DE3608241A1 - Vorrichtung zur rueckgewinnung von waermeenergie aus einem hochtemperierten abgasstrom - Google Patents

Description

\./ Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Wärmerückgewinnung aus hochtemperierten Abgasen die Fließbettechnologie zu verwenden. Mit diesem Verfahren sind eine Vielzahl von Problemen verbunden, wie z.B.:

1.

Die Verteilereinrichtungen für das die Fließbett wirkung auslösende Gas neigen dazu, sich durch Ablagerungen zu zersetzen und insbesondere auszufallen aufgrund der Kontakte mit dem Abgas und den darin enthaltenen Stoffen. Da derartige Verteilereinrichtungen teuer und schwierig zu fertigen sind, ergeben sich erhebliche Nachteile.

2.

Wärmetauscherflächen, insbesondere von Wärmetauscherrohren, welche sich im Fließbett der Masse der Festkörperteilchen befinden, unterliegen einer starken Korrosion und Erosion und verschmutzen ebenfalls in der heißen, schmutzigen Umgebung des Fließbettes.

3. Wegen der

3. Wegen der Schwierigkeiten einer Vor kühlung des hochtemperierten Abgasstromes, vorzugsweise durch Verdünnung oder Vermischung des hochtemperierten Abgasstromes mit kalten Gasströmen, wird nur eine unbefriedigende Wärmerückgewinnung erzielt, was insbesondere für das Verhalten einstufiger Wärmetransportsysteme gilt.

4. Das spezielle Material für das Fließbett tendiert infolge der Ablagerungen zu Zusammenballungen, so daß sich Bettverfestigungen oder die Entstehung von Schlacke nicht vermeiden lassen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung zu schaffen, bei der unter Verwendung eines Fließbettes die vorstehenden Nachteile überwunden werden und eine effiziente Wärmerückgewinnung aus heißen Abgasen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Bei einer derartigen Vorrichtung gemäß der Erfindung werden die hochtemperierten Abgase in einem fluidisierten Bett aus Festkörperteilchen verwirbelt, indem sie entweder durch eine große Injektionsdüse oder durch eine Vielzahl von Ihjektionsdüsen in das Materialbett eingeleitet werden. Dadurch wird der hoehtemperierte Gasstrom in dem Festkörperteilchenbett verteilt und das Bett fluidisiert. Wenn im Bereich des fluidisierten Bettes Wärmetauscherrohre vorgesehen sind, werden diese nicht unmittelbar den heißen Abgasen direkt ausgesetzt, wodurch sich eine Verringerung der Korrosion und der Verschmutzung erzielen läßt. Die Fluidisierungstechnik gemäß der Erfindung kann auch mit herkömmlichen Wärmeaustauscheranlagen mit einem mehrstufigen Fließbett Verwendung finden, um die Effizienz zu erhöhen, wenn dies aufgrund der Natur der verwendeten Abgase und der sich daraus

ergebenden WS441P-3047

, 6·

ergebenden Ablagerungen möglich ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Masse von Festkörperteilchen in einem horizontal sich erstreckenden Gehäuse untergebracht, in welches eine Vielzahl von Injektionsdüsen durch die Bodenflächen münden. Durch diese Injektionsdüse wird das hochtemperierte Abgas in das Festkörperteilchenbett eingeleitet und dieses fluidisiert, wobei die Vielzahl der Injektionsdüsen in einem Abstand voneinander angeordnet ist, der ausreicht, um eine gegenseitige Beeinträchtigung des injizierten Gasstromes zu vermeiden. Ferner soll verhindert werden, daß der injizierte Gasstrom eine Turbulenz im Bereich der freien Oberflächen auslöst, so daß der Ausbildung einer geschlossenen freien Oberfläche im wesentlichen nicht gestört wird. Beim Durchfließen des Festkörperteilchenbettes werden die heißen Abgase abgekühlt und die Festkörperteilchen erhitzt. Die abgekühlten Abgase treten durch eine Abgasleitung im Deckfläehenbereich des Gehäuses aus. Die heißen Festkörperteilchen werden aus dem Gehäuse entfernt und durch kalte Festkörperteilchen ersetzt. Außerhalb des Gehäuses werden die heißen Festkörperteilchen einer Wärmerückgewinnungsanlage in Form eines Kühlers zugeführt und nach deren Abkühlung wieder in den Prozeß eingeleitet. Es ist auch vorgesehen, Wärmetauscherrohre in dem Gehäuse anzuordnen, welche entlang den seitlichen Wänden verlaufen und von einem Kühlmittel durchflossen sind. Als bevorzugtes Kühlmittel findet Wasser Verwendung, das verdampfen kann, so daß über den Wasserdampf eine zusätzliche Energiequelle zur Verfügung steht.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das die Festkörperteilchen aufnehmende Gehäuse vertikal angeordnet, wobei der hochtemperierte Abgasstrom durch eine einzige Injektionsdüse in das Gehäuse eingeleitet wird. Das die Festkörperteilchen fluidisierende Abgas wird beim Durchströmen des Fließbettes abgekühlt. Die erhitzten Festkörperteilchen werden einer Zirkulation über einen außen liegenden Kühler unterzogen, um durch Abkühlen der erhitzten Festkörperteilchen Wärmeenergie zurückzugewinnen. Wenn zur Wärmegewinnung Wärmetauscherrohre Verwendung finden sollen, sind diese entlang der Innenwandung des Gehäuses zwischen der Gehäusewandung und einem zylindrischen Rohrabschnitt angeordnet, durch

welchen

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welchen die heißen Abgase hindurch in das fluidisierte Festkörperteilchenbett strömen. Der zylindrische Rohrabschnitt schützt die Oberfläche der Wärmetauscherrohre und verhindert einen unmittelbaren Kontakt mit den hochtemperierten Abgasen.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

durch welche ein Festkörperteilchenstrom zur Wärmeaufnahme geleitet und außerhalb der Einrichtung gekühlt wird;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II der Fig. 1;

Fig. 3 ein sehematisches Flußdiagramm für eine Vorrichtung gemäß

Fig. 1, bei der heiße Abgase gekühlt, und die erhitzten Festkörperteilchen einer zweiten Vorrichtung zugeführt werden, in der ein Prozeßgas zur Abkühlung der Festkörperteilchen erhitzt wird, die anschließend in den Prozeß zurüekgeschleust werden;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfin

dung, bei der die Vorrichtung mit Wärmetauscherrohren versehen ist, die sich entlang der Seitenwände des Gehäuses erstrecken und von den Festkörperteilchen Wärme ableiten;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 4;

Fig. 6 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung

mit einem vertikal angeordneten Gehäuse, wobei die in einem außerhalb befindlichen Kühler abgekühlen Festkörperteilchen oben zugeführt und unten zu dem außerhalb befindlichen Kühler abgeleitet werden;

Fig. 7 WS441P-3047

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Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII der Fig. 6;

Fig. 8 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung

mit einem vertikal ausgerichtetem Gehäuse, in welchem Wärmetauscherrohre zwischen der Gehäusewandung und einem hohlzylindrischen Körper angeordnet sind, um Wärme von den Festkörperteilchen abzuführen;

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX der Fig. 8.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine Fließbettechnik zum Kühlen hochtemperierter Abgase und zur Wärmerückgewinnung. Die Bezeichnung hochtemperiert nimmt Bezug auf Temperaturen, die in der Regel über 800° C liegen, wobei es sich um Temperaturen handelt, die gewisse Schwierigkeiten bei herkömmlichen Fließbettsystemen zur Wärmerückgewinnung bereiten. Die Abgastemperaturen können bis zu etwa 1 550° C ansteigen und bereiten bei diesen Werten bei der beschriebenen Vorrichtung keine Probleme.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung gemäß der Erfindung dargestellt. Die Anlage 1 umfaßt ein Gehäuse 3 mit einer geschlossenen Deckfläche 5, geschlossenen Stirnwänden 7 und Seitenwänden 9 sowie einer Bodelfläche 11. Die Seiten wände 9 haben nach unten und nach innen konisch aufeinander zulaufende Abschnitte 13, welche eine trogförmige Kammer 15 bilden. In der trogförmigen Kammer ist ein Bett aus einer Masse von Festkörperteilchen 17 vorgesehen, deren Oberfläche 19 von der geschlossenen Bodenfläche 11 in einem gewissen Abstand verläuft. In die trogförmige Kammer 15 mündet eine Vielzahl von Ihjektionsdüsen für das Abgas, die von einer Verteilerleitung 23 ausgehen, über welche das Abgas von einer Gasquelle her zugeführt wird. Das durch die Injektionsdüsen 21 in das Bett aus Festkörperteilchen eingeleitete Abgas dient zur Fluidisierung der Masse der Festkörperteilchen. Die einzelnen, durch die Injektionsdüsen 21 zugeführten Gasströme 25, halten die Festkörperteilchen im Fließzustand und verteilen sich im Fließbett, ohne die Oberfläche 19 des Fließbettes wesentlich zu verwirbeln. Obwohl immer wieder Brodelerscheinungen an der Oberfläche des Fließbettes auftreten und einige Festkörperteilchen aus der

Oberfläche

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Oberfläche herausgeschleudert werden können, kann von einer im wesentlichen ungestörten Oberfläche des Fließbettes gesprochen werden, da die Verwirbelung in der Fließbettoberfläche derart kontrolliert ist, daß keine Festkörperteilchen von den Gasströmen unmittelbar soweit hochgeschleudert werden, daß sie mit dem das Gehäuse 3 verlassenden Abgasstrom mitgenommen werden, lh der Deckfläche 5 des Gehäuses 3 ist eine Auslaßleitung 27 für die Abgase vorgesehen, nachdem diese durch Kontakt mit den Festkörperteilchen ihre Wärme im wesentlichen abgegeben haben und abgekühlt sind.

Die an die Masse der Festkörperteilchen 17 abgegebene Wärmeenergie wird entfernt, indem einerseits die erhitzten Festkörperteilchen aus dem Gehäuse 3 entfernt und andererseits durch kalte Festkörperteilchen ersetzt werden. Wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, werden die kalten Festkörperteilchen über ein an einer Schute 31 angebrachtes Ventil an der Stirnseite 7 des Gehäuses zugeführt. Die Masse der Festkörperteilchen verschiebt sich durch das Gehäuse 3 zur anderen Stirnseite 7 und wird dort über eine Schute 33 aus dem Gehäuse 3 abgeleitet. An dieser Schute 33 ist ein weiteres Ventil 35 vorgesehen, über welches die erhitzten Festkörperteilchen einer Leitung 37 und einem Kühler 39 zugeführt werden können. Im Kühler 39 wird die Wärmeenergie von den erhitzten Festkörperteilchen zurückgewonnen, so daß die am Ausgang des Kühlers über die Leitung 41 zur Verfügung stehenden Festkörperteilchen wieder über das Ventil 39 in den Prozeß zurückgeführt werden könne. Um die Wanderung der Teilchen von der Zuführungsseite zur Auslaßseite im Gehäuse 3 zu unterstützen, kann die Bodenfläche 11 etwas zur horizontalen geneigt verlaufen, wobei ein Winkel a von etwa 3° vorgesehen ist. Diese Neigung verläuft von der einlaßseitigen Stirnfläche in Richtung auf die auslaßseitige Stirnfläche.

Bei diesem durch einzelne Gasströme ausgebildeten Fließbett wird das hochtemperierte Abgas über die Verteilerleitung 23 zugeführt und die senkrecht nach oben weisenden Injektionsdüsen 31 in die Masse der Festkörperteilchen eingeleitet. Die aus den Injektionsdüsen 21 austretenden Gasströme verlaufen im wesentlichen senkrecht nach oben. Die Injektionsdüsen 21 können mit einem hitzebeständigen Material überzogen sein oder aus Keramikrohren bestehen, die in einem entlang der Bodenfläche der trogförmigen Kammer 13 verlaufenden Ansatz 43 positioniert sind. Der hochtemperierte
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rierte, durch die einzelnen Injektionsdüsen vertikal nach oben zugeführte Gasstrom 25 bewirkt die Fluidisierung des Bettes aus Festkörperteilchen und gleichzeitig eine starke Vermischung der Festkörperteilchen. Um sicherzustellen, daß die einzelnen Gasströme 25 als separate Gasströme wirksam sind und nicht miteinander überlappen, sollte der Abstand d' zwischen den einzelnen Injektionsdüsen 21 mindestens dem zweifachen des Innendurchmessers d der Injektionsdüsen sein. Die Größe der Ihjektionsdüsen und die Geschwindigkeit des Abgasstromes werden derart festgelegt, daß die einzelnen Gasströme 25 nicht durch die Oberfläche 19 des Fließbettes aus den Festkörperteilchen 17 hindurchtreten, andererseits soll jedoch das Fließbett eine Tiefe aufweisen, die sicherstellt, daß der Druck des zugeführten Abgases nennenswert abfällt.

