EP0192050A1 - Counter-flow heat exchanger - Google Patents

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EP0192050A1
EP0192050A1 EP86100595A EP86100595A EP0192050A1 EP 0192050 A1 EP0192050 A1 EP 0192050A1 EP 86100595 A EP86100595 A EP 86100595A EP 86100595 A EP86100595 A EP 86100595A EP 0192050 A1 EP0192050 A1 EP 0192050A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
lines
exchanger according
chamber
gas passage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP86100595A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dietmar Holsiepe
Fred W. Dipl.-Ing. Cohrs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
Krupp Polysius AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Krupp Polysius AG filed Critical Krupp Polysius AG
Publication of EP0192050A1 publication Critical patent/EP0192050A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
    • F27B7/2016—Arrangements of preheating devices for the charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/10—Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material
    • F28C3/12—Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material the heat-exchange medium being a particulate material and a gas, vapour, or liquid
    • F28C3/14—Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material the heat-exchange medium being a particulate material and a gas, vapour, or liquid the particulate material moving by gravity, e.g. down a tube

Definitions

  • the invention relates to a shaft-shaped counterflow heat exchanger according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a heat exchanger.
  • a shaft-shaped counterflow heat exchanger which contains a number of chambers arranged one above the other, which are connected to one another via central gas passage openings. the shaft cross-section being narrowed in the area of these gas passage openings.
  • conical internals are provided in this known countercurrent heat exchanger above the gas through openings, which are supported by legs on the circumference of the shaft. Through the free cross-sections remaining between these legs, the gas flow flows from bottom to top, while the fine-grained material passes through the same openings from top to bottom in order to reach the next lower chamber.
  • a shaft-shaped counterflow heat exchanger according to the preamble of claim 1 is also known (FR-A-1 559 407), in which the individual chambers are connected not only via a central gas passage opening, but also via good pipes arranged on the circumference of the shaft stand.
  • These gut lines start from the upper area of the individual chambers (namely with a diameter corresponding to the largest chamber diameter) and open into the lower area of the next lower chamber.
  • the registered material In each chamber, the registered material must therefore first be raised by the gas flow and carried up to the inner peripheral wall of the shaft before it becomes the next lower one Chamber leading Gut effet reached.
  • a countercurrent heat exchanger of this type has significant disadvantages. It requires a large amount of energy (pressure loss) to raise the total mass of the fine-grained material in each chamber through the gas flow and to carry it out to the circumference of the shaft. There is a high risk that at least some of the goods will not be transported by the gas flow to the goods lines arranged on the shaft circumference, but will pass through the central gas passage opening from top to bottom in counterflow to the gas. This penetrating material usually does not undergo sufficient heat treatment, which affects the homogeneity of the product.
  • the invention is therefore based on the object, while avoiding the disadvantages of the known designs to design a shaft-shaped counterflow heat exchanger according to the preamble of claim 1 so that with a simple design and low maintenance with a comparatively low energy requirement, a particularly good heat exchange between gas and good is guaranteed and a very even treatment of the goods is achieved.
  • the shaft-shaped counterflow heat exchanger 1 shown schematically in FIG. 1 is part of a system for preheating and firing fine-grained material, for example cement raw material, which is not shown in the rest.
  • This system contains a (not shown) rotary kiln, the exhaust gases of which are used to preheat the fine-grained material and pass through the heat exchanger 1 in the direction of the arrows 2 from bottom to top.
  • the heat exchanger 1 contains a plurality of chambers arranged one above the other, of which the chambers 3, 4 and 5 are shown in FIG. Above the chamber 5 there is a preheating stage with a swirl chamber 6, above that a stage with cyclones 7a, 7b, 7c and 7d.
  • the shaft-shaped heat exchanger 1 is narrowed in cross section in the area between the chambers arranged one above the other (cf. the constrictions 8 and 9 between the chambers 3 and 4 or 4 and 5).
  • Adjacent chambers are each connected to one another via a central gas passage opening 10, the cross-section of which is smaller than the largest chamber cross-section.
  • the bottom 5a of the chamber 5 is funnel-shaped, i.e. tapered.
  • the ceiling 4b of the chamber 4 is flared.
  • the central gas passage opening 10 located between the chambers 4 and 5 is formed by a built-in body 20 which contains a steel skeleton 12 coated with ceramic material 11, the cavity 13 of which cooling air flows through.
  • Gut lines 14 start from the lower end of the funnel-shaped bottom 5a of the chamber 5 and open into the upper region of the next lower chamber 4. These gut lines 14 project with part of their length freely into the next lower chamber 4. As can be seen in FIG. 2, the gut lines 14 are arranged on the outer circumference of the steel skeleton 12 forming the gas passage opening 10. In order to avoid undesirable gas flows, swing flaps 18 are provided in the good lines (cf. FIG. 2).
  • the fine-grained material (whose movement is indicated by the dashed arrows 15) after passing through the two uppermost stages (cyclones 7a to 7d and swirl chamber 6) via the material discharge line 16 of the swirl chamber 6 into the uppermost chamber 5 of the shaft-shaped counterflow Heat exchanger 1 entered.
  • the flow of hot gas is dissolved below at high speed through the gas passage opening 10 (in the area of the constriction 9).
  • a number of vortices 17 (indicated schematically in FIG. 1) form in chamber 5, in which the material comes into intimate heat exchange with the hot gas flow.
  • the fine-grained material separated in the region of the funnel-shaped bottom 5a of the chamber 5 then moves along this conical wall to the mouth of the product lines 14 and is entered through these product lines 14 into the next lower chamber 4, where the processes described are repeated in a similar manner .
  • the speed of the gas flow is adjusted so that no material falls through the central gas passage openings 10. Good that gets into the vicinity of the gas passage opening 10 is carried upwards by the very high gas speed here until the gas speed in a chamber area of larger cross-section has decreased to such an extent that the good falls out laterally, then into the good lines 14 reached.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 are provided for the same components.
  • the installation bodies 20 between the individual chambers and the good lines 14 are designed differently.
  • the installation body 20 which in this exemplary embodiment is expediently formed by a steel skeleton 12 coated with ceramic material 11, has a conical roof surface 20 a on its upper side, which leads to the good lines 14.
  • the gut lines 14 have an outward slope in the upper part of their length and an inward slope in the lower section of their length.
  • the central gas passage openings 20 narrow upwards in this embodiment, i.e. in the direction of flow of the gas.

