DE1909039B2 - Wirbelschichtkühler - Google Patents

Description

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^da ?^aUp^?nfÄ!iw^UH^{d in}.^{Olge einer ständi}gen Durch geeignete konstruktive AusbUdung der

⁵^^kr^Su5Sr ^ng T^{erhalb des Kühlers} Kühleinrichtung und Wahl der Gasgeschwindigkeigleiche Wkbelschichttemperatur herrscht. ten wird die Wärmeübergangszahl der Gase zum in-

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, die be- direkten Wärmeaustausch auf einen optimalen Wert kannten und beschriebenen Nachteile zu vermeiden 5 im Verhältnis zum entstehenden Druckverlust ge- und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine wesentlich bracht Durch Steuerung der Geschwindigkeiten der bessere Ausnutzung des Kuhlmittels und — bei Ver- zum direkten und indirekten Wärmeaustausch diebundscnaltung mit einem Heißgas verbrauchenden nenden Gase kann durch Variation der Wärmeüber-Hochtemperaturreaktor — eine ungleich günstigere gangsverhältnisse der Wärmeübergang zugunsten der Wärmewirtschafüichkert erzielen läßt. ₁₀ direkt oder indirekt wirkenden Kühlmittel beeinflußt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die werden.

gleichzeitige Anwendung folgender Maßnahmen _ge- Als gasförmiges Kühlmittel kann grundsätzlich je-

*^öst: des Gas verwendet werden, wobei Fluidisierungsgas

und Gas zur indirekten Kühlung gleicher oder ver-

a) Die Höhe der über einem waagerechten Boden *5 schiedener Art sein könneu. Bei Verbundschaltung angeordneten Stauwände (20) nimmt in an sich nut einem Hochtemperaturreaktor werden Gase verbekannter Weise in Richtung des Gutstromes wendet, die dort Verwendung finden oder aber die ab, dem heißen Material zu entziehende Energie einem

brauchbaren Wärmeträge- zuführen.

b) die Stauwande (20) sind gegen Wärmedurch- ao Stammt das heiße Material beispielsweise aus gang isoliert, einem Kalzinationsprozeß, so ist es vorteilhaft als ... ,,, ,„ , _ Kühlmittel, sowohl für den direkten als auch für den

c) die in die Kammern (S 6.7,8) eintauchenden indirekten Wärmeaustausch Luft zu verwenden, die Kunironre \\\ u, u, I4) sind so miteinander dann erhitzt dem Kalzinationsprozeß zugeführt wird, verbunden, daß sie eine Gegenstro._rtführung von ₂₅ Falls der Kalzinationsprozeß geringere Luftmengen gasformigem Kuhlmittel und zu kühlendem Gut erfordert als für die Kühlung erforderlich wäre, kann gestatten, _als g_asf_örimg_es Kühlmittel für den indirekten Wär-

a\ T„_r comminnn H_Or o„c *_a„ ■ ι i^··.« meaustausch Sattdampf vei wendet werden, der in der

c) zur Sammlung aer aus den einzelnen Kuhlkam- _v-li ■ l. -l \_· · j 4 ■ ι ~-ο·

mern (5,6, 7,8) austretenden Huidisienmgsgase ^Kuhl™^rrichtun8 ^ubeT^{hlt2t wird und ei}« zweckmaßiist in bekannter Weise ein gemeinsamer K!naI^30g"|"3S_t ^{ger fur andersart}'g^e Verwendung (18) vorgesehen zw.ei.Ke aarsteiit.

Der erfindungsgemäße Wirbelschichtkühler kann auch bei Prozessen Anwendung finden, bei denen

Der Wirbelschichtkühler der Erfindung arbeitet heiße Abgase entstehen, deren Wärmeinhalt gewonmit getrennten Kühlkammern. Die Trennung wird 35 nen werden soll. So kann z. B. heißes Rauchgas gegc-chp.ffen durch wsrmeisolieite Stauwande, deren kühlt werden, indem es als Fluidisierungsgas einem Höhe in Richtung des Materialstromes abnimmt. mit Inerünaterial, wie Sand, beschickten Wirbel-Di.se Anordnung ermöglicht einen einwandfreien schichtkühler zugeführt und sein Wärmeinhalt an ein Maierialüb?rlauf von Kammer zu Kammer und ver- geeignetes gasförmiges Kühlmittel zur indirekten meidet mit Sicherheit eine Rückmischung von Mate- 40 kühlung übertragen wird.