Die Einbindung der gemäß der Erfindung beschriebenen Vorrichtung in ein System, um Luft oder ein Gas für einen Prozeß durch Wärmerückgewinnung zu erhitzen, ist schematisch in Fig. 3 dargestellt.

Gemäß dieser Darstellung wird einem Abgaskühler 45, der wie die Vorrichtung gemäß Fig. 1 aufgebaut ist, das hochtemperierte Abgas über eine Leitung 47 zugeführt, und fließt nach der Abkühlung über eine Leitung 49 ab, in welcher ein Festste ff abschalter 51 angeordnet sein kann. Das abgekühlte Gas wird über einen nicht dargestellten Schornstein in die Atmosphäre abgegeben. Durch die Abkühlung des hoch temperierten Abgases werden in dem Abgaskühler 45 die Festkörperteilchen erhitzt und schließlich über eine Leitung 53 einer Wärmerückgewinnungseinheit oder einem Prozeßgaskühler 55 zugeführt. Dieser Prozeßgaskühler kann denselben Aufbau wie der Abgaskühler 45 haben. Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Wärmeübergang von den erhitzten Festkörperteilehen zu dem kalten Gasstrom stattfindet. Der kalte Gasstrom, z.B. die für einen Prozeß benötigte Luft, wird erhitzt durch die mittels der heißen Abgase von dem Prozeß stammenden Wärmeenergie, jedoch kann sie dem Prozeßgaskühler 45 auch separat über eine Leitung 57 zugeführt werden. Das abgekühlte Abgas wird über eine Leitung 59 abgeleitet, in welcher ein Feststoffabscheider 61 angeordnet sein kann. Die im Prozeßgaskühler abgekühlten Festkörperteilchen werden nach der Abgabe der Wärmeenergie über eine Leitung 63 vom Prozeßgaskühler abgenommen und in einen Fülltrichter 65 zurückgeführt, von welchem aus die abgekühlten Festkörperteilchen erneut über eine Leitung 67 dem Abgaskühler 45 zugeführt werden können.

Eine weitere

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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt, wobei zur Wärmerückgewinnung aus den Festkörperteilchen eine Vielzahl von Wärmetauseherrohren durch das Fließbett von der einen Stirnseite zur anderen Stirnseite des Gehäuses verlaufen. Wie man aus der Darstellung entnehmen kann, umfaßt die Anlage 101 ein horizontal sich erstreckendes Gehäuse 103 mit einer geschlossenen Deckfläche 105, Stirnseiten 107 und Seitenwänden 109 sowie einer Bodenfläche 111. Die Seitenwände 109 sind mit nach unten und nach innen trichterförmig verlaufenden Abschnitten 113 versehen, wodurch eine trogförmige Kammer 115 gebildet wird. Das Bett aus der Masse der Festkörperteilchen 117 ist in der trogförmigen Kammer 115 des Gehäuses 103 vorgesehen und hat eine Oberfläche 119, die in einem gewissen Abstand von der Bodenfläche 111 verläuft. Eine Vielzahl von Injektionsdüsen 121 sind in einem Abstand voneinander angeordnet, um das Abgas von einer Verteilerleitung 123 aus in das Bett der Festkörperteilchen 117 über Injektionsdüsen 125 einzuleiten und die Masse der Festkörperteilchen zu fluidisieren. Von der Deckfläche des Gehäuses 103 aus verläuft eine Auslaßleitung 127 für das abgekühlte Gas.

