SE527166C2 - Förfarande och anordning för avfuktning - Google Patents

Description

C'77 4 _ f 041.126 HD P:\504D Niclas Eriksson\P\002\P-SflP5U4U0002_04å1é_§02277-9_Oversattn av ans.doc och Stefan-Boltzmanns lag avseende den totala inten- siteten: Ef fe,(,1,T)-d/1=U-T“ Föreliggande uppfinning är huvudsakligen utvecklad för behandling, dvs. avfuktning, hygienisering eller tork- ning av avfallsslam eller slam från reningsverk, men en fackman inser att den kan användas för många olika materi- al.

Föreliggande uppfinning är även lämplig för avfukt- ning eller torkning av vissa livsmedel. Lämpliga livsmedel kan vara hårt bröd, pasta etc.

För att förenkla beskrivningen kommer uppfinningen att beskrivas huvudsakligen med avfallsslam som ett exem- pel. Om det överhuvudtaget behandlas, värms avfallsslam för närvarande ofta till ganska höga temperaturer i området 800-900°C. Sådana höga temperaturer ställer stora krav på den använda anordningen, i synnerhet kärlet som håller slammet under värmning. Avfallsslam används emellertid nor- malt endast för upplag eller deponering.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning är baserad på idén att endast använda strålningsenergi (värmestrålning) för att värma slammet eller annat material och att den använda strålning- en omfattar ett vàglängdsintervall inom vilket vatten har en hög absorptionskoefficient. Strålningen vid andra våg- längder är reducerade.

En värmekälla används för att avge värmestrålning.

Förångad fukt kommer att tas bort genom att cirkulera luft från ytan hos materialet som skall avfuktas. Fuktförång- 10 15 20 25 30 35 7 4 Å 2. :6\J 041126 MD P:\5040 Niclas Eriksson\P\002\P-SE\P50400002_041125_0302277-9_Översattn av ans.doc 3 ningen från materialet sker med hjälp av absorption och re- flektion. Värmekällan kommer att avge värmestrålning, vid våglängder vid vilka vatten har en hög absorptionsförmåga, med absorptionskoefficienter större än 1000 cmqu Med strålningsenergi i ett smalt våglängdsband där vatten har en hög absorptionsförmåga, överförs strålnings- energin direkt till vattenmolekylerna i materialet som skall avfuktas. Detta resulterar i relativt korta tork- ningstider, relativt låg energiförbrukning och normalt ing- en negativ påverkan på materialet som skall avfuktas. Av- fuktning med användning av "hålrumsprincipen” såsom indike- rat ovan kommer att ge en låg energiförbrukning.

För avfallsslam skall fukthalten efter torkning vara 20% eller lägre. Genom att använda förfarandet enligt före- liggande uppfinning kan fuktförhållandet sänkas klart under 20%. Vid torkningsförfarandet kommer slammet också att hy- gieniseras i en viss utsträckning. När slammet värms till 70-120°C i processen kommer de flesta bakterierna i slammet att dödas. Det hygieniserade slammet kan återvinnas, dvs. det kan placeras på exempelvis fält med växande gröda.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan använ- das som en del av ett ekologiskt átervinningssystem. Genom ett sådant system kan man uppnå ett antal fördelar. Det torkade och hygieniserade materialet, såsom avfallsslam kan deponeras eller brännas. Mängden avfall minskas, vilket minskar användningen av resurser. Om det avfuktade slammet bränns kan olika material återvinnas, vilket sparar resur- ser och energi jämfört med att använda färskt råmaterial.

Det är möjligt att återvinna tungmetaller, krom, nickel, koppar etc. från askan efter bränning. Det är möjligt att återvinna växtnäring såsom fosfor som är en begränsad resurs, för användning vid odling av plantor. Det avfuktade och hygieniserade slammet har normalt ett högt energivärde, exempelvis 2,5-3,5 MWh/ton. Det kan således användas som bränsle. 10 15 20 25 30 35 sa" flefi 041126 MD P:\5040 Niclas ErikSs0n\P\002\P E f/400002_'041 25:0302277-9_Översättn av ans.doc 4 Kortfattad beskrivning av ritningarna Fig. 1 är en perspektivvy över en torkkammare enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 2 är en snittvy från sidan över en modifierad kammare enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 3 är en ”öppen” ändvy i skissform över en kamma- re enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 4 är en snittvy över ett exempel på en värmekäl- la som kan användas i kammaren enligt föreliggande uppfin- ning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer.

