DE19508400B4

DE19508400B4 - Vorrichtung zum Trocknen von feuchtem Material

Info

Publication number: DE19508400B4
Application number: DE19508400A
Authority: DE
Inventors: Klaus P.W. 81377 Luber; Gerd 92224 Renner; Siegfried 92224 Schröpf
Original assignee: Grammer Solar 92224 GmbH; GRAMMER SOLAR GmbH
Current assignee: Grammer Solar 92224 Amberg De GmbH
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2015-03-10
Also published as: DE19508400A1

Abstract

Vorrichtung zum Trocknen von feuchtem Material, das Feststoffe, Wasser und Zusatzstoffe enthält, wobei das Material in der Trocknungsvorrichtung von einem Luftvolumenstrom durchströmt und/oder überströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Trocknungseinrichtung (4) ein Kollektorfeld (1), umfassend eine Mehrzahl von Solar-Luftkollektoren (30), jeweils bestehend aus einem Gehäuse (32), schwarz-beschichteten Rippenabsorberelementen (33) aus Aluminium, einer Wärmedämmschicht (36) zwischen der einen Seitenfläche (37) und den Rippenabsorberelementen (33) und einer transparenten Abdeckung (39), angeordnet ist, dem Kollektorfeld (1) eine Heizeinrichtung (8) und wenigstens ein Temperatursensor für die Erfassung der Temperatur der Trocknungsluft nachgeschaltet und der Trocknungseinrichtung (4) vorgeschaltet sind, sowie der Trocknungseinrichtung (4) wenigstens ein Saug-Gebläse (3) mit veränderbarer Leistung, Rückschlagklappen (22, 26, 28) und Rückführleitungen für die Umluft (23) nachgeordnet sind.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist aus der DE 40 13 761 C2 bekannt, dass pastöses und/oder brockiges Material, welches Feststoffe, Wasser und Zusatzstoffe aufweist, auf einer luftdurchlässigen Fördereinrichtung in einem schichtförmigen luftdurchlässigen Haufwerk aufgebracht und mittels der Fördereinrichtung durch eine Trocknungseinrichtung durchbewegt wird, während gleichzeitig in der Trocknungseinrichtung ein Trocknungsgasstrom im Gegenstrom durch die Haufwerkschicht durchgeleitet wird, um das Wasser dem feuchtem Material zu entziehen, wobei die Haufwerkschicht derartig mit dem Trocknungsgasstrom beaufschlagt wird, dass sie während ihres Transportes durch die Trockeneinrichtung hindurch an keiner Stelle 348 K übersteigt, und die Haufwerkschicht maximal auf 343 K erwärmt wird.
Bei der Bereitstellung des Trocknungsgasstromes durch Verbrennung von Energieträgern wie Erdgas, Erdöl oder Faulgas werden mit zunehmend finanziellem Aufwand die begrenzten natürlichen Ressourcen an Primärenergieträgern verringert und Emissionen, insbesondere an Kohlendioxid, erhöht, was zu einer als negativ zu bezeichnenden globalen Erwärmung der Erdatmosphäre (Treibhauseffekt) beiträgt. Zudem sind bei konventionellen Trocknungseinrichtungen aufgrund der relativ hohen Temperaturen des Trocknungsgases in der Trocknungseinrichtung die Brüden relativ hoch mit Schmutz- und Schadstoffen belastet, so dass die Abluft durch verfahrenstechnisch und finanziell aufwendige Verfahren wie z. B. Brüdenkondensation und Biowäsche behandelt werden muss, bevor sie an die Umgebung abgegeben werden darf.
Aus der DE 43 15 321 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Trocknung von Schlämmen und verschmutzten Flüssigkeiten mit Unterstützung von Solarstrahlung bekannt, wobei die Zuluft von Sonnenenergiesammlern oder sonstiger Fremdenergie vorgewärmt wird. Die in diesem Verfahren beschriebene Luftvorerwärmung bezieht sich nicht auf die Trocknungsluft für die Trocknung von feuchtem Material, sondern vielmehr auf die Luft, die zur zusätzlichen Auflockerung und Reinigung einer Filterschicht mit Hilfe einer Luftdruckerhöhungsanlage eingeblasen wird. Die für die Trocknung des Schlammes vorgesehene Luft wird aufgrund natürlicher Konvektion und, falls notwendig, mit Unterstützung von mechanischen Antrieben durch eine als Trocknungseinrichtung zu bezeichnende gewächshausähnliche Konstruktion geleitet, wobei es sich für den Trocknungsvorgang als sehr günstig erweist, wenn das umschließende Gebäude mit einer transparenten Hülle ausgebildet wird, so dass die einfallende Strahlung das zu trocknende Material direkt erwärmt. Die für die Trocknung verwendete Luft wird demnach nicht gezielt durch Solar-Luftkollektoren geleitet und erwärmt. Des weiteren wird in diesem besagten Verfahren keine eindeutigen Angaben darüber gemacht, wie hoch die Temperatur der Trocknungsluft am Trocknereingang oder am Trocknerausgang ist, ob und wie hoch die Abluft mit Schad- und Schmutzstoffen belastetet ist und ob bei der Schlammtrocknung eine Abluftbehandlung notwendig ist.