rial unterschiedlicher Temperatur. Lediglich inner- Bei Wirbelschichtprozessen zur chlorierenden Verhalb einer Kammer ist vollständige Durchmischung flüchtigung von NE-Metallen aus Abbränden mit des Feststotfes zugelassen und erwünscht. Durch Chlorgas kann ein Teil des Wänneinhaltes des aus whrmeisolierte Stauwande ist eine Wärmeleitung von dem Wirbelschichtreaktor heiß austretenden, chlorie-Kühlkammer zu Kühlkammer weitestgehend unter- 45 rend behandelnden Gutes mit Hilfe des erfindungsgedrückt, mäßen Wirbelschichikühlers an in den Chiorierpro-

Um zu vermeiden, daß Fremdkörper, z. B. Aus- zeß einzuführendes Chlorgas abgegeben werden, mauerungsmaterial, in die eigentlichen Kühlkam- Wie bereits eingangs erwähnt, wird durch die Bau-

m^rn des Wirbelschichtkühler* gelangen und diese weise des erfindungsgemäßen Wirbelschichtkühlers mechanisch beschädigen, A-ird zweckmäßigerweise 50 ein maximaler Kühleffekt bei Benutzung eines Minder ersten Kühlkammer eine als Wirbelschichtkam- destmaßes an Kühlgas und Kühlfläche erzielt. Diese mer ausgestaltete Fangkammer vorgeschaltet. In d-- Vorteile sind insbesondere dann von wärmewirtser Kammer setzen sich die Fremdkörper infolge ih- schaftlicher Bedeutung, wenn die im Wirbelschichtrer höheren Dichte am Boden ab und können im Be- kühler erhitzten Gasströme in einem Kochtemperadartsfall gesondert abgezogen werden. Die aus der 55 turprozeß Verwendung finden sollen oder können. Fangkammer austre*ende Fluidisierungsluft wird mit In *~ig. 1 ist die vorteilhafte Wirkung des erfin-

der der übrigen Kühlkammern vereinigt. Gegebenen- dungsgemäßen Wirbelschichtkühlers dargestellt und falls kann de,r letzten mit Gas als Kühlmittel zur indi- mit herkömmlichen einstufigen bzw. zweistufigen rekten Kühlung betriebenen Wirbelschichtkammer Kühlern, bei denen die in die einzelnen Kammern noch eine Wirbelschichtkammer nachgeschaltet wer- 60 eintauchenden Vorrichtungen zum indirekten Warden, in der durch ein wassergekühltes Rohrbündelsy- meaustausch getrennt gespeist werden, verglichen, stern ein verbleibender Rest von Wärmeenergie ent- Bei diesem Vergleich sind konstant gehalten: zogen werden kann. Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Wirbelschichtkühler vier mit gasförmi- 1. die zu kühlende Materialmenge, gen Kühlmitteln für die indirekte Kühlung beauf- 65 2. die Fläche für die indirekte Kühlung, schlagte Kühl'.ammem auf. Bei dieser Bauform ver- 3. die äußere Abmessung,

binden sich konstruktiver Aufwand und Wirtschaft- 4. die Kühlmittelmenge, im vorliegenden Fall Luft, lichkeit in optimaler Weise. 5. die Materialien für die Kühlsysteme.

Die Temperatur des aufgegebenen Materials be- Beispiel 1

trug 1100° C. Aus einem Drehrohrofen werden stündlich 10 t

Beim einstufigen Kühler (a) stellt sich eine gleich- kalzinierte Tonerde mit einer Temperatur von

mäßige Mischtemperatur von 440° C über das ge- 1200° C über den Materialeintragsschacht in die

samte Wirbelbett ein. Infolge der durch das Material 5 Fangkammer 3 des Wirbelschichtkühlers 1 eingetra-

vorgegebenen Wärmeübergangsverhältnisse erreicht gen. Die Fangkammer 3 wird mit Wirbelluft fluidi-

die Temperatur der indirekt aufgeheizten Luft etwa siert und dient dazu, die bei der Kalzination im

300° C, die der Fluidisieruugsluft etwa 440° C. Die Drehrohrofen zusammengewachsenen Tonerdeklum-

Temperatur des austretenden, gekühlten Materials pen aus dem Materialstrom zu separieren. Durch die

liegt bei etwa 440° C. io am Kopf der Fangkammer 3 befindliche Öffnung 4

Durch Einfügen einer Stauwand entsteht ein zwei- kann die Kammer entleert werden,

stufiger Kühler (b). Jede Kammer wird mit der An die Fangkammer 3 schließen sich fünf Kühl-

