DE1920051C3 - - 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. Führungsflächen 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. Führungsfläche 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 vorspringende Führungsflächen haben, die gegeneinander versetzt sind. Die Führungsflächen können geneigt 5 odei 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 Piozeß darin besteht, pulvriges oder körniges Material vorzuwärmen, zu trocknen oder zu kühlen.

ao 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 Wirbelbewegung 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 Material 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 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, 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 unbefriedigend.

In der deutschen Patentschrift 387 439 ist ein Trockner für Rohbraunkohle beschrieben, der aus einem vertikalen Schacht mit einem oberen Materialeinlaß, einem unteren Gaseinlaß und einer durchgehenden inneren schraubenlinienförmigen Führungsfläche besteht. Die Führungsfläche bildet mit der Schachtwandung einen nach unten offenen spitzen Winkel und erstreckt sich von dieser ununterbrochen über nur einen Teil des Schachtquerschnitts nach innen unter Bildung einer freien nach einer Schraubenlinie verlaufenden Kante, an der das zu behandelnde Gut überlaufen kann. Durch die Führungsfläche wire das im Schacht aufsteigende Gas in eine schraubenlinienförmige Bewegung versetzt, was zur Folge haber kann, daß der größte Teil des Gasstromes an dei Wandung im Schacht aufsteigt. Dadurch wird dii Gasgeschwindigkeit in der Mitte des Schachtes zi klein, um das über die Kante der Führuncsfläche fal

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

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 Gesamthöhe 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 S^feigung der Führurtgsfläche 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, urid daß ein kegelstumpfförmiges Regelorgan 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 diescm für einen kurzen Zeitraum schwebend gehalten, bevor es infolge der Zyklonwirkung der Wirbel abgesondert wird. Während das Material in Schwebestellung gehalten 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, vermindert werden kann.

Das Profil der schraubenlinienförmigen 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 Schachtwandung 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 du^ Kante der Schraubenfläche in einer kombinierten ;chrau benförmigen und spiralförmigen Bewegung zu st£ men. Di/criSDe des spitzen Winkels hang;^terfwea«. von der Art des Materials, jedoch auch von cer ja tür des Verfahrens bzw. Prozesses ab. ^Wf™ ™ um das Vorwärmen von Zementrohmaterial handelt ist der spitze Winkel gleich oder kle.ner als 25 und kann sich außerdem vom Einlaß zum Auslaß des Schachtes verändern, da die Eigenschaften des Mate rials beim Vorwärmen verändert werden, so daß es demzufolge als eine Regel erforderlich sein wird, am unteren Ende des Schachtes eine stark gene gte Schraubenfläche, d.h. einen sehr spitzen^Winkel und eine größere Steigung der Schraubenflache zu haben, um das Zusammenbacken des Materials auszuschal

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 gesialtet 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 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 Beispiel der Benutzung eines solchen Vorwärmers in einer Zementbrennanlage sind in den Zeichnungen wiedergegeben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Zementbrennanlage,

F i g. 2 eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt,

eines Vorwärmers,

F i g. 3 eine Seitenansicht des Vorwärmers gemäß

Fig. 2,

F i g. 4 eine schematische Seitenansicht eines Vorwärmers mit einem Regelorgan, wobei die Vorderhälfte des Schachtes fortgelassen ist.

Die in F i g. 1 dargestellte Anlage besteht aus einem Drehofen 6, von dem die Figur nur das Auslaß ende für Abzugsgase zeigt, einem Abzugsrohr 7, einem Zyklon 8 mit einem Verbindungsrohr 9, 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 Kamin führt. Der Schacht 1 hat ein Einfüllrohr 13 mit einer luftdichten Schleuse 14, um dem Schacht Zementrohmaterial zuzuführen. Der Zyklon8 hat ein Ausgangsrohr 15 mit einer luftdichten Schleuse 16 /um 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.

Der in den F i g. 2 und 3 dargestellte Vorwärmer hat eine schraubenlinienförmige Führungsfläche 2. Eine zweite Schraubenfläche 21 erstreckt sich von der radialen Innenkante 20 der Führungsfläche 2 nach außen. Die radial außenliegende Kante 22 der schraubenlinienförmigen Führungsfläche 2 ist an die radial außenliegende Kante 23 Schraubenfläche 21 mittels eines Abschnittes 24 einer Schachtwandung angeschlossen. Infolge der Anordnung der Führungsfläche 2 und Schraubenfläche 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.

Der in der F i g. 4 dargestellte Vorwärmer hat einen rohrförmigen Schacht 1 mit einer eingebauten spiralförmigen Führungsfläche 2. Die Führungsfläche 2 ist aus kreisförmigen Ringabschnitten mit einem Innenradius und einem Außenradius zusammengesetzt, so daß eine zentrale öffnung durch den Schacht gebildet wird. In der vertikalen Ebene bildet die Schrauben- bzw. Führungsfläche mit der Schachtwandung einen nach unten gerichteten spitzen Winkel.

Der Schacht 1 und die Führungsfläche 2 besitzen ein Regelorgan 5, das in Lagern 5 α und 5 b verschiebbar ist.

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 Führungsfläche 2 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 Führungs- oder Schraubenfläche ausgestaltet sein kann. Wenn für die Führungsfläche 2 ein geeigneter Steigungswinkel und ein geeigneter spitzer Winkel, der durch die Schraubenfläche 21 einer vertikalen Ebene mit der Schachtwandung gebildet wird, ausgewählt wird, wird das erhaltene Ergebnis dac sein, daß die Materialteilchen eine kombinierte spiralförmige und schraubenlinienförmige Bewegung entlang der Schraubenfläche 21 nach unten zum Zentrum des Schachtes erhalten, wo das Material über die Innenkante der Schraubenfläche 21 abläuft. Die Materialteilchen werden hier

ίο von der nach oben gerichteten Gasströmung aufgefangen, wodurch ein Wärmeaustausch stattfindet, und infolge der durch das Gas gebildeten Wirbel bzw. Wirbelströmungen werden die Teilchen wieder durch Zyklonwirkung an der Schraubenwelle 21 an der Schachtwandung abgesondert, wonach dieser Vorgang wiederholt wird. Als ein Ergebnis der geschlossenen Konstruktion der Führungsfläche 2 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 Ablaufens des Materials über die Innenkante der Schraubenfläche 21 mittels des in F i g. 4 dargestellten kegelstumpfförmigen eingebauten Regelorgans 5 erzielbar. Zum Regulieren der Weite des zwischen der Innenkante der Schraubenfläche 21 und dem Regelorgan 5 gebildeten kontinuierlichen Spalt kann das Regelorgan 5 in den Lagern 5 α und 5 b in vertikaler Richtung verschiebbar sein.

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 30 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 F i g. 4 beschrieben 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 schraubenlinienförmigcn 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 Kmite (20) der Führungifläche (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 (I) 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. Wärmeaustauscher 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 ist, 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.