DE102017009465A1

DE102017009465A1 - Einrichtung und Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse

Info

Publication number: DE102017009465A1
Application number: DE102017009465.9A
Authority: DE
Inventors: Willibald Hergeth
Original assignee: Transpofix Transp und Bodenbelaege Herstellungs und Vertriebs GmbH; Transpofix Transporthilfsmittel- und Bodenbelage-Herstellungs- und Vertriebs- GmbH
Current assignee: Transpofix Transp und Bodenbelaege Herstellungs und Vertriebs GmbH; Transpofix Transporthilfsmittel- und Bodenbelage-Herstellungs- und Vertriebs- GmbH
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-10-12
Also published as: DE102017009465B4; WO2018133905A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Biomasse in einer Heizanlage, bei welchem die Biomasse (B) einem Brennstofftrockner (2) chargenweise zugeführt und darin durch Umwälzen mit kontinuierlich zugeführter Prozessluft (L) getrocknet sowie nach erfolgter Trocknung aus dem Brennstofftrockner (2) abgeführt wird. Dabei ergibt sich folgender Verfahrensablauf:• die den Brennstofftrockner (2) durchströmende Prozessluft (L) wird stromaufwärts des Brennstofftrockners (2) mittels eines Wärmemittels in einem Wärmetau-scher aufgeheizt und sodann• die im Brennstofftrockner (2) angefeuchtete Prozessluft (L) aus dem Brennstofftrockner (2) abgeführt, danach erfolgt• das Umwälzen mit Prozessluft (L) nach Erreichen einer Zielfeuchtigkeit der im Brennstofftrockner befindlichen Biomasse (B) oder der abgeführten Prozessluft (L) endet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Biomasse zur Verwendung in einer Heizanlage, bei welchem die Biomasse einem Brennstofftrockner chargenweise zugeführt und darin durch Umwälzen mit Prozessluft getrocknet wird. Die Biomasse wird nach dem Abführen aus dem Brennstofftrockner in Formstücke gepresst. Die Erfindung betrifft zudem eine Einrichtung zum Aufbereiten von Biomasse.
Biomasse: Organische Stoffe biogener, nicht fossiler Art zur energetischen Nutzung, beispielsweise zur Verwendung in Biomasse-Heizanlagen.
Entsprechend der Definiton des Bundesverbandes der landwirtschaftlichen Berufsgenossenschaften e.V.: Biomasse Heizanlagen. Kassel, 2008, S. 3 umfasst der energietechnische Biomasse-Begriff tierische und pflanzliche Erzeugnisse, die zur Gewinnung von Heizenergie, von elektrischer Energie und als Kraftstoffe verwendet werden können. Hierbei bezieht sich der Biomasse-Begriff ausschließlich auf tierische und pflanzliche, nicht jedoch auf mikrobielle Stoffe. Zudem umfasst er innerhalb der tierischen und pflanzlichen Stoffe nur solche Substanzen, die energietechnisch verwertet werden können.
Im Kontext der beschriebenen Erfindung ist Biomasse ein Energieträger aus Phyto- und Zoomasse. Hierzu gehören auch aus Phyto- und Zoomasse resultierende Folge- und Nebenprodukte, Rückstände und Abfälle, deren Energiegehalt aus Phyto- und Zoomasse stammt.
Wirtschaftlich interessant ist die Wärmeerzeugung aus Bioenergie, die beispielsweise in Deutschland durch das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) gefördert wird, dies betrifft vor allem die Nutzung von Biomasse für Pelletheizungen.
Eine große Menge von Biomasse fällt in Form von Pferdemist vermischt mit Sägemehl und Stroh auf Pferdehöfen an. Die Pferdehaltung, insbesondere zur Zucht und als Freizeitsport ist weltweit und so auch in Deutschland zu einem wichtigen, wenn auch wenig beachteten Wirtschaftsfaktor geworden. Die Anzahl der alleine in Deutschland für die genannten Zwecke gehaltenen Pferde und Ponys wird auf etwa 1 Million Tiere geschätzt. Der Gesamtumsatz dieses Wirtschaftszweiges bewegt sich in Deutschland bei etwa 6 Milliarden € jährlich. Pro Pferd fallen jährlich etwa 57 m³ Pferdedung an (pro Tag ca. 25 kg Brennstoff/Pferd), wobei Einstreu in Form von Stroh oder Sägespänen berücksichtigt ist. Der Heizwert von Pferdedung ist interessant und beachtenswert. So kann bei der Verbrennung von 1 kg Pferdedung 3,5 bis 4,0 kWh gewonnen werden. Der Brennwert von 1 kg Pferdedung in für die Verbrennung geeigneter, getrockneter Form ist in etwa vergleichbar mit dem Brennwert von 200 bis 300 ml Heizöl.
An Entmistungsstellen von Ställen für Haustiere, wie etwa Pferde, fällt Haustierdung oder Pferdedung zusammen mit dem jeweiligen Einstreumaterial für die Tiere, also beispielsweise Stroh oder Sägespäne auch versetzt noch mit Futterresten, wie Heu als Gemenge an.
Daraus gewonnene Pellets eignen sich zur Befüllung von BHKW (Blockheizkraftwerken), welche wiederum Strom erzeugen und Heizungswärme produzieren.
Eine Einführung in die Grundlagen, Techniken und Verfahren in die Energiegewinnung aus Biomasse ist in KALTSCHMITT, M; HARTMANN, H, HOFBAUER, H; Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren. 2. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2009, S. 314-332. ISBN 978-3-540-85094-6 zu finden. Beschrieben sind zur Trocknung der Biomasse u.a. Satz- bzw. Kastentrockner mit einer geregelten Rezirkulation. Derartige Anlagen sind weit verbreitet, bauen allerdings sehr voluminös und benötigen für die Rezirkulation eine aufwendige Abdichtung.
