DE3642917A1 - Uebertragung der waerme von thermisch behandeltem giessereisand auf den zu regenerierenden altsand - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung von Gießereisand, bei dem der Altsand bei Temperaturen von 600 bis 900°C im Wirbelbettofen thermisch behandelt und in einem Rückstaukühler abgekühlt wird, sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Regenerierung von Gießereialtsanden werden Rückstaukühler eingesetzt. Ein solcher Sandkühler ist beispielsweise in der DE 33 17 861 A1 beschrieben. Der Transport des heißen Sandes erfolgt durch Schwerkraft. In dem Staubereich innerhalb des Behälters ist eine Rohrschlange vorhanden, durch die ein Kühlmedium fließt.

In der Informationsschrift INFU (18) der IBB Engineering, Neuss, ist dargestellt, wie die erhebliche Wärmemenge aus bekannten Schüttgutkühlern ausgekoppelt wird. Danach ist die ein- und zweistufige Wärmeauskoppelung mittels Kühlwasser oder Kühlmittel bekannt. Die Wärme wird für ein Heizungs- oder Warmwassernetz oder zur Dampferzeugung benutzt.

Mit den bekannten Verfahren und Anlagen gelingt aber nur sehr unvollkommen die Verwertung der im heißen regenerierten Sand enthaltenen Wärmeenergie.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, das eine bessere Verwertung der im Prozeß der Sandregenerierung steckenden thermischen Energie ermöglicht sowie Vorrichtungen, mit denen sich die im abzukühlenden regenerierten Sand steckende Wärme auf den vorzuwärmenden, zu regenerierenden kalten Altsand übertragen läßt.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die thermische Energie des heißen Sandes zum Vorwärmen des zu regenerierenden Altsandes genutzt wird. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch senkrechte oder geneigte parallele Wärmetauscherflächen, die Kanäle bilden, die nebeneinander von regeneriertem und noch zu regenerierendem, d. h. heißem und kaltem Sand durchströmt werden, oder durch eine spezielle Ausbildung der Rohrschlange im Staubereich des Sandkühlers oder abgewandelt ein speziell ausgebildetes Drehrohrkühler, der von heißem und kaltem Sand durchströmt wird.

Nach diesem Verfahren lassen sich ca. 45% der Energiekosten bei der Altsandregenerierung einsparen, im Vergleich zu einem Betrieb, wo die am Sandkühler abzuführende Wärme überhaupt nicht genutzt wird. Da für eine solche Verfahrensvariante weder größere Investitionen noch Ausgaben für Betriebsmittel erforderlich sind, ergeben sich bei einer Anlage mittlerer Größe, (z. B. 25 t/h) Einsparungen jährlich in der Größenordnung von mehreren 100 000,- DM.

Darüber hinaus ist es selbstverständlich möglich und sinnvoll, wie bereits bekannt, in einer zweiten Stufe die Restwärme (bei Temperaturen unter 300°C) des Sandes im Sandkühler beispielsweise zur Warmwasserbereitung zu nutzen.

Aus energetischen Gründen ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem der heiße Sand seine Wärme einstufig über eine Wärmeaustauschfläche an den zu erwärmenden Sand abgibt.

Eine andere Verfahrensvariante ist dadurch gekennzeichnet, daß ein im Sandkühler aufgeheiztes flüssiges Medium seine Wärme in einem zweiten Wärmetauscher an den zu erwärmenden Sand abgibt. Besonders bevorzugt ist, daß das Wärmetauschermedium aus dem Aufgabebereich des zweiten Wärmetauschers für den zu erwärmenden Altsand in den Auslaufbereich des Rückstaukühlers für den zu kühlenden Sand gepumpt wird, es den Rückstaukühler im Einlaufbereich des zu kühlenden Sandes verläßt und im Auslaufbereich des zweiten Wärmetauschers wieder aufgegeben wird. Die Pumpe soll bevorzugt im kälteren Zweig zwischen den beiden Wärmetauschern eingebaut sein. Ein solches Verfahren, das beispielsweise auch im Kraftswerksbau bekannt ist, ist besonders geeignet, wenn bestehende Anlagen nach dem Verfahren umgerüstet werden sollen.

Die Wärmetauscherflächen sollen insbesondere so geformt werden, daß die senkrechten oder schrägen Kanäle, die abwechselnd von heißem und zu erwärmendem Sand durchströmt werden, einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt bilden. Es ist bekannt, die Rieselgeschwindigkeit des Sandes in einem Rückstaukühler so einzustellen, daß der Sand ausreichend lange mit den Wärmeübergangsflächen in Kontakt bleibt.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der vorzuwärmende Altsand durch eine Rohrschlange pneumatisch gefördert. Gegenüber einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium in der Rohrschlange treten bei Gießereisanden als aufzuheizendem Medien zwei Schwierigkeiten auf, sie betreffen den Transport und den Verschleiß. Es ist günstig, wenn innerhalb des Behälters die Schlangen als gerade Rohre verlaufen und die Rohrkrümmer außerhalb des Behälters angebracht sind. Es hat sich gezeigt, daß es ausreicht, an diesen Krümmern zur Beschleunigung des Sandes Luft einzudüsen, was zu einem ausreichend sicheren Transport des Sandes durch die gesamte Rohrschlange führt. Außerdem müssen die gekrümmten Bereiche besonders vor Abrieb geschützt werden. Da die Rohrkrümmer außerhalb des Behälters leicht zugänglich sind, sind die Überwachung und erforderlichenfalls ein Auswechseln dieser kritischen Stellen recht einfach.

Eine andere bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist statt des Rückstaukühlers ein Drehrohrkühler mit einer drehbaren Innen- und Außentrommel, wobei durch die Neigung der Trommelwände und/oder Mittel an den Trommelinnenwänden gewährleistet ist, daß bei der Rotation heißer und kalter Sand jeweils in einer Trommel axial transportiert wird.

Ein Rückstaukühler mit einer von Altsand durchströmbaren Rohrleitung ist in der Zeichnung dargestellt und weiter beispielhaft beschrieben.

Ein Rückstaukühler ist im wesentlichen ein Behälter (1), in den chargenweise oder kontinuierlich heißer Sand (2) aus einem Wirbelbettofen aufgegeben wird und bei dem kontinuierlich regenerierter, auf unter 100°C abgekühlter Sand (3) ausläuft; schematisch ist eine Steuerung (4) angedeutet, mit der die Fließgeschwindigkeit des Sandes geregelt werden kann. Der Rückstaukühler ist mit einem zweistufigen Kühlsystem versehen. Im unteren Bereich des Behälters (1) wird die Kühlschlange (5) von Kühlwasser oder Kältemittel durchströmt. Der Wärmetauscher im heißen Bereich besteht aus Rohren (6), die den Behälter (1) gerade, bevorzugt waagerecht, durchziehen und die seitlich durch Krümmer (7) zu einer Rohrschlange zusammengesetzt sind. Bevorzugt soll die Rohrschlange von unten her (8) mit kaltem Altsand beschickt werden. Der bei (9) austretende, vorgewärmte Altsand wird direkt in einem Wirbelbettofen in bekannter Weise thermisch behandelt.

Damit der Altsand durch die Rohrschlange (6, 7) fließt, muß abschnittsweise der Sand beschleunigt werden, was hier durch Luftdüsen (10) erreicht wird. Der Sand bewegt sich in den Rohren (6) mit einem Durchmesser von 60 bis 100 mm mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 0,2 bis 0,8 m/s. Die Krümmer (7) sind als die gefährdesten Verschleißteile mit einer besonderen Verschleißschutzschicht (11) versehen.

Der in den Rückstaukühler eintretende Sand hat eine Temperatur von rund 600°C, der Altsand wird auf Temperaturen um ca. 300°C vorgewärmt.

Eine andere besonders bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Drehrohrkühler mit einer Innen- und einer Außentrommel, wobei beide Trommeln von einer Antriebsachse angetrieben werden oder außen - ähnlich wie bei Zementdrehrohröfen - auf Rollen gelagert sind. Die ausgemauerte Außentrommel wird mit dem heißen Sand aus der thermischen Regenerierstufe beschickt, die Innentrommel mit kaltem Gießerei-Altsand. Um einen Gegenstrom der beiden Sandarten in dem Kühler aufrechtzuerhalten, sind die beiden Trommeln konisch (mit entgegengesetzter Neigung) ausgebildet oder mit bekannten Schaufeln an den Trommelinnenwänden zum Transport des Schüttgutes in axialer Richtung versehen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Regenerierung von Gießereisand, bei dem der Altsand bei Temperaturen von 600 bis 900°C im Wirbelschichtofen thermisch behandelt und in einem Rückstaukühler abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Energie des heißen Sandes zum Vorwärmen des zu regenerierenden Altsandes genutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Sand seine Wärme einstufig über eine Wärmeaustauschfläche an den zu regenerierenden Sand abgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Sandkühler aufgeheiztes Medium seine Wärme in einem zweiten Wärmetauscher an den zu erwärmenden Sand abgibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauschermedium aus dem Aufgabebereich des zweiten Wärmetauschers für den zu erwärmenden Altsand in den Auslaufbereich des Rückstaukühlers für den zu kühlenden Sand gepumpt wird, es den Rückstaukühler im Einlaufbereich des zu kühlenden Sandes verläßt und im Auslaufbereich des zweiten Wärmetauschers wieder aufgegeben wird.

5. Rückstaukühler, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch senkrechte oder geneigte parallele Wärmetauscherflächen, die Kanäle bilden, und über den Kanälen eine Aufgabevorrichtung so angebracht ist, daß nebeneinander liegende Kanäle von regeneriertem und noch zu regenerierendem d. h. heißem und kaltem Sand durchströmt werden.

6. Rückstaukühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Netz rechteckiger oder quadratischer Kanäle die Wärmetauscherflächen bildet.

7. Rückstaukühler, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 4 mit einer Rohrschlange im Staubereich des Behälters, durch die ein wärmeaufnehmendes Medium förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Behälters (1) die Rohre (6) der Rohrschlange gerade verlaufen und die Krümmer (7) der Rohrschlange außerhalb des Behälters (1) mit Luft (10) zur Schubförderung beaufschlagbar sind.

8. Rückstaukühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere die Krümmer (7) der Rohrschlange innen mit einem Schleißschutz (11) versehen sind.

9. Drehrohrkühler, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine drehbare Innen- und Außentrommel, wobei durch die Neigung der Trommelwände und/oder Mittel an den Trommelinnenwänden gewährleistet ist, daß bei der Rotation heißer und kalter Sand jeweils in einer Trommel axial transportiert wird.