DE4227541A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen von Schüttgut auf hohe Temperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen von Schüttgut auf hohe Temperaturen, bei dem das Schüttgut zunächst auf eine gewünschte Endtemperatur aufgeheizt und sodann auf eine niedrigere, aber weit über Außentemperatur liegende Temperatur abgekühlt wird und auf jeder einstellbaren Temperatur gehalten werden kann. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Bei der Behandlung spezieller Schüttgüter ist es beispielsweise erforderlich, das Schüttgut zunächst einmal auf eine erhöhte Temperatur von beispielsweise etwa 650°C zu erhitzen und dann auf eine zwar niedrigere, aber immer noch deutlich über Raumtemperatur liegende Temperatur von beispielsweise etwa 170°C abzukühlen, auf der das Schüttgut dann aber gehalten werden muß, d. h. daß diese Temperatur nicht unterschritten werden darf. Die Temperierung muß also so erfolgen, daß die Vorlauftemperatur des Gases möglichst schnell und genau den vorgegebenen Sollwerten folgt.

Da die Behandlung des Schüttgutes in einem geschlossenen Behältnis wie einem Reaktor, der auch Mischwerkzeuge enthalten kann, erfolgt, muß die Wärmezufuhr so steuerbar sein, daß die gewünschten Betriebsbedingungen stets erreicht und eingehalten werden. Bekannte Reaktoren erfüllen diese Bedingungen nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Wärmebehandlung von Schüttgut dieses in wirtschaftlicher und sicherer Weise zunächst auf eine stark erhöhte Temperatur aufzuheizen und anschließend auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur abkühlen, ohne Schäden am das Schüttgut aufzunehmenden Behälter wegen unzulänglicher Temperaturführung befürchten zu müssen.

Die Gefahr von Schäden am Behälter ist besonders durch zu hohe Temperaturgefälle am Behälter und die damit verbundene Materialbeanspruchung gegeben.

Diese gestellte Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Gattung gelöst, welches die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist. Außerdem wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale des Patentanspruches 4 aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist das Gehäuse des Reaktors oder Mischers mit einem Doppelmantel ausgerüstet, der auch die Einlaß- und Auslaßstutzen des Mischbehälters umgibt und der zur Führung der zum Heizen und Kühlen bestimmten Gase dient. Dabei wird das geregelt temperierte Gas, vorzugsweise Luft, im Kreislauf gefahren. In diesem Kreislauf ist vorzugsweise eine Klappenstation zur Zugabe von Kaltluft und zur Regelung der im Kreislauf geführten Gasmenge enthalten, ferner ein Ventilator zum Fördern des temperierten Gases wie Luft, ein Erhitzer zum Aufheizen des Gases wie Luft und Drosselorgane zum Führen der Gasmengen im Doppelmantel. Ein Meß- und Regelsystem ermöglicht ein gezieltes Erhöhen und Absenken der Temperatur des im Kreislauf geführten Gases.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Temperaturregelung nach zwei Gesichtspunkten:

• a) In einem Programm ist die Sollwert-Temperatur des Schüttgutes vorgegeben. Sie wird mit der von einem Istwert- Thermometer ermittelten Temperatur des Schüttgutes verglichen. Daraus ergibt sich die Stellgröße, die als Sollwert für die tatsächliche Sollwert-Berechnung der Temperatur des Vorlaufes der Zuluft eingeht.
• b) Um unzulässige Wärmespannungen am Reaktor zu vermeiden, wird die Differenz zwischen der Temperatur der Zuluft und der Temperatur der Abluft gemessen. Diese Temperaturdifferenz geht in die Berechnung der Führungsgröße für das Heizen und Kühlen unter Berücksichtigung des Sollwertes in einem zweiten Regler ein. Dieser arbeitet als Split-range-Regler, d. h. im oberen Temperaturbereich wird die Heizung geregelt, im unteren Temperaturbereich die Kühlung. Dadurch ist sichergestellt, daß entweder geheizt oder gekühlt wird. Die vorgegebenen Bereiche für die möglichen Sollwerte sind unterschiedlich für Heizen und Kühlen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der für die Gasführung vorgesehene Doppelmantel so ausgebildet, daß Wärmedehnungen durch Kompensatoren aufgefangen und ausgeglichen werden können, nicht zuletzt auch deshalb, weil am Mischer oder Reaktor angeordnete Stutzen und Mannlöcher auch von dem Doppelmantel umschlossen sind. Der Doppelmantel ist so unterteilt, daß das Gas in jedem Teil-Abschnitt separat geführt werden kann. Durch Drosselorgane lassen sich die Gasmengen so einstellen, daß überall ein gleicher Gasstrom herrscht.

