DE1451272B2 - Einrichtung zum beeinflussen des durchsatzes von masseteilchen in einem waermetauscher mit einem gasfoermigen medium im gegenstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Beeinflussen des Durchsatzes von Masseteilchen in Wärmetauschern mit einem gasförmigen Medium im Gegenstrom, bei der auf der Unterseite einer Masseteilchenschicht ein feststehendes Kanalbett vorgesehen ist. Dieses Kanalbett ist durch senkrechte Zwischenwandteile in Gas- und Masseteilchen-Zuströmkammern unterteilt und weist unterhalb der Gaszuströmkammern Kanäle zum gleichzeitigen Zuführen von Gas und Abführen von Masseteilchen auf. Dabei enden die Zwischenwandteile so weit oberhalb der die Kanäle aufweisenden Bodenwandteile, daß sich bis zum Rande der Kanäle erstreckende Schüttkeile aus Masseteilchen bilden können.

Eine derartige Einrichtung ist in der deutschen Patentschrift 1451 265 bereits vorgeschlagen worden. Dabei werden bei Unterbrechung der Gasströmung durch die Zuführungsöffnungen die Teilchen gegen das Abfließen infolge gegenseitiger Reibung festgehalten, jedoch beim Auftreten einer Gasströmung gelockert und aufgewirbelt, so daß dadurch ein Abfließen durch die Öffnungen ermöglicht wird. Eine derartige Anordnung hat zur Folge, daß die Kennlinie des Masseteilchendurchsatzes abhängig von dem Gasmengendurchsatz in ihrem ausnutzbaren

ίο stabilen Bereich einen fallenden Verlauf hat, d. h. mit zunehmendem Gasmengenstrom verringert sich der Durchsatz der Teilchen. Wendet man entsprechend ausgebildete Einrichtungen bei derartigen Wärmetauschern an, so ergibt sich dabei bei kleineren Temperaturdifferenzen innerhalb der Teilchenschicht oder bei Anströmen durch ein heißes Medium — auch bei großen Temperaturdifferenzen — eine stabilisierende Selbstbeeinflussung des Masseteilchenstromes und des Gasdurchsatzes bei etwa eintretenden örtlichen Änderungen der Schichtdicke oder anderen Störungen.

Die Erfindung geht demgegenüber von der Überlegung aus, daß die selbstbeeinflussende Wirkung der Anordnung mit fallender Kennlinie unter gewissen Bedingungen gestört sein kann. Das gilt für den Fall, daß heißere Teilchen durch ein kälteres gasförmiges Medium angeströmt werden. Treten bei einer solchen Betriebsweise Änderungen der Schichtdicke, beispielsweise eine Verringerung der Masseteüchenschicht ein, so spielt die Änderung der Gaserwärmung in der Masseteilchenschicht eine erhebliche Rolle, da bei Schichtdickenverringerung der Strömungswiderstand herabgesetzt und der Gasdurchsatz vermehrt wird. Dementsprechend ergibt sich eine stärkere Masseteilchenabkühlung. Infolge der Volumenverminderung des Gases wird nun der Strömungswiderstand örtlich vermindert. Mit weiter ansteigender Gasmenge wird so allmählich der Masseteilchendurchsatz an dieser Stelle immer geringer und die Arbeitsweise völlig gestört.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der eine steigende Kennlinie erreicht werden kann, d. h. daß bei steigendem Gasdurchsatz auch mehr Teilchen abrieseln.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei der eingangs beschriebenen Einrichtung dadurch gelöst, daß in den Bodenwandteilen unterhalb der Masseteilchenschüttkeile zusätzliche Gaseintrittsöffnungen zum Auflockern der Schüttkeile vorgesehen sind und die Bodenwandteile zwischen den als Hauptabströmkanäle ausgebildeten Kanälen und den zusätzlichen Öffnungen den freien Durchtrittsquerschnitt für die Masseteilchen einengende Begrenzungswände aufweisen und daß die Zwischenwandteile gasdurchlässig ausgebildet sind.

Eine solche Anordnung gibt die Möglichkeit, die Kennlinie (Masseteilchenstrom als Funktion des Gasmengenstromes) in steigendem Sinn zu verändern, da durch die über die Zusatzöffnungen einströmende Gasmenge die Schüttkeile aufgelockert und den Hauptabströmkanälen zugeführt werden. Dieser Effekt steigert sich dabei bei zunehmender Gasströmung.

Dabei können die Bodenwandteile nach den Hauptabströmkanälen zu ansteigend ausgebildet und mit Abströmrinnen versehen sein, oder es kann der Abströmquerschnitt durch Querwandteile mit Austrittsschlitzen begrenzt sein.

