DE3422333C2 - Isolierte Wärmekammer, insbesondere Hochtemperatur-Anlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine isolierte Wärmekammer, insbesondere für Hochtemperatur-Anlagen, mit einem Arbeitsraum, der durch eine Heizeinrichtung beheizbar ist. Es ist der Zweck der Erfindung, die Wärmekammer so auszugestalten, daß die Heizvorrichtung mit einer geringeren Übertemperatur betrieben werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß der Wärmekammer (1, 20, 34) wenigstens ein integrierter Wärmetauscher (2 bzw. 8, 24, 46, 47) zur inneren Übertragung der nicht ausgenutzten Wärme oder wenigstens ein integrierter Wärmespender zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmekammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wärmekammern dieser Bauart werden im Anlagenbau zum Zweck der Behandlung unterschiedlicher Materialien bzw. Stoffe benutzt. Allen Verwendungszwecken gemeinsam ist ein Arbeitsraum, in der Wärmekammer, der durch eine Heizeinrichtung beheizbar ist und in den die Behandlungen der Materialien bzw. Stoffe durchgeführt werden.

Um den Arbeitsraum insbesondere wirtschaftlich beheizen zu können, ist es notwendig, die Heizeinrichtung mit einer Übertemperatur zu fahren, die höher liegt als die Betriebstemperatur des Arbeitsraums. Die Höhe der Übertemperatur bzw. der Temperaturunterschied zwischen der Übertemperatur und der Betriebstemperatur ist von einer Vielzahl Faktoren abhängig. Einen Faktor stellt die wirksame Oberfläche der Heiz-

einrichtung dar, deren Größe jedoch nicht frei wählbar ist und von der Bauart bzw. dem Verwendungszweck der Wärmekammer abhängig ist. Einflußnehmend ist auch das Volumen des Arbeitsraums bzw. die Menge des aufzuheizenden Mediums, die bei sogenannten geschlossenen Wärmekammern zum Prüfen, Versuchen oder dergleichen und bei sogenannten offenen Wärmekammern, wie sie z. B. in Pyrolyseanlagen Verwendung finden, unterschiedlich ist und insbesondere bei letzteren durch den Durchsatz der zu behandelnden Materia-Iien bzw. Stoffe bestimmt ist Von wesentlicher Bedeutung ist der Tempc „turunterschied der zwischen der Betriebstemperatur des Arbeitsraums und der Temperatur besteht, die das im Arbeitsraum befindliche oder durch diesen hindurchgeführte Medium von vornherein aufweist.

Je niedriger die zuletzt genannte Temperatur ist, um so größer ist auch die von der Heizeinrichtung aufzubringende Wärmemenge und um so höher liegt die Übertemperatur, um die Arbeitskammer wirtschaftlich auf Betriebstemperatur zu erwärmen und zu halten.

Insbesondere bei Hochtemperatur-Anlagen sind der Übertemperatur durch die Warmfestigkeit der zu benutzenden Werkstoffe Grenzen gesetzt. Dabei ist die Tatsache zu berücksichtigen, daß bei hohen Temperaturen die Lebensdauer bzw. Standzeit der zu benutzenden Werkstoffe schon bei geringen Temperaturerhöhungen und verhältnismäßig stark abnimmt. Aus dieser Sachlage heraus stellen sich Probleme in Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der Wärmekammer. Die Materialien für die Heizeinrichtung und auch für andere Bauteile der Wärmekammer sind nämlich nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten auszuwählen, wobei Werkstoffe, die auch bei höheren Temperaturen einsetzbar sind, ausscheiden, weil z. B. die Standzeit zu niedrig oder die Kosten zu hoch sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmekammer der eingangs bezeichneten Gattung so auszugestalten, daß die Heizvorrichtung mit einer verhältnismäßig gerigen Temperatur betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgt eine interne Vorwärmung der Wärmekammer, des Arbeitsraums bzw. des sich darin befindlichen Mediums, so daß die Heizeinrichtung eine geringere Wärmemenge aufzubringen hat, um den Arbeitsraum auf Betriebstemperatur zu bringen bzw. zu halten. Infolgedessen kann die Heizeinrichtung mit einer niedrigeren Übertemperatur betrieben werden. Hierduich kann die Lebensdauer bzw. Standzeit der zu benutzenden Heizelemente ganz erheblich verlängert werden, weil — wie schon erwähnt — insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen schon eine geringe Temperatursenkung der Übertjmperatur zu einer im Verhältnis überproportionalen Verlängerung der Lebensdauer bzw. Standzeit führt. Die Vorwärmung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die in der Wärmekammer nicht ausgenutzte Wärme mittels eines integrierten Wärmeaustauschers dem Medium übertragen wird, oder der Wärmekammer ein integrierter Wärmespender zugeordnet wird, dessen Wärme dem Arbeitsraum bzw. dem darin befindlichen Medium zukommt.

Gemäß Anspruch 2 wird der Wärmespender mit einer Betriebstemperatur betrieben, die geringer ist als die Übertemperatur der Heizeinrichtung. Dies führt zu dem Vorteil, daß als Wärmespender wenigstens ein Heizelement bei niedriger Betriebstemperatur eingesetzt werden kann, dem sich die vorbeschriebenen Probleme der Heizeinrichtung beim Wärniespender nicht stellen. Eiri Wärmespender niedrigerer Betriebstemperatur ist außerhalb des Arbeitsraumes, bevorzugt außerhalb der Isolierung, anzuordnen.

Auch die Anordnung eines Wärmespenders nach Anspruch 2 führt zu einer Verbesserung der vorbeschriebenen Funktionsbedingungen für die Heizeinrichtung, so daß die Lebensdauer der zu benutzenden Heizelemente erheblich verlängert wird und metallische Heizleiter gemäß Anspruch 9 eingesetzt werden können, die sich einfach integrieren lassen, wirksam sind und einfach und wirksam geregelt werden können.

Es ist zwar schon bekannt, bei einer Pyrolyseanlage das der Wärmekammer zuzuführende Medium (Trägerbzw. Reaktionsgas) in einem außerhalb der Wärmekammer angeordneten Wärmetauscher zu erwärmen, und zwar durch ein gesondertes Medium Bei dieser Ausgestaltung kann die im Bereich der Arbeitskammer ungenutzte Wärme nicht ausgenutzt werden. Im Gegenteil, es ist zuzüglich mit einen; Vv'ärmeverlust zu rechnen, der durch den gesondert angeordneten Wärmetauscherund die Verbindungsleitung vorgegeben ist. Darüber hinaus bedarf es eines besonderen Drurkgehäuses für den gesonderten Wärmetauscher.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 betrifft eine Wärmekammer, durch die ein strömendes Medium geführt ist oder die von einem strömenden Medium umspült ist, z. B. zum Zweck einer Beheizung oder in gasförmigem Zustand als Träger- bzw. Reaktionsgas, wie es in Pyrolyseanlagen der Fall ist. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, daß eine vorerwähnte Beheizung des Arbeitsraumes durch das strömende Medium (Gasheizung) die im Anspruch 1 angeführte Heizeinrichtung ersetzen oder parallel angeordnet sein kann. Die Vorwärmung erfolgt hier durch den Wärmeaustausch des dem Arbeitsraum abgeführten Mediums mit dem zuzuführenden Medium.

Im Anspruch 4 ist eine Variante eines Wärmetauschers enthalten. Die Wärmeübertragung erfolgt hier durch das Vorbeistreichen des zuzuführenden Mediums an aer Außenseite einer den Arbeitsraum begrenzenden Wand oder Isolierung.

Gemäß Anspruch 6 wird auf bekannte Maßnahmen zurückgegriffen, nämlich spiralförmige Strömungsleitungen, um große Kontaktflächen und somit einen intensiven Wärmeaustausch zu erhalten.

Anspruch 7 bezieht sich auf eine vorteilhafte Anordnung des Wärmetauschers, die eine gute Ausnutzung der zur Verfugung stehenden ungenutzten Wärme ermöglicht, die radiel auswärts vom Arbeitsraum vorliegt.

Die Ausführung nach Anspruch 8 ermöglicht den Ei.isaiz der Wärmekammer für Hochdruck-Anlagen, wie beispielsweise Pyrolyseanlagen zur Verarbeitung von Kohle.

Im Rahmen der Erfindung sind eine Vielzahl von Ausgestaltungen Ozw. Bauarten von Wärmespendern möglich. Der Wämiespender kann in vorteilhafter Weise zum Beispiel durch eine Induktionsheizung gebildet sein, die in der Wärmekammer oder am Gehäuse der Wärmekammer angeordnet sein kann.

Es ist auch möglich, Wärmespender durch einen Wärmeaustauscher zu bilden, der parallel als zweiter Wärmetauscher zum Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder auch für sich allein angeordnet sein kann.

Gemäß Anspruch 10 besteht der Wärmespender aus einem Wärmetauscher, der durch das Gehäuse gebildet

wird. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß eine große Kontaktfläche zur Verfugung steht, die eine intensive Wärmeübertragung ermöglicht und an einer Position angeordnet ist, die die äußere Grenze der Wärmekammer darstellt, so daß der Wärmeaustausch eine nur geringe, vernachlässigbare Kühlwirkung auf den Arbeitsraum hervorruft.

Darüber hinaus ermöglicht die Ausgestaltung nach Anspruch 11 nicht nur eine Kühlung des Gehäuses, so daß auch bei hohen Temperaturen dessen Festigkeit gewährleistet ist, sondern sie ermöglicht es auch, das Gehäuse selbst und die Wärmekammer bei Inbetriebnahme vorzuwärmen. Außerdem wird durch diese Ausgestaltung insb(.:ondere beim Inbetriebnehmen der Wärmekammer, nämlich beim Vorwärmen, Kondensatbildung vermieden. Die durch den Anspruch 11 erreichbaren Vorteile ergeben sich auch unabhängig von der Ausgestaltung nach Anspruch 1, so daß dem Anspruch ii selbständige erfinderische Bedeutung zuzumessen ist.

Gemäß Anspruch 12 wird das Gehäuse mittelbar durch einen Mantel temperiert bzw. gekühlt, der das Gehäuse umgibt oder auch an der Innenseite des Gehäuses angeordnet sein könnte. Hierdurch wird eine Schwächung des Gehäuses durch in der Wand des Gehäuses verlaufenden Strömungskanäle vermieden.

Die im Anspruch 13 enthaltenen Ausbildungen sind vorteilhafte Beispiele zur Verwirklichung des Kreislaufs für ein Wärmeträgermedium.

Die Ausgestaltung nach Anspruch !5 ermöglicht eine progressive Vorwärmung des den Wärmetauscher durchströmenden Mediums, wobei aufgrund der S-förmigen Auslegung der Strömungsleitungen bzw. -querschnitte große Kontaktflächen verwirklicht werden können.

Aufgrund der S-förmigen Auslegung, bei der benachbarte Strömungsleitungen bzw -querschnitte dicht aneinander liegen, erfolgt auch eine Wärmeübertragung von Strömungsleitung bzw. -querschnitt zur Strömungsleitung bzw. -querschnittpunkt. Insbesondere bei langsam strömenden Medien macht sich bei dieser Ausgestaltung eine wirksame Wärmeübertragung bemerkbar.

Außerdem umfaßt diese Ausgestaltung ringförmige Strömungsquerschnitte, die durch ringförmige Leitbleche preiswert herzustellen und leicht in die Wärmekammer zu integrieren sind.

Die Ausbildung nach Anspruch 16 dient dem Zweck, Temperaturunterschiede in den Strömungsleitungen bzw. -querschnitten auszugleichen. Dies erfolgt in den Ausgleichskamnwrn vergrößerten Volumens, die bevorzugt ringförmig ausgebildet sind und somit in einfacher Weise mit allen Strömungsleitungen bzw. -querschnitten verbunden werden können.

Wenn zwischen der Arbeitskammer und dem Gehäuse eine Isolierung gemäß Anspruch 17 angeordnet ist. eignet sich die Arbeitskammer für Hochtemperatur-Anlagen, wobei die Isolierung so zu bemessen ist, daß die Festigkeit des Gehäuses gewährleistet ist. Beim Vorhandensein einer Gehäusekühlung gemäß den Ansprüchen 11 bis 13 kann die innere Isolierung entsprechend geringer bemessen werden. Dabei ist natürlich zu berücksichtigen, daß eine geringe innere isolierung die Betriebstemperatur im Arbeitsraum verringert.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 18 empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die Heizeinrichtung eine Mantelheizung ist, die den Arbeitsraum umgibt. Bei dieser Ausgestaltung kann die Heizeinrichtung den Arbeitsraum intensiv beheizen, wobei aufgrund der Isolierung der größte Teil der erzeugten Wärme im Arbeitsraum verbleibt.

Die Ausführungsform nach Anspruch 20 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Gehäuse gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 zwecks Temperierung des Gehäuses ausgebildet ist. In diesem Falle wird dem zum Arbeitsraum zuzuführenden Medium von zwei Seiten Wärme übertragen, nämlich innenseitig vom Arbeitsraum her und außenseitig vom Gehäuse her. Darüber hinaus läßt sich unabhängig von den vorgenannten Merkmalen die Isolierung einfach anordnen, weil die Strömungsleitung bzw. der Strömungsquerschnitt nahe an der Innenwand des Gehäuses liegt und deshalb der Isolierung ein großer Freiraum zur Verfügung steht.

Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß die Verwendung des im Anspruch 19 angegebenen Iscüerjugsmateriais vorteilhaft ist, das hervorragende Isolierungseigenschaften hat. Dieses Isolierungsmaterial ist zwar empfindlich gegen Feuchtigkeit, jedoch ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung den Einsatz dieses Isolierungsmaterials, weil — wie schon angeführt — Kondenswasserbildung verhindert wird.

Die im Anspruch 21 enthaltene Maßnahme dient der außenseitigen Isolierung der Wärmekammer.

GemL'i Anspruch 22 ist die Wärmekammer ein Pyrolyse-Reaktor mit Strömungsleitungen bzw. ringförmigen Strömungsquerschnitten, die bevorzugt von oben in den Arbeitsraum münden Nachfolgend werden drei Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand einer vereinfachten Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Wärmekammer im lotrechten Querschnitt für allgemeine Versuchs- und Prüfzwecke;

Fig. 2 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Wärmekammer im lotrechten Querschnitt zur Behandlung von Werkstücken oder Stoffen mit Gasen;

Fig. 3 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Pyrolyse-Anlage im lotrechten Querschnitt.

Die in Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete Wärmekammer besteht aus einem Gehäuse 2, in dem sich ein Arbeitsraum 3 befindet, der von sechs inneren Wänden 4 umgeben ist, von denen sich wenigstens eine als Tür öffnen läßt. In den die Seiten bildenden Wänden 4 ist eine andeutungsweise dargestellte Heizeinrichtung 5 mit elektrisch erwärmbaren Heizstäben 6 integriert, mit der der Arbeitsraum 3 auf die. gewünschte Betriebstemperatur erwärmt und auf dieser Temperatur gehalten werden kann. Der sich zwischen dem Gehäuse .i und den Wänden 4 erstreckende Freiraum ist durch eine Isolierung 7 ausgefüllt, die in bevorzugter Ausgestaltung ein Fasergemisch aus Saffilfasern ist. Außen trägt das Gehäuse 2 allseitig einen Hohlmantel 8, der einen oberen und einen unteren Anschlußstutzen 9 aufweist. Im Hohlmantel 8 befindet sich ein Thermoöl, das mittels der Anschlußstutzen 9 an einen Kreislauf angeschlossen ist und umgewälzt wird. Der Hohlmantel 8 ist allseitig durch eine Isolierung 11 isoliert, die andeutungsweise dargestellt ist.

Im Betrieb erzeugt die Heizeinrichtung 5 im Arbeitsraum 3 eine Betriebstemperatur von beispielsweise 900° C, wobei die Heizstäbe 6 auf eine etwas höhere Übertemperatur erwärmt werden, damit die gewünschte Betriebstemperatur im Arbeitsraum 3 erreicht werden kann.
Dem im Hohlmantel 8 zirkulierenden Ölkreislauf 12

ist eine nicht dargestellte Heiz- und Kühlvorrichtung zugeordnet, die dafür sorgt, daß das Thermoöl eine Temperatur von etwa 300⁰C beibehält. Bei der Inbetriebnahme dient der Ölkreislauf 12 somit zum Aufheizen der Wärmekammer L Im Betrieb der Wärmekammer 1 mit der wesentlich höheren Betriebstemperatur schaltet der Ölkreislauf automatisch auf Kühlung um ur.d hält das Gehäuse auf der gewünschten Temperatur von etwa 300⁰C.