Die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Abgasklappe schließt nicht absolut dicht. Dadurch ist sichergestellt, daß sich im Gaskreislaufsystem kein Überdruck aufbauen kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 ein Schalt-Diagramm dieser Vorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung,

Fig. 3 eine Draufsicht der Vorrichtung,

Fig. 4 eine weitere Seitenansicht der Vorrichtung ähnlich wie in Fig. 2, wobei jedoch weitere Elemente der Vorrichtung zu erkennen sind,

Fig. 5 eine im Maßstab größere Teilansicht des Mischers der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 4, woraus insbesondere der Doppelmantel zu erkennen ist, und

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt der Vorrichtung aus Fig. 5.

Ein Mischer 1 mit liegendem Behälter und somit horizontaler Achse 2 und einem Antriebsmotor 3 für ein nicht näher dargestelltes Mischwerk ist mit einem Doppelmantel 4 versehen, der zum Durchleiten von heißem Gas bestimmt ist, mit dessen Hilfe das im Mischer befindliche und dort gegebenenfalls bewegte Schüttgut aufgeheizt und schließlich auf einer verminderten, jedoch noch deutlich über Außentemperatur liegenden Temperatur für eine vorgegebene Behandlungszeit gehalten werden kann. Der Doppelmantel 4 ist so ausgebildet, daß er in den Mischer 1 führende bzw. aus dem Mischer herausführende - in Fig. 1 nicht gezeigte - Stutzen oder sonstige Anschlußelemente umschließt.

Gemäß Fig. 1 ist der Doppelmantel 4 im Inneren durch eine kreisscheibenförmige Zwischenwand 5 in zwei den trommelförmigen Behälter des Mischers 1 ringförmig umgebende Abschnitte 6 und 7 unterteilt. Jeder dieser ringförmigen Abschnitte 6 und 7 ist jeweils mit einem Einlaßstutzen 8 und einem Auslaßstutzen 9 für als Wärmeträger dienendes heißes Gas, das vorzugsweise Luft ist, versehen.

Jedem Einlaßstutzen 8 ist eine die Einlaßmenge des Gases regelnde Klappe 10 vorgeschaltet. Die Klappen 10 der beiden Einlaßstutzen sind individuell steuerbar. Die von jeder Klappe 10 durchgelassene Gasmenge wird von einem nachgeschalteten Fühler 11 erfaßt. Nach den vom jeweiligen Fühler 11 ermittelten Werten wird die diesem Fühler vorgeschaltete Klappe 10 gesteuert. Um einen gleichmäßigen Gasdurchfluß im vorderen und hinteren Bereich des Doppelmantels 4 einstellen zu können, ist in jedem Einlaßstutzen 8 jeweils ein von Hand verstellbares Luftleitblech 43 angeordnet, das um eine horizontale Achse 44 mittels eines Handrades 45 verstellt werden kann.

Die in den Einlaßstutzen 8 angeordneten Luftleitbleche 43 können in Stirnansicht winkelförmig ausgeführt sein, wie Fig. 6 zeigt. Sie können aber auch jede andere Form aufweisen, beispielsweise auch ein einfaches plattenförmiges Blech sein.

Damit sich zwischen dem trommelförmigen Behälter 48 des Mischers 1 und dem diesen umschließenden Doppelmantel 4 keine Spannungen durch Temperaturunterschiede aufbauen können, ist der Doppelmantel 4 mit seinen Enden über Kompensatoren 49 auf dem Behälter des Mischers 1 angeordnet, welche aus aus Metall-Blech gebogenen Faltenbälgen bestehen. Derartige Faltenbälge können auch zwischen den Einlaß- und Auslaßstutzen und weiteren in den Behälter 48 des Mischers 1 und/oder den Doppelmantel 4 führenden Stutzen vorgesehen sein. Diese Kompensatoren 49 gewährleisten eine dichte, jedoch spannungsfreie Verbindung zwischen dem Behälter 48 und dem auf diesem angeordneten Doppelmantel 4.

Dem zum indirekten Heizen und Kühlen des Mischers 1 verwendetes Gas kann durch eine Leitung 12 kühles Gas wie Frischluft zugeführt werden, wobei die zugeführte Menge Fischluft durch ein in der Leitung 12 angeordnetes Regelorgan 13 gesteuert wird. Die zugeführte Frischluft gelangt durch eine Leitung 14 zu einem Gebläse oder Verdichter 15, der mit einem Motor 16 versehen ist und für die Umwälzung der in die Leitung 14 gelangten Luft sorgt. Der Verdichter 15 ist über eine Zwischenleitung 17 mit einem als Heizeinrichtung dienenden Wärmetauscher 18 verbunden.

