WO1999024773A1 - Device enabling heat exchange between a heat carrying fluid and a solid - Google Patents

Device enabling heat exchange between a heat carrying fluid and a solid Download PDF

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WO1999024773A1
WO1999024773A1 PCT/EP1998/007236 EP9807236W WO9924773A1 WO 1999024773 A1 WO1999024773 A1 WO 1999024773A1 EP 9807236 W EP9807236 W EP 9807236W WO 9924773 A1 WO9924773 A1 WO 9924773A1
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WO
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loosening
solid
heat exchanger
vessel
heat
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Application number
PCT/EP1998/007236
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Romain Frieden
Louis Schmit
Romain Neissen
Thomas Hansmann
Original Assignee
Paul Wurth S.A.
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Priority claimed from LU90220A external-priority patent/LU90220B1/en
Application filed by Paul Wurth S.A. filed Critical Paul Wurth S.A.
Priority to AU18722/99A priority Critical patent/AU1872299A/en
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D13/00—Heat-exchange apparatus using a fluidised bed

Definitions

  • the present invention relates to a device for heat exchange between a heat transfer fluid and a solid.
  • a device for heat exchange between a heat transfer fluid and a solid is used, for example, to heat coal dust before blowing it into a shaft furnace or before charging it into a rotary hearth furnace for producing sponge iron.
  • the heat transport in the solid is limited by its low thermal conductivity.
  • the heat transport, in the solid it is therefore generally processed into a fine-grained, flowable and loosenable bulk material and introduced into a loosening vessel.
  • a loosening fluid is introduced into the bulk material from below via an inflow base, flows through the bulk material and loosens it.
  • the loosened bulk material layer and the flowing loosening fluid form a fluidized bed, which as a whole has fluid-like properties.
  • the fluid flow and the movement of solids in the fluidized bed allow high heat and mass transfer through convection.
  • a heat transfer medium is then passed through the fluidized bed, which introduces heat into the fluidized bed or removes it from the latter.
  • heat exchanger tubes are arranged above the inflow base, which extend essentially parallel to it through the fluidized bed and to which a suitable heat transfer medium is applied.
  • the heat exchanger tubes form heating or cooling surfaces on which heat transfer takes place between the loosened solid and the heat transfer medium. In this way, the solid can be brought quickly to the desired temperature.
  • the Heating or cooling of the solid are carried out continuously, the loosened bulk material flowing slowly due to its fluid-like properties from the entry side through the loosening vessel to the discharge side.
  • the loosening fluid flowing vertically upward flows around the heat exchanger tubes, which extend essentially in the horizontal direction.
  • the formation of the fluidized bed is disrupted by the heat exchanger tubes. If heat is added to the solid, local overheating of the solid can occur at a correspondingly high temperature of the heat transfer medium.
  • the object of the present invention is therefore to propose a device for heat exchange between a heat transfer fluid and a solid, in which the formation of a fluidized bed can take place as undisturbed as possible.
  • a device for heat exchange between a heat transfer medium and a solid in which a loosening fluid can be introduced into the solid such that it forms a fluidized bed with the loosening fluid, and the loosened solid and the heat transfer medium pass each other are guided, the solid and the heat carrier being guided essentially in the vertical direction.
  • the heat carrier is consequently guided in the flow direction of the loosening fluid, so that the formation of the fluidized bed can take place undisturbed.
  • the device comprises at least one loosening vessel into which the solid can be introduced and in which the loosening fluid can be introduced into the solid in such a way that it forms a fluidized bed with the loosening fluid, and a heat exchanger which can be acted upon by the heat transfer medium .
  • the heat exchanger extends essentially perpendicularly through the at least one loosening vessel.
  • the heat exchanger accordingly extends in the fluidized bed in flow direction of the loosening fluid.
  • the movement of the loosening fluid thus takes place primarily parallel to the heat exchanger, so that the formation of the fluidized bed is not significantly disturbed by the heat exchanger tubes. Local deposits of the solid and their adverse effects on the heat exchange between the solid and the heat transfer medium are avoided.
  • the parallel flow also minimizes wear on the heat exchanger.
  • the heat exchanger preferably comprises a plurality of heat exchanger tubes which extend essentially parallel to one another at a certain distance.
  • the heat exchanger tubes run essentially vertically through the fluidized bed and advantageously emerge from it in the vertical direction. So that this is the case regardless of the layer thickness of the fluidized bed, the heat exchanger tubes are preferably guided through the entire loosening vessel, whereby they are carried out in a vertical direction through the bottom and the top of the loosening vessel.
  • the at least one loosening vessel extends essentially perpendicularly through the heat exchanger.
  • the fluidized bed is accordingly formed in a loosening vessel which is arranged in the interior of a heat exchanger tube of the heat exchanger. There are no heat exchanger tubes arranged inside the loosening vessel, the loosening gas can consequently flow through the solid bed undisturbed and the formation of the fluidized bed takes place undisturbed.
  • the loosening vessel is preferably tubular and opens at its upper end into a discharge device for discharging the solid matter from the loosening vessel.
  • the entry of the solid in the loosening vessel is then preferably carried out at the lower end of the loosening vessel.
  • the device comprises several
  • Loosening vessels which extend at a certain distance substantially parallel to each other.
  • the solid is in this device several loosening vessels divided, so that there is a very large heat exchange area.
  • the heat exchanger comprises a plurality of heat exchanger tubes which can be acted upon by the heat transfer medium, and in that each loosening vessel extends essentially perpendicularly through one of the heat exchanger tubes.
  • the use of a heat exchanger which is acted upon by the heat transfer medium advantageously minimizes the effort involved in cleaning the heat transfer fluid.
  • a large flow of heat-emitting (or heat-absorbing) heat transfer medium is required to achieve a strong temperature change in the solid. If the heat transfer medium is passed directly through the solid, a great deal of effort is required to clean the heat transfer medium from the solid which has been taken up, in particular if the heat transfer medium which is loaded with solids has a high temperature.
  • the heat transfer medium is therefore advantageously separated from the solid material.
  • the heat transfer medium in the heat exchanger and the solid in the respective loosening vessel are guided in countercurrent to one another in both variants. This maximizes the average temperature gradient between the solid and the loosening fluid and increases the thermal efficiency of the device.
  • the effectiveness of the heat exchange is consequently significantly increased. Since the heat transfer medium is passed vertically through the heat exchanger, the solid has to reach a counterflow in the vertical direction be guided through the respective loosening vessel.
  • the device therefore has an entry device for entering the solid into the respective loosening vessel and a discharge device for discharging the solid from the loosening vessel, the entry device and the discharge device being arranged in planes which are perpendicular to one another are trained.
  • the solid that flows in the fluidized bed from the insertion device to the discharge device moves macroscopically accordingly in the vertical direction, the fluidized bed preferably being traversed from bottom to top.
  • the entry of the solid is accordingly preferably carried out at the lower end of the loosening vessel, the discharge in a plane which is perpendicular above it.
  • the heat transfer medium is then passed through the heat exchanger tubes in the opposite direction, ie from top to bottom.
  • the heat exchange surface required for the desired temperature change can be formed into the vertical by a correspondingly large, vertical fluidized bed thickness.
  • the base area of the loosening vessel is reduced with an increased inlet pressure of the loosening fluid.
  • the mass flow of the loosening fluid becomes smaller and its possibly unfavorable influence on the heat balance (e.g. due to the cooling effect in a solid to be heated) is reduced.
  • the small amount of loosening fluid reduces the effort for separating loosening fluid and entrained solid.
