DE102007027967A1

DE102007027967A1 - Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut sowie Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102007027967A1
Application number: DE102007027967A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. Stark; Egon Zechner
Original assignee: Coperion Waeschle GmbH and Co KG
Current assignee: Coperion GmbH
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2008-12-24
Also published as: EP2006628A2; EP2006628A3; EP2006628B1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut hat einen am oberen Ende von Wärmetauscherrohren (7) angeordneten Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) zur Zuführung von Schüttgut (20) in die Rohre (7). Am unteren Ende der Wärmetauscherrohre (7) ist ein Schüttgut-Austragsabschnitt (3) angeordnet. Wärmefluid wird an den Rohren (7) vorbei durch ein Gehäuse (5) geführt. Im Gegenstrom zum Schüttgutstrom von einer Zuführleitung (28), die in den Austragsabschnitt (3) einmündet, über die Rohre (7) hin zu einer Abführleitung (34), die aus dem Eintragsabschnitt (1) ausmündet, wird ein Wärmeträger-Gas geführt. Eine Gas-Zuführeinrichtung (29) für das Wärmeträger-Gas ist zur Bereitstellung einer derart großen Gasmenge ausgeführt, dass das Wärmeträger-Gas in den Rohren (7) eine Leerrohrgasgeschwindigkeit hat, die im Bereich zwischen 20% und 200% einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit liegt. Bei einer alternativen Kühl- oder Heizvorrichtung ist die Gas-Zuführeinrichtung (29) so ausgeführt, dass das Gas in den Rohren (7) eine Leerrohrgasgeschwindigkeit im Bereich zwischen 0,2 und 2,0 m/s hat. - oder Heizvorrichtung, bei der der Wärmeübergang vom Schüttgut auf das Wärmeträgerfluid verbessert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 2. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist bekannt aus der DE 10 2004 041 375 A1 . Dort wird zur Verbesserung des Wärmeübergangs Gas im Gegenstrom durch die Wärmetauscherrohre geführt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der Wärmeübergang vom Schüttgut auf das Wärmeträgerfluid verbessert wird.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Wärmeübergang vom Schüttgut auf das Wärmeträgerfluid deutlich vorn Gasstrom des im Gegenstrom durch die Wärmetauscherrohre geführten Wärmeträger-Gases abhängt. Für ein bestimmtes Schüttgut gibt es überraschenderweise ein Maximum des Wärmeübergangs bei einer ganz bestimmten Menge des Wärmeträger-Gases, die durch die Wärmetauscherrohre geführt wird. Diese optimale Gasmenge, der eine Leerrohrgasgeschwindigkeit zugeordnet ist, die nachfolgend als kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit v_Lg,kr bezeichnet ist, liegt bei einem für das jeweilige Schüttgut eindeutig bestimmbaren Differenz druck am Wärmetauscherabschnitt der Vorrichtung. Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit wird berechnet aus der optimalen Gasmenge und dem freien Querschnitt aller Wärmetauscherrohre im Wärmetauscherabschnitt der Vorrichtung. Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit ist eine Funktion der Produkttemperatur, also eine Funktion des durch die Rohre geleiteten Schüttgutes, und des statischen Drucks in den Wärmetauscherrohren. Beim Kühlen des Schüttgutes ist beispielsweise die Leerrohrgasgeschwindigkeit am unteren Austrittsende der Wärmetauscherrohre aufgrund des gekühlten Schüttgutes niedriger als am Eintritt in die Wärmetauscherrohre. Die hier genannten kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeiten v_Lg,kr beziehen sich auf eine mittlere Schüttguttemperatur und einen mittleren statischen Druck im Wärmetauscherabschnitt. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass ein sehr guter Wärmeübergang zwischen dem Schüttgut und dem Wärmeträgerfluid ohne Störung des Schüttguttransports in den Wärmetauscherrohren erzielt werden kann, wenn eine Wärmeträger-Gasmenge im Gegenstrom zugeführt wird, die einer Leerrohrgasgeschwindigkeit im Bereich zwischen 20% und 200% der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit entspricht. Bevorzugt wird eine Gasmenge, die einer Leerrohrgasgeschwindigkeit entspricht, die im Bereich zwischen 40% und 160%, insbesondere zwischen 60% und 140%, mehr bevorzugt zwischen 80% und 120%, noch mehr bevorzugt bei 100% der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit liegt. Die Vorrichtung kann auch so gestaltet sein, dass sie Schüttgut entweder ausschließlich kühlt oder ausschließlich heizt. Die Wärmetauscherrohre sind vorzugsweise rund. Bevorzugte Verhältnisse zwischen Rohrinnen- und mittleren Partikeldurchmessern sind in der DE 10 2004 041 375 A1 offenbart, der Rohrdurchmesser kann aber auch größer oder kleiner sein als die angegebenen Verhältnisse. Die Wärmetauscherrohre können aber auch eine beliebige Querschnittsform haben. Prinzipiell können die Wärmetauscherrohre beispielsweise auch einen quadrati schen oder rechteckigen Querschnitt haben, wobei eine lange Seite des Querschnitts eine Erstreckung bis hin zum Durchmesser des Gehäuses haben kann. In diesem Fall sind diejenigen Gehäuseabschnitte, in denen das Wärmeträgerfluid geführt ist, plattenförmig. Daher ist auch eine plattenförmige Ausgestaltung von Wärmetauscherelementen, wie beispielsweise in der EP 0 444 338 B1 beschrieben, eine Ausgestaltung mit Wärmetauscherrohren im Sinne dieser Anmeldung. Eine Gasquelle der Gas-Zuführeinrichtung kann beispielsweise gleichzeitig auch die Gasversorgung einer im Zusammenhang mit der Vorrichtung verwendeten pneumatischen Fördervorrichtung sein. Dies kann realisiert werden, indem in einer Reingasleitung vor einer der Kühl- oder Heizvorrichtung beispielsweise nachgeschalteten Zellenradschleuse ein Gas-Teilstrom abgezogen und mit der Zuführleitung für das Wärmeträger-Gas verbunden wird.
Für typische Schüttgüter, insbesondere für Granulate mit einer typischen Partikelgröße von einigen Millimeter und damit verbundenen typischen Werten, was die Schüttdichte, das Volumen von Hohlräumen zwischen den Schüttgutpartikeln und die Partikeldichte angeht, hat sich eine Wärmeträger-Gasmenge zur Schaffung eines optimalen Wärmeübergangs zwischen dem Schüttgut und dem Wärmeträgerfluid als geeignet herausgestellt, die bei absoluten Leerrohrgasgeschwindigkeiten zwischen 0,2 m/s und 2,0 m/s liegt. Eine Wärmeträger-Gasmenge, die einer Leerrohrgasgeschwindigkeit von 0,5 m/s bis 1,2 m/s in den Wärmetauscherrohren entspricht, hat sich dabei für viele typischerweise verwendete Schüttgüter als geeignet herausgestellt.
