technik-programm tech-info - BMA - Braunschweigische ...

tech-info
technik-programm
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Fluidised-bed steam dryer CSD
Wirbelschicht-Verdampfungstrockner CSD
The most effective and energy-efficient
way of drying pressed beet pulp, DDGS, wood
chips and miscellaneous types of biomass
Die effizienteste und
energiesparendste Technologie zur
Trocknung von gepressten
Zuckerrübenschnitzeln, DDGS,
Holzschnitzeln und verschiedensten
Arten von Biomasse

CSD during
installation
CSD während
der Montage
Advantages
Vorteile
BMA's fluidised-bed steam dryers offer
the following benefits:
More than 90% of the energy input for
drying can be utilised in downstream
processes
No air pollution from dust and odours
Improved product quality, because
oxidation and exhaust gas contamination
are avoided
No fire risk, because drying takes
place in superheated water vapour
High level of availability
No loss of product as a result of overdried
edges
Small dryer footprint, owing to a compact
and entirely cylindrical design
Low noise level
BMA-Wirbelschicht-Verdampfungstrockner
bieten folgende Vorteile:
Über 90 % der bei der Trocknung eingesetzten
Energie kann in nachfolgenden
Prozessen genutzt werden
Keine Luftverschmutzung durch Staub
und Geruch
Verbesserte Produktqualität durch Vermeidung
von Oxidationsprozessen
und Rauchgas-Kontaminationen
Durch Trocknung im überhitzten Wasserdampfstrom
keine Brandgefahr
Hohe Verfügbarkeit
Kein Produktverlust durch übertrocknete
Kanten
Geringer Flächenbedarf durch kompakte
ausschließlich zylindrische Bauweise
Geringe Geräuschentwicklung
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Characteristic features and sizes
Merkmale und Baugrößen
Sizes Baugrößen 7 8 9 10
Water evaporation rate Wasserverdampfungsleistung t/h 37 49 61 80
(heating steam pressure absolute 26 bar) (Heizdampfdruck absolut 26 bar)
Motor power Motorleistung kW 1000 1250 1600 2400
Diameter Durchmesser m 7,0 8,0 9,0 10,0
Height, approx. Höhe ca. m 22,5 23,5 24,5 25,5
Sizes 3 and 5 upon request
Baugrößen 3 und 5 auf Anfrage
With its revised range of CSD sizes,
BMA offers its customers various steam
dryers for a broad spectrum of requirements
(see above).
The electric power consumption of
the standard CSD sizes has been optimised.
For special requirements, the
water evaporation rates of the standard
sizes can be increased by raising the
volume of the circulation steam. For this
purpose, a more powerful motor with a
specially designed fan impeller has to be
installed.
1
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Mit der aktualisierten Baugrößenreihe
bietet BMA eine Palette von CSD an,
die einem breiten Anforderungsspektrum
gerecht wird (s. oben).
Den Standard-Baugrößen liegt ein
optimierter elektrischer Leistungsbedarf
zu Grunde. Für spezielle Anforderungen
besteht die Möglichkeit, die Wasserverdampfungsleistungen
der Standard-
Baugrößen durch Erhöhung der Zirkulationsdampfmenge
zu steigern. Dies
geschieht durch Installation eines leistungsfähigeren
Motors in Verbindung mit
einem speziell ausgelegten Ventilatorrad.
Size 10
Baugröße 10
Size 9
Baugröße 9
Size 8
Baugröße 8
Size 7
Baugröße 7
14 16 18 20 22 24 26 28 30
H
Water evaporation rates
of the CSD, using
the example of beet pulp
Wasserverdampfungsleistungen
der CSD am Beispiel
Zuckerrübenschnitzel
CSD series
CSD-Baugrößen
D

Drying with the fluidised-bed steam dryer
Trocknung mit dem
Wirbelschicht-Verdampfungstrockner
The photo below is a view of a smokeless
stack, seen through the semiellipsoid
head of the fluidised-bed
steam dryer before it was closed. The
photo was taken while conversion
work was underway at Nordzucker
AG's Uelzen factory and it is
quite symbolic. Certainly,
even this modern dryer
cannot ensure that the
Das Bild unten zeigt
einen Blick durch den
noch nicht verschlossenen
Korbbogenboden am Kopf des
Wirbelschicht-Verdampfungs-
trockners auf einen rauchfreien Fabrik-
schornstein. Dieses Bild entstand während
der Bauphase im Werk Uelzen der
Nordzucker AG und hat eine symbolische
Bedeutung. Natürlich kann auch dieser
plant will operate without any emissions,
but the CSD does provide for
- almost complete - reduction of primary
fuel input for drying beet pulp,
DDGS and wood chips (collectively
and briefly referred to as biomass
below). The CSD therefore makes a
very essential contribution to reducing
overall CO 2 emissions.
moderne Trockner keinen emissionsfreien
Betrieb einer Anlage ermöglichen.
