DE2043534A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Er warmen oder Kuhlen von kornigem oder pulverigem Material - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. ING. A. VAN DERWERTH DR. FRANZ LEDERER

21 HAMBURG 90 8 MÖNCHEN 80

WILSTORf tR STR. 32 - TEL. (0411) 770S öl LUCILI-CR AH N-«TR. 39 - TIL. 108111 440846

München» 2. September 1970 L/R

Anmelder: ft, L. Smidth & Co» A/S

Vigerslev Alle 77» Kopenhagen-Valby. Dänemark Vorrichtung und Verfahren zum Erwärmen oder Kühlen I

von körnigem oder pulverigem Material

Die Erfindung bezieht eich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erwärmen oder Kühlen von körnigem oder pulverigem Material mit Hilfe eines Wärmeaustausche zwischen dem pulverigen Material und Gas* mit einem vertikalen Schaft, der einen freien Baum für die Aufwärtsbewegung des Gases, eine Einrichtung sum Einführen dee Materials an seinen oberen Ende und eine Gaseinlaßöffnung an seinem unteren Ende aufweist* Das Gas bewegt sich durch den Schaft aufwärts und das Material bewegt sich im Gegenstrom abwärts.

Sie Erfindung ist insbesondere auf solche Schäfte an« wendbar, die als Vorerliitzer zum Torwärmen von Zementroh» materialien verwendet werden· Diese Vorerhits&er werden verbreitet in Kombination mit rotierenden Brennöfen zum Brennen von Zement verwendet· Das am oberen Ende in den Schaft eingeführte Rohmaterial wird von den Abgasen des rotierenden

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Brennofens, dessen Gaeauslaß mit dem unteren Ende des Schafts verbunden ist, vorgebeizt und daa im Schaft vorgewärmte fiohmaterial tritt vom unteren Ende des Schafte In den rotierenden Brennofen über»

Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgab« zugrunde _v eine verbesserte Vorrichtung dieser Art zum Trocknen und Vorerhitzen von Zementrohmaterial oder anderen körnigen oder pulverigen Materialien zu schaffen· Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zum Kühlen von heißem Material durch Luft oder anderes kaltes Gas verwendet werden·

Gemäß der Erfindung weist der Schaft mindestens eine Sippe auf, die im Schaft schraubenlinig nacb unten läuft und in den freien Baum vorsteht, wo sie sine Kant· bildet, um die die aufwärtsströmandan Gase herumstrSmen müssen und die über ihrer gesamten Länge örtliche Änderungen in der Gasgeschwindigkeit nach oben verursacht, wobei durch Einrichtungen vermieden wird, daß sich das Gas in sins· sohvaubenlinlgea Weg kontinuierlich entlang dar Hippe oder dan Bippen aufwärts bewegt« Dia Unrlohtungen können vertikale Ablenkteile sein, dia «wischen dan Windungen der Hippen angeordnet sind· Vorzugsweise verläuft eins einzige durchgehende Bippe mit konstanter Steigung im wesentlichen W entlang der gesamten Hohe des Schafte. Dia Steigung kann jedoch unterschiedlich sein, die Hippe kann unterbrochen sein und ea können mehrere Bippen vorgesehen sein.

Der Gaastrom im Schaft aufwärts ist im wesentlichen turbulent· Es ist zwar bekannt, den Schaft durch öffnungen von verminderter Querschnittsflache in eine Anzahl voneinander getrennter Kemmern aufzuteilen, wobei die Geschwindigkeit des durch Jede der öffnungen fließenden

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Gases hierbei verhältnismäßig hoch ist und sich beim Eintritt in die Kammer über der Öffnung vermindert mit dem Ergebnis, daß Wirbel entstehen· Gemäß der Erfindung wird im wesentlichen der gleiche Effekt erzielt, jedoch kontinuierlich und ortlich. Die Geschwindigkeitsänderungen führen zu Wirbeln, deren Achse mit einer iJeigung im wesentlichen entsprechend der Steigung der Rippe verläuft und die unmittelbar über der Rippe auftreten. Das Gas zeigt dabei die Tendenz, in schraubenliniger Bahn zu fließen, es wird jedoch laufend daran durch die vertikalen Ablenkteile oder ihr Äquivalent gehindert. Unter diesen Bedingungen und vorausgesetzt, daß die relativen Mengen des Materials und Gases angemessen sind, werden die Teilchen des herabfallenden Materials von den Virbein eingefangen und werden innerhalb dieser herumgewirbelt; während der wiederholten Rührbewegung des Materials und des Gases findet ein äußerst wirksamer Wärmeaustausch statt·

Wenn die vertikalen Ablenkteile oder die äquivalenten Teile, die den kontinuierlichen schraubenlinigen Fluß deβ Gasstroms insgesamt verhindern, für die Wirbel eine freie Bahn an und unmittelbar Über der Rippenfläche lassen, so bewegen sich unter der Voraussetzung, daß die Steigung der Schraubenlinie oberhalb eines bestimmten Minimalwerta liegt, der hauptsächlich von der Natur dee Materials bestimmt let, die Wirbel über dieser Fläche nach unten· Sich derart verhaltende Wirbel können als "Wanderwirbel¹¹ bezeichnet werden, und der wesentliche Wärmeaustausch wird durch die Rührbewegung des Materials innerhalb der Wirbel, wie oben beschrieben, au Wege gebracht» Das Material wird vom oberen Ende bis zum unteren Ende des Schafts durch die Schwerkraft transportiert, während es in den Wenderwirbel eingeschlossen ist.

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Blockieren jedoch die vertikalen Ablenkteile oder die ihnen äquivalenten Teile weitgehend clie schraubenlinige Abwärtsbewegung der Wirbel, so verläuft der Vorgang unterschiedlich und nahezu unabhängig von der Steigung der Schraubenlinie. In diesem fall sind die Wirbel ständig mit Materialteilchen übersättigt und tendieren dazu, sich vom Band der Rippe wegzubewegen und aufzubrechen, so daß die Materialteilchen dichte Wolken oder Anhäufungen bilden, die im freien Querschnitt dee Schafts im Gegenetrom zum Gaβ nach unten ziehen· Beim anschließenden Eintritt in eine Zone niedrigerer Gasgeschwindigkeit unterhalb der ^ Hippe fallen die Materialteilchen aus den Anhäufungen oder Wolken aus und werden sehr schnell von einem neuen Wirbel eingefangen usw. Solche Wirbel, die sich im wesentlichen nicht in einer schraubenlinigen Bahn abwärtsbewegen können als "stationäre Wirbel" bezeichnet werden.

Entsprechend der Konstruktion des Schaftes können die gebildeten Wirbel entweder hauptsächlich Wanderwirbel oder hauptsächlich stationäre Wirbel sein, außerdem können auch beide Wirbelarten im selben Schaft vorkommen«

Das zur Erzeugung von Wanderwirbeln erforderliche Minimum der Steigung der Schraubenlinie ist umso größer, W je kleiner die Teilchengröße des Materials ist. Andererseits ist bei größerer Steigung die Zahl der Windungen der Schraubenlinie bei gegebener Schafthöhe und damit die Leistungsfähigkeit dee Wärmeaustausche geringer« Ale geeignete Steigung bei der Behandlung von Zement-Rohmehl wurden 40° herausgefunden.

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Stationäre Wirbel können mit nahezu beliebiger Steigung erzeugt v/erden, die nur die Anforderung erfüllen muß» daß die Zahl der Windungen der Schraubenlinie nicht su niedrig sein sollte·

Die !Tendenz des Gases, mit gleichmäßiger Geschwindigkeit entlang der Schraubenlinie aufwärts su strömen, kann durch vertikale Unterteilungen noch weiter vermindert werden _y die in den freien Baum für die Aufwärtsströmung des Gases ragen und so diesen Raum in einselne vertikale Kanäle teilen. Diese Kanäle brauchen nicht gegeneinander abgeschlossen zu sein, die vertikalen Unterteilungen können unterbrochen ausgeführt sein und müssen nicht zusammenhängen·

Die Neigung der oberen fläche zur Horizontalen kann in weiten Grenzen, etwa von JIuIl bis 70°, schwanken» vorzugsweise ist si· Jedoch angenähert gleich dem Schüttwinkel für das behandelt« Material, der für gewöhnlicheβ Zement-fioh- «ehl etwa 60° beträgt. Ist die Äeigung der fläch* Jedoch kleiner, sogar 0°, so wird auf der Rippe abgelagertes Material sieh s· anhäufen, daß eiae lsi Sohüttwinkel geneigte frei« Tläshe entsteht«

Ea ist sti verhindern, daß ein wesentlicher Teil des Gasts naoh oben mehr oder weniger entlang der Stromlinie fließt· Befindet sich also an der Wand des Schafts die geneigte Bippe, so sollte der freie Querschnitt, durch' den das Gas theoretisch vertikal aufwärts strömen könnte, nicht größer sein eis 50 % der gesamten inneren Quer* schnittefläche des Schafts.

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In einem großen Schaft kann ein zentrales Rohr oder ein massiver Kern angeordnet sein, so daß die freie Fläche, durch die das Gas aufwärts fließt, im Querschnitt ringförmig ist und eine solche radiale Breite aufweist, daß sichergestellt ist, daß kein Gas aufwärts entlang der Schaftachse fließt, ohne am Vorgang des Wärmeaustausche mit dem Materiel teilzunehmen· Ist ein mittleres Rohr oder ein Kern vorgesehen, so kann die schraubenlinige Rippe anstatt um die Wand des Schafte um dieses Rohr bzw· den Kern herumlaufen. Es können dann vertikale Unterteilungen zum Teilen des freien Ringraums in einzelne Kanäle von der Innenwand des Schafts nach innen vorstehen.

folgenden werden Ausführungeformen der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die sohematische Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Vertikalschnitt dureh einen Vorerhitzer in einer Zementfabrik_f ve* deren sonstigen Anlagen ebenfalls Teile sichtbar sindj

figur 2 einen Schnitt in einer Xbene II - II in figur 1 in vergrößerten HsBstab$

figur 3 einen Vertikalschnitt durch eine andere Aueführungsform eines Vorerhitzers|

figur 4 einen Schnitt in einer Ebene IV - IV in figur 3t

figur 5 einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines weiteren Vorerhitzers;

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Figur 6 einen Schnitt in einer Ebene VI - VI in Figur 5; xind

Figur 7 einen Querschnitt durch einen Vorerhitzer von anderer Foto·

Figur 1 zeigt einen Vorerhitser mit einem rohrförmigen Schaft 1, der an seinem unteren Ende unmittelbar mit einem rotierenden Brennofen 2 verbunden ist· Zur Verbindung dient ein Rohr 3, durch das das Abgas von Brennofen abfließt und daa Material in den Brennofen eingeführt wird· Der Schaft 1 weist an seinem oberen Ende sine Beschickungsöffnung 4· für das Rohmaterial und Abflußöffnungen 5 für den Durchtritt des Gases durch Rohrleitungen 6 su als Zyklonen bekannten fliehkraftStaubsammlern 7 auf· Dae Gas fließt von diesen Fliehkraftstaubsaiimlern duroh Rohr· 8 su einem elektrostatischen Abscheider oder einem anderen nicht dargestellten Entstauber· In den FI1ehkraftatanbsammlern 7 abgeschiedenes festes Matezjial fließt duroh Bohrleitungen 9t **· **a Ventilen 10 gesteuert sind, sum 8ehaft 1· Der Schaft ruht auf Säulen 1%· ■

Di· wesentliche Eigenschaft des Schafte 1 gsmäß Figur 1 besteht in einer Bus^jemenhÄngenden βchraubenlinigen Rippe 15 an der inneren Oberfläche· Diese Sippe weist eine eich abwärts neigende obere Fläche auf· Ablenkblenden 17 in Vorm von dreieckigen Platten stehen von 4er Schaftwand nach innen rar, um BU verhindern, daß des voe Brennofen kommende Qes in einer schraubenlinigen Bahn nach oben strömt.

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Der Schaft ist in einem Stahlgehäuse ausgebildet, jedoch bestehen seine inneren Teile, die mit den heißen Gae in Berührung kommen, aus einem feuerfesten Material 1% Di· Rippe 15 ißt mit einer Metallverstärkung 16 armiert« Die Ausmaße der echraubenlinigen Rippe und die relativ von ihr eingenommene Schafthöhe können verschieden sein· Der für die Aufwärtsströmung dee Gases zur Verfügung stehende Bann muß Jedoch angemessen eein und kann beispielsweise 25 % der Querachnittsfläch· des Schafte beanspruchen, er sollte jedoch nicht mehr als 50 $ einnehmen, wenn alles Gas für den Wärmeaustausch ausgenutzt werden soll.

