EP2625481A1 - Trocknungsverfahren und trocknungssystem - Google Patents

Trocknungsverfahren und trocknungssystem

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Publication number
EP2625481A1
EP2625481A1 EP11757281.8A EP11757281A EP2625481A1 EP 2625481 A1 EP2625481 A1 EP 2625481A1 EP 11757281 A EP11757281 A EP 11757281A EP 2625481 A1 EP2625481 A1 EP 2625481A1
Authority
EP
European Patent Office
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drying
air
gas
heated
water
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11757281.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcel Huber
Marcel Flir
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MCI Management Center Innsbruck - Internationale Hochschule GmbH
Original Assignee
MCI Management Center Innsbruck - Internationale Hochschule GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MCI Management Center Innsbruck - Internationale Hochschule GmbH filed Critical MCI Management Center Innsbruck - Internationale Hochschule GmbH
Publication of EP2625481A1 publication Critical patent/EP2625481A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B17/00—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement
    • F26B17/18—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by rotating helical blades or other rotary conveyors which may be heated moving materials in stationary chambers, e.g. troughs
    • F26B17/20—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by rotating helical blades or other rotary conveyors which may be heated moving materials in stationary chambers, e.g. troughs the axis of rotation being horizontal or slightly inclined
    • F26B17/205—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by rotating helical blades or other rotary conveyors which may be heated moving materials in stationary chambers, e.g. troughs the axis of rotation being horizontal or slightly inclined with multiple chambers, e.g. troughs, in superimposed arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements for supplying or controlling air or other gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/20—Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure
    • F26B21/25—Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure partly outside the drying enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
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    • F26B23/00—Heating arrangements
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    • F26B23/002—Heating arrangements using waste heat recovered from dryer exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F26B23/00—Heating arrangements
    • F26B23/10—Heating arrangements using tubes or passages containing heated fluids, e.g. acting as radiative elements; Closed-loop systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B25/00—Details of general application not covered by group F26B21/00 or F26B23/00
    • F26B25/005—Treatment of dryer exhaust gases
    • F26B25/006—Separating volatiles, e.g. recovering solvents from dryer exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B2200/00—Drying processes and machines for solid materials characterised by the specific requirements of the drying goods
    • F26B2200/02—Biomass, e.g. waste vegetative matter, straw
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the invention relates to a drying process and drying system, in particular a system and a corresponding method for drying a moist material such as moist bulk materials, and biomass or carbonaceous raw materials, in particular of wood chips.
  • the inventive system is based in particular on a pre-drying device with a downstream drying device, wherein the material to be dried is preferably transported by means of spiral conveyor through the pre-drying device and / or drying device. Efficient heat recovery and energy coupling between the pre-dryer and the dryer provide an efficient and energy efficient system and method.
  • Biogenic bulk materials such as wood chips, bark mulch or generally shredder products from forestry are increasingly being used thermally in heating plants. Due to their hydrophilic behavior, such bulk materials attract and absorb enormous amounts of water during their outdoor storage under appropriate environmental conditions. A water content up to 60% of the total mass is not uncommon. In addition to the fact that this moisture greatly accelerates the biodegradation process of the fuel (energy loss during storage), the water content must be removed or evaporated before or during the thermal utilization anyway. For example, the calorific value of wood can be reduced from 15 MJ / kg (at 18% water content) to 6 MJ / kg (at 60% water content). In addition to a deteriorated combustion behavior, which has a negative effect on the efficiency of thermal utilization - for example in heating plants - increases with increasing proportion of water, especially the required amount of fuel.
  • Biogenic bulk materials have a property that makes them difficult to dewater with these conventional drying methods. Their specific energy content or their calorific value per volume is so small that the large investment costs for the above-mentioned drying systems alone mean that most of the plants can not be operated economically.
  • advantages and disadvantages are discussed - against the background of the use for the drying of biomass - of different drying systems which are known from the prior art.
  • Belt dryers are one of the most commonly used drying concepts. The easiest way to dry well on a conveyor belt is to pass the drying air over the material. As a rule, the drying air is forced through a perforated conveyor belt, which directly implies the disadvantages of a belt dryer. If the bed is not applied homogeneously, the air will flow through that area of least resistance, resulting in inhomogeneous drying. Another disadvantage is that the drying air must be forced through the belt, which has a negative effect on the operating costs by an increased pressure loss. Due to the different water content on the dryer belt, it is possible to have specific sizes for the exhaust stream, i. indicate the air flow leaving the dryer. This explains why the exhaust stream from belt dryers typically has a relative humidity of, for example, 70%. The thermal energy requirement of belt dryers is, for example, between 3,000 and 6,000 kJ / kg of removed water (enthalpy of enthalpy of water at 100 ° C.: 2,250 kJ / kg of water).
  • Drum dryers in which the material is moved in a heated, rotating rotary kiln, are mainly used in large plants with a water evaporation capacity of up to 50t / h.
  • Drum dryers are used especially in the chip processing industry, as their main applications are in the field of free-flowing, porous bulk materials.
  • Drum dryers are less suitable for drying sticky or pasty substances, since these substances can stick to the wall of the drum dryer and thus impair the heat transfer.
  • an exhaust gas condensation is rarely used, the reason for this lies in the dust occupancy of the heat exchanger.
  • the dust occupancy of the heat exchanger leads to an increased pressure loss and a worsened Heat transfer.
  • Real values for the specific energy requirement of a drum dryer can be quantified with 3,000-10,000kJ / kg of evaporated water.
  • Screw dryers are relatively complex systems, which have a jacket heating, and often have a heating of screw conveyors.
  • a screw conveyor is a shaft around which one or more helical gears are wound in the form of flat sheets.
  • the most common type is a screw heat exchanger, which tempered pasty substances.
  • the advantage of this system is that even crystallization processes in the dryer do not pose a problem.
  • Main disadvantages are the high investment costs, as well as high operating costs which are caused in particular by the pressure loss in the screw.
  • Fluidized bed dryers are dryers that fluidize particles by high flow rates and dry them by an intensive material and heat exchange.
  • the main field of application lies in the chemical industry, or coal dust drying and is characterized by an enormous electrical effort for blowers for larger particles. In the biomass drying a fluidized bed drying has not yet been realized.
  • one of the basic problems in drying biomass is the high enthalpy of evaporation of water (2.250kJ / kg at 100 ° C) which has to be applied during the drying process.
  • high-temperature drying systems are able to process large quantities of material quickly and to dry, but need a multiple of this amount of energy per kilogram of water. Due to the relatively low energy density of biomass and the comparatively high proportions of water, the complete energy of the biomass for drying would be used for drying in such a process.
  • the opposite to high-temperature dryers are circulating air dryers, which manage without additional thermal energy and this exclusively from the environment. However, this does not succeed in an efficient drying process. Especially during the cold season, the air can be loaded with little water - but in this time maximum amounts of dry fuel are needed. A high electrical energy requirement due to enormous amounts of air is the result. Current systems are unable to efficiently and economically dry biogenic bulk materials.
  • An object of the invention is to provide an improved system and a corresponding method for drying material, in particular bulk materials and biomass or carbon-containing raw materials.
  • it is an object to provide a system and a corresponding method for drying, which works energy-saving, the energy requirement for drying is preferably below the necessary enthalpy of enthalpy of water.
  • a further object of the invention is to provide an efficient, preferably favorable and integrative drying system or process, which is tailored to the requirement of these "novel" bulk goods with a relatively low calorific value.
  • a system and a process for drying a liquid-containing material, in particular biomass are provided, the process preferably having the following process steps.
  • the liquid-containing material is conveyed by means of a transport device at least partially through a pre-drying space and / or a Trocloiungsraum.
  • the material may preferably be turned several times.
  • a heated / heated gas - preferably air - which is also carried out through the pre-drying space and / or drying space
  • the liquid contained in the material - preferably water - at least partially removed or removed, i. the material can be dried.
  • the direction of passage or flow direction of the heated / heated gas stream is preferably directed counter to the transport direction of the material, but may also be rectified with the transport direction of the material.
  • the pre-drying room and the drying room are preferably designed similarly.
  • the pre-drying space and / or the drying space may have an at least partially cylindrical drum, within which the Transport device, preferably in the form of a spiral conveyor, is arranged.
  • the spiral conveyor according to the invention preferably does not have a central shaft to support a spiral ("undulating conveyor spiral").
  • the spiral conveyor is preferably formed by a self-supporting spiral or spiral or screw.
  • the space in the center of the helix is referred to as a "soul.”
  • This construction allows gas to be passed along the core through the helix, but it may be advantageous to provide support structures within the core, but the support structures do not
  • the spiral conveyor with "soul” according to the invention has the advantage that along the geometrical center axis of the spiral conveyor the heated / heated air for drying the material can be carried out unhindered, ie it can be an efficient heat transfer from the air to the
  • a support structure optionally mounted within the core should be such that gas can flow substantially along the axis of the coil, ie, the support structure should not be solid, as opposed to a shaft of a screw conveyor, and have apertures having a
  • a support structure could have radially arranged spokes.
  • the helix is rotated to transport the material, i. the delivery principle preferably corresponds to that of an Archimedean screw.
  • the pre-drying space and / or drying space itself is formed as a cylindrical drum, oval-shaped tube or pipe with an at least partially (circular) arcuate cross-section, in the interior of which a rotating spiral conveyor the material from a material entry to transported a material discharge.
  • the tube has a (circular) arcuate cross-section substantially conforming in shape and size to the arcuate shape of the rotating spiral conveyor to ensure effective transport of the material.
  • additional turning devices are attached to the spiral conveyor with the core, whereby the material to be dried can be turned inside the pre-drying room and / or the drying room.
  • blades on the spiral conveyor can accelerate mixing or turning.