  • the feed device is preferably designed in such a way that the solid is fed into the respective loosening vessel directly above an inflow floor through which the loosening fluid can be introduced into the loosening vessel.
  • the insertion device can extend, for example, through the inflow floor.
  • the entry should be distributed as evenly as possible over the floor cross-sectional area.
  • the entry device can have a plurality of entry openings which are distributed over the surfaces of the respective inflow floors.
  • the solid can be introduced, for example, by flow promotion.
  • the flow rate can be be appropriately divided over a larger number of lines. If compressed gas is used as the conveying medium, gas consumption, the impact on the heat balance and wear can be minimized when using dense phase conveying, and the distribution of the conveying flow can be precisely adjusted, for example, by two-substance nozzles with critical expansion.
  • the loosening vessel or the loosening vessels is / are advantageously designed as a pressure vessel and can be subjected to an overpressure. This can be achieved with little effort by the formation of the fluidized bed in the vertical and the associated reduction in the base area of the loosening vessel. In the loosening gas flowing under increased overpressure, the convection improves and the heat exchange is optimized.
  • the discharge device preferably comprises a device for separating solid matter from the loosening fluid.
  • This can e.g. be a cyclone, which uses the excess pressure still available at the outlet of the fluidized bed for the effective cleaning of the loosening fluid.
  • FIG. 1 schematically shows a section through a first embodiment of a device according to the invention for heat exchange between a heat transfer medium and a solid;
  • Fig. 2. a section through a second embodiment of a device according to the invention.
  • FigJ shows schematically a section through a first embodiment of a device according to the invention, e.g. a plant for heating coal dust.
  • the system comprises a loosening vessel 10 in which the solid is brought into a loosened state in order to improve the heat transfer.
  • the bottom of the loosening vessel 10 is designed as an inflow bottom 12, through which a flocculation gas is introduced into the loosening vessel 10 from below.
  • the inflow floor comprises, for example, a mer 14, the upper wall of which has a large number of pores. If the loosening gas is applied to the chamber 14 via a supply connection 16 and pressurized, the loosening gas can escape through the pores and flow into the loosening vessel 10.
  • the solid which has been processed to form a fine-grained, flowable and loosening bulk material, is introduced into the loosening vessel 10 from one or more conveying vessels 18 and flowed through and loosened by the loosening gas.
  • the loosened solid layer and the flowing loosening gas form a fluidized bed 20, which as a whole has fluid-like properties.
  • the gas flow and the movement of solids allow a high heat exchange performance by convection.
  • the solid is introduced into the loosening vessel 10 preferably directly above the inflow floor 12 and distributed as evenly as possible over its surface.
  • a plurality of inlet nozzles 22 are arranged distributed in the inflow floor 12, each of which form an inlet opening in the upper porous wall of the inflow floor 12.
  • the transport of the solid matter from the conveying vessels 18 to the individual feed nozzles 22 is preferably done pneumatically.
  • the delivery flow from the delivery vessels 18, which is initially brought in via a main delivery line 24, is for this purpose divided into individual delivery lines 29 in a distributor 2G, and is supplied to the individual feed nozzles 22 via these delivery lines 28.
  • the delivery flow can be regulated via a control valve 30 in the main delivery line 24.
  • control valves can be provided in the various partial delivery lines.
  • the solid Immediately after entering the loosening vessel 10, the solid passes into the fluidized bed 20. If new solid is continuously introduced above the inflow base 12, the fluidized bed 20 that is formed expands at a correspondingly high pressure of the loosening gas due to its fluid-like Chen properties in the vertical direction, ie the thickness of the loosened layer increases. In this way, high fluidized bed thicknesses can be achieved.
  • a discharge device 30 for the solid is arranged in the upper region of the loosening vessel 10.
  • This generally comprises a discharge container 32 which is connected to the loosening vessel 10 via an opening 34 in the wall of the loosening vessel 10.
  • the loosened solid flows through the opening 34 into the discharge container 32 and can be discharged from it via a lock system, for example a cell wheel lock 36.
  • the solid introduced immediately above the inflow base 12 consequently traverses the fluidized bed 20 from bottom to top and is discharged in the upper region of the loosening vessel 10.
  • heat exchanger tubes 38 are arranged, which extend through the fluidized bed 20 formed.
  • the heat exchanger tubes 38 extend in the vertical direction and are preferably guided straight out of the loosening vessel 10 at the upper and lower ends thereof, for example by being guided through the inflow base 12 at the lower end. In this way, the heat exchanger tubes 38 run essentially parallel to the flow de? Loosening gas so that the formation of the fluidized bed 20 can take place largely undisturbed and the wear on the heat exchanger tubes 38 is minimized.
  • the heat exchanger tubes 38 are acted upon by a heat carrier supply (not shown).
  • the heat transfer medium comprises, for example, a hot gas or a thermal oil, and heat is to be removed from the solid, a cooling liquid.
  • the heat exchanger tubes 38 are preferably flowed through by the heat transfer medium from top to bottom (represented by arrow 40). The heat transfer medium and the solid are thus moved past each other in counterflow, the heat exchange performance is maximized lubricated.
  • the heat exchange surface required for a given heat exchange output is formed by a correspondingly large thickness of the fluidized bed 20 in the vertical.
  • the base area of the inflow base 12 is reduced with an increased loosening gas inlet pressure.
  • the loosening gas volume flow becomes smaller, its possibly unfavorable influence on the heat balance (for example due to the cooling effect in a solid to be heated) is reduced, the effort for separating loosening gas and entrained gas Solid matter, after the fluidized bed 20, becomes smaller.
  • the loosening vessel 10 is advantageously designed as a pressure vessel. This can be achieved with little effort due to the reduced footprint of the inflow floor 12.
  • the fluidized bed 20 is then operated as a whole under excess pressure, which improves the convection and optimizes the heat exchange.
  • the excess pressure of the loosening gas still available on the discharge device enables effective cleaning of the loosening gas with little effort, e.g. in a cyclone 42.
  • FIG. 1 A second embodiment of the heat exchange device is shown in FIG.
  • This system comprises several tubular loosening vessels 10, which preferably extend through a heat exchanger 44 which can be acted upon by a heat transfer medium.
  • the heat exchanger 44 preferably has a plurality of heat exchanger tubes 38, each loosening vessel 10 extending through one of the heat exchanger tubes 38.
  • the heat exchanger tubes 38 are acted upon by a heat transfer medium from the heat transfer medium supply and flow through it, so that heat transfer takes place through the wall of the loosening vessels 10.
  • the entry of the fine-grained, flowable and loosening bulk material into the individual loosening vessels 10 takes place, similarly as in the embodiment according to FIG in the upper porous wall of the inflow base 12.
  • the bulk material is also preferably transported pneumatically to the individual entry nozzles.
  • the loosening vessels 10 preferably open into a collecting container 46, in which the solid is brought together again in the individual loosening vessels 10 after the heat exchange with the heat transfer medium and, if necessary, mixed to homogenize the temperature conditions.
  • the solid is held in the collecting container 46 in the loosened state, optionally with additional introduction of loosening gas, so that a fluidized bed 20 is formed in the collecting container 46.
  • a discharge device 30 for the solid which is connected to the collecting container via an opening 34 in the wall of the latter. It is, for example, the same device as is used in the embodiment in FIG. 1.
  • the loosening vessels 10 are advantageously designed as pressure vessels. This can be achieved with little effort due to the small footprint of the inflow floor 12.
  • the fluidized bed 20 in the respective loosening vessels 10 is then operated as a whole under excess pressure, which improves the convection and optimizes the heat exchange.

