DE4324757C2 - 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 nach DE 43 00 011 C2. Der gesamte Inhalt des vorgenannten Patentes (Beschreibung, Patentansprüche, Zeichnungen) ist, soweit es für das Verständnis dieser Zusatzanmeldung erfor­ derlich ist, auch Bestandteil dieser Zusatzanmeldung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin:
Durch den Anspruch 1 dieser Zusatzanmeldung die Wirksamkeit der inneren Entstaubung (6) zu verbessern,
durch den Anspruch 2 den einstufigen Wärmetauscher (2) für einen effektiveren Wärmeaustausch als ein mehrstufiges Wärmetauscher-System einzurichten, dieses sowohl für die vertikale als auch die horizontale Konstruktion,
durch die Kühlung des Zementklinkers in nur einer Rohrkühler-Einheit einen Kühleffekt zu erreichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche dieser Zusatzanmeldung gelöst.

Die Wirksamkeit der inneren Entstaubung (6) wird durch die Verlängerungen (26) der Schnecken über den Innendurchmesser des Mantels (3) hinaus und die Sperr­ stücke (27) verbessert, weil ein Rückfall bereits abgeschiedenen Staubes ins System vermieden wird.

Ein mehrstufiges Wärmetauscher-System wird erreicht durch Einsatz von Zwi­ schen-Abscheidern, die nach dem Prinzip der im Gleichstrom arbeitenden inneren Entstaubungen (6) wirken. Diese Zwischen-Abscheider dienen zur Abscheidung des Rohmehls in den verschiedenen Wärmetauscher-Stufen und gleichzeitig noch dem Wärmeaustausch. Dieses Wärmetauscher-System ist sowohl vertikaler als auch horizontaler Bauart.

Die Lösung möglicher Ausführungsformen von Zwischen-Abscheidern (6) mit hori­ zontal abgehenden, aber außermittig liegenden Gasleitungen sind in den Fig. 3, 4 und 5 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 erforderli­ chen 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 Gaseintritt zeigt Fig. 4 und Gaseintritt über dem Gasaustitt zeigt Fig. 5. Eine Zwischen-Abscheider-Ausführung mit koaxialem Ein- und Austritt des Gases zeigt die Fig. 2. Das Schneckensystem dieses Zwischen-Abscheiders kann mehrgängig sein und über eine Steigung hinausgehen.

Lösungen für mehrstufige Wärmetauscher-Konstruktion mit Zwischen-Abscheidern nach Fig. 1, 3, 4 und 5 in abgestufter Dimensionierung sind in den Wärmetauschern nach Fig. 12, 10, 11 und 9 dargestellt.

Die Mitte (Grundriß) der mehrstufigen Wärmetauscher (Fig. 9-12) ist identisch mit der des Zentralrohres (4). Den Wärmetauschern-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 Wärmetauscher-System heraus direkt dem Material-Austrag zugegeben werden.

Zur intensiveren Durchmischung des Rohmehls mit dem Gas ist in den Gasleitun­ gen der Wärmetauscher (Fig. 9-11) nach dem Material-Eintrag ein verstellbares Schnecken-Flügelsystem (40) vorgesehen. Die durch dieses Flügelsystem entstehen­ de Drallströmung des Gases unterstützt die Material-Abscheide-Wirkung in den Abscheidern. Die Flügelsysteme (40) sind rechts- oder linksgängige Schnecken.

Gelöst wird die Aufgabestellung für einen horizontalen Wärmetauscher durch das Aneinanderreihen der Abscheider (Fig. 2), der Förderung des Rohmehls in der Schnecke (44) von Stufe zu Stufe, der Wiedereinführung des zuvor in der nachfolgenden Stufe abgeschiedenen Rohmehls in den Gasstrom. 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. Die Fig. 13 zeigt so eine Konstruktion.

Die Kühlung des Zement-Klinkers auf eine geringe Endtemperatur in nur einer Rohrkühler-Einheit ist in Fig. 14 dargestellt. In einem zylindrischen oder konischem 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 für die sonst erforliche Fallhöhe für eine Klinker-Zerkleinerung. Die für die Kühlung auf die geringe Klinker-Endtempera­ tur 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)/Zentral­ rohr (4) über den Austritt (38) abgezogen. Die Sekundärluft wird über Ventilato­ ren des Ofen- oder des Vorwärmstems 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 Sekun­ därluft 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 Zeichnun­ gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die innere Entstaubung (6) als vertikalen Zwischen-Abscheider nach den Ansprüchen 1 u. 3, teils im Schnitt und teils in Ansicht. Bei der senkrech­ ten Ausführung wird das abgeschiedene Material z. B. über 4 Sammelkonen und Schurren dem nächsten Zwischen-Abscheider 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-Verlän­ gerungen (26) und die Sperrteile (27) verhindern einen Rückfall bereits abge­ schiedenen Materials in den gasführenden Bereich.

Fig. 2 die innere Entstaubung (6) als horizontalen Zwischen-Abscheider nach den Ansprüchen 1 u. 4 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 Zen­ tralrohres (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) ein­ fallenden 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, 4 u. 5 jeweils nach Anspruch 2, einen Zwischen-Abscheider (31) mit unten liegendem Gaseintritt, einen Zwischen-Abscheider (32) mit auf gleicher Höhe liegendem Gaseintritt und einen Zwischen-Abscheider (33) mit oben liegendem Gaseintritt. Allen diesen Zwischen-Abscheidern ist gemeinsam der Material-Sam­ melkonus (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.

