DE1909039A1 - Wirbelschichtkuehler - Google Patents

Wirbelschichtkuehler

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DE1909039A1 DE19691909039 DE1909039A DE1909039A1 DE 1909039 A1 DE1909039 A1 DE 1909039A1 DE 19691909039 DE19691909039 DE 19691909039 DE 1909039 A DE1909039 A DE 1909039A DE 1909039 A1 DE1909039 A1 DE 1909039A1
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Description

MEDALLGESEliSCHAFiD Frankfurt/M, den 20 #i Februar 1969 Aktiengesellschaft DrOz/GI
Frankfurt am Main
prov.Nr. 6112 LO
Wirbeiso hichtkühler
Die Erfindung betrifft einen Wirbelschichtkühler zur Kühlung von heißem fließfähigem Gut durch direkten und indirekten Wärmeaustausche .
Es ist bekannt. Gase in bestimmten Mengen von unten nach oben durch eine Schicht von feinkörnigen Stoffen zu leiten, so daß sich die vom Gas durchströmte Schicht in mancherlei Hinsicht wie eine Flüssigkeit verhält. Eine derartige "fluidisiertew Schicht wird im allgemeinen als Wirbelschicht bezeichnet.
Wirbelschichten bzw. Wirbelschichtverfahren haben vielfache praktische Anwendung gefunden. Große Bedeutung haben Wirbelschichtverfahren bei Verbrennungs-, Eöst- und Kalzinationsprozessen sowie bei katalytischem Prozessen erlangt. '
In neuerer Zeit ist vorgeschlagen worden, Wirbelschichtverfahren auch auf in waagerechter Strömung befindliche Stoffe hoher Schichtstärken anzuwenden, z.B. zum Kalzinieren und zum Kühlen von heißem fließfähigem Gut.
Zum genannten Zweck ist ein Wirbelschüehtreaktoa? bekannt,
ϊ -2- ■■■■■■ - '■'.■ - ■
der eine aus Unterstromwand und Überstromwand bestehemde speziell ausgebildete Schleuse aufweist und in dem feinkörniges Out in einem Horizontaletrom behandelt wird (DAS 1 046 577)· Soweit mit der dort beschriebenen Vorrichtung eine Kühlung von Out beabsichtigt ist, geschieht das in zwei hintereinander geschalteten Kammern auf direktem Wege durch Pluidisierungsluft und auf indirektem Wege durch in die Wirbelschicht eingetauchte Rohrbündel· Sie sowohl zur direkten als auch zur indirekten Kühlung benutzten Medien werden jeweils getennt ein- und abgeführt»
|; Es wurde nun gefunden, daß eine wesentlich bessere Aus-■"' nutzung des Kühlmittels und - sofern der Wirbelschichtkühler im Verbund mit einem Heißgas verbrauchenden Hochtemperaturreaktor arbeitet - eine ungleich günstigere Wärmewirtschaftlichkeit erzielt wird, wenn der erfindungsgemäße Wirbelschichtkühler zur Anwendung gelangt· Der ~ Wirbelschichtkühler zur Kühlung τοη heiß©» fließfähigem " öut durch direkten und indirekten * Wäsmeaixstausch, bei dem sich das Gut in hohen Schichtstärken dusch, mehrere durch Stauwände getrennte und hintereinanderliegende Kammern bewegt ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch mit gasförmigen Kühlmitteln beaufschlagte in die einzelnen Kühlkammern 5,6,7,8 eintauchende und miteinander verbundene H Kühleinrichtungen 11,12,13,14 zum indirekten Wärmeaus tausch, die eine Gegenstromführung von Kühlmittel und zu kühlendem Gut gestatten, und durch eine Vorrichtung 18 zur Sammlung der aus den einzelnen Kühlkammern 5,6,7,8 des Wirbelschichtkühlere 1 austretenden Fluidisierungsgase.
Vorzugsweise weist der Wirbelschichtkühler vier mit gas= f förmigem KüW.mittel für die indirekte Kühlung beaufschlagte
u mn $ η
Kühlkammern auf. In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung nimmt die Höhe der im Wirbelschichtkühler angebrachten Stauwände,- durch die die einzelnen Kühlkammern geschaffen werden, in Richtung des Materialstromes ab, so daß einerseits ein einwandfreier Materialfluß gewährleistet ist und andererseits eine Rüokmisohung des kalten Gutes mit heißem vermieden wird. v
Die Btauwände, die auoh als Trennwände bezeichnet werden können,haben vorzugsweise isolierende Wirkung, so daß eine Wärmeleitung von Kühlkammer zu Kühl !rammer möglichst weitgehend unterdrückt ist.
Gegebenenfalls kann der letzten mit Gas als Kühlmittel zur
■ ·
indirekten Kühlung betriebenen Wirbelschichtkammer noch eine Wirbelsohichtkammer naohgeschaltet werden, in der durch ein wassergekühltes Bohrbündelsystem ein verbleibender Rest von Wärmeenergie entzogen werden kann.
Um zu vermeiden, daß fremdkörper, z.B. Ausmauerungsmaterial, in die eigentlichen Kühlkammern des Wirbeleohlchtkühlers gelangen und diese mechanisch beschädigen, kann der ersten Kühlkammer eine als Wirbelschichtkammer ausgestaltete Fangkammer vorgeschaltet werden. In dieser Kammer setzen sich die Fremdkörperiniige ihrer höheren Dichte am Boden ab und können im Bedarfsfall gesondert abgezogen werden. Die aus der Fangkammer austretend« Fluidislerungsluft wird mit der der übrigen Kühlkammern vereinigt.
Durch geeignete Wahl der Wirbelgeschwindigkeit in den einzelnen Kühlkammern wird ein optimaler Wärmeübergang zwischen wirbelnden Schichten und eingetauchten Kühleinrichtungen erzielt.
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Duroh geeignete konstruktive Ausbildung der Kühleinrichtungen und Wahl der Gasgeschwindigkeiten wird die Wärmeübergangs zahl der Gase, zum indirekten Wärmeaustats-oh-"* auf einen optimalen Wert im Verhältnis zum entstehenden. Druckverlust gebraoht. Durch Steuerung der Geschwindigkeiten der zum direkten und indirekten Wärmeaustausch dienenden Gase kann durch Variation der Wärmeübergangs*» Verhältnisse der Wäraeübergang zugunsten der direkt odes indirekt wirkenden Kühlmittel beeinflußt werden.
Als gasförmiges Kühlmittel kann grundsätzlich jedes Ga® , verwendet werden, wobei Fluidisierungsgas und Gas zur indirekten Kühlung gleicher oder verschiedener ixt is<§in ; können. Bei Verbundschaltung mit einem Hochtemperaturreaktor werden Gase verwendet, die dort Verwendung finden oder aber die dem heißen Material zu entziehende Energie einem brauchbaren Wärmeträger zuführen·
itatsEit das heiße Material beispielsweise aus einem Saizisa,t±nsprozesB, so ist es vorteilhaft als Kühlmittelρ · sowohl für, den direkten als auch für den indirekten Wärmeamstaü ®h Im£t zu verwenden, die dann erhitzt dem Kalziiiatmis= prozess siageführt wird· Falls der Kalzinationsprozess : geringere Luftmengen erfordert als für die Kühlung er·*- forderlich wär#, kann als gasförmiges Kühlmittel für den indirekten Wärmeaustausch Sattdampf verwendet werden, der in der Kühlvorrichtung überhitzt wird und ein zweck» mäßiger Energieträger für andersartige Verwendungszweck® darstellt.
Der erfindungsgemäße Wirbelschichtkühler kann auch bei Prozessen Anwendung finden bei denen heiße Abgase entstehen, deren Wärme inhalt gewonnen werden soll. So kann z.B.
