Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen von körnigem oder pulverigem Material
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen von körnigem oder pulverigem Material durch Wärmeaustausch zwischen dem Material und einem Gas, mit einem vertikalen Schacht, der einen freien Raum für die Aufwärtsbewegung des Gases aufweist, und mit einer Einrichtung zum Einführen des Materials an seinem oberen Ende und einer Gaseinlassöffnung an seinem unteren Ende aufweist.
Das Gas bewegt sich dabei durch den Schacht aufwärts und das Material bewegt sich im Gegenstrom abwärts.
Die Erfdingung ist insbesondere auf solche Schächte anwendbar, die als Vorerhitzer zum Vorwärmen von Zementrohmaterialien verwendet werden. Diese Vorerhitzer werden verbreitet in Kombination mit rotierenden Brennöfen zum Brennen von Zement verwendet.
Das am oberen Ende in den Schacht eingeführte Rohmaterial wird von den Abgasen des rotierenden Brenn- ofens, dessen Gasauslass mit dem unteren Ende des Schachts verbunden ist, vorgeheizt, und das im Schacht vorgewärmte Rohmaterial tritt vom unteren Ende des Schachts in den rotierenden Brennofen über.
Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung dieser Art zum Erwärmen von körnigem oder pulvrigem Material zu schaffen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch zum Kühlen von solchem heissem Material durch Luft oder anderes kaltes Gas verwendet werden.
Gemäss der Erfindung weist der Schacht mindestens eine oder mehrere Rippen auf, die im Schacht schraubenlinienförmig nach unten läuft bzw. laufen und die die Gase umströmen oder bestreichen und die über ihrer gesamten Länge örtliche Anderungen in der Gasgeschwindigkeit nach oben verursacht bzw. verursachen, wobei Einrichtungen vorgesehen sind zum Verhindern, dass sich das Gas in einem schraubenlinienförmigen Weg kontinuierlich entlang der Rippe oder Rippen nach oben bewegt. Die letztgenannten Einrichtungen können vertikale Ablenkteile sein, die zwischen den Windungen der Rippe bzw. der Rippen angeordnet sind. Vorzugsweise verläuft eine einzige durchgehendeRippe mit konstanter Steigung im wesentlichen entlang der gesamten Höhe des Schachts. Die Steigung kann jedoch unterschiedlich sein, die Rippe kann unterbrochen sein und es können mehrere Rippen vorgesehen sein.
Der Gasstrom im Schacht aufwärts ist im wesentlichen turbulent. Es ist zwar bekannt, den Schacht durch Öffnen von verminderter Querschnittsfläche in eine Anzahl voneinander getrennter Kammern aufzuteilen, wobei die Geschwindigkeit des durch jede der Öffnung fliessenden Gases hierbei verhältnismässig hoch ist und sich beim Eintritt in die Kammer über der Öffnung vermindert mit dem Ergebnis, dass Wirbel entstehen. Gemäss der Erfindung wird im wesentlichen der gleiche Effekt erzielt, jedoch kontinuierlich und örtlich. Die Ge- schwindigkeitsänderungen führen zu Wirbeln, deren Achse mit einer Neigung im wesentlichen entsprechend der Steigung der Rippe verläuft und die unmittelbar über der Rippe auftreten. Das Gas zeigt dabei die Tendenz, in schraubenlinienförmiger Bahn zu fliessen, es wird jedoch laufend daran durch die vertikalen Ablenkteile gehindert.
Unter diesen Bedingungen und vorausgesetzt, dass die relativen Mengen des Materials und Gases angemessen sind, werden die Teilchen des herabfallenden Materials von den Wirbeln eingefangen und innerhalb dieser herumgewirbelt; während der wiederholten Rührbewegung des Materials und des Gases findet ein äusserst wirksamer Wärmeaustausch statt.
Wenn die vertikalen Ablenkteile, die den kontinuierlichen schraubenlinienförmigen Fluss des Gasstroms insgesamt verhindern, für die Wirbel eine freie Bahn an und unmittelbar über der Rippenfläche lassen, so bewegen sich unter der Voraussetzung, dass die Steigung der Schraubenlinie oberhalb eines bestimmten Minimal werts liegt, der hauptsächlich von der Natur des Materials bestimmt ist, die Wirbel über dieser Fläche nach unten. Sich derart verhaltende Wirbel können als Wanderwirbel bezeichnet werden, und der wesentliche Wärmeaustausch wird durch die Rührbewegung des Materials innerhalb der Wirbel, wie oben beschrieben, zu Wege gebracht. Das Material wird vom oberen Ende bis zum unteren Ende des Schachts durch die Schwerkraft transportiert, während es in den Wanderwirbel eingeschlossen ist.
