DE1920051B2 - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen vertikalen schachtförmigen Wärmeaustauscher für körniges oder pulvriges Gut mit einem oberen Materialeinlaß, einem unteren Gaseinlaß und einer durchgehenden inneren schraubenlinienförmigen Führungsfläche, die mit der Schachtwandung einen nach unten offenen spitzen Winkel bildet und sich von dieser ununterbrochen über nur einen Teil des Schachtquerschnitts nach innen unter Bildung einer freien, nach einer Schraubenlinie verlaufenden Kante erstreckt, über die das Gut überlaufen kann.

Ein wichtiges Beispiel für den Gebrauch eines solchen Vorwärmers ist das Vorwärmen von pulvrigem Zementrohmaterial mittels der heißen Abzugsgase eines Zementbrenn-Drehofens, dem das vorerwärmte Material zugeführt wird.

Schachtartige Vorwärmer dieser Art sind mit Leitbzw. Fülmingsflächen versehen, so daß das dem Schacht an seinem oberen Ende zugeführte Material, das unter der Wirkung der Schwerkraft zum Boden des Schachtes strömen soll, von einer Leit- bzw. Füliiungsfläche zur nächsten gleitet, die, bezogen auf die jeweils vorhergehenden Führungsflächen, in einer solchen Weise versetzt angeordnet ist, daß z. B. zwei gegenüberliegende Wände des Schachtes vorspriagende Führungsflächen haben,, die gegeneinander versetzt sind. Die Führungsflächen können geneigt 5 oder horizontal sein und dienen dazu, den Durchgang des Materials durch den Schacht zu verzögern bzw. zu hemmen, um den bestmöglichen Kontakt zwischen dem Material und dem dazu im Gegenstrom im Schacht nach oben strömenden Heißgas zu

ίο gewährleisten, wenn das Material von einer Führungsfläche zur nächsten gelangt.

Anlagen dieser Art werden auch zum Trocknen und Kühlen benutzt, und es besteht grundsätzlich kein Unterschied zwischen diesen Anlagen, soweit es ihre Verwendung für einen oder einen anderen Prozeß betrifft, und zwar unabhängig davon, ob der in Frage stehende Prozeß darin besteht, pulvriges oder körniges Material vorzuwärmen, zu trocknen oder zu kühlen.

Wenn das Material durch den Schacht von einer Führungsfläche auf die nächste nach unten fällt, wird es mittels der Gasströmung, deren Zweck es ist, beim Durchströmen zwischen den Führungsflächen Wirbel zu bilden, einer bestimmten beabsichtigten Wirbelbe-

a5 wegung unterworfen. Als Ergebnis davon wird ein innigerer Kontakt zwischen dem Material und dem Gas erzeugt, wodurch der Wärmeaustausch verbessert wird.

Da die Bildung von Wirbeln bei den bekannten Wärmeaustauschern nicht sehr effektiv ist, müssen die Wärmeaustauscher mit vielen Stufen ausgestattet sein, wodurch sie sehr hoch werden, wenn ein vernünftiger und wirkungsvoller Wärmeaustausch erzielt werden soll.

Aus der USA.-Patentschrift 2 866 625 ist auch ein Wärmeaustauscher für körniges oder pulveriges Materia] bekanntgeworden, welcher auf die Anmelderin zurückgeht, der einen vertikalen Schacht aufweist, der an seinem oberen Ende mit Einrichtungen zum Einführen des Materials und an seinem unteren Ende mit einer Einlaßöffnung füi Gas versehen ist, das im Gegenstrom zu dem in den Schacht nach unten fallenden Material durch der Schacht nach oben strömen kann, der eine durchgehende, schraubenförmige Führungsfläche enthält, die sich durch den Schacht nach unten erstreckt. Die dortige Schraubenfläche ist unterbrochen und infolgedessen ist die dadurch bewirkte Gasströmung ungenügend und die auftretende Wirbelbildung ist unbcfriedigend.

