EP0186739A2 - Vorrichtung zum Wärmetausch zwischen Gas und feinkörnigem Gut - Google Patents
Vorrichtung zum Wärmetausch zwischen Gas und feinkörnigem Gut Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
- a device of this type is known from DE-A-1 069 059.
- the cyclone-like separators of this known device consist of a cylindrical body inclined at an angle of approximately 45 ° with respect to the vertical, to which the funnel-shaped material discharge line is connected, which runs transversely to this cylindrical body (and thus also inclined at approximately 45 ° with respect to the vertical) .
- the invention has for its object to develop the device according to the preamble of claim 1 in such a way that the structural design is simplified and at the same time the separation conditions are improved.
- the main body of the cyclone-type separator in the device according to the invention is not cylindrical over the entire height (with a straight axis), but is composed of two parts with an angled axis: the separator upper part forms the same angle with the vertical as the axis of the adjoining gas line, while the axis of the separator lower part encloses a smaller angle with the vertical.
- the device for heat exchange between gas and fine-grained material illustrated in a partial representation in FIG. 1 consists of a number of cyclone-type separators 1, 2, 3, etc. arranged one above the other. Each of these separators consists of an upper part 4 (with Axis 5) and a funnel-shaped lower part 6 (with axis 7).
- a gas line 8 connects to the separator upper part 4 and leads to the next separator.
- the separator lower part 6 is followed by a discharge line 9 (axis 10), in which, for example, pendulum flaps 11 are arranged and which opens into the gas line 8, which leads to the separator arranged underneath.
- the axis 5 of the separator upper part 4 coincides with the axis 12 of the gas line 8 adjoining this separator, the separators being arranged in such a way that the gas lines 8 are formed by straight pipes.
- the axes 5 and 12 form an angle cl of preferably approximately 45 ° with the vertical, while the axis 7 of the separator lower part 6 and the axis 10 of the part of the material discharge line 9 adjoining the lower part 6 preferably coincide with the vertical .
- the axis 13 of the lowermost section of the discharge line 9 is slightly inclined with respect to the vertical in the illustrated embodiment.
- the separator upper part 4 has an essentially elliptical cross-sectional shape.
- the separator lower part 6 is funnel-shaped, the wall of this separator lower part 6 forming an angle ⁇ with the axis 7 of this lower part 6, which deviates by at most + 30 ° from the angle ⁇ that the axis 5 of the separator upper part 4 with the perpendicular.
- the cyclone-like separators of the device according to the invention can have an essentially circular-cylindrical cross-sectional shape, as is generally the case with cyclones.
- Substantially improved deposition ratios can be achieved, however, if the upper part 4 of the separator has an elliptical cross-sectional shape (according to FIG. 4) or the cross-sectional shape of a polygon with rounded corners (Fig.5). With these cross-sectional shapes, there is a periodic change in the gas velocity during the flow through the separator, which leads to an improvement in the separating performance, ie to an increase in efficiency.
- the installation of the heat exchanger shown in Fig.1 in a larger system is not illustrated in detail.
- the heat exchanger is used, for example, to heat fine-grained material, such as cement raw material, before firing in a rotary kiln
- the hot gas exhaust gas from the rotary kiln
- the bottom separator 1 for example via a calcining loop 14, and then flows through the following separators 2 in a known manner , 3 etc.
- FIG. 6 to 9 illustrate an exemplary embodiment in which the separators 1, 2, 3 have an elliptical upper part 4 and a lower part which is composed of a cylindrical section 6a, a funnel-shaped section 6b and a transition piece 6c.
- the transition piece 6c is expediently rotatable about the axis 7 of the separator lower part, so that the material outlet opening 6d can be pivoted in different directions.
- the length of the immersion tube 20 can - as in all other exemplary embodiments - be chosen differently.
- the upper part 4 of the separators 1, 2, 3 likewise has an elliptical cross-sectional shape, but the height of the separator upper part 4 inclined relative to the vertical is greater in the higher peripheral region than in the lower one lying circumferential area.
- the gas line 8 leading to the separator opens into the upper part 4 approximately parallel to the small ellipse axis.
- the separator lower part 6 consists of a single funnel-shaped section, the opening angle of which, however, is kept somewhat smaller than in the embodiment according to FIGS. 1 to 4.
- the separator shown in FIGS. 14 to 16 contains a cylindrical upper part 4 and a lower part, which is composed of a cylindrical section 6a and a funnel-shaped section 6b.
- the variant of a separator illustrated in FIGS. 17 to 19 likewise contains an upper part 4 of cylindrical cross section, but a lower part 6, which is formed by a single funnel or cone.
- the cylindrical upper part 4 and the conical lower part 6 are cut at such an angle ⁇ that congruent ellipses result for the cylindrical upper part and the conical lower part.
- the flour-like material separated in a cyclone-like separator falls directly from the vertically running material discharge line 9 onto the bottom of a flat, fan-shaped chute 21 which is inclined (for example at an angle) from 25 to 35 ° with respect to the vertical) and opens into the gas line leading to the next lower separator.
- the chute 21 thus acts as a material distributor and ensures that the material enters the gas line approximately uniformly over the cross section of the gas line.
- the material falls from an inclined chute part 9a of the material discharge line 9 through a vertically extending pipe section 9b onto the bottom of the fan-widening chute 21.
- the chute 21 in this exemplary embodiment (as well as in the variant according to FIGS. 20, 21) widen to three to five times the diameter of the discharge line 9.
- FIGS. 24 and 25 illustrate a variant in which (as shown in FIG. 6) a pendulum flap 11 is arranged in the oblique product discharge line 9, which has a round cross section on the inlet side and a square cross section on the outlet side.
- a flat chute 21 adjoins the swing flap 11, which widens in a fan shape and causes the flow of material to dissolve over the flat, inclined bottom of the fan-shaped chute.
- the inclination of the chute 21 with respect to the vertical is also expediently 25 to 35 °.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Eine Vorrichtung dieser Art ist durch die DE-A- 1 069 059 bekannt. Die zyklonartigen Abscheider dieser bekannten Vorrichtung bestehen aus einem gegenüber der Lotrechten um einen Winkel von etwa 45° geneigten zylindrischen Körper, an den sich die quer zu diesem zylindrischen Körper verlaufende (und damit gleichfalls um etwa 45° gegenüber der Lotrechten geneigte) trichterförmig ausgebildete Gutaustragsleitung anschließt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahin weiterzuentwickeln, daß der konstruktive Aufbau vereinfacht und zugleich die Abscheideverhältnisse verbessert werden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
- Im Unterschied zu der eingangs erläuterten bekannten Ausführung ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Hauptkörper der zyklonartigen Abscheider nicht über die gesamte Höhe zylindrisch (mit geradliniger Achse) ausgebildet, sondern setzt sich aus zwei Teilen mit gegeneinander abgewinkelter Achse zusammen: Der Abscheider-Oberteil bildet mit der Lotrechten denselben Winkel wie die Achse der anschließenden Gasleitung, während die Achse des Abscheider-Unterteiles einen kleineren Winkel mit der Lotrechten einschließt. Auf diese Weise ergibt sich ein räumlich gedrängter, materialsparender Aufbau, der sich außerdem durch eine ausgezeichnete Abscheidung und einen zuverlässigen, von Materialverstopfungen freien Gutaustrag auszeichnet.
- Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele erläutert.
- In der Zeichnung zeigen
- Fig.1 eine Teildarstellung (Seitenansicht) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig.2 eine Ansicht eines Abscheiders gemäß Fig.1,
- Fig.3 und 4 Schnitte längs der Linie III-III der Fig.2 bzw. IV-IV der Fig.3,
- Fig.5 eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abscheiders,
- Fig.6 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles,
- Fig.7, 8 und 9 Ansicht, Aufsicht und Schnitt eines Abscheiders gemäß Fig.6,
- Fig.10 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles,
- Fig.11, 12 und 13 Ansicht, Aufsicht und Schnitt eines Abscheiders gemäß Fig.10,
- Fig.14, 15 und 16 Ansicht, Aufsicht und Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Abscheiders,
- Fig.17, 18 und 19 Ansicht, Aufsicht und Schnitt einer weiteren Ausführungsform eines zyklonartigen Abscheiders,
- Fig.20 und 21 Seitenansicht und Aufsicht einer Gutaustragsleitung mit Gutverteilerschurre,
- Fig.22 und 23 Seitenansicht und Aufsicht einer weiteren Variante von Gutaustragsleitung und Gutverteilerschurre,
- Fig.24 und 25 Aufsicht und Seitenansicht einer weiteren Version der Gutverteilerschurre.
- Die in Fig.1 in einer Teildarstellung veranschaulichte Vorrichtung zum Wärmetausch zwischen Gas und feinkörnigem Gut (beispielsweise zum Vorwärmen oder Kühlen) besteht aus einer Anzahl von übereinander angeordneten zyklonartigen Abscheidern 1, 2, 3 usw. Jeder dieser Abscheider besteht aus einem Oberteil 4 (mit Achse 5) und einem trichterförmig ausgebildeten Unterteil 6 (mit Achse 7).
- An den Abscheider-Oberteil 4 schließt sich eine Gasleitung 8 an, die zum nächsten Abscheider führt. An den Abscheider-Unterteil 6 schließt sich eine Gutaustragsleitung 9 (Achse 10) an, in der beispielsweise Pendelklappen 11 angeordnet sind und die in die Gasleitung 8 einmündet, die zum darunter angeordneten Abscheider führt.
- Die Achse 5 des Abscheider-Oberteiles 4 fällt mit der Achse 12 der an diesen Abscheider anschließenden Gasleitung 8 zusammen, wobei die Abscheider so angeordnet sind, daß die Gasleitungen 8 durch geradlinig verlaufende Rohre gebildet werden.
- Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Achsen 5 und 12 mit der Lotrechten einen Winkel cl von vorzugsweise etwa 45°, während die Achse 7 des Abscheider-Unterteiles 6 und die Achse 10 des an den Unterteil 6 anschließenden Teiles der Gutaustragsleitung 9 mit der Lotrechten vorzugsweise zusammenfallen. Die Achse 13 des untersten Abschnittes der Gutaustragsleitung 9 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel leicht gegenüber der Lotrechten geneigt.
- Bei dem in den Fig.2 bis 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel besitzt der Abscheider-Oberteil 4 eine im wesentlichen elliptische Querschnittsform. Der Abscheider-Unterteil 6 ist trichterförmig ausgebildet, wobei die Wand dieses Abscheider-Unterteiles 6 mit der Achse 7 dieses Unterteiles 6 einen Winkel γ einschließt, der um höchstens + 30° von dem Winkel α abweicht, den die Achse 5 des Abscheider-Oberteiles 4 mit der Lotrechten einschließt.
- Die zyklonartigen Abscheider der erfindungsgemäßen Vorrichtung können eine im wesentlichen kreiszylindrische Querschnittsform besitzen, wie dies bei Zyklonen allgemein üblich ist.
- Wesentlich verbesserte Abscheideverhältnisse lassen sich dagegen erzielen, wenn der Abscheider-Oberteil 4 eine elliptische Querschnittsform (gemäß Fig.4) oder die Querschnittsform eines Polygons mit abgerundeten Ecken (Fig.5) erhält. Bei diesen Querschnittsformen ergibt sich eine periodische Änderung der Gasgeschwindigkeit bei der Durchströmung des Abscheiders, was zu einer Verbesserung der Abscheideleistung, d.h. zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades, führt.
- Der Einbau des in Fig.1 dargestellten Wärmetauschers in eine größere Anlage ist nicht im einzelnen veranschaulicht. Findet der Wärmetauscher beispielsweise zur Erhitzung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmaterial, vor dem Brennen in einem Drehrohrofen Verwendung, so wird das Heißgas ( Abgas des Drehrohrofens) beispielsweise über eine Calcinierschleife 14 dem untersten Abscheider 1 zugeführt und durchströmt dann in bekannter Weise die folgenden Abscheider 2, 3 usw. (Pfeile 15, 16), während das vorzuwärmende feinkörnige Gut aus einer höheren Stufe des Vorwärmers über die Gutaustragsleitung 9 in die vom Abscheider 2 zum Abscheider 3 führende Gasleitung 8 eingeführt wird (Pfeil 17), nach Abscheidung im Abscheider 3 in die zum Abscheider 2 führende Gasleitung 8 eingeführt wird, dann in die zum Abscheider 1 führende Gasleitung (nicht dargestellt) eingeführt wird (Pfeil 18) und schließlich aus dem Abscheider 1 ausgetragen und zum Drehrohrofen geführt wird (Pfeil 19).
- Die Fig.6 bis 9 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Abscheider 1, 2, 3 einen elliptischen Oberteil 4 und einen Unterteil besitzen, der sich aus einem zylindrischen Abschnitt 6a, einem trichterförmigen Abschnitt 6b und einem übergangsstück 6c zusammensetzt. Das übergangsstück 6c ist zweckmäßig um die Achse 7 des Abscheider-Unterteiles drehbar, so daß sich die Gutauslauföffnung 6d in unterschiedliche Richtung schwenken läßt.
- Wie die Fig.7 bis 9 veranschaulichen, mündet bei diesem Ausführungsbeispiel die zum Abscheider führende Gasleitung 8 etwa parallel zur großen Ellipsenachse in den Oberteil 4 des Abscheiders 1.
- Die Länge des Tauchrohres 20 kann hier - wie auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen - unterschiedlich gewählt werden.
- Bei dem in den Fig.10 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt der Oberteil 4 der Abscheider 1, 2, 3 gleichfalls eine elliptische Querschnittsform, wobei jedoch die Höhe des gegenüber der Lotrechten geneigten Abscheider-Oberteiles 4 im höher liegenden Umfangsbereich größer als im tiefer liegenden Umfangsbereich ist.
- Die zum Abscheider führende Gasleitung 8 mündet bei diesem Ausführungsbeispiel etwa parallel zur kleinen Ellipsenachse in den Oberteil 4 ein.
- Der Abscheider-Unterteil 6 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem einzigen trichterförmigen Abschnitt, dessen öffnungswinkel jedoch etwas kleiner als bei der Ausführung gemäß den Fig.1 bis 4 gehalten ist.
- Der in den Fig.14 bis 16 dargestellte Abscheider enthält einen zylindrischen Oberteil 4 und einen Unterteil, der sich aus einem zylindrischen Abschnitt 6a und einem trichterförmigen Abschnitt 6b zusammensetzt.
- Die in den Fig.17 bis 19 veranschaulichte Variante eines Abscheiders enthält gleichfalls einen Oberteil 4 von zylindrischem Querschnitt, jedoch einen Unterteil 6, der durch einen einzigen Trichter bzw. Kegel gebildet wird. Der zylindrische Oberteil 4 und der kegelförmige Unterteil 6 sind dabei unter einem solchen Winkel ϕ geschnitten, daß sich für den zylindrischen Oberteil und den kegelförmigen Unterteil deckungsgleiche Ellipsen ergeben.
- In den Fig.20 bis 25 sind schließlich einige Varianten des unteren Endes der Gutaustragsleitung 9 und einer anschließenden Schurre 21 dargestellt.
- Bei der Ausführung gemäß Fig.20 , 21 fällt das in einem zyklonartigen Abscheider abgeschiedene mehlförmige Gut direkt von der vertikal verlaufenden Gutaustragsleitung 9 auf den Boden einer ebenen, sich fächerförmig verbreiternden Schurre 21, die schräg (beispielsweise unter einem Winkel von 25 bis 35° gegenüber der Lotrechten) verläuft und in die zum nächst tieferen Abscheider führende Gasleitung einmündet. Die Schurre 21 wirkt damit als Gutverteiler und sorgt dafür, daß das Gut annähernd gleichmäßig über den Querschnitt der Gasleitung verteilt in diese eintritt.
- Bei der in den Fig.22 und 23 dargestellten Variante fällt das Gut aus einem geneigten Schurrenteil 9a der Gutaustragsleitung 9 durch ein vertikal verlaufendes Rohrstück 9b auf den Boden der sich fächerförmig verbreiternden Schurre 21. Die Schurre 21 kann sich bei diesem Ausführungsbeispiel (ebenso wie bei der Variante gemäß den Fig.20, 21) auf den drei- bis fünffachen Wert des Durchmessers der Gutaustragsleitung 9 verbreitern.
- Die Fig.24 und 25 veranschaulichen eine Variante, bei der (wie in Fig.6 dargestellt) in der schräg verlaufenden Gutaustragsleitung 9 eine Pendelklappe 11 angeordnet ist, die eintrittsseitig einen runden und austrittsseitig einen eckigen Querschnitt besitzt. An die Pendelklappe 11 schließt sich eine ebene Schurre 21 an, die sich fächerförmig verbreitert und eine Auflösung des Gutstromes über den ebenen, geneigten Boden der fächerförmigen Schurre bewirkt. Die Neigung der Schurre 21 gegenüber der Vertikalen beträgt auch hier zweckmäßig 25 bis 35°.
Claims (13)
dadurch gekennzeichnet, daß
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