DE4324757A1 - Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Vorwärm- oder/und Kühlsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung nach dieser Zusatzanmeldung betrifft einen Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Vorwärm- oder/und Kühlsystem gem. der Haupt-Patentanmeldung P 43 00 011.8. Der gesamte Inhalt der vorgenannten Hauptanmeldung (Beschreibung, Patentansprüche, Zeichnungen) ist, soweit es für das Verständnis dieser Zusatzanmeldung erforderlich ist, auch Bestandteil dieser Zusatzanmeldung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin:
Durch den Anspruch 1 dieser Zusatzanmeldung die Wirksamkeit der inneren Entstaubung (6) weiter zu verbessern, u. zw. durch die Verlängerungen (26) der Schnecken über den Innendurchmesser des Mantels (3) hinaus und die Sperrstücke (27), so daß ein Rückfall bereits abgeschiedenen Staubes ins System vermieden wird.

Fig. 1 zeigt die Lösung für den vertikalen Wärmetauscher (2) einschließlich der auf den Schnecken angebrachten Einschnürungen (26) in der Mantel-Ebene. Die Lösung für den rotierenden, horizontalen WT (2) mit zwei unterschiedlichen Sperrstück(27)-Konzeptionen ist in der Fig. 2 dargestellt.

Mit dem Anspruch 2 eine Alternative zum WT (2) nach Anspruch 1 u. 6 der Hauptanmeldung unter Verwendung des Prinzips der im Gleichstrom arbeitenden inneren Entstaubung (6) als Wärmetauscher herzustellen. Diese Wärmetauscher (Zwischen-WT's) haben die Aufgabe, im Gegensatz zum WT nach Anspruch 1 der Hauptanmeldung eine Zwischenabscheidung des Rohmehls in den verschiedenen Wärmetauscher-Stufen zu ermöglichen. In den Fig. 3, 4 u. 5 sind mögliche Lösungen und Ausführungsformen von Zwischen-Wärmetauschern mit horizontal abgehenden, aber außermittig liegenden Gasleitungen skizziert. Der aus der unteren (29) und der oberen Schneckenfläche (30) sowie dem Zentralrohr (4) gebildete (theoretische) Gasquerschnitt (Fig. 7) wird zweckmäßigerweise max. eingängig und mit etwa einer Steigung um das Zentralrohr geführt. Dieser Querschnitt nimmt entsprechend der Abkühlung des Gases durch den Wärmeaustausch und zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Mindest-Abscheidegeschwindigkeit zum Gasaustritt hin ab und stellt im Grundriß in etwa eine Spirale dar. Der Gasein- und der Gasaustritt können höhenunterschiedlich angeordnet sein, u. zw.:

Gaseintritt unterhalb vom Gasaustritt zeigt Fig. 3
Gaseintritt auf gleicher Höhe wie Gasaustritt zeigt Fig. 4
Gaseintritt über dem Gasaustritt zeigt Fig. 5

Die Fig. 8 zeigt die axiale Verschiebemöglichkeit der unteren Schnecke (29) am Zentralrohr (4) für eine evtl. später erforderliche oder gewünschte Änderung der Gasgeschwindigkeit. Einen Zwischen-WT mit koaxialem Ein- und Austritt des Gases (Fig. 2), diese Konstruktion ist in den Stufen 1-4 und der Entstaubungsstufe der Fig. 12 dargestellt.

Mit dem Anspruch 3 die Konstruktion mehrstufiger Vorwärmer mit Zwischen-Material-Abscheidungen bei niedriger Bauhöhe und geringem Druckverlust zu ermöglichen. Gelöst wird diese Aufgabe durch den Einsatz der Zwischen-WT's der verschiedenen Formen nach Fig. 1, 3-5 in abgestuften Dimensionen und zusammengesetzt zu den Systemen nach Fig. 9-12. Das Schneckensystem des in Fig. 12 eingesetzten Zwischen-WT's kann mehrgängig sein und über eine Steigung hinausgehen.

Die Mitte (Grundriß) der mehrstufigen Wärmetauscher (Fig. 9-12) ist identisch mit der des Zentralrohres (4). Den WT-Endstufen sind die inneren Entstaubungen (6) nachgeschaltet. Der in den Entstaubungen (6) abgeschiedene Staub kann je nach Erfordernis mit dem Rohmehl der Endstufen einer beliebigen Vorstufe aufgegeben oder ganz aus dem WT-System heraus direkt dem Material-Austrag zugegeben werden.

