DE1501373A1

DE1501373A1 - Waermeaustauscher mit kegelstumpffoermigen Boeden

Info

Publication number: DE1501373A1
Application number: DE19661501373
Authority: DE
Inventors: Beeken David William
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Current assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1965-10-21
Filing date: 1966-10-19
Publication date: 1969-11-06
Also published as: NO124892B; SE319580B; US3423840A; ES332486A1; BE688584A; NL6614769A; GB1164283A

Description

Dorr-Oli-rer Incorporated,
77 Havemeyer Lan·, Stamford, Connecticut / USA

Wärmeaustauscher mit kegeletumpfförmigen

Buden

Priorität 1 v.21.0kt.I965 in England

unter der Ser.-No.i ^686/65

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei der Behandlung fester Materialien In einem Virbelschiohtgefaß, sowie eine Vorrichtung zur DuBhführung der Behandlung, inabesondere «ur DurohfUhrung des Wärmeaustausohea swisohen festem Material und Gasen ror oder naoh der Virbelsohiohtbildung.

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Xnabeaondere findet die Erfindung Anwendung bei der Vorweisung oder Kühlung serkleinerter feater Materialien, vie bei der KalBinierung ren Kalkatein, Phes»hatgestein und Sohamotton, bei der VMeraufbereitung ^en Sand und sonatigen Zwecken.

In der Wirbelschichttechnik iat es bekannt, verkleinertes festes BAD ORIQIMAL

Material in einem Wirbelschichtgefäß ait mehreren Abteilen warm zu behandeln. In der einfachsten For« enthalten solche Virbelschichtgefäße drei übereinanderliegende Abteile, nämlich ein oberes Vorwärmabteil, ein mittleres Kalzinierabteil und ein unteres Kühlabteil, von denen jedes eine Wirbelschicht aus dem zu behandelnden Material enthält.

Beim Betrieb solcher Reaktionsgefäße wird das zu behandelnde Material in das obere Abteil eingegeben, wo es durch die heißen Gase vorgewärmt wird, die aus dem mittleren Kalzinierabteil aufsteigen. Danach werden die vorerhitzten Teilchen in das mittlere Abteil zur Kalzinierbehandlung und schließlich in das untere Abteil überführt, wo die heißen Teile mit den eintretenden im allgemeinen kühlen Aufstromgasen in Berührung treten.

Dieses vorbekannte System hat sich zwar gewerblich al· brauchbar erwiesen und zwar hauptsächlich, weil es eine Kombination der Kalzinierstufe mit der Wärmerückgewinnung gestattet, es leidet aber an einer Anzahl von Machteilen, worunter die Überführung von Teilchen aus einem'Abteil in das andere χα erwähnen ist. Xs besteht auoh eine Neigung zur Verzunderung und schließlich Verstopfung der Überführungsrohre und Leitungen im den LochbSden, was zu einer periodischen Abschaltung und Säuberung zwingt·

Demgemäß hat die Erfindung sieh die Aufgabe gestellt, diese Nachteile der vorbekannten'Systeme zu vermelden und eine wirk-

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same Värmeaustauseheinrichtung zu schaffen, die in Verbindung mit Wirbelschichtgeräten verwendet werden kann. Ferner ist bei der Wirbelschichtvorrichtung nach der Erfindung der Wärmeaustauscher an die Stelle der Vorheiz- bzw. Kühlwirbelschichten eingesetzt· Diese und andere Aufgaben und Vorteile, die sich aus der nachstehenden Beschreibung ergeben, werden durch die Erfindung erzielt, die eine Vorrichtung zur Gegenstrombehandlung von zerkleinertem festen Material mit Gasen vorsieht, worin mehrere aufrechtstehende Kegel und abwärtsgerichtete kegelige Böden derart angeordnet sind, daß das feste Material kaskadenartig über die geneigten Oberflächen abwärts wandert und Gas aufwärts im Gegenstrom au dem festen Material geleitet wirdj die geneigten Oberflächen sind derart angeordnet, daß das feste Material den Gasweg beim übergang von einer geneigten Oberfläche sur anderen durchquert. Der Neigungswinkel der Oberflächen soll wesentlich größer sein als der Schüttwinkel des festen Materials* Infolge des Durchganges des Materials durch den Gasweg ergibt sich eine ziemlich Innige Mischung des fallenden Materials mit dem Gas. Es ist sehr erwünscht, daß mindestens ein gewisses Zurückwerfen des fallenden Materials erfolgt, und dies kann erreicht werden, wenn die Vorrichtung derart angeordnet ist, daß der Gasströmungsweg an einer Stelle eingeschnürt ist, wo das feste Material in den Gasströmung»weg fällt und damit die Gasgeschwindigkeit an dieser Stelle erhöht wird. Mit einer solchen Rückechleuderung kann eine innige Vermischung normalerweise bei jedem einzelnen Teilchen erzielt werden, da· mit dem Gas in innigen Kontakt gebracht wird. Es läßt sich, zeigen, daß bei der feineren Teilchengröße, wie sie