In der deutschen Patentschrift 387 439 ist eir Trockner für Rohbraunkohle beschrieben, der au: einem vertikalen Schacht mit einem oberen Material einlaß, einem unteren Gaseialaß und einer durchge henden inneren schraubenliriienförmigen Führungs fläche besteht. Die Führungsfläche bildet mit de Schachtwandung einen nach unten offenen spitze! Winkel und erstreckt sich von dieser ununterbrochci über nur einen Teil des Schachtquerschnitts nach in nen unter Bildung einer freien nach einer Schrauben linie verlaufenden Kante, an der das zu behandelndi Gut überlaufen kann. Durch die Führungsfläche win das im Schacht aufsteigende Gas in eine schraubenli nienförmigc Bewegung versetzt, was zur Folge habei kann, daß der größte Teil des Gasstromes an de Wandung im Schacht aufsteigt. Dadurch wird di Gasgeschwindigkeit in der Mitte des Schachtes z' klein, um das über die Kante der Führungsfläche fal

920 051

lende Gut mitzureißen, wodurch der Wärmeaustausch zwischen Gas und Gut erheblich beeinträchtigtwird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, bei dem eine wirkungsvolle Bildung von Gaswirbeln ewährleistet ist, sodaß der Wärmeaustausch zwischen Gas und Gut verbessert wird, um die Gesamüiöhe des Wärmeaustauschers im Vergleich mit bekannten Konstruktionen zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schraubenfläche, die sich von der freien Kante der Führungsfläche im wesentlichen horizontal nach außen zur Schachtwandung erstreckt, wodurch ein Teil der Schachtwandung durch die beiden Flächen vor dem sich durch den Schacht bewegenden Gut und Gas abgeschirmt wird.

Dabei nimmt vorzugsweise die Steigung der Führungsfläche in Richtung auf den Materialeinlaß ab.

Ferner kann der durch die Führungsfläche und die Schraubenfläche abgeschirmte Teil der Schachtwandung durch Gerüst- oder Stützelemente ersetzt sein.

Die Führungsfläche kann auch derart geformt sein, daß eine sich durch den Schacht nach unten erstrekkende zentrale öffnung gebildet wird, und daß ein kegelstumpfförmiges Reselorgan entlang der Achse des Schachtes vorgesehen und in axialer Richtung der Führungsfläche verschiebbar ist, um den Querschnitt der zentralen öffnung einzustellen.

Das dem oberen Ende des Schachtes zugeführte Material wird sich in einer schraubenlinienförmigen Bewegungsbahn nach unten bewegen, mit 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 die 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 für einen kurzen Zeitraum schwebend gehalten, bevor es infolge der Zyklonwirkung der Wirbel abgesondert wird. Während das Material in Schwebestellung gehauen wird, erfolgt ein außerordentlich wirksamer Wärmeaustausch, und da das Schweben und Abscheiden bei dem Einbau gemäß der Erfindung an jeder beliebigen Stufe bzw. in jeder beliebigen Höhe des Schachtes hintereinander mit sehr 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, verminden werden kann.

Das Profil der schraubenlinienförmigen Führungsfläche kann eine gekrümmte oder eine gerade Linie sein, und zwar in Abhängigkeit von der erwünschten Bewegung des Malerials/ßei 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 /. B. trogfönnigem Querschnitt, die vertikale Kanten haben, um dus Material auf der Förderfläche zu haiten. Im Geccnsatz dazu ist es für die schraubenlinienförmige^Führungsfläche gemäß der Erfindung erforderlich, mit der Schachtwandung einen nach unten offenen spitzen Winkel zu bilden, da es beabsichtig! 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 stromen. Die Größe des spitzen WinkeLs hängt teilweise von der Art des Materials, jedoch auch von der Natür des Verfahrens bzw. Prozesses ab. Wenn es sich um das Vorwärmen von Zementrohmaterial ^nan"^eli> ist der spitze Winkel gleich oder kleiner als 25 und kann sich außerdem vom Einlaß zum Auslaß des Schachtes 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 Schrauben fläche, d.h. einen sehr spitzen Winkel und eine größere Steigung der Schraubenfläche zu haben, um das Zusammenbacken des Materials auszuschalten. .

Wie es sich aus der obigen Beschreibung ergibt,

kann der Wärmeaustauscher vorteilhafterweise als ein Vorwärmschacht in einer Zementbrennanlage benutzt werden, bei der das untere Ende des Schachtes

an einen Drehofenauslaß für Abzugsgase angeschlossen ist, während das obere Ende des Schachtes an

einen Zyklon angeschlossen ist und 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 ange-

schlossen ist, daß das Material in den Ofen gleiten kann.

Bei einer Anlage dieser Art ist es wesentlich, einen wirkungsvollen Wärmeaustausch zu erzielen, wie es in dem Vorwärmschacht 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. Es ist gleichzeitig wichtig, daß die Höhe des Schachtes, verglichen mit solchen bei bekannten Anlagen, verkleinert werden kann, da dieses eine Herabsetzung der Herstellungskosten bedeutet.

Zwei Beispiele eines schachtartigen Vorwärmers,

der gemäß der Erfindung konstruiert ist, und ein Bei-

spiel der Benutzung eines solchen Vorwärmers in

einer Zementbrennanlage sind in den Zeichnungen wiedergegeben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Zementbrennanlage,

Fig. 2 eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, eines Vorwärmers,

F i g. 3 eine Seitenansicht des Vorwärmers gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines Vorwarmers mit einem Regelorgan, wobei die Vorderhiilfte des Schachtes fortgelassen ist.

Die in F i g. 1 dargestellte Anlage besteht aus einem Drehofen 6, von dem die Figur nur das Auslaßende für Abzugsgase zeigt, einem Abzugsrohr 7, einem Zyklon 8 mit einem Vcrbindungsrohr9, und einem Abzugsrohr 10 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 Kamm fuhrt. Der Schacht 1 hat ein Einfüllrohr 13 mil einer luftdichten Schleuse 14, um dem Schacht Zcmentrohmatenal zuzuführen. Der Zyklon 8 hat ein Ausgangsrohr 15 mit einer luftdichten Schleuse 16 zum Austragen des in

dem Zyklon abgeschiedenen Materials. Falls er- ein geeigneter spitzer Winkel, der durch die Schrauwünscht, kann das Material zum Rohr 13 zurückge- beni'iäche 21 einer vertikalen Ebene mit der Schachtführt oder direkt dem Ofen zugeführt oder in anderer wandung gebildet wird, ausgewählt wird, wird das er-Weise benutzt werden. Der durch den Filter 11 abge- hallcnc Ergebnis das sein, daß die Materialteilchen schiedene Staub wird in zwei Auslaßtrichtern 17, 18 5 eine kombinierte spiralförmige und schraubenlinienaufgefangen, aus denen er weggefördert wird, z.B. förmigc Bewegung entlang der Schraubenfläche 21 zusammen mit dem in dem Zyklon 8 abgesonderten nach unten zum Zentrum des Schachtes erhalten, wo Material. das Material über die Innenkante der Schraubcn-

Der in den Fig.2 und 3 dargestellte Vorwärmer fläche 21 abläuft. Die Materialteilchen werden hier hat eine schraubenlinienförmige Führungsfläche 2. io von der nach oben gerichteten Gasströmung aufge-Eine zweite Schraubenfläche 21 erstreckt sich von fangen, wodurch ein Wärmeaustausch stattfindet, der radialen Innenkante 20 der Führungsfläche 2 und infolge der durch das Gas gebildeten Wirbel nach außen. Die radial außenliegende Kante 22 der bzw. Wirbelströmungen werden die Teilchen wieder schraubenlinienförmigen Führungsfläche 2 ist an die durch Zyklonwirkung an der Schraubenfläche 21 an radial außenliegende Kante 23 Schrauben fläche 15 der Schachtwandung abgesondert, wonach dieser 21 mittels eines Abschnittes 24 einer Schachtwan- Vorgang wiederholt wird. Als ein Ergebnis der gcdung angeschlossen. Infolge der Anordnung der Füh- schlossenen Konstruktion der Führungsfläche 2 kann rungsfläche 2 und Schraubenfläche 21 ist nur der der Vorgang mehrmals wiederholt werden, während Abschnitt 24 der Schachtwandung in Kontakt mit Material durch den Schacht strömt, und zwar selbst dem Gas und Material innerhalb des Vorwärmers. 20 dann, wenn der Schacht sehr kurz ist, wodurch ein Der Rest der Schachtwandung kann auf diese Weise äußerst wirksamer Wärmeaustausch erzielt wird,
fortfallen und durch eine Anzahl vertikaler Gerüst- Eine gewisse Steuerung bzw. Regelung der Matestangen 25 ersetzt werden, rialströmung durch den Schacht im Bereich seiner

Der in der Fig.4 dargestellte Vorwärmer hat zentralen öffnung ist durch Verzögerung bzw. Abeinen rohrförmigen Schacht 1 mit einer eingebauten 25 bremsen des Ablaufens des Materials über die Inspiralförmigen Führungsfläche 2. Die Führungs- nenkante der Schraubenfiäche 21 mittels des in fläche2 ist aus kreisförmigen Ringabschnitten mit Fig.4 dargestellten kegelstumpfförmigen eingebaueinem Innenradius und einem Außenradius zusam- ten Regelorgans 5 erzielbar. Zum Regulieren der mengesetzt, so daß eine zentrale öffnung durch den Weite des zwischen der Innenkante der Schrauben-Schacht gebildet wird. In der vertikalen Ebene bildet 30 fläche 21 und dem Regelorgan 5 gebildeten kontinudie Schrauben- bzw. Führungsfläche mit der ierlichen Spalt kann das Regelorgan 5 in den La-Schachtwandung einen nach unten gerichteten spit- gern 5 ο und 5 b in vertikaler Richtung verschiebbar zen Winkel. sein.

Der Schacht 1 und die Führungsfläche 2 besitzen Eine Zementbrennanlage schließt zwei nebenein-

ein Regelorgan 5, das in Lagern 5 α und 5 b ver- 35 ander montierte Vorwärmer ein, die ein- und densel-

schiebbar ist. ben Drehofen 6 durch ein Paar in geeigneter Weise

Das dem oberen Ende des Schachtes 1 zugeführte geformte Kanäle 26 speist, durch die die Gase in die Material wird sich infolge der Schwerkraft im Gegen- Vorwärmer strömen. Am oberen Ende jedes Vorwärstrom zu den Heißgasen nach unten bewegen, die am mers befinden sich ein zentrales Rohr 27, durch das unteren Ende des Schachtes eingeleitet werden. Die 40 das zu erwärmende Material zugeführt wird, und drei Bewegung des Materials durch den Schacht nach un- Zyklonabscheider 28, durch die das nach oben ströten wird durch die eingebaute Führungsfläche 2 ge- mende Gas hindurchgeht, nachdem es den Vorwärführt, die in der Zeichnung als aus Platten zusam- mer durch drei öffnungen 29 in dem Rohr 27 verlasmengesetzt dargestellt ist, die jedoch auch als eine ein- sen hat. Der in dem Zyklon 28 von dem Gas abgegebaute Einrichtung ausgestaltet sein kann, die einen 45 sonderte Staub wird in die Vorwärmer durch Rohre ganzen oder teilweisen schraubenförmigen Abschnitt 30 zurückgeleitet. Das Verhalten des Materials und haben kann, wobei die eingebaute Einrichtung wei- der in dem Vorwärmer nach oben strömenden Gase terhin auch als eine mehrgängige Führungs- oder ist das gleiche wie dasjenige, welches unter Bezug-Schraubenfläche ausgestaltet sein kann. Wenn für die nähme auf das Beispiel gemäß F i g. 4 beschrieber Führungsfläche 2 ein geeigneter Steigungswinkel und 50 worden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vertikaler schachtförmiger Wärmeaustauscher für körniges oder pulvriges Gut mit einem oberen Materialeinlaß, einem unteren Gaseinlaß und einer durchgehenden inneren schraubenlinienförmigen Führungsfläche, die mit der Schachtwandung einen nach unten offenen spitzen Winkel bildet und sich von dieser ununterbrochen über nur einen Teil des Schachtquerschnitts nach innen unter Bildung einer freien nach einer Schraubenlinie verlaufenden Kante erstreckt, über die das Gut ablaufen kann, gekennzeichnet durch eine Schraubenfläche (21), die sich von der freien Kante (20) der Führungsfläche (2) im wesentlichen horizontal nach außen zur Schachtwandung erstreckt, wodurch ein Teil der Schachtwandung durch die beiden Flächen (2, 21) vor dem sich durch den Schacht (1) bewegenden Gut und Gas abgeschirmt wird.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Führungsfläche (2) in Richtung auf den Materialeinlaß abnimmt.

3. Wärmeauslauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Führungsfläche (2) und die Schraubenfläche (21) abgeschirmte Teil der Schachtwandung durch Gerüst- oder Stützelemente (25) ersetzt ist.

4. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (2) derart geformt isi, daß eine sich durch den Schacht (1) nach unten erstreckende zentrale öffnung gebildet ist, und daß ein kegelstumpfförmiges Regelorgan (5) entlang der Achse des Schachtes (1) vorgesehen und in axialer Richtung der Führungsfläche (2) verschiebbar ist, um den Querschnitt der zentralen öffnung einzustellen.