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heißes Rauchgas gekühlt werden indem es ale Huidisierungsgas einem mit Inertmaterial, wie Sand, "beschickten Wirbels bucht kühler zugeführt und sein Wärme inhalt an ein geeignetes gasförmiges Kühlmittel zur indirekten Kühlung übertragen wird.
Bei Wirbelsehichtprozessenzur chlorierenden Verflüchtigung von NE-Metallen aus ABbränden mit Chlorgas kann ein Teil des Wärmeinhaltes des aus dem Wirbelsehichtreaktor heiß . austretenden, chlorierend feehandelnden Gutes mit Hilfe des erfindungsgemäßen Wirbe!schichtkühlers an, in den Chlorierprozess einzuführendes Chlorgas abgegeben werden.
Wie bereits eingangs erwähnt, wird durch die lauweise des erfindungsgeiaäßen Wirbelschichtkühlers ein maximaler Kühleffekt bei Benutzung eines Mindestmaßes an Kühlgas und Kühlfläche erzielte D±se Vorteile sind insbesondere dann von wärmewirtsohaftlicher Bedeutung, wenn die im Wirbelschichtkühler erhitzten Gasströee in einem Hochtemperaturprozess Verwendung finden sollen oder können.
In Abbildung 1 ist die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Wirbelschichtkühlers dargestellt und mit her- kömmlichen einstufen bzw. zweistufigen Kühlern, bei denen die in die einzelnen Kammern eintauchenden Vorrichtungen zum indirekten Wärmeaustaue eh getrennt gespeist werden, verglichen» Bei diesem Vergleich sind konstant gehaltens
1) die zu kühlende Materialmenge,
2) die Fläche für die indirekte Kühlung,
3) die äußere Abmessung,
4) die Kühlmittelmenge, im vorliegenden Fall Luft,
5) die Materialien für die Kühlsysteme.
Me Temperatur des aufgegebenen Materials betrug 110O0C.
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Beim einstufigen Kühler (a) stellt ©ich ©ine gleichmäßige Mischtemperatur von 44O0C über das gesamte Wirbelbett eino Infolge der durch dae Material vorgegebenen Wärm®- ütoergangsverhältnisse, erreicht die famperatur der indirekt aufgeheizten Luft etwa 30O0C, die der Fluidisierungsluff etwa 440°Ce Die temperatur des austretenden, gekühlten Materials liegt bei ca. 4400C. .
Durch Einfügen einer Stauwand entsteht ein zweistufigst Kühler (b). Jede Kammer wird mit der Hälfte der fluidi» sierungBluft und jede getrennt beaufschlagte Yor^ichtuag suEE indirekten Wärmeaustausch mit de?-Hälfte Kühlluft versorgt. Die Temperatur der aus dea Kamera-getrennt'~ austretenden Fluidisierungsgase beträgt 510 bzw.'2900Oe-Die iüemperatur der indirekt auf geheiltem £uft ströme liegt bei 425 bzw«, 1950C. Die vereinigten'Fluidisierung8ga.se bzw,, die vereinigten aus den Kühls©gist©:ra austretenden-' .'. !Duftströme würden eine fDeape^atras τοη ca, 38Q0C-bzw· 3000C aufweisen,, Die Temperatur ä@® auste'etenäaa und gekühlten Materials liegt-bei'29O0G» ·
Werden'-beim zweistufigen. Wirbelschichtkühler die Kühlregister miteinander verbunden (c) so stellt sich in des ersten Stufe: eine Mischtemperatur von 57O0C und in der zweiten Stufe eine solche von 3100C ein. Dietemperatur der durch die Kühlregister geführt en Luft erreicht dann 4300C, die vereinigten Fluidisierungsgase besitzen eine; Temperatur von 4200C Die Austrittstamperaturdes gekühlten Materials erreicht ca. 31O0C
