ES2985616T3 - Proceso y sistema para procesar y secar materiales sólidos de pequeño tamaño - Google Patents

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Abstract

Procedimiento y planta para el secado de virutas de madera, trozos de madera u otros materiales sólidos de origen orgánico y/o mineral en trozos pequeños, en el que: - el material se seca previamente por medio de un primer gas de secado precalentado en un primer paso de secado, - el material seco del primer paso de secado se seca por medio de un segundo gas de secado precalentado en un segundo paso de secado, - el aire ambiente se calienta y se suministra como segundo gas de secado precalentado al segundo paso de secado, - el material seco del segundo paso de secado se enfría por medio de un gas refrigerante, y - el gas refrigerante calentado por enfriamiento del material y/o el segundo gas de secado enfriado en el segundo paso de secado se suministra como primer gas de secado al primer paso de secado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso y sistema para procesar y secar materiales sólidos de pequeño tamaño
La invención se refiere a un método y un sistema para secar astillas de madera, virutas de madera u otros materiales sólidos de pequeño tamaño, de origen orgánico y/o mineral. Los materiales se componen de una gran cantidad de partículas sólidas y se pueden verter. También se les conoce como materiales a granel o montones. El método según la invención y el sistema según la invención son particularmente adecuados para su uso en un proceso y un sistema para producir pellets de madera u otros gránulos sólidos a partir de material de pequeño tamaño de origen orgánico y/o mineral.
Los pellets de madera son gránulos en forma de varillas que se componen de serrín o virutas de madera, astillas de madera, madera triturada u otros subproductos o residuos de la industria de la madera y forestal. Otros gránulos sólidos hechos de material de pequeño tamaño de origen orgánico y/o mineral pueden prepararse, por ejemplo, a partir de paja, cáscaras de girasol, huesos de aceituna, pulpa de prensa de aceituna, cáscaras de arroz, desechos de carne o pescado y otros residuos biogénicos de la industria agrícola, cárnica, pesquera o alimentaria, entre otros, con la adición de minerales. Los componentes se pueden producir en diferentes combinaciones y proporciones. En la producción de pellets de madera, el material suministrado se prepara para la granulación, en particular mediante secado y, en caso necesario, también mediante trituración y acondicionamiento. Los pellets se prensan a partir del material procesado. Para ello se utiliza, por ejemplo, una prensa de plato, en la que el material se prensa a través de una matriz con orificios según el diámetro de pellet deseado. La lignina contenida en el material se libera al calentarla durante el acondicionamiento o el prensado y une las partículas de madera individuales. También es conocido añadir aglutinantes al material a granular para unir las partículas entre sí. Después de salir de la matriz, un cuchillo corta las hebras de pellets a la longitud deseada. Luego los gránulos se enfrían y solidifican.
El documento DE 102013224204 A1 describe un sistema para la producción de pellets de madera u otros gránulos sólidos, que se puede transportar, montar y trasladar con menos esfuerzo a otro lugar y que permite un funcionamiento con un consumo energético optimizado. El sistema está dispuesto al menos parcialmente en contenedores transportables individualmente que se pueden ensamblar de manera modular para formar al menos una parte sustancial del sistema, estando dispuesto al menos el dispositivo de refrigeración completamente en un contenedor en forma de refrigerador de cuba. Al menos uno de los dispositivos de alimentación, procesamiento, secado, prensado, enfriamiento y distribución está dispuesto en un recipiente con un pozo longitudinal vertical. En el ejemplo de realización, el secador es un secador de cinta y al secador le sigue un silo de almacenamiento para el almacenamiento intermedio. El material se transporta desde el silo de almacenamiento hasta el molino de secado, donde se tritura hasta obtener el tamaño de grano óptimo.
Al secar en una secadora de cinta, se producen pérdidas de calor porque el aire caliente se libera a la atmósfera después de pasar a través de la cinta y de las prendas a secar sobre ella. Dado que el secado es heterogéneo, en la práctica sólo se raspa la capa superior y se seca de nuevo la capa inferior. Además de las elevadas pérdidas de calor, también se producen pérdidas de energía durante el funcionamiento de los potentes ventiladores.
También es conocido el secado en secadoras de tambor. Estos funcionan con un quemador que calienta el gas de calefacción a una temperatura muy alta, por ejemplo 400°C. El calor residual todavía tiene una temperatura elevada de, por ejemplo, 90°C y no se aprovecha. Otra desventaja es que las partículas de madera liberan compuestos orgánicos volátiles (COV) y lignina. Esto reduce la calidad del material. La lignina falta como agente aglutinante durante el peletizado.
El documento DE 102006061 340 B3 describe un dispositivo para la producción de pellets de madera con al menos un módulo de montaje para la alimentación, el secado, el prensado y la descarga. Los módulos de ensamblaje se instalan en una disposición vertical de los respectivos ensamblajes funcionales en contenedores que están disponibles comercialmente en todo el mundo (contenedores de 12 a 20 pies). Varios contenedores que forman una fila horizontal y/o vertical están conectados entre sí mediante líneas de medios eléctricas y/o neumáticas y uno de los contenedores puede estar conectado a una fuente de medios disponible localmente. La ventaja es que el sistema, que consta de módulos de montaje preparados, es fácil y rápido de montar.
El sistema incluye un secador que incluye pozos verticales de secado de astillas de madera, que se extiende sobre dos contenedores colocados horizontalmente uno encima del otro. Las astillas de madera entran al pozo de secado por la parte superior y salen por la parte inferior. Los ventiladores y los intercambiadores de calor situados en diferentes lados del pozo de secado garantizan la deshumidificación de las astillas de madera. El ventilador superior aspira aire calentado por el intercambiador de calor superior a través del pozo de secado y el ventilador inferior aspira aire calentado por el intercambiador de calor inferior en la dirección opuesta a través del pozo de secado. Esto está destinado a lograr un alto rendimiento. El aire de secado aspirado a través del conducto de secado se libera al medio ambiente. Hay poca flexibilidad a la hora de adaptar el secador a diferentes rendimientos.