Der Wärmetauscher 18 enthält beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine von einer elektrischen Energiequelle 19 erhitzte Heizschlange 20, über welche die durch die Zwischenleitung 17 herangeführte Luft strömt, um auf die gewünschte Betriebstemperatur aufgeheizt zu werden. Die Heizeinrichtung kann auch nach einem anderen Funktionsprinzip ausgeführt sein, z. B. als direkt befeuerbarer Gaserhitzer.

Die im Wärmetauscher 18 aufgeheizte Luft strömt durch eine weitere Leitung 21 zu einem Verteiler 22, der zu den beiden Klappen 10 und damit zu den beiden Einlaßstutzen 8 des Doppelmantels 4 führt.

An die beiden Auslaßstutzen 9 ist ein Sammler 23 angeschlossen, der die aus dem Doppelmantel 4 abströmenden Teilluftmengen in eine gemeinsame Auslaßleitung 24 leitet. In diese Auslaßleitung 24 ist ein steuerbares Regelorgan 25 eingebaut, das zusammen mit den Regelorganen 26 und 13 die Menge der aus der Auslaßleitung 24 ausströmenden Abluft steuert.

Vor dem Regelorgan 25 ist an die Auslaßleitung 24 die Leitung 14 angeschlossen, welche ein weiteres steuerbares Regelorgan 26 enthält, das zwischen der Auslaßleitung 24 und der Stelle angeordnet ist, an der die das Regelorgan 13 enthaltende Leitung 12 für die Zufuhr von Frischluft in die Leitung 14 mündet.

An die vom Wärmetauscher 18 zum Doppelmantel 4 führende Leitung 21 ist ein Temperaturfühler 27 angeschlossen, der die Temperatur der durch die Leitung 21 strömenden erhitzten Luft erfaßt. An die Auslaßleitung 24 ist ein weiterer Temperaturfühler 28 angeschlossen, der die Temperatur der durch die Auslaßleitung 24 strömenden Abluft erfaßt. Die beiden Temperaturfühler 27 und 28 sind über ein die Temperaturdifferenz erfassendes Schaltelement 29 untereinander elektrisch verknüpft.

An den Innenraum des Mischers 1 ist schließlich ein weiterer Temperaturfühler 33 angeschlossen, welcher die im Inneren des Mischers 1 herrschende Temperatur und insbesondere die Temperatur des im Mischer 1 befindlichen Schüttgutes erfaßt. Dieser Temperaturfühler ist mit einem Sollwert-Istwert-Schaltelement 34 elektrisch verknüpft, das die mit dem Temperaturfühler 33 erfaßten Temperaturwerte mit einem beispielsweise durch ein Programm vorgegebenen Sollwert für die Temperatur vergleicht. Dieses Schaltelement 34 ist mit dem zur Berechnung vorgesehenen Schaltkreis 32 elektrisch verbunden und gibt die gegebenenfalls ermittelten Differenzen zwischen Sollwert und Istwert an diesen Schaltkreis weiter.

An den der Berechnung dienenden Schaltkreis 32 ist ein nach dem Split­ range-Prinzip arbeitender Regler 35 elektrisch angeschlossen, mit dem auch der an der Zulauf-Leitung 21 zugeordnete Temperaturfühler 27 elektrisch verbunden ist. Dieser Split-range-Regler arbeitet derart, daß bei negativer Regelabweichung die Heizung und bei positiver Regelabweichung die Kühlung der zum Heizen und Kühlen verwendeten umgewälzten Luft geregelt wird.

Der Split-range-Regler 35 ist elektrisch einerseits mit den Regelorganen 13, 25 und 26 und andererseits mit der Energiequelle 19 des Wärmetauschers 18 elektrisch verbunden. Somit kann er eine der gewünschten Arbeitstemperatur entsprechende Steuerung der Regelorgane und damit der geregelten Zufuhr von Frischluft und der geregelten Rückleitung von Abluft vornehmen und andererseits die in den Wärmetauscher 18 eingegebene Heizenergie steuern.

