DE2849053C2 - Feststoff-Gas-Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoff-Gas-Wärmetauscher mit unterem Gasein- und oberem so Gasaustritt sowie oberer Feststoffzuleitung und Feststoffleitvorrichtungen im Inneren des Tauschers, die sich auf einem Schwingungserreger abstützen.

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.

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. Zur Zuführung von Kühlluft in die Rinne im Gegenstrom zu den &⁵ von unten nach oben über sie geförderten Feststoffen dient der Hohlträger, der für diese Aufgabe zahlreiche, vorzugsweise schräg nach abwärts in den Feststoff-Strom 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).

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

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 ,-•wangsläufig 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 dr.rch 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.

Der andere Luftteilstrom überströmt den Feststoffstrom in den Rinnen mehr oder minder unkontrolliert

Für das Trocknen von Schüttgut, insbesondere Rohbraunkohle, ist bsreits ein alter Vorschlag bekannt, der einen Tellertrockner ohne Rührwerk vorsieht Im Innern des Tauschers folgen vertikal von oben nach unten auf einen oberen Beschickungstrichter als Leitvorrichtungen für die Feststoffe eine Reihe Trockenteller innerhalb trichterförmiger Leitbleche, deren Letztere ähnlich dem Beschickungstrichter nach unten und innen zur Antriebswelle geneigte Seitenwände aufweisen.

Trockenteller und Leitflächen stützen sich auf einer Welle ab, die wiederum auf einer Schraubenfeder senkrecht beweglich abgestützt ist Gleitlager am unteren und oberen Ende des Trc_:':kners dienen der seitlichen Abstützung der Welle. Die Wurfbewegung wird durch einen Antrieb ausgelost, der über eine Kurvenscheibe mit der Welle in Eingriff steht Auf diese Welle werden von rechts nach links oder umgekehrt und gleichzeitig in der Seitenansicht in senkrechten Kreisen oder Ellipsen Schwingungen übertragen. Die Schüttgutmasse durchwandert durch die Wurfbewegungen der Teller den Trockner in einem gleichmäßigen Strom. Auf einer Spirallinie werden die Schüttgutkörner bis zum Tellerrand von innen nach außen und durch die diese umschließenden Leitbleche wiederum von außen nach innen geführt, um das Schüttgut dem Trockenteller der nächstfolgenden Kombination von Trockenteller Und umschließendem Leitblech zentral zuzuführen.

Größe und Dauer der Schwingbewegungen werden durch die Vergrößerung und Verkleinerung der Hubbewegung geregelt. Die Neigungen der Teller und Leitbleche sind für die Bewegung der Schüttgutkörner von Einfluß. Als Wärmeträger werden Heizgase oder über eine als Dampfheizkörper doppelwandige Ausgestaltung der Leitbleche und ggf. der Trockenteller auch Dampf benannt.

Voraussetzung für eine wirkungsvolle Trocknung ist für diese F.inrichtung eine möglichst einheitliche Körnung der Feststoffe, nachdem die Wurfbewegung von der Masse der Feststoffteilchen direkt abhängt. Die Wärme wird indirekt vom Wärmeträger — im Fall der Gase über die Außenwandung der Leitbleche allein bzw. im Fall des Wasserdampfes über eine Doppclwandaus-

führung der Leitblech und ggr, Uer Teller a|s Darnpfheizkörper mit entsprechenden zu- und Abführungen in und aus diesen, vorzugsweise über die Welle — auf die über die Innenwsndung herabgeführten Feststoffteilchen übertragen- Die Dampfbeheizung von Tellern und Leitblechen erfordert aufgrund der Dreh-Schwingbewegung einen entsprechend hohen Bau- und Kostenaufwand,

Gleichfalls bekannt ist eine Vorrichtung für den Wärmetausch zwischen rieselfähigen Feststoffen unterschiedlicher Korngröße, insbesondere die Erwärmung eines Sorptionsmittels, z. B. Aktivkohle, durch erhitzten Sand unter Absaugen der entstehenden Gase im Unterdruck.

Im oberen Behälterboder, ist eine zentrale Zuführung für feinkörnigere und eine hierzu konzentrische Zugabe für grobkörnigere Feststoffe und im unteren ein Auslaß für das Feststoffgemisch vorgesehen.

Ein zentraler Hohlträger — über Hohlstützen auf dem Mantel abgestützt — stützt seinerseits Doppelkegel mit oberen gasundurchlässigen und unteren gasdurchlässigen Flächen ab. Die zentralen Doppelkegel werden durch mantelseitige Leitflächen <>rgänzi, damit 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, die unterschiedliche Korngrößen aufweisen, begegnet werden. Der zentrale Hohlträger hat gemeinsam mit den von den Kegelfläjcften 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).

Derartige Einrichtungen stehen dem Erfindungsgegenstand ferner. Sie sind nicht geeignet für backende Feststoffe, nachdem diese zu einem kontinuierlichen Stoffstrom zwischen zahlreichen Leitwänden geformt und zickzackförmig von oben nach unten durch die Vorrichtung geführt werden. 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.

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.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgetnäße Feststoff-Gas-Wärmetauscher gekennzeichnet durch einen oberen Feststoffverteilerkopf und vertikal in Reihe an diesen nach unten anschließenden, abwechselnd nach innen Und außen geneigten, kegelslurnpfförmigen 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.