El documento EP 2719983 A1 describe un sistema de secado para material a granel, en particular cereales agrícolas, que comprende varias zonas de secado, a través de las cuales pasa sucesivamente el material a granel a secar. Un conducto de aire dirige el aire a través de las zonas de secado. Un primer inductor de aire dirige aire fresco del entorno como aire de suministro a una primera parte de las zonas de secado. El primer inductor de aire está diseñado como canal de suministro de aire. Se proporciona un transportador de aire para enviar aire de escape desde la primera parte de las zonas de secado a una segunda parte de las zonas de secado. Un segundo inductor de aire dirige aire fresco adicional del entorno a la segunda parte de las zonas de secado. El segundo inductor de aire puede estar provisto de una válvula de estrangulación o de control para influir en el suministro de aire fresco adicional. Se suministra aire fresco a las zonas de secado mediante un tercer inductor de aire. El tercer inductor de aire es un dispositivo de conducción de aire tal como una línea o un conducto.
En base a esto, la invención tiene como objetivo crear un método y un sistema para secar astillas de madera, virutas de madera u otros materiales sólidos de pequeño tamaño de origen orgánico y/o mineral con una eficiencia energética mejorada y una mayor flexibilidad.
La tarea se resuelve mediante un método con las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se indican realizaciones ventajosas del procedimiento.
El método según la invención para secar astillas de madera, virutas de madera u otros materiales sólidos de pequeño tamaño de origen orgánico y/o mineral comprende las siguientes etapas:
- en una primera etapa de secado, el material se preseca utilizando un primer gas de secado precalentado, - en una segunda etapa de secado, el material secado de la primera etapa de secado se seca usando un segundo gas de secado,
- en una tercera etapa de secado, se seca el material secado de la segunda etapa de secado,
- el material seco procedente de la tercera etapa de secado se enfría utilizando un gas refrigerante,
- el aire ambiente se calienta y se alimenta al tercer paso de secado como un segundo gas de secado precalentado, - el segundo gas de secado, enfriado en la tercera etapa de secado a una temperatura superior a la temperatura del aire ambiente, se suministra a la segunda etapa de secado como segundo gas de secado,
- el gas de enfriamiento calentado enfriando el material y/o el segundo gas de secado enfriado en el tercer paso de secado se suministra al primer paso de secado como el primer gas de secado precalentado.
En el método según la invención se ahorra energía al utilizarla varias veces para calentar el aire ambiente. Para ello, después del enfriamiento en el segundo paso de secado, se utiliza también el segundo gas de secado en el primer paso de secado y/o la energía térmica ligada al material se utiliza para el secado en el primer paso de secado. El gas de secado es preferentemente aire o una mezcla de gas de combustión y aire.
Según una realización preferida de la invención, en una tercera etapa de secado, el material seco de la segunda etapa de secado se seca por medio del segundo gas de secado precalentado y el segundo gas de secado precalentado se enfría en la tercera etapa de secado a una temperatura por encima de la temperatura del aire ambiente se alimenta a la segunda etapa de secado. En esta realización, la energía del segundo gas de secado precalentado se utiliza para el tercer paso de secado y el segundo paso de secado y se mejora aún más la eficiencia energética. El material seco del segundo paso de secado sólo se enfría usando el gas refrigerante después de pasar por el tercer paso de secado.
Además, la invención incluye realizaciones en las que el material pasa por más de tres etapas de secado. El segundo gas de secado precalentado se utiliza preferentemente inicialmente para la última etapa de secado y, después de enfriar a una temperatura superior a la temperatura ambiente, para al menos una etapa de secado anterior.
Según una realización adicional, el material seco de la primera o segunda etapa de secado pasa por un período de descanso en el que el contenido de agua dentro de las partículas del material se iguala más o menos, y después de pasar por el período de reposo el material se seca. en el segundo o tercer paso de secado. Durante el período de reposo, que es preferentemente de media hora a dos horas, más preferentemente de una hora a una hora y media, el contenido de agua de la sección transversal de las partículas se vuelve más o menos uniforme, de modo que el agua migra desde el núcleo a la superficie de las partículas. Esto mejora la eficiencia de la etapa de secado posterior.
Según una realización adicional, el material seco de la primera etapa de secado o de la segunda etapa de secado se tritura y luego se alimenta a la segunda etapa de secado o a la tercera etapa de secado. Al triturar el material, la humedad del interior de las partículas queda expuesta en la superficie para que el secado posterior se pueda realizar de forma más eficiente.
Según otra realización, el material seco se tritura entre dos etapas de secado y pasa por un período de reposo. El corte y el período de reposo se pueden realizar en cualquier secuencia. Preferiblemente, primero se trituran las partículas y luego se las somete a un período de reposo. El material seco se tritura preferiblemente entre las mismas etapas de secado y se somete a un período de descanso. La invención incluye además realizaciones en las que la trituración tiene lugar entre dos etapas de secado distintas del período de descanso.
Según otra forma de realización, el gas de secado enfriado y humedecido procedente de la primera etapa de secado y/o de la segunda etapa de secado se libera al medio ambiente. En esta configuración se libera al medio ambiente gas de secado en gran medida enfriado.
Según otra realización, el gas de secado enfriado y humedecido de la segunda etapa de secado se seca y el gas de secado seco se mezcla con el aire ambiente y se alimenta a la segunda o tercera etapa de secado como segundo gas de secado. En esta realización, la energía térmica restante del gas de secado de la segunda etapa de secado se utiliza para calentar el aire ambiente.
Según una realización adicional, el agua condensada resultante del secado del gas de secado de la segunda etapa de secado se alimenta a una bomba de calor y el calor suministrado por la bomba de calor a un nivel de temperatura elevado se utiliza para calentar el aire ambiente. Esto también recupera la energía contenida en el agua en el aire de secado para el proceso y mejora aún más la eficiencia energética.
Según otra realización, parte del segundo gas de secado enfriado procedente de la tercera etapa de secado se mezcla con el gas de enfriamiento calentado y se alimenta a la primera etapa de secado como primer gas de secado. Esto mejora aún más la utilización de la energía térmica del segundo gas de secado.