Fig. 6 die Gasführungs-Querschnitte bei einem Zwischen-Abscheider (31) mit unterem Gaseintritt und einem außen größeren 'h', d. h. ha/hi größer 1 sowie den theoretischen Gasquerschnitt eines Zwischen-Abscheiders (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.

Fig. 7 den Gasquerschnitt eines Zwischen-Abscheiders, schraffiert dargestellt, mit einem außen kleineren 'h', d. h. ha/hi kleiner 1.

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

Fig. 9-12 jeweils vertikale (statische), z. B. 4-stufige Wärmetauscher einschließlich einer inneren Entstaubung (6) als Endstufe unter Verwendung der Zwischen-Abscheider (33), (31), (32) und (6/Fig. 1). Das Zentralrohr (4) ist allen aufgeführten Wärmetauscher-Versionen (u. a. als stützende Säule) gemein­ sam.

Fig. 13 einen horizontalen (rotierenden), z. B. 4-stufigen Wärmetauscher ein­ schließlich einer inneren Entstaubung (6) als Entstaubungsstufe unter Verwen­ dung des Zwischen-Abscheiders (6/Fig. 2). Das Zentralrohr (4) dient bei dieser Konstruktion im wesentlichen dem Transport des Rohmehls durch ein im Rohr­ inneren befindliches Schneckensystem (44). Das Rohmehl wird im Beispiel ein­ schließlich des in der Entstaubungsstufe abgeschiedenen Staubes in der Stufe 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-Abscheidern (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 Abscheider-Teile sind nach jeweiliger Wärmebelastung durch feuerfeste Aus­ kleidung, sonstigem hitzebeständigem Material oder durch Wasser-Kühlung ge­ schützt.

Fig. 14 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 Rekupe­ rations- (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 abge­ saugt, die erforderliche Verbrennungsluft (Sekundär- u. Tertiärluft) über Ofen- oder Vorcalziergebläse aus dem Kühler gefördert. Der in der inneren 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 überschüs­ sige, 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 verschleißfe­ stem oder hitzebeständigem Material ausgeführt oder gepanzert.

Claims (5)

1. Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Vorwärmsystem für feinkörniges Gut, insbesondere für Zementrohmehl, zur Ausnutzung der in einem Drehofen (1) frei­ gesetzten Wärme, in vertikaler Bauart und insbesondere statischer Arbeitsweise mit Führung des Gases und Förderung des Gutes durch ein schneckenförmiges System und einer Vorrichtung zur Entstaubung des Abgases, wobei in einem koni­ schen oder zylindrischem Mantel (3) gerade oder schräge, ein Schneckengang oder mehrere Schneckengänge (5) mit gleicher oder variabler Steigung sowie mit voller oder verringerter Ganghöhe fest oder lose schlüssig untergebracht ist/sind und wobei die Ein- oder Mehrfach-Schneckengänge (5) aus einzelnen, scheibenartigen Teilen (Flügel a/b/c) bestehen, die durch Verdrehen eine Än­ derung in der Steigung erlauben, nach DE 43 00 011 C2, 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 sind.

2. Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Vorwärmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass aus zwei maximal eingängigen Schnecken (29/30) mit schrägen Flächen, unter­ schiedlichem 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-Wärmetauscher horizontal liegen,
dass die den Abscheider (31-33) nach außen-oben abschließende Schneckenfläche (30) und die hiermit fest verbundenen Material-Sammelkonen (39) zum Dehnungs­ ausgleich beweglich gelagert sind und sich auf dem Zentralrohr (4) abstützen, die untere Schneckenfläche (29) mit dem Zentralrohr (4) fest oder lösbar (höhen­ verschiebbar) verbunden ist,
dass zur Erzielung einer optimalen Material-Abscheidung die erforderlichen Gasgeschwindigkeiten (außen-innen) oder aber das flächenspezifische Gasvolu­ men, bezogen auf die Einheit der Breite des gasführenden Querschnitts (schraf­ fiert 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 Schnec­ kenfläche (29) in axialer Richtung am Zentralrohr (4) verschoben werden kann (Fig. 8),
dass zur Aufrechterhaltung der mindest erforderlichen Abscheide-Gasgeschwin­ digkeit die durch den Wärmeaustausch entstehenden Reduzierungen der Gasvolumen über Querschnitts-Minderungen zum Gasaustritt hin erreicht werden.

3. Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Vorwärmsystem nach Anspruch 1, 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-/Aus­ tritt, mit abgestufter Dimensionierung dieser Zwischen-Wärmetauscher, dem Zentralrohr (4) und der inneren Entstaubung (6) ein jeweils mehrstufiger Wärme­ tauscher (Fig. 9, 10, 11, 12) mit Material-Zwischen-Abscheidung nach jeder Stufe gebildet wird und dass in den material-enthaltenen 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 ausge­ tragen wird.

4. Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Vorwärmsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die dem der inneren Entstaubung (6) gleichenden Zwischen-Tauscher (Fig. 2) auch in dem horizontalen (rotierenden) Wärmetauscher 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-Wärmetauscher zur Abscheidung mit Wärmetausch fördert,
dass durch eine wellenartige Einschnürung auf dem Führungsrohr (41) im Gas­ querschnitt und dem hiermit entstehenden Unterdruck Material aus dem Raum (43) zwischen Schnecke und Führungsrohr (41) angesaugt und mit dem Gas dem Zwischen- Wärmetauscher zugeführt wird.

5. Gegenstrom-Direkt-Wärmetauscher als Kühlsystem zur Kühlung auf eine geringe Endtemperatur nach den Ansprüchen 5 und 6 des DE 43 00 011 C2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung (Fig. 14) in nur einer Trommel, aber getrennt in die 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 erforder­ liche, 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.