WO2021185388A1 - Schneckenwärmeübertrager, insbesondere für schüttmaterialien - Google Patents

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WO2021185388A1
WO2021185388A1 PCT/CZ2020/000056 CZ2020000056W WO2021185388A1 WO 2021185388 A1 WO2021185388 A1 WO 2021185388A1 CZ 2020000056 W CZ2020000056 W CZ 2020000056W WO 2021185388 A1 WO2021185388 A1 WO 2021185388A1
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heat exchanger
shaft
gap
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heat
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PCT/CZ2020/000056
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Bohumír Čech
Zbyszek Szeliga
Pavel DVOŘÁK
Radim Fojtů
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Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava
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    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the invention relates to the construction of a helical heat exchanger for the transfer of heat between two pourable materials, which can be used in particular in the production of building materials and in energy technology.
  • the SNCR method is a method for reducing the nitrogen content in emissions from power plants that burn coal, biomass or waste.
  • Ammonia water or urea is injected into the furnace of the boiler, whereby the flue gases react with nitrogen oxides at temperatures of 760 ° C to 1000 ° C.
  • the end products of this reaction are nitrogen, carbon oxide and water.
  • undesired ammonia compounds are formed, which condense on the surface of the fly ash at lower temperatures and form ammonia salts.
  • the salts limit the use of the ashes in construction, because when water or any other alkali, e.g. calcium, is added, ammonia salts dissolve, which results in an unpleasant odor in the building material.
  • the RU 2616630 presents a system for the use of municipal waste, in which the material is transported with a screw conveyor through a cylindrical pyrolysis chamber.
  • a heating medium flows through a hollow shell of the chamber - in addition, exhaust gases from a combined heat and power unit heated to a temperature of 1100 ° C. It is a screw heat exchanger, but its construction does not allow heat transfer between bulk materials of different temperatures.
  • a fermentation device which is formed by a cylindrical container, in the vertical axis of which a screw mixer is attached, a spiral band being welded to the inner wall of the container. This arrangement only serves to completely mix the liquid contents of the container.
  • the invention is based on the object of designing a construction of a heat exchanger which enables the sensible heat contained in a bulk material to be used to preheat another bulk material at temperatures of up to 400.degree.
  • the screw heat exchanger according to the invention is formed by a tubular jacket in which a driven hollow, heat transfer surface forming shaft is rotatably mounted, which has openings at both ends, on the outer surface of which an outer spiral belt for conveying a material through a gap between the shaft and the Sheath is welded and on the inner surface of which an inner spiral-shaped belt is welded for the conveyance of a material to be transferred to its sensible heat, the belts being wound in the reverse direction of winding.
  • the heat exchanger there is an entry for the material into the gap between the jacket and the hollow shaft and an exit for the material from the cavity of the shaft at one end of the heat exchanger, the gap at the other end of the heat exchanger with the cavity the shaft is connected and wherein the heat exchanger is provided at the other end with means for heating the material.
  • the heat exchanger is provided at one end with an inlet for the material to be heated into the gap between the jacket and the hollow shaft, as well as with an outlet for the material to be transferred from the cavity of the shaft, whereby it is provided at the other end with the outlet for the heated material, and wherein the cavity of the shaft is connected at the other end to a supply of its sensible heat to be transferred material.
  • the inner spiral belt can preferably protrude from the cavity of the shaft at the other end of the heat exchanger so that it engages the material or building material that is located in the space connecting the cavity and the gap or in the material supply.
  • the gap between the jacket and the hollow shaft is provided with air channels for the discharge of gaseous products.
  • the bearings of the hollow shaft are provided with feed lines for sealing air.
  • Both edges of the gap between the jacket and the hollow shaft are preferably provided with pairs of circular rings for a supply of the separating air.
  • the spiral belts on the outer and inner surfaces of the hollow shaft are interrupted in another embodiment of the heat exchanger, and in this case the belt sections can be bent at their rear ends against the sense of the rotations of the shaft or provided with openings in the contact lines with the shaft be.
  • the invention thus represents the construction of a continuously operating heat exchanger which enables the transfer of heat between bulk materials at different temperatures. In contrast to the known heat exchangers for bulk masses, the heat transfer takes place directly between the masses, with no heat transfer medium being necessary.
  • the principle of the heat exchanger according to the invention thus consists in a pair of spiral-shaped reversely wound belts which are welded to the inner or outer wall of a rotating hollow shaft and which convey the material along the wall of the shaft in reverse directions.
  • the heat is transferred from one material to another at different temperatures through the wall of the hollow shaft.
  • the materials move in countercurrent, which contributes to the high efficiency of the heat exchanger.
  • Fig. 1 is a longitudinal section through a screw heat exchanger in which the
  • Bulk material is first heated by means of an external heat source until it has reached the temperature required for the unwanted accompanying substance to flow out, and then the sensible heat acquired in the heated material is used to preheat the incoming material,
  • Fig. 2 is a longitudinal section through another embodiment of the
  • Screw heat exchanger designed to cool a hot, pourable end product, e.g. in the production of cement, lime or gypsum, and to simultaneously transfer its sensible heat to the incoming material
  • the screw heat exchanger according to FIGS. 1 and 2 is formed by a tubular jacket 1 in which a rotatably mounted, driven hollow shaft 4 is mounted, which forms a heat transfer surface and is provided with openings 5 at both ends.
  • An outer spiral-shaped belt 6 is welded to the outer surface of the hollow shaft 4 and, when the shaft 4 rotates, conveys a material to be heated through a gap 7 between the jacket 1 and the shaft 4 to the left.
  • An inner spiral-shaped belt 8 is welded to the inner surface of the hollow shaft 4, which, when the shaft 4 rotates, conveys the material to be cooled and its sensible heat to be transferred through the inner space of the shaft 4 to the right.
  • the belts 6, 8, which actually represent two screw conveyors, are wound in the opposite direction of winding.
  • the heat exchanger according to FIG. 1 is intended for the temporary heating of the material and its subsequent cooling.
  • An inlet 9 for the material to be heated into the gap 7 between the jacket 1 and the shaft 4 and an outlet 10 for the cooled material from the inner space of the shaft 4 are located here at the right end of the heat exchanger.
  • a gap 11 is formed which connects the gap 7 with the inner space of the shaft 4.
  • an external heat source 12 which is used to reheat the material.
  • This can be, for example, a gas or oil burner or a heat exchanger that uses waste heat.
  • the heat exchanger according to FIG. 2 is intended to use the sensible heat of a freshly burned building material.
  • the inlet 9 for the material to be heated into the gap 7 between the jacket 1 and the shaft 4 and the outlet 10 for the cooled building material from the inner space of the shaft 4 are located here at the right end of the heat exchanger.
  • the inner space of the shaft 4 is connected to a supply 14 of a hot building material, for example a clinker from a cement kiln, which is supposed to transfer its sensible heat.
  • the inner spiral belt 8 protrudes from the cavity of the shaft 4 at the other end of the heat exchanger and thus engages in the material that is in the gap 11 or in the feed 14 of the building material is located. In this way, the supply of material into the inner space of the shaft 4 is supported.
  • the gap 7 between the jacket 1 and the hollow shaft 4 is provided with air ducts 15 for the removal of gas products.
  • shaft bearings 2 are provided with feed lines 16 for the sealing air, and the edges of the gap 7 between the jacket 1 and the shaft 4 are provided with pairs of circular rings for the supply 17 of separating air.
  • the outer belt 6 attached to the outer surface of the shaft 4 is separated into sections - see Figs. 3 to 5. These sections can then be bent at their rear ends against the sense of the rotations of the shaft 4 - see Fig. 4, optionally provided with openings in the contact lines with the shaft 4 - see Fig. 5.
  • the material intended for heating is fed through the inlet 9 into the gap 7 between the jacket 1 and the hollow shaft 4, in which the spiral-shaped outer belt 6 welded to the shaft 4 rotates, which moves the material through the unheated section of the gap 7 pushes to the left.
  • the material is heated to the target temperature in the end section which is provided with the external heat source 12.
  • the material fills the gap 11 and enters the inner space of the shaft 4, where the inner belt 8, which is wound in the opposite direction, pushes it to the right to the outlet 10.
  • the material transfers the assumed sensible heat through the wall of the shaft 4 to the material moving through the gap 7.
  • the sublimed component such as ammonia and its compounds
  • the sublimed component is discharged through air channels 15 discharged from the material for neutralization.
  • the material then falls through the opening 5 into the outlet 10 at the right end of the heat exchanger.
  • a small amount of sealing air is fed to the bearings at both ends of the heat exchanger through the supply lines 16.
  • a small amount of separating air is fed in between the circular rings which separate the gap 7 from the exit space.
  • the heat exchanger is provided with thermal insulation 18.
