DE2317380A1

DE2317380A1 - Wirbelschichtvorrichtung

Info

Publication number: DE2317380A1
Application number: DE19732317380
Authority: DE
Inventors: Barrie James Martin
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1972-04-06
Filing date: 1973-04-06
Publication date: 1973-10-25
Also published as: IT982962B; NL7304585A; FR2179145A1; GB1431763A

Description

Unser Zeichen; P 2206X

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG
6500 Zug, Schweiz
Gartenstrasse 2

Wirbelschichtvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtvorrichtung, insbesondere einen Wirbelschrichtwärmetauscher und ein chemisches Wirbelschichtgerät.

In Wirbelschichtwärmetauschern ist im allgemeinen eine Wirbelschicht auf einem Träger innerhalb eines Gehäuses angeordnet, und die Wirbelschicht wird von Gasen durchwirbelt. Der Träger ist durchlöchert, um den Durchgang der Wirbelgase durch den Träger hindurch in die Wirbelschicht zu gestatten. Wenn die Schicht durchwirbelt wird, fallen oft Teilchen der Wirbelschicht durch die in dem Träger vorgesehenen Löcher und gehen verloren.

Um einen solchen Verlust von Wirbelschichtteilchen durch den Träger hindurch zu verhindern, ist vorgeschlagen worden, zwischen dem Träger und die Wirbelschicht ein feinmaschiges Sieb oder Gewebe einzulegen. Es ist auch vorgeschlagen worden, einen Träger mit nur relativ kleinen Löchern zu verwenden. Bei beiden Anordnungen wird der Verlust von Wirbelschichtteilchen durch den Träger hindurch zwar reduziert, aber gleichzeitig wird der Durchgang der Wirbelgase durch den

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Träger behindert. Selbst wenn ein hoher Gasdruck auf der von der Wirbelschicht abgewandten Trägerseite vorgesehen wird, dann ist der in der Wirbelschicht vorhandene Gasdruck oft unzureichend, um eine optische Dürchwirbelung der Schicht zu erzielen. Offensichtlich wirkt sich eine " unzureichende' Dürchwirbelung der Wirbelschicht nachteilig auf den Wärmebetrag aus, der an eine aufzuheizende- Flüssigkeit, z.B. Wasser abgegeben wird. ^: ' ^: -

Wirbelschichtteilchen gehen auch häufig in ehemischen Wirbelschichtgeräten verloren, wo eine Flüssigkeit oaev ein Gas, die z.B. gereinigt werden sollen, durch eine Wirbelschicht strömen. ' ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelschichtvorrichtung zu schaffen, bei der die vorgenannten Nachteile beseitigt oder verringert sind, ...

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch"gelöst, daß ein die Wirbelschicht abstützender Träger mit einem oder mehreren Löchern vorgesehen ist, durch welche ein Gas oder eine Flüssigkeit strömen kann, und daß ein oder mehrere einen Teil des Trägers selbst bildende oder zusätzlich zum Träger angeordnete Ablenkbleche vorgesehen und derart angeordnet sind, daß ein nach unten gerichtetes Durchtreten der Wirbelschichtteilchen durch den Träger behindert wird.

Wenn das oder die Ablenkbleche zusätzlich zum Träger vorgesehen sind, dann sind sie vorzugsweise über dem Trägerangeordnet, um ein nach unten gerichtetes Durchtreten von Wirbelschichtteilchen durch den Träger zu verhindern. Vorzugsweise ist für jedes Loch ein gesondertes Ablenkblech vorgesehen. Falls das Loch groß genug ist,, dann ist in verschiedenen Typen von Wirbelschichtvorrichtungen nur ein Loch erforderlich. Jedoch sind im allgemeinen mehrere Löcher in

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dem Träger vorgesehen, wobei jedes Loch mit seinem eigenen Ablenkblech versehen ist. Falls es erwünscht ist + können auch Lochgruppei^.B. Gruppen zu drei im Dreieck angeordneten Löchern, mit einem einzigen Ablenkblech überdeckt sein.

Vorzugsweise können die Ablenkbleche im Querschnitt V-förmig ausgebildet sein oder konische Wandungen aufweisen oder konkav ausgebildet sein.Es können jedoch auch andere Ausgestaltungen gewählt werden. Es wurde festgestellt, daß Wirbelschichtwärmetauscher besonders vorteilhaft mit Ablenkblechen versehen sein können, die stark geneigte Wandungen aufweisen. Dies ist deshalb der Fall, weil heiße Materialteilchen durch das aufwirbelnde Gas in der Wirbelschicht nach oben getrieben werden, bis sie ihre Wärme an das Wasser oder die aufzuheizende Flüssigkeit abgeben. Danach neigen die erkalteten Materialteilchen dazu, durch die Schicht nach unten zu fallen, und eine Anhäufung von erkalteten Materialteilchen kann manchmal auf Ablenkblechen mit weniger steil geneigten Wandungen stattfinden. Bei Ablenkblechen, die stark geneigte Wandungen aufweisen, neigt das erkaltete Teilchenmaterial dazu, schnell an den Wandungen entlang nach unten zu gleiten, wodurch es in heiße Bereiche der Wirbelschicht zurückgeführt wird, in welche frisches heißes Gas durch das oder die in dem Träger vorgesehenen Löcher in die Wirbelschicht einströmt. Dadurch wird ein Wiederaufheizen der gekühlten Teilchen durch die heißen Wirbelgase erleichtert.

Wenn die Äblenkbleche .!getrennt von dem Träger ausgebildet sind, dann werden das oder die Löcher in danTräger vorzugsweise mit einer nach oben vorstehenden, ringförmigen Lippe versehen, welche sich vorzugsweise nach oben in den von dem Ablenkblech überdeckten Bereich hinein erstreckt, so daß der

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unterste Punkt des Ablenkbleches bis unter den höchsten Punkt der das Loch umgrenzenden Lippe ragt. Mit dieser Anordnung wird der Verlust der Wirbelschichtteilchen durch Jedes Loch wesentlich herabgesetzt. Wenn die Ablenkbleche als Teile des Trägers ausgebildet sind, dann können sich die Löcher am Ende einer gekrümmten Bahn durch den Träger befinden.

Die Größe und Anzahl der Löcher kann abhängig von der Art der erwünschten Durchwirbelung veränderlich sein. Die Wärmetauscher gemäß der Erfindung konkurrieren hinsichtlich ihrer Gesamtgrösse sehr stark mit den Wärmetauschern, die zur Zeit verfügbar sind. Das ist in kaufmännischer Hinsicht von großer Wichtigkeit, da kleine Gesamtabmessungen erwünscht sind, denn sie erleichtern eine Anordnung des Wärmetauschers in Häusern und Farbikgebäuden, wo der Raumbedarf von Bedeutung ist.

Das zum Wärmetausch für die Wirbelschichten verwendete Material der Wärmetauscher kann herkömmlicher Art sein, und z.B. aus Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Sand oder aus Teilchen einiger Metalle bestehen. Die Materialien für die Wirbelschicht von ehemischen Apparaten sind sehr unterschiedlich und hängen von den Chemikalien ab, z.B. von den Flüssigkeiten oder Gasen, die durch die Wirbelschichten strömen.

Weitere Merkmale , Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.Darin zeigen:

Fig.1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines ersten Wärmetauschers gemäß der Erfindung,

Fig.2 einen Längsschnitt durch einen Teil eines zweiten Wärmetauschers gemäß der Erfindung,

Fig.3 einen Längsschnitt durch einen Teil eines dritten Wärmetauschers gemäß der Erfindung, .

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Fig.4 einen Längsschnitt durch einen Teil eines vierten Wärmetauschers gemäß der Erfindung und

Fig.5 eine perspektivische Ansicht des vierten Wärmetauschers teilweise aufgebrochen.

In der Fig.1 ist ein Wärmetauscher 2 mit einem Gehäuse 4 dargestellt. Innerhalb des Gehäuses 4 ist eine Wirbelschicht 6 aus gekörntem Material angeordnet.Die Wirbelschicht 6 ist auf einem Träger 8 angeordnet, der mit einem einzelnen zentral gelegenen Loch 10 versehen ist. Wie in der Fig.1 zu erkennen ist, ist der Träger 8 von dem Gehäuse 4 nach unten und dann nach oben zum Loch 10 gebogen, so daß das Loch 10 von einer ringförmigen Lippe 12 umgeben ist, die nach oben steht und sich bis zu dem Mittelteil eines Ablenkblechs 14 erstreckt. Das Ablenkblech 14 ist über dem Loch 10 angeordnet und konkav ausgebildet, wie in der Fig.1 zu erkennen ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Neigung der Seiten des Ablenkbleches 14 nach aussen hin abnimmt. Die Außenkanten dese Ablenkbleches 14 greifen tiefer nach unten als die obere Kante der Lippe 12, so daß die Teilchen der Wirbelschicht die mit Punkten in der Fig.1 angegebene Lage einnehmen, und es ist zu erkennen, daß die Teilchen nur wenig oder überhaupt; nicht dazu neigen, sich in der Nähe der Lippe 12 anzusammeln,, so daß demzufolge kaum Teilchen durch das Loch 10 fallen. Weil die Neigung der Wandung des Abdeckbleches 14 selativ gering ist, könnten vielleicht einige Teilchen der Strömungsschicht dazu neigen, sich als abgekühlte Materialteilchen auf der Außenseite des Ablenkblechs 14 aufzuschichten.Aus diesem Grunde könnte das Ablenkblech 14 durch ein konisches Ablenkblech ersetzt werden, welches eine etwas steilere Wandung aufweist als das in der Fig.1 dargestellte Ablenkblech 14. Ein solches konisches Ab-

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lenkblech würde es zulassen, daß die abgekühlten Materialteilchen schnell nach unten in einen in der Nähe der untersten Kante des Ablenkbleches gelegenen Bereich der Wirbelschicht zurückrutschen, um dann schnell von dem durch das Loch 10 eintretenden heißen Gas wieder aufgeheizt zu werden.

Das für die Durchwirbelung der Wirbelschicht 6 verwendete Gas kann aus irgendeinem bisher benutzten Gas bestehen, und es strömt nach oben durch das Loch 10 in die Richtung der verschiedenen dargestellten Pfeile. Wenn das Gas durch das Loch 10 strömt, trifft es auf das Ablenkblech 14 und wird, wie von den Pfeilen angedeutet, abgelenkt, um durch die Teile 6A, 6B der Wirbelschicht zu strömen. Bas Gas strömt dann durch die zwischen dem Ablenkblech 14 und dem Träger gelegene Wirbelschicht und dann durch die Wirbelschicht 6 nach oben.Danach kann das Gas in die Atmosphäre austreten. Es wäre auch denkbar, daß das aus der Wirbelschicht 6 austretende Gas wieder in Umlauf gebracht werden kann, um einen Wärmeverlust zu vermeiden.

In der Fig.2 ist ein Wärmetauscher 20 mit einem ringförmigen .Gehäuse 22 dargestellt. In dem Gehäuse 22 ist eine Wirbelschicht 24 aus Siliziumkarbid enthalten. Die Wirbelschicht 24 ist auf einem Träger 26 gelagert, der mit mehreren Löchern 28 versehen ist. Jedes Loch 28 ist mit einer nach oben stehenden, ringförmigen Lippe 29 ausgestattet. Über jedem Loch ist ein konkaves oder haubenförmig ausgebildetes Ablenkblech 30 angeordnet, und der untere Rand eines jeden Ablenkbleches 30 erstreckt sich etwas unter die obere Kante einer jeden Lippe 29. Eine solche Anordnung dient dazu, unwirtschaftliche Verluste der Wirbelsbhichtteilchen durch die Löcher 28 hindurch zu vermeiden, wie dies unter Bezug auf Fig.1 bereits beschrieben wurde.

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Wenn mehrere Löcher 28 vorgesehen sind, können diese willkürlich oder nach einem bestimmten Schema verteilt angeordnet werden, oder sie können gleichmäßig über die ganze Fläche des Trägers 26 verteilt sein. Verschiedene Formen der Ablenkbleche, Löcher und Träger können miteinander kombiniert werden, um einen gewünschten Strömungsverlauf zu erzielen.

Die Ablenkbleche 30 können über den Löchern 28 mittels irgendwelchen geeigneten Teilen gehalten werden, z.B. mittels Stegen, die an den Ablenkblechen befestigt sind und auf den Oberflächen 32 des Trägers 26 ruhen. Es wäre auch denkbar, daß die unteren Kanten der Ablenkbleche 30 gezackt ausgeführt sein könnten, so daß die Ablenkbleche unmittelbar auf den Oberflächen 32 des Trägers 26 aufliegen könnten. Die Berührung würde dann nur mit den Spitzen der Zacken erfolgen, und die Gase könnten leicht zwischen den Zacken des Ablenkbleches hindurchströmen.

In der Fig.3 ist ein Wärmetauscher 40 mit einem ringförmigen Gehäuse 42 dargestellt. In dem Gehäuse 42 ist eine Wirbelschicht 44 aus Sand vorgesehen. Die Wirbelschicht 44 ist auf einem Träger 46 angeordnet, der mit einem einzigen zentral gelegenen Loch 48 ausgestattet ist und der sich von dem Gehäuse 42 schräg nach oben zum Loch 48 erstreckt. Über dem Loch 48 ist ein konisches Ablenkblech 50 mit einer stark geneigten Wandung angeordnet. Der unterste Randteil des Ablenkbleches 50 erstreckt sich unterhalb einer Ebene, in welcher der obere Teil 52 des Trägers 46 liegt, so daß dadurch der Sandverlust durch das Loch 48 hindurch gering gehalten wird. Der Sand wird durch heißes Gas aufgeheizt, das nach oben durch das Loch 48 strömt. Auf diese Weise befindet sich der heißeste Bereich der Wirbelschicht 44 um das Loch 48 herum. Wenn der Sand in diesem Bereich aufgeheizt wird, dann steigt er durch die Wirbelschicht nach oben

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und gibt seine Wärme schließlich durch das Gehäuse 42 ab, z.B. an das in einem das Gehäuse 42 umgebenden Wassermantelenthaltene Wasser (in den Fig. nicht dargestellt). Nachdem der Sand seine Wärme abgegeben hat, fällt er durch die Wirbelschicht 44 nach unten zurück. Jeglicher abgekühlter Sand, der auf die Wandung des Ablenkbleches 50 fällt, rutscht schnell auf dem Ablenkblech 50 nach unten und wird auf diese· Weise schnell in den heißesten Bereich der Wirbelschicht zurückgeführt, um dort erneut aufgeheizt zu werden.

In den Fig.4 und 5 ist ein Wärmetauscher 60 mit einem Gehäuse 62 dargestellt. Um das Gehäuse 62 herum ist ein Wassermantel angeordnet, wie am besten in der Fig.5 zu erkennen ist. In dem Gehäuse 62 befindet sich ein Wirbelschichtträger 66, der aus mehreren V-förmigen Ablenkblechen 68 besteht, die mit horizontal angeordneten, querverlaufenden Rohren 70 verbunden sind, z.B. verlötet. Die Rohre 70 sind mit den beiden Seitenwänden 64a und 64b des Wassermantels 64 verbunden, und Wasser kann durch die Rohre 70 strömen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Ablenkbleche 68 einen Teil des Trägers 66 bilden, und . tatsächlich ist eine Wirbelschicht 72 über dem Träger 66 angeordnet, wie am besten in der Fig.4 zu erkennen,ist. Die Enden der Ablenkbleche 68 sind an den Gehäusewänden festgelötet. -

Unter dem Träger 66 ist eine Gaskammer, 74 angeordnet und Gas kann nach oben durch den Träger 66 hindurchströmen, wie dies durch die Pfeile 76 in Fig.4 angedeutet ist. Die Gase strömen in die Gaskammer 74 durch einen Gas- und Lufteinlaß 76, der mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gebläse versehen sein kann. Die Gase strömen durch den Einlaß 76 in eine Zuführungsrinne 78 und von dieser über den länglichen Einlaß 80, der in dem Boden der Gaskammer 74 vorgesehen ist, in die Gaskammer. In der Zuführungsrinne 78 kann ein in der Zeichnung nicht dargestellter Brenner angeordnet sein,

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über den das durch den Einlaß 76 zugeführte Gas-Luftgemisch in die Gaskammer gelangen kann.Es könnte Jedoch auch ein bereits verbranntes Gas-Luftgemisch direkt in den Einlaß 76 eingeführt werden.

Bei der Verwendung des in Fig.4 und 5 dargestellten Wärmetauschers strömen die heißen Gase in der Kammer 74 nach oben durch die Löcher 80 in die Trägeranordnung 66 und treten in die Wirbelschicht 72 ein. Die Gase geben ihre Verbrennungswärme an die Wirbelschicht 72 ab, die bald sehr heiß wird. Das sich in dem Wassermantel 64 befindliche Waseer wird dann durch die Brührung mit dem unteren Teil des Gehäuses, das die Gaskammer 74 umgibt, und durch die Berührung mit dem oberen Teil des Gehäuses, das die Wirbelschicht 72 umgibt, aufgeheizt. Das durch die obere Rohrreihe 70 fließende Wasser (siehe Fig.4) wird durch die Wärme der Wirbelschicht 72 aufgeheizt, und das durch die untere Rohrreihe 70 strömende Wasser wird durch die Wärme der Gase in der Gaskammer 74 aufgeheizt. Aufgrund der Anordnung der V-förmigen Ablenkbleche 68 können die Teilchen der Wirbelschicht 72 nicht oder nur in sehr begrenztem Maße nach unten in die Öffnungen 80 fallen und in die darunter gelegene Gaskammer 74.

Patentansprüche

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Claims

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1. WirTDelschichtvQrrichtung, insbesondere ^rbels.ehiehtwärmetauscfcer iand chemisches Wirbelschichtgerät, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Wirbelschicht (6, 24, 44, 72) abstützender Träger (8, 46, 66) mit einem oder mehreren. Löchern (10, 28, 48) vorgesehen ist, durch welche ein Gas oder eine Flüssigkeit strömen kann, und daß ein oder mehrere einen Teil des Trägers selbst bildende oder zusätzlich zum Träger angeordnete Ablenkbleche (14, 30, 50, 68) vorgesehen und derart angeordnet sind, daß ein nach unten gerichtetes Durchtreten der Wirbelsehiehtteilchen durch den- Träger behindert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Ablenkbleche zusätzlich zum Träger vorgesehen und über dem Träger angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Loch ein gesondertes Ablenkblech vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1>, dadurch gekennzeichnet., daß das eine oder die Ablenkbleche einen Teil des Trägers bilden und auf Rohren (70) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, ,dadurch gekennZeichnet, daß die Rohre (70) mit einem Mantel zur Aufnahme einer aufzu-*· heizenden Flüssigkeit in Verbindung stehen, so daß die auf^ zuheizende Flüssigkeit durch die Rohre zirkulieren kann.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wirbelschicht (6, 24, 44, 72) auf dem Träger angeordnet ist.

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