DE102004018570A1

DE102004018570A1 - Wärmetauscher sowie Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut mit einem Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102004018570A1
Application number: DE102004018570A
Authority: DE
Inventors: Ludger Dr.-Ing. Brentrup; Wilfried Kreft
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur thermischen Wärmebehandlung von körnigem Gut, bei der das Gut mit Hilfe von heißen Gasen erwärmt wird. Der Wärmetauscher besteht aus wenigstens einer Wärmetauscherstufe mit einer Aufwärmzone, in der Wärmetauscherkörper durch die heißen Gase erwärmt werden, einer Kontaktzone, in der die Wärmetauscherkörper mit dem körnigen Gut in Kontakt kommen, um das körnige Gut zu erwärmen, und einer Trennzone, in der das erwärmte körnige Gut von den Wärmetauscherkörpern getrennt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Gut, bei der das Gut mit Hilfe von heißen Gasen erwärmt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut mit einem Wärmetauscher zum Vorwärmen des Gutes, einem Calcinator zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Gutes und einem Brennofen zum Fertigbrennen des vorcalcinierten Gutes.

In Zementanlagen kommen meist mehrstufige Schwebegas-Zyklonwärmetauscher zum Einsatz bei denen das zu erwärmende Rohmehl im Gegenstrom zu den heißen Abgasen des Drehofens geführt wird. Die Wärmeübertragung erfolgt dadurch, dass das Rohmehl mit den heißen Abgasen in Kontakt kommt.

Dieses allgemein anerkannte und gebräuchliche Wärmetauscherkonzept hat jedoch einige Nachteile. Durch die übereinander angeordneten Zyklonstufen ergibt sich eine sehr große Bauhöhe, die mit hohen Kosten verbunden ist. Weiterhin ist die Verweilzeit des Rohmehls in den einzelnen Abschnitten der Gasleitungen schwer zu beeinflussen. Ein weiteres Problem bei herkömmlichen Schwebegaswärmetauschern stellen die im Abgas enthaltenen Schadgase dar, wodurch aufwendige Reinigungs- und Filtermaßnahmen erforderlich sind.

Die Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues Wärmetauscherkonzept, insbesondere für Zementanlagen, anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 11 gelöst.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher zur thermischen Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, bei der das Gut mit Hilfe von heißen Gasen erwärmt wird, ist durch wenigstens eine Wärmetauscherstufe gekennzeichnet, die folgende Zonen aufweist: eine Aufwärmzone, in der Wärmetauscherkörper durch die heißen Gase erwärmt werden, eine Kontaktzone, in der die Wärmetauscherkörper mit dem körnigem Gut in Kontakt kommen, um das körnige Gut zu erwärmen und eine Trennzone, in der das erwärmte körnige Gut von den Wärmetauscherkörpern getrennt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut mit einem Wärmetauscher zum Vorwärmen des Gutes, einem Calcinator zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Gutes und einem Brennofen zum Fertigbrennen des vorcalcinierten Gutes ist durch einen Wärmetauscher gemäß den obigen Merkmalen gekennzeichnet.

Nachdem das körnige Gut in der Kontaktzone nicht in der Schwebe gehalten werden muss, wie das bei den Schwebegaswärmetauschern der Fall ist, wird die Verweilzeit nicht durch die Tragfähigkeit beeinflusst. Außerdem fallen die Schadgase in der Kontaktzone konzentriert an und können beispielsweise über den Calcinator „entsorgt" werden.

Während bei Schwebegaswärmetauschern der Transport des Rohmehls von einer zur nächsten Stufe mittels Schwerkraft erfolgt, könnten die erfindungsgemäßen Wärmetauscherstufen auch horizontal angeordnet werden.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Wärmetauscherkörper durch Wärmetauscherkugeln gebildet, die insbesondere jeweils einen Kern aus einem ersten Material und eine Umhüllung aus einem zweiten Material aufweisen.

