WO2009155974A1 - Device for separating a solid material and a gas and plant for producing cement - Google Patents

Device for separating a solid material and a gas and plant for producing cement Download PDF

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WO2009155974A1
WO2009155974A1 PCT/EP2008/058102 EP2008058102W WO2009155974A1 WO 2009155974 A1 WO2009155974 A1 WO 2009155974A1 EP 2008058102 W EP2008058102 W EP 2008058102W WO 2009155974 A1 WO2009155974 A1 WO 2009155974A1
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helical
gas
spiral
solid
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PCT/EP2008/058102
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German (de)
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Verena Georg
Detlev Kupper
Luis Lagar Garcia
Andreas Hoppe
Heinz-Werner Thiemeyer
Daniel Klegraf
Thomas Deck
Stefani Richter
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Polysius Ag
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
    • F27B7/2016Arrangements of preheating devices for the charge
    • F27B7/2025Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones
    • F27B7/2033Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones with means for precalcining the raw material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D45/00Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/16Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00Hydraulic cements
    • C04B7/36Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/43Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling

Definitions

  • the invention relates to a device for separating a solid and a gas and a plant for cement production.
  • Cyclone edge deposited particles come into the gas inlet flow of the cyclone.
  • DE 103 09 575 A1 discloses a cyclotron for separating particles from a gas-particle mixture, in which a 90 ° curved intake duct opens into a cyclotron separator, wherein a dividing wall is provided in the intake duct after the bend in order to provide a
  • the invention is therefore based on the object to improve the separation efficiency of the device for separating a solid and a gas.
  • the device according to the invention for the separation of a solid and a gas consists according to a first embodiment substantially of a helical and / or spiral-like line, in which by centrifugal forces a
  • Gas-solid suspension are separated into a stream of solids and a gas stream, one of the end of the helical and / or spiral-like line in communication solid line for discharging the flow of solids and a gas conduit communicating with the end of the helical and / or spiral conduit for draining the gas flow.
  • the device for separating a solid and a gas consists essentially of a helical and / or spiral line in which a gas-solid suspension is separated by centrifugal forces into a solids flow and a gas flow, one with the end the helical and / or spiral-like line in communication solid line for discharging the solids flow and a communicating with the end of the helical and / or spiral-like line gas line for discharging the gas flow.
  • the helical and / or spiral line has a cross-sectional shape which forms a channel or channel-like delimitation to the other stream for at least one of the two streams, wherein the channel or channel-like boundary gradually builds up in the flow direction of the gas-solid suspension ,
  • a line is understood, which is at least partially helical and / or helical.
  • the rotation of the helical and / or spiral-like line can in particular only extend over a smaller angular range, for example 90 °.
  • the mechanical installations or the channel or channel-like delimitation in the flow direction can build up so far that at the end of the helical and / or spiral line two completely separate channels for the
  • Solid stream and the gas stream are present.
  • a deposition chamber communicating with the end of the helical and / or spiral-type conduit is provided, to which the solids conduit for discharging the solids flow and the
  • Gas line are connected to divert the gas flow. Furthermore, a riser can be provided, which is followed by the helical and / or spiral line.
  • the riser is in particular formed as an ascending line and the helical and / or spiral-like line as a descending line, wherein a deflection head is provided between the lines.
  • the mechanical installations or the channel or channel-like delimitation extend through the cross-sectional shape over at least 50%, preferably over at least 75% of the length of the helical and / or spiral line.
  • each stage has a riser, a subsequent helical and / or spiral-like line and a solid line connected to the end of the helical and / or spiral line and a gas line, wherein the gas line of a stage in the riser of the next higher Stage passes and the solid line of a stage in the riser of the next lower level opens.
  • Solid and a gas can be used in particular as a preheater and / or calciner in a plant for cement production.
  • FIG. 2 is a rotated by 90 ° side view of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a plan view of the stage of FIG. 1, 4 to 6 cross sections in an upper, middle and a lower portion of the helical or spiral line for illustrating various embodiments of mechanical installations,
  • 11 to 14 further examples of cross-sectional shapes of the helical or spiral line
  • FIG. 15 is a schematic representation of an exemplary embodiment with guide ribs for discharging the solids flow
  • Fig. 20 is a side view of the device with three superposed stages and
  • FIG. 21 is a plan view of the device according to FIG. 20.