Abstract

The invention relates to a device enabling heat exchange between a heat carrier and a solid, whereby a fluidization liquid can be introduced into the solid in such a way that said solid forms a fluidized bed (20) with the fluidization liquid, and the fluidized solid and the heat carrying fluid are conducted side by side. According to the invention, the solid and the heat carrier are conducted in a substantially vertical direction. Preferably, the device comprises at least one fluidization vessel (10) into which the solid can be fed and in which the fluidization fluid can be introduced into the solid in such a way that the solid forms a fluidized bed (20) therewith. The device also comprises a heat exchanger (38) which can be impinged upon by the heat carrier. In a first variant, the heat exchanger (38) extends in a substantially vertical manner through the at least one fluidization vessel (10). In a second variant, the at least one fluidization vessel (10) extends in a substantially vertical manner through the heat exchanger (38).

Description

Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen einem Wärmeträgerfluid und einem Feststoff Device for heat exchange between a heat transfer fluid and a solid
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen einem Wärmeträgerfluid und einem Feststoff. Eine solche Vorrichtung dient zum Beispiel zur Erwärmung von Kohlenstaub vor dessen Einblasen in einen Schachtofen oder vor seinem Chargieren in einen Drehherdofen zur Herstellung von Eisenschwamm.The present invention relates to a device for heat exchange between a heat transfer fluid and a solid. Such a device is used, for example, to heat coal dust before blowing it into a shaft furnace or before charging it into a rotary hearth furnace for producing sponge iron.
Beim Erwärmen bzw. Abkühlen von Feststoffen ist der Wärmetransport im Feststoff durch seine geringe thermische Leitfähigkeit begrenzt. Zur Verbesserung des Reaktionsvermögens, auch des Wärmetransports, im Feststoff wird dieser daher im allgemeinen zu einem feinkörnigen, fließ* und auflockerungsfä- higen Schüttgut aufbereitet und in ein Auflockerungsgefaß eingebracht. In dem Auflockerungsgefaß wird über einen Aπströmboden von unten ein Auflockerungsfluid in das Schüttgut eingebracht, durchströmt das Schüttgut und lockert dieses auf. Die aufgelockerte Schüttgutschicht und das durchströmende Auflockerungsfluid bilden ein Wirbelbett (Fluidized Bed), das als ganzes fluidähnli- ehe Eigenschaften aufweist.When heating or cooling solids, the heat transport in the solid is limited by its low thermal conductivity. To improve the reactivity, also the heat transport, in the solid, it is therefore generally processed into a fine-grained, flowable and loosenable bulk material and introduced into a loosening vessel. In the loosening vessel, a loosening fluid is introduced into the bulk material from below via an inflow base, flows through the bulk material and loosens it. The loosened bulk material layer and the flowing loosening fluid form a fluidized bed, which as a whole has fluid-like properties.
Die Fluidströmung und die Feststoffbewegung in dem Wirbelbett erlauben hohe Wärme- und Stoffaustauschleistungen durch Konvektion. Zum Einbringen oder Abziehen von Wärme wird dann ein Wärmeträger durch die Wirbelschicht geleitet, der Wärme in die Wirbelschicht einbringt bzw. aus dieser abführt. Dazu werden Wärmetauscherrohre oberhalb des Anströmbodens angeordnet, die sich im wesentlichen parallel zu diesem durch das Wirbelbett hindurch erstrek- ken und mit einem geeigneten Wärmeträger beaufschlagt werden. Die Wärmetauscherrohre bilden Heiz- bzw. Kühlflächen aus, an denen ein Wärmeübergang zwischen dem aufgelockerten Feststoff und dem Wärmeträger stattfindet. Auf diese Weise kann der Feststoff schnell auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Durch kontinuierliches Eintragen des Feststoffs auf der einen Seite des Auflockerungsgefäßes und kontinuierliches Austragen des Feststoffes auf der gegenüberliegenden Seite des Auflockerungsgefäßes kann die Erwärmung bzw. Abkühlung des Feststoffes dabei kontinuierlich durchgeführt werden, wobei das aufgelockerte Schüttgut aufgrund seiner fluidähnlichen Eigenschaften langsam von der Eintragsseite durch das Auflockerungsgefaß zu der Austragsseite fließt. Bei einer solchen Vorrichtung werden die sich im wesentlichen in horizontaler Richtung erstreckenden Wärmetauscherrohre von dem senkrecht nach oben strömenden Auflockerungsfluid umströmt. Die Ausbildung des Wirbelbetts wird durch die Wärmetauscherrohre gestört. Wird dem Feststoff Wärme zugeführt, so kann es bei entsprechend hoher Temperatur des Wärmeträgers zu lokalen Überhitzungen des Feststoffes kommen.The fluid flow and the movement of solids in the fluidized bed allow high heat and mass transfer through convection. To introduce or remove heat, a heat transfer medium is then passed through the fluidized bed, which introduces heat into the fluidized bed or removes it from the latter. For this purpose, heat exchanger tubes are arranged above the inflow base, which extend essentially parallel to it through the fluidized bed and to which a suitable heat transfer medium is applied. The heat exchanger tubes form heating or cooling surfaces on which heat transfer takes place between the loosened solid and the heat transfer medium. In this way, the solid can be brought quickly to the desired temperature. By continuously introducing the solid on one side of the loosening vessel and continuously discharging the solid on the opposite side of the loosening vessel, the Heating or cooling of the solid are carried out continuously, the loosened bulk material flowing slowly due to its fluid-like properties from the entry side through the loosening vessel to the discharge side. In such a device, the loosening fluid flowing vertically upward flows around the heat exchanger tubes, which extend essentially in the horizontal direction. The formation of the fluidized bed is disrupted by the heat exchanger tubes. If heat is added to the solid, local overheating of the solid can occur at a correspondingly high temperature of the heat transfer medium.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, eine Vorrichtung zum Wärmetausch zwischen einem Wärmeträgerfluid und einem Feststoff vorzuschlagen, bei der die Ausbildung eines Wirbelbetts möglichst ungestört erfolgen kann.The object of the present invention is therefore to propose a device for heat exchange between a heat transfer fluid and a solid, in which the formation of a fluidized bed can take place as undisturbed as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Wär- metausch zwischen einem Wärmeträger und einem Feststoff, bei der ein Auflockerungsfluid derart in den Feststoff einleitbar ist, daß dieser mit dem Auflok- kerungsfluid ein Wirbelbett ausbildet, und der aufgelockerte Feststoff und der Wärmeträger aneinander vorbei geführt werden, wobei der Feststoff und der Wärrneträger im wesentlichen in senkrechter Richtung geführt werden Der Wärmeträger wird folglich in der Strömungsrichtung des Auflockerungsfluids geführt, so daß die Ausbildung des Wirbelbetts ungestört erfolgen kann.This object is achieved according to the invention by a device for heat exchange between a heat transfer medium and a solid, in which a loosening fluid can be introduced into the solid such that it forms a fluidized bed with the loosening fluid, and the loosened solid and the heat transfer medium pass each other are guided, the solid and the heat carrier being guided essentially in the vertical direction. The heat carrier is consequently guided in the flow direction of the loosening fluid, so that the formation of the fluidized bed can take place undisturbed.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfaßt die Vorrichtung mindestens ein Auflockerungsgefaß, in das der Feststoff eintragbar ist und in dem das Auflok- kerungsfluid derart in den Feststoff einleitbar ist, daß dieser mit dem Auflockerungsfluid ein Wirbelbett ausbildet, und einen Wärmetauscher, der mit dem Wärmeträger beaufschlagbar ist.In a preferred embodiment, the device comprises at least one loosening vessel into which the solid can be introduced and in which the loosening fluid can be introduced into the solid in such a way that it forms a fluidized bed with the loosening fluid, and a heat exchanger which can be acted upon by the heat transfer medium .