Bei dieser Ausführungsform sind zur Wärmerückgewinnung durch das Bett der Festkörperteilchen 117 verlaufende Wärmetauscherrohre 131 vorgesehen. Diese Wärmetauscherrohre erstrecken sich entlang der Seitenwände 109 des Gehäuses 103, und zwar zumindest im Bereich der nach unten und nach innen geneigten Abschnitte 113, welche die trogförmige Kammer 115 bilden und die fluidisierten Festkörperteilchen aufnehmen. Einrichtungen zum Zirkulieren eines Kühlmittels wie z.B. Wasser durch die Wärmetauscherrohre sind ebenso wie weitere Einrichtungen zum Abführen des Kühlmittels - nicht dargestellt. Wenn Wasser als Kühlmittel verwendet wird, entsteht Wasserdampf, der als zusätzliche Wärmequelle Verwendung finden kann. Die Wärmetauscherrohre 131 verlaufen entlang der Seitenwände 109 und können die Abschnitte der Seitenwände, wie aus Fig. 5 entnehmbar, überdecken. In diesem Fall ist das ebenfalls in einem fluidisierten Zustand gehaltene Bett der Festkörperteilchen kein Fließbett, da sich die Teilchen nicht vom einen zum anderen Ende des Gehäuses 103 verschieben, sondern die Wärmeenergie direkt über die Wärmetauscherrohre 131 an das Kühlmittel abgeben.

Die Dimensionen WS441P-3047

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Die Dimensionen der Anlage verändern sieh in Abhängigkeit von der Temperatur und der Fließgeschwindigkeit der hochtemperierten Abgase, welche verarbeitet werden sollen. Es wird schätzungsweise angenommen, daß für einen Abgasstrom, der eine Temperatur von etwa 1 550° C hat, eine Fließgeschwindigkeit von etwa 4 248 m^ pro Stunde für eine Anlage gemäß den Fig. 1 und 2 zweckmäßig ist, wenn das Gehäuse etwa 12 m lang und etwa 1 m breit sowie 1,5 m hoch ist. In einem solchen Fall kann von einer Abkühlung des Abgases auf etwa 820° C ausgegangen werden, wobei der Strom der Festkörperteilchen z.B. aus Aluminiumoxydkugeln bei einer Temperatur von etwa 1 200° C mit einer Geschwindigkeit von etwa 4 300 kg pro Stunde dazu verwendet werden kann, um Luft als Prozeßgas zu erhitzen.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung verwenden eine Technik zur Tiefbettfluidisierung. Diese Ausführungsformen gehen aus den Figs. 6 bis 9 hervor und umfassen ein vertikal stehendes zylindrisches Gehäuse, in welches der heiße Abgasstrom im Bodenbereich des Gehäuses in das Bett aus Festkörperteilchen eingedüst wird. Solche vertikal angeordnete Abgaskühler finden insbesondere Verwendung, wenn hohe Druckabfälle zulässig sind. Gemäß Fig. 6 und 7 besteht eine Anlage 201 aus einem sich vertikal erstreckenden Gehäuse 203 mit einer Deckfläche 205 und einer Bodenwand 207, zwischen welchen sich vertikal verlaufende Seiten- und Stirnwände 209 erstrecken. Das Gehäuse hat zweckmäßigerweise eine zylindrische Form und ist nach unten trichterförmig verengt, so daß eine trichterförmige Kammer 213 entsteht. Innerhalb dieser Kammer 213 ist das Bett aus Festkörperteilchen 215 angeordnet, dessen Oberfläche 217 im zylindrischen Teil verläuft. Eine Injektionsdüse 219 erstreckt sich durch die Bodenwandung 207 des Gehäuses 203, wogegen von der Deckfläche 205 eine Auslaßleitung 221 für die Abgase ausgeht. Ein Gasstrom von hochtemperiertem Abgas wird durch die Düse 219 in das Bett aus Festkörperteilchen 215 injiziert, um dieses zu fluidisieren. Dabei verteilt sich der Abgasstrom innerhalb des Bettes, ohne daß eine wesentliche Turbulenz im Bereich der Oberfläche 217 des Bettes entsteht. Die hochtemperierten Abgase geben durch den Kontakt mit den Festkörperteilchen ihre Wärmeenergie ab und werden abgekühlt, wobei sie von unten nach oben strömen und schließlich durch die Auslaßleitung 221 abgeführt werden. Die von den Festkörperteilchen aufgenommene Wärmeenergie wird abgeleitet, indem die heißen Festkörperteilchen WS441P-3047