Ein Filter nach Anspruch 3 sorgt für eine Reinigung des Wärmeträger-Gases vor der Einleitung in den bzw. nach der Abführung aus dem Schüttgut-Wärmetauscher.
Eine Heizeinrichtung nach Anspruch 4 beziehungsweise eine Kühleinrichtung nach Anspruch 5 ermöglichen eine zusätzliche Verbesserung der Wirkung des Schüttgut-Wärmetauschers dadurch, dass auch das Wärmeträger-Gas eine Wärmetauscher-Wirkung bekommt. Wenn das Schüttgut geheizt werden soll, wird das Wärmeträger-Gas mittels der Gas-Heizeinrichtung erwärmt. Wenn das Schüttgut gekühlt werden soll, wird das Wärmeträger-Gas mittels der Gas-Kühleinrichtung gekühlt.
Ein Kondensat-Abscheider nach Anspruch 6 verhindert, dass unerwünscht Feuchtigkeit über das Wärmeträger-Gas dem Schüttgut zugeführt wird.
Eine Ausführung der Abführleitung nach Anspruch 7 ermöglicht einen drucklosen Schüttgut-Eintragsabschnitt.
Eine Ausführung der Abführleitung nach Anspruch 8 ermöglicht die Wärmeträger-Gaszuführung mit einem Druckgaserzeuger, insbesondere mit genau einem Druckgaserzeuger, oder mit einem Sauggaserzeuger, insbesondere mit genau einem Sauggaserzeuger.
Eine Zellenradschleuse nach Anspruch 9 ermöglicht einen im Wesentlichen druckdichten abführseitigen Abschluss des Eintragsabschnitts. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine druckdichte abführseitige Gestaltung nach Anspruch 8 realisiert werden soll.
Ein Sieb nach Anspruch 10 verhindert, dass unerwünscht große beziehungsweise kleine Partikel in den Eintragsabschnitt gelangen. Das Sieb kann auch innerhalb des Eintragsabschnitts untergebracht sein. Alternativ können auch ein Verteiler oder ein Sichter zur Vorgabe von Schüttgut-Partikelgrößen eingesetzt werden.
Eine Schüttgut-Zuführleitung nach Anspruch 11 sorgt für eine definierte und symmetrische Schüttgutzufuhr. Auch eine exzentrische Schüttgut-Zufuhr ist möglich, was insbesondere bei kleinen Durchmessern der Vorrichtung aus Platzgründen von Vorteil sein kann.
Entsprechendes gilt für eine Schüttgut-Verteilereinheit nach Anspruch 12. Diese Schüttgut-Verteilereinheit kann insbesondere als der Schüttgut-Zuführleitung nachgeordneter Konus ausgeformt sein, dessen Spitze der Schüttgut-Zuführleitung zugewandt und zentrisch zu dieser angeordnet ist.
Eine Abführleitung nach Anspruch 13 führt zu einem definiert symmetrischen Strom des Wärmeträger-Gases. Die Abführleitung kann insbesondere als konzentrischer Spalt bzw. als Ringleitung um die Schüttgut-Zuführleitung ausgeführt sein.
Eine Sichtungsgas-Zuführleitung nach Anspruch 14 ermöglicht eine Sichtung des dem Schüttgut-Eintragsabschnitt zugeführten Schüttguts.
Dimensionsverhältnisse der Wärmetauscherrohre nach Anspruch 15 haben sich als für einen effizienten Betrieb des Schüttgut-Wärmetauschers besonders geeignet herausgestellt.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 16 ermöglicht eine Anpassung der Wärmeträger-Gasmenge an die Temperatur des ausgetragenen Schüttguts.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 17 ermöglicht eine Optimierung der Wärmeträger-Gasmenge in Abhängigkeit vom gemessenen Differenzdruck.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Betriebsverfahren für eine erfindungsgemäße Vorrichtung anzugeben, dass zu einem möglichst effizienten Arbeiten des Schüttgut-Wärmetauschers, insbesondere zu einer Beschleunigung der Inbetriebnahme des Schüttgut-Wärmetauschers, führt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 18 angegebenen Merkmalen.
Das schrittweise Erhöhen der Wärmeträger-Gasmenge, ausgehend von einer zunächst niedrigen Gasmenge, bei gleichzeitiger Überwachung des Differenzdrucks und/oder der Schüttguttemperatur im Austragsabschnitt führt zu einer definierten und sicheren Bestimmung der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit und damit zu einer reproduzierbaren Vorgabe einer Wärmeträger-Gasmenge, die zu einem optimierten Wärmeübergang vom Schüttgut auf das Wärmeträgerfluid führt.
Eine Bestimmung der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit über eine Temperaturmessung nach Anspruch 19 und/oder über eine Differenzdruckmessung nach Anspruch 20 ermöglicht eine sichere und reproduzierbare Bestimmung der optimalen Wärmeträger-Gasmenge.
Weitere Vorteile der Verfahren nach den Ansprüchen 19 und 20 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Vorrichtungen nach den Ansprüchen 16 und 17 erläutert wurden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine Schüttgut-Kühl- oder Heizvorrichtung schematisch im vertikalen Längsschnitt;
2 bis 4 weitere Ausführungen von Schüttgut-Kühl- oder Heizvorrichtungen in einer zur 1 ähnlichen Darstellung;
5 schematisch in einem Diagramm die Abhängigkeit einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit in Wärmetauscherrohren der Schüttgut-Kühl- oder Heizvorrichtungen nach den 1 bis 4 von einer Schüttdichte des zu kühlenden oder zu heizenden Schüttguts;
6 schematisch in einem Diagramm die Abhängigkeit der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit von einem typischen Durchmesser d_P von Schüttgutpartikeln;
7 schematisch in einem Diagramm die Abhängigkeit der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit von einem typischen Hohlraumvolumen V_H, welches zwischen Schüttgutpartikeln gebildet ist; und
8 schematisch in einem Diagramm die Abhängigkeit der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit von einer Partikeldichte ρ_P der Schüttgutpartikel.
