DE2208247C2 - Verfahren und Vorrichtung für die Wärmeübertragung zwischen pulverförmigem Material und Gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewirkung eines Wärmeaustausche zwischen einem pulverförmigem Material und einem Strömungsgas gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen zugehörigen Wärmeaustauscher zur Ausführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Das vorstehend hinsichtlich seiner Gattung bezeichnete Verfahren und der hinsichtlich seiner Gattung ebenfalls bezeichnete Wärmeaustauscher sind aus der DE-OS 15 01 392 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren handelt es sich um ein Wärmeaustauschverfahren, das von der Fluidisierung des Materials Gebrauch macht, welches sich hierzu als eine Schicht auf einer geneigten Fläche abwärts bewegt. Dabei werden besondere Maßnahmen ergriffen, um eine Suspendierung des Materials auf jeden Fall zu verhindern. Die Gefahr einer Suspendierung besteht insbesondere

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65 aufgrund der Mischung verschiedener Korngrößen, die im Wege des vorbekannten Verfahrens dem Wärmeaustausch unterzogen werden sollen, weil nämlich die kleinen und damit leichtgewichtigen Partikel bei entsprechend starker Gasströmung suspendiert werden könnten, während gleichzeitig die größeren und dumit schwereren Partikel nicht mehr aufgelockert würden, so daß sich letztere nicht einmal mehr in einem Fließbett weiterbewegen und möglicherweise sogar gänzlich die Gaszuführung unterbinden könnten. Aus diesem Grunde wird bei dem vorbekannten Verfahren der Querschnitt des Kanals im Bereich des Eintritts des Gasstroms zunächst eng gehalten, um eine hohe Gasgeschwindigkeit zu erreichen, die ausreicht, auch die schwereren Partikel im Fließbett zu halten, während in etwas größerer Entfernung von der Zuführungsmöglichkeit der Kanalquercchnitt vergrößert ist, um dort die Geschwindigkeit zu reduzieren und somit eine Suspendierung des Materials zu verhindern. Die vorbekannte Verfahrensweise und der zugehörige Wärmeaustauscher lassen infolge der angewandten Fließbettechnik nur einen Wärmeübergang zwischen dem Material einerseits und dem Gas andererseits innerhalb bestimmter Grenzen zu, die durch die Grenzen der Innigkeit des Kontakts zwischen Gaspartikeln und Materialpartikel bestimmt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Verfahren und Wärmeaustauscher je der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß ein verbesserter Wärmeaustausch erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 bzw. in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch die Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 3 gelöst.

Die erfindungsgemäß in verfahrenstechnischer Hinsicht vorgesehene Zuführgeschwindigkeit des Gases ist größer als die Fallgeschwindigkeit des Materials und führt ^u einer derartigen Aufwirbelung des Materials, daß dieses sich nicht mehr in einem Fließbett befindet, sondern in Suspension. Es wird also erreicht, daß die an sich herunterfallenden Materialpartikel infolge der besonderen Zuführgeschwindigkeit des Gases mitgerissen, suspendiert und in Suspension gehalten werden. Ein verbesserter Wärmeaustausch wird auch dadurch erreicht, daß das im Gasstrom suspendierte Material sich in Längsrichtung der Kanäle des Wärmeaustauschers abwärts bewegt, wobei es teilweise und allmählich aus der Suspension ausfällt, sich entlang eines kurzen Stücks der Kanalwände abwärts zur Kanalsohle hin bewegt, und zwar in fluidisiertem Zustand, wo er erneut mit dem Gasstrom in Berührung kommt, von diesem wiederum suspendiert und in Suspension mitgerissen wird. Dieser Vorgang wiederholt sich für alle einzelnen Materialpartikel in Längsrichtung des Kanals gesehen sehr häufig, was die besondere Intensität der gegenseitigen Kontaktierung und damit den verbesserten Wärmeaustausch bewirkt.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht ist die sich über die gesamte Länge des Kanals erstreckende Durchtrittsmöglichkeit für das Gas deshalb von wesentlicher Bedeutung, weil hierdurch über die gesamte Länge des Kanals gleichmäßig der Gasstrom zuführbar ist; wären dagegen singuläre Durchtrittsmöglichkeiten vorgesehen, so könnte wohl in Hinblick auf die große Menge, die durch einen Wärmeaustauscher hindurchzuführen ist, kaum eine Suspendierung des Materials erwartet

werden. In diesem Fall käme es wohl mit großer Sicherheit nur zu einer Fließbettausbildung, und zwar insbesondere dann verstärkt, wenn die singulären Stellen besonders klein und sehr vereinzelt sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen in verfahrenstechnischer bzw. vorrichtungstechnischer Hinsicht sind aus den Unteransprüchen 2 bzw. 4 bis 7 zu ersehen.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft und unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter ins einzelne gehend erläutert; in den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 Teil einer Anlage für das Vorerwärmen und Brennen von Zementrohmehl, wobei der Vorerhitzer in senkrechtem Schnitt gezeigt ist,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Vorerhitzer nach Linie H-II von Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab nach Linielll-IIIinFig. 1,

F i g. 4 einen Schnitt gleich F i g. 3 durch eine abgewandelte Form des Vorerhitzers,

Fig.5 gleich Fig. 1, jedoch mit mehreren Abwandlungen,

F i g. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI von F i g. 5,

F i g. 7 einen seitlichen Aufriß, teilweise im Schnitt, eines Kühlers,

Fig.8 einen Schnitt nach Linie VIlI-VIII von Fig. 7 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 9 einen seitlichen Aufriß von nur einem Teil des Kühlers in gleichem Maßstab wie F i g. 6.

F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung für das Vorerhitzen von Zementrohmehl und sein Einspeisen zu dem oberen Ende eines etwas schrägen Drehofens 1. Die heißen Gase aus dem Ofen 1 gehen durch eine Leitung 2 zu einem Vorerhitzer 3. In dem Vorerhitzer geben die Gase Wärme an das Rohmehl ab, welches später zu Zememtklinker in dem Ofen gebrannt wird, und werden selbst dabei abgekühlt. Die Gase verlassen den Vorerhitzer 3 an seinem oberen Ende durch eine Leitung 4, welche zu einem Zyklon 5 führt, worin von ihnen mitgenommenes Rohmehl niedergeschlagen wird. Eine Leitung 6 nimmt die Gase aus dem Zyklon 5 zur Saugseite des Gebläses 7, dessen Auslaßseite durch eine Leitung 8 mit dem Einlaßende eines elektrostatischen Staubabscheiders 9 verbunden ist. Eine Leitung 10 führt aus dem Auslaßende des Staubabscheiders 9 zu einem nichtgezeigten Schornstein, durch welchen die Gase in die Atmosphäre entweichen.

Der Vorerhitzer 3 besteht im wesentlichen aus einem schmalen Gehäuse von rechteckigem Querschnitt mit zwei parallelen Hauptwänden 23 und 24 und zwei verhältnismäßig schmalen Seitenwänden. Die Hauptwände 23 und 24 sind überspannt durch vier Kanäle 16, 17,18 und 19, jeder schräg nach unten angeordnet und in Zickzackform, wie gezeigt, angebracht. Jeder Xanal ist gebildet von zwei nach innen und nach unten schrägen Seitenwänden 26 und 27, welche in senkrechte Ränder 28 und 29 übergehen. Diese begrenzen eine kontinuierliche öffnung 30 längs des Bodens eines jeden Kanals, jeder Kanal ist oben offen, so daß aufwärts durch die öffnung 30 strömende Gase in einem Zuge weiter durch das Gehäuse gehen, um durch die öffnung 30 in den nächsten oder aus dem Kanal 16 zur Leitung 4 zu passieren.

An jedem Ende eines jeden Kanals ist eine kleine Kammer 14 vorhanden, welche aus einer Seitenwand des Gehäuses herausragt. Jede Kammer 14 hat eine Auslaßöffnung 25, gesteuert durch eine Verschlußeinrichtung 15, welche ermöglicht, daß das Rohmaterial, aber nicht die Gase, hindurchgehen können. Diese Verschlußeinrichtung 15 hat eine gewichtsbelastete schwenkbare Klappe, welche unter dem Gewicht des Rohmehls nachgibt, welche aber dann den Durchtritt des Gasstroms verhindert, da die Klappe sonst die öffnung 25 verschließt

Das vorzuerhitzende Zementrohmehl wird durch einen Trichter 11 eingespeist, welcher in die oberste Kammer 14 mündet Eine Leitung 13 gibt das in dem ίο Zyklon 5 niedergeschlagene Mehl in die gleiche Kammer 14, aus welcher die vereinigten Mengen durch den Kanal 16 hindurchgehen. Beim Eintritt in den Kanal 16 werden die Rohmehlteilchen unmittelbar durch die Gase mitgenommen, welche durch die Bodenöffnung 30 strömen, und werden in Wirbelströmen suspendiert welche sich oberhalb der öffnung bilden, wie in F i g. 4 gezeigt Infolge der Neigung des Kanals bewegen sich die Wirbel abwärts vom oberen zum unteren Ende des Kanals 16, und während dieser Bewegung findet ein intensiver Wärmeaustausch zwischen den heißen Gasen und dem kälteren Rohmehl statt. Wenn ein Wirbel die nächste Kammer 14 erreicht wird er vernichtet und das Rohmehl in der Kammer niedergeschlagen. Es tritt dann nacheinander in die Kanäle 17, 18 und 19 ein, wo der Vorgang wiederholt wird, bis es die Bodenkammer 14 erreicht, aus welcher es durch eine Leitung 20 in den Ofen 1 fließt.

Staub, welcher in dem elektrostatischen Staubabscheider 9 niedergeschlagen wurde, tritt in einen Schneckenförderer 21 ein und wird durch entgegengesetzt gerichtete Gänge zu einer Leitung 22 gebracht, durch welche er zu dem Drehofen zurückgeführt oder sonst wohin abgegeben wird, beispielsweise zur Verwendung als Dünger.

Eine gesteigerte Leistung kann erhalten werden durch Erweiterung des Gehäuses und Verdoppelung jedes Kanals, wie in F i g. 4 gezeigt, wobei Wirbelströme 36 und 37 gezeigt sind.

Der in den F i g. 5 und 6 gezeigte Vorerhitzer

-to unterscheidet sich von dem in Fig. 1 und 2 gezeigten dadurch, daß die Kammern 14, welche die Kanäle 16 und 17, 17 und 18, 18 und 19 verbinden, ausgelassen sind.

Jeder der Kanäle 16, 17 und 18 endet jetzt an einer senkrechten Wand des Vorerhitzers 3. Dadurch wird erreicht, daß die durch die drei Kanäle abwärts gehenden Wirbelströme beim Aufschlagen auf die senkrechte Wand vernichtet werden, die dichten, oben erwähnten Wolken bilden und abwärts durch die Bodenöffnung in jedem der drei Kanäle hindurch in den unteren Kanal gehen. Die senkrechten Seitenwände des Vorerhitzers 3 verlaufen durch Unterbrechung von der Spitze bis zum Boden mit Ausnahme der öffnung 25 aus der Kammer 14, durch welche das Rohmaterial in den Kanal 16 eintritt, und der Öffnung, durch welche das vorerwärmte Material den Kanal 19 verläßt.

Eine zweite Abwandlung besteht darin, daß das frische Rohmaterial durch den Trichter 11 und-Leitung 12 in die Steigleitung 4 eingespeist wird, wo es durch die aufsteigenden Gase mitgenommen und in den Zyklon 5 getragen wird. Auf diese Weise empfängt das Rohmaterial Wärme aus den Gasen, welche durch die Leitung 4 hindurchgehen. In dem Zyklon 5 wird soviel wie möglich von dem Rohmaterial ebenso wie von den durch die Gase mitgenommenen Teilchen abgeschieden und lediglich Staub strömt zu dem Staubabscheider 9. Um zu verhindern, daß die heißen Gase nach oben durch die Leitung 12 gehen, ist eine rotierende Schleuse 39 oder eine gleichwertiee Einrichtung in der Leitung

vorgesehen.