Hälfte der Fluidisierungsluft und jede getrennt be- kammern 5,6, 7,8 und 9 an. In diese Kammern so-

aufschlagte Vorrichtung zum indirekten Wärmeaus- wie in die Fangkammer wird durch ein am Boden

tausch mit der Hälfte Kühlluft versorgt. Die Tempe- 15 montiertes Verteilersystem Luft zum Fluidisieren der

ratur der aus den Kammern getrennt austretenden Tonerde zugegeben. Die gesamte Fluidisierungsluft-

Fluid'iierungsgase beträgt 510 bzw. 290° C. Die menge beträgt 4700 NmVh und wird mittels der den

Temperatur der indirekt aufgeheizten Luftströme Kammern vorgeschalteten Dosierventile 10 gleichmä-

liegl bei 425 bzw. 195° C. Die vereinigten Fluidisie- ßig verteilt. Im gemeinsamen, über den Kühlkam-

rungsgase bzw. die vereinigten aus den Kühlregistern ao mern angeordneten Gasraum 18 wird die Wirbelluft

austretenden Luftströme würden eine Temperatur gesammelt und durch den mit dem Materialeintrags-

von etwa 380 bzw. 300° C aufweisen. Die Tempera- schacht 2 identischen Gasabzug dem Drehrohrofen

tür des austretenden und gekühlten Materials liegt als Verbrennungsluft zugeführt. Die Mischtempera-

bei 290° C. tür der direkt aufgewärmten, aus den Kühlkammern

Werden beim zweistufigen Wirbelschichtkühler die 35 kommenden Luftströme stellt sich auf 445° C ein.

Kühlregister miteinander verbunden (c), so stellt sich In die Kühlkammern 5,6,7 und 8 sind miteinan-

in der ersten Stufe eine Mischtemperatur von 570° C der verbundene Kühleinrichtungen 11, 12, 13 und 14

und in der zweiten Stufe eine solche von 310° C ein. zur indirekten Vorwärmung von Luft eingehängt. In

Die Temperatur der durch die Kühlregister geführten der Kühlkammer 9 ist eine Kühleinrichtung 15 zur

Luft erreicht dann 430" C, die vereinigten P.uidisie- 30 indirekten Kühlung des Materials mit Wasser ange-

rungsgase besitzen eine Temperatur von 420° C. Die bracht.

Austrittstemperatur des gekühlten Materials erreicht Die einzelnen Kammern sind durch Stauwände 20

etwa 310° C. so gegeneinander isoliert, daß praktisch kein Wärme-

Bei einem durch Einbau weiterer Stauwände her- austausch durch Leitung stattfinden kann. Der Mategestellten sechsstufigen Wirbelschichtkühler (d) wer- 35 rialfluß wird durch die abnehmende Höhe der Stauden mittlere Fluidisierungstemperaturen von 420^c C wände 20 begünstigt. Außerdem wird eine Rückmierzielt. Die Temperatur der indirekt aufgeheizten schung des kälteren mit heißem Material unterbun-Luft beträgt 650° C, die des gekühlten Materials den. Die Neigung einer gedachten auf den Oberkan-20(1° C. ten der Stauwände verlaufenden Linie beträgt hier

Fig.2 gibt einen Wirbelschichtkühler wieder, der 40 etwa 1,5°.

eine Fangkammer, vier nur mit Kühlgas betriebene Durch die direkte Kühlung mit Wirbelluft stellen

Stufen und eine mit Wasser zum indirekten Wärme- sich in den einzelnen Kühlkammern jeweils unter-

austausch gekühlte Kammer aufweist. Bei dieser schiedliche Wirbelschichttemperaturen ein, die stu-

Bauform verbinden sich konstruktiver Aufwand und fenweise in Richtung des Materialflusses fallen. In

Wirtschaftlichkeit in optimaler Weise. 45 jeder Kühlkammer wird für die im Gegenstrom zum

Der Wirbelschichtkühler 1 weist einen Materialein- Material durch die Rohrbündel geführte Luft eine tragsschacht 2, eine Fangkammer 3 und insgesamt für den Wärmeaustausch günstige Temperaturdiffefünf durch Stauwände 20 gebildete Kühlkammern renz zwischen Wirbelschichttemptiatur und Lufttem-5. 6, 1. 8 und 9 auf, in die Fluidisierungsgas über peraUir wirksam. Der hierdurch bewirkte Gegenstrom-Dosierventile 10 zugeführt wird. In die Kühlkam- 50 effekt führt zu folgender Abstufung der Wirbeimern 5, 6,7 und 8 tauchen miteinander verbundene Schichttemperatur in den einzelnen Kammern:
Kühleinrichtungen 11, 12, U 14 ein die über die Kühlkammer 5 650° C
Leitung 16 mit gasformigem Kuhlmittel beaufschlagt Kühlkammer 6 500° C
werden. Die Ableitung des aus den Kühlvorrichtun- Kühlkammer 7 380° C
gen austretenden Kühlmittels erfolgt über Leitung 55 Kühlkammer 8 240° C
17. In der letzten Kühlkammer 9 ist eine weitere mit

flüssigem Kühlmittel betriebene Kühlvorrichtung 15 Die Endkühlung des Oxides auf eine Temperatui

angeordnet. Die aus den Kühlkammern austretenden von etwa 80° C wird durch die indirekte Kühlunj

