EP1306636B1 - Verfahren und Vorrichtung zur gleichmässigen Erhitzung eines Staubkörnergemisches in einer Strömung heisser Gase - Google Patents
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- EP1306636B1 EP1306636B1 EP20010123693 EP01123693A EP1306636B1 EP 1306636 B1 EP1306636 B1 EP 1306636B1 EP 20010123693 EP20010123693 EP 20010123693 EP 01123693 A EP01123693 A EP 01123693A EP 1306636 B1 EP1306636 B1 EP 1306636B1
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- grain
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- F26B17/102—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by fluid currents, e.g. issuing from a nozzle, e.g. pneumatic, flash, vortex or entrainment dryers the drying enclosure having the shape of one or a plurality of shafts or ducts, e.g. with substantially straight and vertical axis with material recirculation, classifying or disintegrating means
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- 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
Definitions
- the invention relates to the heating of a mixture of fine-grained Good different grain size using a hot gas flow and in particular relates to a method and an apparatus according to the preamble of claim 1 and 7, respectively.
- a method according to the preamble of claim 1 is known from US-A-4 380 125.
- This document describes a process for drying and preheating coking coal in a single flow tube, in which a hot gas stream entraining the bottom fed, ground, wet coal rises, and at the top of the air flow tube, all of the dried and preheated coal the gas stream is separated out.
- the gas stream is divided into two streams by the larger gas volume is deflected as the first partial flow entraining the finer grain fractions from the original direction and leave the smaller amount of gas as the second partial flow entraining the coarser grain fraction initially in its direction, then deflected and with the first partial flow is reunited in approximately opposite direction to this.
- this procedure divides the grain size mixture carried by the gas stream into only two fractions, within the fractions different treatment of the grains depending on their individual grain size is not possible.
- Fine-grained material in particular that which has been produced by grinding, has a particle size distribution which can have a broad spectrum, ranging for example from 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m. Also oversize from 2000 microns to 3000 microns is possible.
- the invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus with which in a short time a heating of a grain mixture can be achieved at the same temperature.
- the grain mixture is introduced into a flow of hot gases and undergoes a change in temperature during transport along the flow path of the hot gases due to the contact with the hot gases, according to the invention provided that the flow path which the single grain together with the hot Traps gases, is short for small grains and long for large grains, so that a longer heat-up time is available for the large grains.
- the invention avoids these disadvantages in an elegant manner in that the grain mixture is introduced into an upward hot gas flow from above so that the large grains reach the hot gas flow at a lower altitude than the smaller grains, so that the larger grains are given a longer flow path becomes, as the small grains. As a result, despite a compact size of the required device uniform heating of the grains of all sizes is achieved.
- the grain mixture is preferably introduced by means of a downward carrier gas flow in the upward hot gas flow, said two gas flows preferably in a contact surface, the length seen in the flow direction of the gases at least four times, preferably six times the thickness of the carrier gas flow, measured transversely to the contact surface of the two gas flows is.
- Grains that do not enter the hot gas due to oversize are conveniently deposited so as not to disturb the process.
- the hot gas flow is helical from bottom to top and the carrier gas is directed down the axis of this helix.
- the helical flow can be guided from bottom to top widening in a conical jacket.
- pressure conditions set along the axis of the helical flow which favor the downward flow of the carrier gas flow.
- the apparatus of Fig. 1 consists of two substantially mutually parallel flow channels 1 and 2, of which the left channel 1 has a width B1 which is smaller than the width B2 of the channel 2.
- the channels 1 and 2 are open to each other over a distance O, and close to the end of this open area, the flow channel 1 is closed, preferably by a cellular Z.
- a hot air flow H is introduced from below into the flow channel 2 of greater width B2.
- a conveying air flow F is introduced from above, which carries a grain mixture with it, consisting of small grains K1, medium grains K2 and oversize K3.
- This flow of carrier gas and grain mixture is hereinafter referred to as F + K1 + K2 + K3.
- all intermediate grain sizes may be included in the grain mixture.
- the turbulence of the two flows F + K1 + K2 + K3 and H is characterized by components transverse to the main flow direction. These transverse components act on the grains, with the small grains K1 following the transverse components most easily.
