DE1442732A1

DE1442732A1 - Waermetauscher zum Waermeaustausch zwischen einem feinkoernigen Gut und einem Gasstrom

Info

Publication number: DE1442732A1
Application number: DE19641442732
Authority: DE
Inventors: Isler Dipl-Ing Walter
Original assignee: ISLER DIPL ING WALTER
Current assignee: ISLER DIPL ING WALTER
Priority date: 1963-10-14
Filing date: 1964-09-16
Publication date: 1969-09-25
Also published as: BE653499A; CH424602A; ES304914A1; GB1088412A; NL6411742A; DK108486C

Description

falter Isler, Aarau ( Schweiz)

"Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen einem feinkörnigen Gut und einem Gasstrom"

Die Erfindung "besieht sich auf einen Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen einom feinkörnigen Gut und einem Gasstrom, insbesondere zum Vorwärmen, Kalzinieren und brennen von Zement-liohmehl durch Ofenabgase, denen eine otrör-iungsbewegung in Form einer Wirbelsenice erteilt und das in Wärmeaustausch mit dem Gas zu bringende feinkörnige Gut in der iTähe des "firbelkerns beigemengt wird, so dai3 es sich bei der Drehbewegung mit dem Gas entgegen der radialen Komponente der Gasgeschwindigkeit unter Wärmeaustausch mit dem Gas nach außen bewegt und hernach wieder gesammelt wird, welcher mindestens einen liindestens angenähert kreiszylindrischen Behälter aufweist, und dieser Behälter mit mindestens einem, am Außenumfang einmündenden, für die Einleitung des Gases in den Behälter mit Drehbewegung ausgelegten Zuflußkanal und mit einem zentralen Abflußkanal für das Gas sowie im Inneren, in der ITähe des Abflußkanals mit einer Aufgabevorrichtung für das in Wärmeaustausch mit dem Gas zu bringende fein-

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körnige (kit ausgerüstet ist und. der Behälter außen minderst ens eine Austrlttso'ffnung für das nach auSen gelangte feinkornige G-ut besitzt»

!3s ist bereits ein derartiger TTärmetaiiseiier bekannt* siehe die französiseiie Patentsclirift"4^2. 594» der &Oer den 1-fe.cJit-eil zeigt y daB ein unte ab si ent igt es Αϊιβ strömen eier ireststöif*- partilcel susaimien mit dem &as xiicnt Ea" Tsriiin

lys ist weiter eine Spiral^ir^belmischfeaDMer, zur Durchführung chemisGlier Reaktionen und physikalischer rro^eäse' mit ei:iDi-i tangentia.len Strömuiigsmltteleinlaö und einen zentralen. Auslaß in der einen. Seitenwand auf der Kamnieraohse bekannt j siehe die deutsche JLuslegesehrift 1 0o7 786, wobei ein. Flügel von einer Seitenwand her axial in das Kammerinnere ragt und sich entlang der Spiralwirbelbahn in der Eamraer erstreckt,. Dieser -!Flügel kann den austretenden G-asen die Strömungsrichtung aufzwingen, mitgeführten J?eststoffpar«· tikeln aber keine Beschleunigung erteilen, die das Abströmen der iPeststoffpartlkel mit den Q-asen mit Sicherheit verhindert.. Außerdem ruft das^^ Infolge der auf tretenden Öiöriolis-Eräfte stattfindende 3ntlan^.eiten der Feststoff«· partikel an dem FlügelJürosioh hervor»

Ferner ist ein FliehlEraft-Staubabscheider mit tangentialem Eintrittsstutzen bekannt _T der fest eingebaute, von Luft

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elEXs Leitvorrichtungen seigt, siehe die deutsche Patentschrift 861 497 ♦ Dabei treten aber die bereits erwähnten /-'achte ile wieder auf, weil diese bekannten leitvorrichtungen ortsfest angeordnet sind und somit der Erosion unterliegen..

Der Erfindung liegt die Aufgabe augrunde, den Wärmetauscher de"r eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß das Abströmen der IPeststoffpartikel mit den Gasen mit Sicher- Λ lie it verhindert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung bestellt darin, daß im Behälter zwischen der Aufgabevorrichtung für das feinkörnige G-ut und dera zentralen AbfluSkanal für das Gas ein dazu konzentrisch, mit einer Antriebsvorrichtung versehenes flügelrad angeordnet ist. Dadurch wird den 3?est stoff os^rtikeln zusätzlich eine Beschleunigung erteilt, wodurch ihr Abströmen mit den Gasen mit Sicherheit verhindert ist. Auch die bei den bekannten erwähnten Leitschairfeln auf- . " tretende >Jronion ist bis auf ein. unbedeutendes Ifexa verringert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Aufgabevorrichtung als von oben in den ."öehälter oir£aü:adende liingdüse ausgebildet ist. Da,bei kann in vorteilhafter "/eise der Behälter einen auiS.en sich abwärts

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erstreckenden, für= den Austrag des feinkörnigen Gutes nach-unten-offenen Ringkanal aufweisen, und der Zuflußkanal für das Gas kann in diesen Eingkanal einmünden.

Fach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann hierbei vorgesehen sein, daß radial außerhalb der Aufgabevorrichtung für das feinkörnige Gut auf mit der Behälterachse konzentrischen Kreisen, einzelne, zwischeneinander Öffnungen freilassende Leitsegmente. angeordnet sind, die sieh überdecken und an den Überdeckungsstellen Spalte für den Durchlaß des Gases bzw. des feinkörnigen Gutes bilden. '

Die erwähnten Elemente bewirken für sich und gemeinsam eine den Wärmeübergang fördernde Ordnung der bezüglich ihrer radialen Komponenten einander entgegengerichteten Strömung von Gut und feststoff. Zudem verursachen die Leitsegmente eine Verlängerung der Verweilzeit der Feststoff partikel in der Vorrichtung und einen "besonders intensiven Wärmeübergang im Bereich der zwischen den ieitsegmenten freigelassenen Öffnungen, wo die Durchwirbelung infolge der Kontraktionen und ümlenldingen besonders intensiv ist. _;

Das angetriebene flügelrad gewährleistet nicht nur eine

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sehr große I'eststoffteilchenabscheidung in den Abgasen, sondern es führt der ¥irbelsenk:e auch Rotationsenergie zu, ohne dabei das Temperaturgefälle wesentlich zu beeinflussen. Da das Rohmehl außerhalb des Flügelrades eingeblasen wird, kommt es nicht zu einer direkten Berührung und. damit ver-"bundenem Verschleiß.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung» In dieser zeigen:

lig. 1 einen Vertiltalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel nach der linie I-I der Big. 2,

lig. 2 dieses Ausführungsbeispiöl in Ansicht von oben, lig. 3 eine Seitenansicht für eine andere Ausfütoßungsform, S¹Ig. 4 die gleiche Ausführungsfona in Ansicht von oben,

, 5- einen Vertikalschniijt nach öler Mnie Y-V der fig, 6 durch eine weitere Ausführungsföam, und

Jig» 6 elneii Hdriaöntalaohnitt naoh der iilni# tl-Vt' der

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Der In den Pig... 1 und 2 dargestellte Wärmeaustauscher ist für das Vorwärmen-, Kalzinieren und, Brennen von Zement-Eonmehl durch die Abgase eines Zement-Drehofens 1 bestimmt. Er weist einen kreiszylindrischen Behälter 2- auf. Dieser ist mit einem am Außenumfang tangential einmündenden Zuflußkanal 3, dem die Ofenabgase als Heizgas über eine leitung 4 YQm Drehofen 1 her zugeleitet werden, und mit einem zentralen Abflußkanal 5 für das Gas versehen. Der Zuflußkanal 3 1st also so ausgelegt, daß er das Gas mit einer Drehbewegung um die Behälterachse In den Behälter einleitet. Aus dem Abflußkanal 5 wird das. Gas durch ein Gebläse 6 abgesaugt.

Im Inneren des Behälters 2, in der Nähe des Abflußkanals 5, ist eine Aufgabevorrichtung 7 für das Zement-llohmehl,, d.h. für das in Wärmeaustausch mit dem Gas zu bringende feinkörnige Gut angeordnet, der das Zementrohmehl· über eine leitung 8 zugeführt wird. Der Behälter 2 besitzt am Atößenumfang eine Austrittsöffnung 9 für das nach außen gelangte feinkörnige Gut, und an diese Öffnung9 schließt tangential ein Sammelkanal 10 an. Dieser Sammelkanal 10 ist. mit einem Zyklon 11 versehen, dessen Gasaustrlttsstelle über eine leitung 12 mit einer weiter innen als dteqen Außenuiüifang liegenden Stelle 13 des Behälters 2 verbünden ist.

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In der beschriebenen Einrichtung wird dem durch den Zuflußkanal 3 in den Behälter 2 eintretenden Gas eine Strömungsbewegung in I?orm einer Wirbel senke- erteilt, wobei der viirbelkern in der Behälterachse liegt. Das feinkörnige Gut wird mit Hilfe der Aufgabevorrichtung 7 dem Gas in der Mähe des Wlrbelkerns beigemengt. Das Gut wird durch das Gas mitgenommen, so daß es mit diesem eine ^j Drehbewegung w-i die Behälterachse ausführt. Die Aufgabevorrichtung 7 ist überdies so ausgelegt, daß das feinkörnige Gut schon unmittelbar bei seinem Austritt eine taiigentiale Geschwindigkeitskomponente im Sinne der Drehbewegung des Gases erhält.

Das feinkörnige Gut wird aber nun bei der Drehbewegung mit dem Gas infolge seines höheren spezifischen Gewichtes nach außen geschleudert. Es bewegt sich somit entgegen der nach innen gerichteten radialen Komponente der Gasgeschwindigkeit. Zugleich steht das feinkörnige Gut unter Wärmeaustausch mit dem Gas, und zwar wird es hier durch das Gas in reinem Gegenstrom erhitzt. Es ergeben sich also günstige Iffärmeübertragungsbedingungen.

TJm die Aufenthaltszeit des feinkörnigen Gutes im Wärme aus- ; tauscher zu verlängern, sind bei der dargestellten,Ausführungsform im Strömungsraum des Behälters 2 etwa kon-

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zentrisch zur Behälteraehse verlaufende 3jeitae.gmen.te 14 angeordnet, Diese fangen jeweils einen -"Teil des sich, gegen außen bewegenden feinkörnigen Gutes auf. Es wird aber dann längs der Leitsegmente 14 vom Gasstrom mitgenommen und am Ende der Leitsegmente 14 jeweils in einen weiter außen liegenden Teil des Gasstromes geleitet. ■

Schließlich wird das bis zum Äußenumfang des Behälters 2 gelangte feinkörnige Gut mit einem Teil des in den Behälter 2 eingeleiteten Gases von dem mit dem Zyklon 11 versehenen Sammelkanal 10 aufgenommen. Das feinkörnige Gut wird im Zyklon 11 ausgeschieden und über eine Leitung 15 mit Abschlußkappe 16 dem Drehofen 1 zugeleitet, während der durch den Sammelkanal 10 strömende Teil des Gases über die Leitung 12 an der Stelle 15 des Behälters 2, · an welcher im Betrieb ein tieferer Druck herrscht als im Sammelkanal 10, in den Behälter 2 zurückgeführt wird.

Die I¹IgV 3 und 4 zeigen einen Wärmeaus tauscher,, der für die Wärmebehandlung eines feinkörnigen Gutes bestimmt ist, wobei nach der Behandlung der Wärmeinhalt des erhitzten Gutes wieder ausgenützt wirdV

Der Wärmeaustauscher besitzt hier zwei Behälter 2¹ und 2%" die in ihrei« Bauart im wesentlichen dem Behälter 2; der

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Pig. 1 und 2 entsprechen. Jeder dieser Behälter ist mit einem am Außenumfang tangential einmündenden Zuflußkanal 3' "bzw. 3" und mit einem zentralen Abflußkanal 5' "bzw. 5" für das Gas versehen. Im Innern jedes Behälters befindet sich in der Nähe des Äbflußkanals 5' bzw. 5" eine Aufgabevorrichtung 7' bzw. 7" für das feinkörnige Gut

und jeder Behälter besitzt am Außenumfang eine Austritts^ öffnung 9 bzw. 9" für das nach außen gelangte feinkörnige Gut. .

Von einer Brennkammer 17 her werden die Verbrennungsgase durch den Zuflußkanal 3' in den Behälter 2' eingeleitet. Den Gasen wird in diesem Behälter 2' wie im Behälter 2 der ]?ig. 1 ,eine Strömungsbewegung in Porm einer Wirbelsenke erteilt. Das zu behandelnde feinkörnige Gut wird durch eine Leitung 8^r in die Aufgabevorrichtung 7¹ geleitet. Bs gelangt unter Wärmeaufnahme nach außen und tritt mit einem !Beil des Gases durch die Austrittsöffnung- 9' in einen Sammelkanal 10* mit Zyklon 11', Dort wird es vom Gas abgeschieden und gelangt durch eine leitung 15* mit Abschlußkappe 16 ♦ in die Aufgabevorrichtung 7" des Behälters 2". Das Gas verläßt den Zyklon 11» durch eine leitung 12'und wird dem Behälter 2¹ an einer Stelle 13¹ wieder zugeleitet.

Behälter 2" wird ilfeeir die leitung 3¹* voa d<ör Atmos-· 9Q9Ö3Ö/0347 - 10 -'

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phäre Kaltluft zugeführt. Diese erhält im Behälter 2" . ebenfalls eine Strömungsbewegung in Eorm eine-r Wirbelsenfce. Das durch die Aufgabevorrichtung 7" eingebrachte heiße feinkörnige Gut gelangt unter Abkühlung nach außen und tritt durch die Austrittsöffnung 9" mit einem Teil der Luft in eine Sammelleitung 10" mit Zyklon 11". Das abgeschiedene feinkörnige Gut wird durch eine leitung 15" mit Klappe 16" ausgetragen, während die Luft durch eine Leitung 12" nach einer Stelle 13» des Behälters 2" zurückgeführt wird.

Die in den zentralen Abflußkanal 5' des Behälters 2' austretenden Abgase werden durch einen Ventilator 6' abgesaugt und ins freie geleitet. Die im Behälter 2" durch das abzukühlende Gut erwärmte Luft wird dagegen vom zentralen Abflußkanal 5" durch einen Tentilator 6" als .Brennluft in die Brennkammer 17 gefördert.

Bei der anhand der PIg. 3 und 4 beschriebenen Wärmeaustauschvorrichtung wird anstelle der Abgase des Ofens der Fig. 1 und 2 eine besondere Wärmequelle zur "Ilrzeugung der heißen Gase verwendet. Der Wärmeaustauscher läßt sich zum Beispiel für das Brennen von hydraulischem Kalk verwenden, der dann vor dem Brennen gemahlen werden müßte. Dadurch, daß nach der Wärmebehandlung im Behälter 2" die

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im Gut enthaltene Wärme für die Vorwärmung der Verbrennungsluft ausgenützt wird, ergibt sich ein wirtschaftlicher Betrieb der Anlage.

Der in den Fig. 3 und 4 beschriebene Wärmeaustauscher ließe sich aber auch für die Kältebeliandlung eines feinkömigen G-utes verwenden, wobei anstelle der Brennkammer 17 ein Kälteerzeuger einzusetzen wäre.

Der Yiarmeaustauscher nach den Pig. 5 und 6 ist beispielsweise für d.as Aufheizen eines feinkörnigen Gutes durch die Abgase eines Ofens 21 bestimmt. Sr weist einen kreiszylindrischen Behälter 22 auf, der außen mit einem sich

1 abwärts erstreckenden Eingkanal 22 versehen ist. In diesen Eingkaiial 22' mündet tangential ein Zuflußkanal 23 ein, dem die Ofenabgase als Heizgas über eine leitung 24 vom Ofen 21 her zugeleitet werden. Der Behälter 22 ist ferner mit einem zentralen Abflußkanal 25 für das Gas versehen. Der Zuflußkanal 23 ist somit derart ausgelegt, daß er das Gas mit einer Drehbewegung um die Behäl terachse über den

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Hingkanal 22 in den Behälter 22 einleitet. Aus dem Abflußkanal 25 wird das Gas durch ein nicht gezeigtes Gebläse abgesaugt.

Im Inneren des Behälters 22 in der" Hähe des Abflußkänals

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ist eine an einen Ringraum 26 anschließende Aufgabevorrichtung für das durch das Heiagas aufzuwärmende feinkörnige Gut angeordnet, welche in einer von often in den Behälter 22 .einmündenden, zu diesem koaxialen Ringdüse 27 "besteht. Das Gut wird durch eine leitung in den Ringraum 26 eingeblasen. - _:

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Der·Ringkanal 22 ist unten offen und bildet so eine Austrittsöffnung für das im Behälter 22 infolge der Drehbewegung des Gases ausgeschleuderte und entgegen der nach innen gerichteten Gasströmung nach außen gelängte feinkörnige Gut. Ein an die Austrittsöff hung ansehließender !Trichter 29 mit Ab schlußkappe 30sammeÄ darauf das nach unten fallende Gut. . .

