DE10229521A1

DE10229521A1 - Method for controlling low-temperature drying of moist material

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Publication number: DE10229521A1
Application number: DE10229521A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-01-29
Also published as: WO2004002905A1; AU2003249918A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Niedertemperaturtrocknung von Feuchtgut, insbesondere von Klärschlamm, unter Einsatz von Trocknungsluft und wenigstens einer Trocknungsstufe im Kaltluftbetrieb oder Umluftbetrieb, wobei im Kaltluftbetrieb als Trocknungsluft ausschließlich Außenluft und im Umluftbetrieb ein Gemisch aus Außenluft und Umluft verwandt wird, bei dem der Verlauf des Gesamtenergiebedarfs des Kaltluftbetriebs und des Umluftbetriebs in Abhängigkeit von der Temperatur der Außenluft bzw. Abluft, dem absoluten Grenzwassergehalt der Außenluft, dem Gesamtluftdruck der Außenluft, der Feuchtigkeit des Feuchtgutes und der Menge des Feuchtgutes hinsichtlich eines theoretischen Energiekostenaufwands kontinuierlich ausgerechnet wird und als Trocknungsprogramm gestartet wird.The invention relates to a method for controlling low-temperature drying of moist material, in particular sewage sludge, using drying air and at least one drying stage in cold air mode or recirculating air mode, wherein in cold air mode only outside air is used as drying air and in mixture air mode a mixture of outside air and recirculating air is used, in which The course of the total energy requirement of the cold air mode and the recirculation mode depending on the temperature of the outside air or exhaust air, the absolute limit water content of the outside air, the total air pressure of the outside air, the humidity of the damp material and the amount of damp material is continuously calculated in terms of a theoretical energy cost and as a drying program is started.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Niedertemperaturtrocknung von Feuchtgut, insbesondere von Klärschlamm, unter Einsatz von Trocknungsluft und wenigstens einer Trocknungsstufe im Kaltluftbetrieb und Umluftbetrieb, wobei im Kaltluftbetrieb als Trocknungsluft ausschließlich Außenluft und im Umluftbetrieb ein Gemisch aus Außenluft und Umluft verwandt wird.The invention relates to a method for controlling low-temperature drying of moist material, in particular of sewage sludge, using drying air and at least one drying stage in cold air mode and recirculation mode, whereby in cold air mode as Drying air only outside air and a mixture of outside air and recirculated air is used in recirculation mode becomes.

Es sind verschiedene Verfahren zur Niedertemperaturtrocknung von Feuchtgütern bekannt. Es handelt sich bei den üblichen Verfahren um die Kaltlufttrocknung und die Umlufttrocknung.There are different methods for Low-temperature drying of moist goods is known. It is about with the usual Processes for cold air drying and forced air drying.

Bei der sogenannten Kaltlufttrocknung wird Außenluft zur Entfeuchtung eingesetzt. Dabei wird das Feuchteaufnahmepotential der Außenluft ausgenutzt, so dass dieses Verfahren stark von den externen Witterungsbedingungen abhängt. Um ein ausreichendes Feuchteaufnahmepotential zur Verfügung zu stellen, muss ein großer Volumenstrom an Außenluft mit dem Feuchtgut in Kontakt gebracht werden. Bei schlechten klimatischen Bedingungen mit niedrigen Lufttemperaturen und/oder hohen Wasserdampf-Partialdrücken muß zusätzlich Energie eingesetzt werden, um die Außenluft zu erwärmen, damit der gewünschte Trocknungsgrad erreicht werden kann. Dies ist mit einem hohen Verbrauch an Primärenergie wie Erdgas, Heizöl, Biogas, Klärgas oder Flüssiggas verbunden. Bei einem kontinuierlichen und gleichmäßigen Betrieb der Trocknung über ein ganzes Jahr werden, trotz Einsparungen im Sommer mit trockener und warmer Luft, insgesamt hohe Durchschnitt-Energieverbrauchswerte erzielt.With so-called cold air drying becomes outside air used for dehumidification. The moisture absorption potential the outside air exploited, so this procedure greatly dependent on the external weather conditions depends. In order to have sufficient moisture absorption potential available must be a big one Volume flow in outside air be brought into contact with the moist material. In bad climatic Conditions with low air temperatures and / or high water vapor partial pressures require additional energy used to the outside air to warm up so that the desired one Degree of dryness can be achieved. This is with a high consumption of primary energy like natural gas, heating oil, Biogas, sewage gas or LPG connected. With continuous and even operation drying over a whole year, despite savings in the summer with drier and warm air, overall high average energy consumption values achieved.