Allerdings vermindert die Anwendung
des CSD zumindest den primären
Brennstoffeinsatz für die Trocknung von
Rübenschnitzeln, DDGS, Holzschnitzeln
– im Folgenden kurz Biomasse – fast
vollständig. Auf diese Weise kann ein
wesentlicher Beitrag zur Verminderung
des CO 2-Ausstoßes geleistet werden.
Blick durch den noch nicht
verschlossenen
Korbbogenboden am Kopf des
Trockners in Uelzen
View through the still open
semi-ellipsoid head at the top
of the dryer in Uelzen
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Technological principles
Technologische Grundlagen
When biomass - such as exhausted beet
pulp, stillage that is obtained as a byproduct
of ethanol production, or wood
chips - is dried in conventional dryers,
considerable amounts of primary energy
have to be generated. During the drying
process, most of this energy is converted
together with the evaporated water into
drying vapour. Very little of this energy
can be put to further economic use with
any of the conventional types of dryers.
This is one very decisive advantage
of the CSD. Since this special fluidised-bed
steam dryer makes the drying
vapour available at a pressure of up to
4 barA, the energy contained in the
vapour can be used in other steps of
the production process. In this way, up
to 90% of the energy input for drying
can be put to several uses. The example
shown above of how a CSD can be
integrated into the steam system of a
sugar factory illustrates this quite clearly.
The CSD fluidised-bed steam dryer
therefore plays an essential role in reducing
the energy requirements of the plant
as a whole, cutting CO 2 emissions and
enhancing the overall plant economy.
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CSD
CSD
Die Trocknung diverser Arten Biomasse,
wie z. B. extrahierte Zuckerrübenschnitzel,
Schlempe aus der Produktion von
Ethanol oder Holzschnitzeln, ist in konventionellen
Trocknern mit einem erheblichen
Einsatz von Primärenergie verbunden.
Der größte Teil dieser Energie geht
bei der Trocknung mit dem verdampften
Wasser in den Trocknungsbrüden über.
Den verschiedenen konventionellen Bauformen
von Trocknern ist dabei gemein,
dass diese Energie wirtschaftlich kaum
weiter genutzt werden kann.
Dies ist der entscheidende Vorteil des
CSD: Da dieser besondere Wirbelschicht-Verdampfungstrockner
den Trocknungsbrüden
bei bis zu 4 bar abs. zur Verfügung
stellt, kann die darin enthaltene
Energie in weiteren Prozessschritten verwendet
werden. Damit sind bis zu 90 %
der für die Trocknung eingesetzten Energie
mehrfach verwendbar. Dies ist oben
am Beispiel der Integration des CSD
in das Dampfschema einer Zuckerfabrik
beispielhaft dargestellt.
Example of a CSD integrated
into the steam system
of a sugar factory
Beispiel der Integration
des CSD in das Dampfschema
einer Zuckerfabrik
Der Wirbelschicht-Verdampfungstrockner
CSD leistet damit einen substantiellen
Beitrag zur Reduzierung des Energiebedarfs
in der Gesamtanlage, zur Einsparung
von CO 2-Emissionen und zum
wirtschaftlichen Betrieb.

Wet stillage
Nassschlempe
Separation
Trennung
Evaporation
Verdampfung
Thin stillage
Dünnschlempe
Syrup
Sirup
Decanter cake
Dekanterkuchen
Vapour
Brüden
Owing to the BMA technology for material
conditioning, the advantages of the
CSD drying process can be used
even if the particles of the input material
are too small for optimal configuration
of the fluidised-bed steam dryer.
This may, in particular, be the case
with the drying of brewery stillage or
stillage obtained as a by-product of
bioethanol production from maize or
other cereals. US patent 7,578,073 B2
has already been granted for the CSD.