Eine in der 1 dargestellte Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut hat einen oberen Eintrags- bzw. Pufferabschnitt 1, einen mittleren Wärmetauscherabschnitt 2 und einen unteren Austragsabschnitt 3. Die Abschnitte 1, 2, 3 haben jeweils einen Kreisquerschnitt. Der gehäuseartige, im Wesentlichen umschlossene Pufferabschnitt 1 ist mit einem oberen Zulaufstutzen 4 zur Zuführung eines zu kühlenden oder heizenden Schüttguts versehen. Beim zu kühlenden oder heizenden Schüttgut handelt es sich insbesondere um ein Granulat bzw. um ein pelletförmiges Schüttgut. Eine Partikel- bzw. Korngrößenverteilung des Schüttguts kann im Wesentlichen um ein ausgeprägtes Maximum zentriert sein, also zu einem homogenen Schüttgut mit praktisch gleichen Partikelgrößen führen, wie dies in der Regel für ein Granulat der Fall ist. Alternativ kann die Partikel- bzw. Korngrößenverteilung auch heterogener sein, d. h. es können Partikel deutlich unterschiedlicher Größen entweder in Form einer kontinuierlichen Korngrößenverteilung oder in Form einer Korngrößenverteilung mit mehreren Maxima vorliegen. Eine derart heterogene Verteilung ist in der Regel bei granulatförmigen Schuttgut der Fall. Dabei kann es sich um Kunststoffgranulate, Harnstoffpellets, Düngemittelprills oder Holz- oder Futtermittelpellets handeln. Das Volumen des oberen Pufferabschnitts 1 ist derart groß, dass Schüttgut dort eine Verweilzeit hat, die geringer ist als 2 Minuten. Prinzipiell sind auch größere Verweilzeiten bis hin zu 30 Minuten möglich.
Der Zulaufstutzen 4, der eine Schüttgutzuführ-Leitung in den Pufferabschnitt 1 darstellt, mündet zentrisch in den Pufferabschnitt 1 ein. Dem Zulaufstutzen 4 vorgeordnet kann im Förderweg des Schüttguts noch eine Siebeinrichtung 4a sein, mit der Grob- und/oder Feinanteile des Schüttguts, deren Partikelgrößen oberhalb eines ersten vorgegebenen Grenzwerts oder unterhalb eines zweiten vorgegebenen Grenzwerts liegen, zurückgehalten oder abgeschieden werden. Alternativ oder zusätzlich zur Siebeinrichtung 4a kann im Zuführweg des Schüttguts vor dem Zulaufstutzen 4 auch ein Verteiler oder ein Sichter angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich zu der Siebeinrichtung 4a kann ein statisches Sieb 4b im Eintrags- beziehungsweise Pufferabschnitt 1 eingebaut sein. Das statische Sieb 4b dient insbesondere dazu, Schüttgut-Agglomerate zurückzuhalten.
Der Wärmetauscherabschnitt 2 hat ein Gehäuse 5, in dessen Innenraum 6 parallel zueinander Wärmetauscherrohre 7 jeweils mit Abstand zueinander angeordnet sind. Der Innenraum 6 ist also ein Wärmetausch-Raum. Die Wärmetauscherrohre 7 haben ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser, welches im Bereich zwischen 15 und 300 und insbesondere zwischen 30 und 250 liegt.
Benachbart zum Austragsabschnitt 3 mündet in den Innenraum 6 des Gehäuses 5 des Wärmetauscherabschnitts 2 ein Zuführstutzen 8 für Wärmeträgerfluid ein. Benachbart zum Pufferabschnitt 1 mündet ein Abfrührstutzen 9 für Wärmeträgerfluid aus dem Innenraum 6 des Gehäuses 5 aus. Im Innenraum 6 sind Umlenkplatten 10 jeweils quer zur Längsrichtung der Rohre 7 im Abstand voneinander derart angebracht, dass das über den Zuführstutzen 8 zugeführtes Wärmeträgerfluid entsprechend einem Strömungsrichtungspfeil 11 mäanderförmig durch den Innenraum 6 jeweils quer zur Längsrichtung der Rohre 7 schrittweise nach oben zum Abführstutzen 9 strömt. Die Umlenkplatten 10 werden von den Rohren 7 durchtreten. Der Wärmetauscherabschnitt 2 ist also für einen Kreuzgegenstrom des Wärmeträgerfluids ausgelegt.
Der Innenraum 6 kann mit einer die Rohre 7 umhüllenden Schüttung 12 aus Glaskugeln, Stahlkugeln und/oder Kunststoffgranulat gefüllt sein, die zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem Wärmeträgerfluid und den Rohren 7 beiträgt. Die Einfüllung dieser Schüttung 12 in den Innenraum 6 erfolgt über den Abführstutzen 9. Eine eventuelle Entnahme der Schüttung 12 erfolgt über den Zuführstutzen 8. Zur Sicherung der Schüttung 12 im Innenraum 6 haben die Stutzen 8, 9 herausnehmbare Rückhaltesiebe 13. Die Größe der Partikel der Schüttung 12 sollte so sein, dass sie nach der Herstellung des Wärmetauscherabschnitts 2 in diesen eingebracht werden können. Die Partikel der Schüttung 12 sind also in jedem Fall kleiner als der Teilungsabstand der Rohre 7. Die Partikel der Schüttung 12 haben bevorzugt Kugel-, Linsen- oder Zylinderform.
Die Rohre 7 sind an ihren oberen Enden mit einem fest mit dem Gehäuse 5 verbundenen Einlauf-Rohrboden 14 und an ihren unteren Enden mit einem Auslauf-Rohrboden 15 derart verbunden, dass sie zum Pufferabschnitt 1 und zum Austragsabschnitt 3 hin offen sind. Zwischen dem Pufferabschnitt 1 und dem Wärmetauscherabschnitt 2 einerseits und dem Wärmetauscherabschnitt 2 und dem Austragsabschnitt 3 andererseits bestehen Flanschverbindungen 16 beziehungsweise 17. Der Einlauf-Rohrboden 14 ist so gestaltet, dass jedes Rohr 7 einen sich zum Pufferabschnitt 1 hin erweiternden, sich zum jeweiligen Rohr 7 hin also verengenden Zulauftrichter 18 aufweist. Benachbarte Trichter 18 sind so dimensioniert, dass sie sich oben in einer verhältnismäßig scharfen Kante treffen. Die Zulauf-Trichter 18 haben einen Öffnungswinkel α, der zwischen 30° und 180° liegen kann und vorzugsweise im Bereich von 40° bis 120° liegt. Hierdurch wird vermieden, dass im Einlauf-Rohrboden 14 zwischen benachbarten Rohren 7 Toträume, Totflächen oder Schüttgut-Brücken entstehen, auf denen Schüttgut 20 unerwünscht liegen bleibt. Alternativ ist auch ein gerader Einlauf-Rohrboden 14 (α = 180°) möglich. Bevorzugte Anordnungen für die Rohre 7 sind dreieckig, also insbesondere eine hexagonale Anordnung, bei der jedes Rohr sechs nächste Nachbarn hat, quadratisch, also eine Anordnung, bei der jedes Rohr vier nächste Nachbarn hat, oder eine Anordnung auf Teilkreisen.
