DE2326792A1

DE2326792A1 - Vorrichtung mit einer wirbelschicht und einer wassergekuehlten ablenkeinrichtung

Info

Publication number: DE2326792A1
Application number: DE19732326792
Authority: DE
Inventors: Barrie James Martin; John Overy
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1973-12-06
Also published as: FR2189116B1; IT987880B; FR2189116A1; GB1433482A; NL7306571A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Wirbelschicht und einem Mantel zur Aufnahme einer Flüssigkeit', der die Wirbelschicht umschließt und abstützt/ insbesondere einen Wärmetauscher mit einer Wirbelschicht zur Verwendung in einem Zentralheizungssystem und bei chemischen Verfahren/ bei denen durch chemische Reaktionen Wärme entwickelt wird und eine Kühlung erforderlich ist. . -

Bei Wärmetauschern mit einer Wirbelschicht ist die Wirbelschicht: im allgemeinen auf einem Träger innerhalb eines Gehäuses angeordnet, und die Wirbelschicht wird von Gasen dürchwirbelt. Der Träger ist mit Löchern versehen, damit die Gase durch den Träger hindurch in die Wirbelschicht einströmen können. Wenn die Wirbeischicht duröhwirbelt wird, fallen oft Teilchen durch die in dem Träger vorgesehenen -Löcher hindurch und gähen verloren.

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Um einen solchen Verlust von Wirbelschichtteilchen durch den Träger hindurch zu verhindern, ist es vorgeschlagen worden, ein feines Sieb oder ein Gewebe zwischen dem Träger und der Wirbelschicht anzuordnen. Es ist auch vorgeschlagen worden, einen Träger mit nur relativ kleinen Löchern zu verwenden. In beiden Fällen wird zwar der Verlust von Wirbelschichtteilchen durch den Träger hindurch herabgesetzt, aber dies geschieht auf Kosten eines ungehinderten Durchganges des wirbelnden Gases durch den Träger. Selbst wenn man einen hohen Gasdruck auf der von der Wirbelschicht abgewendeten Seite des Trägers vorsieht, dann reicht der Gasdruck in der Wirbelschicht oft nicht aus, um eine optimale Durchwirbelung der Wirbelschicht zu erzielen. Offensichtlich beeinflußt eine unzureichende Durchwirbelung der Wirbelschicht den Wärmeübergang an eine aufzuheizende Flüssigkeit, z.B. Wasser, ungünstig. Ähnliche Verluste von Wirbelschichtteilchen treten oft in Wirbelschichten von chemischen Apparaten auf, bei denen in der Wirbelschicht exotherme chemische Reaktionen auftreten, die gekühlt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer Wirbelschicht der vorgenannten Art derart auszugestalten, daß die erwähnten Nach-teile vermieden werden.

Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß das die Wirbelschicht abstützende Teil -des Mantels derart ausgestaltet ist, daß es eine mit wenigstens einer Durehgangsöffnung Versehene Ablenkfeinrichtung bildet, die ein Durchfallen von Wirbelschichtteilchen nach unten verhindert, wahrend .sis eine aufwärts gerichtete Durchs fcrömung des XBases ermöglicht.

In vorteilhafter Weise kann der Hantel dabei obere und unte-

re, nach innen greifende vorspringende Teile aufweisen, die .sich überlappen, um die Wirbelschicht abzustützen und-die mit der Durchgangsöffnung versehene Ablenkeinrichtung an der Überlappungsstelle zwischen den Teilen zu bilden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Mantel einen nach innen greifenden Wulst aufweist, der über einen schalenförmig ausgebildeten, zentral gelegenen Mantelteil angeordnet ist und diesen überlappt, und daß die. Wirbelschicht sowohl von dem Wulst als auch von dem schalenförmig ausgebildeten Mantelteil getragen wird, während der Überlappungsbereich zwischen dem Wulst und dem schalenförmig ausgebildeten Teil die mit der Durchgangsöffnung versehen Ablenkeinrichtung bildet.