Gemäß einer Variante sind in der Kontaktzone Mittel vorgesehen, um entstandene Entgasungsprodukte abzuführen und gegebenenfalls einem Calcinator zuzuführen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher und
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die in der 1 dargestellte Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut besteht im wesentlichen aus einem Wärmetauscher 1 zum Vorwärmen von feinkörnigem Gut 2, insbesondere Rohmehl, einem Calcinator 3 zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Gutes und einem Brennofen 4 zum Fertigbrennen des vorcalcinierten Gutes.
Der Wärmetauscher 1 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier übereinander angeordneten Wärmetauscherstufen 1a, 1b, 1c und 1d, die jeweils eine Aufwärmzone 10, eine Kontaktzone 11 und eine Trennzone 12 aufweisen. In der Aufwärmzone 10 werden Wärmetauscherkörper 13 durch heiße Gase 14 erwärmt. In der Kontaktzone 11 kommen die Wärmetauscherkörper 13 mit dem körnigen Gut 2 in Kontakt, um es zu erwärmen. In der Trennzone 12 erfolgt die Trennung des erwärmten körnigen Gutes von den Wärmetauscherkörpern 13.
Die Aufwärmzone 10 wird vorzugsweise durch einen Kugelschüttungswärmetauscher gebildet, der von den heißen Gasen 14 durchströmt wird. Die heißen Gase 14 werden durch die Abgase des Drehrohrofens gebildet, die nach Durchsetzen des Calcinators die Aufwärmzonen 10 der einzelnen Wärmetauscherstufen durchströmen. Die Wärmetauscherkörper werden durch Wärmetauscherkugeln gebildet, die jeweils einen Kern aus einem ersten Material und eine Umhüllung aus einem zweiten Material aufweisen, wobei das Material zur Ausnutzung der Phasenübergangsenthalpie geeignet ist.
Die Kontaktzone 11 wird beispielsweise durch einen Rohrkettenförderer gebildet, wobei das körnige Gut 2 und die Wärmetauscherkörper 13 am unteren Ende aufgegeben werden. Am oberen Ende der Kontaktzone 11 gelangt das Gut 2 zusammen mit den Wärmetauscherkugeln 13 in die Trennzone 12, die beispielsweise durch ein Sieb gebildet wird. Das körnige Gut 2 wird von den Wärmetauscherkugeln 12 getrennt und zur Kontaktzone 11 der nächstfolgenden Wärmetauscherstufe geleitet. Die Wärmetauscherkörper 13 gelangen zurück in die Aufwärmzone 10, wo sie durch die heißen Gase 14 wieder aufgewärmt werden.
Zwischen der Trennzone 12 und der Aufwärmzone 10 sowie zwischen der Aufwärmzone 10 und der Kontaktzone 11 sind Mittel 15 bzw. 16 zum Transport der Wärmetauscherkörper vorgesehen.
Das körnige Gut 2 durchläuft somit nachfolgend die Wärmetauscherstufe 1a, 1b, 1c und 1d. Von der Trenneinrichtung 12 der untersten Wärmetauscherstufe 1d gelangt das vorgewärmte körnige Gut 2' in den Calcinator 3 und wird dort mit den heißen Gasen des Drehrohrofens vorcalciniert. In einem Zyklon 5 werden die heißen Abgase vom vorcalcinierten Gut getrennt, wobei die heißen Gase 14 die einzelnen Aufwärmzonen 10 der Wärmetauscherstufen durchströmen, während das vorcalcinierte Gut 2" in den Brennofen gelangt und dort fertiggebrannt wird.
In einem nicht mehr dargestellten Kühler wird das gebrannte Gut schließlich abgekühlt. Die dabei entstehende Tertiärluft kann über eine Tertiärluftleitung 6 dem Calcinator zugeführt werden.
Die in der Kontaktzone 11 durch den Kontakt von körnigem Gut 2 mit den Wärmetauscherkörpern 13 entstehenden Entgasungsprodukte, bei denen es sich insbesondere um Schadgase wie CO oder SO₂ handelt, fallen in der Kontaktzone 11 konzentriert an und können über Leitungen 17 abgeführt und über eine Sammelleitung 18 dem Calcinator 3 zugeführt werden.
In 2 ist ein Wärmetauscher 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, der hier mit drei Wärmetauscherstufen 1a, 1b und 1c gezeigt ist.
Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 besteht darin, dass die einzelnen Wärmetauscherstufen horizontal angeordnet sind.
Indem das körnige Gut in der Kontaktzone 11 nach oben gefördert wird, beispielsweise durch einen Rohrkettenförderer, besteht zwischen der Trennzone 12 und der Zuführstelle des Gutes in die Kontaktzone 11 der nächsten Wärmetauscherstufe ein natürliches Gefälle, welches zum Transport des körnigen Gutes ausreicht.
Nachdem die einzelnen Wärmetauscherstufen sowohl übereinander, als auch nebeneinander angeordnet werden können, besteht mehr Flexibilität in der Planung einer Anlage. Wird in der Kontaktzone eine Fördereinrichtung verwendet, bietet sich eine horizontale Anordnung an, wodurch der konstruktive Aufwand erheblich reduziert werden kann.
Durch das Vorsehen einer Fördereinrichtung in der Kontaktzone lässt sich zudem die Verweilzeit des körnigen Gutes gezielt einstellen und an die jeweiligen Gegebenheiten anpassen.
Nachdem die Entgasungsprodukte in den Kontaktzonen konzentriert anfallen, können diese auf einfache Weise abgeführt und beispielsweise im Calcinator entsorgt werden.
Die Kontaktzone 11 und insbesondere deren Fördereinrichtung werden zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass ein ausreichender Wärmeübergang zwischen den Wärmetauscherkörpern und dem körnigen Gut stattfindet. Gegebenenfalls kann hier eine Bewegung des Gutes bzw. der Wärmetauscherkörper durch Vibration oder andere Mittel begünstigt werden.
Das körnige Gut 2 lässt sich mit vier Wärmetauscherstufen beispielsweise von 50°C auf über 700°C aufwärmen, wobei sich die heißen Abgase nach dem Zyklon 5 von 850°C auf unter 300°C abkühlen.