An der Außenseite 5 sind Vibratoren 21 angebracht, mit denen der gesamte Wärmetauscherabschnitt 2 und damit die Rohre 7 in Vibrationen 7 versetzt werden können, wodurch ein Wärmeübergang auf der Innenseite der Rohre 7, also zwischen diesen und dem Schüttgut 20, verbessert wird.
Der Austragsabschnitt 3 hat die Form eines sich nach unten verjüngenden kegelförmigen Trichters. Eine solche Form bewirkt, dass das Schüttgut 20 im Austragsabschnitt 3 an allen Stellen eines beliebig ausgewählten Querschnitts mit nahezu der gleichen Geschwindigkeit fließt, wobei bei dieser Betrachtung der unmittelbare Randbereich nicht berücksichtigt wird, da hier immer eine gewisse Verzögerung durch Wandreibung eintritt. Als Austragseinrichtung ist eine Zellenradschleuse 22 vorgesehen, deren Gehäuse 23 über ein Fallrohr 24 mit dem Austragsabschnitt 3 verbunden ist. Im Gehäuse 23 ist ein Zellenrad 25 angeordnet, dass von einem Motor 26 drehantreibbar ist. Der Motor 26 wird von einem Füllstands-Melder 27 angesteuert, der den Füllstand des Schüttguts 20 im Pufferabschnitt 1 erfasst.
Die Zellenradschleuse 22 kann gleichzeitig als Austragsorgan in eine pneumatische Fördereinrichtung genutzt werden, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Anstelle der Zellenradschleuse 22 können auch andere, hinreichend fluiddichte Austragsorgane eingesetzt werden. Zu derartigen alternativen Austragsorganen gehören Doppelklappenschleusen oder Förderschnecken, in denen das Produkt zur Fluid-Abdichtung verdichtet wird. Als Austragsorgan kann auch ein langes Fallrohr mit einem zugeordneten Dosierschieber eingesetzt werden, soweit das Schüttgut im Fallrohr eine hinreichend fluidabdichtende Wirkung übernimmt.
In den Austragsabschnitt 3 mündet eine Zuführleitung 28 für ein Wärmeträger-Gas ein. An die Zuführleitung 28 angeschlossen ist ein Druckgaserzeuger 29, bei dem es sich beispielsweise um einen Ventilator, um ein Drehkolbengebläse, um einen Schraubenverdichter oder um ein Seitenkanalgebläse handeln kann. Der Druckgaserzeuger 29 saugt Wärmeträger-Gas, zum Beispiel Luft, über eine Saugleitung 30 und einen Ansaugfilter 31 an. Dem Druckgaserzeuger 29 in der Gas-Zuführleitung 28 nachgeordnet ist ein Gas-Wärmetauscher 32, mit dem das Wärmeträger-Gas wahlweise geheizt oder gekühlt werden kann. Sofern das Wärmeträger-Gas je nach Einsatz des Schüttgut-Wärmetauschers nur gekühlt oder nur geheizt werden soll, kann anstelle des Gas-Wärmetauschers 32 auch ein reiner Gaskühler oder ein reiner Gasheizer vorgesehen sein.
Dem Gas-Wärmetauscher 32 in der Gas-Zuführleitung 28 nachgeordnet ist ein Kondensatabscheider 33. Zwischen diesem und der Einmündung der Zuführleitung 28 in den Austragsabschnitt 3 ist ein Sicherheitsfilter 34 zum Herausfiltern restlicher Rückstände im Wärmetauscher-Gas angeordnet.
Ein Differenzdrucksensor 34a steht über eine erste Messleitung 34b mit dem oberen Pufferabschnitt 1 und über eine zweite Messleitung 34c mit dem Austragsabschnitt 3 in Verbindung. Über eine nicht dargestellte Signalverbindung steht der Differenzdrucksensor 34a mit der Steuereinrichtung 45 und einer Steuereinheit 34d in Verbindung. Letztere steht wiederum mit dem Druckgaserzeuger 29 in Signalverbindung.
Nach dem Eintritt in den Austragsabschnitt 3 durchströmt das Wärmeträger-Gas den Schüttgut-Wärmetauscher entgegen der Strömungsrichtung des Schüttguts 20. Der Schüttgut-Wärmetauscher ist also für einen Gegen strom des Wärmeträger-Gases zum Schüttgut 20 ausgelegt. Nach dem Verlassen der Wärmetauscherrohre 7 strömt das Wärmeträger-Gas durch den oberen Pufferabschnitt 1 und verlässt diesen über einen Abgasstutzen 34. Ausgangsseitig des Abgasstutzens 34 liegt eine offene Stelle 35. In diesem Bereich ist der Weg des Wärmeträger-Gases also nicht druckdicht zur Umgebung hin abgeschlossen. Oberhalb der offenen Stelle 35 ist ein Ansaugtrichter 36 einer weiteren Saugleitung 37 angeordnet. Die Saugleitung 37 mündet in einen Sauggaserzeuger 38, bei dem es sich ebenfalls um einen Ventilator, um ein Drehkolbengebläse, um einen Schraubenverdichter oder um ein Seitenkanalgebläse handeln kann. Zwischen dem Ansaugtrichter 36 und dem Sauggaserzeuger 38 ist ein Zyklon beziehungsweise ein Filter 39 zur Reinigung des Wärmeträger-Gases angeordnet. Vor dem Sauggaserzeuger 38 kann eine nicht dargestellte Kühleinrichtung für das Wärmeträger-Gas angeordnet sein, um zu vermeiden, dass das Gas insbesondere für Kühlaufgaben mit zu hoher Temperatur in den Sauggaserzeuger 38 eintritt.
Die Förderleistung des Sauggaserzeugers 38 ist auf diejenige des Druckgaserzeugers 29 abgestimmt. Nach dem Sauggaserzeuger 38 kann das Wärmeträger-Gas über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Verbindungsleitung wiederum über den Ansaugfilter 31 und die Saugleitung 30 dem Druckgaserzeuger 39 zugeführt werden, sodass eine geschlossene Führung des Wärmeträger-Gases resultiert.
