-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Wärme- und/oder
Stoffaustausch zwischen feinteiligen Feststoffen und einem gasförmigen Medium, insbesondere
zum Vorwärmen, Brennen und/oder Kühlen der Feststoffe, bestehend aus einem mehrstufigen
Schacht mit tangentialer Gaszuleitung am unteren Ende, Feststoffzuführung im oberen
Bereich, Feststoffableitung am Boden und tangentialer Gasableitung am oberen Ende,
wobei am Schachtumfang einzelne konzentrische Feststoffsammelräume vorgesehen sind,
die an ihrem oberen Ende über eine Eintrittsöffnung mit dem Schachtinnenraum und
an ihrem unteren Ende über Austragrohre mit einem tieferen Teil des Schachtinnenraumes
in Verbindung stehen.
-
Zum Wärme- und/oder Stoffaustausch zwischen feinteiligen Feststoffen
und einem gasförmigen Medium ist bereits eine Vorrichtung bekannt, die im wesentlichen
aus einem vertikalen Schacht besteht, dessen Innenraum durch ein Rohr in einen inneren
und einen äußeren Teilraum unterteilt ist. Die Feststoffe werden hierbei ausschließlich
im inneren Teilraum abwärts geführt, während das gasförmige Medium teils im inneren
Teilraum und teils im äußeren Teilraum nach oben strömt. Durch den auf diese Weise
für den Gasstrom geschaffenen Nebenweg (im äußeren Teilraum) soll im inneren Teilraum
die Gasgeschwindigkeit so weit reduziert werden, daß sich auch die feinsten Bestandteile
der Feststoffe bewegen. Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Vorrichtung liegt
in der stark unterschiedlichen Verweilzeit von Feststoffen unterschiedlicher Korngröße
im Schacht und damit in einem ungenügenden Wärme-und/oder Stoffaustausch mit den
grobkörnigen Bestandteilen.
-
Zur Verbesserung des Wärme- und/oder Stoffaustausches hat man weiterhin
Vorrichtungen der eingangs genannten Art entwickelt, bei denen am Schachtumfang
einzelne Feststoffsammelräume vorgesehen sind. Die Feststoffe werden bei dieser
Vorrichtung von der schraubenlinienförmig im Schacht aufsteigenden Gasströmung periodisch
aus dem Schacht ausgetragen, in den erwähnten Feststoffsammelräumen gesammelt und
über die Austragrohre dieser Räume in einen tieferen Teil des Schachtinnenraumes
wieder eingetragen. Man kann auf diese Weise mit verhältnismäßig hohen Gasgeschwindigkeiten
im Schacht arbeiten und gewährleistet trotzdem eine schrittweise Gegenstrombewegung
der Feststoffe nach abwärts.
-
Bei einer Vorrichtung der letztgenannten Art muß dafür Sorge getragen
werden, daß die im Schacht aufsteigenden Gase ihren Weg nicht durch die erwähnten
Austragrohre der Feststoffsammelräume nehmen, da sie hierbei die Abwärtsbewegung
der Feststoffe in diesen Rohren behindern würden. Bei der bekannten Vorrichtung
sind zu diesem Zweck in den Austragrohren Materialschleusen, beispielsweise Pendelklappen
vorgesehen, die eine Abwärtsbewegung der Feststoffe ermöglichen, eine aufwärts gerichtete
Gasströmung in diesen Rohren dagegen verhindern. Im Hinblick auf die verhältnismäßig
hohen Temperaturen, denen diese beweglichen Sperrglieder ausgesetzt sind, sind ein
erheblicher Verschleiß sowie eine starke Störungsanfälligkeit unvermeidlich.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf die erwähnten, verschleiß- und störungsfälligen
Elemente verzichtet werden kann, eine aufwärts gerichtete Gasströmung in diesen
Austragrohren der Feststoffsammelräume jedoch trotzdem verhindert ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Austragrohre
in frei durchgehender Verbindung im zentralen Bereich des Schachtinnenraumes ausmünden.
-
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, daß im zentralen Bereich des
von den Gasen schraubenlinienförmig durchströmten Schachtinnenraumes ein gewisser
Unterdruck herrscht (Wirbelsenke). Läßt man die Austragrohre der Feststoffsammelräume
in diesem zentralen Bereich des Schachtinnenraumes ausmünden, so kann man infolgedessen
auf jegliche Materialschleusen, wie bewegliche Pendelklappen, in diesen Austragrohren
verzichten; im Hinblick auf die Druckverhältnisse, die einerseits an der Ausmündung
der Austragrohre und andererseits an der Eintrittsöffnung des zugehörigen Feststoffsammelraumes
herrschen, nehmen die Gase ohnehin ihren Weg durch den Schachtinnenraum. Der Wegfall
der Materialschleusen in den einzelnen Austragrohren vereinfacht die Konstruktion
und verringert die erforderliche Wartung sowie die Störungsanfälligkeit der Anlage.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise zum Vorwärmen,
Brennen und/oder Kühlen von Zementrohmehl, Kalk, Dolomit, Magnesit, Erzen, Tonerdehydrat
und sonstigen feinkörnigen oder staubförmigen Feststoffen Verwendung finden. Sie
kann ferner auch zu einem Stoffaustausch im Wege irgendwelcher chemischer Reaktionen
zwischen den Feststoffen und dem gasförmigen Medium benutzt werden.
-
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht.
Es zeigt F i g.1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß
einem ersten Ausführungsbeispiel, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der
F i g.1, F i g. 3 einen Teilschnitt längs der Linie III-III der F i g. 2, F i g.
4 einen Vertikalschnitt durch den oberen Teil eines zweiten Ausführungsbeispieles
der Erfindung, F i g. 5 eine perspektivische Schemadarstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles.
-
Die Vorrichtung gemäß F i g.1 enthält einen Schacht 1, der in vier
übereinanderliegende Stufen 1 a, 1 b, 1 c und 1 d unterteilt ist. Die Stufen
1 a, 1 b und 1 c sind im wesentlichen gleichartig ausgebildet. Sie enthalten jeweils
einen oberen zylindrischen Teil t, einen anschließenden, sich nach unten erweiternden
konischen Teil 3 und einen unteren Teil 4, in dem am Schachtumfang vier konzentrische
Feststoffsammelräume 5 vorgesehen sind.
-
Diese Feststoffsammelräume 5 stehen an ihrem oberen Ende über eine
Eintrittsöffnung 5 a mit dem Schachtinnenraum in Verbindung, während sich an das
untere Ende jedes Feststoffsammelraumes 5 ein Austragrohr 6 anschließt, das schräg
nach unten zur Schachtachse hin in frei durchgehender Verbindung (d. h. ohne Materialschleusen)
geführt ist und im zentralen Bereich des Schachtinnenraumes in der nächsttieferen
Schachtstufe ausmündet. Bei dieser Ausführungsform liegen die Mündungen der zu einer
Stufe
gehörenden Austragrohre 6 jeweils in einer Ebene.
-
Wie insbesondere F i g. 2 erkennen läßt, ergänzen sich die Eintrittsöffnungen
5 a der vier Feststoffsammelräume jeder Schachtstufe zu einem geschlossenen
Ringschlitz. Die Feststoffsammelräume 5 verengen sich dabei vom Eintrittsschlitz
5 a zur Ansatzstelle des zugehörigen Austragrohres 6 hin trichterartig (vgl. F i
g. 3). Die Feststoffsammelräume 5 einer Schachtstufe sind mit ihren Eintrittsöffnungen
5 a
und ihren Austragrohren 6 symmetrisch um die Schachtachse verteilt (vgl.
F i g. 2).
-
Die zylindrische innere Begrenzungswand 7 der den unteren Teil einer
Schachtstufe (z. B.1 b) bildenden Feststoffsammelräume 5 weist etwa den gleichen
Durchmesser wie der obere Teil 2 der Schachtstufe auf, während sich der den Übergang
zwischen dem oberen und unteren Teil einer Schachtstufe bildende mittlere Teil 3
konisch auf den Außendurchmesser des Feststoffsammelraumes 5 erweitert.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g.1 mündet etwa im mittleren
Bereich tangential zwischen zwei Schachtstufen 1 b und 1 c in den Schachtinnenraum
eine Brennstoffzuleitung 8, durch die über ein Gebläse 9 und eine Brennstoffaufgabe
10 Primärluft und Brennstoff in die Brennzone des Schachtes eingeführt werden. Am
unteren Ende des Schachtes ist eine Zuleitung 11 vorgesehen, durch die Kühlluft,
die zugleich die Sekundärluft für die Brennzone bildet, tangential in den Schachtinnenraum
eingeführt wird.
-
An das obere Ende des Schachtes sind zwei Zyklone 12 und 13 angeschlossen,
deren Austragrohre 12 a bzw. 13 a mit den in die zweite Schachtstufe 1 b mündenden
Austragrohren 6 zweier einander gegenüberliegender Feststoffsammelräume 5 der obersten
Schachtstufe vereinigt sind. In die oberste Schachtstufe 1 a mündet zentral ein
Feststoffeintragsrohr 14. Die Gaszuleitungen 12 b und 13 b zu den Zyklonen 12 und
13 sind tangential an den oberen Teil der Schachtstufe 1 a angeschlossen.
-
Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung dient dazu, feinkörnige
oder staubförmige Feststoffe im Schacht 1 nacheinander vorzuwärmen, zu brennen und
zu kühlen. Die Wirkungsweise ist im einzelnen folgendermaßen: Das gasförmige Medium
(gebildet von der durch die Zuleitung 11 zugeführten Kühlluft und den durch die
Zuleitung 8 zugeführten Brenngasen) durchströmt den Schacht 1 etwa schraubenlinienförmig
von unten nach oben (Strömungsweg 15) und wird über die Zyklone 12 und 13 abgeführt.
Das zu brennende Gut tritt durch das Eintragsrohr 14 ein, wird durch die von der
schraubenlinienförmigen Gasströmung ausgeübte Zentrifugalwirkung nach außen getragen
und gleitet längs der Innenwand des zylindrischen Teiles 2 und des konischen Teiles
3 der obersten Schachtstufe 1 a in die am Umfang des unteren Teiles
4 der obersten Schachtstufe vorhandenen Feststoffsammelräume. Aus diesen
tritt es dann durch die Austragrohre 6 in den zentralen Bereich der folgenden Schachtstufe
1 b ein. Hier kommen die Feststoffe erneut in intensive Berührung mit dem Gas, werden
etwa längs des gestrichelt dargestellten Strömungsweges 16 ein Stück mit nach oben
gerissen, wieder nach außen getragen und gelangen dann über die Feststoffsammelräume
5 und die Austragrohre 6 der Schachtstufe 1 b in den zentralen Bereich der folgenden
Schachtstufe 1c usw. Durch eine Austragöffnung 17 am unteren Ende des Schachtes
treten die Feststoffe schließlich aus.
-
In jeder einzelnen Schachtstufe werden die Feststoffe somit in den
Kern der Gasströmung eingetragen und intensiv durchgewirbelt, wobei der Wärmeübergang
zwischen den Feststoffen und dem Gas in den einzelnen Schachtstufen nach dem Kreuzstromprinzip
erfolgt. Auf den ganzen Schacht bezogen bewegen sich die Feststoffe im Gegenstrom
zu Gas.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt in den beiden oberen
Schachtstufen 1 a und 1 b im wesentlichen eine Vorwärmung der Feststoffe durch die
aufsteigenden Brenngase; in der Zone zwischen den Schachtstufen 1 b und 1 c werden
die Feststoffe gebrannt und in den unteren Schachtstufen 1 c und 1 d durch die Kühlluft
gekühlt, was zugleich eine erwünschte Vorwärmung der Sekundärluft für die Brennzone
zur Folge hat.
-
In den Austragrohren 6 der einzelnen Feststoffsammelräume 5 sind keine
Schleusen erforderlich, da im Hinblick auf die an der Eintrittsöffnung 5 a eines
Sammelraumes 5 und an der Mündung des zugehörigen Austragrohres 6 vorhandenen Druckverhältnisse
nicht die Gefahr besteht, daß das Gas durch die Sammelräume 5 nach oben strömt und
dadurch die Abwärtsbewegung der Feststoffe in den Austragrohren behindert.
-
Während bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel die Feststoffe in
einem einzigen Schacht vorgewärmt, gebrannt und gekühlt werden, ist es selbstverständlich,
die Vorrichtung nur für einen dieser Zwecke zu verwenden. Bei einem reinen Vorwärmer
wird dem Schacht am unteren Ende tangential heißes Gas zugeführt, das sich bei seiner
schraubenlinienförmigen Bewegung nach oben durch die stufenweise intensive Berührung
mit den Feststoffen zunehmend abkühlt, während sich die am oberen Schachtende kalt
aufgegebenen Feststoffe entsprechend erwärmen. Bei Verwendung der Vorrichtung als
Kühler wird am unteren Schachtende kalte Kühlluft zugeführt, während die Feststoffe
oben heiß aufgegeben werden.
-
Bei dem in F i g. 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel sind
am oberen Ende des Schachtes 1 gleichfalls zwei Zyklone 12 und
13 vorgesehen. Ihre Austragrohre 12 a und 13 a münden bei diesem Ausführungsbeispiel
in den zentralen Bereich der obersten Schachtstufe la. Die Zuführung der Feststoffe
erfolgt hier über ein Eintragsrohr 18, das in eine vom oberen Schachtende zu den
Zyklonen 12 und 13 führende Gasleitung mündet.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die über das Eintragsrohr 18
aufgegebenen Feststoffe von dem durch die Gasleitung 19 strömenden Gas mit in die
Zyklone 12 und 13 geführt, dort abgeschieden und gelangen dann über die Austragrohre
12 a und 13 a in die oberste Schachtstufe 1 a. Hier werden die Feststoffe in der
erläuterten Weise nach außen gewirbelt und über die Sammelräume 5 der obersten Schachtstufe
1 a den folgenden Schachtstufen zugeführt.
-
In F i g. 5 ist schließlich noch in schematischer Form ein weiteres
Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem der Schacht nicht in einzelne deutlich
voneinander getrennte Stufen unterteilt ist, sondern bei dem die Feststoffsammelräume
5' mit ihren Eintrittsschlitzen 5'a und ihren Austragrohren 6' spiralförmig
um die Schachtachse angeordnet sind. Die Abstandsteilung der kontinuierlich aneinandergereihten
Feststoffsammelräume
und Austragrohre kann dabei in weiten Grenzen beliebig gewählt werden. Die Wirkungsweise
dieser Anordnung entspricht grundsätzlich der der zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele.