DE1451233A1

DE1451233A1 - Auflockerungswaermetauscher in einem Gehaeuse fuer pulverfoermige Feststoffe

Info

Publication number: DE1451233A1
Application number: DE19641451233
Authority: DE
Inventors: Michel Metz Boucraut; Imre Toth
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1963-05-14
Filing date: 1964-04-30
Publication date: 1969-03-27
Also published as: FR1364710A; AT252195B; OA00389A; US3299947A; LU45878A1

Description

PATENTANWÄLTE 1 A 5 1 ? ? 3 DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Exemglar_für_die_Offenlegung

₂₇. ₉. ₁₉68 Sch-Eb/cg

INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE PRANCAISE, 185, rue President Roosevelt, SAINT GERMAIN-en-LAYE, (Seine-et-Oise), Prankreich,

Auflockerungswärmetauscher in einem Gehäuse für pulverförmig

Peststoffe.

Die Erfindung betrifft einen Auflockerungswärmetauscher in einem Gehäuse für pulverförmige Peststoffe, das mit Einrichtungen zum Zuführen und Abführen feinkörniger Peststoffe, sowie mit Einrichtungen zum Auflockern derselben durch eine senkrechte gasförmige Strömung versehen ist.

Zweck eines derartigen Wärmetauschers ist es, den Wärmetausch zwischen den feinkörnigen Massen verschiedener Temperaturen so durchzuführen, daß keine unmittelbare Berührung eintritt und eine chemische Reaktion zwischen den betreffenden Stoffen verhindert ist. Diese Aufgabe läßt sich also nicht mit einem bekannten Verfahren lösen, bei welchem die feinkörnigen Peststoffe in innige Berührung miteinander gebracht werden, beispielsweise um katalytische Reaktionen auszuführen.

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^erlagen lAn.7

-Z-

Es sind auch Wärmetauscher bekannt, die zum Temperaturausgleich zwischen Gasen dienen und zu diesem Zweck Feststoffe enthalten, die nicht zirkulieren und nur die Aufgabe haben, die Wärmeübertragung zu vermitteln. Man muß einen solchen Peststoff von Zeit zu Zeit selbstverständlich ersetzen, weil er sich allmählich mit Verunreinigungen anreichert.

Außerdem sind Vorrichtungen zum. Fördern pulverförmiger Stoffe bekannt, die mit Wasserumlaufsystemen in Verbindung stehen, durch welche die pulverförmigen Stoffe entweder erhitzt oder auf vorgegebene Temperaturwerte abgekühlt werden. Dabei findet jedoch kein Wärmetausch zwischen verschiedenen Strömungen feinkörniger Feststoffe statt, wie er durch Vergrößerung der Berührungsfläche bei einem Auflockerungswärmetauscher durch die Fluidisierung feinkörniger Feststoffe möglich ist. Der Zweck einer solchen Fluidisierung besteht darin, die" pulverförmigen Feststoffe durch ein Rohrsystem zu führen und die zur Förderung der Feststoffteilchen benutzten Gase auch zur Wärmeleitung auszunutzen.

Da sich die Wärme besser zwischen den Teilchen einer fluidisierten Masse als zwischen den pneumatisch geförderten Strö- · mungen fortpflanzt, hat man versucht, die bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Wärmeaustausch zwischen pulverförmigen Materialien dadurch zu verbessern., daß man diese in solchen Rohrleitungen fluidisiert, die senkrecht gestellt werden. Die pulverförmigen Materialien werden dem oberen Ende des betreffenden Rohres zugeführt, während von unten her das Fluidisierungsgas eingeleitet wird, um dadurch im Innenraum des Rohres eine Säule fluidisierter Teilchen zu halten, welohe allmählich*von oben nach unten durch neue Teilchen ergänzt wird.

Dieses letztere Verfahren, das im Grunde genommen nur eine abgeänderte Ausführungsform des bekannten Verfahrens ist,

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weist gewisse Nachteile auf, die mit der Verwendung eines Rohrbündels verbunden sind. Es ist tatsächlich sehr schwierig, die Mengen der durch die Rohre hindurchgehenden· Materialien gleichmäßig zu verteilen. Es ergibt sich somit eine ungleichmäßige Verteilung und die Oberfläche des Austauschers wird unvollständig ausgenutzt. Wenn man das angegebene zweite Verfahren anwenden will, kann es vorkommen, daß ein besonderer Entleerungszustand entsteht, bei welchem die Fludisierungsgase durch gewisse Rohre hindurchgehen, in welche die Materialien, nicht oder nur wenig eintreten, während sie rasch durch andere Rohre hindurchgehen, in welche die Fluidisierungsgase dann fast nicht mehr eindringen, so daß einige Rohre sogar verstopft werden können.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beheben und auf einfache und wenig beschwerliche Weise die Wärmeübertragung zwischen heißen und kalten pulverförmigen Materialien zu bewirken, um die thermische Bilanz des ganzen Behandlungsvorganges zu verbessern, bei welchem diese kalten Materialien heiß behandelt werden müssen, so daß man bei Beendigung desselben über heiße pulverförmige Materialien verfügt.

Um die gestellten Forderungen zu erfüllen und ohne gegenseitige Berührung verschiedenartiger Feststoffteilchen einen Auflockerungswärmetauscher zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Gehäuse durch wenigstens eine innere, im wesentlichen senkrechte, gasdichte und wärmeleitende Scheidewand in mehrere längliche (oder im Vergleich zu ihrer Breite lange) Kammern unterteilt ist, in welchen die feinkörnigen Feststoffe nahezu waagerecht in der Längsrichtung und entgegengesetzt zueinander zirkulieren, sowie daß die Kammern mit Einrichtungen zum Abführen der senkrechten gasförmigen Strömung versehen sind und die Einrichtung zum

Zuführen und Abführen der feinkörnigen Feststoffe sich an den Enden der Kammern befinden. > ^

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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann zweokmäßig in Weiterbildung der Erfindung auoh eines der nachstehend beschriebenen teohnisohen Einzelmerkmale, mit welchen die Wirkungsweiße des Wärmetauscheβ noch erheblich wirksamer zu erzielen ist, ' aufweisen.

Innerhalb der Kammer ist der Weg, der von der Zuführungseinrlohtung zur AbfUhrungseinriohtung der pulverförmlgen Materialien verläuft, parallel und entgegengesetzt gerichtet zum entsprechenden Weg in.der benachbarten Kammer, so daß die heißen Materlallen längs der Scheidewand in entgegengesetzter Richtung zu den kalten Materialien umlaufen.

Eine Leitung verbindet die Einrichtungen zur Abführung der senkrechten gasförmigen Strömung wenigstens einer der Kammern mit den Fluldleierungselnrlchtungen der benachbarten Kammer.

Wenigstens eine Kammer nimmt die heißen pulverförmigen Materlallen auf, die aus einer Vorrichtung zur fluidlsierenden Behandlung austreten, während wenigstens eine benaohbarte Kammer die friechen pulverförmigen Materialien aufnimmt, die in der Vorrichtung .zur fluidisierenden Behandlung behandelt werden sollen, wobei überdies die Flüidisierungseinrichtungen der Kammern heiße Behandlungsgase aufnehmen, die aus der Vorrichtung zur fluidisierenden Behandlung austreten.

Der Austauscher weist drei geradlinige Kammern auf, die durch zwei senkrechte parallele Scheidewände getrennt sind, wobei die beiden seitlichen Kammern sowohl für den Kreislauf der pulverförmigen Materialien als auch für den Kreislauf der senkrechten Strömungen der Fluidlsierungsgase parallel angeordnet sind und wobei der Kreislauf der pulverförmigen Materialien in den seitlichen Kammern in entgegengesetzter Richtung zum Kreislauf der pulverförmigen Materialien in der mittleren Kammer efrfolgt. _-«

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' In der Zeiohnung sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch im senkrechten Längsschnitt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Übertragen der nutzbaren Wärme der heißen pulverförmigen Materialien auf kalte pulverförmige Materialien.

Fig. 2 zeigt im waagerechten Schnitt naoh der Linie X-X der Fig. 1 im Grundriß die Umlaufrichtung der pulverförmigen Materialien in der Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt schematisch die Abzweigung der Kammern eines Austausohers gemäß der Erfindung, der mit einem Reaktor zur fluidisierenden Behandlung verbunden ist.

