DE102014109762A1

DE102014109762A1 - Wärmetauscher sowie Vorrichtung und Verfahren zur Energierückgewinnung

Info

Publication number: DE102014109762A1
Application number: DE102014109762.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Buzga; Markus Hansen
Original assignee: Z&J Technologies GmbH
Current assignee: Z&J Technologies GmbH
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2016-01-14
Also published as: FR3023606B1; FR3023606A1

Abstract

Es wird ein Wärmetauscher (3a–3d) zur Energierückgewinnung und zur raschen Abkühlung (Konditionierung-Änderung der Materialeigenschaften) erhitzter Schlacken eines metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses vorgeschlagen. Der Wärmetauscher (3a–3d) zeichnet sich dadurch aus, dass er in Form einer Förderrutsche zur Beförderung der Schlacke ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmtauscher für die Energierückgewinnung einer erhitzten Schlacke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12 und ein Verfahren zur Energierückgewinnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
In der Eisen- und Stahlindustrie ist es bekannt, das Abwärmepotential von Hochofen- und Stahlwerksschlacken zur Energierückgewinnung zu nutzen. Durch die Umwandlung von Wärmeenergie der auf ca. 1600°C erhitzten Schlacke können somit jährlich mehrere Millionen Euro an Energiegewinn resultieren. Bei Schlacke handelt es sich um ein Nebenprodukt eines Prozesses der Hüttenindustrie, der einen Schmelzrückstand nichtmetallischer Art beschreibt. Die Schlacke wird üblicherweise abgeschöpft und so lange abgekühlt, bis sie erstarrt. Anschließend wird die erstarrte Schlacke einem Brechwerk zugeführt, wo sie zu bedarfsgerechten Stücken zerkleinert wird. Je nach Dauer des Abkühlvorgangs der erhitzten Schlacke entsteht durch ein schnelles Abkühlen eine glasige Schlacke, die einen hochwertigen Werkstoff für die Zementindustrie bildet, oder durch ein langsames Abkühlen eine kristalline Schlacke, die im Straßenbau eingesetzt wird. Der Abkühlvorgang wird zur Wärmerückgewinnung genutzt.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus flüssiger erhitzter Schlacke wird in der EP 0 333 242 B1 beschrieben. Konkret wird dort eine flüssige erhitzte Schlacke in eine Trommel eingetragen und nach einer etwa 3/4-Trommelumdrehung ein erstarrter Schlackenfilm mechanisch von der Innenwand der Trommel abgetrennt und ein Schlackengranulat ausgetragen. Kühlwasser, welches zum Kühlen der Schlacke in der Trommel dient und durch die erhitzte Schlacke erwärmt wird, wird anschließend zu einer Anlage zur Wärmerückgewinnung geleitet.
Eine weitere Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus flüssiger erhitzter Schlacke wird in der EP 0 109 383 B1 beschrieben. Die Kühlung der Schlacke erfolgt dort mittels eines drehbaren Kühlkörpers und einer darin fließenden Kühlflüssigkeit. Die Schlacke erstarrt während der Drehbewegung des Kühlkörpers und platzt anschließend von diesem ab. Die abgeplatzte Schlacke wird dann durch Kühlluft gekühlt, die ebenso wie die Kühlflüssigkeit einem Wärmetauscher zugeführt wird.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik beschriebenen Anlagen zur Wärmerückgewinnung aus einer erhitzten Schlacke ist zum einen ein aufwändiger und kostenintensiver Aufbau und zum anderen ein geringer Wirkungsgrad, sodass das Abwärmepotential der erhitzten Schlacke nur in begrenztem Maße genutzt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Wärmtauscher sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Energierückgewinnung aus einer erhitzten Schlacke eines metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses zu schaffen, die einen verbesserten Ausnutzungsgrad des Abwärmepotentials einer erhitzten Schlacke eines metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses aufweisen und die darüber hinaus einfach und kostengünstig herstellbar sind.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ein Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Der Wärmetauscher dient zum Einsatz für die Wärme-/Energierückgewinnung aus einer erhitzten Schlacke eines metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses, indem er die thermische Energie des Schlacken-Stoffstroms auf ein anderes Medium, insbesondere auf ein im Wärmetauscher zirkulierendes Arbeitsfluid wie Wasser, Öl oder Luft, überträgt. Der Wärmetauscher zeichnet sich dadurch aus, dass er in Form einer Förderrutsche zur Beförderung der Schlacke ausgebildet ist.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt somit darin, dass die flüssige erhitzte Schlacke des metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses unmittelbar mit dem Wärmetauscher in Kontakt kommt und während der Beförderung der Schlacke auf dem Wärmetauscher der Kühlprozess einsetzt. Auf diese Weise kann das Abwärmepotential der erhitzten Schlacke besonders effektiv und mit einem hohen Wirkungsgrad ausgenutzt werden, während der Wärmetauscher darüber hinaus einfach und kostengünstig ausgebildet ist. Während die Schlacke auf dem Wärmetauscher in Form der Förderrutsche transportiert wird, erstarrt die Schlacke durch das in dem Wärmetauscher zirkulierende Kühlwasser und kann am Ende der Förderrutsche einem weiteren Verarbeitungsschritt, insbesondere einer Brecheinrichtung zum Zerkleinern der erstarrten Schlacke, zugeführt werden.
Vorzugsweise umfasst die Förderrutsche eine Schwingförder- oder Vibrationseinrichtung, die den Wärmetauscher in eine Schwing- bzw. Vibrationsbewegung versetzt und damit den Transport der Schlacke auf dem Wärmetauscher bewirkt. Weiterhin wird durch die Rüttelbewegung ein Anbacken der Schlacke an dem Wärmetauscher verhindert, während gleichzeitig eine gute Wärmeübertragung auf das in dem Wärmetauscher angeordnete Arbeitsfluid gewährleistet wird. Der Wärmetauscher in Form der Förderrutsche ist hierzu vorzugsweise elastisch, beispielsweise mittels Federelementen, gelagert. Die Förderrutsche kann ferner bezüglich einer Bodenebene geneigt sein, so dass eine „Rutscheffekt” zustande kommt, indem auf eine auf der Förderrutsche angeordnete Schlacke eine Hangabtriebskraft wirkt.