Bei der einfachen Umlufttrocknung wird ein Teil der Trocknungsluft im Kreis geführt, welche nun als Umluft bezeichnet wird, wobei ein Teil der Umluft nach Verlassen des Trockners an die Umgebung abgeführt und durch Außenluft ersetzt wird. Diese gesamte Luftmenge wird erwärmt und anschließend wieder dem Trockner zugeführt. Die Umlufttrocknung hat den Vorteil witterungsunabhängig zu arbeiten. Der Nachteil liegt jedoch in dem größeren Bedarf an thermischer Energie, wenn bei geeigneter Witterung die Außenluft ausreichend Feuchteaufnahmepotential hätte.With simple convection drying part of the drying air is circulated, which is now circulating air is referred to, whereby a part of the circulating air after leaving the dryer dissipated to the environment and through outside air is replaced. This entire amount of air is heated and then again fed to the dryer. Circulating air drying has the advantage of being weather-independent work. The disadvantage, however, is the greater need for thermal Energy if the outside air has sufficient moisture absorption potential in suitable weather would have.

Bei der Umlufttrocknung mit Kältemaschinen wird die Umluft des Trockners direkt oder indirekt abgekühlt, indem die Wärme der Umluft an den Verdampfer der Kältemaschine abgeführt wird. Dabei kondensiert das während des Trocknungsvorganges aufgenommene Wasser. Die nun abgekühlte Umluft wird anschließend durch die vom Kondensator der Kältemaschine abgegebene Wärme wieder erwärmt und dem Trockner zugeführt. Die Kältemaschine hat unabhängig vom Klima einen gleich bleibend hohen Bedarf an elektrischer Energie. Darüber hinaus erzeugt sie mehr Wärme im Kondensator, so dass mehr Wärme entsteht als zur Erwärmung der Umluft benötigt wird. Die überschüssige Wärme muß abgeführt werden.When circulating air drying with chillers the dryer circulating air is cooled directly or indirectly by the heat the circulating air is discharged to the evaporator of the chiller. This condenses during water absorbed during the drying process. The cooled air is now subsequently by the from the condenser of the chiller emitted heat warmed up again and fed to the dryer. The chiller has independent a constant high demand for electrical energy from the climate. About that it also generates more heat in the condenser so that more heat arises as for heating the circulating air needed becomes. The excess heat must be dissipated.

Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren ( DE 196 54 093 ) bekannt, bei dem die Umlufttrocknung mit Kältemaschine und die Kaltlufttrocknung kombiniert wird. Somit kann im Kaltluftbetrieb ohne bzw. mit geringer Wärmezufuhr gearbeitet werden. Im Umluftbetrieb mit Zumischung von Außenluft kann die Kältemaschine so eingestellt werden, daß keine überschüssige Wärme erzeugt wird. Für die Trocknungsaufgabe ist es ausreichend, so viel Abluft zu entfeuchten, daß das Feuchteaufnahmepotential der Mischung aus Außenluft und Umluft nach Erwärmung am Kondensator ausreichend ist. Nachteile bei diesem Verfahren sind der im Verhältnis zur Wasserverdampfungsleistung relativ hohe apparative Aufwand und der Einsatz von elektrischer Energie.A method is known from the prior art ( DE 196 54 093 ) is known, in which the forced air drying is combined with the refrigeration machine and the cold air drying. It is therefore possible to work in cold air mode with little or no heat input. In recirculation mode with the addition of outside air, the chiller can be set so that no excess heat is generated. For the drying task, it is sufficient to dehumidify so much exhaust air that the moisture absorption potential of the mixture of outside air and recirculated air is sufficient after heating at the condenser. Disadvantages of this method are the relatively high expenditure on equipment in relation to the water evaporation capacity and the use of electrical energy.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung von Niedertemperaturtrocknung von Feuchtgut mittels Kaltluftbetrieb und/oder Umluftbetrieb bereitzustellen, mit dem es möglich ist, aufgrund der sich ändernden klimatischen Bedingungen und der ebenfalls sich ändernden Eigenschaft des Feuchtgutes eine automatische Optimierung des gesamten Energieverbrauchs zu erreichen, ohne dass große anlagentechnische Investitionen erforderlich sind und somit die elektrischen und thermischen Energie- sowie die Personalkosten zu reduzieren.It is therefore an object of the invention a method for controlling low-temperature drying of moist material to be provided by means of cold air mode and / or recirculation mode, with which it is possible is, due to the changing climatic conditions and the also changing properties of the moist material automatic optimization of total energy consumption achieve without big technical investments are required and thus the electrical and thermal energy and personnel costs to reduce.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art vor, bei dem der Verlauf des Energiebedarfs des Kaltluftbetriebs und des Umluftbetriebs in Abhängigkeit von der Temperatur der Außenluft bzw. Abluft, dem absoluten Grenzwassergehalt der Außenluft, dem Gesamtluftdruck der Außenluft, der Feuchtigkeit des Feuchtgutes und der Menge des Feuchtgutes hinsichtlich eines theoretischen Energiekostenaufwands kontinuierlich ausgerechnet und als Trocknungsprogramm gestartet wird. Die variablen Faktoren (Außenluftbedingungen, Feuchtgut, etc.) werden mittels Messfühlern gemessen und bewacht.The invention proposes to achieve this object a method of the type mentioned, in which the course the energy requirements of cold air mode and recirculation mode in dependence the temperature of the outside air or exhaust air, the absolute limit water content of the outside air, the total air pressure of the outside air, the moisture of the wet goods and the amount of the wet goods in terms of of a theoretical energy cost continuously calculated and is started as a drying program. The variable factors (Outside air conditions Damp material, etc.) are measured and monitored using sensors.

Insbesondere bei kalter und/oder nasser Witterung ist eine Zusatzheizung mit elektrischer oder anderer Energie bei der Kaltlufttrocknung erforderlich, um die Trocknungsaufgabe zu erfüllen, so dass der Energieverbrauch bei diesen klimatischen Bedingungen besonders hoch ist. Bei heißer und trockener Witterung benötigt der Kaltluftbetrieb keine zusätzliche Erwärmung der Außenluft. Aus diesen Gründen weist der Verlauf des Energieverbrauchs beim Kaltluftbetrieb Hoch- und Tiefpunkte auf. Angesichts der ständigen Änderung der Außenluft für den Kaltluftbetrieb muss, um den Trocknungsgrad zu erreichen, ständig die Menge des Feuchtgutes, die Primärenergiezufuhr sowie die Menge des Luftstromes angepasst werden. Es bedarf hierzu einen hohen technischen Verstand beim Personal.Especially with cold and / or wet weather is an additional heater with electric or other Energy in cold air drying is required to complete the drying task to meet so the energy consumption in these climatic conditions is particularly high. When hot and dry weather is needed cold air operation no additional warming the outside air. For these reasons, points the course of energy consumption in cold air operation high and Lows on. Given the constant change in outside air for the Cold air operation must constantly to achieve the degree of drying Amount of wet matter, the primary energy supply and the amount of airflow can be adjusted. This requires a high level of technical understanding among the staff.

Dagegen ist der Energieverbrauch beim Umluftbetrieb annähernd gleich bleibend hoch, da er von der Außenluft mehr oder weniger abgekoppelt ist. Der Energiebedarfs-Verlauf liegt hierbei zwischen den Tief- und Hochwerten des Energieverbrauchs beim Kaltluftbetrieb.In contrast, the energy consumption in recirculation mode is almost the same because it is more or less decoupled from the outside air. The energy demand curve lies between the low and high values of energy consumption in cold air operation.

Anhand der Energiebedarfskurven wird das jeweilige Trocknungsverfahren mit dem günstigsten Energieverbrauch automatisch ausgewählt, wobei zwischen Kaltluftbetrieb und Umluftbetrieb umgeschaltet wird. Kombinationen sind ebenfalls möglich.Based on the energy demand curves the respective drying process with the cheapest energy consumption automatically selected, switching between cold air mode and recirculation mode. Combinations are also possible.