Vorzugsweise sind ein oder mehrere Durchlässe im überlappungsteil des Mantels zur Aufnahme der Wärmetauscherflüssigkeit

vorgesehen. Die Anzahl und Größe der Wärmetauscherflüssigkeitsöffnungen und der Gasöffnungen in der Vorrichtung gemäß der Erfindung können beliebig verändert werden.

Vorzugsweise sind die Überlappungsteile gegenüber dem Wärmetauscherboden im spitzen Winkel angeordnet. Durch eine solche geneigte Anordnung können sowohl eine gute Durchwirbelung als auch ein Zurückhalten der Wirbelschicht erzielt werden. Im allgemeinen greift der unterste Punkt des oberen Manteltei- . les oder Wulstes unter den obersten Punkt des unteren Mantelteiles oder schalenförmig ausgebildeten Teiles hinunter, so daß ein schräger, eingeschnürter Hals als Durchgangsöffnung für die Ablenkeinrichtung gebildet wird, die den Durchgang von aufgewirbelten Teilchen verhindert, während gleichzeitig der Durchtritt des Gases ermöglicht wird.

• Die Gesamtgröße des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist ver-

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gleichbar mit der Gesamtgröße der zur Zeit gebräuchlichen Wärmetauscher. Das ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten sehr wesentlich, da kleine Abmessungen erwünscht sind, um die Unterbringung von Wärmetauschern in Häusern oder Fabriken zu erleichtern, wo es auf die Platzverhältnisse ankommt. Als Beispiel soll angeführt werden, daß die Baugröße eines rechteckigen Wärmetauschers gemäß der Erfindung 12 inch χ 12 inch χ 4 inch (30,5 cm χ 30,5 cm χ 4,8 cm) betragen kann, und solch ein Wärmetauscher kann eine Leistung von 60.000 B.Th.U. (15.000 kcal) erbringen. . '

Das für die Wirbelschicht des er findüngs gemäßen Wärmetauschers verwendete Material kann von herkömmlicher Beschaffenheit sein. Typische Materialien sind Siliciumkarbid, Siliciumnitrat Und einige Metallteilchen. Die Materialien, die für Wirbelschichten von chemischen Apparaten verwendet werden, sind'von den Chemikalien abhängig, z.B. Flüssigkeiten oder Gasen, die durch die Wirbelschichten hindurchströmen. Im allgemeinen besteht die Wärmetauscherflüssigkeit aus Wasser, aber es können auch andere Flüssigkeiten verwendet werden, falls dies erwünscht ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.l einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Wirbelschicht;

Fig.2 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindüngsgemäßen Vorrichtung mit einer Wirbelschicht und

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Fig.3 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Wirbelschicht.

In der Fig.1 ist eine Vorrichtung mit einer Wirbelschicht dargestellt, die in Form eines Wärmetauschers 60 ausgebildet ist. Der Wärmetauscher 60 ist rechteckig und mit einem Was-* sermantel 62 zur Aufnahme von Wasser 64 versehen. Es ist zu erkennen, daß der Wassermantel 62 einen oberen Teil 66 und einen unteren T.eil 68 aufweist. Die Teile 66 und 68 erstrekken sich in einem Winkel gegenüber dem Boden 69 des Wärmetauschers 60 in die Vorrichtung hinein und überlappen sich gegenseitig, so daß sie einen Schwanenhals oder einen eingeschnür-ten Durchlaß 70 bilden. Wie in der Fig.l zu erkennen ist, fällt der obere Teil 66 des Wassermantels 62 nach unten ab, und der untere Teil 68 des Viassermantels 62 steigt nach oben · an, so daß, wie vor beschrieben, spitze Winkel gebildet werden. Der Wassermantel 62 ist mit einem Wasserzulauf 72 und einem Wasserablauf 74 versehen. Die Teile 66 und 68 sind mittels Durchlässen 71 miteinander verbunden, die einen Durchgang des Wassers zwischen den beiden Teilen 66 und 68 ermöglichen. Durch die Durchlässe 71 wird verhindert, daß sich Luftblasen im Bereich 73 ansammeln. Wenn sich nämlich Luftblasen im Bereich 73 ansammeln, verhindern sie, daß Wasser in den Teil 68 des Wassermantels gelangen kann, so daß dieser Teil überhitzt werden und sich verbiegen könnte. Man könnte auch auf die Durchlässe 7l verzichten, aber es wäre dann erforderlich, den Bereich 73 schräg anzuordnen, so daß die Luftblasen zum höchsten Punkt aufsteigen, und es wäre erforderlich, an^sdiesem höchsten Punkt ein Luftableitungsrohr anzuordnen. Das obere Teil 66 und das untere Teil 68 tragen eine Wirbelschicht 76 aus Sand. Die Wirbelschicht 76 wird von heißen Gasen durchwirbelt, die in den unteren Teil des Wärmetauschers