Der Druckgaserzeuger 29 stellt eine Gas-Zuführeinrichtung für Wärmeträger-Gas dar. Die Leistung des Druckgaserzeugers 29 ist abgestimmt auf die Strömungsverhältnisse in den Wärmetauscherrohren 7 derart, dass das Wärmeträger-Gas in den Rohren 7 eine Leerrohrgasgeschwindigkeit hat, die im Bereich zwischen 20% und 200% einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit liegt. Typische Dimensionen des Schüttguts 20, nämlich ins insbesondere eine typische Schüttgutdichte, einen typischen Durchmesser der Schüttgutpartikel, ein typisches Volumen von Hohlräumen (vergleiche beispielhaft 40 in der 1) zwischen den Schüttgutpartikeln und eine typische Partikeldichte vorausgesetzt, ist die Leistung des Druckgaserzeugers 29 so abgestimmt, dass das Gas in den Wärmetauscherrohren 7 eine Leerrohrgasgeschwindigkeit zwischen 0,2 m/s und 2,0 m/s, vorzugsweise zwischen 0,4 m/s und 1,6 m/s, noch mehr bevorzugt zwischen 0,6 m/s und 1,4 m/s, noch mehr bevorzugt zwischen 0,6 m/s und 1,2 m/s, hat.
Im Austragsabschnitt 3 sind Leitflächen 41 für die Gaszufuhr ausgebildet. Das Wärmeträger-Gas kann auch auf andere konstruktive Art in den Austragsabschnitt 3 eingebracht werden. Entsprechende Vorrichtung zur Gaseinbringung, zum Beispiel beim Einblasen von Gas über einen im Vergleich zum Austragsabschnitt 3 umgekehrten Konus sind dem Fachmann beispielsweise aus der DE 100 54 240 A1 bekannt. Im Fallrohr 24 ist eine weitere Leitfläche 42 ausgebildet, die das Schüttgut 20 aus dem Austragsabschnitt 3 zur aufdrehenden Seite des in einer Drehrichtung 43 angetriebenen Zellenrades 25 leitet. Dies gewährleistet einen gleichmäßigen Abzug des Schüttguts 20 über den gesamten Zulaufquerschnitt der Zellenradschleuse 22.
An der Innenwand des Fallrohrs 24 ist ein Temperatursensor 44 zur Bestimmung der Temperatur des Schüttguts 20 im Fallrohr 24 angeordnet. Der Temperatursensor 44 steht mit einer zentralen Steuereinrichtung 45 des Schüttgut-Wärmetauschers in Signalverbindung. Diese Signalverbindung kann kabelgebunden oder drahtlos sein. Die Steuereinrichtung 45 steht wiederum in nicht dargestellter Weise, die ebenfalls kabelgebunden oder drahtlos sein kann, mit dem Druckgaserzeuger 29 und dem Sauggaserzeuger 38 in Signalverbindung. Auch eine Verbindung der Steuereinrichtung 45 mit einer nicht dargestellten Drosselarmatur zur Einstellung eines Gasvolumenstroms ist möglich.
Beim Betrieb des Schüttgut-Wärmetauschers wird zunächst eine kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit v_Lg,kr bestimmt. Dabei wird zunächst der Schüttgut-Wärmetauscher mit Schüttgut 20 und mit einer ersten niedrigen Leistung des Druckgaserzeugers 29 betrieben, die einer ersten, niedrigen Gegenstrom-Gasmenge entspricht. Diese Gasmenge wird dann durch schrittweises Erhöhen der Leistung des Druckgaserzeugers 29 oder durch Öffnen einer nicht dargestellten Drosselarmatur auf der Saug- oder auf der Druckseite des Druckgaserzeugers 29 schrittweise erhöht. Gleichzeitig wird der Einfluss des Wärmeträger-Gases auf das Schüttgut innerhalb der Wärmetauscherrohre 7 überwacht. Diese Überwachung kann beispielsweise durch eine Messung des Differenzdruckes am Wärmetauscherabschnitt 2 über den Differenzdrucksensor 34a erfolgen. Alternativ kann die Überwachung erfolgen durch Temperaturmessung des Schüttgutes 20 über den Temperatursensor 44 im Austragsabschnitt 3.
Eine kritische Wärmeträger-Gasmenge ist im Falle einer Differenzdruck-Überwachung erreicht, wenn sich nach einer schrittweisen Erhöhung der Wärmeträger-Gasmenge ein maximaler Druckverlust zwischen dem Pufferabschnitt 1 und dem Austragsabschnitt 3, gemessen durch den Differenzdrucksensor 34a, eingestellt hat. Bei einer Temperatur-Überwachung ist die kritische Wärmeträger-Gasmenge erreicht, wenn die Temperatur des Schüttguts im Austragsabschnitt 3 beim Kühlen des Schüttguts 20 minimal wird beziehungsweise beim Aufheizen des Schüttguts 20 maximal wird.
Prinzipiell kann zur Bestimmung einer kritischen Wärmeträger-Gasmenge auch der Schüttgut-Transport durch die Wärmetauscherrohre 7 überwacht werden. Diese Überwachung kann beispielsweise durch eine Sichtprüfung einer Gasblasenbildung in den Wärmetauscherrohren 7 erfolgen. Alternativ kann die Überwachung erfolgen durch eine Messung des Mengentransports des Schüttguts durch alle Wärmetauscherrohre 7 oder durch bestimmte Wärmetauscherrohre 7. Schließlich kann die Überwachung auch erfolgen, indem die Geschwindigkeit des Schüttguttransports durch alle oder durch bestimmte Wärmetauscherrohre 7 gemessen wird. Eine kritische Wärmeträger-Gasmenge ist erreicht, wenn sich bei der Sichtprüfung erstmals Gasblasen im in den Rohren 7 transportierten Schüttgut 20 bilden oder wenn eine beginnende Fluidisierung des Schüttguts 20 festgestellt wird. Bei einer Überwachung durch Mengentransport-Messung ist eine kritische Wärmeträger-Gasmenge dann erreicht, wenn der gemessene Schüttgut-Mengentransport weniger als 90% eines Wärmeträger-Gas-Gegenstrom-freien Schüttgutmengentransports beträgt. Bei einer Geschwindigkeitsüberwachung des Schüttgut-Transports ist eine kritische Wärmeträger-Gasmenge erreicht, wenn die gemessene Schüttgut-Geschwindigkeit weniger als 90° einer Wärmeträger-Gas-Gegenstrom-freien Schüttgut-Geschwindigkeit beträgt.