Um den hohen Energieverbrauch beim Kaltluftbetrieb, insbesondere während der schlechten (kalten und feuchten) klimatischen Bedingungen, zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Trocknung automatisch auf den Umluftbetrieb umgeschaltet. Somit kann der teilweise hohe Energieverbrauch des Kaltluftbetriebes vermieden werden. Sobald die Außenbedingungen für den Kaltluftbetrieb optimal sind, wird automatisch wieder umgeschaltet. Als Außenluftbedingungen werden hier die Temperatur der Außenluft bzw. Abluft, der absolute Grenzwassergehalt der Außenluft, der Gesamtluftdruck der Außenluft verstanden.To the high energy consumption at Cold air operation, especially during the bad (cold and humid) climatic conditions, to avoid is drying according to the invention automatically switched to recirculation mode. Thus, the partial high energy consumption of cold air operation can be avoided. As soon as the outside conditions for the Cold air operation are optimal, is automatically switched over again. As outside air conditions the temperature of the outside air or exhaust air, the absolute Limit water content of the outside air, the total air pressure of the outside air Roger that.

Zweckmäßigerweise wird das Trocknungsprogramm selbsttätig korrigiert, sobald die aktuelle Außenbedingungen und Feuchtgutbedingungen sich verändern. Somit kann eine flexible Trocknungsablaufsteuerung mit rechnerischer Verfolgung des Kaltluftbetriebs und des Umluftbetriebs ermöglicht werden, was zur Energieoptimierung bei der Niedertemperaturtrocknung führt.The drying program is expedient automatic corrected as soon as the current outdoor and wet conditions change. Thus, a flexible drying process control with arithmetic Tracking of cold air operation and recirculation mode are enabled, which leads to energy optimization in low-temperature drying.

Vorteilhaft besteht die Trocknungsluft beim Umluftbetrieb aus Umluft und Außenluft, wobei die Abwärme der Umluft zur Erwärmung der zugeführten Außenluft genutzt wird. Durch Mischung der Umluft mit kalter Außenluft wird der Energieaufwand zur Abkühlen und Wiedererwärmung der Umluft reduziert.The drying air is advantageous in recirculation mode from recirculation and outside air, the waste heat of Circulating air for heating the supplied outside air is being used. By mixing the circulating air with cold outside air the energy required to cool down and reheating the circulating air is reduced.

Des weiteren wird im Umluftbetrieb die gesamte, durch den Trockner geführte Außenluftmenge reduziert und auf diejenige Menge eingestellt, die bei minimalem Verbrauch an elektrische Energie zur Förderung des Luftstromes sowie bei minimalem Verbrauch an Primärenergie bzw. Abwärme zur Erwärmung des Außen- bzw. des Umluftstromes notwendig ist.Furthermore, the recirculation mode the total amount of outside air passed through the dryer is reduced and set to the amount required at minimum consumption electrical energy for promotion of the air flow and with minimal consumption of primary energy or waste heat for warming of the outside or the circulating air flow is necessary.

Durch den Einsatz von mehreren getrennten gutseitig hintereinander geschalteten Trocknungsstufen wird die Abwärme der Abluft aus der einen Stufe zur Erwärmung der Außenluft und/oder Umluft der anderen Stufe genutzt. Somit wird die Primärenergie reduziert. Auch eine teilweise Benutzung der Abwärme der einen Stufe zur Vorwärmung der anderen Stufe ist denkbar.By using several separate gutseiten consecutive drying stages is the waste heat of the Exhaust air from one stage for heating the outside air and / or circulating air of the other stage. Thus the primary energy reduced. Partial use of the waste heat from one stage to preheat the another level is conceivable.

Zur Übertragung der Abwärme aus der einen Stufe auf eine andere wird eine indirekte Wärmeübertragung, insbesondere Wärmetauscher, herangezogen. Auch die Nutzung von Sprühkondensatoren mit direkten Wärmeaustauschsystemen auf der warmen und indirekter Austausch auf der kalten Seite ist denkbar.To transfer the waste heat one stage to another becomes indirect heat transfer, especially heat exchangers, used. Also the use of spray condensers with direct Heat exchange systems on the warm and indirect exchange on the cold side is conceivable.

