EP2006628A2 - Device for cooling or heating bulk material and method for operating such a device - Google Patents

Device for cooling or heating bulk material and method for operating such a device Download PDF

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EP2006628A2
EP2006628A2 EP08008794A EP08008794A EP2006628A2 EP 2006628 A2 EP2006628 A2 EP 2006628A2 EP 08008794 A EP08008794 A EP 08008794A EP 08008794 A EP08008794 A EP 08008794A EP 2006628 A2 EP2006628 A2 EP 2006628A2
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EP
European Patent Office
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bulk material
gas
heat transfer
section
heat exchanger
Prior art date
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EP08008794A
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German (de)
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EP2006628B1 (en
EP2006628A3 (en
Inventor
Bernhard Dr. Stark
Egon Zechner
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Coperion GmbH
Original Assignee
Coperion GmbH
Coperion Waeschle GmbH and Co KG
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus

Definitions

  • the invention relates to a device for cooling or heating of bulk material according to the preamble of claim 1 and 2. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a device.
  • a device of the type mentioned is known from the DE 10 2004 041 375 A1 , There, in order to improve the heat transfer gas is passed in countercurrent through the heat exchanger tubes.
  • the heat transfer from the bulk material to the heat transfer fluid depends significantly on the gas flow of the heat transfer gas passed countercurrently through the heat exchanger tubes.
  • a maximum of the heat transfer for a very specific amount of the heat transfer gas, which is passed through the heat exchanger tubes is assigned an empty-tube gas velocity, which is referred to below as the critical empty- tube gas velocity V Lg, kr , lies at a differential pressure that can be unambiguously determined for the respective bulk material at the heat exchanger section of the device.
  • the critical empty tube gas velocity is calculated from the optimum gas amount and the free cross section of all heat exchanger tubes in the heat exchanger section of the device.
  • the critical empty-tube gas velocity is a function of the product temperature, that is a function of the bulk material passed through the tubes, and of the static pressure in the heat exchanger tubes.
  • the critical empty- tube gas velocities V Lg, kr referred to here relate to an average bulk material temperature and an average static pressure in the heat exchanger section.
  • the heat exchanger tubes can also have any cross-sectional shape.
  • the heat exchanger tubes for example, a square or rectangular cross section, wherein a long side of the cross section may have an extent up to the diameter of the housing.
  • those housing sections in which the heat transfer fluid is guided plate-shaped. Therefore, a plate-shaped configuration of heat exchanger elements, such as in the EP 0 444 338 B1 described, a configuration with heat exchanger tubes in the context of this application.
  • a gas source of the gas supply device can simultaneously also be the gas supply of a pneumatic conveying device used in connection with the device. This can be realized by withdrawing a gas partial flow in a clean gas line upstream of a cooling or heating device, for example a downstream rotary valve, and connecting it to the supply line for the heat transfer gas.
  • a heat transfer gas quantity has to create an optimal heat transfer between the bulk material and the heat transfer fluid suitable, which is at absolute Leerrohrgas niethen between 0.2 m / s and 2.0 m / s.
  • a heat transfer gas amount which corresponds to a Leerrohrgas nieth of 0.5 m / s to 1.2 m / s in the heat exchanger tubes, has been found to be suitable for many typically used bulk materials.
  • a filter according to claim 3 provides for a purification of the heat transfer gas before the introduction into or after the discharge from the bulk material heat exchanger.
  • a gas heater and / or a gas-cooling device may be arranged in the path of the heat transfer gas before the confluence of the supply line. This allows an additional improvement of the effect of the bulk material heat exchanger in that the heat transfer gas gets a heat exchanger effect.
  • the heat transfer gas gets a heat exchanger effect.
  • the heat transfer gas is heated by the gas heater.
  • the heat transfer gas is cooled by means of the gas cooling device.
  • a condensate separator may be arranged between the gas-cooling device and the mouth of the supply line. Such a condensate separator prevents unwanted moisture from being fed via the heat transfer gas to the bulk material.
  • the discharge line can communicate with the environment of the bulk material heat exchanger. Such an embodiment of the discharge line allows a non-pressurized bulk material entry section.
  • the discharge line can be pressure-tight connected to the then also pressure-tight executed bulk material entry section.
  • Such a design of the discharge line allows the heat transfer gas supply with a pressure gas generator, in particular with exactly one pressure gas generator, or with a suction gas generator, in particular with exactly one suction gas generator.
  • a rotary feeder according to claim 4 enables a substantially pressure-tight discharge-side termination of the entry section. This is particularly advantageous if a pressure-tight discharge side Design of the discharge line and / or the bulk material entry section to be realized.
  • a sieve according to claim 5 prevents undesirable large or small particles from entering the entry section.
  • the sieve can also be accommodated within the entry section.
  • a distributor or a classifier can be used to specify bulk particle sizes.
  • a bulk material supply line according to claim 6 ensures a defined and symmetrical bulk material supply. Also, an eccentric bulk material supply is possible, which may be particularly advantageous for small diameters of the device for reasons of space.
  • This bulk material distribution unit can be formed in particular as the bulk material feed line downstream cone, the top of the bulk material Zufiihr ein faces and is arranged centrally to this.
  • a discharge line according to claim 8 leads to a defined symmetrical flow of the heat transfer gas.
  • the discharge line can be designed in particular as a concentric gap or as a ring line around the bulk material supply line.
  • a sighting gas supply line according to claim 9 allows a sighting of the bulk material feed section supplied bulk material.
  • An embodiment according to claim 11 allows an adaptation of the heat transfer gas quantity to the temperature of the discharged bulk material.
  • An embodiment according to claim 12 allows optimization of the heat transfer gas amount in dependence on the measured differential pressure.
  • Another object of the invention is to specify an operating method for a device according to the invention, which leads to the most efficient possible operation of the bulk material heat exchanger, in particular to an acceleration of the commissioning of the bulk material heat exchanger.
  • a determination of the critical Leerrohrgas für a via a temperature measurement according to claim 14 and / or via a differential pressure measurement according to claim 15 enables a safe and reproducible determination of the optimal heat transfer gas quantity.
  • One in the Fig. 1 illustrated apparatus for cooling or heating of bulk material has an upper entry or buffer section 1, a central heat exchanger section 2 and a lower discharge section 3.
  • the sections 1, 2, 3 each have a circular cross-section.
  • the housing-like, substantially enclosed buffer section 1 is provided with an upper inlet nozzle 4 for supplying a bulk material to be cooled or heated.
  • the bulk material to be cooled or heated is, in particular, a granulate or a pellet-shaped bulk material.
  • a particle or grain size distribution of the bulk material can essentially be centered around a pronounced maximum, that is to say lead to a homogeneous bulk material with practically identical particle sizes, as is generally the case for a granulate.
  • the particle or particle size distribution can also be more heterogeneous, ie particles of significantly different sizes can be present either in the form of a continuous particle size distribution or in the form of a particle size distribution with several maxima.
  • a heterogeneous distribution is usually the case with granular bulk material. These may be plastic granules, urea pellets, fertilizer prills or wood or feed pellets.
  • the volume of the upper buffer section 1 is so large that bulk material has a residence time there which is less than 2 minutes. In principle, longer residence times up to 30 minutes are possible.
  • the inlet nozzle 4 which represents a Schüttgutzufiihr-line in the buffer section 1, opens centrally into the buffer section 1 a. Upstream of the inlet nozzle 4 may be in the conveying path of the bulk material still a screening device 4a, with the coarse and / or fines of the bulk material whose particle sizes are above a first predetermined limit or below a second predetermined limit, retained or separated.
  • a distributor or a sifter can also be arranged in the feed path of the bulk material in front of the inlet connection 4.
  • a static sieve 4b may be incorporated in the entry or buffer section 1. The static sieve 4b serves in particular to retain bulk agglomerates.
  • the heat exchanger section 2 has a housing 5, in whose interior space 6 heat exchanger tubes 7 are arranged parallel to each other at a distance from each other.
  • the interior 6 is therefore a heat exchange space.
  • the heat exchanger tubes 7 have a length to diameter ratio which is in the range between 15 and 300 and in particular between 30 and 250.
  • baffles 10 are each mounted transversely to the longitudinal direction of the tubes 7 at a distance from each other such that the supplied via the supply port 8 heat transfer fluid corresponding to a flow direction arrow 11 meandering through the interior 6 respectively transversely to the longitudinal direction of the tubes 7 gradually upward to the discharge nozzle 9 flows.
  • the baffles 10 will pass from the tubes 7.
  • the heat exchanger section 2 is thus designed for a cross counterflow of the heat transfer fluid.
  • the interior 6 can be filled with a tube 7 enveloping bed 12 of glass beads, steel balls and / or plastic granules, which contributes to the improvement of the heat transfer between the heat transfer fluid and the tubes 7.
  • a tube 7 enveloping bed 12 of glass beads, steel balls and / or plastic granules which contributes to the improvement of the heat transfer between the heat transfer fluid and the tubes 7.
  • the nozzle 8, 9 removable retention screens 13 The size of the particles of the Bulk 12 should be such that they can be introduced after the production of the heat exchanger section 2 in this.
  • the particles of the bed 12 are so in any case smaller than the pitch of the tubes 7.
  • the particles of the bed 12 are preferably spherical, lens or cylindrical shape.
  • the tubes 7 are connected at their upper ends with an inlet tube plate 14 fixedly connected to the housing 5 and with a discharge tube bottom 15 at their lower ends such that they are open towards the buffer section 1 and the discharge section 3. Between the buffer portion 1 and the heat exchanger section 2 on the one hand and the heat exchanger section 2 and the discharge section 3 on the other hand, there are flange 16 and 17.
  • the inlet tube plate 14 is designed so that each tube 7 a widening towards the buffer section 1, to the respective pipe. 7 thus narrowing feed hopper 18 has.
  • Adjacent funnels 18 are dimensioned to meet at the top in a relatively sharp edge.
  • the inlet funnels 18 have an opening angle ⁇ , which may be between 30 ° and 180 ° and is preferably in the range of 40 ° to 120 °.
  • inlet tube plate 14 between adjacent tubes 7 dead spaces, dead surfaces or bulk material bridges arise on which bulk 20 remains undesirable.
  • Preferred arrangements for the tubes 7 are triangular, ie in particular a hexagonal arrangement in which each tube has six nearest neighbors, square, that is to say an arrangement in which each tube has four nearest neighbors, or an arrangement on pitch circles.
  • the discharge section 3 has the shape of a downwardly tapered cone-shaped funnel. Such a shape causes the bulk material 20 flows in the discharge section 3 at all points of an arbitrarily selected cross section with almost the same speed, in this consideration, the immediate edge area is not taken into account, since there is always a certain delay due to wall friction.
  • a rotary valve 22 As a discharge a rotary valve 22 is provided, the housing 23 is connected via a downpipe 24 with the discharge section 3.
  • a cellular wheel 25 is arranged that is rotatably driven by a motor 26.
  • the motor 26 is driven by a level detector 27, which detects the level of the bulk material 20 in the buffer section 1.
  • the rotary valve 22 can be used at the same time as Austragsorgan in a pneumatic conveyor, which in the drawing not shown. Instead of the rotary valve 22, other, sufficiently fluid-tight discharge organs can be used. Such alternative dispensing devices include double flap locks or screw conveyors in which the product is compacted for fluid sealing. As a discharge can also be used a long downpipe with an associated metering, as far as the bulk material in the down pipe assumes a sufficient fluid-sealing effect.
  • a supply line 28 for a heat transfer gas Connected to the supply line 28 is a compressed gas generator 29, which may be, for example, a fan, a rotary blower, a screw compressor or a side channel blower.
  • the compressed gas generator 29 sucks in heat transfer gas, for example air, via a suction line 30 and an intake filter 31.
