DE1920051A1 - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

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F.L.Saidth * Co. i/S Kopenhag«n/V*lby, D*n«amrk, Tigtrelev 1X1· Wärmetauscher Priorität! 24. April 1968, England, 1944o/68

Dit Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für körniges oder pulvrige8 Material, der einen vertikalen Schaoht aufweist, der an seinem oberen Ende mit Einrichtungen zum Einfuhren des Materials und an seinem unteren Ende mit einer Einlaßöffnung für Luft oder ein anderes Gas versehen ist, das im Gegenstrom zu dem in dem Schaoht nach unten fallenden Material durch den Schaoht nach oben strömen kann, der eingebaute Le it- bzw. Flihrungsfläohen zum Leiten der Strömung des nach unten fallenden Materials und der Gasströmung aufweist.

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Ein wichtig«β Beispiel für den Gebrauch eines solchen Vorwärmera iat das Vorwärmen von pulvrigem Zementrohmaterial mittels dar heißen Abzugagase eines Zemantbrenn-Drahofana, dam daa vorarwärmte Material zugeführt wird.

Schaohtartiga Vorwärmer diaaar Art aind mit Leit- bzw. FUhrungaflächen versahen, so daii aa3 dam Scnaont an seinem oberen Ende zugeflihrte Material, daa unter der Wirkung der Schwerkraft zum Boden des Schaohtea strömen soll, von einer Leit- bzw. FührungailÄohe zur näohaten gleitet, die, bezogen auf die jeweils vorhergehenden PUhrungaflachen, in einer aolohen Waiae versetzt angeordnet ist, daü z.B. zwei gegenüberliegende Wände daa Sohaohtea vorspringende FlAhrungaflachen haben, die gegeneinander versetzt sind. Die FUhrungeflachen können geneigt oder horizontal sein und dienen dazu, den Durohgang dea Materials auroh den Sohaoht zu verzögern bzw. zu hemmen, um den bestmöglichen Kontakt zwiacnen dem Material und dem dazu la Gegenstrom im Schacht nach oben strömenden Heiliges zu gewährleisten, wenn daa Material von einer Führungafläche zur näohaten gelangt.

Anlagen dieser Art werden auch zum Trocknen und XUhIen oenutzt, und βa besteht grundsätzlich kein Unterschied zwischen diesen Anlagen, soweit es ihre Verwendung für einen odar einen anderen Prozeß betrifft, und zwar unabhängig davon, ob dar in Praga atehajide Prozafl darin besteht, pulvrige 3 oder körniges Material vorzuwärmen, zu Trocknen oder zu kühlen.

7/ann daa Material durch den Schacht von ainer Ftihrungaflächa auf dia nächste nach untan fällt, wird as mittels dar Gasströmung, daran Zwack' aa iat, beim Durchströmen zwischen dan Ftihrungsflächen Wirbel zu bilden, einer bestimmten baabaiohtigten Wirbaibewegung unterworfen. Als Ergebnis davon wird ein innigerer Kontakt zwischen dam Material und dam Gas erzeugt, wodurch dar Wärmetauach verbessert wird.

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BAD ORIGINAL

Da die Bildung von Wirbeln bei den bekannten Wärmetauschern nicht sehr effektiv ist, mUssen die Wärmetauscher rait vielen Stufen auegestattet sein, wodurch sie sehr hoch werden, wenn ein vernünftiger und wirkungsvoller Wärmetausch erzielt werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauaoher der oben beschriebenen Art zu sohaffen, der jedoch mit verbeBeerten Einbauten vereehen ist, um eine wirkungsvolle Bildung von Gaswirbeln zu gewährleisten, so daß die Geeamthöhe des Wärmetauschere, verglichen mit bekannten Konstruktionen, reduziert werden kann und außerdem der Wärmetausch verbessert wird.

Diene Verbesserung bei des. Wärmetauscher gemäß der Erfindung wird dadurch erhalten, daß die Leit- bzw. FUhrungsflachen als eine durchgehende, echraubenlinienförmige FUhrungefläohe aangebildet sind, die sich durch den Schacht nach unten erstreckt und mit der Wand des Schachtes einen nach unten offenen spitzen Winkel bildet.

