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Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoff-Gas-Wärme-
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tauscher mit unterem Gasein- und oberem Gasaustritt sowie oberer Feststoffzuteilung
und Feststoffleitvorrichtungen im Inneren des Tauschers, die sich auf einem Schwingungserreger
abstützen.
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zur Nutzung des Wärmeinhalts
von Feststoffen für die Gasaufwärmung, insbesondere die Aufwärmung von Verbrennungsluft
für einen Wirbelbettofen mit Hilfe von ölschieferabbrand, der denselben verläßt.
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Es sind bereits Vorrichtungen zum Kühlen von griesigen bis pulverförmigen
Feststoffen bekannt, die als Feststoffleitflächen Rinnen offen oder innerhalb eines
geschlossenen Gefäßes verwenden, wobei die Rinne spiralförmig um einen in Schwingungen
zu versetzenden Hohlprofilträger befestigt ist.
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Zur Zuführung von Lühlluft in die Rinne im Gegenstrom zu den von unten
nach oben über sie geförderten Feststoffen dient der Hohlträger, der für diese Aufgabe
zahlreiche, vorzugsweise schräg nach abwärts in den Feststoffstrom der Rinne gerichtete
Gasaustrittsöffnungen aufweist. Der Hohlträger einschließlich der mit diesem fest
verbundenen Rinne ist an einem an seinem oberen Ende angeordneten Schwingungserreger
elastisch abgestützt (OS 14 01 640).
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Die Feststoffe werden während ihrer Förderung entgegen ihrer Schwerkraft
von unten nach oben vorteilhaft auf der Rinne als Bett gleicher Schichthöhe ausgebreitet
und die Kühlluft fein verteilt über den Hohlträger zugeführt.
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Eine derartige Einrichtung ist für den Bereich einheitlicher Körnung
vorteilhaft. Sie scheidet jedoch für den Einsatz von Feststoffen eines breiten Spektrums
der Körnung aus, nachdem mit der Schwingförderung zwangsläufig eine Gutsichtung
einhergeht. Auch ist bei dieser vorbekannten Lösung ein Gegenstrom von Feststoff
und Gas nicht verwirklicht, vielmehr ist eine intensive Kühlung nur mit dem zunächst
durch das Hohlprofil geleiteten Luftteilstrom zu erzielen, der dann anschließend
wiederum in zahlreiche Teilströme
aufgeteilt wird, die durch den
Feststoffstrom in den Rinnen parallel zueinander treten. Hierbei ist ein erheblicher
Druckverlust auf der Gasseite zu überwinden.
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Der andere Luftteilstrom überströmt dagegen den Feststoffstrom in
den Rinnen mehr oder minder unkontrolliert.
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Gleichfalls bekannt ist eine Vorrichtung für den Wärme -tausch zwischen
verschiedenen rieselfähigen Feststoffen unterschiedlicher Korngröße, insbesondere
die Erwärmung eines Sorptionsmittels, z.E. Aktivkohle, durch erhitzten Sand unter
Absaugen der entstehenden Gase im Unterdruck.
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Innerhalb des geschlossenen zylindrischen Behälters sind hierbei eine
zentrale obere Zuführung für den feinkörnigeren und eine hierzu konzentrische Zugabe
für den grobkörnigeren Feststoff im oberen Behälterboden und ein unterer Auslaß
für das Feststoffgemisch vorgesehen.
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Ein zentraler Hohlträger, der über Hohlstützen auf dem Mantel abgestützt
ist, stützt seinerseits Doppelkegel ab, deren obere Flächen gasundurchlässig und
deren untere gasdurchlässig ausgebildet sind. Diese zentralen Doppelkegel sind derart
durch mantelseitige Leitflächen ergänzt, daß die Feststoffe den gebildeten Zwischenraum
vollfüllend abwechselnd nach außen und anschließend nach innen auf ihrem Weg von
oben nach unten durchwandern. Hierdurch soll einer Entmischung der Feststoffe unterschiedlicher
Korngröße wirksam begegnet werden. Der zentrale Hohlträger hat gemeinsam mit den
von den Kegelflächen umschlossenen Hohlräumen des Zentralrohres und des Mantels
und den gleichfalls Hohlräume bildenden Abstützungen die Aufgabe, in den vertikal
übereinander liegenden Zonen entsprechend der jeweils erreichten Sorbens-Temperatur
Gase im Unterdruck getrennt voneinander abzusaugen und außerhalb der Vorrichtung
einer weiteren Behandlung zuzuführen (OS 25 51 434).
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Derartige Einrichtungen stehen dem Erfindungsgegenstand ferner. Sie
sind nicht geeignet für backende Feststoffe, nachdem diese zu einem kontinuierlichen
ctoff;trom zwischen
zahlreichen Leitwänden geformt und zickzackförmig
von oben nach unten durch die Vorrichtung geführt werden.