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für Wirbelschichtbildung erforderlich ist, der Wärmeauβtausch so rasch ist, daß er nahezu augenblicklich eintritt, aber durch die in der Vorrichtung erzielbare RUokschleuderung kann die Kontktzeit stark ausgedehnt werden, so daß eine größere Wärmeübertragung über den ganzen aufströmbaren Bereich erzielbar .ist.

Gegenüber Wirbelschichtgeräten kann die Vorrichtung nach der Erfindung derart angeordnet sein, daß der Energieverbrauch und die Investitionskosten herabgesetzt werden. Da auch keine Rohrleitungen oder Überführungerohe in den Vorheiz- und Kühlabteilen verwendet werden, ist eine Verzunderung von Rohren und Verstopfung von Überführungeleitungen ausgeschaltet·

Vorzugsweise können die geneigten Oberflächen aus mehreren hintereinander angeordneten, stehenden Kegeln und abwärtsgerichteten Kegelböden von solohen Abmessungen gebildet werden, daß die Teilchen über die Basis der Kegel oder die Kanten der Bodenöffnungen als dünner Materialschleier von z.B, etwa 3 10 mm (1/8 - 3/8 Zoll) Dicke dem aufsteigenden Gasstrom entgegenfließen, der den Hauptteil der Teilchenmasse auf die Schrägfläohen der Böden infolge der hohen Geschwindigkeit des durch die eingeschnürten Offnungen zwischen den Kegelbasen und den Kanten der Bodenöffnungen gehenden Gasstromes zurück-· werfen würde·

Wenn man die Kegellage in senkrechter Ebene einstellbar zu den Bodenoberflächen gestaltet, kann die Geschwindigkeit der

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aufsteigenden Gas· innerhalb gewünschter Grenzen einregelbar •ein, die je nach der Teilchengröße des behandelten Materials etwa 4,5 - 10,7 m/soc (15 - 35 Fuß/seo) betragen können. Bei» Durcheilen der Einschnürungszone in der Umgebung der Drossel-Öffnungen würde sich ein unmittelbarer Geschwindigkeitsabfall in dem Gas und eine entsprechende Freisetzung der Teilohen im Strom ergeben, so daß, wenn überhaupt, nur eine geringe Aussohlämmung τοη Teilchen in die darüberliegendβ Stufe eintreten würde. Im allgemeinen würden daher also Teilchen in jedem Abschnitt gehalten werden, bis ein Gleichgewichtszustand zwischen dem Teilchengewioht und der Kraft des aufsteigenden Gases erreicht ist, worauf die Teilchen entgegen dem aufsteigenden Strom in die nächste Stufe hinabsickern wurden.

Tür den Teilehenabzug seil Torzugβweise der Durchmesser der Kegelbasen etwas kleiner als derjenige der Bodenöffnungen sein.

Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung besitzt das Wirbelschiohtgerät die verstehend erwähnte Anordnung der Wärmeaustatsitoinriohtung zur Tererhitzung τ·η zerkleinertem festen Material, das der Wirbelschicht mit der Einspeisung zmgeftthrt wird, die im Gegenstrem mit den die Wirbelschicht verlassenden heißen Gasen wandert bzw. mit einer Wärmeaustauscheinrichtung der verstehend erwähnten Art zur Vererhitsung des der Wirbelschicht zugeleiteten Gases mit dem Gas, das im Gegenstrem mit dem aus der Wirbelsohioht ausgetragenem festen Produkt strömt·

Bin drittes Merkmal der Erfindung besteht in einem Verfahren

^909845/0215 «OORUNA, .«.

zur Leitung eines zerkleinerten festen Materials im Wärmeaustausch mit einem Gas unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden Ausführungsformen der Erfindung nachstehend näher beschrieben.

Fig.l ist ein senkrechter Schnitt durch eine Wirbelschichtvorrichtung mit einem Wärmeaustaueohgerät gemäß der Erfindung zur Erhitzung der festen Einspeisung)

Fig.2a und 2b zeigen Einzelheiten des Gerätes nach Anspruch zur Erläuterung des Rüekschleuderungseffektes auf den geneigten Böden|

Fig.3 ist ein senkrechter Schnitt durch ein/ Wirbelschichtgerät mit der Wärmeaustauschvorrichtung gemäß der Erfindung zur Vererhitzung der festen Einspeisung und der Verbrennungsluft.

Die Vorrichtung naofc Fig.l di'ent zum Brennen Tea Kalkstein. Sie besitzt ein feuerfestes, tragendes Bauwerk, das eine Hauptwirbelβchieht 2, eine Wirbelschicht 3 für die Ymrurhitzmng der Verbrennungsluft und einen turmartigen Kaskadenwärmeaustausoher k für die Vererhitzung der festen Beschickung umschließt.

Kalte, zerkleinerte, feste Beschickung wird in einem Zujflauf-

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trichter 5 "it mechanisch betätigten Doppelabschaltklappen 6 gegeben, von wo es in einen Beschickungsverteiler 7 «it mehreren öffnungen 8 für eine ziemlich gleichmäßige Verteilung um die Spitze des obersten Kegele 9 gelangt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besitzt der Wärmeaustauschturm k mehrere Kegel 9, die auf einem senkrechten Schaft 10 gelagert sind, der in senkrechter Richtung einstellbar und in einer Abdeckplatte 11 und einem unterem Armkreuz 12 gelagert ist. Diese Kegel 9 wirken mit ringförmigen, kegelstumpfförmigen Böden B zusammenι die öffnungen in den Böden 13 haben etwas größeren Durchmesser als der größte Durchmesser der Kegel 9* Die Beschickung geht abwärts über die oberen Seiten der Kegel 9 und der Böden 13, bis sie das Armkreuz 12 erreicht, um in die Wirbelschicht 2 überzutreten.

Die Wirkung der Wirbelschicht 2 und 3 ist bekannt und braucht nicht näher beschrieben zu werden. Die Wirbelschicht 2 ist mit öleinspritzstellen 28 versehen, wie sie in Fig.31 jedoch nicht in Fig.l, gezeigt sind. Ferner besitzt sie ein Überlaufrohr Ik und Windformen 15> Die Wirbelschicht 3 ist mit Windformen 16, einer Lufteinlaßleitung 17, einer Produktauslaßöffnung 18 und einem Anlaßbrenner 19 versehen.

Der Vorgang im Wärmeaustauschturm 4.ist aus Fig«2a und 2b ersichtlich. Fig. 2a zeigt die Verhältnisse, wenn kein Gas durch den Turm aufwärtsfließt und zerkleinertes Material nur von der Kante des Bodens 13 auf den Kegel 9 und dann von dessen

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Kante auf den nächsten Boden 13 herabfällt. Figur 2b zeigt den Zustand, wenn ein Gas aufwärts durch einen Turm geht. Die untere Kant;ο des Kegels 9 bildet mit der Oberseite des Bodens 13 eine vereingte Ringöffnung, so daß das Gas beschleunigt wird und den eingebrachten Feststoff auf die Sohrägfläche des Bodens stößt, wie durch die Pfeile 21 angedeutet ist» da das Material auf der Oberfläche des Kegels 9 in eine« dünnen Schleier absinkt, tritt eine innige Mischung zwisohen Material und Gas auf. Auf diese Weise kann das Material zunächst getrocknet und dann -vorgeheizt werden.

Die Kegel 9 und Böden 13 können aus rostbeständigem Stahl gefertigt sein und haben bei der dargestellten AusftihrungsforM einenNeigungswinkel von k5°. Die Kegel und Böden sind selbsttragend, und der unterste Kegel ist an seiner Basis mit feuerfestem Material ausgekleidet, um als Strahlungsschutz gegenüber den.heißen Gasen Von 1000 bis 1200°C aus der Wirbelschicht 2 zu dienen. Die Basis des untersten Bodens 13 i» Fig.3 i·* vorzugsweise gleichzeitig gegen Hitee geschützt.

Zur Bedienung der Kegel 9 und Böden 13 können die Kegel 9 derart angeordnet sein, daß sie sich zur vollen Schließung der öffnungen in den Böden absenken lassen, und Ih jedem Abschnitt können seitliche Mannlöcher für den Zugang vorgesehen sein.

Die Vorrichtung nach Fig.3 ist derjenigen der Fig.l in vieler Beziehung ähnlich und für gleiohe Teile simd gleiohe Bezugs-

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zeichen verwendet. Xs ist jedoch zu bemerken, daß hier ein zweiter Wärmeaustauschturm 22 an die Stelle der Schicht 3 tritt, der in Fig.l für die Erhitzung der in die Verteilungskammer 23 der Wirbelschicht 2 eintretenden Oase vorhanden ist. Der Produkt-auslaß 2k der Wirbelsohioht 2 wird durch ein Klappenventil 25 geregelt und führt zu dem Verteiler 7 des Turmes 22. Letztererhat einen Gaseinlaß 26 und einen Froduktauslaß 27* Wegen der niedrigeren Betriebstemperaturen sind hier keine Wärmeabschirmungen, wie in Fig.l, erforderlich.

Zur leichteren Handhabung des Steuerschaftes 10 ist der Turm 22 gegenüber dar Wirbelachicht 2 und dem Turm k veraotzt, aber mit geeigneten Abänderungen können der Turm 22, die Schioht.2 und der Turm h auch leieh* gleiohaohaig angeordnet aein.

Der Turm k nsjsh Fig.l und 3 liefert in sechs oder sieben Stufen einen Wärmeaustausch, wie man ihn unter Verwendung von drei Wirbeleohiohtvorheiaeinheiten erwarten kBnmte und ergibt daher eine große Ersparnis an launo**·. Obgleich diese Htthonersparnis nioht unbedingt für den Turm 22 gilt, kann man dooh einen hohen thermisohen Wirkungsgrad in diesem Tui erzielen.

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Claims

Patentanspruch·

1.) Vorrichtung zur Gegen*tr «»behandlung von eich abwärts bewegendem, zerkleinerte·, festem Material ±m OegenstroH alt einen aufsteigenden Gas, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere stehende Kegel und abwärts gerichtete Böden derart angeordnet sind, daß das feste Material über deren geneigte Oberflächen abwärts wandert,und das aufsteigende Gas alt seines Strösnings« weg den Stroa des festen Materials bei dessen Übergang von einer Schrägfläohe zur anderen durchsetzt.

2.) Vorrichtung nach Anspruoh I₁ dadurch gekennzeichnet, daß aufwärts gerichtete Kegel und abwärts gerichtete Böden zueinander abwechselnd angeordnet sind.

3.) Vorrichtung nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Schrägflächen wesentlich größer als der Sohüttwinkel des festen Materials darauf ist.

k») Vorrichtung nach eines der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägflächen den Gasfluß an der Stelle einschnüren, wo das feste Material durch den Gaastrosi fällt.

5·) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenlage der Kegel senkrecht asu den Bodenflächen einstellbar ist.

6.) Vorrichtung naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß dl« Basis dss Kegeldurchaessers kleiner ist als der Durchmesser der Bodenöffnung.

7.) Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, deü eine Wirbelschicht aus zu behandelnden festen Stoffen unterMJb und/oder oberhalb der Schrägflachen mit diesen kosasunisierend angeordnet ist«

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