Zur intensiveren Durchmischung des Rohmehls mit dem Gas ist den Gasleitungen nach dem Material-Eintrag ein verstellbares Schnecken-Flügelsystem (40) vorgesehen. Die durch dieses Flügelsystem entstehende Drallströmung des Gases unterstützt die Material-Abscheide-Wirkung in den Abscheidern durch die Wahl rechts- oder linksgängiger Schnecke.

Mit dem Anspruch 4 dieser Zusatzanmeldung einen horizontalen Wärmetauscher mit Zwischen-Abscheidung des Materials, wie in Fig. 13 dargestellt, zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch das Aneinanderreihen der Abscheider (Fig. 2), der Förderung des Rohmehls in der Schnecke (44) von Stufe zu Stufe, der Wiedereinführung des zuvor in nachfolgenden Stufen abgeschiedenen Rohmehls in den Gasstrom gelöst. Der Gasquerschnitt nimmt entsprechend der Verringerung des Gasvolumens durch den Wärmetausch ab. Eventuell durch den Gasstrom nicht mitgenommenes Material wird durch Schnecken mit geringer Höhe in Gas-Richtung ins Tauschersystem gefördert und hier abgeschieden.

Mit dem Anspruch 5 dieser Zusatzanmeldung in nur einem Rohrkühler Klinker auf eine geringe Endtemperatur zu kühlen, der Kühler ist in Fig. 14 dargestellt. In einem zylindrischen oder konischen Rohr (3) befinden sich die Rekuperations- (35) und die Kühlzone (34). Der Klinker wird beim Eintritt in den Kühler durch das Kegelbrechwerk (14/15) auf das gewünschte Maximalkorn zerkleinert und durchläuft von dem Schnecken-Schaufelsystem (5) geführt die Rekuperations- (35) und Kühlzone (34) bis zum Austrag. Durch das Zerkleinern des Klinkers am Kühler-Eingang entfällt das für Rohrkühler übliche Anheben und sonst erforderliche Klinker-Fallhöhe.

Die für die Kühlung auf die geringe Klinker-Endtemperatur erforderliche Kühlluftmenge (bei üblichen Kühlern 1,3-1,8 Nm³/kg Klinker) wird über den Lufteintritt (37) in die Kühlzone (34) gepreßt. Im Übergang Kühl-/Rekuperationszone, aus dem die bereits erwärmte Sekundärluft angesaugt wird, liegt der Luftdruck z. B. im Bereich ca. +/-0 mb. Aus dieser Zone wird auch die überschüssige, erwärmte Kühlluft durch den Raum Zwischenrohr (36)/Zentralrohr (4) über den Austritt (38) abgezogen.

Die Sekundärluft wird über Ventilatoren des Ofen- oder des Vorwärmsystems angesaugt, die frische Kühlluft über einen Druckventilator in den Kühler gedrückt. Über einen zweiten Kühler-Ventilator wird die überschüssige, erwärmte Kühlluft aus dem Kühler abgezogen. Die Sekundärluft wird am Kühler-Austritt über die dort installierte innere Entstaubung (6), die überschüssige (erwärmte) Kühlluft am Eintritt in die Luft-Rückführung (in Fig. 14 jedoch am Ende der Rückführung dargestellt) durch eine weitere innere Entstaubung entstaubt. Der gesamte Staub aus den beiden Entstaubungen (6) wird über eine im Innern des Zentralrohres (4) liegende, feste Schnecke aus dem Kühler geführt, u. zw. getrennt vom Klinker.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die innere Entstaubung (6) als vertikalen Zwischen-Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 u. 3;

Fig. 2 die innere Entstaubung (6) als horizontalen Zwischen-Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 u. 4;

Fig. 3 einen Zwischen-WT (31) mit unten liegendem Gaseintritt nach Anspruch 2;

Fig. 4 einen Zwischen-WT (32) mit auf gleicher Höhe liegendem Gaseintritt nach Anspruch 2;

Fig. 5 einen Zwischen-WT (33) mit oben liegendem Gaseintritt nach Anspruch 2;

Fig. 6 die Gasführungs-Querschnitte bei einem Zwischen-WT (31) mit unterem Gaseintritt und einem außen größeren "h", d. h. ha/hi größer 1;

Fig. 7 den Gasquerschnitt eines Zwischen-WT's mit einem außen kleineren "h", d. h. ha/hi kleiner 1;