Blockieren jedoch die vertikalen Ablenkteile weitgehend die schraubenlinienförmige Abwärtsbewegung der Wirbel, so verläuft der Vorgang unterschiedlich und nahezu unabhängig von der Steigung der Schraubenlinie. In diesem Fall sind die Wirbel ständig mit Mate rialteilchen übersättigt und tendieren dazu, sich vom Rand der Rippe wegzubewegen und aufzubrechen, so dass die Materialteilchen dichte Wolken oder Anhäufungen bilden, die im freien Querschnitt des Schachts im Gegenstrom zum Gas nach unten ziehen. Beim anschliessenden Eintritt in eine Zone niedrigerer Gasgeschwindigkeit unterhalb der Rippe fallen die Materialteilchen aus den Anhäufungen oder Wolken aus und werden sehr schnell von einem neuen Wirbel eingefangen.
Solche Wirbel, die sich im wesentlichen nicht in einer schraubenlinienförmigen Bahn abwärtsbewegen, können als stationäre Wirbel bezeichnet werden.
Entsprechend der Konstruktion des Schachtes können die gebildeten Wirbel entweder hauptsächlich Wanderwirbel oder hauptsächlich stationäre Wirbel sein, ausserdem können auch beide Wirbelarten im selben Schacht vorkommen.
Das zur Erzeugung von Wanderwirbeln erforderliche Minimum der Steigung der Schraubenlinie ist um so grösser, je kleiner die Teilchengrösse des Materials ist.
Andererseits ist bei grössererSteigung die Zahl derWindungen der Schraubenlinie bei gegebener Schachthöhe und damit die Leistungsfähigkeit des Wärmeaustauschs geringer. Als geeignete Steigung bei der Behandlung von Zement-Rohmehl wurden 400 herausgefunden.
Stationäre Wirbel können mit nahezu beliebiger Steigung erzeugt werden, die nur die Anforderung erfüllen muss, dass die Zahl der Windungen der Schraubenlinie nicht zu niedrig sein sollte.
Die Tendenz des Gases, mit gleichmässiger Geschwindigkeit entlang der Schraubenlinie aufwärts zu strömen, kann durch vertikale Unterteilungen noch weiter vermindert werden, die in den freien Raum für die Aufwärtsströmung des Gases ragen und so diesen Raum in einzelne vertikale Kanäle teilen. Diese Kanäle brauchen nicht gegeneinander abgeschlossen zu sein, die vertikalen Unterteilungen können unterbrochen ausgeführt sein und müssen nicht zusammenhängen.
Die Neigung der oberen Fläche zur Horizontalen kann in weiten Grenzen, etwa von Null bis 70 , schwanken, vorzugsweise ist sie jedoch angenähert gleich dem Schüttwinkel für das behandelte Material, der für gewöhnliches Zement-Rohmehl etwa 60 beträgt. Ist die Neigung der Fläche jedoch kleiner, sogar 00, so wird auf der Rippe abgelagertes Material sich so anhäufen, dass eine im Schüttwinkel geneigte freie Fläche entsteht.
Es ist zu verhindern, dass ein wesentlicher Teil des Gases nach oben mehr oder weniger entlang der Stromlinie fliesst. Befindet sich also an der Wand des Schachts die geneigte Rippe, so sollte der freie Querschnitt, durch den das Gas theoretisch vertikal aufwärts strömen könnte, nicht grösser sein als 500/0 der gesamten inneren Querschnittsfläche des Schachts.