Según otra forma de realización, el aire ambiente y/o el gas de secado se calientan mediante un intercambiador de calor y/o mediante un quemador calefactor. Según una forma de realización, el intercambiador de calor funciona con la energía suministrada por la bomba de calor y/o con el calor residual de un proceso de producción y/o con el calor de una central combinada de calor y electricidad. Cuando se utiliza un quemador térmico, se puede utilizar polvo de madera o pellets de madera del proceso u otro combustible fósil. La ventaja de utilizar un quemador calefactor es que el gas de secado tiene una alta proporción de gases calefactores, lo que reduce el riesgo de ignición de material inflamable o fácilmente combustible debido al contenido de oxígeno muy reducido de los gases calefactores.
Según otra realización, la primera y/o la segunda y/o la tercera etapa de secado tiene lugar de tal manera que el material pasa a través de una sección de secado vertical de arriba a abajo y el gas de secado pasa a través de la sección de secado en contracorriente transversal, la sección de secado está dividida en secciones individuales, en las que se puede ajustar el flujo másico del gas de secado que se conduce a través de la sección de secado en una sección. Esto permite que flujos mayores o menores de gas de secado pasen a través de la sección de secado en las diferentes secciones de la sección de secado. Esto permite la adaptación al material utilizado. Para un material más grueso (por ejemplo, astillas de madera), la deflexión múltiple del gas de secado con velocidades relativamente altas del gas de secado cuando cruza la sección de secado es ventajosa porque esto da como resultado el secado y el material grueso se descarga lateralmente menos fácilmente desde la sección de secado. Por el contrario, en el caso de materiales más finos (por ejemplo, virutas), puede ser ventajoso una desviación menos frecuente y, por tanto, una menor velocidad de flujo del gas de secado al cruzar el pozo de secado.
Según una realización adicional, el aire ambiente se calienta al ser aspirado por un ventilador en una dirección sustancialmente horizontal a través de una disposición vertical en forma de caja de cuatro intercambiadores de calor y se calienta a medida que pasa a través de los intercambiadores de calor y luego se aspira en una dirección vertical por el ventilador dispuesto debajo de los intercambiadores de calor y desde estos se alimenta el segundo o tercer paso de secado. De este modo se consigue un alto rendimiento de transferencia de calor, lo que significa que el espacio necesario para un dispositivo para la realización del procedimiento es sólo pequeño.
Además, la tarea se soluciona mediante un sistema con las características de la reivindicación 9. Las configuraciones ventajosas del sistema se especifican en las reivindicaciones subordinadas.
El sistema según la invención para secar astillas de madera, virutas de madera u otros materiales sólidos de pequeño tamaño de origen orgánico o mineral adecuado para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, comprende:
- una primera unidad de secado que está diseñada para presecar el material en una primera etapa de secado utilizando un primer gas de secado precalentado,
- una segunda unidad de secado, que está diseñada para secar el material seco procedente de la primera unidad de secado utilizando un segundo gas de secado en una segunda etapa de secado,
- una tercera unidad de secado, que está diseñada, en una tercera etapa de secado, para secar el material seco procedente de la segunda unidad de secado por medio del segundo gas de secado precalentado y para suministrar el segundo gas de secado enfriado a una temperatura superior a la temperatura ambiente para la segunda unidad de secado,
- una unidad de preparación de gas (unidad de calefacción de gas) diseñada para calentar el aire ambiente y proporcionarlo como segundo gas de secado precalentado para la tercera unidad de secado,
- una unidad de refrigeración que está diseñada para enfriar el material seco procedente de la tercera etapa de secado utilizando un gas refrigerante, y
- líneas que transportan el gas refrigerante calentado en el grupo frigorífico y/o para suministrar el segundo gas de secado enfriado en la tercera unidad de secado a una temperatura superior a la temperatura ambiente como primer gas de secado precalentado a la primera unidad de secado.
El sistema es una forma preferida de implementar el método mencionado al principio y tiene sus ventajas energéticas.
Según una realización adicional, el sistema comprende un recipiente de reposo, que está diseñado de manera que en el recipiente de reposo el material seco del primer paso de secado o del segundo paso de secado pasa por un período de reposo en el que el contenido de agua dentro de las partículas del material se vuelve más o menos uniforme, por lo que el material queda disponible para un secado adicional en la segunda etapa de secado o en la tercera etapa de secado después de pasar por el período de reposo. Esto mejora aún más la eficiencia del secado.
Según una realización adicional, el sistema comprende un dispositivo triturador que está diseñado para triturar el material seco de la primera unidad de secado o de la segunda unidad de secado y para proporcionar el secado en la segunda unidad de secado o en la tercera unidad de secado. Esto mejora aún más la eficiencia del secado.
Según una realización preferida, el sistema de secado comprende tanto un recipiente de reposo como un dispositivo de trituración, cuyo orden es básicamente arbitrario, pero preferiblemente el material pasa a través del dispositivo de trituración antes que del recipiente de reposo. Además, el dispositivo de trituración puede estar dispuesto entre dos unidades de secado distintas del recipiente de reposo.
Según otra realización, la primera unidad de secado y/o la segunda unidad de secado comprenden una salida al ambiente para descargar gas de secado enfriado y humedecido. Debido a la baja temperatura del gas de secado en la primera unidad de secado y/o en la segunda unidad de secado, éste tiene poca energía y puede liberarse al medio ambiente.
Según otra realización, el sistema comprende una unidad de secado de gas que está diseñada para secar el gas de secado enfriado y humedecido de la segunda unidad de secado y para proporcionar a la unidad de preparación de gas una mezcla con el aire ambiente. Como resultado, la energía térmica del gas de secado enfriado procedente de la segunda unidad de secado se puede utilizar para calentar el aire ambiente.
Según una realización adicional, el sistema comprende una bomba de calor que está diseñada para elevar el calor del agua condensada en la unidad de secado de gas a un nivel de temperatura mayor y ponerlo a disposición de la unidad de preparación de gas para calentar el aire ambiente. Esto aumenta aún más la eficiencia energética del sistema.
Según otra realización, la tercera unidad de secado está conectada a través de una línea a la línea entre la unidad de enfriamiento y la primera unidad de secado para mezclar el segundo aire de secado enfriado de la tercera unidad de secado con el aire calentado de la unidad de enfriamiento y suministrarlo como primer aire de secado a la primera unidad de secado.