In einer ersten Variante der Erfindung erstreckt sich der Wärmetauscher im wesentlichen senkrecht durch das mindestens eine Auflockerungsgefaß. Der Wärmetauscher erstreckt sich demgemäß in dem Wirbelbett in Strömungs- richtung des Auflockerungsfluids. Die Bewegung des Auflockerungsfluids erfolgt somit vornehmlich parallel zu dem Wärmetauscher, so daß die Ausbildung des Wirbelbetts durch die Wärmetauscherrohre nicht wesentlich gestört wird. Lokale Ablagerungen des Feststoffs und deren nachteilige Auswirkungen auf den Wärmeaustausch zwischen Feststoff und Wärmeträger werden vermieden. Darüber hinaus wird durch den Parallelstrom die Verschleißbeanspruchung des Wärmetauschers minimiert.In a first variant of the invention, the heat exchanger extends essentially perpendicularly through the at least one loosening vessel. The heat exchanger accordingly extends in the fluidized bed in flow direction of the loosening fluid. The movement of the loosening fluid thus takes place primarily parallel to the heat exchanger, so that the formation of the fluidized bed is not significantly disturbed by the heat exchanger tubes. Local deposits of the solid and their adverse effects on the heat exchange between the solid and the heat transfer medium are avoided. The parallel flow also minimizes wear on the heat exchanger.
Der Wärmetauscher umfaßt vorzugsweise mehrere Wärmetauscherrohre, die sich in einem gewissen Abstand im wesentlichen parallel zueinander erstrek- ken. Die Wärmetauscherrohre verlaufen im wesentlichen senkrecht durch das Wirbelbett und treten vorteilhaft in senkrechter Richtung aus diesem heraus. Damit dies unabhängig von der Schichtdicke des Wirbelbetts der Fall ist, sind die Wärmetauscherrohre vorzugsweise durch das gesamte Auflockerungsgefaß geführt, wobei sie in senkrechter Richtung durch den Boden und die Decke des Auflockerungsgefäßes durchgeführt sind.The heat exchanger preferably comprises a plurality of heat exchanger tubes which extend essentially parallel to one another at a certain distance. The heat exchanger tubes run essentially vertically through the fluidized bed and advantageously emerge from it in the vertical direction. So that this is the case regardless of the layer thickness of the fluidized bed, the heat exchanger tubes are preferably guided through the entire loosening vessel, whereby they are carried out in a vertical direction through the bottom and the top of the loosening vessel.
In einer zweiten Variante erstreckt sich das mindestens eine Auflockerungsgefaß im wesentlichen senkrecht durch den Wärmetauscher.In a second variant, the at least one loosening vessel extends essentially perpendicularly through the heat exchanger.
Das Wirbelbett wird demgemäß in einem Auflockerungsgefaß ausgebildet, das im Inneren eines Wärmetauscherrohres des Wärmetauschers angeordnet ist. Es sind keine Wärmetauscherrohre im inneren des Auflockerungsgefäßes angeordnet, das Auflockerungsgas kann folglich ungestört durch die Feststoff- schüttung strömen und die Ausbildung des Wirbelbetts erfolgt ungestört.The fluidized bed is accordingly formed in a loosening vessel which is arranged in the interior of a heat exchanger tube of the heat exchanger. There are no heat exchanger tubes arranged inside the loosening vessel, the loosening gas can consequently flow through the solid bed undisturbed and the formation of the fluidized bed takes place undisturbed.
Das Auflockerungsgefaß ist vorzugsweise rohrförmig ausgebildet und mündet an seinem oberen Ende in eine Austragvorrichtung zum Austragen des Fest- Stoffs aus dem Auflockerungsgefaß ein. Die Eintragung des Feststoff in das Auflockerungsgefaß erfolgt dann vorzugsweise am unteren Ende des Auflockerungsgefäßes.The loosening vessel is preferably tubular and opens at its upper end into a discharge device for discharging the solid matter from the loosening vessel. The entry of the solid in the loosening vessel is then preferably carried out at the lower end of the loosening vessel.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt die Vorrichtung mehrereIn a particularly advantageous embodiment, the device comprises several
Auflockerungsgefäße, die sich in einem gewissen Abstand im wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Der Feststoff wird in dieser Vorrichtung auf mehrere Auflockerungsgefäße aufgeteilt, so daß sich eine sehr große Wärmeaustauschfläche ergibt.Loosening vessels, which extend at a certain distance substantially parallel to each other. The solid is in this device several loosening vessels divided, so that there is a very large heat exchange area.
Vorteilhaft ist hierbei eine Ausgestaltung, bei der der Wärmetauscher mehrere Wärmetauscherrohre umfaßt, die mit dem Wärmetrager beaufschlagbar sind, und daß sich jedes Auflockerungsgefaß im wesentlichen senkrecht durch eines der Wärmetauscherrohre erstreckt. Hierdurch lassen sich höhere Wärmeträgergeschwindigkeiten in dem Wärmetauscher erreichen, so daß der Wärmeübergang optimiert werden kann. Bei gleicher Wärmeaustauschleistung kann bei einer derartigen Anlage die Wärmeaustauschstrecke verkleinert werden, so daß sich eine derartige Vorrichtung durch ihre sehr kompakte Bauform auszeichnet.Here, an embodiment is advantageous in which the heat exchanger comprises a plurality of heat exchanger tubes which can be acted upon by the heat transfer medium, and in that each loosening vessel extends essentially perpendicularly through one of the heat exchanger tubes. As a result, higher heat transfer speeds can be achieved in the heat exchanger, so that the heat transfer can be optimized. With the same heat exchange performance, the heat exchange path can be reduced in such a system, so that such a device is characterized by its very compact design.
