-
Vorrichtung für einen Wärmeaustausch
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Wärmeaustausch zwischen
verschiedenen rieselfähigen Stoffen.
-
Die Übertragung der Wärme auf rieselfähige Stoffe erfolgt in der Verfahrenstechnik
in Festbettreaktoren, in Wirbelschichten und in Wanderschichten. Als Wärmeträger
werden dabei erhitzte Gase und Flüssigkeiten benutzt.
-
Wenn die Erhitzung einen Desorptionsvorgang bezwecken soll, bei dem
Gase aus einem Adsorbens frei werden, sind diese Verfahren mit Nachteilen verbunden.
Bei Erhitzung mit Gasen mischen sich Heizgas und desorbiertes Gas, so daß eine Trennung
des Gasgemisches als zusätzlicher Prozeß erforderlich wird. Entsprechendes gilt
auch für die Verwendung von Flüssigkeiten, in denen sich das Gas ganz oder teilweise
umsetzt oder löst imdioder Teninreinigt wird.
-
Es sind auch Wanderschichtreaktoren bekannt, in denen das zu erwärmende
rieselfähige Gut zwischen beheizten zünden oder in beheizten rohren geführt wird.
-Bei der Erwärmung zwischen beheizten Wänden oder in Rohren wird zwar eine
Vermischung
mit Heizgas vermieden, die physikalischen Eigenschaften vieler Sorbentien stehen
dem aber entgegen. Gute Sorbentien besitzen eine feinporige Struktur, damit sie
je Gramm einige hundert bis über tausend Quadratmeter an aktiver Oberfläche darbieten;
sie ähneln damit jedoch Isolierwerkstoffen und sind deshalb schwer zu durchwärmen.
-
Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde deshalb bereits vorgeschlagen,
ein zweites rieselfähiges Gut als Wärmeträger zu verwenden, das mit dem zu erwärmenden
Stoff gemischt wird und so die Wärme schnell übertragen kann. Da der Wärme träger
vom erwärmten Stoff vor dessen Wiederverwendung getrennt werden muß und dies am
einfachsten durch Absieben erfolgt, muß sich seine Korngröße von der des anderen
Materials wesentlich unterscheiden. Es liegt nahe, die Korngröße des Wärmeträgers
kleiner als die des zu erwärmenden Wärmeträgers zu wählen, Werden die beiden Stoffe
gleichmäßig in einen Behälter gefiillt, an dessen unterem Ende das Gemisch kontinuierlich
abgezogen wird, ist festzustellen, daß das teinkörnigere Gut nur die Räume zwischen
den größeren Körnern des anderen ausfüllt und keine eigentliche Durchmischung stattgefunden
hat, bei der durch Bewegungen der Körner beider Medien zueinander ein verbesserter
Wärmeaustausch möglich wäre. Ein weiterer Nachteil ergibt sich noch dadurch, daß
bei derartigen Desorptionsvorgängen die entbundenen Gase die Behälterfüllung wie
eine Wirbelschicht bewegen und damit bewirken, daß sich die beiden Stoffe entmischen,
indem die größeren, spezifisch leichteren Körner aufschwimmnn.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Nachteile
des Standes der Technik durch eine neue Vorrichtung zu beseitigen und eine dauernde
intensive Durchmischung von rieselfähigem Wärmeträger und rieselfähigem, zu erhitzendem
Medium sicherzustellen und die Bildung von Wirbelschichten
auszuschließen.
-
Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Erwärmung eines fieselfähigen
Mediums durch ein anderes Medium mit stufenweiser Abführung von Gasen zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß in einem zylindrischen,
geschlossenen Behälter kegel- und/oder kegelstumpfförmige Einbauten zur Bildung
von sich mischenden Schüttkegeln vorgesehen werden, die eine innige Durchmischung
der Medien und die Bildung von freien Schüttkegeln bewirken.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Spitzen der
kegel- und/oder kegelstumpfförmigen Einbauten gegeneinander gerichtet.
-
Nach einer anderen Maßnahme der Erfindung sind die offenen Grundflächen
der kegel- und/oder kegeltumpfförmigen Einbauten so angeordnet, daß sie aufeinander-liegen.