Dar dem oberen Ende des Schachtes zugefUhrte Material wird sich in einer sohraubenlinienförmigen Bewegungsbahn nach unten bewegen, nit einer Neigung auf die Achse des Schachtes zu und mit einer Geschwindigkeit, die unter anderem von der Steigung der Schraubenfläche und dem spitzen Winkel, der durch din Schraubenfläche mit der Achse gebildet ist, abhängig ist, während die Luft oder das Gas durch den Schacht nach oben strömt und dabei fortlaufend Wirbel erzeugt. An der Achse des Schachtes wird das Material von einem Luftstrom ergriffen und in diesem flir einen kurzen Zeitraum schwebend gehalten, bevor es infolge der Zyklonwirkung der Wirbel abgesondert wird. Während das Material in Schwebestellung gehalten wird, eriolgt ein außerordentlich wirksamer Wärmetausch, und da dan Schweben und Abscheiden bei dem Einbau gemäß der Erfindung an ,leder beliebigen Stufe bzw. in jeder beliebigen

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Höhe des Schachtes hintereinander mit aehr geringem Höhenabstand hervorgerufen werden kann, wird der Schacht in außerordentlich vorteilhafter Weise ausgenutzt, so daß seine Höhe, verglichen mit bekannten Konstruktionen der oben beschriebenen Art, vermindert werden kann.

Es kann eine zweite Schraubenfläche vorgesehen sein, die sich vom radial innen liegenden Ende der Führungsfläohe im wesentlichen horizontal nach außen zur Sohachtwand erstreckt. Ein Teil der Wand wird dann durch die beiden Flächen von dem dem oberen Ende des Schachtes zugeftlhrten Material und von dem durch den Schacht nach oben strömenden Gas isoliert. Dieser Teil der Wand hat dadurch reine S t (it zf unkt ion und kann zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Leichtigkeit mit Öffnungen versehen sein oder insgesamt weggeschnitten sein und durch Gerüstelemente, wie z.B. vertikalen Streben, ersetzt sein. Der von dem Material und dem Gas isolierte Wandabschnitt kann mehr als die Hälfte der gesamten Schachtwandung ausmachen.

Das Profil der sohraubenlinienförmigen Führungsfläche kann eine gekrümmte oder eine gerade Linie sein, und zwar in Abhängigkeit von der erwünschten Bewegung des Materials. Bei Förderern, die z.B. zur Förderung von Säcken oder sonstigen Gütern in im wesentlichen vertikaler Richtung verwendet werden, ist es bekannt, Schraubenflächen insbesondere in der Form von gewundenen Flächen zu verwenden, mit z.B. trogförmigem Querschnitt, die vertikale Kanten haben, um das Material auf der Förderfläche zu halten. Im Gegensatz dazu ist es für die schraubenlinienförmige Führungsfläche gemäß der Erfindung erforderlich, mit der Schachtwand einen nach unten offenen spitzen Winkel zu bilden, da es beabsichtigt ist, das körnige oder pulvrige Material dazu, zu bringen, auf die Achse des Schachtes und über die Kante der Schraubenfläche in einer kombinierten schraubenförmigen und spiralförmigen Bewegung zu strömen. Die Größe des spitzen Winkels

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hängt teilweise von der Natur des Materials, jedoch auch von der Natur des Verfahrens bzw. Prozesses ab. Wenn es sich um das Vorwärmen von Zementrohmaterial handelt, ist der spitze Winkel gleich oder kleiner als 25° und kann sich außerdem vom Einlaß zum Auslaß des Sohachtes verändern, da die Eigenschaften des Materials beim Vorwärmen verändert werden, so daß es demzufolge als eine Regel erforderlich sein wird, am unteren Ende des Schachtes eine stark geneigte Schraubenfläche, d.h. einen sehr spitzen Winkel und eine größere Steigung der Schraubenfläche zu haben, um das Zusammenbacken des Materials auszuschalten.

Falls ein Vorwärmer vorhanden ist, ist es für die schraubenlinienförmige Führungsfläohe vorteilhaft, in Richtung auf das obere Ende des Schachtes eine abnehmende Steigung zu haben, so daß die Geschwindigkeit der Luft oder des Gases unverändert aufrecht erhalten wird oder unabhängig von dem Temperaturunterschied zwischen den einzelnen Stufen bzw. Abschnitten des Schachtes bleibt.

Die Schraubenfläche braucht sioh nioht bis zur Achse des Schachtes zu erstrecken, sondern kann so geformt sein, daß eine zentrale Öffnung gebildet wird, die sich durch den ganzen Schacht erstreckt, und es kann ein kegelstumpfförmiges Segelorgan im Bereich der Achse des Schachtes vorgesehen sein, um die Größe der zentralen Öffnung zu regulieren, wobei das Regelorgan in Lagern geführt sein kann, so daß es in axialer Richtung der Schraubenfläche verschoben werden kann. Mittels dieses Regelorgans ist es in einem bestimmten Ausmaß möglich, die Strömung des Materials durch den Schaoht über die Innenkante der Sohraubenflache zu regulieren und außerdem auch die Konzentration des Materials an dieser Stelle und demzufolge die Materialverteilung in der Luft oder dem Gas zu regulieren, die bzw. das duroh den Schacht nach oben strömt.