  • the media move in countercurrent.
  • the building material of high temperature passes through the feed 14 for the hot building material into the heat exchanger and is drawn into this space by means of the inner belt 8, which protrudes from the inner space of the shaft 4.
  • the building material is then pushed from left to right by means of the inner belt 8 when the shaft 4 rotates, transfers its sensible heat via the wall of the shaft 4, its temperature drops and it falls at the end of the shaft 4 through the opening 5 into the heat exchanger outlet 10
  • the cold pourable material (charge) is fed through the inlet 9 to the gap 7 and pushed through it to the left.
  • the preheated material then exits the heat exchanger through outlet 13.
  • the spiral belts 6, 8 can be interrupted - see Figures 3 to 5 - and their belt sections welded to the inner surface of the hollow shaft 4 at a suitable angle can be shaped. At their rear ends they can be bent against the direction of the rotation of the shaft 4 - see FIG. 4, or provided with openings in the contact lines with the shaft 4 for the purpose of shaking the material - see FIG. 5. Shaking the material on the wall of the shaft 4 increases the heat transfer via the shaft wall and thereby the efficiency of the heat exchanger. The heat exchanger must be operated at temperatures above the condensation point.
  • the heat exchanger according to the invention was designed in two variants:
  • the heat exchanger is used to use the sensible heat of a hot, pourable building material emerging from a production process, and to preheat a raw material that enters the process.
  • the system can be used in the cement industry, where it is necessary to cool the escaping building material from a high temperature to a safe level.
  • the heat exchanger according to the invention shows its advantages particularly in companies where work is carried out continuously with larger amounts of material. Such a case are in particular heat exchangers for carrying out denitrification methods in which it is necessary to remove ammonium salts in a thermal manner from the ash leaving the combustion process.

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Abstract

Der Schneckenwärmeübertrager, insbesondere für Schüttmaterialien, ist durch einen rohrförmigen Mantel (1) gebildet, in dem eine getriebene hohle, Wärmeübergangsfläche bildende Welle (4) drehbar gelagert ist, die an beiden Enden Öffnungen (5) hat, an deren äußeren Oberfläche ein äußerer spiralförmiger Gürtel (8) zur Beförderung eines Materials durch einen Spalt (7) zwischen der Weile (4) und dem Mantel (1) angeschweißt ist und an deren inneren Oberfläche ein innerer spiralförmiger Gürtel (8) zur Beförderung eines seine sensible Wärme zu übergebenden Materials angeschweißt ist, wobei die Gürtel (6, 7) im umgekehrten Wicklungssinn gewickelt sind.

Description

Schneckenwärmeübertrager, insbesondere für Schüttmaterialien
Die Erfindung betrifft die Konstruktion eines schneckenförmigen Wärmeübertragers zur Übertragung von Wärme zwischen zwei schüttbaren Materialien, der insbesondere bei der Produktion von Baumaterialien und in der Energietechnik verwendbar ist.
Die SNCR-Methode (selective non-catalytic reduction) ist ein Verfahren zur Reduktion des Stickstoffinhalts in Emissionen der Kraftwerke, die Kohle, Biomasse oder Abfall verbrennen. In den Feuerraum des Kessels wird Ammoniakwasser oder Harnstoff gespritzt, wobei die Rauchgase bei Temperaturen von 760 °C bis 1000 °C mit Stickstoffoxiden reagieren. Endprodukte dieser Reaktion sind Stickstoff, Kohlenoxid und Wasser. Neben der Denitrifikationsreaktion entstehen ungewünschte Ammoniakverbindungen, die bei niedrigeren Temperaturen an der Oberfläche der Flugasche kondensieren und Ammoniaksalze bilden. Die Salze beschränken die Verwertung der Asche im Bauwesen, weil sich beim Zugeben von Wasser oder einer beliebigen Alkalie, z.B. Kalzium, Ammoniaksalze lösen, was einen unangenehmen Geruch des Baumaterials zur Folge hat.
Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass die Ammoniaksalze mittels Chemikalien verdrängt werden. Dadurch werden jedoch die erforderlichen Eigenschaften der Asche, insbesondere die Zementbildung, beeinträchtigt. Eine andere Lösung dieses Problems besteht in der thermischen Verdrängung der Ammoniumsalze durch deren Sublimation bei Temperaturen von 200 °C bis 400 °C. Bei diesem Verfahren bewahrt die Asche zwar die für die Bauindustrie wichtigen Eigenschaften, das Verfahren hat jedoch einen großen Energieverbrauch zum Nachteil. Die Asche ist dabei auf Temperaturen von 200 °C bis 400 °C zu erwärmen und nachher auf eine für Lagerung und nachfolgende Manipulation geeignete Temperatur abzukühlen.
Ähnliche Probleme entstehen bei der Produktion von beliebigen bröckeligen Baumaterialien, wie Zement, Kalk oder Gipsstein, die am Ende des Produktionsverfahrens hohe Temperaturen aufweisen. Die Temperatur ist auf ein sicheres Niveau zu senken. Die sensible Wärme, die dem Produkt z.B. mittels von Kühlwasser entnommen wird, wird dann ohne weitere Nutzung in die Umgebung abgeführt.
Die RU 2616630 präsentiert eine Anlage zur Verwendung von Kommunalabfall, in der das Material mit einer Förderschnecke durch eine zylinderförmige Pyrolysekammer befördert wird. Durch einen hohlen Mantel der Kammer strömt ein Heizmedium - zusätzlich auf die Temperatur von 1100 °C erwärmte Abgase eines Blockheizkraftwerks. Es handelt sich um einen Schneckenwärmetauscher, dessen Konstruktion jedoch keine Wärmeübertragung zwischen Schüttmaterialien von verschiedener Temperatur ermöglicht.
Aus der DE 3012829 ist eine Fermentationseinrichtung bekannt, die durch einen zylindrischen Behälter gebildet ist, in dessen senkrechten Achse ein Schneckenmischwerk angebracht ist, wobei an der Innenwand des Behälters ein spiralförmiger Band angeschweißt ist. Diese Anordnung dient lediglich zur vollkommenen Durchmischung des flüssigen Behälterinhalts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Konstruktion eines Wärmeübertragers zu entwerfen, welcher die Ausnutzung der in einem Schüttmaterial enthaltenen sensiblen Wärme zur Vorheizung eines anderen Schüttmaterials bei Temperaturen von bis zu 400 °C ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Wärmeübertrager mit Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Schneckenwärmeübertrager ist durch einen rohrförmigen Mantel gebildet, in dem eine getriebene hohle, Wärmeübergangsfläche bildende Welle drehbar gelagert ist, die an beiden Enden Öffnungen hat, an deren äußeren Oberfläche ein äußerer spiralförmiger Gürtel zur Beförderung eines Materials durch einen Spalt zwischen der Welle und dem Mantel angeschweißt ist und an deren inneren Oberfläche ein innerer spiralförmiger Gürtel zur Beförderung eines seine sensible Wärme zu übergebenden Materials angeschweißt ist, wobei die Gürtel im umgekehrten Wicklungssinn gewickelt sind. In einer Ausführung des Wärmeübertragers befindet sich ein Eintritt für das Material in den Spalt zwischen dem Mantel und der hohlen Welle sowie ein Austritt für das Material aus dem Hohlraum der Welle an einem Ende des Wärmeübertragers, wobei der Spalt am anderen Ende des Wärmeübertragers mit dem Hohlraum der Welle verbunden ist und wobei der Wärmeübertrager am anderen Ende mit Mitteln zur Erwärmung des Materials versehen ist.
In einer anderen Ausführung ist der Wärmeübetrager an einem Ende mit einem Eintritt für das zu erwärmende Material in den Spalt zwischen dem Mantel und der hohlen Welle, sowie mit einem Austritt für das seine sensible Wärme zu übergebenen Material aus dem Hohlraum der Welle versehen, wobei er am anderen Ende mit dem Austritt für das erwärmte Material versehen ist, und wobei der Hohlraum der Welle am anderen Ende an eine Zufuhr eines seine sensible Wärme zu übergebenden Materials angeschlossen ist.
Der innere spiralförmige Gürtel kann mit Vorzug am anderen Ende des Wärmeübertragers aus dem Hohlraum der Welle herausragen, damit er in das Material bzw. Baustoff eingreift, der sich in dem den Hohlraum und den Spalt verbindenden Raum bzw. in der Materialzufuhr befindet.
Der Spalt zwischen dem Mantel und der hohlen Welle ist mit Luftkanälen zur Abfuhr gasförmiger Produkte versehen.
Lager der hohlen Welle sind mit Zuleitungen von Dichtungsluft versehen.
Beide Ränder der Spalt zwischen dem Mantel und der hohlen Welle sind mit Vorzug mit Paaren von Kreisringen zu einer Zufuhr der Trennungsluft versehen.