  • Fig. 22 is a three-dimensional representation of a plant for cement production.
  • Solid and a gas is, for example, a device for preheating, cooling and / or calcination of fine-grained material in the
  • Cement production It essentially consists of a helical and / or spiral-like line 1, in which by centrifugal forces a gas-solid suspension in a stream of solids 2 and a gas stream 3 is separated, connected to the end of the helical and / or spiral line 1 in communication solid line 4 for discharging the solids flow and a with the end of the helical and / or spiral-like line in communication gas line 5 to
  • a riser 6 and a arranged between the riser 6 and the helical and / or spiral-type conduit 1 deflection head 7 is provided.
  • the end of the helical and / or spiral line 1 opens into a
  • the deposition chamber 8 has, in the connection region to the helical and / or spiral line 1, a cylindrical section which merges into the gas line 5.
  • the gas line 5 can also protrude in the manner of a dip tube in the deposition chamber 8.
  • the lower part of the deposition chamber 8 tapers in a funnel shape and merges into the solid line 4.
  • the helical and / or spiral-like line 1 preferably opens into the deposition chamber 8 at a pitch angle ⁇ with respect to the horizontal of at least 30 °, preferably between 30 ° and 60 °.
  • the gas 3 is discharged at the inner wall of the cylindrical part of the deposition chamber 8 with a twist up into the gas line 5.
  • the obliquely downwardly directed flow into the separation chamber 8 also prevents a superposition of the inlet gas flow with the swirl flow formed in the separation chamber in the region of the mouth of the helical and / or spiral line 1.
  • mechanical installations 9 are provided for the spatial delimitation of the two streams in the helical and / or spiral line, which are in the flow direction of the gas Gradually build up the solid suspension.
  • the mechanical installations 9 for the spatial delimitation of the two streams In each figure, three cross sections through the helical and / or spiral line 1 are shown, wherein in each case a cross section in the upper, middle and lower region of the helical and / or spiral line 1 is shown. In all three embodiments, the internals 9 are formed so that at least at the end of the helical and / or spiral-like line 1, two completely separate sub-channels are formed, so that the solid stream 2 and the gas stream 3 at different locations in the deposition chamber or directly in the solids line
  • the mechanical installations 9 are formed, for example, by at least one partition, which builds up in the flow direction on and on. In the illustrated embodiment, the structure goes so far that there are two completely separate sub-channels.
  • the shape and the required length for the complete construction of the mechanical installations 9 is particularly adapted to the material to be treated, the gas velocities and the centrifugal forces acting.
  • the cross-sectional shape of the helical and / or spiral line 1 is important here.
  • the mechanical internals are expediently dimensioned so that they have curved shapes.
  • the mechanical fittings 9 are preferably installed statically. However, it would also be conceivable that at least a portion of the mechanical internals is movable, thereby enabling fine tuning before or during operation.
  • the delimitation of solids flow and gas flow in the helical or spiral conduit 1 could also be formed by a suitable cross-sectional shape which forms a channel or channel-like delimitation from the other flow for at least one of the two streams. Again, it is envisaged that the gutter or channel-like boundary gradually builds up in the flow direction of the gas-solid suspension.
  • FIG. 10 Such an embodiment is shown in the three cross sections of Fig. 10, wherein from left to right, a section in an upper, middle and a lower portion of the helical or spiral-like line 1 is shown.
  • the cross section of the helical and / or spiral line is rectangular, with the lower left
  • the channel or channel-like delimitation Ia is completely closed at the end of the helical and / or spiral line.
  • FIGS. 11 to 14 show, however, that the channel-like delimitation Ia is not restricted to a rectangular shape. Whether a rectangular, triangular or partially rounded cross-sectional shape for this channel or channel-like boundary Ia into consideration depends on the purpose of use and the gas-solid suspension used. The other geometry of the line 1 is to be considered here.
  • the mechanical installations 9 or the channel-like or channel-like delimitations Ia may extend in particular over at least 50%, preferably over at least 75%, of the length of the helical and / or spiral line 1.
  • the mechanical fittings 9 can also be formed by a plurality of guide ribs 10, as shown schematically in FIG. 15.
  • the guide ribs 10 are expediently arranged where the solid due to the
  • a separator 11 may be provided, for example, a Kammpro f oderl or a Taschenpro fil has (see Figures 16 to 19).
  • the helical or spiral line 1 is expediently dimensioned such that at least at the gas inlet into the line a significant increase in the centrifugal forces acting on the solid takes place. This can be done both by a
  • the cross-sectional shape of the helical or spiral line 1 should expediently have an aspect ratio between 1: 2 and 1: 3.
  • the slope of the helical line 1 is preferably between 40 ° and 80 ° to the horizontal (relative to the center line of the spiral).
  • the helical or spiral line 1 should be steep enough so that the material can drain and does not lie.
  • the radius and / or the slope and / or the cross-sectional shape and / or the cross-sectional size of the helical and / or spiral line 1 changes in the flow direction of the gas-solid suspension.
  • the helical and / or spiral line 1 can be adapted to external conditions. This is particularly advantageous when several stages are interleaved and arranged one above the other.
  • the radius, pitch, cross-sectional shape and / or cross-sectional size can change continuously in the flow direction and / or at least in one section. For example, a radius reduction causes an increase in centrifugal force, while a radius increase corresponds to a decrease in centrifugal force.
  • a radius reduction causes an increase in centrifugal force
  • a radius increase corresponds to a decrease in centrifugal force.
  • the incoming gas stream may come, for example, from one of the following aggregates, plant components or elements:
  • From another unit for the separation of solids from gas streams or dedusting for example from a cyclone, in particular from a
  • a combustion unit such as a rotary kiln
  • Combustion chamber a calciner, a fluidized bed or a hot gas generator;
  • a calciner a fluidized bed or a hot gas generator;
  • an aggregate for heat exchange such as a bulk material cooler or an air-to-air heat exchanger;
  • the escaping gas stream can in particular be supplied to the following units or plant components:
  • Dedusting for example a cyclone or a next preheater stage
  • a combustion unit for example a combustion chamber or a calciner
  • An aggregate for heat exchange such as an air-to-air heat exchanger
  • the separated solids stream can in particular be supplied to one of the following aggregates or plant components:
  • an aggregate for the separation of solids from gas streams or for dedusting for example a cyclone or a next preheater stage;
  • a combustion unit for example a rotary kiln, a combustion chamber or a calciner
  • the devices described above for carrying out chemical and / or physical reactions between a solid and a gas are characterized by a low pressure loss and a high separation efficiency.
  • a very compact design can be realized, which has a significantly reduced height, especially in suspended gas heat exchangers.
  • FIGS 20 and 21 is, for example, a three-stage preheater for cement raw material.
  • Each individual stage can be designed according to the embodiments described above.
  • a solid to be treated in the uppermost stage III is fed via a solids line 4 '"and discharged as treated solids stream 2 from the lowest stage I.
  • the solid line one stage opens in the riser of the next lower stage, while the gas line of one stage merges into the riser of the next higher stage.
  • the gas stream 3 to be supplied to the bottom stage is, for example, the hot exhaust gas of a furnace or of a calciner.
  • the gas stream 3 "discharged in the third stage via the gas line 5" is fed, for example, to a filter or a downstream, highly efficient separator for dedusting
  • the treated solids stream 2 passes, for example, into a calciner or an oven for further processing.
  • FIG. 22 shows a three-dimensional representation of a plant for the heat treatment of fine-grained material in cement production with a rotary kiln 100, a calciner 200 and a preheater 300.
  • the calciner is a three-dimensional representation of a plant for the heat treatment of fine-grained material in cement production with a rotary kiln 100, a calciner 200 and a preheater 300.
  • the calciner shows a three-dimensional representation of a plant for the heat treatment of fine-grained material in cement production with a rotary kiln 100, a calciner 200 and a preheater 300.