- the medium-sized grains K2 react later on the transverse components, while the oversize K3 completely falls down due to its larger mass, does not get into the hot air flow and can be deducted for example by the feeder Z.
- the small grains K1 arrive earlier, i. above, in the upwardly directed hot air flow H, and the medium sized granules K2 reach further down in the upward flow H.
- the medium granules K2 have thus, when they have reached the top, covered the longer flow path and therefore for that reason a longer one Residence time in the hot air flow H as the smaller grains.
- larger grains K2 are carried in a known manner more slowly in a gas flow upward than smaller grains K1, resulting in an additional extension of the residence time for the medium-sized grains K2 in the hot air flow H.
- a hot air flow is given here only as an example.
- a hot gas another gas can also be used, for example an inert gas, if a chemical reaction of the grain mixture with the hot gas is to be avoided.
- the device consists of a vertically standing, upwardly flared truncated cone 3 with a lower diameter D1, an upper diameter D2 and an axial length E.
- a logarithmic spiral S of width B1 is concentrically attached , The spiral S is completely described by its angle ⁇ against the circumferential direction.
- the desired separation effect has a clear optimum at angles ⁇ , which are approximately between 5 ° and about 12 °, with best values between 6 ° and 9 °. Below and above these angle values, the separation effect diminishes rapidly.
- a discharge head C At the upper end of the truncated cone 3 is followed by a discharge head C, which has a diameter D3, to which the upper diameter D2 of the truncated cone 3 widens conically over a width B2.
- the cylindrical portion of the discharge head C has a width B3 is arched by a dome.
- the discharge head C is followed by a discharge line A outside.
- the discharge head C is penetrated by a dip tube T of a diameter D T , which extends into the region of the transition between the discharge head C and the truncated cone 3 at the diameter D2.
- the dip tube T ends at the level of the upper end of the truncated cone. 3
- a cellular wheel Z Centrally connected to the lower end of the logarithmic spiral S is a cellular wheel Z which, on the one hand, constitutes a closure, but on the other hand permits the withdrawal of oversize particles.
- a hot gas H of the logarithmic spiral S is fed, which initiates the hot gas H in the space enclosed by the truncated cone 3 chamber, where due to the helix angle ⁇ of the logarithmic S forms a wall-near upward flow W, which superimposes a circumferentially extending component is, which is not shown in the drawing and causes the hot gas flow to develop like a spiraling upwards from the bottom.
- a feed gas stream F is introduced through the dip tube T, which carries with it a grain mixture containing grains K1, K2 and K3 different size, as described in the first example.
- a grain mixture containing grains K1, K2 and K3 different size as described in the first example.
- the carrier gas flow F emerging from the dip tube T with the entrained grains is set in rotation in the chamber enclosed by the truncated cone 3 by the peripheral component of the hot gas flow.
- the small grains K1 follow this rotation rapidly, the larger K2s slower according to their larger mass and inertia, and the over grain K3 hardly ever.
- the oversize K3 falls down and can be removed by the feeder Z.
- the small grains K1 thus reach the wall-near flow W very quickly and are therefore fed quickly to the upper cone diameter D2.
- the larger grains K2 fall deeper below and only further down in the chamber into the near-wall current W. They have a longer residence time in the chamber compared to the grains K1 for two reasons: their way in the wall-oriented, upward flow W is longer than that of the small grains K1 , and they are carried up more slowly than the small grains K1 because of their higher sink rate.
- the spiral angle ⁇ of the logarithmic spiral S is of importance. It should be between 5 ° and 12 °, with best values between 6 ° and 9 °. Below and above these angle values, the separation effect in the chamber enclosed by the truncated cone 3 decreases rapidly.
- the iron oxide (predominantly Fe 2 O 3 ) has ambient temperature and contains 10% moisture. It is designed with 2546 m 3 n / h hot gas (kiln exhaust) of 800 ° C heated to a temperature of 400 ° C and dried at the same time. The hot gas with the entrained iron oxide is blown through the dip tube T in the return flow R, which is established due to the forming in the chamber in a known manner pressure conditions. Of the 2546 m 3 n / h hot gas about 127 m 3 n / h are diverted before the logarithmic spiral S and used as 800 ° C hot medium F.
