NO149049B - Varmeveksler - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en varmeveksler for varmeveksling mellom nedadstrømmende partikkelformet fast materiale og en gass, bestående av en vesentlig konisk kappe med et ved dennes bunn anordnet rørformet ut-løp for varmevekslet materiale, et materialinnløp, hvilket munner ut i kappen og omfatter et rør som er anordnet vesentlig symmetrisk omkring kappens vertikale akse, et gassinnløp som er beliggende i det indre av kappen nedenfor nevnte materialinnløp og er anordnet vesentlig symmetrisk omkring kappens vertikale akse, samt et oppsamlingskammer for varmevekslet gass hvilket kammer er beliggende ved kappens overdel utenfor materialinnløpet og er forsynt med gassutløp.

En varmeveksler av nevnte slag anvendes vanligvis for kjøling av partikkel- eller stykkformet materiale, f .eks. kuler som kommer fra et kullsinteranlegg eller et direkte-reduksjonsanlegg. Eksempler på slike, for kjøling av partikkelformet materiale benyttede varmevekslere vises og beskrives f.eks. i US-patent nr. 3.836.131 og DE Offen-legungsschrift 2.229.810. En ulempe ved de kjente kjølere er dog at det ikke effektivt kan unngås dannelse av kanaler på grunn av f.eks. veggeffekter eller på grunn av lokal oppdemming av materialet ovenfor i kappen anordnede monteringsdetaljer eller tverrgående kjølegasstilførsels-ledninger. Av denne grunn blir varmevekslingen ujevn og ufullstendig da kjølegassen på grunn av dens utvidelse og dens økede viskositet ved oppvarming har en naturlig tendens til å passere langs soner av allerede kjølt materiale. Derved kommer den gjennom varmeveksleren passerende gass til å bli oppvarmet til kun en relativt lav temperatur slik at muligheten til rasjonell varmegjen-vinning fra gassen begrenses.

Andre eksempler på slike kjente varmevekslere beskrives og vises i fransk patent 1.497.283 og 2.024.620.

I fransk patent 1.497.283 foreslås en varmeveksler i hvilken i det minste en del av det partikkelformede materiale tilføres utenfor gassoppsamlingskammeret slik at det blir vanskelig å kontrollere innstrømningen av materialet, og ved hvilken gass innføres fra kappens nedre del gjennom et rør som er koaksialt med materialutløpet, hvilket nødvendig-gjør anordning av et komplisert utmatingsutstyr. Ved den i fransk patent 2.024.620 foreslåtte varmeveksler chargeres det partikkelformede materiale til et ringformet kammer, hvis øvre del samtidig tjener som gassoppsamlingskammer. Det ring-formede kammer er anordnet til å dreie seg omkring sin vertikale akse for å oppnå jevn fordeling av det chargerte materiale. Utover sin kompliserte konstruksjon er varmeveksleren ifølge nevnte franske patent endog beheftet med de ulemper som preger de gjennom de ovenfor diskuterte US- og DE-patentskrifter kjente varmevekslere.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ny og fordelaktig varmeveksler ved hvilken de ovenfor angitte ulemper i det minste i vesentlig utstrekning unngås.

I nevnte hensikt foreslås at ved en varmeveksler av det innledningsvis angitte slag, har materialinnløpet et ringformet tverrsnitt med en av nevnte rør dannet ytre begrensningsvegg samt at gassinnløpet har form av et rør som strekker seg konsentrisk ned gjennom materialinnløpet for å danne dettes indre begrensningsvegg og ender nedenfor material-innløpets utmatingsåpning, og hvor gassinnløpsrøret, i det minste i dets nedenfor materialinnløpets utmatningsåpning ragende område, er radielt utvidet, fortrinnsvis konisk, for oppnåelse av en skrått utadrettet bevegelse av materialet.

Gjennom dette arrangement oppnås med fremstillings-teknisk enkle midler, en garanti for at alt gjennom det ring-formede materialinnløp innmatet materiale, kommer i kontakt med den fra gassinnløpet til og gjennom nevnte gassoppsamlingskammer passerende gass. Dessuten oppnås et hensiktsmessig bevegelsesmønster for det partikkelformede materiale, som inn-går i varmevekslingen og økning av arealet der gassen kan strømme inn i nevnte materiale.

Videre kan avgangen av materialet fra varmeveksleren skje på en enkel måte, ettersom materialet utmates gjennom et rørformet utløp, mens ikke-tilstedeværelsen av hinder inne i kappen sikrer en jevn nedadrettet materialstrømning. Skjønt varmeveksleren først og fremst er beregnet for kjøling av varmt partikkel- eller stykkformet materiale med en fortrinnsvis kald gass, er det selvsagt at den også kan nyttes for varmeveksling mellom kaldt partikkelformet materiale og en varm gass.

For oppnåelse-av en i høy grad fullstendig varmeveksling er med fordel gassinnløprørets utmatingsåpning beliggende i avstand under materialinnløpets utmatingsåpning som er omtrent lik eller større enn den radielle avstand mellom materialinnløpets utmatingsåpning og den omgivende kappes vegg.

Videre kan det for unngåelse av uønsket lekkasje

av luft eller annen gass inn i og ut av varmevekslerkappen med fordel forefinnes organ for tilførsel av trykkgass til materialinnløpet og organ for tilførsel av trykkgass til materialutløpet.

Oppfinnelsen skal beskrives i det følgende med hen-visning til tegningen, som i et vertikalsnitt viser en foretrukken utførelsesform av varmeveksleren ifølge oppfinnelsen .

Den på tegningen viste varmeveksler beskrives i forbindelse med kjøling av et materiale i form av varme kuler, f.eks. sintrede varme jernmalmpellets eller varme direkt-reduserte pellets med en forholdsvis kald gass, f.eks. luft i forbindelse med sintrede pellets og inert eller reduserende gass i forbindelse med direkt-reduserende pellets.

Varmeveksleren omfatter en generelt med 1 betegnet kappe, omfattende en sylindrisk overdel 2, en konisk mellomdel 3 og en rørformet underdel 4, hvilken også er sylindrisk og danner utløp for kulene som kjøles gjennom varmeveksling med kald gass inne i kappen 1. Under utløpet 4 er det skjematisk vist en mater 5 for bortmating av det

kjølte materiale 6.

På kappens 1 overdel er det anbragt et deksel 7 med en utløpsåpning 8 og en flens 9 som omgir denne for å lette kopling av dekslet 7 til en ikke vist ledning for vekk-føring av den i kappen 1 for varmevekslingsformål nyttede og derved oppvarmede gass til f.eks. et varmegjenvinnings-anlegg.

Et innløp for materialet 6 som skal kjøles, rager sentralt inn i kappens 1 overdel 2. Innløpet omfatter et rør 10 med sirkulært tverrsnitt og strekker seg nedad fra bunnen av en lomme 11 med et forråd av materiale 6 og gjennom dekslet 7 samt avsluttes i en nedad vendende åpning 12. Materialet 6 tillates å passere fritt i kappens 1

indre etter hvert som kjølt materiale 6 uttas gjennom materialutløpet 4,hvorved stillingen og hellingen til over-siden 13 av den i kappen 1 forekommende materialcharge, bestemmes av materialets 6 naturlige rasvinkel og åpningens 12 stilling.

Gassen for kjøling av det i kappen 1 innkommende materialet 6, tilføres gjennom et gassinnløp i form av en ledning 14, hvilken har sirkulært tverrsnitt og strekker seg koaksialt ned gjennom røret 10 samt slutter i avstand nedenfor åpningen 12 med en nedad vendende åpning 15. Som det fremgår av det ovenstående, har materialinnløpet ringformet tverrsnitt med en av røret 10 dannet ytre begrensningsvegg og en av gassinnløpsrøret 14 dannet indre begrensningsvegg. Den undre del 16 av gassinnløpet 14 er konisk utvidet og vises endog forsynt med en fortykket periferiell endekant 17 for dels å bevirke et med pilene 18 antydet hensiktsmessig strømningsmønster for materialet 6, dels å

øke den allerede gjennom materialets 6 rasvinkel for-størrede flate 19, der den gjennom innløpet 14 ankommende kalde gass kan trenge inn i materialet 6. I praksis har det vist seg fordelaktig å la gassinnløpet 14 munne ut i kappen 1 i en avstand under materialinnløpets 10 åpning 12 som er av samme størrelsesorden som eller er større enn den radielle avstand mellom åpningen 12 og den omgivende

kappes 1 vegg. For oppnåelse av optimale forhold kan rørene 10 og 14 være aksielt innstillbare i forhold til hverandre.

Gjennom det beskrevne arrangement av den ring-formede materiaiinnløpsåpning 12 oppnås et i kappedelen 2 utenfor og rundt røret 10, et til dekslet 7 tilknyttet ringformet oppsamlingskammer 20 for den fra gassinnløpet 14 kommende kalde gass. På grunn av det koaksiale arrangement av gassinnløpet 14 innenfor røret 10 og gassoppsamlingskammeret 20 utenfor nevnte rør, tvinges kjølegassen til å passere gjennom praktisk talt alle deler av det ovenfor gassinnløpsåpningen 15 beliggende område av kull-chargen, slik som antydet med pilene 21. Dette resulterer i en jevn og vesentlig fullstendig varmeveksling mellom kulene 6 og gassen, hvorved gasstilgangen blir forholdsvis lav med påfølgende forholdsvis lite og dermed billig gass-sirkulasjonssystem, samt at det muliggjøres en rasjonell gjenvinning av varme fra den gjennom varmevekslingen oppvarmede gass. Ved et praktisk forsøk i full skala (45 tonn materiale pr. time) i forbindelse med kjøling av sintrede jernmalmpellets i en varmeveksler ifølge oppfinnelsen, holdes en temperatur på 499°C på kuler som kommer inn i kappen 1, og en temperatur på 1-5°C på i kappen 1 innkommende og i dette tilfellet av luft bestående kjølegass. Etter varmeveksling var temperaturen på utgående kuler 52°C og temperaturen på utgående gass 327°C, hvilket gir et godt bilde av den med varmeveksleren oppnåbare, meget fullstendige varmeveksling.

For unngåelse av uønsket lekkasje av gass inn i eller ut av varmeveksleren, kan det som antydet me.d ringledningen 22 og de ved 23 utmunnende fordelingsledninger -24, være anordnet organ for tilførsel av større mengder trykkgass til materialinnløpet. På lignende måte kan det som antydet med ringledningen 25 og de ved 26 utmunnende fordelingsledninger 27, være anordnet organ for tilførsel av store mengder trykk jass til materialutløpet 4 .

Som tidligere nevnt, kan det ovenfor beskrevne og viste apparat også anvendes for varmeveksling mellom en varm gass, f.eks. varm avgass fra gropovner eller anlegg for forbrenning av masovngass, og sterke, ildfaste varme-transportlegemer såsom kalde aluminiumoksydkuler. Videre kan to apparater av det beskrevne slag koples i serie, f.eks. det ene ovenpå det andre, for dannelse av et kontinuerlig varmeregenererings- eller rekuperasjonssystem, hvori ildfaste kuler oppvarmes av en varm gass under passasje ned gjennom det øverste apparat og bringes i kontakt med kald gass (f.eks. luft) under sin passasje gjennom det nederste apparat for å avgi sin varme til den nevnte kalde gass. Gassen avledes kontinuerlig fra det underste apparat og føres til et forbrukssted, i foreliggende tilfelle med luft, f.eks. til formene i en masovn, mens de kjølte kuler resirkuleres til det øverste apparat. Et slikt arrangement har liten størrelse i sammenligning med f.eks. de konvensjonelle Cowper-apparatene som .nyttes ved masovner og har en effektivitet på ca. 80-90%. Hvis således den til det øverste apparat innkommende gass har en temperatur på f.eks. 1200°C, kommer den fra det underste apparat avgående gass til å ha en temperatur på ca. 1000°C.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til den ovenfor beskrevne og i tegningen viste utførelsesform, men kan varieres innen rammen for den i patentkravene angitte opp-finnelses tanke.

Claims (4)

1. Varmeveksler for varmeveksling mellom nedad strømmende partikkelformet materiale (6) med en gass, bestående av en vesentlig konisk kappe (1) med et ved dennes bunn anordnet rørformet utløp (4) for varmevekslet materiale, ét material-innløp hvilket munner ut i kappen og omfatter et rør (10), som er anordnet hovedsakelig symmetrisk omkring kappens vertikale akse, et gassinnløp (14), som er beliggende i det indre av kappen nedenfor nevnte materialinnløp og er anordnet hovedsakelig symmetrisk omkring kappens vertikale akse, samt et oppsamlingskammer (20) for varmevekslet gass, hvilket kammer er beliggende ved kappens overdel utenfor materialinnløpet og er forsynt med gassutløp (7,8), karakterisert ved at materialinnløpet har ringformet tverrsnitt med en av nevnte rør (10) dannet ytre begrensningsvegg samt at gassinn-løpet (14) har form av et rør som strekker seg konsentrisk ned gjennom materialinnløpet for å danne dettes indre begrensningsvegg og slutter nedenfor materialinnløpets utmatingsåpning (12), og hvor gassinnløpsrøret (14), i det minste i dets nedenfor materialinnløpets utmatningsåpning (12) ragende område (16), er radielt utvidet, fortrinnsvis konisk, for oppnåelse av en skrått utadrettet bevegelse av materialet (6).

2. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at gassinnløpsrørets (14) utmatingsåpning (12) er omtrent lik eller større enn den radielle avstand mellom materialinnløpets utmatingsåpning og den omgivende kappes (1) vegg.

3. Varmeveksler ifølge et av kravene 1-2, karakterisert ved organ (22,23,24) for tilførsel av trykkgass til materialinnløpet.

4. Varmeveksler ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved organ (25,26,27) for tilførsel av trykkgass til materialutløpet (4).