Fig. 1-3 visar en utföringsform för en torkningsan- ordning innefattande en torkkammare 1, i vilken torkningen av slammet eller annat material sker.

Uttrycket ”element” 2 kommer att användas nedan för att hänvisa till en stràlningskälla. Elementet är utformat som en anordning som avger strålning innefattande ett valt vàglängdsomràde. I en utföringsform är elementen 2 tillver- kade av en central elektrisk resistor 15 omgiven av ett rör 14. ersatts av varmvatten som elementets 2 strålningskälla.

I andra utföringsformer har den elektriska resistorn Även andra energimedier är möjliga att använda som strål- ningskälla. Oberoende av vilket energimedium som används, skall det omges av ett rör l4. Dessutom kan energimediet göras effektivare genom användningen av en plasma eller ett dielektrikum.

Elementen 2 kan placeras i ställ eller ramar 12. Re- För att åstadkomma god reflektering av strålningen, är reflektorer- rostfritt stàl eller För de använda frekvenserna flektorer placeras normalt i samband med elementen. na normalt tillverkade av aluminium, annat högreflexivt material. uppvisar dessa material reflektionskoefficienter som överskrider 95%. Strålning som träffar reflektorerna styrs tillbaka till slammet av dem. Det är inte ett krav att re- flektorer används, men de bidrar till en minskad energikon- 10 15 20 25 30 35 527 166 041126 MD P:\5040 Niclas Eriksson\P\0O2\P-SE\P50400D02_04ll25_0302277-9_Översättn av ans.d0c 5 sumtion. Normalt är elementen 2 placerade i vilken valfri riktning som helst i förhållande till torkkammarens 1 längsgående riktning.

I regel är kammarens väggar klädda på insidan med rostfritt och/eller syrafast stål, aluminium eller liknande högreflektivt material för strålning inom det ovan indike- rade, valda våglängdsområde. Med andra ord är torkkammarens inre utformad som en stor reflektor. Väggarna är allmänt värmeisolerande. Som visat i fig. l är en dörr 21 anordnad vid kammarens 1 vardera ände. Vid andra utföringsformer finns en dörr 21 endast vid en ände av kammaren 1, i vilket fall slammet 7 eller annat material dras in och ut från kammaren 1 vid samma ände.

Slammet 7 tas normalt emot på ett transportband 13.

Vid vissa utföringsformer används ett transportband 13 av rostfritt stål för att uppbära materialet som skall avfuk- tas, vilket reflekterar tillbaka en del strålning till slammet 7. Vid vissa utföringsformer är transportbandet 13 tillverkat av ett trådnät av rostfritt stål eller liknande.

Om transportbandet har en nätform placeras några element 2 i mitten av transportören, dvs. mellan transportörens övre och nedre horisontella delar. Vid andra utföringsformer tas slammet 7 emot på en eller flera vagnar, som kan rullas in i och ut ur torkkammaren 1. Även vagnarna kan ha slammotta- gande ytor av ett högreflektivt material, såsom rostfritt stål. Om ett transportband 13 är anordnat i kammaren 1, ma- tas slammet 7 normalt in i vid en ände av transportören och matas ut vid den andra änden. Under avfuktningsförfarandet står transportbandet normalt stilla.

Torkkammaren 1 placeras normalt på ben 19. Torkkamma- ren 1 är, i det visade utföringsexemplet, försett med en cirkulationsfläkt 4 och ett ventilationsspjäll ll. Ett luftinlopp 16 och ett luftutlopp 17 är placerade vid kamma- rens 1 motsatta ändar. Både luftinloppet 16 och luftutlop- pet 17 är normalt försedda med spjäll, för att öppna och 10 15 20 25 30 35 16 041126 MD P:\504O Niclas Erikss0n\P\0D2\P-SE\P5D400002_D41125_ 302277-9_Övetsättn av aIISAiOC 6 stänga inloppet 16 resp. utloppet 17. Normalt är områdena för luftinloppet resp. luftutloppet avskilda från själva torkkammaren 1 via skiljeväggar 20. Skiljevägarna 20 har normalt öppningar för transportband 13. Dessutom är en ka- nal 3 för återcirkulation för luft anordnad, vilket ger energiåtervinning. En värmeväxlare 18 är placerad i led- ningen 3 för återcirkulation. Ledningen 3 innefattande vär- meväxlaren 18 gör det möjligt att avfukta och återcirkulera torkkammarrens luft. Dessutom är spjäll placerade vid var ände av ledningen 3.

