EP1515106A1 - Wärmeaustauscher für eine pneumatische Fördervorrichtung - Google Patents

Wärmeaustauscher für eine pneumatische Fördervorrichtung Download PDF

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EP1515106A1
EP1515106A1 EP03103329A EP03103329A EP1515106A1 EP 1515106 A1 EP1515106 A1 EP 1515106A1 EP 03103329 A EP03103329 A EP 03103329A EP 03103329 A EP03103329 A EP 03103329A EP 1515106 A1 EP1515106 A1 EP 1515106A1
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EP
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heat exchanger
pneumatic
exchanger according
heat transfer
housing
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EP03103329A
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Paul Goedert
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Paul Wurth SA
Original Assignee
Paul Wurth SA
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Publication date
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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
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger for a pneumatic conveyor.
  • An object of the present invention is to provide a compact To propose heat exchangers for a pneumatic conveying device, the improved heat exchange between a heat carrier and ensured the pneumatic flow. This task is done by a heat exchanger according to claim 1 solved.
  • An inventive heat exchanger for a pneumatic Conveying device comprises a cylindrical outer housing with a first End and a second end, an inlet port for a pneumatic Flow at its first end and an outlet for the pneumatic flow at its second end.
  • a housing core is arranged such that it herein an annular flow gap for the pneumatic delivery stream demarcates.
  • an annular flow gap for the pneumatic delivery stream demarcates.
  • a first pipe spiral arranged, which is connectable to a heat transfer medium distribution.
  • the first pipe spiral which is heated by a heat carrier, or cooled. This is a relatively good and homogeneous heat exchange between the Tube spiral and the pneumatic flow achieved.
  • the heat transfer between the heat transfer medium and the pneumatic flow is further enhanced by a second Pipe spiral, which is also connectable to a heat transfer distribution, is arranged in the annular flow gap, wherein the first and second Pipe spiral have different diameters and the turns of the first pipe spiral lie between the turns of the second pipe spiral.
  • width B of the annular flow gap is preferably 2.5 times to 3 times Outer diameter of the pipe from which the pipe spirals are made are.
  • the housing core than be made closed hollow body, wherein the first pipe spiral in this Hollow body opens in such a way that it is flowed through by the heat transfer medium.
  • the second pipe spiral if present, also flows advantageously into the A hollow body, wherein the hollow body has a common connecting piece for may have a heat transfer return line.
  • housing core and the pipe spiral (s) To install and remove the housing core and the pipe spiral (s) simplify housing core and pipe spiral (s) form a unit that is advantageously carried by a common flange, which at one end the outer housing is attached.
  • the housing core advantageously has a displacement body which is disposed within the housing core such that it is herein annular flow gap for the heat carrier delimits. This will achieved a more homogeneous temperature of the outer wall of the housing core.
  • the heat exchanger may have an outer jacket, which is the Surrounds outer housing such that around this outer housing a annular heat transfer space is delimited.
  • An inventive heat exchanger is particularly advantageous for warming up coal dust.
  • the coal dust as pneumatic flow passed through the heat exchanger.
  • the heat exchanger 10 shown in Fig. 1 was for a pneumatic Coal dust conveyor developed. He should be the pneumatically funded Reheat coal dust as homogeneously as possible before, for example, the latter a blast furnace is blown. With the arrow 12 is a pneumatic Feed line upstream and the arrow 14 a pneumatic Delivery line downstream of the heat exchanger 10 schematically indicated.
  • the heat exchanger 10 comprises a cylindrical, tubular Outer housing 16, which is installed vertically.
  • the reference numeral 18 thus designates the lower end and the reference numeral 20 the upper End of the outer housing 16. Both ends 18, 20 are each with a flared dished bottom 22, 24 closed.
  • the outer housing 16 has an inlet nozzle 26 and at its upper End 20 an outlet port 28 on.
  • the pneumatic conveying line 12 is on the inlet nozzle 26 and the pneumatic conveying line 14 to the Outlet port 28 connected.
  • the pneumatic flow is Consequently, from the pneumatic conveying line 12 through the inlet port 26 in a heat exchanger interior 30 in the interior of the outer housing 16 injected, flows through this heat exchanger interior 30 to the Outlet 28 and is through the latter in the pneumatic conveying line 14 fed.
  • a housing core 32 is such arranged therein an annular flow gap 34 for the delimits pneumatic flow, extending from the confluence of the Inlet nozzle 26 extends to the confluence with the outlet port 28.
  • the Housing core 32 is arranged coaxially with the cylindrical outer housing 16 is, so that the annular flow gap 34 everywhere substantially the same width "B" has.
  • the first pipe spiral 36 which also as an inner pipe spiral 36 is designated, has a smaller spiral diameter than the second Pipe spiral 38, which is also referred to as outer pipe coil 38.
  • the turns of the first pipe spiral 36 are in the axial direction between the turns of the second pipe spiral 38.
  • the two pipe spirals 36 and 38 are each made of a tube having an outer diameter D. manufactured, wherein the width B of the annular flow gap about 2.5xD is.
  • the latter is as closed, tubular hollow body formed and has at its upper end of an outlet 50.
  • This outlet 50 is connected to a Return line 44 'connected to the heat carrier.
  • a displacement body 52 is arranged, the within the housing core 32 an annular flow gap 54 for the Separates heat transfer medium.
  • the heat transfer is thus by the Connecting piece 40, 42 introduced into the pipe coils 36, 38, flows through these pipe spirals 36, 38, in the lower end of the housing core 32nd introduced, flows in the housing core 32 through the annular flow gap 54, wherein the outer wall of the housing core 32 is heated. Subsequently, will the heat carrier via the outlet port 50 in the return line 44 ' initiated.
  • an outer jacket is called the Outer housing 16 between the inlet port 26 and the outlet 28 surrounds such that here around the outer housing 16, an annular space 62 is demarcated. Via an inlet connection 64 and an outlet connection 66 is also this annular space 62 to the heat transfer distribution network connected, wherein the heat transfer medium when flowing through the annular Jardins 62 heats the outer wall of the outer housing 16.
  • the housing core 32 and the two Tube spirals 36, 38 form a unit of a cylindrical Ring flange 70 is worn.
  • this cylindrical annular flange 70 the between the outer housing 16 and the upper dished bottom 24th is arranged, the two connecting pieces 40, 42 and the outlet are 50 led out.
  • the housing core 32 and the two pipe spirals 36, 38 can therefore be very easily as a unit with their connecting pieces 40, 42, 50 in and out.
  • the described heat exchanger 10 can be an effective and achieve homogeneous warming up of a pneumatic conveying flow.
  • the presented heat exchanger 10 extremely compact and the inner Heating elements (i.e., the pipe spirals 36, 38 and the heated housing core 32) can be exchanged in the simplest possible way.

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Abstract

Ein Wärmeaustauscher (10) für eine pneumatische Fördervorrichtung (12, 14) umfasst ein zylindrisches Außengehäuse (16) mit einem ersten Ende (18) und einem zweiten Ende (20), einem Einlassstutzen (26) für einen pneumatischen Förderstrom an seinem ersten Ende (18) und einem Auslassstutzen (28) für den pneumatischen Förderstrom an seinem zweiten Ende (20). Innerhalb dieses zylindrischen Außengehäuses (16) ist ein Gehäusekern (32) derart angeordnet, dass er hierin einen ringförmigen Strömungsspalt (34) für den pneumatischen Förderstrom abgrenzt. In diesem ringförmigen Strömungsspalt (34) ist eine erste Rohrspirale (36) angeordnet, welche von einem Wärmeträger durchströmt wird. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für eine pneumatische Fördervorrichtung.
Stand der Technik
Es ist bekannt in eine pneumatische Fördervorrichtung einen Wärmetauscher einzubauen, um einen pneumatischen Förderstrom aufzuwärmen, bzw. zu kühlen. Es ist jedoch ebenfalls bekannt, dass ein homogenes Aufwärmen/Kühlen eines pneumatischen Förderstroms nicht unproblematisch ist.
In der Patentanmeldung WO 99/24773 wird vorgeschlagen, den pneumatischen Förderstrom in ein Auflockerungsgefäß einzutragen indem der Feststoff ein Wirbelbett ausbildet. Das Auflockerungsgefäß wird hierbei von mehreren senkrechten Wärmeträgerrohren durchzogen, die den Feststoff im Wirbelbett aufheizen. Am oberen Ende des Auflockerungsgefäßes wird der Feststoff kontinuierlich ausgetragen.
In der Patentanmeldung WO 99/24773 wird hingegen vorgeschlagen, den Feststoffstrom auf mehrere senkrechte Rohrleitungen aufzuteilen, welche ein Gefäß durchqueren, das von einem Wärmeträger durchströmt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakten Wärmeaustauscher für eine pneumatische Fördervorrichtung vorzuschlagen, der einen verbesserten Wärmeaustausch zwischen einem Wärmeträger und dem pneumatischen Förderstrom gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher nach Anspruch 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher für eine pneumatische Fördervorrichtung umfasst ein zylindrisches Außengehäuse mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, einem Einlassstutzen für einen pneumatischen Förderstrom an seinem ersten Ende und einem Auslassstutzen für den pneumatischen Förderstrom an seinem zweiten Ende. Innerhalb dieses zylindrischen Außengehäuses ist ein Gehäusekern derart angeordnet, dass er hierin einen ringförmigen Strömungsspalt für den pneumatischen Förderstrom abgrenzt. In diesem ringförmigen Strömungsspalt ist eine erste Rohrspirale angeordnet, welche an eine Wärmeträgerverteilung anschließbar ist. Der pneumatischen Förderstrom umströmt im ringförmigen Strömungsspalt die erste Rohrspirale, welche durch einen Wärmeträger beheizt, bzw. gekühlt wird. Hierbei wird ein relativ guter und homogener Wärmeaustausch zwischen der Rohrspirale und dem pneumatischen Förderstrom erzielt.
Der Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträger und dem pneumatischen Förderstrom wird weiter verbessert, indem eine zweite Rohrspirale, welche ebenfalls an eine Wärmeträgerverteilung anschließbar ist, im ringförmigen Strömungsspalt angeordnet ist, wobei die erste und zweite Rohrspirale unterschiedliche Durchmesser aufweisen und die Windungen der ersten Rohrspirale zwischen den Windungen der zweiten Rohrspirale liegen.
Bei pulverförmigen Feststoffen, wie z.B. Kohlenstaub, entspricht die Breite B des ringförmigen Strömungsspaltes vorzugsweise dem 2,5-fachen bis 3-fachen Außendurchmesser des Rohrs, aus dem die Rohrspiralen hergestellt sind.
Um den Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträger und dem pneumatischen Förderstrom weiter zu verbessern, kann der Gehäusekern als geschlossener Hohlkörper gefertigt sein, wobei die erste Rohrspirale in diesen Hohlkörper derart einmündet, dass er vom Wärmeträger durchströmt wird. Auch die zweite Rohrspirale mündet, falls vorhanden, ebenfalls vorteilhaft in den Hohlkörper ein, wobei der Hohlkörper einen gemeinsamen Anschlussstutzen für eine Wärmeträger-Rücklaufleitung aufweisen kann.
Um den Ein- und Ausbau des Gehäusekerns und der Rohrspirale(n) zu vereinfachen, bilden Gehäusekern und Rohrspirale(n) eine Einheit aus, die vorteilhaft von einem gemeinsamen Flansch getragen wird, der an einem Ende des Außengehäuses befestigt ist.
Der Gehäusekern weist vorteilhaft einen Verdrängungskörper auf, der innerhalb des Gehäusekerns derart angeordnet ist, dass er hierin einen ringförmigen Strömungsspalt für den Wärmeträger abgrenzt. Hierdurch wird eine homogenere Temperatur der Außenwand des Gehäusekerns erzielt.
Um eine zusätzliche Verbesserung des Wärmeübergangs zu erzielen, kann der Wärmetauscher einen äußeren Mantel aufweisen, der das Außengehäuse derart umgibt, dass um dieses Außengehäuse einen ringförmigen Wärmeträgerraum abgegrenzt wird.
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher eignet sich besonders vorteilhaft zum Aufwärmen von Kohlenstaub. Hierbei wird der Kohlenstaub als pneumatischer Förderstrom durch den Wärmetauscher geleitet.
Figurenaufstellung
Im Folgenden wird nun eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1:
einen Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher in einer pneumatischen Fördervorrichtung.
Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung anhand der Figuren
Der in Fig. 1 gezeigte Wärmetauscher 10 wurde für eine pneumatische Kohlenstaub-Förderanlage entwickelt. Er soll den pneumatisch geförderten Kohlenstaub möglichst homogen aufwärmen, bevor letzterer zum Beispiel in einen Hochofen eingeblasen wird. Mit dem Pfeil 12 ist eine pneumatische Förderleitung stromaufwärts und mit dem Pfeil 14 eine pneumatische Förderleitung stromabwärts vom Wärmetauscher 10 schematisch angedeutet.
Der Wärmetauscher 10 umfasst ein zylindrisches, rohrförmiges Außengehäuse 16, das senkrecht aufgestellt ist. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet folglich das untere Ende und das Bezugszeichen 20 das obere Ende des Außengehäuses 16. Beide Enden 18, 20 sind jeweils mit einem aufgeflanschten Klöpperboden 22, 24 verschlossen. An seinem unteren Ende 18 weist das Außengehäuse 16 einen Einlassstutzen 26 und an seinem oberen Ende 20 einen Auslassstutzen 28 auf. Die pneumatische Förderleitung 12 ist an den Einlassstutzen 26 und die pneumatische Förderleitung 14 an den Auslassstutzen 28 angeschlossen. Der pneumatischen Förderstrom wird folglich von der pneumatischen Förderleitung 12 durch den Einlassstutzen 26 in einen Wärmetauscherinnenraum 30 im Inneren des Außengehäuses 16 eingeblasen, durchströmt diesen Wärmetauscherinnenraum 30 bis zum Auslassstutzen 28 und wird durch Letzteren in die pneumatische Förderleitung 14 eingespeist.
Im Wärmetauscherinnenraum 30 ist ein Gehäusekern 32 derart angeordnet, dass er hierin einen ringförmigen Strömungsspalt 34 für den pneumatischen Förderstrom abgrenzt, der sich von der Einmündung des Einlassstutzens 26 bis zur Einmündung in den Auslassstutzen 28 erstreckt. Der Gehäusekern 32 ist koaxial zum zylindrischen Außengehäuse 16 angeordnet ist, so dass der ringförmige Strömungsspalt 34 überall im wesentlichen die gleiche Breite "B" aufweist.
In dem ringförmigen Strömungsspalt 34 sind zwei Rohrspiralen 36 und 38 angeordnet. Die erste Rohrspirale 36, die auch noch als innere Rohrspirale 36 bezeichnet wird, hat einen kleineren Spiraldurchmesser als die zweite Rohrspirale 38, die auch noch als äußere Rohrspirale 38 bezeichnet wird. Zudem liegen die Windungen der ersten Rohrspirale 36 in axialer Richtung zwischen den Windungen der zweiten Rohrspirale 38. Die beiden Rohrspiralen 36 und 38 sind jeweils aus einem Rohr mit einem Außendurchmesser D gefertigt, wobei die Breite B des ringförmigen Strömungsspalt ungefähr 2,5xD ist.
Mit ihrem oberen Ende münden die beiden Rohrspiralen 36 und 38 jeweils in einen Anschlussstutzen 40, 42. Mittels dieser Anschlussstutzen 40, 42 können die beiden Rohrspiralen 36, 38 an ein Verteilernetz 44 eines Wärmeträgers (z.B. ein Wärmeträgeröl) angeschlossen werden.
Mit ihrem unteren Ende 46, 48 münden die beiden Rohrspiralen 36 und 38 jeweils in das unter Ende des Gehäusekerns 32. Letzterer ist als geschlossener, rohrförmiger Hohlkörper ausgebildet und weist an seinem oberen Ende einen Auslassstutzen 50 auf. Dieser Auslassstutzen 50 ist an eine Rücklaufleitung 44' für den Wärmeträger angeschlossen.
Im Gehäusekern 32 ist ein Verdrängungskörper 52 angeordnet, der innerhalb des Gehäusekerns 32 einen ringförmigen Strömungsspalt 54 für den Wärmeträger abgrenzt. Der Wärmeträger wird folglich durch die Anschlussstutzen 40, 42 in die Rohrspiralen 36, 38 eingeleitet, durchströmt diese Rohrspiralen 36, 38, wird in das unter Ende des Gehäusekerns 32 eingeleitet, strömt im Gehäusekern 32 durch den ringförmigen Strömungsspalt 54, wobei die Außenwand des Gehäusekerns 32 erhitzt wird. Anschließend wird der Wärmeträger über den Auslassstutzen 50 in die Rücklaufleitung 44' eingeleitet.
Mit dem Bezugszeichen 60 ist ein äußerer Mantel bezeichnet der das Außengehäuse 16 zwischen dem Einlassstutzen 26 und dem Auslassstutzen 28 derart umgibt, dass hier um das Außengehäuse 16 ein ringförmiger Raum 62 abgegrenzt wird. Über einen Einlassstutzen 64 und einen Auslassstutzen 66 ist auch dieser ringförmige Raum 62 an das Wärmeträger-Verteilernetz angeschlossen, wobei der Wärmeträger beim Durchströmen des ringförmigen Raums 62 die Außenwand des Außengehäuses 16 beheizt.
Im Wärmetauscherinnenraum 30 wird der pneumatische Förderstrom durch den ringförmigen Strömungsspalt 34 geleitet und wird in diesem von den beiden beheizten Rohrspiralen 36, 38, der beheizten Wand des Gehäusekerns 16 und der beheizten Wand des Außengehäuses 16 aufgewärmt, bevor er den Wärmetauscher 10 über den Auslassstutzen 28 verlässt.
Es bleibt anzumerken, dass der Gehäusekern 32 und die beiden Rohrspiralen 36, 38 eine Einheit ausbilden die von einem zylindrischen Ringflansch 70 getragen wird. Durch diesen zylindrischen Ringflansch 70, der zwischen dem Außengehäuse 16 und dem oberen Klöpperboden 24 angeordnet ist, sind die beiden Anschlussstutzen 40, 42 und der Auslassstutzen 50 herausgeführt. Der Gehäusekern 32 und die beiden Rohrspiralen 36, 38 lassen sich folglich sehr einfach als Einheit mit ihren Anschlussstutzen 40, 42, 50 ein- und ausbauen.
Mit dem beschrieben Wärmeaustauscher 10 lässt sich ein wirksames und homogenes Aufwärmen eines pneumatischen Förderstroms erzielen. Zudem ist der vorgestellte Wärmeaustauscher 10 äußerst kompakt und die inneren Heizelemente (d.h. die Rohrspiralen 36, 38 und der beheizte Gehäusekern 32) lassen sich auf einfachste Art und Weise austauschen.

Claims (10)

  1. Wärmeaustauscher für einen pneumatischen Förderstrom umfassend:
    ein zylindrisches Außengehäuse mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, einem Einlassstutzen für den pneumatischen Förderstrom an seinem ersten Ende und einem Auslassstutzen für den pneumatischen Förderstrom an seinem zweiten Ende;
    gekennzeichnet durch
    einen Gehäusekern der innerhalb des zylindrischen Außengehäuses derart angeordnet ist, dass er hierin einen ringförmigen Strömungsspalt für den pneumatischen Förderstrom abgrenzt; und
    eine erste Rohrspirale die im ringförmigen Strömungsspalt angeordnet und an eine Wärmeträgerverteilung anschließbar ist.
  2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, umfassend eine zweite Rohrspirale, die im ringförmigen Strömungsspalt angeordnet und an eine Wärmeträgerverteilung anschließbar ist, wobei die erste und zweite Rohrspirale unterschiedliche Durchmesser aufweisen und die Windungen der ersten Rohrspirale zwischen den Windungen der zweiten Rohrspirale liegen.
  3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, wobei die Breite (B) des ringförmigen Strömungsspalt dem 2,5-fachen bis 3-fachen Außendurchmesser des Rohrs entspricht, aus dem die Rohrspiralen hergestellt sind.
  4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gehäusekern ein geschlossener Hohlkörper ist, und die erste Rohrspirale in diesen Hohlkörper derart einmündet, dass er vom Wärmeträger durchströmt wird.
  5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, wobei die zweite Rohrspirale ebenfalls in den Hohlkörper einmündet, und der Hohlkörper einen gemeinsamen Anschlussstutzen für eine Wärmeträger-Rücklaufleitung aufweist.
  6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Gehäusekern und die erste Rohrspirale eine Einheit ausbilden die von einem gemeinsamen Flansch getragen wird.
  7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Gehäusekern einen Verdrängungskörper aufweist, der innerhalb des Gehäusekerns derart angeordnet ist, dass er hierin einen ringförmigen Strömungsspalt für den Wärmeträger abgrenzt.
  8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend einen äußeren Mantel, der das Außengehäuse derart umgibt, dass um dieses Außengehäuse einen ringförmigen Raum für den Wärmeträger abgrenzt.
  9. Pneumatische Fördervorrichtung umfassend einen Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei an den Einlassstutzen und den Auslassstutzen des Wärmetauschers jeweils eine pneumatische Förderleitung angeschlossen ist, derart dass ein pneumatischer Förderstrom durch den Wärmetauscher geleitet wird.
  10. Verfahren zum Aufwärmen von Kohlenstaub, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstaub als pneumatischer Förderstrom durch einen Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8 geleitet wird.
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