Die spiralförmigen Gürtel an der äußeren sowie inneren Oberfläche der hohlen Welle sind in einer anderen Ausführung des Wärmeübertragers unterbrochen, und in diesem Fall können die Gürtelabschnitte an ihren hinteren Enden gegen den Sinn der Drehungen der Welle gebogen oder in den Kontaktlinien mit der Welle mit Öffnungen versehen sein. Die Erfindung stellt also die Konstruktion eines kontinuierlich arbeitenden Wärmetausches dar, der die Wärmeübertragung zwischen Schüttmaterialien verschiedener Temperaturen ermöglicht. Zum Unterschied von den bekannten Wärmetauschern für Schüttmassen erfolgt die Wärmeübertragung unmittelbar zwischen den Massen, wobei kein Wärmevermittlungsträger nötig ist.
Das Prinzip des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers besteht also in einem Paar spiralförmiger umgekehrt gewickelter Gürtel, die an der inneren bzw. äußeren Wand einer sich drehenden hohlen Welle angeschweißt sind und die das Material entlang der Wand der Welle in umgekehrten Richtungen befördern. Dabei wird die Wärme von einem Material zum anderen von verschiedener Temperatur durch die Wand der hohlen Welle übertragen. Die Materialien bewegen sich dabei im Gegenstrom, was zu einem hohen Wirkungsgrad des Wärmeübertragers beiträgt.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schneckenwärmeübertrager, in dem das
Schüttmaterial zuerst mittels einer externen Wärmequelle geheizt wird, bis es die zum Herausfließen der unerwünschten Begleitsubstanz nötige Temperatur erreicht hat, und nachher wird die erworbene sensible Wärme im aufgeheizten Material zum Vorwärmen des eintretenden Materials genutzt,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführung des
Schneckenwärmeübertragers, der zum Abkühlen eines heißen schüttbaren Endprodukts, z.B. bei der Produktion von Zement, Kalk oder Gips, und zur simultanen Übergabe von dessen sensiblen Wärme in das eintretende Material bestimmt ist,
Fig. 3 bis 5 verschiedene Ausführungen der hohlen Welle mit dem unterbrochenen äußeren Gürtel, bzw. mit Abschnitten des äußeren Gürtels,
Fig. 4 Gürtelabschnitte mit gebogenen hinteren Enden Fig. 5 Gürtelabschnitte, die in den Kontaktlinien mit der Welle mit Öffnungen versehen sind.
Der Schneckenwärmeübertrager nach Fig. 1 und 2 ist durch einen rohrförmigen Mantel 1 gebildet, in dem mittels zwei Halbachsen 2 - s. Fig. 1 - bzw. mittels einer Halbachse 2 und eines Lagers 3 - s. Fig.2 - eine drehbar gelagerte, getriebene hohle Welle 4 gelagert ist, die eine Wärmeübergangsfläche bildet und an beiden Enden mit Öffnungen 5 versehen ist. An der äußeren Oberfläche der hohlen Welle 4 ist ein äußerer spiralförmiger Gürtel 6 angeschweißt, der bei Drehungen der Welle 4 ein zu erwärmendes Material durch einen Spalt 7 zwischen dem Mantel 1 und der Welle 4 nach links befördert. An der inneren Oberfläche der hohlen Welle 4 ist ein innerer spiralförmiger Gürtel 8 angeschweißt, der bei Drehungen der Welle 4 das abzukühlende und seine sensible Wärme zu übergebende Material durch den inneren Raum der Welle 4 nach rechts befördert. Die Gürtel 6, 8, die eigentlich zwei Förderschnecken darstellen, sind im umgekehrten Wicklungssinn gewickelt.
Der Wärmeübertrager nach Fig. 1 ist zum zeitweiligen Aufwärmen des Materials und dessen anschließender Abkühlung bestimmt. Ein Eintritt 9 für das zu erwärmende Material in den Spalt 7 zwischen dem Mantel 1 und der Welle 4 und ein Austritt 10 für das abgekühlte Material aus dem inneren Raum der Welle 4 befinden sich hier am rechten Ende des Wärmeübertragers. Am linken Ende des Wärmeübertragers zwischen dem Mantel 1 und der Welle 4 ist eine Lücke 11 gebildet, die den Spalt 7 mit dem inneren Raum der Welle 4 verbindet. Am linken Ende ist der Wärmeübertrager mit einer externen Wärmequelle 12 versehen, die zum Nachwärmen des Materials dient. Das kann z.B. ein Gas- oder Ölbrenner oder ein Abwärme ausnutzender Wärmetauscher sein.
