DE2230880A1 - Verfahren und vorrichtung zur indirekten waermeuebertragung - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur indirekten waermeuebertragungInfo
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- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/1836—Heating and cooling the reactor
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Description
630212
■ * Tl Jl £'. Q % $j ■
München: " Frankfurt/M.:
"*""* -'—·α--Α~-
Dipl.-Chem.Dr.D.Thomson Dlpl.-Ing. W. Welnkaufl
Dipl.-Ing. H. Tledtke (Fuchshohl 71)
Dipl.-Chem. Q. Bühllng
Dipl.-Ing. R. Kinne
Dipl.-Chem. Dr. U. Eggers
8000 München 2
Kaiser-Ludwig-PlatzG 23· Juni l972
Imperial Chemical Industries Limited
London (Großbritannien)
London (Großbritannien)
Verfahren und Vorrichtung zur indirekten
Wärmeübertragung
Wärmeübertragung
) Die Erfindung bezieht sich auf Arbeiten mit Wirbel-
; . bett, d.h. auf Arbeiten, bei d<=>nrm ein Bett aus partikelförmig
'■ gern, festem Material in eüen Zustand stürmischer Bewegung und
Turbulenz mittels eines gesteuerten Aufwärtsstromee eines Gases
oder namnfes durch das Bett hindurch gebracht wird. Arbeiten
nit Wirbelbett v/erden angewandt sowohl in Situationen, wo gegcrseitige
chemische Einwirkung oder Reaktion zwischen einem wirbel- \ baren festen Material und einem Gaa btM. Dampf erforderlich 1st,
als auch in Situationen, wo physikalische igegenseltlge Älnwir-
20988A/0859
Mündliche Abrcdon, IntbMonöw· durch Τ·1·(οη, bcdürfan tchriftlicfitr Betfitfgune
, ruMmnui (München) Kto 11M74 Drmdncr Bnnk (MOnohan) Kto.
' ORIGINAL INSPECTED
- 2 - eins:;:;:;;: ::?.JJ.:.li.tL·.
kurv, wie Wärmeaustausch/ gewünscht ist, x^obei das feste Material
als Wärmequelle, Wärmeabzug oder WMrmeübertragungsmedium,
je nach den vorliegenden Falle, dient.
Bei Wirbelbettoperationen ist es gewöhnlich erwünscht, indirekten Wärmeaustausch zwischen dem aufgewirbelten Feststoff
des Bettes und einem wärneübertragendon Fluid bewirken
zu können, welches durch Leitungen hindurchgeht, die sich in die Wirbelzone hinein erstrecken. Dies ist besonders zutreffend
für Wirbelbettoperationen, bei denen eine hohe Pate an Wärmeentwicklung
(oder möglicherweise -absorption) als Folge chemischer Einwirkung zwischen der festen Phase und der Gaa/Dampf-Phase auftritt
und/oder wo die Dimensionen des Wirbelbettes so sind, daß erzielbare Paten peripheren Wärmeaustauschs durch begrenzende
Wandungen hindurch unangemessen sind, oder wo die Natur der chemischen Einwirkung so ist, daß sie gegen Temperaturänderungen
innerhalb des Bettes widrigerweise hochempfindlich ist.
Die bisherigen Anordnungen von Leitungen, welche Wärir.eübertragung
fluid tragen, innerhalb eines Wirbelbettes, sind nicht vollkommen befriedigend» insbesondere in Situationen,
wo hohe Pvaten der Wärmeabfuhr aus dem Wirbelbett erforderlich sind. Solche bisherigen Anordnungen geben Veranlassung entweder
zu unangemessener wärmeabfuhr, oder zu übermäßiger Anhäufung
innerhalb dear Wijrb#l*one und damit su einer Beeinträchtigung des
Aiifvlrtftttroattit au» Saft/Dampf und d*r riehtlas η H«ttdurchwirbe-
209184/0859
inspected
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Bewirken indirekten Wärmeaustausches zwischen einem Wirbelbett aus partikelförmigem,
festem Material innerhalh eines Wirbelschichtkessels und einem Wärmeübertragungsfluid, welchletzteres in Leitungen
getragen wird. Die Erfindung schafft auch eine Wirbelbettvorrichtung bzw. einen Wirbelbettreaktor, welcher mit einer besonderen
inneren Anordnung von Wärmeaustauschleitungen ausgerüstet ist, die zur Verwendung beim Verfahren geeignet sind.
Erfindungsgenäß bewirkt man indirekten Wärmeaustausch zwischen einem Wirbelbett oder einer Wirbelschicht aus partikelförmigem,
festem Material und einem in Leitungen getragenen Wärmeaustausch- oder übertragungsfluid dadurch, daß man das Wärmeaustauschfluid
durch eine Leitungsanordnung hindurch gehen läßt, welche aufweist:
(a) Ein Bündel paralleler, aufrecht stehender "Haarnadelrohre", welche mit den Wirbelbett über einen wesentlichen Teil,
vorzugsweise mindestens den größeren Teil ihrer Länge in Berührung stehen und welche über einen überwiegenden Teil der Querschnittsfläche
des Wirbelbettes, vorzugsweise im wesentlichen über die gesamte Querschnittsfläche, verteilt sind;
(b) eine erste, unten liegende, allgemein horizontal sich erstreckende Reihe im Abstand von einander befindlicher
Sammelrohre für die Zufuhr von Wärmeaustausch^luid zu den Ein-
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-A-laßenden der Rohre des ^ohrbündels; und
(c) eine zweite unten liegende, im allgemeinen horizontal
sich erstreckende Reihe im Abstand voneinander befindlicher Sammelrohre zur Aufnahire von WMrmeaustauschfluid von den Auslaßenden
der Rohre der Rohrbündels, wobei die Tluflußsammelrohre
einzeln, zusammen niit gemeinschaftlichen Abflußsammelrohren, diskrete
Grunpen von Rohren bedienen, weIchletztere Gruppen miteinander
das Rohrbündel ausmachen; wobei jegliches Zuflußsammolrohr
(bzw. Abflußsammelrohr) über n-Rohre mit entweder einem oder gegegebenenfalls
zwei Abflußsammelrohren (bzw. Zuflußsammeirohren,
je nach vorliegendem Fall) in Verbindung stehen kann.
Der Ausdruck "Haarnadelrohre" bezeichnet langgestreckte U-Rohre, deren parallele Arme dicht zusammen liegen, wenngleich
gewöhnlich mit gewisser Trennung zwischen ihnen, wobei der
"Bügel" von unwcsentliehen horizontalen Ausmaß ist. Solche Rohre
von denen viele vorhanden sein können, schaffen im wesentlichen eine einheitliche Bremsung für den Cas/Dampfstrom durch das Bett
über ihre eingetauchten Länaen hinwea, und sind tatsächlich gemeinsam
in der Lage, den erwünschten, sogenannten "Stopfendurchfluß" innerhalb des Wirbelbettes anzuregen. Die "Bügel" der
Haarnadelrohre können auch, wenn gewünscht, in dos Wirbelbett eingetaucht sein. Mit dieser Anordnung von Leitungen kann man
wirksamen Wärmeaustausch herbeiführen, da sehr beträchtliche wirksame Längen an Wärmeaustatischleitung untergebracht werden
können, ohne wirksame Bettdurchwirbelung zu beeinträchtigen.
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Die Zuflußsammeirohre und die Abflußsammeirohre sind
.vorzugsv/eise parallele Rohre und vorzugsweise liegen sie in
im wesentlichen der gleichen allgemeinen Ebene. Betrachtet man die Reihen der Sammelrohre gemeinsam, wäre eine normale Anordnung
eine solche, bei welcher ZufIußsammeIröhre mit Abflußsammelrohren
über die Breite des Bettes abwechseln.
