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Gegenstrom-Querstromwärmetauscher Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher
zur Erwärmung oder Kühlung körnigen oder staubförmigen Gutes durch Gase, die eine
dem Prozeß entsprechende Temperatur haben oder im Wärmetauscher unter Brennstoffzufuhr
auf diese Temperatur gebracht werden. Wärmetauscher zum Erwärmen körnigen,oder staubförmigen
Gutes finden beispielsweise bei der Zementfabrikation Verwendung. Es sind
Einrichtungen zum Erhitzen von Zementrohmehl in mehreren Behandlungsstufen bekannt,
die aus mehreren durch Gasleitungen hintereinandergeschalteten Zyklonen bestehen,
die von heißen Gasen durchströmt werden, während das Behandlungegut sich unter dem
Einfluß von Schleppkräften der Gase, von Fliehkräften undder Schwerkraft zeitweilig
in Richtung des Gasstromes bewegt und zeitweilig quer dazu.
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Zur Verbesserung des Wärmeaustausches zwischen Gas und Gut sind derartige
Einrichtungen auch mit Doppelzyklonen, die miteinander in offener Verbindung stehen
und von Teilströmen des Gases durchströmt werden, vorgeschlagen worden (Deutsches
Patent.... - Patentanmeldung K 54 438 IVb/80c). Das Behandlungegut wird bei
derartigen Einrichtungen auf eine Temperatur erhitzt, die etwas geringer ist als
die Temperatur der Abgase der zugehörigen Behandlungsstufe.
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Es sind auch Gegenstromwärmeaustauscher für die Erwärmung von körnigem
und staubförmigem Gut bekannt. Da ein solcher Gegenstrom-
Wärmetauscher
im heißesten Teil die gesamte Gaamenge durchsetzen muß, erfordert dieses eine entsprechend
große lichte Querschnittsfläche, damit die laminare Strömung an den Wänden entlang
in ausreichender Schichtstärke gewährleistet wird. In dieser lakinaren Strömungsschicht
vollzieht sich das Absinken des staubförmigen Gutes entgegen der Gasströmung nach
unten. Bei einer zu hohen Gasgeschwindigkeit treten Störungen in der Grenzschicht
ein, die bei einer axial nach oben ausgerichteten Gasströmung ein übermäßiges Mitreißen
von staubförmigem Gut verursachen.
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Ein Gegenstromwärmetauscher hat ferner die Eigenachaftg daß die unten
im Zyklonschacht mit gewissem tangentialen Drall eingeführte Gasströmung schon nach
kurzer Zeit ihren Drall verliert und so schon nach dem untersten Schachtdrittel
nicht mehr imstande ist, eine schraubenförmige Abwärtsbewegung in dem in der laminaren
Grenzschicht befindlichen Gut aufrechtzuerhalten. Daß herabrieselnde Gut bleibt
deshalb in der oberen Hälfte des Zyklonschachtes in seiner Schichtung unbeeinflußt,
so daß die wandungenahe Staubschicht gegenüber derselben der Gasseite viel weniger
einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird. Eine Polge davon ist eine ungleichmäßige
radiale Temperaturverteilung in dem Gasstrom und zwar so, daß die wandnahen langsamen
Gasströmungeschichten durch die Wärmeabgabe an das herabrieselnde Gut sehr schnell
abgekühlt werden, während die in der Wärmetauschermitte strömenden Gase weniger
an dem Wärmeaustausch beteiligt werden. Der Wärmeinhalt der Gase wird daher nur
ungenügend ausgenutzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen,
die eine geringe Bauhöhe hat und bei der die Temperatur des Behandlungsgutes über
der Temperatur der Abgase der zugehörigen
Behandlungestufe liegt.
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Gelöst wurde die Aufgabe mit Hilfe einer Einrichtung mit einem Rundsohacht,
in den die Gase durch eine Hauptgaazuleitung über die Höhe den Schachtes verteilt,
mindestens aber über je einen oberen und unteren Einlaß tangential eingeführt und
aus dem sie zentral nach oben abgeleitet worden und in dem sich das durch eine Aufgabeöffnung
in der Behachtdocke oder im oberen Gaseinlaß eingebrachte Gut, entgegen und quer
zur Gasetromrichtung, bewegt.