Fig. 8 die Möglichkeit der Verschiebung der unteren Schnecken-Fläche (29) auf dem Zentralrohr (4) nach Anspruch 2;

Fig. 9 einen vertikalen 4stufigen Wärmetauscher mit Zwischen-WT's (33/Fig. 3) nach Anspruch 3;

Fig. 10 einen vertikalen 4stufigen Wärmetauscher mit Zwischen-WT's (31/Fig. 3) nach Anspruch 3;

Fig. 11 einen vertikalen 4stufigen Wärmetauscher mit Zwischen-WT's (32/Fig. 4) nach Anspruch 3;

Fig. 12 einen vertikalen 4stufigen Wärmetauscher mit Zwischen-WT's (6/Fig. 1) nach Anspruch 3;

Fig. 13 einen horizontalen, rotierenden 4stufigen Wärmetauscher mit Zwischen-WT's (6/Fig. 2) nach Anspruch 4;

Fig. 14 einen Rohr-Kühler in Duotherm-Schaltung nach Anspruch 5.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen die innere Entstaubung (6) teils im Schnitt und teils in Ansicht. Bei der senkrechten Ausführung wird das abgeschiedene Material z. B. über 4 Sammelkonen und Schurren dem nächsten Zwischen-WT zugeführt. Die Schneckensysteme (28) sind mit dem Zentralrohr (4) bzw. dem Führungsrohr (41) fest oder lösbar verbunden, jedoch nicht mit den äußeren Bauteilen. Die Schneckenflügel-Verlängerungen (26) und die Sperrteile (27) verhindern einen Rückfall bereits abgeschiedenen Materials in den gasführenden Bereich.

Beim Zwischen-WT (Fig. 2) wird das Rohmehl über ein im Innern des Zentralrohres (4) befindliches, fest mit diesem Rohr verbundenes Schneckensystem (44), von Stufe zu Stufe und über die Schlitze (42) oder einer totalen Unterbrechung des Zentralrohres (4) aus der Schnecke (44) über den Raum (43) in den gasführenden Bereich gefördert. Unterstützt wird der Material-Eintrag in den Gasbereich durch einen im Raum (43) erzeugten Unterdruck. Dieser entsteht z. B. durch eine Einschnürung des Gasquerschnitts in Höhe des Material-Austritts. Zur Vergleichmäßigung des in Schüben aus den Rohren (46) in die Schnecke (44) einfallenden Rohmehls sind in der Schnecke (44) Unterbrechungen (45) der Schnecke zwischen Material-Ein/u. -Austrag vorgesehen, diese Unterbrechungen (45) bilden durch den entstehenden Material-Pfropfen einen Gas-Abschluß. Das Zwischenrohr (41) ist über Streben mit dem Zentralrohr (4) fest verbunden.

Fig. 3-5 zeigen die Zwischen-WT's mit unterem Gaseintritt (31), mit auf gleicher Höhe liegendem Gaseintritt (32) sowie WT (33) mit obenliegendem Gasaustritt. Allen diesen WT's ist gemeinsam der Material-Sammelkonus (39), das Zentralrohr (4), die nach oben abschließende Schneckenfläche (30) sowie die nur mit dem Zentralrohr verbundene untere Schneckenfläche (29). Der Sammelkonus (39) und die mit diesem verbundene obere Schneckenfläche (30) stützen sich außen ab, sind aber am Zentralrohr (4) beweglich gelagert.

In Fig. 6 wird der theoretische Gasquerschnitt eines Zwischen-WT's (31) beim Eintritt auf halber Höhe und beim Austritt schraffiert dargestellt. In diesem Beispiel ist die äußere Höhe "ha" größer als die innere Höhe "hi". Durch Veränderung der Winkel alpha bzw. des Höhenverhältnisses ha/hi werden die Geschwindigkeit des Gases (außen/innen) und/oder das flächenspezifische Gasvolumen für eine optimale Material-Abscheidung entsprechend gewählt.

In Fig. 7 ist ein Zwischen-WT mit einem Gasquerschnitt (schraffiert) dargestellt, bei dem das Höhenverhältnis "ha/hi" kleiner 1 ist.

Fig. 8 zeigt die Möglichkeit der axialen Verschiebung der unteren Schneckenfläche (29) auf dem Zentralrohr (4) zum Zwecke einer nachträglichen Änderung der Gasgeschwindigkeit, im Beispiel ist dies ein WT (33).