Der Feststoffverteilerkopf bewirkt eine gleichmäßige Schüttgutzuteilung der aufgegebenen Feststoffe auf den Tauscherquerschnitt durch die aufgewzungenen Schwingungen. 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 Gasstrom wird zugleich im Bereich des Gutschleiers eingeschnürt und damit der Wärmeübergang verbessert Die auf die Feststoffleitflächen über deren Träger aufgezwungenen Schwingungen wirken Anbackungen

'5 und einem Stau des Feststoffstromes entgegen. 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 arc wodurch die Isolationsstärke des Behältermantels vnd der Böden herabgesetzt und die Gase höher aufgewärmt werden.

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. 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.

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.

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

Feststoffleitflächen, 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 Gasauffangflädien bilden, die Gase Öffnungen des Hohlprofils zuführen.
In zweckmäßiger Weise ist der obere Bereich des Hohi'profili über sternförmig zum Mantel gespannte Drahtseile geführt

Durch die vorgeschlagene Vorrichtung werden die heißen Feststoffe nach einer zentralen Einführung durch den Verteilerkopf gleichmäßig über den Querschnitt des Tauschers verteilt. Pie 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

^hi umgeschichtet werden, verhindern einen Schwebezustand des Aü'eils mittlrer Korngröße, erweitern rt;e Durchlaufzeit des Feststoffstroms und führen zu einer abwechselnden Gutwolkenbildune und Wiederauflö-

■iiing, 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 desselben 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 Fest-Stoffe 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 Eingiiff von außen den Strom der Feststoffe durch den Wärmetauscher zu regulieren.

Zur Erläuterung der Erfindungsgedanken ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Tauschers im Vertikalschnitt scheniatisch dargestellt.

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 ΙΟό einen Gasauffangraum bildet. Von der Außenkante des Doppelkegels 10 gelangen die Feststoffe schließlich im freien Fall auf den in der Zeichnung nach rechts unten verlaufenden Schrägboden des Feststoff-Gas-Wärmetauschers, über den die grobkörnige 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.

Die Gase gelangen über ein Gebläse 20 und Anschlußleitung 22 am Kopf des Tauschers in dessen Doppelmanlelraum und durchströmen diesen von oben nach unten. Über iischluUstutzen 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 10 und anschließend zickzackförmig nacheinander abwechselnd die nach innen und außen weisenden Feststoffleitflachen 6', 8, 6. Ein geringer Teilstrom der Gase tritt über öffnungen in der Unterseite 10b des Doppelkegels 10 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 4 in das Behälterinnere aus, um auf diesem Wege den Hohlprofiitidgcr 28 zu kühlen. Im Bereich des freien Falls treten die Gase durch die FestMoffschleier hindurch, während sie im Bereich der über die Leitflächen 6, 6', 8, 10a rieselnden Feststoffe diese im wesentlichen überströmen.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

(■'■■ U Patentansprüche:

1. Feststoff-Gas-Wärmetauscher mit unterem Gase'm- und oberem Gasaustritt sowie oberer Feststoffzuteilung und Feststofflehvorrichtungen im Inneren des Tsuschers, die sich auf einem Schwingungserreger abstützen, gekennzeichnet durch einen oberen Feststoffverteilerkopf (4) und vertikal in Reihe an diesen nach unten anschließenden, abwechselnd nach innen und nach außen ι ο geneigten, kegelstumpfförmigen Feststoffleitflächen (6,8,6', 10) auf einem zentralen, von einem unteren Schwingungserreger (44) gestützten Träger (28) innerhalb eines Doppelmantels mit oberer Kaltgaszuführung in den Mantelraum und unterem Warmgasaustritt in den vom Doppelmantel umschlossenen Innenraum des Tauschers.

2. Feststoff-Gas-Wärmetauscher nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen Hohlproföträger (28) trfid mit dessen unterem Abschnitt verbundenen Doppelkegel (10), ferner durch Gaseintrittsöffhungen in der Unterfläche des Doppelkegels (10) in dessen Innenraum und Gasaustrittsöffnungen aus diesem in das Innere des Hohlprofilträgers (28) sowie Gasaustrittsöffnungen desselben im Bereich seines Feststoffverteilerkopfes (4).

3. Feststoff-Gas-Wärmetauscher nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen den Gaseintrittsöffnungen der Doppelkegelunterfläche (iOb) gegenübergestellten Gasverteilerring (26), dessen Innenraum c-'t den unteren Gasaustrittsöffnungen des Doppelmantels verbunden, ist und der Gasaustrittsöffnungen (26a) in den "Wärmetauscher, vorzugsweise im oberen Bereich seines Querschnitts, aufweist

4. Feststoff-Gas-Wärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch Perforationen in einer oder mehreren der nach innen gerichteten Feststoffleitf!ächen(6,6').

5. Feststoff-Gas-Wärmetauscher nach An- « spruch 2,3 oder 4, gekennzeichnet durch Gaszutrittsöffnungen in den Hohlprofilträger im Bereich einer oder mehrerer Überdeckungen nach außen weisender Feststoffleitflächen (8).

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