  • the calciner shows a three-dimensional representation of a plant for the heat treatment of fine-grained material in cement production with a rotary kiln 100, a calciner 200 and a preheater 300.
  • the preheater 300 may be formed according to the device described in Figures 1 to 21.

Abstract

The device according to the invention for separating a solid material and a gas is made substantially of a helical and/or spiral pipeline in which a gas-solid suspension is separated into a solid stream and a gas stream by centrifugal forces, a solid material pipeline connected to the end of the helical and/or spiral pipeline for removing the solid material stream, and a gas line connected to the end of the helical and/or spiral pipeline for removing the gas stream. Mechanical fixtures are further provided in the helical and/or spiral pipeline for spatially bounding the two flows, said fixtures gradually increases in the flow direction of the gas-solid suspension. Alternatively, the helical and/or spiral pipeline can also comprise a cross-sectional shape forming, for at least one of the two flows, a groove or channel-like boundary to the other flow, wherein the groove or channel-like boundary gradually increases in the flow direction of the gas-solid suspension.

Description

Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas sowie Anlage zur Zementherstellung Device for separating a solid and a gas, and a plant for cement production
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas sowie eine Anlage zur Zementherstellung.The invention relates to a device for separating a solid and a gas and a plant for cement production.
In der Zement- und Mineralsindustrie sind zur Vorwärmung, Kühlung und/oder Calcinierung von feinkörnigen Materialien insbesondere Systeme bestehend aus Gleichstromwärmetauscher und Zyklonabscheider bekannt. Meist weisen derartige Vorrichtungen mehrere übereinander angeordnete Stufen auf, wobei der Gasstrom von unten nach oben durch alle Stufen geleitet wird, während der Feststoff in entgegengesetzter Richtung den einzelnen Stufen zugeführt wird. Am Ende jeder Stufe wird der Feststoff vom Gas getrennt.In the cement and minerals industry, systems comprising DC heat exchangers and cyclone separators are known in particular for preheating, cooling and / or calcining fine-grained materials. Most such devices have a plurality of superimposed stages, wherein the gas stream is passed from bottom to top through all stages, while the solid is fed in the opposite direction to the individual stages. At the end of each stage, the solid is separated from the gas.
Derartige Systeme haben den Nachteil, dass sie eine enorme Bauhöhe benötigen und der Abscheidegrad im Zyklonabscheider nicht immer befriedigend ist. So kommt es in den Zyklonen oftmals zu unkontrollierten Strömungen, die beispielsweise am Zykloneintritt durch Überlagerung des Eintrittsgasstromes mit dem im Zyklon ausgebildeten Wirbelstrom oder durch Umkehr der Gasströmungsrichtung im Konus des Zyklons bedingt sind. Weiterhin kann es zum Wiedereinstreuen der schon amSuch systems have the disadvantage that they require a huge height and the degree of separation in the cyclone is not always satisfactory. Thus, in the cyclones, there are often uncontrolled flows which are caused, for example, at the cyclone inlet by superposition of the inlet gas flow with the eddy current formed in the cyclone or by reversal of the gas flow direction in the cone of the cyclone. Furthermore, it can be used to re-entrust the already
Zyklonrand abgeschiedenen Partikel in den Gaseintrittsstrom des Zyklons kommen.Cyclone edge deposited particles come into the gas inlet flow of the cyclone.
Aus der DE 197 38 912 Al ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden von Feststoffen aus einem Trägerstrom bekannt, bei der eine gekrümmte Leitung in eine Filteranlage mündet. In der gekrümmten Leitung ist im Anschlussbereich an dieFrom DE 197 38 912 Al a device and a method for separating solids from a carrier stream is known in which a curved line opens into a filter system. In the curved line is in the connection area to the
Filteranlage eine Leitzunge vorgesehen, um die in der gekrümmten Leitung erzeugten Teilströme zu trennen. Weiterhin wird in der DE 103 09 575 Al ein Zyklotron zur Abscheidung von Partikel aus einem Gas-Partikel-Gemisch offenbart, bei dem ein um 90° gekrümmter Ansaugkanal in einen Zyklotronabscheider mündet, wobei im Ansaugkanal nach der Krümmung eine Trennwand vorgesehen ist, um eineFilter system provided a Leitzunge to separate the partial flows generated in the curved line. Furthermore, DE 103 09 575 A1 discloses a cyclotron for separating particles from a gas-particle mixture, in which a 90 ° curved intake duct opens into a cyclotron separator, wherein a dividing wall is provided in the intake duct after the bend in order to provide a
Vermischung der bereits abgetrennten Partikel zu vermeiden. Eine weitere Problematik bei Zyklonabscheidern besteht darin, dass sich bei unterschiedlich großen Bauformen die Zentrifugalkräfte bei gleichen Eintrittsgeschwindigkeiten verändern und sich dadurch andere Abscheideverhältnisse ergeben.Avoid mixing the already separated particles. Another problem with cyclone separators is that in different sized designs, the centrifugal forces change at the same inlet velocities and thereby result in different separation conditions.
In der US 4,318,697 wurde daher ein mehrstufiger Vorwärmer für Zementrohmaterial vorgeschlagen, dessen einzelne Stufen jeweils aus einer Steigleitung und einer sich anschließenden wendel- und/oder spiralartigen Leitung bestehen. Die Steigleitung und die wendel- und/oder spiralartigen Leitungen sind über einen Umlenkbogen miteinander verbunden. Die wendel- und/oder spiralartige Leitung weist zudem einen rechteckigen Querschnitt auf und ist an einer Seitenfläche einer quaderförmigen Abscheidekammer angeschlossen. Die Anschlussstelle erstreckt sich dabei über die gesamte Seitenfläche der quaderförmigen Abscheidekammer. Der untere Teil der Abscheidekammer verjüngt sich trichterförmig und dient zum Abführen des Feststoffs, während das Gas nach oben abgeleitet wird. Der Abscheidegrad ist jedoch ungenügend.In US 4,318,697 therefore a multi-stage preheater for cement raw material has been proposed, the individual stages each consist of a riser and a subsequent helical and / or spiral-like line. The riser and the helical and / or spiral lines are connected to each other via a deflection arc. The helical and / or spiral line also has a rectangular cross-section and is connected to a side surface of a cuboid deposition chamber. The connection point extends over the entire side surface of the cuboid deposition chamber. The lower part of the separation chamber tapers in a funnel shape and serves to discharge the solid while the gas is discharged upwards. The degree of separation is insufficient.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Abscheidegrad der Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas zu verbessern.The invention is therefore based on the object to improve the separation efficiency of the device for separating a solid and a gas.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.According to the invention, this object is solved by the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas besteht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus einer wendel- und/oder spiralartigen Leitung, in der durch Zentrifugalkräfte eineThe device according to the invention for the separation of a solid and a gas consists according to a first embodiment substantially of a helical and / or spiral-like line, in which by centrifugal forces a
Gas-Feststoff-Suspension in einen Feststoffstrom und einen Gasstrom getrennt werden, einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehenden Feststoffleitung zum Ableiten des Feststoffstroms sowie einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehenden Gasleitung zum Ableiten des Gasstroms.Gas-solid suspension are separated into a stream of solids and a gas stream, one of the end of the helical and / or spiral-like line in communication solid line for discharging the flow of solids and a gas conduit communicating with the end of the helical and / or spiral conduit for draining the gas flow.
Weiterhin sind in der wendel- und/oder spiralartigen Leitung mechanische Einbauten zur räumlichen Abgrenzung der beiden Ströme vorgesehen, die sich in Strömungsrichtung der Gas-Feststoff-Suspension allmählich aufbauen.Furthermore, mechanical fittings for the spatial delimitation of the two streams are provided in the helical and / or spiral line, which gradually build up in the flow direction of the gas-solid suspension.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel besteht die Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas im Wesentlichen aus einer wendel- und/oder spiralartigen Leitung, in der durch Zentrifugalkräfte eine Gas-Feststoff-Suspension in einen Feststoffstrom und einen Gasstrom getrennt werden, einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehenden Feststoffleitung zum Ableiten des Feststoffstroms sowie einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehenden Gasleitung zum Ableiten des Gasstroms.According to a second embodiment, the device for separating a solid and a gas consists essentially of a helical and / or spiral line in which a gas-solid suspension is separated by centrifugal forces into a solids flow and a gas flow, one with the end the helical and / or spiral-like line in communication solid line for discharging the solids flow and a communicating with the end of the helical and / or spiral-like line gas line for discharging the gas flow.
