DE1244124B - Vorrichtung zur Durchfuehrung chemischer oder physikalischer Reaktionen zwischen feinkoernigem oder pulverfoermigem Gut und Gas - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Durchführung chemischer oder physikalischer Reaktionen zwischen feinkörnigem oder pulverförmigem Gut und Gas Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung chemischer oder physikalischer Reaktionen zwischen feinkörnigem oder pulverförrnigem Gut und Gas, insbesondere zum Erhitzen oder Kühlen des Gutes, bestehend aus mehreren vom Gut und Gas im Gegenstrom durchsetzten, hintereinandergeschalteten zylindrischen Gegenstromkammern, in die das Gas tangential eingeführt und aus denen es axial abgeführt wird, während das Gut exzentrisch zugeführt und am äußeren Kammerumfang abgeführt wird.
• Bei einer bekannten Vorrichtung zur Erhitzung von feinkörnigen Feststoffen (z.B. Zementrohmehl, Kalk, Dolomit, Magnesit, Tonerdehydrat II. dgl.) werden die Reaktionskammern durch Zyklone gebildet, die in zwei senkrechten Reihen so übereinander angeordnet sind, daß der auf einen Zyklon nach oben folgende nächste Zyklon jeweils der anderen Reihe angehört, wobei das Abgasrohr jedes Zyklons zunächst senkrecht nach oben und dann waagerecht zum nächstfolgenden Zyklon geführt ist.
• Das Staubaustragsrohr des in derselben-Reihe nächsthöhen Zyklons ragt in den senkrechten Teil des Abgasrohres hinein.
• Um zu vermeiden, daß die Abgase durch das Staubaustragsrohr unter Umgehung des nächsten Zyldons direkt in den in der gleichen Reihe darüberliegenden Zyklon, d. h. in den übernächsten Zyklon, eintreten, sind bei dieser bekannten Anlage - ebenso wie bei anderen ähnlichen Ausführungenin den Staubaustragsrohren gasdichte - Materialschleusen, z. B. Pendelklappen, vorgesehen.
• Derartige Materialschleusen besitzen jedoch wesentliche Nachteile. Während sie bei niedrigen Temperaturen noch einwandfrei arbeiten, ergeben sich bei höheren Temperaturen erhebliche Schwierigkeiten. Die Materialschleusen behindern ferner ein gleichmäßiges Fließen des Gutes und beeinträchtigen dadurch den Wärmeaustausch. Schließlich stellen diese mechanisch- beweglichen Teile einen wesentlichen Störungsfaktor in der Anlage dar und bedürfen daher einer häufigen Wartung.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung chemischer oder physikalischer Reaktionen zwischen feinkörnigem oder pulverförmigem Gut und Gas unter Vermeidung der erläuterten Mängel so auszubilden, daß auf Materialschleusen zwischen den einzelnen ilintereinandergeschalteten Reaktionskammern verzichtet werden kann.
• Als Reaktionskammern sollen dabei bekannte zylindrische Gegenstromkammern Verwendung fin den, in die das Gas tangential eingeführt und aus denen es axial abgeführt wird, während das Gut exzentrisch zugeführt und am äußeren Kammerumfang abgeführt wird. Derartige Reaktionskammern zeichnen sich gegenüber Zyklonen durch eine weitgehendere Annäherung an das - Gegenstromprinzip und damit durch einen besseren Wärmeübergang zwischen Gut und Gas aus. Von einer Hintereinanderschaltung mehrerer Gegenstromkammern der genannten Art hat man bisher allerdings noch nicht Gebrauch gemacht.
• Die oben erläuterte Aufgabe wird (unter Verwendung der vorstehend erwähnten bekannten Gegenstromkammern) erfindungsgemåß dadurch gelöst, daß die Gutaustrittsstelle der einen Gegenstromkammer und die Guteintrittsstelle der - in Strömungsrichtung des Gutes gesehen - folgenden Gegenstromkammer so gewählt sind, daß der Druck an der Guteintrittsstelle höchstens gleich dem Druck an der Gutaustrittsstelle der vorgeschalteten Gegenstromkammer ist.
• In Gegenstromkammern der öbenerwähnten Art strömt das tangential eingeleitete und axial abgeführt Gas in einer Wirbelsenke, so daß sich am Umfang der Kammer ein Überdruck und in der Mitte ein Unterdruck ausbildet. Verbindet man nun erfindungsgemäß die unter Überdruck stehende Gutaustrittsstelle der einen Gegenstromkammer mit der unter Unterdruck stehenden Guteintrittsstelle der folgenden Gegenstronikammer, so kann man bei geeigneter Wahl der Austritts- und Eintrittsstelle (d. h. der Anschlüsse der Gutzuführungsleitung) auch unter Berücksichtigung der Strömungsverluste in den Gegenstromkammern sowie in den die Kammern verbindenden Gasleitungen erreichen, daß der Druck an der Guteintrittsstelle höchstens gleich dem Druck an der Gutaustrittsstelle der vorgeschalteten Gegenstromkammer ist.
• Unter dieser Voraussetzung strömt dem von der einen Gegenstromkammer zur folgenden Gegenstromkammer geförderten Gut im Gutzuführungsrohr kein Gas entgegen. Es kann infolgedessen auf eine Materialschleuse verzichtet werden, was nicht nur die Konstruktion der Anlage vereinfacht, sondern auch zu einer wesentlichen Erhöhung der Betriebssicherheit beiträgt. Darüber hinaus ergibt sich durch die ungestörte kontinuierliche Strömung des Gutes durch das Gutzuführungsrohr auch ein wesentlich besserer Wärmeaustausch, wodurch die Wirtschaftlichkeit und die Leistung der Anlage erhebIich gesteigert wird.
• Es sei in diesem Zusammenhang hervorgehoben, daß sich das erfindungsgemäße Prinzip grundsätzlich auch bei Vorrichtungen verwirklichen läßt, die nur eine Gegenstromkammer der erläuterten Art aufweisen, sofern die andere Seite der mit der Gegenstromkammer verbundenen Gutzuführungsleitung nicht unmittelbar an die Atmosphäre, sondern beispielsweise an einen Zyklonauslauf angeschlossen ist.
• Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß an wenigstens einer der beiden Breitseiten der Kammer etwas oberhalb der Achse eine Guteintrittsleitung schräg nach unten gerichtet in die Kammer einmündet, während die Gutaustrittsleitung an den unteren Bereich der Kammer anschließt.
• Die Exzentrizität der Gutzuführung liegt zweckmäßig zwischen dem 0,1- und 0,7fachen Wert, vorzugsweise etwa beim 0,4fachen Wert, des Kammerradius.
• Der für den jeweiligen Einzelfall geeignetste Wert wird in der Regel so bestimmt, daß unter Berucksich tigung der Gasstrdmungsverhältnisse in den Gegenstromkammern im Gutzufiildrrohr zwischen aufeinanderfolgenden Gegenstronakammern keine Druckdifferenz oder - in Strömungsrichtung des Gutes gesehen - nur ein kleines Druckgefälle vorhanden ist.
• Um eine intensive und gleichmäßige Berührung zwischen dem Gut und dem Gasstrom zu gewährleisten, tritt das Gut zweckmäßig unter einem Winkel zwischen 30 und 80°, vorzugsweise von etwa 600, gegenüber der Kammerachse in die Gegenstromkammer ein.
• Die Gegenstromkammern weisen erfindungsgemäß vorteilhaft an ihren Breitseiten zwei symmetrisch zur vertikalen Mittelebene der Kammer liegende Guteintrittsstellen auf.
• In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 und 2 zwei Ansichten eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung, F i g. 3 und 4 zwei entsprechende Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung, F i g. 5 einen Schnitt durch eine Gegenstrorn kammer längs der LinieV-V der F i g. 6, F i g. 6 einen Schnitt durch die Gegenstromkammer längs der Linie V1-VI der Fig. 5.
• Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Zyklonen 1 und 2 einer ersten Gegenstromvorwärmkammer 3, einer zweiten Gegenstromvorwärmkammer 4, einer Brennkammer 5, einer Külilkammer 6 und einer Nachkühleinrichtung 7.
• Sowohl die Vorwärmkammern 3, 4 als auch die Brennkammer5 und die Kühlkammer6 sind als zylindrische Gegenstromkammern ausgebildet, deren grundsätzlicher Aufbau aus den F i g. 5 und 6 ersichtlich ist. An Hand der F 1 g. 5 und 6 ist dabei die Vorwärmkammer 4 näher erläutert; die Darlegungen gelten jedoch sinngemäß auch für die übrigen Gegenstromkaninerfl.
• Die zylindrische Gegenstromvorwärmkammer 4, deren Achse horizontal verläuft, weist eine Höhe auf, die nur einen Bruchteil des Kammerdurchmessers beträgt (vgl. Fig. 6). Sie ist mit einer tangentialen Gas einführung 8 versehen, die sich - wie die F i g. 2 und 6 zeigen - in zwei von beiden Seiten herangeführte Zuführrohre 8 a und 8b aufteilt. Die Gegenstromvorwärmkammer 4 ist ferner an ihren beiden Breitseiten mit je einem axial abführenden Gasaustrittsrohr 9 a, 9 b versehen.
• Weiterhin münden an den beiden Breitseiten der Kammer 4, etwa oberhalb der Kammerachse 11, zwei Gutzuführrohre 10a und lob. Das Maß der Exzentrizität der Einmündung der Gutzuführrohre 10 a, 10 b ist in F i g. 5 mit e bezeichnet. Die Gutzuführrohre sind unter einem Winkel gegenüber der Kammerachse 11 angeordnet, so daß das Gut schräg nach unten gerichtet in die Vorwärinkammer 4 eintritt. Im unteren Bereich ist an die Vorwärmkammer 4 ein Gutatistrittsrohr 12 angeschlossen, das sich - wie aus den F i g. 2 und 6 hervorgeht - in zwei Einzel rohre 12 a und 12 b aufteilt.
• Das Gas gelangt durch die tangentiale Einführung 8 in die Gegenstromvorwärmkammer 4, durchströmt diese in der gestrichelten, etwa spiralförmigen Bewegungsbalin (Pfeil 13; vgl. Fig S) und tritt in axialer Richtung durch die Rohre 9a und 9b aus.
• Das über die Zuführrohre 10 a, 10 b eingeführte Gut wird von dem Gas gleichfalls in eine Wirbelbewegung versetzt, durchströmt -die Kammer 4 beispielsweise in der mit ausgezogenen Linien dargestellten Bewegungsbahn (Pfeil 14) und tritt durch das Rohr 12 und die anschließenden Rohrel2a, 12 b aus. Das Gut wird hierbei in der Klammer 4 im wesentlichen im Gegenstrom zum Gas geführt.
• Bedingt durch die Wirbelströmung des Gases in der Kammer 4 bildet sich am inneren Kammerumfang ein leichter Überdruck aus, während im mittleren Kammerbereich ein Unterdruck entsteht. Diese Tatsache ermöglicht eine Hintereinanderschaltung mehrerer derartiger Gegenstromkammern, bei der auf Materialschleusen in den Gutzuführrohren zwischen den einzelnen Kammern verzichtet werden kann.
• Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck die Gutaustrtttsstelle, d. h. der Ansatz des Rohres12, der einen Gegenstromkammer - beispielsweise der Kammer 3 (vgl. F i g. 1) - und die Guteintrittsstelle, d. h. die Einmündung der Zuführrohre 10 a, 10 b, der in Strömungsrichtung des Gutes gesehen folgenden Gegenstromkammer ~ bei dem angenommenen Beispiel somit der Kammer 4 (vgl Fig. 1) - sa gewählt, daß der Druck an der Guteintrittsstelle höchstens gleich dem Druck an der Gutaustrittsstelle der vorhergehenden Gegenstromkammer 3 ist. In diesem Fall herrscht somit in den Gutzuführrohren zwischen den Karamern 3 und 4 entweder überhaupt kein Differenzdruck oder ein leichtes Druckgefälle in Strömungsrichtung des Gutes. Infolgedessen wird das Gas ausschließlich über die Rohre 9 a und 9 b, nicht dagegen über die Gutzuführrohre 10 a und 10 b aus der Kammer 4 abströmen und der Kammer 3 zuströmen. Man kann daher auf Materialschleusen in den Gutzuführrohren 10a und 10 b verzichten.
• Die Wirkungsweise der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Anlage dürfte somit verständlich sein.
• Das feinkörnige oder pulverförmige Gut wird mittels einer Dosiereinrichtung 15 in die von der Vorwärmkammer 3 zu den Zyklonen 1, 2 führende Gasleitung 16 eingegeben. Nach Abscheiden in den Zyklonen gelangt das Gut über eine an dieser Stelle beispielsweise vorgesehene Materialschleuse 17 in die Vorwäruikammer 3. Hier wird das Gut in der an Hand der Fig.5 und- 6 - erläuterten Weise im Gegenstrom zum Gas vorgewärmt und gelangt dann über die Gutaustrittsrohre 12 a, 12b der Kammer 3 und die Gutzuführrohre 10 a, 10 b der folgenden Vorwärmkammer 4 in diese Kammer. In den zur Zuführung des Gutes dienenden Verbindungsrohren zwischen den Vorwärmkammern 3 und 4 sowie in den entsprechenden Rohren zwischen der Vorwärmkammer 4 und der Brennkammer 5 befinden sich keine Materialschleusen.
• Die Brennkammer 5, die im wesentlichen so ausgebildet ist, wie dies an Hand der Fig. 5 und 6 erläutert wurde, weist zusätzlich an ihren beiden Breitseiten eine Anzahl von Brennern 18 auf, die über ein Gebläse 19 mit Primärluft versorgt werden.
• Auch in die Brennkammer 5 tritt das Gut exzentrisch ein und durchströmt die Kammer im Gegenstrom zu dem heißen Gas.
• Anschließend gelangt das Gut in die Kühlkammer 6, wobei - ebenso wie bei den vorhergehenden Stufen - die Anschlüsse der zur Zuführung des Gutes dienenden Verbindungsrohre wiederum so gewählt sind, daß in diesen Rohren kein Druckgefälle entgegen der Strömungsrichtung des Gutes herrscht.
• Aus der Kühlkammer 6 gelangt dann das Gut über eine Materialschleuse 20 in die Nachkühleinrichtung 7. Die von den Gebläsen 21 gelieferte Kühlluft tritt über eine Leitung 22 in die Kühlkammer 6 ein, wobei über eine weitere Leitung 23 noch zusätzlich Kühlluft angesaugt werden kann. Die aus der Kühlen kammer 6 durch die Rohre 9 a und 9 b abströmende erhitzte Kühlluft tritt als Sekundärluft in tangentialer Richtung in die Brennkammer 5 ein, verläßt die Brennkammer 5 in axialer Richtung und wird dann in der erläuterten Weise nacheinander durch die Vorwärmkammern 4 und 3 geführt. Nach Durchströmen der Zyklone 1 und 2 werden die Abgase durch ein Gebläse 24 zur Nachentstaubung gefördert.
• Die in den F i g. 3 und 4 veranschaulichte Anlage unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, daß an Stelle der zylindrischen Gegenstrombrennkammer 5 ein Drehrohrofen 5' vorgesehen ist, der eine längere Verweilzeit des Gutes in der Brennstufe ermöglicht.
• Zum Anfahren der Anlage ist ein abstellbarer Hilfskamin 25 vorgesehen. Im übrigen entspricht die Anordnung der einzelnen Stufen, insbesondere der Anschluß der zur Zuführung des Gutes dienenden Rohre zwischen den einzelnen Kammern, sowie die Gas- und Gutführung dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Durchführung chemischer oder physikalischer Reaktionen zwischen feinkörnigem oder pulverförmigem Gut und Gas, insbesondere zum Erhitzen oder Kühlen des Gutes, bestehend aus mehreren vom Gut und Gas im Gegenstrom durchsetzten, hintereinandergeschalteten zylindrischen Gegenstromkammern, in die das Gas tangential eingeführt und aus denen es axial abgeführt wird, während das Gut exzentrisch zugeführt und am äußeren Kammerumfang abgeführt wird, dadurch gekennz e i c h n e t, daß die Gutaustrittsstelle (12) der einen Gegenstromkammer (z. B. 3) und die Guteintrittsstelle (10 a, 10 b) der - - in Strömungsrichtung des Gutes gesehen - folgenden Gegenstromkammer (z. B. 4) so gewählt sind, daß der Druck an der Guteintrittsstelle höchstens gleich dem Druck an der Gutaustrittsstelle der vorgeschalteten Gegenstromkammer (z. B. 3) ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer der beiden Breitseiten der Kammer (z. B. 4) etwas oberhalb der Achse (11) eine Guteintrittsleitung (10 a, 10 b) schräg nach unten gerichtet in die Kammer einmündet, während die Gutaustrittsleitung (12a, 12b) an den unteren Bereich der Kammer anschließt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität (e) der Gutzuführung zwischen dem 0,1- und 0,7fachen Wert, vorzugsweise etwa beim 0,4fachen Wert, des Kammerradius liegt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gut unter einem Winkel zwischen 30 und 800, vorzugsweise von etwa 600, gegenüber der Kammerachse (11) in die Gegenstromkammer (z. 13. 4) eintritt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstromkammern (z. B. 4) an ihren Breitseiten zwei symmetrisch zur vertikalen Mittelebene der Kammer liegende Guteintrittsstellen (10 a, 10 b) aufweisen.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 599 671; deutsche Auslegeschriften Nr. 1080 920, 1154768; französische Patentschrift Nr. 1295 875.