Sei einem durch Einbau weiterer Stauwände hergestelltem seohsstufigen Wirbelschichtkühler^werden mittlere Fluid!-= sierungsgastemperaturen von 42O0C erzielt. Die Temper atur
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der indirekt aufgeheizten Luft beträgt 65O0O. Die des gekühlten Materials 2000C,
Abbildung 2 giVfc einen Wirbelschichtkühler wieder, der eine Pangkanaer, Tier Äur mit Kühlgas betriebene Stufen und eine mit Wasser zum indirekten Wärmeaustausch gekühlt· Kammer aufweist. Bei dieser Bauform verbinden sich konstruktiver Aufwand und Wirtschaftlichkeit in optimaler Weise, . ■'""■-..; . ■; ' "..■"-," ; : ■; " ■ "
Der Wirbelschichtkühler 1 we ist einen Üaterialeintragsschaoht 2, eine Pangkammer: 5 und .sinsgeeaet^ 3 durch Stauwände 20 gebildete Kühlkammern 5»6j7,8 und 9 auf, in die Fluidieierungsgas über Dosierventile 10 zugeführt wi-d. In die Kühlkammern 5,6,7 und 8 tauchen miteinander verbundene Eüiaeinriciitxingen 11 ,12,13,H ein, die über die Leitung 16 mit gasförmieem Kühlmittel beaufschlagt werden, Die Ableitung des &%β d@Ji KühlvorrloJitiangen austretenden Kühlaittels erfolgt ifc:©£ l©£-to^" 17» Jm der letzten Wirbelsohichtkammer .9 ist eine; w@lt€is@- nit flüssigem Kühlmittel betriebene Kühlvorrichtungl· 15 angeosäaet.o Me aus den Kühlkaaaern austretenden PluidisierungsgaB© werden im Leerraum 18.des WirbelsoMohtkÜhlers 1 gesaomelt und über den Materialeintragesohacht2 abgeleitet· Hex Austrag des gekühlten Gutes erfolgt über die Vorrichtung 19. Die in der Fangkammer 3 gegebenenfalls anfallenden Fremdkörper bzw,,Materialkluapen werden von Zeit zu Zeit Über die Yorrichtung 4 abgezogen·
Die folgenden Beispiele erläutern die Wirkungsweise des erfindungegemäßen Wirbelschichtkühlers.
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Beispiel 1
Aus einem Drehrohrofen werden stündlich 10 t kalzinierte Tonerde mit einer Temperatur von 12000O über den Materialeintragsschacht in die Fangkammer 3 des Wirbelschichtkühlere 1 eingetragen. Sie Fangkammer 3 wird mit. Wirbelluft fluidisiert und dient dazu, die bei der Kalzination im Drehrohrofen zusammengewachsenen Sonerdeklumpen aus dem Materialstrom zu separieren. Durch die am Kopf äe» Fangkammer 3 befindliche Öffnung 4 kann die Kammer entleert werden.
An die Fangkammer 3 schließen sich fünf Kühlkammern 5,6,7»8 und 9 an. In diese Kammern sowie in die Fangkammer wird durch ein am Boden montierte* Verteilersystem Luft zum Fluidisieren der Tonerde zugegeben. Die g* samte Fluidisierungsluftmenge beträgt 4700 Nnr/h und wird mittels der den Kammern vorgeschalteten Kugelhähnen 10 gleichmäßig verteilt. Im gemeinsamen,über den Kühlkammern angeordneten Gasraum 18 wird die Wirbelluft gesammelt und ä®n mit der Materialeintragsleitung 2 identischen
dem Drehrohrofen als Verbrennungsluft zugeführt. Die Mischtemperatur der direkt aufgewärmten, aus den Kühlkammern kommenden Luftströme stellt sich auf 4450G ein.
In die Kühl kammern 5 »6,7 und 8 sind miteinander verbundene Rohrbündel 11,12, t3 und 14 zur indirekten Vorwärmung von Luft eingehängt. In der Kühlkammer 9 sind Rohrregister 15 zur indirekten Kühlung des Materials mit Wasser angebracht .