Die DE 28 31 003 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Trocknen von feuchtem Material, das Feststoffe, Wasser und Zusatzstoffe enthält als bekannt, wobei das Material in der Trocknungsvorrichtung von einem Luftvolumenstrom durchströmt und/oder überströmt wird, und vorgesehen ist, dass vor der Trocknungseinrichtung ein Kollektorfeld sowie eine Heizeinrichtung dem Kollektorfeld nachgeschaltet ist, durch welche die Temperatur der Trocknungsluft vor Eintritt in die Trocknungseinrichtung auf die erforderliche Temperatur erwärmt wird. In dieser Druckschrift wird somit ein Verfahren zur Einsparung von Primärenergie durch die Nutzung von Sonnenenergie in einem Trocknungsverfahren für keramische Formlinge beschrieben. Es wird dabei aber weder der Aufbau der Luftkollektoren und deren Leistungsvermögen beschrieben, noch wird die Kontrolle bzw. die Regelung der Trocknungstemperatur auf einen konstanten Wert erläutert. Dies ist bei der Trocknung von temperaturempfindlichen Trocknungsgütern wie Lebensmittel, Futtermittel und deren Veredelungsprodukte, für welche die Trocknungsvorrichtungen der hier vorliegenden Erfindung vorzugsweise Verwendung finden, von erheblicher Bedeutung.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei die Trocknung von feuchtem Material, das Feststoffe, Wasser und Zusatzstoffe enthält, primärenergieeinsparend und derart durchgeführt dass die Trocknungsluft durch Nutzung von Sonnenenergie durch Verwendung von leistungsfähigen Solar-Luftkollektoren um bis zu 70 K erwärmt wird, und, bei zu geringer Sonneneinstrahlung, durch eine zusätzliche Heizeinrichtung auf einen konstanten Wert erwärmt wird, so dass bei der Trocknung von Lebensmitteln, Futtermitteln und Veredelungsprodukten nur das Wasser und keine Wert- und Nutzstoffe aus dem feuchten Material entfernt wird, und dass bei der Trocknung von schmutz- und schadstoffhaltigen Produkten, insbesondere von Klärschlamm, die Belastung der Abluft mit Schad- und Schmutzstoffen derart minimiert wird, so dass auf eine verfahrenstechnisch und finanziell aufwendige Behandlung derselben verzichtet wenden kann. Zur weiteren Primärenergieeinsparung soll in der Vorrichtung und im Verfahren die Reduzierung des Wärmebedarfes im Trocknungsprozess durch Umluftführung ermöglicht werden.
Dies Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen geben die Unteransprüche an.
Die Umgebungsluft wird mittels – in der Trocknungseinrichtung angeordneter – Ventilatoren zunächst durch mehrere in Reihe und parallel geschaltete Solar-Luftkollektoren gesaugt. Diese Absorbereinheiten bestehen im wesentlichen aus einem Gehäuse, aus Absorber-Profilelementen (Kanälen), z. B. aus schwarz-beschichteten Rippenabsorbern aus Aluminium, die sich von einer Seitenfläche des Mantels zu dessen gegenüberliegender Seitenfläche erstrecken, aus innenliegenden Wärmedämmschichten, welche die Absorber-Profilelemente vom jeweiligen Rücken und von den beiden Seitenflächen in Abstand halten. In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die der Sonneneinstrahlung zugewandte Seitenfläche der Solar-Luftkollektoren eine transparente Abdeckung auf, wodurch die Wärmeverluste der Absorbereinheiten reduziert werden.
Während die Umgebungsluft durch die Absorber-Profilelemente auf der strahlungsabgekehrten Seite gesaugt wird, wird auf die Absorber-Profilelemente die Solarstrahlung absorbiert, in thermische Energie umgewandelt und die dadurch gewonnene Wärmemenge an den kälteren Luftstrom zur strahlungsabgekehrten Seite hin übertragen. Die somit gewonnene Trocknungsluft wird anschließend an einer oder an mehreren Stellen der Trocknungseinrichtung zugeführt, indem eine oder mehrere Ventilatoren, die in der Trocknungseinrichtung angeordnet sind, die Trocknungsluft durch den Trockner saugen, wodurch das feuchte Material getrocknet wird. Die Abluft aus der Trocknungseinrichtung kann wahlweise und zu verschiedenen Massenanteilen, insbesondere dann, wenn die Abluft noch Feuchtigkeit aufnehmen kann, der Trocknungsluft am Eintritt zur Trocknungseinrichtung wiederholt beigemischt werden.
Die Temperatur der Trocknungsluft am Eintritt zur Trocknungseinrichtung wird auf einen konstanten Wert eingestellt. Dazu wird die Eintrittstemperatur kontinuierlich gemessen. Bei zu geringer Temperatur der Trocknungsluft am Eintritt zur Trocknungseinrichtung wird die solar-erwärmte Trocknungsluft nach den Luftkollektoren und vor der Trocknungseinrichtung durch eine mit Verbrennungsabgasen oder Abwärme betriebene Heizeinrichtung so lange zusätzlich erwärmt, bis die Temperatur der Trocknungsluft am Eintritt zur Trocknungsanlage wieder auf einen konstanten Wert eingestellt ist. Bei zu hoher Temperatur der Trocknungsluft am Trocknereintritt wird die Geschwindigkeit der Umgebungsluft durch die Solar-Luftkollektoren so weit erhöht, bis die Temperatur der Trocknungsluft am Trocknereintritt wieder konstant eingestellt ist.
Durch diese niedrige und konstant einstellbare Temperatur der Trocknungsluft ergeben sich die weiteren Vorteile, dass bei der Trocknung von Futtermitteln wie Halmfutter, Getreide oder Leguminosen und von Veredelungsprodukten wie Obst, Gemüse, Heil- und Gewürzpflanzen, Hopfen, Tabak oder Kaffee die entsprechenden Produkte effektiv und schonend behandelt werden, so dass nur das Wasser und nicht Nutz- und Wertstoffe mit der feuchten Abluft entfernt werden.
Des weiteren ist diese erfindungsgemäße Vorrichtung besonders geeignet für die Trocknung von Klärschlamm, da aufgrund der konstanten und niedrigen Temperaturen der Trocknungsluft in der Trocknungseinrichtung einerseits die Emissionen von Stickstoffverbindungen aus dem Klärschlamm gegenüber konventionellen Trocknungsverfahren sehr gering sind, und somit der Nährstoffgehalt des Klärschlammes durch die Trocknung kaum reduziert wird, was zu einer Steigerung der Klärschlammqualität hinsichtlich seines Düngewertes führt und seine Verwertung in der Landwirtschaft oder bei Rekultivierungsmaßnahmen fordert. Andererseits wird durch diese niedrige Trocknungstemperatur der organische Anteil des Klärschlammes nicht verringert, weshalb der Brennwert des Klärschlammes auf hohem Niveau (ähnlich dem der Braunkohle) erhalten wird, was seine Verwendung als Brennstoff fördert. Aus dem feuchten Material wird also nur der Wasseranteil abgetrennt, während bei belasteten Klärschlämmen, Feststoffe und Zusatzstoffe, insbesondere Dioxine und Furane, Quecksilber und andere Schwermetalle sowie organische Verbindungen/Schmutzstoffe, welche die Konzentrationen an BSB₅, CSB und Stickstoff in der Abluft erhöhen und zu Geruchsemissionen führen würden, nicht mobilisiert werden, sondern im stückigen Material verbleiben. Eine Behandlung der Abluft aus der Trocknungseinrichtung wie z. B. der Einsatz von Brüdenkondensatoren oder Biowäschern ist somit überflüssig.
Daraus resultieren die weiteren Vorteile, dass die Abluftbehandlung mit geringem verfahrenstechnischen und finanziellen Aufwand vorschriftsmäßig durchgeführt werden kann, und dass keine Rückbelastung der Kläranlage durch Brüdenkondensate mit allen negativen Folgen für die biologische Abwasserreinigung entsteht. Ein weiterer Vorteil gegenüber konventionellen Solartrocknern besteht darin, dass für den Betrieb der Trocknung des feuchten Materials ein Trocknungsmedium von konstanter Qualität zur Verfügung steht, wodurch ein stationärer und effektiver Trocknungsbetrieb erleichtert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine blockschaltbildartige Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage und
2 eine perspektivische Ansicht eines Solar-Luftkollektors.