Eine Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Pellets aus Pferdedung gewonnener Biomasse ist bereits in der DE 10 2006 006 701 B3 offenbart. Eine entsprechend geeignete Heizanlage und Verfahren zum Betreiben einer Heizanlage, insbesondere unter Verwendung von Pferdedung ist in der DE 102 26 538 A1 veröffentlicht.
Hieraus entwickelte sich aus dem Stand der Technik die aus der WO 2012/152248 A2 publizierte Einrichtung zur Aufbereitung von Biomasse. Der besondere Clou war hierbei die Idee, Prozessluft, bevor Sie dem Brennstofftrockner zugeführt werden mit einem Kältemittel in einem Wärmetauscher abzukühlen, wobei währenddessen der Prozessluft durch Kondensation Feuchtigkeit entzogen wird. Bevor allerdings die Prozessluft dem Trockner zugeführt wird erfolgt noch ein Erhitzen. Eine derart getrocknete und aufgewärmte Prozessluft würde beim Zusammentreffen mit der Biomasse im Brennstofftrockner relativ rasch die unerwünschte Feuchtigkeit entziehen und diese trocknen können. Ein weiterer Schritt in Richtung kompakterer Bauweise mit geregelten Rezirkulation ist in der WO 2012/059075 A2 offenbart. Dort ist eine Trocknertrommel mit innenliegenden Rotor zum Trocknen und Zerkleinern der Biomasse vorgesehen.
Der bei diesen beiden beschriebenen Vorrichtungen zu betreibende konstruktive Aufwand für die geregelten Rezirkulation ist jedoch beträchtlich, da neben den Komponenten für die Trocknung der Biomasse, der Zu- und Ableitung der Prozessluft und der Einrichtung zum Verpressen der getrockneten Biomasse in Formstücke eine Kälteanlage mit Verdampfer zu installieren ist. Hinzu kommt der Steuerungs- und regelungstechnische Aufwand bei der Abstimmung der kältetechnischen Prozessparameter mit den Prozessschritten der Trocknung und Förderung der Biomasse. Während der ausgiebigen Erprobung hat sich schließlich gezeigt, dass die Beherrschung und der hierzu notwendige apparative Aufwand für einen Betreiber einer derartigen Anlage ökonomisch unattraktiv sind.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie Einrichtungen anzugeben, mit welchen der energetische sowie apparative Aufwand zur Aufbereitung der Biomasse minimiert wird.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die in den unabhängigen Patentansprüchen genannten Merkmale gelöst.
Bezüglich des Verfahrens zum Aufbereiten von Biomasse ist gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgesehen, die Biomasse einem Brennstofftrockner chargenweise zuzuführen und dabei durch Umwälzen mit Prozessluft zu trocknen. Nach dem Abführen der getrockneten Biomasse aus dem Brennstofftrockner wird diese in Formstücke gepresst. Die den Brennstofftrockner kontinuierlich durchströmende Prozessluft ist stromaufwärts des Brennstofftrockners mittels eines Wärmemittels in einem Wärmetauscher aufheizbar, die im Brennstofftrockner angefeuchtete Prozessluft wird sodann aus dem Brennstofftrockner abgeführt. Der Trocknungsprozess kommt schließlich zum Ende wenn wahlweise die im Brennstofftrockner befindlichen Biomasse oder der abgeführten Prozessluft eine Zielfeuchtigkeit erreicht hat.
Der besondere Vorteil dieser Erfindung liegt nun darin, dass das Verfahren ein Aufbereiten der Biomasse zur Verwendung in einer Heizanlage mit wenigen, einfachen Komponenten darstellbar ist und somit der Aufbereitungsprozess mit wenigen Regelgrößen zuverlässig beherrschbar ist. Wahlweise stehen hierzu als Regelgröße die Zielfeuchtigkeit der im Brennstofftrockner befindlichen Biomasse oder der abgeführten Prozessluft zur Verfügung, wobei die Erfassung der Zielfeuchtigkeit der im Brennstofftrockner befindlichen Biomasse eine direktere und präzisere Prozessführung darstellt. Zweckmäßiger weise erfolgt die Prozessführung, die Erfassung und Steuerung der relevanten Prozessparameter über ein programmierbares Steuergerät, wie beispielsweise über eine handelsübliche Simatic-Steuerung.
Damit können wichtige u.a. über einschlägige Normen definierte Qualitätsparameter der herzustellenden Formstücke oder Pellets eingehalten bzw. eingesteuert werden. Dies betrifft insbesondere der Wassergehalt für Pellets zur nichtindustriellen und industriellen Verwendung. Für Holzpellets beispielsweise gilt die ISO 17225-2 „Biogene Festbrennstoffe - Brennstoffspezifikationen und -klassen“.
Auf Grund der kompakten Ausführung der Einrichtung mit seinen Komponenten ist es möglich, die Einrichtung als mobile Anlagenteile zu konzipieren, die, auf einem Fahrzeug verladen oder montiert, zu Dienstleistungszwecken - etwa bei Lohnunternehmen - einsetzbar sind.
In einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist zur Beschleunigung des Trocknungsprozesses der Brennstofftrockner mit einer zusätzlichen Heizung versehen. Die Heizung ist teilflächig an der Mantelfläche der Trocknertrommel ausgebildet und erstreckt sich vorzugsweise über einen Umfangswinkel α von etwa 75° bis 225°.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden 1 bis 5 genommen wird. Es zeigen

1 einen einfachen, schematischen Verfahrensablaufplan für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Aufbereitung von Biomasse,
2 einen schematischen Querschnitt durch eine Einrichtung zum Aufbereiten von Biomasse mit Darstellung der Massenströme,
3 eine Seitenansicht einer Einrichtung zum Aufbereiten von Biomasse mit Bezeichnung der Komponenten,
3a einen Querschnitt A-A gemäß 3 der Einrichtung,
4 eine perspektivische Ansicht einer Einrichtung und
5 eine schematischer Plan zur Darstellung des Biomassenstromes.

In 1 ist ein schematischer Verfahrensablaufplan für ein Verfahren zum Aufbereiten von Biomasse B dargestellt.
Zur Ausführung des Verfahrens ist schematisch eine Einrichtung 1 zum Aufbereiten von Biomasse B gezeigt. Die Einrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Brennstofftrockner 2 mit einer Trocknertrommel 3, die in der Art eines liegenden Hohlzylinders mit einer horizontal verlaufenden Rotationsachse 4 gebildet ist. Der Brennstofftrockner 2 weist eine etwa Mittig am Mantelumfang der Trocknertrommel 3 vorgesehene, verschließbare Einfüllöffnung 5 auf, durch welche die Trocknertrommel 3 mit Biomasse B beschickbar ist. Die Einfüllöffnung 5 liegt oberhalb der Rotationsachse 4 und erstreckt sich etwa parallel zu dieser, sodass beim Beschicken des Brennstofftrockners 2 die Biomasse B unter Schwerkraft etwa in das Zentrum der Trocknertrommel 3 fällt.
Diametral der Einfüllöffnung 5 gegenüberliegend, am unteren Mantelabschnitt liegend ist eine verschließbare Austrittsöffnung 6 gelegen, die sich etwa parallel zur Rotationsachse 4 erstreckt. Über diese Austrittsöffnung 6 wird getrocknete Biomasse B aus der Brennstofftrockner 2 abgeführt. Von dort kann die getrocknete Biomasse B einem nicht weiter dargestellten Vorratsbunker zum Pelletieren zugeführt werden.
Am stirnseitigen Ende der Trocknertrommel 3 ist eine Lufteintrittsöffnung 7 vorgesehen, über welchen die Trocknertrommel 3 mit Prozessluft L versorgt wird. Stromaufwärts der Lufteintrittsöffnung 7 ist ein Wärmetauscher 8 angeordnet, über welchen die Prozessluft L mittels eines Wärmemittels W temperierbar ist. Die Wärmezufuhr hinsichtlich Temperatur und Wärmemenge ist über ein Steuergerät zur Prozesssteuerung der Einrichtung 1 kontrollierbar. Als Wärmemittel W dient ein nicht weiter dargestellter Wasserkreislauf eines Abgaswärmetauschers einer Heizanlage. Die Heizanlage wiederum wird mit den von der Einrichtung 1 erzeugten Pellets beheizt. In der Regel liegt die Temperatur der Prozessluft L bei Eintritt in den Brennstofftrockner 2 bei 60°C.
Am gegenüberliegenden stirnseitigen Ende der Trocknertrommel 3 ist ein Abluftkanal 9 vorgesehen, über welchen die angefeuchtete Prozessluft L aus der Trocknertrommel 3 abgeführt wird. Hierzu ist stromabwärts der Luftaustrittsöffnung 9 ein Gebläse 10 angeordnet welches die Prozessluft L fördert. Das bei Betrieb des Gebläses 10 in Trocknertrommel 3 entstehende Druckgefälle unterdrückt den ungewünschten Staubaustritt aus dem Brennstofftrockner 2.
Der Brennstofftrockner 2 ist des Weiteren in den 3, und 3a detailliert ausgeführt.
Anhand des schematischen Verfahrensablaufplans nach 1 kann der Materialfluss der Biomasse B während des Betriebes der Einrichtung 1 in drei zeitlich aufeinander abfolgende Basisphasen a) bis c) dargestellt werden:

a) Befüllung: der Brennstofftrockner 2 wird manuell oder mechanisch mit einer Charge Biomasse B, die ungetrocknet, einschließlich des enthaltenen Wassers vorliegt, befüllt, wobei die Charge zuvor in ihrer Menge bemessen wird.
b) Trocknung: die in dem Brennstofftrockner 2 befindliche Frischbiomasse wird mit vorgewärmter Prozessluft L umgewälzt und auf eine vorbestimmbare Zielfeuchtigkeit (14% oder weniger) abgetrocknet, dabei nimmt die Feuchtigkeit der Prozessluft L während des Trocknungsprozesses und in stromabwärtiger Richtung innerhalb des Brennstofftrockner 2 zu.
c) Entleerung: die getrocknete Biomasse B (,Trockenbiomasse‘) wird über die Austrittsöffnung 6 vom Brennstofftrockner 2 ausgetragen und zur weiteren Verwertung abgefördert.

Ebenso kann anhand der 1 der Massenstrom der Prozessluft L und deren Prozessarbeit während des Betriebes der Einrichtung 1 in folgende vier Basisphasen A) bis D) dargestellt werden:

A) Erwärmen der aus der Umgebungsluft entstammenden Prozessluft L über einen Wärmetauscher 8 auf ca. 70°C,
B) Einleitung der erwärmten Prozessluft L in den Brennstofftrockner 2, wobei die Einleitung während des Trocknungsprozesses zeitweise oder dauernd erfolgt
C) Aufnahme des Wasserdampfes aus der Frischbiomasse B, weitere Erwärmung der Frischbiomasse B im Brennstofftrockner 2.
D) Die weitgehend gesättigte Prozessluft L verlässt Brennstofftrockner 2 auf der gegenüberliegenden Seite, wobei die Prozessluft L von einem Gebläse 10 gefördert wird.

Über eine nicht weiter dargestellte Steuereinheit werden der Massenstrom der Prozessluft L der Materialfluss der Biomasse B während des Betriebes der Einrichtung 1 gesteuert, sodass nach Befüllen des Brennstofftrockners 2 mit einer Charge Biomasse B der Trocknungsprozess automatisch gesteuert abläuft.
2 zeigt die Einrichtung 1 gegenüber der in 1 dargestellten Einrichtung 1 in einem höheren Detaillierungsgrad mit weiteren Komponenten. Zusätzlich zu den in 1 gezeigten Komponenten ist in 2 folgendes gezeigt:
Im Inneren der Trocknertrommel 3 ist ein koaxial angeordneter Rotor 11 installiert, der mit Greifarme 12 versehen ist, die über seinen Umfang und axial verteilt angeordnet sind. Der mit einem Drehantrieb 13 gekuppelte Rotor 11 wälzt mit die in der Trocknertrommel 3 befindliche Biomasse B während des Betriebes um und bringt diese in Kontakt mit der die Trocknertrommel 3 durchströmenden Prozessluft L. Dabei wirken die radial sich erstreckenden Greifarme 12 mechanisch auf die Biomasse B ein und zerkleinern diese. Während des Betriebes ist die Drehrichtung des Rotors 11, rechts- oder linksdrehend umstellbar.
Oberhalb der Einfüllöffnung 5 ist ein Einfülltrichter 22 ausgebildet, über welchen der Brennstofftrockner 2 mit schüttgutartig vorliegender Biomasse B beschickt wird. Die Einfüllöffnung 5 ist mit einem Schieber 14 verschließbar, sodass während des Trocknungsprozesses und während des Betriebes des Rotors 11 der Brennstofftrockner 2 verschlossen bleibt. Dies ist ein Sicherheitsaspekt um zu vermeiden, dass Personen oder Gegenstände unbeabsichtigt in die Trocknertrommel 3 geraten können. Zudem weist der Schieber 14 eine Staubdichtung 24 auf, wodurch eine unerwünschte Staubkontamination der Umgebung vermieden wird.
Am stromabwärtigen, stirnseitigen Ende der Trocknertrommel 3 ist an diesem der Abluftkanal 9 angeschlossen über welchen die aufgewärmte und feuchte Prozessluft L aus der Trocknertrommel 3 abgeführt und nach außen abgeleitet wird. Über ein im Abluftkanal 9 angeordnetes über das Steuergerät steuerbares Gebläse 10 wird der Massenstrom der Prozessluft L gesteuert. Über einen weiter stromabwärts angebrachten Abscheider werden die in der Prozessluft L aufgenommenen Partikel, wie Staub etc. abgesondert und dem Brennstofftrockner 2 zur Verwertung zugeführt. Die so gereinigte Prozessluft L gelangt dann ins Freie, wobei eine Reststaubmenge von max. 20 mg/m³ erzielt wird.
Gegenüber der zu den 1 und 2 beschriebenen Einrichtung 1 ist die Einrichtung 1 nach 3 um weitere funktionale Komponenten ergänzt.
Nach dem Trocknen der Biomasse B bis auf eine über das Steuergerät vorgebbare Zielfeuchte von maximal 14 % und der Zerkleinerung der langfaserigen Anteile in der Trocknertrommel 3 erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt das Pelletieren. Durch diesen Verfahrensschritt wird die Biomasse B für eine kontinuierliche Beschickung einer Heizanlage besser handhabbar. Zudem ist pelletierte Biomasse B sehr gut lagerfähig, ohne seine physikalisch-chemischen Eigenschaften wesentlich zu verändern. Die Pellets können in Kurzzeit- oder Langzeitlagerstätten wie etwa Silos 16 zwischengelagert werden. Sie lassen sich zudem auf einfache Weise aufgrund ihrer für die Handhabung mit einem automatischen Fördermittel, günstigen Formgebung als Pellets gut transportieren. So kann eine Förderschnecke oder ein Kettenförderer oder ein Förderband vorgesehen sein um die Pellets aus dem Silo wieder zu entnehmen und einem Brenner einer Heizeinrichtung zuzuführen.
Die in einer Heizeinrichtung entstehende Abwärme lässt sich beispielsweise auf zwei Arten nutzen. Zum einen kann ein Heißwasserkreislauf für ein Wohn- oder Wirtschaftsgebäude oder dergleichen in der Umgebung von Stallungen betrieben werden.
Zum anderen kann Warmwasser für die Gebäude zur Verfügung gestellt werden. Es kann auch ein Wärmetauscher 8 mit der Heizeinrichtung dahingehend betrieben werden, dass mit Hilfe des Wärmetauschers 8 die Prozessluft L zur Entfeuchtung und Trocknung der Biomasse B erwärmt wird und ein hohes Sättigungsdefizit damit erreicht wird.
Zum Pelletieren der Biomasse B ist, wie in 3 gezeigt, der Einrichtung 1 ein handelsüblicher Pelletierer 17 hinzugefügt. Die über die Austrittsöffnung 6 dem Brennstofftrockner 2 entnommene, getrocknete Biomasse B wird über eine Förderschnecke 18 einem Zwischenspeicher 19 abgefördert. Von dort aus gelangt die Biomasse B zum Pressen der Formstücke in den Pelletierer 17. Die fertig gepressten, Pellets gelangen dann über ein weiteres Fördermittel 20 in das Silo 16.
Die 3a zeigt einen Querschnitt A-A gemäß 3 der Einrichtung 1.
Im Zentrum des Querschnitts A-A ist die Trocknertrommel 3 des Brennstofftrockners 2 zu sehen. Deren Längsachse bildet zugleich die Rotationsachse 4 des koaxial im Innern der Trocknertrommel 3 gelagerten Rotors 11. Die Rotationsachse 4 erstreckt sich senkrecht zur Ebene des Querschnitts A-A. Wie der Drehrichtungspfeil zeigt, ist der Rotor 11 im Betrieb linksdrehend.
Des Weiteren ist der Querschnitts A-A innerhalb der Trocknertrommel 3 zur Erleichterung der weiteren Bezugnahme mit auf der Rotationsachse 4 liegenden Zentrum Z in vier Quadranten I, II, III und IV eingeteilt, wobei Quadrant I oben rechts, Quadrant II unten rechts, Quadrant III unten links und Quadrant IV oben links liegt.
Im Bereich des Quadranten IV ist die Einfüllöffnung 5 am Mantelumfang der Trocknertrommel 3 ausgebildet über welche die Trocknertrommel 3 mit Biomasse B beschickt wird. Im Bereich des Quadranten III ist am Mantelumfang der Trocknertrommel 3 die über eine Klappe 23 verschließbare Austrittsöffnung 6 ausgeführt, über welche getrocknete Biomasse B aus der Trocknertrommel 3 herausbefördert wird. Sowohl Einfüllöffnung 5 als auch Austrittsöffnung 6 haben, wie in 3 zu sehen, neben der Ausdehnung in Umfangsrichtung auch eine Ausdehnung in Achsenrichtung der Trocknertrommel 3.
Die bezüglich des Zentrums Z lateral versetzte Ausbildung der Austrittsöffnung 6 kommt beim Entleeren der Trocknertrommel 3 zugute. Durch den im Beispiel linksdrehenden Rotor 11 wird die Biomasse B längs der Innenwandung der Trocknertrommel 3 über die Bereiche der Quadranten in der Reihenfolge der Umfangsrichtung III-II-I bewegt, aufgeworfen und fällt schließlich links des Rotors 11, im Bereich des Quadranten III auf den Boden der Trocknertrommel 3 herab, wo sich die zunächst verschlossene Austrittsöffnung 6 befindet. Die lateral versetzte Ausbildung der Austrittsöffnung 6 erleichtert somit erheblich die möglichst rückstandslose Entleerung der Trocknertrommel 3 und reduziert zudem die Bauhöhe des Brennstofftrockners 2. Über eine ein- oder mehrmalige Drehrichtungsumkehr des Rotors 11 wird eine weitgehend vollständige Entleerung über die geöffnete Austrittsöffnung 6 ermöglicht.
Zur Beschleunigung des Trocknungsprozesses ist der Brennstofftrockner 2 mit einer zusätzlichen Heizung 26 versehen wodurch die Biomasse B unmittelbar und damit effizienter erwärmt wird. Die Heizung 26 kontaktiert teilflächig die Innenwandung der Trocknertrommel 3 im Bereich der Quadranten I, II und III über einen Umfangswinkel α von etwa 150°. Die Heizung 26 wird von nicht weiter dargestellten meanderförmig verlaufenden Rohren gebildet, die an eine Warmwasserheizung angeschlossen ist. In Längsrichtung erstreckt sich die Heizung 26 knapp über die effektive Innenlänge der Trocknertrommel 3.
Die Heizung 26 heizt somit vorwiegend die untere rechte Innenseite der Trocknertrommel 3 sodass bei linksdrehenden Betrieb des Rotors 11 die Biomasse B durch die Greifarme 12 über die Bereiche der Quadranten in der Reihenfolge der Umfangsrichtung III-II-I bewegt. Die Biomasse B streicht dabei über die beheizte Innenseite und wird somit aufgeheizt. Im Bereich der Quadranten I und IV fällt die Biomasse B von der Innenfläche herunter in den Bereich der Quadranten II und III, von wo aus die Biomasse B erneut längs der beheizten Innenwandung aufgeheizt wird, bis der Trocknungsvorgang beendet ist. Eine Beheizung im Bereich der Quadranten IV ist nicht erforderlich und somit entbehrlich, zumal dort praktisch keine Berührung der Biomasse B mit Innenwandung erfolgt.
Durch die Ausbildung der Heizung 26 im Bereich der von der Biomasse B bestrichenen Innenwandung der Trocknertrommel 3 wird die als Schüttgut vorliegende Biomasse B durch den Rotor 11 entlang der beheizten Innenwandung bewegt. Wesentlich hierbei ist, dass die Heizung 26 im Bereich der im Betrieb des Rotors 11 aufsteigenden Greifarme 12 ausgebildet ist, da dort die Biomasse B von den Greifarmen 12 an der Innenwandung nach aufwärts gefördert wird. Der Wärmeübergang von der beheizten Innenwandung zur Biomasse B ist somit unmittelbar und optimal.
Am Rotor 11 sind mit gleichem Winkelabstand sechs radial erstreckende Greifarme 12 angebracht, die sich radial bis zur Innenwandung der Trocknertrommel 3 erstrecken und mit dieser einen kleinen Spalt von wenigen mm bilden. Der Spalt ist groß genug um unterschiedliche, betriebsbedingte Dehnungen zwischen den Greifarmen 12 und der Trocknertrommel 3 auszugleichen, ohne dass die Greifarme 12 im Betrieb an der Innenwandung anlaufen. Gleichzeitig ist der Spalt klein genug, dass die Biomasse B vollständig ergriffen und umgewälzt werden kann ohne dass sich Biomasse an der Innenwandung der Trocknertrommel 3 ablagern kann. Am trommelseitigen Ende der Greifarme 12 sind plattenförmige Greifer 21 angebracht, die die Biomasse B vom Boden der Trocknertrommel 3 fördern, aufwerfen und in den Strom der Prozessluft L bringen. Dabei wird die Biomasse B zerkleinert und durch das Umwälzen mit der Prozessluft L getrocknet.
In 4 zeigt die Einrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht. Der Brennstofftrockners 2 ist am Außenumfang der Trocknertrommel 3 mit einer Wärmeisolierung 26 versehen, um Wärmeverluste beim Betrieb der des Brennstofftrockners 2 zu vermeiden und um den Wirkungsgrad der Einrichtung zu optimieren. Zudem ist die Ausdehnung der an einer Teilmantelfläche der Trocknertrommel 3 angebrachten Heizung 26 in Längs- und Umfangsrichtung zu erkennen.
Das schematische Prozesschaubild nach 3 illustriert die Separierung der Biomasse B bevor sie in den Brennstofftrockner 2 gelangt. Am Beispiel einer aus Stallungen stammenden Biomasse B bieten sich generell drei Betriebsformen zur Aufbereitung der Biomasse B an:

a) Separierung der rohen, unbehandelten Biomasse B in deren Bestandteile Dung und Einstreu, Zuführen des Dungs zum Brennstofftrockner 2, Weiterverarbeitung des Dungs als Dünger,
b) Separierung der rohen, unbehandelten Biomasse B in deren Bestandteile Dung und Einstreu, Zuführen des Einstreus zum Brennstofftrockner 2, Weiterverarbeitung des Einstreus als Brennstoff oder
c) Zuführen der unbehandelten Biomasse B zum Brennstofftrockner 2, Weiterverarbeitung der Biomasse B als Brennstoff.

Nachfolgend werden Produktionskenngrößen aus dem Erprobungsbetrieb der Einrichtung 1 erläutert. In einem 1. Trockungszyklus wurde eine Charge mit 165 kg Biomasse B mit einem Wassergehalt von ursprünglich 42% auf 13 % reduziert. Dabei wurden der Charge während einer Laufzeit von 8h13min 55kg Wasser entzogen. Die sich hierbei ergebende Energiebilanz ist in der nachstehenden Tabelle gezeigt:

Energiebilanz (165 kg mit 42 % auf 13 %)
Ölpreis	0,6	€
genutzte Wärmemenge	7,03	kWh
Heizwert von 1 Liter Öl	10,00	kWh
theoretischer Ölverbrauch	0,70	I
theoretische Kosten für Öl	0,42	€
entspricht Holzbrikett bei F. 2,5	1,75	kg
Stromverbrauch	10,19	kWh
Kosten Strom bei 0,20 €/kWh	2,04	€
Gesamtkosten der Energie	2,46	€
Gesamtgewicht nach Trocknung	110,00	kg
Überschuss	25,98	€
Überschuss in Öl umgerechnet	43,30	I
theoretischer Jahresüberschuss	9482,70	€

In einem 2. Trockungszyklus wurde eine Charge mit 228 kg Biomasse B mit einem Wassergehalt von ursprünglich 54% auf 18 % reduziert. Dabei wurden der Charge während einer Laufzeit von 11h 25min 100 kg Wasser entzogen. Die sich hierbei ergebende Energiebilanz ist in der nachstehenden Tabelle gezeigt:

Energiebilanz (228 kg mit 54 % auf 18 %)
Ölpreis	0,6	€
genutzte Wärmemenge	9,74	kWh
Heizwert von 1 Liter Öl	10,00	kWh
theoretischer Ölverbrauch	1,00	I
theoretische Kosten für Öl	0,60	€
entspricht Holzbrikett bei F. 2,5	2,50	kg
Stromverbrauch	17,00	kWh
Kosten Strom bei 0,20 €/kWh	3,40	€
Gesamtkosten der Energie	4,00	€
Gesamtgewicht nach Trocknung	127,80	kg
Überschuss	30,07	€
Überschuss in Öl umgerechnet	50,12	I
theoretischer Jahresüberschuss	10975,55	€

Bezugszeichenliste

1: Einrichtung
2: Brennstofftrockner
3: Trocknertrommel
4: Rotationsachse
5: Einfüllöffnung
6: Austrittsöffnung
7: Lufteintrittsöffnung
8: Wärmetauscher
9: Abluftkanal
10: Gebläse
11: Rotor
12: Greifarme
13: Drehantrieb
14: Schieber
15: Abscheider
16: Silo
17: Pelletierer
18: Förderschnecke
19: Zwischenspeicher
20: Fördermittel
21: Greifer
22: Einfülltrichter
23: Klappe
24: Staubdichtung
25: Drehantrieb
26: Heizung
27: Wärmeisolierung
B: Biomasse
L: Prozessluft
W: Wärmemittel
Z: Zentrum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006006701 B3 [0010]
DE 10226538 A1 [0010]
WO 2012/152248 A2 [0011]
WO 2012/059075 A2 [0011]