In einem grossen Schacht kann ein zentrales Rohr oder ein massiver Kern angeordnet sein, so dass die freie Fläche, durch die das Gas aufwärts fliesst, im Querschnift ringförmig ist und eine solche radiale Breite aufweist, dass sichergestellt ist, dass kein Gas aufwärts entlang der Schachtachse fliesst, ohne am Vorgang des Wärmeaustauschs mit dem Material teilzunehmen. Ist ein mittleres Rohr oder ein Kern vorgesehen, so kann die schraubenlinienförmige Rippe anstatt um die Wand des Schachts um dieses Rohr bzw. den Kern herumlaufen. Es können dann vertikale Unterteilungen zum Teilen des freien Ringraums in einzelne Kanäle von der Innenwand des Schachts nach innen vorstehen.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Vertikalschnitt durch einen Vorerhitzer in einer Zementfabrik, von deren sonstigen Anlagen ebenfalls Teile sichtbar sind;
Figur 2 einen Schnitt in einer Ebene II-II in Figurl in grösserem Massstab;
Figur 3 einen Vertikalschnitt durch eine andereAus führungsform eines Vorerhitzers;
Figur 4 einen Schnitt in einer Ebene IV-IV in Figur 3;
Figur 5 einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines weiteren Vorerhitzers;
Figur 6 einen Schnitt in einer Ebene VI-VI in Figur 5 und
Figur 7 einen Querschnitt durch einen Vorerhitzer von anderer Form.
Figur 1 zeigt einen Vorerhitzer mit einem rohrförmigen Schacht 1, der an seinem unteren Ende unmittelbar mit einem rotierenden Brennofen 2 verbunden ist.
Zur Verbindung dient ein Rohr 3, durch das das Abgas vom Brennofen abfliesst und das Material in den Brennofen eingeführt wird. Der Schacht 1 weist an seinem oberen Ende eine Beschickungsöffnung 4 für das Rohmaterial und Abflussöffnungen 5 für den Durchtritt des Gases durch Rohrleitungen 6 zu als Zyklonen bekannten Fliehkraftstaubsammlern 7 auf. Das Gas fliesst von diesen Fliehkraftstaubsammlern durch Rohre 8 zu einem elektrostatischen Abscheider oder einem anderen nicht dargestellten Entstauber. In den Fliehkraftstaubsammlern 7 abgeschiedenes festes Material fliesst durch Rohrleitungen 9, die von Ventilen 10 gesteuert sind, zum Schacht 1. Der Schacht ruht auf Säulen 14.
Das wesentliche Merkmal des Schachts 1 gemäss Figur 1 besteht in einer zusammenhängenden schraubenlinienförmigen Rippe 15 an der inneren Oberfläche.
Diese Rippe weist eine sich abwärts neigende obere Fläche auf. Ablenkteile 17 in Form von dreieckigen Platten stehen von der Schachtwand nach innen vor, um zu verhindern, dass das vom Brennofen kommende Gas in einer schraubenlinienförmigen Bahn nach oben strömt.
Der Schacht ist in einem Stahlgehäuse ausgebildet, jedoch bestehen seine inneren Teile, die mit dem heissen Gas in Berührung kommen, aus einem feuerfesten Material 13. Die Rippe 15 ist mit einer Metallverstärkung 16 armiert. Die Ausmasse der schraubenlinienförmigen Rippe und die relativ von ihr eingenommene Schachthöhe können verschieden sein. Der für die Aufwärtsströmung des Gases zur Verfügung stehende Raum muss jedoch angemessen sein und kann beispielsweise 25 /0 der Querschnittsfläche des Schachts beanspruchen, er sollte jedoch nicht mehr als 50 O/o einnehmen, wenn alles Gas für den Wärmeaustausch ausgenützt werden soll.
Wird durch die Beschickungsöffnung 4 Rohmaterial eingespeist, so wird dieses von den vom Brennofen 2 kommenden und durch den Schacht aufwärts strömenden Gasen eingefangen. Die Öffnung 4 liegt in einem Teil des Schachts mit verhältnismässig kleinem Durchmesser, so dass die Gasgeschwindigkeit so hoch ist, dass das meiste Material von den Gasen aus dem Schacht hinausgetragen wird. Beim Durchlauf der Gase durch die Fliehkraftstaubsammler 7 wird jedoch das Rohmehl wieder abgetrennt und läuft unmittelbar über dem zylindrischen Teil der Wand in das Innere des Schachts.
Das durch die Rohrleitungen 9 eingeführte Material, das durch den Teil des Materials, der direkt von der Beschickungsöffnung 4 kommt, ergänzt wird, sinkt im Schacht 1 entgegen dem Gasstrom abwärts. Die Gasgeschwindigkeit ist örtlich an Stellen erhöht, an denen das Gas um den vorspringenden Rand der Rippe 15 herumstreicht. Auf Grund dieser erhöhten Geschwindigkeit und des Richtungswechsels des Gasstroms bildet das Gas an der oberen Fläche der Rippe wandernde Wirbel, deren Achse eine Neigung angenähert gleich der Steigung der Rippe haben. Diese Wirbel fangen und schliessen die Mehrzahl der Materialteilchen ein.
Die Wirbel wandern entlang der abwärts geneigten oberen Fläche der Rippe mit den darin eingeschlossenen Teilchen nach unten und erreichen schliesslich das untere Ende des Schachts 1, wo sie sich brechen und wo die vorher eingefangenen Teilchen ausfallen und entlang dem unteren Teil des Rohrs 3 gleiten, bis sie schliesslich in den Brennofen 2 eingespeist werden.
Die in die Wanderwirbel einbezogenen Teilchen werden herumgewirbelt und so einem intensiven Wärmeaustausch mit dem Gas unterworfen, so dass sie beim Verlassen des Schachts 1 an seinem unteren Ende normalerweise eine Temperatur angenommen haben, die nicht wesentlich unterschiedlich von der des einströmenden Gases ist.
Die Ablenkplatten 17 sind in der dargestellten Weise so in Dreieckform ausgebildet, dass sie zwar einen stetigen schraubenlinienförmigen Strom des Gases insgesamt verhindern, jedoch eine freie Bahn für die Wirbel auf und unmittelbar über der oberen Fläche der Rippe freilassen.
Sind die Ablenkplatten trapezförmig anstatt dreieckig, erstrecken sie sich also nicht nur mit ihrem oberen Ende, sondern auch mit ihrem unteren Ende bis zum Rand der Rippe 15, so blockieren sie weitgehend die Abwärtsbewegung der Wirbel entlang der Schraubenbahn, und es entstehen stationäre Wirbel.
Bei der Ausführungsform gemäss Figur 3 ist in den rohrförmigen Schacht 1 eine Säule 19 zentral eingebaut, die etwa wie eine Bohrerschneide geformt ist und ein Schraubengewinde 20 trägt, das eine nach unten geneigte Fläche 18 aufweist und die erfindungsgemässe Rippe darstellt Für die Aufwärtsströmung des Gases ist um die mittlere Säule 19 ein freier Raum 21 vorgesehen. Damit das Gas nicht entlang der Schraubenbahn fliesst, können dreieckige Ablenkplatten 22 zwischen den Gewindewindungen befestigt sein, oder es können vertikale Unterteilungen 23 im freien Raum 21 zwischen der Schachtwand und den Rändern der Rippe vorgesehen sein, die im wesentlichen vom unteren Ende des Schachts bis zu seinem oberen Ende verlaufen. Zur einfacheren Darstellung zeigt Figur 3 diese beiden Mög lichkeiten gleichzeitig, jeweils in einem anderen vertikalen Teil des Schachts.
In Wirklichkeit sollten sich jedoch die Ablenkplatten bzw. die Unterteilungen über die gesamte Länge der Schraubenlinie erstrecken. Es ist auch möglich, eine Kombination dieser Platten und Unterteilungen zu verwenden.
Die Ausführungsform gemäss Figur 5 ähnelt derwenigen gemäss Figur 1 mit der Ausnahme, dass ein zentrales Rohr 24 in den Schacht 1 eingebaut ist, so dass der freie Raum für die Aufwärtsströmung des Gases ringförmig ausserhalb des Rohrs liegt. Die vertikalen Ablenkplatten 17 erstrecken sich zwischen der Wand des Schachts 1 und der Wand des Rohrs 24. Das Rohr 24 kann noch dazu dienen, die Gase von Fliehkraftstaubsammlern, wie sie etwa in Figur 1 dargestellt sind, zu einem Gebläse auf Erdhöhe zu bringen.
Wie die Ablenkplatten 17 nach Figur 1, so können auch die Ablenkplatten 22 gemäss Figur 3 und die Ablenkplatten 17 gemäss Figur 5 alternativ so ausgebildet sein, dass sie die Abwärtsbewegung der Wirbel entlang der Schraubenbahn weitgehend blockieren und somit die Bildung stationärer Wirbel fördern.
