DE1542445C - Drehströmungswirbler zum Stoff und Wärmeaustausch zwischen festen oder flus sigen Teilchen und Gasen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Drehströmungswirbler wänden des oberen Bereichs der Wirbelkammer, zum Stoff- und Wärmeaustausch zwischen festen einen Gasauslaß auf der Oberseite der Wirbelkamoder flüssigen Teilchen und Gasen, insbesondere zur mer und einem Gutsauslaß im Bereich des Bodens Trocknung, sowie zur Durchführung chemischer Re- aufweist. Die Erfindung besteht dabei darin, daß an aktionen unter Anwendung und Ausnutzung der in 5 den Seitenwänden der Wirbelkammer unterhalb der einer aus Potential- und Rotationswirbelströmung zu- Einlaufmündung mehrere Reihen tangentialer Einsammengesetzten Drehströmung auftretenden Kräfte. lasse für mindestens einen der Reaktionspartner an-

Bei der Behandlung von festen oder flüssigen Teil- geordnet sind.

chen, die z. B. getrocknet oder einer anderen physi- In diesem Ringraum zwischen koaxialem Einlauf kaiischen oder chemischen Reaktion zugeführt wer- io und dem Wirbelkammerinnenmantel findet die eigentden sollen, besteht bei bekannten Einrichtungen die- liehe Reaktion statt, da dort durch die tangential anser Art die Schwierigkeit, daß die Verweilzeit der ein- geordneten Düsen und das durch diese einströmende zelnen Teilchen, die für die Reaktion erforderlich ist, Reaktionsmedium die von oben zugeführten Partikeln nur ungenau oder überhaupt nicht eingestellt werden in freischwebend rotierenden Ringen gehalten werden, kann. Außerdem war es bisher schwierig, eine Reak- 15 Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei gegeneinandertion mit aggressiven Teilchen durchzuführen, da bei gerichteten Drehströmungen an Stellen, an denen die den herkömmlichen Verfahren die Teilchen gegen Axialkomponenten zu Null werden — an den sogedie Wandung der Reaktionskammer geschleudert nannten Stauebenen — eine Konzentrierung der werden und somit zu einer Zerstörung der Wand Teilchen in freischwebend rotierenden Ringen erfolgt, führen können. Ähnliche Schwierigkeiten bestehen 20 wobei die Ringe beliebig lange gehalten werden könbei leicht zusammenhaftenden oder klebrigen Teil- nen. Diese gegeneinandergerichteten Strömungen chen, die sich an der Wand ansetzen und somit zu können z. B. dadurch erzeugt werden, daß die EinStörungen der erforderlichen Strömungen führen lasse für das Hilfsmedium tangential zum Wirbelkönnen, kammermantel und senkrecht zur Wirbelkammer-