Fig. 4 zeigt im waagerechten Schnitt nach den Linien IV-IV der Flg. 3 im Grundriß die beiden Kammern des Austauschers.

Fig. 5 zeigt schematisch eine abgeänderte Ausführungsform der Abzweigung einer Vorrichtung gemäß Fig. 3·

In den Fig. 1 und 2 ist ein parallelepipedisches Gehäuse 1 mit rechteckigem waagerechten Querschnitt dargestellt (Fig. 2). Dieses Gehäuse ist durch zwei senkrechte Bleche 5 und 6 in in drei Kammern 2, J>, 4 unterteilt.

Jede dieser Kammern ist mit Fluidisierungseinrichtungen versehen, d.h. z.B. die Kammer 2 mit einer Gaseintrittsöffnung 7* einem Fluidisierungsrost 8 und einer Gasaustrittsöffnung 9· Die Kammern 3 und 4 weisen ähnliche Einrichtungen 7a, 8a, 9a bzw. 7h_t 8b, 9b auf.

Verteilerleitungen 10, 11 und 12 für die pulverförmigen Materialien münden an den Enden der Kammern oberhalb der Roste

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8, 8a, 8b. An den entgegengesetzten Enden der Kammern und in größerer Höhe sind die erweiterten Öffnungen 13, 14, 15 der AbfUhrungsleitungen IJa, l4a, 15a für die pulverförmigen Materialien angeordnet.

Dieser Austauscher nimmt aus irgendeiner Behandlungsvorrichtung heiße pulverförmige Materialien auf, welche durch die Leitung 11 in die Kammer 3 gelangen, in welcher sie durch eine senkrechte gasförmige Strömung (Pfeile mit unterbrochenen Linien) fluidisiert werden, die aus der gleichen Behandlungsvorrichtung herkommt. Diese Materialien werden durch die Leitung 14 aus der Vorrichtung nach außen abgeführt, so daß sich im Inneren des Pluidisierungsbettes in der Kammer 3 eine allgemeine Strömung zur Verschiebung der Materialien · in waagerechter Richtung bildet (Pfeile 16 mi vollen Linien).

Die Pluidisierungsgase treten aus der Kammer 3 durch eine mit der Öffnung 9a verbundene Leitung 17 aus und gehen dann durch einen Staubfänger 18 hindurch, aus dem sie durch eine Leitung 19 bei 7 und 7b unterhalb der Pluidisierungsroste der Kammern eingeführt werden,um schließlich nach der Entstaubung in einem Staubfänger 21 durch eine Leitung 20 nach außen abgeführt zu werden.

Die kalten pulverförmigen Materialien, die vor ihrer Behandlung vorgewärmt werden sollen, werden bei 10 und 12 in die Kammern 2 und 4 eingeführt und dann fluidisiert, wobei sie sich entsprechend den Pfeilen 22 in waagerechter Richtung bis zu den Öffnungen 13 und 15 der Leitungen 13a und 15a verschieben, die mit einer entsprechenden Stelle der Behandlungsvorrichtung verbunden sind.

Die nutzbare Wärme der in der Kammer 3 fluidisieren Materialien gelangt durch die Bleche 5 und 6 in die Fluidisierungs* betten der Kammern 2 und 4, in welchen die zu behandelnden

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Materlallen im Qegenstrom umlaufen und überdies einen großen Teil der nutzbaren Wärme der zu ihrer Pluidisierung dienenden Gase aufnahmen. '

Pig. 3 zeigt sohematisoh den verzweigten Kreislauf einer Behandlungsvorrichtung, die einen Reaktor 23 zum magnetisierenden Rösten des pulverförmlgen Erzes und einen Austauscher mit zwei Kammern 24 und 25 aufweist. Diese beiden Kammern sind in Pig. 3 der Deutlichkeit halber getrennt dargestellt, obwohl sie einen Teil eines einzigen Gehäuses bilden, wie Fig; 4 im Grundriß zeigt. Die Kammern sind nur durch ein senkrechtes Blech 26 getrennt, durch welches die Wärmeübertragung erfolgt.

