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Wärmeaustauscher mit zwei Kammern bzw. Kammergruppen Es sind Wärmeaustauscher
mit zwei Kammern bzw. Kammergruppen bekannt, deren eine als Heizkammer mit Einrichtungen
zum Aufheizen eines als Wärmeträger dienenden feinkörnigen und gegebenenfalls feuerflüssigen
Feststoffes versehen ist und die andere als Wärmeaustauschkammer zum unmittelbaren
Wärmeaustausch des durch die Kammer herabrieselnden Wärmeträgers mit einem flüssigen
oder gasf örrnigen Medium dient und bei dem Ein- und Austrag sowie Fördervorrichtungen
für die Wärmeträger sowie gegebenenfalls das Medium vorgesehen sind, z. B. ist ein
Wärmeaustauscher bekannt, bei dem zur thermischen Behandlung von gasförmigen Stoffen
feinkörnige Feststoffe im Kreislauf geführt werden. Die Feststoffteilchen gelangen
dabei in hintereinandergeschalteten Wärmeaustauschern in unmittelbarer Berührung
zunächst mit einem sie aufheizenden Mittel und dann mit dem zu behandelnden Stoff,
wobei sie in einem stetigen Sprühregen in die Kammer geführt werden. Die Kammern
sind mit mechanischer Schleuse zum. Ein- und Austragen der Feststoffe und Vorrichtungen
zum Verteilen derselben über den Kammerquerschnitt versehen und besitzen außerdem
beson-dere, gas- und drucksichere Ein- und Auslässe für das so zu behandelnde
Gas. Außerdem ist es bei derartigen Einrichtungen bekannt, den Fall der Wärmeträger
durch eingebaute Stauvorrichtungen zu vermindern. Die bekannten Vorrichtungen sind
jedoch nicht frei von Nachteilen, insbesondere der mögliche Wärmeaustauschwirkungsgrad
nicht ausgeschöpft. Tatsächlich ist die Berührungszeit zwischen den Wärmeträgern
und den aufzuheizenden Medien durch die Fallzeit der Wärmeträger gegeben, so daß
diese bezüglich ihres Wärmeeinhaltes nicht vollständig ausgenutzt werden können,
es sei denn, man nimmt unvorteilhafte große Bauhöhen in Kauf. Diesen Nachteil will
die Erfindung vermeiden.
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Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit zwei Kammern bzw.
Kammergruppen, bei denen die eine als Heizkammer mit Einrichtungen zum Aufheizen
eines als herabrieselnder Wärmeträger, dienenden feinkörnigen und gegebenenfalls
feuerflüssigen Feststoffes versehen. ist und die andere als Wärmeaustauschkammer
zum unmittelbaren Wärmeaustausch des Wärmeträgers mit einem festen oder flüssigen,
während des Heizvorganges entweder verdampfenden oder Gase bzw. Dämpfe ausscheidenden
Medium oder einem gasförmigen Medium dient und bei denn Ein- und Austrag sowie Fördervorrichtungen
für die Wärmeträger sowie gegebenenfalls das Medium vorgesehen sind.
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Die Erfindung wird darin gesehen, daß die zum unmittelbaren Wärmeaustausch
mit dem flüssigen oder gasförmigen Medium dienende Wärmeaustauschkammer in ihrem
unteren: Teil verengt und in bekannter Weise mit Düsen zum Einblasen eines Trägergases
versehen ist, wodurch in diesem Kammerteil ein Wirbelbett des Wärmeträgers gebildet
wird, wobei die Zuführung der festen oder flüssigen Stoffe in der Zone des Wirbelbettes
erfolgt, so daß in. der Zone der herabrieselnden Wärmeträger stets nur ein Wärmeaustausch
mit Gasen bzw. Dämpfen erfolgt.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß im unteren Teil der Wärmeaustauschkammer, in dem ein Wirbelbett aufrechterhalten
wird, die Berührungszeiten zwischen den Wärmeträgern und den aufzuheizenden: Medien
weitgehend beliebig eingestellt werden können., wodurch eine praktisch restlose
Ausnutzung des Wärmeinhaltes der Wärmeträger möglich ist. So besteht z. B. die Möglichkeit,
im unteren Teil eine Flüssigkeit zu verdampfen und den Dampf im. oberen Teil im
Kontakt mit den außerordentlichen heißen herabrieselnden Wärmeträgern noch zu überhitzen.
