DE69102959T2

DE69102959T2 - Verbesserter wärmetauscher.

Info

Publication number: DE69102959T2
Application number: DE69102959T
Authority: DE
Inventors: Peter Stewart
Original assignee: Seaford Nominees Pty Ltd
Current assignee: Seaford Nominees Pty Ltd
Priority date: 1990-04-03
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2011-04-04
Also published as: CA2056613C; WO1991015726A1; DE69102959D1; ES2057885T3; ATE108890T1; EP0474844B1; EP0474844A4; EP0474844A1; DK0474844T3; US5184670A; CA2056613A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Wärmetauscher ist beispielsweise aus der AU-B-70646/87 bekannt und kann zur Behandlung von aus Partikeln bestehendem Material zum Zwecke des Kalzinierens, Trocknens, der Reaktivation, des Bewirkens endothermer und exothermer Reaktionen und ähnlicher Wärmebehandlungen verwendet werden.
Bei Verwendung des oben beschriebenen Wärmetauschers beim Trocknen einer breiigen Kohlenstoffmasse zum Zwecke des Trocknens und/oder Reaktivierens der Masse wurde in der Vergangenheit festgestellt, daß sich, wenn das Teilchenmaterial organisch kontaminierte Stoffe mit sich trägt, in der Austragskammer im Ergebnis der Pyrolyse derartiger Schmutzstoffe beim Durchgang der Materialpartikel durch den Wärmetauscher ein erheblicher Gegendruck entwickeln kann. Es ist eine Aufgabe dieser Ausführung, ein Mittel zum Abbauen eines derartigen Gasdruckes und zum Beseitigen der Gase zu schaffen, um die Möglichkeit des Entweichens schädlicher Gase in die Atmosphäre zu verringern.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Wärmetauscher zur Erwärmung von fließfähigem, aus Partikeln bestehendem Material gelöst, der eine Erwärmungskammer, der Erwärmungskammer zugeordnete Erwärmungsmittel, eine über der Erwärmungskammer angebrachte Aufnahme, eine unter der Erwärmungskammer angeordnete Austragskammer und einen Satz sich zwischen der Aufnahme und der Austragskammer durch die Erwärmungskammer erstreckender Fließdurchgänge umfaßt, wobei die Austragskammer an ihrem unteren Teil einen Auslaß aufweist; und gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein derartiger Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, daß die Austragskammer mit mindestens einem begrenzten, sich in die Erwärmungskammer zur Entlastung des in der Austragskammer entwickelten Gasdrucks öffnenden Durchgang versehen ist, wobei sich der Grad der Öffnung des begrenzten Durchgangs zwischen der Austragskammer und der Erwärmungskammer mit einer Temperaturerhöhung vergrößert.
Vorzugsweise sind die Austragskammer und die Erwärmungskammer durch eine Wand getrennt, und der begrenzte Durchgang ist durch die Wand hindurch, zum Beispiel durch ein Loch, das im wesentlichen mittig angeordnet sein kann, ausgebildet.
Ein veränderlicher Öffnungsgrad wird vorzugsweise durch Schaffen einer Mehrzahl sich von dem begrenzten Durchgang radial erstreckender Schnittfugen erreicht.
Die Erfindung wird im Licht der folgenden Beschreibung einer spezifischen Ausführungsform besser verständlich. Die Beschreibung erfolgt mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen, in denen
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Wärmetauschers gemäß der Ausführungsform ist;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Wand des Wärmetauschers ist, die die Erwärmungskammer von der Austragskammer trennt; und
Fig. 3a, b und c schematische, teilweise geschnittene Ansichten der die Erwärmungskammer von der Austragskammer trennenden Wand sind, um den den Durchgang enthaltenden Teil der Wand in verschiedenen Deformationsstufen darzustellen.
Die Ausführungsform ist auf einen Wärmetauscher zur Erwärmung von aus Partikeln bestehendem Material zu dessen Trocknung und/oder Reaktivierung gerichtet. Die allgemeine Ausbildung des Wärmetauschers, auf den sich die Ausführungsform bezieht, ist Gegenstand der AU-B-70646/87.
Die Ausführungsform umfaßt einen Wärmetauscher mit einer im wesentlichen zylindrischen, geschlossenen Erwärmungskammer 11, die eine von einer Öffnung 13 im unteren Teil der Erwärmungskammer abgestützte Düse eines Brenners (nicht dargestellt) aufnimmt, die im wesentlichen tangential in den Wärmetauscher gerichtet ist. Die Seitenwände des Wärmetauschers sind mit Isoliermaterial 12 ausgekleidet. Am oberen Ende der Erwärmungskammer ist ein Abzugsrohr 15 zum Abziehen der Verbrennungsprodukte vorgesehen. Der oberen Seite der Erwärmungskammer 11 ist eine einen Bunker 14 umfassende Aufnahme zugeordnet, während die untere Seite der Erwärmungskammer mit einer Austragskammer 17 verbunden ist.
Der Bunker 14 ist, über der oberen Wand der Erwärmungskammer liegend, so aufgelagert, daß zwischen beiden ein Zwischenraum vorhanden ist. Der Bunker selbst ist mit einer Mehrzahl von Luftzirkulationsrohren 20 versehen, die sich von der unteren Wand bis oberhalb des voraussichtlichen Materialniveaus im Bunker aufwärts erstrecken. Im Betrieb wird von dem Zwischenraum über dem Wärmetauscher ein Luftstrom erwärmter Luft in den Luftzirkulationsrohren erzeugt, der zur Erwärmung des Bunkerinhalts dient und eine Vorwärmung und/oder Trocknung des Inhalts ermöglichen kann.
Der Wärmetauscher schließt eine Mehrzahl von Wärmetauscherrohren 16 ein, die sich zwischen dem Bunker 14 und der Austragskammer 17 so erstrecken, daß sie die Erwärmungskammer durchlaufen. Die Rohre können in jeder geeigneten Anordnung gruppiert werden, beispielsweise in einer Mehrzahl konzentrischer kreisförmiger Anordnungen (nur eine ist dargestellt), einem Satz radialer Gruppierungen, einer beliebigen Gruppierung oder wie es sonst für geeignet gehalten wird. Die Wärmetauscherrohre der Ausführungsform werden von dem Bunker getragen und erstrecken sich durch in den oberen und unteren Wänden der Erwärmungskammer vorgesehene Öffnungen hindurch, ohne starr an der Erwärmungskammer festgelegt zu sein. Wahlweise können die Rohre von der Austragskammer getragen sein. Die Anbringung der Wärmetauscherrohre 16 ist so getroffen, um eine thermische Ausdehnung und Kontraktion und folglich eine differentielle Bewegung der Erwärmungskammer 11, des Bunkers 14 und der Austragskammer 17 während des Betriebs des Wärmetauschers zu ermöglichen.
Die Austragskammer ist unter der Erwärmungskammer angeordnet und mit einem in den Zeichnungen allgemein dargestellten Auslaß 18 versehen. Die Austragskammer schafft ein Mittel zur Kühlung des von den Erwärmungsrohren strömenden Materials und zur Isolierung dieses Materials gegenüber der Atmosphäre, was in Fällen erforderlich ist, in denen das erwärmte Material reaktiv werden kann.
Im Fall der vorliegenden Ausführung sind die Austragskammer 17 und die Erwärmungskammer 11 durch eine Wand 21 getrennt, und eine Draufsicht der Wand der Austragskammer 17 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Wand 21 ist um ihre Peripherie herum mit einer Mehrzahl peripher im Abstand angeordneter Bohrungen 22 zum Eingriff mit an der unteren Fläche der Erwärmungskammer vorgesehenen Bolzen ausgestattet. Die Wand weist auch ein Gruppe Öffnungen 23 auf, die radial nach innen im Abstand von der Gruppe Bohrungen 22 angeordnet und die zur gut passenden Aufnahme des unteren Endes der Wärmetauscherrohre 16 dimensioniert sind. (In Fig. 2 sind nur einige der Öffnungen 23 gezeigt.) Die Öffnungen 23 sind zur Schaffung eines nicht festen Sitzes mit den Wärmeaustauscherrohren dimensioniert, um eine differentielle Bewegung als Ergebnis einer thermischen Ausdehnung und Kontraktion dazwischen zuzulassen. Falls gewünscht, kann eine geeignete Dichtung zwischen jeder Öffnung und den Erwärmungsrohren vorgesehen sein.
Bei Benutzung wird das Material in den Bunker 14 eingelagert und ihm ermöglicht, durch die Rohre 16 in die Austragskammer 17 zu fließen. In dem Durchgang zwischen dem Bunker 11 und der Austragskammer wird das Material erwärmt. Die Erwärmungsmaßnahme kann zum Zweck der Reaktivierung im Fall einer breiigen Kohlenstoffmasse und/oder der Trocknung oder der Beseitigung von Verschmutzungen oder des Kalzinieren oder des Bewirkens die Erwärmung des Materials erfordernder Reaktionen erfolgen. Beim Eintritt des erwärmten Materials in die Austragskammer können von dem erwärmten Material Gase freigesetzt werden, was in der Erzeugung eines Gasdruckes in der Austragskammer resultiert, der seinerseits den Materialfluß zu und von der Austragskammer stören kann.
Die Wand 21, die die Erwärmungskammer und die Austragskammer unterteilt, ist mit mindestens einem Loch 24 versehen, das - falls gewünscht - mittig angeordnet sein kann. Eine Reihe radial gerichteter Schnittfugen 25 mit im wesentlichen der gleichen Länge ist durch die Wand oder um die Öffnung herum geschnitten. Außerdem oder fakultativ können auch wenigstens einige der die Wärmetauscherrohre aufnehmenden Öffnungen 23 mit einer Gruppe radial gerichteter Schnittfugen 25 ausgebildet sein, wobei in diesem Fall eine Abdichtung zwischen den Öffnungen und den Rohren nicht vorgesehen ist.
Wenn der Wärmetauscher in der Startphase ist, während der die Wand 19 im wesentlichen kühl ist, ist der durch mindestens ein Loch 24 und/oder Zwischenräume zwischen den Wärmeaustauscherrohren und den Öffnungen 23 sowie den betreffenden Schnittfugen 25 definierte Fließweg durch den Durchgang im wesentlichen eingeschränkt. Wenn sich die Wand jedoch erwärmt, dehnt sie sich aus, und im Ergebnis einer solchen Ausdehnung verformt sich die Wand in dem mittigen Abschnitt, der axial gebogen wird. Infolgedessen werden die zwischen den Schnittfugen 25 definierten Abschnitte so aus der Ebene der Wand gebogen, daß das Loch 24 und/oder die Öffnungen 23 in den Abmessungen vergrößert werden. Diese Deformation erhöht den Grad der Verbindung zwischen der Austragskammer und der Erwärmungskammer.
Für den Fall, daß das in die Wärmetauscherrohre eintretende Partikelmaterial mit organischen Stoffen kontaminiert ist, entwickeln aus der Pyrolyse derartiger organischer Stoffe resultierende Gasprodukte einen Druck, wodurch sie durch das Loch 24 und/oder den Raum zwischen der Öffnung 23 und den Erwärmungsrohren 16 in die Erwärmungskammer gedrückt werden, wobei sie dabei innerhalb der Erwärmungskammer verbraucht werden.
Im Falle einer schweren Kontamination des Partikelmaterials durch organisches Material wird der Strom gasförmiger Pyrolyseprodukte von dem Partikelmaterial größer, und folglich ist die in der Wärmekammer im Bereich des Loches 24 stattfindende Verbrennung derart, daß die Wand weiter erwärmt wird, was die zwischen den Schnittfugen 25 definierten Abschnitte veranlaßt, sich sogar noch weiter zu biegen. Das öffnet das Loch 24 noch weiter und entlastet den Druck, der in der Verbrennungskammer geschaffen werden kann. Die Gesamtwirkung der Gasströmung von der Austragskammer in die Erwärmungskammer dient weiter dazu sicherzustellen, daß das heiße, in die Austragskammer fließende Partikelmaterial im wesentlichen von den oxidierenden Einflüssen der Erwärmungskammer isoliert bleibt.
Der Wärmetauscher der oben beschriebenen Ausführung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn es erforderlich ist, aus Partikeln bestehenden Kohlenstoff zu reaktivieren, der während der Benutzung mit einer erheblichen Menge organischen Materials kontaminiert worden sein kann.