Die Temperierung bzw. Kühlung des Gehäuses durch den Ölkreislauf 12 ist aus mehreren Gründen vorteilhaft. Zunächst ist hierdurch ein Überhitzungsschutz für das Gehäuse 2 gewährleistet, was insbesondere bei Wärmekammern wichtig ist, in denen Hochdruck besteht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß insbesondere beim Aufheizen der Wärmekammer L aber auch während des Betriebs Kondensatbildung am Gehäuse 2 verhindert wird. Hierdurch wird es möglich, als innere isolierung 7 eine Faserisolierung aus Saffilfascrri, das heißt, reiner Al^j-Faser zu verwenden, die hervorragende Isolierungseigenschaften hat, jedoch gegen Feuchtigkeit empfindlich ist. Außerdem führt die Temperierung des Gehäuses 2zu dem wesentlichen Vorteil, daß aufgrund der Temperaturhaltung von 300⁰C, die wesentlich höher ist, als die normale Außentemperatur, die Heizeinrichtung 5 wesentlich unterstützt wird, so daß die von der Heizeinrichtung 5 erbrachte Wärme und die Übertemperatur niedriger ausgelegt werden können. Dies ist insbesondere bei hohen Temperaturen von wesentlicher Bedeutung, weil schon eine geringfügi^a Senkung der Temperatur, hier die Übertemperatur, zu einer wesentlichen Verlängerung der Lebensdauer der Heizelemente führen. Dies gilt im besonderen auch für metallische Heizleiter. Die vorbeschriebene Ausgestaltung ermöglicht es somit, bei Tür metallische Heizleiter an sich kritischen Betriebstemperaturen metallische Heizleiter zu verwenden, weil die Übertemperatur niedriger bemessen werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Temperierung des Gehäuses 2 besteht darin, daß eine maximale Kontaktfläche, nämlich die Innenwand 13 des Gehäuses 2 für den Wärmetausch zur Verfugung steht.

Darüber hinaus gibt es noch einen weiteren Vorteil, der darin besteht, den Ölkreislauf 12 zur Überwachung der an der Innenwand 13 wirksamen Temperaturen zu benutzen. Hierzu dient ein am Auslaufstutzen (oberer Anschlußstutzeri 9) angeordneter Temperaturfühler 14 oder auch ein am Einlaufstutzen (unterer Anschlußstutzen 9) angeordneter Temperaturfühler 15. Das Meßergebnis des oder der Temperaturfühler 14 oder 15 werden durch Leitungen 16 einer Auswerteeinrichtung 17 übertragen, die bei einer erhöhten Temperatur am Auslaufstutzen eine Anzeige irgendwelcher Art auslösen kann. Eine erhöhte Temperatur läßt auf eine beschädigte Stelle in der Isolierung 7 schließen.

Im Rahmen der Erfindung ist es gegebenenfalls auch möglich, auf eine Isolierung 7 zu verzichten. Bei einer solchen Ausgestaltung kann das Aufheizen der Wärmekammer 1 durch den Ölkreislauf 12 intensiver und somit schneller betrieben werden.

Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich vom vorbeschriebenen ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß durch den mit 21 bezeichneten Arbeitsraum kontinuierlich ein Gasstrom geleitet wird, der von oben in den Arbeitsraum 21 eintritt und durch eine Leitung 22 im Boden des Arbeitsraums 21 aus der Wärmekammer 20 herausgeführt wird. Mit dem vom Arbeitsraum 21 abgeführten Gasstrom wird je nach Strömungsgeschwindigkeit eine bedeutende ungenutzte Wärmemenge an die Umgebung abgegeben.

Es ist Zweck des zweiten Ausführungsbeispiels, diese ungenutzte Wärmemenge der Wärmekammer 20 wieder zuzuführen. Dies wird durch einen im Gehäuse 23 angeordneten Wärmetauscher 24 ermöglicht, den die Leitung 22 und eine Zuführungsleitung 25 für den Gasstrom durchqueren, wobei die ungenutzte Wärme dem zuzuführenden Gasstrom übertragen wird. Dieser tritt bei 26 aus dem Wärmetauscher 24 aus und strömt in einen durch die Außenwand der Isolierung 27 und der Innenwand des Gehäuses 23 ringförmigen Strömungsqueischnitt 28 nach oben und in den oben offenen Arbeitsraum 21 ein.

Beim zweiten Ausfuhrungsbeispiel wird die Heizeinrichtung 29 auf dreierlei Weise unterstützt, und zwar durch die nichtgenutzte Wärme, die dem zuzuführenden Gasstrom im Wärmetauscher 24 übertragen wird, die nicht genutzte Wärme, die den Gasstrom beim Vorbeistreichen an der Außenwand 30 der Isolierung 27 übertragen wird und durch die Wärme des Ölkreislaufs 12, die dem Gasstrom beim Vorbeistreichen an der Innenwand 31 des Gehäuses 23 übertragen wird. Infolgedessen kann die Übertemperatur bei sonst gleichen Bedingungen um ein beträchtliches Maß niedriger bemessen werden, als beim ersten Ausführungsbeispiel. Mit 32 sind metallische Kurzleiter bezeichnet.

Die in Fig. 3 als Ausfuhrungsbeispiel dargestellte Pyrolyseanlage besteht aus einem allgemein mit 34 bezeichneten Reaktor und einer daneben angeordneten Wärmekammer, die ebenfalls ein Reaktor 35 sein kann. Die Reaktoren 34, 35 sind durch eine Verbindungsleitung 36 miteinander verbunden.

