DE1276667B

DE1276667B - Device for the direct heat exchange between a fine-grained or dust-like good and hot gases

Info

Publication number: DE1276667B
Application number: DEP25126A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joachim Schuler
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1965-04-12
Filing date: 1965-04-12
Publication date: 1968-09-05
Also published as: AT267151B

Description

Einrichtung zum unmittelbaren Wärmetausch zwischen einem feinkörnigen oder staubförmigen Gut und heißen Gasen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum unmittelbaren Wärmetausch zwischen einem feinkörnigen oder staubförmigen Gut und heißen Gasen, insbesondere zum Vorwärmen von Zementrohmehl durch die heißen Rauchgase eines Fertigbrennofens, bestehend aus mehreren mit tangentialen Gaseinlässen versehenen koaxial übereinander angeordneten Zyklonen, die vom Gut von oben nach unten und vom Gas von unten nach oben durchströmt werden, wobei jeder Zyklon mit einem konzentrischen Mantel aus einem oberen zylindrischen und einem unteren konischen Teil umgeben ist und der untere konische Teil jeweils in das Tauchrohr des nächst tiefer gelegenen Zyklons übergeht..Device for direct heat exchange between a fine-grained or powdery material and hot gases The invention relates to a device for direct heat exchange between fine-grained or dusty goods and hot gases, in particular for preheating cement raw meal through the hot Flue gases from a prefabricated kiln, consisting of several with tangential gas inlets provided coaxially one above the other arranged cyclones, which from the property from top to flow through the bottom and the gas from bottom to top, each cyclone with a concentric jacket consisting of an upper cylindrical and a lower conical Part is surrounded and the lower conical part each in the immersion tube of the next lower-lying cyclones.

Für den Wärmetausch zwischen Medien verschiedenen Aggregatzustandes im Gegenstrom sind Einrichtungen bekannt, bei denen einem vertikalen Schacht oben feinkörniges Gut in feinverteilter Form aufgegeben wird, während das andere Medium, z. B. heißes Gas, unten in den Schacht eingeführt und oben aus ihm abgezogen wird. Hierbei regnet das feinkörnige Gut, seiner Schwerkraft folgend, langsam dem Gasstrom entgegen abwärts. Bei einem solchen Wärmetauscher muß die Gasgeschwindigkeit sehr gering gewählt werden, damit das Gut nicht von den Gasen mitgerissen und nach oben entführt wird. Das bedeutet sehr große Abmessungen für den Schacht, um zu brauchbaren Leistungen zu kommen. Man hat auch schon bei derartigen Wärmetauschern dem aufsteigenden Gas eine drehende Bewegung erteilt, um den Weg des Gutes zu verlängern. Gut und Gas bewegen sich dann in Schraubenlinien abwärts bzw. aufwärts.For the heat exchange between media of different aggregate states in countercurrent devices are known in which a vertical shaft above fine-grained material is fed in finely divided form, while the other medium, z. B. hot gas, introduced into the shaft at the bottom and withdrawn from it at the top. Here, the fine-grain material, following its gravity, slowly rains the gas flow opposite downwards. In such a heat exchanger, the gas velocity must be very high be chosen low so that the goods are not carried away by the gases and upwards is kidnapped. That means very large dimensions for the shaft to be usable Benefits to come. One already has the ascending effect with such heat exchangers Gas is given a rotating motion to extend the path of the goods. Good and Gas then move in helical lines downwards or upwards.

Sämtlichen Einrichtungen dieser Art haftet der Nachteil an, daß der Wärmetauscher sehr große Abmessungen aufweist.All facilities of this type have the disadvantage that the Heat exchanger has very large dimensions.