Die ZufIuRsammeIröhre werden vorteilhaft versorgt von
einer gemeinsamen Hauptzuflußleitung her, welche das Wa'rmeaustauschfluid
unter Druck trägt, und sie können, wenn gewünscht, Z^eigschleifen (welche vorzugsv/eise Parallelstromleitungen schaffen)
der Hauptzuflußleitung sein, so daß beide Zweigströme von Wämeaustauschf luid in den Hauptstrom der Hauptzufuhrleitung
aufnehmen und abgeben, wobei die Haarnadelrohr demgemäß dann
gereinsam nur einen Teil des Gesamtstromes längs der Zuflußsammelrohre
aufnehmen. In gleicher Weise können die Abflußsamme1-rohre
Wärmeaustauschfluid, das von den Haarnadelrohren abgegeben
worden ist, in eine gemeinsame Hauptabflußleitung liefern, wobei
die AbfIußsamme!rohre im Bedarfsfall Zweigschleifen (die wiederum
vorzugsv/eise Parallelstromleitungen liefern) einer Hauptabflußleitung sein können, die unabhängig zugeführtes Wärmeaustauschfluid
unter einem Druck fördert (unter Beachtung des Drucks, unter dem das Wärmeaustauschfluid den Haarnadelrohren zugeführt
wird und unter Beachtung des Widerstands der Haarnadelrohre), wodurch befriedigender Durchfluß an Wärmeaustauschfluirl durch
die Haarnadelrohre möglich wird. Die Hauptziifluß- und ahflußleitvngen
sind vorteilhaft bogenförmige oder ringförmige Kroise, die
gegen die Seitenwinde des Wirbelschichtkessels gesetzt sind, wo-
209884/0859
bei sie vorteilhaft jeweils aus einem Paar, gleicher Abschnitte
bestehen, die sich von einer gemeinsamen Zuflußstelle (oder Abflußstelle) in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
Die Erfindung umfaßt auch einen Wirbelschichtkessel, der mit einer Anordnung aus Wärmeaustauschleitungen versehen
ist, die Zufluß- und Abflußsammeirohre sowie verbindende Haarnadelrohre
sufweist, wie es zuvor beschrieben wurde.
Eine Ausfiihrungsform eines Wirbelschichtkessels nach
der Erfindung, wie sie zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist, wird nunmehr im einzelnen an einem Beisniel
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert;
Figur 1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht einer
Axialebene die generelle Anordnung des Rohrbündels und der Zufluß- und Abflußsammelleitungen des
Wirbelsrhichtkessels;
Figur 2 «eigt schematisch dieselbe Anordnung in einer
Draufsicht von einem Niveau aus oberhalb des Rohrbttndels, wobei zur Vereinfachung der Darstellung
lediglich eine repräsentative Anzahl von U-Rohren des Rohrbündel? dargestellt ist.
Die Behalterschale des Wirbelschichtkessels ist mit dem
Bezugszeichen 1 bezeichnet (es ist lediglich ein Teil davon gezeigt)
. Innerhalb der Schale befindet sich in Richtung auf deren
unterem Knde eine Horizontalreihß von parallelen, obertragungs-
208884/0859
fluid liefernden Sammelrohren 2 oder Zufuhrsammeirohren, die
I"
sich mit einer gleichen horizontalen fteihe von parallelen,
Ubertragungsfluid abführenden Sammelrohren 3 oder Abflußsamnelrohren
abwechseln. Die Zuflußsammeirohre 2 werden durch eine bogenförmige Hauptzuflußleitung 4 gespeist, die gegen die Wand
der Schale 1 gesetzt ist, während die AbfIußsammeIröhre 3 Fluid
in eine bogenförmige Hauptabflußleitung 5 abgeben, das gegen
die Vland der Schale 1 gesetzt ist, und zwar der Hauptzuflußlei-tung
4 gegenüberliegen. Ein in die Schale 1 eindringender Einlaß liefert Zugang zu der Hauptzuflußleitung 4 , während ein in die
Schale 1 eindringender Auslaß 7, der dem Einlaß 6 gegenüber angeordnet ist, das Abziehen von Wärmeübertragungsfluid aus der
Hauptabflußleitung 5 gestattet. Die Hauptzuflußleitung 4 und die
Hauptabflußleitung 5 bestehen jeweils aus einem Paar gleicher Abschnitte
(4a, 4b und 5a, 5b), die sich in entgegengesetzte Richtungen vom Einlaß 6 bzw. Auslaß 7 erstrecken. Die Abschnitte 4a,
4b, 5a und 5b der Zufluß- und Abflußleitungen 4 bzx*. 5 haben
stufenweise Verringerungen ihrer Querschnitte entlang ihrer Lcinge,
wobei die Anordnung an ihren Enden in die Endzufluß- bzw, Endabfluß
sanmelrohre 2a, 2b bzw. 3a und 3b einmündet.