Von einem Programm wird der Sollwert für die Temperatur des Schüttgutes in das Schaltelement 34 eingegeben. Dieser Sollwert wird in dem Schaltelement 34 mit dem von dem Temperaturfühler 33 erfaßten Istwert der im Mischer 1 herrschenden Temperatur des Schüttgutes verglichen. Aus dem so gewonnenen Vergleichswert wird der Sollwert für die Temperatur des durch die Leitung 21 zum Doppelmantel 4 strömenden erhitzten Gases berechnet. Entsprechend dem Sollwert wird sowohl die von der Energiequelle 19 abgegebene Heizenergie als auch die Steuerung am Zulauf, Auslauf und Zwischenlauf mittels der Regelorgane 13, 25 und 26 geregelt.

Um den Mischer 1 nicht zu ungleichmäßig aufzuheizen, wird die Differenz zwischen der Einlaß- und Auslaßtemperatur mit Hilfe der Temperaturfühler 27 und 28 gemessen. Der vom Schaltelement 29 ermittelte Differenzwert geht in die Berechnung der Führungsgröße für das Heizen und Kühlen des Mischers 1 unter Berücksichtigung des vom Schaltelement 34 ermittelten Sollwertes und in den Regler 35 ein.

Dieser ist, wie gesagt, ein Split-range-Regler, der im oberen Bereich die Heizung und im unteren Bereich die Kühlung regelt. Dadurch ist sichergestellt, daß entweder nur geheizt oder nur gekühlt werden kann.

Fig. 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine Anlage, die nach dem Schaltschema aus Fig. 1 aufgebaut ist und arbeitet. Für die Aufgabe des im Mischer 1 zu behandelnden Schüttgutes ist ein siloartiger Aufgabebehälter 36 vorgesehen, der über einen Anschlußstutzen 37, welcher einen nicht dargestellten Verschluß enthält, in den Mischer 1 mündet. Neben dem Aufgabebehälter 36 ist ein nach oben führender zweiter Aufgabetrichter 38 angeordnet.

An die tiefste Stelle des Mischers 1 ist ein Auslaßtrichter 39 angebaut, der in ein Fallrohr 40 mündet. Der Auslaßtrichter ist ebenfalls mit einem nicht dargestellten Verschluß versehen, damit aus dem Mischer 1 Mischgut erst dann abgeführt werden kann, wenn dieses ausreichend beheizt und gekühlt worden ist.

In Fig. 5 und 6 ist der einen Doppelmantel 4 aufweisende Mischer 1 im einzelnen und etwas genauer als in den vorhergehenden Figuren dargestellt. Dabei ist erkennbar, daß der Antriebsmotor 3 mit der Welle 41 für das im Behälter 48 des Mischers 1 vorgesehene Mischwerk über ein Zwischengetriebe 42 verbunden ist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Erhitzen von Schüttgut auf hohe Temperaturen, bei dem das Schüttgut zunächst auf eine erwünschte End-Temperatur aufgeheizt und sodann auf eine niedrigere, aber weit über Außentemperatur liegende Temperatur abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut mittels im Kreislauf geführten erhitzten Gases wie erhitzter Luft aufgeheizt und auf gleiche Weise abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem im Kreislauf geführten Gas zum Abkühlen des Schüttgutes kaltes Gas beigemischt und dabei überschüssiges Gas aus dem Kreislauf abgelassen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erhitzen und beim Abkühlen des Schüttgutes die Temperaturdifferenz zwischen dem in den Erhitzungs- und Abkühlbereich zuströmenden und dem aus diesem Bereich abströmenden Gas auf maximal etwa 100°C begrenzt wird.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Behälter (1) mit einem darin angeordneten Rühr- oder Schleuderwerk (2, 3) zum Umwälzen von darin eingefülltem Schüttgut aufweist, der mit einem Doppelmantel (4) zum Durchleiten von als Wärmeträger dienendem Gas wie Luft versehen ist, und daß ein einen Kreislauf bildendes Leitungssystem (14, 21, 24) zum Umwälzen und Aufheizen des als Wärmeträger dienenden Gases an den Doppelmantel angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelmantel (4) in zwei oder mehr parallel zueinander geschaltete Teilbereiche (6, 7) unterteilt ist, von denen jeder mit einer verstellbaren Durchstromsteuerung (10) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (14, 21, 24) eine ein- und ausschaltbare Fördereinrichtung (15, 16) zum Umwälzen des Gases und eine regelbare Heizeinrichtung (18, 19, 20) enthält.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (14, 21, 24) mit einer Zuleitung (12) für Frischluft und einer Ableitung für überschüssiges Gas versehen ist, die in gegenseitiger Abhängigkeit steuerbare Verschlußelemente (13, 25, 26) enthalten.