Weiterhin ist auch schon vorgeschlagen worden, mehrere Zyklone hintereinanderzuschalten, und zwar derart, daß die zentrale Gasaustrittsleitung des einen Zyklons mit der tangentialen Gaseintrittsleitung des nächsten Zyklons verbunden wird. Hierbei werden dem untersten Zyklon heiße Gase zugeführt, die nacheinander die übrigen Zyklone durchströmen. Das feinkörnige Gut wird der Gaseinlaßleitung zum obersten Zyklon aufgegeben und von den dort strömenden Gasen in diesen Zyklon mit hineingerissen, um sich hier wieder abzuscheiden. Das abgeschiedene Gut wird dann in die Gaszuführungsleitung des nächst tieferen Zyklons eingebracht usw.Furthermore, it has also been proposed to connect several cyclones one behind the other, in such a way that the central gas outlet line of a cyclone with the tangential gas inlet line of the next cyclone is connected. Here will be hot gases are fed to the lowest cyclone, followed by the other cyclones one after the other flow through. The fine-grained material becomes the gas inlet line to the top cyclone abandoned and swept into this cyclone by the gases flowing there, to leave here again. The separated material is then put into the gas supply line of the next deeper cyclone, etc.

Auf diese Weise erreicht man, daß das Gut nacheinander in die verschiedenen Zyklone gelangt. Das Gut passiert also zuerst den obersten Zyklon und wandert weiter in die tieferen Zyklone, bis es schließlich aus dem untersten ausgetragen wird, während die Gase zunächst in den untersten Zyklon eintreten und schließlich aus dem obersten entweichen. Die Wärmeübertragung vom Gas an das Gut findet dabei im wesentlichen während der Zeit statt, in der die Gase zusammen mit dem Gut von einem Zyklon in den nächsthöheren strömen. Gut und Gas bewegen sich also bei der Wärmeübertragung im Gleichstrom. Der Wirkungsgrad ist hierbei nur niedrig, weil beim Wärmetausch nach dem Gleichstromprinzip das wärmeaufnehmende Medium nur bis zur Ausgleichstemperatur des wärmeabgebenden Mediums erhitzt werden kann.In this way it is achieved that the goods are successively transferred to the various Cyclones. So the good first passes the top cyclone and moves on into the deeper cyclones until it is finally discharged from the bottom one, while the gases first enter the lowest cyclone and finally exit escape from the top. The heat transfer from the gas to the goods takes place in the essential during the time in which the gases together with the property of one Cyclone in the next higher stream. So good and gas move in heat transfer in direct current. The efficiency is only low here because of the heat exchange according to the direct current principle, the heat-absorbing medium only up to the equilibrium temperature the heat-emitting medium can be heated.

Der Vorteil dieses bekannten Verfahrens besteht hauptsächlich darin, daß mit hohen Gasgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann. Die Abmessungen des Wärmetauschers dürfen also kleiner gewählt werden als bei den oben beschriebenen Einrichtungen, bei denen das Gut im Gegenstrom zum Gas in dem Schacht herabregnet.The main advantage of this known method is that that it is possible to work with high gas velocities. The dimensions of the heat exchanger may therefore be chosen smaller than with the facilities described above, in which the material rains down in countercurrent to the gas in the shaft.

Es ist schließlich ein Wärmetauscher bekannt, der aus mehreren koaxial ineinandergefügten Zyklonen besteht, die nacheinander von den Rauchgasen eines Fertigbrennofens durchströmt werden, wobei das vorzuwärmende und anschließend zu brennende Gut dem obersten Zyklon in Staubform aufgegeben wird. Das im Zyklon wieder abgeschiedene Gut wird in die Gaszuführungsleitung des nächsttieferen Zyklons eingeführt und vom Gasstrom in diesen unter gleichzeitiger Erwärmung hineingetragen usw., bis es schließlich in den Fertigbrennofen gelangt.Finally, a heat exchanger is known, which consists of several coaxial There are nested cyclones that are successively released from the flue gases of a prefabricated kiln be flowed through, with the material to be preheated and then burned to the topmost cyclone is abandoned in the form of dust. That which is separated out again in the cyclone Well is introduced into the gas supply line of the next lower cyclone and from Gas flow carried into this with simultaneous heating, etc., until it finally enters the finishing furnace.

Das Ineinanderfügen der Zyklone ergibt zwar den Vorteil einer geringeren Bauhöhe. Demgegenüber weist die Einrichtung jedoch viele weit schwerer wiegende Nachteile auf: Der Durchmesser der unteren Zyklone ist infolge des Ineinanderfügens sehr groß; dementsprechend auch der Materialbedarf. Die Gutabführungsleitungen der jeweils höheren Zyklone durchdringen die tiefer gelegenen und stellen, ebenso wie die aus den Zyklonen herausführenden Abgasleitungen, Strömungshindernisse dar, die zu einer starken Verwirbelung der Strömung führen. Dies hat wiederum einen hohen Energieaufwand zum Durchsaugen der Rauchgase durch die Wärmetauscheinrichtung zur Folge. Dem Gut ist außerdem Gelegenheit zu Ablagerungen gegeben. Schließlich sind die inneren Zyklone für durchzuführende Reparatur-und Reinigungsarbeiten nur äußerst schwierig zugänglich. Herstellungstechnisch gesehen sind auch die mit vielen Krümmern versehenen Rauchgasleitungen von Nachteil, durch die der durch das Ineinanderfügen der Zyklone errungene Vorteil geringerer Wärmestrahlungsverluste zum Teil wieder aufgehoben wird.The interlocking of the cyclones gives the advantage of a smaller one Construction height. In contrast, however, the facility has many far more serious ones Cons on: The diameter of the lower Cyclones is owing of nesting very large; accordingly also the material requirements. The crop discharge lines of the higher cyclones penetrate the lower ones and places, as well such as the exhaust pipes leading out of the cyclones represent flow obstacles, which lead to a strong turbulence in the flow. Again, this has a high Energy expenditure for sucking the flue gases through the heat exchange device for Episode. The estate is also given the opportunity to deposit. Finally are the inner cyclones for repair and cleaning work only extremely difficult to access. From a manufacturing point of view, there are also those with many bends provided flue gas pipes are disadvantageous, through which the interlocking the cyclones gained the advantage of lower heat radiation losses will be annulled.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Mängel einen Wärmetauscher in Zyklonbauweise zu schaffen, bei dem die Zyklone in einer solchen Weise zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind, daß gasseitig gekrümmte Außenleitungen fortfallen und die Zyklone zu einer selbsttragenden Konstruktion zusammengefaßt sind.The invention is based on the object while avoiding this Defects to create a heat exchanger in cyclone design, in which the cyclones in are arranged in such a way to each other and connected to each other that gas side curved external pipes are eliminated and the cyclones become a self-supporting structure are summarized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zylindrischen Abschnitte der die einzelnen Zyklone konzentrisch umgebenden Mäntel von einem sämtliche Zyklone aufnehmenden Rohr gebildet sind und das Gutaustragrohr jedes Zyklons, mit Ausnahme des untersten, in den oberen Gaswirbelbereich des jeweils nächsttieferen Zyklons hineingeführt ist.This object is achieved in that the cylindrical Sections of the jackets concentrically surrounding the individual cyclones of all Cyclone receiving tube are formed and the Gutaustragrohr each cyclone, with Except for the lowest, in the upper gas vortex area of the next lower one Cyclone is introduced.

Die Erfindung bietet gegenüber bekannten Einrichtungen den Vorteil, daß sie keinerlei Gerüste zum Tragen der Zyklone benötigt, keinerlei gekrümmte oder von außen erkennbare Rauchgasleitungen hat, ferner einen höhen thermischen Wirkungsgrad aufweist, der trotz hoher Geschwindigkeiten beider Medien nicht geschmälert wird. Hierbei erfolgt die Bewegung des Gutes entgegengesetzt dem Temperaturgradienten des rotierenden Gasstromes, so daß die Intensität der Wärmeübertragung dem Wärmetausch nach dem Gegenstromprinzip sehr nahe kommt.The invention offers the advantage over known devices that it does not need any scaffolding to support the cyclones, no curved or externally recognizable flue gas pipes, also has a high thermal efficiency which is not diminished despite the high speeds of both media. The movement of the goods takes place in the opposite direction to the temperature gradient of the rotating gas flow, so that the intensity of the heat transfer corresponds to the heat exchange comes very close according to the countercurrent principle.

Da sich die Guteinführungsstelle im obersten Teil jedes Zyklons jeweils im Bereich einer Wirbelsenke befindet, herrscht hier trotz eines höheren mittleren Druckes im Zyklon ein niedrigerer Druck als in der Gutzuführung, die zugleich das Gutaustragsrohr des nächsthöheren Zyklons bildet. Dies hat den Vorteil, daß das Gut trotz der Tendenz des Gases, nach oben in den sich anschließenden Zyklon geringeren Drukkes zu strömen, ungehindert nach unten sich fortbewegt, weil infolge der Druckunterschiede ein Gasübertritt durch das Gutzuführrohr nicht stattfindet. Auf diese Weise ist es möglich, die einzelnen Zyklone übereinander in Form einer Säule selbsttragend anzuordnen und hierdurch Leitungen zu sparen, die, abgesehen vom Materialaufwand, eine große Abstrahlwirkung hätten und somit eine Verschlechterung des thermischen und strömungstechnischen Wirkungsgrades hervorrufen würden.Since the Guteinführungstelle in the uppermost part of each cyclone is located in the area of a vertebral depression, it prevails here despite a higher mean Pressure in the cyclone is lower than in the material feed, which is also the Forms the product discharge pipe of the next higher cyclone. This has the advantage that the Good despite the tendency of the gas to lower up in the adjoining cyclone Drukkes to flow, moves downwards unhindered, because as a result of the pressure differences a gas transfer through the material supply pipe does not take place. That way is it is possible to self-support the individual cyclones one above the other in the form of a column to be arranged and thus to save lines that, apart from the cost of materials, would have a great radiation effect and thus a deterioration of the thermal and fluidic efficiency.

Ein weiterer Vorzug dieser Anordnung ergibt sich durch den Wegfall von sonst notwendigen Abdichtungsvorrichtungen in Form von Pendelklappen, die bei den bekannten Einrichtungen zum Vermeiden des Gasdurchtritts durch die Gutzuführungen bisher unerläßlich waren.Another advantage of this arrangement is that it is omitted of otherwise necessary sealing devices in the form of pendulum flaps, which at the known devices for avoiding the passage of gas through the material feeds were previously indispensable.

Das Wesen der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 die Anordnung mehrerer Wärmetauschstufen in einem Schacht, der einer Brennofenanlage vorgeschaltet ist, F i g. 2 die Anwendung der Erfindung in Kombination mit einem Wirbelschacht.The essence of the invention is shown in the drawing on the basis of two exemplary embodiments shown schematically. It shows F i g. 1 the arrangement of several heat exchange stages in a shaft which is connected upstream of a kiln system, FIG. 2 the application of the invention in combination with a vortex shaft.

Die in F i g. 1 veranschaulichte Einrichtung enthält vier übereinander angeordnete Zyklone 1, 1, 1 und 9, deren unterster 9 gasseitig über eine tangential in ihn einmündende Gasleitung 11 mit einem Brennofen 10 in Verbindung steht, in welchen das aus diesem Zyklon über die Schurre 13 ausgetragene Gut hineingeführt wird. Die übrigen drei über dem Zyklon 9 angeordneten und mit diesem gleichachsigen Zyklone 1 sind einzeln mit Abstand von einem konzentrischen Mantel aus einem oberen zylindrischen Teil 8' und einem unteren konischen Teil 3 umgeben. Die zylindrischen Teile 8' bilden Abschnitte eines sämtliche Zyklone 1 aufnehmenden Rohres 8, das zugleich den oberen Teil des untersten Zyklons 9 bildet. Gemäß F i g. 1 verjüngt sich der konische Teil 3 des Mantels nach unten zu in ein Tauchrohr 4 des jeweils nächsttieferen Zyklons 1 bzw. 9. Die Tauchrohre 4 des Zyklons 9 sowie der beiden ihm in Gasrichtung folgenden Zyklone 1 stehen über Ringkanäle 5 zwischen den Zyklonen 1 und ihren Mänteln 3, 8' und tangentiale Gaseinlässe 6 mit dem jeweils nächsthöher gelegenen Zyklon 1 in Verbindung. Durch die Ringkanäle 5 sind Gutaustragrohre 7 der Zyklone 1 hindurchgeführt, von denen jedes als Gutzuführung in den oberen Gaswirbelbereich des nächsttieferen Zyklons 1 bzw. 9 außermittig einmündet.The in F i g. The device illustrated in Figure 1 includes four on top of each other arranged cyclones 1, 1, 1 and 9, the lowest 9 of which on the gas side via a tangential gas line 11 opening into it is in communication with a kiln 10, in which the goods discharged from this cyclone via the chute 13 are introduced will. The other three arranged above the cyclone 9 and coaxial with it Cyclones 1 are individually spaced from a concentric jacket from an upper one cylindrical part 8 'and a lower conical part 3 surrounded. The cylindrical Parts 8 'form sections of a tube 8 accommodating all the cyclones 1, the at the same time forms the upper part of the lowermost cyclone 9. According to FIG. 1 tapers the conical part 3 of the shell downwards into a dip tube 4 of each next lower cyclone 1 or 9. The dip tubes 4 of the cyclone 9 and the two Cyclones 1 following it in the gas direction are located between the cyclones via ring channels 5 1 and their jackets 3, 8 'and tangential gas inlets 6 with the next higher located Zyklon 1 in connection. Product discharge pipes 7 are passed through the annular channels 5 the cyclones 1 passed through, each of which as a material feed in the upper gas vortex area of the next lower cyclone 1 or 9 opens off center.