1 zeigt das Solar-Luftkollektorfeld 1, das aus mehreren in Reihe und parallel geschalteten Solar-Luftkollektoren 30 besteht, durch die Umgebungsluft 2 mittels eines oder mehrerer Ventilatoren 3 gesaugt wird. Der bzw. die Ventilatoren 3 sind in der Trocknungseinrichtung 4 angeordnet. Während die Umgebungsluft 2 durch die Solar-Luftkollektoren 30 gesaugt wird, erwärmt sich diese bei Sonneneinstrahlung auf die Kollektoren 30. Reicht die Erwärmung der Trocknungsluft in den Kollektoren 30 aus, um die Temperatur der Trocknungsluft am Lufteintritt 5 zur Trocknungseinrichtung 4 auf einen vorgegebenen konstanten Wert einzustellen, so wird die Trocknungsluft über den direkten Luftkanal 6 vom Solar-Luftkollektorfeld der Trocknungseinrichtung 4 zugeführt.
Übersteigt die Temperatur der Trocknungsluft am Trocknereintritt 5 den konstanten Temperaturwert, so wird der Massendurchsatz der Umgebungsluft 2 durch die Solar-Luftkollektoren 30 über die Ansaugleistung der Ventilatoren 3 so weit erhöht, bis die Temperatur der Trocknungsluft am Trocknereintritt 5 wieder auf den konstanten Wert eingeregelt ist.
Liegt dagegen die Temperatur der Trocknungsluft am Trocknereintritt 5 unterhalb des einzustellenden konstanten Wertes, so wird die Trocknungsluft nach dem Kollektorfeld 1 und vor der Trocknungseinrichtung 4 teilweise oder auch vollständig über einen Bypass 7 geleitet, in welchem die Trocknungsluft mittels einer Heizvorrichtung 8, die mit Verbrennungsabgasen oder Abwärme 9 als wärmeabgebende Stoffe betrieben wird, zusätzlich so weit erwärmt wird, bis die Temperatur der Trocknungsluft am Trocknereintritt 5 wieder auf den konstanten Wert eingeregelt ist. Die Einstellung des Massenstromes an Trocknungsluft durch den Bypass 7 erfolgt durch Verstellen der Rückschlagklappe 10 im direkten Luftkanal 6 und durch Verstellen der Rückschlagklappe 11 im Bypass 7. Die beiden Trocknungsluftströme, die über den Bypass 7 bzw. durch den direkten Luftkanal 6 geleitet werden, werden an der Verknüpfungsstelle 12 wieder zusammengeführt.
Sobald die Temperatur der Trocknungsluft 13 nach dem Kollektorfeld 1 und vor der zusätzlichen Erwärmung wieder auf den konstanten Wert eingeregelt ist, wird die zusätzliche Erwärmung der Trocknungsluft durch die Heizeinrichtung 8 wieder eingestellt.
Die Trocknungsluft 13 tritt an einer oder an mehreren Stellen 5 in die Trocknungseinrichtung 4 ein, in der sie das, an einer anderen Stelle 14 der Trocknungseinrichtung 4 zugeführte feuchte Material 15 trocknet. In dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel wird Trocknungsluft 13 und feuchtes Material 15 im Kreuz-Gegenstrom zueinander geführt, wobei aber auch eine reine Gegenstrom- oder eine Gleichstromführung wahlweise einstellbar ist. Die Austragsöffnung für das Trockengut 16 aus der Trocknungseinrichtung 4 kann sich sowohl an einer der Eintrittsöffnung 14 des feuchten Materials 15 entgegengesetzten Seite 17 der Trocknungseinrichtung 4 befinden, als auch auf der gleichen Seite 18.
Die Trocknungsluft 13, die mittels der Ventilatoren 3 durch die Trocknungseinrichtung 4 gesaugt wird, wird nach Austritt 19 aus der Trocknungseinrichtung 4 als nahezu gesättigte feuchte Abluft 20 über Dach 21 an die Umgebung abgegeben. Wahlweise kann die Trocknungsluft 13 nach Austritt 19 aus der Trocknungseinrichtung 4 über die Rückschlagklappen 22 teilweise oder auch vollständig als Umluft 23 wieder der Trocknungseinrichtung 4 zugeführt werden. Vor jeder Verknüpfungsstelle 24 von Trocknungsluft 13 und Umluft 23 befindet sich im Trocknungsluftkanal 25 jeweils eine weitere Rückschlagklappe 26. Diese verhindert, dass Umluft 23 von der Trocknungseinrichtung 4 zurück zum Solar-Luftkollektorfeld 1 geleitet wird.