Bei einem Durchströmungstrockner ist die maximale Trocknungsluftmenge durch die Fluidisierungsgeschwindigkeit des zu trocknenden Gutes begrenzt.With a through-flow dryer is the maximum amount of drying air through the fluidization speed of the goods to be dried.

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend grafische Darstellungen herangezogen. Es zeigen:To explain the invention graphic representations are used below. Show it:

1 eine schematische, grafische Darstellung der Energiebedarfskurven im Kaltluftbetrieb und Umluftbetrieb; 1 a schematic, graphic representation of the energy demand curves in cold air mode and recirculation mode;

2 eine grafische Darstellung der optimierten, idealen Energiebedarfskurve gemäß der Erfindung. 2 a graphic representation of the optimized, ideal energy demand curve according to the invention.

1 zeigt eine schematische, grafische Darstellung bei der Trocknung von Feuchtgut mittels Kaltluftbetrieb und Umluftbetrieb von mehreren Tagen. Die X-Achse zeigt hierbei einen groben Zeitverlauf t, wobei nur schematisch der Nacht (N)- und Tag(T)-Rhythmus der Trocknung angedeutet wird. Die Y-Achse zeigt den Energiebedarf an. Die Energiekurven werden mit den Faktoren, die im Hauptanspruch und in der Beschreibung aufgeführt sind, errechnet. Die dargestellen Kurven sind idealisiert mit der Konstellation, daß am Tag eine trockene und warme Außenluft und in der Nacht eine kalte und feuchte Außenluft herrscht. In der Realität sind die Kurven in der Regel unregelmäßiger. 1 shows a schematic, graphic representation of the drying of moist material by means of cold air operation and recirculation mode of several days. The X-axis shows a rough course of time t, the night (N) and day (T) rhythm of the drying being indicated only schematically. The Y axis shows the energy requirement. The energy curves are calculated using the factors listed in the main claim and in the description. The curves shown are idealized with the constellation that there is dry and warm outside air during the day and cold and humid outside air at night. In reality, the curves are usually more irregular.

Ersichtlich ist hierbei die Kurve 1 im Kaltluftbetrieb mit Hoch- und Tiefwerten, wobei die hohen Energiebedarfswerte während der Nacht resultieren und die tiefen Werte während des Tages, da die Außenluft üblicherweise sich in der Nacht abkühlen und während des Tages wieder erwärmen. Während der Nacht muss daher Primärenergie zugeführt werden. Die Schwankungen kommen somit durch die Veränderung der Außenbedingungen zustande.The curve can be seen here 1 in cold air mode with high and low values, whereby the high energy consumption values result during the night and the low values during the day, since the outside air usually cools down at night and warms up again during the day. Primary energy must therefore be supplied during the night. The fluctuations are caused by the change in the external conditions.

Die Kurve 2 des Energiebedarfs des Umluftbetriebes zeigt dagegen einen annähernd gleich bleibenden relativ hohen Energieverbrauch an, relativ unabhängig von den Außenbedingungen. Durch rechnerische Verfolgung des Kaltluftbetriebes und des Umluftbetriebes werden die Umschaltmodi 3 ermittelt. Diese sind Idealerweise dort, wo sich die beiden Kurven 1, 2 sich treffen.The curve 2 the energy requirement of the recirculation mode, on the other hand, indicates an approximately constant relatively high energy consumption, relatively independent of the external conditions. The changeover modes are determined by computerized tracking of the cold air mode and the recirculation mode 3 determined. These are ideally where the two curves are 1 . 2 meet.

2 zeigt die optimierte, ideale Energieverbrauchskurve mittels der erfindungsgemäßen Verfahrenssteuerung. Dabei sind die hohen Energieverbrauchswerte des Kaltluftbetriebes durch den Energieverbrauch des Umluftbetriebs ersetzt, der im Vergleich dazu kleiner ist, so daß insgesamt der Energieverbrauch reduziert wird. 2 shows the optimized, ideal energy consumption curve by means of the process control according to the invention. The high energy consumption values of the cold air mode are replaced by the energy consumption of the recirculation mode, which is smaller in comparison, so that the overall energy consumption is reduced.