Im Gehäuse 37 des Reaktors 1 ist zentral ein sich vertikal erstreckendes Pyrolyserohr 38 angeordnet, in dem sich eine Pyrolysekammer 39 befindet. Das Pyrolyserohr 38 ist von einer Mantelheizung umgeben, deren metallische Heizleiter 41 Teil einer elektrischen Widerstandsheizung sind. Das Pyrolyserohr 38 bzw. die Heizleiter 41 sind von einer ersten Isolierung 42 und einer zweiten Isolierung 43 umgeben, die sich koaxial erstrecken.

Von oben erstreckt sich ein Zuführungsrohr 44 durch das druckfest abgeschlossene Gehäuse 37 bis in die Pyrolysekammer 39 hinein. Am Boden der Pyrolysekammer 39 ist ein senkrechtes Abführungsrohr 45 angeschlossen.

Die zur Pyrolyse erforderlichen Gase werden unten in den Reaktor 34 durch einen Einlaßstutzen eingeleitet. Ais Reaktions- bzw. Trägergas wird unter anderem Wasserstoff, Wasserdampf oder Stickstoff gewählt. Das in das Gehäuse 37 eingetretene Gas durchströmt zwecks Vorwärmung schleifenförmig zwei koaxial ineinander liegende Ringkanäle 46, 47 und eine Ausgleichskammer 48, die sich unterhalb der zweiten Isolierung 43 befindet und durch die tiefer stehende erste Isolierung 42 gegen das Pyrolyserohr 38 abgedeckt ist. Unterseitig wird die Ausgleichskammer 48 durch den Boden 49 eines topfförmigen Einsatzes 51 begrenzt, dessen hohlzylinderförmige Wand 52 sich zwischen der Außenwand 53 der Isolierung 43 und der Innenwand 54 des Gehäuses 37 erstreckt und somit die beiden nebeneinanderliegenden Ringkanäle 46, 47 mit einander entgegengesetzten Strömungsrichtungen bildet.

Von der Ausgleichskammer 48 gelangt das Gas durch Überhitzerrohre 55 in eine obere Ausgleichskammer

56, von der das Gas in die Pyrolysekammer 39 strömt. In den Überhitzerrohren 55 sind metallische Heizleiter 57 einer elektrischen Widerstandsheizung zwecks Aufheizung des Gases auf die gewünschte Temperatur, z. B. 600 bis 900° C angeordnet. Die Ausgleichskammern48, 56 stehen mit allen Überhitzerrohren 55 in Verbindung, so daß in den Ausgleichskammern 48,56 ein Temperaturausgleich zvischen den einzelnen Gasströmungen stattfinden kann. Mit 58 ist ein Sockel im Gehäuse 37 bezeichnet, auf den das Pyrolyserohr38, die erste Isolierung 42 und der Einsatz 51 abgestützt sind.

Im Betrieb wird das Pyrolyseprodukt, z. B. Kohlenstaub, von oben durch das Zuführungsrohr 44 in die Pyrolysekammer 39 eingeführt. Das bei der Pyrolyse freiwerdende Gasgemisch und Asche strömen durch das Abfuhrungsrohr 45 nach unten zur Verbindungsleitung 36, wobei in einer Kammer 59 die Asche vom Gasgemisch getrennt und nach unten abgeführt wird. Das heiße Gasgemisch durchströmt die Verbindungsleitung 36 und gelangt in den Reaktor 35, dessen Behandlungskammer mit 61 bezeichnet ist. Die behandelten Gase verlassen die Behandlungskammer 61 in Pfeilrichtung nach oben.

Der Verbindungsleitung 36 ist eine allgemein mit 63 bezeichnete Heizvorrichtung zugeordnet, die in bevorzugter Ausgestaltung eine Mantelheizung mit konzentrisch zur Verbindungsleitung 36 angeordneten Heizelementen ist. Die Heizvorrichtung 63 ist eine elektrische Widerstandsheizung mit metallischen Heizleitern.

