DE3345235A1

DE3345235A1 - Fliessbett mit einer waermetauscher-anordnung

Info

Publication number: DE3345235A1
Application number: DE19833345235
Authority: DE
Inventors: Friedrich 8990 Lindau Curtius; Gerd 7981 Berg Florin
Original assignee: Sulzer Escher Wyss 7980 Ravensburg GmbH; Sulzer Escher Wyss GmbH; Escher Wyss GmbH
Current assignee: CURTIUS, FRIEDRICH, DIPL.-ING., 8990 LINDAU, DE
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1985-06-20

Description

ESCHER WYSS GMBH, RAVENSBURG (DEUTSCHLAND)

Fliessbett mit einer Wärmetauscher-Anordnung

Die Erfindung betrifft ein Fliessbett, welches in überwiegend vertikaler Richtung nach oben von einem Trägergas und im wesentlichen in horizontaler Richtung von einem durch das Trägergas fluidisierten Material durchströmt wird, und welches eine wenigstens teilweise innerhalb der Schicht des fluidisierten Materials vorgesehene Wärmetauscher-Anordnung aufweist, die vorwiegend horizontale, in mehreren in Strömungsrichtung gegeneinander versetzte Lagen von Wärmetauscher-Rohren umfasst.

Fliessbetten werden zur gleichmässigen, schnellen und effizienten Trocknung oder Kühlung körniger Materialien verwendet, beispielsweise von anorganischen Materialien, wie Salzen oder Kohle, oder auch von körnigen Lebensmitteln oder Futtermitteln. Dabei hat sich eine Anordnung mit horizontaler Strömungsrichtung des Materials und davon unabhängiger vertikaler Strömung des Trägerorgans als besonders anpassungsfähig an verschiedene Materialien und ümgebungsbedingungen und als besonders vorteilhaft erwiesen. Als Trägergas wird dabei je nach den Umständen Luft, Dampf, Rauchgas oder Inertgas verwendet.

Um eine gute Trocknung zu erreichen, wird bei dem in US 3 768 174 beschriebenen Fliessbett das zugeführte Trägergas vorher erhitzt und die zur Trocknung notwendige Wärme vom Trägergas auf das fluidisierte Material übertragen. Der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung ist dabei relativ schlecht und der Energieaufwand deshalb erheblich, obwohl ein Teil der mit dem Trägergas abgeführten Energie durch Rezirkulation des Trägerqases wieder verwendet werden kann.

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Zur Verbesserung des Wirkungsgrades und der Wärmeübertragung sind in dem in US 4 304 049 beschriebenen Fliessbett in der fluidisierten Schicht plattenförmiqe, von einem Heizmittel durchströmte Wärmetauscher vorgesehen. Jedoch ist auch hier die Wärmeübertragung nicht optimal, und zudem wird die Strömung des Materials durch die Wärmetauscher-Platten behindert.

Als besonders günstig hat sich in der Praxis die Ausbildunq des Wärmetauschers als System von horizontalen Rohren erwiesen, die in mehreren Laqen übereinander, jedoch in Strömungsrichtung des Materials gegeneinander versetzt angeordnet und von einem Heizmittel oder Kühlmittel durchströmt sind. Am Beispiel eines Fliessbettes vom Typ Escher Wyss FKW 1200 ist dies in den Escher-Wvss-Mitteilungen, Band 49 (1976), Seite 4, Bild 5, dargestellt. Bei einem Fliessbett dieser Art ist zwar eine gleichmässige Strömung des Materials bei gleichzeitig guter Wärmeübertragung gewährleistet, jedoch erreicht der Wärmeubertragungsqrad immer noch nicht den bestmöglichen Wert.

