DE637715C - Verfahren zum Betriebe eines pneumatischen Zerkleinerers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von pneumatischen Zerkleinerern, bei welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel (in der Regel Luft) durch Expansion auf eine gewisse Geschwindigkeit gebracht wird und das Mahlgut in Ausnutzung der erzeugten kinetischen Energie des Arbeitsmittels durch Reibung und Schlag zerkleinert wird. In den meisten Fällen wird hierbei die Expansionsenergie des Arbeitsmittels durch Erwärmung vor der Expansion erhöht und damit die erforderliche mechanische Energie für die Verdichtung des Arbeitsmittels vermindert. Erwärmtes Arbeitsmittel begünstigt auch die Trocknung allfällig feuchten Mahlgutes während des Zerkleinerungsvorganges, und durch die Trocknung wird in den meisten Fällen auch die Mahlbarkeit des Gutes verbessert. Die Erwärmung des verdichteten Arbeitsmittels ist demnach in den meisten Fällen aus mehrfachen Gründen angezeigt. Den vielen Vorteilen der pneumatischen Zerkleinerer (wobei vor allem der Wegfall bewegter Konstruktionsteile im Zerkleinerer selbst zu betonen ist) steht aber in manchen Fällen im Vergleich zu andern Arten von Zerkleinerern ein hoher Energiebedarf für die Verdichtung gegenüber, selbst wenn die Erwärmung des verdichteten Arbeitsmittels sehr weit getrieben wird.

Die Erfindung bezweckt, den Energiebedarf für die Verdichtung und die Gesamtkosten für die Zerkleinerung durch ein Verfahren zu vermindern, wonach das Arbeitsmittel auf einen höheren als den zum Betriebe des Zerkleinerers erforderlichen Druck verdichtet und nach erfolgter Erwärmung in einer Kraftmaschine auf wenigstens annähernd den zum Betriebe des Zerkleinerers notwendigen Druck entspannt wird. Während grundsätzlich die in der erwähnten Kraftmaschine gewonnene Energie in irgendeiner mittelbaren Weise zur Verminderung des Energieaufwandes für die Verdichtung benutzt werden kann, ist es praktisch meistens gegeben, diese Kraftmaschine unmittelbar zum Antrieb der Verdichtergruppe zu benutzen. Dabei kann die Verdichtergruppe aus nur einem Verdichter mit einem Antriebsmotor irgendwelcher Art bestehen. Durch die Verbindung mit der Kraftmaschine ergibt sich dann eine Entlastung des Antriebsmotors. Wenn aber die Verdichtung in zwei hintereinander geschalteten voneinander mechanisch getrennten Stufen erfolgt, so ist es besonders vorteilhaft, die eine durch einen Motor irgendwelcher Art, die andere nur durch die Kraftmaschine anzutreiben, in welcher das Arbeitsmittel nach erfolgter Erwärmung expandiert.

Der Gewinn an mechanischer Energie durch Rückentspannung des an sich zu hoch verdichteten Arbeitsmittels ergibt sich zufolge der Erhöhung der Expansionsenergie durch die Erwärmung. Es ist heute möglich, z. B. Expansionsturbinen zu bauen, in welchen die Admissionstemperatur des Arbeitsmittels 550 bis 6oo° C beträgt. Kombinierte