Eine dritte in F i g. 5 gezeigte Abwandlung ist eine Abänderung des Anschlusses 38 zwischen dem oberen Ende des Ofens 1 und dem unteren Ende des Vorerhitzers. Diese Gestaltung des Anschlusses 38 ist vorteilhafter für die Führung der Ofengase in den Vorerhitzer.

Selbstverständlich kann jede der drei beschriebenen Abwandlungen gemäß den F i g. 5 und 6 auch für sich allein benutzt werden.

Gemäß den Fig. 7 bis 9 ist ein einziger Kanal zwischen senkrechten Seiten wänden 40 und 41 ausgebildet, welche in schräge Wände 42 und 43 übergehen, welche ihrerseits in senkrechte Ränder 44 und 45 übergehen. Der Kanal ist oben durch einen Deckei 46 verschlossen. Unter dem Kanal ist ein Raum vorhanden, begrenzt durch nach unten und nach außen schräge Wände 47 und 48 und eine Bodenplatte 49, und unterteilt in getrennte Abteile durch Trennwände 50. Jedes dieser Abteile wird mit Luft durch eine Leitung 54 versorgt, wobei alle diese Leitungen 54 von einem Luftanschluß 55 abzweigen, welcher mit der Abgabeseite eines Gebläses 56 verbunden ist. Dieses Gebläse saugt atmosphärische Luft an seiner Saugseite 57 ein. Luft wird so nach oben durch den Boden des Kanals geliefert, dessen Enden durch Platten 51 und 52 geschlossen sind.

ίο Die gesamte Luft geht durch einen Auslaß 62 wieder fort.

Das zu kühlende Material wird durch eine Leitung 58 eingeführt, welche durch ein Drehschieberventil 59 oder eine ähnliche Einrichtung gesteuert wird, und das gekühlte Materia! tritt durch einen Auslaß 60 aus, welcher durch
wird.

eine rotierende Schleuse 61 gesteuert

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bewirkung eines Wärmeaustauschs zwischen einem am oberen Ende eines in Längsrichtung geneigten Kanals zugeführten und an s dessen unterem Ende abgeführten pulverförmiger! Material und einem von unten nach oben quer zu dem Kanal strömenden Gas, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch eine längliche öffnung im Kanalboden mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, die größer als die Fallgeschwindigkeit des Materials ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch die Bodenöffnungen von mindestens zwei parallelen, geneigten, nebeneinander angeordneten Kanälen zugeführt wird.

3. Wärmeaustauscher zur Ausführung de* Verfahrens gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, bestehend aus einem Gehäuse mit einem unteren Einlaß und einem oberen Auslaß für das Gas und einem im Gehäuseinneren angeordneten, in Längsrichtung geneigten Kanal mit einer Durchtrittsmöglichkeit für das Gas und Mitteln für die Zuführung des Materials am oberen Kanalende und Mitteln für die Abführung des Materials am unteren Kanalende, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsmöglichkeit als sich über die Länge des Kanals (16,17,18, 19) erstreckende Bodenöffnung (30) gestaltet ist.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16, 17, 18, 19) nach unten zur Bodenöffnung (30) hin zusammenlaufende Seitenwände (26,27) aufweist.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Ränder der Bodenöffnung (30) des Kanals (16,17,18,19) je eine sich nach unten erstreckende vertikale Seitenwand (28, 29) aufweisen.

6. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 5 zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Genau- ⁴" se (3) mindestens zwei nebeneinander angeordnete und zueinander parallele Kanäle (36,37) vorgesehen sind.

7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch schwenkbare « Klappen (15) zur Zwangsführung des Gases durch die Kanalbodenöffnung (30) hindurch.