-
Die Zuführung der beiden Medien erfolgt erfindungsgemäß durch konzentrische
Rohre und es sind getrennte und wahlweise beliebig zusammenschaltbare Abzugseinrichtungen
für jeden sich durch die Einbauten bildenden Freiraum unterhalb der Schüttkegelfläche
vorgesehen. Dadurch ist es möglich, die Gase an den Stellen abzuziehen, an denen
sie die gewünschten Eigenschaftem erreicht haben.
-
Als konstrüktiv zweckmäßig hat es sich erwiesen, den Zentralrohr neben
der Funktion, Gase abzuführen die Funktion als tragelement zur Befestigung der Umlenkeinbauten
zuzuweisen.
-
Eine weitere zweckmäßigere Maßnahme besteht darin, dieses Zentralrohr
aus sovielen konzentrischen Abzugsrohren zusammenzusetzen, wie innere Abzugsebenen
vorhanden sind und die Rohre fest miteinander zu verbinden.
-
Weitere Maßnahme der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Durch die Erfindung entsteht der Vorteil, daß die zusammengeführten
Rieselgüter ein- oder mehrfach durch Einbauten so* gelenkt werden, daß sie ständig
Relativbewegungen zueinander ausführen und dadurch innig vermischt werden und bleiben.
-
Es entsteht durch die erfinderischen Maßnahmen eine erhebliche Verbesserung
des Wärmeaustausches, wobei sich in verschiedenen Ilöhenlagen in der Vorrichtung
freie Oberflächen des Schüttgutes bilden, oberhalb deren die austretenden Gase verschiedener
Zusammensetzung getrennt abgezogen werden können. Diese Vergrößerung der Austrittsfläche
der Gase, die bisher nur gleich dem Behälterquerschnitt war, bewirkt kleinere Gasgeschwindigkeiten,
wodurch der erfindungsgemäße Vorteil der Vermeidung des Auftretens von Wirbel schichten
erreicht wird.
-
Neben der Verhütung einer Wirbelschicht tritt als wesentlicher Zusatzeffekt
der stufenweisen Abführung der Desorptionsgase die Möglichkeit einer Trennung der
verschiedenen adsorbierten Gase ein, weil jedem Gas eine bestimmte Desorptionstemperatur
eingeutumlich ist, So wird z. B. bei Beginn der Erwärmung zunächst im wesentlichen
der Wasserdampf ausgetrieben, wogegen Schwefeldioxid erst bei höheren Temperaturen
austritt. Die Gasabzugseinrichtungen werden daher in verschiedenen Höhenlagen der
Vorrichtung angeordnet, um entsprechend
der erreichten Sorbenstemperatur
die Gase getrennt zur Weiterbehandlung ableiten zu können. Die Abzugsleitungen sind
umschaltbar, da bei Teillastfahrt des Dampferzeugers die Rieselgeschwindigkeiten
im Desorber verringert werden und sich dadurch eine geänderte Temperaturverteilung
einstellt, wodurch sich das Niveau des jeweils bevorzugt austretenden Gases verschiebt.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
-
Die praktische Ausführungsform der Erfindung soll am Beispiel eines
Desorbers der Rauchgasreinigungsanlage eines Kraftwerkskessels vorgenommen werden.
Bei einem solchen wird vorausgesetzt, daß verschiedene Schadgase von Aktivkohle
oder Aktivkoksformlingen absorbiert wurden und durch erhitzten Sand zum Zwecke der
Desorbtion auf hohe Temperatur gebracht werden müssen.
-
Der Außenmantel 1 des Desorbers besitzt vorzugsweise kreiszylindrischen
Querschnitt und ist oben und unten durch einen Deckel 2 und einen Boden 3 verschlossen.
Bin- und Austritts-Öffnungen 4 und 5 sind ais konzentrische rohre ausgeführt und
führen die beiden zu mischenden rieselfähigen Medien in den Desorber. Da sofort
beim Zusammenführen von Sand und Aktivhole eine Entgasung eintritt, sind im äußeren
Eintrittsrohr 5 Entgasungsschlitze 6 angeordnet. In den Sandstrom des Innenrohres
4 sind Rohre 7 verlegt, die in den Raum zwischen dem Eintrittsrohr 5 und einem weiteren
zu diesem konzentrischen Rohr 8 führen, so daß der zugeführte Koks auch von außen
her mit Sand beaufschlägt wird. Das Rohr 8 ist am Behälterdeckel 2 befestigt und
besitzt Gasaustrittsöffnungen 9.