Según otra configuración, la unidad de preparación de gas (unidad de calentamiento de gas) para generar un gas de secado calentado presenta una carcasa cúbica con intercambiadores de calor dispuestos en cuatro paredes laterales verticales alejadas del extremo inferior, cada una de ellas permeable al gas en dirección horizontal. y un ventilador con una entrada de aire dispuesta debajo de los intercambiadores de calor en la parte superior de la carcasa y una salida de aire que está conectada a una unidad de secado a través de una línea. La unidad de preparación de gas permite la transferencia de una alta potencia calorífica con poco espacio.
Según una realización preferida, cada intercambiador de calor de la unidad de preparación de gas comprende un registro y un haz de tubos en el interior del registro. Esto es ventajoso para un precalentamiento y postcalentamiento energéticamente eficiente del gas de secado aspirado. Preferiblemente, el haz de tubos también forma parte de todos los intercambiadores de calor.
Según otra realización, una unidad de secado comprende al menos un pozo de secado vertical y pozos de gas verticales a ambos lados del pozo de secado, estando perforadas las paredes del pozo entre el pozo de secado y los pozos de gas, teniendo el pozo de secado una entrada para material a secar en la parte superior y una salida para el material seco en la parte inferior, al menos uno de los pozos de gas tiene una entrada de gas en el extremo inferior y al menos uno de los pozos de gas tiene una salida de gas en el extremo superior, y dentro de los conductos de gas están dispuestos dispositivos de cierre horizontales con una sección transversal de paso ajustable.
En la unidad de secado, la sección transversal del paso se puede cambiar desde una configuración máxima abierta a una configuración máxima cerrada. Preferiblemente, la sección transversal del paso se puede ajustar de forma continua entre la posición máxima cerrada y la posición máxima abierta. En la posición de máximo cierre, la sección transversal de paso queda preferiblemente completamente bloqueada, salvo las inevitables fugas que pueda tener el dispositivo de cierre, mediante los dispositivos de cierre se puede ajustar la cantidad de flujo del gas de secado, que se desvía a través del pozo de secado debajo de un dispositivo de cierre. Mediante los dispositivos de cierre se puede cambiar varias veces la dirección del flujo del gas de secado a través del pozo de secado en un sentido y en el otro. También es posible ajustar el caudal del gas de secado en secciones de altura del pozo de secado ajustando los dispositivos de cierre. Esto permite adaptar de forma flexible el secado en la unidad de secado al material a secar.
Según otra forma de realización, las paredes de la cuba entre la cuba de secado y las cubas de gas son láminas perforadas. Según una realización preferida, los agujeros en las láminas están cubiertos en la parte superior, de modo que se impide que el material que pasa a través del pozo de secado desde arriba salga a través de los agujeros en las paredes hacia un pozo de gas.
Según una forma de realización preferida, al menos una de las paredes de la cuba entre la cuba de secado y las cubas de gas está guiada lateralmente sobre dispositivos de guía verticales y está unida en el extremo superior con un dispositivo de desplazamiento, que está diseñado para mover la pared de la cuba verticalmente hacia arriba y hacia abajo dentro de los dispositivos de guía para crear puentes de material entre las paredes del pozo para abrir el pozo de secado. Esto puede evitar que el pozo de secado quede bloqueado por material demasiado seco.
Según otra configuración, ambas paredes de la cuba están unidas en el extremo superior con un dispositivo de desplazamiento, estando sincronizados los dispositivos de desplazamiento, de modo que desplazan las paredes de la cuba en direcciones opuestas. De este modo se rompen de forma especialmente eficaz los puentes de material entre las paredes de la cuba de secado.
Según otra configuración, los dispositivos de cierre son dispositivos lamelares, cada uno con al menos una lámina que puede girar alrededor de un pozo horizontal. Girando las láminas se pueden liberar diferentes secciones de paso. Cada dispositivo de cierre comprende preferentemente varias láminas paralelas que pueden girar alrededor de un pozo horizontal.
Según otra realización, a ambos lados de un pozo de gas que suministra gas de secado están dispuestos pozos de secado y en los lados exteriores de cada pozo de secado está dispuesto un pozo de gas exterior. De este modo se consigue un diseño especialmente compacto de una unidad de secado con un alto nivel de eficacia.
Según otra forma de realización, que se refiere a todos los sistemas según la invención, al menos un componente está dispuesto en al menos un contenedor, donde un contenedor contiene uno o más componentes del sistema en su totalidad o en parte. Este diseño es especialmente fácil de montar y apto para uso móvil en distintos lugares. El sistema está preferiblemente diseñado de tal manera que los componentes estén dispuestos total o parcialmente en varios contenedores, que pueden ensamblarse para formar al menos una parte sustancial del sistema.
Los contenedores en el sentido de la presente solicitud son preferentemente estructuras de marco con paredes abiertas o con una o varias paredes cerradas. La construcción del marco tiene preferiblemente dimensiones de embalaje y conexión y propiedades como apilabilidad, transportabilidad, fijación entre sí, etc., de acuerdo con la norma ISO, iSo 668:2013. Los contenedores presentan preferentemente estructuras de armazón autoportantes. Preferiblemente, la construcción del marco es también una parte estructural integral de uno o más componentes del sistema. Los componentes y las máquinas que contienen están firmemente integrados en la estructura del bastidor. Preferiblemente, el diseño del contenedor se diferencia del diseño de contenedores estándar convencionales, por ejemplo, en lo que respecta a la capacidad de carga, espesor del marco, número y tipo de puntales, etc. En principio, dentro del alcance de la invención, los contenedores estándar convencionales también se pueden utilizar para alojar componentes o partes de estos.
Según otra forma de realización, la unidad de preparación de gas y/o la unidad de secado están dispuestas total o parcialmente en un recipiente vertical. En lo que respecta al diseño constructivo de la unidad de refrigeración y de la unidad de preparación de gas, esta construcción es especialmente eficaz y ahorra espacio.
Según una realización preferida, al menos un elemento estructural de un componente del sistema es al menos un elemento estructural del contenedor. Según una forma de realización preferida, al menos un elemento estructural de la unidad de preparación de gas y/o de la unidad de secado forma parte de la estructura del marco y/o de la carcasa del contenedor. Preferiblemente, al menos una parte del marco y/o una pared exterior de la unidad de preparación de gas y/o de la unidad de secado es un elemento estructural que al mismo tiempo forma parte al menos parcialmente de la carcasa del contenedor. Como parte de la carcasa del contenedor, el elemento estructural también forma, al menos parcialmente, la carcasa exterior del contenedor.