Eine Abwandlung der Erfindung zeigt die F i g. 2, nach der als erste Stufe zwei parallelgeschaltete Zyklone 9, 9' die Ofenabgase aufnehmen. Die Abgasleitungen dieser Zyklone münden anschließend tangential in einen gemeinsamen Wirbelschacht 14, dessen oberer Teil zwei übereinander angeordnete und durch eine horizontale Trennwand 15 voneinander abgesonderte Zyklone 16, 17 enthält.A modification of the invention is shown in FIG. 2, after the first Stage two cyclones 9, 9 'connected in parallel take up the furnace exhaust gases. The exhaust pipes these cyclones then open tangentially into a common vortex shaft 14, the upper part of which is two superimposed and a horizontal one Partition 15 contains cyclones 16, 17 separated from one another.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende: Die den Brennofen 10 verlassenden heißen Gase strömen über die Gasleitung 11 in den Zyklon 9 ein; passieren diesen in bekannter Weise auf Spiralbahnen, verlassen ihn schließlich durch das T-atichrohr 4 und gelangen über den Ringkanal 5 und den tangentialen Gaseinlaß 6 in den untersten Zyklon 1. Aus diesem strömen sie über dessen Tauchrohr 4, den folgenden Ringkanal 5 und den Gaseinlaß 6 in den nächsthöheren Zyklon 1. Aus diesem Zyklon werden die Gase schließlich in gleicher Weise in den obersten Zyklon 1 eingespeist, über dessen Reingasauslaß 4' sie entweder unmittelbar oder über eine zusätzliche Nachentstaubung ins Freie geblasen werden. Das von den Ofenabgasen vorzuwärmende Gut wird der Wärmetauscheinrichtung über den Zuteiler 12 zugeführt und über die Gutzuführung 7' in den obersten Zyklon 1 in dessen Gaswirbelbereich eingeworfen. Auf Spiralbahnen wandert es entlang der Zyklonwandung 2 nach unten und gelangt über das Gutaustragrohr 7 in den nächsttieferen Zyklon 1, passiert diesen, sich weiter erwärmend, ebenfalls entgegen der Strömungsrichtung der heißen Gase, um danach über das Gutaustragrohr 7 in den folgenden Zyklon 1 eingetragen zu werden. In ihm wiederholt sich der oben beschriebene Wärmetauschvorgang ebenso wie im folgenden Zyklon 9, aus welchem das nun genügend vorgewärmte Gut über die Schurre 11 in den Drehrohrofen 10 gelangt.The operation of the device according to the invention is as follows: The hot gases leaving the kiln 10 flow in via the gas line 11 the cyclone 9; pass this in a known way on spiral paths, leave it it finally through the T-atichrohr 4 and get through the ring channel 5 and the tangential gas inlet 6 in the lowermost cyclone 1. From this they flow over its immersion tube 4, the following annular channel 5 and the gas inlet 6 in the next higher Cyclone 1. From this cyclone the gases are finally in the same way in the fed top cyclone 1, via its clean gas outlet 4 'either directly or can be blown outside via an additional secondary dedusting system. That of the The material to be preheated from the furnace is sent to the heat exchanger via the distributor 12 and fed via the material feed 7 'into the uppermost cyclone 1 in its gas vortex area thrown in. It travels down spiral tracks along cyclone wall 2 and reaches the next lower cyclone 1 via the material discharge pipe 7, passes it, further warming, also against the direction of flow the hot gases in order to then enter the following cyclone 1 via the material discharge pipe 7 to become. The heat exchange process described above is also repeated in it as in the following cyclone 9, from which the now sufficiently preheated material over the Chute 11 enters the rotary kiln 10.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 entspricht der Zyklon 17 dem obersten Zyklon 1 nach F i g. 1; der Zyklon 16 dagegen übernimmt die weitere Vorwärmung des Gutes und führt das abgeschiedene Rohmehl über das Gutaustragrohr 7 in den Wirbelschacht 14, wo es mit heißeren Gasen in spiraliger Abwärtsbewegung weiter erhitzt wird, bis es in das mittige Gutaustragrohr 7" fällt. Von da gelangt das Gut in die heißeste Zone der Ofenabgase, wird von ihnen in die letzten Zyklone 9, 9' mitgerissen, in ihnen abgeschieden und über deren Gutaustragrohre in den Drehrohrofen geleitet.In the embodiment according to FIG. 2 corresponds to cyclone 17 the top cyclone 1 according to FIG. 1; the cyclone 16, however, takes over the other Preheating of the product and guides the separated raw meal over the product discharge pipe 7 into the vortex shaft 14, where it spirals downwards with hotter gases heating is continued until it falls into the central material discharge pipe 7 ″. From there it passes the goods in the hottest zone of the furnace exhaust, are transferred from them to the final cyclones 9, 9 'carried away, deposited in them and via their crop discharge pipes into the rotary kiln directed.

Claims

Claim: Device for direct heat exchange between a fine-grained or dusty material and hot gases, especially for preheating of cement raw meal through the hot flue gases of a prefabricated kiln, consisting of several provided with tangential gas inlets arranged coaxially one above the other Cyclones, through which the goods flow from top to bottom and the gas from bottom to top be, each cyclone having a concentric jacket from an upper cylindrical and a lower conical part and the lower conical part, respectively merges into the immersion tube of the next lower cyclone, characterized in that that the cylindrical sections (8 ') of the individual cyclones (1) are concentric surrounding jackets are formed by a tube (8) accommodating all the cyclones and the material discharge pipe (7) of each cyclone (1), with the exception of the lowest one, in the upper gas vortex area of the next lower cyclone (1) is introduced. Considered publications: German Patent Specifications No. 517 225, 849 349; German interpretative document No. 1069 059; Austrian Patent Specification No. 205 008; British Patent No. 758176; USA: Patent No. 2 802 280.