Die Fördergeschwindigkeit der Schlacke auf dem Wärmetauscher in Form der Förderrutsche, kann vorzugsweise durch die Frequenz der Schwingförder- oder Vibrationseinrichtung und/oder durch einen Neigungswinkel der Förderrutsche, eingestellt werden. Der Neigungswinkel der Förderrutsche kann beispielsweise zwischen 10° und 45° bezüglich einer Bodenebene betragen. Dementsprechend ist die Förderrutsche vorzugsweise in einer vertikalen Richtung schwenkbar gelagert. Denkbar ist es jedoch auch, den als Förderrutsche ausgebildeten Wärmetauscher alternativ oder zusätzlich in einer horizontalen Richtung schwenkbar zu lagern. Durch die schwenkbare Lagerung des Wärmetauschers in einer horizontalen Richtung kann eine bessere Verteilung der flüssigen Schlacke auf dem Wärmtauscher erreicht werden. Durch die Möglichkeit der Variation der Fördergeschwindigkeit lässt sich in vorteilhafter Weise auch die Dauer des Abkühlprozesses der flüssigen und erhitzten Schlacke steuern. Wie eingangs bereits erläutert wurde, kann daher zum Erhalt einer glasigen Schlacke eine hohe Fördergeschwindigkeit und damit ein schnelles Abkühlen gewählt werden, während zum Erhalt einer kristallinen Schlacke eine langsamere Fördergeschwindigkeit und damit ein langsames Abkühlen der Schlacke gewählt werden kann.
Der als Förderrutsche ausgebildete Wärmetauscher besteht vorzugsweise zumindest bereichsweise aus Kupfer oder Stahl und kann seitliche Führungselemente aufweisen, die aus einem Material ausgebildet sind, das von der Schlacke nicht benetzt wird, nicht mit ihr reagiert und temperaturfest ist. Ein derartiges Material ist beispielsweise Graphit. Entscheidend ist, dass der Wärmetauscher ein Material aufweist, welches eine gute Wärmeübertragung zwischen der Schlacke und dem Arbeitsfluid des Wärmetauschers ermöglicht.
Zur Energierückgewinnung ist der Wärmetauscher in Form der Förderrutsche vorzugsweise an einen geschlossenen Arbeitsfluid-Kreislauf anschließbar. Hierzu weist der Wärmetauscher vorzugsweise entsprechende Anschlüsse zum Verbinden mit dem Arbeitsfluid-Kreislauf auf. Zumindest sind also wenigstens ein Fluideingang und wenigstens ein Fluidausgang an dem Wärmetauscher vorgesehen, die das Zu- und Abführen des Arbeitsfluids zu dem Wärmetauscher ermöglichen. Insbesondere kann es sich um einen Luft-, Wasser- oder Öl-Kreislauf, insbesondere um einen sogenannten ORC-Prozess handeln, bei dem z. B. ein Hochtemperatur-Thermoöl mit einer maximalen Temperatur von 350°C verwendet wird.
Die Förderrutsche kann verschiedene Formen aufweisen und kann insbesondere rohrförmig, schalenförmig oder im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein. Insbesondere ist die Förderrutsche doppelwandig ausgebildet, so dass zwischen den zwei Wandungen der Förderrutsche das Arbeitsfluid geführt werden kann. Je nach Ausgestaltung des Wärmetauschers kann das Arbeitsfluid zwischen den Wandungen beispielsweise spiralförmig (rohrförmige Ausgestaltung) oder meanderförmig (quader- oder Schalenform), etc., verlaufen.
Im Übrigen wirkt die Förderrutsche vorzugsweise mit einem Aufnahmebehälter zur Zwischenspeicherung der erhitzten Schlacke zusammen und erhält von diesem unmittelbar die flüssige Schlacke. Vorzugsweise kommt hierbei ein Verteileraufsatz zum Einsatz, der die Verteilung der Schlacke über die Breite der Förderrutsche und die Schlackenschichtdicke an einem Ende des als Förderrutsche ausgebildeten Wärmetauschers bewirkt.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird auch eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus einer erhitzten Schlacke eines metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses mit den Merkmalen des Anspruchs 12 vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung und einen Aufnahmebehälter zur Zwischenspeicherung von flüssiger erhitzter Schlacke, wobei der Aufnahmebehälter einen Bodenauslass umfasst, der bezüglich des Wärmetauschers so angeordnet ist, dass die flüssige Schlacke nach dem Austritt aus dem Bodenauslass mit dem Wärmetauscher in Kontakt kommt. Vorzugsweise erfolgt die Zuführung der Schlacke über einen Verteileraufsatz, der an dem Bodenauslass angebracht ist. Die Zuführung der flüssigen Schlacke von dem Aufnahmebehälter zu dem Wärmetauscher erfolgt somit in vorteilhafter Weise unmittelbar, d. h. ohne die Zwischenschaltung von zusätzlichen Förderwegen, zu dem Wärmetauscher.
Durch die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung wird folglich eine kompakte und vergleichsweise kostengünstige Einheit gebildet, die ohne eine lange Förderstrecke zwischen dem Aufnahmebehälter zur Zwischenlagerung der flüssigen Schlacke und dem Wärmetauscher, die Schlacke unmittelbar mit dem Wärmetauscher in Form der Förderrutsche in Kontakt bringen kann.
Der Aufnahmebehälter ist vorzugsweise nicht ausgekleidet und zumindest bereichsweise aus Gusseisen oder aus Stahl ausgebildet, so dass die in dem Aufnahmebehälter befindliche Schlacke nicht mit der Innenwand des Aufnahmebehälters reagiert und daran anbackt. Weiterhin umfasst der Aufnahmebehälter vorzugsweise einen Stopfenheber zur Steuerung eines geöffneten oder geschlossenen Zustands des Bodenauslasses. Der Stopfenheber oszilliert vorzugsweise in einer vertikalen Richtung mit ca. 1 Hz, um ein Anbacken der Schlacke in dem Aufnahmebehälter und an dem Stopfenheber zu verhindern. Insbesondere ist auch der Stopfenheber zumindest bereichsweise aus Gusseisen oder Stahl ausgebildet, um das Anbacken der Schlacke an dem Stopfenheber zu vermeiden.
Die Vorrichtung weist darüber hinaus vorzugsweise ein Brech- oder Mahlwerk zum Empfangen und Brechen oder Mahlen der durch die Förderrutsche transportierten und gekühlten erstarrten Schlacke auf.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird auch ein Verfahren zur Energierückgewinnung aus einer erhitzten Schlacke eines metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses mit den Merkmalen des Anspruchs 16 vorgeschlagen. Das Verfahren verwendet vorzugsweise einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung und zeichnet sich durch das Zuführen einer flüssigen erhitzten Schlacke zu einem rutschenförmigen Wärmetauscher und dem Befördern der Schlacke auf dem rutschenförmigen Wärmetauscher aus. Die Beförderung der Schlacke auf dem Wärmetauscher erfolgt dabei vorzugsweise durch eine Rüttelbewegung des Wärmetauschers, wobei der Transport der Schlacke auf dem Wärmetauscher weiterhin bewirkt wird durch einen geneigten Transportweg, der in einer auf die Schlacke wirkenden Hangabtriebskraft resultiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung mit einem Wärmetauscher gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine perspektivische Detaildarstellung des Wärmetauschers gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
7 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
8 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung mit einem Wärmetauscher gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
9 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung mit einem Wärmetauscher gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
10 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung mit einem Wärmetauscher gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung;
11 eine perspektivische Detailansicht eines Wärmetauschers gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung.