- the dip tube T is intended to reach approximately to the diameter D2.
- the pressure loss of the hot gas H as it flows through the chamber enclosed by the truncated cone is about 2200 Pa.
- water or another suitable liquid may also be used as the carrier medium.
- suitable liquid for grains heavier than water, water or another suitable liquid may also be used as the carrier medium.
- the above considerations also apply to liquids as a medium instead of the aforementioned gases.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf die Aufheizung eines Gemisches von feinkörnigem Gut unterschiedlicher Korngröße mit Hilfe einer Heißgasströmung und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7.
- Ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus US-A-4 380 125 bekannt. Diese Druckschrift beschriebt ein Verfahren zur Trocknung und Vorerhitzung von Kokskohle in einem einzigen Flugstromrohr, in dem ein heißer Gasstrom, der die am unteren Ende eingespeiste, gemahlene, feuchte Kohle mitreißt, aufsteigt, und am oberen Ende des Flugstromrohrs die gesamte getrocknete und vorerhitzte Kohle aus dem Gasstrom ausgesondert wird. Im Flugstromrohr wird der Gasstrom in zwei Teilströme aufgeteilt, indem die größere Gasmenge als erster Teilstrom unter Mitnahme der feineren Kornfraktionen aus der ursprünglichen Richtung abgelenkt wird und die kleineren Gasmenge als zweiter Teilstrom unter Mitnahme der gröberen Kornfraktion zunächst in seiner Richtung belassen, dann umgelenkt und mit dem ersten Teilstrom in annähernd entgegengesetzter Richtung zu diesem wieder vereint wird. Diese Verfahrensweise teilt also das Korngrößengemisch, das von dem Gasstrom mitgeführt wird, in nur zwei Fraktionen auf, innerhalb der Fraktionen ist eine unterschiedliche Behandlung der Körner in Abhängigkeit von ihrer individuellen Korngröße nicht möglich.
- Feinkörniges Gut, insbesondere solches, das durch Mahlen hergestellt worden ist, hat eine Korngrößenverteilung, die ein breites Spektrum aufweisen kann, das beispielsweise von 1 µm bis 1000 µm reicht. Auch ist Überkorn von 2000 µm bis 3000 µm möglich.
- Bei verschiedenen Prozessen, an denen ein Körnergemisch der vorgenannten Art teilnimmt, ist es erforderlich, das Körnergemisch gleichmäßig, d.h. auf gleiche Temperatur aller Körner, zu erhitzen. Die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges hängt von der Korngröße ab, was es schwierig macht, die gleiche Temperatur in allen Körnern zu erreichen, wenn eine feste Aufheizzeit gewählt wird und diese nicht ausreichend lang ist, daß auch die großen Körner dieselbe Endtemperatur erreichen, wie die kleinen Körner.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen in kurzer Zeit eine Erwärmung eines Körnergemischs auf gleiche Temperatur erreicht werden kann.
- Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die im Anspruch 1 und bezüglich der Vorrichtung durch die im Anspruch 7 beschriebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen davon sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Gemäß der Erfindung wird das Körnergemisch in eine Strömung heißer Gase eingeführt und erfährt durch den Kontakt mit den heißen Gasen eine Temperaturänderung während des Transports längs des Strömungsweges der heißen Gase, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß der Strömungsweg, den das einzelne Korn zusammen mit den heißen Gasen zurücklegt, bei kleinen Körnern kurz und bei großen Körnern lang ist, so daß für die großen Körner eine längere Aufheizzeit zur Verfügung steht.
- Verwendet man als Vorrichtung etwa ein horizontal angeordnetes, von den heißen Gasen durchströmtes Rohr, muß dieses so lang sein, daß auch die großen Körner die gewünschte Endtemperatur erreichen. Für die kleinen Körnern wäre das Rohr dann aber unnötig lang. Günstiger ist es daher, ein senkrecht angeordnetes Rohr zu verwenden, in dem die Heißgasströmung aufwärts geführt ist, ein sogenannter Stromtrockner, so daß die großen Körner in der Heißgasströmung etwas langsamer empor getragen werden, als die kleinen. Aber auch hier findet man am oberen Ende einen Austritt mit Vorrichtungen, etwa Zyklonen, die den Grobanteil der Körner, der noch nicht ganz durchgewärmt ist, abscheiden und zum nochmaligen Durchlauf durch die Vorrichtung an deren unteres Ende zurückführen, was wiederum mit einem entsprechenden apparativen Aufwand verbunden ist.
