14.X.1963 dla zastrz. 1—7 ll.VIU964 dla zastrz. 8—11 Szwajcaria Opublikowano: 20.X.1967 Twórca wynalazku i Walter Isler, Aarau (Szwajcaria) wlasciciel patentu: 54153 KI. 31 a3, 17/00 MKP F 27 d Sposób wymiany ciepla miedzy drobnoziarnistym materialem a strumieniem gazu oraz wymiennik ciepla do stosowania tego sposobu Wynalazek dotyczy sposobu wymiany ciepla miedzy drobnoziarnistym materialem i strumie¬ niem gazu, zwlaszcza gazów odlotowych pieca przeznaczonego do podgrzewania, prazenia i wy¬ palania surowej maczki cementowej.Znane jest przy wytwarzaniu klinkieru cemen¬ towego stosowanie pieców obrotowych, za którymi sa wlaczone podgrzewajace stopnie cyklonowe. Na stopniach cyklonowych, których najczesciej stosuje sie cztery, material drobnoziarnisty, na przyklad maczka surowa, jest podgrzewany za pomoca pie¬ cowych gazów odlotowych, az do temperatury okolo 850°C z czesciowym prazeniem, przy czym gazy odlotowe pieca ochladzaja sie do okolo 350°C.Gazy odlotowe unosza przy tym stosunkowo duza ilosc ciepla o ile nie sa wyzyskane do in¬ nych celów, na przyklad do suszenia maczki su¬ rowej. Takie polaczenie dwóch róznych procesów powoduje znaczne komplikacje w zakladzie wy¬ twórczym. Zaklócenie jednego procesu powoduje nieuchronnie zaklócenia w drugim procesie, któ¬ ry niekiedy moze byc podjety ponownie dopiero po kilku godzinach z odpowiednia strata. Ponad¬ to mlyn surowej maczki z reguly nie pozostaje w ruchu przez 24 godziny jak piec i z tego wzgledu codziennie zmieniaja sie przynajmniej dwukrot¬ nie stany gazów odlotowych dla filtru. Sprzeze¬ nie wspomnianych dwóch procesów jest nieko- 10 15 20 25 oe rzystne dla automatyzacji lub w ogóle ja unie¬ mozliwia.Polepszenie przenoszenia ciepla i tym samym dalsze ochlodzenie gazów odlotowych pieca moz¬ na byloby w systemie polaczonych szeregowo stopni cyklonowych osiagnac tylko przez znaczne zwiekszenie liczby stopni. Takie powiekszenie za¬ kladu byloby jednak nieekonomiczne zarówno ze wzgledów konstrukcyjnych jak i ze wzgledu na zuzycie energii.Sposób wedlug niniejszego wynalazku polega na wytwarzaniu strumienia gazu opadajacego ruchem wirowym oraz na dodawaniu do gazu w poblizu jadra wiru materialu drobnoziarnistego, podlega¬ jacego wymianie ciepla z gazem, wskutek czego podczas ruchu obrotowego material ten wraz z gazem podaza na zewnatrz w kierunku przeciw¬ nym do kierunku skladowej promieniowej pred¬ kosci gazu, wymieniajac cieplo z gazem, po czym moze byc znowu zebrany.Zastosowanie tego srodka powoduje to, ze na przyklad material drobnoziarnisty, który ma byc podgrzany w goracym strumieniu gazu, jest wpro¬ wadzany do niego w najzimniejszym miejscu stru¬ mienia i stopniowo przenosi sie do cieplejszej cze¬ sci gazu, zbierajac sie ostatecznie w najgoretszym miejscu strumienia. W przeciwienstwie do zna¬ nych sposobów wg których stosuje sie polaczone szeregowo stopnie cyklonowe, w których przeno¬ szenie ciepla odbywa sie zawsze w zgodnym pra- 5415354153 3 dzie, sposób wedlug wynalazku urzeczywistnia wylacznie wymiane ciepla w przeciwpradzie. W ten sposób nie tylko polepsza sie przenoszenie cie¬ pla lecz równiez staje sie zbyteczne ponowne wy¬ dzielanie podgrzewanego materialu ze strumie- 5 nia gazu. Wynika z tego oszczednosc tak pod wzgledem konstrukcyjnym jak i dzieki mniejsze¬ mu zuzyciu energii.Wynalazek dotyczy poza tym wymiennika ciepla do stosowania tego sposobu. Wymiennik wedlug 10 wynalazku ma zbiornik o ksztalcie w przyblizeniu kolowo-cylindrycznym, a na zbiorniku znajduje sie przynajmniej jeden kanal wlotowy, prowadza¬ cy do obwodu