DE2740581A1

DE2740581A1 - Fliessbett

Info

Publication number: DE2740581A1
Application number: DE19772740581
Authority: DE
Inventors: Brian Harding
Original assignee: APOLLO HEAT Ltd; WEST MIDLANDS GROSSBRITANNIEN
Current assignee: Aalberts NV
Priority date: 1976-09-16
Filing date: 1977-09-09
Publication date: 1978-04-20
Also published as: JPS5654546B2; SE7710319L; AU511274B2; DE2740581C2; CA1197981B; SE429114B; FR2364685B1; GB1591302A; FR2364685A1; US4340433A; AU2850677A; CA1094802A; JPS5337581A

Description

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Apollo Heat Limited, 62, Folley Road, Ackleton, Near Wolverhampton, West Midlands und Brian Harding, 28, Arlington Road, West riromwich. West Midlands, England

Fließbett.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fließbett, welches beispielsweise verviendet v/erden kann, um eine Beheizung oder eine Wärmebehandlung durchzuführen. Wenn das Fließbett als Wärmebehandlungsvorrichtung eingesetzt wird, so werden Maschinen oder Maschinenteile in das Fließbett eingetauchte In Fällen, in denen ein Fließbett als Warmebehandlungs vorrichtung verv/endet wird, ist es bereits bekannt, das Fließbett aus feuerfesten Partikeln zu bilden, wobei Mittel vorgesehen sind, um Gas oder ein Gasluftgemisch zuzuführen, welches nicht nur die erforderliche Geschwindigkeit bringt, um das Fließbettmaterial zu fluidisieren, sondern auch im Fließbett die gewünschte Atmosphäre schafft, um den Wärmebehandlungsprozeß durchzuführen. Hierbei kann die Wärme in irgendeiner beliebigen Weise zugeführt werden, z.B. auch durch ein anderes Fließbett. Beispiele für solche Wärmebehandlungsverfahren sind die Karbonitrierung, die Oxykarbonitrierung, die Aufkohlung, das normalisierende Glühen, das Spannungsglühen, die Härtung und andere Verfahrene Hierbei wird das Gas oder ein Gasluftgemisch dem Fließbett in geeigneter Zusammensetzung zugeführt, um die richtige Atmosphäre für die Wärmebehandlung zu erhalten.

In der Fließbettechnik ist es allgemein bekannt, eine poröse Bodenfläche z.Bo eine poröse keramische Platte zu verwenden, durch welche das Gasluftgemisch geblasen werden kann. Es ist ebenfalls bekannt, Gas und Luft außerhalb des Fließbettes zu mischen, um ein stöchio— metrisches Verhältnis der Komponenten in der Mischung zu erreichen. Die Mischung kann dann gezündet werden, wobei das brennende gasförmige Gemisch nicht nur den Fließbettzustand erzeugt, sondern auch die feuerfesten Partikel des Fließbettes aufheizt» Anfänglich fin-

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det die Zündung oberhalb des Bettes statt und die Flammenfront bewegt eich dann nach unten in das Fließbett hinein. Eine solche Anordnung zeigt ,jedoch drei Probleme» Erstens bildet die Anwesenheit einer stöchiometrischen Gasluftmischung außerhalb des Fließbettes ein Explosionsrisiko und eine Feuergefahr. Zweitens kann wegen der Durchführung der stöchiometrischen Mischung durch die poröse Keramikplatte die Flammenfront bis nahe an die Platte herankommen, so daß sich Tenrperaturen ergeben, welche zu einer Zerstörung des Materials der Platte oder der Materialien führen, die zur Befestigung der Keramikplatte dienen. Drittens wird das Bett durch die verbrennenden Gase fluidisiert, während es aus Gründen einer guten Temperatursteuerung und optimaler Fluidisierungsbedingungen wünschenswert ist, daß die Brennstoffzuführungsrate und die Fluidisierungsgeschwindigkeit unabhängig voneinander variiert werden können,,

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine bessere Fließbettanordnung zu schaffen, welche die obengenannten Nachteile vermeidet.