Des weiteren befindet sich nach jedem Ventilator 3 und vor jeder Verknüpfungsstelle 27 für nahezu gesättigte feuchte Abluft 20 jeweils eine weitere Rückschlagklappe 28. Diese verhindert, dass nahezu gesättigte feuchte Abluft 20, die über Dach 21 abgeleitet wenden soll, in die Trocknungseinrichtung 4 zurückgeleitet wird.
2 zeigt einen Solar-Luftkollektor 30, der für die solarthermische Erwärmung der Umgebungsluft 31 verwendet wird. Mehrere solcher Luftkollektoren 30 werden miteinander verbunden und mehrere Reihen solcher Kollektoren wenden parallel zueinander aufgestellt, so dass die Gesamtheit der Kollektoren ein Solar-Luftkollektorfeld 1 darstellt. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen die Solar-Luftkollektoren 30 im wesentlichen aus einem Gehäuse 32, aus Absorber-Profilelementen (Kanälen) eines schwarz-beschichteten Rippenabsorbers aus Aluminium 33, die sich von einer Seitenfläche 34 des Gehäuses zu dessen gegenüberliegender Seitenfläche 35 erstrecken, aus innenliegenden Wärmedämmschichten 36, welche die Absorber-Profilelemente 33 vom jeweiligen Rücken 37 und von den beiden Mantelseiten 38 auf Abstand halten, sowie aus einer transparenten Abdeckung 39 zur Reduzierung der Wärmeverluste der Absorbereinheit. Die Umgebungsluft 31 tritt jeweils an gleichen Enden dieser Reihen in die Luftkanäle 40 der Absorber-Profilelemente 33 ein und wird durch diese Luftkanäle auf der strahlungsabgekehrten Seite gesaugt. Bei Sonneneinstrahlung auf die Absorber-Profilelemente 33 wird die Solarstrahlung absorbiert, in thermische Energie umgewandelt und die dadurch gewonnene Wärmemenge an den kälteren Luftstrom zur strahlungsabgekehrten Seite hin übertragen. Die somit gewonnene Trocknungsluft 41 tritt an den, den Lufteintritt entgegengesetzten Enden 42 aus und gleichzeitig, falls der zuletzt beschriebene Kollektor nicht den letzten innerhalb einer Reihe darstellt, in den nächsten Kollektor ein. Am Ende einer jeden Reihe werden die Luftaustrittskanäle der einzelnen Reihen zu einem Sammelschacht zusammengeführt, der die Trocknungsluft 41 der Trocknungseinrichtung zuführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trocknung von feuchtem Material kann in Modulbauweise erstellt werden, so dass bei steigender Menge an feuchtem Material eine einfache und problemlose Kapazitätserweiterung der Trocknungseinrichtung möglich ist.

Claims

Vorrichtung zum Trocknen von feuchtem Material, das Feststoffe, Wasser und Zusatzstoffe enthält, wobei das Material in der Trocknungsvorrichtung von einem Luftvolumenstrom durchströmt und/oder überströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Trocknungseinrichtung (4) ein Kollektorfeld (1), umfassend eine Mehrzahl von Solar-Luftkollektoren (30), jeweils bestehend aus einem Gehäuse (32), schwarz-beschichteten Rippenabsorberelementen (33) aus Aluminium, einer Wärmedämmschicht (36) zwischen der einen Seitenfläche (37) und den Rippenabsorberelementen (33) und einer transparenten Abdeckung (39), angeordnet ist, dem Kollektorfeld (1) eine Heizeinrichtung (8) und wenigstens ein Temperatursensor für die Erfassung der Temperatur der Trocknungsluft nachgeschaltet und der Trocknungseinrichtung (4) vorgeschaltet sind, sowie der Trocknungseinrichtung (4) wenigstens ein Saug-Gebläse (3) mit veränderbarer Leistung, Rückschlagklappen (22, 26, 28) und Rückführleitungen für die Umluft (23) nachgeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Mehrzahl von Solar-Luftkollektoren (30) in Reihe geschaltet sind, und dass eine Mehrzahl derartiger Reihen parallel geschaltet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsluft an einer oder mehrerer Stellen (5) in die Trocknungseinrichtung (4) eintritt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (8) durch einen von Verbrennungsabgasen, Abwärme oder dergleichen beheizten Wärmetauscher gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zweigleitung (7) vor der Heizeinrichtung (8) eine Rückschlagklappe (11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückschlagklappe (10) in der Hauptleitung (6) zwischen Kollektorfeld und Verknüpfungsstelle (12) angeordnet ist.