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Vorzugsweise ist die eingebaute sehraubenlinienförmige Führungsfläche aus kreisförmigen Hingabschnitten zusammengesetzt. Duron Auswahl von kreisförmigen Eingabschnitten mit einem geeigneten Innenradius können die Abschnitte auoh in einer solchen Weise an das Eegelorgan angepaßt sein, daß bei unterschiedlichen Innenradien der einzelnen kreisförmigen Hingabschnitte über die Schachtlänge die gleiche kreisringförmige Schlitzbreite über die gesamte Erstreckung der Schraubenfläche zwischen dieser Fläche und dem Hegelorgan erhalten werden kann.

Wie es sich aus der obigen Beschreibung ergibt, kann der Wärmetauscher vorteilhafterweise als ein Vorwärmschaoht in einer Zementbrennanlage benutzt werden, und die Erfindung bezieht sich auch auf eine solche Anlage.« bei der das untere Ende des Schachtes an einen Brehofenauslaß für Abzugsgase angeschlossen ist, während das obere Ende des Schachtes an einen Zyklon angeschlossen ist imd Einrichtungen zum Einführen von pulvrigem Zementrohmaterial in den Schacht aufweist, um dieses vorzuwärmen und anschließend in dem Drehofen zu brennen, wobei das untere Ende des Schachtes in einer solchen Weise gestaltet ist und so an den Drehofen angeschlossen ist, daß das Material in den Ofen gleiten kann.

Bei einer Anlage dieser Art ist es wesentlich, einen wirkungsvollen Wärmetausch zu erzielen, wie es in dem Vorwärmsohaoht gemäß der Erfindung der Fall ist, da die wärme der den Schacht verlassenden Abzugsgase gewöhnlich verloren ist und die Temperatur an diesem Punkt demzufolge so niedrig wie möglich sein sollte. Eb ist gleichzeitig wichtig, daQ die Höhe des Sohaehtee, verglichen mit solchen bei bekannten Anlagen, verkleinert werden kann, da dieses eine Herabsetzung der Herstellungskosten bedeutet.

Zwei Beispiele eines schaohtartigen Vorwärmers, der gemäß der Erfindung konstruiert ist, und ein Beispiel der

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Benutzung eines solchen Vorwärmers in einer Zementbrennanlage sind in den beiliegenden Zeichnungen aargestellt, von denen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Vorwärmers ist, wobei die Vorderhälfte des Schachtes fortgelassen ist;

Fig.1a eine gleiche Ansicht wiedergibt wie Fig. 1, wobei jedoch ein Regelorgan eingeschlossen ist;

Fig. 2 einen Teil einer kreisförmigen Ringscheibe für die in Fig. 1 gezeigte Schraubenfläche darstellt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Zementbrennanlage ist.

Fig. 4 ist eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt dargestellt, eines zweiten Vorwärmers, und

Fig. 5 ist eine Seitenansicht des Vorwärmers gemäß Fig. 4.

Der in den Figuren 1 und 1a dargestellte Vorwärmer hat einen rohrförmigen Schacht 1 mit einer eingebauten spiralförmigen Führungsfläche 2. Die Spiralfläche ist, wie in Fig. 2 dargestellt, aus kreisförmigen Ringabschnitten 3 mit einem Innenradius r und einem Außenradius R zusammengesetzt, so daß eine zentrale Öffnung 4 durch den Schacht gebildet wird. In der vertikalen Ebene bildet die Schrauben- bzw. Spiralfläche mit der Schacht wandung einer|aach unten gerichteten spitzen Winkel v.

Der Schacht 1 und die Spiralfläche 2 sind auch in Fig. 1a dargestellt, mit einem Regelorgan 5_f das in Lagern 5a und 5b verschiebbar ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Anlage besteht aus einem Drehofen 6, von dem die Figur nur das Auslaßende für Abzugsgase zeigt, einem Abzugsgasrohr 7, einem Zyklon 8 mit