Es ist eine Vielzahl von vertikal sich erstreckenden U-förmigen Haarnadelrohren 8 vorgesehen, die benachbarte Paare
von Zufluß- und AbfIußsammelrohren 2 und 3 überbrücken und durch
die Wärmeübertragungsfluid von den Zuflußsammeirohren 2 zu den
Abflußsammeirohren 3 strömen. Wie man aus Figur 2 ersehen kann,
befindet sich jedes Zufuhrsamme1rohr 2 (mit Ausnahme des Susser-
203884/0859
sten Sammelrohrs 2a) in Verbindung mit beiden benachbarten Abflußsanmelrohren
3, und zwar durch Gruppen von U-Rohren 8, während
sich jedes Abflußsairanelrohr 3 (mit Ausnahme des äussersten
Sammelrohrs 3b) in gleicher Weise in Verbindung mit beiden benachbarten
ZufIuRsammelrohren 2 befindet. Die U-Rohre 8 sind
regelmäßig über im wesentlichen die gesamte Ouerschnittsflache
des P.aums innerhalb der Schale 1 verteilt und sorgen für wirksamen
Wnrmeabzur fiber ein erhebliches Volumen des Schalenraums.
Obwohl die U-Rohre 8 in einer großen Zahl vorliegen, hindern sie nicht wirksame Bettverwirbelung, vielmehr fördern sie das
erwünschte Muster des Aufwärtsgas- oder Aufwärtsdampfdurchflußes durch das Bett.
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Claims (5)
- - 9 Patentansprüche/ 1 .J Verfahren zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem Wirbelschichtbett aus teilchenförmigen^ Feststoffmaterial innerhalb eines Wirbelschichtkessels und einem in Leitungen geförderten übertragungsfluid, wobei die Wärmeübertragung dadurch bewirkt wird, daß man das Wärmeaustauschfluid durch eine Anordnung von Leitungen führt, gekennzeichnet durch (a) -ein Bündel von parallelen hochstehenden Haarnadelrohren, die sich mit dem Wirbelschichtbett über einen erheblichen Anteil, vorzugsweise wenigstens über ihren größten Anteil ihrer Länge in Berührung befinden und über einen Hauptteil der und vorzugsweise im wesentlichen über die ganze Querschnittsfläche des Wirbelschichtbetts verteilt sind, (b) durch eine unten liegende, generell horizontal verlaufende Reihe von im Abstand stehenden Sammelrohrenfür die Zulieferung von Wärmeaustauschf luid zu Einlaßenden von Rohren (8) des Rohrbündels und (c) durch eine zweite unten liegende, generell horizontal verlaufende Reihe von im Abstand stehenden Sammelrohren (3) für die Aufnahme des Wärmeaustauschfluids von den Auslaßenden der Rohre des Rohrbündels, wobei'die Zuflußsamnelrohre einzeln zusammen mit angeschlossenen Abflußsammelrohren (3) diskrete Gruppen von Rohren (8) bedienen, wobei diese Gruppen gemeinsam das Rohrbündel bilden.
- 2. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, in Form eines Kessels, der für ein Wirbelschichtverfahren geeignet ist und der mit einer Innenan-209884/0859- Io -Ordnung von Wärmeübertragungsleitungen für den Transport eines Wrmeübertragungsfluids versahen ist, wobei die Leitungsanordnung gekennzeichnet durch (a) ein Bündel aus parallelen hochstehenden Haarnadelrohren (8) , die über einen Ilauptteil der inneren Querschnittsfläche des Kessels (1) und vorzugsweise im wesentlichen über die gesamte Innencruerschnittsf lache diesesKessels verteilt sind, (b) durch eine erste unten liegende, allgemein' horizontal verlaufende Reihe von im Abstand stehenden Sammelrohren (2) für den Zufluß oder die Lieferung von WSrmeaustauschfluld zu Einlaßenden der Rohre (8) des Pohrbündels und (c) durch eine zweite unten liegende, allgemein horizontal verlaufende Reihe von im Abstand stehenden Sammelrohren (3) für die Aufnahne von Wärmeaustauschfluid aus den Auslaßenden der Rohre des Rohr bündeis , wobei die Zuflußsammeirohre (2) für sich zusammen rit angeschlossenen Abflußsammeirohren (3) diskrete Gruppen von Rohren bedienen, wobei diese Gruppen gemeinsam das Rohrbündel bilden.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußsairmelrohre (2) und die AbfIußsammeIröhre (3) parallele Rohre sind, die im wesentlichen in derselben allgemeinen Ebene liegen.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuf lußsairanelrohre und die Abflußsammelrohre gleichförmig fingerförmig ineinandergreifen.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,209884/0859- Ii -daß die Zuflußsammelrohre (2) und die Abflußsammeirohre (3) jeweils mit bogenförmigen Hauptzufluß- bzw. Hauptabflußleitungen (4, 5) verbunden sind, die gegen die Innenwand des Kessels gesetzt sind.20988W08B9e e r s e ί t e
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Family Applications (1)
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Also Published As
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