Aufprallen der Materialien M auf die Innenwandungen des zylindrischen Aufsatzes 4 bzw. des trichterförmigen Kessels 2 verhindert werden. Das zerkleinerte Material gelangt als Granulat G zu der Austrittsöffnung 3 der Vorrichtung und rieselt zu Boden.
Die Vorrichtung 1 zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien kann mit einer Steuereinrichtung verbunden sein, die mit dem Bezugszeichen 100 angedeutet ist. Die Steuereinrichtung 100 kann derart mit einem globalen Netzwerk, beispielsweise dem Internet verbunden sein, dass die Betriebsparameter der Vorrichtung fernablesbar und vorzugsweise die Vorrichtung fernsteuerbar ist. Die Anbindung der Steuereinrichtung 100, welche auch die Steuereinheit für eine Querschnittsveränderung der Überschalldüsen 10 umfassen kann, an das Internet kann beispielsweise für Wartungszwecke, für Ferndiagnosen und für eine Fernsteuerung der Vorrichtung genutzt werden.
Die vorstehende Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen dient nur zur Erläuterung der Erfindung und ist nicht als einschränkend zu betrachten. Vielmehr wird die Erfindung durch die Patentansprüche und die sich dem Fachmann erschliessenden und vom allgemeinen Erfindungsgedanken umfassten Äquivalente definiert.

Claims

Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien (M) umfassend einen im wesentlichen trichterförmigen Kessel (2) mit einem zylindrischen Aufsatz (4), an dem wenigstens zwei über den Umfang verteilte Lufteinlässe (5) zum Einbringen von komprimierter und ggf. erwärmter Luft (L) angeordnet sind, mit einer Austrittsöffnung (3) für zerkleinertes Material (G) am Boden des trichterförmigen Kessels (2) und einem Luftausströmöffnung, der am der Austrittsöffnung (3) gegenüberliegenden, durchmessergrösseren Ende des Kessels (2) am zylindrischen Aufsatz (4) angeordnet ist, sowie mit einer Zuführeinrichtung (9) für das zu zerkleinernde Material (M), die in den zylindrischen Aufsatz (4) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass an den wenigstens zwei über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes (4) verteilten Lufteinlässen (5) jeweils eine Überschalldüse (10) mit einem Querschnittsverlauf entsprechend einer Lavaldüse und mit Venturifunktion derart angeordnet ist, dass die zugeführte Luft (L) in Umfangsrichtung des zylindrischen Aufsatzes (4) und des trichterförmigen Kessels (2) einbringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Lufteinlässen (5) angeordneten Überschalldüsen (10) in gleicher axialer Höhe des zylindrischen Aufsatzes (4) auf dem trichterförmigen Kessel (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Überschalldüse (10) einen Auslass (15) aufweist, der einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Auslasses (15) der Überschalldüse (10) rechteckig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Überschalldüse (10) einen engsten Durchströmungsquerschnitt (12) aufweist, der bei Bedarf veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der engste Durchströmungsquerschnitt (12) der Überschalldüse (10) mechanisch über Stellschrauben oder dergleichen verstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der engste Durchströmungsquerschnitt (12) der Überschalldüse (10) automatisch, vorzugsweise über einen Stellmotor, verstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der engste Durchströmungsquerschnitt (12) der Überschalldüse (10) in Abhängigkeit des eingesetzten zu zerkleinernden Materials (M) gesteuert verstellbar ist, wobei die Steuerdaten, vorzugsweise tabellarisch, in einer externen Steuereinheit abgespeichert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdaten zur Verstellung des engsten Durchströmungsquerschnitts (12) der Überschalldüse (10) empirisch ermittelt und zusammengestellt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine elektronische Datenverarbeitungsanlage umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Überschalldüse (10) am Lufteinlass (5) des zylindrischen Aufsatzes (4) von einer Luftführungsplatte (14) begrenzt ist, die am Lufteinlass (5) montiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsplatte (14) mit einer Montageplatte (17) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsplatte (14) und die Montageplatte (17) starr mit einem Auslass eines zugehörigen Düsenkörpers (11) der Überschalldüse (10) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (11) der Überschalldüse (10) bei Bedarf gegenüber der Montageplatte um 180° gedreht montierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Steuereinrichtung (100) verbunden ist, welche derart mit einem internationalen Netzwerk, beispielsweise dem Internet verbunden ist, dass die Betriebsparameter der Vorrichtung fernablesbar und vorzugsweise die Vorrichtung fernsteuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehr Überschalldüsen (10) in gleichem Winkelabstand voneinander am Umfang des zylindrischen Aufsatzes (4) angeordnet sind.