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60 durch eine Flammenrückschlagsicherung 78 eingeführt v/erden. Die Gase werden von einem Zünder 80 entzündet und steigen dann als heiße Gase nach oben und werden entlang der durch den Pfeil 81 angedeuteten Bahn durch die Einschnürung 70 in die Wirbelschicht 76 gelenkt. Die Bewegung - der Gase in Verbindung mit der Ausgestaltung der die Wirbelschicht begrenzenden Kammer bewirkt eine beachtliche Turbulenz in der Wirbelschicht. Die festen Teilchen der Wirbelschicht kommen vielfach mit den Wandungen des Wassermantels 62 in Berührung, und diese heißen Teilchen geben ihre Wärme schnell an die Wandungen ab. Danach können die Wandungen ihre Wärme leicht an das Wasser 64 abgeben. Durch die von den Gasen erzeugte Turbulenz wird erreicht, daß die Gase die Wandungen des Mantels 62 . selbst überstreichen, so daß ein Wärmeübergang von den Gasen auf die Wandungen des Mantels 62 erleichtert wird.

Wenn die Gase die Wirbelschicht durchwirbelt haben, können sie nach oben durch einen Kamin 82 abströmen. Danach können die Gase in die freie Atmosphäre austreten oder sie können wieder in Umlauf gebracht werden, wobei sie z.B. um die Außenseite des Wassermantels 62 geleitet werden können, um die Wärme zu erhalten.

Die zwischen den Wassermantelteilen 66 und 68 ausgebildete Einschnürung 70 bildet eine mit einer Durchgangsöffnung versehene Ablenkeinrichtung, die einen nach oben gerichteten Durchgang des Gases gestattet. Ferner verhindert die mit der Durchgangsöffnung versehene Ablenkeinrichtung ein Nachuntenfallen der Wirbelschichtteilchen, weil die Einschnürung 70 nach oben ansteigt, wie dies in der Fig.l dargestellt ist.

In der Fig.2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Wirbelschicht in Form eines Wärmetauschers 90 dargestellt.

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Der Wärmetauscher 90 hat einen kreisförmigen Querschnitt und ist mit einem ringförmigen Wassermantel 92 zur Aufnahme des Wassers 94 versehen. Der· Wassermantel 92 ist mit einem sich nach innen erstreckenden/ ringförmigen Wulst 96 ausgestattet. Dieser ringförmige Wulst 96 überlappt einen schalenförmigen Behälter 98,.über dem er angeordnet ist, wobei-der Behälter 98 ebenfalls einen -Teil des Wassermantels zur Aufnahme des Wassers 94 bildet. Der schalenförmige Behälter 9 8 ist mit dem Hauptwassermantel 92 über Wasserleitungen 97 verbunden, welche öffnungen in dem oberen Randteil 100 des schalenförmigen Behälters 9 8 mit Öffnungen in dem unteren Teil des ringförmig gen Wulstes 96 verbinden. Vorteilhaft können die Wasserleitungen 97 in hohlen Schrauben angeordnet sein, mit denen der Behälter 98 an dem Hauptwassermantel 92 befestigt ist.