Die jeweils bestimmte kritische Gasmenge ist eindeutig korreliert mit einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit in den Wärmetauscherrohren 7, das heißt mit der Geschwindigkeit des Wärmetauscher-Gases bei vorgegebener Leistung des Druckgaserzeugers 29 zur Erzeugung der kritischen Gasmenge in den leeren Wärmetauscherrohren 7.
Nach Bestimmung der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit wird dann der Schüttgut-Wärmetauscher mit einer Wärmeträger-Gasmenge betrieben, die einer Leerrohrgasgeschwindigkeit entspricht, die im Bereich zwischen 20% und 200% der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit liegt.
Alternativ kann beim Betrieb des Schüttgut-Wärmetauschers, insbesondere, wenn Schüttgut 20 verwendet wird, dessen Daten hinsichtlich der Schüttdichte, der Partikelgröße, Hohlraumvolumens und der Partikeldichte innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen, auf die Bestimmung der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit verzichtet werden. In diesem Fall wird der Schüttgut-Wärmetauscher mit einer Leistung des Druckgaserzeugers 29 betrieben, die zu einer Leerrohrgasgeschwindigkeit zwischen 0,2 m/s und 2,0 m/s, vorzugsweise zwischen 0,4 m/s und 1,6 m/s, noch mehr bevorzugt zwischen 0,6 m/s und 1,4 m/s, noch mehr bevorzugt zwischen 0,6 m/s und 1,2 m/s führt.
Das im Gegenstrom durch die Wärmetauscherrohre 7 strömende Wärmeträger-Gas verbessert den Wärmeübergang zwischen dem Schüttgut 20 und dem durch den Innenraum 6 strömenden Wärmeträgerfluid. Dabei dient das Wärmeträger-Gas einerseits als direktes Wärmeübertragungsmedium; andererseits sorgt das Wärmeträger-Gas für eine mechanische Umlagerung der Schüttgutpartikel zueinander und zu den Innenwänden der Rohre 7. Zudem nimmt das Wärmeträger-Gas selbst Wärme vom Schüttgut 20 auf beziehungsweise gibt Wärme an das Schüttgut 20 ab.
Wenn das Schüttgut 20 im Schüttgut-Wärmetauscher gekühlt werden soll, wird das Wärmeträger-Gas im Wärmetauscher 32 vorgekühlt. Wenn das Schüttgut 20 im Schüttgut-Wärmetauscher erwärmt werden soll, wird das Wärmeträger-Gas im Wärmetauscher 32 vorgewärmt. Wenn das Wärmeträger-Gas gekühlt wird, kann hierdurch auftretendes Kondensat im Kondensat-Abscheider 33 abgeschieden werden.
Die für die Erzielung eines optimalen Wärmeübergangs auf das Schüttgut 20 einzustellende Wärmeträger-Gasmenge kann von der Auslauftemperatur des Schüttguts 20 abhängig sein. Dies kann beim Schüttgut-Wärmetauscher nach 1 berücksichtigt werden. In diesem Fall wird mit dem Temperatursensor 44 die Temperatur des Schüttguts 20 im Austragsabschnitt 3 beziehungsweise im Fallrohr 24 bestimmt. Durch entsprechende Ansteuerung des Druckgaserzeugers 29 über die Steuereinrichtung 45 wird dann die Wärmeträger-Gasmenge in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und von der aktuellen Leistung des Druckgaserzeugers 29, also von der aktuellen Gasmenge, verändert.
Die schematischen Diagramme der 5 bis 8 zeigen typische Zusammenhänge zwischen Parametern des Schüttguts 20 und der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit. Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit v_Lg,kr steigt mit steigender Schüttdichte ρ_Sch (vergleiche 5). Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit v_Lg,kr steigt mit dem mittleren Partikeldurchmesser d_P (vergleiche 6). Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit v_Lg,kr steigt mit den Volumen V_H der Hohlräume 40 zwischen den Schüttgutpartikeln (vergleiche 7). Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit v_Lg,kr steigt mit der Partikeldichte ρ_P (vergleiche 8).
Die Hohlraum-Volumina können zu einem Hohlraumanteil zwischen den Schüttgutpartikeln führen, der in der Regel zwischen 30% und 70% und oftmals zwischen 35% und 60% liegt.
Das Schüttgut 20 kann einen typischen mittleren Partikeldurchmesser (Durchmesser einer Kugel gleichen Volumeninhalts) im Bereich zwischen 0,5 mm und 15 mm, zum Beispiel zwischen 1 und 10 mm, haben. Hierbei werden Feinanteile, Stab oder feiner Kornbruch nicht berücksichtigt. Der mittlere Partikeldurchmesser ist insbesondere im Bereich von 2 mm bis 6 mm.
Eine weitere Ausführung eines Schüttgut-Wärmetauschers wird nachfolgend anhand der 2 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die 1 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Bei der Ausführung nach 2 ist dem Zulaufstutzen 4 eine Zuführ-Zellenradschleuse 46 direkt vorgeordnet. Die Zuführ-Zellenradschleuse 46 dichtet den Zulaufstutzen 4 zuführseitig im Wesentlichen ab.
Bei der Ausführung nach 2 ist der Abgasstutzen 34 druckdicht mit einer Förderleitung 47 für das Wärmeträger-Gas verbunden. In der Förderleitung 47 ist ein Filter beziehungsweise ein Zyklon 48 zur Reinigung des durch die Förderleitung 47 geführten Wärmeträger-Gases, insbesondere zur Staubabscheidung, angeordnet. Über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung kann die Förderleitung 47 mit dem Ansaugfilter 31 und der Saugleitung 30 verbunden sein, sodass insgesamt ein geschlossenes Leitungssystem zur Führung des Wärmeträger-Gases resultiert.
Bei der Ausführung nach 2 kann auf den zusätzlichen Sauggaserzeuger (vergleiche Sauggaserzeuger 38 in der 1) verzichtet werden. Die gesamte Gasmenge und die gesamte Führung des Wärmeträger-Gases wird vom Druckgaserzeuger 29 bereitgestellt. Bei der Ausführung nach 2 steht insbesondere auch der Pufferabschnitt 1 unter Druck.