Vid en utföringsform, som visat i fig. 2 är cirkula- tionsfläktens 4 aktiva del placerad i ledningen 3. I andra utföringsformer, som visat i fig. 1, är cirkulationsfläk- tens 4 aktiva del placerad inuti kammaren 1. Oberoende av den exakta placeringen cirkulerar cirkulationsfläkten 4 luften i torkkammaren 1 och transporterar därigenom bort fukt, som avges från slammets 7 yta. Fläktsystemets uppgift är att cirkulera luften runt slammet och därigenom dra upp fukt från slammets yta. Vid föreliggande uppfinning används normalt en flödeshastighet på l-5 m/s.

Ventilationsspjället ll används för att regler luft- hastigheten och avfuktningshastigheten i torkkammaren 1.

Vid vissa utföringsformer finns det fler än ett spjäll ll.

I torkningsanordningen är en indikator 5 anordnad för att mäta temperaturen i torkkammaren 1 och/eller luften som går ut från och/eller matas in i torkkammaren 1. Även slam- mets 7 temperatur kan kontrolleras. Olika indikatorer för olika temperaturer kan användas som mäter både de ”våta” och ”torra” temperaturerna. För en ”våt” termometer kyls vatten genom avdunstning till jämvikt, dvs. avdunstnings- och föràngningsvärmen är densamma. Kammarens 1 spjäll ll kan styras av den våta temperaturen. Normalt används en in- dikator 9 som mäter slammets 7 temperatur. Denna indikator 9 placeras i slammet 7. Vid vissa utföringsformer finns även indikatorer 6, som mäter torkkammarens 1 fuktförhàl- 10 15 20 25 30 35 0 4 5 ~'~ 1 á * 041130 m: P=\so4o men: zr1xs5an\1=\oo2\P-sz\Psoaoooogou125 os zzvv-ajsversartn av ensam 7 lande. För exakt övervakning av luftfuktigheten i kammaren, används indikatorer 6, som mäter den relativa luftfuktighe- Som indikator för den relativa luftfuktigheten används För att mäta fukt- ten. en psykrometer i vissa utföringsformer. minskningen i slammet 7 används i vissa utföringsformer en våg. Vägningen kan utföras genom att kammaren placeras på vågar eller lastkännande element 10. Dessa vågar eller lastkännande element 10 är i vissa utföringsformer integre- rade i benen l9 på vilka kammaren 1 är placerad.

I några utföringsformer av föreliggande uppfinning utnyttjas en kondensor 8 placerad under transportbandet 13.

Med hjälp av kondensorn 8 återvinns en del energi.

Som angivet ovan sker torkning av slammet 3 med hjälp av elementen 2. Dessa element 2 avger en strålning i ett begränsat våglängdsintervall anpassat till vattenabsorptio- nen.

Vid utföringsformen enligt fig. 4 består elementen 2 av en elektrisk resistor 15 placerad centralt i ett rör 14 och som uppvärms när ström från en spänningskälla passerar genom resistorn via ledare (ej visade).

Våglängdsbandet har valts till intervallet cza 2-20pm och som en regel cza 5-20um, ett intervall som innefattar våglängder, vid vilka vattens stràlningsabsorption är hög.

I sådant fall utnyttjas det faktum att inom dessa intervall har vatten toppar med absorptionskoefficienter högre än iooo cm? Vatten har toppar vid c:a 3um, 6-7um och 10-20um med avseende på absorptionen. Mellan cza 7um och 10um är vat- tens absorptionskoefficient lägre, och sjunker under 1000 cmfl. För att maximera effekten av elementens 2 strålning skall de således ha maximal intensitet vid frekvenserna där vatten har maximal absorption, medan strålningen vid andra våglängder skall reduceras.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är således att skapa en strålning med maximal intensitet vid vågläng- 10 15 20 25 30 35 4 .,. l 00002_041125_O302277-9_Översättn av ans.doc 8 ÉÛ? šoq 041126 MD P:\5040 Niclas Eríksson\P\002\P-SE\P derna där vatten har en hög absorptionskoefficient, medan intensiteten reduceras vid andra våglängder. Toppen vid 3um är relativt tunn och kräver en mycket hög temperatur, vil- ket gör att den är mindre lämplig att utnyttja. Dessutom är det mycket svårt och till och med nästan omöjligt, att minska strålningen vid våglängdsintervallet c:a 4-6pm. Med tanke på detta riktas elementens stràlningsintensitet till intervallet c:a 6-7um och 10-20um och intensiteten reduce- ras i det mellanliggande området, dvs. c:a 7-lOum. Strål- ningsenergin används således på ett sätt för att ge maximal effekt.

Intensiteten beror på elementens material enligt föl- jande formel: I=I0e'““ där I är intensiteten, e är den naturliga logaritmen och d är en konstant som beror på materialet hos röret 14 eller liknande som omger resistorn 15. Genom att variera materialet är det möjligt att styra både spektrat och läget för elementens 2 strålning. Detta utnyttjas enligt förelig- gande uppfinning på ett sådant sätt att elementens 2 strål- ning anpassas till vattenabsorptionen såsom angivet ovan.

Enligt föreliggande uppfinning väljs således materialet som omger den elektriska resistorn 15 för att ge elementet 2 det önskade strålningsspektrat. Materialet kan vara vilket material som helst som ger de önskade egenskaperna. Enligt känd teknologi finns ett flertal exempel på hur man, genom lämpligt materialval och lämpliga strömkrafter, erhåller den arbetstemperatur hos strålningskällan som gör att strålningen maximeras inom det våglängdsintervall, vid vil- ket vatten bäst absorberar strålning.

Normalt står transportbandet 13, och således slammet 7, stilla under behandlingsfasen. Behandlingsfasen är nor- malt en automatiserad process, styrd genom användning av en eller flera av de olika indikatorerna angivna ovan. Proces- 10 15 20 25 30 få 7 4 (f. Å. 041126 nu 1>=\so4o mens zr1kss<>n\1>\oo2\P-'S'é:\ 04oooo2_o4insfßaozzvv-govezsaccn av ansaoc 9 sen kan styras med användning antingen av fuktförhållandet i kammaren 1 eller slammet 7, eller tiden som oberoende va- riabel. Genom användning av en termometer i den cirkuleran- de luften eller slammet 7 kan avfuktning utföras vid en viss temperaturnivå hos kammaren eller slammet 7. En kombi- nation av dessa temperaturer kan användas som beroende va- riabler.

Vanligen är ett styrsystem (PLC-system) anordnat för att styra elementen 2, fläkten 4 och spjället ll som svar 9, 10.

Styrsystemet kan även benämnas som en registrerings- och på signaler som tas emot från indikatorerna 5, 6, beräkningsenhet. Normalt körs processen automatiskt, men en fackman inser att processen kan köras manuellt genom konti- nuerlig övervakning av indikatorernas 5, 6, 9 värden.

Temperaturen i torkkammaren l styrs med hjälp av ele- menten 2. Under processen hålls ofta slammets 7 temperatur på en fast nivå (exempelvis il°C). Det är också möjligt att hålla kammarens l temperatur på en fast nivå. För att hålla vilken som helst av dessa fasta temperaturnivåer stängs elementen 2 på och av baserat på temperaturen hos slammet 7 resp. kammaren 1. För behandling av avfallsslam hålls luft- temperaturen i kammaren l vid cza l50°C och avfallsslammets temperatur hålls vid cza 50-l20°C. Processen pågår tills slammets 7 fuktförhållande har minskat till en förutbestämd nivå. Som ett alternativ till fuktnivån kan processen köras under en förutbestämd tid. För att döda bakterier kan slam- mets 7 temperatur höjas under en kort period, normalt i slutet av processen.

Efter avfuktningsprocessen behandlas slammet 7 bero- ende på om eventuellt material skall återvinnas före eller efter en möjlig bränning, om det skall spridas på marken, om det skall utnyttjas som bränsle etc.

En torkningsprocess för livsmedel, såsom hårt bröd, pasta etc. körs enligt samma principer som beskrivna ovan. 07 4 I I 041126 MD P:\5040 Niclas Eriksson\P\0O2\P-SE\P Offl10á2_041125_0302'277-9_Översätcn av ans.doc 10 Typ och antal indikatorer som använts kommer att anpassas till materialet som skall torkas.

