EP2348272A2 - Regenerative heat exchanger and method for transferring heat between two solids - Google Patents
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Classifications
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- F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
- F28D19/02—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using granular particles
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- F28D17/005—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using granular particles
Definitions
- the invention relates to a regenerative heat exchanger and a method for transferring heat from a first free-flowing solid to a second free-flowing solid.
- Heat exchangers or heat exchangers are known.
- the DE 30 27 187 A1 a recuperative heat exchanger for indirect heat transfer between free-flowing solids.
- This recuperative heat exchanger consists of a bundle of mutually parallel tubes, wherein adjacent tubes abut each other at least on one side surface.
- the tube bundle is arranged horizontally and rotatable about an axis of rotation.
- the tubes conveying ribs are fixed so that the free-flowing solid is conveyed by the rotation of the tubes about the axis of rotation parallel to the extension direction of the tubes through the respective tube.
- the first solid is conveyed in one direction, while at the same time the second solid is conveyed in the opposite direction through the other part of the tubes. In this case, the heat is at least partially transferred from the warmer solid through the tube wall to the colder solid.
- the heat exchanger according to the invention is designed as a regenerative heat exchanger.
- the first free-flowing solid and the second free-flowing solid are moved successively over the heat exchanger surface of the heat exchanger for heat transfer.
- the hot first free-flowing solid releases its heat to the heat exchanger surface during its movement along the heat exchanger surface.
- the second free-flowing solid absorbs the heat from the heat exchanger surface. In this way, the heat is at least partially transferred from the first free-flowing solid to the second free-flowing solid. Since both solids are brought into contact with the same heat exchanger surface, very high heat transfer efficiencies can be achieved.
- the heat exchanger according to the invention also has a positioning device by means of which the position of the heat exchanger surface between a heat absorption position and a heat release position can be changed. To heat the heat exchanger surface, this is brought by the positioning in its heat receiving position.
- the first free-flowing solid moves in a direction of movement from a first side to a second side of the heat exchanger surface.
- the two sides of the heat exchanger surface are arranged one above the other in the vertical direction.
- the heat exchanger surface heats up more in the region of its first side than in the region of its second side. This is due to, that the first solid cools continuously as it passes through the heat exchanger while delivering the heat to the heat exchanger surface.
- the supply of the first free-flowing solid is stopped in the heat exchanger and the positioning moves the heat exchanger surface in the heat release position.
- the heat exchanger surface changes its position such that the subsequently supplied second free-flowing solid first impinges on the less heated second side of the heat exchanger surface and is forwarded from there along the heat exchanger surface to its first side.
- the first side of the heat exchanger surface is arranged in the heat absorption position in the vertical direction seen over the second side, while the second side of the heat exchanger surface in the heat release position is vertically above the first side.
- the respective solid can trickle exclusively or at least assisted by gravity along the heat exchanger surface from top to bottom.
- the regenerative heat exchanger works as it were according to the "countercurrent principle". This ensures a high efficiency in the heat transfer from the first to the second free-flowing solid. Both solids are passed one after the other over the same, entire heat exchanger surface.
- the first hot, free-flowing solid is a calcium oxide (CaO) enriched solid.
- the second free-flowing solid is preferably a calcium carbonate (CaCO 3 ) enriched solid.
- the heat transfer can take place between the first solid stream led out of the calciner and the second solid stream leading into the calciner.
- the regenerative heat exchanger can therefore be an integral part of the calciner.
- the heat exchanger housing is provided in particular for embodiments of the heat exchanger surface, the non-fixed parts with each other, such as loose contiguous packing.
- Such fillers can be very easily filled into the heat exchanger housing.
- the heat exchanger housing does not have to be completely closed for this purpose. It can have a grid-like structure. Housing openings must be designed in their shape and / or size so that the filler can not fall through and can be held in the heat exchanger housing.
- perforated wall elements or grid elements may be used to form housing openings. In each case at least at a first and a second location, a housing opening is present, so that can be fed or removed via the two housing openings of each passing through the heat exchanger solid.
- the positioning can thereby the heat exchanger housing together with the heat exchanger surface between shift the heat release position and the heat absorption position.
- the first and the second housing openings in each case exchange their positions.
- This makes it possible to achieve a compact design of the regenerative heat exchanger, which requires little space.
- this can be designed as a rotating device which rotates the heat exchanger surface or the heat exchanger housing with the heat exchanger surface between the two positions.
- the axis of rotation preferably runs transversely to the direction of movement of the solids through the heat exchanger.
- the axis of rotation can be arranged approximately horizontally. Between the two positions of the heat exchanger surface, this can then be rotated, for example, by 180 degrees.
- At least part of the heat exchanger surface may be formed by arranged in the heat exchanger housing packing. These fillers serve to increase the size of the heat exchanger surface, so that the provided for the contact with the respective solid heat exchanger surface for a given volume is large. This ensures that a sufficient passage cross-section for the passage of the respective solid remains.
- the shape and size of the packing not only the heat exchanger surface can be increased, but also the residence time of the passed solid and thus the contact time between the solid and the heat exchanger surface varies and be set as desired.
- the packing may form a solid structure or matrix and be immovably connected relative to each other. In this case, can be dispensed with a heat exchanger housing.
- the packing spacers have, so that the distance between adjacent packing ensures a sufficiently large passage cross-section for the passage of the respective solid.
- a spacer means may be used by the filler projecting projections, such as pins, rods, discs, disc segments or the like.
- balls or polyhedra can be used. These may alternatively or in addition to spacer means comprise one or more through holes through which the solid in question can be passed.
- Wavy or multiply angled plates or sheets can also be used as the packing.
- rods running transversely to the direction of movement of the respective solid can also be used as filling bodies.
- the same solid inlet and / or outlet is used to introduce the first and second solids into the heat exchanger.
- the heat exchanger surface is arranged between Festscherinlass- and solids outlet. Between the heat exchanger surface or the heat exchanger housing and the solids inlet may also be provided a Feststoffverteil observed which serves to distribute the solid in a surface which extends transversely to the direction of movement of the solid along the heat exchanger surface. This ensures a uniform contact of the heat exchanger surface with the solid.
- the solids distribution device distributes the solid in a substantially horizontal area. As a solid distribution device, for example, serve a distribution tray. This distribution trough can be fluidized, so that forms a particularly homogeneous fluidized bed and the solid uniformly distributed, which can then trickle over a variety of overflow openings from the distribution tray out to the heat exchanger surface.
- FIG. 1 shows a block diagram of a power plant 20 with a furnace 21, such as a steam generator firing.
- the resulting exhaust gas contains carbon dioxide (CO 2 ), which is fed to a carbonator 22 in which the CO 2 is absorbed by a sorbent in the form of calcium oxide (CaO) and reacts to calcium carbonate (CaCO 3 ).
- the carbonate stream 22 containing, the calcium oxide-containing or consisting of solid stream is a first free-flowing solid F1.
- a solids flow of a second free-flowing solid F 2 which contains or consists of the calcium carbonate, is fed from the carbonator 22 to a calciner 24.
- a mixture of fuel B and an oxidizer, eg, pure oxygen or air L is combusted to heat the calciner 24 to reach the calcination temperature of about 900 degrees Celsius.
- the calcium carbonate is split again into calcium oxide (CaO) and carbon dioxide (CO 2 ). The calcium oxide is fed to the carbonator 22 in the first solid F1.
- the concentrated CO 2 gas produced in the calciner 24 can be compressed after cooling and purification and stored, for example, underground.
- a heat exchanger 26 can serve, so that the heat contained in the CO 2 can be converted into useful energy.
- Part of the CO 2 -containing exhaust gas can be supplied from the calciner 24 via a return line 27 to the carbonator 22 together with the CO 2 from the exhaust gas of the furnace 21.
- a further heat exchanger 28 may be present.
- a flue gas desulfurization unit 29 and a control valve 30 for controlling the Carbonator 22 supplied amount of gas be present.
- flue gas desulfurization unit 31 and a further valve 32 may be present in the connection line 33 between the furnace 21 and the carbonator 22.
- the flue gas desulfurization unit 31 and the control valve 32 can also be used for the exhaust gas flow conducted through the return line 27, as shown in dashed lines in FIG FIG. 1 is shown. In this case, the flue gas desulfurization unit 29 and the control valve 30 can be omitted.
- the exhaust gases largely freed of CO 2 in the carbonator 22 are fed via an exhaust pipe 34 to a chimney or cooling tower 35.
- a further heat exchanger 36, a further control valve 37 and a dust separator 38 may be arranged in the exhaust pipe 34.
- the arrangement of the heat exchangers 26, 28, 36, the flue gas desulfurization units 29, 31, the control valves 30, 32, 37 and the dust separator 38 represent a preferred embodiment of the power plant 20, but can be changed.
- the order of the mentioned components in a line can be changed. It is also possible to combine functionally identical units in order to simplify the construction of the system. It is also possible to provide a further dust separator 39 in the connecting line 33 following the firing 21 of the power plant 20.
- the regenerative heat exchanger 45 serves for the at least partial transfer of the heat from the first free-flowing solid F1, which is supplied to the carbonator 22 from the calciner 24, to the second free-flowing solid F2, which is the calciner 24 from the carbonator 22nd is supplied.
- the calciner 24 has a heat exchanger unit 46 with a plurality of and, for example, three regenerative heat exchangers 45 connected in parallel.
- the regenerative heat exchangers 45 serve to preheat the second free-flowing solid F2, so that fuel B and oxygen carrier (O 2 ) can be saved in the calciner firing 25.
- the regenerative heat exchangers 45 transfer heat of the hot first free-flowing solid F1 to the second free-flowing solid F2.
- FIGS. 2 to 4 A schematic representation of the heat exchanger assembly 46 with the means for supplying and discharging the solids F1, F2 is shown schematically in the FIGS. 2 to 4 shown.
- Each regenerative heat exchanger 45 of the heat exchanger assembly 46 is assigned a solids inlet 47.
- Each solids inlet 47 is connected via a respective first inlet pipe 48 to a first inlet valve device 49.
- the first inlet valve device 49 is seated between the first inlet pipes 48 and a siphon 50 of a solids separator of the calciner 24, not shown in greater detail.
- the first free-flowing solid F1 is collected in the siphon 50.
- each of the solids inlets 47 is connected via a second inlet pipe 51 and a second inlet valve device 52 to the solids separator 23 of the carbonator 22, in which the second free-flowing solid F 2 is located.
- the two inlet valve devices 49, 52 either the first free-flowing solid F1 or the second free-flowing solid F2 can be fed to each of the regenerative heat exchangers 45 independently of one another.
- each inlet opening 47 a distributor trough 55 is arranged in each heat exchanger 45, which serves for the areal substantially horizontal distribution of the respectively supplied solid F1 or F2.
- the distribution trough 55 can be easily fluidized for better distribution of solids and has a plurality of along its surface overflow openings 56, as shown schematically in FIG FIG. 4 is shown.
- the heat exchanger surface 57 of the regenerative heat exchanger 45 is arranged.
- the heat exchanger surface 57 is within a heat exchanger housing 58.
- the heat exchanger housing 58 can be omitted in embodiments of the heat exchanger 45, in which the heat exchanger surface 57 has a rigid or rigid structure and can be rotatably supported without housing, for example, in heat exchanger surfaces with plate-shaped elements ( FIGS. 5, 6 ).
- the heat exchanger surface 57 is in the Figures 3 and 4 only schematically indicated by a hatching. On the heat exchanger surface 57 will be later in connection with the FIGS. 5 to 10 discussed in more detail.
- Each regenerative heat exchanger 45 or each heat exchanger assembly 46 is associated with a positioning device 60.
- the positioning device 60 serves to displace the heat exchanger surface 57 between a heat absorption position I and a heat release position II.
- the heat exchanger surface 57 is fixedly connected to the heat exchanger housing 58, wherein the positioning device 60, the heat exchanger housing 58 moves together with the heat exchanger surface 57.
- the heat exchanger housings 58 are preferably rotatably mounted on a respective holder 62 about a substantially horizontally extending axis of rotation 61.
- the positioning device 60 is designed in this case as a rotator 63.
- the three heat exchanger housings 58 can be moved independently between their two positions I, II.
- a solids outlet 64 is present, to which an outlet valve device 65 is assigned. Via the outlet valve device 65, the solids outlet 64 of the heat exchanger 45 is connected either to a first outlet line 66 to the carbonator 22 or to a second outlet line 67 to the calciner 24. Depending on which solid F1, F2 is passed through the heat exchanger 45, the outlet valve device 65 is adjusted.
- the holder 62 is configured in the form of a heat exchanger housing 58 surrounding outer housing 70 in the preferred embodiment.
- a rotation region 71 is present in the interior of the outer housing 70, which enables the rotation of the heat exchanger housing 58 about the axis of rotation 61.
- the rotation area 71 is designed as a cylindrical cavity, for example.
- the heat exchanger housing 58 has a cylindrical contour with a cylinder axis extending in the direction of the axis of rotation 61.
- the base of the cylindrical heat exchanger housing 58 is indicated by a polygon, such as a hexagon.
- the base could alternatively be circular or be elliptical.
- the housing shape of the heat exchanger housing 58 is freely selectable.
- each heat exchanger 58 has a first side 72 and a relative to the axis of rotation 61 diametrically opposite second side 73.
- first side 72 is assigned to the solids inlet 47 and its second side 73 to the solids outlet 64. Therefore, the first side 72 is located vertically above the second side 73.
- the rotator 63 rotates the relevant heat exchanger surface 57 by 180 degrees. The two sides 72, 73 therefore exchange their positions.
- the second side 73 is assigned to the solids inlet 47 and the first side 72 to the solids outlet 64.
- the first side 72 of the heat exchanger surface 57 is arranged adjacent to a first housing opening 75 and the second side 73 adjacent to a second housing opening 76 in the heat exchanger housing 58.
- the housing openings 75, 76 of the respective solid F1, F2 depending on position I, II of the heat exchanger housing 58 can be supplied or removed.
- the in the FIGS. 5 and 6 drawn arrows indicate the direction of movement of the heat exchanger 45 passing through the solid F1 or F2, wherein the heat exchanger surface 57 is for example in each case in their heat absorption position I.
- the heat exchanger surface 57 can be designed differently. Some embodiments are in the FIGS. 5 to 10 shown. According to the first embodiment FIG. 5 the heat exchanger surface 57 is formed by a plurality of mutually parallel corrugated plates or sheets 79. Instead of the corrugated plates 79 also multiply angled plates or sheets 80 may be used, as in FIG. 6 is shown schematically. Due to the corrugated or angled shape of the plates 79, 80, the direct trickling through of the solids F1, F2 is prevented. The plates 79, 80 form obstacles, so to speak, which redirect the solid in its direction of movement over and over again in order to extend the contact time between the solid F1, F2 and the heat exchanger surface 57. The plates or plates 79, 80 represent provided in the heat exchanger housing packing 81.
- the heat exchanger housing 58 is filled with a plurality of rod-shaped packing 81.
- the rods 82 forming the packing 81 are arranged transversely to the direction of movement R of the solids F1, F2 through the heat exchanger.
- the rods 82 may pass through the heat exchanger housing partially or completely from one side wall to the opposite side wall.
- Spacer means 83 are provided around the rods 82 to space the rods 82 apart so as to provide a sufficient passage area for the solids F1, F2.
- the rods 82 then need not be fixedly connected to the heat exchanger housing 58.
- the spacer means 83 are formed in this embodiment of annular discs 84 which surround the rods 82.
- the heat exchanger surface 57 is formed by a grid-like structure 85. Again, transverse to the direction of movement R extending rods 82 are present, which are fixed in the direction of movement R extending holding rods 85 in position.
- FIGS. 9 and 10 further alternative possibilities for packing 81 are shown.
- the packing 81 are each configured as an approximately spherical body.
- each filler 81 radially distributed in different directions projecting pins 86, the spacer means 83 form.
- the pins are preferably distributed over the entire circumference of the packing 81.
- the respective solid F1 or F2 can flow through the heat exchanger housing 58 between the spherical packing 81 and the pins 86.
- packing 81 are configured in the form of balls. They each have a plurality of through holes 87 to allow the passage of the first and second solid F1 and F2 through the heat exchanger housing 58.
- combinations of the described packing 81 may also be used.
- spherical packing 81 may also be used between the plates 79, 80.
- the heat exchanger surface 57 is displaced into its heat release position II, for example rotated about the axis of rotation 61. Now, the less warm second side 73 is associated with the solids inlet 47 and the more heated first side 72 with the solids outlet 64.
