DEP0019955DA - Verfahren zur Wärmeübertragung - Google Patents

Description

Die Übertragung der Wärme von Gasen auf Gase erfolgt im allgemeinen über Wärmeaustauscher. Bei Temperaturen bis zu etwa 800 - 900° in solchen mit metallischen Wänden und bei höheren Temperaturen in Wärmeaustauschern mit keramischen Wänden oder in Cowpern, welche abwechselnd durch die wärmeabgebenden Gase aufgeheizt und durch die zu erwärmenden Gase abgekühlt werden. Bei diesen Verfahren müssen die Gase möglichst sauber sein, damit keine Schmutz- oder Staubablagerungen an den Wänden der Wärmetauscher bzw. auf den Besatzsteinen der Cowper entstehen, weil sonst der Wärmeübergang verschlechtert wird, ja sogar Verstopfungen und größere Druckverluste auftreten können, die unter Umständen eine Betriebsunterbrechung zwecks Reinigung zur Folge haben. Abgesehen davon sind infolge des schlechten Wärmeüberganges von Gasen auf Gase große Wärmeaustauschflächen erforderlich.

Es wurde nun gefunden, daß man mit einfachen Mitteln einen guten Wärmeübergang von Gasen auf Gase, selbst bei Verwendung sehr staubhaltiger Gase ohne Gefahr der Verschmutzung bzw. Verstopfung erreichen kann, wenn man als Wärmeüberträger einen umlaufenden, festen, körnigen Stoff verwendet. Hierfür werden zweckmäßig feuerfeste Oxyde, wie Sand, oder keramische Massen, von ausreichender Temperaturbeständigkeit verwendet, falls es sich um Temperaturen oberhalb 1000° handelt; bei niedrigen Temperaturen kann man auch andere, unter den Arbeitsbedingungen formbeständige Stoffe, z. B. Metalle, als Wärmeüberträger verwenden. Die Korngröße des Wärmeüberträgers richtet sich nach den jeweils vorliegenden betrieblichen Verhältnissen, wobei zweckmäßig eine möglichst gleichmäßige Körnung angewandt wird. Im allgemeinen genügen Korndurchmesser von etwa 4 - 6 mm, jedoch können auch Wärmeüberträger mit Durchmessern bis zu 30 mm und mehr verwendet werden.

Zweckmäßig wird das Verfahren in der Weise ausgeführt, daß der kalte Wärmeüberträger durch im Gegenstrom geführtes Heißgas erwärmt wird. In einem zweiten Raum gibt dann der Wärmeüberträger seine Wärme an das wiederum im Gegenstrom geführte zu erwärmende Gas ab. Das Verfahren wird beispielsweise in der Weise ausgeführt, daß der kalte Wärmeüberträger am oberen Ende eines wärmeisolierten Schachtes aufgegeben und hier aufgeheizt wird, worauf der heiße Wärmeüberträger in einem zweiten Schacht mit dem zu erwärmenden Gas ebenfalls im Gegenstrom in Berührung gebracht wird. Der abgekühlte Wärmeüberträger tritt am unteren Ende des zweiten Schachtes aus und kann durch ein Becherwerk oder ein anderes Fördermittel wieder zum oberen Ende des ersten Schachtes gebracht werden. Als oberer bzw. unterer Abschluß der Schächte dienen beispielsweise Zellenräder, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Schleusen. Eine Vermischung des Wärme abgebenden Gases mit dem zu erwärmenden Gas wird zweckmäßig durch Schaltung eines langen, engen Kanals zwischen den beiden Schachträumen verhindert, der eine Weite von höchstens 10 % der Schachtquerfläche besitzt. An der Stelle eines Kanales können auch verschiedene Kanäle angeordnet werden. Die Verluste zwischen Wärme abgebendem und Wärme aufnehmendem Gas können auf diese Weise auf 5 - 10 % und weniger verringert werden. Im übrigen bedeuten diese Verluste nur einen Verlust an vorzuwärmendem Gas, jedoch keine Wärmeverluste. Erforderlichenfalls kann man zur weiteren Verbesserung der Trennung der beiden Gasströme im Kanal noch ein Sperrgas zugeben. Die Drücke der beiden Gasströme werden vorteilhaft außerdem so abgestimmt, daß die Verluste durch Vermischen möglichst gering sind.

Wärmeaustauscher der geschilderten Bauart arbeiten mit ausgezeichnetem Wirkungsgrad und verursachen beispielsweise gegenüber den bisher üblichen Cowpern wesentlich geringere Baukosten und gestatten die Erreichung eines wesentlich besseren Wärme- übergangs. Sie sind besonders zur Luft- und Dampf-Vorwärmung mit heißen, staubhaltigen Abgasen in der Gastechnik, in Hochofen- und Kesselbetrieben sowie in der chemischen Industrie brauchbar. Es kann zweckmäßig sein, den umlaufenden Wärmeträger vor der Wiedergabe abzuziehen, um vorhandenen Staub zu beseitigen.

In der Zeichnung wird das Verfahren an einer zweckmäßigen Ausführungsform erläutert. Sie stellt einen aus temperaturbeständigem Material hergestellten Schachtofen dar, in dem im Raum 1 die Erwärmung des über das Zellenrad 11 aufgegebenen Wärmeüberträgers durch die bei 5 eingeleiteten heißen Gase erfolgt, die bei 6 abziehen. 2 ist ein Kanal und 3 der Raum, in dem der erhitzte Wärmeüberträger seine Wärme an die bei 7 eingeführten und bei 8 austretenden Gase abgibt. Der abgekühlte Wärmeüberträger verläßt den Schachtofen über das Zellenrad 10 und wird durch das Becherwerk 12, die Rutsche 13 und die Aufgabevorrichtung (mit Sieb) 14 wieder in den Kreislauf zurückgegeben. Erforderlichenfalls kann, wenn es die Betriebsverhältnisse notwendig machen, bei 15 ein inertes Gas, wie Stickstoff, zugeführt werden. Zur Verbesserung der Trennung der beiden Gasströme kann durch die Leitung 9 in den Kanal 2 ein Gas mit dem erforderlichen Überdruck eingeführt werden.

Claims (5)

1.) Verfahren zur Wärmeübertragung von Gasen auf Gase, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeüberträger ein umlaufender, fester, körniger Stoff verwendet wird.

2.) Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragung vom Wärme abgebenden Gas an den kalten Wärmeüberträger und vom erwärmten Wärmeüberträger an das Wärme aufnehmende Gas jeweils im Gegenstrom unmittelbar nacheinander erfolgt.

3.) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermischung der beiden Gasströme durch Zwischenschaltung von entsprechend engen und langen Kanälen verhindert wird.

4.) Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kanal ein Sperrgas eingepreßt wird.

5.) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeüberträger feuerfeste Oxyde, keramische Massen, Metalle oder andere temperaturbeständige Stoffe verwendet werden.