Claims (14)

lO 15 20 25 30 W 44 ndó 050812 MD Cflbocuments and Settings\lk\Skrivbord\l>504000O2_0A1129_amended claimsmloc H PATENTKRAV

1. Förfarande för avfuktning och hygienisering av avfallsslam i en torkkammare (1), samt återvinning av mate- rial i avfallsslammet, kännetecknat av att det används som en del av ett ekologiskt återvinningssystem, att värme- strålning används som omfattar våglängdsområden, vid vilka vatten har toppar för absorption av strålningsenergi, att luft cirkuleras i kammaren (l) med hjälp av en fläkt (4) för att ta upp fukt avdunstat från materialet, att strål- ningens våglängder är kortare än öppningarna i avfallsslam- mets ytstruktur, att energi återvinns med hjälp av en kon- densor (8), att avfallsslammet tas emot på ett nätformat transportband inuti kammaren, att ett eller flera element (2) som avger värmestrålning är placerade mellan transport- bandets övre och nedre del och att avfallsslammet hålls vid en konstant temperatur i intervallområdet 70-l20°C under avfuktningscykeln.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att växtnäring såsom fosfor återvinns ur avfallsslammet.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, kännetecknat av att åtminstone ett element (2) placerat i torkkammaren av- ger värmestrålning och att den avgivna strålningen koncent- reras till våglängdsområden där vatten har en absorptions- koefficient som är högre än c:a 1000 cmd, medan strål- ningen reduceras i andra områden.

4. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att elementens (2) värmestrålning ges av varmvatten eller annat energibärande medium.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att strålningen koncentreras till våg- längdsområdena c:a 6-7um och c:a 10-20um, medan strålningen i det mellanliggande området, dvs. c:a 7-l0pm, reduceras.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det aktuella fuktighetsförhållande 10 15 20 25 30 35 527 "66 050812 MD C:\Documents and SettingsU.k\Skrívbord\P50400002_041129_amended claims.doc \2 och/eller temperaturen hos materialet och/eller kammaren (1) övervakas.

7. Förfarande enligt krav 6, kännetecknat av att fuktförhållandet i materialet och/eller kammaren övervakas med hjälp av en eller flera indikatorer (6, 9).

8. Förfarande enligt krav 6, kännetecknat av att fuktförhållandet i materialet och/eller kammaren övervakas med hjälp av en våg (10), som övervakar kammarens (1) to- tala vikt.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att kammarens luft àtercirkuleras med hjälp av en ledning (3) som går från kammarens (1) ena ände till den motsatta änden och att en värmeväxlare (18) är placerad i luftcirkulationen för energiåtervinning.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att värmestràlningen reflekteras på högre- flektivt material på kammarens (1) insida.

11. Anordning för avfuktning, torkning eller liknande i enlighet med förfarandet som anges i något av föregående krav, kännetecknad av att den innefattar en torkkammare (1) innefattande åtminstone ett element (2) anordnat i torkkam- maren för att avge värmestrálning; att en fläkt (4) är an- ordnad för luftcirkulation i torkkammaren; att indikatorer (5) är anordnade för att avkänna temperaturen i kammaren (l); energiàtervinning; att ett nätformat transportband är an- att en kondensor (8) är anordnad i kammaren (1) för för att ta emot avfalsslammet och att (PLC-system) och fläkten (4) emot från indikatorerna (5). ordnat i kammaren (1) ett styrsystem är anordnat för att styra ele- menten (2) som svar på signaler som tas

12. Anordning enligt krav 11, kännetecknad av att (12) och att ställen (12) har ytor som uppvisar hög reflektans. elementen (2) är monterade i ställ

13. Anordning enligt krav 11 eller 12, kännetecknad av att torkkammaren (1) är tillverkad av en kammare som på 10 v vf osoaiz m: cmnacumenrs and se:nngsumskriâagwsoaoooozjfañgsjvmenaea aiaimadoc 13 insidan är tillverkad av eller klädd med ett material som uppvisar hög reflektans; att torkkammaren (1) är försedd med ett slaminlopp, ett slamutlopp, ett fläktsystem (4) och en ledning (3), (18), för att att indikatorer (5) är innefattande en värmeväxlare luft; anordnade för att avkänna temperatur i torkkammaren (l); återcirkulera kammarens (1) och att signalerna från indikatorerna (5) matas till styr- systemet.

14. Anordning enligt något av kraven ll-13, känne- tecknat av att varje element (2) innefattar varmvatten el- ler annat energibärande medium omgivet av ett material som ger det önskade stràlningsspektrat.