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einem Verbindungsrohr 9, und einem Abzugsrohr 1o für die Gase. Die Anlage enthält weiterhin einen Filter 11 mit einem Abzugsrohr 12, das Über ein Abzugsgebläse (in der Zeichnung nicht dargestellt) zu einem Kamin führt. Der Schacht 1 hat ein linfüllrohr 13 mit einer luftdichten Schleuse 14, um ■ dem Schacht Zementrohmaterial zuzuführen. Der Zyklon & hat ein Ausgangsrohr 15 mit einer luftdichten Schleuse 16 zum Austragen des in dem Zyklon abgeschiedenen Materials. Falls erwünscht, kann das Material zum Rohr 13 zurückgeführt oder direkt dem Ofen zugeführt oder in anderer Weise benutzt werden. Der durch den Filter 11 abgeschiedene Staub wird in zwei Auslaßtrichtern 17, 18 aufgefangen, aus denen er weggefördert wird, z.B. zusammen mit dem in dem Zyklon 8 abgesonderten Material.

Das dem oberen Ende des Schachtes 1 zugeführte Material wird sich infolge der Schwerkraft im Gegenstrom zu den Heißgasen nach unten bewegen, die am unteren Ende des Schachtes eingeleitet werden. Die Bewegung des Materials durch den Schacht nach unten wird durch die eingebaute Spiralflache geführt, die in der Zeichnung als aus- Platten zusammengesetzt dargestellt ist, die jedoch auch als eine eingebaute Einrichtung ausgestaltet sein kann, die einen ganzen oder teilweisen schraubenförmigen Abschnitt haben kann, wobei die eingebaute Einrichtung weiterhin auch als eine mehrgängige Spiral- oder Schraubenfläche ausgestaltet sein kann. Wenn für die Spiralfläche ein geeigneter Steigungswinkel und ein geeigneter spitzer Winkel v, der durch die Schraubenfläche einer vertikalen Ebene mit der Schachtwandung gebildet wird, wird das erhaltene Ergebnis dasjkein, daß die Materialteilchen eine kombinierte spiralförmige und schraubenlinienförmige Bewegung entlang der Schraubenfläche nach unten zum Zentrum des Schachtes erhalten, wo das Material über die Innenkante der Schraubenfläche überläuft. Die Materialteilchen werden hier von der nach oben gerichteten Gasströmung aufgefangen,

-godurch ein Wärmeaustausch stattfindet, und infolge der ausgewählt wird,

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durch das Gas gebildeten Wirbel bzw. Wirbelströmungen werden die Teilchen wieder durch Zyklonwirkung an der Schraubenfläche an der Sohachtwandung abgesondert, wonach dieser Vorgang wiederholt wird. Als ein Ergebnis der geschlossenen Konstruktion der führungsflache kann der Vorgang mehrmals wiederholt werden, während Material durch den Schacht strömt, und zwar selbst dann, wenn der Schacht sehr kurz ist, wodurch ein äußerst wirksamer Wärmeaustausch erzielt wird.

Eine gewisse Steuerung bzw. Regelung der Materialströmung durch den Schacht im Bereich seiner zentralen Öffnung ist durch Verzögerung bzw. Abbremsen des Überlaufens des Materials über die Innenkante der Schraubenfläche mittels des in fig. 1a dargestellten kegelstumpfförmigen eingebauten Schaftes 5 erzielbar. Zum Regulieren der Weite des zwischen der Innenkante der Sohraubenflache und dem Schaft gebildeten kontinuierlichen Spalt kann der Schaft in den Lagern 5a und 5b in vertikaler Richtung verschiebbar sein.

In der in fig. 3 dargestellten Anlage strömt das Material, das den Boden des Schachtes erreicht hat, durch das gleiche Rohr in den Drehofen 6, welches die Abzugsgase des Brennprozesses innerhalb des Ofens in den Schacht leitet. Die Abzugsgase verlassen den Schacht durch das Rohr 9 und werden in dem Zyklon 8 und dem filter 11 entstaubt. Abgesehen von dem Schacht 1 ist die in fig. 3 dargestellte Anlage von bekannter Konstruktion und als solche an sich bekannt, wobei jedoch ein Schacht gemäß der Erfindung von besonderem Vorteil in einer Anlage dieser Art ist, und die Anlage inagesamt ist demzufolge neu und in dieser Hinsicht vorteilhaft. Die in fig. 3 dargestellte Anlage kann in verschiedener Art modifiziert werden und entspricht Übrigens bekannten Anlagen dieser Art. So kann zwischen dem Auslaß des Drehofens und dem Einlaß des Schachtes ein eingebauter Zyklon vorgesehen sein, und die Abzugsgas strömung und die Material strömung können an diesem Punkt zusätzlich in anderer Weise voneinander getrennt sein.