Die Fließbettanordnung besteht aus einem mit einer porösen Basis versehenen Behalter, der eine Masse feuerfester Partikel enthält. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der porösen Basis ein nicht rtöchiometrisches Gasluftgemisch mittels einer ersten Zuführung zuf'ihrbar ist, das im Betriebszustand des Fließbettes durch die poröse Sasis in die aus feuerfesten Partikeln bestehende Masse eintritt, daß eine weitere Zuführung vorgesehen ist, die oberhalb und in Abstand von der porösen Basis in der Masse der feuerfesten Partikel angeordnet bzw. einsetzbar ist, wobei diese weitere Zuführung mit oiiier Mehrzahl von Auslaßöffnungen versehen und an einen Einlaß für Gas oder Luft angeschlossen ist, das bzw«= die sich mit der durch die erste Zuführung einströmenden nichtstöchiometrischen Mischung so vermengt, daß eine Ergänzung zu einer stöchiometrischen Zusammensetzung innerhalb der Masse der feuerfesten Partikel stattfindet.

Die weitere Zuführung kann eine oder mehrere mit öffnungen versehene Rohre aufweisen, die fest in den Behälter einmontiert sind. Alternativ kann diese weitere Zuführung aus einer oder mehreren mit öff-

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nungen versehenen Rohren oder einem Rohrgitter bestehen, welches aus dem fluidisierten Bett nach dem anfänglichen AufheiζVorgang herausgenommen werden kann.

Die Erfindung schafft also ein Fließbett, bei welchem keine stöchiometrische Gasluftzusammensetzung außerhalb des Bettes vorhanden ist und erst oberhalb der porösen Basisplatte der ergänzende Anteil von Luft oder Gas zugeführt wird, um eine stöchiometrische Mischung im Fließbett zu bilden. Auf diese Weise wird die poröse Platte nicht hohen Temperaturen ausgesetzt, weil sich die Flamme nicht bis an die Oberfläche der Platte erstreckt. Es kann ein zusätzlicher Schutz für die poröse Platte vorgesehen werden, wenn unmittelbar oberhalb der Platte eine Schicht aus dichteren und/oder größeren Partikel vorgesehen ist, wobei diese untere Lage nicht fluidisiert wird, wenn die darüber liegenden leichteren und/oder kleineren Partikel bereits im Fließbettzustand, also im fluidierten Zustand vorliegen.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen veranschaulichte

Fig. 1 ist ein schematisches Schnittbild eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen F^ießbettes;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ist ein schematisches Schnittbild einer weiteren alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fließbettes;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, welche in größerem Maßstab ein in der Fig. 1 dargestelltes K_onstruktionsteil veranschaulicht·

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform des Fließbettes ist ein Gehäuse 10 vorgesehen, das einen inneren Behälter aufweist, der mit einer gewellten Seitenwandung 12 und einer porösen Bodenplatte 11 aus keramischem Material versehen ist, die üblicherweise

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mittels Mörtel oder Zement in ihrer Stellung gehalten wird. Die gewellte W_andung 12 wird von einer oder mehreren Lagen eines wärmeisolierenden Materials 13 umgeben. Innerhalb des Behälters befindet sich eine Masse aus feuerfesten P_artikeln 14, welche im Betrieb durch ein gasförmiges Medium fluidisiert werden, wobei Gegenstände, die einer Wärmebehandlung zu unterziehen sind, in die fluidisierte Masse der feuerfesten Partikel 14 eingebracht werden können. In diesem Falle bildet das gasförmige Medium, welches zur Fluidisierung der P_artikel verwendet wird, auch gleichzeitig die Atmosphäre für die Wärmebehandlung»

In der Fig. 1 sollen sich die Partikel in fluidisiertem Zustand befinden, wobei die Oberfläche der fluidisierten Partikelmasse durch die Bezugsziffer 15 angedeutet ist. Es ist auch notwendig, das feuerfeste partikelförmige Material zu erhitzen. Bei einer Anwendung dient das gasförmige Medium daher auch dazu, die Wärme zuzuführen bzw. zu erzeugen, bevor die Wärmebehandlung beginnt.