- Die Erfindung vermeidet diese Nachteile in eleganter Weise dadurch, daß das Körnergemisch in eine aufwärts geführte Heißgasströmung von oben so eingeleitet wird, daß die großen Körner in tieferer Höhenlage in die Heißgasströmung gelangen, als die kleineren Körner, so daß den größeren Körnern ein längerer Strömungsweg zugeteilt wird, als den kleinen Körnern. Dadurch durch wird trotz kompakter Größe der dafür benötigten Vorrichtung eine gleichmäßige Erwärmung der Körner aller Größen erreicht.
- Das Körnergemisch wird dabei vorzugsweise mit Hilfe einer abwärts gerichteten Trägergasströmung in die aufwärts gerichtete Heißgasströmung eingebracht, wobei diese beiden Gasströmungen sich vorzugsweise in einer Berührungsfläche berühren, deren Länge in Strömungsrichtung der Gase gesehen wenigstens das Vierfache, vorzugsweise das Sechsfache der Dicke der Trägergasströmung, gemessen quer zur Berührungsfläche der beiden Gasströmungen, beträgt.
- Körner, die infolge Übergröße nicht in das Heißgas gelangen, werden zweckmäßigerweise abgeschieden, um den Prozeß nicht zu stören.
- Vorzugsweise verläuft die Heißgasströmung schraubenlinienförmig von unten nach oben, und das Trägergas wird in der Achse dieser Schraubenlinie abwärts geführt. Es ergeben sich dadurch stabile Strömungsverhältnisse. Dabei kann die schraubenlinienförmige Strömung sich von unten nach oben erweiternd in einem Kegelmantel geführt sein. Dadurch stellen sich Druckverhältnisse längs der Achse der schraubenlinienförmigen Strömung ein, die das Abwärtsströmen der Trägergasströmung begünstigen.
- Die Erfindung wird nachfolgend und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1 im Längsschnitt ein vereinfachtes Schema eines zur Ausführung der Erfindung modifizierten Stromtrockners, und
- Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der die Heißgasströmung in einer sich von unten nach oben erweiternden Spirale geführt ist.
- Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus zwei im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen 1 und 2, von denen der linke Kanal 1 eine Breite B1 hat, die kleiner als die Breite B2 des Kanals 2 ist. Die Kanäle 1 und 2 sind auf einer Strecke O zueinander offen, und dicht unterhalb des Endes dieses offenen Bereiches ist der Strömungskanal 1 geschlossen, vorzugsweise durch ein Zellenrad Z.
- Zum Betrieb der Vorrichtung wird in den Strömungskanal 2 größerer Breite B2 von unten eine Heißluftströmung H eingeleitet. In den linken Strömungskanal 1 geringerer Breite B1 wird von oben eine Förderluftströmung F eingeleitet, die ein Körnergemisch mit sich führt, bestehend aus kleinen Körner K1, mittelgroßen Körner K2 und Überkorn K3. Diese Strömung aus Trägergas und Körnergemisch wird nachfolgend mit F+K1+K2+K3 bezeichnet. Selbstverständlich, und in der Praxis in der Regel vorkommend, können auch alle Kornzwischengrößen in dem Körnergemisch enthalten sein.
- Zwischen den Strömungen F+K1+K2+K3 und H bildet sich nach den Lehren der freien Turbulenz entlang einer gedachten Linie L, die in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist, und von dieser ausgehend nach außen eine Zone der Verwirbelung aus, die von einem Punkt P1 am oberen Ende bis zu einem Punkt P2 am unteren Ende der Linie L reicht, deren Distanz etwa der Länge O der Öffnung zwischen beiden Strömungskanälen 1 und 2 entspricht. Dabei bildet die Linie L mit der Hauptströmungsrichtung einen Winkel von 10° bis 15°, so daß der Abstand der Punkte P1 und P2 etwa das Vier- bis Sechsfache der Breite B1 des Strömungskanals 1 entspricht. Mindestens auf dieser Länge müssen sich die beiden Strömungen F+K1+K2+K3 und H einander berühren.
- Die Verwirbelung der beiden Strömungen F+K1+K2+K3 und H ist durch Komponenten quer zur Hauptströmungsrichtung gekennzeichnet. Diese Querkomponenten wirken auf die Körner ein, wobei die kleinen Körner K1 den Querkomponenten am leichtesten folgen. Die mittelgroßen Körner K2 reagieren später auf die Querkomponenten, während das Überkorn K3 wegen seiner größeren Masse nach unten vollständig durchfällt, nicht in die Heißluftströmung gelangt und beispielsweise durch das Zellenrad Z abgezogen werden kann.
- Aufgrund dieser Tatsache gelangen die kleinen Körner K1 früher, d.h. weiter oben, in die aufwärts gerichtete Heißluftströmung H, und die mittelgroßen Körner K2 gelangen weiter unten in die aufwärts gerichtete Strömung H. Die mittelgroßen Körner K2 haben also, wenn sie oben angekommen sind, den längeren Strömungsweg zurückgelegt und daher schon aus diesem Grunde eine längere Verweilzeit in der Heißluftströmung H als die kleineren Körner. Hinzu kommt, daß größere Körner K2 in bekannter Weise langsamer in einer Gasströmung nach oben getragen werden, als kleinere Körner K1, woraus sich eine zusätzliche Verlängerung der Verweilzeit für die mittelgroßen Körner K2 in der Heißluftströmung H ergibt.
- Das von der Erfindung angestrebte Ziel ist damit erreicht. Allerdings sind die Trennvorgänge, die durch die genannten Strömungsquerkomponenten geschaffen werden, noch durch eine bekannte Unschärfe gekennzeichnet, so daß diese Ausführungsform der Erfindung nur einfachen Anwendungen genügt.
- Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß eine Heißluftströmung hier nur als Beispiel angegeben ist. Als Heißgas kann auch ein anderes Gas in Frage kommen, beispielsweise ein inertes Gas, wenn eine chemische Reaktion des Körnergemisches mit dem Heißgas vermieden werden soll.
- Für höhere Ansprüche an die Trennschärfe wird die aufwärts gerichtete Strömung nach Art eines Zyklons geführt, woraus sich eine abgewandelte und dem vorliegenden. Zweck in besonderer Weise angepaßte Bauform einer an sich bekannten Mischkammer ergibt. Diese ist in Fig. 2 dargestellt.
- Gemäß Fig. 2 besteht die Vorrichtung aus einem vertikal stehenden, sich nach oben erweiternden Kegelstumpf 3 mit einem unteren Durchmesser D1, einem oberen Durchmesser D2 und einer axialen Länge E. Am unteren Ende des Kegelstumpfes 3 ist konzentrisch eine logarithmische Spirale S der Breite B1 angebracht. Die Spirale S ist durch ihren Winkel α gegen die Umfangsrichtung vollständig beschrieben. Der angestrebte Trenneffekt hat ein deutliches Optimum bei Winkeln α, die etwa zwischen 5° und etwa 12° liegen, mit Bestwerten zwischen 6° und 9°. Unterhalb und oberhalb dieser Winkelwerte läßt der Trenneffekt rasch nach.
- An das obere Ende des Kegelstumpfes 3 schließt sich ein Austragekopf C an, der einen Durchmesser D3 hat, auf den sich der obere Durchmesser D2 des Kegelstumpfes 3 über eine Breite B2 konisch erweitert. Der zylindrische Abschnitt des Austragekopfes C hat eine Breite B3 ist von einer Kuppel überwölbt.
- An den Austragekopf C schließt sich außen eine Austrageleitung A an. Zentrisch ist der Austragekopf C von einem Tauchrohr T eines Durchmesser DT durchdrungen, das bis in den Bereich des Übergangs zwischen dem Austragekopf C und den Kegelstumpf 3 beim Durchmesser D2 reicht. Vorzugsweise endet das Tauchrohr T in Höhe des oberen Endes des Kegelstumpfs 3.
- An das untere Ende der logarithmischen Spirale S schließt sich zentrisch ein Zellenrad Z an, das einerseits einen Verschluß darstellt, andererseits aber den Abzug von Überkorn erlaubt.
- Im Betrieb dieser Vorrichtung wird ein Heißgas H der logarithmischen Spirale S zugeführt, die das Heißgas H in die von dem Kegelstumpf 3 umschlossene Kammer einleitet, wo sich aufgrund des Spiralwinkels α der logarithmischen S eine wandnahe Aufwärtsströmung W ausbildet, der eine in Umfangsrichtung verlaufende Komponente überlagert ist, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist und dazu führt, daß die Heißgasströmung sich wie eine von unten nach oben erweiternde Spirale entwickelt.
- Von oben wird durch das Tauchrohr T ein Fördergasstrom F eingeleitet, der ein Körnergemisch mit sich führt, das Körner K1, K2 und K3 unterschiedlicher Größe, wie im ersten Beispiel beschrieben enthält. Aus Gründen der Vereinfachung sei hier wieder nur von kleinen Körnern K1, größeren Körnern K2 und Überkorn K3 die Rede.
- Die aus dem Tauchrohr T austretende Trägergasströmung F mit den mitgeführten Körnern, wieder insgesamt mit F+K1+K2+K2 bezeichnet, wird in der von dem Kegelstumpf 3 umschlossenen Kammer durch die Umfangskomponente der Heißgasströmung in Rotation versetzt. Dieser Rotation folgen die kleinen Körner K1 schnell, die größeren K2 entsprechend ihrer größeren Masse und Trägheit langsamer, und das Überkorn K3 fast gar nicht. Das Überkorn K3 fällt nach unten durch und kann durch das Zellenrad Z abgezogen werden.
- Die kleinen Körner K1 gelangen somit sehr schnell in die wandnahe Strömung W und werden daher schnell dem oberen Kegeldurchmesser D2 zugeführt. Die größeren Körner K2 fallen tiefer nach unten durch und gelangen erst weiter unten in der Kammer in die wandnahe Strömung W. Sie haben gegenüber den Körnern K1 aus zwei Gründen eine längere Verweilzeit in der Kammer: Ihr Weg in der wandnahen, aufwärts gerichteten Strömung W ist länger als der der kleinen Körner K1, und sie werden wegen ihrer größeren Sinkgeschwindigkeit langsamer nach oben getragen, als die kleinen Körner K1.
- Wenn die Körner K1 und K2 in den Austragekopf C gelangen, werden sie dort durch die Austrageleitung A aus der Vorrichtung entlassen. Die Gasströmungen H und F und die kleinen und mittleren Körner K1 und K2 haben sich addiert, was in der Zeichnung entsprechend mit F+H+K1+K2 dargestellt ist.
- Für die Trennung der kleinen Körner K1 von den größeren Körnern K2, und natürlich für die Trennung aller Kornzwischengrößen, ist der Spiralwinkel α der logarithmischen Spirale S von Wichtigkeit. Er sollte zwischen 5° und 12° liegen, mit Bestwerten zwischen 6° und 9°. Unterhalb und oberhalb dieser Winkelwerte läßt der Trenneffekt in der vom Kegelstumpf 3 umschlossenen Kammer rasch nach.
- Bei einer Vorrichtung nach Fig. 2 ist die Einhaltung bestimmter Abmessungen wichtig. Bei Abweichung nach unten oder oben läßt entweder die angestrebte Wirkung nach, oder das Strömungsbild schlägt ganz um und wird völlig unbrauchbar.
- Nachstehend werden Abmessungen angegeben, die insbesondere für den genannten Trenneffekt optimal sind. Sie werden dargestellt am Beispiel einer Erwärmung von 2200 kg/h Eisenoxid vom Korngrößenbereich 96% unter 74 µm, mit Überkorn bis ca. 1 mm. Das Eisenoxid (überwiegend Fe2O3) hat Umgebungstemperatur und enthält 10% Feuchte. Es soll mit 2546 m3 n/h Heißgas (Ofenabgas) von 800°C auf eine Temperatur von 400°C aufgeheizt und zugleich getrocknet werden. Das Heißgas mit dem mitgeführten Eisenoxid wird durch das Tauchrohr T in die Rückströmung R eingeblasen, die sich aufgrund der sich in der Kammer in bekannter Weise ausbildenden Druckverhältnisse einstellt. Von den 2546 m3 n/h Heißgas werden vor der logarithmischen Spirale S etwa 127 m3 n/h abgezweigt und als 800°C heißes Fördermedium F verwendet.
- Nach Vorversuchen ergab sich ein optimaler Trenneffekt bei folgenden Abmessungen:
α = 6,85° B1 = 225 mm D1 = 385 mm E = 1.668 mm D2 = 770 mm B3 = 500 mm D3 = 1.300 mm A = 250 mm DT = 200 mm - Das Tauchrohr T soll näherungsweise bis zum Durchmesser D2 reichen.
-
- Bei den genannten Durchsatzdaten ist der Druckverlust des Heißgases H beim Durchströmen der vom Kegelstumpf umschlossenen Kammer etwa 2200 Pa.
- Die zulässigen Variationsbreiten der genannten Abmessungen sind:
- Zwischen 6° und 9° wurde kein Einfluß des Winkels auf den Trenneffekt gefunden. Unter 5° steigt der Druckverlust nutzlos an; über 12° steigt der Bauaufwand der Spirale.
- Bis ca. 10° Abweichung läßt die Effektivität der Durchmischung der Körner K1 und K2 mit dem Heißgas H langsam nach. Der Druckverlust entwickelt sich umgekehrt dem Quadrat der Abmessungen. In den Grenzen von ca. 20% kann eine Vergrößerung von D1 durch Verkleinerung von B1 kompensiert werden, gilt also B1 x D1 = konstant. Bei weiterem Verkleinern von D1 und B1 steigt der Druckverlust quadratisch, aber nutzlos an. Bei weiterem Vergrößern läßt die genannte Mischleistung nach.
- Bei Verkleinerung auf ca. 1350' mm sinken die Verweilzeit und damit die aufheizbare Korngröße. Unter einer Länge E von 1350 mm wird die Strömung in der Kammer instabil.
- Unter ca. 740 mm läßt die genannte Mischleistung nach. Eine Vergrößerung über 770 mm bis ca. 900 mm erhöht nur den Bauaufwand, bringt aber keinen Nutzen. Oberhalb von ca. 1000 mm wird die Strömung instabil.
- Diese Werte sind unkritisch und brauchten daher nicht näher untersucht zu werden. Hier gelten die Regeln der Technik.
- Alle Untersuchungsergebnisse setzen eine ungestörte Zuströmung des Heißgases H zur Spirale S voraus.
- Da das Strömungsbild in der Kammer nicht von der Reynoldszahl abhängt, gelten hier die einfachen Modellgesetze der Strömungsbilder der freien Turbulenz:
- Alle Abmessungen können ähnlich vergrößert oder verkleinert werden, ausgenommen natürlich der Spiralwinkel α. Die Durchsätze gehen dann mit dem Quadrat der Abmessungen. Der Heißgasdurchsatz kann erhöht oder verringert werden. Der Druckverlust geht dann mit dem Quadrat des Durchsatzes. Die Heißgaseintrittstemperatur kann bei gleichem Heißgasdurchsatz variiert werden. Der Druckverlust geht dann mit der absoluten Eintrittstemperatur.
- Die Grenzen des Heißgasdurchsatzes bei gegebener Baugröße sind folgende:
- Für die untere Grenze gilt, daß der Druckverlust ausreichen muß, um auch die mittleren Körner K2 auszutragen, nicht aber die Körner K3. Näherungsweise gilt für den Mindestdruckverlust:
- Für die obere Grenze gilt, daß die Verweilzeit und der Wärmeübergang in bekannter Weise für die Aufheizung der mittleren Körner K2 ausreichen müssen.
- Für Körner, die schwerer als Wasser sind, kann als Trägermedium auch Wasser oder eine geeignete andere Flüssigkeit verwendet werden. Die vorstehenden Überlegungen gelten auch für Flüssigkeiten als Medium anstelle der vorgenannten Gase.
Claims (13)
- Verfahren zum gleichmäßigen Aufheizen eines Gemisches aus groben und feinen.Körner mit Hilfe einer Heißgasströmung, in der unterschiedlich große Körner unterschiedlich lang verweilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner in Abhängigkeit von ihrer Größe an unterschiedlichen Stellen in die Heißgasströmung einge führt werden derart, daß die Körner mit dem Heißgas einen Strö mungsweg zurücklegen, dessen Länge mit zunehmender Korngröße zunimmt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Körnergemisch mit Hilfe einer abwärts gerichteten Trägergasströmung in eine aufwärts gerichtete Heißgasströmung derart einge bracht wird, daß vor dem Übergang der Körner in die Heißgasströ mung eine Entmischung des Körnergemischs in Abhängigkeit von der Korngröße stattfindet und die kleineren Körner weiter oben in die Heißgasströmung eintreten, als die größeren Körner.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abwärts gerichtete Trägergasströmung mit dem darin enthaltenen Körnergemisch und die aufwärts gerichtete Heißgasströmung sich in einer Berührungsfläche berühren, deren Länge in Strömungs richtung der Gase wenigstens das Vierfache, vorzugsweise das Sechsfache der Dicke der Trägergasströmung, gemessen quer zur Berührungsfläche der Gasströmungen, beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Körner, die infolge Übergröße nicht in das Heißgas gelangen, abgeschieden werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Heißgasströmung schraubenlinienförmig verläuft und das Trägergas mit dem Körnergemisch in der Achse dieser Schraubenlinie abwärts strömt.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenlinienförmige Heißgasströmung von unten nach oben in einen Kegelmantel geführt wird.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Reaktionkammer, die sich von unten nach oben nach Art eines Kegelstumpfs erweitert und am unteren Ende eine Eintrittsleitspirale (S) für das Heißgas (H) und am oberen Ende einen Austragekopf (C) und ein diesen durchdringendes Zuführrohr (T) mit zentrisch angeordneter, axial gerichteter Mündung für die Zuführung des Trägergases (F) und des davon mitgeführten Körnergemischs (K1+K2+K3) aufweist, mit folgenden Parametern bezogen auf einen Heißgasdurchsatz von 2546 mn 3/h bei einer Temperatur von 800°C und näherungsweise Atmosphärendruck:
Spiralwinkel der Eintrittsleitspirale S: α = 6°-9° Höhe der Eintrittsleitspirale S: B1 = 225 mm Unterer Durchmesser der Reaktionskammer D1 = 385 mm Axiale Länge der Reaktionskammer' E = 1668 mm Oberer Durchmesser der Reaktionskammer: D2 = 770 mm Höhe des Austragekopfes: B3 = 500 mm - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralwinkel α der Eintrittsleitspirale S 6,85° beträgt.
- Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen Ende der Reaktionskammer und dem Austragekopf (C) ein kegelstumpfförmiges Übergangsstück angeordnet ist, das sich auf einer Länge B2 von etwa 135 mm auf den Durchmesser D3 = 1300 mm des Austragekopfes (C) erweitert.
- Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Heißgasdurchsatz, der gegenüber 2546 m3 n/h um einen Faktor verändert ist, die linearen Abmessungen der Vorrichtung gegenüber den in den Ansprüchen 7 bzw. 9 angegebenen Abmessungen mit der Quadratwurzel des genannten Faktors verändert sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Verzweigungseinrichtung, mit der ein Teil der Heißgasströmung H vor dem Eintritt in die Eintrittsleitspirale (S) als Trägergasströmung für das Körnergemisch (K1+K2+K3) abgezweigt wird.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum der Eintrittleitspirale (S) ein Abzug (Z) für Überkorn (K3) vorgesehen ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen D1 und B1 innerhalb von ± 20% gegenüber den in Anspruch 7 angegebenen Maßen verändert sind, wobei das Produkt B1 x D1 konstant ist.
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