Parallel zu dieser Maßnahme zur Einsparung der thermischen Energie werden die Luftvolumenströme in jedem Betriebszustand soweit angepasst/reduziert, dass immer nur der maximal notwendige Volumenstrom zur Förderung des zu verdampfenden Wassers gefördert wird.In parallel to this measure The air volume flows in each will save thermal energy Operating state adjusted / reduced so far that only the maximum necessary volume flow for promotion of the water to be evaporated becomes.

Im Kaltluftbetrieb wird die Gesamtluftmenge reduziert. Im Umluftbetrieb wird die Frischluftmenge angepasst und mittels des Trockners auf das notwendige Maß reduziert, um einerseits ausreichend Wärme zurückzuführen und andererseits ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit zu erhalten, so dass die Stoffaustauschvorgänge unterstützt werden. Das notwendige Maß bezieht sich auf das zu trocknende Gut und die Trocknungsaufgabe (Menge, Eingangs-, Gutstoffgehalt, Ausgangsfeststoffgehalt).The total air volume is reduced in cold air mode. In recirculation mode, the amount of fresh air is adjusted and reduced to the necessary level by means of the dryer in order to return sufficient heat on the one hand and sufficient on the other maintain high flow velocity so that the mass transfer processes are supported. The necessary measure relates to the goods to be dried and the drying task (quantity, input, accept content, output solids content).

Durch die Steuerung des Kalt-/Umluftbetriebs wird der Verbrauch an thermischer Energie und der Verbrauch an elektrischer Energie minimiert, so dass das Verfahren energetisch optimiert betrieben werden kann.By controlling the cold / recirculation mode the consumption of thermal energy and the consumption of electrical Energy is minimized so that the process can be operated in an energy-optimized manner can.

Claims

Method for controlling low-temperature drying of moist material, in particular sewage sludge, using drying air and at least one drying stage in cold air mode or recirculating air mode, whereby in cold air mode only drying air is used as outside air and in mixture air mode a mixture of outside air and recirculating air is used, characterized in that the course the total energy requirement of the cold air mode and the recirculation mode depending on the temperature of the outside air or exhaust air, the absolute limit water content of the outside air, the total air pressure of the outside air, the humidity of the damp material and the amount of damp material is continuously calculated with regard to a theoretical energy cost and is started as a drying program ,

A method according to claim 1, characterized in that based on of the energy demand curves the respective drying process with the best Energy consumption is selected automatically, with cold air operation and air recirculation mode is switched.

A method according to claim 1, characterized in that the Drying program corrected automatically once the current outside air conditions and wet conditions change.

Process according to claims 1 and 2, characterized in that the drying air during recirculation mode from recirculated air and outside air exists, the waste heat the exhaust air for heating the supplied outside air is being used.

A method according to claim 1, characterized in that the Recirculation mode the sum of outdoor and circulating air and the to be supplied Thermal energy dependent on is minimized by the type and shape of the material to be dried.

A method according to claim 1, characterized in that the Air volume in cold air mode depending the outside air condition, such as temperature and humidity in particular, is minimized.

A method according to claim 1, characterized in that the outside air is larger in cold air mode than the sum of foreign and recirculation in recirculation mode.

A method according to claim 1, characterized in that at several separate drying stages connected in series on the good side the waste heat the exhaust air from the one stage for heating the outside air and / or circulating air of the other stage is used.

A method according to claim 1, characterized in that at several separate drying stages connected in series on the good side the waste heat one stage at least partially used to preheat the other stage becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that that the transfer the waste heat one level to another by means of direct heat transfer systems, preferably by means of Gas-gas heat exchangers, he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that that the transfer the waste heat one stage to another by means of indirect heat transfer systems, preferred by means of a heat pump, heat exchangers using a water or thermal oil circuit or spray condensation, he follows.

A method according to claim 1, characterized in that at a through-flow dryer maximum amount of drying air through the fluidization speed of the goods to be dried is limited.