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Verfahren und Vorrichtung zur
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gewinnung aus wasserdampfhaltiger Abluft von Trocknern" die Erfindung
betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus wasserdampfhaltlger
Abluft von Trocknern, insbesondere in der Chemiefaser- und Textilindustrie, wobei
mit Hilfe der Abluft durch Wärmeaustausch ein lsälteres Medium erwärmt wird Bei
liner bekannten Methode der genannten Art zur Wärmeruckgewinnung aus der Abluft
von Trocknern aus dem Chemiefaserberelch wird die dem Trockner zugefUhrte Frischluft
im Gegenstrom zur warmen Abluft Uber Röhren-Wärmeaustauscher vorgewärmt. Ferner
ist es kannt, in den kalten Jahreszeiten die warme Abluft fUr die Raumheizung auszunutzen.
Die Ausgangsbedingungen fUr die WärmerUckgewinnung
aus der Abluft
von Trocknern sind relativ schlecht, so daß die Bilanz der Wärmerückgewinnung unbefriedigend
ist. Mit dem bekannten Verfahren lassen sich allenfalls 20 ,~ des Wärmeinhalts der
Abluft nutzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad der Wärmeruckgewinnung
aus der wasserdampfhaltigen Abluft von Trocknern wesentlich zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als kälteres
Medium durchlaufendes Nutzwasser verwendet wird, daß das Nutzwasser durch Umpumpen
der mehrfachen Durchlaufmenge verrieselt wird, daß die Verrieselung mindestens zweistufig
durchgef wird und daß die Abluft durch direkten Kontakt mit dem verrieselten Wasser
abgekühlt wird und der in der Abluft enthaltende Wasserdampf an den Oberflächen
der Wasserfäden kondensiert.
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Mit Hilfe dieses Verfahrens läßt sich nicht nur die freie Wärme der
Abluft nutzen sondern insbesondere auch die an den Wasserdampf gebundene latente
Wärme, denn der Wasserdampf kann an der kalten Oberfläche der durch die Verrleselung
entstehenden Wasserfäden kondensieren und gibt die dabei freiwerdende Kondensationswärme
an das Wasser ab. Durch das kaskadenartige Verrieseln sowie das zusätzliche Umpumpen
der an sich begrenzten Durchlaufmenge des Nutzwasser kann eine extrem große Wasseroberfläche
innerhalb der verschiedenen Temperaturstufen erzielt werden,von
der
sowohl die freie Wärme der Abluft als auch die Kondensationswärme des in dieser
enthaltenen Wasserdampfes sehr intensiv auf genommen werden kann. Bei Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich bis zu 90 % der in der Abluft enthaltenen
nutzbaren Wärmeenergie zurückgewinnen.
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Yorzugsweise wird als kälteres Medium solches Wasser verwendet, in
in demselben Produktionsprozeß in erwärmter Form bendtigt wird0 Dadurch ist es möglich,
die rückgewonnene Wärmeenergie nahezu verlustlos wieder in den Produktionsprozeß
einzufUhreng Zweckmäßig wird die Abluft im Gegenstrom zu dem verrieselten Nutzwasser
geführt. Dadurch wird gew#hrleistet, daß in Jeder Phase eine ausreichende Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Medien vorhanden ist.
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Nachdem die Ab luft durch Wärmeaustausch abgekühlt und auf Grund der
an den Oberflächen der Wasserfäden stattfindenden Kondensation des Wasserdampfes
getrocknet ist, kann sie dem Trockner alß Trocknungsluft wieder zugeführt werden.
Die relativ trockene Abluft weist gegenüber Frischluft eine wesentlich höhere Temperatur
auf, so daß durch die Verwendung der Abluft als Trocknungsluft zusätzlich Wärmeenergie
im Bereich des Trockners eingespart werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist
gekennzeichnet durch einen turmartigen Absorberbehälter, mindestens zwei in dem
Behälter in Abständen übereinander angeordneten Verrieselungseinrichtungen, einen
Kaltwasserzulauf zu der oberen Verrieselungseinrichtung, einen Auffangbereich im
unteren Teil des Behälters zum Sammeln des verrieselten Wassers, eine oberhalb des
Auffangsbereichs aber unterhalb der unteren Verrieselungseinrichtung in den Behälter
mündende Abluftleitung des ITrockners, eine Warmwasserauslaßleitung aus den Auffangbereich
des Behälters, eine mit einer Umwälzpumpe versehene Verbindungsleitung, die vom
Auffangbereich des Behälters ausgeht und in die untere Verrieselungseinrichtung
mündet, sowie einen oberhalb der oberen Verrieselungseinrichtung aus dem Behälter
herausgeführten Abluftauslaß.
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Zur intensiveren Wärme ausnutzung kann zwischen der oberen und unteren
Verrieselungseinrichtung zusätzlich noch mindestens eine mittlere Verrieselungseinrichtung
angeordnet sein. Dadurch wird nicht nur eine bessere Abstufung der Temperaturbereiche
sondern auch eine Vergrößerung der Wasseroberfläche erreicht.
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Bei Anwendung von mindestens einer mittleren Verrieselungseinrichtung
ist zweckmäßig eine unterhalb der mittleren VerrieseluEpt einrichtung angeordnete,
nur einen Teil des Behälterquerschnitts ausfüllende Zwischenauffangeinrichtung vorgesehen,
von der eine
mit einer Umwälzpumpe versehene Verbindungsleitung
ausgeht, die in die mittlere Verrieselungseinrichtung mündet. Auf diese Weise kann
auch im mittleren Bereich eine Vervielfachung der Durchlaufmenge und damit eine
erhebliche Vergrößerung der Wasseroberfldche erzielt werden. Die Auffangeinrichtung
kann dabei aus einem in geringem Abstand oberhalb der unteren Verrieselungßeinrichtung
angeordneten ringförmigen Vorlagegefäß bestehen.
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Als Verrieselungseinrichtungen eignen sich insbesondere Siebe.
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Wenn die ArBeitsbedingungen so liegen, daß die Abluft einen relativ
großen Gegendruck zu überwinden hat, kann ein dem Abluft einlaß vorgeschaltetes
vertikales Fallrohr vorgesehen sein, in dessen oberen Bereich eine aus dem Auffangbereich
des Absorberbehälters-gespeiste Verrieselungseinrichtung angeordnet ist, wo durch
ein Strahlpumpeneffekt erzeugt wird.
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Wenn die abgektihlte und ausgetrocknete Abluft dem Trockner wieder
zugeführt werden soll, so schließt sich zweckmäßig an den Abluft auslaß eine Rückführungsleitung
zu dem Trockner an.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beirpielsweive veranschaulicht
und im nachstehenden im einzelnen an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Absorberturm, der in den Ab luftweg eines
Trockners geschaltet ist, und
Fig. 2 in vergrdßerter Darstellung
eine andere Ausführungsform eines Absorberturms Nach Fig. 1 der Zeichnung wird einem
turmartigen Absorberbeh#lter 1 über eine Zuleitung 2 die wasserdampfhaltige warme
Abluft eines Chemiefasertrockners 2a zugeführt.
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Der Absorberbehälter 1 ist zweistufig ausgebildet und weist im oberen
Bereich Jeder Stufe eine als Siebboden 3 bzw. 4 ausgebildete Verrieselungseinrichtung
auf. Der obere Siebboden ist mit einem Kaltwasserzulauf 5 verbunden und löst das
zuströmende Kaltwasser in eine Vielzahl feiner Wasserfäden auf, die eine sehr große
Oberfläche bilden. Die Wasserfäden, die sich in ihrem unteren Abschnitt auf Grund
der Beschleunigung in einzelne Tropfen auflösen, treffen auf einer sich über den
mittleren Bereich des Siebbodens erstreckenden, nach oben gewölbten Abdeckung 4a
auf und laufen zum Randbereich des Siebbodens 4 ab, von wo aus sie den Siebboden
in Form von feinen Wasserfäden wieder verlassen.
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Die zuströmende Kaltwassermenge, die einer benötigten Menge für den
Produktionsprozeß entspricht, reicht in der Regel nicht aus, um bei einmaligem Durchströmen
des Absorberbehälters die für den Wärmetibergang erforderliche Oberfläche auszubilden.
Daher wird das Wasser, bevor es den Absorberbehälter erwärmt verläßt, in einem unteren
Auffangbereich 6 gesammelt und dann über eine Verbindungsleitung 7 mit Hilfe einer
Pumpe 8 auf den unteren Siebboden
4 gepumpt, wo es erneut verrieselt
wird und sich im Randbereich des Siebbodens 4 mit dem aus dem oberen Siebboden 3
kommenden Wasser mischt. Die Förderleistung der Pumpe 8 entspricht etwa der 10-!achen
Durchsatzmenge des Nutzwassers. Dadurch ist es möglich, trotz eines relativ geringen
Gesamtdurcbsatzes durch den Absorberbehälter 1 in diesem selbst eine extrem große
Wasseroberfläche zu erzeugen.
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#ie Zul#itung 2 für die aus dem Trockner 2a kommende Abluft mündet
in einem kurzen Abstand oberhalb des unteren Autfangbereichs 6 von der Seite her
in den mittleren Bereich des Absorberbehälters 1, so daß die warme, wasserdampfhaltige
Abluft von unter nach oben im Gegenstrom mit den durch den Siebboden 4 gebildeten
Wasserfäden in Berührung kommt, und zwar zunächst mit den wärmeren Wasserfäden des
mittleren Bereichs und dann mit den kälteren Wasserfäden des äußeren Bereichs. Anschließend
er folgt ein Wärmeaustausch mit den noch kälteren, aus dem oberen Siebboden 3 kommenden
Wasserfäden. Nach dem Durchströmen des Absorberbehälters 1 gelangt die Abluft durch
einen am oberen Ende des Absorberbehälters 1 vorgesehene Abluftauslaß 9 ins Freie
Alternativ kann die Abluft jedoch auch über eine Ruckführungsleitung 10, die an
den Abluftauslaß 9 anggeschlossen wird, in den Trockner 2a zurückgefuhrt werden.
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Die Arbeitsweise der Anlage geht wie folgt vor sich:
In
dem Trockner werden Chemiefasern, beispielsweise aus Zellulose, getrocknet, die
dem Trockner mit einem Wassergehalt von 100 bis 170 96 zugeführt werden. Zur Trocknung
müssen pro Kilogramm konditionierter Faser je nach Wassergehalt zwischen 900 und
1700 Kcal aufgewandt werden. 60 bis 80 96 dieser Wärmemenge wird dabei mit der Abluft
abgeführt, während der Rest unkontrolliert entweicht.
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Die gesamte Abluftmenge, die bei handelsüblichen Trocknern bei einer
Trocknungskapazität von ca. 20 t/Tag 10000-14000 Nm3/h beträgt, eine Temperatur
von ca. 850C aufweist und einen Wassergehalt von 80 bis 90 g/Nm3 hat, gelangt über
die Zuleitung 2 in den unteren Bereich des Absorberbehälters 1. Nachdem die Abluft
den größten Teil ihrer Wärme an das in dem Absorberbehälter 1 verrieselte Wasser
abgegeben hat, hat sie am Abluftauslaß 9 noch eine Temperatur von etwa 30 0C und
einen Wassergehalt von 20 g/Nm3. Da unter normalen atmosphärischen Bedingungen diese
Abluft bei relativ guter Trockenheit wesentlich wärmer als die Luft aus der Umgebung
ist, wird die den Abluftauslaß 9 verlassende Abluft über die Rückführungsleitung
10 in den Trockner 2a zurückgeführt.
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Wenn der Trockner 2a dagegen mit Frischluft beschickt werden soll,
so geschieht dieses über einen gesonderten Zuführungsstutzen 11.
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Als Nutzwasser, welches durch die Abluft erwärmt werden soll, bietet
sich beispielsweise in der Zellulosefaser-Produktion daß Weichwasser an, das in
der Fasertrocknung vorgeschalteten Faserwäsche mit einer Temperatur von 50 bis 70
0C benötigt wird.
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Dieses Weichwasser wird mit ca. 10-15°C von den Ionenaustauschern
kommend dem Absorberbehälter 1 zu Verfügung gestellt und über den Kaltwasserzulauf
5 dem oberen Siebboden 3 zugeführt.
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Dort wird es durch den oberen, im Querschnitt schmaleren Teil des
Absorberbehälters 1 verrieselt und wird dort anschließend durch den Sjebboden 4
gemeinsam mit dem durch die Verbindungsleitung 7 umgepumpten Wassers erneut durch
den unteren, im Qúerschnitt breiteren Teil des Absorberbehälters erneut verrleseltQ
Das erwärmte Nutzwasser, das sich im unteres Auffangbereich 6 des Absorberbehälters
1 sammelt, wird über einen Auslaß 12 wieder dem Produktionsprozeß zugeführt.
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Der in Fig. 2 dargestellte Absorberbehälter 20 ist ähnlich auS-gebaut
wie der Absorberbehälter 1 gemäfl Fig. 1, Jedoch weist dieser Behälter eine dreistufige
Verrieselung auf. Die obere Verrieselungseinrichtung 21 sowie die untere Verrieselungseinrichtung
22 sind genau so ausgebildet wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel,
so daß auf eine erneute Beschrel1 bung verzichtet werden kann.
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Zu der mittleren Verrieselungseinrichtung 23 gehört wiederum ein Siebboden
24, der das aus der oberen Verrieselungseinrichtung 21
kommende
Wasser auffängt. Das durch den Siebboden 24 der mittleren Verrieselungseinrichtung
23 verrieselte Wasser wird in einem in geringem Abstand oberhalb der unteren Verrieselungs
einrichtung 22 angeordneten, ringförmigen Vorlagegefäß 25, dessen äußere Wand durch
die Behälterinnenwand gebildet ist, aufgefangen und teilweise über eine Verbindungsleitung
26 mit Hilfe einer Pumpe 27 dem Siebboden 24 wieder zugeführt. Dadurch kann auch
bereits in der mittleren Verrieselungsstufe eine Wassermenge durchgesetzt werden,
die wesentlich größer ist als die Menge des zulaufenden Kaltwassers.
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Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist dem Ablufteinlaß 28 ein
ein vertikales Fallrohr 29 vorgeschaltet, das von der vom Trockner ner kommenden
Abluft von oben nach unten durchströmt wird. Im oberen Bereich dieses Fallrohrs
29 ist eine Verrieselungseinrichtung 30 angeordnet, die über eine Zuleitung 31 aus
dem unteren Auffangbereich des Absorberbehälters 20 gespeist wird, Dabei entsteht
in dem Fallrohr 29 ein Strahlpumpeneffekt; so daß die dem Absorberbehälter 20 zugeführte
Abluft einen zu überwindenden Gegendruck leichter überwinden kann.
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Der Wärmeaustausch in dem zweiten Absorberbehälter 20 ist in seinem
Wirkungsgrad, insbesondere im Hinblick auf die Mehr.
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stufigkeit der Verrieselung, noch etwas besser als bei dem in Fig.
1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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