  • a gas heat exchanger 32 Downstream of the compressed gas generator 29 in the gas supply line 28 is a gas heat exchanger 32, with which the heat transfer gas can optionally be heated or cooled. If the heat transfer gas is to be cooled or only heated depending on the use of the bulk material heat exchanger, instead of the gas heat exchanger 32, a pure gas cooler or a pure gas heater can be provided.
  • a Kondensatabscheider 33 Downstream of the gas heat exchanger 32 in the gas supply line 28 is a Kondensatabscheider 33. Between this and the confluence of the feed line 28 in the discharge section 3, a safety filter 33a for filtering out remaining residues in the heat exchanger gas is arranged.
  • a differential pressure sensor 34a communicates via a first measuring line 34b with the upper buffer section 1 and via a second measuring line 34c the discharge section 3 in conjunction. Via a signal connection, not shown, the differential pressure sensor 34a communicates with the control device 45 and a control unit 34d. The latter is in turn connected to the compressed gas generator 29 in signal connection.
  • the heat transfer gas flows through the bulk material heat exchanger counter to the flow direction of the bulk material 20.
  • the bulk material heat exchanger is thus designed for a countercurrent of the heat transfer gas to the bulk material 20.
  • the heat transfer gas flows through the upper buffer section 1 and leaves it via an exhaust port 34.
  • the outlet side of the exhaust port 34 is an open point 35. In this area, the path of the heat transfer gas is therefore not pressure-tight to the environment completed.
  • an intake funnel 36 of a further suction line 37 is arranged above the open point 35.
  • the suction line 37 opens into a suction gas generator 38, which may also be a fan, a rotary blower, a screw compressor or a side channel blower.
  • a cyclone or a filter 39 for cleaning the heat transfer gas is arranged between the suction hopper 36 and the suction gas generator 38.
  • a cooling device not shown, may be arranged for the heat transfer gas, in order to avoid that the gas enters the suction gas generator 38, in particular for cooling tasks at too high a temperature.
  • the delivery rate of the suction gas generator 38 is matched to that of the compressed gas generator 29.
  • the heat transfer gas can in turn via a connecting line, not shown in the drawing, via the suction filter 31 and the suction line 30th supplied to the compressed gas generator 39, so that a closed guide of the heat transfer gas results.
  • the power of gas generator 29 is tuned to the flow conditions in the heat exchanger tubes 7 such that the heat transfer gas in the tubes 7 has a Leerrohrgas nietha ranging between 20% and 200% of a critical Leerrohrgas nietha ranging between 20% and 200% of a critical Leerrohrgas nietha ranging between 20% and 200% of a critical Leerrohrgas nietha ranging between 20% and 200% of a critical Leerrohrgas nietha ⁇ . Typical dimensions of the bulk material 20, namely in particular a typical bulk density, a typical diameter of the bulk material particles, a typical volume of cavities (see for example 40 in the Fig.
  • the power of the compressed gas generator 29 is adjusted so that the gas in the heat exchanger tubes 7 a Leerrohrgas founded between 0.2 m / s and 2.0 m / s, preferably between 0.4 m / s and 1.6 m / s, more preferably between 0.6 m / s and 1.4 m / s, even more preferably between 0.6 m / s and 1.2 m / s.
  • guide surfaces 41 are formed for the gas supply.
  • the heat transfer gas can also be introduced into the discharge section 3 in a constructive manner.
  • Corresponding apparatus for introducing gas for example when blowing gas over a cone which is inverted compared to the discharge section 3, are known to the person skilled in the art, for example, from US Pat DE 100 54 240 A1 known.
  • a further guide surface 42 is formed, which directs the bulk material 20 from the discharge section 3 to the revolving side of the driven in a rotational direction 43 cell wheel 25. This ensures a uniform withdrawal of the bulk material 20 over the entire inlet cross section of the rotary valve 22nd
  • a temperature sensor 44 for determining the temperature of the bulk material 20 in the downpipe 24 is arranged on the inner wall of the downpipe 24.
  • the temperature sensor 44 is in signal communication with a central control device 45 of the bulk material heat exchanger.
  • This signal connection can be wired or wireless.
  • the control device 45 is again in a manner not shown, which may also be wired or wireless, with the compressed gas generator 29 and the suction gas generator 38 in signal communication. Also, a connection of the control device 45 with a throttle valve, not shown for adjusting a gas flow rate is possible.
  • a critical empty- tube gas velocity V Lg, kr is first determined.
  • the bulk material heat exchanger 20 is operated with bulk material and with a first low power of the compressed gas generator 29, which corresponds to a first, low countercurrent gas quantity.
  • This amount of gas is then gradually increased by gradually increasing the power of the compressed gas generator 29 or by opening a throttle valve, not shown, on the suction side or on the pressure side of the compressed gas generator 29.
  • the influence of the heat transfer gas on the bulk material within the heat exchanger tubes 7 is monitored. This monitoring can be done for example by measuring the differential pressure at the heat exchanger section 2 via the differential pressure sensor 34a. Alternatively, the monitoring can be carried out by measuring the temperature of the bulk material 20 via the temperature sensor 44 in the discharge section 3.
  • a critical amount of heat transfer gas is achieved in the case of differential pressure monitoring, if, after a gradual increase in the Heat transfer gas amount has a maximum pressure loss between the buffer section 1 and the discharge section 3, measured by the differential pressure sensor 34 a, has set. In a temperature monitoring, the critical amount of heat transfer gas is reached when the temperature of the bulk material in the discharge section 3 during cooling of the bulk material 20 is minimal or becomes maximum during heating of the bulk material 20.
  • the transport of bulk material through the heat exchanger tubes 7 can be monitored to determine a critical amount of heat transfer gas.
  • This monitoring can be done for example by a visual inspection of a gas bubble formation in the heat exchanger tubes 7.
  • the monitoring can be carried out by measuring the bulk transport of the bulk material through all heat exchanger tubes 7 or through certain heat exchanger tubes 7.
  • the monitoring can also take place by measuring the speed of the bulk material transport through all or through specific heat exchanger tubes 7.
  • a critical amount of heat transfer gas is achieved when, for the first time, gas bubbles form in the bulk material 20 transported in the tubes 7 or when an initial fluidization of the bulk material 20 is detected.
  • a critical amount of heat transfer gas is reached when the measured bulk quantity transport is less than 90% of a heat transfer gas countercurrent-free bulk material transport.
  • a critical amount of heat transfer gas is achieved if the measured bulk material velocity is less than 90 ° of a heat transfer gas countercurrent-free bulk material velocity.
  • the bulk material heat exchanger is operated with a power of the compressed gas generator 29, which at a Leerrohrgas founded between 0.2 m / s and 2.0 m / s, preferably between 0.4 m / s and 1.6 m / s even more preferably between 0.6 m / s and 1.4 m / s, even more preferably between 0.6 m / s and 1.2 m / s.
  • the heat transfer gas flowing countercurrently through the heat exchanger tubes 7 improves the heat transfer between the bulk material 20 and the heat transfer fluid flowing through the interior 6.
  • the heat transfer gas serves on the one hand as a direct heat transfer medium; On the other hand, the heat transfer gas provides for a mechanical rearrangement of the bulk material particles to each other and to the inner walls of the tubes. 7
  • the heat transfer gas itself absorbs heat from the bulk material 20 or releases heat to the bulk material 20.
  • the heat transfer gas is pre-cooled in the heat exchanger 32. If the bulk material 20 to be heated in the bulk material heat exchanger, the heat transfer gas is preheated in the heat exchanger 32. When the heat transfer gas is cooled, condensate occurring thereby can be deposited in the condensate separator 33.
  • the amount of heat transfer gas to be set to achieve optimal heat transfer to the bulk material 20 may depend on the outlet temperature of the bulk material 20. This can after the bulk material heat exchanger Fig. 1 be taken into account. In this case, the temperature of the bulk material 20 in the discharge section 3 or in the downpipe 24 is determined by the temperature sensor 44. By appropriate control of the compressed gas generator 29 via the control device 45, the heat transfer gas quantity is then changed as a function of the measured temperature and of the actual output of the compressed gas generator 29, that is to say of the current gas quantity.
  • the schematic diagrams of Fig. 5 to 8 show typical relationships between parameters of the bulk material 20 and the critical Leerrohrgas familia.
  • the critical Leerrohrgas Anthony V Lg, kr increases with increasing bulk density ⁇ Sch (see Fig. 5 ).
  • the critical empty- tube gas velocity V Lg, kr increases with the mean particle diameter d P (cf. Fig. 6 ).
  • the critical empty- tube gas velocity V Lg, kr increases with the volume V H of the cavities 40 between the bulk material particles (see Fig. 7 ).
  • the critical empty- tube gas velocity V Lg, kr increases with the particle density ⁇ P (cf. Fig. 8 ).
  • the void volumes may result in a void fraction between the bulk particles which is typically between 30% and 70% and often between 35% and 60%.
  • the bulk material 20 may have a typical mean particle diameter (diameter of a sphere of equal volume content) in the range between 0.5 mm and 15 mm, for example between 1 and 10 mm. Fines, rod or fine grain breakage are not taken into consideration here.
  • the average particle diameter is in particular in the range of 2 mm to 6 mm.
  • FIG. 2 Another embodiment of a bulk material heat exchanger is described below with reference to Fig. 2 described. Components which correspond to those described above with reference to the Fig. 1 have the same reference numbers and will not be discussed again in detail.
  • a feeder rotary valve 46 directly upstream.
  • the feed rotary valve 46 substantially seals the inlet connection 4 on the supply side.
  • the delivery line 47 may be connected to the intake filter 31 and the suction line 30, so that overall a closed line system for guiding the heat carrier gas results.
  • exhaust port 34 in the Fig. 1 and 2 has the buffer section 1 of the bulk material heat exchanger after Fig. 3 a concentric to the inlet nozzle 4 arranged exhaust gas ring line 49, which will pass from the coaxially arranged inlet nozzle 4.
  • the ring line 49 or a correspondingly arranged concentric gap is in turn in fluid communication with a connecting line 50, which in turn ends below the suction funnel 36.
  • a cone is arranged as a bulk material distribution unit 51.
  • the tip 52 of the cone 51 faces the inlet nozzle 4.
  • the tip 52 is centered below the mouth of the inlet nozzle 4 in the buffer section 1 arranged.
  • the bulk material distribution unit 51 is rotationally symmetrical about a central longitudinal axis of the buffer section 1.
  • a sighting gas supply line 53 opens.
  • the latter is connected to a sighting gas feed device 54 in the form of another compressed gas generator.
  • Viewing gas can be blown into the buffer section 1 via the sighting gas supply line 53, whereby the supplied bulk material 20 can be viewed.
  • the heat transfer gas routing differs according to the bulk material heat exchanger Fig. 4 from the one after Fig. 1 in the following:
  • the bulk material heat exchanger after Fig. 4 has no pressure gas generator (compare 29 gas pressure generator in the Fig. 1 ).
  • the bulk material is after the heat exchangers Fig. 4 supplied via a sufficiently gastight rotary valve 46.
  • the bulk material heat exchanger is missing Fig. 4 the open location 35.
  • the exhaust port 34 is pressure-tight connected to the suction line 37.
  • the suction gas generator 38 is the gas supply device.
  • the heat transfer gas flowing through the bulk material 20 can in particular also bring about drying of the bulk material.
  • the heat transfer gas can be pre-dried in the gas supply line 28.
  • An example of the bulk 20 is pelleted animal feed having a bulk density of 650 kg / m 3 and a particle density of 1461 kg / m 3 .
  • the resulting void volume fraction is 56%.
  • the animal feed pellets are rod-shaped with a diameter of the rods of about 5 mm and a length of about 10 to 25 mm.
  • the optimum empty-tube gas velocity for achieving efficient heat transfer from the bulk material 20 to the heat-transfer fluid is in the range from about 0.8 m / s to 1.4 m / s.
  • the bulk material 20 is a granulated plastic granulate with a bulk density of 530 kg / m 3 and a solids density of 950 kg / m 3 . This results in a void volume fraction of 42%. The equivalent volume equal ball diameter of this granule is 3.8 mm.
  • the bulk material 20 was cooled from a temperature of 90 ° to 95 ° C with the aid of cooling water at a temperature of about 20 ° to 30 ° C and it was injected various amounts of heat transfer gas.
  • Typical heat conductivity values for the bulk material 20 are in the range between 0.05 and 0.25 W / mK, as long as the beds are not gas-flowed.
  • heat exchanger gas In addition to air, other gases, in particular nitrogen, carbon dioxide, offgas, ie nitrogen contaminated with various hydrocarbons, and optionally also steam, can be used as the heat exchanger gas.
  • gases in particular nitrogen, carbon dioxide, offgas, ie nitrogen contaminated with various hydrocarbons, and optionally also steam, can be used as the heat exchanger gas.

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Abstract

The device comprises a heat exchanger section (2) with a housing (5), heat exchanger tubes (7), which are arranged in the housing in the direction of gravity. An inlet (8) is opened in the housing for a heat carrier fluid, and an outlet (9) is opened out from the housing for the heat carrier fluid. A bulk good-insertion section is arranged at the upper end of heat exchanger tube for supplying the bulk (20) in the tubes. An outlet section (3) is arranged at the lower end of the heat exchanger tubes for removing the bulk good from the pipes. The device also has an inlet (28), which is opened in the bulk-outlet section for a heat exchanger gas, and an outlet (34), which is opened out from the bulk-good entry section (1) for the heat carrier gas. Gas supply devices (29,38), which lead the heat-carrier gas into the counter current flow from the bulk good-current of the inlet over the pipes to the outlet. The gas supply device is carried out for provision of a gas volume such that the heat carrier gas in the pipes has an empty pipe gas velocity, which lies in the range between 20% and 200% of a critical empty pipe gas velocity. An independent claim is also included for a method for operating a device, which involves determining a critical empty tubing gas speed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 2. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung.The invention relates to a device for cooling or heating of bulk material according to the preamble of claim 1 and 2. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a device.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist bekannt aus der DE 10 2004 041 375 A1 . Dort wird zur Verbesserung des Wärmeübergangs Gas im Gegenstrom durch die Wärmetauscherrohre geführt.A device of the type mentioned is known from the DE 10 2004 041 375 A1 , There, in order to improve the heat transfer gas is passed in countercurrent through the heat exchanger tubes.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der Wärmeübergang vom Schüttgut auf das Wärmeträgerfluid verbessert wird.It is an object of the present invention, a device for cooling or heating of bulk material of the type mentioned in such a way that the heat transfer from the bulk material is improved to the heat transfer fluid.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2.This object is achieved by a device for cooling or heating of bulk material with the features of claims 1 and 2.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Wärmeübergang vom Schüttgut auf das Wärmeträgerfluid deutlich vom Gasstrom des im Gegenstrom durch die Wärmetauscherrohre geführten Wärmeträger-Gases abhängt. Für ein bestimmtes Schüttgut gibt es überraschenderweise ein Maximum des Wärmeübergangs bei einer ganz bestimmten Menge des Wärmeträger-Gases, die durch die Wärmetauscherrohre geführt wird. Diese optimale Gasmenge, der eine Leerrohrgasgeschwindigkeit zugeordnet ist, die nachfolgend als kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit VLg,kr bezeichnet ist, liegt bei einem für das jeweilige Schüttgut eindeutig bestimmbaren Differenzdruck am Wärmetauscherabschnitt der Vorrichtung. Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit wird berechnet aus der optimalen Gasmenge und dem freien Querschnitt aller Wärmetauscherrohre im Wärmetauscherabschnitt der Vorrichtung. Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit ist eine Funktion der Produkttemperatur, also eine Funktion des durch die Rohre geleiteten Schüttgutes, und des statischen Drucks in den Wärmetauscherrohren. Beim Kühlen des Schüttgutes ist beispielsweise die Leerrohrgasgeschwindigkeit am unteren Austrittsende der Wärmetauscherrohre aufgrund des gekühlten Schüttgutes niedriger als am Eintritt in die Wärmetauscherrohre. Die hier genannten kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeiten VLg,kr beziehen sich auf eine mittlere Schüttguttemperatur und einen mittleren statischen Druck im Wärmetauscherabschnitt. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass ein sehr guter Wärmeübergang zwischen dem Schüttgut und dem Wärmeträgerfluid ohne Störung des Schüttguttransports in den Wärmetauscherrohren erzielt werden kann, wenn eine Wärmeträger-Gasmenge im Gegenstrom zugeführt wird, die einer Leerrohrgasgeschwindigkeit im Bereich zwischen 20 % und 200 % der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit entspricht. Bevorzugt wird eine Gasmenge, die einer Leerrohrgasgeschwindigkeit entspricht, die im Bereich zwischen 40 % und 160 %, insbesondere zwischen 60 % und 140 %, mehr bevorzugt zwischen 80 % und 120 %, noch mehr bevorzugt bei 100 % der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit liegt. Die Vorrichtung kann auch so gestaltet sein, dass sie Schüttgut entweder ausschließlich kühlt oder ausschließlich heizt. Die Wärmetauscherrohre sind vorzugsweise rund. Bevorzugte Verhältnisse zwischen Rohrinnen- und mittleren Partikeldurchmessern sind in der DE 10 2004 041 375 A1 offenbart, der Rohrdurchmesser kann aber auch größer oder kleiner sein als die angegebenen Verhältnisse. Die Wärmetauscherrohre können aber auch eine beliebige Querschnittsform haben. Prinzipiell können die Wärmetauscherrohre beispielsweise auch einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben, wobei eine lange Seite des Querschnitts eine Erstreckung bis hin zum Durchmesser des Gehäuses haben kann. In diesem Fall sind diejenigen Gehäuseabschnitte, in denen das Wärmeträgerfluid geführt ist, plattenförmig. Daher ist auch eine plattenförmige Ausgestaltung von Wärmetauscherelementen, wie beispielsweise in der EP 0 444 338 B1 beschrieben, eine Ausgestaltung mit Wärmetauscherrohren im Sinne dieser Anmeldung. Eine Gasquelle der Gas-Zuführeinrichtung kann beispielsweise gleichzeitig auch die Gasversorgung einer im Zusammenhang mit der Vorrichtung verwendeten pneumatischen Fördervorrichtung sein. Dies kann realisiert werden, indem in einer Reingasleitung vor einer der Kühl- oder Heizvorrichtung beispielsweise nachgeschalteten Zellenradschleuse ein Gas-Teilstrom abgezogen und mit der Zuführleitung für das Wärmeträger-Gas verbunden wird.According to the invention, it has been recognized that the heat transfer from the bulk material to the heat transfer fluid depends significantly on the gas flow of the heat transfer gas passed countercurrently through the heat exchanger tubes. For a given bulk material, there is surprisingly a maximum of the heat transfer for a very specific amount of the heat transfer gas, which is passed through the heat exchanger tubes. This optimum amount of gas, which is assigned an empty-tube gas velocity, which is referred to below as the critical empty- tube gas velocity V Lg, kr , lies at a differential pressure that can be unambiguously determined for the respective bulk material at the heat exchanger section of the device. The critical empty tube gas velocity is calculated from the optimum gas amount and the free cross section of all heat exchanger tubes in the heat exchanger section of the device. The critical empty-tube gas velocity is a function of the product temperature, that is a function of the bulk material passed through the tubes, and of the static pressure in the heat exchanger tubes. When cooling the bulk material, for example, the empty tube gas velocity at the lower outlet end of the heat exchanger tubes due to the cooled bulk material is lower than at the entrance to the heat exchanger tubes. The critical empty- tube gas velocities V Lg, kr referred to here relate to an average bulk material temperature and an average static pressure in the heat exchanger section. In experiments it has been found that a very good heat transfer between the bulk material and the heat transfer fluid can be achieved without disturbing the bulk transport in the heat exchanger tubes, when a heat transfer gas amount is supplied in countercurrent, the Leerrohrgasgeschwindigkeit in the range between 20% and 200% of critical empty tube gas velocity corresponds. Preference is given to a gas quantity which corresponds to an empty-tube gas velocity which is in the range between 40% and 160%, in particular between 60% and 140%, more preferably between 80% and 120%, even more preferably 100% of the critical empty-tube gas velocity. The device can also be designed so that it either exclusively cools or heats bulk material. The heat exchanger tubes are preferably round. Preferred ratios between inside and middle particle diameter diameters are in the DE 10 2004 041 375 A1 disclosed, but the pipe diameter can also be larger or smaller than the specified ratios. The heat exchanger tubes can also have any cross-sectional shape. In principle, the heat exchanger tubes, for example, a square or rectangular cross section, wherein a long side of the cross section may have an extent up to the diameter of the housing. In this case, those housing sections in which the heat transfer fluid is guided, plate-shaped. Therefore, a plate-shaped configuration of heat exchanger elements, such as in the EP 0 444 338 B1 described, a configuration with heat exchanger tubes in the context of this application. For example, a gas source of the gas supply device can simultaneously also be the gas supply of a pneumatic conveying device used in connection with the device. This can be realized by withdrawing a gas partial flow in a clean gas line upstream of a cooling or heating device, for example a downstream rotary valve, and connecting it to the supply line for the heat transfer gas.

Für typische Schüttgüter, insbesondere für Granulate mit einer typischen Partikelgröße von einigen Millimetern und damit verbundenen typischen Werten, was die Schüttdichte, das Volumen von Hohlräumen zwischen den Schüttgutpartikeln und die Partikeldichte angeht, hat sich eine Wärmeträger-Gasmenge zur Schaffung eines optimalen Wärmeübergangs zwischen dem Schüttgut und dem Wärmeträgerfluid als geeignet herausgestellt, die bei absoluten Leerrohrgasgeschwindigkeiten zwischen 0,2 m/s und 2,0 m/s liegt. Eine Wärmeträger-Gasmenge, die einer Leerrohrgasgeschwindigkeit von 0,5 m/s bis 1,2 m/s in den Wärmetauscherrohren entspricht, hat sich dabei für viele typischerweise verwendete Schüttgüter als geeignet herausgestellt.For typical bulk materials, in particular for granules with a typical particle size of a few millimeters and associated typical values in terms of bulk density, the volume of voids between the bulk material particles and the particle density, a heat transfer gas quantity has to create an optimal heat transfer between the bulk material and the heat transfer fluid suitable, which is at absolute Leerrohrgasgeschwindigkeiten between 0.2 m / s and 2.0 m / s. A heat transfer gas amount, which corresponds to a Leerrohrgasgeschwindigkeit of 0.5 m / s to 1.2 m / s in the heat exchanger tubes, has been found to be suitable for many typically used bulk materials.

Ein Filter nach Anspruch 3 sorgt für eine Reinigung des Wärmeträger-Gases vor der Einleitung in den bzw. nach der Abführung aus dem Schüttgut-Wärmetauscher.A filter according to claim 3 provides for a purification of the heat transfer gas before the introduction into or after the discharge from the bulk material heat exchanger.

Im Weg des Wärmeträger-Gases vor der Einmündung der Zuführleitung kann eine Gas-Heizeinrichtung und/oder eine Gas-Kühl-Einrichtung angeordnet sein. Dies ermöglicht eine zusätzliche Verbesserung der Wirkung des Schüttgut-Wärmetauschers dadurch, dass auch das Wärmeträger-Gas eine Wärmetauscher-Wirkung bekommt. Wenn das Schüttgut geheizt werden soll, wird das Wärmeträger-Gas mittels der Gas-Heizeinrichtung erwärmt. Wenn das Schüttgut gekühlt werden soll, wird das Wärmeträger-Gas mittels der Gas-Kühleinrichtung gekühlt.In the path of the heat transfer gas before the confluence of the supply line, a gas heater and / or a gas-cooling device may be arranged. This allows an additional improvement of the effect of the bulk material heat exchanger in that the heat transfer gas gets a heat exchanger effect. When the bulk material is to be heated, the heat transfer gas is heated by the gas heater. When the bulk material is to be cooled, the heat transfer gas is cooled by means of the gas cooling device.

Zwischen der Gas-Kühleinrichtung und der Einmündung der Zuführleitung kann ein Kondensat-Abscheider angeordnet sein. Ein solcher Kondensat-Abscheider verhindert, dass unerwünscht Feuchtigkeit über das Wärmeträger-Gas dem Schüttgut zugeführt wird.Between the gas-cooling device and the mouth of the supply line, a condensate separator may be arranged. Such a condensate separator prevents unwanted moisture from being fed via the heat transfer gas to the bulk material.

Die Abführleitung kann mit der Umgebung des Schüttgut-Wärmetauschers kommunizieren. Eine solche Ausführung der Abführleitung ermöglicht einen drucklosen Schüttgut-Eintragsabschnitt.The discharge line can communicate with the environment of the bulk material heat exchanger. Such an embodiment of the discharge line allows a non-pressurized bulk material entry section.

Die Abführleitung kann druckdicht mit dem dann ebenfalls druckdicht ausgeführten Schüttgut-Eintragsabschnitt verbunden sein. Eine solche Ausführung der Abführleitung ermöglicht die Wärmeträger-Gaszuführung mit einem Druckgaserzeuger, insbesondere mit genau einem Druckgaserzeuger, oder mit einem Sauggaserzeuger, insbesondere mit genau einem Sauggaserzeuger.The discharge line can be pressure-tight connected to the then also pressure-tight executed bulk material entry section. Such a design of the discharge line allows the heat transfer gas supply with a pressure gas generator, in particular with exactly one pressure gas generator, or with a suction gas generator, in particular with exactly one suction gas generator.

Eine Zellenradschleuse nach Anspruch 4 ermöglicht einen im Wesentlichen druckdichten abführseitigen Abschluss des Eintragsabschnitts. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine druckdichte abführseitige Gestaltung der Abführleitung und/oder des Schüttgut-Eintragsabschnitts realisiert werden soll.A rotary feeder according to claim 4 enables a substantially pressure-tight discharge-side termination of the entry section. This is particularly advantageous if a pressure-tight discharge side Design of the discharge line and / or the bulk material entry section to be realized.

Ein Sieb nach Anspruch 5 verhindert, dass unerwünscht große beziehungsweise kleine Partikel in den Eintragsabschnitt gelangen. Das Sieb kann auch innerhalb des Eintragsabschnitts untergebracht sein. Alternativ können auch ein Verteiler oder ein Sichter zur Vorgabe von Schüttgut-Partikelgrößen eingesetzt werden.A sieve according to claim 5 prevents undesirable large or small particles from entering the entry section. The sieve can also be accommodated within the entry section. Alternatively, a distributor or a classifier can be used to specify bulk particle sizes.

Eine Schüttgut-Zuführleitung nach Anspruch 6 sorgt für eine definierte und symmetrische Schüttgutzufuhr. Auch eine exzentrische Schüttgut-Zufuhr ist möglich, was insbesondere bei kleinen Durchmessern der Vorrichtung aus Platzgründen von Vorteil sein kann.A bulk material supply line according to claim 6 ensures a defined and symmetrical bulk material supply. Also, an eccentric bulk material supply is possible, which may be particularly advantageous for small diameters of the device for reasons of space.

Entsprechendes gilt für eine Schüttgut-Verteilereinheit nach Anspruch 7. Diese Schüttgut-Verteilereinheit kann insbesondere als der Schüttgut-Zuführleitung nachgeordneter Konus ausgeformt sein, dessen Spitze der Schüttgut-Zufiihrleitung zugewandt und zentrisch zu dieser angeordnet ist.The same applies to a bulk material distribution unit according to claim 7. This bulk material distribution unit can be formed in particular as the bulk material feed line downstream cone, the top of the bulk material Zufiihrleitung faces and is arranged centrally to this.

Eine Abführleitung nach Anspruch 8 führt zu einem definiert symmetrischen Strom des Wärmeträger-Gases. Die Abführleitung kann insbesondere als konzentrischer Spalt bzw. als Ringleitung um die Schüttgut-Zuführleitung ausgeführt sein.A discharge line according to claim 8 leads to a defined symmetrical flow of the heat transfer gas. The discharge line can be designed in particular as a concentric gap or as a ring line around the bulk material supply line.

Eine Sichtungsgas-Zuführleitung nach Anspruch 9 ermöglicht eine Sichtung des dem Schüttgut-Eintragsabschnitt zugeführten Schüttguts.A sighting gas supply line according to claim 9 allows a sighting of the bulk material feed section supplied bulk material.

Dimensionsverhältnisse der Wärmetauscherrohre nach Anspruch 10 haben sich als für einen effizienten Betrieb des Schüttgut-Wärmetauschers besonders geeignet herausgestellt.Dimensional ratios of the heat exchanger tubes according to claim 10 have been found to be particularly suitable for efficient operation of the bulk material heat exchanger.

Eine Ausgestaltung nach Anspruch 11 ermöglicht eine Anpassung der Wärmeträger-Gasmenge an die Temperatur des ausgetragenen Schüttguts.An embodiment according to claim 11 allows an adaptation of the heat transfer gas quantity to the temperature of the discharged bulk material.