Diese Schwierigkeiten lassen sich mit einer Ein- 25-achse angeordnet sind. Eine weitere Möglichkeit zur richtung nach der Erfindung unter Anwendung der Erzeugung dieser sogenannten Stauebenen besteht bekannten Drehströmung vermeiden. Diese Dreh- darin, daß jeweils zwei Reihen von Einlassen einströmung läßt sich in einer rotationssymmetrischen ander schräg entgegengerichtet angeordnet sind.
Wirbelkammer erzeugen und besteht im wandnahen In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungs-Bereich aus einer wendelförmig verlaufenden Poten- 30 beispiel der Erfindung dargestellt,
tialwirbelströmung mit einer entsprechenden Axial- Nach der Figur weist die Wirbelkammer 1, in der komponente. Über einer Stirnseite der Wirbelkammer die gesamte Reaktion abläuft, ein koaxiales Einlaßwird diese wendelförmig verlaufende Potentialwirbel- rohr 2 für die mit einem Trägergas zugeführten zu strömung unter Ausbildung einer Wirbelsenke auf behandelnden festen oder flüssigen Teilchen auf. spiralförmigen Bahnen zur Achse der Wirbelkammer 35 Dieses Einlaufrohr 2 ragt in dem dargestellten Ausgelenkt. Von hier aus bildet sich mit gleichem Dreh- führungsbeispiel etwa bis in die Mitte der Wirbelsinn, jedoch entgegengesetzter Axialkomponente kammer 1. Oberhalb der Mündung 3 des Einlaufunter Ausbildung einer Wirbelquelle oberhalb der rohres 2 besteht die Wirbelkammer aus einem Dreh-Wirbelsenke eine Rotationswirbelströmung aus, die strömungswirbler 4 zum Abscheiden der festen oder zum anderen Ende der Wirbelkammer hin fortschrei- 40 flüssigen Teilchen vom Trägergas und unterhalb der tet. Diese Drehströmung kann durch schrägtangen- Einlaufmündung 3 aus dem Reaktionsbehälter 5, in tiale Düsen im Mantel der Wirbelkammer und/oder dem die Partikelringe erzeugt werden. Der obere Abdurch einen Vordrall des axial in Richtung der Fort- scheider 4 weist nach dem Ausführungsbeispiel sechs schreitungsrichtung der Rotationsströmung eingeführ- tangentiale und der Einlaufmündung 3 schräg entten Rohgases erzeugt werden. Durch die Wirkung 45 gegengerichtete Hilfsgaseinlässe 6 bis 11 auf. Durch der Wirbelquelle und der in der Rotationsströmung diese Einströmungen wird im oberen Teil der Wirbelnach außen gerichteten Fliehkräfte werden dabei mit kammer eine Drehströmung aus äußerer Potentialdem Rohgas zugeführte Partikel aus der Rotations- wirbelströmung und innerer Rotationswirbelströmung strömung herausgeschleudert und zunächst im Über- erzeugt, wodurch die durch das Einlaufrohr 2 zugegangsbereich zwischen der Potential- und der Rota- 5° führten Teilchen aus der axialen Rotationsströmung tionswirbelströmung in ringförmigen oder strähnen- heraus und mit der Potentialwirbelströmung in den artigen Anreicherungen gesammelt. Schließlich er- unteren Teil dem Reaktionsraum 5 der Wirbelkamfolgt von dort aus eine Abführung der Teilchen mit mer 1 zugeführt werden. Unterhalb der Einlaufmüneinem Ast der Potentialwirbelstömung durch einen dung 3 befinden sich im Mantel der Wirbelkammer den Rohgaseinlauf konzentrisch umgebenden Teil- 55 tangentiale Hilfsgaseinlässe 12 bis 23, die im darclienauslaß, der zu einem Bunker oder einer Trans- gestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Wirbelportlcilung führen kann. kammerachse angeordnet sind.

Im Rahmen der Erfindung werden die in dieser Über den Rohgaseinlauf zugeführte Teilchen wer-Drehströmung auftretenden Erscheinungen und den nach Abscheidung im oberen Teil 4 der Wirbel-Kräfte zur Behandlung von festen oder flüssigen Teil- 60 kammer 1 zunächst der Staupunktströmung zwischen chen ausgenutzt. Dabei wird von einem Drehströ- . den Düsenreihen 12-13 und. 14-15 zugeführt und mungswirblcr ausgegangen, der aus einer rotations- sammeln sich hier in einem freischwebend rotierensymmetrischen Wirbelkammer mit einem im unteren den Ring 24. Wenn nun die Teilchen kontinuierlich Bereich in diese hineinragenden koaxialen Einlauf durch das Einlaufrohr 2 zugeführt werden, so wird kleineren Durchmessers für zusammen mit dem zu einem bestimmten Zeitpunkt der oberste Teilchen-Trägergas zuzuführende feste oder llüssige Teilchen ⁵ ring 24 seine Ladungskapazität erreicht haben, besteht und der tangentiale und dem Einlauf schräg Daraufhin wird schlagartig ein Teil der Teilchen an entgegengerichtete Hilfsgaseinlässe an den Seiten- den nächsten, darunter liegenden Ring 25 zwischen

den Düsenreihen 14-15 und 16-17 weitergegeben werden. Diese Weitergabe in den jeweils nächsten Teilchenring erfolgt immer dann, wenn die Kapazität des vorhergehenden Ringes erschöpft ist. Wenn schließlich der unterste Ring 28 — in dem Ausführungsbeispiel zwischen den Düsenreihen 20-21 und 22-23 — überladen ist, so können die dann abgegebenen Teilchen durch einen Auslaß 29 aus der Wirbelkammer abgeführt werden. Eventuell noch in der Strömung verbleibende Teilchen, die in der konzentrisch zum Einlaufrohr 2. aufsteigenden Rotationswirbelströmung mitgeführt werden, werden jedoch im oberen Teil der Wirbelkammer 1 vom Abscheider 4 erfaßt und wieder dem Reaktionsraum zugeführt. Dadurch wird bewirkt, daß durch den Auslaß 30 nur von Teilchen freie Gase abgeführt werden.