Der Wärmeübertrager nach Fig. 2 ist zur Nutzung der sensiblen Wärme eines frisch gebrannten Baustoffs bestimmt. Der Eintritt 9 für das zu erwärmende Material in den Spalt 7 zwischen dem Mantel 1 und der Welle 4 und der Austritt 10 für den abgekühlten Baustoff aus dem inneren Raum der Welle 4 befinden sich hier am rechten Ende des Wärmeübertragers. Am linken Ende des Wärmeübertragers befindet sich ein Austritt 13 für das erwärmte Material aus dem Spalt 7. An diesem Ende ist der Innere Raum der Welle 4 an eine Zufuhr 14 eines heißen Baustoffs, z.B. eines Klinkers aus einem Zementofen, angeschlossen, der seine sensible Wärme übergeben soll.
In beiden Ausführungen ragt der innere spiralförmige Gürtel 8 am anderen Ende des Wärmeübertragers aus dem Hohlraum der Welle 4 heraus, und greift so in das Material ein, das sich in der den inneren Raum der Welle 4 und den Spalt 7 verbindenden Lücke 11 bzw. in der Zufuhr 14 des Baustoffs befindet. Auf diese Weise wird die Materialzufuhr in den inneren Raum der Welle 4 unterstützt.
In der Ausführung nach Fig. 1 ist der Spalt 7 zwischen dem Mantel 1 und der hohlen Welle 4 mit Luftkanälen 15 zur Abfuhr von Gasprodukten versehen.
Wellenlager 2 sind bei beiden Ausführungen des Wärmeübertragers mit Zuleitungen 16 für die Dichtungsluft, und die Ränder des Spalts 7 zwischen dem Mantel 1 und der Welle 4 mit Paaren von Kreisringen zur Zufuhr 17 von Trennungsluft versehen.
In anderen Ausführungen ist der an der äußeren Oberfläche der Welle 4 befestigte äußere Gürtel 6 in Abschnitte getrennt - s. Fig. 3 bis 5. Diese Abschnitte können dann an ihren hinteren Enden gegen den Sinn der Drehungen der Welle 4 gebogen - s. Fig. 4, gegebenenfalls in den Kontaktlinien mit der Welle 4 mit Öffnungen versehen werden - s. Fig. 5.
Zu der Ausführung nach Fig. 1 :
Das zum Erwärmen bestimmte Material wird durch den Eintritt 9 in den Spalt 7 zwischen dem Mantel 1 und der hohlen Welle 4 zugeführt, in dem sich der spiralförmige an der Welle 4 angeschweißte äußere Gürtel 6 dreht, der das Material durch den nichtbeheizten Abschnitt des Spalts 7 nach links schiebt. Das Material wird in dem Endabschnitt, der mit der externen Wärmequelle 12 versehen ist, auf die Solltemperatur erwärmt. Am linken Ende des Wärmeübertragers füllt das Material die Lücke 11 und tritt in den inneren Raum der Welle 4 ein, wo es der im umgekehrten Wicklungssinn gewickelte innere Gürtel 8 nach rechts zum Austritt 10 schiebt. Dabei übergibt das Material die angenommene sensible Wärme durch die Wand der Welle 4 dem Material, das sich durch den Spalt 7 bewegt. Zugleich wird die sublimierte Komponente, wie Ammoniak und dessen Verbindungen, durch Luftkanäle 15 aus dem Material zur Neutralisierung abgeführt. Das Material fällt dann durch die Öffnung 5 in den Austritt 10 am rechten Ende des Wärmeübertragers. Um das Stauben der Anlage zu verringern, wird den Lagern an beiden Enden des Wärmeübertragers eine geringe Menge Dichtungsluft durch die Zuleitungen 16 zugeführt. Gleichzeitig wird hier eine geringe Menge Trennungsluft zwischen die Kreisringe zugeführt, die den Spalt 7 von dem Austrittsraum trennen. Der Wärmeübertrager ist mit einer Wärmeisolierung 18 versehen.
Zu der Ausführung nach Fig. 2:
Auch in diesem Wärmeübertrager bewegen sich die Medien im Gegenstrom. Der Baustoff von hoher Temperatur tritt durch die Zufuhr 14 für den heißen Baustoff in den Wärmeübertrager und wird mittels des inneren Gürtels 8, der aus dem inneren Raum der Welle 4 herausragt, in diesen Raum hineingezogen. Der Baustoff wird dann beim Drehen der Welle 4 mittels des inneren Gürtels 8 von links nach rechts geschoben, übergibt seine sensible Wärme über die Wand der Welle 4, seine Temperatur sinkt und er fällt am Ende der Welle 4 durch die Öffnung 5 in den Wärmeübertrageraustritt 10. Das kalte schüttbare Material (Beschickung) wird durch den Eintritt 9 dem Spalt 7 zugeführt und durch diesen nach links geschoben. Das vorgewärmte Material tritt dann durch den Austritt 13 aus dem Wärmeübertrager. Um das Stauben der Anlage zu verringern, wird eine geringe Menge Dichtungsluft den Lagern an beiden Enden des Wärmeübertragers durch die Zuleitungen 16 zugeführt. Gleichzeitig wird hier eine geringe Menge Trennungsluft zwischen die Kreisringe zugeführt, die den Spalt 7 von der Zufuhr 14 für den heißen Baustoff bzw. von dem Austrittsraum trennen. Der Wärmeübertrager ist gleichfalls mit einer Wärmeisolierung 18 versehen.
Um die Wärmeübertragung zu erhöhen, können die spiralförmigen Gürtel 6, 8 unterbrochen sein - s. Fig. 3 bis 5 - und ihre an die innere Oberfläche der hohlen Welle 4 in einem geeigneten Winkel angeschweißten Gürtelabschnitte können geformt sein. Sie können an ihren hinteren Enden gegen den Sinn der Drehungen der Welle 4 gebogen - s. Fig.4, oder in den Kontaktlinien mit der Welle 4 zwecks Umschüttelns des Materials mit Öffnungen versehen - s. Fig. 5 - sein. Das Umschütteln des Materials an der Wand der Welle 4 erhöht die Wärmeübertragung über die Wellenwand und dadurch den Wirkungsgrad des Wärmeübertragers. Der Wärmeübetrager ist bei den Temperaturen über dem Kondensationspunkt zu betreiben.
Der erfindungsgemäße Wärmeübetrager wurde in zwei Varianten entworfen:
In der Ausführung nach Fig. 1 dient er zur Erwärmung von schüttförmigem Material durch eine externe Wärmequelle für eine erforderliche bestimmte Zeit und dann zur Rücknutzung der sensiblen Wärme in dem abzukühlenden Material zum Erwärmen des eintretenden Materials.
In der Ausführung nach Fig. 2 ist der Wärmeübertrager zur Nutzung der sensiblen Wärme eines aus einem Produktionsprozess austretenden heißen schüttbaren Baustoffs, u. zw. zum Vorwärmen eines Rohstoffs, der in den Prozess eintritt. Die Anlage kann ihren Einsatz in der Zementindustrie finden, wo es nötig ist, den austretenden Baustoff von hoher Temperatur auf ein gefahrloses Niveau abzukühlen.
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager zeigt seine Vorteile besonders in Betrieben, wo kontinuierlich mit größeren Materialmengen gearbeitet wird. So einen Fall stellen insbesondere Wärmetauscher zur Durchführung von Denitrifikationsmethoden dar, bei denen es notwendig ist, aus der den Verbrennungsprozess verlassenden Asche auf thermische Weise Ammoniumsalze zu entfernen.

Claims

Patentansprüche
1. Schneckenwärmeübertrager, insbesondere für Schüttmaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass er durch einen rohrförmigen Mantel (1) gebildet ist, in dem eine getriebene hohle, Wärmeübergangsfläche bildende Welle (4) drehbar gelagert ist, die an beiden Enden Öffnungen (5) hat, an deren äußeren Oberfläche ein äußerer spiralförmiger Gürtel (6) zur Beförderung eines Materials durch einen Spalt (7) zwischen der Welle (4) und dem Mantel (1) angeschweißt ist und an deren inneren Oberfläche ein innerer spiralförmiger Gürtel (8) zur Beförderung eines seine sensible Wärme zu übergebenden Materials angeschweißt ist, wobei die Gürtel (6, 8) im umgekehrten Wicklungssinn gewickelt sind.