In den Fig. 9-12 werden jeweils vertikale (statische), z. B. 4stufige Wärmetauscher einschließlich einer inneren Entstaubung (6) als Endstufe unter Verwendung der Zwischen-WT's (33), (31), (32) bzw. (6/Fig. 1) eingesetzt. Das Zentralrohr (4) ist allen aufgeführten Wärmetauscher-Versionen (u. a. als stützende Säule) gemeinsam.

In Fig. 13 ist ein horizontaler (rotierender), z. B. 4stufiger Wärmetauscher einschließlich einer inneren Entstaubung (6) als Entstaubungsstufe unter Verwendung des Zwischen-WT's (6/Fig. 2) gezeichnet. Das Zentralrohr (4) dient bei dieser Konstruktion im wesentlichen dem Transport des Rohmehls durch ein im Rohrinneren befindliches Schneckensystem (44). Das Rohmehl wird im Beispiel einschließlich des in der Entstaubungsstufe abgeschiedenen Staubes in der Stufe 4 über Schlitze (42) im Zentralrohr (4) in den Raum (43) zwischen Zentralrohr und Führungsrohr (41) ausgetragen und in den gasführenden Bereich geführt. Das in den Zwischen-WT's (6/Fig. 2) abgeschiedene Material wird über Rohrschurren (46) nach den Austrittsschlitzen (42) über die Schnecke (44) zum nächsten Austritt gefördert. Die Führungsrohre (41) nehmen das Schneckensystem (28) des Abscheiders auf und stützen sich auf dem Zentralrohr (4) ab. Alle Wärmetauscher-Teile sind nach jeweiliger Wärmebelastung durch ffst. Auskleidung, sonstigem hitzebeständigem Material oder durch Wasser-Kühlung geschützt.

Fig. 14 zeigt den Rohrkühler mit Duotherm-Schaltung im Schnitt. Der Klinker wird beim Eintritt in den Kühler durch das Brechwerk (14/15) zerkleinert und über die innere Entstaubung (6) mittels des Schneckensystems (5) durch die Rekuperations- (35) und Kühlzone (34) gefördert. Die frische Kühlluft tritt über (37) in den Raum "Mantel (3) und Zwischenrohr (36)", der Kühlzone (34) ein. Die wegen der Kühlung auf eine geringe Klinker-Endtemperatur über den Bedarf der Verbrennungsluft liegende Kühlluft wird über (38) aus dem Kühler abgesaugt, die erforderliche Verbrennungsluft (Sekundär- u. Tertiärluft) über Ofen- oder Vorcalziergebläse aus dem Kühler gefördert.

Der in innerer Entstaubung (6) am Kühler-Eintritt anfallende Staub wird über Rohrschurren ins Zentralrohr (4) und von hier über eine Schnecke aus dem Kühler transportiert. Auf dem gleichen Wege wird der Staub aus der inneren Entstaubung (6) für die überschüssige, erwärmte Kühlluft am Ende des Kühlers abgeführt. Das Schnecken-System (5) teils bestehend aus Gängen mit geringer oder voller Ganghöhe ist ebenso wie alle mit dem Klinker in Berührung kommenden Teile des Kühlers in verschleißfestem oder hitzebeständigem Material ausgeführt oder gepanzert.

Claims (5)

1. Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Vorwärmsystem nach Anspruch 2 der Hauptanmeldung, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in der inneren Entstaubung (6) befindlichen Schneckenflügel (28) zur Vermeidung von Staubrückfall im äußeren Bereich des Entstaubungsteils (17) für die vertikale Version verlängert (26) und bei der horizontalen Version hier Sperrstücke (27) angebracht werden.

2. Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Vorwärmsystem nach Anspruch 2 der Hauptanmeldung und dem Prinzip der inneren Entstaubung, dadurch gekennzeichnet,
daß aus zwei maximal eingängigen Schnecken (29/30) mit schrägen Flächen, unterschiedlichem und variablem Winkel und je einer Steigung ein dem Wärmeaustausch dienender Abscheider - Zwischenwärmetauscher - (31-33) gebildet wird,
daß der Gaseintritt unterhalb (Fig. 3), auf gleicher Höhe (Fig. 4) oder über (Fig. 5) dem Gasaustritt sowie Gasein- u. -austritt am Zwischen-WT horizontal liegen,
daß die den Abscheider (31-33) nach außen-oben abschließende Schneckenfläche (30) und die hiermit fest verbundenen Material-Sammelkonen (39) zum Dehnungsausgleich beweglich gelagert sind und sich auf dem Zentralrohr (4) abstützen, die untere Schneckenfläche (29) mit dem Zentralrohr (4) fest oder lösbar (höhenverschiebbar) verbunden ist,
daß zur Erzielung einer optimalen Material-Abscheidung die erforderlichen Gasgeschwindigkeiten (außen-innen) oder aber das flächenspezifische Gasvolumen, bezogen auf die Einheit der Breite des gasführenden Querschnitts (schraffiert markiert in Fig. 6 u. 7), durch entsprechende Wahl und Anpassung der Winkel alpha (Fig. 6, 7) variiert und erreicht werden,
daß für eine nachträgliche Änderung der Gasgeschwindigkeit die untere Schneckenfläche (29) in axialer Richtung am Zentralrohr (4) verschoben werden kann (Fig. 8),
daß zur Aufrechterhaltung der mindest erforderlichen Abscheide-Gasgeschwindigkeit die durch den Wärmeaustausch entstehenden Reduzierungen der Gasvolumen über Querschnitts-Minderungen zum Gasaustritt hin erreicht werden.

3. Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Vorwärmsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2 u. 3 der Hauptanmeldung, dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem abscheidenden Zwischen-Wärmetauscher (Fig. 3, 4, 5) sowie dem der inneren Entstaubung (6) gleichendem Tauscher (Fig. 2), mit koaxialem Gas-Ein/Austritt, mit abgestufter Dimensionierung dieser Zwischen-WT's, dem Zentralrohr (4) und der inneren Entstaubung (6) ein jeweils mehrstufiger Wärmetauscher (Fig. 9, 10, 11, 12) mit Material-Zwischen-Abscheidung nach jeder Stufe gebildet wird und daß der in den materialenthaltenden Gaszuführungen eingebaute, auch untereinander unterschiedlich verstellbare Schnecken-Flügel (40) für eine gute Durchmischung des im Gegenstrom einfallenden Mehles mit dem Gas sowie eine der besseren Material-Abscheidung dienenden Drallströmung sorgt,
daß der in der inneren Entstaubung (6) anfallende Staub dem System in einer beliebigen Stufe wieder zugeführt oder mit dem Material nach Stufe 1 ausgetragen wird.

4. Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Vorwärmsystem nach Anspruch 8 der Hauptanmeldung und Anspruch 3 dieser Zusatzanmeldung, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem der inneren Entstaubung (6) gleichenden Zwischen-Tauscher (Fig. 2) auch in dem horizontalen (rotierenden) WT nach Fig. 13 eingesetzt werden,
daß das Zentralrohr (4) besonders der Förderung des Rohmehls von Stufe zu Stufe und bis zum Austrag sowie der Aufnahme der Führungsrohre (41) für die Schneckensysteme (28) dient,
daß ein Schneckensystem mit geringer Schneckenhöhe das nicht vom Gasstrom mitgenommene Rohmehl in den nächsten Zwischen-WT zur Abscheidung mit Wärmetausch fördert,
daß durch eine wellenartige Einschnürung auf dem Führungsrohr (41) im Gasquerschnitt und dem hiermit entstehenden Unterdruck Material aus dem Raum (43) zwischen Schnecke und Führungsrohr (41) angesaugt und mit dem Gas dem Zwischen-WT zugeführt wird.

5. Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Kühlsystem zur Kühlung auf eine geringe Endtemperatur und nach Anspruch 9 u. 10 der Hauptanmeldung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlung (Fig. 14) in einem nur einer Trommel, aber getrennt in den beiden Zonen "Rekuperation" (35) und "Kühlung" (34) im Gegenstrom erfolgt, die gesamte Kühlluft über den Eintritt (37) zwischen Mantel (3) und Zwischenrohr (36) in den Grenzbereich - Kühlung/Rekuperation - gedrückt und von hieraus die erforderliche, bereits erwärmte Verbrennungsluft (Sekundär- u. Tertiär-) als Kühlluft für die Rekuperation (35) angesaugt und die überschüssige Warmluft zwischen Zentralrohr (4) und Zwischenrohr (36) über den Austritt (38) abgezogen wird,
daß neben der inneren Entstaubung (6) am Kühler-Eintritt sich eine solche auch am Beginn der Warmluft-Rückführung befindet und der gesamte Klinkerstaub über das Zentralrohr, vom Klinker getrennt, aus dem Kühler geführt wird.