Claims

Verfahren zum Aufbereiten von Biomasse (B) zur Verwendung in einer Heizanlage, bei welchem die Biomasse (B) einem Brennstofftrockner (2) chargenweise zugeführt und darin durch Umwälzen mit kontinuierlich zugeführter Prozessluft (L) getrocknet sowie nach erfolgter Trocknung aus dem Brennstofftrockner (2) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass • die den Brennstofftrockner (2) durchströmende Prozessluft (L) stromaufwärts des Brennstofftrockners (2) mittels eines Wärmemittels in einem Wärmetauscher (8) aufheizbar ist, • die im Brennstofftrockner (2) angefeuchtete Prozessluft (L) aus dem Brennstofftrockner (2) abgeführt wird und • das Umwälzen mit Prozessluft (L) nach Erreichen einer Zielfeuchtigkeit der im Brennstofftrockner befindlichen Biomasse (B) oder der abgeführten Prozessluft (L) endet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufheizen der Prozessluft (L) der Wärmetauscher (8) an einen Warmwasserkreislauf angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmwasserkreislauf mittels Abgaswärmetauscher einer Heizanlage aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessluft (L) kontinuierlich während der Trocknung der Biomasse (B) dem Brennstofftrockner (2) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Brennstofftrockner (2) durchströmende Prozessluft (L) mittels eines stromabwärts des Brennstofftrockners (2) angeordneten Gebläses (10) gefördert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessluft (L) stromabwärts des Brennstofftrockners (2) einen Abscheider (15) zum Trennen der Partikel durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessluft (L) stromabwärts des Brennstofftrockners (2) einen Filter zum Trennen der Partikel von der Prozessluft (L) durchströmt, wobei der Filter vorzugsweise mit dem Abscheider (15) kombiniert oder baulich integriert ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel dem Brennstofftrockner (2) zugeführt oder mit der Biomasse (B) gemischt und in Formstücke gepresst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Brennstofftrockner (2) befindliche Biomasse (B) mittels einer Heizung aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abführen der getrockneten Biomasse (B) nach Erreichen einer vorgebbaren Zielfeuchte der im Brennstofftrockner (2) befindlichen Biomasse (B) erfolgt, wobei die Zielfeuchte vorzugsweise 14% oder weniger beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abführen der Biomasse (B) aus dem Brennstofftrockner (2) diese in Formstücke, insbesondere in Pellets gepresst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse zumindest Einstreu und Dung enthält und die vor dem Zuführen in den Brennstofftrockner (2) in die Bestandteile Einstreu und Dung separiert werden sodass dem Brennstofftrockner (2) als Biomasse (B) lediglich die Bestandteile Einstreu oder Dung zugeführt werden.
Einrichtung (13) zum Aufbereiten von Biomasse (B) nach dem Verfahren eines der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenn-stofftrockner (2) eine Trocknertrommel (3), eine Einfüllöffnung (5) zum Befüllen und eine Austrittsöffnung (6) zur Entnahme von Biomasse (B) aufweist, wobei im Inneren der Trocknertrommel (3) eine Vorrichtung zum Bewegen der Biomasse (B) angeordnet ist, wobei während des Betriebes gleichzeitig ein Trocknen und Zerkleinern der Biomasse (B) erfolgt.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstofftrockner (2) mit einer Heizung zum Aufheizen der Biomasse (B) versehen ist.
Einrichtung (13) zum Aufbereiten und Trocknen von Biomasse (B) insbesondere nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 12, mit einem Brennstofftrockner (2), der eine Trocknertrommel (3) aufweist, wobei • die Trocknertrommel (3) eine Einfüllöffnung (5) zum Befüllen und eine Austrittsöffnung (6) zur Entnahme von Biomasse (B) aufweist, • im Inneren der Trocknertrommel (3) eine Vorrichtung zum Bewegen der Biomasse (B) entlang der Innenwandung der Trocknertrommel (3) angeordnet ist, • zum Trocknen der Biomasse (B) der Trocknertrommel (3) temperierte Prozessluft (L) zugeführt wird, • die Trocknertrommel (3) mit einer Heizung (26) zum Aufheizen der Biomasse (B) versehen ist und • während des Betriebes gleichzeitig ein Trocknen und Zerkleinern der Biomasse (B) erfolgt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Bewegen und Zerkleinern der Biomasse (B) einen Rotor (23) mit Greifern (24) sowie einen Drehantrieb (25) zum Drehen des Rotors (23) aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Bewegen und Zerkleinern der Biomasse (B) einen Rotor (23) aufweist, der koaxial innerhalb der Trocknertrommel (3) angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung des Brennstofftrockners (2) über ein Wärmemittel oder elektrisch betrieben wird.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung teilflächig am Mantel der Trocknertrommel 3 längs eines Umfangsabschnitts ausgeführt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt der zylindrischen Trocknertrommel 3 in Umfangsrichtung (L/R) Quadranten I, II, III und IV beschreibt und wobei die Heizung (26) zumindest teilflächig am Mantel der Trocknertrommel 3 zumindest im Bereich der Quadranten I und II oder IV und III ausgebildet ist.