körperteilchen aus dem Gehäuse entfernt und durch kalte Festkörperteilchen ersetzt werden. Zu diesem Zweck ist - wie in der Zeichnung dargestellt - eine Schute 225 vorgesehen, welche durch die Seitenwand 209 in das Gehäuse 203 mündet und mit einem Ventil 227 versehen ist. Nachdem die kalten Festkörperteilchen dem Fließbett 215 zugeführt und erhitzt worden sind, werden sie im Bodenbereich des Gehäuses 203 durch eine Schute 227 wieder abgeführt, welche durch ein Ventil 229 verschließbar ist. Die abgeführten heißen Festkörperteilchen werden über eine Leitung 231 einem Kühler 233 zugeführt, in dem die Wärmerückgewinnung erfolgt und von dem aus die abgekühlten Festkörperteilchen über die Leitung 235 und das Ventil 227 wieder in das Gehäuse 203 zurückgeführt werden können.

In den Fig. 8 und 9 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei dem die Wärme von den Festkörperteilchen mit Hilfe von Wärmetauseherrohren entfernt wird, die von einem Kühlmittel durchflossen sind. Die Anlage 301 besteht aus einem vertikal angeordnetem Gehäuse 303 mit einer geschlossenen Deckfläche 305, einer geschlossenen Bodenfläche 307 und vertikal sich erstreckenden Seiten- und Stirnwänden 309. In der dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse zylindrisch ausgeführt, so daß die Seiten- und Stirnwände ineinander übergehen und am unteren Ende 311 einen trichterförmig verlaufenden Abschnitt haben, durch den die Kammer 313 gebildet wird. Die Festkörperteilchen 315 sind im Innern des Gehäuses angeordnet, wobei deren Oberfläche etwa im Bereich des zylindrischen Teiles 317 verläuft. Durch eine Injektionsdüse 319, welche in die Bodenfläche 307 mündet, wird ein heißer Abgasstrom zugeführt, der nach der Abkühlung durch eine Auslaßleitung 321 in der Deckfläche 305 abfließt. Im Innern des zylindrischen Gehäuses ist ein zylindrischer Rohrabschnitt 323 in einem gewissen Abstand von der Injektionsdüse 319 angeordnet und verläuft derart koaxial zu dieser, daß der durch die Injektionsdüse eingeleitete Abgasstrom 325 durch den zylindrischen Rohrabschnitt durch diesen hindurch nach oben strömt und die Fluidisierung des Bettes aus Festkörperteilchen bewirkt. Die eingedüsten Abgase verwirbeln im Bereich 329 auf der Oberseite des Rohrabschnittes 323, wodurch die Fluidisierung bewirkt wird, jedoch wird die Verwirbelung derart gesteuert, daß die Oberfläche 317 des Bettes keine wesentliche Verwirbelung erfährt. Um die Wärmeenergie von den Festkörperteilchen 315 im Fließbett abzuführen, sind Wärmetauscherrohre 331 zwischen

der Seitenwand WS441P-3047

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der Seitenwand 309 des Gehäuses und dem zylindrischen Rohrabschnitt 323 angeordnet. Die Wärmetauscherrohre werden durch die Wand hindurch in das Innere des Gehäuses geführt und von einem Kühlmittel wie z.B. Wasser durchflossen, das durch Verteilerleitungen 333 zugeführt und über Verteilerleitungen 335 abgeleitet wird.

