DE1508507B1

DE1508507B1 - Vorrichtung zum direkten Wärmeauetausch zwischen einem körnigen oder staubförmigen Gut und einem Gas

Info

Publication number: DE1508507B1
Application number: DE19661508507
Authority: DE
Inventors: Otto 4722 Ennigerloh. B22c 9-14 Heinemann
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1966-02-23
Filing date: 1966-02-23
Publication date: 1970-01-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum direkten Wärmeaustausch zwischen einem körnigen oder staubförmigen Gut und einem Gas, insbesondere zum Kühlen, Trocknen, Vorwärmen oder Brennen von Gut, bestehend aus wenigstens einem mit rotationssymmetrischem Querschnitt versehenen Wärmetauscherraum, der eine tangentiale Gaseintrittszone, einen an das obere Ende des Wärmetauscherraumes anschließenden axialen Gasaustrittskanal sowie einen das Gut nach unten abführenden Sammeltrichter aufweist, wobei sich die Gaseintrittszone über eine axiale Länae des Wärmetauscherraumes erstreckt, die größer als der mittlere Durchmesser des Wärmetauscherraumes ist.
Es sind Vorrichtungen zum direkten Wärmeaustausch zwischen Gut-und Gas bekannt, bei denen das Gut gemeinsam mit dem Gas in einen Zyklon eingeführt wird. Das Gas wird hierbei nach unten aus dem Zyklon abgezogen. Damit herrscht in dem Zyklon im wesentlichen eine Gleichstrombewegung zwischen Gas und Gut, die keine optimale Wärmeübertragung ermöglicht.
Es ist weiterhin eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der das Gas durch einen an das obere Ende des Wärmetauscherraumes anschließenden axialen Gasaustrittskanal und das Gut nach unten durch einen Sammeltrichter abgeführt wird. Das Gut gelangt hierbei gemeinsam mit dem Gas in die als Zyklon ausgebildete Vorrichtung. Der im unteren Teil des Zuführkanals mitgeführte Hauptanteil des Gutes befindet sich infolgedessen beim Eintritt in den Zyklon bereits sehr nahe am unteren Zyklonende. Das Gut steht daher im Zyklon nur noch -sehr kurze Zeit mit dem Gas in Berührung, ehe es im Gutsammeltrichter-- abgeschieden wird. Auch diese bekannte Vorrichtung gewährleistet daher keinen optimalen Wärmeaustausch.
Es wurde weiterhin bereits eine Einrichtung zum Trocknen und Vorwärmen von feinkörnigem Gut vorgeschlagen, bei der jede Vorwärmstufe aus einer im Grundriß rechteckigen Entspannungskammer mit trichterförmigem Boden besteht, in die an der einen Seite ein Eintrittskanal für das Heizgas einmündet -und aus der auf der gegenüberliegenden Seite ein Absaugekanal herausführt; dabei mündet in der Decke der Kammer ein Aufgaberohr für die in der übergeordneten Stufe ausgeschiedenen Feststoffe. Bei dieser älteren Ausführung wird die Entspannungskammer somit im wesentlichen quer vom Gas durchströmt, wobei das Gut von oben nach unten durchden Gasstrom hindurchfällt. Wenn hierbei definierte Strömungsverhältnisse gewährleistet sein sollen, ergibt sich eine verhältnismäßig kurze Aufenthaltszeit des Gutes im Gasstrom.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein wesentlich verbesserter Wärmeübergang zwischen Gas und Gut erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine von der Gaseintrittszone gesonderte, unmittelbar in den oberen Bereich des Wärmetauscherraumes mündende Guteinführung vorgesehen ist.
Das Gut muß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung infolgedessen den ganzen Wärmetauscherraum von oben nach unten durchsetzen, ehe es im Sammeltrichter abgeschieden wird. Dabei kommt es in eine lange, intensive Berührung mit dem in Form einer Wirbelströmung aufsteigenden Gasstrom. Da sich die Gaseintrittszone über eine sehr große axiale Länge des Wärmetauscherraumes erstreckt, kommt das Gut auch noch im untersten Bereich des Wärmetauscherraumes mit frischem Gas in Berührung, das bis dahin noch keinen Kontakt mit dem Gut hatte. Die Wahl einer langen Gaseintrittszone und die gesonderte Gutzuführung von oben führen damit in ihrer Kombination zu einer idealen Annäherung an das für die Wärmeübertragung besonders günstige Gegenstromprinzip, wobei jedoch durch die im Wärmetauscherraum herrschende Wirbelströmung zugleich einwandfreie Abscheideverhältnisse gewährleistet sind.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, F i g. 2 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles, F i g. 3 und 4 Querschnitte durch zwei Wärmetauscherräume mit unterschiedlich verlaufender Gaseintrittszone, F i g. 5 eine Schemadarstellung von zwei in Reihe geschalteten Wärmetauscherräumen.
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung zum direkten Wärmeaustausch zwischen einem körnigen oder staubförmigen Gut und einem Gas besteht im,#esentlieben aus einem Wärmetauscherraum 1, der als zviindrischer Schacht ausgebildet ist und an seinem unteren Ende einen Gutsammeltrichter 2 trägt. Eine Gaszuleitung 3 steht über einen Schlitz 4 mit dem Wärmetauscherraum 1, in Verbindung. Die durch den Schlitz 4 gebildete Gaseintrittszone erstreckt sich über die ganze axiale Länge des Wärmetauscherraumes 1, somit über eine Länge, die wesentlich größer als der Durchmesser des Wärmetauscherraumes 1 ist.