Gruppen, bestehend aus Kreiselverdichter und Turbine, können (je nach Größe) bei den hier vornehmlich- in Frage stehenden Druckverhältnissen von etwa 1,5 bis 2,5 für die Veg|* dichtung und 1,3 bis 2,0 für die ExpansfJuiJ mit einem Gesamtwirkungsgrad (bezogen as|^ die Adiabate) von 55 bis 63 % gebaut werden. Die* Durchrechnung praktischer Beispiele zeigt, daß sie (unter sonst gleichen Umständen) bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Verminderung der aufzuwendenden Verdichtungsenergie auf 30 bis 40 °/o ergibt. Mit" dem natürlich nicht zu vernachlässigenden Mehraufwand an Wärme und bei Annahme mittlerer Preise für mechanische (bzw. elektrische) Energie und für die-Wärme (Verhältnis zwischen dem Preise λ'οη ι kW und von 1000 WE etwa 10:1) resultiert eine Verminderung der Betriebskosten auf etwa 650/0. In sehr vielen Fällen kann aber die Wärnie im .Vergleich zur elektrischen Energie zu einem günstigeren Preise eingesetzt werden, als hier angenommen wurde; dann wird die erreichbare Verminderung der Betriebskosten noch bedeutender. Man wird dann u. U. durch geeignete Wahl der Verhältnisse den Anteil an mechanischer Energie noch weiter herunterdrücken auf Kosten der verhältnismäßig billigeren Wärme. (Es läßt sich im Extremfalle erreichen, daß der Antriebsmotor vollständig entlastet wird.) In dem vorstehend erwähnten Beispiele sind auch erhebliche Wärmeverluste in Rechnung gestellt worden, welche z. B. im Falle einer Kohlenstaubmühle mit unmittelbarer Einblasung des sich ergebenden Brennstoff-Luft-Gemisches in eine! Feuerung ganz in Wegfall kommen würden. Dann wird das Gesamtergebnis natürlich auch noch erheblich günstiger, als vorstehend angegeben, selbst wenn die Wärme nicht-zu einem besonders vorteilhaften Preise eingesetzt werden darf.

Es kann vorkommen, daß die Temperatur des Arbeitsmittels nach der in der Kraftmaschine erfolgten Expansion noch zu hoch ist für eine unmittelbare Einführung des Arbeitsmittels in den Zerkleinerer. Zum Beispiel im Falle von Kohle liegt in der Erweichung und Vergasung eine Begrenzung der zulässigen Temperatur, während bei Koks oder etwa bei Zementklinker praktisch kaum eine hemmende Begrenzung vorliegt. Es kann also notwendig werden, demArbeitsmittel vor Eintritt in den Zerkleinerer Wärme zu entziehen. Diese wird erfindungsgemäß zur Erwärmung des verdichteten Arbeitsmittels vor der Kraftmaschine benutzt. Dies kann in verschiedener unten geschilderter Weise geschehen.

In einem Falle, wo wenigstens ein Teil des Arbeitsmittels hinter dem Zerkleinerer in einem Abscheider vom erzeugten Feingut getrennt wird, kann dieser Teil zur Erwär-" Mag des verdichteten Arbeitsmittels vor der .^fäftmaschine benutzt werden. £iä£fßesonders wenn man eine sehr weitgehende Zurückdrängung aufzuwendender Fremdenergie durchführen will, kann es vorteilhaft sein, eine größere als die zum Betriebe des Zerkleinerers erforderliche Menge von Arbeitsmittel zu verdichten, zu erwärmen, in einer Kraftmaschine auf den zum Betriebe des Zerkleinerers notwendigen Druck zu entspannen, den Überschuß von Arbeitsmittel aber in einer Kraftmaschine zweiter Stufe noch auf einen tieferen Druck expandieren zu lassen. Die Überschußmenge wird dann nach der in zweiter Stufe erfolgten Expansion in vorteilhafter Weise zur Erwärmung des Arbeitsmittels vor der Expansion erster Stufe benutzt.

In der Zeichnung sind sechs Schemata als Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren gezeigt. In allen diesen Schemata bedeuten: 1 einen Antriebsmotor irgendwelcher Art für die Verdichtergruppe, 3 den mit der Kraftmaschine 4 (in welcher das Arbeitsmittel expandiert) gekuppelten Verdichter. In den Abb. 1, 3 und 5 ist ein dem Verdichter 3 vorgeschalteter Hilfsverdichter 2 angenommen. 5 ist der pneumatische Zerkleinerer, dem das Arbeitsmittel durch die Leitung 10 zuströmt, während das zu zerkleinernde Gut durch Leitung 15 zugeführt und das erzeugte Feingut mit dem (im Zerkleinerer expandierten) Arbeitsmittel durch Leitung 14 abströmt. 6 ist die Saugleitung des Hilfsverdichters 2, 7 ist die Saugleitung des Verdichters 3. Zwischen der Druckleitung 8 des Verdichters 3 und der Admissionsleitung der Expansionskraftmaschine 4 ist die Vorrichtung zur Erwärmung des Arbeitsmittels eingeschaltet, welche in den Abb. 1,2, 3, 4 und 6 im wesentlichen als Oberflächenwärmeaustauscher 11, 12 angenommen ist, während im Falle von Abb. 5 eine unter dem Drucke des Arbeitsmittels stehende Verbrennungskammer gewählt ist. Zu den Schemata ist im einzelnen ergänzend noch folgendes zu sagen:

In Abb. ι erfolgt eine Vorverdichtung in dem vom Motor 1 angetriebenen Hilfsverdichter 2. Die aus dem Verdichter 3 und der Kraftmaschine 4 bestehende Gruppe läuft ohne Zufuhr von fremder mechanischer Energie. Der Betrag, um den der Druck in der Leitung 7 tiefer ist als in der Leitung 10, entspricht dem erzielten Gewinn an mechanischer Fremdenergie. Die Beheizung im Wärmeaustauscher 11,12 kann beispielsweise durch Verbrennungsgase einer Feuerung, sei es etwa im Rahmen eines Dampferzeugers,

eines metallurgischen Ofens, eines Zementofens o·. dgl., erfolgen. Wenn es sich um Brennstoffmahlung und unmittelbare Einblasung des erzeugten Brennstoff-Luft-Gemisches in eine Feuerung handelt, so wird die ganze durch Leitung 14 abströmende Wärme ohne weiteres in der Feuerung nutzbar gemacht. (Es sei im nachfolgenden der Einfachheit halber das Arbeitsmittel immer als Luft angenommen.) Die Trennung der Verdichtung in die zwei mechanisch getrennten Gruppen i, 2 und 3, 4 bringt gewisse Vorteile, im besonderen für das Anfahren, da der Motor 1 auch dann nur entsprechend der Aufnahmefähigkeit des zugehörigen Verdichters 2 belastet wird und die Gruppe 3, 4 allmählich mit der Erreichung der gewollten Temperaturen die normale Geschwindigkeit und innere Belastung annimmt. Der Gruppe 3, 4 kann man in der Ausführung als Turbomaschine ohne Rücksicht auf einen Antriebsmotor die günstigste Dimensionierung und Drehzahl geben.

In Abb. 2 ist eine mechanische Verbindung zwischen Motor 1, Verdichter 3 und Kraftmaschine 4 veranschaulicht. Natürlich kann (im besonderen wenn 1 ein Elektro-, motor ist) zwischen diesem und der ,Gruppe 3, 4 ein Übersetzungsgetriebe irgend-

welcher Art eingeschaltet sein. Ist 1 eine Dampfturbine, so wird sich in der Regel eine unmittelbare Kupplung mit Gruppe 3, 4 (diese als Turbomaschine gedacht) gut verwirklichen lassen. In der Annahme, die hinter der Kraftmaschine 4 herrschende Temperatur sei für den Betrieb des Zerkleinerers mit Rücksicht auf das Mahlgut zu hoch, ist in die Leitung 10 ein Wärmeaustauscher 16, 17 eingeschaltet, durch welchen das Arbeitsmittel in der Leitung 8 erwärmt und in der Leitung 10 abgekühlt wird. Die Heizvorrichtung ii, 12 wird entsprechend entlastet.

In Abb. 3 ist ebenfalls eine Abkühlung der Luft in Leitung 10 durch einen Wärmeaustauscher 18, 19 durchgeführt. Die Wärme wird von Verbrennungsluft aufgenommen, die in eine Verbrennungskammer 20 geleitet wird, welcher durch 21 ein Brennstoff irgendwelcher Art zugeführt wird. Die Verbrennungsgase durchströmen die Heizvorrichtung 11, 12 und entweichen nach Abgabe des größten Teiles ihres Wärmeinhaltes durch 22. Die bei 18, 19 aufgenommene Wärme wird in mittelbarer Weise an das verdichtete Arbeitsmittel übertragen. Die Verwendung vorgewärmter Verbrennungsluft in der Kammer 20 ist im allgemeinen in Hinsicht auf die Erreichung einer guten Verbrennung ein Vorteil. Im Falle von Brennstoffmahlung kann in der Verbrennungskammer Brennstoffstaub verbrannt werden, welcher von 14 abgezapft wird.

