DE2208247C2 - Method and device for heat transfer between powdery material and gas - Google Patents
Method and device for heat transfer between powdery material and gasInfo
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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.The invention relates to a method for effecting a heat exchange between a pulverulent Material and a flow gas according to the preamble of claim 1 and an associated one Heat exchanger for carrying out the method according to the preamble of claim 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 insbesondereThe method described above with regard to its type and that with regard to its type Heat exchangers also designated are known from DE-OS 15 01 392. In the known method it is a heat exchange process that uses the fluidization of the material makes, which for this purpose moves downwards as a layer on an inclined surface. Be there special measures were taken to prevent suspension of the material in any case. the In particular, there is a risk of suspension
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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. 65 due to the mixture of different grain sizes, which are to be subjected to the heat exchange by means of the previously known method, because namely the small and thus lightweight particles could be suspended with a correspondingly strong gas flow, while at the same time the larger and therefore heavier particles would no longer be loosened, so that the latter can no longer even move in a fluidized bed and possibly even cut off the gas supply entirely. For this reason, in the previously known method, the cross-section of the channel in the area of the inlet of the gas flow is initially kept narrow in order to achieve a high gas velocity that is sufficient to keep the heavier particles in the fluidized bed, while at a somewhat greater distance from the feed option Channel cross-section is enlarged in order to reduce the speed there and thus prevent suspension of the material. The previously known procedure and the associated heat exchanger only allow heat transfer between the material on the one hand and the gas on the other hand within certain limits, which are determined by the limits of the intimate contact between gas particles and material particles, due to the fluidized bed technology used.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Verfahren und Wärmeaustauscher je der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß ein verbesserter Wärmeaustausch erreichbar ist.The invention is based on the object. Process and heat exchanger each of the initially designated To train genus so that an improved heat exchange can be achieved.
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.This object is achieved according to the invention in terms of process technology by the measures of characterizing part of claim 1 or in terms of device technology by the measures of the characterizing part of claim 3 solved.
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.The feed rate of the gas provided according to the invention from a procedural point of view is greater than the speed of fall of the material and causes such a whirling up of the material, that this is no longer in a fluidized bed, but in suspension. It is thus achieved that the falling material particles are entrained as a result of the special feed speed of the gas, suspended and kept in suspension. An improved heat exchange is also achieved by this achieves that the material suspended in the gas stream extends in the longitudinal direction of the channels of the heat exchanger moves downwards, partially and gradually falling out of suspension, moving along a short piece of the canal walls down to the canal bottom, in the fluidized state, where he comes into contact again with the gas stream, suspended by this again and in suspension gets carried away. This process is repeated for all individual material particles in the longitudinal direction of the Canal seen very often, which is the special intensity of mutual contact and thus causes the improved heat exchange.
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 erwartetIn terms of device technology, there is the possibility of passage extending over the entire length of the channel of essential importance for the gas because it extends over the entire length of the The gas flow can be fed in uniformly to the duct; if, on the other hand, singular passages were provided, so might well be in view of the large amount that has to pass through a heat exchanger is hardly expected a suspension of the material
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.will. In this case, there would probably only be a fluidized bed formation with a high degree of certainty especially when the singular places are particularly small and very isolated.
Vorteilhafte Weiterbildungen in verfahrenstechnischer bzw. vorrichtungstechnischer Hinsicht sind aus den Unteransprüchen 2 bzw. 4 bis 7 zu ersehen.Advantageous further developments in terms of process engineering or device engineering are from the dependent claims 2 and 4 to 7 can be seen.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft und unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter ins einzelne gehend erläutert; in den Zeichnungen zeigtIn the following the invention is exemplified and with simultaneous reference to the drawings explained in more detail; in the drawings shows
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. 1 Part of a system for preheating and burning cement raw meal, with the preheater in vertical section is shown,
F i g. 2 einen Schnitt durch den Vorerhitzer nach Linie H-II von Fig. 1,F i g. 2 shows a section through the preheater along line H-II of FIG. 1,
F i g. 3 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab nach Linielll-IIIinFig. 1,F i g. 3 shows a section on an enlarged scale according to Linielll-IIIinFig. 1,
F i g. 4 einen Schnitt gleich F i g. 3 durch eine abgewandelte Form des Vorerhitzers,F i g. 4 shows a section similar to FIG. 3 by a modified form of the preheater,
Fig.5 gleich Fig. 1, jedoch mit mehreren Abwandlungen, Fig. 5 is the same as Fig. 1, but with several modifications,
F i g. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI von F i g. 5,F i g. 6 shows a section along line VI-VI of FIG. 5,
F i g. 7 einen seitlichen Aufriß, teilweise im Schnitt, eines Kühlers,F i g. 7 is a side elevation, partly in section, of a radiator;
Fig.8 einen Schnitt nach Linie VIlI-VIII von Fig. 7 in vergrößertem Maßstab,8 shows a section along line VIlI-VIII of FIG. 7 on a larger scale,
F i g. 9 einen seitlichen Aufriß von nur einem Teil des Kühlers in gleichem Maßstab wie F i g. 6.F i g. 9 is a side elevation of only part of the radiator on the same scale as FIG. 6th
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.F i g. Fig. 1 shows a device for preheating cement raw meal and feeding it to the upper one End of a somewhat inclined rotary kiln 1. The hot gases from the kiln 1 go through a line 2 a preheater 3. In the preheater, the gases give off heat to the raw meal, which is added later Cement clinker is burned in the kiln and are cooled down in the process. The gases leave the Preheater 3 at its upper end through a line 4 which leads to a cyclone 5, in which from Raw meal taken away from them is knocked down. A line 6 takes the gases from the cyclone 5 to Suction side of the fan 7, the outlet side of which through a conduit 8 to the inlet end of an electrostatic Dust separator 9 is connected. A line 10 leads from the outlet end of the dust collector 9 to a chimney, not shown, through which the gases escape into the atmosphere.
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.The preheater 3 consists essentially of a narrow housing with a rectangular cross-section two parallel main walls 23 and 24 and two relatively narrow side walls. The main walls 23 and 24 are spanned by four channels 16, 17, 18 and 19, each arranged obliquely downwards and in Zigzag shape as shown attached. Everyone is Xanal formed by two inwardly and downwardly sloping side walls 26 and 27, which in vertical edges Skip 28 and 29. These delimit a continuous opening 30 along the bottom of each channel, Each channel is open at the top, so that gases flowing upwards through the opening 30 continue through in one go the housing to go through the opening 30 in the next or out of the channel 16 to the line 4 happen.
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 verschließtAt each end of each channel there is a small chamber 14 which consists of a side wall of the housing protrudes. Each chamber 14 has an outlet opening 25 controlled by a closure device 15, which allows the raw material, but not the gases, to pass through. These Closure device 15 has a weight-loaded pivoting flap which is under the weight of the Raw meal yields, which then prevents the passage of the gas flow, since the flap otherwise the opening 25 closes
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.The cement raw meal to be preheated is fed through a funnel 11, which in the uppermost Chamber 14 opens. A line 13 feeds the flour precipitated in the cyclone 5 into the same Chamber 14 from which the combined quantities pass through channel 16. When entering the canal 16, the raw meal particles are directly entrained by the gases which pass through the bottom opening 30 flow, and are suspended in eddy currents which form above the opening, as in FIG. 4th As a result of the inclination of the canal, the vertebrae move downward from the upper to the lower end of the Channel 16, and during this movement there is an intensive heat exchange between the hot gases and the colder raw meal instead. When a vortex reaches the next chamber 14, it is destroyed and that Raw meal knocked down in the chamber. It then successively enters channels 17, 18 and 19, where the The process is repeated until it reaches the bottom chamber 14, from which it passes through a line 20 into the Furnace 1 flows.
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.Dust precipitated in the electrostatic dust collector 9 enters one Screw conveyor 21 and is brought to a line 22 through oppositely directed gears, through which it is returned to the rotary kiln or otherwise delivered, for example to Use as a fertilizer.
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.Increased performance can be obtained by expanding the housing and doubling it of each channel, as in FIG. 4 showing eddy currents 36 and 37.
Der in den F i g. 5 und 6 gezeigte VorerhitzerThe in the F i g. 5 and 6 shown preheaters
-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.-to differs from that shown in Figs in that the chambers 14 which connect the channels 16 and 17, 17 and 18, 18 and 19 are omitted.
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.Each of the channels 16, 17 and 18 now ends on a vertical wall of the preheater 3 achieved that the eddy currents going down through the three channels when hitting the vertical wall, which form the dense clouds mentioned above, and descend through the Go through the bottom opening in each of the three channels into the lower channel. The vertical side walls of the The preheater 3 run through an interruption from the top to the bottom with the exception of the opening 25 the chamber 14 through which the raw material enters the channel 16 and the opening through which the preheated material leaves the channel 19.
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 LeitungA second modification is that the fresh raw material through the funnel 11 and line 12 is fed into the riser 4, where it is carried along by the rising gases and into the cyclone 5 will be carried. In this way the raw material receives heat from the gases flowing through the Go through line 4. In the cyclone 5 as much as possible of the raw material as well as of the Particles entrained by the gases are separated and only dust flows to the dust separator 9. To prevent the hot gases from going up through line 12, there is a rotating lock 39 or an equivalent body on the line
vorgesehen.intended.
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.A third in Fig. The modification shown in FIG. 5 is a modification of the connector 38 between the upper one End of furnace 1 and the lower end of the preheater. This configuration of the connector 38 is more advantageous for guiding the furnace gases into the preheater.
Selbstverständlich kann jede der drei beschriebenen Abwandlungen gemäß den F i g. 5 und 6 auch für sich allein benutzt werden.It goes without saying that each of the three described modifications according to FIGS. 5 and 6 also for themselves used alone.
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.7 to 9, a single channel between vertical side walls 40 and 41 is formed, which merge into inclined walls 42 and 43, which in turn go into vertical edges 44 and 45 pass over. The channel is closed at the top by a cover 46. There is a room under the canal limited by downwardly and outwardly sloping walls 47 and 48 and a base plate 49, and divided into separate compartments by partitions 50. Each of these compartments is supplied with air through a duct 54, wherein all of these lines 54 branch off from an air connection 55, which with the delivery side of a Fan 56 is connected. This fan sucks in atmospheric air on its suction side 57. air is thus supplied up through the bottom of the channel, the ends of which are closed by plates 51 and 52.
ίο Die gesamte Luft geht durch einen Auslaß 62 wieder fort.ίο All the air goes through an outlet 62 again away.
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.The material to be cooled is introduced through a line 58 which is controlled by a rotary slide valve 59 or a similar device, and the cooled Materia! exits through an outlet 60 which passes through
will.
eine rotierende Schleuse 61 gesteuerta rotating lock 61 is controlled
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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