Der Wärmetauscher 90 ist außerdem mit Heißgasöffnungen versehen, die zwischen den Wasserleitungen 9 7 angeordnet sind. Zwei von diesen Öffnungen" 102 sind mit ihrem vorderen Ende und zwei Öffnungen 104 seitlich angeschnitten dargestellt. Der Gasdurchgang durch diese öffnungen ist durch die verschiedenen Pfeile angedeutet.

Wie in der Fig. zu erkennen ist, trägt der Wassermantel eine Wirbelschicht 106 aus Sand. Die verschiedenen ansteigenden Flächen des Wassermantels 92 und das durch die öffnungen 104 einströmende Gas bewirken, daß in der Wirbelschicht die erwünschte Turbulenzströmung erzeugt wird. In der Wirbelschicht 106 sind außerdem Rippen 108 angeordnet, die zu einer optimalen Durchwirbelung beitragen. Der Wassermantel 92 ist mit einem Wasserzulauf 110 und einem Wasserablauf 112 versehen.

Die heißen Gase werden in dem unteren Teil des Wärmetauschers

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SO aufgeheizt. Genauer gesagt, wird ein Gemisch aus Gas und Luft in den Fußteil der Flammenrückschlagsicherung 114 eingeleitet und anschließend von einem Zünder 116 entzündet. Die. Gase steigen dann durch den unteren Teil des Wärmetauschers 90 nach oben und durchströmen die Öffnungen 104, um die Wirbelschicht 106 zu durchwirbeln.

Die in der Fig.2 dargestellte Ausführung des Wassermantels sieht die mit einer Durchgangsöffnung versehene Ablenkeinrichtung vor. Durch die schräge Anordnung der öffnungen 104 wird verhindert, daß Wirbelschichtteilchen durch die Öffnungen 104 nach unten fallen, während gleichzeitig eine nach oben gerichtete Gasströmung durch die Öffnungen 104 hindurch ermöglicht wird.

In.der Fig.3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Wirbelschicht in Form eines Wärmetauschers 120 dargestellt. Der Wärmetauscher 120 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist mit einem ringförmigen Wassermantel 122 zur Aufnahme des Wassers 124 ausgestattet. Der Wassermantel 122 weist einen nach innen greifenden, ringförmigen Wulst 126 auf, der sich im rechten Winkel von der Innenwand 12O des Wassermantels 122 nach innen erstreckt. Der Wulst 126 überlappt einen scheibenförmig ausgebildeten Wasserbehälter 130 und ist über diesem mit Wasser 132 gefüllten Behälter angeordnet. Der Wasserbehälter 132 ist über ein starres Teil 134 mit dem Hauptwassermantel 122 verbunden. Das Teil 134 ist mit einer Öffnung 136 versehen, die ein Durchtreten des Gases ermöglicht. Die in der Fig.3 am weitesten rechts und links liegenden Öffnungen 136 sind im Längsschnitt gezeigt, während die dazwischenliegenden drei Öffnungen 136 im Querschnitt gezeigt sind.

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Aus der Fig.3 ist zu erkennen, daß durch die Überlappung des Wulstes 126 und des Behälters 130 eine mit Durchgangslöchern versehene Ablenkeinrichtung geschaffen wird. Die in den Boden der Vorrichtung 120 durch eine Flammenrückschlagsicherung 138 eingeführten und mit dem Zünder 140 entzünde-" ten Gase können durch die Löcher 136 nach oben durch die Vorrichtung, strömen. Auf dem Wulst 126 und dem Behälter 130 ist eine Wirbelschicht 142 aus Sand angeordnet· Der Sand kann nicht in die Gaskammer 144 der Vorrichtung 122 nach unten fallen, weil er nicht durch die Durchgangsöffnungen der Ablenkeinrichtung hindurchgeht. Genauer gesagt, obwohl die öffnungen 136 horizontal angeordnet sind, sind sie lang genug, um zu verhindern, daß ein wesentlicher Sandanteil durch die Löcher 136 hindurchfällt oder hindurchgeschüttelt wird.

Der Wassermantel 122 ist mit einem Wasserzulauf 146 und einem Wasserablauf 148 ausgestattet. Der Behälter 132 ist mit dem Mantel 122 über Wasserdurchlässe 135 verbunden, die durch das starre Teil 134 hindurchgreifen. Auf diese Weise kann das Wasser sowohl in dem Behälter 132 als auch in dem Mantel zirkulieren. Wenn die heißen Gase durch die Wirbelschicht 142 strömen, werden sie durch einen Kamin 150 geleitet, von welchem aus sie in die freie Atmosphäre treten , oder sie werden um die Außenseite des Wassermantels 122 herumgeleitet, um die Wärme in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu halten..

Die Anordnung eines Wassermantels, der außerdem zur Abstützung der Wirbelschicht dient, hat den Vorteil, daß der Träger für die Wirbelschicht laufend mittels Wasser oder irgendeiner anderen Flüssigkeit gekühlt wird. Durch die Kühlung wird verhindert, daß sich der Träger verbiegt oder übermäßig beansprucht wird, was mitunter bei extremen Betriebszuständen auf-

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treten kann. Die Kühlung hat den weiteren Vorteil, daß teure teiuperaturbeständige Materialien nicht verwendet zu werden brauchen und daß stattdessen Gußeisen oder Stahlblech verwendet werden können. Außerdem kann die Form einer Ablenkeinrichtung für die Wirbelschichtteilchen beibehalten werden, wie sie z.B. in der Patentanmeldung Serial No. 15 793/72 beschrieben ist.

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Claims

P 2212 Patentansprüche

1.!vorrichtung mit einer Wirbelschicht und einem Mantel zur ^-' Aufnahme einer Flüssigkeit, der die Wirbelschicht umschließt und abstützt, insbesondere Wärmetauscher mit einer Wirbelschicht zur Verwendung in einem Zentralheizungssystem und bei bestimmten chemischen Verfahren, bei denen durch die chemische Reaktion Wärme entwickelt "wird und eine Kühlung erforderlich ist, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das die Wirbelschicht (76,106,142) . abstützende Teil des Mantels derart ausgestaltet ist, daß es eine mit wenigstens einer Durchgangsöffnung (70,102,104, 136) versehene Ablenkeinrichtung bildet, die ein Durchfallen von Wirbelschichtteilchen nach unten verhindert, während sie eine aufwärtsgerichtete Durchströmung des Gases ermöglicht..

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ eichnet , daß der Mantel obere und untere, nach innen greifende vorspringende Teile (66,68) aufweist, die sich überlappen, um die Wirbelschicht abzustützen und die mit der Durchgangsöffnung versehene Abierikeinrichtung an der Überlappungsstelle zwischen den Teilen zu bilden.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -^N zeichnet, daß der Mantel einen nach innen greifenden Wulst (96,126) aufweist, der über einem schalenförmig ausgebildeten, zentral gelegenen Mantelteil angeordnet ist und diesen überlappt, und daß die Wirbelschicht sowohl von dem Wulst als auch von dem schalenförmig ausgebildeten Mantelteil getragen wird, während der Überlappungsbereich zwischen dem Wulst und dem schalenförmig ausgebildeten Teil die mit der Durchgangsöffnung versehene Ablenkeinrichtung bildet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch * gekennzeichnet , daß ein oder mehrere Durchlässe (71,97,135) im Überlappungsteil des Mantels zur Aufnahme der Wärmetauseherflüssigkeit vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die überlappungsteile (66,68,96) gegenüber dem Wärmetauscherboden im spitzen Winkel angeordnet sind.

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