DE4222593A1 - Wärmetauscher mit Zyklonen mit nach unten herausgeführtem Tauchrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Wärmetauscher entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mehrstufige Zyklonwärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art sind in den verschie­ densten Bauformen, insbesondere mit und ohne Vorcalci­ niereinrichtung, bekannt (vgl. etwa DUDA, Cement-Data- Book, 3. Auflage, S. 444 bis 516). Da hierbei das Tauch­ rohr der einzelnen Zyklonabscheider jeweils durch das zylindrische Oberteil nach außen geführt ist, sind die einzelnen Stufen des Wärmetauschers im wesentlichen übereinander (wenngleich seitlich etwas versetzt) ange­ ordnet. Konventionelle Zyklonvorwärmer, wie sie insbe­ sondere zur Vorwärmung von Zementrohmehl Verwendung finden, weisen daher - abhängig von der Zahl der Vor­ wärmerstufen - eine beträchtliche Bauhöhe auf. Die Bau­ hohe bedingt jedoch nicht nur eine sehr aufwendige Tragkonstruktion des Wärmetauschers, sondern beein­ trächtigt oft auch das natürliche Landschaftsbild.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruches 1 vor­ ausgesetzten Art so auszubilden, daß sich eine beson­ ders niedrige Bauhöhe ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist das Tauch­ rohr der Zyklonabscheider durch das Unterteil der Zy­ klonabscheider nach außen geführt und über einen Krüm­ mer an die zum Zyklonabscheider der nächsten Stufe füh­ rende Verbindungsleitung angeschlossen, wobei die Zy­ klonabscheider zumindest aller der ersten Stufe in Gas­ strömungsrichtung folgenden Stufen etwa auf gleicher Höhe angeordnet sind. Auf diese Weise erhält der erfin­ dungsgemäße Wärmetauscher eine Bauhöhe, die weniger als 50% der Bauhöhe eines konventionellen Zyklonwärmetau­ schers beträgt.

Überraschenderweise zeigte sich bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen, daß man trotz des nach un­ ten herausgeführten Tauchrohres einen hohen Abscheide­ grad bei niedrigem Druckverlust erreicht. Ursächlich dürfte hierfür sein, daß die Gas-Feststoffsuspension im Abscheideraum in vertikaler Richtung im wesentlichen nicht umgelenkt wird.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgen­ den Beschreibung einiger in den Fig. 1 bis 13 der Zeich­ nung veranschaulichter Ausführungsbeispiele.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher geeigneten Zyklonab­ scheider 1. Er enthält ein zylindrisches Oberteil 2 so­ wie ein trichterförmiges Unterteil 3 mit einem Auslaß 4 für den aus dem Feststoff-Gasgemisch abgeschiedenen Feststoff.

Weiterhin ist ein Tauchrohr 5 vorgesehen, das im zylin­ drischen Oberteil 2 ausmündet und durch das Unterteil 3 nach außen geführt ist. Diese Tauchrohr 5 ist - wie an­ hand der Fig. 3 und 4 noch näher erläutert wird - über einen Krümmer 6 an eine zum Zyklonabscheider der näch­ sten Stufe führende Verbindungsleitung angeschlossen.

Der Zyklonabscheider 1 ist ferner mit einem tangen­ tialen Einlaß 7 für ein Feststoff-Gasgemisch versehen, wobei sich dieser tangentiale Einlaß an eine von der vorhergehenden Stufe des Wärmetauschers kommende Ver­ bindungsleitung 8 anschließt.

Der Zyklonabscheider 1 ist weiterhin mit einer Wirbel­ stütze 9 versehen, die von der Decke 10 in das zylin­ drische Oberteil 2 hineinragt. Diese Wirbelstütze 9 stabilisiert die Drallströmung im Abscheideraum des Zy­ klonabscheiders 1 und erhöht damit den Abscheidegrad.

Fig. 3 zeigt die Zusammenschaltung mehrerer Zyklonab­ scheider 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e zu einem mehrstufigen Wärmetauscher. Hierbei ist jeweils das Tauchrohr (z. B. 5) eines Zyklonabscheiders (z. B. 1) über den anschlie­ ßenden Krümmer (z. B. 6) an die zur nächsten Stufe (z. B. Zyklonabscheider 1a) führende Verbindungsleitung (z. B. 8a) angeschlossen. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Aus­ führungsbeispiel sind dabei alle Zyklonabscheider des mehrstufigen Wärmetauschers auf etwa gleicher Höhe an­ geordnet.

Der Feststoff-Auslaß (z. B. 4a) der einzelnen Zyklonab­ scheider (z. B. 1a) ist dabei jeweils an die zum tan­ gentialen Einlaß (z. B. 7) der in Gasströmungsrichtung vorangehenden Stufe (z. B. Zyklonabscheider 1) führende Verbindungsleitung (z. B. 8) angeschlossen.

Die Aufgabe des im Wärmetauscher vorzuwärmenden Fest­ stoffes erfolgt bei 11 in die zum Zyklonabscheider 1e der letzten Stufe führende Verbindungsleitung 8e. Das aus dem Zyklonabscheider 1 der ersten Stufe abgeschie­ dene Gut wird bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel direkt einem (nicht veranschaulichten) Drehrohrofen zugeführt.

Die Abgase des Drehrohrofens treten in die zum Zyklon­ abscheider 1 führende Verbindungsleitung 8 ein und wer­ den nach Durchströmen aller Stufen des Wärmetauschers von einem (nicht veranschaulichten) Abgasventilator durch das Tauchrohr 5e des Zyklonabscheiders 1e abgezo­ gen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der von den Zyklonabscheidern 1 bis 1e gebildete mehr­ stufige Wärmetauscher an eine Calciniereinrichtung 12 angeschlossen, die in der zwischen einem Drehrohrofen 13 und dem ersten Zyklonabscheider 1 des Wärmetauschers angeordneten, schleifenförmig ausgestalteten Gasleitung 14 angeordnet ist. Bei 15 wird hierbei zusätzlicher Brennstoff in die Calciniereinrichtung 12 eingeführt, die außerdem von einem (nicht dargestellten) Kühler Tertiärluft über eine Tertiärluftleitung 16 erhält.

Das über den Auslaß 4a des Zyklonabscheiders 1a ausge­ tragene Gut wird in die Calciniereinrichtung 12 einge­ führt. Das aus dem Auslaß 4 des Zyklonabscheiders 1 austretende Gut gelangt in den Drehrohrofen 13.

Die Fig. 5 bis 13 veranschaulichen einige Varianten in der Ausgestaltung der Zyklonabscheider.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist der Zyklon­ abscheider 1 mit zwei Auslässen 4, 4′ für Feststoff versehen. Diese beiden Auslässe 4, 4′ können beispiels­ weise an diametral einander gegenüberliegenden Umfangs­ stellen der zur vorangehenden Stufe führenden Verbin­ dungsleitung (vorzugsweise auf gleicher Höhe) ange­ ordnet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist im Bereich des an das Tauchrohr 5 angeschlossenen Krümmers 6 ein zusätzlicher Feststoffauslaß 4′ vorgesehen, durch den in dieser Umlenkzone aus dem Gasstrom ausfallendes Gut ausgetragen wird. Dieser zusätzliche Feststoffauslaß 4′ wird zweckmäßig an einen in Gasströmungsrichtung vor­ hergehenden Anlagenteil des Wärmetauschers angeschlos­ sen, etwa an die zur selben Stufe oder zu einer vorher­ gehenden Stufe des Wärmetauschers führende Gasleitung, an die Calciniereinrichtung 12 (vgl. Fig. 4) oder an den Einlauf eines dem Wärmetauscher vorgeschalteten Dreh­ rohrofens.

Ein derartiger zusätzlicher Feststoff-Auslaß 4′ wird vorzugsweise im Bereich der Krümmer 6 der beiden in Gasströmungsrichtung ersten Stufen des Wärmetauschers (d. h. im Anschluß an die Zyklonabscheider 1 und Ia ge­ mäß den Fig. 3 und 4) angeschlossen. Auf diese Weise läßt sich der Abscheidegrad dieser Zyklonstufen verbes­ sern, und es können auch eingetragene Ansätze beseitigt werden.

Die Weiterförderung des durch einen solchen zusätzli­ chen Feststoff-Auslaß ausgetragenen Gutes kann über eine Schurre, eine pneumatische oder mechanische För­ dereinrichtung erfolgen.

Vorteilhaft kann es weiterhin sein, die Krümmer 6 aller oder einzelner Stufen des Wärmetauschers mit einem be­ lüfteten Boden zu versehen. Auch diese Maßnahme wirkt Ablagerungen im unteren Krümmerbereich entgegen.

Fig. 7 zeigt eine Variante, bei der der Zyklonabscheider 1 außer dem nach unten geführten Tauchrohr 5 noch ein weiteres, durch das Oberteil 2 des Abscheiders nach au­ ßen geführtes Tauchrohr 5, aufweist, das über eine Ver­ bindungsleitung 17 in den zum Zyklonabscheider der nächsten Stufe führenden Krümmer 6 einmündet: Ein der­ artiger Zyklonabscheider zeichnet sich durch einen be­ sonders geringen Druckverlust aus. Die Einmündung eines Teiles der Gasströmung in den Krümmer 6 wirkt außerdem Ablagerungen und Ansatzbildungen in diesem Bereich ent­ gegen.

Die Vereinigung der beiden über die Tauchrohre 5 und 5′, abgezogenen Gasströme erfolgt zweckmäßig an einer Stelle (beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 im Bereich des Krümmers 6), an der das in einem folgenden Zyklon­ abscheider abgeschiedene Gut noch nicht wieder in den Gasstrom eingeführt ist (wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, wird dieses in einem folgenden Abscheider abge­ schiedene Gut erst in die an den Krümmer 6 anschlie­ ßende Verbindungsleitung - zweckmäßig allerdings in de­ ren untersten Bereich - eingetragen).

Die Fig. 8 und 9 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Halterung des mehrstufigen Wärmetauschers.

Sind die Zyklonabscheider und ihre Verbindungsleitungen in Form einer selbsttragenden Konstruktion ausgeführt, so können die Aufstellungsebenen 18 oder 19 gewählt werden. Ist die Konstruktion nicht selbsttragend ausge­ bildet, so wird eine Aufstellungsebene 20 gewählt, auf der sich die Zyklonabscheider mit ihrem zylindrischen Oberteil abstutzen.

Fig. 9 veranschaulicht eine hängende Anordnung der Zy­ klonabscheider unter Verwendung eines Traggerüstes 21.

Das Tauchrohr 5 und die Wirbelstütze 9 (vgl. Fig. 1) können zentrisch im zylindrischen Oberteil 2 des Zy­ klonabscheiders 1 angeordnet sein, wie dies Fig. 10 zeigt. Möglich ist jedoch auch eine exzentrische Anord­ nung von Tauchrohr 5 und Wirbelstütze 9, wie dies sche­ matisch in Fig. 11 dargestellt ist.

Die Oberkante des Tauchrohres 5 kann entweder scharf­ kantig ausgebildet sein (Fig. 12) oder abgerundet (Fig. 13).

In den Gutleitungen, die an die Feststoff-Auslässe 4 anschließen, können erforderlichenfalls Luftabschlußor­ gane (z. B. Pendelklappen) vorgesehen werden.

Das Verhältnis von Höhe zu Breite des Eintrittsquer­ schnittes 7′ (vgl. Fig. 10 und 11) des tangentialen Ein­ lasses 7 des Zyklonabscheiders 1 ist zweckmäßig größer als 2 : 1. Auf diese Weise ist das eintretende Fest­ stoff-Gasgemisch auf die Wand des zylindrischen Ober­ teiles 2 des Zyklonabscheiders gerichtet. Die Suspen­ sion wird hierbei in Rotation versetzt und eine wirk­ same Trennung von Gas und Feststoff erreicht.

Als besonders zweckmäßig haben sich folgende Kennwerte der Zyklonabscheider erwiesen:

• a) der Abstand der Oberkante des Tauchrohres von der Decke des Zyklonabscheiders liegt zwischen dem 0,8- und 1,2fachen Wert des lichten Durchmessers des zy­ lindrischen Oberteiles;
• b) mit Ausnahme der letzten Stufe des Wärmetauschers liegt der Durchmesser des Tauchrohres der Zyklonab­ scheider zwischen dem 0,5- und 0,7fachen Wert des lichten Durchmessers des zylindrischen Oberteiles, während der Durchmesser des Tauchrohres der als Ent­ staubungsstufe wirksamen letzten Stufe des Wärmetau­ schers kleiner als der 0,6fache Wert des lichten Durchmessers des zylindrischen Oberteiles ist;
• c) die Breite des Eintrittsquerschnitts ist größer als die halbe Differenz zwischen dem lichten Durchmesser des zylindrischen Oberteiles und dem lichten Durch­ messer des Tauchrohres;
• d) von der in Gasströmungsrichtung zweiten Stufe an ist die Länge der Feststoff-Auslaßleitungen kleiner als der halbe lichte Durchmesser des zylindrischen Ober­ teiles.

Claims (9)

1. Mehrstufiger Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen einem Gasstrom und einem feinkörnigen Feststoff, enthaltend mehrere Zyklonabscheider (1 bis 1e), die jeweils ein zylindrisches Oberteil (2) mit einem tangentialen Einlaß (7) für ein Feststoff-Gasge­ misch, ein Unterteil (3) mit wenigstens einem Auslaß (4) für den aus dem Feststoff-Gasgemisch abgeschie­ denen Feststoff sowie ein im zylindrischen Oberteil ausmündendes Tauchrohr (5) zur Abführung des Gases aufweisen, wobei das Tauchrohr des Zyklonabscheiders (z. B. 1) einer Stufe über eine Verbindungsleitung (8a) an den tangentialen Einlaß des Zyklo­ nabscheiders (z. B. 1a) der in Gasströmungsrichtung nächsten Stufe angeschlossen ist und der Feststoff- Auslaß (z. B. 4a) des Zyklonabscheiders (z. B. 1a) ei­ ner Stufe an die zum tangentialen Einlaß (7) der in Gasströmungsrichtung vorangehenden Stufe führende Verbindungsleitung (8) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (5) der Zyklonabscheider durch das Unterteil (3) der Zyklonabscheider nach außen ge­ führt und über einen Krümmer (6) an die zum Zy­ klonabscheider der nächsten Stufe führende Verbin­ dungsleitung angeschlossen ist, wobei die Zy­ klonabscheider zumindest aller der ersten Stufe in Gasströmungsrichtung folgenden Stufen auf etwa glei­ cher Höhe angeordnet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zyklonabscheider eine von ihrer Decke (10) in das zylindrische Oberteil (2) hineinragende Wirbelstütze (9) aufweisen.

3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (5) und/oder die Wirbelstütze (9) zentrisch im Zyklonabscheider angeordnet sind.

4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (5) und/oder die Wirbelstütze (9) exzentrisch im Zyklonabscheider angeordnet sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verhältnis von Höhe zu Breite des Ein­ trittsquerschnitts (7′) des tangentialen Einlasses der Zyklonabscheider größer als 2 : 1 ist, so daß das eintretende Feststoff-Gasgemisch auf die Wand des zylindrischen Oberteiles (2) des Zyklonabschei­ ders gerichtet ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich wenigstens eines Krümmers (6), vorzugsweise im Bereich der Krümmer der beiden in Gasströmungsrichtung ersten Stufen des Wärmetau­ schers, ein zusätzlicher Feststoff-Auslaß (4′) vor­ gesehen ist, der an einen in Gasströmungsrichtung vorhergehenden Anlagenteil des Wärmetauschers, an den Einlauf eines dem Wärmetauscher vorgeschalteten Drehrohrofens oder an eine zwischen Drehrohrofen und Wärmetauscher vorgesehene Calciniereinrichtung (12) angeschlossen ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Krümmer (6) mit einem belüfteten Boden versehen sind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zumindest einige Zyklonabscheider ein wei­ teres, durch das Oberteil (2) des Abscheiders nach außen geführtes Tauchrohr (5′) aufweisen, das über eine Verbindungsleitung (17) an den zum Zyklonab­ scheider der nächsten Stufe führenden Krümmer (6) angeschlossen ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Kennwerte:

• a) der Abstand der Oberkante des Tauchrohres von der Decke des Zyklonabscheiders liegt zwischen dem 0,8- und 1,2fachen Wert des lichten Durch­ messers des zylindrischen Oberteiles;
• b) mit Ausnahme der letzten Stufe des Wärmetau­ schers liegt der Durchmesser des Tauchrohres der Zyklonabscheider zwischen dem 0,5- und 0,7fa­ chen Wert des lichten Durchmessers des zylindri­ schen Oberteiles, während der Durchmesser des Tauchrohres der als Entstaubungsstufe wirksamen letzten Stufe des Wärmetauschers kleiner als der 0,6fache Wert des lichten Durchmessers des zylindrischen Oberteiles ist;
• c) die Breite des Eintrittsquerschnitts ist größer als die halbe Differenz zwischen dem lichten Durchmesser des zylindrischen Oberteiles und dem lichten Durchmesser des Tauchrohres;
• d) zumindest von der in Gasströmungsrichtung zwei­ ten Stufe an ist die Länge der Feststoff-Auslaß­ leitungen kleiner als der halbe lichte Durchmes­ ser des zylindrischen Oberteiles.