La invención se explica a continuación con más detalle con ayuda de los dibujos adjuntos de ejemplos de realización. En los dibujos se muestra:
La figura 1 muestra un sistema para producir pellets de madera en una representación aproximadamente esquemática; La figura 2A muestra una primera variante de un sistema de secado para el sistema de producción de pellets de madera en una representación esquemática;
La figura 2B muestra una segunda variante de un sistema de secado para el sistema de producción de pellets de madera en una representación esquemática;
La figura 3A muestra una vista superior de los componentes del sistema de la figura 2A;
La figura 3B muestra una lista de los componentes del sistema de la figura 2B en una vista superior;
La figura 4 muestra una unidad de preparación de gas del mismo sistema en una vista en perspectiva desde un lado; Las figuras 5A+B muestran la misma unidad de preparación de gas en una sección vertical (figura 5A) y en una sección horizontal (figura 5B);
La figura 6 muestra una unidad de secado del mismo sistema en una imagen de rayos X en perspectiva;
La figura 7 muestra la misma unidad de secado en una sección vertical;
Las figuras 8A-B muestran la misma unidad de secado con diferentes configuraciones de los dispositivos de desconexión, cada uno de ellos de forma aproximadamente esquemática en sección vertical.
En la figura 1, varios módulos de un sistema para producir pellets de madera están enmarcados por líneas discontinuas. Preferiblemente, cada uno de los módulos consta de uno o más contenedores en los que están contenidos los componentes del sistema. Esto se hace en el ejemplo de los módulos 1, 2, 5, 6, 8 y 9. El módulo 3 incluye un sistema de secado según la invención y los módulos 4 y 7 son silos en el ejemplo.
La materia prima, como por ejemplo aserrín o astillas de madera, se entrega en camión y se descarga en la unidad de recepción de materia prima 11. Si es necesario, la materia prima se almacena en un solo lugar, se clasifica según su calidad o propiedades y se introduce en el sistema en mezclas adecuadas, por ejemplo, mediante un cojinete de rueda. En el sistema, la materia prima se fracciona utilizando el tamiz 12. La fracción gruesa se tritura en la trituradora húmeda 13. Después de la trituración en el triturador húmedo 13 y después de pasar a través de un tamiz 14, la fracción fina llega junto con la fracción fina del tamiz 12 al recipiente tampón y dosificador 15.
A continuación, tiene lugar el secado en el sistema de secado 16 y el posterior almacenamiento intermedio en el silo de almacenamiento 17. A esto le sigue una entrega dosificada a un molino secador 18, donde el material se tritura hasta el tamaño de grano óptimo. Luego se prepara el material a prensar en un acondicionador 19. Después de pasar a través de un tornillo mezclador 20, al que se suministra aglutinante si es necesario, la materia prima preparada ingresa a una prensa 21.
Después del proceso de prensado en la prensa 21, los gránulos calientes se enfrían en un refrigerador 22 y se colocan en un silo de almacenamiento 23 para su almacenamiento. Después del almacenamiento en el silo de almacenamiento 23, los pellets se envasan en pequeños contenedores en un sistema de embalaje 24 o se cargan directamente como producto a granel en un sistema de carga 25.
La explicación de dos sistemas alternativos para el secado 16 se basa en las Figuras 2a, b y 3a, b. En las Figuras 2a y b, las temperaturas del gas de secado están en grados Celsius y el contenido de humedad del material en porcentaje en peso se anotan en varios puntos del sistema. En ambas alternativas, el sistema se alimenta con aire ambiente a una temperatura de 10°C y 70% de humedad relativa. El material suministrado consiste en astillas de madera con un contenido de agua del 45% en peso y un tamaño medio de partículas en el rango de 30 a 50 mm.
En ambas alternativas, el material a secar pasa sucesivamente por una primera unidad de secado 101, una segunda unidad de secado 102, una trituradora intermedia 103, un contenedor de restos 104, una tercera unidad de secado 105 y una unidad de enfriamiento 106.
En ambas alternativas, el aire ambiente se calienta en una unidad de preparación de gas 107 y se suministra a la tercera unidad de secado 105 como un segundo gas de secado precalentado. El segundo gas de secado, enfriado calentando el material en la tercera unidad de secado 105 a una temperatura superior a la temperatura ambiente, se suministra a la segunda unidad de secado 102 para secar el material suministrado a esta unidad de secado desde la primera unidad de secado 101.
La unidad de enfriamiento 106 recibe aire ambiente para enfriar el material calentado durante el secado en la tercera unidad de secado 105.
El aire ambiente calentado en la unidad de refrigeración 106 se suministra a la primera unidad de secado 101 como primer gas de secado para presecar el material suministrado a la misma.
El material presecado en la primera unidad de secado 101 se seca adicionalmente en la segunda unidad de secado 102.
Después de la segunda unidad de secado 102, el material se tritura en la unidad de trituración 103 para exponer la humedad en la superficie del material. Luego se almacena en el recipiente de reposo 103 durante un cierto tiempo de reposo de, por ejemplo, una hora a una hora y media, de modo que el líquido se vuelva uniforme en toda la sección transversal de las partículas.
Después del período de reposo, el material finalmente se seca en la tercera unidad de secado 105. Finalmente se enfría en la unidad de refrigeración 106.
El material seco pasa luego al silo de almacenamiento 17.
El primer gas de secado enfriado en la primera unidad de secado 101 se descarga al medio ambiente. En la alternativa de la figura 2A, el segundo gas de secado enfriado en la segunda unidad de secado 102 se libera al medio ambiente. En la alternativa de la figura 2B, el segundo gas de secado enfriado y humedecido en la segunda unidad de secado 102 se alimenta a una unidad de secado de gas 108. En la unidad de secado de gas 108 se reduce la temperatura del gas, por ejemplo, rociando con agua, y se lleva a cabo la condensación de vapor. El agua condensada desde el fondo de la unidad de secado de gas 108 se puede alimentar a una bomba de calor, que lleva la energía térmica a un nivel de temperatura apropiado para la preparación del gas de secado. El gas de secado que se ha secado en la unidad de secado de gas 108 se mezcla con el aire ambiente en la unidad de preparación de gas 107.
La unidad de preparación de gas 107 de las alternativas de la figura 2A funciona con un intercambiador de calor, al que se le suministra medio calefactor a una temperatura de, por ejemplo, 100 °C, que sale del intercambiador de calor a, por ejemplo, 60 °C. El segundo gas de secado se calienta a una temperatura de aproximadamente 80°C. La alternativa de la figura 2B tiene un quemador. El combustible es, por ejemplo, biomasa seca y finamente picada (por ejemplo, polvo de madera). Esta versión es especialmente adecuada y preferida para instalaciones y ubicaciones sin fuentes de calor externas o insuficientes (sistemas CHP (calor y energía combinados), calor residual de procesos, etc.).
Otra ventaja de la unidad de preparación de gas 107 con quemador es la mejora de la seguridad operativa, ya que el uso del gas de escape con bajo contenido de oxígeno de la unidad de preparación de gas 107 proporciona protección contra incendios en funcionamiento casi circulante. Sólo se suministra la cantidad de aire que es necesaria para la combustión completa del combustible, de modo que el gas combustible caliente (por ejemplo, aproximadamente 600°C a 800°C) con el gas de secado seco desde la unidad de secado de gas 108 a un segundo gas de secado con la temperatura deseada del gas de secado (aproximadamente 100°C) se mezcla y se alimenta a la tercera etapa de secado 105. Calentar el gas de secado a una temperatura de máximo 120 °C, preferentemente como máximo de 100 °C, disminuye o al menos reduce la volatilización de componentes del material ricos en energía que son importantes para la producción de los pellets de madera, como, por ejemplo, lignina. La baja temperatura de secado también reduce el riesgo de incendio.
La estructura y funcionalidad de una realización ejemplar de la unidad de preparación de gas 107 se explica con referencia a las figuras 4 y 5.
La unidad de preparación de gas 107 tiene una carcasa de forma cúbica 201 con intercambiadores de calor 203 que están dispuestos en cuatro paredes laterales verticales 202 a una distancia del extremo inferior y que son permeables al gas en dirección horizontal. Cada intercambiador de calor 203 comprende una placa en forma de registro 204 que está dispuesto en la abertura 205 de una pared lateral 202. Además, los intercambiadores de calor 203 incluyen una tira tubular 206, que está configurada como serpentín tubular enrollado en espiral con un pozo de enrollado vertical.
Debajo del intercambiador de calor 203, está dispuesto en la carcasa 201 un ventilador 207 con una entrada de aire vertical 208 y una salida de aire radial 209 a través de una pared lateral de la carcasa.
La unidad de preparación de gas 107 está diseñada como contenedor 210, es decir, tiene las dimensiones de un contenedor estándar. Las paredes laterales 202 son parte integral de la estructura del contenedor. Hay trampillas de inspección 211 en la parte inferior de una de las paredes laterales.
El contenedor 210 puede transportarse en orientación horizontal. Durante el funcionamiento tiene la orientación vertical que se muestra en la Figura 4.
El soplador 207 aspira el aire ambiente a calentar a través de los registros 204 y el haz de tubos 206. Al pasar a través de los registros 204, el aire ambiente se precalienta y se recalienta al pasar a través del haz de tubos 206. Desde la unidad de preparación de gas 107 el gas de secado precalentado pasa, por ejemplo, a la tercera unidad de secado.
El haz de tubos 206 está configurado preferentemente como haz de tubos con aletas y sirve como segunda etapa de calentamiento. Primero se hace pasar agua caliente u otro líquido/mezcla adecuados a través del haz de tubos 206 y luego a través de los registros 204. Después de pasar a través de los registros 204, el medio enfriado regresa a la fuente de calor externa como flujo de retorno.
Los registros 204 son preferiblemente registros de calefacción con aletas. El soplador 207 es, por ejemplo, un ventilador centrífugo o un soplador de canal lateral.
La unidad de preparación de gas 107 aprovecha especialmente bien el espacio y aprovecha mejor el calor suministrado. Además, la disposición de los intercambiadores de calor 203 en la zona superior reduce la carga sobre la unidad de preparación de gas 107 con polvo de suelo causado por turbulencias. Esto aumenta la eficiencia del intercambiador de calor 203 y extiende los intervalos de limpieza.
La estructura y el funcionamiento de una de las unidades de secado 101, 102, 105 configurada como secador de pozo se explican con referencia a las figuras 6 a 8.
El secador de pozo 101, 102, 105 tiene un pozo de gas vertical central 301 y pozos de secado 302, 303 a ambos lados del pozo de gas. El secador de pozo tiene pozos de gas externos 304, 305 en los dos lados exteriores de los pozos de secado 302, 303.
Los pozos de gas 301, 304, 305 y los pozos de secado 301, 303 están separados entre sí por paredes de pozo perforadas 306, 307, 308, 309, que están configuradas preferentemente como placas perforadas.
Los pozos de secado 302, 303 y los pozos de gas 301, 304, 305 tienen cada uno una sección transversal sustancialmente rectangular.
Dentro de los conductos de gas 301, 304, 305 están dispuestos dispositivos de cierre 310 con una sección transversal de paso ajustable y están configurados como dispositivos de láminas, cada uno con al menos una lámina 311 que puede girarse de forma continua alrededor de un pozo horizontal. En el ejemplo, por dispositivo de cierre 310 hay tres láminas 311.
En el ejemplo, los dispositivos de cierre 310 están dispuestos en dirección vertical en tres posiciones distribuidas aproximadamente uniformemente a lo largo de la altura del secador de cuba.
El gas de secado se suministra al pozo de gas central que se encuentra debajo a través de una línea de entrada 312 y un embudo de distribución 313. En el extremo superior de los conductos de gas exteriores 304, 305 hay líneas colectoras 314, 315 a través de las cuales el gas de secado humedecido y enfriado llega a una línea de descarga 316.
El material por secar se alimenta a través de un dispositivo de llenado que está configurado, por ejemplo, como tornillo sin fin vertical 317. Cerca del extremo inferior, el tornillo 317 captura el material suministrado y lo transporta cerca del extremo superior del secador de pozo 101, 102, 105. Allí el material se alimenta a los dispositivos de distribución 318, que lo alimentan a los extremos superiores de los dos pozos de secado 302, 303.
Las paredes de los pozos 306, 307, 308, 309 de los pozos de secado 302, 303 están guiadas en sus bordes verticales sobre dispositivos de guía verticales. En la parte superior, cada pared de pozo 306, 307, 308, 309 está conectada a un dispositivo de desplazamiento 319, que está diseñado para subir y bajar la pared de pozo verticalmente, por ejemplo, en una distancia de unos pocos centímetros (por ejemplo, de 5 a 10 cm). Los dispositivos de desplazamiento están sincronizados de manera que desplazan las paredes que delimitan el mismo pozo de secado 302, 303 en direcciones opuestas. Cada dispositivo de desplazamiento 319 es, por ejemplo, un dispositivo de desplazamiento hidráulico, en particular un cilindro hidráulico. Cada dispositivo de desplazamiento 319 está dispuesto preferentemente en un pozo de gas 301, 304, 305.
En el extremo inferior de cada pozo de secado 302, 303 hay una base de ranura 320 a través de la cual se puede drenar el material seco de manera controlada. El material descargado se guía a un tornillo colector y de descarga 323 por medio de una base de tornillo 321, 322.
El llenado de los pozos de secado 302, 303 se controla de tal manera que los pozos de secado estén completamente llenos con el material a secar y no se cree aire falso.
Las paredes del pozo 306, 307, 308, 309 están perforadas de modo que el material no pueda pasar lateralmente y caer en un pozo de gas 301, 304, 305.
El gas de secado ingresa al pozo de gas central 301 a través de la línea de entrada 312 y el embudo de distribución 313 y fluye a través de las paredes perforadas del pozo 306, 307, 308, 309 a través de los pozos de secado 302, 303. El gas de secado llega a las líneas de recolección a través de los pozos de gas exteriores 304, 305314, 315 y luego se retira a través de la línea de descarga 316.
El gas de secado es conducido y distribuido en los pozos de secado 302, 303 mediante los dispositivos de cierre 310. Éstos pueden abrirse en mayor o menor medida. Esto hace posible ajustar el recorrido del gas de secado sobre las diferentes secciones de altura de los pozos de secado 302, 303, dependiendo de las propiedades del material (tamaño de partícula, densidad aparente, etc.) y el rendimiento (kg por hora) del material a secar.
Para materiales de tubería de grano fino con una gran superficie y alta resistencia al aire, puede resultar ventajoso un simple cruce del pozo de secado 302, 303, como se muestra en la figura 8A. Para materiales de tubería de grano grueso con una resistencia al aire correspondientemente menor, un cruce único o múltiple puede ser ventajoso, como se muestra en las figuras 8B y C. Las partículas finas que entran involuntariamente en los pozos de gas 304, 305 se pueden eliminar por medio de tornillos 324, 325, que están ubicados en el extremo inferior de los pozos de secado exteriores 304, 305.
Además, la conducción del gas de secado según las figuras 8B y C es ventajosa durante el funcionamiento con carga parcial o cuando el sistema está diseñado para rendimientos horarios más bajos. Es posible diseñar el sistema con sólo dos etapas de secado en lugar de tres.
En otra realización, es posible secar material para reducir significativamente contenidos de agua de, por ejemplo, cuatro % en peso o 2% en peso diseñando el secador de pozo 101, 102, 105 con pozos de secado y pozos de gas adicionales.
El secador de pozo 101, 102, 105 está diseñado preferiblemente en un único contenedor 326. Las paredes exteriores de los pozos 301 a 305 también forman parte de la carcasa del contenedor 326. El contenedor 326 se puede transportar horizontalmente y se erige verticalmente durante la operación, como se muestra en las figuras 6 a 8.

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. Proceso de secado de astillas de madera, virutas de madera u otros materiales sólidos de pequeño tamaño, de origen orgánico y/o mineral, en el que
- en una primera etapa de secado, el material se preseca utilizando un primer gas de secado precalentado, - en una segunda etapa de secado, el material secado de la primera etapa de secado se seca usando un segundo gas de secado,
- en una tercera etapa de secado, se seca el material secado de la segunda etapa de secado,
- el material seco procedente de la tercera etapa de secado se enfría utilizando un gas refrigerante,
- el aire ambiente se calienta y se suministra como segundo gas de secado precalentado al tercer paso de secado, - en la tercera etapa de secado, el segundo gas de secado enfriado por encima de la temperatura del aire ambiente se suministra a la segunda etapa de secado como segundo gas de secado,
- el gas de enfriamiento calentado enfriando el material y/o el segundo gas de secado enfriado en el tercer paso de secado se suministra al primer paso de secado como el primer gas de secado precalentado.
2. El método según la reivindicación 1, en el que el material secado de la primera o segunda etapa de secado se somete a un período de reposo en el que el contenido de agua dentro de las partículas del material se iguala más o menos, y el material después de pasar a través del periodo de reposo se seca en la segunda o tercera etapa de secado.
3. El método según la reivindicación 1 o 2, en el que el material seco del primer paso de secado o del segundo paso de secado se tritura y luego se alimenta al segundo paso de secado o al tercer paso de secado.
4. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el gas de secado enfriado y humedecido del segundo paso de secado se seca y el gas de secado seco se mezcla con el aire ambiente y se alimenta al segundo o tercer paso de secado como un segundo gas de secado.
5. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que una porción del segundo gas de secado enfriado del tercer paso de secado se mezcla con el gas de enfriamiento calentado y se alimenta al primer paso de secado como primer gas de secado.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el aire ambiente y/o el gas de secado seco se calientan mediante un intercambiador de calor y/o mediante un quemador calefactor.
7. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la primera y/o la segunda y/o la tercera etapa de secado se llevan a cabo de tal manera que el material pasa a través de una sección de secado vertical de arriba a abajo y el gas de secado se conduce en contracorriente a través de la sección de secado, estando dividida la sección de secado en secciones individuales, en las que se puede ajustar el flujo másico del gas de secado que pasa a través de la sección de secado en una sección transversal a la misma.
8. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el aire ambiente se calienta al ser aspirado por un ventilador en una dirección sustancialmente horizontal a través de una disposición vertical en forma de caja de cuatro intercambiadores de calor y se calienta a medida que pasa a través de ella. Los intercambiadores de calor y luego en dirección vertical son aspirados por el ventilador dispuesto debajo del intercambiador de calor y conducidos al segundo o tercer paso de secado.
9. Planta para secar virutas de madera, astillas de madera u otros materiales sólidos de pequeño tamaño, de origen orgánico y/o mineral, adecuada para la realización del método según una de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende: - una primera unidad de secado (101), que está diseñada para presecar el material en una primera etapa de secado utilizando un primer gas de secado precalentado,
- una segunda unidad de secado (102), que está diseñada para secar el material seco de la primera unidad de secado (101) por medio de un segundo gas de secado en una segunda etapa de secado,
- una tercera unidad de secado (105) que está diseñada, en una tercera etapa de secado, para secar el material seco de la segunda unidad de secado (102) por medio del segundo gas de secado precalentado y para suministrar el segundo gas de secado de la segunda unidad de secado (102) a una temperatura superior a la temperatura ambiente, - una unidad de preparación de gas (107), que está diseñada para calentar el aire ambiente y proporcionarlo como segundo gas de secado precalentado para la tercera unidad de secado (105),
- una unidad de enfriamiento (106) que está diseñada para enfriar el material seco procedente de la tercera unidad de secado (105) por medio de un gas refrigerante, y
- Líneas que llevan el gas refrigerante calentado en la unidad de refrigeración (106) y/o el de la tercera unidad de secado (105) enfriando el segundo gas de secado a una temperatura superior a la temperatura ambiente como primer gas de secado precalentado a la primera unidad de secado (101).
10. Unidad según la reivindicación 9, que comprende un recipiente de reposo (104) que está diseñado de manera que en el recipiente de reposo (104) el material secado del primer paso de secado o del segundo paso de secado pasa por un período de reposo en el que el contenido de agua dentro de las partículas del material es más o menos uniforme, estando el material disponible para un secado adicional en la segunda etapa de secado o en la tercera etapa de secado después de pasar por el período de reposo.
11. Planta según la reivindicación 9 o 10, que comprende un dispositivo triturador (103) que está diseñado para triturar el material seco de la primera unidad de secado (101) o de la segunda unidad de secado (102) y para preparar para secar en la segunda unidad de secado (102) o en la tercera unidad de secado (105).
12. Instalación según una de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende una unidad de secado de gas (108), que está diseñada para secar el gas de secado enfriado y humedecido de la segunda unidad de secado (102) y para proporcionar la unidad de preparación de gas (107) para mezclar con el aire ambiente.
13. Instalación según una de las reivindicaciones 9 a 12, en la que la tercera unidad de secado (105) está conectada a través de un conducto con el conducto entre la unidad de refrigeración (106) y la primera unidad de secado (101) para mezclar segundo aire de secado enfriado de la tercera unidad de secado con el aire calentado de la unidad de enfriamiento (106) y suministrarlo como primer aire de secado a la primera unidad de secado (101).
14. Planta para secar astillas de madera, virutas de madera u otros materiales sólidos de pequeño tamaño de origen orgánico y/o mineral según una de las reivindicaciones 9 a 13, en la que la unidad de preparación de gas (107) para generar un gas de secado calentado tiene una carcasa cúbica (201) con cuatro paredes laterales verticales (202) dispuestas a una distancia del extremo inferior, cada una de ellas permeable al gas en dirección horizontal, un ventilador (207) dispuesto debajo del intercambiador de calor (203) en la carcasa (201) con una entrada de aire (208) en la parte superior y una salida de aire (209), que está conectada mediante una línea a una unidad de secado.
15. Sistema para secar virutas de madera, astillas de madera u otros materiales sólidos de pequeño tamaño según una de las reivindicaciones 9 a 14, en el que una unidad de secado (101, 102, 105) tiene al menos un pozo de secado vertical (302, 303) y pozos de gas verticales (301, 304, 305) a ambos lados del pozo de secado (302,303), estando perforadas las paredes del pozo (306 a 309) entre el pozo de secado (302, 303) y los pozos de gas (301, 304, 305), teniendo el pozo de secado (302, 303) una entrada en la parte superior para el material a secar y una salida para el material seco en la parte inferior, al menos uno de los pozos de gas (301, 304, 305) tiene una entrada de gas en el extremo inferior y al menos uno de los pozos de gas tiene una salida de gas en el extremo superior, y dentro de los pozos de gas (301, 304, 305) están dispuestos dispositivos de cierre horizontales (310) con una sección transversal de paso ajustable.
16. Instalación según la reivindicación 15, en la que al menos una de las paredes del pozo (306 a 309) entre el pozo de secado (302, 303) y los pozos de gas (301, 304, 305) está guiada lateralmente sobre dispositivos de guía verticales y está conectado en el extremo superior a un dispositivo de desplazamiento, que está diseñado para mover la pared del pozo (306 a 309) verticalmente hacia arriba y hacia abajo dentro de los dispositivos de guía, estando preferiblemente ambas paredes del pozo (306 a 309) conectadas en el extremo superior a un dispositivo de desplazamiento dispositivo, estando sincronizados los dispositivos de desplazamiento de manera que ambas paredes del pozo (306 a 309) se desplazan en direcciones opuestas.
17. Sistema según la reivindicación 16, en el que los dispositivos de cierre (310) son dispositivos de láminas, cada uno con al menos una lámina (311) que puede girar alrededor de un pozo horizontal.
18. Sistema según una de las reivindicaciones 9 a 17, en el que al menos un componente está dispuesto en al menos un contenedor (210, 326), en el que un contenedor aloja uno o más componentes del sistema en su totalidad o en parte, y/o en el que la unidad de preparación de gas (107) y/o la unidad de secado (101, 102, 105) están dispuestos en un contenedor vertical (210, 326) y/o en el que al menos un elemento estructural de la unidad de preparación de gas y /o la unidad de secado es también un elemento estructural del contenedor (210, 326).
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