Unterhalb des Behälters ist eine erste Zuführung in Form einer oder mehrerer Rohre oder Leitungen 16 vorgesehen, die an Luft bzw. an ein brennbares Gas angeschlossen ist. Gas und Luft werden vorgemischt, bevor sie gegen die Unterseite der porösen Platte 11 strömen. In jedem Falle sind die Anteile von Gas und Luft so gewählt, daß die resultierende Mischung nichtstöchiometrxsch ist. Vorzugsweise überwiegt der Gasanteil. Es kann aber auch alternativ der Luftanteil überwiegen.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist eine weitere Zuführung vorgesehen, die aus einem oder mehreren mit öffnungen versehenen Rohren 17 besteht, welche so angebracht sind, daß sie sich quer durch das Par— tikelbett hindurch erstrecken. Hierbei sind die Rohre 1? so angeordnet, daß sie näher an der Oberseite der Platte 11 als an der Fließbettoberfläche 15 der feuerfesten Partikelmasse liegen. Anstelle der Rohre 17 können bei einer alternativen Ausführungsform, die in Fig. 2 veranschaulicht ist, zu einem Gitter 18 zusammengefaßte, mit öffnun-

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gen versehene Rohre verwendet werden, die in das Fließbett versenkt und herausgenommen werden können. So kann beispielsweise ein Rohr— gitter vorgesehen werden, das im Grundriß eine im wesentlichen rechteckige Form aus den Teilen 18a bildet. Parallel zu den Rohrteilen 18a verläuft ein weiteres geradliniges Rohrstück 18b, welches die beiden kürzeren Seiten des rechteckigen Gitters miteinander verbindet. Dieses Rohrgitter wird dann in der Mitte an das Einlaßrohr 18c angeschlossen, welches sich senkrecht zur Ebene des Gitters erstreckt und als Hängevorrichtung dient, wobei das obere Ende des Einlaßrohres mit einem flexiblen nicht veranschaulichten Schlauch verbunden werden kann, durch den Gas oder Luft zugeführt werden. Außerdem kann auch ein gelochtes Blech oder ein Drahtmaschennetz 19 vorgesehen sein, welches an dem Einlaßrohr 18c parallel zur Ebene des Rohrgitters 18 oberhalb desselben befestigt ist. Dieses Drahtnetz oder Lochblech wird oberhalb des Gitters in einer solchen Stellung angeordnet, daß es während des Betriebes gleichfalls in die Partikel 14 des Fließbettes eingetaucht wird. Hierbei dient es dazu, die Bildung größerer Gasblasen auf der Oberfläche des Fließbettes zu vermeiden=, Das Rohrgitter selber weist eine Vielzahl von öffnungen auf, wobei es in der Masse der feuerfesten Partikel innerhalb des Fließbettes in geeigneter Entfernung von der porösen Platte 11 aufgehängt ist. Dabei kann Gas oder Luft aus dem Einlaßrohr 18c in das Gitter und von dort aus durch die öffnungen im Gitter in das Fließbett der feuerfesten Partikel 1A- einströmen, wo es sich mit der nichtstöchiometrischen Mischung vermengt, die durch die poröse Basisplatte 11 nach oben fließt. Durch die Vermengung dieser beiden Strömungskom— ponente bildet sich dann eine stöchiometrische Mischung. Wenn im bevorzugten Falle die nichtstöchiometrische Mischung, welche durch die poröse Platte von der Zuführung 16 aus nach oben strömt, einen Gasuberschuß aufweist, so wird die Luft durch das Rohrgitter 18 oder die Rohrzuführungen 17 eingeblasen, um den stochiometrischen Charakter der Mischung herzustellen. Ist jedoch die von unten durch die poröse Platte 11 hindurchgeblasene Luft mit einem Luftüberschuß versehen, dann wird durch die weiteren Zuführungen, also beispielsweise durch das Rohrgitter 18 oder die mit öffnungen versehenen Roh-

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re 17 brennbares Gas in das Fließbett eingeblasen.

Wenn auf die oben beschriebene W_eise eine stöchiometrische Mischung erzielt ist, strömt diese nach oben durch das Fließbett, das seinerseits seinen fluidisierten Zustand durch die Strömung erreichte Die Zündung der Mischung kann dann unmittelbar über das Fließbett erfolgen, z.B. direkt über der Oberfläche 15. Im Zuge der Erhöhung der Temperatur wandert die Flamme von dort aus nach unten durch das Fließbett der feuerfesten Partikel 14, erreicht aber nicht die obere Seite der porösen Platte 11, so daß diese und der Zement, Mörtel oder dgl., mit dem sie befestigt wird, nicht untragbar hohen Temperaturen unterworfen wird. Die anfängliche Beheizung des Bettes kann, wie oben beschrieben, durchgeführt werden und - sobald die gewünschte Temperatur erreicht wird - kann im Falle der Verwendung des Rohrgitters 18 dieses aus dem Fließbett herausgezogen werden, wonach dann die nichtstöchiometrische Mischung, die durch die poröse Platte nach oben steigt, die erforderliche Behandlungsatmosphäre einerseits und auch das fluidisierende Medium bildet. Natürlich kann auch das Gitter in Arbeitsstellung gebracht werden, bevor der Betrieb einsetzt, wobei es in das Fließbett eingesetzt wird, während das Letztere sich noch in fluidisiertem Zustande befindet, z.Bo kurz vor dem Ende eines vorhergehenden Arbeitsvorganges.

Alternativ kann das Fließbett auch durch die nichtstöchiometrische Mischung fluidisiert werden, die durch die poröse Platte hindurchgeblasen wird, bevor das Rohrgitter eingesetzt wird_o Es ist jedoch notwendig, die nötige Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten und dies kann dadurch bewirkt werden, daß die Verbrennung des Gasluftgemisches entweder direkt über oder innerhalb des Oberen Bereiches des Fließbettes durchgeführt wird. Eine solche Verbrennungszone versorgt dann das Fließbett mit Wärme.

In der Fig. 1 ist auch eine dritte Zuführung in Form einer oder mehrerer mit öffnungen versehener Rohre 20 dargestellt, die direkt unterhalb der Oberfläche 15 angeordnet sind. Diese Anordnung ist in

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ihren Einzelheiten in Fig. 4 dargestellt. Wie ersichtlich, besteht die gesamte Rohranordnung 20 aus einem oberen Teil 20a, das in Verbindung mit einem unteren Teil 20b steht. Konzentrisch im untereh Teil 20b ist ein inneres Rohr 20c vorgesehen, welches das nicht brennbare Gasluftgemisch enthält. Das innere Rohr 20c hat öffnungen 2Od an seiner Bodenfläche, durch welche die Mischung hindurchtreten kann» Das obere Teil 20a kann dazu benutzt werden, Luft zuzuführen, wenn dies erwünscht ist, so daß, wenn eine Temperatursteigerung nach Beendigung der anfänglichen Aufheizung erforderlich ist, Luft in das Teil 20a mittels eines nicht veranschaulichten Anschlusses zugeführt wird, die dann in das Teil 20b und um das Rohr 20c herum weiterströmt, wobei sie sich mit dem Gasluftgemisch vermengt, welches durch die öffnungen 2Od austritt. Dort wird eine neue brennbare Mischung gebildet, welche durch die öffnungen 2Oe in der Bodenfläche des Rohrteiles 20b ausströmt und nach Zündung im oberen Teil des Fließbettes einen Verbrennungsvorgang bewirkt» Eine solche Verbrennung kann natürlich dadurch gestoppt werden, daß der Luftzutritt zu dem Teil 20a oder der Zutritt des Gasluftgemisches zum Rohr 2Öc oder beide Zuführungen unterbrochen werden.

Gemäß einer alternativen Anordnung, die in Fig. 3 veranschaulicht ist, besteht die dritte Zuführung in einer oder mehreren mit öffnungen versehenen Rohren 21, die unmittelbar über der oberen Oberfläche 15 der fluidisierten P_artikel vorgesehen sind_o In diesem Falle kann, wenn es erwünscht ist, um die Temperatur des Fließbettes anzuheben, Luft oder gasförmige Brennstoffe durch die mit öffnungen versehenen Rohre 21 hindurchgeblasen werden, um mit dem nach oben strömenden durch das Fließbett gerichteten Gas, das gleichzeitig die Behandlungsatmosphäre bildet, eine stöchiometrische Mischung zu erhalten, die dann gezündet wird, um einen Art Feuerball direkt über der Fläche 15 zu erzeugen und dabei das Fließbett zu erhitzen. Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 kann die Hitze von Zeit zu Zeit von einem Feuerball geliefert werden, der sich oberhalb des Fließbettes bildet, während im Falle der Figo 1 die zusätzliche Beheizung durch einen Verbrennungsvorgang erfolgen muß, der im oberen Teil des Fließ-

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bettes stattfindet. In beiden Fällen kann jedoch die Temperatursteuerung des Fließbettes dadurch verbessert werden, daß Luft nach oben über das Äußere der gewellten Wandung 12 im Raum zwischen den Wellungen und der Isolation I3 nach oben geblasen wird_o Wenn es also erforderlich ist, daß Fließbett nach der anfänglichen Aufheizung bei einer ganz bestimmten Temperatur zu halten, so kann ein Abfallen der Temperatur unter einem vorgegebenen Wert dadurch korrigiert werden, daß entweder Luft oder Gas durch die Rohre 20 und 21 geblasen wird, um einen Verbrennungsvorgang innerhalb dder direkt oberhalb des oberen Teiles des Bettes auszulösen. Auf der anderen Seite kann eine Steigerung der Temperatur über das gewünschte Niveau heraus dadurch korrigiert werden, daß Kühlluft über das Äußere der gewellten Wand zwischen den Wellungen und der Isolation geblasen wird, wie dies im Vorstehenden erwähnt wurde. Der Beginn der Verbrennung und die Einführung der Kühlluft kann automatisch durch einen Thermostat gesteuert werden, der auf die gewünschte Temperatur eingestellt ist. Die Kühlluft kann auch durch Leitungen 22 unterhalb des Behälters eingeführt werden, um die Fluidisierung des Fließbettes aufrecht zu erhalten, so daß die Unterseite der porösen Platte 11 sowie das ankommende Gasluftgemisch in einem relativ kühlen Zustand bleibt,.

Das erfindungsgemäße Fließbett kann als Wärmebehandlungsvorrichtung - wie oben beschrieben - betrieben werden, oder kann dazu dienen, Wärme auf ein angrenzendes Fließbett zu übertragen, in welchem die Wärmebehandlung durchgeführt wird,, So können beispielsweise drei Kammern in Sandwichform nebeneinander angeordnet werden, wobei die Wärmebehandlung selber im mittleren Fließbett stattfindet, während die beiden seitlichen Fließbettanordnungen lediglich zur Wärmeerzeugung im zur Behandlung dienenden Fließbett vorgesehen sind.

Gemäß einer weiteren Ausführung kann das erfindungsgemäße Fließbett auch als Veraschungsvorrichtung dienen, um erwünschte Produkte oder Materialien zu beseitigen.

I_n allen oben beschriebenen Fällen kann zum weiteren Schutz der po-

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rösen Platte 11 und des zur Befestigung dienenden Zements direkt auf der Oberseite der Platte eine zusätzliche Lage 8 von feuerfesten Partikeln 14 vorgesehen sein, die aus gröberen und/oder schwereren Partikeln besteht als die Fließbettpartikel, die für den anderen Teil der Fließbettanordnung dienen. So kann beispielsweise die Lage 8 in unmittelbarer Nähe der porösen Platte 11 aus AIpO,,-Partikeln von 1480/1 (14 mesh) K_orngröße bestehen, während der übrige Teil der Partikel aus Al_?0^-Partikeln von etwa 250,U. (60 mesh) Größe bestehen, wobei das spezifische Gewicht von Al₂O, bei 3»96 liegt. Vorzugsweise ist auch ein Gitter 9 vorgesehen, das zwischen der Lage 8 und der Zuführung 17 liegt, um zu verhindern, daß die warmebehandelten Werkstücke in den unteren Teil des Fließbettes eintreten können. Die Geschwindigkeit des durch das Bett hindurchströmenden Gases kann dann so eingestellt werden, daß die Partikel der unteren Lage, die aus gröberen oder schwereren Körnern bestehen, nicht fluidisiert werden, während die kleineren und/oder leichteren Partikel in einen fluidisierten Zustand überführt werden. Die Bodenschicht, die in einem solchen Falle nicht als Fließbett wirkt, ergibt dann eine thermische Isolierung für die poröse Platte 11, welche dann dazu beiträgt, daß die obere Fläche der Platte auf einer relativ niedrigen Temperatur bleibt. Wie in den Fig. 1 und 3 veranschulicht, kann das fluidisierte Bett mit einer abnehmbaren Haube 23 versehen sein, die dann entfernt wird, wenn Werkstücke in das Fließbett eingeführt oder herausgenommen werden sollen. Diese Kappe weist außerdem ein Prallblech 24 und das Drahtnetz 25 auf, das im Betrieb verhindert, daß die feuerfesten Partikel aus dem Fließbett herausgeschleudert werden.

Ansprüche

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Claims

A η s ρ r ü c h

Fließbett für die Durchführung von Wärmebehandlungen bestehend aus einem Behälter mit einer porösen Basis, in welchem sich eine Masse feuerfester Partikel zur Bildung eines Pließbettes befindet, wobei eine Zuführung vorgesehen ist, die ein Gasluftgemisch zur Unterseite der porösen Basis führt, durch die es im Betriebszustand in die Kasse der feuerfesten Partikel einströmt, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Zuführung (16) unter der Basis (11) einströmende Gasluftgemisch eine nichtstöchiometrische Zusammensetzung hat, daß eine weitere Zuführung (17» 18) vorgesehen ist, die in der Masse der feuerfesten Partikel in Abstand oberhalb der porösen Basis (11) angeordnet oder in diese einsetzbar ist, und daß die weitere Zuführung (1?» 18) mit einer Mehrzahl von Auslaßöffnungen und einem Einlaß versehen ist, der einen Anschluß für Luft oder Gas aufweist, das sich im Betrieb mit der nichtstochiometrischen Mischung, die durch die erstgenannte Zuführung (16) einströmt, vermengt, um eine Zusammensetzung im Fließbett zu erzielen.

Fließbett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Zuführung aus einer oder mehreren mit öffnungen versehenen Rohren (17) besteht, die fest in den Behälter einmontiert sind, so daß sie näher an der oberen Oberfläche der porösen Basis (11) als an der oberen Abschlußfläche (15) der feuerfesten Partikel liegen, wenn sich die letzteren im fluidisierten Zustand befinden.

Fließbett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Zuführung aus einem Rohrgitter (18) ebener Konfiguration besteht, in welches ein Einlaßrohr (18c) mündet, das sich senkrecht zur Ebene des Rohrgitters (18) erstreckt und das so ausgebildet ist, daß es als Hänger dient, der das Rohrgitter (18) innerhalb der Masse der feuerfesten Partikel hält.

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ORIGINAL INSPECTED