Mixing
Mischen
Shape forming
Formgebung
Steam
Heizdampf
Condensate
Kondensat
Vapour
Brüden
Steam drying
Verdampfungstrocknung
Steam
Heizdampf
Wenn die Partikel des Trocknungsgutes
zu klein sind, um die optimale Konfiguration
eines Wirbelschicht-Verdampfungstrockners
zu ermöglichen, so erlaubt
die BMA-Technologie zur Konditionierung
solcher Trocknungsgüter dennoch,
auch hierfür die Vorteile der Trocknung
im CSD zu nutzen. Dies bietet sich
z. B. insbesondere für die Trocknung von
Schlempe aus der Erzeugung von Bioethanol
aus Mais oder anderen Cerealien
oder aus Brauereien an. In den USA liegt
für den CSD bereits das erteilte Patent
US 7,578,073 B2 vor.
Dried product
Getrocknetes Produkt
Cooling
Kühlung
Cooled product
Gekühltes Produkt
Schematic representation,
with prefeed system
for DDGS
Schema mit
Darstellung Prefeedsystem
für DDGS
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Functional characteristics
Funktionsbeschreibung
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1
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The bed (item 3) with the fluidised product
forms in an annular space around
the central superheater (item 9). The
steam required for product fluidisation
is generated by a fan (item 10) below
the superheater, from where it circulates
upwards through the distributor
plate (item 12) and into the fluidised bed,
which is subdivided into a number of
interconnected cells. The input material
is fed by the product feeder system into
the first dryer cell, and then passes all
other cells in the fluidised state. In the
last cell, the product and the dust from
the rotary dust separator (item 6) are
collected and a screw conveyor removes
them from the dryer.
To evaporate the water contained in
the product, the necessary amount of
energy has to be transferred to the product.
Most of the energy is transferred
to the circulation steam in the superheater
and enters the fluidised bed together
with the steam. As a second means of
energy transfer, steam-heated panels are
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provided in the fluidised bed. Because
of direct contact between the product
and the heating panels, this kind of heat
transfer is particularly efficient.
The velocity of the circulation steam
is rated so that large particles, too, are
kept in motion. Comparatively large and
heavy particles primarily travel along
the bottom of the fluidised bed and use
openings in the cell walls immediately
above the distributor plate for entering
the next cells.
As a result of the highly intensive
motion inside the fluidised bed, smaller
and lighter particles are forced upwards
in the partitioned cells. The curvature
at the top end of the cell partitions has
two effects. Firstly, the particles are
deflected so that they drop back into the
fluidised bed in the next cell or the one
after the next. The second effect is that
the steam is forced to perform a rotary
motion as it flows upwards. In developing
the CSD, extensive fluid-dynamic
calculations were made to be able to
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1
2 3
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Die Wirbelschicht (Pos. 3) aus fluidisiertem
Produkt bildet sich in einem
ringförmigen Raum um den zentral angeordneten
Überhitzer (Pos. 9) aus.
Der dazu erforderliche Dampfstrom wird
von einem Ventilator (Pos. 10) unterhalb
des Überhitzers erzeugt und zirkuliert
durch einen Anströmboden (Pos. 12)
nach oben in die Wirbelschicht, die in
miteinander verbundene Zellen aufgeteilt
ist. Das zu trocknende Produkt
wird über das Produkteingangssystem
der ersten Zelle zugeführt und durchläuft
dann alle weiteren Zellen im fluidisierten
Zustand. In der sich anschließenden
Austrittszelle werden das Pro-
dukt und der Staub aus dem Rotationsabscheider
zusammengeführt (Pos. 6)
und mittels einer Förderschnecke ausgetragen.
Um das im Produkt enthaltene Wasser
verdampfen zu können, muss die
erforderliche Energie auf das Produkt
übertragen werden. Der Hauptteil der
Energie wird im Überhitzer auf den Zir-
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achieve a maximum separation effect
while keeping pressure losses as low
as possible. The top part of the CSD
forms a cyclone, in which dust and very
fine particles are effectively separated in
a centrifugal force field. From here the
particles enter the ejector (item 7); they
are then blown directly into the last cell
of the fluidised bed from where they are
removed from the CSD together with
the dried product.
The circulation steam contains almost
no dust when it enters the superheater
for reheating with high-pressure steam.