2. Der Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an seinem einen Ende sich ein Eintritt (9) für das Material in den Spalt (7) zwischen dem Mantel (1) und der hohlen Welle (4), sowie ein Austritt (10) für das Material aus dem Hohlraum der Welle (4) befindet, wobei der Spalt (7) mit dem Hohlraum der Welle (4) am anderen Ende des Wärmeübertragers verbunden ist und wobei der Wärmeübertrager am anderen Ende mit Mitteln zur Erwärmung des Materials versehen ist.
3. Der Wärmeübetrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er an seinem einen Ende mit einem Eintritt (9) für das zu erwärmende Material in den Spalt (7) zwischen dem Mantel (7) und der hohlen Welle (4), sowie mit einem Austritt (10) für ein die sensible Wärme übergebenes Material aus dem Hohlraum der Welle (4) versehen ist, wobei er an seinem anderen Ende mit einem Austritt (13) für das erwärmte Material versehen ist, und wobei der Hohlraum der Welle (4) am anderen Ende an eine Zufuhr (14) eines die sensible Wärme zu übergebenden Materials angeschlossen ist.
4. Der Wärmeübetrager nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere spiralförmige Gürtel (8) am anderen Ende des Wärmeübertragers aus dem Hohlraum der Welle (4) herausragt.
5. Der Wärmeübetrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (9) zwischen dem Mantel (1) und der hohlen Welle (4) mit Luftkanälen (15) zur Abfuhr gasförmiger Produkte versehen ist.
6. Der Wärmeübetrager nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager der hohlen Welle (4) mit Zuleitungen (16) der Dichtungsluft versehen sind.
7. Der Wärmeübetrager nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ränder des Spalts (7) zwischen dem Mantel (1) und der hohlen Welle (4) mit Paaren von Kreisringen zu einer Zufuhr (17) der Trennungsluft versehen sind.
8. Der Wärmeübetrager nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Gürtel (6, 8) an der äußeren sowie inneren Oberfläche der hohlen Welle (4) unterbrochen sind.
9. Der Wärmeübetrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gürtelabschnitte an ihren hinteren Enden gegen den Sinn der Drehungen der Welle (4) gebogen sind.
10. Der Wärmeübetrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gürtelabschnitte in den Kontaktlinien mit der Welle (4) mit Öffnungen versehen sind.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2946572A (en) * 1955-12-22 1960-07-26 Diamond Alkali Co Chemical apparatus
FR2163704A1 (de) * 1971-12-15 1973-07-27 Stord Bartz Industri As
DE3012829A1 (de) 1980-04-02 1981-10-08 Stephan Oehler Tank zum vergaeren von rotwein-maische
FR2788590A1 (fr) * 1999-01-14 2000-07-21 Sirven Echangeur de chaleur, notamment pour le prechauffage de lisier
EP2713131A1 (de) * 2012-09-27 2014-04-02 Tai-Her Yang Wärmetauscher mit dreiteiligem Wärmeenergiekörper mit mehrschichtiger Pipeline und Übertragung der Wärme nach Außen über eine äußere Pipelineperipherie
RU2616630C1 (ru) 2016-03-17 2017-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "ТермоХимТех" Способ термической переработки бытовых и промышленных отходов и устройство для его осуществления

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO306837B1 (no) * 1998-01-15 1999-12-27 Kvaerner Tech & Res Ltd Rörvarmeveksler for oppvarming, törking eller kjöling av flytende eller törre bulkformede materialer
RU2655352C1 (ru) * 2017-05-29 2018-05-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" Установка для охлаждения сыпучих материалов
FI128481B (en) * 2019-06-11 2020-06-15 Kopar Oy Rotary condenser and method for performing cooling and transport simultaneously

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2946572A (en) * 1955-12-22 1960-07-26 Diamond Alkali Co Chemical apparatus
FR2163704A1 (de) * 1971-12-15 1973-07-27 Stord Bartz Industri As
DE3012829A1 (de) 1980-04-02 1981-10-08 Stephan Oehler Tank zum vergaeren von rotwein-maische
FR2788590A1 (fr) * 1999-01-14 2000-07-21 Sirven Echangeur de chaleur, notamment pour le prechauffage de lisier
EP2713131A1 (de) * 2012-09-27 2014-04-02 Tai-Her Yang Wärmetauscher mit dreiteiligem Wärmeenergiekörper mit mehrschichtiger Pipeline und Übertragung der Wärme nach Außen über eine äußere Pipelineperipherie
RU2616630C1 (ru) 2016-03-17 2017-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "ТермоХимТех" Способ термической переработки бытовых и промышленных отходов и устройство для его осуществления

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