  • the preferred spiral conveyor system of the present invention is somewhat similar to a drum drying system. However, a significant difference is that not the whole drum rotates, but preferably only the spiral conveyor and preferably not the drum. As a result, a significantly cheaper (pre-) dryer can be realized whose own energy consumption is significantly reduced.
  • the "residual energy" contained in the gas is returned to the system according to the invention by means of at least one heat transfer device / heat exchanger device, preferably a condenser.
  • the recovered energy may serve, for example, for preheating the above-mentioned gas stream, the preheated gas stream subsequently being further heated and subsequently passed through the drying space and / or used to heat a pre-drying gas stream.
  • the energy requirement for drying the material (hereinafter also referred to as "good") can be achieved by the efficient energy recovery below the necessary enthalpy of enthalpy of water, and preferably below 2,200 kJ / kg, more preferably below 1,500 kJ / kg and preferably below 1,000 kJ /. kg are pressed.
  • the system according to the invention is preferably designed as a "low-temperature dryer", that is, the temperature of the heated gas introduced into the drying room (hereinafter also referred to simply as drying air) is preferably between 80 ° -240 ° C.
  • the drying air is not above the ignition temperature of the material to be dried.
  • the drying air with the usual flow and return temperatures of heating plants or combined heat and power plants (CHP plant) are heated, i. to temperatures between approx. 70-1 10 ° C. That the relatively low temperatures can be used effectively in the system according to the invention for the drying of biomass.
  • the system according to the invention can be divided into at least two sections for efficient energy recovery or energy utilization; in a pre-drying section A and a drying section B.
  • material is first pre-dried in the pre-drying section and then transferred to the drying section, i. there is an "interface" between the pre-drying section and the drying section for a material transfer.
  • energy is preferably transferred from the drying section B to the pre-drying section A, that is, there exists an "interface" between the drying section and the pre-drying section for the energy transfer.
  • the pre-drying section also differs from the drying section at least in one of the following features.
  • the drying air passing through the drying room of the drying section has a higher temperature than the pre-drying air passing through the pre-drying room of the pre-drying section.
  • the temperature levels are dependent on the temperature of the supplied air in addition to the ambient temperature and ambient humidity.
  • the drying air is passed through the drying room at a lower flow rate (m / h) than the pre-drying air passing through the pre-drying room, i. the flow rate is preferably higher in the pre-drying room than in the drying room.
  • a flow rate ratio of 1 / 2.5 to 1/7 is preferred.
  • the drying air in the drying section is guided in a closed circuit and / or the pre-drying air of the pre-drying section is guided in an open circuit through the pre-drying chamber.
  • the material to be dried is conveyed with a transport device at least partially through a pre-drying space, which forms part of the pre-drying section. Even during pre-drying, the material can be turned several times within the pre-drying room. According to the drying process described above, a pre-drying air through the pre-drying space is preferably substantially opposite to the transport direction of the Materials performed. The pre-dried by the pre-drying air material is then transferred to the drying room.
  • the heated air passed through the drying space is preferably heated and cooled in a drying air circuit, the drying space preferably forming part of the drying air circuit.
  • the bound water is driven from the material and absorbed by the air.
  • the (liquid) storage capacity of the drying air within the drying space can be fully or partially utilized, i. the relative humidity of the discharged drying air (i.e., the drying air after passing through the drying room) is preferably between 75% -95%.
  • the system according to the invention has at least one heat exchanger for heating / heating the air which is fed to the drying space, and preferably at least one heat exchanger, preferably a condenser for cooling the air which is discharged from the drying space.
  • the first heat exchanger for heating / heating the air is powered by energy supplied to the system from an external energy source, for example in the form of heat energy from a heating plant or CHP plant.
  • the energy recovered with the heat exchanger or condenser for cooling the air discharged from the drying space is returned to the system itself, i. preferably the drying section and / or the pre-drying section.
  • the air is filtered after passage through the drying space, preferably by means of a filter unit and / or a dust separator, ie the filter unit or dust separator unit is preferably located upstream of the heat exchanger or condenser and downstream of the drying space.
  • the filter unit or dust separator unit is preferably located upstream of the heat exchanger or condenser and downstream of the drying space.
  • the discharged air is further cooled and / or the water content in the air is reduced or removed, whereby energy is recovered which is returned to the system.
  • a condenser or an energy and water sink is preferably used in addition to the cooling of the liquid removal (removal of water) from the drying air.
  • the energy recovered by condensation is preferably used to pre-dry the material in the pre-drying unit.
  • the energy recovered by the heat exchanger or condenser may alternatively or additionally be used to preheat the drying air within the drying air cycle, wherein the preheated drying air is then further heated / heated by means of an external energy source and supplied to the drying space.
  • the capacitor according to the invention is preferably operated in a temperature range below 70 ° C, preferably below 60 ° C, for example below 50 ° C.
  • the operating temperature of the capacitor is adjusted depending on the temperature of the drying air and temperature of the ambient air. That It is relatively much energy, but obtained at a relatively low temperature level.
  • This relatively low temperature which depending on the preferred embodiment is between about 30 and 70 ° C, according to the invention, however, (i) can be used for a pre-drying process and / or (ii) for pre-heating the drying air.
  • the temperature of the air supplied into the drying room is higher than the temperature of the air fed into the pre-drying room.
  • the temperature of the air supplied to the pre-drying space is preferably between 20-80 ° C, more preferably between 40-70 ° C.
  • the air supplied to the pre-drying space is heated ambient air which, after being passed through the pre-drying space, is returned to the environment (i.e., open air circuit).
  • the temperature of the air supplied into the drying space is preferably between 80-240 ° C, more preferably between 180-240 ° C and for chippings particularly preferably between 1 10-150 ° C.
  • the heating of the gas in step (i) is preferably by means of gas-liquid
  • Heat exchanger performed, wherein the cooled after the gas heating liquid for cooling and optionally for condensing the gas is discharged from the drying room.
  • a gas-liquid heat exchanger an air-liquid, a Gas-water or an air-water heat exchanger used, wherein the temperature spread between gas inlet-liquid outlet and gas outlet liquid inlet is preferably low, for example, at most 10 ° C, preferably about 3 ° C or less.
  • air is used as the drying gas, with the aid of which water is preferably removed from the material.
  • the relative humidity at the outlet of the drying chamber is preferably between 75% and 95% relative humidity.
  • the temperature of the air at the outlet of the drying space is preferably between 20 ° C and 90 ° C.
  • a drum dryer of the prior art is usually very expensive to install as well as during operation, whereas the drying system according to the invention with a spiral conveyor as a transport mechanism is inexpensive to install and operate.
  • drum dryers require a high thermal energy consumption, whereas the energy recovery or energy recovery according to the invention represents a very efficient drying system.
  • Convection dryers have a high energy consumption, similar to tumble dryers, i. the efficiency is significantly worse compared to the system of the present invention.
  • the energy consumption of the present invention can be reduced, for example, by low number of revolutions of the spiral conveyor.
  • a drying system with low pressure losses can be realized with the spiral conveyor according to the invention.
  • Recirculating air dryers often also have the problem that the degree of moisture of the dried end product is relatively indefinite. By adapting the individual parameters for operating the system according to the invention, the degree of moisture of the dried material can be predicted relatively well.
  • the system or method according to the invention is especially for low-energy Substances such as biomass are economically viable.
  • Figure 1 shows a fiction, contemporary embodiment of a
  • Figure 2 shows a further erfmdungshiele embodiment of a
  • Drying system with a pre-drying and a drying and is additionally provided with exemplary values for temperature and relative humidity;
  • FIG. 3 shows an h-x diagram (Mollier diagram) of the schematic drying process illustrated in FIG.
  • FIG. 1 shows an embodiment according to the invention of a drying system with energy recovery according to the invention.
  • the illustrated embodiment may be divided into a pre-drying section A (top) and a drying section B (bottom).
  • the two sections are coupled together via at least two "interfaces", namely a "material interface” (AB-M) and an “energy interface” (AB-E).
  • ABS-M material interface
  • AB-E energy interface
  • the material is pre-dried in section A and transferred via the material interface to section B.
  • energy preferably recovered energy, is transferred from section B to section A.
  • Drying Section B Drying of the material is performed by means of a blower 9 circulated drying air 100 using an air heater 5, which is operated for example with heat from a combined heat and power plant, and fed to a drying room 1.
  • the drying space 1 shown schematically in FIG. 1 can be embodied, for example, as a cylindrical drum, in the interior of which a transport device extends along the longitudinal direction of the drum.
  • a spiral conveyor as described above is used as the transport device.
  • the material to be dried ie the moisture-containing material or the wet biomass, is supplied to the drying room 1 from the left side (entry), from left to right through the Dried drying chamber 1 and delivered on the right side of the drying room 1 43 (material discharge).
  • the warm or hot air dries the product, i. picks up some of the liquid present in the product, i. the drying air cools down. Accordingly, the absolute water content (x [kg water / kg air]) of the drying air increases; Consequently, the relative humidity of the drying air increases.
  • the cooled and enriched with liquid air 101 is substantially freed by means of filter (unit) 2 on the left side of the drying chamber (material entry) of airborne particles (dust).
  • the filter unit 2 which is used in particular for the removal of dust from the drying exhaust air, is preferably characterized by a back flushability and / or a low pressure loss and / or a good dust retention in order to avoid an occupancy of the downstream heat exchanger / condenser 3 with dust as well as possible ,
  • the energy remaining in the drying air - the drying air 101 from the drying room 1 is recovered by means of the heat exchanger / condenser 3 and used to preheat the air in a closed circuit in the air preheater 4 and sucked ambient air 102 by means of the air heater 7 im Pre-drying section A to heat.
  • the recovered energy is transferred from the drying section B to the pre-drying section A and the drying section B.