-
Die Öffnung des Rohres 8 ist in ihrer Höhenlage einstellbar, um die
dort austretende Sandmenge regeln zu können. Die desorbierten Gase treten durch
Öffnungen 10 und ii aus.
-
Durch die Öffnung 12 am kegelförmigen Boden 3 tritt das Gemisch nach
dem Ausgleich der Temperaturen zwischen den beiden Medien und nach dem Ablauf der
chemisch-physikalischen Vorgänge wieder aus dem Desorber aus. Die Austrittsrohre
für die desorbierten Gase sind gegen Wärmeverluste und lokale Kondensationserscheinungen
außen mit Wärmedämmstoffen 13 isoliert. Die Innenflächen des Apparates sind mit
einer hitzebeständigen, verschleißfesten Ausmauerung 14 versehen.
-
Innerhalb des Desorbers befinden sich Einbauten in Form von unterschiedlich
großen Kegelmänteln 15 mit nach oben weisender Spitze und Kegelstumpfmänteln 16,
deren Öffnung nach oben weist. Die Neigung der Mäntel gegenüber der Waagerechten
muß stärker sein als der natürliche Schüttwinkel der Medien, um ein Stagnieren zu
vermeiden. folie Neigung der Kegelmäntel kann auch in sich veränderlich sein, die
Mantel sind also gewölbt. Die Kegelmäntel werden durch ein perforiertes Rohr 17,
an dem sie befestigt sind, in ihrer räumlichen Lage gehalten. Das perforierte Rohr
17 erfüllt neben dieser Haltefunktion auch noch die Auf gabe, die austretenden Gase
von den inneren Schüttkegeln 18 abaufiihren, Die Kegelstumpf mäntel 16 sind an der
Innenwand des Außenmantels 1 montiert.
-
Zur Stabilisierung der Konstruktion und zur Ableitung der desorbierten
Gase ist die abgeknickte Kante 19 der Kegelstumpfmäntel ii durch Rohre 20 mit den
Kegeln 15 verbunden.
-
Die Rohre 20 werden vom rieselfähigen Gemisch 21 umströmt und können
beispielsweise in den Raum 22 austretendes Desorptionsgas dem Zentralrohr 17 zum
Abzug zuführen, wie es auf der rechten Hälfte der Figur durch Pfeile angedeutet
ißt.
-
Die Räume 22 besitzen ebenfalls Abgasstutzen 11, so daß
besonders
bei einer fraktionierten Desorption die aus den äußeren Schüttkegeln 23 austretenden
Gase sofort nach außen abgeleitet werden, wie die Pfeile auf der linken Hälfte der
Figur zeigen. Das Zentral rohr 17 kann auch so ausgebildet sein, daß mehrere konzentrische
Rohre verschiedenen Durchmessers und verschiedener Länge miteinander fest verbunden
sind und das innerste bis in den Entgasungsraum 24, das folgende nur in den Raum
25 und das äußerste in den Raum 26 reicht, um nur das in den jeweiligen Raum austretende
Gas ab zuführen.
-
Die oberste der kegeligen Einbauten 15 kann gegenüber den anderen
Kegeln vorteilhaft eine andere Neigung besitzen, wodurch sie den eintretenden Medien
eine intensive Durchmischung erteilt. Sie ist über Rohre 27, die den Rohren 20 entsprechen,
mit dem Freiraum über der obersten Schüttung unter dem Reaktordeckel fest verbunden.
Das Zentralrohr 17 ist vorteilhaft an diesem Kegel befestigt und somit raumfest
auch mit dem Deckel verbunden.
-
Durch Veränderung der Dtirchtrittsquerschnitte zwischen den umlenkenden
Einbauten, indem man diese und/oder ihre Abstände vergrößert oder verkleinert, ist
es möglich, in bestimmten Höhen unterschiedliche Rieselgeschwindigkei ten zu bewirken,
so daß sich an der Umlenkstelle schnelle Bewegungen ergeben und eine gute Durchmischung
sichergestellt wird, danach aber bei langsamerer Abwärtsbewegung die intensive Entgasung
des Adsorbens stattfindet, und in dieser Zone der der erreichten Temperatur entsprechende
Teil der Schadgase abgezogen werden tann