In Abb. 4 wird das Gemisch von Luft und Feingut durch Leitung 14 in einen Abscheider 22 geleitet. Das Feingut fließt durch 23 ab, während die abgeschiedene Luft durch 24 strömt. Ein Teil davon wird in eine Verbrennungskammer 26 geleitet, welcher Brennstoff irgendwelcher Art durch 27 zugeführt wird. Die Verbrennungsgase verlassen die Kammer 26 durch die Leitung 28, welche sich mit dem Teilstrange 29 wieder vereinigt. Das heiße Gemisch durchströmt die Heizvorrichtung 11, 12 und entweicht nach erfolgter Abkühlung durch 30. Die in der abgeschiedenen Luft enthaltene Wärme wird in mittelbarer Weise an das verdichtete Arbeitsmittel übertragen. Auch hier bedeutet die Verwendung heißer Verbrennungsluft in der Kammer 26 einen Vorteil. Wird in 5 ein Brennstoff verarbeitet, so können Spuren von Brennstoff, welche in der in 22 abgeschiedenen Luft noch enthalten sind, in der Verbrennungskammer 26 zur Ausnutzung kommen. '

In Abb. 5 ist als Heizvorrichtung eine Kammer 13 angenommen, in welcher ein durch 31 eingeführter Brennstoff in der unter Druck stehenden durch 8 zuströmenden Luft verbrennt. Die Vermeidung von wärmeübertragenden Flächen ist ein Vorteil dieses Verfahrens. Abgasverluste werden vermieden.

Bei Abb. 6 ist angenommen, daß ein Überschuß von Luft verdichtet werde. Dieser Überschuß zweigt durch Leitung 33 von Leitung 10 ab, expandiert in der Kraftmaschine 32 nahezu auf Atmosphärendruck und strömt in die Verbrennungskammer 35, welcher irgendein Brennstoff durch 36 zugeführt wird. Die Verbrennungsgase dienen zur Beheizung der verdichteten Luft in der Vorrichtung 11, 12, und sie entweichen durch 37. Die in der Überschußluft enthaltene Wärme wird in mittelbarer Weise auf die verdichtete Luft übertragen. Da der Überschuß einem größeren Expansionsgefälle unterworfen wird als die eigentliche Arbeitsluftmenge, so ergibt sich daraus· ein größerer Rückgewinn, so daß sich die Betriebsweise unter Vorsehung eines n«> solchen Überschusses und der entsprechenden Expansion zweiter Stufe lohnen kann. Die Kraftmaschinen 4 und 32 können zu einer zweistufigen Maschine konstruktiv vereinigt sein (z. B. eine zweistufige Turbine mit Ent- ¹¹S nähme in Leitung 10), die Expansionskraftmaschine zweiter Stufe kann aber auch mk einem Hilfsverdichter gekuppelt sein.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   -- i. Verfahren zum Betriebe eines pneumatischen Zerkleinerers, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß das Arbeitsmittel auf einen höheren als den zum Betrieb des Zerkleinerers erforderlichen Druck verdichtet, dann erwärmt und schließlich in einer den Verdichter antreibenden Kraftmaschine auf wenigstens annähernd den zum B.etrieb des Zerkleinerers notwendigen Druck entspannt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitsmittel nach der in der Kraftmaschine erfolgten Expansion und vor dem Eintritt in den Zerkleinerer Wärme entzogen wird, die ■wenigstens teilweise zur Erwärmung des verdichteten Arbeitsmittels vor der Kraftmaschine benutzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Arbeitsmittels hinter, dem Zerkleinerer in einem Abscheider vom erzeugten Feingut getrennt und zur Erwärmung des verdichteten Arbeitsmittels vor der Kraftmaschine benutzt wird.
4. 4. "Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 'eine größere als die zum Betrieb des Zerkleinerers erforderliche Menge von Arbeitsmittel verdichtet und erwärmt wird und daß der nicht zum Betriebe des Zerkleinerers benötigte Überschuß von Arbeitsmittel hinter der den Verdichter antreibenden Kraftmaschine in einer Kraftmaschine zweiter Stufe, die dem Zerkleinerer parallel geschaltet ist und den Verdichterantrieb unterstützt, auf einen tieferen Druck expandiert wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme der in zweiter Stufe entspannten Überschußmenge von Arbeitsmittel zur Erwärmung des Arbeitsmittels vor der Entspannung erster Stufe benutzt wird.
6. 6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Verdichter mit von einander mechanisch getrennten Stufen hintereinandergeschaltet sind, von denen die eine durch einen Motor beliebiger Art, die andere durch die Kraftmaschine angetrieben wird, in welcher das Arbeitsmittel nach erfolgter Erwärmung expandiert.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungep