Sušení biomasy na dvourotorové kontaktní kotoučové sušárně

Principy sušení a přehled kontaktních sušáren

Obr. 1: Schéma rozdělení sušení a sušáren

Sušení a sušárny lze rozdělit dle schématu na obr. 1. Ve schématu jsou zobrazeny typy kontaktních sušáren. Dvourotorová kontaktní kotoučová sušárna může v sobě zahrnovat několik principů sušení. Většinou se jedná o kontaktní sušárnu s nepřímým ohřevem sušeného produktu kombinovanou s konvektivním sušením pomocí ohřevu přidávaného vzduchu do prostoru sušení. Podle konstrukce rotoru lze tuto sušárnu rozlišovat na kotoučovou, diskovou, trubkovou. Podle tlaku v sušícím prostoru lze tyto sušárny dělit na vakuové a atmosférické. Kontaktní sušení je charakterizováno kontaktním přenosem tepelné energie určené pro sušení z topného média do sušeného produktu skrz teplosměnnou plochu.

Sušené produkty

Na kontaktních sušárnách lze sušit následující materiály a produkty :

• živočišné odpady
• odpady a kaly z ČOV
• odpadní produkty z výroby etanolu, butanolu, acetonu
• odpadní produkty z potravinářských výrob piva, lihovin, vína, cukru
• sušení krmných kvasnic
• odpady z papírenského průmyslu.

Sušení lepivých produktů

Lepivé materiály určené pro kontaktní sušení se vyznačují připékáním, napalováním a ulpíváním na teplosměnné ploše. Jsou charakteristické vysokým obsahem vody, která se musí v první fázi odpařit a následně se produkt usuší. Jedná se zejména o tyto produkty:

• jateční krev (80 % H₂O)
• hydrolyzát peří (60 % H₂O)
• lihovarnické výpalky (70 % H₂O)
• pivovarnické mláto (70 % H₂O)
• kaly z biologických ČOV (75 % H₂O)
• krmné kvasnice (75 % H₂O)

Obr. 2: Princip recyklovaného produktu

Recyklace sušeného produktu

Sušené materiály mají vysoký obsah vody, který byl ve většině případů snižován mechanicky dekantací, separací odstřeďováním, filtrací, sedimentací apod. Většina lepivých materiálů před vstupem na topnou plochu kontaktní sušárny musí být upravena tak, že se sníží vlhkost pod mez lepivosti. Snížení vlhkosti se provádí zavedením recyklovaného produktu tak, že větší část usušeného produktu se vrací na vstup kontinuální sušárny, kde se smísí s čerstvým sušeným materiálem. Obrázek č. 2 představuje princip recyklovaného produktu.

Obr. 3: Princip a popis dvourotorové sušárny

Princip a popis dvourotorové sušárny

Dvourotorová kontaktní kotoučová sušárna se skládá ze dvou horizontálně uložených rotorů, které jsou do sebe zaklesnuty. Rotory se otáčí ve valivých ložiskách, které jsou uloženy v domcích uchycených na víkách sušárny. Tvar pláště sušárny kopíruje zaklesnuté rotory, nad rotory je v plášti umístěn parní dóm. V případě kontinuálního provedení je sušený materiál dopravován pomocí šikmých lopatek, které jsou uchyceny na každém kotouči. Vstup a výstup produktu je umístěn dle směru dopravy sušeného materiálu. Brýdové páry odchází z brýdového dómu přes prachový filtr nebo cyklon na kondenzaci nebo na další zařízení využívající entalpii brýdových par (např. odpařovací stanici). Zaklesnutí rotorů do sebe a jejich otáčení umožňuje v prostorech mezi kotouči obou rotorů vytvořit dostatečné tření tak, aby nedocházelo k trvalému nalepování nebo napékání produktu na teplosměnnou plochu. Většina sušených produktů je ve směsi se vzduchem výbušná, takže se musí celá sušárna řešit s vnitřním prostředím výbuchu, většinou ZÓNA 1. Při sušení je vnitřní atmosféra částečně inertizována vodní brýdovou parou. Většina sušených produktů s obsahem živočišných a rostlinných bílkovin je náchylná na zahoření v horké vrstvě, takže musí být učiněna bezpečnostní opatření pro možnost výpadku el. energie – nutno sušený produkt ze sušárny do 10 až 60 minut vysypat ze sušárny a ochladit pod 50 °C.

Obr. 4: Zadní víko

Obr. 5: Detail rotorů

Základní technologické výpočty

Hodnoty technologických výpočtů pro návrh velikosti teplosměnné plochy, příkonu elektromotorů a velikost recyklu jsou dány vlastnostmi sušeného produktu. Vlastnosti a data pro návrh díla jsou stanoveny a měřeny na poloprovozním zařízení. Energetickou bilanci lze určit podle následujícího výpočtového schématu (obr. 6). Velikost teplosměnné plochy a vstupní vlhkost sušeného materiálu je možno stanovit z naměřených dat na poloprovozním zařízení z grafu, který určuje odpar (odpařivost) - obr. 7.

Obr. 6: Energetická bilance

Obr. 7: Velikost teplosměnné plochy a vstupní vlhkost sušeného materiálu je možno stanovit z naměřených dat na poloprovozním zařízení

Využití brýdových par

Brýdové páry mají v sobě ukryté velké množství entalpie ve formě kondenzačního tepla, které lze využít v dalším zařízení, nejčastěji v odpařovací stanici, kde tyto brýdové páry mohou vytápět 1. stupeň odparek. Brýdové páry lze též upravit pro další tepelné využití termokompresorem. Schéma na obrázku 8  představuje 5° odpařovací stanici s využitím brýdových par v 1°.

Obr. 8: 5° odpařovací stanice

Obr. 9: Výrobní sestava sušárny

Konstrukční návrh sušárny

Rotory: konstrukce rotorů je charakteristická centrální nosnou trubkovou hřídelí, na které jsou navařeny kotouče. Při konstrukci je nutno dbát na správné dimenzování hřídele z hlediska teplot, dynamického namáhání střídavým ohybem (vysokocyklová únava), tepelných roztažností a tepelných šoků. Rotor musí být certifikován jako tlaková nádoba. Vhodné konstrukční materiály musí být voleny především podle korozních vlastností sušeného materiálu a podle množství abrazivních částic obsažených v produktu. Obvykle se pro nosnou hřídel volí uhlíkové materiály, pohonový a dutý čep hřídele většinou bývá z ušlechtilých vysokopevnostních materiálů, veškeré teplosměnné plochy pak z nerezavějících austenitických ocelí. Konstrukce je provedena tak, že nosné části rotoru jsou překryty nerezavějícími částmi rotoru. Plášť, brýdový dóm, víka: většinou je zvolena rámová konstrukce, která je zevnitř vyplněna nerezovým plechem, takže sušící prostor je plně korozně odolný. Uložení rotorů a pohon: rotory jsou uloženy na víkách ve valivých ložiskách, které jsou umístěny v dělených ložiskových domkách. Pohon je ve většině případů řešen pomocí násuvné převodovky se svěrným spojem pro přenos kroutícího momentu, řemenového převodu a elektromotoru. Převodovka může být čelní nebo planetová.

Obr. 10: Výrobní sestava rotoru

Obr. 11: Výrobní výkres pohonu

Praktické využití

Obr. 12: Rozměrová řada sušáren

Kontinuální dvourotorové sušárny jsou využívány při sušení výpalků z výroby bioethanolu pro energetické účely, sušení pivovarského mláta, sušení péřového hydrolyzátu, sušení krmivářských kvasnic. Pro různé výkony byla stanovena výrobní řada sušáren podle topné plochy. Každá sušárna je konstruována a dodávána jako originál s cílem optimalizovat rozměry a výkony dle potřeb zákazníků.

Srovnání s jednorotorovou sušárnou

V provozních podmínkách bioethanolových lihovarů bylo možno na výpalcích provést porovnání energetické náročnosti a kvalitu produktu. Dvorotorová sušárna vykazuje šetrnější zacházení se sušeným materiálem, lepší odpařivost a menší náchylnost na napékání.

Obr. 13: Srovnání dvorotorové sušárny s jednorotorovou sušárnou

Tabulka k obrázku 13: Srovnání dvorotorové sušárny s jednorotorovou sušárnou

Závěr

Na základě zkoušek sušení různých materiálů a produktů na poloprovozní dvourotorové kontaktní sušárně 2x10 m² je možné tuto sušárnu použít pro řadu aplikací jako např.: sušení kalů z ČOV, sušení krmných kvasnic, sušení chemických kalů pro energetické účely, sušení slámy a pícnin na téměř nulový obsah zbytkové vody pro nízkoteplotní pyrolýzu, předsušení paliva pro energetické účely vysokoteplotní pyrolýzy – plazmy.

Použitá literatura

1. Firemní podklady, výrobní dokumentace společnosti PROKOP INVEST, a.s. Pardubice
2. Protokoly z měření poloprovozních zkoušek sušárny 2 x 10 m², PROKOP INVEST, a.s. Pardubice
3. Katalogová dokumentace a podklady od konkurenčních sušáren
4. Zápisy ze zkušebních provozů biolihovarů Ethanolenergi, PLP Trmice a Zámecký lihovar Blatnice

Článek byl zveřejněn ve sborníku konference Energetika a biomasa 2010.

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu

Biometan se vyplatí a má budoucnost