Die Erfindunq setzt sich die Aufgabe, die erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere ein Fliessbett mit einer Wärmeaustauscher-Anordnung zu schaffen, bei dem eine verbesserte Wärmeübertragung vom Wärmetauscher zum fluidisierten Material, bzw. umgekehrt, erreicht wird, wobei die Strömung des fluidisierten Materials und des Trägergases möglichst gleichmassig erfolgt.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wärmetauscher-Rohre wenigstens teilweise und zumindest an einer Seite flossenartige, wärmeleitende Fortsätze aufweisen, welche mit einer überwiegenden Richtungskomponente parallel zur Strömung des Trägergases,

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jedoch quer zur Strömung des fluidisierten Materials ausgerichtet sind.

Zweckmässigerweise sind solche flossenarticren Fortsätze auf beiden Seiten, d.h. oben und unten an den Wärmetauscher-Rohren vorgesehen.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn sich die flossenartigen Fortsätze einer Lage von Wärmetauscher-Rohren mit denen der darüber und darunter liegenden Lage von gegen die erste Lage versetzten Wärmetauscher-Rohren ein wenig überlappen.

Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass der vertikal gerichtete Trägergas-Strom möglichst wenig behindert wird, dass jedoch das Material und das Gas mit einer viel grösseren Fläche in Berührung kommt, ohne dabei den Produktfluss zu behindern, wodurch eine besonders gute Wärmeübertragung erreicht wird.

Die Erfindung , sowie zweckmässige und vorteilhafte Weiterbildungen derselben werden anhand der in den
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Fliessbett in schematischer Darstellung.

Fig. 2 zeigt die Wärmetauscher-Anordnung dieses
Fliessbettes in Perspektive.

Fig.3-5 zeigt verschiedene Wärmetauscher-Anordnungen im Schnitt.

Das in Fig. 1 dargestellte Fliessbett besteht aus einem kastenförmigen Gehäuse 1 mit einem Materialeintrag 2 an einer Seite und einem als Ueberlauf ausgebildeten Materialaustrag 3 an der entgegengesetzten Seite.

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An der Unterseite des Gehäuses 1 sind Einlassöffnungen 4 und an der Oberseite des Gehäuses Auslassöffnungen 5 für das Trägergas vorgesehen. Im unteren Teil des Gehäuses 1 befindet sich ein für das Trägergas durchlässiger, für die Material-Partikel jedoch undurchlässiger Anströmboden 6, der vom Trägergas in vorzugsweise vertikaler Richtung durchströmt wird. Der Trägergasstrom ist so bemessen und auf das eingebrachte Material abgestimmt, dass die Partikel des Materiales vom Trägergas in der Schwebe gehalten und eine fluidisierte Schicht bilden. Innerhalb dieser fluidisierten Schicht 7 wandert das durch den Einlass 2 zugeführte Material langsam in Richtung zum Ueberlauf des Auslasses 3 und wird während dieser Durchströmungszeit getrocknet bzw. gekühlt. Hierdurch wird die Wärmeaustauschfläche vergrössert, ohne die Fluidisierung zu behindern. Die Rippendicke und die Rippenhöhe stehen entsprechend der Wärmeleitung des Rippenwerkstoffes in einem bestimmten Verhältnis .

Innerhalb der fluidisierten Schicht 7 ist eine Wärmetauscher-Anordnung 8 vorgesehen, welche etwa vom Anströmboden 6 bis zur maximalen Höhe 9 der fluidisierten Schicht 8, oder ein wenig darüber hinaus reicht.

Wie in Fig. 2 in grösserem Massstab und in Perspektive dargestellt, besteht diese Wärmetauscher-Anordnung aus mehreren horizontalen Lagen L-j, L2, L3 ... von quer zum Gasstrom G liegenden Wärmetauscher-Rohren 10. Dabei sind die Rohre der in Material-Strömungsrichtung M hintereinander liegenden Reihen R-j , R2, R3 gegeneinander versetzt. An ihrer Oberseite und Unterseite tragen diese Rohre 10 parallel zur Trägergas-Strömung G ausgerichtete flossenartige Fortsätze 11, 12. Wärmetauscher-Rohre 10 und Flossen 11, 12 sind zweckmässigerweise aus einem wärmeleitenden Material ausgeführt,

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beispielsweise aus Stahl. Die Flossen 11, 12 können sich über die ganze Länge der Rohre 10 erstrecken oder nur über einen Teil derselben. Wie an der oberen Flossenreihe 11 gezeigt, können die Flossen auch aus einzelnen Teilen mit dazwischenliegenden Unterbrechungen 20, 21 bestehen, wobei diese Unterbrechungen 20, 21 bei hintereinander liegenden Reihen R-|, R3 gegeneinander versetzt sein können. An den Enden können die Wärmetauscher-Rohre 10 mit einem benachbarten Rohr verbunden sein und Schleifen 13 bilden, so dass die Rohre hintereinander vom Heizmittel bzw. Kühlmittel durchflossen werden können.

Fig. 3 zeigt die gleiche Wärmetauscher-Anordnung im Schnitt, wobei die Bezeichnungen mit denen der vorgehenden Figuren übereinstimmen. In dem dargestellten Beispiel sind der Vertikal-Abstand d-j von Wärmetauscher-Rohren 10 zweier benachbarter horizontaler Lagen L-], L2 und der Abstand d£ zweier benachbarter vertikaler Reihen R-, R2 von Wärmetauscher-Rohren 10 in Richtung der Material-Strömung M gleich geblieben. Die Höhe f der Rippe konnte bei gleicher Rippendicke grosser gewählt werden, da die Rippe aus einem besser leitenden Werkstoff, z.B. Kupfer, gefertigt ist, so dass mit dem Wärmetauscher noch mehr Wärme übertragen werden kann, ohne eine erhöhte Energie zum Fluidisieren zu benötigen.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel eines Fliessbettes zur Trocknung von Kohle mit 8 m Länge und 2,5 m Breite, d.h. einer Grundfläche von 20 m^ und einer Höhe der fluidisierten Schicht von 2,5 m wurde eine Wärmetauscher-Anordnung aus Wärmetauscher-Stahlrohren von 20 mm Aussendurchmesser und 2 mm Wandstärke verwendet, wobei der Horizontalabstand d-j der Rohre 50 mm betrug und der Abstand d₂ in Strömungsrichtung 30 mm.

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Die aus 3 mm dickem Stahl bestehenden flossenartigen Ansätze hatten eine Länge von 20 mm, so dass die Länge f vom Zentrum gemessen 30 mm betrug. Die Ueberlappung Δ f der Flossen beträgt in diesem Beispiel also 10 mm. Im Vergleich zu einer bisher verwendeten Wärmetauscher-Anordnung mit einem vertikalen Rohrabstand d-| von 30 mm und einem Abstand d₂ in Strömungsrichtung von 50 mm, jedoch mit Wärmetauscher-Rohren ohne flossenartige Ansätze ergab sich dabei bei gleichem Trocknungsgrad eine zusätzliche Wärmeübertragung von ca. 45 %.

Fig. 4 zeigt ein abgewandeltes Beispiel einer Wärmetauscher-Anordnung, bei der die Wärmetauscher-Rohre 10 nur an der Oberseite flossenartige Ansätze 14 tragen. Diese Anordnung hat sich als besonders sinnvoll bei Produkten mit hohem Schüttgewicht herausgestellt.

Es sei bemerkt, dass Abwandlungen der Anordnung im Rahmen des Erfindungsgedankens möglich sind. So zeigt Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Flossen 15,16 eine leichte Neigung oc von etwa 10° gegen die Horizontale aufweisen. Die vertikale Komponente der Ausrichtung der Flossen überwiegt hierbei immer noch deutlich. Damit wird erreicht, dass die Trägergas-Strömung G immer noch vorzugsweise in vertikaler Richtung verläuft, jedoch durch die Flossen 15,16 ein wenig in horizontaler Richtung abgelenkt wird. Auf diese Weise kann in besonders einfacher Art die Turbulenz im Bereich des Rohres und damit der Wärmeübergang erhöht werden.

Auch die Richtung der Wärmetauscher-Rohre 10 muss nicht exakt horizontal sein. Eine leichte Schrägstellung ist ohne Verlust der Vorteile möglich. Die Rohre müssen auch nicht genau gerade sein, sondern können eine leichte Krümmung aufweisen oder leicht gewunden sein. Wesentlich ist nur, dass die horizontale Richtungskomponente

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überwiegt. Das gleiche gilt im übrigen von der Form der flossenartigen Anordnungen. Ausserdem sind noch weitere Abwandlungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Der vorstehend beschriebene Erfindungsgedanke ist auch speziell dann anwendbar, wenn Wärme von einem heissen, eventuell verschmutzten Fluidisierungsgas über den beschriebenen Wärmetauscher auf einen Wärmeträger, z.B. Wasser, übertragen werden soll. Als Fluidisierungsgut kann dabei ein geeignetes Granulat oder rieselfähiges Feinkorn eingesetzt werden.

In diesem Fall ist es auch denkbar, dass die horizontalen Wärmetauscher-Rohre parallel zur Längsachse des Fliessbettes verlaufen.

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Claims

Patentansprüche

Fliessbett, welches in überwiegend vertikaler Richtung (G) nach oben von einem Trägergas und im wesentlichen in horizontaler Richtung (M) von einem durch das Trägergas fluidisierten Material durchströmt wird, und welches eine wenigstens teilweise innerhalb der Schicht (7) des fluidisierten Materials vorgesehene Wärmetauscher-Anordnung (8) aufweist, die vorwiegend horizontale,im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung (M) des fluidisierten Materials verlaufende, in mehreren in Strömungsrichtung (M) gegeneinander versetzte Lagen (L^, L2, L3 ...) von Wärmetauscher-Rohren (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Rohre (10) wenigstens teilweise und zumindest an einer Seite flossenartige, wärmeleitende Fortsätze (11, 12, 14, 15, 16) aufweisen, welche mit ihrer überwiegenden Richtungskomponente parallel zur Strömung (G) des Trägergases, jedoch quer zur Strömung (M) des fluidisierten Materials ausgerichtet sind.

Fliessbett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Rohre (10) sowohl an ihrer Oberseite als auch an ihrer Unterseite flossenartige Fortsätze (11, 12, 15, 16) aufweisen.

Fliessbett nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flossenartigen Fortsätze (11, 12) von in Strömungsrichtung (M) des Materials hintereinander liegenden Reihen (R₁, R2) von Wärmetauscher-Rohren (10) sich überlappen.

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4. Fliessbett nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zweier horizontaler Lagen (Lf, L₂) von Wärmetauscher-Rohren, in vertikaler Richtung gemessen, grosser ist, als der Abstand Cd₂) zweier benachbarter vertikaler Reihen (R., , R₂) von Wärmetauscher-Rohren (10) in Strömungsrichtung (M) des Mediums gemessen.

5. Fliessbett nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die flossenartigen Fortsätze (15, 16) eine bestimmte Neigung ( Od ) gegenüber der Vertikalebene aufweisen, so dass der Trägergasstrom (G¹) unter Beibehaltung einer überwiegend vertikalen Komponente etwas in horizontaler Richtung abgelenkt wird.

6. Fliessbett nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die flossenartigen Fortsätze (11) in Längsrichtung der Wärmetauscher-Rohre (10) Unterbrechungen (20, 21) aufweisen.

7. Fliessbett nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (20, 21) der flossenartigen Fortsätze (11) der Wärmeaustauscher-Rohre (10) zweier in Strömungsrxchtung (M) des Mediums hintereinander liegender Reihen (R-j , R₂) in Längsrichtung der Wärmeaustauscher-Rohre (10) gegeneinander versetzt sind.

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