Es ist anzumerken, daß bei beiden Varianten die Verwendung eines Wärmetauschers, der mit dem Wärmeträger beaufschlagt wird, vorteilhaft den Aufwand der Reinigung des Wärmeträgerfluids minimiert. Zum Erreichen einer starken Temperaturänderung im Feststoff ist ein großer Mengenstrom an wärmeabgebendem (bzw. wärmeaufnehmendem) Wärmeträger erforderlich. Wird der Wärmeträger direkt durch den Feststoff geleitet, ist ein großer Aufwand zur Abreinigung des Wärmeträgers von aufgenommenem Feststoff erforderlich, insbesondere wenn der feststoffbelastete Wärmeträger eine hohe Temperatur hat. Durch die Verwendung des Wärmetauschers wird der Wärmeträger daher vorteilhaft stofflich vom Feststoff getrennt.It should be noted that in both variants the use of a heat exchanger which is acted upon by the heat transfer medium advantageously minimizes the effort involved in cleaning the heat transfer fluid. A large flow of heat-emitting (or heat-absorbing) heat transfer medium is required to achieve a strong temperature change in the solid. If the heat transfer medium is passed directly through the solid, a great deal of effort is required to clean the heat transfer medium from the solid which has been taken up, in particular if the heat transfer medium which is loaded with solids has a high temperature. By using the heat exchanger, the heat transfer medium is therefore advantageously separated from the solid material.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden bei beiden Varianten der Wärmeträger in dem Wärmetauscher und der Feststoff in dem jeweiligen Auflockerungsgefaß im Gegenstrom zueinander geführt. Hierdurch wird das mittlere Temperaturgefälle zwischen dem Feststoff und dem Auflockerungsfluid maximiert und der thermische Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht. Im Vergleich zu einer klassischen Wärmetauschvorrichtung, in der der Wärmeaustausch Wärmeträger-Feststoff den Charakter eines Kreuzstromaustauschs aufweist, wird die Wirksamkeit des Wärmeaustauschs folglich deutlich erhöht. Da der Wärmeträger senkrecht durch den Wärmetauscher geführt wird, muß der Feststoff zum Erreichen eines Gegenstromes in senkrechter Richtung durch das jeweilige Auflockerungsgefaß geführt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung daher eine Eintragvorrichtung zum Eintragen des Feststoffs in das jeweilige Auflockerungsgefaß und eine Austragvorrichtung zum Austragen des Feststoffs aus dem Auflocke- rungsgefäß auf, wobei die Eintragvorrichtung und die Austragvorrichtung in Ebenen angeordnet sind, die in senkrechter Richtung voneinander ausgebildet sind. Der Feststoff, der in dem Wirbelbett von der Eintragvorrichtung zur Austragvorrichtung fließt, bewegt sich makroskopisch demgemäß in senkrechter Richtung, wobei das Wirbelbett vorzugsweise von unten nach oben durchquert wird. Der Eintrag des Feststoffes erfolgt demgemäß vorzugsweise an dem unteren Ende des Auflockerungsgefäßes, der Austrag in einer Ebene die senkrecht darüber liegt. Der Wärmeträger wird dann in entgegengesetzter Richtung, d.h. von oben nach unten, durch die Wärmetauscherrohre geleitet.In an advantageous embodiment of the invention, the heat transfer medium in the heat exchanger and the solid in the respective loosening vessel are guided in countercurrent to one another in both variants. This maximizes the average temperature gradient between the solid and the loosening fluid and increases the thermal efficiency of the device. In comparison to a classic heat exchange device, in which the heat exchange solid-solid has the character of a cross-flow exchange, the effectiveness of the heat exchange is consequently significantly increased. Since the heat transfer medium is passed vertically through the heat exchanger, the solid has to reach a counterflow in the vertical direction be guided through the respective loosening vessel. In an advantageous embodiment of the invention, the device therefore has an entry device for entering the solid into the respective loosening vessel and a discharge device for discharging the solid from the loosening vessel, the entry device and the discharge device being arranged in planes which are perpendicular to one another are trained. The solid that flows in the fluidized bed from the insertion device to the discharge device moves macroscopically accordingly in the vertical direction, the fluidized bed preferably being traversed from bottom to top. The entry of the solid is accordingly preferably carried out at the lower end of the loosening vessel, the discharge in a plane which is perpendicular above it. The heat transfer medium is then passed through the heat exchanger tubes in the opposite direction, ie from top to bottom.
Die für die gewünschte Temperaturänderung erforderliche Wärmeaus- tauschfläche kann dabei durch eine entsprechend große, senkrechte Wirbelbettdicke in die Senkrechte ausgebildet werden. Dadurch verringert sich, bei erhöhtem Eintrittsdruck des Auflockerungsfluids, die Grundfläche des Auflockerungsgefäßes. Hierdurch wird der Mengenstrom des Auflockerungsfluids kleiner und sein möglicherweise ungünstiger Einfluß auf die Wärmebilanz (z.B. durch Kühlwirkung in einem aufzuheizenden Feststoff) wird geringer. Darüber hinaus verringert die geringe Menge an Auflockerungsfluid den Aufwand zum Trennen von Auflockerungsfluid und mitgeführtem Feststoff.The heat exchange surface required for the desired temperature change can be formed into the vertical by a correspondingly large, vertical fluidized bed thickness. As a result, the base area of the loosening vessel is reduced with an increased inlet pressure of the loosening fluid. As a result, the mass flow of the loosening fluid becomes smaller and its possibly unfavorable influence on the heat balance (e.g. due to the cooling effect in a solid to be heated) is reduced. In addition, the small amount of loosening fluid reduces the effort for separating loosening fluid and entrained solid.
Zur optimalen Ausbildung des Gegenstromes ist die Eintragvorrichtung vorzugsweise derart ausgestaltet, daß der Eintrag des Feststoffs in das jeweilige Auflockerungsgefaß unmittelbar oberhalb eines Anströmbodens erfolgt, durch den das Auflockerungsfluid in das Auflockerungsgefaß einleitbar ist. Hierzu kann sich die Eintragvorrichtung beispielsweise durch den Anströmboden hindurch erstrecken. Darüber hinaus soll der Eintrag möglichst gleichmäßig über die Bodenquerschnittsfläche verteilt sein. Die Eintragsvorrichtung kann dazu mehrere Eintragsöffnungen aufweisen, die über die Flächen der jeweiligen Anströmböden verteilt sind. Die Einbringung des Feststoffs kann beispielsweise durch Strömungsförderung erfolgen. Hierbei kann der Förderstrom beispiels- weise auf eine größere Anzahl Leitungen geeignet aufgeteilt werden. Wird als Fördermedium Druckgas verwendet, können bei Anwendung von Dichtstromförderung Gasverbrauch, Einwirkung auf die Wärmebilanz und Verschleiß minimiert und die Aufteilung des Förderstroms z.B. durch Zweistoffdüsen mit kritischer Entspannung genau eingestellt werden.For the optimal formation of the countercurrent, the feed device is preferably designed in such a way that the solid is fed into the respective loosening vessel directly above an inflow floor through which the loosening fluid can be introduced into the loosening vessel. For this purpose, the insertion device can extend, for example, through the inflow floor. In addition, the entry should be distributed as evenly as possible over the floor cross-sectional area. For this purpose, the entry device can have a plurality of entry openings which are distributed over the surfaces of the respective inflow floors. The solid can be introduced, for example, by flow promotion. The flow rate can be be appropriately divided over a larger number of lines. If compressed gas is used as the conveying medium, gas consumption, the impact on the heat balance and wear can be minimized when using dense phase conveying, and the distribution of the conveying flow can be precisely adjusted, for example, by two-substance nozzles with critical expansion.
Das Auflockerungsgefaß bzw. die Auflockerungsgefäße ist/sind vorteilhaft als Druckgefäß ausgebildet und mit einem Überdruck beaufschlagbar. Dies läßt sich durch die Ausbildung des Wirbelbetts in die Senkrechte und die damit verbundene Verringerung der Grundfläche des Auflockerungsgefäßes mit ge- ringem Aufwand erreichen. Im unter erhöhtem Überdruck fließenden Auflockerungsgas verbessert sich die Konvektion, der Wärmeaustausch wird optimiert.The loosening vessel or the loosening vessels is / are advantageously designed as a pressure vessel and can be subjected to an overpressure. This can be achieved with little effort by the formation of the fluidized bed in the vertical and the associated reduction in the base area of the loosening vessel. In the loosening gas flowing under increased overpressure, the convection improves and the heat exchange is optimized.
Die Austragvorrichtung umfaßt vorzugsweise eine Vorrichtung zum Abtrennen von Feststoff von dem Auflockerungsfluid. Dies kann z.B. ein Zyklon sein, der den am Austritt des Wirbelbetts noch verfügbaren Überdruck zur wirksamen Abreinigung des Auflockerungsfluids ausnutzt.The discharge device preferably comprises a device for separating solid matter from the loosening fluid. This can e.g. be a cyclone, which uses the excess pressure still available at the outlet of the fluidized bed for the effective cleaning of the loosening fluid.