Eine weitere Ausführung eines Schüttgut-Wärmetauschers wird nachstehend anhand der 3 erläutert. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die Schüttgut-Wärmetauscher nach den 1 und 2 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Anstelle eines Abgasstutzens (vergleiche Abgasstutzen 34 in den 1 und 2) hat der Pufferabschnitt 1 des Schüttgut-Wärmetauschers nach 3 eine konzentrisch zum Zulaufstutzen 4 angeordnete Abgas-Ringleitung 49, die vom koaxial hierzu angeordneten Zulaufstutzen 4 durchtreten wird. Die Ringleitung 49 beziehungsweise ein entsprechend angeordneter konzentrischer Spalt steht wiederum mit einer Verbindungsleitung 50 in Fluidverbindung, die wiederum unterhalb des Ansaugtrichters 36 endet.
Unterhalb der Ausmündung des Zulaufstutzens 4 in den Pufferabschnitt 1 ist als Schüttgut-Verteilereinheit 51 ein Konus angeordnet. Die Spitze 52 des Konus 51 ist dem Zulaufstutzen 4 zugewandt. Die Spitze 52 ist zentrisch unterhalb der Ausmündung des Zulaufstutzens 4 in den Pufferabschnitt 1 angeordnet. Die Schüttgut-Verteilereinheit 51 ist um eine zentrale Längsachse des Pufferabschnitts 1 rotationssymmetrisch.
In den Pufferabschnitt 1 des Schüttgut-Wärmetauschers nach 3 mündet eine Sichtungsgas-Zuführleitung 53 ein. Letztere steht mit einer Sichtungsgas-Zuführeinrichtung 54 in Form eines weiteren Druckgaserzeugers in Verbindung.
Über die Sichtungsgas-Zuführleitung 53 kann Sichtungsgas in den Pufferabschnitt 1 eingeblasen werden, wodurch das zugeführte Schüttgut 20 gesichtet werden kann. Alternativ ist es auch möglich, das Sichtungsgas über die Zuführeinrichtung für das Wärmeträger-Gas zuzuführen, also über den Druckgaserzeuger 29 oder den Sauggaserzeuger 39.
Eine weitere Ausführung eines Schüttgut-Wärmetauschers wird nachfolgend anhand der 4 erläutert. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die Ausführungen nach den 1 bis 3 beschrieben wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die Wärmeträger-Gasführung unterscheidet sich beim Schüttgut-Wärmetauscher nach 4 von demjenigen nach 1 in Folgendem: Der Schüttgut-Wärmetauscher nach 4 hat keinen Druckgaserzeuger (vergleiche Druckgaserzeuger 29 in der 1). Das Schüttgut wird den Wärmetauschern nach 4 über eine hinreichend gasdichte Zellenradschleuse 46 zugeführt. Zudem fehlt beim Schüttgut-Wärmetauscher nach 4 die offene Stelle 35. Der Abgasstutzen 34 ist druckdicht mit der Saugleitung 37 verbunden. Zur Erzeugung einer durch den Schüttgut-Wärmetauscher geförderten Wärmeträger-Gasmenge reicht bei der Ausführung nach 4 also der Sauggaserzeuger 38 aus. In diesem Falle ist also der Sauggaserzeuger 38 die Gas-Zuführeinrichtung. Für die Einstellung der Leistung des Sauggaserzeugers 38 gilt daher, insbesondere im Zusammenhang mit der Bestimmung der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit im Vorbereitungs-Betrieb des Schüttgut-Wärmetauschers, was vorstehend zum Druckgaserzeuger 29 der Ausführungen nach den 1 und 3 erläutert wurde.
Das durch das Schüttgut 20 strömende Wärmeträger-Gas kann insbesondere auch eine Trocknung des Schüttguts herbeiführen. Hierzu kann das Wärmeträger-Gas in der Gas-Zuführleitung 28 vorgetrocknet werden.
Ein Beispiel für das Schüttgut 20 ist pelletiertes Tierfutter mit einer Schüttdichte von 650 kg/m³ und einer Partikeldichte von 1461 kg/m³. Der sich hieraus ergebende Hohlraum-Volumenanteil ist 56%. Die Tierfutter-Pellets sind stäbchenförmig mit einem Durchmesser der Stäbchen von etwa 5 mm und einer Länge von etwa 10 bis 25 mm. Die optimale Leerrohrgasgeschwindigkeit zur Erzielung eines effizienten Wärmeübergangs vom Schüttgut 20 auf das Wärmeträgerfluid liegt im Bereich von etwa 0,8 m/s bis 1,4 m/s.
Bei einem weiteren Beispiel ist das Schüttgut 20 ein unter Wasser granuliertes Kunststoffgranulat mit einer Schüttdichte von 530 kg/m³ und einer Feststoffdichte von 950 kg/m³. Es ergibt sich hieraus ein Hohlraum-Volumenanteil von 42%. Der äquivalente volumengleiche Kugeldurchmesser dieses Granulats beträgt 3,8 mm. Das Schüttgut 20 wurde von einer Temperatur von 90° bis 95°C mit Hilfe von Kühlwasser mit einer Temperatur von etwa 20° bis 30°C gekühlt und es wurden verschiedene Wärmeträger-Gasmengen eingeblasen. Die ermittelte kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit lag bei 0,7 m/s bis 0,9 m/s, wobei im Bereich der Leerrohrgasgeschwindigkeiten zwischen 0,5 und 1,1 m/s ein guter Wärmeübergang vom Schüttgut auf das Wärmeträgerfluid festgestellt wurde. Weiterhin wurde bei den durchgeführten Messungen ein Druckverlustmaximum zwischen dem Pufferabschnitt 1 und dem Austragsabschnitt 3 bei einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit im Bereich von 0,7 m/s bis 0,9 m/s festgestellt. Für die Versuche wurden verschiedene Rohrdurchmesser im Bereich von 25 mm bis 50 mm verwendet.
Typische Wärmeleitfähigkeitswerte für das Schüttgut 20 liegen im Bereich zwischen 0,05 und 0,25 W/mK, so lange die Schüttungen nicht gasdurchströmt sind.
Neben Luft können als Wärmetauscher-Gas auch andere Gase, insbesondere Stickstoff, Kohlendioxid, Offgas, also Stickstoff verunreinigt mit diversem Kohlenwasserstoff, und gegebenenfalls auch Wasserdampf, zum Einsatz kommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004041375 A1 [0002, 0005]
- EP 0444338 B1 [0005]
- DE 10054240 A1 [0048]

Claims

Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut – mit einem ein Gehäuse (5) aufweisenden Wärmetauscherabschnitt (2), – mit im Gehäuse (5) im Wesentlichen in Schwerkraftrichtung angeordneten Wärmetauscherrohren (7), – mit einer in das Gehäuse (5) einmündenden Zuführung (8) für ein Wärmeträgerfluid, – mit einer aus dem Gehäuse (5) ausmündenden Abführung (9) für das Wärmeträgerfluid, – mit einem am oberen Ende der Wärmetauscherrohre (7) angeordneten Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) zur Zuführung des Schüttguts (20) in die Rohre (7), – mit einem am unteren Ende der Wärmetauscherrohre (7) angeordneten Schüttgut-Austragsabschnitt (3) zur Abführung des Schüttguts (20 aus den Rohren (7), – mit einer in den Schüttgut-Austragsabschnitt (3) einmündenden Zuführleitung (28) für ein Wärmeträger-Gas, – mit einer aus dem Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) ausmündenden Abführleitung (34; 49) für das Wärmeträger-Gas, – mit einer Gas-Zuführeinrichtung (29; 38), die das Wärmeträger-Gas im Gegenstrom zum Schüttgutstrom von der Zuführleitung (28) über die Rohre (7) hin zur Abführleitung (34; 49) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Zuführeinrichtung (29; 38) zur Bereitstellung einer derart großen Gasmenge ausgeführt ist, dass das Wärmeträger-Gas in den Rohren (7) eine Leerrohrgasgeschwindigkeit hat, die im Bereich zwischen 20% und 200% einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit liegt.
Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut – mit einem ein Gehäuse (5) aufweisenden Wärmetauscherabschnitt (2), – mit im Gehäuse (5) im Wesentlichen in Schwerkraftrichtung angeordneten Wärmetauscherrohren (7), – mit einer in das Gehäuse (5) einmündenden Zuführung (8) für ein Wärmeträgerfluid, – mit einer aus dem Gehäuse (5) ausmündenden Abführung (9) für das Wärmeträgerfluid, – mit einem am oberen Ende der Wärmetauscherrohre (7) angeordneten Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) zur Zuführung des Schüttguts (20) in die Rohre (7), – mit einem am unteren Ende der Wärmetauscherrohre (7) angeordneten Schüttgut-Austragsabschnitt (3) zur Abführung des Schüttguts (20 aus den Rohren (7), – mit einer in den Schüttgut-Austragsabschnitt (3) einmündenden Zuführleitung (28) für ein Wärmeträger-Gas, – mit einer aus dem Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) ausmündenden Abführleitung (34; 49) für das Wärmeträger-Gas, – mit einer Gas-Zuführeinrichtung (29; 38), die das Wärmeträger-Gas im Gegenstrom zum Schüttgutstrom von der Zuführleitung (20) über die Rohre (7) hin zur Abführleitung (34; 49) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Zuführeinrichtung (29; 38) zur Bereitstellung einer derart großen Gasmenge ausgeführt ist, dass das Gas in den Rohren (7) eine Leerrohrgasgeschwindigkeit hat, die im Bereich zwischen 0,2 und 2,0 m/s liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Filter (31, 34, 39, 48) im Weg des Wärmeträger-Gases vor der Einmündung der Zuführleitung (28) und/oder im Weg des Wärmeträger-Gases nach der Ausmündung der Abführleitung (34; 49).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Gas-Heizeinrichtung (32) im Weg des Wärmeträger-Gases vor der Einmündung der Zuführleitung (28).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Gas-Kühleinrichtung (32) im Weg des Wärmeträger-Gases vor der Einmündung der Zuführleitung (28).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Kondensat-Abscheider (33) zwischen der Gas-Kühleinrichtung (32) und der Einmündung der Zuführleitung (28).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführleitung (34; 49) mit der Umgebung des Schüttgut-Wärmetauschers kommuniziert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführleitung (34, 47) druckdicht mit dem dann ebenfalls druckdicht ausgeführten Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Zellenradschleuse (46) zum Zuführen des Schüttguts (20) in den Eintragsabschnitt (1).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Sieb (4a; 4b) im Weg des Schüttguts (20) vor oder in dem Eintragsabschnitt (1).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine zentrisch in den Eintragsabschnitt einmündende Schüttgut-Zuführleitung (4).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schüttgut-Zuführleitung (4) im Eintragsabschnitt (1) eine Schüttgut-Verteilereinheit (51) nachgeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführ-Leitung (49) koaxial zur Schüttgut-Zuführleitung (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine in den Eintragsabschnitt (1) einmündenden Sichtungsgas-Zuführleitung (59), die mit der oder einer weiteren Gas-Zuführeinrichtung (54) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerrohre (7) ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser haben im Bereich zwischen 10 und 300, insbesondere im Bereich zwischen 30 und 250.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch – einen Temperatursensor (44) zur Bestimmung der Temperatur des Schüttguts (20) im Austragsabschnitt (3), – eine Steuereinrichtung (45), die mit dem Temperatursensor (44) und der Gas-Zuführeinrichtung (29; 38) in Signalverbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch – einen Differenzdrucksensor (34a) zur Bestimmung eines Differenzdrucks zwischen dem Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) und dem Austragsabschnitt (3), – eine Steuereinrichtung (45), die mit dem Differenzdrucksensor (34) und der Gas-Zuführeinrichtung (29; 38) in Signalverbindung steht.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 mit folgenden Schritten: – Bestimmen einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit (v_Lg,kr) durch – Betreiben der Vorrichtung mit einer ersten, niedrigen Gegenstrom-Gasmenge, – schrittweises Erhöhen der Gasmenge bei gleichzeitiger Überwachung eines Differenzdrucks zwischen dem oberen Pufferabschnitt (1) und dem Austragsabschnitt (3) und/oder bei gleichzeitiger Überwachung einer Schüttguttemperatur im Austragsabschnitt (3) bis zum Erreichen einer kritischen Gasmenge, die der zu bestimmenden Leerrohrgasgeschwindigkeit (v_Lg,kr) entspricht, – Betreiben der Vorrichtung mit einer Gasmenge im Bereich zwischen 20% und 200% der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 18 mit folgenden Schritten: – Bestimmen der Temperatur des Schüttguts (20) im Austragsabschnitt (3), – Verändern der Wärmeträger-Gasmenge in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur, bis eine weitere Veränderung der Wärmeträger-Gasmenge zu keiner weiteren Temperaturänderung führt.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19 mit folgenden Schritten: – Bestimmen des Differenzdrucks zwischen dem oberen Pufferabschnitt (1) und dem Austragsabschnitt (3), – Verändern der Wärmeträger-Gasmenge in Abhängigkeit vom gemessenen Differenzdruck, bis der Differenzdruck ein Maximum erreicht.