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Abstract

The invention relates to a well-shaped counter-flow heat exchanger (1) in which the individual chambers (3, 4, 5) are connected to one another, on the one hand, via a central gas passage opening (10) and, on the other hand, are connected via material lines (14) which originate from the lower end of the chamber bottom and open into the upper area of the next lower chamber. Such a design is distinguished by simple construction, high thermal efficiency and evenly formed product. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen schachtförmigen Gegenstromwärmetauscher entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betriebe eines derartigen Wärmetauschers.The invention relates to a shaft-shaped counterflow heat exchanger according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a heat exchanger.

Durch die EP-A- 5 469 ist bereits ein schachtförmiger Gegenstrom-Wärmetauscher bekannt, der eine Anzahl von übereinander angeordneten Kammern enthält, die über zentrale Gasdurchtrittsöffnungen miteinander verbunden sind. wobei der Schachtquerschnitt im Bereich dieser Gasdurchtrittsöffnungen verengt ist. Um ein freies Durchschießen von Gutsträhnen durch die Gasdurchtrittsöffnungen zu verhindern, sind bei diesem bekannten Gegenstrom-Wärmetauscher oberhalb der Gasdurchtrittsöffnungen kegelförmige Einbauten vorgesehen, die sich über Beine am Schachtumfang abstützen. Durch die zwischen diesen Beinen verbleibenden freien Querschnitte strömt von unten nach oben der Gasstrom, während das feinkörnige Gut die gleichen öffnungen von oben nach unten durchsetzt, um in die nächst tiefere Kammer zu gelangen.From EP-A-5 469 a shaft-shaped counterflow heat exchanger is already known, which contains a number of chambers arranged one above the other, which are connected to one another via central gas passage openings. the shaft cross-section being narrowed in the area of these gas passage openings. In order to prevent free strands of material from shooting through the gas through openings, conical internals are provided in this known countercurrent heat exchanger above the gas through openings, which are supported by legs on the circumference of the shaft. Through the free cross-sections remaining between these legs, the gas flow flows from bottom to top, while the fine-grained material passes through the same openings from top to bottom in order to reach the next lower chamber.

Bei einem derartigen schachtförmigen Gegenstrom-Wärmetauscher muß ein Kompromiß zwischen der Gasgeschwindigkeit und dem von der Schwerkraft nach unten gezogenen feinkörnigen Gut geschlossen werden. Bei steigender Leistung des Wärmetauschers und demgemäß steigender Gasgeschwindigkeit sammeln sich verhältnismäßig große Gutwolken oberhalb der einzelnen Querschnittsverengungen des Schachtes an, um schließlich bei genügender Beladung stoßartig nach unten durchzubrechen. Dies hat zur Folge, daß der thermische Wirkungsgrad eines derartigen Wärmetauschers ein frühes Optimum erreicht, während sich bei weiterer Leistungssteigerung die Abgastemperatur eines solchen, als Vorwärmer eingesetzten Wärmetauschers vergrößert und damit der Wirkungsgrad sinkt. Die im Wärmetauscher auftretenden Gutpulsationen können ferner zu einem unruhigen Lauf eines nachgeschalteten Drehrohrofens führen. Problematisch ist ferner der Verschleiß der oben erwähnten kegelförmigen Einbauten, der in manchen Fällen zu einem erheblichen Wartungsaufwand führt.With such a shaft-shaped counterflow heat exchanger, a compromise must be made between the gas velocity and the fine-grained material pulled down by gravity. As the performance of the heat exchanger increases and the gas velocity increases accordingly relatively large clouds of good above the individual cross-sectional constrictions of the shaft, in order to finally break down suddenly with sufficient loading. The result of this is that the thermal efficiency of such a heat exchanger reaches an early optimum, while with a further increase in output the exhaust gas temperature of such a heat exchanger used as a preheater increases and the efficiency thus falls. The good pulsations occurring in the heat exchanger can also lead to an uneven running of a downstream rotary kiln. Another problem is the wear of the above-mentioned conical internals, which in some cases leads to considerable maintenance.

Es ist weiterhin ein schachtförmiger Gegenstrom-Wärmetauscher entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt (FR-A- 1 559 407), bei dem die einzelnen Kammern nicht nur über eine zentrale Gasdurchtrittsöffnung verbunden sind, sondern darüber hinaus über am Schachtumfang angeordnete Gutleitungen miteinander in Verbindung stehen. Diese Gutleitungen gehen dabei vom oberen Bereich der einzelnen Kammern aus (und zwar auf einem Durchmesser entsprechend dem größten Kammerdurchmesser) und münden in den unteren Bereich der nächst tieferen Kammer. In jeder Kammer muß somit das eingetragene Gut durch den Gasstrom zunächst angehoben und bis an die innere Umfangswand des Schachtes getragen werden, ehe es die zur nächst tieferen Kammer führende Gutleitung erreicht.A shaft-shaped counterflow heat exchanger according to the preamble of claim 1 is also known (FR-A-1 559 407), in which the individual chambers are connected not only via a central gas passage opening, but also via good pipes arranged on the circumference of the shaft stand. These gut lines start from the upper area of the individual chambers (namely with a diameter corresponding to the largest chamber diameter) and open into the lower area of the next lower chamber. In each chamber, the registered material must therefore first be raised by the gas flow and carried up to the inner peripheral wall of the shaft before it becomes the next lower one Chamber leading Gutleitung reached.

Ein derartiger Gegenstrom-Wärmetauscher ist mit wesentlichen Nachteilen behaftet. So erfordert es einen großen Energieaufwand (Druckverlust), in jeder Kammer die Gesamtmasse des feinkörnigen Gutes durch den Gasstrom anzuheben und nach außen bis an die Schachtumfangswand zu tragen. Es besteht dabei in hohem Maße die Gefahr, daß zumindest ein Teil des Gutes durch den Gasstrom nicht zu den am Schachtumfang angeordneten Gutleitungen transportiert wird, sondern im Gegenstrom zum Gas die zentrale Gasdurchtrittsöffnung von oben nach unten durchsetzt. Dieses durchschießende Gut erfährt dabei in der Regelkeine ausreichende Wärmebehandlung, was die Homogenität des Produktes beeinträchtigt.A countercurrent heat exchanger of this type has significant disadvantages. It requires a large amount of energy (pressure loss) to raise the total mass of the fine-grained material in each chamber through the gas flow and to carry it out to the circumference of the shaft. There is a high risk that at least some of the goods will not be transported by the gas flow to the goods lines arranged on the shaft circumference, but will pass through the central gas passage opening from top to bottom in counterflow to the gas. This penetrating material usually does not undergo sufficient heat treatment, which affects the homogeneity of the product.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Ausführungen einen schachtförmigen Gegenstrom-Wärmetauscher entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß bei einfacher Bauweise und geringem Wartungsaufwand mit einem vergleichsweise geringen Energiebedarf ein besonders guter Wärmeaustausch zwischen Gas und Gut gewährleistet ist und eine sehr gleichmäßige Behandlung des Gutes erreicht wird.The invention is therefore based on the object, while avoiding the disadvantages of the known designs to design a shaft-shaped counterflow heat exchanger according to the preamble of claim 1 so that with a simple design and low maintenance with a comparatively low energy requirement, a particularly good heat exchange between gas and good is guaranteed and a very even treatment of the goods is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst. Indem die Gutleitungen des erfindungsgemäßen Gegenstrom-Wärmetauschers vom unteren Ende des Kammerbodens ausgehen und in den oberen Bereich der nächst tieferen Kammer einmünden, braucht das Gut in den einzelnen Kammern des Gegenstrom-Wärmetauschers durch den Gasstrom nicht unbedingt angehoben zu werden, um die Eintrittsmündung der zur nächst tieferen Kammer führenden Leitung zu erreichen. Die Schwerkraft des Gutes kann vielmehr für die Bewegung innerhalb der einzelnen Kammern voll ausgenutzt werden.This object is achieved by the characterizing feature of claim 1. Since the product lines of the countercurrent heat exchanger according to the invention extend from the lower end of the chamber bottom and open into the upper region of the next lower chamber, the product in the individual chambers of the countercurrent heat exchanger does not necessarily have to be raised by the gas stream in order to open the inlet mouth of the to reach the next lower chamber leading pipe. The gravity of the good can rather be fully exploited for movement within the individual chambers.

Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Lösung weiterhin, daß für das Gas und das Gut unterschiedliche Strömungswege beim Übergang von der einen zur nächsten Kammer vorgesehen sind. Die hierdurch gewährleistete Trennung von Gas und Gut beim Übergang zur nächsten Kammer verhindert ein unerwünschtes Pulsieren des Gutes oberhalb der Gasdurchtrittsöffnungen, vermeidet ein gefährliches Durchschießen von Gut durch die Gasdurchtrittsöffnungen und erhöht damit den thermischen Wirkungsgrad des Wärmetauschers bei gleichzeitiger Verbesserung der Produktqualität durch eine verbesserte Gleichmäßigkeit.It is also advantageous in the solution according to the invention that different flow paths are provided for the gas and the material at the transition from one chamber to the next. The separation of gas and goods at the transition to the next chamber thus ensured prevents the goods from pulsating undesirably above the gas passage openings, avoids dangerous goods being shot through the gas passage openings and thus increases the thermal efficiency of the heat exchanger while at the same time improving the product quality through improved uniformity.

Die für die Gestaltung der zentralen Gasdurchtrittsöffnungen und der sie umgebenden Gutleitungen erforderlichen Einbauten sind verhältnismäßig einfach gestaltet. Sie sind ferner - bedingt durch die kurzen Hebelarme - nur geringen mechanischen Kräften ausgesetzt und unterliegen daher nur einem wesentlich kleineren Verschleiß als die bisher bekannten Einbauten. Wartungs- und Reparaturarbeiten werden damit erheblich vereinfacht.The internals required for the design of the central gas passage openings and the surrounding good lines are relatively simple. Furthermore, due to the short lever arms, they are only exposed to low mechanical forces and are therefore subject to only one significantly less wear than the previously known internals. This greatly simplifies maintenance and repair work.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Zusammenhang mit der Beschreibung zweier in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims and are explained in connection with the description of two exemplary embodiments illustrated in the drawing.

In der Zeichnung zeigen

  • Fig. 1 eine Teil-Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
  • Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Übergang zwischen zwei benachbarten Kammern des Wärmetauschers gemäß Fig. 1,
  • Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles.
Show in the drawing
  • 1 is a partial side view of a first embodiment of the heat exchanger according to the invention,
  • 2 shows a vertical section through the transition between two adjacent chambers of the heat exchanger according to FIG. 1,
  • Fig. 3 is a partially sectioned view of a second embodiment.

Der in Fig.1 schematisch dargestellte schachtförmige Gegenstrom-Wärmetauscher 1 ist Bestandteil einer im übrigen nicht dargestellten Anlage zum Vorwärmen und Brennen von feinkörnigem Gut, beispielsweise von Zementrohmaterial. Diese Anlage enthält einen (nicht dargestellten) Drehrohrofen, dessen Abgase zur Vorwärmung des feinkörnigen Gutes dienen und den Wärmetauscher 1 in Richtung der Pfeile 2 von unten nach oben durchsetzen.The shaft-shaped counterflow heat exchanger 1 shown schematically in FIG. 1 is part of a system for preheating and firing fine-grained material, for example cement raw material, which is not shown in the rest. This system contains a (not shown) rotary kiln, the exhaust gases of which are used to preheat the fine-grained material and pass through the heat exchanger 1 in the direction of the arrows 2 from bottom to top.

Der Wärmetauscher 1 enthält mehrere übereinander angeordnete Kammern, von denen in Fig.1 die Kammern 3, 4 und 5 dargestellt sind. über der Kammer 5 befindet sich eine Vorwärmstufe mit einer Wirbelkammer 6, darüber eine Stufe mit Zyklonen 7a, 7b, 7c und 7d.The heat exchanger 1 contains a plurality of chambers arranged one above the other, of which the chambers 3, 4 and 5 are shown in FIG. Above the chamber 5 there is a preheating stage with a swirl chamber 6, above that a stage with cyclones 7a, 7b, 7c and 7d.

Der schachtförmige Wärmetauscher 1 ist im Bereich zwischen den übereinander angeordneten Kammern im Querschnitt verengt (vgl. die Einschnürungen 8 und 9 zwischen den Kammern 3 und 4 bzw. 4 und 5).The shaft-shaped heat exchanger 1 is narrowed in cross section in the area between the chambers arranged one above the other (cf. the constrictions 8 and 9 between the chambers 3 and 4 or 4 and 5).

Benachbarte Kammern sind miteinander jeweils über eine zentrale Gasdurchtrittsöffnung 10 verbunden, deren Querschnitt kleiner als der größte Kammer-Querschnitt ist.Adjacent chambers are each connected to one another via a central gas passage opening 10, the cross-section of which is smaller than the largest chamber cross-section.

Fig. 2 zeigt die Verhältnisse im Bereich des überganges zwischen zwei Kammern im einzelnen (dargestellt ist der übergang von der Kammer 5 in die darunter liegende Kammer 4).2 shows the conditions in the area of the transition between two chambers in detail (the transition from chamber 5 to chamber 4 below it is shown).

Der Boden 5a der Kammer 5 ist trichterförmig ausgebildet, d.h. konisch eingezogen. In entsprechender Weise ist die Decke 4b der Kammer 4 konisch erweitert.The bottom 5a of the chamber 5 is funnel-shaped, i.e. tapered. Correspondingly, the ceiling 4b of the chamber 4 is flared.

Die zwischen den Kammern 4 und 5 befindliche zentrale Gasdurchtrittsöffnung 10 wird durch einen Einbaukörper 20 gebildet, der ein mit keramischem Material 11 ummanteltes Stahlskelett 12 enthält, dessen Hohlraum 13 von Kühlluft durchströmt wird.The central gas passage opening 10 located between the chambers 4 and 5 is formed by a built-in body 20 which contains a steel skeleton 12 coated with ceramic material 11, the cavity 13 of which cooling air flows through.

Gutleitungen 14 gehen vom unteren Ende des trichterförmigen Bodens 5a der Kammer 5 aus und münden in den oberen Bereich der nächst tieferen Kammer 4 ein. Diese Gutleitungen 14 ragen dabei mit einem Teil ihrer Länge frei in die nächst tiefere Kammer 4 hinein. Wie Fig. 2 erkennen läßt, sind die Gutleitungen 14 am äußeren Umfang des die Gasdurchtrittsöffnung 10 bildenden Stahlskeletts 12 angeordnet. Zur Vermeidung von unerwünschten Gasströmungen sind in den Gutleitungen Pendelklappen 18 vorgesehen (vgl. Fig. 2).Gut lines 14 start from the lower end of the funnel-shaped bottom 5a of the chamber 5 and open into the upper region of the next lower chamber 4. These gut lines 14 project with part of their length freely into the next lower chamber 4. As can be seen in FIG. 2, the gut lines 14 are arranged on the outer circumference of the steel skeleton 12 forming the gas passage opening 10. In order to avoid undesirable gas flows, swing flaps 18 are provided in the good lines (cf. FIG. 2).

Im Betrieb des Wärmetauschers wird das feinkörnige Gut (dessen Bewegung durch die gestrichelten Pfeile 15 angedeutet ist) nach Durchsetzen der beiden obersten Stufen (Zyklone 7a bis 7d sowie Wirbelkammer 6) über die Gutaustragsleitung 16 der Wirbelkammer 6 in die oberste Kammer 5 des schachtförmigen Gegenstrom-Wärmetauschers 1 eingetragen. Durch den von unten mit hoher Geschwindigkeit durch die Gasdurchtrittsöffnung 10 (im Bereich der Einschnürung 9) hindurchtretenden Heißgasstrom wird der Gutstrom aufgelöst. Es bilden sich in der Kammer 5 eine Anzahl von (in Fig.1 schematisch angedeuteten) Wirbeln 17 aus, in denen das Gut in innigen Wärmeaustausch mit dem Heißgasstrom kommt. Das im Bereich des trichterförmigen Bodens 5a der Kammer 5 abgeschiedene feinkörnige Gut gelangt dann bei seiner Abwärtsbewegung längs dieser konischen Wand zur Mündung der Gutleitungen 14 und wird durch diese Gutleitungen 14 in die nächst tiefere Kammer 4 eingetragen, wo sich die geschilderten Vorgänge in ähnlicher Weise wiederholen.In operation of the heat exchanger, the fine-grained material (whose movement is indicated by the dashed arrows 15) after passing through the two uppermost stages (cyclones 7a to 7d and swirl chamber 6) via the material discharge line 16 of the swirl chamber 6 into the uppermost chamber 5 of the shaft-shaped counterflow Heat exchanger 1 entered. By the of The flow of hot gas is dissolved below at high speed through the gas passage opening 10 (in the area of the constriction 9). A number of vortices 17 (indicated schematically in FIG. 1) form in chamber 5, in which the material comes into intimate heat exchange with the hot gas flow. The fine-grained material separated in the region of the funnel-shaped bottom 5a of the chamber 5 then moves along this conical wall to the mouth of the product lines 14 and is entered through these product lines 14 into the next lower chamber 4, where the processes described are repeated in a similar manner .

Die Geschwindigkeit des Gasstromes wird so eingestellt, daß kein Gut durch die zentralen Gasdurchtrittsöffnungen 10 hindurchfällt. Gut, das in die Nähe der Gasdurchtrittsöffnung 10 gelangt, wird durch die hier sehr hohe Gasgeschwindigkeit nach oben mitgerissen, bis sich die Gasgeschwindigkeit in einem Kammerbereich von größerem Querschnitt so weit verringert hat, daß das Gut seitlich ausfällt, wobei es dann in die Gutleitungen 14 gelangt.The speed of the gas flow is adjusted so that no material falls through the central gas passage openings 10. Good that gets into the vicinity of the gas passage opening 10 is carried upwards by the very high gas speed here until the gas speed in a chamber area of larger cross-section has decreased to such an extent that the good falls out laterally, then into the good lines 14 reached.

Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt sei an folgendem praktischen Beispiel erläutert:

  • Ein bereits vorhandener schachtförmiger Gegenstrom-Wärmetauscher wurde im Sinne der Erfindung so umgebaut, daß sich folgende Verhältnisse ergaben:
    Figure imgb0001
The progress achieved by the invention is illustrated by the following practical example:
  • An existing shaft-shaped counterflow heat exchanger was converted in the sense of the invention in such a way that the following conditions resulted:
    Figure imgb0001

Die im praktischen Betrieb in den Einschnürungen erreichten Gasgeschwindigkeiten lagen zwischen 20 und 25 m/s. Damit war sichergestellt, daß kein Gut entgegen dem Gasstrom durchfiel. Der kleinere Querschnitt und die Länge der Gutleitun- gen sowie die Pendelklappen 18/ gewahrleistete andererseits, daß das Gas nicht durch die Gutleitungen hindurchströmte. Das Gut gelangte damit über die Gutleitungen ungehindert in die nächst tiefere Kammer. Bedingt durch den kontinuierlichen Guttransport durch den wärmetauscher ergab sich eine deutliche Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades. Die gemessenen Abgastemperaturen verringerten sich von 430 bis 450°C auf etwa 400°C. Dadurch ergab sich eine Senkung des spezifischen Wärmebedarfes um ca. 113 kJ/kg Klinker.The gas speeds reached in the constrictions in practical operation were between 20 and 25 m / s. This ensured that no goods fell through against the gas flow. On the other hand, the smaller cross-section and the length of the good lines as well as the swing flaps 18 / ensured that the gas did not flow through the good lines. The goods thus reached the next lower chamber unhindered via the goods lines. Due to the continuous transport of goods through the heat exchanger, there was a significant improvement in thermal efficiency. The measured exhaust gas temperatures decreased from 430 to 450 ° C to about 400 ° C. This resulted in a reduction of the specific heat requirement by approx. 113 kJ / kg clinker.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem für dieselben Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 vorgesehen sind.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 are provided for the same components.

Abweichend gestaltet sind bei der Ausführung gemäß der Fig. 3 die Einbaukörper 20 zwischen den einzelnen Kammern sowie die Gutleitungen 14.In the embodiment according to FIG. 3, the installation bodies 20 between the individual chambers and the good lines 14 are designed differently.

Der Einbaukörper 20, der auch bei diesem Auführungsbeispiel zweckmäßig durch ein mit keramischem Material 11 ummanteltes Stahlskelett 12 gebildet wird, weist an seiner Oberseite eine konische Dachfläche 20a auf, die zu den Gutleitungen 14 führt. Die Gutleitungen 14 besitzen im oberen Teil ihrer Länge eine nach außen gerichtete Neigung und im unteren Teil ihrer Länge eine nach innen gerichtete Neigung. Die zentralen Gasdurchtrittsöffnungen 20 verengen sich bei diesem Ausführungsbeispiel nach oben hin, d.h. in Strömungsrichtung des Gases.The installation body 20, which in this exemplary embodiment is expediently formed by a steel skeleton 12 coated with ceramic material 11, has a conical roof surface 20 a on its upper side, which leads to the good lines 14. The gut lines 14 have an outward slope in the upper part of their length and an inward slope in the lower section of their length. The central gas passage openings 20 narrow upwards in this embodiment, i.e. in the direction of flow of the gas.

Vorteilhaft ist bei dieser Gestaltung vor allem der zuverlässige Eintrag des Gutes über die konische Dachfläche 20a in die Gutleitungen 14.In this configuration, the reliable entry of the goods into the good lines 14 via the conical roof surface 20a is particularly advantageous.

Claims (8)

1. Schachtförmiger Gegenstrom-Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen einem den Wärmetauscher (1) von unten nach oben durchsetzenden Gasstrom und feinkörnigem Gut, das am oberen Ende des Wärmetauschers zugeführt und am unteren Ende abgezogen wird, a) enthaltend eine Anzahl von übereinander angeordneten Kammern (3, 4, 5), die miteinander über zentrale Gasdurchtrittsöffnungen(10) verbunden sind, deren Querschnitt kleiner als der Kammer-Querschnitt ist, b) wobei die einzelnen Kammern ferner über außermittig angeordnete Gutleitungen (14) miteinander in Verbindung stehen,
dadurch gekennzeichnet, daß c) die Gutleitungen (14) vom unteren Ende des Kammerbodens (z.B.5a) ausgehen und in den oberen Bereich der nächst tieferen Kammer (z.B. 4) einmünden. 1. Shaft-shaped counterflow heat exchanger for heat exchange between a gas stream which passes through the heat exchanger (1) from bottom to top and fine-grained material which is fed in at the upper end of the heat exchanger and drawn off at the lower end, a) comprising a number of chambers (3, 4, 5) arranged one above the other, which are connected to one another via central gas through-openings (10), the cross-section of which is smaller than the chamber cross-section b) the individual chambers also being connected to one another via eccentrically arranged good lines (14),
characterized in that c) the gut lines (14) start from the lower end of the chamber floor (e.g. 5a) and open into the upper area of the next lower chamber (e.g. 4). 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei übereinander angeordneten Kammern (z.B. 4, 5) ein die zentrale Gasdurchtrittsöffnung (10) bildender Einbaukörper (20) vorgesehen ist, an dessen äußerem Umfang die Gutleitungen (14) angeordnet sind.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that between two superposed chambers (e.g. 4, 5) a central gas passage opening (10) forming installation body (20) is provided, on the outer circumference of which the good lines (14) are arranged. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite des Einbaukörpers (20) eine zu den Gutleitungen (14) führende konische Dachfläche (20a) aufweist.3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the upper side of the installation body (20) has a conical roof surface (20a) leading to the gut lines (14). 4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zentralen Gasdurchtrittsöffnungen (10) nach oben hin verengen.4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the central gas passage openings (10) narrow upwards. 5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gutleitungen (14) im oberen Teil ihrer Länge eine nach außen gerichtete Neigung und im unteren Teil ihrer Länge eine nach innen gerichtete Neigung aufweisen.5. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the gut lines (14) have an outward inclination in the upper part of their length and an inward inclination in the lower part of their length. 6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen zwei Kammern (z.B. 4, 5) befindliche zentrale Gasdurchtrittsöffnung (10) durch ein keramisch ummanteltes, luftgekühltes Stahlskelett (12) gebildet wird.6. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the central gas passage opening (10) located between two chambers (e.g. 4, 5) is formed by a ceramic-coated, air-cooled steel skeleton (12). 7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gutleitungen (14) mit einem Teil ihrer Länge in die nächst tiefere Kammer frei hineinragen.7. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the gut lines (14) protrude freely with part of their length in the next lower chamber. 8. Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschers nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Einstellung der Gasgeschwindigkeit, daß kein Gut durch die Gasdurchtrittsöffnungen (10) hindurchfällt.8. A method of operating a heat exchanger according to claim 1, characterized by such an adjustment of the gas speed that no good falls through the gas passage openings (10).
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