Der Schacht braucht im Querschnitt nicht kreisförmig zu sein, sondern kann beispielsweise auch elliptisch oder länglich sein, wie es bei 25 in Figur 7 dargestellt ist. Im Schacht ist eine zusammenhängende, im wesentlichen schraubenlinienförmige Rippe 26 vorgesehen, ferner ist in den Schacht ein Kern 27 eingebaut; der freie Raum für die Aufwärtsströmung des Gases ist derjenige zwischen dem Kern 27 und dem inneren Rand der Rippe 26. Dieser freie Raum ist durch Unterteilungen 28 in Kanäle geteilt.
PATENTANSPRUCH I
Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen von körnigem oder pulverigem Material durch Wärmeaustausch zwischen dem Material und einem Gas, mit einem vertikalen Schacht, der einen freien Raum für die Aufwärtsströmung des Gases aufweist, und mit einer Einrichtung zum Einführen des Materials an seinem oberen Ende und einer Eingangsöffnung für das Gas an seinem unteren Ende versehen ist, so dass im Betrieb das Gas durch den Schacht nach oben strömt und das Material sich im Gegenstrom hierzu nach unten bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Rippen (15, 20, 26) im Schacht (1, 25) entlang einer Schraublinie abwärtsläuft bzw. abwärtslaufen, welche Rippe bzw.
Rip pen die aufwärts fliessenden Gase umströmen oder bestreichen und welche entlang ihrer gesamten Länge eine örtliche Änderung in der nach oben gerichteten Gasgeschwindigkeit bewirkt bzw. bewirken, und dass Einrichtungen (17, 22, 23, 28) zum Verhindern eines kontinuierlichen Gasstroms nach oben entlang der Rippe oder Rippen in schraubenlinienförmiger Bahn vorgesehen sind.
UNTERANSPRÜCHE
1. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Verhindern einer stetigen Aufwärtsbewegung des Gases in schraubenlinienförmiger Bahn vertikale Ablenkteile (17) sind,
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Device for heating or cooling granular or powdery material
The invention relates to a device for heating or cooling of granular or powdery material by heat exchange between the material and a gas, with a vertical shaft which has a free space for the upward movement of the gas, and with a device for introducing the material has its upper end and a gas inlet port at its lower end.
The gas moves up through the shaft and the material moves down in countercurrent.
The invention is particularly applicable to those shafts that are used as preheaters for preheating cement raw materials. These preheaters are widely used in combination with rotating kilns for burning cement.
The raw material introduced into the shaft at the upper end is preheated by the exhaust gases of the rotary kiln, the gas outlet of which is connected to the lower end of the shaft, and the raw material preheated in the shaft passes from the lower end of the shaft into the rotating kiln.
The main object of the invention is to provide an improved device of this type for heating granular or powdery material. The device according to the invention can also be used for cooling such hot material by means of air or other cold gas.
According to the invention, the shaft has at least one or more ribs which run or run helically downwards in the shaft and which flow around or brush the gases and which cause local changes in the gas velocity upwards over their entire length, with devices are provided to prevent the gas from moving continuously up the rib or ribs in a helical path. The last-mentioned devices can be vertical deflection parts which are arranged between the turns of the rib or ribs. Preferably, a single continuous rib of constant pitch extends substantially the entire height of the shaft. However, the slope can be different, the rib can be interrupted and several ribs can be provided.
The gas flow up the shaft is essentially turbulent. It is known to divide the shaft into a number of chambers separated from one another by opening a reduced cross-sectional area, the velocity of the gas flowing through each opening being relatively high and decreasing when it enters the chamber above the opening, with the result that Vortices arise. According to the invention, essentially the same effect is achieved, but continuously and locally. The changes in speed lead to eddies, the axis of which runs with an inclination essentially corresponding to the slope of the rib and which occur directly above the rib. The gas tends to flow in a helical path, but it is constantly prevented from doing so by the vertical deflectors.
Under these conditions, and provided that the relative amounts of material and gas are adequate, the particles of falling material will be captured by the eddies and swirled around within them; During the repeated agitation of the material and the gas, an extremely effective heat exchange takes place.
If the vertical deflection parts, which prevent the continuous helical flow of the gas flow as a whole, leave a free path for the eddies on and immediately above the rib surface, then move, provided that the slope of the helix is above a certain minimum value, which is mainly Determined by the nature of the material, the vortex over this surface is down. Vortices that behave in this way can be referred to as traveling vortices, and the essential heat exchange is brought about by the stirring movement of the material within the vortex, as described above. The material is transported by gravity from the top to the bottom of the shaft while it is trapped in the traveling vortex.