12 eine Gesamtanordnung einer Schlackenkonditioniereinrichtung mit einem primären Wärmetauscher nach einem der 1 bis 4, einem tertiären Wärmetauscher in perspektivischer Ansicht;
13 den sekundären Wärmetauscher gemäß 12 im schematischen Längsschnitt;
14 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers mit Kettenförderer; und
15 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers mit Abgewandeltem Kettenförderer.
Die 1 bis 4 zeigen vier unterschiedliche Ausführungsformen einer Vorrichtung 1, die zur Wärmerückgewinnung aus einer erhitzten Schlacke eines metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses eingesetzt wird. Die Vorrichtungen gemäß den 1 bis 4 unterscheiden sich durch unterschiedliche Ausführungsformen von Wärmetauschern 3a bis 3d, die jeweils in Form einer Förderrutsche zur Beförderung von Schlacke ausgebildet sind.
Die Vorrichtung 1 umfasst neben dem Wärmetauscher jeweils einen Aufnahmebehälter 5 zur Zwischenspeicherung von flüssiger und erhitzter Schlacke. Die förderrutschenartigen Wärmetauscher gemäß den 1 bis 4 unterscheiden sich durch ihre unterschiedlichen Formen bzw. Ausgestaltungen voneinander. Insbesondere sind die Wärmetauscher 3a und 3b gemäß den 1 und 2 rohrförmig mit zwei offenen Enden ausgebildet, während der Wärmetauscher 3c gemäß 3 im Wesentlichen quaderförmig und der Wärmetauscher 3d gemäß der 4 im Wesentlichen schalenförmig ausgebildet ist. Ferner unterscheiden sich die rohrförmigen Wärmetauscher 3a und 3b dadurch voneinander, dass der Wärmetauscher 3a im Wesentlichen durch ein gerades Rohr gebildet wird, während das Rohr gemäß 2 im Wesentlichen L-förmig ausgebildet ist.
Die in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung sind keinesfalls abschließend zu verstehen. Vielmehr sind auch noch andere geeignete Formen von Wärmetauschern in Form von Förderrutschen zur Beförderung der Schlacke denkbar. Entscheidend ist, dass der Wärmetauscher derart förderrutschenartig ausgebildet ist, dass die Schlacke auf dem Wärmetauscher zum Wärmeaustausch mittels einer Vibrations- oder Schwingbewegung transportiert werden kann und auf dem Wärmetauscher zumindest abschnittsweise eine Hangabtriebskraft erfährt.
Die 1 bis 4 machen noch deutlich, dass der Aufnahmebehälter 5, in einer vertikalen Richtung v gesehen, oberhalb des jeweiligen Wärmetauschers 3a bis 3d angeordnet ist. Der Aufnahmebehälter 5 wird dabei von einem Gerüst 7 insbesondere mittels entsprechender zylindrischer Vorsprünge 9 getragen, von denen in den 1 bis 4 nur einer erkennbar ist. Die Vorsprünge 9 des Aufnahmebehälters 5 liegen dabei auf geeigneten Lagerarmen 11 des Gerüsts 7 auf. Die Vorrichtung 1 weist darüber hinaus jeweils eine Stopfenhebereinrichtung 13 mit einem in der Figur nicht erkennbaren Stopfenheber auf, der mit dem Aufnahmebehälter 5 zusammenwirkt.
Die Wärmetauscher 3a bis 3d sind vorzugsweise bezüglich einer Bodenebene E geneigt angeordnet, so dass also eine in bzw. auf dem Wärmetauscher befindliche Schlacke zumindest abschnittsweise eine Hangabtriebskraft erfährt. Der Winkel zwischen einer Längsachse L eines Wärmetauschers 3a bis 3d und der Bodenebene E kann durch eine geeignete, noch zu erläuternde Stelleinrichtung variiert werden und beträgt vorzugsweise zwischen 10° und 45°. Insbesondere kann der Anstellwinkel je nach Form des Wärmetauschers variieren.
Die Wärmetauscher 3a bis 3d sind jeweils an Haltearmen 15 befestigt, wobei die Haltearme 15 ebenfalls an dem Gerüst 7, welches zur Lagerung des Aufnahmebehälters 5 dient, montiert sein können. Vorzugsweise ist, wie in den 1 bis 4 dargestellt, bezogen auf die Längsachse L, zu beiden Seiten des Wärmetauschers jeweils ein Haltearm 15 angeordnet.
In der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher jeweils mit einem dem Aufnahmebehälter 5 zugewandten Ende 17 an den Haltearmen 15 über im Folgenden noch näher erläuterte Mittel befestigt. An dem dem Aufnahmebehälter 5 abgewandten Ende 19 ist der Wärmetauscher 3a bis 3d jeweils auf beiden Seiten bezüglich seiner Längsachse L in kreisbogenförmigen Schlitzen 21 der Haltearme 15 verschieblich gelagert. Während die Position des hinteren Endes 17 des Wärmetauschers bezüglich der Haltearme 15 also fest ist, kann das vordere Ende 19 der Wärmetauscher in den kreisbogenförmigen Schlitzen 21 bezüglich der Haltearme 15 verlagert werden. Auf diese Weise lässt sich der Anstellwinkel der Wärmetauscher und damit der Neigungsgrad bezüglich einer Bodenebene E einstellen.
Die 5 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung der Vorrichtung gemäß 1 mit einem Wärmetauscher 3a gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Wie in der 5 erkennbar ist, mündet der mit einem Verteileraufsatz 24 versehende Bodenauslass 23 des Aufnahmebehälters 5 in das offene, dem Aufnahmebehälter 5 zugewandte Ende 17 des Wärmetauschers 3a. Die Wandung des Wärmetauschers 3a ist an dem Ende 17 angeschnitten bzw. abgerundet ausgebildet, um ein reibungsloses Einfüllen von Schlacke aus dem Aufnahmebehälter 5 und dem Bodenauslass 23 über den Verteileraufsatz 24 in den Wärmetauscher 3a hinein zu gewährleisten.
Die 5 macht noch deutlich, dass der Wärmetauscher 3a in Form der rohrförmigen Förderrutsche doppelwandig ausgebildet ist und zwei zylindrische Wandungen 25 umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind. Zwischen den beiden Wandungen 25 wird ein Hohlraum 26 ausgebildet, der zur Aufnahme eines Arbeitsfluids, wie beispielsweise Luft, Wasser oder Öl, dient. Der Hohlraum 26 ist in Fluidverbindung mit einem in der Figur nicht gezeigten Arbeitsfluid-Kreislauf, der zur Energierückgewinnung durch eine an den Kreislauf angeschlossene Dampfturbine oder ORC-Prozess ausgebildet ist. Hierzu weist der Wärmetauscher 3a mindestens zwei Fluidanschlüsse auf. Vorzugsweise sind also wenigstens ein Fluidauslass und ein Fluideinlass vorgesehen, welche die Zirkulation eines Arbeitsfluids in dem Hohlraum 26 des Wärmetauschers 3a ermöglichen. In dem Hohlraum 26 sind vorzugsweise entsprechende Fluidführungskanäle ausgebildet, die beispielsweise einen meanderförmigen Verlauf aufweisen können.
In der 5 ist auch der Stopfenheber 27 der Stopfenhebereinrichtung 13 erkennbar. Der Stopfenheber 27 ist mit Hilfe geeigneter Antriebs- und Hebemittel der Stopfenhebereinrichtung 13 in der vertikalen Richtung v bzw. in einer axialen Richtung des Aufnahmebehälters 5 verlagerbar. Mit anderen Worten lässt sich der Stopfenheber 27 entlang seiner Längsachse L' bewegen. Das untere Ende 29 des Stopfenhebers 27 dient als Stopfen, um den Bodenauslass 23 des Aufnahmebehälters 5 zu verschließen. An seinem oberen Ende 31 ist der Stopfenheber an zwei parallelen Haltearmen 33 befestigt, von denen in der 5 nur einer erkennbar ist. Die Haltearme 33 wiederum sind mit einem Hydraulikzylinder verbunden. Auf diese Weise lässt sich eine oszillierende Bewegung des Stopfenhebers 27 in der vertikalen Richtung v realisieren. Die Oszillation des Stopfenhebers 27 erfolgt dabei mit einer bestimmten Frequenz, beispielsweise mit 1 Hz, um ein Anbacken einer in dem Aufnahmebehälter 5 befindlichen flüssigen erhitzten Schlacke zu verhindern. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Schlacke mit dem Material des Aufnahmebehälters 5 reagiert und folglich an der Innenwandung anbackt. Der Massenfluss der Schlacke aus dem Aufnahmebehälter 5 in den Wärmetauscher 3a wird folglich durch den Stopfenheber 27 geregelt. Ferner kann eine an der Behälteraufnahme, beispielsweise an den Lagerarmen 11 vorgesehene Kraftmesseinrichtung vorgesehen sein, mit Hilfe derer der Massenfluss aus dem Aufnahmebehälter 5 bestimmt werden kann.
Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 mit dem Aufnahmebehälter 5 und dem Wärmetauscher 3a ist wie folgt: eine flüssige und erhitzte Schlacke als Nebenprodukt der Hüttenindustrie wird aus einer Schlackenpfanne in den Aufnahmebehälter 5 zur Zwischenspeicherung gegeben. Durch das periodische Heben und Senken des Stopfenhebers 27 wird der Bodenauslass 23 periodisch geöffnet und geschlossen, so dass während den Öffnungsphasen flüssige und erhitzte Schlacke über den Bodenauslass 23 und den Verteileraufsatz 24 in Kontakt mit der Oberfläche des Wärmetauschers 3a kommt. Konkret fließt die flüssige Schlacke aus dem Bodenauslass 23 in den zylindrischen Innenraum des als rohrförmige Förderrutsche ausgebildeten Wärmetauschers 3a. Die Wärme der flüssigen Schlacke wird durch die Oberfläche des Wärmetauschers 3a an ein Wärmeträgermedium, also an ein Arbeitsfluid im Hohlraum 26 des Wärmeträgers 3a, übertragen. Hierdurch kühlt die flüssige Schlacke ab und erstarrt dabei. Gleichzeitig wird durch die Wärmeübertragung das Arbeitsfluid in dem Wärmetauscher erwärmt.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zwischen die Wandungen 25 der rohrförmigen Förderrutsche (Wärmetauscher 3a) ein Arbeitsfluid unter hohem Druck eingegeben wird. Im Falle von Wasser als Arbeitsfluid wird dabei im oberen Bereich ein Sattdampf mit bis zu 350°C und ca. 200 bar erzeugt. Dieser Dampf wird dann im angeschlossenen Kreislauf über eine Sattdampfturbine entspannt, wobei elektrische Energie gewonnen werden kann.
Durch die geneigte Anordnung der Förderrutsche bezüglich der Bodenebene E erfährt die in dem Wärmetauscher 3a angeordnete Schlacke eine Hangabtriebskraft. Um die Schlacke während des Erstarrungsprozesses darüber hinaus von dem dem Aufnahmebehälter 5 zugewandten Ende 17 zu dem gegenüber liegenden Ende 19 zu befördern, weist der Wärmetauscher 3a vorzugsweise eine Schwingförder- oder Vibrationseinrichtung auf, die in der 5 beispielhaft als Vibrationseinrichtung 28 ausgebildet ist. Bei der Vibrationseinrichtung 28 kann es sich um einen Elektrovibrator handeln, der unmittelbar an dem zu vibrierenden Bauteil, hier also an einer Wandung 25 des Wärmetauschers 3a befestigt, insbesondere angeschraubt ist. Der Elektrovibrator ist elektromotorisch betrieben und versetzt den Wärmetauscher mit einer vorbestimmten Frequenz in Schwingung/Vibration.
Vorzugsweise ist die Schwingförder- oder Vibrationseinrichtung steuer- bzw. regelbar ausgebildet, so dass verschiedene Frequenzen, insbesondere zwischen 50 Hz und 200 Hz auf den Wärmetauscher 3a–3d wirken können. Denkbar ist grundsätzlich auch der Einsatz von Hydraulik-Vibratoren, Druckluft-Vibratoren od. dgl. Vibrationseinrichtungen. Entscheidend ist, dass die Vibrations- oder Schwingfördereinrichtung entweder durch aktive oder passive Federelemente eine Vibration des elastisch gelagerten Wärmetauschers ermöglicht. Der Wärmetauscher kann weiterhin mit entsprechenden Mess- und Überwachungssystemen ausgerüstet sein, um die Beschleunigung und die Frequenz des Wärmetauschers zu messen und im Übrigen eine Prozesskontrolle zu ermöglichen.
Die Schwingförder- oder Vibrationseinrichtung erzeugt eine Vibration des Wärmetauschers 3a, wodurch die Schlacke auf der Oberfläche des Wärmetauschers 3a vom Ende 17 zum gegenüberliegenden Ende 19 befördert wird. Die Schwingung/Vibration weist daher vorzugsweise eine Richtung auf, die eine Bewegung der Schlacke in der Längsrichtung L von dem offenen Ende 17 zu dem offenen Ende 19 bewirkt. An dem Ende 19 wird dann die vollständig erstarrte Schlacke an einen weiteren Bearbeitungsschritt ausgegeben. Durch die Vibration des Wärmetauschers 3a wird nicht nur die Beförderung der Schlacke von dem Ende 17 zu dem Ende 19 des Wärmetauschers 3a bewirkt, sondern gleichzeitig wird verhindert, dass die Schlacke an der Oberfläche des Wärmetauschers 3a anbackt. Gleichzeitig wird eine optimale Wärmeübertragung von der Schlacke über die Wandung des Wärmetauschers zu dem Arbeitsfluid gewährleistet.
Im Übrigen kann die Fördergeschwindigkeit der Schlacke in bzw. auf dem Wärmetauscher 3a variiert werden. Diese Variation kann insbesondere durch die Einstellung der Schwingungs-/Vibrationsfrequenz und/oder des Neigungswinkels zwischen der Längsachse L und der Bodenebene E bewerkstelligt werden. Demnach gilt, dass die auf die Schlacke wirkende Hangabtriebskraft umso größer ist, je größer der Neigungswinkel zwischen der Längsachse L und der Bodenebene E ist. Vorzugsweise ist auch noch vorgesehen, dass der Wärmetauscher 3a um seine Längsachse L herum, insbesondere um ca. 45°, geschwenkt werden kann, um die durch die Schlacke benetzte Oberfläche des Wärmetauschers 3a zu erhöhen. Hierdurch resultiert eine noch verbesserte Wärmeübertragung zwischen der Schlacke und dem Arbeitsfluid.
Die 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Wärmetauschers 3a gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Die 6 macht deutlich, dass die rohrförmige Förderrutsche (Wärmetauscher 3a) jeweils am oberen Ende 17 und am unteren Ende 19 zwei bzgl. der Längsachse L gegenüber liegende Fluidanschlüsse 35 umfasst. Die Fluidanschlüsse sind jeweils über eine elastische Lagereinrichtung, vorliegend über Federelemente 37 mit einer Halterung 39 verbunden, die zur Befestigung des Wärmetauschers 3a an den Haltearmen 15 dient. Es versteht sich, dass die elastische Lagerung des Wärmetauschers und die Fluidanschlüsse auch räumlich getrennt voneinander angeordnet sein können. Die Federelemente 37 sind also Teil einer elastischen Lagereinrichtung, die es ermöglicht, den Wärmetauscher und die darauf gelagerte Schlacke mittels der Vibrationseinrichtung 28 in Vibration zu versetzen, um die Schlacke entlang der Längsachse L auf dem Wärmetauscher 3a zu befördern. Wenn vorliegend davon die Rede ist, dass die Schlacke „auf” dem Wärmetauscher angeordnet bzw. transportiert wird, bedeutet dies unabhängig von der Form des Wärmetauschers, dass die Schlacke auf einer Wandung des Wärmtauschers angeordnet ist, die auf ihrer gegenüberliegenden Seite zumindest bereichsweise mit dem Arbeitsfluid in Kontakt steht.
Mit anderen Worten ist der Wärmetauscher 3a also elastisch aufgehängt oder gelagert. Die Schwingbewegung des Wärmetauschers 3a ist vorzugsweise von dem Ende 17 zu dem Ende 19 gerichtet, so dass bei jeder Vorwärtsschwingung (Ende 17 zu Ende 19) die Schlacke ein Stück nach vorne bewegt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich mit der Frequenz des Schwingförder- oder Vibrationsantriebs. Anstelle einer Vibrationseinrichtung, insbesondere in Form eines Elektrovibrators, kann auch eine Schwingfördereinrichtung vorgesehen sein. Denkbar ist hierbei beispielsweise der Einsatz von elektrischen Piezofederelementen. Alternativ kann ein Umwuchtmotor od. dgl. Schwingförderantrieb vorgesehen sein. In vorteilhafter Weise lässt sich die Frequenz der entsprechenden Schwingförder- oder Vibrationseinrichtung und insbesondere auch die Amplitude der Schwingung bzw. Vibration einstellen, um die Fördergeschwindigkeit der Schlacke auf dem Wärmetauscher 3a einzustellen.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Ausführungen zu der ersten Ausführungsform der Erfindung für weitere Ausführungsformen des Wärmetauschers gleichermaßen gelten.
Die 7 zeigt eine Draufsicht auf eine in der 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung. Besonders gut erkennbar sind dort insbesondere die beiden im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Arme 33, die quasi einen Doppelhebel bilden. Die beiden Haltearme 33 sind einerseits mit dem Hydraulikzylinder und andererseits mit dem Stopfenheber 27 verbunden und sorgen auf diese Weise für eine verkippungsfreie Bewegung des Stopfenhebers 27 in der vertikalen Richtung v.
Die 8 zeigt eine Schnittdarstellung durch die in 2 gezeigte Vorrichtung mit einem Wärmetauscher 3b gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Anders als der in 5 gezeigte Wärmetauscher 3a, der eine im Wesentlichen gerade rohrförmige Ausgestaltung mit zwei offenen Enden aufweist, weist der förderrutschenförmige Wärmetauscher 3b eine geschwungene oder abgewinkelte Form auf. Insbesondere ist die rohrförmige Förderrutsche im Wesentlichen L-förmig ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, den Bodenauslass 23 im Wesentlichen zentrisch über der Öffnung des dem Aufnahmebehälter 5 zugewandten Endes 17 des Wärmetauschers 3b zu positionieren.
Bereits durch die gebogene bzw. abgewinkelte Form des Wärmetauschers 3b wirkt auf die Schlacke, die von dem Bodenauslass 23 über den Verteileraufsatz 24 in den Wärmetauscher 3b eingelassen wird, zumindest bereichsweise eine Hangabtriebskraft. Eine von außen bewirkte geneigte Ausrichtung des Wärmetauschers ist somit nicht zwingend erforderlich. Während in der 8 ein Abschnitt des Wärmetauschers 3b im Bereich des Endes 19 im Wesentlichen bodenparallel ausgebildet und angeordnet ist, ist ein im Bereich des Endes 17 angeordneter Abschnitt im Wesentlichen senkrecht zu einer Bodenebene E angeordnet. Zwischen diesen Bereichen liegt ein Kurvenabschnitt 18, dessen Tangente einen Winkel mit der Bodenebene E einschließt, und der folglich eine Beschleunigung der Schlacke in dem Wärmetauscher 3b bewirkt. Bei der zweiten Ausführungsform des Wärmetauschers wirkt eine Hangabtriebskraft also nur abschnittsweise, mithin nämlich in dem Kurvenabschnitt 18 zwischen den Enden 17 und 19. Ferner ist die geneigte Positionierung des Wärmetauschers 3b bereits in die Form des Wärmetauschers implementiert.
Abgesehen davon, umfasst der Wärmetauscher 3b ebenfalls Fluidanschlüsse 35 und eine doppelwandige Ausbildung derart, dass in einem Hohlraum 26 ein Arbeitsfluid anordenbar ist.
Die 9 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung 1 nach 3 mit einem Wärmetauscher 3c gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Die 9 macht deutlich, dass der Bodenauslass 23 des Aufnahmebehälters 5 oberhalb des Endes 17 des Wärmetauschers 3c endet. Auf diese Weise kommt aus dem Bodenauslass 23 ausgegebene Schlacke mittels des Verteileraufsatzes 24 unmittelbar mit der Wandung 25 des Wärmetauschers 3c in Kontakt. In der 9 ist gut erkennbar, dass der Wärmetauscher 3c in Form der Förderrutsche im Wesentlichen quaderförmig und damit eben ausgebildet ist und ebenso wie die anderen Ausführungsbeispiele zwei Wandungen 25 aufweist, die dazwischen einen Hohlraum 26 zur Aufnahme eines Arbeitsfluids zur Wärmerückgewinnung ausbilden.
Weiterhin wird deutlich, dass die Vibrationseinrichtung 28 bei dieser Ausführungsform an einer Unterseite, d. h. an einer der Bodenebene E zugewandten Wandung 25 des Wärmetauschers angeordnet ist. Die Vibrationseinrichtung 28 wirkt wiederum mit einer elastischen Lagerung des Wärmetauschers in Form von Federelementen 27 zusammen, um eine Vibration/Schwingung des Wärmetauschers zu ermöglichen. Wie bei den anderen Ausführungsformen lässt sich der Neigungswinkel des Wärmetauschers mittels der kreisbogenförmigen Schlitze verändern. Es versteht sich, dass ein einstellbarer Winkel des Wärmetauschers auch auf andere Art und Weise bewerkstelligt werden könnte. Beispielsweise könnte eine hydraulische oder pneumatische Verstelleinrichtung zum Einsatz kommen.
Die 10 zeigt noch eine Schnittdarstellung der Vorrichtung 1 gemäß 4 mit einem Wärmetauscher 3d gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung. Der Wärmetauscher ist hier im Wesentlichen in Form einer schalenförmigen Förderrutsche ausgebildet, die folglich im Wesentlichen gerade ausgebildet ist und mit einer Mulde entlang der Längsachse L versehen ist, wie insbesondere aus der 11 hervorgeht. Auf diese Weise ist eine Beförderung der Schlacke auf dem Wärmetauscher 3d besonders vorteilhaft möglich.
Insgesamt zeigt sich, dass die Wärmeenergie der Schlacke energiebringend genutzt werden kann, wenn der Wärmetauscher an eine Dampfturbine oder einen ORC-Prozess angeschlossen wird. Das in dem Wärmetauscher erwärmte Arbeitsfluid, beispielsweise ein Hochtemperatur-Thermoöl mit einer maximalen Temperatur von 350°C, wird in einem ORC-Prozess oder in einer Dampfturbine abgekühlt, wo die gewonnene Energie durch einen Generator in Strom verwandelt wird. Der Wärmeübertrag in dem förderrutschenartigen Wärmetauscher erfolgt weitestgehend druckfrei.
Bei den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen der Wärmetauscher 3c und 3d können Seitenführungselemente 41 zu beiden Seiten des Wärmetauschers in Richtung der Längsachse L vorgesehen sein, die vorzugsweise aus Graphit ausgebildet sind. Auf diese Weise werden die Seitenführungselemente nicht mit Schlacke benetzt und reagieren auch nicht mit ihr. Ferner sind sie temperaturfest. Die Seitenführungselemente 41 sorgen somit trotz Vibrationen für eine präzise Führung der Schlacke auf dem Wärmetauscher.
Insgesamt schafft die vorliegende Erfindung einen vorteilhaften Wärmetauscher, der in Form einer Förderrutsche zur Beförderung der Schlacke ausgebildet ist und auf diese Weise einen besonders hohen Wirkungsgrad bei der Energierückgewinnung von flüssiger erhitzter Schlacke als Nebenprodukt eines metallurgischen Prozesses aufweist und der darüber hinaus kostengünstig herstellbar ist.
Wie oben bereits ausgeführt, ist ein Wärmetauscher der vorgenannten Art einem Brech- oder Mahlwerk vorgeordnet, welches in 12 mit der Bezugsziffer 47 gekennzeichnet ist. In dieser Fig. ist der vorgenannte Wärmetauscher mit der Bezugsziffer 3c gekennzeichnet. Es handelt sich also bei der dargestellten Ausführungsform um einen Wärmetauscher gemäß 3.
Im Übrigen zeigt die 12 eine Vorrichtung oder Anordnung zur Konditionierung von Schlacken hinsichtlich der Materialeigenschaften derselben, wobei zusätzlich Maßnahmen getroffen sind, um eine möglichst hohe Rückgewinnung zu erreichen. Die erste Rückgewinnung erfolgt über den Wärmetauscher 3c, der auch als „primärer Wärmetauscher” bezeichnet werden kann. Von dort gelangt in der oben beschriebenen Weise die Schlacke zu dem nachgeordneten Brech- oder Mahlwerk 47. Diese Brech- oder Mahlwerk 47 befindet sich innerhalb einem geneigt angeordneten Förderrohr 48 mit Rüttler zum Weitertransport der gebrochenen Schlacke zu einem Schlackenaustritt 49 am unteren Ende des Förderrohrs 48. Der Schlackenaustrag ist in 13 noch besser erkennbar. Es handelt sich um einen an der Unterseite des Förderrohrs ausgebildeten Ausschnitt bzw. eine entsprechende Öffnung, durch die hindurch die Schlacke ausgetragen wird, z. B. unmittelbar in einen Eisenbahn-Container oder auf die Ladefläche eines Lkws oder dergleichen.
Am unteren stirnseitigen Ende des schräg ausgerichteten Förderrohrs 48 ist ein Gebläse 50 angeordnet, mit dem Umgebungsluft in das Förderrohr geblasen wird. Am oberen stirnseitigen Ende des Förderrohrs 48 ist ein „sekundärer Wärmetauscher” 45, vorzugsweise Rohr-Lamellen-Wärmetauscher platziert, durch den hindurch die durch das Gebläse 50 angesaugte Luft wieder zurück in die äußere Umgebung geblasen wird. Da die durch das Gebläse 50 angesaugte Luft innerhalb des Förderrohrs über die nach wie vor sehr heiße (ca. 900 bis 1000°C) Schlacke geleitet wird, erwärmt sich diese Luft und gibt dann diese Wärme über den „sekundären Wärmetauscher” 45 an das System ab. Es wird also über den „sekundären Wärmetauscher” 45 zusätzlich Wärme rückgewonnen.
In 13 ist die Schlackenförderrichtung innerhalb des Förderrohrs 48 mit dem Pfeil 51 und die entgegengesetzte Luftströmung innerhalb des Förderrohrs 48 mit dem Pfeil 52 gekennzeichnet.
Oberhalb des Schlackenaustritts 49 ist innerhalb des Förderrohrs 48 noch ein Schlacken- und Luft-Leitblech 53 angeordnet, um einerseits die Schlacke sicher zum Schlackenaustritt 49 zu führen und um die vom Gebläse 50 angesaugte Luft oberhalb des Schlackenaustritts in das Förderrohr zu leiten.
Am oberen Ende des Förderrohrs 48 in unmittelbarer Nähe zum „sekundären Wärmetauscher” ist an der Oberseite noch ein Ausschnitt für den Schlackeneintritt vorgesehen. Dieser Ausschnitt ist mit der Bezugsziffer 54 gekennzeichnet. Durch diesen Ausschnitt hindurch gelangt die Schlacke vom „primären Wärmetauscher” 3c zum nicht näher dargestellten Brech- oder Mahlwerk 47 innerhalb des Förderrohrs 48.
Bei Bedarf ist dem „primären Wärmetauscher” 3c noch ein sog. „teritärer Wärmetauscher” 46 zugeordnet, der sich gewölbeartig über die zum Förderrohr hingeneigte Förderrutsche erstreckt, die bei der dargestellten Ausführungsform flachbettartig ausgebildet ist. Der „tertiäre Wärmetauscher” 46 umfasst eine Vielzahl von Rohren, innerhalb denen ein Wärmetauschermedium, insbesondere Thermoöl strömt. Vorzugsweise wird als Wärmeaustauschermedium das Thermoöl Therminol TP-1 der Firma Fragol verwendet.
Wie oben schon ausgeführt, beträgt die Schichtdicke der Schlacke auf der Förderrutsche bzw. der Rutschenfläche derselben etwa 15 bis 20 mm. Zum Verhindern von Anpackungen wird die Schlacke seitlich mit Hilfe von Grafit-Elementen geführt. Der Schlackentransport erfolgt durch Einwirkung eines Rüttlers auf die Förderfläche des „primären Wärmetauschers”. Diesbezüglich auf die vorstehenden Ausführungen dazu verwiesen.
Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, das es bei der vorliegenden Erfindung primär um die Konditionierung der Schlacke hinsichtlich der Materialeigenschaften derselben geht. Ein sekundärer Effekt ist die beschriebene ein-drei-fache Wärmerückgewinnung mittels eines „primären Wärmetauschers”, ggf. „sekundären Wärmetauschers”, und ferner ggf. eines „tertiären Wärmetauschers”.
Der gewölbeartig ausgebildete „tertiäre Wärmetauscher” 46 dient der Aufnahme der durch Strahlung und Konvektion abgegebenen Energie der Schlacke im Hochtemperaturbereich, solange diese sich noch auf der dem Schlackenaufnahmegehälter nachgeordneten Förderrutsche befindet, die selbst den „primären Wärmetauscher” definiert.
In 14 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Förderrutsche dargestellt. Diese Förderrutsche mit einer wiederum geneigt angeordneten Kühl- und Förderfläche 55 ist einer Förderkette 42 zugeordnet. Konkret umfasst die Förderkette zwei seitlich angeordnete und über Kettenumlenkräder 56 geführte Ketten 56, zwischen denen stegartige Mitnehmer 43 angeordnet sind. Damit ist es möglich, die Geschwindigkeit der Schlacke über die Kühl- und Förderfläche bzw. Förderrutsche hinweg und damit die Verweilzeit auf dieser zur Konditionierung der Schlacke hinsichtlich ihrer Materialeigenschaft definiert zu steuern. Am oberen Ende der Kühl- und Förderfläche 55 bzw. entsprechend ausgebildeten Förderrutsche ist noch ein Schlackeneinlauf 57 dargestellt.
In der vorstehend beschriebenen Weise ist der Kühl- und Förderfläche 55 ein Wärmetauscher zugeordnet. Hinsichtlich der Konstruktion desselben wird auf die Beschreibung der Ausführungsform gem. 3 oder 4 bzw. 10 oder 11 hingewiesen.
Wie der 14 des Weiteren noch entnommen werden kann, erfolgt der Umlauf der beiden Ketten 58 in einer vertikalen Ebene.
In 15 ist eine alternative Ausführungsform eines einer Förderrutsche zugeordneten Kettenförderers 42 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform laufen die zu beiden Seiten der Kühl- und Förderfläche 55 angeordneten Ketten 56 jeweils in einer Ebene parallel zur Kühl- und Förderfläche um.
Das besondere Merkmal des Kettenförderers 42 gem. 15 ist, dass die Mitnehmer sich nicht quer über die Kühl- und Förderfläche der Förderrutsche erstrecken, sondern nur seitlich in den Bereich dieser Kühl- und Förderfläche 55 hineinragen. Konkret sind die Mitnehmer jeweils bügelförmig ausgebildet und so ausgerichtet, dass die durch den Bügel defnierte Ebene sich etwa senkrecht zur Kühl- und Förderfläche bzw. Rutschenfläche sowie etwa senkrecht zur Förderrichtung der Schlacke auf der Kühl- und Förderfläche bzw. Rutschenfläche erstreckt. Diese bügelartigen Mitnehmer sind mit der Bezugsziffer 44 gekennzeichnet.
Diese bügelartigen Mitnehmer haben den Vorteil, dass Schlacke an den Seitenrändern der Förderrutsche nicht anpacken kann. Auch kann die Schlacke an den relativ kleinen bügelartigen Mitnehmern selbst nicht ohne Weiteres anpacken. Zumindest ist es einfach, diese bügelartigen Mitnehmer mit einem entsprechenden Oberflächenschutz zu versehen.
Mit den nur seitlich eingreifenden und relativ kleinen Mitnehmern lassen sich auch Wärmespannungen bedingt durch die Schlackenabkühlung leichter beherrschen, da Mitnehmer nur einseitig eingespannt und damit zwängungsfrei gehalten sind. Die mechanische Belastung der Mitnehmer ist geringer als bei der Ausführungsform gem. 14.
Die nur seitlich einwirkenden Mitnehmer haben des Weiteren den Vorteil, dass der heiße Schlackenstrom, der über den Schlackeneinlauf 57 auf die Förderrutsche aufgebracht wird, am Anfang der Förderstrecke nicht durchschnitten wird.
Bei Ausfall eines Mitnehmers, z. B. durch Abriss desselben, sind Folgeschäden in Form von Materialstau durch das Verklemmen folgender Mitnehmer oder dergleichen nicht zu erwarten.
Schließlich hat die Ausführungsform gem. 15 noch den Vorteil, dass die Kettenumlenkräder sehr einfach auf dem Grundgestellt der Förderrutsche belagert werden können. Gesonderte Lagerböcke, wie sie z. B. bei der Ausführungsform gem. 14 vorgesehen sind, entfallen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung
3a–3d: Wärmetauscher
5: Aufnahmebehälter
7: Gerüst
9: Vorsprung
11: Lagerarm
13: Stopfenhebereinrichtung
15: Haltearm
17: Ende
18: Kurvenabschnitt
19: Ende
21: kreisbogenförmiger Schlitz
23: Bodenauslass
24: Verteileraufsatz
25: Wandungen
26: Hohlraum
27: Stopfenheber
28: Vibrationseinrichtung
29: unteres Ende
31: oberes Ende
33: Haltearme
35: Fluidanschluss
37: Federelement
39: Halterung
41: Seitenführungselement
42: Kettenförderer
43: Mitnehmer (stegartig)
44: Mitnehmer (bügelartig)
45: sekundärer Wärmetauscher
46: tertiärer Wärmetauscher
47: Brech- oder Mahlwerk
48: Förderrohr
49: Schlackenaustritt
50: Gebläse
51: Pfeil
52: Pfeil
53: Leitblech
54: Ausschnitt für Schlackeneintritt
55: Kühl- und Förderfläche
56: Kette
57: Schlackeneinlauf
58: Kettenumlenkrad
v: vertikale Richtung
E: Bodenebene
L: Längsachse
L': Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0333242 B1 [0003]
EP 0109383 B1 [0004]

Claims

Wärmetauscher (3a–3d) zur Energierückgewinnung aus einer erhitzten Schlacke eines metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3a–3d) in Form einer Förderrutsche zur Beförderung der Schlacke ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwingförder- oder Vibrationseinrichtung (28) vorgesehen ist, die den Wärmetauscher (3a–3d) in eine Schwingung/Vibration versetzt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3a–3d) in Form der Förderrutsche elastisch gelagert ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördergeschwindigkeit der Schlacke, insbesondere durch die Frequenz der Schwingförder- oder Vibrationseinrichtung und/oder einen Neigungswinkel der Förderrutsche, einstellbar ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest bereichsweise aus Kupfer oder Stahl ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er an einen geschlossenen Arbeitsfluid-Kreislauf, insbesondere einen Wasser- oder Öl-Kreislauf, anschließbar ist und entsprechende Fluidanschlüsse (35) zum Verbinden mit dem Arbeitsfluid-Kreislauf aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3a–3d) in Form der Förderrutsche rohrförmig, schalenförmig oder quaderförmig ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3a–3d) in Form der Förderrutsche doppelwandig ausgebildet ist, sodass zwischen zwei Wandungen (25) ein Arbeitsfluid einbringbar ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3a–3d) in Form der Förderrutsche bzgl. einer Bodenebene (E) geneigt ist, sodass auf eine auf der Förderrutsche angeordnete Schlacke eine Hangabtriebskraft wirkt.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3a–3d) in Form der Förderrutsche in einer vertikalen und/oder horizontalen Richtung schwenkbar gelagert ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3a–3d) in Form der Förderrutsche mit einem Aufnahmebehälter (5) zur Zwischenspeicherung der erhitzten Schlacke zusammenwirkt.
Wärmetauscher nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderrutsche ein Kettenförderer (42) zugeordnet ist, mittels dem die Geschwindigkeit der Schlacke über die Förderpunkte hinweg und damit die Verweilzeit auf dieser zur Konditionierung der Schlacke hinsichtlich ihrer Materialeigenschaft steuerbar ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kettenförderer (42) entweder sich, vorzugsweise stegartig, quer über die Förderrutsche bzw. deren Rutschenfläche hinweg erstreckende oder nur seitlich in die Rutschenfläche hineinragende Mitnehmer (43; 44) aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlich in die Rutschenfläche hineinragenden Mitnehmer (44) jeweils bügelartig ausgebildet und so ausgerüstet sind, dass die durch den Bügel definierte Ebene sich etwa senkrecht zur Rutschenfläche sowie etwa senkrecht zur Förderrichtung der Schlacke auf der Rutschenfläche erstreckt.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus einer erhitzten Schlacke eines metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses, aufweisend einen Wärmetauscher (3a–3d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–11 und einen Aufnahmebehälter (5) zur Aufnahme von flüssiger erhitzter Schlacke, wobei der Aufnahmebehälter einen Bodenauslass (23) umfasst, der bezüglich des Wärmetauschers (3a–3d) so angeordnet ist, dass die flüssige Schlacke nach dem Austritt aus dem Bodenauslass (23) mit dem Wärmetauscher (3a–3d) in Kontakt kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebehälter (5) einen Stopfenheber (27) zur Steuerung eines geöffneten oder geschlossenen Zustands des Bodenauslasses (23) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebehälter (5) und/oder der Stopfenheber (27) zumindest bereichsweise aus Gusseisen oder aus Stahl ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Brech- oder Mahlwerk zum Empfangen und Brechen oder Mahlen der durch die Förderrutsche transportierten und gekühlten erstarrten Schlacke aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurchgekennzeichnet, dass dem Brech- oder Mahlwerk ein sekundärer Wärmetauscher (45) und bei Bedarf insbesondere bei im Wesentlichen flächenbettartig ausgebildeter Förderrutsche dieser ein tertiärer Wärmetauscher (46) zugeordnet ist, wobei letzteres sich vorzugsweise etwa gewölbeartig über die Rutschenfläche erstreckt.
Verfahren zur Energierückgewinnung aus einer erhitzten Schlacke eines metallurgischen Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesses, insbesondere unter Verwendung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch Zuführen einer flüssigen erhitzten Schlacke zu einem förderrutschenartigen Wärmetauscher (3a–3d) und befördern der Schlacke auf dem förderrutschenartigen Wärmetauscher (3a–3d).
Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch befördern der Schlacke auf dem Wärmetauscher (3a–3d) mittels einer Schwingförder- oder Vibrationseinrichtung (28).