Fluidisierungsgase werden im Leerraum 18 des Wir- mit 15m^s/h Wasser bewirkt, das durch die in di<

belschichtkühlers 1 gesammelt und über den Material- 60 Kühlkammer 9 eintauchende Kühlvorrichtung 15 gt

eintragsschacht 2 abgeleitet. Der Austrag des ge- führt wird. Der Überlauf aus der Kühlkammer 9 ύ

kühlten Gutes erfolgt über die Materialaustragslei- die, beispielsweise mit einer Zellenradschleuse abge

tung 19. Die in der Fangkammer 3 gegebenenfalls schlossene Materialaustragsleitung 19 geschieht übe

anfallenden Fremdkörper bzw. Materialklumpen eine Überlaufkante. Die in den Kühleinrichtun

werden von Zeit zu Zeit über die Vorrichtung 4 ab- 65 gen 11, 12, 13 und 14 indi-ekt vorgewärmte Luft

gezogen. menge von 9400 Nm³Zh wird auf 500° C erwärm

Die folgenden Beispiele erläutern die Wirkungs- und wie die direkt aufgeheizte Fluidisierungsluft den

weise des erfindungsgemäßen Wirbelschichtkühlers. Drehrohrofen als Verbrennungsluft zugeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

z.B. zum Kalzinieren and zum Kühlen von heißem Patentansprüche: fließfähigem Gut Zum genannten Zweck ist ein Wirbelschichtreak-

1. Wirbelschichtkühler zur Kühlung von hei- tor bekannt, der eine aus Unterstromwand und Überßem, fließfähigem Gut durch gleichzeitigen direk- 5 stromwand bestehende speziell ausgebildete Schleuse ten und indirekten Wärmeaustausch, bestehend aufweist und in dem feinkörniges Gut in einem Horiaus mehreren durch Stauwände voneinander ge- zontalstrom behandelt wird (deutsche Auslegeschrift trennten und von dem zu kühlenden Gut nach- 1046 577). Soweit mit der dort beschriebenen Voreinander in hoher Schicht durchflossenen Kam- richtung eine Kühlung von Gut beabsichtigt ist, gemern, in welche von einem Kühlmittel durchflos- io schieht das in zwei hintereinandergeschalteten Kamsene'Rohre eintauchen, gekennzeichnet mern auf direktem Wege durch Fluidisierungs.uft durch die gleichzeitige Anwendung folgender und auf indirektem Wege durch in die Wirbelschicht Maßnahmen: eingetauchte Rohrbündel. Die sowohl zur direkten

a) Die Höhe der über einem waagerechten Bo- ^Λ »^uch. ™r indirekten Kühlung benutzten Medien ' den angeordneten StauwändT (20) nimmt ^l* £^e 'den Jewe ils ge trennt em-und abgeführt. In der

ta an sich bekannter Weise in Richtung franzos^chen Patentschrift 1 345 666 ist ein Wärmere r-„_totrwm»c oK austauscher beschrieben, dessen mehrstufige Ausgectesumstromesao, staltung getrennte Kühlkammern und Kühleinrich-

b) die St,- l wände (20) sind gegen Wärmedurch- tungen. die eine Gegenstromfühmng von Kühlmittel gang isoliert, ao und zu kühlendem Gut ermöglichen, aufweist. Er ar-

c) die ir. die Kammern (5,6,7.8) eintauchen- leitet jedoch nicht nach dem Überlaufprinzip, was den Kühlrohre (11, 12, 13, 14) sind so ^{durcn die} Regelung der aus den Kühlkammern ausmiteinander verbunden, daß sie eine Ge- strömenden Abgase (Regelung der Druckdifferenz) gcnstromführung von gasförmigem Kühl- bedingt ist. Das bedeutet, daß Rückmischungen von mittel und zu kühlendem Gut gestatten, ²5 Gut unterschiedlicher Temperatur nicht vermieden