However, if the vertical deflection parts largely block the helical downward movement of the vertebrae, the process takes place differently and almost independently of the slope of the helix. In this case, the eddies are constantly oversaturated with material particles and tend to move away from the edge of the rib and break up, so that the material particles form dense clouds or accumulations that pull down in the free cross-section of the shaft in countercurrent to the gas. When the gas subsequently enters a zone of lower gas velocity below the rib, the material particles fall out of the accumulations or clouds and are very quickly captured by a new vortex.
Such eddies, which do not move substantially downward in a helical path, can be referred to as stationary eddies.
Depending on the construction of the shaft, the vortices formed can either mainly be traveling vortices or mainly stationary vortices, and both types of vortices can also occur in the same shaft.
The minimum required for the pitch of the helix to generate traveling vortices is greater, the smaller the particle size of the material.
On the other hand, with a greater gradient, the number of turns of the helix at a given shaft height and thus the efficiency of the heat exchange is lower. A suitable slope in the treatment of cement raw meal was found to be 400.
Stationary eddies can be generated with almost any pitch, which only has to meet the requirement that the number of turns of the helix should not be too low.
The tendency of the gas to flow upwards at a uniform speed along the helical line can be further reduced by vertical partitions which protrude into the free space for the upward flow of the gas and thus divide this space into individual vertical channels. These channels do not need to be closed off from one another; the vertical subdivisions can be interrupted and do not have to be connected.
The inclination of the upper surface to the horizontal can vary within wide limits, for example from zero to 70, but it is preferably approximately equal to the angle of repose for the treated material, which is about 60 for ordinary cement raw meal. However, if the inclination of the surface is smaller, even 00, material deposited on the rib will pile up in such a way that a free surface is created that is inclined at the angle of repose.
It is to be prevented that a substantial part of the gas flows upwards more or less along the streamline. If the inclined rib is located on the wall of the shaft, the free cross-section through which the gas could theoretically flow vertically upwards should not be greater than 500/0 of the total inner cross-sectional area of the shaft.
A central tube or a solid core can be arranged in a large shaft so that the free area through which the gas flows upwards is ring-shaped in cross section and has such a radial width that it is ensured that no gas is upwards along the shaft axis flows without participating in the process of heat exchange with the material. If a central pipe or a core is provided, the helical rib can run around this pipe or the core instead of around the wall of the shaft. Vertical partitions for dividing the free annular space into individual channels can then protrude inwards from the inner wall of the shaft.
In the following, embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the schematic drawing. Show it:
FIG. 1 shows a vertical section through a preheater in a cement factory, parts of which are also visible from the other systems;
FIG. 2 shows a section in a plane II-II in FIG. 1 on a larger scale;
Figure 3 is a vertical section through another embodiment of a preheater;
FIG. 4 shows a section in a plane IV-IV in FIG. 3;
FIG. 5 shows a vertical section through part of a further preheater;
Figure 6 shows a section in a plane VI-VI in Figure 5 and
Figure 7 is a cross-section through a preheater of a different shape.
FIG. 1 shows a preheater with a tubular shaft 1 which is directly connected at its lower end to a rotating kiln 2.
A pipe 3 is used for the connection, through which the exhaust gas flows off from the furnace and the material is introduced into the furnace. At its upper end, the shaft 1 has a feed opening 4 for the raw material and discharge openings 5 for the passage of the gas through pipes 6 to centrifugal dust collectors 7 known as cyclones. The gas flows from these centrifugal dust collectors through pipes 8 to an electrostatic separator or another dust collector, not shown. Solid material separated in the centrifugal dust collectors 7 flows through pipelines 9, which are controlled by valves 10, to the shaft 1. The shaft rests on columns 14.
The essential feature of the shaft 1 according to FIG. 1 consists in a coherent helical rib 15 on the inner surface.
This rib has a downward sloping upper surface. Deflectors 17 in the form of triangular plates project inwardly from the shaft wall in order to prevent the gas coming from the kiln from flowing upwards in a helical path.
The shaft is constructed in a steel housing, but its inner parts, which come into contact with the hot gas, consist of a refractory material 13. The rib 15 is reinforced with a metal reinforcement 16. The dimensions of the helical rib and the shaft height relatively occupied by it can be different. However, the space available for the upward flow of the gas must be adequate and can, for example, take up 25/0 of the cross-sectional area of the shaft, but it should not exceed 50% if all the gas is to be used for heat exchange.