  • the transported by a fan 8 ambient air 102 is heated by means of the air heater 7 in the pre-drying section A and then fed to the pre-drying chamber 6 on the right side (material discharge) flows through the pre-drying chamber 6 against the transport direction of the goods right to left, and is discharged on the left side (material entry) as exhaust air 103 to the environment. Similar to the drying room 1, the material is transported for example by means of an axisless spiral against the air flow.
  • the heat exchanger or condenser 3 in the drying section B is used in particular for the removal of water from the drying exhaust air 101 and the heat recovery.
  • a water-air heat exchanger is used, which is characterized by the lowest possible temperature difference between Lufteinberg- water outlet and Heilaustritt- water inlet.
  • a large exchange surface can be achieved, for example, with a lamella rip tube heat exchanger.
  • the temperature of the heated ambient air 102 which is supplied to the drying room 6, below the heated drying air 100 which is supplied to the drying room 1.
  • a filter 2 the discharged exhaust air 101 of suspended particles (dust) free.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a drying system according to the invention.
  • FIG. 2 shows exemplary values for the gas or liquid temperatures, which are partially shown in FIG. 3 in the hx diagram.
  • the illustrated embodiment can be subdivided into predrying (above, A) with pre-drying chamber 6 and drying with drying chamber 1 (bottom: B). Similar to the embodiment shown in FIG. 1, the drying section A and the pre-drying section are two substantially separate sections, but connected by at least one material transfer and energy transfer.
  • the material to be dried 40 is supplied to the pre-drying chamber 6 on the left side, transported by means of transport means (for example by means of spiral conveyor 61 1) to the right to the material discharge of the pre-drying chamber 6; supplied from the pre-drying chamber 6 via a lock 41 (for example, a rotary valve) of the drying chamber 1 on the left side; again with the help of a transport device (for example by means of spiral conveyor 111) to the right for material discharge of the drying chamber 1, from where the dried material can be processed further, for example, for thermochemical conversion to lean gas or synthesis gas or can be burned directly.
  • transport means for example by means of spiral conveyor 61 1
  • the drying air is heated.
  • heated air is supplied to the drying space 1 on the material discharge side (air inlet) and, contrary to the transport of material through the drying space 1, in this case from right to left.
  • the air to be heated is a circulating drying air.
  • a concrete embodiment of the drying system according to the invention is described below in parallel with reference to FIG. 2 and the associated hx diagram (see FIG. 3). described with exemplary temperature values.
  • the drying air is heated by the air heater 5 from about 40 ° C (P2) to 200 ° C (P3).
  • the corresponding change in state of the drying air heated in this way is shown in the hx diagram as a vertical line between the points P2 and P3, ie the state point shifts vertically upward when the air is heated (the absolute water content remains unchanged).
  • This heated drying air flows through the drying chamber 1 here from right to left, whereas the material is transported from left to right. There is a direct heat transfer in countercurrent.
  • the performed heated drying air sweeps over the property, while the liquid evaporates. In other words, the heated drying air partially extracts the liquid from the product, whereby the absolute liquid content of the air carried increases (x increases) and the temperature of the drying air carried out also decreases.
  • the cooled and liquid-enriched drying air is discharged to a filter unit 2.
  • the state change within the drying chamber 1 is shown by way of example as a distance from P3 to P4 in the h-x diagram of FIG.
  • the temperature decreases from about 200 ° C to about 46 ° C; the absolute water content and the relative humidity (about 90%) increase, whereas the enthalpy of the air decreases slightly
  • the filter unit 2 is essentially the dust shut-off from the drying exhaust air and is preferably characterized by a good backwash, a low pressure drop and a preferably good dust retention to avoid occupancy of the subsequent heat exchanger / condenser 3 with dust as well as possible.
  • the filtered exhaust air is supplied to the condenser 3, whereby the exhaust air is first cooled (i.e., the absolute water content is substantially unchanged and the state in Figure 3 shifts vertically downward to the dew line, relative humidity 100%). Then, water is removed from the drying air exhaust by the condenser 3 (state change along the dew line to the left, see route P4 to PI). The condensation recovers a considerable amount of energy. After passing through the condenser 3, the drying air has a relative humidity of about 100% and a temperature of about 20 ° C (PI).
  • This energy obtained by condensation is partially (about 10-30%) used in the concrete example to about 14%, the drying air with the heater. 4 reheat again. That is, a portion of the energy obtained remains in the drying section B.
  • the air for example, using the capacitor 3, water heated to about 42 ° C, with part of the heated water is supplied to the heater 4, the air of about 20 ° C. heated to about 40 ° C, ie the air is heated without changing the absolute water content.
  • the state change in FIG. 3 can be represented by the distance PI to P2.
  • the heated to 40 ° C air is then heated again with the aid of the air heater 5 to 200 ° C; the drying air circuit is closed.
  • a large part (about 70-90%) of the energy obtained by the condenser 3 is supplied to the pre-drying A.
  • the water heated in the condenser to about 42 ° C is supplied to a heater 7 to heat ambient air (102) and supplied to pre-drying space 6 as pre-drying air becomes.
  • the ambient air temperature is 10 ° C with a relative humidity of 50%> (see (P5) in FIGS. 2 and 3).
  • the ambient air is heated by means of the heater 7 to about 40 ° C (vertical state change in Fig. 3 of P5 to P6), said pre-drying air through the pre-drying chamber 6 here from right to left, i. against the transport direction of the goods, passed.
  • the drying air is again moistened, i. the material is dried, which corresponds to a change of state in the direction of the dew-line (see route P6 to P7 in FIG. 3).
  • the air is preferably cooled down to the dew line, which would correspond to a relative humidity of 100%.
  • the relative humidity is about 99% while the temperature is 16.5 ° C (P7) Since hardly any energy can be recovered from this cold and humid air, the air is preferably released to the environment, ie Contrary to the preferred closed drying air cycle in Section B.
  • the water temperature which was supplied to the heater 7 in section A at about 42 ° C from section B, is after heating the ambient air only about 13 ° C.
  • This cooled water is passed from the pre-drying section A back to the drying section B and heated there again by means of the capacitor 3 to about 42 ° C.
  • the waste water of the heater 4 which has a temperature of about 22 ° C using the capacitor 3 is heated.
  • the wastewater of the heater 7 (about 13 ° C) with the waste water of the heater 4 (about 22 ° C) is mixed before heating in the condenser 3, the water temperature of the condenser feed line, for example, about 16 ° C.
  • the drying air flows in the pre-drying space 6 and in the drying space 1 preferably differ from one another. So it is preferred that the volume flow in pre-drying space is greater than in the drying room.

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Abstract

Beschrieben werden ein System und ein Verfahren zur Trocknung eines nassen Materials/Schüttgutes (40 ), insbesondere von Biomasse. Das zu trocknende Material (40 ) wird mit einer Transportvorrichtung (111) zumindest teilweise durch einen Trocknungsraum (1) befördert. Erwärmte Luft (100) wird durch den Trocknungsraum im wesentlichen entlang oder entgegen der Transportrichtung des zu trocknenden Materials geführt. Die Restwärme der Luft (101), die nach der Durchführung durch den Trocknungsraum noch vorhanden ist, wird mittels mindestens einer Wärmetauschereinrichtung (3 ) dem System zurückgeführt, sodass der Energiebedarf zur Trocknung des Materials unterhalb der notwendigen Verdampfungsenthalpie von Wasser, und vorzugsweise unterhalb von 2.200 kj/kg, besonders bevorzugt unterhalb von 1.500 kJ/kg und bevorzugt unterhalb von l.000kJ/kg, liegt.

Description

Trocknungsverfahren und Trocknungssystem
Die Erfindung betrifft ein Trocknungsverfahren und Trocknungssystem, insbesondere ein System und ein entsprechendes Verfahren zur Trocknung eines feuchten Materials wie feuchte Schüttgüter, und Biomasse bzw. kohlenstoffhaltigen Rohstoffe, insbesondere von Holzhackgut. Das erfindungsgemäße System basiert insbesondere auf einer Vor- Trocknungsvorrichtung mit einer nachgeschalteten Trocknungsvorrichtung, wobei die zu trocknende Gut vorzugsweise mittels Spiralförderer durch die Vor-Trocknungsvorrichtung und/oder Trocknungsvorrichtung transportiert wird. Durch effiziente Wärmerückführung bzw. Energiekopplung zwischen der Vor-Trocknungsvorrichtung und der Trocknungsvorrichtung wird ein effizientes und energiesparendes System und Verfahren bereitgestellt.
Hintergrund der Erfindung
Biogene Schüttgüter wie Hackschnitzel, Rindenmulch oder generell Schredderprodukte aus der Forstwirtschaft, werden immer häufiger thermisch in Heizwerken verwertet. Aufgrund ihres hydrophilen Verhaltens ziehen derartige Schüttgüter während ihrer Lagerung im Freien, bei entsprechenden Umgebungsbedingungen, enorme Mengen von Wasser an bzw. nehmen Wasser auf. Ein Wassergehalt bis 60% der Gesamtmasse ist keine Seltenheit. Neben dem Umstand, dass diese Feuchtigkeit den biologischen Abbauprozess des Brennstoffes stark beschleunigt (Energieverlust während der Lagerung) muss der Wasseranteil jedenfalls vor bzw. während der thermischen Verwertung entfernt bzw. verdampft werden. Der Heizwert von Holz kann dadurch beispielsweise von 15 M J/kg (bei 18% Wassergehalt) auf 6 MJ/kg (bei 60% Wassergehalt) herabgesetzt sein. Neben einem verschlechterten Verbrennungsverhalten, welches sich negativ auf den Wirkungsgrad bei thermischer Verwertung - beispielsweise in Heizwerken - auswirkt, erhöht sich mit steigendem Wasseranteil vor allem die benötigte Brennstoffmenge.