Da jeder der Teilchenringe nur eine bestimmte Kapazität aufweist und überschüssige Teilchen anschließend an den nächsten Ring weitergibt, kann durch Regelung der Beladung bzw. des Rohgaseinsatzes die Verweilzeit genau festgelegt werden. Die Zahl der Düsenringe kann entsprechend der einzustellenden Verweilzeit gewählt werden. Dabei ist es möglich, bei gleicher angenommener Verweilzeit die Teilchen durch geringe Einsatzmengen in weniger Ringen längere Zeit rotieren zu lassen, während es sich bei größeren Durchsatzmengen als günstiger erweist, mehrere Ringe übereinander mit jeweils kürzeren Verweilzeiten vorzusehen.

Um Anregungsenergie für die Drehströmung einzusparen, kann in der Mündung 3 des Einlaufrohres 2 eine Vordrehdüse 31 angeordnet sein, etwa in Form von Leitschaufeln, die dem eintretenden teilchenbeladenen Rohgas einen Vordrall aufzwingen.

Mit der Einrichtung nach der Erfindung lassen sich zahlreiche Reaktionen durchführen, wie z. B. Stoffoder Wärmeaustausch zwischen gasförmigen und festen oder flüssigen Teilchen. Dabei spielt besonders die Trocknung von festen oder flüssigen Teilchen eine Rolle. Durch die Heiz- und Trockengase, die durch die Düsen 12 bis 22 einströmen, werden die noch feuchten Teilchen so lange in den beschriebenen Ringen gehalten, bis die gewünschte Trocknung erreicht ist. Das getrocknete Gut wird anschließend durch den Auslaß 29 abgeführt. Da die Trockengase anschließend völlig gereinigt durch den axialen Auslaß 30 aus der Wirbelkammer abgeführt werden, ist es möglich, die Gase nach erneutem Wärmeaustausch wieder zu den Düsen 12 bis 23 zurück- und somit das Heizgas in konstantem Kreislauf zu führen. Außerdem ist es möglich, auch schon die Hilfsgaseinlässe 6 bis 11 im Abscheiderteil 4 mit den Heiz- oder Reaktionsgasen zu beaufschlagen, um somit die Wirkung der Kammer noch zu erhöhen. Für die Trocknung sind Teilchen beliebiger geometrischer Abmessungen und unterschiedlichsten spezifischen Gewichtes geeignet. Gegebenenfalls kann jedoch ein Sichter vorgeschaltet werden, von dem aus dann die klassifizierten Teilchen mehreren parallelgeschalteten Trockenkammern zugeführt werden.

Weitere Anwendungsgebiete liegen auf dem Gebiet endothermer und exothermer chemischer Reaktionen, wie z. B. der Verbrennung. Bei Anwendung von chemischen Reaktionen besteht weiterhin ein großer Vorteil der Erfindung, da die Teilchenringe nicht die Wandung des Reaktionsraumes berühren, so daß

ίο eventuell auftretende hohe Reaktionstemperaturen von der Wandung fern gehalten werden und somit ein weniger hochwertiges Material für den Wirbelkammermantel verwendet werden kann. Weiterhin lassen sich mit der Einrichtung nach der Erfindung selbst Flüssigkeiten, wie z. B. Milch, zu Pulver trocknen, bzw. auf umgekehrten Weg kann sogar eine intensive und gleichmäßige Befeuchtung von Schwebeteilchen erfolgen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Drehströmungswirbler zum Stoff- und - Wärmetausch zwischen festen oder flüssigen Teilchen und Gasen, bestehend aus einer rotationssymmetrischen Wirbelkammer mit einem im unteren Bereich in diese · hineinragenden koaxialen Einlauf kleineren Durchmessers für zusammen mit Trägergas zuzuführende feste oder flüssige Teilchen sowie mit tangentialen und dem Einlauf schräg entgegengerichteten Hilfsgaseinlässen an den Seitenwänden des oberen Bereiches der Wirbelkammer, einem Gasauslaß auf der Oberseite der Wirbelkammer und einem Gutsauslaß im Bereich des,Bodens, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seitenwänden der Wirbelkammer unterhalb der Einlaufmündung (3) mehrere Reihen tangentialer Einlasse (12 bis 23) für mindestens einen der Reaktionspartner angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlasse (12 bis 23) für das Reaktionsmedium senkrecht zur Wirbelkammerachse angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Reihen der Einlasse (12 bis 23) für das Reaktionsmedium einander schräg entgegengerichtet angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einlaufmündung (3) . für die zu behandelnden Teilchen eine Vordrehdüse (31) in Form von Leitschaufeln angeordnet ist. .

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückführung der durch den Reingasauslaß (30) austretenden Reaktionsgase über einen Wärmetauscher zu den Hilfsgaseinlässen (12 bis 23) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen