DE2437416B2 - Verfahren zur Wärmeübertragung in der Wirbelschicht, hierfür geeignete Vorrichtung und Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Wärmeübertragung von einem Heizgas auf ein Wirbelgut sowie eine hierfür geeignete Vornchtung für den indirekten Kontakt zwischen,Hey und zu behandelndem Wirbelgut sowie schließ hch£«^ spezielle Anwendung dieses Verfahrens und der Vornch-

zahlreichen chemischen Verfahren werden Pu.-_Bi Qf_{en zur} Herstellung von Tonerde aus Alumid . _{draten w};_rd neben dem Ofenaustrag auch ⁿ"T°^x J_{en Gasen} mitgerissenes Material (Flugnoui ^^,^ _{wobd der F}i_Ug_Staul, häufig das Sfache des Ofenaustrags ausmachen kann. Daraus ι,-»- Notwendigkeit aufwendiger Entstau-

«B**»j* _{wobei andere}rseits der Wärmeüber°""f *_ni* _uf_riedenstellend ist. Bei einerp drehofen gang we B _{von 4() t/h Tonerde muB man mj},

fur erne L= 8^., _{vQn 60 t/h mh nur tejlweise}

*ⁱⁿ™ &_m Aluminiumoxidhydrat rechnen, weil 3<> jnhwssen _{überwj den Teil aus Zonen}

der™f™°' ,. _{Ist das Aufgabe}g_Ut °_in

^«^^„Λ^Ηβη mit 13% Wasser, so Aluminiumoxi X^^^ ^. _{dnem Luftüberschuß}

_n ^B _{6% 12}o kg Brennstoff. Der Wasserwert der von<l ,6* B _{Qfens h 35 t/h und} ^

g^esa™,_a^!zumindest 30 t/h. Der Wasserwert dev %£Z*^^^a* liegt also in der gleichen Größenordnung. Die Abkühlung der Abgase und die «^r _m ^Uen _r°[_urern|_{hung des} Rugstaubs in dem Wärme-Ί«»^¹™ _{fc somit nicht mehr als et}wa die Hälfte ™f™™"™_UTdmeTenz dieser beiden Medien bei EintnU η α ^ ^^^ ^ _{ffir def}

heraog[ erforderlichen Temperaturunter.

^euoerga^ ^^ ^.^ _{Verdünnung durd} Falschluft am Ofenausgang.

Es ist üblich, diese Nachteile teilweise dadurch zi

beheben, daß man nach dem Drehofen einen Wärme

austauscher vorsieht, wobei es sich um eine Reiht

mehrerer Vorrichtungen im Gleichstrom handelt, ir

derg^^SSSSU^S SAS

U
gjg _{in Serie} eine gewisse Anzahl vo.

^~_νεΓ,_εΙΖΙεη Zyklonen vorgesehen. Dadurcl vertikal ve ^e^^ten * _{was si} ⁸ _{ch durch ejne Ejn} wirdde Lustung _Tonpe ^^

g»™"^^ _ei^ _{Teü des} beabsichtigten Wärmeaus tausche, stattfindet, kann der Drehofen kurzer di

« von

Ko_;1«nd_S oder H

ueträchtlichen Energieaufwand; die Aufgabe des Aluminiumoxidhydrates ist diffizil, und der pneumatische Transport führt zu einem erhöhten Abrieb.

Aus der französischen Patentschrift 1 179 572 ist ein Wärmeaustauscher für ein Wirbelgui bekannt, der den Aufbau eines üblichen Rohrbündelaustauschers mit vertikalen parallelen Rohren für das Wirbelgut aufweist. Das Wirbelgut bewegt sich in allen Rohren gleichmäßig von unten nach oben, das Heizmedium wird in den Austauscherraum oben eingeführt und unten ausgetragen, so daß es die das Wirbelgut führenden Rohre in paralleler Richtung umstreicht. In allen Rohren herrschen gleiche Bedingungen hinsichtlich Wirbelschicht und Wärmeübergang.

Aufgabe der Erfindung ist nun ein Wärmeübertragungsverfahren, das sich durch gute Wirksamkeit, einfache und sichere Betriebsführung und hohe Anpassungsfähigkeit an die jeweiligen Erfordernisse auszeichnet und welches gleich wirksam ist mit und ohne Autofluidisation.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur indirekten kontinuierlichen Wärmeübertragung von einem Heizgas auf ein Wirbelgut, wobei das Heizgas im wesentlichen horizontal und das Wirbelgut vertikal zur Heizgasströmung verlaufenden Rohre geführt

Es ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Wirbelgut kontinuierlich durch eine erste Reihe von vertikalen Rohren von oben nach unten und durch eine zweite Reihe von vertikalen Rohren von unten nach oben führt, wobei man in der ersten Rohrreihe eine Wirbelschicht höherer Dichte als in der zweiten Rohrreihe einhält. Das Verfahren kann in der Art einer

i,bei dem als Trä- :s Wirbelguts freigetung nach der Erfindung ist besonders vorteilhaft zur teilweisen Entwässerung von feuchtem Aluminiumoxidhydrat.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Anlage zum Brennen von Aiuminiumoxidhydrat zu Tonerde;

Fig. 2 ist ein vertikaler Schnitt durch diese vorrichtung entlang eines Rohres;

" Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungstorm des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers; und Fig. 4 zeigt eine Variante dieser Anlage. Die in Fig. 1 gezeigte Anlage dient zum fcntwasscm von Aluminiumoxidhydrat.

>5 Dem Drehofen 1 wird am Austragende S uun z. zugeführt und am Aufgabeende Rauchgas 3 entnom-

men. Das in den Drehofen eingespeiste Gut kommt aus einem Wärmeaustauscher 6, indessen Kaum /α er Heizgaseintritt 8 mündet und aus dem der Raucngas-

»° austritt 9 abzweigt. In dem Raum 7 befinden sich im wesentlichen vertikale Rohre, die an der einen sein, mit der Gutaufgabe 10 und auf der anderen Seite mn dem Gutaustritt 1 der m den Ofen 1 ^f«^h^^^hen sind. Die Aufgabe des Gutes in den

>5 scher geschieht über eine p^/™™^"[\]^ den Wärmeaustauscher 6 durch den Rauchgasaus tritt 9 verlassende Rauchgas gelangt zu einem Gasreiniger 13, z. B. ein Elektrofilter, und das Abgas dann in den Schornstein ¹⁴ . . „

3<> Die Verbrennungsgase des (»cht gezeigten Brenners mit der bei 2 eintretenden Verbrennungsluft ge ben ihre fühlbare Warme be.m D^chgang durch den Ofen 1 an das Gut ab treten ;Λ ^R^f^^

mehr Wärmeenergie am den Heizgasen zu neauf-

dem bekannten Verfahren aus der französischen Patentschrift 1179572 den Vorteil, daß neben einer beliebigen Verweilzeit und einem sehr guten Warme-

Verbrennungsgas die

uifindet. . ,, .

Zwischen Gutaufgabe 10 und Gutaustritt 11 des

beruht a.e.

untereinander durch Verbindungsleitungen verbun- nem umersc^ed -h-

als der

rdie absteigende Bewegungsrichtung größer Durchmesser der Rohre für die aufsteigende

des

auschers hang uft für die Flui

man das oder die Rohre für die absteigende Bewegungsrichtung außerhalb des Wärmeaustauschraumes ^h Anwendung des Verfahrens und der Vorrich-

lnncrnaiu ue;< noiiinou,,.,...,,,,

: weist ein vertikales Rohr 15 für absteigend Bewegungsrichtung und ein Rohr 16 für aufsteigend Bewegungsrichtung auf. Die Rohre 15, 16 sind an ih

rem unteren Ende über die Verbindung 17 verbunden. Die Verbindung zwischen den einzelnen Stufen, nämlich zwischen Rohr 16 der einen Stufe und Rohr 15 der nächsten Stufe, geschieht jeweils über die Verbindung 18 am oberen Teil der Rohre. Alle Rohre 15 sind mit einem Stutzen 19 bzw. 16 mit Stutzen 20 versehen. Diese Stutzen dienen zur Zuführung von Trägergas und zwar in die Rohre 15 für absteigende Bewegung unter einem Druck ρ und in die Rohre 16 für aufsteigende Bewegung unter einem Druck P. Das Heizgas strömt die Rohre 15, 16 im Kreuzstrom in Richtung von 8 nach 9 im Wärmeaustausch-Raum 7 an. Man erhält also im Rohr 15 einen geringeren Luftdurchsatz als im Rohr 16. Folglich ist die Wirbelschicht in dem Rohr 15 hinsichtlich des Wirbelgutes dichter als in dem Rohr 16. Da sich im allgemeinen eine Wirbelschicht wie eine Flüssigkeit bestimmter Dichte verhält, bewirkt dieser Dichteunterschied die Zirkulation durch die Rohre 15, 16 in Richtung der Pfeile 21.

Das ankommende feuchte Aluminiumoxidhydrat tritt bei 10 in das erste Rohr 15 für absteigende Bewegungsrichtung ein, durchströmt kontinuierlich alle Rohrstufen und verläßt den Wärmeaustauscher nach dem letzten Rohr 16 für aufsteigende Bewegungsrichtung über den Gutaustritt 11.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung. Auch hier sind in dem Wärmeaustausch-Raum 7 mindestens eine jedoch häufig mehrere Austauscherstufen vorgesehen. Jede derartige Stufe weist ein praktisch vertikales Rohr 23 für aufsteigende Bewegungsrichtung und Rohr 22 für absteigende Bewegungsrichtung auf, wobei der Durchmesser des Rohres 22 größer als der des Rohres 23 ist. Die Verbindung der beiden Rohre erfolgt hier oben über eine Mischkammer 24 bzw. unten über eine Wirbelkammer 25. Die Mischkammern 24 sind untereinander durch die Verbindungsleitungen 26 verbunden. Über die in die erste Mischkammer führende Verbindungsleitung 26 erfolgt der Eintritt des Gutes, und analog wird aus der letzten Mischkammer das Gut ausgetragen. Da die Autofluidisierung auf einer Gasentwicklung durch Erwärmen des Gutes mit dem Heizgas beruht, ist in den dickeren Rohren für absteigende Bewegungsrichtung die Wasserdampfgeschwindigkeit geringer als in den dünneren für aufsteigende. Dieser Unterschied beruht auf dem Querschnittsunterschied der Rohre und dem dort herrschenden Wärmedurchgang, der geringer ist bei absteigender Bewegung als bei aufsteigender und zwar auf Grund der geringeren Austauscherfläche in den dickeren Rohren bei gleicher Aluminiumoxidmenge infolge des geringeren Wärmeübergangskoeffizienten Heizgas/Rohrwand für dickes Rohr gegenüber dünnem Rohr.

Das über 10 der ersten Mischkammer 24 zugeführte Gut gelangt direkt in die Wirbelschicht der ersten Stufe, wo es auf Grund der in der Wirbelschicht herrschenden Turbulenz sofort eingemischt wird. Darin ist das Gut ja weitgehend trocken und hat im Mittel

eine Temperatur zwischen 130 und 160° C. Das bei 11 ausgetragene Aluminiumoxid enthält noch etwa 11 % gebundenes Wasser bei etwa 300° C, der mittleren Temperatur in der letzten Stufe. Das letzte Mol Wasser wird erst im Drehofen bei etwa 700° C abgespalten.

Das H aupthindernis beim Wärmeübergang ist - wie allgemein bekannt -ein gewisser Gasfilm. Es ist daher eine indirekte Beheizung mit aus dem Drehofen kommenden Heizgasen in Querströmung besonders günstig. Man erreicht auf diese Weise einen Wärmeübergangswert von 50 kcal/h m² für Rohre mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Gastemperatur von 500° C bei Gasgeschwindigkeiten von etwa 6 bis 8 m/s. Bei einer Tagesleistung von 1000 t Tonerde

»o wird eine Austauscherfläche von etwa 1500 m² benötigt, wenn man von einem Aluminiumoxidhydrat von 60° C und einem Feuchtigkeitsgehalt von 15% ausgeht und zu einer Tonerde mit 11% gebundenem Wasser und 300° C kommen will. Ein solcher Wär-

»5 meaustauscher für einen üblichen Drehofen gestattet eine Einsparung von 15 bis 20 kg Brennstoff je Tonne Tonerde ohne zusätzlichen Strombedarf gegenüber einem bekannten Austauschersystem mit mehreren hintereinander angeordneten Zyklonen.

In Fig. 4 ist ein einstufiger Austauscher gezeigt, wobei ein Rohr 22 für absteigende Wirbelschicht außerhalb des Austauscher-Raumes 7 angeordnet ist. Eine Versuchsanordnung nach Fig. 3 jedoch mit nur einer Stufe hatte ein Rohr 22 mit einem Durchmesser von 222 mm und einer Länge von 5 m (Austauscherfläche 3,5 m²) und 16 Rohre 23 für die aufsteigende Bewegungsrichtung mit einem Durchmesser von 54 mm und einer Länge von 5 m (Austauscherfläche 13,6 nr). Damit ist die Fläche der gesamten Rohre 23 4mal größer als die des Rohres 22. Der Wärmeübergangskoeffizient K ist in erster Näherung umgekehrt proportional der Quadratwurzel des Rohrdurchmessers, wodurch sich für ein Rohr von 54 mm K = 50 cal/h ■ m² · grad und für ein Rohr mit 222 mm

45K = 25 cal/h m²· grad ergibt.

Der Temperaturunterschied zwischen den beiden Rohren erreicht 5 bis 20° C je nach Speisegeschwindigkeit und Umlaufgeschwindigkeit. Die Wasserdampfentwicklung ist daher in den dünnen Rohren sehr viel größer als in den dicken, um so mehr als in einem bestimmten Temperaturbereich die Entwässerungsreaktion sehr temperaturabhängig ist. Die Gutgeschwindigkeit in den dicken Rohren mit abstei gender Bewegungsrichtung beträgt 1,5 bis 3 m/min Die umlaufende Menge entspricht etwa dem 4- bi: Sfachen Austrag aus dem Wärmeaustauscher.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur indirekten, kontinuierlichen Wärmeübertragung von einem Heizgas auf em Wirbelgut, wobei das Heizgas horizontal und das Wirbelgut in vertikal zur Heizgasströmung verlaufenden Rohren geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wirbelgut kontinuierlich dureheine erete Iteihe von vertikakn Rohren von < oben nach unten und in einer zweiten Reihe von vertikalen Rohren von unten nach oben fuhrt, wobei man in der ersten Rohrreihe eine Wirbelschicht höherer Dichte als in uer zweiten Rohrreihe einhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägergas fur die Wirbelschicht das bei der Erwärmung des W.rbelguts freigesetzte Gas verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurcn gekennzeichnet, daß man die zweite Rohrreihe mit

mehr Wärmeenergie aus den Heizgasen beaulschlagt als die erste Rohrreihe.

4. Wärmeaustauscher zur Durchfuhrung des Verfahrens nach den Ansprüchen Ibis 3, gekennzeichnet durch vertikal verlaufende Rohre (22, 23). die an ihren oberen Enden in untereinander durch Verbindungsleitungen (26) verbundene Mischkammern und an ihren unteren Enden in Wirbelkammern (25) münden, wobei der Durchmesser der Rohre (22) für die absteigende Bewegungsrichtung größer als der Durchmesser der Rohre (23) für die aufsteigende Bewegungentung ist.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere dünne Rohre (23) mit einem dicken Rohr (22) zusammenwirken.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruchs da-

durch gekennzeichnet, daß sich ta*Rchr(22)*aßerhalb und die Rohre (23) innerhalb des Heizraumes (7) des Wärmeaustauschers (6) befinden.

7. Anwendung des Verfahrens und der Vor richtung nach Anspruch 1 bis 6 zum teihvei»n Entwässern von feuchtem Aluminiumoxidhydrat.

wässern geschieht im allgemeinen in einem Drehofen, der leicht gegen die Horizontale geneigt ist. Das Aufabeeut durchwandert den Ofen von oben nach unten, ährend die Heizgase im Gegenstrom von unten nach £' _eführt werden. Damit wird ein guter Kontakt ooe|g ^ ^ _Feststoff gewährleistet.

Zy Autofluidisierung führt zu einer Durchmi-γ _{dgs Aufgabegu}ts und damit zu einem besseren sen ιβ_{üb g von} den Gasen auf das Gut. Ande-^W*^" _ird ^S _derWärmeübergang durch bei der Auto"^JJ_n. auftretende Effekte beeinträchtigt. Es nuHU« ^ β. ^ _Gleiten ^ _{Rutschen des GuJe}.

*« _{Weni emng} des Schutt- oder Böschungswinaim. ^ ^ Gasstrom hoher Geschwindigkeit wird *j" beträchtlicher Anteil an pulverförmiger!! Gut mitperissen dies wird noch begünstigt durch die Ein>au-J£_Verbessemng der Berührung von Heizgas und ie _schi,_eßlich ist die Wärmebilanz bei einer Au-