Claims

1. Ein Wärmetauscher zur Erwärmung von aus Partikeln bestehendem fließfähigem Material, der eine Erwärmungskammer (11), der Erwärmungskammer zugeordnete Erwärmungsmittel, eine über der Erwärmungskammer (11) angebrachte Aufnahme (14), eine unter der Erwärmungskammer (11) angeordnete Austragskammer (17) und einen Satz sich zwischen der Aufnahme (14) und der Austragskammer (17) durch die Erwärmungskammer (11) erstreckender Fließdurchgänge (16) umfaßt, wobei die Austragskammer (17) an ihrem unteren Teil einen Auslaß (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragskammer (17) mit mindestens einem begrenzten, sich in die Erwärmungskammer (11) zur Entlastung des in der Austragskammer (17) entwickelten Gasdrucks öffnenden Durchgang versehen ist, wobei sich der Grad der Öffnung des begrenzten Durchgangs zwischen der Austragskammer (17) und der Erwärmungskammer (11) mit einer Temperaturerhöhung vergrößert.

2. Ein Wärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem die Austragskammer (17) und die Erwärmungskammer (11) durch eine Wand (21) getrennt sind und der begrenzte Durchgang durch die Wand (21) hindurch ausgebildet ist.

3. Ein Wärmetauscher nach Anspruch 2, bei dem der begrenzte Durchgang von einem Loch (24) durch die Wand (21) gebildet ist.

4. Ein Wärmetauscher nach Anspruch 3, bei dem das Loch (24) im wesentlichen mittig angeordnet ist.

5. Ein Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem dem Loch (24) eine Mehrzahl sich von dem Loch radial erstreckender Schnittfugen (25) zugeordnet ist.

6. Ein Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem der Satz Fließdurchgänge (16) Rohre umfaßt, die sich von der Aufnahme (14) zur Austragskammer (17) erstrecken. wobei die Wand (21) eine Gruppe Öffnungen (23) aufweist, von denen jede eines der Rohre aufnimmt.

7. Ein Wärmetauscher nach Anspruch 6, bei dem mindestens eines der Rohre (16) im Nicht-Preßsitz innerhalb seiner betreffenden Öffnung (23) aufgenommen ist und der begrenzte Durchgang den Raum zwischen diesem Rohr (16) und seiner betreffenden Öffnung (23) einschließt.

8. Ein Wärmetauscher nach Anspruch 7, bei dem der Öffnung oder jeder der Öffnungen (23), die einen der begrenzten Durchgänge bilden, eine Mehrzahl sich radial davon erstreckender Schnittfugen (25) zugeordnet ist.