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Da bei einer solchen Anordnung das Behandlungegut noch unmittelbar
vor den Austritt aus den Rundschacht der Einwirkung der am unteren
Bohaohtende einetrömenden Prischgase ausgesetzt ist.nimmt an eine remperatur
an, die zwischen der Eintritts- und Austrittstomperatur der Gase in der zugehörigen
8tufe liegt.
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Pür gewinne Zwecke ist es vorteilhaft, die Gase tangential
über einen oder mehrere am Ochaohtumfang verteilte, sich über die Behaohtlänge erstreckende
Schlitze einzuführen. Der Wärmeaustausch zwischen den Gas und dem Gut erfolgt hierbei
gleichzeitig in Quer- und im Gegenstrom, und zwar derart, daß die im Unterteil den
Schachtes eingeführten Reißgase nach dem Durchströmen des Gutes im Querstrom das
weiter.aufwärts befindliche und langsam nach unten herabrieselnde Gut nunmehr im
Gegenstrom erhitzen. Diesen weiter aufwärts befindliche Gut Wird jedoch an dem Gaseinführungsschlitz
bzw. bei mehreren radial am Umfang verteilten Schlitzen sogar fortlaufend von anderen
Teilgasmengen im Queretrom durchatrömt und so neben einer Gegenstromwärmebehandlung
auch gleichzeitig einer Querstromwärmebehandlung mit gleichzeitiger Umschichtung
unterworfen.
-In Aungestaltung der Erfindung ist ein Stellorgan
vorgesehen, mit dem die Verteilung der Gaamengen über die Schachtlänge zweckentsprechend
beeinflußt werden kann.
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Bei Prozessen, die eine Tempereiur erfordern, die über der Temporatur
des zugeführten Gases liegtg ist-die Zuführung von Brenn-Stoff und Verbrennungsluft
in den Schacht vorgesehen.
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Es ist vorgesehen, den gegebenen 2rozeßbedingungen entsprechend
mehrere erfindungsgemäße Wärmetauscher in an sioh bekannter Weine in Gruppen zusammenzustellen.
Dabei soll das Gut nacheinander mehrere Wärmetauscher durchlaufen, in denen es stufenweise
erhitzt oder auch gekühlt wird.
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Die durch den Kühlprozeß erhitzte Kühlluft kann nach erfolgter Entstaubung
als VerbrennungBluft zusammen mit Brennstoff in einer anderen Stufe Verwendung finden.
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In den Abildungen sind Beispiele für erfindungegemäße Wärmetauscher
veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt eine Gruppe von Wärmetauschern mit je einem oberen
und unteren Gaseinlaß, Fig. 2 zeigt Wärmetauecher mit über die Höhe den Schachtes
verteilter Einführung des GaaeB9 Fig. 3 veranschaulicht einen sich in Längerichtung
den Schachtes erstreckenden schmalen Gaseinlaß, Fig. 4 zeigt einen Querschnitt zu
Fig. 2 mit der Darstellung der Einlässe für Gas und Brennstoff mit Verbrennungeluft.
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Gemäß %. 1 sind zwei Wärmetauscher 1, 2 in an sich,bekannter
Weise
mit einem die Reißgase liefernden Drehrohrofen 3 und einer Entstaubungseinrichtung
4 zusammengefaßt, wie etwa in der Zementfabrikation üblich.
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Das dem unteren Wärmetauscher 1 über eine Hauptgaaleitung
5 zuströmende Gas verzweigt sich erfindungegemäß in zwei Zweigetröme, die
über einen oberen Einlaß 6 und einen unteren Einlaß 7 #angential in
den Rundschacht eingeführt werden.
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Die in den Oberteil des Schachtes eingeführten Gase dienen zur Aufwärmung
und zu einer gleichmäßigen Verteilung des Guten, und zwar in der Art, daß das Gut
aus der ablaufenden Rohrleitung 8
des obenliegenden Wärmetauschers 2 in den
Gasführungskanal 9 eingeführt wird, der mit einer Teilgaamenge von etwa 40
% bis 60 %
des anfallenden, entsprechend hoch temperierten Gases beschickt
wird. In dem Gankanal 9 und dem Oberteil des Schachtes den Wärmetauschers
1 erfolgt die Erhitzung des Gutes im Gleichstrom. Das im Gleichstrom erhitzte
Gut wird in der von Zyklonen her bekannten Weise im oberen Teil des Schachtes durch
die Fliehkraftwirkung aus dem Gasstrom auigeschieden und, während die Gase durch
den Gasstutzen 10 abgeführt werden, fällt das erwärmte Gut an der Innenwand
des Schachtes entlang nach unten. Während dieser 7a11-zeit wird dieses Gut einem
Wärmeaustausch durch die unten in den Schacht eingeführte Teilgasmenge, die etwa
60 - 40 % der anfallenden, entsprechend hoch temperierten Gaamenge
beträgt, ausgesetzt. Das jetzt im Gegenstrom hoch erhitzte Gut wird über den Schachttrichter
11 und das Führungsrohr 12 dem Drehrohrofen 3 zugeführt. In gleicher
Weise arbeitet die darüber angeordnete Stufe mit aem
Wärmetauscher
2, aber mit niedriger Gantemperatur. Die W4rkungo.;-weise der Gutaufgabe
13, 14 und der Entstaubungsrinrichtung 4 ist ohne weitere Erläuterung d'er
Äbbildung verständlich.
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In jedem der Wärmetauscher 1, 2 wird das Gut-auf eine Temperatur
erhitztg die zwischen der Gastemperatur am unteren Gaaeinlaß 7
und der Abgastemperatur
im Gasstutzen 10 und somit über der Temperatur der Abgase liegt. Die Bauhöhe
der Wärmetauscher Irann infolge der günstigen Bedingungen für den Wärmetauach geringer
ge->halten werden als bei vergleichbaren Einrichtungen mit Zyklonen oder bekannten
Gegenstromwärmetauschern.
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Fig. 2 zeigt das gleiche Prinzip wie Fig. 1 aber mit zwei Wärmetauschern
la, 2a, die einen sich über die Schachtlänge erstreckenden tangentialen Gaseinlaß
15 haben.
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Fig. 3 und 4 zeigen den Einlaß 15 im Querschnitt und
im Grundriß. Der über die Hauptgaaleitung 5a zugeführte Gasetrom wird in unendlich
viele Teiletröme aufgelöst, die sich in Richtung der mit OPfeilen gekennzeichneten
Strömungslinien durch den Schacht bewegen. Die gleichlautend mit den Bezugezeichen
der Fig. 1 belegten Bestandteile haben die gleiche Bedeutung wie zu Pig.
1 erläutert. Das Gut wird über die Rohre 8a durch die Schachtdocke aufgegeben
und bewegt sich darauf in Umfangenähe auf schraubenförmigen Bahnen nach unten. Im
Bereich der Einmündung des schlitzförmigeli Gaseinlassee 15 erfolgt unter
dem Einfluß der einetrömenden Gase eine gründliche Auflockerung und Umschichtung
des Gutes. Wenn mehr als ein Gaseinlaß am Umfang vorgesehen wirdg wiederholt sich
dieser Vorgang entsprechend öfter. In Pig. 4 ist auch ein Kanal 17 für die
Zuführung von Brennstoff und Verbrennungeluft dargestellt. Je
nach
der zu erzielenden Temperatu#r kann der Brennstoff mit Behandlungegut vermischt
zugeführt werdengund zwar sowohl über den Kanal 17 als auch auf anderen
Wege, z.B. über ein durch die Bohachtdocke führendes Rohr 8a.
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Zur willkUrlichen 13oeinflussung der Verteilung der Gaamenge
- über die Ochaohtlänge kann ein Otellorgan vorgesehen werden, beispielsweise
ein Schieber 18 (Ifig. 1). Bei Anordnungen nach Fig. 2 kann an die
ßtelle den Ochiebern ein abgewandelten, sich In Richtung der Behachtwand
erstreckenden ßtellorgan Anwendung finden. Wärmetaunoher gemäß der Zrfindung
zeichnen sich aus durch einen höheren therminahen Wirkungsgrad, durch geringen Strömungewiderstand,
geringen radialen Tomperaturgefälle in der kreisend abwärterionelnden Gutschicht
(dadurch größere Gleichmäßigkeit des ausgetragenen Guten), wenig ßtaubaustrag durch
die Abgase infolge geringer Vortikalgeschwindigkeit der Gase an der Grenzschicht
von Gas und Gut und insbesondere durch geringere Bauhöhe aus. Unter Umständen ist
es auch möglich9 mit einer geringeren Zahl von Behandlungentufen auszukommene Die
an sich bekannte Rintereinanderechaltung mehrerer Behandlungeatufen ist ohne
weitere ]Irläuterung aus Fig. 1 und 2 zu erkennen.