EP0949476B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung und Erhitzung staubförmiger bzw. feinkörniger Stoffe - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung und Erhitzung staubförmiger bzw. feinkörniger Stoffe Download PDF

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EP0949476B1
EP0949476B1 EP99104276A EP99104276A EP0949476B1 EP 0949476 B1 EP0949476 B1 EP 0949476B1 EP 99104276 A EP99104276 A EP 99104276A EP 99104276 A EP99104276 A EP 99104276A EP 0949476 B1 EP0949476 B1 EP 0949476B1
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feed material
chamber wall
burner flame
guided
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    • 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
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/003—Cyclones or chain of cyclones

Definitions

  • the invention relates to a method and a serving for its execution Device for drying and heating dust-like or fine-grained Substances.
  • feedstocks Known method for drying and heating dust-like or Fine-grained substances, referred to below as feedstocks, use the substance-specific property - very fast heat transfer between Heat transfer medium and feedstock as a result of the small grain size - only conditionally.
  • GB-A-1 570 276 is a generic method and a generic Device for heating isolated solids described, wherein in a combustion chamber by burning a hot combustion gas which is injected through a nozzle into the inlet end of a Venturi nozzle is brought. In the area of the transfer nozzle, solids become sideways fed, which are also introduced into the subsequent Venturi nozzle. In the Venturi nozzle, which has a conical opening, see below the drying of the solids takes place by means of the hot combustion gas, where the place of production of the combustion gas and the location of Drying of the solids are spatially separated.
  • a disadvantage of this device and this method is that of Heat transfer between the substance to be dried and the heat transfer medium An insufficient heat exchange takes place, since the heat balance only after the generation of the combustion gas in a subsequent, other and separate chamber takes place. This will be faster Heat transfer between the heat transfer medium and the material to be dried only used conditionally, especially if very fine, i. dusty or fine-grained substances are to be dried. The smaller the grain size of the too drying substance, the worse the heat transfer.
  • the object of the invention is to achieve the highest possible Flue gas temperatures and low additional air balance, below Utilization of the given by the grain size short Heat transfer times between heat transfer medium and feed, the Feed to dry and heat without a Temperature damage to the system or the feed occurs.
  • the method according to the invention uses the fineness (small Particle size) of the feedstock, which provides a rapid heat balance with the surrounding medium. Furthermore, the pneumatic Conveyability of the feedstock used, which at the same time a homogeneous Mixing of the feedstock with the fluid causes.
  • the conveying air acts as a temperature buffer too strong and fast Temperature rise contrary. This property can be exploited by exploiting the Cyclone effect can be increased. This is the starting material passed tangentially into the combustion chamber. Due to the centrifugal force is the Feedstock urged to the wall of the outer chamber, so that the Conveying air between the feedstock and the burner flame a Can form protective layer.
  • the direct action of the Burner flame can be avoided by the feedstock, e.g. one External chamber is fed, which is an annular gap around the combustion chamber forms.
  • the feedstock e.g. one External chamber is fed, which is an annular gap around the combustion chamber forms.
  • the heat transfer is controllable. Flue gas and feed are only merged after passing through the burner flame.
  • the Merging can be the pneumatic delivery pressure of the feedstock used for intensive mixing of the feedstock with the flue gases become.
  • the Venturi principle applies.
  • one can Merging the flue gases with the feed completely avoided become, which leads to a simple separation of the input material, there only a relatively small proportion of conveying air must be separated.
  • the device essentially consists from a combustion chamber 1 in which the burner 3 generated by a Burner flame 4 burns out.
  • the flue gas 5 is discharged through the discharge 14th derived.
  • the feedstock 6 is distributed over the circumference of the Combustion chamber wall 2, also the burner side of the combustion chamber 1 fed.
  • a vertical arrangement of the combustion chamber 1 and constructed "Fall Burner" 3 and continue corresponding distance between Burner flame 4 and feed 6 is a heating of the Feedstock 6 with simultaneous cooling of the flue gases 5 instead.
  • the uniform distribution of the feedstock 6 over the circumference of Combustor wall 2 can be achieved, for example, that the Material entry 7 by tangential blowing of the feedstock 6 means a pneumatic conveying takes place.
  • the occurring cyclone effect causes the feed 6 to concentrate on the combustion chamber wall 2 and the conveying air as an insulating layer between feed 6 and Burner flame 4 is used.
  • the arrangement of the device not further bound to the vertical position.
  • the combustion chamber 1 is additionally through an outer chamber. 9 envelops.
  • the material entry 7 takes place in the annular gap 8 generated thereby.
  • the combustion chamber 1 can, as shown in Fig. 2, as a pipe section be formed so that flue gas 5 and feed 6 only in the mix subsequent mixing chamber 12.
  • the mixing is through intensified the delivery pressure of the feedstock 6.
  • between combustion chamber 1 and annular gap 8 is no connection, so that there is no mixing of the feedstock 6 with the flue gas. 5 comes.
  • This design also allows operation in the Countercurrent method, i. the flow direction of the feedstock 6 is the opposite of the flue gas 5.
  • Fig. 3 shows a device in which the combustion chamber 1 additionally by a combustion chamber bottom 10 is completed.
  • the combustion chamber floor 10 separates combustion chamber 1 and mixing chamber 12.
  • the mixing chamber 12th Between combustion chamber 1 and mixing chamber 12 remain connections, through which the flue gas 5 can get into the mixing chamber 12, for Example, an annular gap 8 as in Fig.3.
  • the starting material 6 is also in the Mixed chamber 12 passed, in Fig. 3, for example, by a deflection to about 180 °.
  • the delivery pressure of the feedstock 6 takes place in the Mixing chamber 12 intensive mixing with the flue gas 5.
  • From the Mixing chamber 12 passes the flue gas feed mixture over the Catching space 13 for discharge 14. But there are also solutions conceivable in where the flue gas is discharged without entering the mixing chamber 12 arrive and without mixing with the Einspezstoff 6.
  • Fig. 4 shows a device which an even more intensive mixing of Feedstock 6 causes the flue gas 5, with simultaneous extraction the flue gases 5 from the combustion chamber 1.
  • the annular gap 8 for the feed 6 in the area of merging with the flue gas 5 as Nozzle 11 is formed.
  • the combustion chamber bottom 10 is adapted and forms with the outer chamber 9, the driving and mixing chamber 12 of a jet pump. This also known as Venturi principle method also applies to the Water jet pump application.
  • the trap 13 can also by the Shaping the combustion chamber bottom 10 are formed by demselbigen.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu dessen Ausführung dienende Vorrichtung zur Trocknung und Erhitzung staubförmiger bzw. feinkörniger Stoffe.
Bekannte Verfahren zur Trocknung und Erhitzung staubförmiger bzw. feinkörniger Stoffe, im Folgenden als Einsatzstoffe bezeichnet, nutzen die stoffspezifische Eigenschaft - sehr schneller Wärmeübergang zwischen Wärmeträger und Einsatzstoff als Folge der geringen Komgröße - nur bedingt aus.
So besitzt die indirekten Wärmeübertragung im Rührkessel einen geringen Wirkungsgrad und erfordert einen großen technischen Aufwand.
Bei der direkten Wärmeübertragung im Stromtrockner oder Wirbelschichttrockner ist der Wirkungsgrad verbessert. Die Rauchgase werden zur Vermeidung von Temperaturschäden an der Anlage, bzw. am Einsatzstoff, nicht direkt mit dem zu trocknenden bzw. zu erhitzenden Stoff in Berührung gebracht, sondern vorher in einem Heißgaserzeuger auf entsprechend niedrigere Temperaturen heruntergekühlt. Durch die relativ große Gasumwälzung wird jedoch zum Einen der Lufthaushalt stark aufgebläht, zum Anderen der Wirkungsgrad verringert. Der vergrößerte Lufthaushalt erfordert wiederum größere Abscheideanlagen zur anschließenden Separierung des Einsatzstoffes. Beide Sachverhalte zusammen führen zu einer Ausweitung der verfahrenstechnischen Anlage.
In GB-A-1 570 276 ist ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Erhitzung vereinzelter Feststoffe beschrieben, wobei in einer Brennkammer durch Verbrennen ein heißes Verbrennungsgas zeugt wird, das durch eine Düse hindurch in das Einlaßende einer Venturi-Düse gebracht wird. Im Bereich der Übertrittsdüse werden Feststoffe seitlich zugeführt, die ebenfalls in die nachfolgende Venturi- Düse eingebracht werden. In der Venturi-Düse, die eine konische Öffnung hat, findet nachfolgend die Trocknung der Feststoffe mittels des heißen Verbrennungsgases statt, wobei der Ort der Erzeugung des Verbrennungsgases und der Ort der Trocknung der Feststoffe räumlich getrennt sind.
Nachteilig bei dieser Vorrichtung und diesem Verfahren ist, daß der Wärmeübertrag zwischen dem zu trocknenden Stoff und dem Wärmeträger ein ungenügender Wärmeaustausch stattfindet, da der Wärmeausgleich erst nach der Erzeugung des Verbrennungsgases in einer nachfolgenden, anderen und abgetrennten Kammer erfolgt. Damit wird ein schneller Wärmeübergang zwischen Wärmeträger und dem zu trocknenden Stoff nur bedingt genutzt, insbesondere wenn sehr feine, d.h. staubförmige oder feinkörnige Stoffe getrocknet werden sollen. Je kleiner die Korngröße des zu trocknenden Stoffes, desto schlechter der Wärmeübertrag.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit möglichst hohen Rauchgastemperaturen und geringem zusätzlichen Lufthaushalt, unter Ausnutzung der durch die Korngröße gegebenen kurzen Wärmeübergangszeiten zwischen Wärmeträger und Einsatzstoff, den Einsatzstoff zu trocknen und zu erhitzen, ohne daß eine Temperaturschädigung an der Anlage oder am Einsatzstoff auftritt.
Das Verfahren entsprechend der Erfindung nutzt die Feinheit (kleine Partikelgröße) des Einsatzstoffes, die einen schnellen Wärmeausgleich mit dem umgebenden Medium ermöglicht. Weiterhin wird die pneumatische Förderbarkeit des Einsatzstoffes genutzt, die gleichzeitig eine homogene Vermischung des Einsatzstoffes mit dem Fördermedium bewirkt. Durch die direkte Zugabe des Einsatzstoffes in die Brennkammer, d.h. der Einsatzstoff ist der direkten Flammeinwirkung ausgesetzt, wird eine schnelle und effektive Trocknung und Erhitzung des Einsatzstoffes erreicht. Die Förderluft wirkt als Temperaturpuffer einem zu starken und schnellen Temperaturanstieg entgegen. Diese Eigenschaft kann durch Ausnutzung des Zyklon-Effektes noch gesteigert werden. Hierbei wird der Einsatzstoff tangential in die Brennkammer geleitet. Durch die Fliehkraft wird der Einsatzstoff an die Wandung der Außenkammer gedrängt, so daß die Förderluft zwischen dem Einsatzstoff und der Brennerflamme eine Schutzschicht bilden kann.
Bei temperaturempfindlichen Einsatzstoffen kann die direkte Einwirkung der Brennerflamme dadurch vermieden werden, daß der Einsatzstoff z.B. einer Außenkammer zugeführt wird, die um die Brennkammer einen Ringspalt bildet. Durch Wahl der Wandungsstärke und des Materials der Brennkammer ist der Wärmedurchgang steuerbar. Rauchgas und Einsatzstoff werden erst nach Passieren der Brennerflamme zusammengeführt. Bei der Zusammenführung kann der pneumatische Förderdruck des Einsatzstoffes zur intensiven Vermischung des Einsatzstoffes mit den Rauchgasen genutzt werden. Hierbei findet das Venturi-Prinzip Anwendung. Auch kann eine Zusammenführung der Rauchgase mit dem Einsatzstoff ganz vermieden werden, was zu einer einfachen Separierung des Einsatzstoffes führt, da nur ein relativ geringer Anteil an Förderluft abgetrennt werden muß.
Man hat bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens den Vorteil einer effektiven Energienutzung, verbunden mit einem geringen apparativen Aufwand.
In den Zeichnungen wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1, Fig. 2
sowie Fig. 3 jeweils eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei im oberen Teil der jeweiligen Figur ein Querschnitt und im unteren Bereich eine Draufsicht der Vorrichtung dargestellt ist, und
Fig. 4
eine Teilansicht einer Vorrichtung im Querschnitt.
Wie in den Figuren 1 dargestellt, besteht die Vorrichtung im Wesentlichen aus einer Brennkammer 1, in der die von einem Brenner 3 erzeugte Brennerflamme 4 ausbrennt. Das Rauchgas 5 wird durch den Austrag 14 abgeleitet. Der Einsatzstoff 6 wird, verteilt über den Umfang der Brennkammerwand 2, ebenfalls Brennerseitig der Brennkammer 1 zugeführt. Bei vertikaler Anordnung der Brennkammer 1 und aufgebautem "Sturzbrenner" 3 und weiterhin entsprechendem Abstand zwischen Brennerflamme 4 und Einsatzstoff 6 findet eine Erwärmung des Einsatzstoffes 6 bei gleichzeitiger Abkühlung der Rauchgase 5 statt. Die gleichmässige Verteilung des Einsatzstoffes 6 über den Umfang der Brennkammerwand 2 kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, daß der Materialeintrag 7 durch tangentiales Einblasen des Einsatzstoffes 6 mittels einer pneumatischen Förderung erfolgt. Der dabei auftretende Zyklon-Effekt bewirkt, daß sich der Einsatzstoff 6 an der Brennkammerwand 2 konzentriert und die Förderluft als Isolierschicht zwischen Einsatzstoff 6 und Brennerflamme 4 dient. Darüber hinaus ist die Anordnung der Vorrichtung nicht Weiterhin an die vertikale Aufstellung gebunden.
Durch entsprechende Abstimmung der wesentlichen Parameter wie z.B. Menge des Einsatzstoffes 6, Durchmesser und Länge der Brennkammer 1, Formgebung der Brennerflamme 4, Erzeugung eines Unterdruckes im Austrag 14 und somit auch in der Brennkammer 1 usw., kann ein gezielter Temperaturanstieg des Einsatzstoffes 6 erreicht werden, ohne daß die Ausbrandzone der Brennerflamme 4 gestört wird. Der störungsfreie Ausbrand der Brennerflamme 4 ist zur Erzielung einer einwandfreien Verbrennung mit geringen Emissionen Voraussetzung.
In Fig. 2 wird die Brennkammer 1 zusätzlich durch ein Außenkammer 9 umhüllt. In den dadurch erzeugten Ringspalt 8 erfolgt der Materialeintrag 7. Die Brennkammer 1 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, als Rohrabschnitt ausgebildet sein, so daß Rauchgas 5 und Einsatzstoff 6 sich erst in der nachfolgenden Mischkammer 12 vermischen. Die Vermischung wird durch den Förderdruck des Einsatzstoffes 6 intensiviert. Es ist aber auch denkbar, daß zwischen Brennkammer 1 und Ringspalt 8 keine Verbindung besteht, so daß es zu keiner Vermischung des Einsatzstoffes 6 mit dem Rauchgas 5 kommt. Diese Bauart ermöglicht auch einen Betrieb im Gegenstromverfahren, d.h. die Strömungsrichtung des Einsatzstoffes 6 ist der des Rauchgases 5 entgegengesetzt.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Brennkammer 1 zusätzlich durch einen Brennkammerboden 10 abgeschlossen wird. Der Brennkammerboden 10 trennt Brennkammer 1 und Mischkammer 12. Gleichzeitig bildet der Brennkammerboden 10 durch seine Formgebung die Mischkammer 12. Zwischen Brennkammer 1 und Mischkammer 12 verbleiben Verbindungen, durch die das Rauchgas 5 in die Mischkammer 12 gelangen kann, zum Beispiel ein Ringspalt 8 wie in Fig.3. Der Einsatzstoff 6 wird ebenfalls in die Mischkammer 12 geleitet, in Fig. 3 zum Beispiel durch eine Umlenkung um ca. 180°. Durch den Förderdruck des Einsatzstoffes 6 erfolgt in der Mischkammer 12 eine intensive Vermischung mit dem Rauchgas 5. Aus der Mischkammer 12 gelangt das Rauchgas-Einsatzstoff-Gemisch über den Fangraum 13 zum Austrag 14. Es sind aber auch Lösungen denkbar, bei denen das Rauchgas abgeleitet wird, ohne in die Mischkammer 12 zu gelangen und ohne sich mit dem Einsastzstoff 6 zu vermischen.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, die eine noch intensivere Vermischung des Einsatzstoffes 6 mit dem Rauchgas 5 bewirkt, bei gleichzeitiger Absaugung der Rauchgase 5 aus der Brennkammer 1. Hierzu wird der Ringspalt 8 für den Einsatzstoff 6 im Bereich der Zusammenführung mit dem Rauchgas 5 als Düse 11 ausgebildet. Der Brennkammerboden 10 wird angepaßt und bildet mit der Außenkammer 9 die Treib.- und Mischkammer 12 einer Strahlpumpe. Dieses auch als Venturi-Prinzip bekannte Verfahren findet auch bei der Wasserstrahlpumpe Anwendung. Der Fangraum 13 kann auch hier durch die Formgebung des Brennkammerbodens 10 von demselbigen gebildet werden.
Bezugszeichenliste
1
Brennkammer
2
Brennkammerwand
3
Brenner
4
Brennerflamme
5
Rauchgas
6
Einsatzstoff
7
Materialeintrag
8
Ringspalt
9
Außenkammer
10
Brennkammerboden
11
Düse
12
Mischkammer
13
Fangamr
14
Austrag
15
Isolierung

Claims (13)

  1. Verfahren zur Erhitzung und Trocknung eines staubförmigen oder feinkörnigen Einsatzstoffes (6), dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer von einer Brennkammerwand (2) begrenzten Brennkammer (1) eine Brennerflamme (4) erzeugt wird, über einen Materialeintrag (7) der Einsatzstoff (6) der Brennkammerwand (2) zugeleitet wird, der Einsatzstoff (6) entlang der Brennkammerwand (2) bewegt wird, wobei während der Bewegung des Einsatzstoffes (6) entlang der Brennkammerwand (2) der Einsatzstoff (6) mittels der Brennerflamme (4) erhitzt und getrocknet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff (6) pneumatisch gefördert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff (6) tangential auf die Brennkammerwand (2) geleitet wird und/oder schraublinienförmig um die Brennerflamme (4) geführt wird.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff (6) in die Ausbrandzone der Brennerflamme (4) geleitet wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff (6) und das Rauchgas (5) der Brennerflamme (4), vorzugsweise in einer Mischkammer (12), vermischt werden.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas (3) und der Einsatzstoff (6) getrennt, vorzugsweise entlang der Brennkammerwand (2), geführt werden.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff (6) mittels eines zwischen der Brennkammerwand (2) und einer Außenkammer (9) ausgebildeten Ringspaltes (8) geführt wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas (5) mittels des Förderdrucks des Einsatzstoffes (6) angesaugt wird.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff (6) und/oder das Rauchgas (5) über einen Austrag (14), insbesondere mittels Unterdrucks, entfernt werden.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder meh- . reren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brenner (3) zur Erzeugung einer Brennerflamme (4), eine Brennkammer (1) mit einer Brennkammerwand (2), ein Materialeintrag (7) zur Zuleitung des Einsatzstoffes (6) auf die Brennkammerwand (2) und ein Mittel zur Bewegung des Einsatzstoffes (6) entlang der Brennkammerwand (2) vorgesehen sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein pneumatisches Fördermittel für den Einsatzstoff (6) vorgesehen ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel, insbesondere eine Außenkammer (9), zur Ausbildung eines Ringspaltes (8) vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischkammer (12) in der Brennkammer (1) und/oder ein, insbesondere mit Unterdruck beaufschlagbarer, Austrag (14) vorgesehen sind.
EP99104276A 1998-03-04 1999-03-03 Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung und Erhitzung staubförmiger bzw. feinkörniger Stoffe Expired - Lifetime EP0949476B1 (de)

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