Das zu behandelnde Erz kommt aus einem Vorratsbehälter 27 und wird durch eine Förderschnecke 28 in die Kammer 24 des Auetauschers eingeführt, in welcher es fluidisiert und vorgewärmt wird. Das Erz gelangt dann durch eine Leitung 29 in den Röstreaktor 23» in welchem es durch die heißen Gase, die aus einer Verbrennungskammer 30 aufsteigen, gleichzeitig fluidisiert und geröstet wird. Die Verbrennungskammer ist in das Materialbett eingetaucht und wird durch die Leitungen 30a und 30b, von denen die eine durch die Kammer 25 hindurchgeht, mit Luft und Brennstoff gespeist.

Das teilweise reduzierte, heiße Erz tritt aus dem Reaktor 23 durch eine Leitung 31 aus und gelangt in die Kammer 25 des Austauschers, in welcher es durch die vom Reaktor 23 herkommenden heißen Gase fluidisiert wird. Diese Gase werden in einem Staubfänger 32 entstaubt und durch eine Leitung 33 unterhalb des Pluidisierungsrostes 34 der Kammer 25 eingeführt. Die im Staubfänger 32 gesammelten Staubteilchen werden duroh eine Leitung 31a wieder in den Materialkreislauf eingeführt.

Nachdem das behandelte Erz den größeren Teil seiner nutzbaren Wärme abgegeben hat, wird dasselbe aus der Kammer 25 duroh

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eine Leitung 55 nach außen abgeführt, in welche eine Leitung 56 die von den Oasen mitgeführten Staubteilchen wieder einführt· Die Oase werden durch eine Leitung 57 einem Staubfänger 58 zugeführt, aus welchem sie' durch eine Leitung 39 unterhalb des Pluidisierungerostes 40 der Kammer 24 eingeführt werden. In dieser Kammer geben die Oase einen Teil ihrer nutzbaren Wärme an das Erz ab, das sie fluidisieren. Die Oase werden dann durch eine Leitung 41 einem Staubfänger 42 zugeführt, aus dem sie durch eine Leitung 45 nach außen abgeführt werden* Eine Leitung 44 ermöglicht, die Staubteilchen wieder in den Verwendungskreislauf einzuführen.

Wie Flg. 5 zeigt, bestehen die Fluldisierungsroste 54 und 40 aus ebenen Elementen, die sich teilweise überdecken, ohne sich zu berühren. Infolge Ihrer Konstruktion weisen sie eine allgemeine Neigung auf und bei der Ausführung der Erfindung werden sie vorzugsweise so angeordnet, daß ihre Neigungen relativ zueinander entgegengesetzt sind und in der Verschieberichtung der pulverförmigen Materialien liegen.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zum magnetisierenden Rösten von fluidisiertem Erz, welche die gleichen Teil wie die in Verbindung mit Flg. 5 beschriebene Vorrichtung aufweist, sich von derselben aber durch den Kreislauf der Oase unterscheidet. Die aus dem Reaktor 25 kommenden heißen Oase werden nach ihrem Austritt aus dem Staubfänger 32 durch eine Leitung 45 zuerst unterhalb des Rostes 40 der Kammer 24 eingeführt, um in derselben das kalte Erz zu fluidisieren* Die Oase werden dann durch eine Leitung 46 einem Staubfänger 47 zugeführt, aus welchem sie durch eine Leitung 48 unterhalb des Rostes 54 der Kammer 24 eingeführt werden, in der sie das heiße Erz fluidisieren, das aus dem Reaktor 25 austritt. Die Oase werden dann im Staubfänger 49 entstaubt und durch eine Leitung 50 nach außen abgeführt.

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Mit dieser Anordnung empfängt das kalte Erz in der Kammer etwas mehr Wärme von den Pluidisierungsgasen und weniger Wärme durch Austausoh an den Soheidewänden, weil das Erz in der Kammer 25 durch die gleionen Gase naoh ihrem Durohgang durch die Kammer 24 fluidisiert wird, d.h. nachdem die Gase abgekühlt worden sind. Insgesamt hat das in die Leitung 29 eintretende Erz in der Kammer 24 etwas weniger Wärme aufgenommen, als in der vorhergehenden Vorrichtung. Man verfügt jedoch bei 50 über heißere Gase, die dann zum Trooknen des rohen Erzes in einem Brecher dienen können.