Die einzelnen Kammern sind durch Stauwände 20 so gegeneinander isoliert, daß praktisoh kein Wärme aus tais eh durch Leitung stattfinden kann. Der Materialfluß wird -durch die
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abnehmende Höhe der Stauwände 20 begünstigt· Außerdem wird eine Rückmischung des kälteren mit heißem Material unterbunden. Die Neigung einer gedachten auf den Oberkanten der Stauwände verlaufenden linie beträgt hier ca. 1,5°,
Durch die' direkte Kühlung mit WirMluft stellen sich in den einzelnen Kühlkammern jeweils unt eisohiedliche Wirbelschichttemperaturen ein, die stufenweise in Richtung des Materialflusses fallen. In jeder Kühlkammer wird für die im Gegenstrom zum Material durch die Rohrbündel geführte Luft eine für den Wärmeaustausch günstige (Demperatur*· differenz zwischen Wirbelschichttemperatur und Lufttemperatur, wirksam. Der h±a*durch bewirkte Gegenstromeffekt führt zu folgender Abstufung der Wirbelschichttemperatur in den einzelnen Kammern:
Kühlkammer 5 65O0C
Kühlkammer 6 5000C
Kühlkammer 7 3800C
Kühlkammer 8 2400C .
Die Endkühlung des Oxides auf eine Temperaturmon ca. 800C wird durch die indirekte Kühlung mit 15 nr/h Wasser bewirkt , das durch in die Kühlkammer 9 eintauchende Rohrleitungen 15 geführt wird. Der Überlauf aus der Kühlkammer 9 in die,beispielsweise mit einer Zellenradschleuse abgeschlossenen,Materialaustragsleitung 19 geschieht über eine Überlauf kante. Die in den Kühleinrichtungen 11,12,13 und H indirekt vorgewärmte Luft menge von 9400 NmVh wird auf 5000C erwärmt und wie die direkt aufgeheizte ELuidisierungsluft dem Drehrohrofen als Verbrennungsluft zugeführt«
~ 10 -
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-■ ίο -
Beispiel 2
Der zur Anwendung kommende Wirbelschichtkühler ist mit dem des Beispieles 1 im Prinzip identisch, weist jedoch nur drei, mit gasförmigem Kühlmittel betriebene Kühlkammern 5i6 und 7 auf.
Mit einer geeigneten Doeiereinrichtung werden stündlich 10 t Pyrit-Abbrand mit 96O0C aus einem Wirbelschichtröstofen in den Wirbelschichtkühler eingetragen.
In die Wirbelschicht der Kühlkammer 9 ist eine mit Wasser gekühlte Kühleinrichtung 15 eingetaucht, in der stündlich 15 t zur Dampferzeugung vorgesehenes Speisewasser auf 95°C vorgewärmt werden. Das vorgewärmte Speisewasser wird in einen Dampfkessel (aicht dargestellt) eingespeist, in dem das Wasser verdampft und teilweise überhitzt wird„
Der auf 3150C überhitzte Dampf wird zum Wirbelschichtkühler 1 zurückgeführt und tritt bei einem Druck von 40 atü in die Kühleinrichtung 13 der Kühlkammer 8 ein*und wird im Gegenstrom sram stufenweise gekühlten Materialstrom geführt. Der Dampf tritt nach Durchgang durch die Kühleinrichtungen 12 und 11 der Kühlkammer 6 und 5 mit- 45O0C und 40 atü aus dem Wirbelschichtkühler aus und wird z.B» in einer !Turbine entspannt. Durch geeigneten Verbund des Wirbelschichtkühlers mit dem Dampfkessel kann die Überhitzung durch Zu- oder Abschalten von wärmeaustauohenden Flächen auf der Dampfeintrittsseite sehr genau ohne Eohrüberhitzung gesteuert werden.