Bei dieser Ausführungsform werden die hochtemperierten Abgase durch die Injektionsdüse 319 zugeführt und innerhalb des zylindrischen Rohrabschnittes 323 nach oben in das Bett aus Festkörperteilehen 315 eingeleitet. Dadurch wird dieses Bett fluidisiert, wobei dafür gesorgt wird, daß die nach oben austretenden Abgase die Oberfläche 317 des Fließbettes im wesentlichen nicht verwirbeln. Das abgekühlte Abgas wird über die Auslaßleitung 321 abgeleitet. Die Festkörperteilchen, welche durch das hochtemperierte Abgas erhitzt werden, fallen aufgrund der Gravitation im Bereich zwischen dem zylindrischen Rohrabschnitt 323 und den Seitenwänden 309 des Gehäuses nach unten, wobei Wärmeenergie an die Wärmetauscherrohre und das in diesen fließende Kühlmittel abgegeben wird. Die abgekühlten Festkörperteilchen fließen aufgrund der Gravitation und hydrostatischer Kräfte weiter zum Bodenbereich des Gehäuses, wo sie von dem zugeführten hochtemperierten Gasstrom erfaßt und mit diesem durch den zylindrischen Rohrabschnitt 323 wieder nach oben in den Bereich des Fließbettes über dem zylindrischen Rohrabschnitt geschleudert werden und die abfließende Material menge ergänzen. Der hohlzylindrische Rohrabschnitt hält den hochtemperierten Abgasstrom 325 von der Oberfläche der Wärmetauseherrohre 331 fern und stellt die interne Zirkulation im Gehäuse sicher.

Die für den Einsatz der Erfindung verwendeten Festkörperteilchen bestehen aus einem Material, das bei der auftretenden Temperatur stabil ist. Ein geeignetes Material ist z.B. Aluminiumoxydpulver, wobei die einzelnen Teilchen eine Teilchengröße von etwa 50 bis 1 000 /um im Durchmesser haben können, damit eine Fließbettausbildung sichergestellt ist.

Ih Anwendungsfällen, bei welchen die verschmutzten Bestandteile aus dem Gas sowie dem gekühlten Gas entfernt werden sollen, können die Verschmutzung absorbierende Festkörperteilchen in dem für die Ausbildung des Fließbettes verwendeten Festkörperteilchenstrom vorgesehen sein. Diese Teilchen werden dann in gewissen Zeitabständen entfernt und für eine

Wiederverwendung

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Wiederverwendung regeneriert oder auch - wenn keine Wiederverwendung möglich ist - als Abfall beseitigt. Z.B. kann hierfür Kalk oder Kalkstein dem Fließbett material beigefügt werden, um Schwefeldioxyd zu absorbieren, wobei dieser Kalk bzw. Kalkstein nach der Entfernung regeneriert und dem Prozeß wieder zugeführt werden kann.

Durch die Einrichtung gemäß der Erfindung werden die Schwierigkeiten, welche durch Verstopfen der Verteilereinrichtungen und durch Ausfall mechanischer Teile auftreten können, in sehr vorteilhafter Weise auf ein Minimum reduziert. Ebenso kann die Korrosion der Oberflächen der Wärmetauscherrohre sowie die Erosion und die Verschmutzung und das Zusammenbacken der für das Fließbett verwendeten Materialien - was bei herkömmlichen Anlagen in starkem Umfang zu beobachten ist - auf ein Minimum verringert wird. Die Verwendung eines Injektionssystems bei der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß Schwierigkeiten überwunden werden, die mit der Gasverteilung bei herkömmlichen Kühlern mit fluidisierten Materialbetten auftreten, indem eine geringere Anzahl von größeren Injektionsdüsen verwendet werden kann, die grundsätzlich weniger dazu neigen, sich zu verstopfen, und auch eine höhere mechanische Stabilität haben. Das System erfordert kein Verdünnen der Abgase, um die Verteilereinrichtungen zu schützen, und gewährleistet somit einen sehr effektiven Wärmeübergang. Durch die hohe Geschwindigkeit des eingeblasenen Gasstroms kann ein Zusammenbacken des Fließ materials verhindert werden. Ferner tendiert die hohe Gasgeschwindigkeit dazu, auch in die Injektionsdüse eingetretene und miteinander verklebte Teilchen auseinanderzubrechen.

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Rückgewinnung der in einem hochtemperierten Gasstrom enthaltenen Wärmeenergie,
dadurch gekennzeichnet,

- daß in einem Gehäuse (3; 103; 203; 303) durch mit nach unten und nach innen verlaufenden Seitenwänden eine trogförmige Kammer (13; 113; 213; 313) ausgebildet ist;

- daß eine Masse von Festkörperteilchen (17; 117; 215; 315) im wesentlichen in der trogförmigen Kammer unter Ausbildung einer freien Oberfläche (19; 119; 217; 317) angeordnet ist;

- daß zumindest eine Injektionsdüse (21; 121; 219; 319) durch den Boden (11; 111; 207; 307) des Gehäuses in dieses mündet;

- daß hochtemperierte Abgase durch die Injektionsdüse in das Festkörperteilchenbett zu dessen Fluidisierung derart einleitbar sind, daß der heiße Abgasstrom im Fließbett ohne wesentliche Verwirbelung der freien Oberfläche (19; 119; 217; 317) verteilt wird und sich das Abgas durch Kontakt mit den Festkörperteilchen abkühlt;

- daß das Abgas nach dem Durchströmen des Festkörperteilchenbettes über eine Auslaßleitung abführbar ist;

- und daß Einrichtungen zum Ableiten der Wärme von den Festkörperteilchen vorhanden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß in die trogförmige Kammer des sich horizontal erstreckenden Gehäuses der Vorrichtung eine Vielzahl von im Abstand zueinander angeordneten Injektionsdüsen (21; 121) münden;

- daß die Injektionsdüsen eine Verteilerleitung (23; 123) angeschlossen sind, über welche der hochtemperierte Abgasstrom in das Festkörperteilchenbett eingeleitet wird, wobei die einzelnen aus den Injektionsdüsen austretenden Abgasströme sich gegenseitig nicht beeinflussen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Injektionsdüsen einen vorgegebenen Innendurchmesser aufweisen und daß benachbarte Injektionsdüsen in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der eine Größe zwischen dem einfachen und zweifachen Innendurchmesser hat.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläehe (11) des Gehäuses geringfügig von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite geneigt verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Bodenfläehe weniger als 3° zur Horizontalen beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Einrichtungen zum Ableiten der Wärme aus dem Festkörperteilchenbett (17) Einrichtungen (29, 31) zum Zuführen kalter Festkörperteilchen in das Gehäuse (3) durch die eine Stirnwand umfaßt;.

- daß auf der anderen Seite der geneigten Bodenfläche Einrichtungen (33, 35) zum Ableiten der erhitzten Festkörperteilchen vorgesehen sind;

- und daß ferner Einrichtungen (39), um die erhitzten Festkörperteilchen außerhalb des Gehäuses (3) abzukühlen und die abgekühlten Festkörperteilchen zurück in das Gehäuse zu bringen, vorhanden sind.

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7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Ableiten der Wärme von den Festkörperteilchen Wärmetauseherrohre (131) umfassen, die entlang der Seitenwände (109) des Gehäuses (103) zumindest im Bereich der schräg nach unten und innen verlaufenden Abschnitte der Kammer (113) positioniert sind;

- und daß die Wärmetauscherrohre (131) von einem Kühlmittel durchflossen sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Einrichtungen zum Ableiten der Wärme von den Festkörperteilchen (215) Einrichtungen (225; 227) umfassen, um kalte Festkörperteilehen dem Gehäuse (203) und damit dem Festkörperteilchenbett (215) zuzuführen, daß in einem davon entfernt gelegenen Bereich der Bodenfläche (207) Einrichtungen (227, 229) zugeordnet sind, um die erhitzten Festkörperteilchen aus dem Gehäuse (203) zu entfernen und einem außerhalb des Gehäuses befindlichen Kühler (233) zuzuführen, um die Festkörperteilehen abzukühlen und anschließend erneut dem Prozeß zuzuführen.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,

- daß in dem Festkörperteilchenbett (315) Wärmetauscherrohre (331) angeordnet sind, durch welche ein Kühlmittel über Verteilerrohre (333, 335) zur Wärmeableitung zirkuliert wird.

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