Um die Vorteile, insbesondere die wirtschaftlichen Vorteile der Erfindung hervorzuheben, wird nachstehend ein Beispiel der Verwendung eines Austauschers gemäß der Erfindung in einem Verfahren zum magnetisierenden Rösten vonfcalkarmen Eisenerz gegeben.

In diesem Beispiel wird der Austauscher in dem Kreislauf der Pig. 5 verwendet. Der Austauscher selbst weist entsprechend den Pig. 1 und 2 drei Kammern auf. Es handelt sich um eine Vorrichtung von 6 m Länge mit einer Kapazität von 10-15 t/h.

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Die beiden äußeren Kammern mit einer Breite von 0,25 m sind parallel angeordnet und nehmen das eintretende kalte Erz auf. Die mittlere Kammer mit einer Breite von 0,60 m nimmt im Gegenstrom das geröstete heiße Erz auf, das aus dem Reaktor 23 austritt. Die Höhe der fluidisierten Schicht in den Kammern beträgt ungefähr Im.

Der Austauscher bewirkt gleichzeitig die Abkühlung der aus dem Reaktor austretenden Rauchgase von 650⁰C auf 350⁰C und die Abkühlung des gerösteten Erzes von 65O⁰C auf 300⁰C, zum Nutzen des rohen Erzes und der Verbrennungsluft des Brenners 30. Das von dem Austauscher pro t des rohen Erzes umgesetzte Wärmevolumen beträgt:

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für das Erz 72 000 koal

für die Rauchgase 4-3 000 kcal

isgesamt 115 000 kcal

d.h. Insgesamt wenigstens 115 000 kcal/h.

Die Verwendung des Austauschers gemäß der Erfindung für das magnetisierende Rösten hat ermöglicht, einen thermischen Gesamtverbrauch von 210 000 kcal/t für das Rösten von kalkarmem Eisenerz zu erzielen, das ungefähr 12# Spateisenstein enthält und dessen chemische Zusammensetzung folgende ist:

Pe	30,6
SiO₂	5,8
CaO	19,4
Al₃O₃	3,9
H₂O	6,0
co₂	17,0
Pe⁺⁺	9A

Dieser thermische Verbrauch ist besonders bemerkenswert und nach Kenntnis der Anmelderin bisher noch niemals erreicht worden.

Bei der vorstehend beschriebenen Verwendung haben die Versuche der Anmelderin gezeigt, daß die Erfindung ermöglicht, die thermische Gesamtbilanz des Röstvorganges relativ zu einer üblichen Vorrichtung mit drei übereinander liegenden Etagen um wenigstens 35 000 kcal pro t Erz zu verbessern, wobei sich gleichzeitig eine Vorrichtung von geringerer Höhe ergibt, die eine einfachere Konstruktion aufweist und die leichter betrieben werden kann.

Alle Außenwände der Vorrichtung und alle Rohrleitungen müssen in bekannter Weise sorgfältig mit einem Wärmeschutz versehen

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werden, um den angegebenen thermischen Verbrauch zu erzielen. Dieser Wärmeschutz ist in den Zeichnungen der
Deutlichkeit halber nicht dargestellt.

Selbstverständlich ist die Erfindung in keiner Welse auf die dargestellten und beschriebenen beispielsweisen Ausführungsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

U51233

Auflockerungswärmetauscher In einem Gehäuse für pulverförmige Peststoffe, das mit Einrichtungen zum Zuführen und Abführen feinkörniger Feststoffe, sowie mit Einrichtungen zum Auflockern derselben durch eine senkrechte gasförmige Strömung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß j das Gehäuse durch wenigstens eine innere, im wesentlichen senkrechte, gasdichte und wärmeleitende Scheidewand (26) in mehrere längliche (oder im Vergleich zu ihrer Breite |

lange) Kammern (24, 25) unterteilt ist, in welchen die feinkörnigen Feststoffe nahezu waagerecht in der Längsrichtung und entgegengesetzt zueinander zirkulieren, sowie daß die Kammern mit Einrichtungen (4l oder 46 und 57) zum Abführen der senkrechten gasförmigen Strömung versehen sind und die Einrichtungen (28, JL und 29,55) zum Zuführen und Abführen der feinkörnigen Feststoffe sich an den Enden der Kammern befinden.

909813/0716 Neue Unterlagen (Art. 7 ιι Abs.2 nm satz 3 des änderung, v. 4, y.