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Im einzelnen läßt sich die Erfindung auf verschiedene Weise verwirklichen.
So geht ein Vorschlag der Erfindung dahin, zwischen die erwähnte Heizkammer und
die Wärmeaustauschkammer einen Zwischenbunker einzuschalten, der vorzugsweise über
ein Druckausgleichsrohr mit der Wärmeaustauschkammer in Verbindung steht. Auf diese
Weise kann der Wärmeaustauschkammer der Wärmeträger nach den jeweiligen Verhältnissen
dosiert zugeführt werden.
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Im oberen Teil der Wärmeaustauschkammer, in dem die Wärmeträger frei
herabrieseln, kann es vorteilhaft sein, Staueinrichtungen vorzusehen, wobei sich
als solche dachförmige und vorzugsweise in ihren einzelnen Lagen um 90° zueinander
versetzte Leisten empfehlen. Als Staueinrichtung kann auch eine mit
Flügeln
versehene, in der Mittellängsachse der Kammer angeordnete drehbare Welle dienen,
die gegebenenfalls ebenso wie die Leisten zur Einführung eines gasförmigen aufzubeheizenden
Mediums dienen können. Auch können die Innenwandungen mit nach innen vorspringenden
Ansätzen versehen sein, die in den Zwischenräumen der Flügel liegen. Jedenfalls
kann man mit Hilfe derartiger Staueinrichtungen die Verteilung der Wärmeträger in
der Wärmeaustauschkammer regulieren und so auch in diesem oberen Teil günstige Kontaktverhältnisse
zwischen den Wärmeträgern und dem aufzuheizenden Medium herstellen.
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Im übrigen kann es vorteilhaft sein; zur Trennung des aus der Austauschkammer
ausgeschleusten Wärmeträgers nach verschiedenen Korngewichten einen Windsichter
vorzusehen, der mit einer zentralen Einführungsdüse für ein Trägergas und mehreren.,
am Mantelumfang angeordneten Sammeltaschen für die einzelnen Korngrößen bzw. Gewichte
versehen ist. Wenn derartige Windsichter oder ähnliche Trennvorrichtungen vorhanden
sind, kann man im übrigen, wie schon erwähnt, auch feste, feinkörnige Medien in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einfache Weise behandeln, wenn sie beim Erwärmen
Gase oder Dämpfe abgeben. Diese Stoffe werden dann in das Wirbelbett eingedrückt
und mit den Wärmeträgern ausgetragen und von ihnen abgesondert, während ihre Gase
oder Dämpfe im oberen Teil der Wärmeaustauschkammer durch die herabrieselnden Wärmeträger
weiter aufgeheizt werden. Bei Verwendung eines feuerflüssigen Wärmeträgers in der
Austauschkammer wird man im übrigen die Heizkammer als Schachtofen; ausbilden und
gegebenenfalls mit einem Schlakkenabstich oberhalb des Herdes versehen. Jedenfalls
gelingt gegenüber den bekannten Vorrichtungen zum Wärmeaustausch mit feinkörnigen
Wärmeträgern: eine wesentliche Verbesserung des Wärmeaustausches.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt Fig. 1 die Gesamtanlage,
Fig. 2 bis 5 verschiedene Fördereinrichtungen, Fig. 6 bis 8 verschiedene Verteileinrichtungen,
Fig. 9 Staueinrichtungen in der Wärmeaustauschkammer, Fig. 10 und 11 Zuführungen
für gasförmige Medien in die Austauschkammern, Fig. 12 einen Windsichter für den
Wärmeträger und Fig. 13 eine Heizkammer zur Herstellung feuerflüssiger Wärmeträger.
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Der in Fig. 1 dargestellte Wärmeaustauscher besteht in bekannter Weise
im wesentlichen aus einer Kammer 1 und einer Kammer 2 a, 2 b, die nacheinander
von dem Wärmeträger durchströmt werden und zu einerbaulichenEinheitzusammengefaßtsind.