Wird durch die Beschickungsöffnung 4- Rohmaterial ein« gespeist, so wird dieses von den von Brennofen 2 kommenden und durch den Schaft aufwärts strömenden Gaaen eingefangen· Di· Öffnung 4 liegt in einem Teil des Schafte mit verhältnismäßig kleinem Durchmeeser« so daß die Geschwindigkeit ·ο hoch ist, daß das meiste Material von den Gasen au« des Schaft hinausgetragen wird* Bei« Durchlauf d*r Gut durch die fli*nkraftstaubsainil«r ? wird Jedoch da« Rohmehl wieder abgetrennt und läuft unmittelbar über dta zylindrischen Teil der Wand in dae Innere des Sohafts.

Da« durch die Rohrleitungen 9 eingeführt· Material, da· durch den Teil des ftaterials, der direkt von der Beschickungsöffnung 4 kommt, ergänzt wird* sinkt im Schaft 1 entgegen dem Gasstrom abwärts« Die Gasgeschwindigkeit ist örtlich an Stellen erhobt, an denen das Gas ua den vorspringenden Band der Hippe 15 herumstreicht. Aufgrund dieser erhöhten Geschwindigkeit und des Bichtungswechsel« dee Gesstroms bildet das Gas an der oberen Fläche der Kippe wandernde Wirbel, deren Achse eine Neigung angenähert

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gleich der Steigung der Rippe haben· Diese Wirbel fangen und achließen die Mehrzahl der Materialteilchen ein· Die Wirbel wandern entlang der abwärts geneigten oberen Fläche der Rippe mit den darin eingeschlossenen Teilchen nach unten und erreichen schließlich das untere Ende dea Schafts 1, wo sie sich brechen und v/o die vorher eingefangenen Teilchen ausfallen und entlang dem unteren Teil des Rohrs 3 gleiten, bis sie schließlich in den Brennofen 2 eingespeist werden.

Die in die Wenderwirbel einbezogenen Teilchen werden herumgewirbelt und so einem intensiven Wärmeaustausch mit dem Gas unterworfen, so daß sie beim Verlassen des Schafte 1 an seinem unteren Ende normalerweise eine Temperatur angenommen haben, die nicht wesentlich untfnterschiedlich von der dea einströmenden Gases ist·

Die Ablenkblenden 17 sind in der dargestellten Weise so in Dreieckforn ausgebildet, daß sie «war einen stetigen schraubenlinigen Strom dee Gaeee insgesamt verhindern, jedoch eine freie Bann für die Wirbel auf und unmittelbar über der oberen Fläche der Rippe freilassen.

Sind die Ablenkblenden trapesfSrmig anstatt dreieckig, erstrecken sie sieh also nicht nur mit ihrem oberen linde, sondern euch alt ihre» unteren Ende bie sum Rand der Rippe 15» ·ο blockieren sie weitgehend die Abwärtsbewegung der Wirbel entlang der Sohraubenbshn und es entstehen stationäre Wirbel.

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Bei der Ausführungeform gemäß Figur 3 ist in den rohrförmigen Schaft 1 eine Säule 19 zentral eingebeut, die etwa wie eine Bohrerschneide geformt ist und ein Schraubengewinde 20 trägt, das eine nach unten geneigte Fläche aufweist und die erfindungsgemäßen Hippen darstellt» Für die Aufwärtsströmung dee Gases ist um die mittlere Säule 19 ein freier Raum 21 vorgesehen· Damit daa Gas nicht entlang der Schraubenbahn fließt, können dreieckige Ablenkblenden 22 zwischen den Gewindewindungen befestigt sein, oder es können vertikale Unterteilungen 23 im freien Raum zwischen der Schaftwand und den Rändern der Hippe vorgesehen sein, die im wesentlichen vom unteren Bade des Schafts bis zu seinem oberen Ende verlaufen« Zur einfacheren Barstellung zeigt Figur 3 dies· beiden Möglichkeiten gleichseitig, jeweils in einem anderen vertikalen Teil dee Schafts· In Wirklichkeit sollten sich Jedoeh die Ablenk*blenden bzw· die Unterteilungen über die gesaut« Lange der Schrauben— linie erstrecken· Ss ist auoh möglich, eins Kombination dieser Blenden und Unterteilungen su verwenden·

Die Aueführungsform genSß Figur 5 ähnelt derjenigen

gem&B Figur 1 alt der Ausnahe·, daß ein zentrales Bohr 24 in den Torerhitser eingebaut ist, so daß der freie Raum für die Aufwfirteetröeung de· Qeses riagfSraig außerhalb des Rohre liegt· Die vertikalea Ablenkblenden 1? erstrecken sieh zwischen der Vend des Schalt· 1 und der Wand de· Rohre 24. Das Rohr 24 kann noeh dasn dienen« die Oase von Fliehkraftstaubeaamlern, wie sie etwa in Figur 1 dargestellt sind, su sinea Gebläse auf SrdhShe zu bringen·

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Wie die Ablenkblenden 1? nach Figur 1, so können euch die Ablenkblenden 22 gemäß Figur 3 und die Ablenkblenden 17 gemäß Figur 5 alternativ so ausgebildet sein, daß sie die Abwärtsbewegung der Wirbel entlang der Schraubenbahn weitgehend blockieren und somit die Bildung stationärer Wirbel fördern.

Der Schaft braucht im Querschnitt nicht kreisförmig

zu sein, sondern kann beispielsweise auch elliptisch oder länglich sein, wie es bei 25 in Figur 7 dargestellt ist· Im Schaft ist eine zusammenhängende, im wesentlichen schraubenlinige Rippe 26 vorgesehen, ferner ist in den Schaft ein Kern 27 eingebaut; der freie Raum für die Aufwärtsströmung des Gases ist derjenige zwischen dem Kern 27 und dem inneren Rand der Rippe 26, Dieser freie Raum ist durch Unterteilungen 28 in Kanäle geteilt·

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Claims (7)

Patente η s ρ r ü c h e

1. Vorrichtung zum Heizen oder Kühlen von körnigem oder pulverigem Material durch Wärmeaustausch zwischen diesem Materiel und Gas, mit einem vertikalen Schaft, der einen freien Baum für die Aufwärtsströmung des Gaser aufweist und mit Einrichtungen zum Einführen des Materials an seinem oberen Ende und einer Eingangsöffnung für das Gas an seinem unteren Ende versehen ist, so daß im Betrieb das Gas durch den Schaft nach oben strömt und das Material sich im Gegenstrom hierzu nach unten bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Rippe (15, 20, 26), die im Schaft (1, 25) entlang einer Schraubenlinie abwärtsläuft, in den freien Raum (21) vorsteht und einen Rand bildet, den die aufwärts fließenden Gase umströmen und der entlang seiner gesamten Länge eine örtliche Änderung in der nach oben gerichteten Gasgeschwindigkeit bewirkt, und daß Einrichtungen (17, 22,23, 28) zum Verhindern eines kontinuierlichen Gasstroms nach oben entlang der Rippe oder den Rippen in schraubenliniger Bahn vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verhindern einer stetigen Aufwärtsbewegung des Gases in schraubenliniger Bahn vertikale Ablenkteile (17) sind, die zwischen den Windungen der Rippe bzw. Jeder Rippe (15) liegen.

ß*.D ORJGiNAL

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-· kennzeichnet, daß eine einzige Rippe (15» 20) mit konstanter Steigung im wesentlichen durch die gesamte Länge des Schafts (1) verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (15» 26) bzw« Jede lippe an der Innenwand des Schafts (1) sitzt und eine freie fläche von nicht mehr als 50 $> der gesamten inneren Querschnittsfläche des Schafts (1, 25) frei«· läßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bie 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (20) bzw· jede Rippe zusammenhängend auf einem mittleren Kern (19) im Schaft (1) angeordnet ist und der freie Raum (21) für den Durchtritt des Gases außerhalb dieses Kerns liegt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vertikale Unterteilungen (17, Fig. 6} 23, 28) im freien Raum für die Aufwärtsatrömung des Gases diesen Raum in einzelne vertikale Kanäle teilen·

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Rippe 20, 26) bzw· jeder Rippe nach unten zum nicht unterbrochenen freien Raum zu mit einem Winkel von nicht mehr als 70° geneigt ist·

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8· Verfahren zum Vorerhitzen von Zement-Rohmehl durch die heißen Gase eines rotierenden Brennofens in einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbel erzeugt werden, in denen die Teilchen des Rohmehls
eingefangen werden«