The superheated circulation steam is
sucked in by the fan (item 10) and forced
again through the distributor plate and
into the fluidised bed.
Bottom section being placed
on its feet
Aufsetzen des Unterteils
auf die Füße
kulationsdampf übertragen und mit diesem
in die Wirbelschicht transportiert.
Ein weiterer Energieeintrag erfolgt über
dampfbeheizte Heizplatten, die in der
Wirbelschicht installiert sind. Dieser Wärmeübergang
ist durch den direkten Kontakt
des Produktes mit den Heizplatten
besonders effektiv.
Die Geschwindigkeit des Zirkulations-
dampfstromes ist so bemessen, dass
auch größere Partikel in Bewegung gehalten
werden. Größere und schwerere
Partikel bewegen sich vorrangig im
unteren Teil der Wirbelschicht und gelangen
durch Öffnungen, die in den Zellenwänden
unmittelbar über dem Anströmboden
angeordnet sind, in die nächsten
Zellen.
Die kleineren und leichten Partikel
werden in den durch Trennwände
begrenzten Zellen durch intensive Bewegung
in der Wirbelschicht nach oben
geworfen. Die Krümmung der Trennwände
im oberen Bereich bewirkt zum einen
eine Ablenkung der Partikel, so dass sie
in der nächsten oder übernächsten Zelle
wieder in die Wirbelschicht fallen. Zum
anderen wird durch die Krümmung der
Trennwände der vertikal nach oben strömende
Dampf in eine Rotationsbewegung
versetzt. Bei der Entwicklung des
CSD wurden hierzu umfangreiche fluiddynamische
Berechnungen durchgeführt,
um maximale Abscheidewirkung
bei minimalem Druckverlust realisieren
zu können. Der obere Teil des CSD
bildet einen Zyklon, in dem Staub und
kleinste Partikel im Fliehkraftfeld effektiv
abgeschieden werden. Von dort gelangen
sie in den Ejektor (Pos. 7), werden
direkt in die Austrittszelle geblasen und
gemeinsam mit dem Trockenprodukt aus
dem CSD ausgetragen.
Der nahezu staubfreie Zirkulationsdampf
strömt anschließend in den Überhitzer,
wo er mittels Hochdruckdampf
wieder erwärmt wird. Der überhitzte
Zirkulationsdampf wird vom Ventilator
(Pos. 10) angesaugt und erneut durch
den Anströmboden in die Wirbelschicht
gedrückt.
View of the inside of the dryer
during assembly
Blick in den Innenraum während
der Montage
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Excess steam is produced in the fluidised
bed as the water contained in the
product evaporates. This steam leaves
the CSD at the centre of the rotary
separator through the top-end vapour
pipe (item 8). Its energy content can be
put to further use, for instance in the evaporator
station.
The product feed system comprises
the feed lock (item 1) and the feed screw
conveyor (item 2). This system feeds the
particles into the CSD without any loss
of steam. The feed lock is a special-purpose
device that separates the pressurised
CSD from the environment.
The feed screw conveyor feeds the
particles into the dryer against the direction
of steam flow, and the particles are
heated as the steam condenses.
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Als Folge der Verdampfung des im Produkt
enthaltenen Wassers entsteht in
der Wirbelschicht ein Dampfüberschuss,
der im Zentrum des Rotationsabscheiders
den CSD nach oben über die
Brüdenleitung (Pos. 8) verlässt. Dieser
Brüden kann anschließend z. B. in einer
Verdampfstation energetisch genutzt
werden.
Das Produkteingangssystem besteht
aus der Eingangsschleuse (Pos. 1) und
der Eingangsschnecke (Pos. 2). Das
System führt die Partikel dem CSD
ohne Dampfverlust zu. Die Eingangsschleuse
stellt eine Spezialkonstruktion
dar, die als Schleuse zwischen der
Umgebung und dem unter Druck stehenden
CSD dient.
Die Partikel werden von der Eingangsschnecke
gegen den Dampfstrom in den
Trockner gefördert und dabei von kondensierendem
Dampf erwärmt.
Fluid dynamic
calculations
Fluiddynamische
Berechnungen

Example of a
feed lock
Beispiel einer
Eingangsschleuse
The product discharge system removes
the dried product from the CSD and
transports it to the downstream convey-
or system. It comprises the discharge
screw conveyor (item 4), the discharge
lock (item 5), and the expansion cyclone
(item 11) with a separate rotary lock.
The discharge screw conveyor conveys
the product from the last cell of
the CSD into the discharge lock, from
where it enters the downstream flash
tank.
Das Produktausgangssystem trägt das
trockene Produkt aus dem CSD aus
und transportiert es zu dem nachgeschalteten
Fördersystem. Es besteht
aus der Ausgangsschnecke (Pos. 4), der
Ausgangsschleuse (Pos. 5) und dem Entspannungszyklon
(Pos. 11) mit Zellenradschleuse.
Die Ausgangsschnecke fördert das Produkt
aus der Austrittszelle des CSD in
die nachfolgende Ausgangsschleuse. Von
dort gelangen sie in den nachfolgenden
Entspannungsbehälter.
Example of a
discharge lock
Beispiel einer
Ausgangsschleuse
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Design
Ausführung
Since the outer shell of the CSD, the
integrated superheater and the different
heating panels in the fluidised bed have
to be dimensioned as pressure vessels,
the materials used have to be selected
very carefully. BMA has obtained the
required licenses for strength design calculations
in compliance with TÜV, ASME
and other international regulations, and
can therefore manufacture the apparatus
in its own workshop.
While the outer shell may be made
from mild steel, high-temperature steel
is used for the superheater. For the inside
elements of the CSD, both stainless
steel and mild steel are used, depending
on the mechanical and thermal requirements
these elements have to meet.
As well as performing a number of
monitoring functions for continuous
operation, the measuring and control system
for the CSD has to ensure above
all that the dried product has a constant
residual moisture for downstream processes
and subsequent storing.
The temperatures recorded in all the
fluidised bed cells and the differential
pressure across the fan are also used for
process control purposes. These parameters
serve as criteria for assessing stable
drying conditions and adequate fluidisation
of the particles in the fluidised bed.
For the feed and discharge locks there is
a separate control system with various
monitoring and alarm functions. A central
lubrication system supplies the locks
as well as the feed and discharge screw
conveyors with the required amounts of
lubricant.
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Da sowohl der Außenmantel des CSD,
der integrierte Überhitzer und die verschiedenen
Heizplatten in der Wirbelschicht
als Druckbehälter zu dimensionieren
sind, kommt der Werkstoffauswahl
besondere Bedeutung zu. BMA
ist autorisiert, die jeweils erforderliche
Festigkeitsauslegung nach TÜV, ASME
und anderen international üblichen
Regelwerken durchzuführen und den
Apparat selbst zu fertigen.
Während für den Außenmantel
Normalstahl eingesetzt werden kann,
finden für den Überhitzer warmfeste
Stähle Verwendung. In Abhängigkeit der
mechanischen und thermischen Anforderungen
an die Art der Einbauten des
CSD werden diese sowohl in Edelstahl
als auch Normalstahl ausgeführt.
Neben verschiedenen Überwachungsfunktionen
für den kontinuierlichen
Betrieb hat die für den CSD
eingesetzte Mess- und Regeltechnik vor
allem die Aufgabe, eine gleichmäßige
Restfeuchte für die Weiterverarbeitung
und dessen anschließende Lagerung zu
gewährleisten.
Zur Prozessüberwachung werden
außerdem die Temperaturen in allen Wirbelschichtzellen
und der Differenzdruck
über dem Ventilator gemessen. Diese
Parameter dienen als Kriterien für die
Beurteilung des stabilen Trocknungsverlaufes
und die ausreichende Fluidisierung
der Partikel in der Wirbelschicht.
Superheater on its way
to the site
Überhitzer auf dem Weg
zur Baustelle
Die Ein- und Ausgangsschleusen besitzen
ein eigenständiges Steuerungssystem
mit verschiedenen Überwachungs-
und Alarmfunktionen. Ein zentrales
Schmiersystem versorgt sowohl die
Zellenradschleusen als auch die Ein- und
Ausgangsschnecken mit den erforderlichen
Schmierstoffmengen.

© Braunschweigische
Maschinenbauanstalt AG
Postfach 32 25
38022 Braunschweig
Germany
Phone +49-531-8040
Fax +49-531-804 216
sales@bma-de.com
www.bma-worldwide.com
Subject to technical modification 11/2009
Technische Änderungen vorbehalten 11/2009