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Der in den Figuren 4 und 5 dargestellte Vorwärmer hat eine achraubenlinienförmige Führungsfläche 2, die ähnlich derjenigen in dem Beispiel von Fig. 1 ist. Eine zweite Schraubenfläche 21 erstreckt sich von der radialen Innenkante 2o der Führungsfläche 2 nach außen. Die radial außen liegende Kante 22 der schraubenlinienförmigen Führungsfläche 2 ist an die radial außen liegende Kante 23 der Schraubenfläche 21 mittels eines Abschnitts 24 einer Schachtwandung angeschlossen. Infolge der Anordnung der Schraubenflächen 2 und 21 ist nur der Abschnitt 24 der Schachtwandung in Kontakt mit dem Gas und Material innerhalb des Vorwärmers. Der Rest der Schachtwandung kann auf diese Weise fortfallen und durch eine Anzahl vertikaler Gerüststangen 25 ersetzt werden.

Eine Zementbrennanlage schließt zwei nebeneinander montierte Vorwärmer ein, die ein- und denselben Drehofen 6 durch ein Paar in geeigneter Weise geformte Kanäle 26 speist, durch die die Gase in die Vorwärmer strömen. Am oberen Ende jedes Vorwärmers befinden sich ein zentrales Rohr 27, durch das das zu erwärmende Material zugeführt wird, und drei Zyklonabscheider 28, durch die das nach oben strömende Gas hindurchgeht, nachdem es den Vorwärmer durch drei Öffnungen 29 in dem Rohr 27 verlassen hat. Der in dem Zyklon 28 von dem Gas abgesonderte Staub wird in die Vorwärmer durch Rohre ßo zurückgeleitet. Das Verhalten des Materials und der in dem Vorwärmer nach oben strömenden Gase ist das gleiche wie dasjenige, welches unter Bezugnahme auf das Beispiel gemäß Fig. 1 beschrieben worden iat.

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Claims (8)

Patentansprüche U)-

1.!Wärmetauscher für körniges oder pulvriges Material, α—β durch gekennzeichnet, daß er einen vertikalen Schacht aufweist, der an seinem oberen Ende mit Einrichtungen zum Einführen des Materials und an seinem unteren Ende mit einer Einla3öffnung für Gas versehen ist, das im Gegenstrom zu dem in dem.Schacht nach unten fallenden Material durch den Schacht nach oben strömen kann, der eine durchgehende, schraubenlinienförmige ϊ¹ uhrungsflache enthält, die sich durch den Schacht nach unten erstreckt und mit der Schachtwandung einen nach unten geöffneten spitzen Winkel bildet.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Schraubenfläche in der nach oben gerichteten Richtung in dem Schacht abnimmt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfläche aus kreisförmigen Ringabschnitten zusammengesetzt ist.

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4· Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Anspräche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfläche derart geformt ist, daß eine sich durch den Schacht nach unten erstreckende Öffnung gebildet ist, und daß ein kegelstumpfförmiges Regelorgan entlang der Achse des Schachtes vorgesehen und in axialer Richtung der Schraubenfläche verschiebbar ist, um die zentrale Öffnung durch die Schraubenfläche einzustellen.

5. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schraubenfläche vorgesehen ist, die sich von der radial innen liegenden Kante der Pührungsfläehe im wesentlichen horizontal nach außen zu der Schachtwandung erstreckt, wodurch ein Teil der Wandung durch die beiden FIa-* chen von dem Material, das dem oberen Ende des Schachtes zugeführt wird, und von dem Gas isoliert wird, das durch den Schacht nach oben strömt.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die beiden Flächen isolierte Teil der Schachtwandung fortgelassen ist und durch Gerüst- bzw. Stützelemente ersetzt ist.

7· Wärmetauscher nach Anspruch 1, so, wie er im wesentlichen unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 oder die Figuren 4 und 5 der beiliegenden Zeichnungen be schrieben!-st«

8. Anlage zum Brennen von Zement und bestehend aus einem Drehofen mit einem schachtartigen Vorwärmer, wie er in einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche beansprucht ist, und auf den ein Zyklon folgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseinlaß am unteren Ende des Schachtes an den Abzugsauslaß des Ofens angeschlossen ist, während das obere Ende des Schachtes an den Zyklon angeschlossen ist, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um ein pulvri-

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gea Zementrohmaterial zuzuführen, welche a in clem Schacht vorerwärmt und anaohließend in dem Drehofen gebrannt werden aoll, -wobei daa untere Ende dea Schachtea in einer aolchen Weiae geataltet und derart an den Drehofen angeachloaaen iat, daß daa vorerwärmte Material in den Ofen gleiten kann.

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