Eine Ausgestaltung nach Anspruch 12 ermöglicht eine Optimierung der Wärmeträger-Gasmenge in Abhängigkeit vom gemessenen Differenzdruck.An embodiment according to claim 12 allows optimization of the heat transfer gas amount in dependence on the measured differential pressure.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Betriebsverfahren für eine erfindungsgemäße Vorrichtung anzugeben, dass zu einem möglichst effizienten Arbeiten des Schüttgut-Wärmetauschers, insbesondere zu einer Beschleunigung der Inbetriebnahme des Schüttgut-Wärmetauschers, führt.Another object of the invention is to specify an operating method for a device according to the invention, which leads to the most efficient possible operation of the bulk material heat exchanger, in particular to an acceleration of the commissioning of the bulk material heat exchanger.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 13 angegebenen Merkmalen.This object is achieved by a method having the features specified in claim 13.

Das schrittweise Erhöhen der Wärmeträger-Gasmenge, ausgehend von einer zunächst niedrigen Gasmenge, bei gleichzeitiger Überwachung des Differenzdrucks und/oder der Schüttguttemperatur im Austragsabschnitt führt zu einer definierten und sicheren Bestimmung der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit und damit zu einer reproduzierbaren Vorgabe einer Wärmeträger-Gasmenge, die zu einem optimierten Wärmeübergang vom Schüttgut auf das Wärmeträgerfluid führt.The gradual increase in the amount of heat transfer gas, starting from an initially low amount of gas, while monitoring the differential pressure and / or the bulk material temperature in the discharge leads to a defined and reliable determination of the critical Leerrohrgasgeschwindigkeit and thus to a reproducible specification of a heat transfer gas quantity to an optimized heat transfer from the bulk material leads to the heat transfer fluid.

Eine Bestimmung der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit über eine Temperaturmessung nach Anspruch 14 und/oder über eine Differenzdruckmessung nach Anspruch 15 ermöglicht eine sichere und reproduzierbare Bestimmung der optimalen Wärmeträger-Gasmenge.A determination of the critical Leerrohrgasgeschwindigkeit via a temperature measurement according to claim 14 and / or via a differential pressure measurement according to claim 15 enables a safe and reproducible determination of the optimal heat transfer gas quantity.

Weitere Vorteile der Verfahren nach den Ansprüchen 14 und 15 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Vorrichtungen nach den Ansprüchen 11 und 12 erläutert wurden.Further advantages of the method according to claims 14 and 15 correspond to those which have been explained above with reference to the devices according to claims 11 and 12.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1
eine Schüttgut-Kühl- oder Heizvorrichtung schematisch im vertikalen Längsschnitt;
Fig. 2 bis 4
weitere Ausführungen von Schüttgut-Kühl- oder Heizvorrichtungen in einer zur Fig. 1 ähnlichen Darstellung;
Fig. 5
schematisch in einem Diagramm die Abhängigkeit einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit in Wärmetauscherrohren der Schüttgut-Kühl- oder Heizvorrichtungen nach den Fig. 1 bis 4 von einer Schüttdichte des zu kühlenden oder zu heizenden Schüttguts;
Fig. 6
schematisch in einem Diagramm die Abhängigkeit der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit von einem typischen Durchmesser dP von Schüttgutpartikeln;
Fig. 7
schematisch in einem Diagramm die Abhängigkeit der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit von einem typischen Hohlraumvolumen VH, welches zwischen Schüttgutpartikeln gebildet ist; und
Fig. 8
schematisch in einem Diagramm die Abhängigkeit der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit von einer Partikeldichte ρP der Schüttgutpartikel.
Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. In this show:
Fig. 1
a bulk material cooling or heating device schematically in vertical longitudinal section;
Fig. 2 to 4
Other versions of bulk material cooling or heating devices in a for Fig. 1 similar presentation;
Fig. 5
schematically in a diagram the dependence of a critical Leerrohrgasgeschwindigkeit in heat exchanger tubes of the bulk material cooling or heating devices according to the Fig. 1 to 4 of a bulk density of the bulk material to be cooled or heated;
Fig. 6
schematically in a diagram the dependence of the critical Leerrohrgasgeschwindigkeit of a typical diameter d P of bulk particles;
Fig. 7
schematically in a diagram the dependence of the critical Leerrohrgasgeschwindigkeit of a typical Void volume V H , which is formed between bulk particles; and
Fig. 8
schematically in a diagram the dependence of the critical Leerrohrgasgeschwindigkeit of a particle density ρ P of the bulk material particles.

Eine in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut hat einen oberen Eintrags- bzw. Pufferabschnitt 1, einen mittleren Wärmetauscherabschnitt 2 und einen unteren Austragsabschnitt 3. Die Abschnitte 1, 2, 3 haben jeweils einen Kreisquerschnitt. Der gehäuseartige, im Wesentlichen umschlossene Pufferabschnitt 1 ist mit einem oberen Zulaufstutzen 4 zur Zuführung eines zu kühlenden oder heizenden Schüttguts versehen. Beim zu kühlenden oder heizenden Schüttgut handelt es sich insbesondere um ein Granulat bzw. um ein pelletförmiges Schüttgut. Eine Partikel- bzw. Korngrößenverteilung des Schüttguts kann im Wesentlichen um ein ausgeprägtes Maximum zentriert sein, also zu einem homogenen Schüttgut mit praktisch gleichen Partikelgrößen führen, wie dies in der Regel für ein Granulat der Fall ist. Alternativ kann die Partikel- bzw. Korngrößenverteilung auch heterogener sein, d. h. es können Partikel deutlich unterschiedlicher Größen entweder in Form einer kontinuierlichen Korngrößenverteilung oder in Form einer Korngrößenverteilung mit mehreren Maxima vorliegen. Eine derart heterogene Verteilung ist in der Regel bei granulatförmigen Schuttgut der Fall. Dabei kann es sich um Kunststoffgranulate, Harnstoffpellets, Düngemittelprills oder Holz- oder Futtermittelpellets handeln. Das Volumen des oberen Pufferabschnitts 1 ist derart groß, dass Schüttgut dort eine Verweilzeit hat, die geringer ist als 2 Minuten. Prinzipiell sind auch größere Verweilzeiten bis hin zu 30 Minuten möglich.One in the Fig. 1 illustrated apparatus for cooling or heating of bulk material has an upper entry or buffer section 1, a central heat exchanger section 2 and a lower discharge section 3. The sections 1, 2, 3 each have a circular cross-section. The housing-like, substantially enclosed buffer section 1 is provided with an upper inlet nozzle 4 for supplying a bulk material to be cooled or heated. The bulk material to be cooled or heated is, in particular, a granulate or a pellet-shaped bulk material. A particle or grain size distribution of the bulk material can essentially be centered around a pronounced maximum, that is to say lead to a homogeneous bulk material with practically identical particle sizes, as is generally the case for a granulate. Alternatively, the particle or particle size distribution can also be more heterogeneous, ie particles of significantly different sizes can be present either in the form of a continuous particle size distribution or in the form of a particle size distribution with several maxima. Such a heterogeneous distribution is usually the case with granular bulk material. These may be plastic granules, urea pellets, fertilizer prills or wood or feed pellets. The volume of the upper buffer section 1 is so large that bulk material has a residence time there which is less than 2 minutes. In principle, longer residence times up to 30 minutes are possible.

Der Zulaufstutzen 4, der eine Schüttgutzufiihr-Leitung in den Pufferabschnitt 1 darstellt, mündet zentrisch in den Pufferabschnitt 1 ein. Dem Zulaufstutzen 4 vorgeordnet kann im Förderweg des Schüttguts noch eine Siebeinrichtung 4a sein, mit der Grob- und/oder Feinanteile des Schüttguts, deren Partikelgrößen oberhalb eines ersten vorgegebenen Grenzwerts oder unterhalb eines zweiten vorgegebenen Grenzwerts liegen, zurückgehalten oder abgeschieden werden. Alternativ oder zusätzlich zur Siebeinrichtung 4a kann im Zuführweg des Schüttguts vor dem Zulaufstutzen 4 auch ein Verteiler oder ein Sichter angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich zu der Siebeinrichtung 4a kann ein statisches Sieb 4b im Eintrags- beziehungsweise Pufferabschnitt 1 eingebaut sein. Das statische Sieb 4b dient insbesondere dazu, Schüttgut-Agglomerate zurückzuhalten.The inlet nozzle 4, which represents a Schüttgutzufiihr-line in the buffer section 1, opens centrally into the buffer section 1 a. Upstream of the inlet nozzle 4 may be in the conveying path of the bulk material still a screening device 4a, with the coarse and / or fines of the bulk material whose particle sizes are above a first predetermined limit or below a second predetermined limit, retained or separated. As an alternative or in addition to the screening device 4a, a distributor or a sifter can also be arranged in the feed path of the bulk material in front of the inlet connection 4. As an alternative or in addition to the screening device 4a, a static sieve 4b may be incorporated in the entry or buffer section 1. The static sieve 4b serves in particular to retain bulk agglomerates.

Der Wärmetauscherabschnitt 2 hat ein Gehäuse 5, in dessen Innenraum 6 parallel zueinander Wärmetauscherrohre 7 jeweils mit Abstand zueinander angeordnet sind. Der Innenraum 6 ist also ein Wärmetausch-Raum. Die Wärmetauscherrohre 7 haben ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser, welches im Bereich zwischen 15 und 300 und insbesondere zwischen 30 und 250 liegt.The heat exchanger section 2 has a housing 5, in whose interior space 6 heat exchanger tubes 7 are arranged parallel to each other at a distance from each other. The interior 6 is therefore a heat exchange space. The heat exchanger tubes 7 have a length to diameter ratio which is in the range between 15 and 300 and in particular between 30 and 250.

Benachbart zum Austragsabschnitt 3 mündet in den Innenraum 6 des Gehäuses 5 des Wärmetauscherabschnitts 2 ein Zuführstutzen 8 für Wärmeträgerfluid ein. Benachbart zum Pufferabschnitt 1 mündet ein Abführstutzen 9 für Wärmeträgerfluid aus dem Innenraum 6 des Gehäuses 5 aus. Im Innenraum 6 sind Umlenkplatten 10 jeweils quer zur Längsrichtung der Rohre 7 im Abstand voneinander derart angebracht, dass das über den Zuführstutzen 8 zugeführtes Wärmeträgerfluid entsprechend einem Strömungsrichtungspfeil 11 mäanderförmig durch den Innenraum 6 jeweils quer zur Längsrichtung der Rohre 7 schrittweise nach oben zum Abführstutzen 9 strömt. Die Umlenkplatten 10 werden von den Rohren 7 durchtreten. Der Wärmetauscherabschnitt 2 ist also für einen Kreuzgegenstrom des Wärmeträgerfluids ausgelegt.Adjacent to the discharge section 3 opens into the interior 6 of the housing 5 of the heat exchanger section 2, a feed pipe 8 for heat transfer fluid. Adjacent to the buffer section 1 opens a discharge nozzle 9 for heat transfer fluid from the interior 6 of the housing 5. In the interior 6 baffles 10 are each mounted transversely to the longitudinal direction of the tubes 7 at a distance from each other such that the supplied via the supply port 8 heat transfer fluid corresponding to a flow direction arrow 11 meandering through the interior 6 respectively transversely to the longitudinal direction of the tubes 7 gradually upward to the discharge nozzle 9 flows. The baffles 10 will pass from the tubes 7. The heat exchanger section 2 is thus designed for a cross counterflow of the heat transfer fluid.

Der Innenraum 6 kann mit einer die Rohre 7 umhüllenden Schüttung 12 aus Glaskugeln, Stahlkugeln und/oder Kunststoffgranulat gefüllt sein, die zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem Wärmeträgerfluid und den Rohren 7 beiträgt. Die Einfüllung dieser Schüttung 12 in den Innenraum 6 erfolgt über den Abführstutzen 9. Eine eventuelle Entnahme der Schüttung 12 erfolgt über den Zuführstutzen 8. Zur Sicherung der Schüttung 12 im Innenraum 6 haben die Stutzen 8, 9 herausnehmbare Rückhaltesiebe 13. Die Größe der Partikel der Schüttung 12 sollte so sein, dass sie nach der Herstellung des Wärmetauscherabschnitts 2 in diesen eingebracht werden können. Die Partikel der Schüttung 12 sind also in jedem Fall kleiner als der Teilungsabstand der Rohre 7. Die Partikel der Schüttung 12 haben bevorzugt Kugel-, Linsen- oder Zylinderform.The interior 6 can be filled with a tube 7 enveloping bed 12 of glass beads, steel balls and / or plastic granules, which contributes to the improvement of the heat transfer between the heat transfer fluid and the tubes 7. To fill the bed 12 in the interior 6, the nozzle 8, 9 removable retention screens 13. The size of the particles of the Bulk 12 should be such that they can be introduced after the production of the heat exchanger section 2 in this. The particles of the bed 12 are so in any case smaller than the pitch of the tubes 7. The particles of the bed 12 are preferably spherical, lens or cylindrical shape.

Die Rohre 7 sind an ihren oberen Enden mit einem fest mit dem Gehäuse 5 verbundenen Einlauf-Rohrboden 14 und an ihren unteren Enden mit einem Auslauf-Rohrboden 15 derart verbunden, dass sie zum Pufferabschnitt 1 und zum Austragsabschnitt 3 hin offen sind. Zwischen dem Pufferabschnitt 1 und dem Wärmetauscherabschnitt 2 einerseits und dem Wärmetauscherabschnitt 2 und dem Austragsabschnitt 3 andererseits bestehen Flanschverbindungen 16 beziehungsweise 17. Der Einlauf-Rohrboden 14 ist so gestaltet, dass jedes Rohr 7 einen sich zum Pufferabschnitt 1 hin erweiternden, sich zum jeweiligen Rohr 7 hin also verengenden Zulauftrichter 18 aufweist. Benachbarte Trichter 18 sind so dimensioniert, dass sie sich oben in einer verhältnismäßig scharfen Kante treffen. Die Zulauf-Trichter 18 haben einen Öffnungswinkel α, der zwischen 30° und 180° liegen kann und vorzugsweise im Bereich von 40° bis 120° liegt. Hierdurch wird vermieden, dass im Einlauf-Rohrboden 14 zwischen benachbarten Rohren 7 Toträume, Totflächen oder Schüttgut-Brücken entstehen, auf denen Schüttgut 20 unerwünscht liegen bleibt. Alternativ ist auch ein gerader Einlauf-Rohrboden 14 (α = 180°) möglich. Bevorzugte Anordnungen für die Rohre 7 sind dreieckig, also insbesondere eine hexagonale Anordnung, bei der jedes Rohr sechs nächste Nachbarn hat, quadratisch, also eine Anordnung, bei der jedes Rohr vier nächste Nachbarn hat, oder eine Anordnung auf Teilkreisen.The tubes 7 are connected at their upper ends with an inlet tube plate 14 fixedly connected to the housing 5 and with a discharge tube bottom 15 at their lower ends such that they are open towards the buffer section 1 and the discharge section 3. Between the buffer portion 1 and the heat exchanger section 2 on the one hand and the heat exchanger section 2 and the discharge section 3 on the other hand, there are flange 16 and 17. The inlet tube plate 14 is designed so that each tube 7 a widening towards the buffer section 1, to the respective pipe. 7 thus narrowing feed hopper 18 has. Adjacent funnels 18 are dimensioned to meet at the top in a relatively sharp edge. The inlet funnels 18 have an opening angle α, which may be between 30 ° and 180 ° and is preferably in the range of 40 ° to 120 °. This avoids that in the inlet tube plate 14 between adjacent tubes 7 dead spaces, dead surfaces or bulk material bridges arise on which bulk 20 remains undesirable. Alternatively, a straight inlet tube bottom 14 (α = 180 °) is possible. Preferred arrangements for the tubes 7 are triangular, ie in particular a hexagonal arrangement in which each tube has six nearest neighbors, square, that is to say an arrangement in which each tube has four nearest neighbors, or an arrangement on pitch circles.

An der Außenseite 5 sind Vibratoren 21 angebracht, mit denen der gesamte Wärmetauscherabschnitt 2 und damit die Rohre 7 in Vibrationen 7 versetzt werden können, wodurch ein Wärmeübergang auf der Innenseite der Rohre 7, also zwischen diesen und dem Schüttgut 20, verbessert wird.On the outside 5 vibrators 21 are attached, with which the entire heat exchanger section 2 and thus the tubes 7 can be added to vibrations 7, whereby a heat transfer on the inside of the tubes 7, ie between them and the bulk material 20, is improved.

Der Austragsabschnitt 3 hat die Form eines sich nach unten verjüngenden kegelförmigen Trichters. Eine solche Form bewirkt, dass das Schüttgut 20 im Austragsabschnitt 3 an allen Stellen eines beliebig ausgewählten Querschnitts mit nahezu der gleichen Geschwindigkeit fließt, wobei bei dieser Betrachtung der unmittelbare Randbereich nicht berücksichtigt wird, da hier immer eine gewisse Verzögerung durch Wandreibung eintritt. Als Austragseinrichtung ist eine Zellenradschleuse 22 vorgesehen, deren Gehäuse 23 über ein Fallrohr 24 mit dem Austragsabschnitt 3 verbunden ist. Im Gehäuse 23 ist ein Zellenrad 25 angeordnet, dass von einem Motor 26 drehantreibbar ist. Der Motor 26 wird von einem Füllstands-Melder 27 angesteuert, der den Füllstand des Schüttguts 20 im Pufferabschnitt 1 erfasst.The discharge section 3 has the shape of a downwardly tapered cone-shaped funnel. Such a shape causes the bulk material 20 flows in the discharge section 3 at all points of an arbitrarily selected cross section with almost the same speed, in this consideration, the immediate edge area is not taken into account, since there is always a certain delay due to wall friction. As a discharge a rotary valve 22 is provided, the housing 23 is connected via a downpipe 24 with the discharge section 3. In the housing 23, a cellular wheel 25 is arranged that is rotatably driven by a motor 26. The motor 26 is driven by a level detector 27, which detects the level of the bulk material 20 in the buffer section 1.

Die Zellenradschleuse 22 kann gleichzeitig als Austragsorgan in eine pneumatische Fördereinrichtung genutzt werden, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Anstelle der Zellenradschleuse 22 können auch andere, hinreichend fluiddichte Austragsorgane eingesetzt werden. Zu derartigen alternativen Austragsorganen gehören Doppelklappenschleusen oder Förderschnecken, in denen das Produkt zur Fluid-Abdichtung verdichtet wird. Als Austragsorgan kann auch ein langes Fallrohr mit einem zugeordneten Dosierschieber eingesetzt werden, soweit das Schüttgut im Fallrohr eine hinreichend fluidabdichtende Wirkung übernimmt.The rotary valve 22 can be used at the same time as Austragsorgan in a pneumatic conveyor, which in the drawing not shown. Instead of the rotary valve 22, other, sufficiently fluid-tight discharge organs can be used. Such alternative dispensing devices include double flap locks or screw conveyors in which the product is compacted for fluid sealing. As a discharge can also be used a long downpipe with an associated metering, as far as the bulk material in the down pipe assumes a sufficient fluid-sealing effect.

In den Austragsabschnitt 3 mündet eine Zuführleitung 28 für ein Wärmeträger-Gas ein. An die Zuführleitung 28 angeschlossen ist ein Druckgaserzeuger 29, bei dem es sich beispielsweise um einen Ventilator, um ein Drehkolbengebläse, um einen Schraubenverdichter oder um ein Seitenkanalgebläse handeln kann. Der Druckgaserzeuger 29 saugt Wärmeträger-Gas, zum Beispiel Luft, über eine Saugleitung 30 und einen Ansaugfilter 31 an. Dem Druckgaserzeuger 29 in der Gas-Zuführleitung 28 nachgeordnet ist ein Gas-Wärmetauscher 32, mit dem das Wärmeträger-Gas wahlweise geheizt oder gekühlt werden kann. Sofern das Wärmeträger-Gas je nach Einsatz des Schüttgut-Wärmetauschers nur gekühlt oder nur geheizt werden soll, kann anstelle des Gas-Wärmetauschers 32 auch ein reiner Gaskühler oder ein reiner Gasheizer vorgesehen sein.In the discharge section 3 opens a supply line 28 for a heat transfer gas. Connected to the supply line 28 is a compressed gas generator 29, which may be, for example, a fan, a rotary blower, a screw compressor or a side channel blower. The compressed gas generator 29 sucks in heat transfer gas, for example air, via a suction line 30 and an intake filter 31. Downstream of the compressed gas generator 29 in the gas supply line 28 is a gas heat exchanger 32, with which the heat transfer gas can optionally be heated or cooled. If the heat transfer gas is to be cooled or only heated depending on the use of the bulk material heat exchanger, instead of the gas heat exchanger 32, a pure gas cooler or a pure gas heater can be provided.

Dem Gas-Wärmetauscher 32 in der Gas-Zuführleitung 28 nachgeordnet ist ein Kondensatabscheider 33. Zwischen diesem und der Einmündung der Zuführleitung 28 in den Austragsabschnitt 3 ist ein Sicherheitsfilter 33a zum Herausfiltern restlicher Rückstände im Wärmetauscher-Gas angeordnet.Downstream of the gas heat exchanger 32 in the gas supply line 28 is a Kondensatabscheider 33. Between this and the confluence of the feed line 28 in the discharge section 3, a safety filter 33a for filtering out remaining residues in the heat exchanger gas is arranged.

Ein Differenzdrucksensor 34a steht über eine erste Messleitung 34b mit dem oberen Pufferabschnitt 1 und über eine zweite Messleitung 34c mit dem Austragsabschnitt 3 in Verbindung. Über eine nicht dargestellte Signalverbindung steht der Differenzdrucksensor 34a mit der Steuereinrichtung 45 und einer Steuereinheit 34d in Verbindung. Letztere steht wiederum mit dem Druckgaserzeuger 29 in Signalverbindung.A differential pressure sensor 34a communicates via a first measuring line 34b with the upper buffer section 1 and via a second measuring line 34c the discharge section 3 in conjunction. Via a signal connection, not shown, the differential pressure sensor 34a communicates with the control device 45 and a control unit 34d. The latter is in turn connected to the compressed gas generator 29 in signal connection.

Nach dem Eintritt in den Austragsabschnitt 3 durchströmt das Wärmeträger-Gas den Schüttgut-Wärmetauscher entgegen der Strömungsrichtung des Schüttguts 20. Der Schüttgut-Wärmetauscher ist also für einen Gegenstrom des Wärmeträger-Gases zum Schüttgut 20 ausgelegt. Nach dem Verlassen der Wärmetauscherrohre 7 strömt das Wärmeträger-Gas durch den oberen Pufferabschnitt 1 und verlässt diesen über einen Abgasstutzen 34. Ausgangsseitig des Abgasstutzens 34 liegt eine offene Stelle 35. In diesem Bereich ist der Weg des Wärmeträger-Gases also nicht druckdicht zur Umgebung hin abgeschlossen. Oberhalb der offenen Stelle 35 ist ein Ansaugtrichter 36 einer weiteren Saugleitung 37 angeordnet. Die Saugleitung 37 mündet in einen Sauggaserzeuger 38, bei dem es sich ebenfalls um einen Ventilator, um ein Drehkolbengebläse, um einen Schraubenverdichter oder um ein Seitenkanalgebläse handeln kann. Zwischen dem Ansaugtrichter 36 und dem Sauggaserzeuger 38 ist ein Zyklon beziehungsweise ein Filter 39 zur Reinigung des Wärmeträger-Gases angeordnet. Vor dem Sauggaserzeuger 38 kann eine nicht dargestellte Kühleinrichtung für das Wärmeträger-Gas angeordnet sein, um zu vermeiden, dass das Gas insbesondere für Kühlaufgaben mit zu hoher Temperatur in den Sauggaserzeuger 38 eintritt.After entering the discharge section 3, the heat transfer gas flows through the bulk material heat exchanger counter to the flow direction of the bulk material 20. The bulk material heat exchanger is thus designed for a countercurrent of the heat transfer gas to the bulk material 20. After leaving the heat exchanger tubes 7, the heat transfer gas flows through the upper buffer section 1 and leaves it via an exhaust port 34. The outlet side of the exhaust port 34 is an open point 35. In this area, the path of the heat transfer gas is therefore not pressure-tight to the environment completed. Above the open point 35, an intake funnel 36 of a further suction line 37 is arranged. The suction line 37 opens into a suction gas generator 38, which may also be a fan, a rotary blower, a screw compressor or a side channel blower. Between the suction hopper 36 and the suction gas generator 38, a cyclone or a filter 39 for cleaning the heat transfer gas is arranged. Before the suction gas generator 38, a cooling device, not shown, may be arranged for the heat transfer gas, in order to avoid that the gas enters the suction gas generator 38, in particular for cooling tasks at too high a temperature.

Die Förderleistung des Sauggaserzeugers 38 ist auf diejenige des Druckgaserzeugers 29 abgestimmt. Nach dem Sauggaserzeuger 38 kann das Wärmeträger-Gas über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Verbindungsleitung wiederum über den Ansaugfilter 31 und die Saugleitung 30 dem Druckgaserzeuger 39 zugeführt werden, sodass eine geschlossene Führung des Wärmeträger-Gases resultiert.The delivery rate of the suction gas generator 38 is matched to that of the compressed gas generator 29. After the suction gas generator 38, the heat transfer gas can in turn via a connecting line, not shown in the drawing, via the suction filter 31 and the suction line 30th supplied to the compressed gas generator 39, so that a closed guide of the heat transfer gas results.

Der Druckgaserzeuger 29 stellt eine Gas-Zuführeinrichtung für Wärmeträger-Gas dar. Die Leistung des Druckgaserzeugers 29 ist abgestimmt auf die Strömungsverhältnisse in den Wärmetauscherrohren 7 derart, dass das Wärmeträger-Gas in den Rohren 7 eine Leerrohrgasgeschwindigkeit hat, die im Bereich zwischen 20 % und 200 % einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit liegt. Typische Dimensionen des Schüttguts 20, nämlich insbesondere eine typische Schüttgutdichte, einen typischen Durchmesser der Schüttgutpartikel, ein typisches Volumen von Hohlräumen (vergleiche beispielhaft 40 in der Fig. 1) zwischen den Schüttgutpartikeln und eine typische Partikeldichte vorausgesetzt, ist die Leistung des Druckgaserzeugers 29 so abgestimmt, dass das Gas in den Wärmetauscherrohren 7 eine Leerrohrgasgeschwindigkeit zwischen 0,2 m/s und 2,0 m/s , vorzugsweise zwischen 0,4 m/s und 1,6 m/s, noch mehr bevorzugt zwischen 0,6 m/s und 1,4 m/s, noch mehr bevorzugt zwischen 0,6 m/s und 1,2 m/s, hat.The power of gas generator 29 is tuned to the flow conditions in the heat exchanger tubes 7 such that the heat transfer gas in the tubes 7 has a Leerrohrgasgeschwindigkeit ranging between 20% and 200% of a critical Leerrohrgasgeschwindigkeit. Typical dimensions of the bulk material 20, namely in particular a typical bulk density, a typical diameter of the bulk material particles, a typical volume of cavities (see for example 40 in the Fig. 1 ) between the bulk material particles and assuming a typical particle density, the power of the compressed gas generator 29 is adjusted so that the gas in the heat exchanger tubes 7 a Leerrohrgasgeschwindigkeit between 0.2 m / s and 2.0 m / s, preferably between 0.4 m / s and 1.6 m / s, more preferably between 0.6 m / s and 1.4 m / s, even more preferably between 0.6 m / s and 1.2 m / s.