Die technische Trocknung von Schüttgütern zählt zu den Grundverfahren der thermischen Verfahrenstechnik. Band-, Trommel- und Wirbelschichttrockner sind in der Lage, große Mengen an Schüttgüter schnell, aber mit erheblichem Energieeinsatz, zu trocknen. Umlufttrockner benötigen geringe Mengen an thermischer Energie sind jedoch neben jahreszeitlichen Schwankungen sehr langsam und zum Teil ineffizient.
Biogene Schüttgüter besitzen eine Eigenschaft, die es schwierig macht sie mit diesen herkömmlichen Trocknungsverfahren zu entwässern. Ihr spezifischer Energieinhalt respektive ihr Heizwert pro Volumen ist derartig gering, dass allein durch die hohen Investitionskosten für die vorstehend erwähnten Trocknungssysteme, der Großteil der Anlagen nicht ökonomisch betrieben werden kann. Im Folgenden werden Vor- und Nachteile - vor dem Hintergrund der Verwendung für die Trocknung von Biomasse - unterschiedlicher Trocknungssysteme die aus dem Stand der Technik bekannt sind diskutiert.
Bandtrockner sind eines der am häufigsten umgesetzten Trocknungskonzepte. Die einfachste Möglichkeit, Gut auf einem Förderband zu Trocknen ist, die Trocknungsluft über das Gut hinwegzuleiten. Im Regelfall wird die Trocknungsluft durch ein perforiertes Förderband gedrückt, was direkt die Nachteile eines Bandtrockners impliziert. Wird die Schüttung nicht homogen aufgebracht strömt die Luft durch jenen Bereich des geringsten Widerstandes, was zu einer inhomogenen Trocknung führt. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Trocknungsluft durch das Band gedrückt werden muss, was sich durch einen erhöhten Druckverlust negativ auf die Betriebskosten auswirkt. Aufgrund des unterschiedlichen Wassergehalts auf dem Trocknerband ist es bedingt möglich spezifische Größen für den Abgasstrom, d.h. den Luftstrom der den Trockner verlässt, anzugeben. Dies erklärt warum der Abgasstrom von Bandtrocknern typischerweise eine relative Luftfeuchtigkeit von beispielsweise 70% hat. Der thermische Energiebedarf von Bandtrocknern liegt beispielsweise zwischen 3.000 und 6.000kJ/kg entferntem Wasser (Verdampfungsenthalpie von Wasser bei 100°C: 2.250 kJ/kg Wasser).
Trommeltrockner, bei denen das Gut in einem beheizten, rotierenden Drehrohr bewegt wird, werden hauptsächlich in Großanlagen mit einer Wasserverdampfungsleistung von bis zu 50t/h eingesetzt. Speziell in der Späne verarbeitenden Industrie werden Trommeltrockner eingesetzt, da ihre Haupteinsatzgebiete im Bereich rieselfähiger, poröser Schüttgüter liegt. Für die Trocknung klebriger bzw. pastöser Stoffe eignen sich Trommeltrockner weniger, da diese Stoffe die Wandung des Trommeltrockners verkleben können und so den Wärmeübergang verschlechtern. Im Realfall wird selten eine Abgaskondensation eingesetzt, der Grund hierfür liegt in der Staubbelegung des Wärmetauschers. Die Staubbelegung des Wärmetauschers führt zu einem erhöhten Druckverlust und einem verschlechtertem Wärmeübergang. Reale Werte für den spezifischen Energiebedarf eines Trommeltrockners lassen sich mit 3.000-10.000kJ/kg verdampftes Wasser beziffern.
Aufgrund ihrer einfachen Bauweise und dem geringen spezifischen thermischen Energieverbrauch werden Umlufttrockner häufig in der Landwirtschaft eingesetzt. Das zu trocknende Gut wird dabei auf Schüttungen aufgebracht und mittels Umgebungsluft von unten durchströmt. Der Trocknungsverlauf ist daher hauptsächlich von der Umgebungstemperatur aber auch von Luftfeuchtigkeit, Schüttungshöhe und Trocknungsluftmenge abhängig. Speziell im Winter, wenn die größte Menge an Energie benötigt wird liefert dieses System den geringsten Output und ist daher für technische Anwendungen nur bedingt geeignet.
Schneckentrockner sind relativ komplex aufgebaute Systeme, welche über eine Mantelheizung, sowie häufig über eine Beheizung der Förderschnecken verfügen. Als Förderschnecke bezeichnet man eine Welle, um die ein oder mehrere schneckenförmig gewundene Gänge in Form von flachen Blechen gewendelt werden. Häufigste Ausführung ist ein Schneckenwärmetauscher, welcher pastöse Stoffe temperiert. Der Vorteil dieses Systems ist, dass auch Kristallisationsvorgänge im Trockner kein Problem darstellen. Hauptsächliche Nachteile sind die hohen Investitionskosten, sowie hohe Betriebskosten welche insbesondere durch den Druckverlust in der Schnecke hervorgerufen werden.
Wirbelschichttrockner sind Trockner die durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten Partikel fluidisieren und diese durch einen intensiven Stoff und Wärmeaustausch trocknen. Der Haupteinsatzbereich liegt in der chemischen Industrie, bzw. Kohlestaubtrocknung und zeichnet sich bei größeren Partikeln durch einen enormen elektrischen Aufwand für Gebläse aus. In der Biomassetrocknung wurde eine Wirbelschichttrocknung noch nicht realisiert.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass eine der Grundproblematiken bei der Trocknung von Biomasse die hohe Verdampfungsenthalpie von Wasser (2.250kJ/kg bei 100°C) ist, welche im Zuge des Trocknungsprozesses aufgebracht werden muss. Die aus dem Stand der Technik bekannten Hochtemperatur Trocknungssysteme sind zwar in der Lage große Mengen an Material schnell zu verarbeiten und zu trocknen, brauchen jedoch ein Vielfaches dieser Energiemenge pro Kilogramm Wasser. Aufgrund der relativ geringen Energiedichte von Biomasse und den vergleichsweise hohen Wasseranteilen würde für eine Trocknung in einem solchen Verfahren die komplette Energie der Biomasse für die Trocknung aufgewendet werden. Gewissermaßen das Gegenteil zu Hochtemperaturtrockner sind Umlufttrockner, welche ohne thermische Zusatzenergie auskommen und diese ausschließlich aus der Umgebung beziehen. Hiermit gelingt jedoch kein effizienter Trocknungsprozess. Vor allem während der kalten Jahreszeit kann die Luft nur wenig mit Wasser beladen werden - genau in dieser Zeit werden jedoch maximale Mengen an trockenem Brennstoff benötigt. Ein hoher elektrischer Eigenenergiebedarf aufgrund enormer Luftmengen ist die Folge. Aktuelle Systeme sind nicht in der Lage, biogene Schüttgüter effizient und ökonomisch zu trocknen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes System und ein entsprechendes Verfahren zur Trocknung von Material, insbesondere Schüttgütern und Biomasse bzw. kohlenstoffhaltigen Rohstoffen bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe ein System und ein entsprechendes Verfahren zur Trocknung bereitzustellen, das energiesparend arbeitetet, wobei der Energiebedarf zur Trocknung vorzugsweise unterhalb der notwendigen Verdampfungsenthalpie von Wasser liegt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein effizientes, vorzugsweise günstiges und integratives Trocknungssystem bzw. Verfahren bereitzustellen, welches auf die Anforderung dieser „neuartigen" Schüttgüter mit relativ geringem Heizwert abgestimmt ist.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Erfindungsgemäß werden ein System sowie ein Verfahren zur Trocknung eines flüssigkeitshaltigen Materials, insbesondere von Biomasse, bereitgestellt, wobei das Verfahren vorzugsweise die folgenden Verfahrensschritte aufweist. Das flüssigkeitshaltige Material wird mittels einer Transportvorrichtung zumindest teilweise durch einen Vor- Trocknungsraum und/oder einen Trocloiungsraum befördert. Während des Transports durch den Vor-Trocknungsraum und/oder Trocknungsraum kann das Material vorzugsweise mehrfach gewendet werden. Mittels eines erwärmtes/erhitzten Gases - vorzugsweise Luft - das ebenfalls durch den Vor-Trocknungsraum und/oder Trocknungsraum durchgeführt wird kann die im Material enthaltene Flüssigkeit - vorzugsweise Wasser - zumindest teilweise abgeführt bzw. entfernt werden, d.h. das Material kann getrocknet werden. Die Durchführrichtung bzw. Strömungsrichtung des erwärmten/erhitzten Gasstroms ist vorzugsweise entgegen der Transportrichtung des Materials gerichtet, kann jedoch auch mit der Transportrichtung des Materials gleichgerichtet sein.
Der Vor-Trocknungsraum und der Trocknungsraum sind vorzugsweise ähnlich gestaltet. So kann beispielsweise der Vor-Trocknungsraum und/oder der Trocknungsraum eine zumindest teilweise zylinderförmige Trommel aufweisen, innerhalb derer die Transportvorrichtung, vorzugsweise in Form eines Spiralförderers, angeordnet ist. Im Gegensatz zu einer Förderschnecke, die eine Schneckenwelle mit daran angebrachtem Schneckengewinde aufweist, besitzt der erfindungsgemäße Spiralförderer vorzugsweise keine zentrale Welle, um eine Spirale bzw. Wendel zu stützen ("wellenlose Förderspirale"). Mit anderen Worten der Spiralförderer wird vorzugsweise durch eine selbsttragende Wendel bzw. Spirale bzw. Schraube gebildet.
Der Freiraum in der Mitte der Wendel wird dabei als „Seele" bezeichnet. Diese Konstruktion ermöglicht, dass ein Gas entlang der Seele durch die Wendel geführt werden kann. Es kann jedoch vorteilhaft sein, innerhalb der Seele Stützkonstruktionen vorzusehen, wobei die Stützkonstruktionen jedoch nicht den gesamten Hohlraum der Seele ausfüllen. Der erfindungsgemäße Spiralförderer mit "Seele", hat den Vorteil, dass entlang der geometrischen Mittelachse des Spiralförderers die erwärmte/erhitzte Luft zum Trocknen des Materials ungehindert durchgeführt werden kann, d.h. es kann eine effiziente Wärmeübertragung von der Luft an das geförderte Material stattfinden. Eine optional innerhalb der Seele angebrachte Stützkonstruktion sollte derart ausgeführt sein, dass Gas im Wesentlichen entlang der Achse der Wendel durchströmen kann, d.h. die Stützkonstruktion sollte im Gegensatz zu einer Welle einer Förderschnecke nicht massiv ausgebildet sein und Öffnungen aufweisen, die einen Gasfluss erlauben. Beispielsweise könnte eine Stützkonstruktion radial angeordnete Speichen aufweisen.
Ähnlich wie bei der Förderschnecke wird die Wendel für den Transport des Materials gedreht, d.h. das Förderprinzip entspricht vorzugsweise dem einer archimedischen Schraube.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Vor-Trocknungsraum und/oder Trocknungsraum selbst als zylinderförmige Trommel, ovalförmiges Rohr oder als Rohr mit einem zumindest teilweise (kreis)bogenförmigen Querschnitt ausgebildet, in deren/dessen Inneren ein rotierender Spiralförderer das Material von einem Material-Eintrag zum einem Material-Austrag befördert. Vorzugsweise hat das Rohr bzw. die Trommel zumindest unten einen (kreis)bogenförmigen Querschnitt der im Wesentlichen der Bogenform des rotierenden Spiralförderers in Form und Größe entspricht, um einen effektiven Transport des Materials zu gewährleisten.
Vorzugsweise sind an dem Spiralförderer mit Seele zusätzliche Wendevorrichtungen angebracht, wodurch das zu trocknende Material innerhalb des Vor-Trocknungsraums und/oder des Trocknungsraums gewendet werden kann. Beispielsweise können Schaufeln an der dem Spiralförderer ein Durchmischen bzw. Wenden beschleunigen. Das erfindungsgemäß bevorzugte Spiralfördersystem ähnelt in gewisser Hinsicht einem Trommeltrocknungssystem. Ein wesentlicher Unterschied dabei besteht jedoch darin, dass sich nicht die ganze Trommel dreht, sondern vorzugsweise nur der Spiralförderer und vorzugsweise nicht die Trommel. Dadurch kann ein deutlich günstiger (Vor-)Trockner realisiert werden dessen Eigenenergiebedarf deutlich reduziert ist.
Nach Durchführung des erwärmtes/erhitzten Gases durch den Trocknungsraum wird die im Gas enthaltene "Restenergie" mittels mindestens einer Wärmeüberträgereinrichtung/ Wärmetauschereinrichtung - vorzugsweise einem Kondensator - dem erfindungsgemäßen System zurückgeführt. Die gewonnene Energie kann beispielsweise zum Vorwärmen des oben genannten Gasstroms dienen, wobei der vorgewärmte Gasstrom anschließend weiter erhitzt und anschließend durch den Trocknungsraum durchgeführt wird und/oder kann zum Erwärmen eines Vor-Trocknungsgasstroms verwendet werden. Der Energiebedarf zur Trocknung des Materials (im Folgenden auch als Gut bezeichnet) kann durch die effiziente Energierückgewinnung unterhalb der notwendigen Verdampfungsenthalpie von Wasser, und vorzugsweise unterhalb von 2.200 kJ/kg, besonders bevorzugt unterhalb von 1.500 kJ/kg und bevorzugt unterhalb von 1.000kJ/kg gedrückt werden.
Das erfindungsgemäße System wird vorzugsweise als "Niedertemperaturtrockner" ausgebildet, d.h., die Temperatur des erwärmten Gases das in den Trocknungsraum eingeführt wird (im Folgenden auch vereinfacht als Trocknungsluft bezeichnet) beträgt vorzugsweise zwischen 80°-240°C. Vorzugsweise liegt die Trocknungsluft nicht über der Zündtemperatur des zu trocknenden Gutes. So kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Trocknungsluft mit den üblichen Vor- bzw. Rücklauftemperaturen von Heizwerken oder Kraft- Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK-Anlage) erwärmt werden, d.h. auf Temperaturen zwischen ca. 70-1 10°C. D.h. die relativ geringen Temperaturen können in dem erfindungsgemäßen System effektiv für die Trocknung von Biomasse verwendet werden.
Aufbauend auf diesem bevorzugten Niedertemperaturkonzept ist es insbesondere mittels Auswahl bestimmter Eingangs- und Austrittstemperaturniveaus, vorzugsweise in Verbindung mit speziellen Wärmetauschern, zudem möglich, den effektiven Energiebedarf zur Verdampfung von Wasser weit unter das Niveau der Verdampfungsenthalpie zu senken. Die Realisierung des erfindungsgemäßen Niedertemperaturkonzeptes mit einer effizienten Energierückgewinnung wird später anhand eines konkreten bevorzugten Beispiels diskutiert werden. Laut Berechnungen ist theoretisch ein thermischer Energieverbrauch von unter 800 kJ/kg Wasser möglich. Werden Verlustquellen wie nicht ideale Wärmetauscher, Abstrahlung etc. berücksichtigt, so ist erfindungsgemäß ein Wert von unterhalb 1.500 kJ/kg Wasser erreichbar. Ohne die erfindungsgemäße Wärmerückführung würde ein Trockner mit identischen Betriebsparametern ca. 4.500 kJ/kg Wasser benötigen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße System für eine effiziente Energierückgewinnung bzw. Energieverwertung in mindestens zwei Abschnitte zerlegt werden; in einen Vor-Trocknungsabschnitt A und einen Trocknungsabschnitt B. Vorzugsweise wird Material zuerst in dem Vor-Trocknungsabschnitt vorgetrocknet und dann an den Trocknungsabschnitt überführt, d.h. es existiert eine "Schnittstelle" zwischen dem Vor-Trocknungsabschnitt und dem Trocknungsabschnitt für einen Materialübertrag. Zudem wird vorzugsweise Energie vom Trocknungsabschnitt B zum Vor-Trocknungsabschnitt A übergeben, d.h., es existiert eine "Schnittstelle" zwischen dem Trocknungsabschnitt und dem Vor-Trocknungsabschnitt für den Energieübertrag. Der Vor- Trocknungsabschnitt unterscheidet sich zudem zumindest in einem der nachfolgenden Merkmale von dem Trocknungsabschnitt.
Vorzugsweise hat die durch den Trocknungsraum des Trocknungsabschnitts durchgeführte Trocknungsluft eine höhere Temperatur als die Vor-Trocknungsluft die durch den Vor- Trocknungsraum des Vor-Trocknungsabschnitts durchgeführt wird. Die Temperaturniveaus sind neben der Umgebungstemperatur und Umgebungsfeuchte von der Temperatur der zugeführten Luft abhängig.
Vorzugsweise wird die Trocknungsluft durch den Trocknungsraum mit einer geringeren Strömungsrate (m /h) durchgeführt als die Vor-Trocknungsluft die durch den Vor- Trocknungsraum durchgeführt wird, d.h. die Strömungsrate ist im Vor-Trocknungsraum vorzugsweise höher als im Trocknungsraum. Allgemein ist ein Strömungsratenverhältnis von 1/2,5 bis 1/7 bevorzugt.
Vorzugsweise wird die Trocknungsluft im Trocknungsabschnitt in einem geschlossenen Kreislauf geführt und/oder die Vor-Trocknungsluft des Vor-Trocknungsabschnitts in einem offenen "Kreislauf durch den Vor-Trocknungsraum geführt.
Vorzugsweise wird das zu trocknende Material mit einer Transportvorrichtung zumindest teilweise durch einen Vor-Trocknungsraum, der einen Teil des Vor- Trocknungsabschnitts darstellt, befördert. Auch während der Vor-Trocknung kann das Material innerhalb des Vor-Trocknungsraums mehrfach gewendet werden. Entsprechend dem oben beschriebenen Trocknungsprozess wird eine Vor-Trocknungsluft durch den Vor- Trocknungsraum vorzugsweise im Wesentlichen entgegen der Transportrichtung des Materials durchgeführt. Das durch die Vor-Trocknungsluft vorgetrocknete Material wird anschließend an den Trockenraum übergeführt.
Erfindungsgemäß wird im Trocknungsabschnitt die erwärmte und durch den Trocknungsraum durchgeführte Luft vorzugsweise in einem Trocknungsluftkreislauf erwärmt und abgekühlt, wobei der Trocknungsraum vorzugsweise ein Teil des Trocknungsluftkreislaufes bildet.
Insbesondere aufgrund von Dampfdruckunterschieden zwischen der Trocknungsluft und dem im Material gespeicherten Wassers wird das gebundene Wasser aus dem Material getrieben und von der Luft aufgenommen.
Erfindungsgemäß kann die (Flüssigkeits-)-Speicherkapazität der Trocknungsluft innerhalb des Trocknungsraumes voll oder nur teilweise ausgenützt werden, d.h. die relative Luftfeuchtigkeit der abgegebenen Trocknungsluft (d.h. der Trocknungsluft nach durchströmen des Trocknungsraumes) liegt vorzugsweise zwischen 75% - 95%.
Innerhalb dieses Trocknungsluftkreislaufs weist das erfindungsgemäße System mindestens einen Wärmetauscher zum erwärmen/erhitzen der Luft auf, die dem Trocknungsraum zugeführt wird, und vorzugsweise mindestens einen Wärmetauscher, vorzugsweise Kondensator zum Abkühlen der Luft die von dem Trocknungsraum abgegeben wird. Der erste Wärmetauscher zum erwärmen/erhitzen der Luft wird mit Energie betrieben, die dem System von einer externen Energiequelle zugeführt wird, beispielsweise in Form von Wärmeenergie von einem Heizwerk oder einer KWK-Anlage. Die Energie die mit dem Wärmetauscher bzw. Kondensator zum Abkühlen der Luft die von dem Trocknungsraum abgegeben wird gewonnen wird, wird dem System selbst wieder zurückgeführt, d.h. vorzugsweise dem Trocknungsabschnitt und/oder dem Vor- Trocknungsabschnitt.
Um eine im wesentlichen störungsfreie und eine vorzugsweise effektive Wärmeübertragung bzw. Energierückgewinnung mit Hilfe des zugletztgenannten Wärmetauschers/Kondensators zu erzielen, wird die Luft nach Durchführung durch den Trocknungsraum, vorzugsweise mittels einer Filtereinheit und/oder eines Staubabscheiders, gefiltert, d.h. die Filtereinheit bzw. Staubabscheidereinheit ist vorzugsweise stromaufwärts vom Wärmetauscher bzw. Kondensator und stromabwärts des Trocknungsraums angeordnet. Mit Hilfe dieses Wärmetauschers bzw. Kondensators wird die abgegebene Luft weiter abgekühlt und oder der Wassergehalt in der Luft reduziert bzw. entfernt, wodurch Energie gewonnen wird die dem System zurückgeführt wird. Ein Kondensator bzw. eine Energie- und Wassersenke dient vorzugsweise neben der Abkühlung der Flüssigkeitsentfernung (Wasserentfernung) aus der Trocknungsluft. Insbesondere wird die durch Kondensation gewonnene Energie vorzugsweise dazu verwendet, um das Material in der Vor-Trocknungseinheit vorzutrocknen. Die durch den Wärmetauscher bzw. Kondensator gewonnene Energie kann alternativ oder zusätzlich dazu verwendet werden, um die Trocknungsluft innerhalb des Trocknungsluftkreislaufs vorzuwärmen, wobei die vorgewärmte Trocknungsluft anschließend mit Hilfe einer externen Energiequelle weiter erwärmt/erhitzt wird und dem Trocknungsraum zugeführt wird.
Erfindungsgemäß wird ein erheblicher Anteil der in der Trocknungsabluft enthaltenen Energie mit Hilfe einer Energie- und Wassersenke, insbesondere in Form eines Kondensators, bei relativ geringen Temperaturen betrieben. Mit anderen Worten, im Gegensatz zu gekannten Brüdenkondensatoren, die bei sehr hohen Temperaturen betrieben werden (in etwa bei der Siedetemperatur des Wassers), wird der erfindungsgemäße Kondensator vorzugsweise in einem Temperaturbereich unter 70°C betrieben, vorzugsweise unter 60°C, beispielsweise unter 50°C. Vorzugsweise wird die Betriebstemperatur des Kondensators je nach Temperatur der Trocknungsluft und Temperatur der Umgebungsluft abgestimmt. D.h. es wird relativ viel Energie, jedoch auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau gewonnen. Diese relativ niedrige Temperatur, die je nach bevorzugter Ausführungsform zwischen ca. 30 und 70°C liegt, kann erfindungsgemäß jedoch (i) für einen Vor-Trocknungsprozess verwendet werden und/oder (ii) zur Vor-Erwärmung der Trocknungsluft dienen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Temperatur der in den Trocknungsraum zugeführten Luft höher ist als die Temperatur der in den Vor- Trocknungsraum zugefülirten Luft. So liegt die Temperatur der in den Vor-Trocknungsraum zugeführten Luft vorzugsweise zwischen 20-80°C, weiter bevorzugt zwischen 40-70°C. Vorzugsweise ist die dem Vor-Trocknungsraum zugeführte Luft erwärmte Umgebungsluft, die nach der Durchführung durch den Vor-Trocknungsraum an die Umgebung zurückgeführt wird (d.h. offener Luftkreislauf). Die Temperatur der in den Trocknungsraum zugeführten Luft liegt vorzugsweise zwischen 80-240°C, weiter bevorzugt zwischen 180-240°C und für Hackgut besonders bevorzugt zwischen 1 10-150°C.
Die Erwärmung des Gases in Schritt (i) wird vorzugsweise mittels Gas-Flüssig
Wärmetauscher durchgeführt, wobei die nach der Gaserwärmung abgekühlte Flüssigkeit zum Abkühlen und optional zum Kondensieren des Gases dient, das vom Trocknungsraum abgegebenen wird. Vorzugsweise wird als Gas-Flüssig Wärmetauscher ein Luft-Flüssig, ein Gas-Wasser bzw. ein Luft-Wasser Wärmetauscher verwendet, wobei die Temperaturspreizung zwischen Gaseintritt-Flüssigkeitsaustritt und Gasaustritt- Flüssigkeitseinritt vorzugsweise gering ist, beispielsweise maximal 10 °C beträgt, vorzugsweise ca. 3°C oder weniger beträgt.
Erfindungsgemäß wird als Trocknungsgas Luft verwendet, mit deren Hilfe vorzugsweise Wasser aus dem Material entfernt wird. Die relative Luftfeuchte am Austritt des Trocknungsraums liegt vorzugsweise zwischen 75% und 95% relative Feuchte. Die Temperatur der Luft am Austritt des Trocknungsraums liegt vorzugsweise zwischen 20°C und 90°C.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Trocknungssystems gegenüber bekannten Trocknungssystemen aus dem Stand der Technik werden folgenden kurz zusammengefasst. Ein Trommeltrockner aus dem Stand der Technik ist üblicherweise sehr teuer in der Installation als auch während des Betriebs, wohingegen das erfindungsgemäße Trocknungssystem mit einem Spiralförderer als Transportmechanismus kostengünstig zu installieren und zu betreiben ist. Insbesondre erfordern Trommeltrockner einen hohen thermischen Energieverbrauch, wohingegen die erfindungsgemäße Energierückgewinnung bzw. Energierückführung bzw. Energieweiterverwertung ein sehr effizientes Trocknungssystem darstellt.
Umlufttrockner haben ähnlich wie Trommeltrockner einen hohen Energieverbrauch, d.h. der Wirkungsgrad ist im Vergleich zu dem System der vorliegenden Erfindung deutlich schlechter. Insbesondere kann der Energieverbrauch der vorliegenden Erfindung beispielsweise durch geringe Umdrehungszahl des Spiralförders reduziert werden. Zudem ist mit dem erfindungsgemäßen Spiralförderer ein Trocknungssystem mit geringen Druckverlusten realisierbar. Umlufttrockner haben oft auch das Problem, dass der Feuchtegrad des getrockneten Endproduktes relativ unbestimmt ist. Durch Anpassung der einzelnen Parameter zum Betreiben des erfindungsgemäßen Systems kann der Feuchtgrad des getrockneten Materials relativ gut vorhergesagt werden.
Mit anderen Worten, durch die erfindungsgemäße effiziente Energie- bzw. Wärmerückgewinnung im erfindungsgemäßen System selbst, beispielsweise durch Nutzung von Niedertemperaturabwärme und/oder durch Kombination etablierter Komponenten sowie innovativer Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik ist das erfindungsgemäße System bzw. Verfahren insbesondere auch für niederenergetische Stoffe wie Biomasse wirtschaftlich rentabel. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben:
Figur 1 zeigt eine erfindungs gemäße Ausführungsform eines
Trocknungssystems mit einer Vor-Trocknung und einer Trocknung in Form eines Blockschemas;
Figur 2 zeigt eine weitere erfmdungsgemäße Ausführungsform eines
Trocknungssystems mit einer Vor-Trocknung sowie einer Trocknung und ist zusätzlich mit beispielhaften Werten für Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit versehen;
Figur 3 zeigt ein h-x-Diagramm (Mollier-Diagamm) des in Figur 2 dargestellten schematischen Trocknungsverlaufs
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Trocknungssystems mit erfindungsgemäßer Energierückgewinnung. Die dargestellte Ausführungsform kann in einen Vor-Trocknungsabschnitt A (oben) und eine Trocknungsabschnitt B (unten) unterteilt werden. Die beiden Abschnitte sind über mindestens zwei "Schnittstellen" miteinander gekoppelt, nämlich eine "Materialschnittstelle"(AB-M) und eine "Energieschnittstelle"(AB-E). Vorzugsweise wird das Material im Abschnitt A vorgetrocknet und über die Material Schnittstelle zum Abschnitt B überführt. Andererseits wird Energie, vorzugsweise zurückgewonnene Energie, vom Abschnitt B zum Abschnitt A überführt.
Trocknungsabschnitt B: Zur Trocknung des Guts wird mittels Gebläse 9 im Kreis geführte Trocknungsluft 100 unter Verwendung eines Lufterhitzers 5, der beispielsweise mit Wärme von einem Heizkraftwerk betrieben wird, erhitzt und einem Trocknungsraum 1 zugeführt. Der in Figur 1 schematisch dargestellte Trocknungsraum 1 kann beispielsweise als zylinderförmige Trommel ausgeführt sein, in deren Inneren sich eine Transportvorrichtung entlang der Längsrichtung der Trommel erstreckt. Vorzugsweise wird als Transportvorrichtung ein Spiralförderer wie oben beschrieben verwendet.. Das zu trocknende Gut, d.h. das feuchtigkeitshaltige Material bzw. die nasse Biomasse, wird dem Trocknungsraum 1 von der linken Seite zugeführt (Eintrag), von links nach rechts durch den Trocknungsraum 1 befördert und auf der rechten Seite des Trocknungsraums 1 abgegeben 43 (Material- Austrag) .