„ , , , τ*-·.· werden können und als Folge eine Verflachune der

d) zur Sammlung der aus den einzelnen Kühl- Temperaturkurve des Feststoffes über dem ~Wcc kammern (5,6,7,8) austretenden Fluid!- _{durch den} Wärmeaustauscher mit der damit verbunsierungsgase ist in bekannter Weise em ge- _{denen geringen} Wirksamkeit der Vorrichtunc aufme.nsan.cr Kanal (18) vorgesehen. _{3<J triu Dje} Kühlvorrichtungen sind zudem durch die

2. Wirbelschichtkühler nach Anspruch 1, ge- Trennwände und Schikanen der einzelnen Wirbelbetkennzeichnet durch ein>; den Kühlkammern ten geführt, was einerseits mit erheblichen baulichen (5,6,7,8) vorgeschaltete Fangkammer (3). Schwierigkeiten verbunden ist (Abdichtung der Kam-

3. Wirbelschichtkühler nach Anspruch 1 oder mern) und andererseits darauf deutet, daß die Vor-2, gekennzeichnet durch eine auf die Kühlkam- 35 richtung zum Austausch nur geringer Temperaturmern (5,6. 7,8) folgende, mit flüssigem Kühlmit- diirerenzen gedacht ist.

tel indirekt gekühlte Wirbelschichtkühlkam- Bei der Vorrichtung der USA.-Patentschrift

mer(9). 3 362 083 erfolgt der MateriaMuß im Kühler mit

4. Wirbelschichtkühler nach Anspruch 1, ge- Hilfe zahlreicher Schikanen schlangenförmig, was für kennzeichnet durch vier, mit gasförmigem Kühi- 40 den Wärmeaustausch mit verschiedenen Nachteilen mittel für die indirekte Kühlung beaufschlagte verbunden ist. Entweder ist bei technisch sinnvollem Kühlkammern (5,6,7.8). Verhältnis zwischen Kühlfläche und Materialdurchsatz die Geschwindigkeit der auf und absteigenden

Mateirialsäulen extrem gering, so daß starke Rückmi-

45 schung und starke Wärmeübertragung das an sich angestrebte Temperaturprofil verwiscl.cn. oder bei

Die Erfindung betrifft einen Wirbelschichtkühler technisch sinnvoller Materialwanderungsgeschwinzur Kühlung von heißem fließfähigem Gut durch digkeit müssen äußerst geringe Kanalabmessungen gleichzeitigen direkten und indirekten Wärmeaus- gewählt werden, die eine Vielzahl von Schikanen und tausch, bestehend aus mehreren durch Stauwände 50 damit einen hohen baulichen Aufwand mit allen seivoneinander getrennten und von dem zu kühlenden nen Störanfälligkeiten erfordern.
Gut nacheinander in hoher Schicht durchflossenen Die USA.-Patentschrift 2419 245 betrifft ein VerKammern, in welche von einem Kühlmittel durch- fahren und Vorrichtung zur Regenerierung von mit flossene Rohre eintauchen. Kohle verunreinigten Katalysatoren, bei dem die an

Es ist bekannt, Gase in bestimmten Mengen von 55 Wärmeaustauscher gestellten Forderungen nach ho-

unten nach oben durch eine Schicht von feinkörnigen her Endtemperatur des Kühlmittels von untergeord-

Stoffen zu leiten, so daß sich die vom Gas durch- neter Rolle sind. Durch die Kühlregister der Vorrich-

strömte Schicht in mancherlei Hinsicht wie eine Flüs- tung soll lediglich die durch abgestufte Verbrennung

sigkeit verhält. Eine derartige »fluidisierte« Schicht der Kohle entstehende Reaktionswärme abgeführt

wird im allgemeinen als Wirbelschicht bezeichnet. 60 werden. Daß es nicht auf eine hohe Aufheizung des

Wirbelschichten bzw. Wirbelschichtverfahren ha- Kühlmittels ankommt, zeigt schon die Anordnung

ben vielfache praktische Anwendung gefunden. der Kühlrohre gemäß Abb. 2, bei der Gleich- uni

Große Bedeutung haben Wirbelschichtverfahren bei Gegenstromfühmng gemischt sind.

Verbrennungs-, Rost- und Kalzinationsprozessen so- Schließlich ist ein einstufiger Kühler bekanni

wie bei katalytischen Prozessen erlangt. 65 (deutsche Patentschrift 900 578), bei dem Fließrich-

In neuerer Zeit ist vorgeschlagen worden, Wirbel- tung von Kühlmittel zur indirekten Kühlung und Ma-

schichtverfahren auch auf in waagerechter Strömung terial gegeneinander gerichtet sind. Ein Gegenstrom

befindliche Stoffe hoher Schichtstärken anzuwenden, im verfahrenstechnischen Sinn liegt jedoch nicht vor,