Im Austragsabschnitt 3 sind Leitflächen 41 für die Gaszufuhr ausgebildet. Das Wärmeträger-Gas kann auch auf andere konstruktive Art in den Austragsabschnitt 3 eingebracht werden. Entsprechende Vorrichtung zur Gaseinbringung, zum Beispiel beim Einblasen von Gas über einen im Vergleich zum Austragsabschnitt 3 umgekehrten Konus sind dem Fachmann beispielsweise aus der DE 100 54 240 A1 bekannt. Im Fallrohr 24 ist eine weitere Leitfläche 42 ausgebildet, die das Schüttgut 20 aus dem Austragsabschnitt 3 zur aufdrehenden Seite des in einer Drehrichtung 43 angetriebenen Zellenrades 25 leitet. Dies gewährleistet einen gleichmäßigen Abzug des Schüttguts 20 über den gesamten Zulaufquerschnitt der Zellenradschleuse 22.In the discharge section 3 guide surfaces 41 are formed for the gas supply. The heat transfer gas can also be introduced into the discharge section 3 in a constructive manner. Corresponding apparatus for introducing gas, for example when blowing gas over a cone which is inverted compared to the discharge section 3, are known to the person skilled in the art, for example, from US Pat DE 100 54 240 A1 known. In the downpipe 24, a further guide surface 42 is formed, which directs the bulk material 20 from the discharge section 3 to the revolving side of the driven in a rotational direction 43 cell wheel 25. This ensures a uniform withdrawal of the bulk material 20 over the entire inlet cross section of the rotary valve 22nd

An der Innenwand des Fallrohrs 24 ist ein Temperatursensor 44 zur Bestimmung der Temperatur des Schüttguts 20 im Fallrohr 24 angeordnet. Der Temperatursensor 44 steht mit einer zentralen Steuereinrichtung 45 des Schüttgut-Wärmetauschers in Signalverbindung. Diese Signalverbindung kann kabelgebunden oder drahtlos sein. Die Steuereinrichtung 45 steht wiederum in nicht dargestellter Weise, die ebenfalls kabelgebunden oder drahtlos sein kann, mit dem Druckgaserzeuger 29 und dem Sauggaserzeuger 38 in Signalverbindung. Auch eine Verbindung der Steuereinrichtung 45 mit einer nicht dargestellten Drosselarmatur zur Einstellung eines Gasvolumenstroms ist möglich.On the inner wall of the downpipe 24, a temperature sensor 44 for determining the temperature of the bulk material 20 in the downpipe 24 is arranged. The temperature sensor 44 is in signal communication with a central control device 45 of the bulk material heat exchanger. This signal connection can be wired or wireless. The control device 45 is again in a manner not shown, which may also be wired or wireless, with the compressed gas generator 29 and the suction gas generator 38 in signal communication. Also, a connection of the control device 45 with a throttle valve, not shown for adjusting a gas flow rate is possible.

Beim Betrieb des Schüttgut-Wärmetauschers wird zunächst eine kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit VLg, kr bestimmt. Dabei wird zunächst der Schüttgut-Wärmetauscher mit Schüttgut 20 und mit einer ersten niedrigen Leistung des Druckgaserzeugers 29 betrieben, die einer ersten, niedrigen Gegenstrom-Gasmenge entspricht. Diese Gasmenge wird dann durch schrittweises Erhöhen der Leistung des Druckgaserzeugers 29 oder durch Öffnen einer nicht dargestellten Drosselarmatur auf der Saug- oder auf der Druckseite des Druckgaserzeugers 29 schrittweise erhöht. Gleichzeitig wird der Einfluss des Wärmeträger-Gases auf das Schüttgut innerhalb der Wärmetauscherrohre 7 überwacht. Diese Überwachung kann beispielsweise durch eine Messung des Differenzdruckes am Wärmetauscherabschnitt 2 über den Differenzdrucksensor 34a erfolgen. Alternativ kann die Überwachung erfolgen durch Temperaturmessung des Schüttgutes 20 über den Temperatursensor 44 im Austragsabschnitt 3.During operation of the bulk material heat exchanger, a critical empty- tube gas velocity V Lg, kr is first determined. Here, first, the bulk material heat exchanger 20 is operated with bulk material and with a first low power of the compressed gas generator 29, which corresponds to a first, low countercurrent gas quantity. This amount of gas is then gradually increased by gradually increasing the power of the compressed gas generator 29 or by opening a throttle valve, not shown, on the suction side or on the pressure side of the compressed gas generator 29. At the same time, the influence of the heat transfer gas on the bulk material within the heat exchanger tubes 7 is monitored. This monitoring can be done for example by measuring the differential pressure at the heat exchanger section 2 via the differential pressure sensor 34a. Alternatively, the monitoring can be carried out by measuring the temperature of the bulk material 20 via the temperature sensor 44 in the discharge section 3.

Eine kritische Wärmeträger-Gasmenge ist im Falle einer Differenzdruck-Überwachung erreicht, wenn sich nach einer schrittweisen Erhöhung der Wärmeträger-Gasmenge ein maximaler Druckverlust zwischen dem Pufferabschnitt 1 und dem Austragsabschnitt 3, gemessen durch den Differenzdrucksensor 34a, eingestellt hat. Bei einer Temperatur-Überwachung ist die kritische Wärmeträger-Gasmenge erreicht, wenn die Temperatur des Schüttguts im Austragsabschnitt 3 beim Kühlen des Schüttguts 20 minimal wird beziehungsweise beim Aufheizen des Schüttguts 20 maximal wird.A critical amount of heat transfer gas is achieved in the case of differential pressure monitoring, if, after a gradual increase in the Heat transfer gas amount has a maximum pressure loss between the buffer section 1 and the discharge section 3, measured by the differential pressure sensor 34 a, has set. In a temperature monitoring, the critical amount of heat transfer gas is reached when the temperature of the bulk material in the discharge section 3 during cooling of the bulk material 20 is minimal or becomes maximum during heating of the bulk material 20.

Prinzipiell kann zur Bestimmung einer kritischen Wärmeträger-Gasmenge auch der Schüttgut-Transport durch die Wärmetauscherrohre 7 überwacht werden. Diese Überwachung kann beispielsweise durch eine Sichtprüfung einer Gasblasenbildung in den Wärmetauscherrohren 7 erfolgen. Alternativ kann die Überwachung erfolgen durch eine Messung des Mengentransports des Schüttguts durch alle Wärmetauscherrohre 7 oder durch bestimmte Wärmetauscherrohre 7. Schließlich kann die Überwachung auch erfolgen, indem die Geschwindigkeit des Schüttguttransports durch alle oder durch bestimmte Wärmetauscherrohre 7 gemessen wird. Eine kritische Wärmeträger-Gasmenge ist erreicht, wenn sich bei der Sichtprüfung erstmals Gasblasen im in den Rohren 7 transportierten Schüttgut 20 bilden oder wenn eine beginnende Fluidisierung des Schüttguts 20 festgestellt wird. Bei einer Überwachung durch Mengentransport-Messung ist eine kritische Wärmeträger-Gasmenge dann erreicht, wenn der gemessene Schüttgut-Mengentransport weniger als 90 % eines Wärmeträger-Gas-Gegenstrom-freien Schüttgutmengentransports beträgt. Bei einer Geschwindigkeitsüberwachung des Schüttgut-Transports ist eine kritische Wärmeträger-Gasmenge erreicht, wenn die gemessene Schüttgut-Geschwindigkeit weniger als 90° einer Wärmeträger-Gas-Gegenstrom-freien Schüttgut-Geschwindigkeit beträgt.In principle, the transport of bulk material through the heat exchanger tubes 7 can be monitored to determine a critical amount of heat transfer gas. This monitoring can be done for example by a visual inspection of a gas bubble formation in the heat exchanger tubes 7. Alternatively, the monitoring can be carried out by measuring the bulk transport of the bulk material through all heat exchanger tubes 7 or through certain heat exchanger tubes 7. Finally, the monitoring can also take place by measuring the speed of the bulk material transport through all or through specific heat exchanger tubes 7. A critical amount of heat transfer gas is achieved when, for the first time, gas bubbles form in the bulk material 20 transported in the tubes 7 or when an initial fluidization of the bulk material 20 is detected. When monitoring by quantity transport measurement, a critical amount of heat transfer gas is reached when the measured bulk quantity transport is less than 90% of a heat transfer gas countercurrent-free bulk material transport. With a velocity monitoring of the bulk material transport, a critical amount of heat transfer gas is achieved if the measured bulk material velocity is less than 90 ° of a heat transfer gas countercurrent-free bulk material velocity.

Die jeweils bestimmte kritische Gasmenge ist eindeutig korreliert mit einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit in den Wärmetauscherrohren 7, das heißt mit der Geschwindigkeit des Wärmetauscher-Gases bei vorgegebener Leistung des Druckgaserzeugers 29 zur Erzeugung der kritischen Gasmenge in den leeren Wärmetauscherrohren 7.The particular critical amount of gas is clearly correlated with a critical Leerrohrgasgeschwindigkeit in the heat exchanger tubes 7, that is with the speed of the heat exchanger gas at a given power of the compressed gas generator 29 for generating the critical amount of gas in the empty heat exchanger tubes. 7

Nach Bestimmung der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit wird dann der Schüttgut-Wärmetauscher mit einer Wärmeträger-Gasmenge betrieben, die einer Leerrohrgasgeschwindigkeit entspricht, die im Bereich zwischen 20 % und 200 % der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit liegt.After determining the critical Leerrohrgasgeschwindigkeit then the bulk material heat exchanger is operated with a heat transfer gas amount corresponding to a Leerrohrgasgeschwindigkeit which is in the range between 20% and 200% of the critical Leerrohrgasgeschwindigkeit.

Alternativ kann beim Betrieb des Schüttgut-Wärmetauschers, insbesondere, wenn Schüttgut 20 verwendet wird, dessen Daten hinsichtlich der Schüttdichte, der Partikelgröße, Hohlraumvolumens und der Partikeldichte innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen, auf die Bestimmung der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit verzichtet werden. In diesem Fall wird der Schüttgut-Wärmetauscher mit einer Leistung des Druckgaserzeugers 29 betrieben, die zu einer Leerrohrgasgeschwindigkeit zwischen 0,2 m/s und 2,0 m/s, vorzugsweise zwischen 0,4 m/s und 1,6 m/s, noch mehr bevorzugt zwischen 0,6 m/s und 1,4 m/s , noch mehr bevorzugt zwischen 0,6 m/s und 1,2 m/s führt.Alternatively, during operation of the bulk material heat exchanger, in particular when bulk material 20 is used whose data with regard to bulk density, particle size, void volume and particle density are within predefined limit values, it is possible to dispense with the determination of the critical empty-tube gas velocity. In this case, the bulk material heat exchanger is operated with a power of the compressed gas generator 29, which at a Leerrohrgasgeschwindigkeit between 0.2 m / s and 2.0 m / s, preferably between 0.4 m / s and 1.6 m / s even more preferably between 0.6 m / s and 1.4 m / s, even more preferably between 0.6 m / s and 1.2 m / s.

Das im Gegenstrom durch die Wärmetauscherrohre 7 strömende Wärmeträger-Gas verbessert den Wärmeübergang zwischen dem Schüttgut 20 und dem durch den Innenraum 6 strömenden Wärmeträgerfluid. Dabei dient das Wärmeträger-Gas einerseits als direktes Wärmeübertragungsmedium; andererseits sorgt das Wärmeträger-Gas für eine mechanische Umlagerung der Schüttgutpartikel zueinander und zu den Innenwänden der Rohre 7.The heat transfer gas flowing countercurrently through the heat exchanger tubes 7 improves the heat transfer between the bulk material 20 and the heat transfer fluid flowing through the interior 6. The heat transfer gas serves on the one hand as a direct heat transfer medium; On the other hand, the heat transfer gas provides for a mechanical rearrangement of the bulk material particles to each other and to the inner walls of the tubes. 7

Zudem nimmt das Wärmeträger-Gas selbst Wärme vom Schüttgut 20 auf beziehungsweise gibt Wärme an das Schüttgut 20 ab.In addition, the heat transfer gas itself absorbs heat from the bulk material 20 or releases heat to the bulk material 20.

Wenn das Schüttgut 20 im Schüttgut-Wärmetauscher gekühlt werden soll, wird das Wärmeträger-Gas im Wärmetauscher 32 vorgekühlt. Wenn das Schüttgut 20 im Schüttgut-Wärmetauscher erwärmt werden soll, wird das Wärmeträger-Gas im Wärmetauscher 32 vorgewärmt. Wenn das Wärmeträger-Gas gekühlt wird, kann hierdurch auftretendes Kondensat im Kondensat-Abscheider 33 abgeschieden werden.If the bulk material 20 is to be cooled in the bulk material heat exchanger, the heat transfer gas is pre-cooled in the heat exchanger 32. If the bulk material 20 to be heated in the bulk material heat exchanger, the heat transfer gas is preheated in the heat exchanger 32. When the heat transfer gas is cooled, condensate occurring thereby can be deposited in the condensate separator 33.

Die für die Erzielung eines optimalen Wärmeübergangs auf das Schüttgut 20 einzustellende Wärmeträger-Gasmenge kann von der Auslauftemperatur des Schüttguts 20 abhängig sein. Dies kann beim Schüttgut-Wärmetauscher nach Fig. 1 berücksichtigt werden. In diesem Fall wird mit dem Temperatursensor 44 die Temperatur des Schüttguts 20 im Austragsabschnitt 3 beziehungsweise im Fallrohr 24 bestimmt. Durch entsprechende Ansteuerung des Druckgaserzeugers 29 über die Steuereinrichtung 45 wird dann die Wärmeträger-Gasmenge in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und von der aktuellen Leistung des Druckgaserzeugers 29, also von der aktuellen Gasmenge, verändert.The amount of heat transfer gas to be set to achieve optimal heat transfer to the bulk material 20 may depend on the outlet temperature of the bulk material 20. This can after the bulk material heat exchanger Fig. 1 be taken into account. In this case, the temperature of the bulk material 20 in the discharge section 3 or in the downpipe 24 is determined by the temperature sensor 44. By appropriate control of the compressed gas generator 29 via the control device 45, the heat transfer gas quantity is then changed as a function of the measured temperature and of the actual output of the compressed gas generator 29, that is to say of the current gas quantity.

Die schematischen Diagramme der Fig. 5 bis 8 zeigen typische Zusammenhänge zwischen Parametern des Schüttguts 20 und der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit. Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit VLg, kr steigt mit steigender Schüttdichte ρSch (vergleiche Fig. 5). Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit VLg, kr steigt mit dem mittleren Partikeldurchmesser dP (vergleiche Fig. 6). Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit VLg, kr steigt mit den Volumen VH der Hohlräume 40 zwischen den Schüttgutpartikeln (vergleiche Fig. 7). Die kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit VLg, kr steigt mit der Partikeldichte ρP (vergleiche Fig. 8).The schematic diagrams of Fig. 5 to 8 show typical relationships between parameters of the bulk material 20 and the critical Leerrohrgasgeschwindigkeit. The critical Leerrohrgasgeschwindigkeit V Lg, kr increases with increasing bulk density ρ Sch (see Fig. 5 ). The critical empty- tube gas velocity V Lg, kr increases with the mean particle diameter d P (cf. Fig. 6 ). The critical empty- tube gas velocity V Lg, kr increases with the volume V H of the cavities 40 between the bulk material particles (see Fig. 7 ). The critical empty- tube gas velocity V Lg, kr increases with the particle density ρ P (cf. Fig. 8 ).

Die Hohlraum-Volumina können zu einem Hohlraumanteil zwischen den Schüttgutpartikeln führen, der in der Regel zwischen 30 % und 70 % und oftmals zwischen 35 % und 60 % liegt.The void volumes may result in a void fraction between the bulk particles which is typically between 30% and 70% and often between 35% and 60%.

Das Schüttgut 20 kann einen typischen mittleren Partikeldurchmesser (Durchmesser einer Kugel gleichen Volumeninhalts) im Bereich zwischen 0,5 mm und 15 mm, zum Beispiel zwischen 1 und 10 mm, haben. Hierbei werden Feinanteile, Stab oder feiner Kornbruch nicht berücksichtigt. Der mittlere Partikeldurchmesser ist insbesondere im Bereich von 2 mm bis 6 mm.The bulk material 20 may have a typical mean particle diameter (diameter of a sphere of equal volume content) in the range between 0.5 mm and 15 mm, for example between 1 and 10 mm. Fines, rod or fine grain breakage are not taken into consideration here. The average particle diameter is in particular in the range of 2 mm to 6 mm.

Eine weitere Ausführung eines Schüttgut-Wärmetauschers wird nachfolgend anhand der Fig. 2 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.Another embodiment of a bulk material heat exchanger is described below with reference to Fig. 2 described. Components which correspond to those described above with reference to the Fig. 1 have the same reference numbers and will not be discussed again in detail.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist dem Zulaufstutzen 4 eine Zuführ-Zellenradschleuse 46 direkt vorgeordnet. Die Zuführ-Zellenradschleuse 46 dichtet den Zulaufstutzen 4 zuführseitig im Wesentlichen ab.In the execution after Fig. 2 is the feed pipe 4 a feeder rotary valve 46 directly upstream. The feed rotary valve 46 substantially seals the inlet connection 4 on the supply side.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist der Abgasstutzen 34 druckdicht mit einer Förderleitung 47 für das Wärmeträger-Gas verbunden. In der Förderleitung 47 ist ein Filter beziehungsweise ein Zyklon 48 zur Reinigung des durch die Förderleitung 47 geführten Wärmeträger-Gases, insbesondere zur Staubabscheidung, angeordnet. Über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung kann die Förderleitung 47 mit dem Ansaugfilter 31 und der Saugleitung 30 verbunden sein, sodass insgesamt ein geschlossenes Leitungssystem zur Führung des Wärmeträger-Gases resultiert.In the execution after Fig. 2 is the exhaust port 34 pressure-tight connected to a feed line 47 for the heat transfer gas. In the feed line 47, a filter or a cyclone 48 for cleaning the guided through the feed line 47 heat transfer gas, in particular for dust separation, is arranged. Via a connecting line, not shown For example, the delivery line 47 may be connected to the intake filter 31 and the suction line 30, so that overall a closed line system for guiding the heat carrier gas results.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 kann auf den zusätzlichen Sauggaserzeuger (vergleiche Sauggaserzeuger 38 in der Fig. 1) verzichtet werden. Die gesamte Gasmenge und die gesamte Führung des Wärmeträger-Gases wird vom Druckgaserzeuger 29 bereitgestellt. Bei der Ausführung nach Fig. 2 steht insbesondere auch der Pufferabschnitt 1 unter Druck.In the execution after Fig. 2 can on the additional suction gas generator (see suction filter 38 in the Fig. 1 ) are waived. The entire amount of gas and the entire guidance of the heat transfer gas is provided by the compressed gas generator 29. In the execution after Fig. 2 in particular, the buffer section 1 is under pressure.

Eine weitere Ausführung eines Schüttgut-Wärmetauschers wird nachstehend anhand der Fig. 3 erläutert. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die Schüttgut-Wärmetauscher nach den Fig. 1 und 2 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.Another embodiment of a bulk material heat exchanger will be described below with reference to Fig. 3 explained. Components which correspond to those already described above with reference to the bulk material heat exchangers according to Fig. 1 and 2 have the same reference numbers and will not be discussed again in detail.

Anstelle eines Abgasstutzens (vergleiche Abgasstutzen 34 in den Fig. 1 und 2) hat der Pufferabschnitt 1 des Schüttgut-Wärmetauschers nach Fig. 3 eine konzentrisch zum Zulaufstutzen 4 angeordnete Abgas-Ringleitung 49, die vom koaxial hierzu angeordneten Zulaufstutzen 4 durchtreten wird. Die Ringleitung 49 beziehungsweise ein entsprechend angeordneter konzentrischer Spalt steht wiederum mit einer Verbindungsleitung 50 in Fluidverbindung, die wiederum unterhalb des Ansaugtrichters 36 endet.Instead of an exhaust port (compare exhaust port 34 in the Fig. 1 and 2 ) has the buffer section 1 of the bulk material heat exchanger after Fig. 3 a concentric to the inlet nozzle 4 arranged exhaust gas ring line 49, which will pass from the coaxially arranged inlet nozzle 4. The ring line 49 or a correspondingly arranged concentric gap is in turn in fluid communication with a connecting line 50, which in turn ends below the suction funnel 36.

Unterhalb der Ausmündung des Zulaufstutzens 4 in den Pufferabschnitt 1 ist als Schüttgut-Verteilereinheit 51 ein Konus angeordnet. Die Spitze 52 des Konus 51 ist dem Zulaufstutzen 4 zugewandt. Die Spitze 52 ist zentrisch unterhalb der Ausmündung des Zulaufstutzens 4 in den Pufferabschnitt 1 angeordnet. Die Schüttgut-Verteilereinheit 51 ist um eine zentrale Längsachse des Pufferabschnitts 1 rotationssymmetrisch.Below the mouth of the inlet nozzle 4 in the buffer section 1, a cone is arranged as a bulk material distribution unit 51. The tip 52 of the cone 51 faces the inlet nozzle 4. The tip 52 is centered below the mouth of the inlet nozzle 4 in the buffer section 1 arranged. The bulk material distribution unit 51 is rotationally symmetrical about a central longitudinal axis of the buffer section 1.

In den Pufferabschnitt 1 des Schüttgut-Wärmetauschers nach Fig. 3 mündet eine Sichtungsgas-Zuführleitung 53 ein. Letztere steht mit einer Sichtungsgas-Zuführeinrichtung 54 in Form eines weiteren Druckgaserzeugers in Verbindung.In the buffer section 1 of the bulk material heat exchanger after Fig. 3 a sighting gas supply line 53 opens. The latter is connected to a sighting gas feed device 54 in the form of another compressed gas generator.

Über die Sichtungsgas-Zuführleitung 53 kann Sichtungsgas in den Pufferabschnitt 1 eingeblasen werden, wodurch das zugeführte Schüttgut 20 gesichtet werden kann. Alternativ ist es auch möglich, das Sichtungsgas über die Zuführeinrichtung für das Wärmeträger-Gas zuzuführen, also über den Druckgaserzeuger 29 oder den Sauggaserzeuger 39.Viewing gas can be blown into the buffer section 1 via the sighting gas supply line 53, whereby the supplied bulk material 20 can be viewed. Alternatively, it is also possible to supply the classifying gas via the feed device for the heat transfer gas, ie via the compressed gas generator 29 or the suction gas generator 39.

Eine weitere Ausführung eines Schüttgut-Wärmetauschers wird nachfolgend anhand der Fig. 4 erläutert. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die Ausführungen nach den Fig. 1 bis 3 beschrieben wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.Another embodiment of a bulk material heat exchanger is described below with reference to Fig. 4 explained. Components which correspond to those described above with reference to the embodiments according to Fig. 1 to 3 have the same reference numbers and will not be discussed again in detail.

Die Wärmeträger-Gasführung unterscheidet sich beim Schüttgut-Wärmetauscher nach Fig. 4 von demjenigen nach Fig. 1 in Folgendem: Der Schüttgut-Wärmetauscher nach Fig. 4 hat keinen Druckgaserzeuger (vergleiche Druckgaserzeuger 29 in der Fig. 1). Das Schüttgut wird den Wärmetauschern nach Fig. 4 über eine hinreichend gasdichte Zellenradschleuse 46 zugeführt. Zudem fehlt beim Schüttgut-Wärmetauscher nach Fig. 4 die offene Stelle 35. Der Abgasstutzen 34 ist druckdicht mit der Saugleitung 37 verbunden. Zur Erzeugung einer durch den Schüttgut-Wärmetauscher geförderten Wärmeträger-Gasmenge reicht bei der Ausführung nach Fig. 4 also der Sauggaserzeuger 38 aus. In diesem Falle ist also der Sauggaserzeuger 38 die Gas-Zuführeinrichtung. Für die Einstellung der Leistung des Sauggaserzeugers 38 gilt daher, insbesondere im Zusammenhang mit der Bestimmung der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit im Vorbereitungs-Betrieb des Schüttgut-Wärmetauschers, was vorstehend zum Druckgaserzeuger 29 der Ausführungen nach den Fig. 1 und 3 erläutert wurde.The heat transfer gas routing differs according to the bulk material heat exchanger Fig. 4 from the one after Fig. 1 in the following: The bulk material heat exchanger after Fig. 4 has no pressure gas generator (compare 29 gas pressure generator in the Fig. 1 ). The bulk material is after the heat exchangers Fig. 4 supplied via a sufficiently gastight rotary valve 46. In addition, the bulk material heat exchanger is missing Fig. 4 the open location 35. The exhaust port 34 is pressure-tight connected to the suction line 37. To produce a funded by the bulk material heat exchanger heat transfer gas amount sufficient in the execution Fig. 4 So the suction gas generator 38 from. In this case, therefore, the suction gas generator 38 is the gas supply device. For setting the performance of the suction gas generator 38 therefore applies, in particular in connection with the determination of the critical Leerrohrgasgeschwindigkeit in the preparatory operation of the bulk material heat exchanger, what the pressure gas generator 29 of the embodiments of the above Fig. 1 and 3 was explained.

Das durch das Schüttgut 20 strömende Wärmeträger-Gas kann insbesondere auch eine Trocknung des Schüttguts herbeiführen. Hierzu kann das Wärmeträger-Gas in der Gas-Zuführleitung 28 vorgetrocknet werden.The heat transfer gas flowing through the bulk material 20 can in particular also bring about drying of the bulk material. For this purpose, the heat transfer gas can be pre-dried in the gas supply line 28.

Ein Beispiel für das Schüttgut 20 ist pelletiertes Tierfutter mit einer Schüttdichte von 650 kg/m3 und einer Partikeldichte von 1461 kg/m3. Der sich hieraus ergebende Hohlraum-Volumenanteil ist 56 %. Die Tierfutter-Pellets sind stäbchenförmig mit einem Durchmesser der Stäbchen von etwa 5 mm und einer Länge von etwa 10 bis 25 mm. Die optimale Leerrohrgasgeschwindigkeit zur Erzielung eines effizienten Wärmeübergangs vom Schüttgut 20 auf das Wärmeträgerfluid liegt im Bereich von etwa 0,8 m/s bis 1,4 m/s.An example of the bulk 20 is pelleted animal feed having a bulk density of 650 kg / m 3 and a particle density of 1461 kg / m 3 . The resulting void volume fraction is 56%. The animal feed pellets are rod-shaped with a diameter of the rods of about 5 mm and a length of about 10 to 25 mm. The optimum empty-tube gas velocity for achieving efficient heat transfer from the bulk material 20 to the heat-transfer fluid is in the range from about 0.8 m / s to 1.4 m / s.

Bei einem weiteren Beispiel ist das Schüttgut 20 ein unter Wasser granuliertes Kunststoffgranulat mit einer Schüttdichte von 530 kg/m3 und einer Feststoffdichte von 950 kg/m3. Es ergibt sich hieraus ein Hohlraum-Volumenanteil von 42 %. Der äquivalente volumengleiche Kugeldurchmesser dieses Granulats beträgt 3,8 mm. Das Schüttgut 20 wurde von einer Temperatur von 90° bis 95° C mit Hilfe von Kühlwasser mit einer Temperatur von etwa 20° bis 30° C gekühlt und es wurden verschiedene Wärmeträger-Gasmengen eingeblasen. Die ermittelte kritische Leerrohrgasgeschwindigkeit lag bei 0,7 m/s bis 0,9 m/s, wobei im Bereich der Leerrohrgasgeschwindigkeiten zwischen 0,5 und 1,1 m/s ein guter Wärmeübergang vom Schüttgut auf das Wärmeträgerfluid festgestellt wurde. Weiterhin wurde bei den durchgeführten Messungen ein Druckverlustmaximum zwischen dem Pufferabschnitt 1 und dem Austragsabschnitt 3 bei einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit im Bereich von 0,7 m/s bis 0,9 m/s festgestellt. Für die Versuche wurden verschiedene Rohrdurchmesser im Bereich von 25 mm bis 50 mm verwendet.In another example, the bulk material 20 is a granulated plastic granulate with a bulk density of 530 kg / m 3 and a solids density of 950 kg / m 3 . This results in a void volume fraction of 42%. The equivalent volume equal ball diameter of this granule is 3.8 mm. The bulk material 20 was cooled from a temperature of 90 ° to 95 ° C with the aid of cooling water at a temperature of about 20 ° to 30 ° C and it was injected various amounts of heat transfer gas. The determined critical Leergasgasgeschwindigkeit was 0.7 m / s to 0.9 m / s, wherein in the range of the Leerrohrgasgeschwindigkeiten between 0.5 and 1.1 m / s a good heat transfer from the bulk material was detected on the heat transfer fluid. Furthermore, in the measurements carried out, a maximum pressure drop between the buffer section 1 and the discharge section 3 was determined at a critical empty-tube gas velocity in the range from 0.7 m / s to 0.9 m / s. For the experiments, different pipe diameters in the range of 25 mm to 50 mm were used.

Typische Wärmeleitfähigkeitswerte für das Schüttgut 20 liegen im Bereich zwischen 0,05 und 0,25 W/mK, so lange die Schüttungen nicht gasdurchströmt sind.Typical heat conductivity values for the bulk material 20 are in the range between 0.05 and 0.25 W / mK, as long as the beds are not gas-flowed.

Neben Luft können als Wärmetauscher-Gas auch andere Gase, insbesondere Stickstoff, Kohlendioxid, Offgas, also Stickstoff verunreinigt mit diversem Kohlenwasserstoff, und gegebenenfalls auch Wasserdampf, zum Einsatz kommen.In addition to air, other gases, in particular nitrogen, carbon dioxide, offgas, ie nitrogen contaminated with various hydrocarbons, and optionally also steam, can be used as the heat exchanger gas.

Claims (15)

Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut - mit einem ein Gehäuse (5) aufweisenden Wärmetauscherabschnitt (2), - mit im Gehäuse (5) im Wesentlichen in Schwerkraftrichtung angeordneten Wärmetauscherrohren (7), - mit einer in das Gehäuse (5) einmündenden Zuführung (8) für ein Wärmeträgerfluid, - mit einer aus dem Gehäuse (5) ausmündenden Abführung (9) für das Wärmeträgerfluid, - mit einem am oberen Ende der Wärmetauscherrohre (7) angeordneten Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) zur Zuführung des Schüttguts (20) in die Rohre (7), - mit einem am unteren Ende der Wärmetauscherrohre (7) angeordneten Schüttgut-Austragsabschnitt (3) zur Abführung des Schüttguts (20 aus den Rohren (7), - mit einer in den Schüttgut-Austragsabschnitt (3) einmündenden Zuführleitung (28) für ein Wärmeträger-Gas, - mit einer aus dem Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) ausmündenden Abführleitung (34; 49) für das Wärmeträger-Gas, - mit einer Gas-Zuführeinrichtung (29; 38), die das Wärmeträger-Gas im Gegenstrom zum Schüttgutstrom von der Zuführleitung (28) über die Rohre (7) hin zur Abführleitung (34; 49) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Zuführeinrichtung (29; 38) zur Bereitstellung einer derart großen Gasmenge ausgeführt ist, dass das Wärmeträger-Gas in den Rohren (7) eine Leerrohrgasgeschwindigkeit hat, die im Bereich zwischen 20 % und 200 % einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit liegt.Device for cooling or heating bulk material with a housing (5) having a heat exchanger section (2), - With in the housing (5) arranged substantially in the direction of gravity heat exchanger tubes (7), - With a in the housing (5) opening feed (8) for a heat transfer fluid, - With a discharge from the housing (5) discharge (9) for the heat transfer fluid, - With a at the upper end of the heat exchanger tubes (7) arranged bulk material entry portion (1) for supplying the bulk material (20) into the tubes (7), - With a at the lower end of the heat exchanger tubes (7) arranged bulk material discharge section (3) for discharging the bulk material (20 from the tubes (7), - With a in the bulk material discharge section (3) opening feed line (28) for a heat transfer gas, with a discharging line (34, 49) for the heat transfer gas, which opens out from the bulk material introduction section (1), - With a gas supply means (29, 38), the heat transfer gas in countercurrent to the bulk material flow from the supply line (28) via the tubes (7) leads to the discharge line (34, 49), characterized in that the gas supply means (29; 38) is arranged to provide such a large amount of gas that the heat transfer gas in the tubes (7) has an empty tube gas velocity ranging between 20% and 200% of a critical empty tube gas velocity , Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von Schüttgut - mit einem ein Gehäuse (5) aufweisenden Wärmetauscherabschnitt (2), - mit im Gehäuse (5) im Wesentlichen in Schwerkraftrichtung angeordneten Wärmetauscherrohren (7), - mit einer in das Gehäuse (5) einmündenden Zuführung (8) für ein Wärmeträgerfluid, - mit einer aus dem Gehäuse (5) ausmündenden Abführung (9) für das Wärmeträgerfluid, - mit einem am oberen Ende der Wärmetauscherrohre (7) angeordneten Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) zur Zuführung des Schüttguts (20) in die Rohre (7), - mit einem am unteren Ende der Wärmetauscherrohre (7) angeordneten Schüttgut-Austragsabschnitt (3) zur Abführung des Schüttguts (20 aus den Rohren (7), - mit einer in den Schüttgut-Austragsabschnitt (3) einmündenden Zuführleitung (28) für ein Wärmeträger-Gas, - mit einer aus dem Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) ausmündenden Abführleitung (34; 49) für das Wärmeträger-Gas, - mit einer Gas-Zuführeinrichtung (29; 38), die das Wärmeträger-Gas im Gegenstrom zum Schüttgutstrom von der Zuführleitung (20) über die Rohre (7) hin zur Abführleitung (34; 49) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Zuführeinrichtung (29; 38) zur Bereitstellung einer derart großen Gasmenge ausgeführt ist, dass das Gas in den Rohren (7) eine Leerrohrgasgeschwindigkeit hat, die im Bereich zwischen 0,2 und 2,0 m/s liegt.Device for cooling or heating bulk material with a housing (5) having a heat exchanger section (2), - With in the housing (5) arranged substantially in the direction of gravity heat exchanger tubes (7), - With a in the housing (5) opening feed (8) for a heat transfer fluid, - With a discharge from the housing (5) discharge (9) for the heat transfer fluid, - With a at the upper end of the heat exchanger tubes (7) arranged bulk material entry portion (1) for supplying the bulk material (20) into the tubes (7), - With a at the lower end of the heat exchanger tubes (7) arranged bulk material discharge section (3) for discharging the bulk material (20 from the tubes (7), - With a in the bulk material discharge section (3) opening feed line (28) for a heat transfer gas, with a discharging line (34, 49) for the heat transfer gas, which opens out from the bulk material introduction section (1), - With a gas supply means (29, 38), the heat transfer gas in countercurrent to the bulk material flow from the supply line (20) via the tubes (7) leads to the discharge line (34, 49), characterized in that the gas supply means (29; 38) is arranged to provide such a large amount of gas that the gas in the tubes (7) has an empty tube gas velocity ranging between 0.2 and 2.0 m / s , Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Filter (31, 34, 39, 48) im Weg des Wärmeträger-Gases vor der Einmündung der Zuführleitung (28) und/oder im Weg des Wärmeträger-Gases nach der Ausmündung der Abführleitung (34; 49).Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by a filter (31, 34, 39, 48) in the path of the heat transfer gas before the confluence of the feed line (28) and / or in the way of the heat transfer gas after the mouth of the discharge line (34 49). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Zellenradschleuse (46) zum Zuführen des Schüttguts (20) in den Eintragsabschnitt (1).Device according to one of claims 1 to 3, characterized by a rotary valve (46) for feeding the bulk material (20) in the entry section (1). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Sieb (4a; 4b) im Weg des Schüttguts (20) vor oder in dem Eintragsabschnitt (1).Device according to one of claims 1 to 4, characterized by a sieve (4a, 4b) in the path of the bulk material (20) before or in the entry section (1). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine zentrisch in den Eintragsabschnitt einmündende Schüttgut-zuführleitung (4).Device according to one of claims 1 to 5, characterized by a centrally opening into the entry section bulk material supply line (4). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schüttgut-Zuführleitung (4) im Eintragsabschnitt (1) eine Schüttgut-Verteilereinheit (51) nachgeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bulk material supply line (4) in the entry section (1) is arranged downstream of a bulk material distribution unit (51). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführ-Leitung (49) koaxial zur Schüttgut-Zuführleitung (4) angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the discharge line (49) is arranged coaxially to the bulk material supply line (4). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine in den Eintragsabschnitt (1) einmündenden Sichtungsgas-Zuführleitung (59), die mit der oder einer weiteren Gas-Zuführeinrichtung (54) in Verbindung steht.Device according to one of claims 1 to 8, characterized by a in the entry section (1) opening sighting gas supply line (59) which communicates with the or a further gas supply means (54). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerrohre (7) ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser haben im Bereich zwischen 10 und 300, insbesondere im Bereich zwischen 30 und 250.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the heat transfer tubes (7) have a ratio of length to diameter in the range between 10 and 300, in particular in the range between 30 and 250. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch - einen Temperatursensor (44) zur Bestimmung der Temperatur des Schüttguts (20) im Austragsabschnitt (3), - eine Steuereinrichtung (45), die mit dem Temperatursensor (44) und der Gas-Zuführeinrichtung (29; 38) in Signalverbindung steht. Device according to one of claims 1 to 10, characterized by a temperature sensor (44) for determining the temperature of the bulk material (20) in the discharge section (3), - A control device (45) which is in signal communication with the temperature sensor (44) and the gas supply means (29; 38). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch - einen Differenzdrucksensor (34a) zur Bestimmung eines Differenzdrucks zwischen dem Schüttgut-Eintragsabschnitt (1) und dem Austragsabschnitt (3), - eine Steuereinrichtung (45), die mit dem Differenzdrucksensor (34) und der Gas-Zuführeinrichtung (29; 38) in Signalverbindung steht. Device according to one of claims 1 to 11, characterized by a differential pressure sensor (34a) for determining a differential pressure between the bulk goods entry section (1) and the discharge section (3), - A control device (45) which communicates with the differential pressure sensor (34) and the gas supply means (29; 38) in signal communication. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit folgenden Schritten: - Bestimmen einer kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit (vLg, kr) durch -- Betreiben der Vorrichtung mit einer ersten, niedrigen Gegenstrom-Gasmenge, -- schrittweises Erhöhen der Gasmenge bei gleichzeitiger Überwachung eines Differenzdrucks zwischen dem oberen Pufferabschnitt (1) und dem Austragsabschnitt (3) und/oder bei gleichzeitiger Überwachung einer Schüttguttemperatur im Austragsabschnitt (3) bis zum Erreichen einer kritischen Gasmenge, die der zu bestimmenden Leerrohrgasgeschwindigkeit (vLg, kr) entspricht, - Betreiben der Vorrichtung mit einer Gasmenge im Bereich zwischen 20 % und 200 % der kritischen Leerrohrgasgeschwindigkeit. Method for operating a device according to one of Claims 1 to 12, comprising the following steps: - Determining a critical Leerrohrgasgeschwindigkeit (v Lg, kr ) by Operating the device with a first, low countercurrent gas quantity, incremental increase in the amount of gas while monitoring a differential pressure between the upper buffer section (1) and the discharge section (3) and / or simultaneous monitoring of a bulk material temperature in the discharge section (3) until a critical gas quantity corresponding to the empty tube gas velocity to be determined ( v Lg, kr ) corresponds, - Operating the device with a gas amount in the range between 20% and 200% of the critical Leerrohrgasgeschwindigkeit. Verfahren nach Anspruch 13 mit folgenden Schritten: - Bestimmen der Temperatur des Schüttguts (20) im Austragsabschnitt (3), - Verändern der Wärmeträger-Gasmenge in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur, bis eine weitere Veränderung der Wärmeträger-Gasmenge zu keiner weiteren Temperaturänderung führt. Method according to claim 13, comprising the following steps: Determining the temperature of the bulk material (20) in the discharge section (3), - Changing the heat transfer gas quantity as a function of the measured temperature until a further change in the heat transfer gas quantity leads to no further temperature change. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 mit folgenden Schritten: - Bestimmen des Differenzdrucks zwischen dem oberen Pufferabschnitt (1) und dem Austragsabschnitt (3), - Verändern der Wärmeträger-Gasmenge in Abhängigkeit vom gemessenen Differenzdruck, bis der Differenzdruck ein Maximum erreicht. Method according to claim 13 or 14, comprising the following steps: Determining the differential pressure between the upper buffer section (1) and the discharge section (3), - Changing the heat transfer gas quantity as a function of the measured differential pressure until the differential pressure reaches a maximum.
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