Zur Wirbelung des Pyrit-Abbrarides dienen insgesamt 2500 Hm /h Luft, die sich in den einzelnen Kühlkammern
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erwärmen und Im gemeinsamen Grasabzug eine Misehtemperatur von 39O0C aufweisen· Die aufgeheizte Wirbelluft wird in einen Zyklon entstaubt, dessen Materialaustrag in den Kühler zurückgeführt wird. .
Der Abbrand wird bei dieser Arbe itswyu.se auf-"15O0O gekühlt*
Beispiel 3
Der zur Anwendung kommende Wirbelschichtkühler ist mit dem des Beispiels 1 identisch·
Zn ihm werden stündlich 15t feinkörniges Sohwammeisen einer mittleren Korngröße von ca. 190 mikron mit einer Temperatur von 98O0G eingebracht« Das Fluidisierungsgas besteht aus 50 Vol.-^ HgO und 50 Yol.-f£ 00.und wird in einer Menge von Insgesamt 4600 HmVh über ein Drehkolbengebläse in die Kühlkammern 5g6?7r8 und 9 eingebracht. Duroh die Kühleinriohtungen Hg 13?12 und 11 werden 6400 HB5/h Luft geleitet. Die Luft e^wä^mt sich dabei durch die stufenweise erzielten Gegenstromeffekt® sit einer in jeder Kammer wirkenden hohen !Demperaturdifferenz von ca· 400C auf letztlich 55O0C.
In den Kühlkammern stellt sich folgend« Temperaturrerteilung eint
ϊζΉΉΊ lrapiiper 5 59O0G
6 4150O
7 280°C
K^hlk^Pfo^r 8 190°C
Die Misohtemperatur der vereinigten Eluidieierungsgase
- 12 -
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- 1-2 - - ": -■.■:■■ ~ -. ■■"" =■
beträgt ca. 3050C
In der nachgeschalteten mit Kühlwasser betriebenen Kühlkammer 9 wird das Sohwammeisenpulver auf 6O0C gekühlt und danach ausgetragen.
- 13 -■■ Patentansprüche
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Claims (6)

  1. Patentanspr üehe
    Wirbelschichtkühler zur Kühlung von heißem,fließfähigem Gut durch direkten und indirekten Wärmeaustausch, wobei sich das Gut in hohen Schichtstärken durch mehrere durch Stauwände getrennte und hintereinander liegende Kammern bewegt, gekennzeichnet durch mit gasförmigen Kühlmitteln beaufschlagte in die einzelnen Kühlkammern (5,6,7» 8) eintauchende und miteinander verbundene Kühleinrichtungen (11,12,13,14) zum indirekten Wärmeaustausch, die eine Gegenstromführung von Kühlmittel und zu kühlendem Gut gestatten und gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (18) zur Sammlung der aus den einzelnen Kühlkammern (5»6,7,8) des Wirbelsohichtkühlers (1) austretenden Fluidisierungsgaseβ
  2. 2) Wirbelschichtkühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine den Kühlkammern (5,6,7»8) vorgeschaltete langkammer (3).
  3. 3) Wirbelschichtkühler nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine auf die Kühlkammern (5,6, 7,8) folgende, mit flüssigem Kühlmittel indirekt gekühlte Wirbelschichtkühlkammer (9).
  4. 4) WirbelsiÄichtkühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vier, mit gasförmigem Kühlmittel für die indirekte Kühlung beaufschlagte Kühlkammern (5,6,7»8).
    ■ ■. - 14-
    0 098 35/108
  5. 5) Wirbelschichtkühler nach Anspruch, 1, gekennzeichnet durch Stauwände (20), deren Höhe in Richtung des Materialstromes abnimmt.
  6. 6) Wirbelschichtkühler nach Anspruch 1 oder 5» gekennzeichnet durch Stauwände (20) mit wärmeisolierender Wirkung. ■--'-■ .
    0 0983 5/106S
    L e e r S e 11 e
DE1909039A 1969-02-22 1969-02-22 Wirbelschichtkühler Pending DE1909039B2 (de)

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