Das mit Drehbewegung um die Achse des Behälters 22 aus dem Zuflußkanal 23 in den Ringkanal 22 eintretende Gas strömt in diesem entgegen dem nach unten fallenden, erhitzten feinkörnigenGut nach oben, um dann im Behälter 22 unter Aufrechterhaltung der Drehbewegung nach innen gegen den zentralen Abflußkanal 25 zu gelangen* Zwischen der AufgabeTorriehtung 27: für das feinkörnige Gut und dem Abflußkanal 25 für das Gas - ist ein dazu konzentrisehes Flügelrad 31 angeordnet, das über eine Kupplung 52 mit einem nicht gezeigten Antriebsmotor verbunden ist. Das flügelrad 31 wird im Betrieb in gleichem

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Drehsinn angetrieben, wie das vom Zuflußkanal 23 kommende Gas um die Behälteraehse dreht. Es wird so über der ganzen Behälterhöhe eine gleichmäßige Drehbewegung des G-ases aufrechterhalten und vermieden, daß von der Aufgabevorrichtung 27 in den Behälter 22 eintretendes Gut sich in Eintrittsbereich ansammeln oder gar in den Abflußkanal 25 gelangen kann·

Radial außerhalb der Aufgabevorrichtung 27 sind im Behälter 22 auf zwei konzentrischen Kreisen einzelne zwischeneinander öffnungen freilassende leitsegmente 33 bzw. 34 angeordnet» die sich überdecken· Die Strömung des Gases ist durch unterbrochene Efeile und jene des feinkörnigen Gutes durch ausgezogene Pfeile angedeutet. Die an den Oberdeokungssteilen gebildeten Spalte 35 und dienen für den Durchläse des nach, innen strömenden Gases bzw. des nach außen geschleuderten Gutes«

Zwei oder mehrere Wärmeaustauscher der beschriebenen Art lassen sich auch für den stufenweisen Wärmeübergang vom Gas an das feinkörnige Gut oder umgekehrt in Reihenschaltung verwenden· Die Apparate können dabei übereinander angeordnet werden, wobei der Trichter 29 so zu gestalten wäre, daß er das aufgefangene feinkörnige Gut in den Ringraum 26 des darunter liegenden Apparates leitet·

- Patentansprüche 909839/0347 bad o_R1GINAL

Claims

14. OKT. 1968

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P 14 42 752.8 : _ 2914

Pate η t a η s ρ r ü c Ii e :

1V Wärmetauseher zum Wärmeaustausch, zwischen einem feinkörnigen Gut und einem Gasstrom, insbesondere zum Vorwärmen, Kalzinieren und Brennen von Zementronmehl durch Ofenabgase, denen eine Strömungsbewegung in JOrm einer Wirlaelsenfee erteilt und das in Wärmeaustausch mit dem Gas zu bringende feinkörnige Gut in der Nähe des Wirfcelkerns "beigemengt wird, so dai3 es sich ■faei der Drehbewegung mit dem Gas entgegen der radialen Komponente! deä? Sasgeschwindigkeit unter Wärmeaustausch mit dem Gas nach außen bewegt und hernach wieder gesammelt wird, welcher mindestens einen mindestens angenähertkreiszylindrisehen Behälteraufweist und dieser Behälter mit mindestens einem,.am AußenUmfang • einmündenden^ für die Einleitung des Gases in den Behälter mit Drehbewegung ausgelegten Zuflußkanal und mit einem zentralen Jtbflußkanal für das Gas soAvie im Innern, in der Uähe des Abflußkanals, mit einer Aufgabevorrichtung für das in Wärmeaustausch mit dem Gas zu bringende feinkörnige. Gut ausgerüstet ist und der Behälter außen, mindestens eine Austrittsoffnung für das nach außen gelangte feinkörnige Gut besitzt, d a -

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durch gekennzeichnet, daß im Behälter (22) zwischen der Aufgabevorrichtung (2?) für das feinkörnige Gut und dem zentralen Abflußkanal (25) für das Gas ein dazu konzentrisch, mit einer Antriebsvorrichtung versehenes !flügelrad (31) angeordnet ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, d a d η r c h gekennzeichnet, daß die Aufgabevorrichtung (2?) als von oben in den Behälter (22) einmündende Ringdüse ausgebildet ist. ■■"■■.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (22) außen einen sich abwärts erstreckenden für den Austrag des feinkörnigen

• - i» G-utes nach unten offenen Hingkanal (22 ) aufweist und der Zuflußkanal (23) für das Gas in diesen Eingkanal (22 ) einmündet.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet ,daß radial außerhalb der Aufgabevorrichtung (2?) für das feinkörnige Gut auf mit der Behälterachse konzentrischen Kreisen, einzelne, zwischeneinander Öffnungen freilassende Jjöitsegmente (33, 34) angeordnet sind, die sich überdecken und an den Überdeckungsstellen Spalte (35, 36) für den Durchlaß des Gases bzw. des feinkörnigen Gutes bilden.

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Leersei te