Im folgenden wird nun verschiedene bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Diese zeigen:Various preferred embodiments of the invention will now be described below with reference to the accompanying figures. These show:
FigJ schematisch einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmetausch zwischen einem Wär- meträger und einem Feststoff;FigJ schematically shows a section through a first embodiment of a device according to the invention for heat exchange between a heat transfer medium and a solid;
Fig.2. einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Fig. 2. a section through a second embodiment of a device according to the invention.
FigJ zeigt schematisch einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, z.B. eine Anlage zur Erwärmung von Kohlen- staub.FigJ shows schematically a section through a first embodiment of a device according to the invention, e.g. a plant for heating coal dust.
Die Anlage umfaßt ein Auflockerungsgefaß 10, in dem der Feststoff zur Verbesserung des Wärmeübergangs in einen aufgelockerten Zustand gebracht wird. Hierzu ist der Boden des Auflockerungsgefäßes 10 als Anströmboden 12 ausgebildet, durch den ein Ausflockerungsgas von unten in das Auflockerungs- gefäß 10 eingeleitet wird. Der Anströmboden umfaßt beispielsweise eine Kam- mer 14, deren obere Wandung eine Vielzahl von Poren aufweist. Wird die Kammer 14 über einen Versorgungsanschluß 16 mit dem Auflockerungsgas beaufschlagt und unter Druck gesetzt, kann das Auflockerungsgas durch die Poren entweichen und in das Auflockerungsgefaß 10 strömen. Der zu einem feinkörnigen, fließ- und auflockerungsfähigen Schüttgut aufbereitete Feststoff wird aus einem oder mehreren Fördergefäßen 18 in das Auflockerungsgefaß 10 eingetragen und von dem Auflockerungsgas durchströmt und aufgelockert. Die aufgelockerte Feststoffschicht und das durchströmende Auflockerungsgas bilden ein Wirbelbett 20 aus, das als ganzes fluidähnliche Eigenschaften aufweist. In dem Wirbelbett 20 erlauben die Gasströmung und die Feststoffbewegung eine hohe Wärmeaustauschleistung durch Konvektion.The system comprises a loosening vessel 10 in which the solid is brought into a loosened state in order to improve the heat transfer. For this purpose, the bottom of the loosening vessel 10 is designed as an inflow bottom 12, through which a flocculation gas is introduced into the loosening vessel 10 from below. The inflow floor comprises, for example, a mer 14, the upper wall of which has a large number of pores. If the loosening gas is applied to the chamber 14 via a supply connection 16 and pressurized, the loosening gas can escape through the pores and flow into the loosening vessel 10. The solid, which has been processed to form a fine-grained, flowable and loosening bulk material, is introduced into the loosening vessel 10 from one or more conveying vessels 18 and flowed through and loosened by the loosening gas. The loosened solid layer and the flowing loosening gas form a fluidized bed 20, which as a whole has fluid-like properties. In the fluidized bed 20, the gas flow and the movement of solids allow a high heat exchange performance by convection.
Der Eintrag des Feststoffs in das Auflockerungsgefaß 10 geschieht vorzugsweise unmittelbar oberhalb des Anströmbodens 12 und möglichst gleichmäßig über dessen Fläche verteilt. Hierzu sind mehrere Eintragdüsen 22 verteilt in dem Anströmboden 12 angeordnet, die jeweils eine Eintragöffnung in der oberen porösen Wandung des Anströmbodens 12 ausbilden.The solid is introduced into the loosening vessel 10 preferably directly above the inflow floor 12 and distributed as evenly as possible over its surface. For this purpose, a plurality of inlet nozzles 22 are arranged distributed in the inflow floor 12, each of which form an inlet opening in the upper porous wall of the inflow floor 12.
Der Transport des Feststoffs aus den Fördergefäßen 18 zu den einzelnen Eintragsdüsen 22 geschieht vorzugsweise pneumatisch. Der Förderstrom aus den Fördergefäßen 18, der zunächst über eine Hauptförderleitung 24 herange- bracht wird, wird dazu in einem Verteiler 2G auf einzelne Teilförderleitungen 29 aufgeteilt, und über diese Teilförderleitungen 28 den einzelnen Eintragdüsen 22 zugeführt. Die Regelung des Förderstroms kann wie dargestellt über ein Regelventil 30 in der Hauptförderleitung 24 erfolgen. Alternativ können in den verschiedenen Teilförderleitungen Regelventile vorgesehen sein. Bei Anwendung von Dichtstromförderung können Gasverbrauch, Einwirkung auf die Wärmebilanz und Verschleiß minimiert werden, die Aufteilung des Förderstroms z.B. durch Zweistoffdüsen mit kritischer Entspannung genau eingestellt werden.The transport of the solid matter from the conveying vessels 18 to the individual feed nozzles 22 is preferably done pneumatically. The delivery flow from the delivery vessels 18, which is initially brought in via a main delivery line 24, is for this purpose divided into individual delivery lines 29 in a distributor 2G, and is supplied to the individual feed nozzles 22 via these delivery lines 28. As shown, the delivery flow can be regulated via a control valve 30 in the main delivery line 24. Alternatively, control valves can be provided in the various partial delivery lines. When using dense phase conveying, gas consumption, influence on the heat balance and wear can be minimized, the distribution of the conveying flow e.g. can be precisely adjusted with two-substance nozzles with critical relaxation.
Unmittelbar nach dem Eintragen in das Auflockerungsgefaß 10 geht der Feststoff in das Wirbelbett 20 über. Wird kontinuierlich neuer Feststoff über dem Anströmboden 12 eingetragen, dehnt sich das gebildete Wirbelbett 20 bei entsprechend hohem Druck des Auflockerungsgases aufgrund seiner fiuidähnli- chen Eigenschaften in senkrechter Richtung weiter aus, d.h. die Dicke der aufgelockerten Schicht vergrößert sich. Auf diese Art können hohe Wirbelbettdicken erreicht werden.Immediately after entering the loosening vessel 10, the solid passes into the fluidized bed 20. If new solid is continuously introduced above the inflow base 12, the fluidized bed 20 that is formed expands at a correspondingly high pressure of the loosening gas due to its fluid-like Chen properties in the vertical direction, ie the thickness of the loosened layer increases. In this way, high fluidized bed thicknesses can be achieved.
In dem oberen Bereich des Auflockerungsgefäßes 10 ist eine Austragvorrich- tung 30 für den Feststoff angeordnet. Diese umfaßt ganz allgemein einen Austragbehälter 32, der über eine Öffnung 34 in der Wandung des Auflockerungsgefäßes 10 mit diesem in Verbindung steht. Hat das Wirbelbett 20 die Höhe der Öffnung 34 erreicht, so fließt der aufgelockerte Feststoff durch die Öffnung 34 in den Austragehälter 32 und kann aus diesem über ein Schleusensystem, beispielsweise eine Zelienradschleuse 36 ausgetragen werden. Der unmittelbar oberhalb des Anströmbodens 12 eingebrachte Feststoff durchquert folglich das Wirbelbett 20 von unten nach oben und wird in dem oberen Bereich des Auflockerungsgefäßes 10 abgeführt.A discharge device 30 for the solid is arranged in the upper region of the loosening vessel 10. This generally comprises a discharge container 32 which is connected to the loosening vessel 10 via an opening 34 in the wall of the loosening vessel 10. When the fluidized bed 20 has reached the height of the opening 34, the loosened solid flows through the opening 34 into the discharge container 32 and can be discharged from it via a lock system, for example a cell wheel lock 36. The solid introduced immediately above the inflow base 12 consequently traverses the fluidized bed 20 from bottom to top and is discharged in the upper region of the loosening vessel 10.
In dem Auflockerungsgefaß 10 sind Wärmetauscherrohre 38 angeordnet, die sich durch das gebildete Wirbelbett 20 erstrecken. Die Wärmetauscherrohre 38 erstrecken sich dabei in senkrechter Richtung, und sind vorzugsweise an dem oberen und unteren Ende des Auflockerungsgefäßes 10 geradlinig aus diesem herausgeführt, indem sie beispielsweise am unteren Ende durch den Anströmboden 12 geführt sind. Auf diese Weise verlaufen die Wärmetauscherrohre 38 im wesentlichen parallel zu der Strömung de? Auflockerungsgases, so daß die Ausbildung des Wirbelbetts 20 weitgehend ungestört erfolgen kann und die Verschleißbeanspruchung der Wärmetauscherrohre 38 minimiert wird.In the loosening vessel 10, heat exchanger tubes 38 are arranged, which extend through the fluidized bed 20 formed. The heat exchanger tubes 38 extend in the vertical direction and are preferably guided straight out of the loosening vessel 10 at the upper and lower ends thereof, for example by being guided through the inflow base 12 at the lower end. In this way, the heat exchanger tubes 38 run essentially parallel to the flow de? Loosening gas so that the formation of the fluidized bed 20 can take place largely undisturbed and the wear on the heat exchanger tubes 38 is minimized.
Im Betrieb werden die Wärmetauscherrohre 38 von einer (nicht dargestellten) Wärmeträgerversorgung mit einem Wärmeträger beaufschlagt. Soll dem Fest- Stoff Wärme zugeführt werden, umfaßt der Wärmeträger beispielsweise ein Heißgas oder ein Thermoöl, soll dem Feststoff Wärme entzogen werden, eine Kühlflüssigkeit. Um das mittlere Temperaturgefälle zwischen dem Wärmeträger und dem Feststoff zu erhöhen, werden die Wärmetauscherrohre 38 dabei vorzugsweise von oben nach unten von dem Wärmeträger durchströmt (dargestellt durch den Pfeil 40). Der Wärmeträger und der Feststoff werden somit im Gegenstrom aneinander vorbeigeführt, die Wärmeaustauschleistung wird maxi- miert.In operation, the heat exchanger tubes 38 are acted upon by a heat carrier supply (not shown). If heat is to be supplied to the solid, the heat transfer medium comprises, for example, a hot gas or a thermal oil, and heat is to be removed from the solid, a cooling liquid. In order to increase the average temperature gradient between the heat transfer medium and the solid, the heat exchanger tubes 38 are preferably flowed through by the heat transfer medium from top to bottom (represented by arrow 40). The heat transfer medium and the solid are thus moved past each other in counterflow, the heat exchange performance is maximized lubricated.
Es ist anzumerken, daß bei der beschriebenen Vorrichtung die für eine vorgegebene Wärmeaustauschleistung benötigte Wärmeaustauschfläche durch eine entsprechend große Dicke des Wirbelbetts 20 in die Senkrechte ausgebildet wird. Dadurch verringert sich, bei erhöhtem Auflockerungsgas-Eintrittsdruck, die Grundfläche des Anströmbodens 12. Der Auflockerungsgas-Mengenstrom wird kleiner, sein möglicherweise ungünstiger Einfluß auf die Wärmebilanz (z.B. durch Kühlwirkung in einem aufzuheizenden Feststoff) wird geringer, der Aufwand zum Trennen von Auflockerungsgas und mitgeführtem Feststoff, nach dem Wirbelbett 20, wird kleiner.It should be noted that in the device described, the heat exchange surface required for a given heat exchange output is formed by a correspondingly large thickness of the fluidized bed 20 in the vertical. As a result, the base area of the inflow base 12 is reduced with an increased loosening gas inlet pressure. The loosening gas volume flow becomes smaller, its possibly unfavorable influence on the heat balance (for example due to the cooling effect in a solid to be heated) is reduced, the effort for separating loosening gas and entrained gas Solid matter, after the fluidized bed 20, becomes smaller.
Das Auflockerungsgefaß 10 ist vorteilhaft als Druckgefäß ausgebildet. Dies läßt sich aufgrund der verringerten Grundfläche des Anströmbodens 12 mit geringem Aufwand erreichen. Das Wirbelbett 20 wird dann als Ganzes unter Überdruck betrieben, wodurch sich die Konvektion verbessert und der Wärmeaus- tausch optimiert wird.The loosening vessel 10 is advantageously designed as a pressure vessel. This can be achieved with little effort due to the reduced footprint of the inflow floor 12. The fluidized bed 20 is then operated as a whole under excess pressure, which improves the convection and optimizes the heat exchange.
Darüber hinaus ermöglicht der an der Austragvorrichtung noch verfügbare Überdruck des Auflockerungsgases eine wirksame Abreinigung des Auflockerungsgases mit geringem Aufwand, z.B. in einem Zyklon 42.In addition, the excess pressure of the loosening gas still available on the discharge device enables effective cleaning of the loosening gas with little effort, e.g. in a cyclone 42.
Eine zweite Ausgestaltung der Vorrichtung zum Wärmetausch ist in Fig.2 dargestellt. Diese Anlage umfaßt mehrere rohrförmige Auflockerungsgefäße 10, die sich vorzugsweise durch einen Wärmetauscher 44 erstrecken, der mit einem Wärmeträger beaufschlagbar ist. Der Wärmetauscher 44 weist bevorzugt mehrere Wärmetauscherrohre 38 auf, wobei sich jedes Auflockerungsgefaß 10 durch eines der Wärmetauscherrohre 38 erstreckt. Im Betrieb werden die Wärmetauscherrohre 38 von der Wärmeträgerversorgung mit einem Wärmeträger beaufschlagt und von diesem durchströmt, so daß ein Wärmeübergang durch die Wandung der Auflockerungsgefäße 10 erfolgt.A second embodiment of the heat exchange device is shown in FIG. This system comprises several tubular loosening vessels 10, which preferably extend through a heat exchanger 44 which can be acted upon by a heat transfer medium. The heat exchanger 44 preferably has a plurality of heat exchanger tubes 38, each loosening vessel 10 extending through one of the heat exchanger tubes 38. In operation, the heat exchanger tubes 38 are acted upon by a heat transfer medium from the heat transfer medium supply and flow through it, so that heat transfer takes place through the wall of the loosening vessels 10.
Der Eintrag des feinkörnigen, fließ- und auflockerungsfähigen Schüttguts in die einzelnen Auflockerungsgefäße 10 geschieht, ähnlich wie in der Ausgestaltung nach FigJ , mittels Eintragdüsen 22, von denen jeweils mindestens eine derart in dem jeweiligen Anströmboden 12 angeordnet ist, daß sie eine Eintragöffnung in der oberen porösen Wandung des Anströmbodens 12 ausbildet. Der Transport des Schüttguts zu den einzelnen Eintragdüsen geschieht dabei ebenfalls bevorzugt pneumatisch.The entry of the fine-grained, flowable and loosening bulk material into the individual loosening vessels 10 takes place, similarly as in the embodiment according to FIG in the upper porous wall of the inflow base 12. The bulk material is also preferably transported pneumatically to the individual entry nozzles.
An ihrem oberen Ende münden die Auflockerungsgefäße 10 vorzugsweise in einen Sammelbehälter 46, in dem der Feststoff nach dem Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger in den einzelnen Auflockerungsgefäßen 10 wieder zusammengeführt und gegebenenfalls zur Homogenisierung der Temperaturverhältnisse durchmischt wird. Der Feststoff wird dabei in dem Sammelbehälter 46 gegebenenfalls unter zusätzlichem Einleiten von Auflockerungsgas in aufgelok- kertem Zustand gehalten, so daß in dem Sammelbehälter 46 ein Wirbelbett 20 ausgebildet wird.At their upper end, the loosening vessels 10 preferably open into a collecting container 46, in which the solid is brought together again in the individual loosening vessels 10 after the heat exchange with the heat transfer medium and, if necessary, mixed to homogenize the temperature conditions. The solid is held in the collecting container 46 in the loosened state, optionally with additional introduction of loosening gas, so that a fluidized bed 20 is formed in the collecting container 46.
An den Sammelbehälter 46 schließt sich seitlich eine Austragvorrichtung 30 für den Feststoff an, die über eine Öffnung 34 in der Wandung des Sammelbehälters mit diesem in Verbindung steht. Es handelt sich beispielsweise um die gleiche Vorrichtung, wie sie auch in der Ausgestaltung der Fig. 1 eingesetzt wird.At the side of the collecting container 46 there is a discharge device 30 for the solid which is connected to the collecting container via an opening 34 in the wall of the latter. It is, for example, the same device as is used in the embodiment in FIG. 1.
Wie bei der Ausgestaltung der FigJ , sind die Auflockerungsgefäße 10 vorteilhaft als Druckgefäße ausgebildet. Dies läßt sich aufgrund der geringen Grundfläche des Anströmbodens 12 mit geringem Aufwand erreichen. Das Wirbelbett 20 in den jeweiligen Auflockerungsgefäßen 10 wird dann als Ganzes unter Überdruck betrieben, wodurch sich die Konvektion verbessert und der Wärmeaustausch optimiert wird. As in the embodiment of FIG. 1, the loosening vessels 10 are advantageously designed as pressure vessels. This can be achieved with little effort due to the small footprint of the inflow floor 12. The fluidized bed 20 in the respective loosening vessels 10 is then operated as a whole under excess pressure, which improves the convection and optimizes the heat exchange.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Wärmetausch zwischen einem Wärmeträger und einem Feststoff, bei der ein Auflockerungsfluid derart in den Feststoff einleitbar ist, daß dieser mit dem Auflockerungsfluid ein Wirbelbett ausbildet, und der aufgelockerte Feststoff und der Wärmeträger aneinander vorbei geführt werden dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff und der Wärmeträger im wesentlichen in senkrechter Richtung geführt werden.1. Device for heat exchange between a heat transfer medium and a solid, in which a loosening fluid can be introduced into the solid such that it forms a fluidized bed with the loosening fluid, and the loosened solid and the heat transfer medium are guided past one another, characterized in that the solid and the heat transfer medium are guided essentially in the vertical direction.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch mindestens ein Auflockerungsgefaß, in das der Feststoff eintragbar ist und in dem das Auflockerungsfluid derart in den Feststoff einleitbar ist, daß dieser mit dem Auflockerungsfluid ein Wirbelbett ausbildet, und einen Wärmetauscher, der mit dem Wärmeträger beaufschlagbar ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized by at least one loosening vessel into which the solid can be introduced and in which the loosening fluid can be introduced into the solid such that it forms a fluidized bed with the loosening fluid, and a heat exchanger which can be acted upon by the heat transfer medium .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmetauscher im wesentlichen senkrecht durch das mindestens eine Auflok- kerungsgefäß erstreckt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the heat exchanger extends substantially perpendicularly through the at least one loosening vessel.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher mehrere Wärmetauscherrohre umfaßt, die sich in einem gewissen Abstand im wesentlichen parallel zueinander erstrecken.4. The device according to claim 3, characterized in that the heat exchanger comprises a plurality of heat exchanger tubes which extend at a certain distance substantially parallel to each other.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme- tauscherrohre im wesentlichen in senkrechter Richtung aus dem Wirbelbett austreten.5. The device according to claim 4, characterized in that the heat exchanger tubes emerge from the fluidized bed essentially in the vertical direction.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das mindestens eine Auflockerungsgefaß im wesentlichen senkrecht durch den Wärmetauscher erstreckt. 6. The device according to claim 2, characterized in that the at least one loosening vessel extends substantially perpendicularly through the heat exchanger.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflockerungsgefaß rohrförmig ausgebildet ist und an seinem oberen Ende in eine Austragsvorrichtung zum Austragen des Feststoffs aus dem Auflockerungsgefaß einmündet. 7. The device according to claim 6, characterized in that the loosening vessel is tubular and opens at its upper end into a discharge device for discharging the solid from the loosening vessel.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mehrere Auflockerungsgefäße umfaßt, die sich in einem gewissen Abstand im wesentlichen parallel zueinander erstrecken.8. Device according to one of claims 6 or 7, characterized in that the device comprises a plurality of loosening vessels which extend at a certain distance substantially parallel to each other.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme- tauscher mehrere Wärmetauscherrohre umfaßt, die mit dem Wärmetrager beaufschlagbar sind und daß sich jedes Auflockerungsgefaß im wesentlichen senkrecht durch eines der Wärmetauscherrohre erstreckt.9. The device according to claim 8, characterized in that the heat exchanger comprises a plurality of heat exchanger tubes which can be acted upon by the heat transfer medium and that each loosening vessel extends essentially vertically through one of the heat exchanger tubes.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger in den Wärmetauscher und der Feststoff in dem Auflockerungsgefaß im Gegenstrom zueinander geführt werden.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the heat transfer medium in the heat exchanger and the solid in the loosening vessel are counter-current to each other.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, mit einer Eintragvorrichtung zum Eintragen des Feststoffs in das jeweilige Auflockerungsgefaß und einer Austragvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragvorrichtung und die Austragvorrichtung in Ebenen angeordnet sind, die in senk- rechter Richtung voneinander beabstandet sind.11. Device according to one of claims 2 to 10, with an insertion device for entering the solid into the respective loosening vessel and a discharge device, characterized in that the entry device and the discharge device are arranged in planes which are spaced apart from one another in the vertical direction.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , wobei das mindestens eine Auflockerungsgefaß einen Anströmboden aufweist, durch den das Auflockerungsfluid in das Auflockerungsgefaß einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragvorrichtung derart ausgestaltet ist, daß der Eintrag des Feststoffs in das AuflocKerungsgefäß unmittelbar oberhalb des Anströr.ibυdens erfolgt.12. The apparatus of claim 11, wherein the at least one loosening vessel has an inflow base through which the loosening fluid can be introduced into the loosening vessel, characterized in that the entry device is designed such that the entry of the solid into the AuflocKerungsgefäß immediately above the Anströr.ibυden he follows.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Eintragvorrichtung durch den Anströmboden hindurch erstreckt.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the input device extends through the inflow floor.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragvorrichtung mehrere Öffnungen aufweist, die über die Flächen der jeweiligen Anströmböden verteilt sind.14. Device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the input device has a plurality of openings which are distributed over the surfaces of the respective inflow floors.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Auflockerungsgefaß als Druckgefäß ausgebildet und mit einem Überdruck beaufschlagbar ist. 15. The device according to one of claims 2 to 14, characterized in that the at least one loosening vessel is designed as a pressure vessel and can be acted upon with an excess pressure.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragvorrichtung eine Vorrichtung zum Abtrennen von Feststoff von dem Auflockerungsfluid umfaßt. 16. The device according to one of claims 11 to 15, characterized in that the discharge device comprises a device for separating solids from the loosening fluid.
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