Die im folgenden kurz als Heizkammer bezeichnete Kammer 1 enthält Heizeinrichtungen,
mittels derer der Wärmeträger auf die angestrebte Temperatur gebracht wird. Zwischen
die Austragsschleuse 3 der Kammer 1 und die zur Austauschkanune-r 2 a, 2 b
führende Fördereinrichtung 4 ist ein Zwischenbunker 5 mit Austragsschleuse
6 eingeschaltet. Kammerteil 2a ist als Kieselkammer ausgebildet, in dem verengten
Kammerteil 2b wird erfindungsgemäß ein Wirbelbett aufrechterhalten, wozu durch die
Stutzen 2c ein Trägergas in diese Zone eingeführt werden kann. Am Boden befindet
sich eine Trenneinrichtung 7 mit Antrittsleitung 7 a durch Abrieb entstehenden Staubanteile
des Wärmeträgers und der Apparatur aus dem Kreislauf des Wärmeträgers. Zu dessen
Rückförderung in die Heizkammer 1 dient eine Förderleitung B. Die in der Einrichtung
7 über 7a abgeschiedene Wärmeträgermenge kann durch eine entsprechende Teilmenge
ersetzt werden, die bei 9 in, den Kreislauf eingeführt wird. Zur Verteilung des
Wärmeträgers auf den Querschnitt der Austauschkammer 2 a, 2 b dient eine
als Lochsieb ausgebildete Verteileinrichtung 10. In Kammerteil 2 a vorgesehene dachförmige
Leisten 11 verlangsamen den Fall des Wärmeträgers durch die Kammer und bewirken
außerdem eine wiederholte Verteilung. Sie dienen. also gleichzeitig als Stau- und
Verteileinrichtungen.Das zubehandelndeMediumwird durch eine an eine Zuleitung 12
angeschlossene Ringleitung 13 mit gleichmäßig auf den Umfang der Kammer verteilten
AusIaßöffnungen 14 im Gegenstrom zu dem herabfallenden Wärmeträger in Kammerteil
2b
eingeführt. Mit 15 ist die Ableitung des erhitzten Mediums und mit 16 ein
vom Kammerteil 2a zum Zwischenbunker 5 führendes Druckausgleichsrohr bezeichnet.
In. den Leitungen 12 und 15 sowie im Rohr 16 sind entsprechende Drossel- oder Regelorgane
17 vorgesehen. Die Austrags.schIeusen 3 und 6 sowie die Trenneinrichtung 7 sind
drucksicher und gasdicht ausgebildet.
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Die Fördereinrichtung 4, die bei Wegfall des Zwischenbunkers 5 unmittelbar
an die Austragsschleuse 3 der Heizkammer 1 angeschlossen ist, besteht nach Fig.
2 aus einem Fallrohr 4 a, in dessen unterem Teil sich ein Injektor 40 befindet.
Diesem wird durch eine Leitung 41 zur pneumatischen Förderung des Wärmeträgers ein
Druckgas und/oder Dampf, vorzugsweise Druckluft, zugeführt, die unter einem etwas
höheren als dem in den Kammern 2 a, 2 b herrschenden Druck steht.
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Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführung wie Fig. 2, nur ist hier der
Zwischenbunker 5 zwischen der Austragsschleuse 3 mit Fallrohr 4 a und der Kammer
2 a vorgesehen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht die Fördereinrichtung
aus einer Transportschnecke 4 b zwischen dem Zwischenbunker 5 und der Wärmeaustauschkammer
2 a. Hier ist die Austragsschleuse 6 des Zwischenbunkers als entbehrlich fortgelassen.
Fig. 5 zeigt als Fördereinrichtung ein Rootsgebläse 4 c mit zwei gegenläufigen Lemniskatenf(ügeln
42.
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An Stelle eines Flachsiebes 10 kann: man auch mehrere nebeneinanderliegende
Zellenräder 10a als Verteileinrichtungen benutzen (Fig. 6). Zweckmäßig sind die
einzelnen Zellenwände, wie Fig. 7 zeigt, in Form flacher Schraubenflächen 100 ausgebildet.
Beispielsweise können ein oder mehrere solcher Zellenräder bei der Ausführungsform
nach Fig. 3 oberhalb der Kammer 2a an Stelle der Schleuse. 6 vorgesehen werden.
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Bei Verwendung von Flachsieben als Verteileinrichtungen können diese
gemäß Fig. 8 als Flachschieber 10 b bzw. 10 c innerhalb gasdichter Taschen 21 ausgebildet
sein. Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist das mit wenigen größeren Durchlässen
versehene Sieb 10 b in Betrieb und das mit zahlreichen kleinen Durchlässen ausgestattete
Sieb 10 c in die zugehörige Tasche zurückgezogen. Das Sieb 10c kann selbstverständlich
jederzeit gegen ein. anderes Sieb mit unterschiedlicher Anzahl und Größe von Durchlaßöffnungen
ausgetauscht werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 sind mehrere
Flachsiebe 10 innerhalb der Austauschkammer im Kammerteil 2a in Abständen übereinander
angeordnet, deren Durchlaßöffnungen zweckmäßig versetzt zueinander liegen. Die Siebe
10 dienen daher gleichzeitig auch als Stauvorrichtung für den herabfallenden Wärmeträger.
Zur Einleitung des aufzuheizenden Mediums dient an Stelle einer Ringleitung ein
Zentralrohr 13 a mit Öffnungen 14, das gegebenenfalls drehbar sein kann.
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Fig. 10 zeigt einen waagerechten Querschnitt durch die Ringleitung
13 der Fig. 1. Man sieht daraus die gleichmäßige Verteilung des durch die Öffnungen
14 einströmenden Mediums auf den ganzen Querschnitt der Austauschkammer 2a. Bei
der Ausführung nach Fig. 11 zweigen von der Zuleitung 12 zwei Leitungen 13 d ab,
die sich nochmals in Leitungen 13 e gabeln. Die Querschnitte der Leitungen 13 d
und ebenso die der Leitungen 13 e sind gleich. Die Leitungen bieten wegen ihrer
symmetrischen Ausführung dem durchströmenden Medium den gleichen Widerstand, zumal
die, Strömungslänge zwischen der Abzweigstelle von der Leitung 12 und den einzelnen
Einmündungsstellen 14 in die Kammer 2 a gleich ist. Auch so wird das Medium gleichmäßig
über dem Querschnitt der Kammer verteilt.
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Fig.12 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit der Trenneinrichtung 7 (Fig.
1). Dem aus der Kammer 2a, 2 b herabfallenden Wärmeträger wird durch eine
zentrale Düse 7a ein kräftiger Gas- und/oder Dampfstrom, vorzugsweise Druckluft,
entgegengeblasen, der die Wärmeträge.rkörner radial nach außen schleudert. Durch
die .am äußeren Umfang angeordneten Ringtaschen 7b, 7 c und
7 d können die einzelnen Korngrößen getrennt werden. In der obersten Tasche
7 b fallen die leichtesten, in der Tasche 7 c die Körner von mittlerem Gewicht und
in der Tasche 7 d die schwersten Körner an.
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In der Ausführungsform nach Fig. 13 ist die Heizkammer als Schachtofen
1 a mit erweitertem Herd 1 b ausgebildet. Düsen 101 dienen zum Einführen heißer
Randgase, Stutzen 102 zum Einführen von Sekundärluft. Der Abzug der Rauchgase
erfolgt durch eine Leitung 103. Im Herd 1 b sammelt sich der feuerflüssige
Wärmeträger an und wird durch eine darauf schwimmende Schlackenschicht 104 wärmeisolierend
nach oben abgedeckt. Zum Abzug der Schlacke, soweit ein solcher erforderlich ist,
dient ein Abstich 105.
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Durch Kombination der verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der Heizkammer
1 und Austauschkammer 2a, 2b der Fördereinrichtungen 4, der Verteileinrichtungen
10 und der Staueinrichtungen 11, verbunden mit einer entsprechenden Ausbildung
der Zuführung des zu behandelnden Mediums in die Austauschkammer 2 a bzw.
2b, kann der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher allen Erfordernissen des Einzelfalles
angepaßt werden.