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