Es ist zweckmäßig, wenn die Hauptabströmkanäle versetzt gegeneinander und schräg angeordnete Leitwandkörper aufweisen.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Zwischenwandteile jolousieartig ausgebildet sind.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 und 2 verschiedene Schnitte durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Wirbelkammerbett für die Durchsatzbeeinflussung einer Masseteilchenschicht für einen Wärmetauscher,

F i g. 3 und 4 in Einzelheiten im Schnitt bzw. in Ansicht die Ausbildung der die Masseteilchenströmung und -ableitung begrenzenden Wandteile,

Fig. 3a und 4a eine etwas abgeänderte Ausbildung der Wandteile,

F i g. 5 die Kennlinie einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung, die die abgeströmte Teilchenmenge M_T abhängig von der durchströmenden Gasmenge M₀ darstellt und

F i g. 6 die Anwendung der Erfindung bei einem Regenerator, der zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für einen Ofen unter Ausnutzung der Abgaswärme dieses Ofens dient.

In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 bedeutet 1 eine Masseteilchenschicht, die von einem gasförmigen kälteren Medium angeströmt wird, das durch die heißen Teilchen der Schicht 1 aufgewärmt werden soll. Im unteren Teil der Masseteilchenschicht, der durch ein Zuführungskanalsystem 5 die Teilchen in gleichmäßiger Verteilung zuströmen, ist das Bett 6 vorhanden, das den Durchtritt von Gas und Masseteilchen ermöglichen soll. Dieses Bett besteht im wesentlichen aus einer Anzahl von parallelen Wandteilen 6 a aus Metall oder Kunststoff oder anderem Material und zwischen den Wandteilen 6 a angeordneten, für das Gas durchlässigen, den Masseteilchenstrom jedoch nicht durchlassenden Zwischenwandteilen 8. Diese Zwischenwandteile 8 können vorzugsweise wie bei einer Jalousie aus einzelnen horizontal verlaufenden geneigten Leisten gebildet sein. Durch die Zwischenwandteile 8 werden die zwischen den parallel, angeordneten Wandteilen 6 a gebildeten Räume in zwei Kammern 7 und 10 unterteilt. In die Kammer 7 können über entsprechend abgebogene Teile der Wandteile 6 a aus der Masseteilchenschicht 1 Teilströme von Masseteilchen eintreten.

Die Wandteile 6 a weisen an ihrer unteren Seite abgebogene und gegebenenfalls ansteigende Boden-A'andteile6a₁ auf, die unterhalb der Zwischenwandteile 8 liegen und in die Kammern 10 hineinragen und somit die Bildung von Masseteilchenschüttkeilen la ermöglichen. In den Bodenwandteilen Oa₁ der Wandteile 6 a sind Öffnungen 9 eines begrenzten Querschnittes vorgesehen, der so bemessen wird, daß er bequem von Verunreinigungen freigehalten werden kann, jedoch daß unter Umständen auch ein Masseteilchendurchtritt noch möglich ist. Diesen Öffnungen 9 können aus den unterhalb liegenden Räumen 11 Gasströme zufließen, die im Bereich der Bodenwandteile Oa₁ die Masseteilchenschüttkeile la durchströmen. Neben den mit den Öffnungen 9 in Verbindung stehenden Räumen 11 liegen die Hauptabströmkanäle 12. Diese münden neben den Bodenwandteilen Oa₁ in die von Masseteilchen freien Kammern 10 des Wirbelbettes ein. In den Hauptabströmkanälen 12 sind in der Höhenrichtung versetzte, an den Begrenzungswänden geneigt angeordnete Leitwandkörper 12 α vorgesehen, die so angeordnet sind, daß in den Kanälen eine mehr oder weniger große Drosselung der durch die Kanäle von unten in die Kammern 10 eintretenden Gasströme erreicht wird.

Die F i g. 3 und 4 geben im einzelnen noch genauer die Ausbildung der die Masseteilchenlenkung bewirkenden Bodenwandteile Oa₁ mit den Öffnungen 9 wieder. Wie dort zu erkennen ist, weisen die Bodenwandteile 6 C₁ an ihrem an den Hauptabströmkanal 12 angrenzenden Ende Abströmrinnen 6a_l0 neben erhöhten Wandteilen im Bereich der Überströmkante auf. Hierdurch wird eine Dosierung der Masseteilchenströmung erreicht.

Wie der Querschnitt der F i g. 2 im einzelnen zeigt, ist das aus den Teilen 6 a und 8 gebildete Bett auch durch Querwände 13 senkrecht zu der Zeichenebene der F i g. 1 in Kammern unterteilt. Dieser Unterteilung entspricht auch die Ausbildung der Begrenzungswandteile 14 für die Hauptabströmkanäle 12.

Im folgenden soll die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchsatzregelung näher erläutert werden.

In F i g. 1 ist bei dem linken Teil des dargestellten Bettes 6 davon ausgegangen, daß eine Druckdifferenz zwischen den Räumen unterhalb und oberhalb der Masseteilchenschicht 1 nicht vorhanden ist. Infolgedessen tritt weder eine Gasströmung noch eine Masseteilchenströmung auf. Infolge der räumlichen Lage des Bodenwandteiles 6a_t und des unteren Teiles des Zwischenwandteiles 8 ergibt sich, daß bei Einstellung der Masseteilchen entsprechend ihrem Schüttwinkel die Masseteilchen nicht über die Kante des Bodenwandteiles Oa₁ in den Hauptabströmkanal 12 gelangen können. Infolge gegenseitiger Reibung der Masseteilchen aneinander bzw. an dem Bodenwandteil Oc₁ wird eine Masseteilchenströmung trotz des Vorhandenseins der öffnungen 9 verhindert. Wird nun durch Herbeiführung einer Druckdifferenz an der Masseteilchenschicht 1 eine Gasströmung ermöglicht, so kann das Gas einerseits durch die Räume 11 und die Öffnungen 9 die auf den Bodenwandteilen 6 a_x ruhenden Masseteilchenschüttkeile 7 α erreichen, andererseits durch die Hauptabströmkanäle 12 in die Kammern 10 eintreten, von wo dann das Gas in der durch Pfeile angedeuteten Weise durch die Schlitze der gasdurchlässigen Zwischenwandteile 8 in die Masseteilchenschicht 1 einströmt. Die Teilgasströme, die über die Räume 11 und die Öffnungen 9 die Masseteilchen durchströmen, bewirken nun eine Auflockerung der Masseteilchenschüttkeile la auf den Bodenwandteilen. Infolgedessen ändert sich der Schüttwinkel der Masseteilchen, so daß sie über den äußersten Rand der Abströmrinne 6a₁₀ fallen. Unter Umständen werden bei einer stärkeren Gasströmung die Masseteilchen auch hochgetragen. Nunmehr können die Masseteilchen nach Einleitung der Bewegung über die vorspringende Kante der Bodenwandteile Oa₁ in die Hauptabströmkanäle 12 abströmen. Kleinere Teilströme können unter Umständen auch durch die Öffnungen 9 und die Räume 11 abgeführt werden.

Wie Versuche gezeigt haben, ermöglicht es die erfindungsgemäß ausgebildete, im vorstehenden näher erläuterte Einrichtung, der Kennlinie — wie Kurve B in F i g. 5 zeigt — ein verändertes Verhalten zu geben, und zwar derart, daß die abströmende Teilchenmenge in Abhängigkeit von dem Gasmengen-

strom nicht mehr abfällt (Kurve C), sondern ansteigt. Dies hat zur Folge, daß bei Einführen eines kalten Gases und stärkerer Erwärmung desselben in der heißen Masseteilchenschicht auch bei etwaigen örtlichen Änderungen der Teilchenschicht keine Störungen im Betriebe möglich sind, sondern im Gegenteil auch bei dieser Art der Temperaturverteilung eine selbstregelnde Wirkung erzielt wird. Denn wenn z. B. im Falle einer Schichtdickenänderung durch Verringerung des Druckabfalles eine Erhöhung des Gasmengenstromes eintritt, so muß dieses bei steigender Kennlinie auch eine Erhöhung des abrieselnden Teilchenstromes zur Folge haben. Damit aber rutschen mehr heiße Masseteilchen nach, der Luftwiderstand erhöht sich entsprechend, und so kann eine Störung der Wärmetauschbedingungen vermieden werden. Die Erfindung gibt die Möglichkeit, bei mit Masseteilchen als Wärmeträger arbeitenden Wärmetauschvorrichtungen zur Gaserhitzung mit Regelung des Teilchendurchsatzes durch Änderung der Gasströmung die Durchsatzkennlinie zu beeinflussen, um durch Herbeiführung einer mit zunehmendem Durchsatz ansteigenden Kennlinie eine Stabilisierung der Durchströmung der Masseteilchenschicht zu erzielen, wenn diese von einer in größerem Maße anzuwärmenden kälteren Gasmenge durchströmt wird. Bei Ausführung eines entsprechenden, nach dem Zweikammerprinzip arbeitenden Regenerators würde sich in diesem Falle ergeben, daß die zum Aufheizen der Masseteilchen durch ein heißes Gas dienende Regeneratorkammer entsprechend den bekannten Regelverfahren mit fallender Kennlinie, dagegen die andere Regeneratorkammer, in der ein kaltes, gasförmiges Medium durch die in der anderen Regeneratorkammer erhitzten Masseteilchen aufgewärmt wird, in der im vorstehenden erläuterten Weise ausgebildet wird.

In Fig. 6 ist beispielsweise eine entsprechende Ofenlage wiedergegeben, in der die Abwärme einer Industrieanlage, beispielsweise eines Glasofens, dazu benutzt wird, einen Gasstrom, z. B. Luft, für die Anlage vorzuwärmen.. Bei einer derartigen Anordnung werden beide Kammern I und II eines Regenerators von dem gleichen Masseteilchenstrom und der gleichen oder wenig verschiedenen Gasmenge durchströmt. Es bedeutet 30 den Glasofen und 31 eine z. B. elektrische Heizanlage für die Luft. Letztere wird durch den Verdichter 32 zugeführt. Zur Vorwärmung der Luft dient das Regeneratorsystem 33. In der Kammer I wird durch die Abgase des Ofens 30 ein im Kreislauf geführter Masseteilchenstrom aufgeheizt. Dabei wird den heißen Abgasen des Ofens 30 durch die kühleren Masseteilchen die Abgaswärme entzogen. Die von der Kammer I über die Leitung 34 der Kammer II zuströmenden aufgeheizten Masseteilchen werden sodann in letzterer dazu benutzt, um die von dem Verdichter 32 der Heizanlage 31 zugeführte Kaltluft vorzuwärmen.

35 bedeuten Kanäle für die Luftführung, 36 ein Umleitkanalsystem, durch das die in der Kammer II abgekühlten Masseteilchen durch Verwendung einer Fördereinrichtung 37, beispielsweise eines Schneckenförderers, der Kammer I wieder zugeführt werden. Die Kammer I ist so ausgeführt, daß sie nach der in Fig. 5 gestrichelt eingetragenen fallenden Kennlinie C arbeitet. Die Durchsatzregeleinrichtung der Kammer II ist entsprechend dem oben erläuterten ErfindungsVorschlag gemäß Fig. 1 und 2 ausgebildet, wodurch sich die schon erläuterte Kennlinie B ergibt.

Selbstverständlich können Einzelheiten des beschriebenen Beispiels geändert werden. So zeigen beispielsweise die F i g. 3 a und 4 a eine veränderte Ausbildung der die Masseteilchenschüttkeile la tragenden Bodenwandteile 6a_v Letztere sind dabei im wesentlichen ohne Steigung ausgeführt und durch Querwandteile 6a₂ mit den Austrittsschlitzen 6a₃ begrenzt. Diese Anordnung gibt die Möglichkeit, be kleinem Durchsatz günstige Kennlinien zu erzielen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Beeinflussen des Durchsatzes von Masseteilchen in Wärmetauschern mit einem gasförmigen Medium im Gegenstrom, bei der auf der Unterseite einer Masseteilchenschicht ein feststehendes Kanalbett vorgesehen ist, das durch senkrechte Zwischenwandteile in Gas- und Masseteilchen-Zuströmkammern unterteilt ist und das unterhalb der Gaszuströmkammern Kanäle zum gleichzeitigen Zuführen von Gas und Abführen der Masseteilchen aufweist, wobei die Zwischenwandteile so weit oberhalb der die Kanäle aufweisenden Bodenwandteile enden, daß sich bis zum Rande der Kanäle erstreckende Schüttkeile aus Masseteilchen bilden können, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bodenwandteilen (6 O₁) unterhalb der Masseteilchen Schüttkeile (7 a) zusätzliche Gaseintrittsöffnungen (9) zum Auflockern der Schüttkeile (7 a) vorgesehen sind und die Bodenwandteile (Oa₁) zwischen den als Hauptabströmkanäle (12) ausgebildeten Kanälen und den zusätzlichen Öffnungen (9) den freien Durchtrittsquerschnitt für die Masseteilchen einengende Begrenzungswände (6a.„ 6a₁₀) aufweisen und daß die Zwischenwandteile (8) gasdurchlässig ausgebildet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenwandteile (6 Ci₁) nach den Hauptabströmkanälen (12) zu ansteigend ausgebildet und mit Abströmrinnen (6 a₁₀) versehen sind. (F i g. 4).

3. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände aus seitlichen Querwandteilen (6 α.,) mit Austrittsschlitzen (6α_Ά) bestehen (Fig. 4a).

4. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptabströmkanäle (12) versetzt gegeneinander und schräg angeordnete Leitwandkörper (12 a) aufweisen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwandteile (8) jalousieartig ausgebildet sind.