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Die Abstützung der innenliegenden Einbauten auf dem Tauschermantel
bzw. an diesem befestigten Leitwänden erfolgt über Träger, die den geschlossenen
Stoffstrom durchqueren, was zwangsläufig einen Stau backender Feststoffe zur Folge
haben würde. Aufgrund des Fehlens einer Kühlmöglichkeit der oberen zentralen Feststoffleitfläche
wird die Agglomerationsneigung backender Feststoffe gerade verstärkt.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe , einen abwärts gerichteten
Feststoffstrom großer Korngrößenspreizung durch einen vertikal aufwärts gerichteten
Gasstrom zu kühlen, das Kühlgas möglichst hoch aufzuwärmen und grobkörnige Feststoffe
getrennt von feinkörnigen aus dem Wärmetauscher abzuführen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Feststoff-Gas-Wärmetauscher
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen oberen Feststoffverteilerkopf und vertikal
in Reihe an diesen nach unten anschließenden, abwechselnd nach innen und außen geneigten,
kegelstumpfförmigen Feststoffleitflächen auf einem zentralen, von einem unteren
Schwingungserreger gestützten Träger innerhalb eines Doppelmantels mit oberer Kaltgaszuführung
in den Mantelraum und unterem Warmgasaustritt in den vom Doppelmantel umschlossenen
Innenraum des Tauschers.
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Der Feststoffverteilerkopf bewirkt eine gleichmäßige Schüttgutzuteilung
der aufgegebenen Feststoffe auf den Tauscherquerschnitt durch die aufgezwungenen
Schwingungen.
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Die vertikal nach unten anschließenden, gleichfalls auf dem Hohlträger
befestigten, abwechselnd nach innen und außen weisenden kegelstumpfförmigen Leitflächen
bilden Rieselschichten des Feststoffes, die sich in Schleier in den jeweils anschließenden
Räumen des freien Falls bis zur nächstfolgenden Leitfläche als Auffangfläche fortsetzen.
Der entgegenströmende Gas strom -wird zugleich
im Bereich des Gutschleiers
eingeschnürt und damit der Wärmeübergang verbessert. Die auf die Feststoffleitflächen
über deren Träger aufgezwungenen Schwingungen wirken Anbackungen und einem Stau
des Feststoffstromes entgegen.
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Die in den Mantelraum des Tauschers oben zugeführten Gase durchströmen
diesen Mantelraum von oben nach unten im Gleichstrom zu den Feststoffen, werden
von diesen indirekt erwärmt und treten im Bereich des Wärmetauscherbodens für den
direkten Wärmetausch mit den Feststoffen in das Behälterinnere aus, wodurch die
Isolationsstärke des Behältermantels urdder Böden herabgesetzt und die Gase höher
aufgewärmt werden.
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Vorteilhaft ist der Träger der Einbauten des Wärmetauschers als Hohlprofilträger
ausgebildet und dessen unterer Abschnitt mit einem Doppelkegel versehen, dessen
Innenraum über Gasöffnungen mit demjenigen des Hohlprofils in Verbindung steht,
um das Gas vertikal aufwärts zu Austrittsöffnungen unterhalb des Verteilerkopfes
zu führen.
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Hierdurch werden vorteilhaft das Hohlprofil und die an diesem befestigten
Feststoffleitflächen gekühlt und anschließend der vom Verteilerkopf abgeworfene
Feststoffschleier für eine gleichmäßigere Auf- und Zuteilung aufgeweitet.
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Ein derartiger Doppelkegel teilt den in das Behälterinnere eintretenden
Gasstrom in zwei Teilströme auf, einen ersten, der zunächst die von dessen Oberseite
herabfallenden Feststoffe durchströmt und einen zweiten, der durch die öffnungen
auf der Unterseite des Doppelkegels dem Hohlträgerinneren zugeführt wird.
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Vorteile bringt ein Gasverteilerring zur Einführung der Gase aus dem
Mantelraum in das Innere des Tauschers, der außerhalb des Bereichs des freien Falles
der Feststoffe angeordnet und der Unterseite des Doppelkegels zur Aufteilung des
Gasstromes gegenübergestellt ist.
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Feststoffleitflåcnen, vorzugsweise ein Teil oder alle, die nach innen
weisen, können für eine weitere Aufteilung des die Feststoffleitflächen umströmenden
Gasteilstroms Durchbrechungen aufweisen, während einige oder alle der nach außen
weisenden Feststoffleitflächen Gasauffangflächen bilden, die Gase Öffnungen des
Hohlprofils zuführen.
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In zweckmäßiger Weise ist der obere Bereich des Hohlprofils über sternförmig
zum Mantel gespannte Drahtseile geführt.
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Durch die vorgeschlagene Vorrichtung werden die heißen Feststoffe
nach einer zentralen Einführung durch den Verteilerkopf gleichmäßig über den Querschnitt
des Tauschers verteilt. Die kegelstumpfförmigen Leitflächen, die die Feststoffe
abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen nach innen und nach außen führen, bilden
jeweils nacheinander Festgutschleier größeren und kleineren Durchmessers, wobei
die Feststoffe umgeschichtet werden, verhindern einen Schwebezustand des Anteils
mittlerer Korngröße, erweitern die Durchlaufzeit des Feststoffstroms und führen
zu einer abwechselnden Gutwolkenbildung und Wiederauflösung, wodurch ein intensiver
Wärmetausch zwischen dem Feststoffstrom einerseits und dem Gasstrom andererseits
erzielt wird. Die Gase kühlen hierbei primär den Tauschermantel vor ihrem Eintritt
in den Tauscher, innerhalb deseelben dient ein Teilstrom dem direkten Wärmetausch
mit den Feststoffen, ein anderer zur Kühlung des Hohlträgers und des von ihm getragenen
Feststoffverteilerkopfes. Durch das Abstützen aller Einbauten auf einem zentralen
unteren Schwingungserreger werden Anbackungen der Feststoffe auf dem Verteilerkopf
und den nach unten anschließenden Feststoffleitflächen ausgeschlossen. Von wesentlicher
Bedeutung ist jedoch, daß durch die Intensität der Schwingungserregung einerseits
und der Feststoffzuteilung über beispielsweise Zellenradschleuse oder eine Pendelklappe
andererseits eine Möglichkeit zur Verfügung steht, durch Eingriff von außen den
Strom der
Feststoffe durch den Wärmetauscher zu regulieren.
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Zur Erläuterung der Erfindungsgedanken ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
des Tauschers im Vertikalschnitt schematisch dargestellt.
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Die Feststoffe werden über die Dosiereinrichtung 2 zentral im oberen
Bereich des Tauschers diesem zugeführt und gelangen über diese auf den Verteilerkopf
4, der in der linken Schnitthälfte als Schrägfläche und in der rechten als trichterförmige
Tasse dargestellt ist. Die von diesem Verteilerkopf abgeworfenen Feststoffe gelangen
im freien Fall auf eine vertikal unterhalb angeordnete erste Feststoffleitfläche
6, die die Feststoffe nach innen führt. Vom unteren Ende dieser Leitfläche gelangen
die Feststoffe im freien Fall zu einer weiteren Feststoffleitfläche 8 mit nach außen
weisenden Flächen, über die die Feststoffe an der unteren, außenliegenden Randzone
im freien Fall zu nach innen weisenden Leitflächen 6' gelangen. Über die untere
innere Randzone dieser Leitfläche 6' gelangen die Feststoffe schließlich im freien
Fall zu wiederum nach außen weisenden Deckflächen 10a eines Doppelkegels 10, der
gemeinsam mit einer nach innen weisenden Unterfläche lob einen Gasauffangraum bildet.
Von der Außenkante des Doppelkegels gelangen die Feststoffe schließlich im freien
Fall auf den in der Zeichnung nach rechts unten verlaufenden Schrägboden des Feststoff-Gas-qärmetauschers,
über den die grob -körnige Fraktion der Feststoffe ausgetragen wird, während der
feinkörnige Feststoffanteil im oberen Bereich des Tauschers nach rechts oben mit
den Gasen ausgetragen und anschließend abgeschieden wird.
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Die Gase gelangen über ein Gebläse 20 und Anschlußleitung 22 am Kopf
des Tauschers in dessen Doppelmantelraum und durchströmen diesen von oben nach unten.
Über Anschlußstutzen 24 einem Verteilerring 26 zugeführt, treten sie aus diesem
im unteren Bereich des Tauschers über öffnungen 26a in dessen Innenraum aus. Der
Hauptstrom der Gase umströmt
zunächst den Doppelkegel und anschließend
zickzackförmig nacheinander abwechselnd die nach innen und außen weisenden Feststoffleitflächen
6',8,6. Ein geringer Teilstrom der Gase tritt über Öffnungen in der Unterseite 1Ob
des Doppelkegels und Öffnungen des Hohlprofilträgers 28 als Träger der Feststoffleitflächen
und des Verteilerkopfes 4 in diesen ein, durchströmt denselben und tritt über Spalten
an der Unterseite des Verteilerkopfes in das Behälterinnere aus, um auf diesem Wege
den Hohlprofilträger 28 zu kühlen. Im Bereich des freien Falls treten die Gase durch
die Feststoffschleier hindurch, während sie im Bereich der über die Leitflächen
rieselnden Feststoffe diese im wesentlichen überströmen.
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Der Hohlprofilträger 28 ist Träger aller Feststoffleitflächen 4,6,8,6',10,
tritt über eine Manschette zentrisch innerhalb des Schrägbodens des Tauschers nach
außen hindurch und stützt sich über eine Grundplatte 42 auf einem Schwingungserreger
44 ab. Mit 46 sind peripher angeordnete Gummifedern beziffert. Durch die erregten
Schwingungen wird der Feststoffdurchsatz durch den Tauscher in der gewünschten Weise
beeinflußt und Anbackungen sowie Verkrustungen entgegengewirkt.
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