- the second free-flowing solid F2 is now fed to the regenerative heat exchanger 45 via the second inlet valve device 52, with the second free-flowing solid F2 increasingly heating as it moves along the heat exchanger surface 57.
- the supply of the second free-flowing solid F2 is stopped after a certain time and the positioning device 60 brings the heat exchanger surface back into its heat absorption position I.
- the warmer first side 72 of the heat exchanger plate is now back to the solids inlet assigned.
- the first free-flowing solid F1 therefore moves from the warmer first side to the less hot second side 73 of the heat exchanger surface 57. Therefore, during the entire movement, the temperature difference between the first free-flowing solid F1 and the heat exchanger surface 57 is approximately constant.
- a plurality of regenerative heat exchangers 45 form a heat exchanger unit 46.
- at least three heat exchangers 45 are combined in a heat exchanger unit 46. It is possible to achieve continuous streams both for the first free-flowing solid F1, and for the second free-flowing solid F2.
- there are the regenerative heat exchanger 45 a heat exchanger unit 46 in different states: heat absorption position I, heat release position II or switching state between the two positions I, II. As long as one of the regenerative heat exchanger 45 is in its heat absorption position I, takes at least one of the other regenerative heat exchanger 45th the heat release position II a, as in FIG. 3 is shown.
- the third regenerative heat exchanger 45 of the heat exchanger assembly 46 is in the switching state between the two positions I, II. In the switching state, during the displacement movement of the heat exchanger surface 57 between the two positions I, II, no solids supply to the heat exchanger 45 takes place.
- the invention relates to a regenerative heat exchanger 45 and to a method for transferring heat from a first free-flowing solid F1 to a second free-flowing solid F2.
- the regenerative heat exchanger 45 has a heat exchanger surface 57.
- the heat exchanger surface 57 can be switched between a heat absorption position I and a heat release position II by a positioning device 60.
- In the heat absorption position I trickles a first free-flowing solid F1 along the heat exchanger surface 57 from a first side 72 to a second side 73.
- the heat exchanger surface 57 heats up, with their temperature continuously increases from the first side 72 to the second side 73.
- the positioning device 60 moves the heat exchanger surface 57 into the heat release position II, in which the second free-flowing solid F 2 to be heated is passed along the heat exchanger surface 57.
- the second free-flowing solid F2 moves from the less warm second side 73 to the warmer first side 72.
- the solids F1, F2 preferably move vertically downwards in a direction of movement R solely by gravity along the heat exchanger surface 47.
- the temperature difference between the free-flowing solid F1, F2 and the heat exchanger surface 57 is approximately constant, resulting in a continuous heat transfer between the heat exchanger surface 57 and the respective solid F1, F2.
- a preferred heat exchanger arrangement 46 three regenerative heat exchangers 45 are provided, each heat exchanger 45 being in a different state: one heat exchanger 45 takes the heat absorption position I, the other heat exchanger 45 the heat release position II and the third heat exchanger 45 a switching state between the heat absorption position I. and the heat release position II.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen regenerativen Wärmetauscher sowie ein Verfahren zur Übertragung von Wärme von einem ersten rieselfähigen Feststoff auf einen zweiten rieselfähigen Feststoff.The invention relates to a regenerative heat exchanger and a method for transferring heat from a first free-flowing solid to a second free-flowing solid.
Wärmetauscher bzw. Wärmeübertrager sind bekannt. Beispielsweise offenbart die
Ausgehend hiervon soll ein Wärmetauscher und ein Verfahren zur Wärmeübertragung zwischen rieselfähigen Feststoffen mit einem verbesserten Wirkungsgrad geschaffen werden.Based on this, a heat exchanger and a method for heat transfer between free-flowing solids to be created with improved efficiency.
Diese Aufgabe wird durch einen regenerativen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, durch eine Wärmetauscheranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.This object is achieved by a regenerative heat exchanger with the features of claim 1, by a heat exchanger assembly having the features of claim 12 and by the method having the features of claim 13.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist als regenerativer Wärmetauscher ausgestaltet. Der erste rieselfähige Feststoff und der zweite rieselfähige Feststoff werden zur Wärmeübertragung nacheinander über die Wärmetauscherfläche des Wärmetauschers bewegt. Der heiße erste rieselfähige Feststoff gibt während seiner Bewegung entlang der Wärmetauscherfläche seine Wärme an die Wärmetauscherfläche ab. Wenn anschließend der zweite rieselfähige Feststoff über die Wärmetauscherfläche geleitet wird, nimmt er die Wärme von der Wärmetauscherfläche auf. Auf diese Weise wird die Wärme vom ersten rieselfähigen Feststoff auf den zweiten rieselfähigen Feststoff zumindest teilweise übertragen. Da beide Feststoffe mit derselben Wärmetauscherfläche in Kontakt gebracht werden, können sehr hohe Wirkungsgrade bei der Wärmeübertragung erreicht werden.The heat exchanger according to the invention is designed as a regenerative heat exchanger. The first free-flowing solid and the second free-flowing solid are moved successively over the heat exchanger surface of the heat exchanger for heat transfer. The hot first free-flowing solid releases its heat to the heat exchanger surface during its movement along the heat exchanger surface. Then, when the second free-flowing solid is passed over the heat exchanger surface, it absorbs the heat from the heat exchanger surface. In this way, the heat is at least partially transferred from the first free-flowing solid to the second free-flowing solid. Since both solids are brought into contact with the same heat exchanger surface, very high heat transfer efficiencies can be achieved.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher verfügt außerdem über eine Positioniereinrichtung mittels der die Stellung der Wärmetauscherfläche zwischen einer Wärmeaufnahmestellung und einer Wärmeabgabestellung verändert werden kann. Zum Aufheizen der Wärmetauscherfläche wird diese durch die Positioniereinrichtung in ihre Wärmeaufnahmestellung gebracht. Der erste rieselfähige Feststoff bewegt sich in einer Bewegungsrichtung von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite der Wärmetauscherfläche. Vorzugsweise sind die beiden Seiten der Wärmetauscherfläche in Vertikalrichtung übereinander angeordnet. Die Wärmetauscherfläche erwärmt sich dabei im Bereich ihrer ersten Seite stärker als im Bereich ihrer zweiten Seite. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der erste Feststoff sich beim Durchlaufen des Wärmetauschers kontinuierlich abkühlt, während er die Wärme an die Wärmetauscherfläche abgibt. Nachdem die Wärmetauscherfläche ausreichend aufgeheizt wurde, wird die Zufuhr vom ersten rieselfähigen Feststoff in den Wärmetauscher gestoppt und die Positioniereinrichtung verlagert die Wärmetauscherfläche in die Wärmeabgabestellung. Dabei verändert die Wärmetauscherfläche ihre Position derart, dass der anschließend zugeführte zweite rieselfähige Feststoff zunächst auf die weniger stark erhitzte zweite Seite der Wärmetauscherfläche auftrifft und von dort entlang der Wärmetauscherfläche bis zu deren ersten Seite weitergeleitet wird.The heat exchanger according to the invention also has a positioning device by means of which the position of the heat exchanger surface between a heat absorption position and a heat release position can be changed. To heat the heat exchanger surface, this is brought by the positioning in its heat receiving position. The first free-flowing solid moves in a direction of movement from a first side to a second side of the heat exchanger surface. Preferably, the two sides of the heat exchanger surface are arranged one above the other in the vertical direction. The heat exchanger surface heats up more in the region of its first side than in the region of its second side. This is due to, that the first solid cools continuously as it passes through the heat exchanger while delivering the heat to the heat exchanger surface. After the heat exchanger surface has been heated sufficiently, the supply of the first free-flowing solid is stopped in the heat exchanger and the positioning moves the heat exchanger surface in the heat release position. In this case, the heat exchanger surface changes its position such that the subsequently supplied second free-flowing solid first impinges on the less heated second side of the heat exchanger surface and is forwarded from there along the heat exchanger surface to its first side.
Bevorzugt ist die erste Seite der Wärmetauscherfläche in der Wärmeaufnahmestellung in Vertikalrichtung gesehen über der zweiten Seite angeordnet, während sich die zweite Seite der Wärmetauscherfläche in der Wärmeabgabestellung vertikal oberhalb der ersten Seite befindet. In beiden Stellungen kann der jeweilige Feststoff ausschließlich oder zumindest unterstützt durch die Schwerkraft entlang der Wärmetauscherfläche von oben nach unten rieseln.Preferably, the first side of the heat exchanger surface is arranged in the heat absorption position in the vertical direction seen over the second side, while the second side of the heat exchanger surface in the heat release position is vertically above the first side. In both positions, the respective solid can trickle exclusively or at least assisted by gravity along the heat exchanger surface from top to bottom.
Durch das Drehen der Wärmetauscherfläche wird erreicht, dass der Temperaturgradient zwischen dem jeweils durch den Wärmetauscher geleiteten Feststoff und der Wärmetauscherfläche an jeder Stelle der Wärmetauscherfläche in etwa gleich bleibt. Der regenerative Wärmetauscher arbeitet sozusagen nach dem "Gegenstromprinzip". Dies stellt eine hohe Effizienz bei der Wärmeübertragung vom ersten auf den zweiten rieselfähigen Feststoff sicher. Beide Feststoffe werden nacheinander jeweils über die dieselbe, gesamte Wärmetauscherfläche geleitet.By rotating the heat exchanger surface, it is achieved that the temperature gradient between the solid material passed through the heat exchanger and the heat exchanger surface remains approximately the same at each point of the heat exchanger surface. The regenerative heat exchanger works as it were according to the "countercurrent principle". This ensures a high efficiency in the heat transfer from the first to the second free-flowing solid. Both solids are passed one after the other over the same, entire heat exchanger surface.
Der regenerative Wärmetauscher bzw. die Wärmetauscheranordnung aus mehreren regenerativen Wärmetauschern sowie das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich vorteilhaft im Zusammenhang mit einem Kalzinator verwenden. Als erster heißer rieselfähiger Feststoff dient dabei ein mit Kalziumoxid (CaO) angereicherter Feststoff. Als zweiter rieselfähiger Feststoff dient vorzugsweise ein mit Kalziumkarbonat (CaCO3) angereicherter Feststoff. Die Wärmeübertragung kann dabei zwischen dem aus dem Kalzinator herausgeführten ersten Feststoffstrom und dem in den Kalzinator hinein geführten zweiten Feststoffstrom stattfinden. Der regenerative Wärmetauscher kann mithin integraler Bestandteil des Kalzinators sein.The regenerative heat exchanger or the heat exchanger arrangement From several regenerative heat exchangers and the method according to the invention can be advantageously used in conjunction with a calciner. The first hot, free-flowing solid is a calcium oxide (CaO) enriched solid. The second free-flowing solid is preferably a calcium carbonate (CaCO 3 ) enriched solid. The heat transfer can take place between the first solid stream led out of the calciner and the second solid stream leading into the calciner. The regenerative heat exchanger can therefore be an integral part of the calciner.
Bei einigen Ausführungsformen der Wärmetauscherfläche ist es vorteilhaft, ein die Wärmetaucherfläche umgebendes Wärmetauschergehäuse vorzusehen. Das Wärmetauschergehäuse ist insbesondere für Ausführungsformen der Wärmetauscherfläche vorgesehen, die untereinander nicht befestigte Teile, wie etwa lose aneinanderliegende Füllkörper aufweist. Solche Füllkörper können sehr einfach in das Wärmetauschergehäuse eingefüllt werden. Das Wärmetauschergehäuse muss hierfür nicht vollständig geschlossen sein. Es kann eine gitterartige Struktur aufweisen. Gehäuseöffnungen müssen in ihrer Form und/oder Größe so ausgestaltet sein, dass die Füllkörper nicht hindurchfallen können und im Wärmetauschergehäuse gehalten werden können. Beispielsweise können perforierte Wandelemente oder Gitterelemente für die Bildung von Gehäuseöffnungen verwendet werden. Zumindest an einer ersten und einer zweiten Stelle ist jeweils eine Gehäuseöffnung vorhanden, so dass über die beiden Gehäuseöffnungen der jeweils den Wärmetauscher durchsetzende Feststoff zugeführt bzw. abgeführt werden kann.In some embodiments of the heat exchanger surface, it is advantageous to provide a heat exchanger housing surrounding the heat exchanger surface. The heat exchanger housing is provided in particular for embodiments of the heat exchanger surface, the non-fixed parts with each other, such as loose contiguous packing. Such fillers can be very easily filled into the heat exchanger housing. The heat exchanger housing does not have to be completely closed for this purpose. It can have a grid-like structure. Housing openings must be designed in their shape and / or size so that the filler can not fall through and can be held in the heat exchanger housing. For example, perforated wall elements or grid elements may be used to form housing openings. In each case at least at a first and a second location, a housing opening is present, so that can be fed or removed via the two housing openings of each passing through the heat exchanger solid.
Die Positioniereinrichtung kann dabei das Wärmetauschergehäuse zusammen mit der Wärmetauscherfläche zwischen der Wärmeabgabestellung und der Wärmeaufnahmestellung verlagern. Insbesondere tauschen dabei die erste und die zweite Gehäuseöffnung jeweils ihre Positionen. Dadurch lässt sich ein kompakter Aufbau des regenerativen Wärmetauschers erreichen, der wenig Bauraum benötigt. Bei einer einfachen Ausgestaltung der Positioniereinrichtung kann diese als Dreheinrichtung ausgeführt sein, die die Wärmetauscherfläche oder das Wärmetauschergehäuse mit der Wärmetauscherfläche zwischen den beiden Stellungen dreht. Die Drehachse verläuft vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung der Feststoffe durch den Wärmetauscher. Beispielsweise kann die Drehachse in etwa horizontal angeordnet sein. Zwischen den beiden Stellungen der Wärmetauscherfläche kann diese dann zum Beispiel um jeweils 180 Grad gedreht werden.The positioning can thereby the heat exchanger housing together with the heat exchanger surface between shift the heat release position and the heat absorption position. In particular, the first and the second housing openings in each case exchange their positions. This makes it possible to achieve a compact design of the regenerative heat exchanger, which requires little space. In a simple embodiment of the positioning device, this can be designed as a rotating device which rotates the heat exchanger surface or the heat exchanger housing with the heat exchanger surface between the two positions. The axis of rotation preferably runs transversely to the direction of movement of the solids through the heat exchanger. For example, the axis of rotation can be arranged approximately horizontally. Between the two positions of the heat exchanger surface, this can then be rotated, for example, by 180 degrees.
Zumindest ein Teil der Wärmetauscherfläche kann durch im Wärmetauschergehäuse angeordnete Füllkörper gebildet sein. Diese Füllkörper dienen dazu, die Größe der Wärmetauscherfläche zu erhöhen, so dass die für den Kontakt mit dem jeweiligen Feststoff bereitgestellte Wärmetauscherfläche für ein vorgegebenes Volumen groß ist. Dabei wird sichergestellt, dass ein ausreichender Durchgangsquerschnitt für das Durchleiten des jeweiligen Feststoffs verbleibt. Über die Gestaltung der Form und Größe der Füllkörper kann nicht nur die Wärmetauscherfläche vergrößert, sondern auch die Verweildauer des durchgeleiteten Feststoffes und damit die Kontaktzeit zwischen Feststoff und Wärmetauscherfläche variiert und wunschgemäß vorgegeben werden.At least part of the heat exchanger surface may be formed by arranged in the heat exchanger housing packing. These fillers serve to increase the size of the heat exchanger surface, so that the provided for the contact with the respective solid heat exchanger surface for a given volume is large. This ensures that a sufficient passage cross-section for the passage of the respective solid remains. On the design of the shape and size of the packing not only the heat exchanger surface can be increased, but also the residence time of the passed solid and thus the contact time between the solid and the heat exchanger surface varies and be set as desired.
Die Füllkörper können eine feste Struktur oder Matrix bilden und relativ zueinander unbeweglich verbunden sein. In diesem Fall kann auf ein Wärmetauschergehäuse verzichtet werden.The packing may form a solid structure or matrix and be immovably connected relative to each other. In this case, can be dispensed with a heat exchanger housing.
Vorteilhafterweise können die Füllkörper Abstandhaltemittel aufweisen, so dass der Abstand zwischen benachbarten Füllkörpern einen ausreichend großen Durchlassquerschnitt für das Durchleiten des jeweiligen Feststoffes gewährleistet. Als Abstandhaltemittel können dabei vom Füllkörper wegragende Vorsprünge, wie zum Beispiel Stifte, Stäbe, Scheiben, Scheibensegmente oder dergleichen dienen.Advantageously, the packing spacers have, so that the distance between adjacent packing ensures a sufficiently large passage cross-section for the passage of the respective solid. As a spacer means may be used by the filler projecting projections, such as pins, rods, discs, disc segments or the like.
Als Füllkörper können zum Beispiel Kugeln oder Polyeder verwendet werden. Diese können alternativ oder zusätzlich zu Abstandhaltemitteln ein oder mehrere Durchgangslöcher aufweisen, durch die der betreffende Feststoff hindurch geleitet werden kann.As filler, for example, balls or polyhedra can be used. These may alternatively or in addition to spacer means comprise one or more through holes through which the solid in question can be passed.
Als Füllkörper können auch gewellte oder mehrfach abgewinkelte Platten bzw. Bleche verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, quer zur Bewegungsrichtung des jeweiligen Feststoffs verlaufende Stäbe als Füllkörper einzusetzen.Wavy or multiply angled plates or sheets can also be used as the packing. Alternatively or additionally, it is also possible to use rods running transversely to the direction of movement of the respective solid as filling bodies.
Zweckmäßigerweise wird für das Einleiten des ersten und zweiten Feststoffes in den Wärmetauscher derselbe Feststoffeinlass und/oder derselbe Feststoffauslass verwendet. Die Wärmetauscherfläche ist dabei zwischen Feststoffeinlass- und Feststoffauslass angeordnet. Zwischen der Wärmetauscherfläche bzw. dem Wärmetauschergehäuse und dem Feststoffeinlass kann außerdem eine Feststoffverteileinrichtung vorgesehen sein, die dazu dient, den Feststoff in einer Fläche zu verteilen, die quer zur Bewegungsrichtung des Feststoffes entlang der Wärmetauscherfläche verläuft. Dadurch wird ein gleichmäßiger Kontakt der Wärmetauscherfläche mit dem Feststoff gewährleistet. Insbesondere verteilt die Feststoffverteileinrichtung den Feststoff in einer im Wesentlichen horizontalen Fläche. Als Feststoffverteileinrichtung kann beispielsweise eine Verteilerwanne dienen. Dieser Verteilerwanne kann fluidisiert sein, so dass sich eine insbesondere homogene Wirbelschicht bildet und den Feststoff gleichmäßig flächig verteilt, der dann über eine Vielzahl von Überlauföffnungen aus der Verteilerwanne heraus zur Wärmetauscherfläche rieseln kann.Conveniently, the same solid inlet and / or outlet is used to introduce the first and second solids into the heat exchanger. The heat exchanger surface is arranged between Feststoffeinlass- and solids outlet. Between the heat exchanger surface or the heat exchanger housing and the solids inlet may also be provided a Feststoffverteileinrichtung which serves to distribute the solid in a surface which extends transversely to the direction of movement of the solid along the heat exchanger surface. This ensures a uniform contact of the heat exchanger surface with the solid. In particular, the solids distribution device distributes the solid in a substantially horizontal area. As a solid distribution device, for example, serve a distribution tray. This distribution trough can be fluidized, so that forms a particularly homogeneous fluidized bed and the solid uniformly distributed, which can then trickle over a variety of overflow openings from the distribution tray out to the heat exchanger surface.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. In der Beschreibung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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Figur 1 ein Blockschaltbild einer einen Kalzinator und einen Karbonator aufweisenden Kraftwerkanlage, -
Figur 2 eine Draufsicht auf eine Wärmetauscheranordnung zwischen Kalzinator und Karbonator in schematischer Darstellung, -
Figur 3 die inFigur 2 dargestellte Wärmetauscheranordnung gemäß Schnittlinie B-B, -
Figur 4 ide inFigur 2 dargestellte Wärmetauscheranordnung gemäß Schnittlinie A-A, -
Figur 5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wärmetauscherfläche mit gewellten Platten, -
Figur 6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wärmetauscherfläche mit abgewinkelten Platten, -
Figur 7 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Wärmetauscherfläche mit quer zur Bewegungsrichtung der Feststoffe verlaufenden Stäben, -
Figur 8 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Wärmetauscherfläche mit einer gitterähnlichen Struktur, -
Figur 9 kugelförmige Füllkörper mit Abstandhaltemitteln in Form von Stiften zur Bildung einer Wärmetauscherfläche nach einem fünften Ausführungsbeispiel und -
Figur 10 kugelförmige Füllkörper mit Durchgangslöchern zur Bildung einer Wärmetauscherfläche nach einem sechsten Ausführungsbeispiel.
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FIG. 1 1 is a block diagram of a power plant comprising a calciner and a carbonator; -
FIG. 2 a top view of a heat exchanger assembly between calciner and carbonator in a schematic representation, -
FIG. 3 in theFIG. 2 illustrated heat exchanger assembly according to section line BB, -
FIG. 4 ide inFIG. 2 illustrated heat exchanger assembly according to section line AA, -
FIG. 5 A first embodiment of a heat exchanger surface with corrugated plates, -
FIG. 6 A second embodiment of a heat exchanger surface with angled plates, -
FIG. 7 A third embodiment of a heat exchanger surface with transverse to the direction of movement of the solids rods, -
FIG. 8 A fourth embodiment of a heat exchanger surface with a grid-like structure, -
FIG. 9 Spherical fillers with spacer means in the form of pins to form a heat exchanger surface according to a fifth embodiment and -
FIG. 10 Spherical packing with through-holes for forming a heat exchanger surface according to a sixth embodiment.
Über einen Feststoffabscheider 23 wird ein Feststoffstrom eines zweiten rieselfähigen Feststoffs F2, der das Kalziumkarbonat enthält beziehungsweise daraus besteht, aus dem Karbonator 22 einem Kalzinator 24 zugeführt. In einer Kalzinatorfeuerung 25 wird ein Gemisch aus Brennstoff B und einem Sauerstoffträger, z.B. reiner Sauerstoff oder Luft L zur Aufheizung des Kalzinators 24 verbrannt, um die Kalziniertemperatur von etwa 900 Grad Celsius zu erreichen. Im Kalzinator 24 wird das Kalziumkarbonat wieder aufgespaltet in Kalziumoxid (CaO) sowie Kohlendioxid (CO2). Das Kalziumoxid wird im ersten Feststoff F1 dem Karbonator 22 zugeführt.Via a
Das im Kalzinator 24 entstandene aufkonzentrierte CO2-Gas kann nach der Abkühlung und Reinigung verdichtet und beispielsweise unterirdisch eingespeichert werden. Zur Abkühlung kann ein Wärmeübertrager 26 dienen, so dass die im CO2 enthaltene Wärme in Nutzenergie umgewandelt werden kann. Ein Teil des CO2 aufweisenden Abgases kann vom Kalzinator 24 über eine Rückführleitung 27 dem Karbonator 22 zusammen mit dem CO2 aus dem Abgas der Feuerung 21 zugeleitet werden. In der Rückführleitung 27 kann ein weiterer Wärmeübertrager 28 vorhanden sein. Ferner kann vor der Zuleitung des Abgases zum Karbonator 22 eine Rauchgasentschwefelungseinheit 29 und ein Steuerventil 30 zur Steuerung der dem Karbonator 22 zugeführten Gasmenge vorhanden sein. Eine weitere Rauchgasentschwefelungseinheit 31 und ein weiteres Ventil 32 können in der Verbindungsleitung 33 zwischen Feuerung 21 und Karbonator 22 vorhanden sein. Optional können die Rauchgasentschwefelungseinheit 31 und das Steuerventil 32 auch für den durch die Rückführleitung 27 geleiteten Abgasstrom verwendet werden, wie dies gestrichelt in
Die im Karbonator 22 vom CO2 weitgehend befreiten Abgase werden über eine Abgasleitung 34 einem Kamin oder Kühlturm 35 zugeführt. In der Abgasleitung 34 kann ein weiterer Wärmeübertrager 36, ein weiteres Steuerventil 37 sowie ein Staubabscheider 38 angeordnet sein.The exhaust gases largely freed of CO 2 in the
Die Anordnung der Wärmeübertrager 26, 28, 36, der Rauchgasentschwefelungseinheiten 29, 31, der Steuerventile 30, 32, 37 sowie des Staubabscheiders 38 stellen eine bevorzugte Ausführung der Kraftwerkanlage 20 dar, können jedoch verändert werden. Beispielsweise kann die Reihenfolge der erwähnten Bauelemente in einer Leitung geändert werden. Es ist auch möglich, funktionsgleiche Baueinheiten zusammenzufassen, um den Aufbau der Anlage zu vereinfachen. Es ist ferner möglich, auch in der Verbindungsleitung 33 im Anschluss an die Feuerung 21 der Kraftwerkanlage 20 einen weiteren Staubabscheider 39 vorzusehen.The arrangement of the
Zwischen Karbonator 22 und Kalzinator 24 ist erfindungsgemäß zumindest ein regenerativer Wärmetauscher 45 vorgesehen. Der regenerative Wärmetauscher 45 dient zur zumindest teilweisen Übertragung der Wärme vom ersten rieselfähigen Feststoff F1, der dem Karbonator 22 aus dem Kalzinator 24 zugeführt wird, auf den zweiten rieselfähigen Feststoff F2, der dem Kalzinator 24 aus dem Karbonator 22 zugeführt wird. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Kalzinator 24 eine Wärmetauschereinheit 46 mit mehreren und beispielsgemäß drei parallel geschalteten regenerativen Wärmetauschern 45 auf. Die regenerativen Wärmetauscher 45 dienen dazu, den zweiten rieselfähigen Feststoff F2 vorzuwärmen, so dass in der Kalzinatorfeuerung 25 Brennstoff B sowie Sauerstoffträger (O2) eingespart werden kann. Die regenerativen Wärmetauscher 45 übertragen hierfür Wärme des heißen ersten rieselfähigen Feststoffs F1 auf den zweiten rieselfähigen Feststoff F2.Between carbonator 22 and
Eine schematische Darstellung der Wärmetauscheranordnung 46 mit der Einrichtung zur Zu- und Abfuhr der Feststoffe F1, F2 ist schematisch in den
Jedem regenerativen Wärmetauscher 45 der Wärmetauscheranordnung 46 ist ein Feststoffeinlass 47 zugeordnet. Jeder Feststoffeinlass 47 ist über jeweils ein erstes Einlassrohr 48 mit einer ersten Einlassventileinrichtung 49 verbunden. Die erste Einlassventileinrichtung 49 sitzt zwischen den ersten Einlassrohren 48 und einem Siphon 50 eines nicht näher dargestellten Feststoffabscheiders des Kalzinators 24. Im Siphon 50 wird der erste rieselfähige Feststoff F1 gesammelt.Each
Weiter ist jeder der Feststoffeinlässe 47 über ein zweites Einlassrohr 51 und eine zweite Einlassventileinrichtung 52 mit dem Feststoffabscheider 23 des Karbonators 22 verbunden, in dem sich der zweite rieselfähige Feststoff F2 befindet. Über die beiden Einlassventileinrichtungen 49, 52 kann jedem der regenerativen Wärmetauscher 45 unabhängig voneinander entweder der erste rieselfähige Feststoff F1 oder der zweite rieselfähige Feststoff F2 zugeführt werden.Furthermore, each of the
Die Zufuhr der Feststoffe F1, F2 erfolgt beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ausschließlich durch die Schwerkraft. Unterhalb jeder Einlassöffnung 47 ist in jedem Wärmetauscher 45 eine Verteilerwanne 55 angeordnet, die zur flächigen im Wesentlichen horizontalen Verteilung des jeweils zugeführten Feststoffes F1 bzw. F2 dient. Die Verteilerwanne 55 kann zur besseren Feststoffverteilung leicht fluidisiert werden und weist eine Vielzahl von entlang ihrer Fläche Überlauföffnungen 56 auf, wie dies schematisch in
In Vertikalrichtung gesehen unterhalb der Verteilerwanne 55 und vertikal unterhalb des jeweiligen Feststoffeinlasses 47 ist die Wärmetauscherfläche 57 des regenerativen Wärmetauschers 45 angeordnet. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich die Wärmetauscherfläche 57 innerhalb eines Wärmetauschergehäuses 58. Das Wärmetauschergehäuse 58 kann bei Ausführungsformen des Wärmetauschers 45 entfallen, bei denen die Wärmetauscherfläche 57 eine feste oder steife Struktur aufweist und ohne Gehäuse drehbar gelagert werden kann, beispielsweise bei Wärmetauscherflächen mit plattenförmigen Elementen (
Jedem regenerativen Wärmetauscher 45 oder jeder Wärmetauscheranordnung 46 ist eine Positioniereinrichtung 60 zugeordnet. Die Positioniereinrichtung 60 dient dazu, die Wärmetauscherfläche 57 zwischen einer Wärmeaufnahmestellung I und einer Wärmeabgabestellung II zu verlagern. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Wärmetauscherfläche 57 fest mit dem Wärmetauschergehäuse 58 verbunden, wobei die Positioniereinrichtung 60 das Wärmetauschergehäuse 58 zusammen mit der Wärmetauscherfläche 57 bewegt. Vorzugsweise sind hierfür die Wärmetauschergehäuse 58 um eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Drehachse 61 drehbar an einer jeweiligen Halterung 62 gelagert. Die Positioniereinrichtung 60 ist in diesem Fall als Dreheinrichtung 63 ausgestaltet. Die drei Wärmetauschergehäuse 58 können unabhängig voneinander zwischen ihren beiden Stellungen I, II bewegt werden.Each
Unterhalb der Wärmetauscherfläche 57 und beispielsgemäß vertikal unmittelbar unterhalb des Feststoffeinlasses 47 ist ein Feststoffauslass 64 vorhanden, dem eine Auslassventileinrichtung 65 zugeordnet ist. Über die Auslassventileinrichtung 65 wird der Feststoffauslass 64 des Wärmetauschers 45 entweder mit einer ersten Auslassleitung 66 zum Karbonator 22 oder mit einer zweiten Auslassleitung 67 zum Kalzinator 24 verbunden. Je nachdem, welcher Feststoff F1, F2 durch den Wärmetauscher 45 geführt wird, wird die Auslassventileinrichtung 65 eingestellt.Below the
Die Halterung 62 ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel in Form eines das Wärmetauschergehäuse 58 umgebenden Außengehäuses 70 ausgestaltet. Im Bereich des Wärmetauschergehäuses 58 ist im Inneren des Außengehäuses 70 ein Rotationsbereich 71 vorhanden, der die Drehung des Wärmetauschergehäuses 58 um die Drehachse 61 ermöglicht. Der Rotationsbereich 71 ist beispielsgemäß als zylinderförmiger Hohlraum ausgestaltet.The holder 62 is configured in the form of a
Beim Ausführungsbeispiel nach
Die Wärmetauscherfläche 57 jedes Wärmetauschers 58 weist eine erste Seite 72 und eine bezogen auf die Drehachse 61 diametral gegenüberliegende zweite Seite 73 auf. In der Wärmeaufnahmestellung I der Wärmetauscherfläche 57 ist ihre erste Seite 72 dem Feststoffeinlass 47 und ihre zweite Seite 73 dem Feststoffauslass 64 zugeordnet. Die erste Seite 72 befindet sich daher vertikal über der zweiten Seite 73. Zur Verlagerung der Wärmetauscherfläche 57 von der Wärmeaufnahmestellung 1 in die Wärmeabgabestellung 2 dreht die Dreheinrichtung 63 die betreffende Wärmetauscherfläche 57 um 180 Grad. Die beiden Seiten 72, 73 tauschen daher ihre Positionen. In der Wärmeabgabestellung II ist daher die zweite Seite 73 dem Feststoffeinlass 47 und die erste Seite 72 dem Feststoffauslass 64 zugeordnet.The
Der ersten Seite 72 der Wärmetauscherfläche 57 ist benachbart zu einer ersten Gehäuseöffnung 75 und die zweite Seite 73 benachbart zu einer zweiten Gehäuseöffnung 76 im Wärmetauschergehäuse 58 angeordnet. Durch die Gehäuseöffnungen 75, 76 kann der betreffende Feststoff F1, F2 je nach Stellung I, II des Wärmetauschergehäuses 58 zugeführt bzw. abgeführt werden. Die in den
Die Wärmetauscherfläche 57 kann verschieden ausgeführt sein. Einige Ausführungsbeispiele sind in den
Bei einem in
Bei einem weiteren, vierten Ausführungsbeispiel ist die Wärmetauscherfläche 57 von einer gitterähnlichen Struktur 85 gebildet. Auch hier sind quer zur Bewegungsrichtung R verlaufende Stäbe 82 vorhanden, die über in Bewegungsrichtung R verlaufende Haltestäbe 85 in ihrer Position fixiert werden.In a further, fourth exemplary embodiment, the
In den
Auch die in
In Abwandlung zu den hier beschriebenen Ausführungsvarianten der Wärmetauscherfläche 57 können auch Kombinationen der beschriebenen Füllkörper 81. Beispielsweise können auch zwischen die Platten 79, 80 kugelförmige Füllkörper 81 eingesetzt werden.In a modification to the embodiment variants of the
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 45 bzw. die aus drei regenerativen Wärmetauschern 45 bestehende Wärmetauscheranordnung 46 arbeitet wie folgt:
- In der Wärmeaufnahmestellung I der Wärmetauscherfläche 57 wird
dem regenerativen Wärmetauscher 45 der erste rieselfähige Feststoff F1 überdas erste Einlassrohr 48 zugeführt.Die Verteilerwanne 55 verteilt den ersten rieselfähigen Feststoff F1 horizontal gleichmäßig. Durch die Überlauföffnungen 56 inder Verteilerwanne 55 rieselt der erste rieselfähige Feststoff F1 durch die ersteGehäuseöffnung 75 indas Wärmetauschergehäuse 58. Er trifft dann auf dieWärmetauscherfläche 57 und bewegt sich entlang der Wärmetauscherfläche 57 bis zur zweiten Gehäuseöffnung 76. Dort tritt eraus dem Wärmetauschergehäuse 58 aus und wird überden Feststoffauslass 64 und dieAuslassventileinrichtung 65 der ersten Auslassleitung 66zum Karbonator 22 zugeführt. Nach ausreichender Erwärmung der Wärmetauscherfläche 57 stoppt die erste Einlassventileinrichtung 49 die Zufuhr des ersten rieselfähigen Feststoffs F1. Während der Erwärmung der Wärmetauscherfläche 57 befand sich deren ersten Seite 72 unterhalb des Feststoffeinlasses 47, während deren zweite Seite 73dem Feststoffauslass 64 zugeordnet war. Deswegen hat sich dieerste Seite 72 stärker erwärmt als diezweite Seite 73. DieTemperatur der Wärmetauscherfläche 57 nimmt von der erstenSeite 72 zur zweiten Seite 73 kontinuierlich ab.
- In the heat absorption position I of the
heat exchanger surface 57, the first free-flowing solid F1 is supplied to theregenerative heat exchanger 45 via thefirst inlet pipe 48. Thedistributor trough 55 distributes the first free-flowing solid F1 horizontally evenly. Through the overflow openings 56 in thedistributor pan 55, the first free-flowing solid F1 trickles through thefirst housing opening 75 It then impinges on theheat exchanger surface 57 and moves along theheat exchanger surface 57 to thesecond housing opening 76. There it exits theheat exchanger housing 58 and becomes thecarbonator 22 via thesolids outlet 64 and theoutlet valve device 65 of thefirst outlet line 66 fed. After sufficient heating of theheat exchanger surface 57, the first inlet valve device 49 stops the supply of the first free-flowing solid F1. During the heating of theheat exchanger surface 57, itsfirst side 72 was below thesolids inlet 47, while itssecond side 73 was associated with thesolids outlet 64. Therefore, thefirst side 72 has heated more than thesecond side 73. The temperature of theheat exchanger surface 57 decreases continuously from thefirst side 72 to thesecond side 73.
Über die Positioniereinrichtung 60 wird die Wärmetauscherfläche 57 in ihre Wärmeabgabestellung II verlagert, beispielsweise um die Drehachse 61 gedreht. Jetzt ist die weniger warme zweite Seite 73 dem Feststoffeinlass 47 und die stärker erwärmte erste Seite 72 dem Feststoffauslass 64 zugeordnet. Über die zweite Einlassventileinrichtung 52 wird jetzt der zweite rieselfähige Feststoff F2 dem regenerativen Wärmetauscher 45 zugeführt, wobei sich der zweite rieselfähige Feststoff F2 bei seiner Bewegung entlang der Wärmetauscherfläche 57 immer stärker erwärmt. Da auch die Temperatur der Wärmetauscherfläche 57 in der Wärmeabgabestellung II in Bewegungsrichtung R des zweiten rieselfähigen Feststoffs F2 von der zweiten Seite 73 zur ersten Seite 72 kontinuierlich zunimmt, kann eine in etwa gleich bleibende Temperaturdifferenz zwischen dem zweiten rieselfähigen Feststoff F2 und der Wärmetauscherfläche 57 über den gesamten Weg des zweiten rieselfähigen Feststoffes F2 entlang der Wärmetauscherfläche 57 erreicht werden. Der regenerative Wärmetauscher 45 arbeitet sozusagen nach dem "Gegenstromprinzip". Über die Auslassventileinrichtung 65 wird der zweite rieselfähige Feststoff F2 der zweiten Auslassleitung 67 zum Kalzinator 24 zugeführt.Via the positioning device 60, the
Da sich die Wärmetauscherfläche 57 in der Wärmeabgabestellung II zunehmend abkühlt, wird nach einer gewissen Zeit die Zufuhr des zweiten rieselfähigen Feststoffes F2 gestoppt und die Positioniereinrichtung 60 bringt die Wärmetauscherfläche wieder in ihre Wärmeaufnahmestellung I. Die wärmere erste Seite 72 der Wärmetauscherplatte ist jetzt wieder dem Feststoffeinlass zugeordnet. Der erste rieselfähige Feststoff F1 bewegt sich daher von der wärmeren ersten Seite zur weniger warmen zweiten Seite 73 der Wärmetauscherfläche 57. Daher ist während der gesamten Bewegung die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten rieselfähigen Feststoff F1 und der Wärmetauscherfläche 57 in etwa konstant.Since the
Der beschriebene Ablauf wird zyklisch fortgesetzt.The procedure described is continued cyclically.
Wie dies in den
Die Erfindung betrifft einen regenerativen Wärmetauscher 45 sowie ein Verfahren zur Übertragung von Wärme von einem ersten rieselfähigen Feststoff F1 auf einen zweiten rieselfähigen Feststoff F2. Der regenerative Wärmetauscher 45 weist eine Wärmetauscherfläche 57 auf. Die Wärmetauscherfläche 57 kann zwischen einer Wärmeaufnahmestellung I und einer Wärmeabgabestellung II durch eine Positioniereinrichtung 60 umgeschaltet werden. In der Wärmeaufnahmestellung I rieselt ein erster rieselfähiger Feststoff F1 entlang der Wärmetauscherfläche 57 von einer ersten Seite 72 zu einer zweiten Seite 73. Dabei erwärmt sich die Wärmetauscherfläche 57, wobei ihre Temperatur von der ersten Seite 72 zur zweiten Seite 73 kontinuierlich zunimmt. Nach dem Aufheizen der Wärmetauscherfläche 57 bewegt die Positioniereinrichtung 60 die Wärmetauscherfläche 57 in die Wärmeabgabestellung II, in der der zu erwärmende zweite rieselfähige Feststoff F2 entlang der Wärmetauscherfläche 57 geleitet wird. Der zweite rieselfähige Feststoff F2 bewegt sich dabei von der weniger warmen zweiten Seite 73 zur wärmeren ersten Seite 72 hin. Bevorzugt bewegen sich die Feststoffe F1, F2 ausschließlich durch die Schwerkraft entlang der Wärmetauscherfläche 47 im Wesentlichen in eine Bewegungsrichtung R vertikal nach unten. Während der gesamten Bewegung des jeweiligen rieselfähigen Feststoffs F1, F2 entlang der Wärmetauscherfläche 57 ist die Temperaturdifferenz zwischen dem rieselfähigen Feststoff F1, F2 und der Wärmetauscherfläche 57 in etwa konstant, wodurch sich eine kontinuierliche Wärmeübertragung zwischen Wärmetauscherfläche 57 und dem betreffenden Feststoff F1, F2 ergibt.The invention relates to a
Bei einer bevorzugten Wärmetauscheranordnung 46 sind drei regenerative Wärmetauscher 45 vorgesehen, wobei sich jeder Wärmetaucher 45 in einem anderen Zustand befindet: Der eine Wärmetauscher 45 nimmt die Wärmeaufnahmestellung I, der andere Wärmetauscher 45 die Wärmeabgabestellung II und der dritte Wärmetauscher 45 einen Umschaltzustand zwischen der Wärmeaufnahmestellung I und der Wärmeabgabestellung II ein.In a preferred
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- Zweite EinlassventileinrichtungSecond inlet valve device
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- WärmetauscherflächeHeat exchanger surface
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- Wärmetauschergehäuseheat exchanger housing
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- Auslassventileinrichtungoutlet valve
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- Erste AuslassleitungFirst outlet line
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- Zweite AuslassleitungSecond outlet pipe
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- Außengehäuseouter casing
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- Rotationsbereichrotation range
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- Erste SeiteFirst page
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- Erste GehäuseöffnungFirst housing opening
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- Zweite GehäuseöffnungSecond housing opening
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- Gewellte PlatteCorrugated plate
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- Gewinkelte PlatteAngled plate
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- Füllkörperpacking
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- StabRod
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- AbstandhaltemittelSpacer means
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- Scheibedisc
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- Haltestabretaining bar
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- Stiftpen
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- DurchgangslochThrough Hole
- II
- WärmeaufnahmestellungHeat receiving position
- IIII
- WärmeabgabestellungHeat position
- BB
- Brennstofffuel
- F1F1
- Erster rieselfähiger FeststoffFirst free-flowing solid
- F2F2
- Zweiter rieselfähiger FeststoffSecond free-flowing solid
- LL
- Luftair
- RR
- Bewegungsrichtungmovement direction
- O2 O 2
- Sauerstoffoxygen
- CO2 CO 2
- Kohlendioxidcarbon dioxide
Claims (13)
mit einer Wärmetauscherfläche (57),
mit einer Positioniereinrichtung (60) mittels der die Stellung der Wärmetauscherfläche (57) zwischen einer Wärmeaufnahmestellung (I) und einer Wärmeabgabestellung (II) veränderbar ist,
wobei sich der erste rieselfähige Feststoff (F1) in der Wärmeaufnahmestellung (I) der Wärmetauscherfläche (57) in einer Bewegungsrichtung (R) entlang der Wärmetauscherfläche (57) von einer ersten Seite (72) zu einer zweiten Seite (73) der Wärmetauscherfläche (57) bewegt,
und wobei sich der zweite rieselfähige Feststoff (F2) in der Wärmeabgabestellung (II) der Wärmetauscherfläche (57) im Wesentlichen von der zweiten Seite (73) zur ersten Seite (72) der Wärmetauscherfläche (57) entlang der Wärmetauscherfläche (57) bewegt.Regenerative heat exchanger for transferring heat from a first free-flowing solid (F1) to a second free-flowing solid (F2),
with a heat exchanger surface (57),
with a positioning device (60) by means of which the position of the heat exchanger surface (57) between a heat absorption position (I) and a heat release position (II) is variable,
wherein the first free-flowing solid (F1) in the heat absorption position (I) of the heat exchanger surface (57) in a direction of movement (R) along the heat exchanger surface (57) from a first side (72) to a second side (73) of the heat exchanger surface (57 ) emotional,
and wherein the second free-flowing solid (F2) moves in the heat release position (II) of the heat exchanger surface (57) substantially from the second side (73) to the first side (72) of the heat exchanger surface (57) along the heat exchanger surface (57).
dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauschergehäuse (58) mit einer ersten Gehäuseöffnung (75) und einer zweiten Gehäuseöffnung (76) vorhanden ist, in dem die Wärmetauscherfläche (57) vorgesehen ist.Regenerative heat exchanger according to claim 1,
characterized in that a heat exchanger housing (58) having a first housing opening (75) and a second housing opening (76) is provided, in which the heat exchanger surface (57) is provided.
dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (30) zum Verlagern der Wärmetauscherfläche (57) zwischen der Wärmeaufnahmestellung (I) und der Wärmeabgabestellung (II) das Wärmetauschergehäuse (58) zusammen mit der darin angeordneten Wärmetauscherfläche (57) verlagert.Regenerative heat exchanger according to claim 2,
characterized in that the positioning device (30) for displacing the heat exchanger surface (57) between the heat receiving position (I) and the heat release position (II) displaces the heat exchanger housing (58) together with the heat exchanger surface (57) disposed therein.
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseöffnungen (75, 76) bei der Verlagerung der Wärmetauscherfläche (57) zwischen seinen beiden Stellungen (I, II) ihre Positionen tauschen.Regenerative heat exchanger according to claim 3,
characterized in that the two housing openings (75, 76) in the displacement of the heat exchanger surface (57) between its two positions (I, II) exchange their positions.
dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (60) als Dreheinrichtung (63) ausgeführt ist, die die Wärmetauscherfläche (57) um eine Drehachse (61) dreht, die quer zu der Bewegungsrichtung (R) der Feststoffe (F1, F2) entlang der Wärmetauscherfläche (57) verläuft.Regenerative heat exchanger according to claim 1,
characterized in that the positioning device (60) is designed as a rotating device (63) which rotates the heat exchanger surface (57) about an axis of rotation (61) transverse to the direction of movement (R) of the solids (F1, F2) along the heat exchanger surface ( 57) runs.
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wärmetauschfläche (57) durch im Wärmetauschergehäuse (58) angeordnete Füllkörper (81) gebildet wird.Regenerative heat exchanger according to claim 2,
characterized in that at least a part of the heat exchange surface (57) by in the heat exchanger housing (58) arranged filling body (81) is formed.
dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper (81) Abstandhaltemittel (83) zur Beibehaltung eines Mindestabstands zu den jeweils benachbarten Füllkörpern (81) aufweistRegenerative heat exchanger according to claim 6,
characterized in that the filler body (81) spacer means (83) for maintaining a minimum distance to the respective adjacent packing (81)
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Füllkörper (81) zumindest ein Durchgangsloch (87) aufweist.Regenerative heat exchanger according to claim 6,
characterized in that each filler (81) has at least one through hole (87).
dadurch gekennzeichnet, dass als Füllkörper (81) gewellte oder gewinkelte Platten (79, 80) verwendet werden.Regenerative heat exchanger according to claim 6,
characterized in that as filling body (81) corrugated or angled plates (79, 80) are used.
dadurch gekennzeichnet, dass als Füllkörper (81) quer zur Bewegungsrichtung (R) der Feststoffe (F1, F2) angeordnete Stäbe (82) verwendet werden.Regenerative heat exchanger according to claim 6,
characterized in that rods (82) arranged transversely to the direction of movement (R) of the solids (F1, F2) are used as the filling body (81).
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Feststoffeinlass (47) und der Wärmetauscherfläche (57) eine Feststoffverteileinrichtung (55) vorgesehen ist, mittels der der jeweils zugeführte Feststoff (F1, F2) quer zu seiner Bewegungsrichtung (R) gleichmäßig flächig verteilt wird.Regenerative heat exchanger according to claim 1,
characterized in that between the solids inlet (47) and the heat exchanger surface (57) is provided a Feststoffverteileinrichtung (55), by means of which the respectively supplied solid (F1, F2) is distributed evenly across its transverse direction of movement (R).
bei dem der erste rieselfähige Feststoff (F1) in einer Wärmeaufnahmestellung (I) der Wärmetauscherfläche (57) in eine Bewegungsrichtung (R) entlang der Wärmetauscherfläche (57) von einer ersten Seite (72) zu einer zweiten Seite (73) der Wärmetauscherfläche (57) geleitet wird,
bei dem die Wärmetauscherfläche (57) nach ihrem Aufheizen in eine Wärmeabgabestellung (II) verlagert wird, in der der zweite rieselfähige Feststoff (F2) entlang der Wärmetauscherfläche (57) von der zweiten Seite (73) zur ersten Seite (72) der Wärmetauscherfläche (57) geleitet wird.Method for transferring heat from a first free-flowing solid (F1) to a second free-flowing solid (F2) by means of a regenerative heat exchanger (45) having a heat exchanger surface (57),
in which the first free-flowing solid (F1) in a heat absorption position (I) of the heat exchanger surface (57) in a direction of movement (R) along the heat exchanger surface (57) from a first side (72) to a second side (73) of the heat exchanger surface (57 ),
wherein the heat exchanger surface (57) is displaced after its heating in a heat release position (II), in which the second free-flowing solid (F2) along the heat exchanger surface (57) from the second side (73) first side (72) of the heat exchanger surface (57) is passed.
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