Während des Durchströmens des Trocknungsraums trocknet die warme bzw. heiße Luft das Gut, d.h. nimmt Teile der im Gut vorhanden Flüssigkeit auf, d.h. die Trocknungsluft kühlt ab. Entsprechend nimmt der absolute Wassergehalt (x [kg Wasser/kg Luft]) der Trocknungsluft zu; folglich steigt die relative Luftfeuchtigkeit der Trocknungsluft.
Die abgekühlte und mit Flüssigkeit angereicherte Luft 101 wird mittels Filter(einheit) 2 an der linken Seite des Trocknungsraumes (Material-Eintrag) im Wesentlichen von Schwebeteilchen (Staub) befreit. Die Filtereinheit 2, die insbesondere der Staubabscheidung aus der Trocknungsabluft dient, zeichnet sich vorzugsweise durch eine Rückspülbarkeit und/oder einen geringen Druckverlust und/oder ein gutes Staubrückhaltevermögen aus, um eine Belegung des nachgeschalteten Wärmetauschers/Kondensators 3 mit Staub so gut wie möglich zu vermeiden.
Ein Teil der "Restenergie" - d.h. der Energie die in der Trocknungsabluft noch vorhanden ist - der Trocknungsabluft 101 aus dem Trocknungsraum 1 wird mit Hilfe des Wärmetauschers/Kondensators 3 zurückgewonnen und dazu verwendet, um im geschlossenen Kreislauf im Luftvorwärmer 4 die Luft vorzuwärmen und angesaugte Umgebungsluft 102 mit Hilfe des Lufterhitzers 7 im Vor-Trocknungsabschnitt A zu erwärmen. Mit anderen Worten, die rückgewonnene Energie wird von dem Trocknungsabschnitt B an den Vor- Trocknungsabschnitt A und den Trocknungsabschnitt B überführt.
Die von einem Gebläse 8 transportierte Umgebungsluft 102 wird mit Hilfe des Lufterhitzers 7 im Vor-Trocknungsabschnitt A erwärmt und anschließend auf der rechten Seite (Material-Austrag) dem Vor-Trocknungsraum 6 zugeführt, durchströmt den Vor- Trocknungsraum 6 entgegen der Transportrichtung des Gutes von rechts nach links, und wird auf der linken Seite (Material-Eintrag) als Abluft 103 an die Umgebung abgegeben. Ähnlich wie im Trocknungsraum 1 wird das Gut beispielsweise mit Hilfe einer achsenlosen Spirale entgegen dem Luftstrom transportiert.
Der Wärmetauscher bzw. Kondensator 3 im Trocknungsabschnitt B dient insbesondere der Wasserentfernung aus der Trocknungsabluft 101 und der Wärmerückgewinnung. Vorzugsweise wird ein Wasser- Luft Wärmetauscher verwendet, welcher sich durch eine möglichst geringe Temperaturspreizung zwischen Lufteintritt- Wasseraustritt und Luftaustritt- Wassereintritt auszeichnet. Eine große Austauschfläche kann beispielsweise mit einem Lamellen-Ripprohr Wärmetauscher erreicht werden. Üblicherweise liegt die Temperatur der erwärmten Umgebungsluft 102, die dem Trocknungsraum 6 zugeführt wird, unterhalb der erhitzten Trocknungsluft 100 die dem Trocknungsraum 1 zugeführt wird. Wiederum kann ein Filter 2 die abgegebene Abluft 101 von Schwebeteilchen (Staub) befreien.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trocknungssystems. Die
Bezugszeichen der Fig. 2 entsprechen im Wesentlichen den Bezugszeichen der Fig. 1 , jedoch wurde zu den Bezugszeichen die sich auf die Luft beziehen die Zahl um 100 erhöht. Zudem sind in der Fig. 2 beispielhafte Werte für die Gas- bzw. Flüssigkeitstemperaturen angegeben die in Fig. 3 im hx-Diagramm teilweise eingezeichnet sind. Gleich wie die Ausführungsform in Figur 1, kann die dargestellte Ausführungsform in eine Vortrocknung (oben; A) mit VorTrockenkammer 6 und eine Trocknung mit Trockenkammer 1 (unten: B) unterteilt werden. Ähnlich wie in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind der Trocknungsabschnitt A und der Vor-Trocknungsabschnitt zwei im Wesentlichen getrennte Abschnitte, die jedoch über zumindest einen Materialübertrag und einen Energieübertrag miteinander verbunden sind.
Das zu trocknende Gut 40 wird der Vor-Trockenkammer 6 auf der linken Seite zugeführt, mittels Transporteinrichtung (beispielsweise mittels Spiralförderer 61 1) nach rechts zum Material-Austrag der Vor-Trockenkammer 6 transportiert; von der VorTrockenkammer 6 über eine Schleuse 41 (beispielsweise eine Zellenradschleuse) der Trockenkammer 1 auf der linken Seite zugeführt; wiederum mit Hilfe einer Transporteinrichtung (beispielsweise mittels Spiralförderer 111) nach rechts zum Material- Austrag der Trockenkammer 1, von wo aus das getrocknete Material weiter verarbeitet werden kann, beispielsweise zur thermochemischen Umwandlung in Schwachgas bzw. Synthesegas oder direkt verbrannt werden kann.
Mit Hilfe des Lufterhitzers 5, der seine Energie beispielsweise aus einem Heizkraftwerk oder einem Kraftwärmekoppler bezieht, wird die Trocknungsluft erhitzt. Gleich wie in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird erhitzte Luft dem Trocknungsraum 1 auf der Material-Austragsseite (Luft-Einlass) zugeführt und entgegen dem Materialtransport durch den Trocknungsraum 1, hier von rechts nach links, durchgeführt. Bei der zu erhitzenden Luft handelt es sich um eine im Kreis geführte Trocknungsluft.
Eine konkrete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trocknungssystems wird im Folgenden parallel anhand der Figur 2 und des dazugehörigen h-x-Diagramms (siehe Figur 3) mit beispielhaften Temperaturwerten beschrieben. Beispielsweise wird die Trocknungsluft durch den Lufterhitzer 5 von ca. 40° C(P2) auf 200°C (P3) erhitzt. Die entsprechende Zustandsänderung der so erhitzten Trocknungsluft ist im h-x-Diagramm als senkrechte Linie Strecke zwischen den Punkten P2 und P3 dargestellt, d. h. der Zustandspunkt verschiebt sich bei Erhitzen der Luft vertikalen nach oben (der absolute Wassergehalt bleibt unverändert).
Diese erhitzte Trocknungsluft durchströmt den Trocknungsraum 1 hier von rechts nach links, wohingegen das Gut von links nach rechts transportiert wird. Es findet eine direkte Wärmeübertragung im Gegenstrom statt. Die durchgeführte erhitzte Trocknungsluft streicht über das Gut, dabei verdunstet die Flüssigkeit. Mit anderen Worten, die erhitzte Trocknungsluft entzieht dem Gut teilweise die Flüssigkeit, wodurch der absolute Flüssigkeitsanteil der durchgeführten Luft steigt (x nimmt zu) und die Temperatur der durchgeführten Trocknungsluft zudem abnimmt. Am Material-Eintritt bzw. Gasaustritt auf der hier linken Seite des Trocknungsraumes 1 wird die abgekühlte und mit Flüssigkeit angereicherte Trocknungsluft an eine Filtereinheit 2 abgegeben.
Die Zustandsänderung innerhalb des Trocknungsraumes 1 ist beispielhaft als Strecke von P3 nach P4 im h-x-Diagramm der Figur 3 dargestellt. Die Temperatur nimmt von ca. 200°C auf ca. 46°C ab; der absolute Wassergehalt und die relative Luftfeuchtigkeit (ca. 90%) nimmt zu wohingegen die Enthalpie der Luft geringfügig abnimmt
Die Filtereinheit 2 dient im Wesentlichen der Staubabschaltung aus der Trocknungsabluft und zeichnet sich vorzugsweise durch eine gute Rückspülbarkeit, einen geringen Druckverlust und ein vorzugsweise gutes Staubrückhaltevermögen aus, um eine Belegung des nachfolgenden Wärmetauschers/Kondensators 3 mit Staub so gut wie möglich zu vermeiden.
Die gefilterte Abluft wird dem Kondensator 3 zugeführt, wodurch die Abluft zunächst abgekühlt wird (d.h. der absolute Wassergehalt beleibt im Wesentlichen unverändert und der Zustand in Figur 3 verschiebt sich senkrecht nach unten zur Taulinie; relative Luftfeuchte 100%). Anschließend wird Wasser durch den Kondensator 3 durch Kondensation aus der Trocknungsabluft entfernt wird (Zustandsänderung entlang der Taulinie nach links; siehe Strecke P4 nach PI). Durch die Kondensation wird ein beträchtlicher Teil an Energie zurückgewonnen. Nach Durchlaufen des Kondensators 3 hat die Trocknungsluft eine relative Feuchte von ca. 100% und eine Temperatur von ca. 20°C (PI).
Diese durch Kondensation gewonnene Energie wird teilweise (ca. 10-30%) im konkreten Beispiel zu ca. 14% dazu verwendet, die Trocknungsluft mit dem Erhitzer 4 wieder vorzuwärmen. D.h. ein Teil der gewonnenen Energie verbleibt im Trocknungsabschnitt B. So wird beispielsweise mit Hilfe des Kondensators 3, Wasser auf ca. 42°C erwärmt, wobei ein Teil des erwärmen Wassers dem Erhitzer 4 zugeführt wird, der die Luft von ca. 20°C auf ca. 40°C erwärmt, d.h. die Luft wird erwärmt ohne dass sich der absolute Wassergehalt ändert. Entsprechend kann die Zustandsänderung in Figur 3 durch die Strecke PI nach P2 dargestellt werden. Die auf 40°C erwärmte Luft wird anschließend mit Hilfe des Lufterhitzers 5 wiederum auf 200°C erwärmt; der Trocknungsluftkreislauf ist geschlossen.
Ein Grossteil (ca. 70 - 90%) der durch den Kondensator 3 gewonnen Energie wird der Vor-Trocknung A zugeführt. In dem konkreten Beispiel von Figur 2 und 3, wird das Wasser, das im Kondensator auf ca. 42°C erwärmt wurde, einem Erwärmer 7 zugeführt, um Umgebungsluft (102) zu erwärmen, und als Vor-Trocknungsluft dem Vor-Trocknungsraum 6 zugeführt wird. In dem konkreten Beispiel beträgt die Temperatur der Umgebungsluft 10°C mit einer relativer Feuchte von 50%> (siehe (P5) in Figur 2 und 3). Die Umgebungsluft wird mit Hilfe des Erwärmers 7 auf ca. 40°C erwärmt (senkrechte Zustandsänderung in Fig. 3 von P5 nach P6), wobei diese Vor-Trocknungsluft durch die Vor-Trocknungskammer 6 hier von rechts nach links, d.h. entgegen der Transportrichtung des Gutes, geleitet.
Während der Vor-Trocknung innerhalb des Vor-Trocknungsraumes 6 wird die Trocknungsluft wiederum befeuchtet, d.h. das Gut wird getrocknet, was einer Zustandsänderung in Richtung Taulinie entspricht (siehe Strecke P6 nach P7 in Fig. 3). Hierbei ist es wünschenswert, die maximale Beladungsfähigkeit der Luft auszunützen, d.h., die Luft wird vorzugsweise bis zur Taulinie hin abgekühlt, was einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100% entsprechen würde. In dem konkreten Beispiel beträgt die relative Luftfeuchtigkeit ca. 99% während die Temperatur 16,5°C (P7) beträgt Da aus dieser kalten und feuchten Luft kaum noch Energie rückgewonnen werden kann, wird die Luft vorzugsweise an die Umgebung abgegeben, d.h., im Gegensatz zum bevorzugten geschlossenen Trocknungsluftkreislaufes in Abschnitt B.
Die Wassertemperatur, die dem Erwärmer 7 im Abschnitt A mit ca. 42°C vom Abschnitt B zugeführt wurde, beträgt nach der Erwärmung der Umgebungsluft nur noch ca. 13°C. Dieses abgekühlte Wasser wird von dem Vor-Trocknungsabschnitt A wieder zum Trocknungsabschnitt B geführt und dort mit Hilfe des Kondensators 3 wieder auf ca. 42°C erwärmt. Zudem wird auch das Abwasser des Erhitzers 4, das eine Temperatur von ca. 22°C hat mit Hilfe des Kondensators 3 erwärmt. Da das Abwasser des Erwärmers 7 (ca. 13°C) mit dem Abwasser des Erhitzers 4 (ca. 22°C) vor der Erwärmung im Kondensator 3 vermischt wird, beträgt die Wassertemperatur der Kondensatorzuleitung beispielsweise ca. 16°C.
In Hinblick auf das h-x-Diagramm der Figur 3 sollte beachtet werden, dass sich die Trocknungsluftflüsse im Vor-Trockungsraum 6 und im Trockungsraum 1 voneinander vorzugweise unterscheiden. So ist es bevorzugt, dass der Volumenstrom in Vor- Trockungsraum größer ist als im Trocknungsraum.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Trocknung eines feuchtigkeitshaltigen Materials, insbesondere von Schüttgüter und Biomasse, mit den Schritten:
Befördern des Materials mit einer Transportvorrichtung zumindest teilweise durch einen Trocknungsraum (1), wobei das Material vorzugsweise mehrfach gewendet wird,
Durchführen eines erwärmten Gases, vorzugsweise Luft, durch den Trocknungsraum im Wesentlichen entlang oder entgegen der Transportrichtung der Transportvorrichtung,
wobei die im Gas enthaltene Restenergie nach der Durchführung durch den Trocknungsraum mittels mindestens einer Wärmetauschereinrichtung zurückgeführt wird, sodass der Energiebedarf zur Trocknung des Materials unterhalb der notwendigen Verdampfungsenthalpie von Wasser, und vorzugsweise unterhalb von 2.200 kJ/kg, besonders bevorzugt unterhalb von 1.500 kJ/kg und bevorzugt unterhalb von 1.000kJ/kg, liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erwärmte und durch den Trocknungsraum durchgeführte Gas in einem Trocknungsgaskreislauf erwärmt und abgekühlt wird, wobei der Trocknungsraum (1) vorzugsweise ein Teil des Trocknungsgaskreislaufes bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das durchgeführte Gas nach dem Durchführen durch den Trocknungsraum mittels einer Filtereinheit (2) und/oder eines Staubabscheiders gefiltert wird, in einem Kondensator (3) weiter abgekühlt wird und anschließend durch die aus dem Kondensator (3) gewonnene Energie erwärmt wird, und anschließend auf Trocknungstemperaturen weiter erhitzt wird und wieder durch den Trocknungsraum (1) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei durch den Kondensator (3) Flüssigkeit aus dem abgekühlten Gas in Form von Flüssigkeit entfernt bzw. kondensiert wird und die Kondensationsenergie dazu verwendet wird, das Gas im Trocknungsgaskreislauf wieder vorzuwärmen (4) und/oder das Gas für eine Vor- Trocknung (6) vorzuwärmen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei vor der in den Ansprüchen 1 bis 4 beschriebenen Trocknung eine Vor-Trocknung des Materials durchgeführt wird, wobei
das Materials mit einer vorgeschalteten Transportvorrichtung (6) zumindest teilweise durch einen Vor-Trocknungsraum (6) befördert wird, wobei das Material vorzugsweise mehrfach gewendet wird,
ein Vor-Trocknungsgas durch den Vor-Trocknungsraum (6) im Wesentlichen entlang oder entgegen der Transportrichtung der vorgeschalteten Transportvorrichtung (6) durchgeführt wird, und
das durch das Vor-Trocknungsgas vorgetrocknete Material an den Trockenraum (1) übergeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Trocknungsraum (1) und/oder der Vor-Trocknungsraum (6) eine im Querschnitt zumindest teilweise (kreis)-bogenförmige Trommel aufweist, innerhalb derer die Transportvorrichtung, vorzugsweise in Form einer innerhalb der und relativ zur Trommel drehbaren Spiralförderwendel angeordnet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Material während des Transports, vorzugsweise durch die Spiralförderwendel (1, 6) mittels zusätzlicher an der Spiralförderwendel angebrachten Wendevorrichtungen gewendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die Temperatur des in den Trocknungsraum (1) zugeführten Gases höher ist als die Temperatur des in den Vor- Trocknungsraum (6) zugeführten Gases.
9. Verfahren nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, wobei die Temperatur des in den Vor- Trocknungsraum (6) zugeführten Gases, vorzugsweise Luft, zwischen 20-70°C beträgt, vorzugsweise zwischen 40-50°C, mit einer Wasserbeladung von 0-55g/kg trockene Luft
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vom Trocknungsraum (1) abgegebene Gas mittels Wärmetauscher abgekühlt und optional darin enthaltene Flüssigkeit bzw. Wasser kondensiert wird und die abgegebene Wärme (3)
(i) zur Erwärmung des Gases dient, das dem Vor-Trocknungsraum (6) zugeführt wird und/oder ) zur Erwärmung des Gases dient, das dem Trocknungsraum (1) zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei das in den Vor-Trocknungsraum (6) zugeführte Gas erwärmte Umgebungsluft ist, die nach der Durchführung durch den Vor- Trocknungsraum (6) an die Umgebung zurückgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1, wobei die Erwärmung der Luft in Schritt (i) mittels Luft-Wasser Wärmetauscher (7) durchgeführt wird, wobei das nach der Lufterwärmung abgekühlte Wasser zum Abkühlen der vom Trocknungsraum (1) abgegebenen Luft verwendet wird und optional dazu verwendet wird die in der abgegebenen Luft gebundene Flüssigkeit zu Kondensieren .
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des in den Trocknungsraum (1) zugeführten Gases zwischen 80-350°C beträgt, vorzugsweise zwischen 100-200°C.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die relative Feuchte am Austritt des Trocknungsraums (1) zwischen 75% und 95% relative Feuchte und die Temperatur vorzugsweise zwischen 20°C und 90°C beträgt.
15. System zur Trocknung von Biomasse, wie beispielsweise Holzhackschnitzel, mit:
einem Vor-Trocknungsabschnitt (A) zum vortrocknen der Biomasse und einem nachgeschalteten Trocknungsabschnitt (B) zum Trocknen der vorgetrockneten Biomasse, wobei
der Trocknungsabschnitt (B) einen Trocknungsraum (1) aufweist durch den die
Biomasse mittels einer Transportvorrichtung transportiert wird und ein erwärmtes Gas, vorzugsweise Luft, im wesentlichen entgegen der Transportrichtung der Biomasse durchgeführt wird, und den Trocknungsraum (1) als Abgas verlässt,
wobei eine Wärmetauschereinrichtung (3) im Trocknungsabschnitt (B) dem Trocknungsraum nachgeordnet ist, mit der aus dem Abgas Energie gewonnen wird, die an den Vor-Trocknungsabschnitt (A) überführt wird,
sodass der Energiebedarf zur Trocknung des Materials unterhalb der notwendigen Verdampfungsenthalpie von Wasser, und vorzugsweise unterhalb von 2.200 kJ/kg, besonders bevorzugt unterhalb von 1.500 kJ/kg und bevorzugt unterhalb von l .OOOkJ/kg, liegt.
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