Die Verbindungsleitung 36 ist in einem rohrförmigen Gehäuse 64 angeordnet, das sich koaxial zur Verbindungsleitung 3 erstreckt. Das Gehäuse 64 ist durch Flanschverbindungen 65, 66 mit dem Gehäuse 37 des Reaktors 34 und dem Gehäuse 67 des Reaktors 35 verbunden. Der Hohlraum zwischen dem Gehäuse 64 und der Verbindungsleitung 36 sowie der Hohlraum zwischen der Sockelwandung 68 und dem Abführungsrohr 45 ist mit einer Isolierung 69 ausgefüllt, die eine Faserisolierung aus Saffilfaser, das heißt, reiner AbO₃-Faser ist. Aus dem gleichen Isolierungswerkstoff besteht auch die Isolierung des Pyrolyserohrs 38, wenigstens die zweite Isolierung 43 und die Isolierung 71 im Reaktor 35.

Der im Betrieb der Pyrolyseanlage im Reaktor 34 herrschende Druck von bis zu etwa 200 bar herrscht auch außerhalb der Verbindungsleitung 36 im Gehäuse 64 und im Gehäuse 67 des Reaktors 35. Dies wird entweder durch besondere Öffnungen in den das Gasgemisch führenden Leitungen oder durch die Verbindungssteilen dieser Leitungen ermöglicht. Wie schon die Gehäuse 2 und 23 der ersten beiden Ausführungsbeispiele sind auch das Gehäuse 64 der Verbindungsleitung 36, das Gehäuse 37 des Reaktors 34 und das Gehäuse 67 des Reaktors 35 mit jeweils einem Hohlmantel 72,73,74 gleicher Zweckbestimmung umgeben.

Bei allen Ausführungsbeispielen können anstelle von Thermoöl auch andere Wärmeträgermedien zum Temperieren bzw. Kühlen der Gehäuse 2,23,37, 64 und 67 verwendet werden, z. B. Salzschmelzen, normale Luft oder andere flüssige oder gasförmige Medien.

Die Leistung der Heizvorrichtung 63 kann etwa so groß bemessen werden, daß die von ihr an die Verbindungsleitung 36 bzw. an das darin strömende Gasgemisch abgegebene Wärmemenge der Verlustwärme entspricht, die das Gasgemisch beim Durchströmen der Verbindungsleitung 36 trotz der Isolierung 59 abgibt. Es ist somit im Idealfall möglich, die Temperatur des Gasgemisches am Ende der Verbindungsleitung 36 etwa auf der Temperatur zu halten, mit der das Gasgemisch in die Verbindungsleitung 36 einti icC.

Ein solcher Idealfall ist dann gegeben, wenn im Reaktor 34 aufgrund besonderer Kriterien, z. B. Warmfestigkeit, eine bestimmte Temperatur und im Reaktor 35 aufgrund besonderer Kriterien, z. B. Warmbehandlung oder auch Reaktion, eine etwa gleich hohe Temperatur wie im Reaktor 34 vorzuliegen hai.

Im Rahmen der Erfindung läßt sich die Heizvorrichtung 63 vorteilhaft auch in sochen Fällen einsetzen, in denen die Temperatur des Gasgemisches am Ende der Verbindungsleitung 36 auf eine höhere Temperatur oder auch auf eine niedrigere Temperatur als die Temperatur aufzuheizen ist, mit der das Gasgemisch in die Verbindungsleitung 36 eintritt.

Beim dritten Ausführungsbeispiel wird die Heizvorrichtung für die Pyrolysekammer 39, nämlich die Heizleiter 41 und 57 sowohl durch die zur Beheizung der Pyrolysekammer 39 nicht ausgenutzte Wärme als auch durch die vom Hohlmantel 72 dem Gehäuse 37 übertragene Wärme unterstützt. Die Wärme wird im Bereich der Ringkanäle 46, 47 dem in die Pyrolysekammer 39 einzuführenden Gasstrom übertragen. Aus den zu den beiden ersten Ausführungsbeispielen schon genannten Gründen ist es deshalb auch hier möglich, die Heizeinrichtung mit einer geringeren Übertemperatur zu betreiben, um die Lebensdauer der Heizelemente zu verlängern und metallische Heizleiter einsetzen zu können.

Es ist durch Versuche ermittelt worden, daß unter Berücksichtigung einer Kondensatverhinderung, einer befriedigenden Temperierung bzw. Kühlung der Gehäuse 2, 20,37,64 mit gleichzeitiger Unterstützung der Heizeinrichtungen 5,29,41,57 und 63 ein befriedigendes Gesamtergebnis erzielt wird, wenn der Kreislauf 12 im Hohlmantel 8, 72, 73 etwa 200 bis 300⁰C, insbesondere etwa 300⁰C beträgt.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, anstelle der zusätzlich zu den vorbeschriebenen Wärmetauschern spiralförmige, elektrisch betriebene Heizelemente, insbesondere spiralförmige .metallische Heizfilter in der Wärmekammer 1,2,0,37,39 oder auch im Bereich der Verbindungsleitung 36 anzuordnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Isolierte Wärmekammer, insbesondere für Hochtemperatur-Anlagen mit einem Arbeitsraum, s der durch eine Heizeinrichtung beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmekammer (1,20, 34) wenigstens ein integrierter Wärmetauscher (2 bzw. 8,24,46,47) zur inneren Übertragung der nicht ausgenutzten Wärme oder wenigstens ein integrierter Wärmespender zugeordnet ist.

2. Wärmekammer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstemperatur des Wärmespenders geringer ist als die Übertemperatur der Heizeinrichtung (5, 29, 41 und 57).

3. Wärmekammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (3, 21, 39) von einem insbesondere gasförmigen Medium durchströmt oder umströmt ist und das vom Arbeiisraum (3, 21, 39) abgeführte Medium und das dem Arbeitsraum (3, 21, 39) zuzuführende Medium zwecks Wärmeaustausch durch den Wärmetauscher (24) strömen.

¹

4. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (21) durch eine Wand oder Isolierung umgeben ist und das zuzuführende Medium an der Außenseite (30) der Wand der Isolierung entlanggeführt ist.

5. Wärmekammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Isolierung (27, 42) und dem Gehäuse (23,34) ein ringförmiger Strömungsquerschnitt (46, 47) besteht.

6. Wärme-kammer rc-ch eini/n der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (24) spiralförmige Ström .ngsleitungen aufweist.

7. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (20, 31; 46, 47) den Arbeitsraum (3,21,39) ringförmig umgibt.

8. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekammer (1, 20, 34) ein hochdruckfestes Gehäuse (2, 23, 34, 64) aufweist.

9. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (5, 29, 41, 57) eine elektrische Widerstandsheizung ist.

10. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespen- so der ein mit einem Wärmeträgermedium in Kontakt stehender Wärmetauscher ist, der bevorzugt zwischen der Wand (4) oder der Isolierung (7) und dem Gehäuse angeordnet ist.

11. Wärmekammer nach Anspruch 10, dadurch gskennzeichnet, daß das Gehäuse den Wärmetauscher bildet.

12. Wärmekammer nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2,23,37, 64) von einem Mantel (8,72) umgeben ist, der durch ein umlaufendes Wärmeträgermedium temperiert bzw. gekühlt ist.

13. Wärmekammer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (8,72) ein zweischaliger Mantel ist oder das Gehäuse oder der Mantel eine Mehrzahl Kanäle aufweist der/die mit einem oberen und einem unteren Strömungsanschluß (9) in Verbindung stehen.

14. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wärmeträgermediums 200 bis 400⁰C, insbesondere 300⁰C beträgt.

15. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher Strömungsleitungen oder einen ringförmigen Strömungsquerschnitt (46 bzw. 47) aufweist, die bzw. der in Längsrichtung des Arbeitsraur.-is (39) und S-förmig von einer dem Arbeitsraum (39) entfernten Position (46) zu einer dem Arbeitsraum (39) nahen Position (47) verlaufen bzw. verläuft.

16. Wärmekammer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im B ereich der Wände der Strömungsleitungen bzw. des Strömungsquerschnitts (46 bzw. 47) Ausgleichskammern (48,56) vergrößerten Volumens, bevorzugt ringförmige Ausgleichskammern in den Strömungsleitungen bzw. im Strömungsquerschnitt angeordnet sind.

17. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Arbeitsraum (3,20,39) und dem Gehäuse (2,23,34) eine Isolierung (7, 27, 42 und 43) angeordnet ist.

18. Wännekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Heizeinrichtung (5, 29, 41 und 57) und dem Gehäuse (2,23,3£) eine Isolierung (7,27,42 und 43) angeordnet ist.

19. Wärmekammer nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung eine Faserisolierung aus Saffilfaser ist.

20. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. der dem Arbeitsraum (39) entfernteste Strömungsleitung bzw. Strömungsquerschnitt (46) nahe an der Innenwand (54) des Gehäuses (37) liegt oder von der Innenwand (54) des Gehäuses (37) begrenzt ist.

21. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2,23,34,64) oder der Mantel (8, Yl) außenseitig isoliert ist.

22. Wärmekammer nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitungen bzw. der ringförmige Strömungsquerschnitt (46 bzw. 47) bevorzugt von oben in den Arbeitsraum (39) münden und die Arbeitskammer (34) ein Pyrolyse-Reaktor ist.