zewnetrznego dla wprowadzania ^ gazu ruchem obrotowym oraz srodkowy kanal wy- 15 lotowy dla gazuja wewnatrz zbiornika w poblizu kanalu wylotowego znajduje sie urzadzenie po¬ dawcze materialu! drobnoziarnistego doprowadza¬ nego do wymianly ciepla z gazem, przy czym zbiornik posiada z zewnatrz przynajmniej jeden 20 otwór wyjsciowy dla materialu wychodzacego na zewnatrz.Na rysunku uwidoczniono przyklady konstruk¬ cji wymiennika ciepla wedlug wynalazku, w uje¬ ciu schematycznym, ulatwiajace wyjasnienie isto- 25 ty sposobu wedlug wynalazku, przy czym fig. 1 przedstawia przekrój pioncwy wymiennika wedlug jednego z przykladów wykonania, wzdluz linii I—I na fig. 2, fig. 2 — ten sam przyklad w wi¬ doku z góry, fig. 3 — widok' z boku odmiany wy- 30 konania, fig. 4 — te sama odmiane w widoku z góry, fig. 5 — przekrój pionowy wzdluz linii V—V na fig. 6 innej odmiany i fig. 6 — przekrój poziomy wzdluz linii VI—VI na fig. 5.Wymiennik ciepla przedstawiony na fig. 1 i 2 3g do podgrzewania, prazenia i wypalania maczki cementowej za pomoca gazów odlotowych obroto¬ wego pieca 1, posiada okragly zbiornik cylindrycz¬ ny 2. Zbiornik ten ma na obwodzie przylaczony stycznie kanal wlotowy 3, do którego sa dopro- 40 wadzane przewodem 4 gazy odlotowe pieca obro¬ towego 1, a posrodku ma kanal odlotowy 5 dla gazu. Kanal wlotowy 3 jest tak wykonany, ze gaz wprowadzany do zbiornika 2 otrzymuje ruch obrotowy dokola osi zbiornika. Z kanalu odloto¬ wego 5 gaz jest odsysany za pomoca dmuchawy 6.Wewnatrz zbiornika 2 w poblizu kanalu odloto¬ wego 5 znajduje sie urzadzenie podawcze 7, dla maczki cementowej, to znaczy dla materialu drobnoziarnistego, podlegajacego wymianie ciepla 50 z gazem, przy czym maczka cementowa jest do¬ prowadzana przewodem 8. Zbiornik 2 ma na ob¬ wodzie otwór wyjsciowy 9 do usuwania materia¬ lu drobnoziarnistego wychodzacego na zewnatrz, ix do tego otworu 9 przylega stycznie kanal zbiór- w czy 10. Kanal zbiorczy 10 jest zaopatrzony w cy¬ klon 11, którego otwór wylotowy jest polaczony przewodem 12 z miejscem 13 zbiornika 2, polozo¬ nym dalej do wewnatrz anizeli obwód zewnetrzny.W opisanym urzadzeniu strumien gazu wcho- 60 dzacy przez kanal doplywowy 3 do zbiornika 2 opada ruchem wirowym, przy czym jadro wiru jest polozone na osi zbiornika. Material drobno¬ ziarnisty jest wprowadzany do gazu za pomoca urzadzenia podawczego 7 w poblizu jadra wiru. 65 Material zostaje pochwycony przez gaz, tak iz wraz z nim wykonuje ruch obrotowy dokola osi zbiornika. Urzadzenie podawcze 7 jest ponadto tak zaprojektowane, ze material drobnoziarnisty tuz przed swoim wyjsciem uzyskuje styczna skladowa predkosci w kierunku ruchu obrotowego gazu.Material drobnoziarnisty podczas ruchu obroto¬ wego wraz z gazem jest jednak odrzucany na zewnatrz sila odsrodkowa, poniewaz ma wyzszy ciezar wlasciwy. W ten sposób material porusza sie w kierunku przeciwnym do kierunku sklado¬ wej promieniowej predkosci gazu, skierowanej do wewnatrz. Jednoczesnie material drobnoziarnisty wymienia cieplo z gazem, a mianowicie jest pod¬ grzewany gazem w przeciwpradzie. W ten sposób sa zapewnione korzystne warunki przekazywania ciepla.W celu przedluzenia czasu przebywania mate¬ rialu drobnoziarnistego w wymienniku ciepla, w omówionym przykladzie konstrukcji w obszarze strumienia zbiornika 2 znajduja sie segmenty kie¬ rujace 14, przebiegajace w przyblizeniu wspólsrod- kowo wzgledem osi zbiornika. Segmenty te chwy¬ taja czesc materialu drobnoziarnistego, przesuwa¬ jacego sie od srodka na zewnatrz. Nastepnie ma¬ terial zostaje pochwycony przez strumien gazu wzdluz segmentu kierujacego 14, a przy koncu segmentu 14 przesuwa sie do czesci strumienia gazu polozonej dalej od srodka na zewnatrz.Wreszcie material drobnoziarnisty, dochodzacy az do obwodu zewnetrznego zbiornika 2 zostaje pochwycony przez czesc gazu wprowadzonego do zbiornika 2, przez kanal zbiorczy zaopatrzony w cyklon 11. Material drobnoziarnisty zostaje wy¬ tracony w cyklonie 11 i odprowadzony przewo¬ dem 15 z klapa zamykajaca 16 do pieca obroto¬ wego 1, natomiast czesc gazu plynaca przez ka¬ nal zbiorczy 10 jest doprowadzana przewodem 12 do miejsca 13 w zbiorniku 2, gdzie podczas pracy cisnienie jest nizsze niz w kanale zbiorczym 10.Fig. 3 i 4 przedstawiaja wymiennik ciepla prze¬ znaczony do podgrzewania materialu drobnoziar¬ nistego, przy czym po podgrzaniu zawartosc ciepla w ogrzanym materiale zostaje ponownie wyzy¬ skana.Wymiennik ciepla ma dwa zbiorniki 2' i 2", które pod wzgledem konstrukcyjnym sa w zasa¬ dzie podobne do zbiornika 2 wedlug fig. 1 i 2.Kazdy z tych zbiorników ma kanal wlotowy 3' lub 3" wchodzacy stycznie na obwodzie zewnetrz¬ nym oraz srodkowy kanal wylotowy 5' lub 5" dla gazu. Wewnatrz kazdego zbiornika w poblizu ka¬ nalu wylotowego 5' lub 5" znajduje sie urzadzenie podawcze 7' lub 7" dla materialu drobnoziarni¬ stego, a kazdy zbiornik ma na obwodzie zew¬ netrznym otwór wyjsciowy 9' lub 9" dla materia¬ lu drobnoziarnistego przesuwajacego sie na zew¬ natrz. 'z komory wypalania 17 spaliny sa wprowa¬ dzone przez kanal wlotowy 3' do zbiornika 2'.W zbiorniku 2', pdobnie jak w zbiorniku 2 wedlug fig. 1, strumien gazu opuszcza sie ruchem wiro¬ wym. Obrabiany material drobnoziarnisty jest wprowadzany przewodem 8' do urzadzenia podaw¬ czego 7'. Material ten wymieniajac cieplo podaza54159 6 na zewnatrz i wchodzi wraz z czescia gazu przez otwór wyjsciowy 9' do kanalu 10' z cyklonem 11'.W cyklonie material wytraca sie z gazu i prze¬ chodzi przez przewód 15' z klapa zamykajaca 16' do urzadzenia podawczego 7" zbiornika 2". Gaz wychodzi z cyklonu 11' przewodem 12' i jest wpro¬ wadzany ponownie do zbiornika 2' w miejscu 13', Do zbiornika 2i" doprowadza sie z atmosfery przewodem 3" zimne powietrze. Strumien po¬ wietrza w zbiorniku 2" równiez opuszcza sie ru¬ chem wirowym. Goracy material drobnoziarnisty wprowadzony przez urzadzenie podawcze 7" prze¬ chodzi na zewnatrz ulegajac chlodzeniu i wycho¬ dzi przez otwór wyjsciowy 9" wraz z czescia po¬ wietrza do przewodu zbiorczego 10" z cyklo¬ nem 11". Wytracony material drobnoziarnisty jest usuwany przewodem 15" z klapa 16", natomiast powietrze^Jest odprowadzane z powrotem przewo¬ dem 12" do miejsca 13" zbiornika 2".Gazy odlotowe wychodzace do srodkowego ka¬ nalu odlotowego 5' zbiornika 2' sa odciagane za pomoca dmuchawy 6' i odprowadzane na zew¬ natrz. Powietrze podgrzane w zbiorniku 2" przez material podlegajacy chlodzeniu jest natomiast tloczone z centralnego przewodu odlotowego 5" za pomoca dmuchawy 6" jako powietrze spalania do komory spalania 17.Za pomoca urzadzenia do wymiany ciepla we¬ dlug fig. 3 i 4 zamiast gazów odlotowych pieca wedlug fig. 1 i 2 stosuje sie specjalne zródlo cie¬ pla do wytwarzania goracych gazów. Wymiennik ciepla nadaje sie na przyklad do wypalania wapna hydraulicznego, które musi byc zmielone przed wypalaniem. Dzieki temu, ze po wymianie ciepl¬ nej w zbiorniku 2" cieplo zawarte w materiale jest wyzyskane do podgrzewania powietrza spa¬ lania, osiaga sie ekonomiczne warunki pracy za¬ kladu.Wymiennik ciepla przedstawiony na fig. 3 i 4 moze byc równiez stosowany do ochladzania ma¬ terialu drobnoziarnistego, przy czym zamiast ko¬ mory spalania 17 nalezaloby zastosowac chlodnice.Wymiennik ciepla wedlug fig. 5 i 6 jest prze¬ znaczony do ogrzewania materialu drobnoziarni¬ stego gazami odlotowymi pieca 21. Wymiennik ma okragly zbiornik cylindryczny 22, zaopatrzony z zewnatrz w kanal pierscieniowy 22', przebiegaja¬ cy w dól. Do kanalu pierscieniowego 22' wchodzi stycznie kanal wlotowy 23, do którego sa wpro¬ wadzane gazy odlotowe pieca jako gaz grzejny przez przewód 24 z pieca 21. Zbiornik 22 ma poza tym srodkowy kanal odlotowy 25 na gaz. Kanal wlotowy 23 jest tak zaprojektowany, ze wprowa¬ dza gaz do zbiornika 22 przez kanal pierscienio¬ wy 22' dzieki czemu gaz nabiera ruchu obrotowe¬ go dokola osi zbiornika. Z kanalu wylotowego 25 gaz jest odciagany przez wywietrznik nie przed¬ stawiony na rysunku.Wewnatrz zbiornika 22 w poblizu kanalu wy¬ lotowego 25 znajduje sie urzadzenie podawcze, siegajace do komory pierscieniowej 26 i przezna¬ czone na material drobnoziarnisty podgrzewany goracym gazem, przy czym urzadzenie to sklada sie z dyszy pierscieniowej 27, prowadzacej wspól¬ osiowo z góry do zbiornika 22. Material jest wdmuchiwany przewodem 2$ do komory pier¬ scieniowej 26.Kanal pierscieniowy 22' jest otwarty z dolu tworzac otwór wyjsciowy dla materialu drobno- 5 ziarnistego, wyrzucanego sila odsrodkowa do zbiornika 22 dzieki ruchowi obrotowemu gazu w kierunku przeciwnym do skierowanego od srodka do wewnatrz strumienia gazu, a wiec w kierunku od srodka na zewnatrz. Material spa- 10 dajacy w dól zbiera sie w przylaczonym do otwo¬ ru wyjsciowego leju 29 z klapa zamykajaca 30.Gaz bedacy w ruchu obrotowym dokola osi zbiornika 22, wchodzacy z kanalu wlotowego 23 do kanalu pierscieniowego 22', przeplywa nim w 15 góre w kierunku przeciwnym do spadajacego w dól ogrzanego materialu drobnoziarnistego, a na¬ stepnie w zbiorniku 22 przechodzi z zachowaniem ruchu obrotowego w kierunku do wewnatrz, do srodkowego kanalu wylotowego 25. Pomiedzy 20 urzadzeniem podawczym 27 materialu drobnoziar¬ nistego i kanalem wylotowym 25 dla gazu, jest umieszczone wspólsrodkowo kolo lopatkowe 31, które za pomoca sprzegla 32 jest polaczone z sil¬ nikiem napedowym nie pokazanym na rysunku. 25 Kolo lopatkowe 31 podczas pracy jest obracane w tym samym kierunku w jakim obraca sie do¬ kola osi zbiornika gaz doplywajacy z kanalu wlo¬ towego 23. W ten sposób utrzymuje sie na calej wysokosci zbiornika równomierny ruch obrotowy 30 gazu, bez obawy, ze material wchodzacy z urza¬ dzenia podawczego 27 do zbiornika 22 móglby sie zbierac w obszarze wejsciowym albo przedosta¬ wac do kanalu odlotowego 25.W kierunku promieniowym na zewnatrz urza¬ dzenia podawczego 27 w zbiorniku 22 sa umiesz¬ czone na dwóch wspólsrodkowych kolach poje¬ dyncze segmenty kierujace 33 lub 34 pozostawia¬ jace za soba otwory i pokrywajace sie wzajemnie.Strumien gazu plynie w kierunku strzalek ozna- 40 czonych linia ciagla, a strumien materialu drob¬ noziarnistego, w kierunku strzalek oznaczonych linia przerywana. Szczeliny 35 i 36, utworzone w miejscach pokrywania sie, sluza do przepuszcza¬ nia gazu doplywajacego do wewnatrz albo mate- 45 rialu odrzucanego na zewnatrz.Dwa lub kilka wymienników opisanego rodzaju moga byc zastosowane równiez dla stopniowanego przenoszenia ciepla i gazu na material drobno¬ ziarnisty lub odwrotnie, w ukladzie szeregowym. 50 Urzadzenia moga byc przy tym umieszczone jed¬ no nad drugim, przy czym lej 29 moze byc tak uksztaltowany, ze wprowadza pochwycony ma¬ terial drobnoziarnisty do komory pierscieniowej 26 urzadzenia polozonego nizej. 35 55 PL