If raw material is fed in through the feed opening 4, it is captured by the gases coming from the furnace 2 and flowing up through the shaft. The opening 4 lies in a part of the shaft with a relatively small diameter, so that the gas velocity is so high that most of the material is carried out of the shaft by the gases. When the gases pass through the centrifugal dust collector 7, however, the raw meal is separated again and runs directly over the cylindrical part of the wall into the interior of the shaft.
The material introduced through the pipelines 9, which is supplemented by the part of the material which comes directly from the charging opening 4, sinks downwards in the shaft 1 against the gas flow. The gas velocity is increased locally at points where the gas sweeps around the projecting edge of the rib 15. Because of this increased speed and the change in direction of the gas flow, the gas forms wandering eddies on the upper surface of the rib, the axes of which have an inclination approximately equal to the incline of the rib. These eddies trap and entrap the majority of the material particles.
The eddies migrate down the sloping upper surface of the rib with the particles trapped therein and finally reach the lower end of the shaft 1 where they break and where the previously trapped particles fall out and slide along the lower part of the tube 3 until they are finally fed into the kiln 2.
The particles involved in the traveling vortices are whirled around and subjected to an intensive heat exchange with the gas, so that when leaving the shaft 1 at its lower end they have normally assumed a temperature which is not significantly different from that of the incoming gas.
The baffles 17 are triangular in shape, as shown, so that while they prevent a steady helical flow of the gas as a whole, they leave a free path for the eddies on and just above the upper surface of the rib.
If the baffles are trapezoidal instead of triangular, so they extend not only with their upper end but also with their lower end to the edge of the rib 15, they largely block the downward movement of the vortices along the helical path, and stationary vortices arise.
In the embodiment according to Figure 3, a column 19 is installed centrally in the tubular shaft 1, which is shaped roughly like a drill bit and carries a screw thread 20, which has a downwardly inclined surface 18 and represents the rib according to the invention for the upward flow of the gas A free space 21 is provided around the central column 19. So that the gas does not flow along the screw path, triangular baffles 22 can be attached between the thread turns, or vertical partitions 23 can be provided in the free space 21 between the shaft wall and the edges of the rib, which extends essentially from the lower end of the shaft up to run its upper end. For the sake of simplicity, FIG. 3 shows these two possibilites simultaneously, each in a different vertical part of the shaft.
In reality, however, the baffles or partitions should extend the full length of the helix. It is also possible to use a combination of these panels and partitions.
The embodiment according to FIG. 5 is similar to the few according to FIG. 1 with the exception that a central pipe 24 is built into the shaft 1 so that the free space for the upward flow of the gas is annularly outside the pipe. The vertical baffles 17 extend between the wall of the shaft 1 and the wall of the pipe 24. The pipe 24 can also serve to bring the gases from centrifugal dust collectors, such as those shown in FIG. 1, to a fan at ground level.
Like the deflector plates 17 according to FIG. 1, the deflector plates 22 according to FIG. 3 and the deflector plates 17 according to FIG. 5 can alternatively be designed so that they largely block the downward movement of the eddies along the helical path and thus promote the formation of stationary eddies.
The shaft does not need to be circular in cross-section, but can also be elliptical or elongated, for example, as shown at 25 in FIG. A coherent, essentially helical rib 26 is provided in the shaft, and a core 27 is built into the shaft; the free space for the upward flow of gas is that between the core 27 and the inner edge of the rib 26. This free space is divided by partitions 28 into channels.
PATENT CLAIM I
Apparatus for heating or cooling granular or powdery material by heat exchange between the material and a gas, with a vertical shaft which has a free space for the upward flow of the gas and with means for introducing the material at its upper end and an entrance opening for the gas is provided at its lower end, so that during operation the gas flows up through the shaft and the material moves downward in countercurrent thereto, characterized in that one or more ribs (15, 20, 26) in the shaft (1, 25) runs downwards or downwards along a helical line, which rib or
Rip pen flow around or brush the upwardly flowing gases and which along their entire length causes a local change in the upward gas velocity, and that means (17, 22, 23, 28) for preventing a continuous gas flow upwards along the Rib or ribs are provided in a helical path.
SUBCLAIMS
1. Device according to claim I, characterized in that the devices for preventing a steady upward movement of the gas in a helical path are vertical deflection parts (17),
** WARNING ** End of DESC field could overlap beginning of CLMS **.