Claims

Wärmetauscher (1) zur thermischen Wärmebehandlung von körnigem Gut (2) bei der das Gut mit Hilfe von heißen Gasen erwärmt wird, gekennzeichnet durch wenigstens eine Wärmetauscherstufe (1a, 1b, 1c, 1d) mit, – einer Aufwärmzone (10), in der Wärmetauscherkörper durch die heißen Gase erwärmt werden, – einer Kontaktzone (11), in der die Wärmetauscherkörper (13) mit dem körnigen Gut (2) in Kontakt kommen, um das körnige Gut zu erwärmen und – einer Trennzone (12), in der das erwärmte körnige Gut von den Wärmetauscherkörpern (13) getrennt wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (15) zum Transport der Wärmetauscherkörper (13) von der Trennzone zur Aufwärmzone und Mittel (16) zum Transport der Wärmetauscherkörper (13) von der Aufwärmzone zu Kontaktzone.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherkörper (13) durch Wärmetauscherkugeln gebildet werden.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherkörper (13) durch Wärmetauscherkugeln gebildet werden, die jeweils einen Kern aus einem ersten Material und ein Umhüllung aus einem zweiten Material aufweisen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzone (11) Mittel (17, 18) vorsieht, um entstandene Entgasungsprodukte abzuführen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzone (11) durch einen Rohrkettenförderer gebildet wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (12) durch ein Sieb gebildet wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärmzone durch einen Kugelschüttungswärmetauscher gebildet wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmetauscherstufen (1a, 1b, 1c, 1d) vorgesehen sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmetauscherstufen (1a, 1b, 1c) vorgesehen sind, die horizontal angeordnet sind.
Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut mit einem Wärmetauscher (1) zum Vorwärmen des Gutes (2), einem Calcinator (3) zum Vorcalzinieren des vorgewärmten Gutes und einen Brennofen (4) zum Fertigbrennen des vorcalzinierten Gutes, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (1) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10.
Vorrichtung nach Anspruch 11 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (17, 18) vorgesehen sind, um die in der Kontaktzone entstandenen Entgasungsprodukte in den Calcinator einzuführen.