Der Gasaustritt erfolgt über ein in den oberen Bereich des Wärmetauscherraumes 1 hineinragendes Tauchrohr 5. Das Gut wird über ein Rohr 6 unmittelbar (und zwar zentrisch oder exzentrisch) in den Wärmetauscherraum 1 eingeführt. Der Gutaustrag erfolgt über den Sammeltrichter 2.
Durch den über den Schlitz 4 eingeführten Gasstrom wird im Wärmetauscherraum 1 eine Wirbelsenke mit großer axialer Erstreckung erzeugt. Dieser Wirbelsenke wird das Gut oben beigemischt. Es kreuzt daher bei seiner Abwärtsbewegung im Wärmetauscherraum 1 laufend den Gasstrom, wobei sich eine gegenstromähnliche Bewegung ergibt.
Bei dem Ausf ührungsbeispiel gemäß F i g. 2 wird die Gaseintrittszone durch eine Anzahl einzelner Gaseintrittsöffnungen 8 a, 8 b, 8 c, 8 d, 8 e und 8 f gebildet, über die entsprechende Gaszuleitungen in den Wärmetauscherraum 1 münden. Diese Gaseintrittsöffnungen 8 a bis 8 f sind so angeordnet, daß ihre Mittelpunkte auf einer-Schraubenlinie um die Längsachse des Wärmetauscherraumes 1 liegen. Die Guteinführung (Rohr 6) mündet ebenso wie bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel unmittelbar in den oberen Bereich des Wärmetauscherraumes 1 ein.
F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß F i g. 1, bei der die Mittellinie der Gaseintrittszone (Schlitz 4) parallel zur Längsachse 7 des Wärmetauscherraumes 1 verläuft. F i g. 4 zeigt demgegenüber einen Querschnitt durch eine Vorrichtung, bei der die beispielsweise durch einen zusammenhän(yenden Schlitz aebildete Gaseintrittszone in Form einer Schraubenlinie um den Wärmetauscherraum 1 läuft. Dem-emäß umschließt auch die Gaszuleitung Y' den Wärmetauscherraum spiralförmig. Der Schnitt ist durch die schraubenlinienförmige Gaseintrittszone geführt.
gt schließlich eine mögliche Reihen-F i g. 5 zeig schaltuno, zweier Wärmetauscherräume l', die in ihrer ganzen Länge als Trichter ausgebildet sind. Das Tauchrohr 5 des unteren Wärmetauscherraumes bildet die Gaszuleitung für den darüber angeordneten Wärmetauscherraum, dessen Gutaustragsrohr 6' umgekehrt in den unteren Wärmetauscherraum mündet. Bemerkenswert ist unter anderem die geringe Baubreite, die sich durch die trichterförmige Ausbildung der Wärmetauscherräume und die Gaseinführung über die ganze axiale Länge ergibt.
Die Gaseintrittszone erstreckt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßig über eine axiale Länge des Wärmetauscherraumes, die zwischen dem 1,2fachen und dem 3fachen Wert, vorzugsweise zwischen dem 1,8fachen und dem 2,5fachen Wert des mittleren Durchmessers des Wärmetauscherraumes liegt.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum direkten Wärmeaustausch zwischen einem kömigen oder staubförmigen Gut und einem Gas, insbesondere zum Kühlen, Trocknen, Vorwärmen oder Brennen von Gut, bestehend aus wenigstens einem mit rotationssymmetrischem Querschnitt versehenen Wärmetauscherraum, der eine tangentiale Gaseintrittszone, einen an das obere Ende des Wärmetauscherraumes anschließenden axialen Gasaustrittskanal sowie einen das Gut nach unten abführenden Sammeltrichter aufweist, wobei sich die Gaseintrittszone über eine axiale Länge des Wärmetauscherraumes erstreckt, die größer als der mittlere Durchmesser des Wärmetauscherraumes ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Gaseintrittszone (z. B.4) gesonderte, unmittelbar in den oberen Bereich des Wärmetauscherraumes (1) mündende Guteinführung (6) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gaseintrittszone über eine axiale Läntye des Wärmetauscherraumes erstreckt, die zwischen dem 1,2fachen und dem 3fachen Wert, vorzugsweise zwischen dem 1,8fachen und dem 2,5fachen Wert des mittleren Durchmessers des Wärmetauscherraumes liegt. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherraum (1) zylindrisch ausgebildet ist und an seinem unteren Ende einen Gutsammeltrichter (2) trägt. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherraum (l') in seiner ganzen Länge in Form eines Trichters ausgebildet ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintrittszone durch einen einzigen, zusammenhängenden Schlitz (4) I C gebildet wird. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintrittszone durch eine Anzahl einzelner öffnungen (8 a bis 8 f) gebildet ZD wird. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie der Gaseintrittszone (4) in einer durch die Längsachse (7) des Wärmetauscherraumes (1) verlaufenden Ebene liegt. 8. Vorrichtuncr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie der Gaseintrittszone (8 a bis 8 f) die Form einer Schraubenlinie um die Läncysachse des Wärmetauscherraumes aufweist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Strömungsquerschnitt der Gaszuleitung (3) im Bereich der Gaseintrittszone (4) von unten nach oben kontinuierlich verringert. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den axialen Gasaustritt ein an sich bekanntes Tauchrohr (5) vorgesehen ist. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hintereinanderschaltung mehrerer gleichartiger Wärmetauscherräume (V).