Weiterhin weist die wendel- und/oder spiralartige Leitung eine Querschnittsform auf, die zumindest für einen der beiden Ströme eine rinnen- oder kanalartige Abgrenzung zum anderen Strom bildet, wobei sich die rinnen- oder kanalartige Abgrenzung in Strömungsrichtung der Gas-Feststoff-Suspension allmählich aufbaut.Furthermore, the helical and / or spiral line has a cross-sectional shape which forms a channel or channel-like delimitation to the other stream for at least one of the two streams, wherein the channel or channel-like boundary gradually builds up in the flow direction of the gas-solid suspension ,
Unter einer wendel- und/oder spiralartigen Leitung im Sinne der Erfindung wird eine Leitung verstanden, die zumindest abschnittsweise wendel- und/oder spiralförmig ausgebildet ist. Die Drehung der wendel- und/oder spiralartigen Leitung kann sich dabei insbesondere auch nur über einen kleineren Winkelbereich, von beispielsweise 90°, erstrecken.Under a helical and / or spiral-like line according to the invention, a line is understood, which is at least partially helical and / or helical. The rotation of the helical and / or spiral-like line can in particular only extend over a smaller angular range, for example 90 °.
Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen hat sich gezeigt, dass in der wendel- und/oder spiralartigen Leitung aufgrund der Zentrifugalkräfte eine Separierung von Feststoffstrom und Gasstrom stattfindet. Wird die Trennwand zwischen den beiden Strömen erst kurz vor dem Eintritt in die Abscheidekammer vorgesehen, wie das bei der DE 103 09 575 Al bzw. der DE 197 38 912 Al der Fall ist, kann es in diesem Bereich zu einer ungewollten Verwirbelung und damit wiederum zu einer Vermischung der beiden Ströme kommen. Durch den allmählichen Aufbau der mechanischen Einbauten bzw. der rinnen- oder kanalartigenIn the experiments underlying the invention, it has been shown that in the helical and / or spiral line due to the centrifugal forces, a separation of solids flow and gas flow takes place. If the dividing wall between the two streams is provided shortly before entry into the deposition chamber, as is the case in DE 103 09 575 A1 or DE 197 38 912 A1, it may in this area lead to undesired turbulence and thus in turn come to a mixing of the two streams. Due to the gradual construction of the mechanical installations or the gutter or channel-like
Abgrenzung durch die Querschnittsform kann dieser Effekt vermieden werden, sodass ein besserer Abscheidegrad erreicht wird.Distinction by the cross-sectional shape of this effect can be avoided, so that a better degree of separation is achieved.
Der allmähliche Aufbau der mechanischen Einbauten, die beispielsweise durch ein oder mehrere Trennwände gebildet werden, ist dahingehend zu verstehen, dass sich die Einbauten ändern, indem sie größer werden und eine immer deutlichere Abgrenzung bilden. In ähnlicherweise wird auch die rinnen- oder kanalartige Abgrenzung in Strömungsrichtung immer größer und deutlicher ausgeprägt.The gradual construction of the mechanical installations, which are formed for example by one or more partitions, is to be understood in such a way that the installations change as they become larger and form an increasingly clear demarcation. Similarly, the channel or channel-like delimitation in the flow direction is becoming larger and more pronounced.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können sich die mechanischen Einbauten bzw. die rinnen- oder kanalartige Abgrenzung in Strömungsrichtung so weit aufbauen, dass am Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung zwei vollständig voneinander getrennte Kanäle für denAccording to an advantageous embodiment of the invention, the mechanical installations or the channel or channel-like delimitation in the flow direction can build up so far that at the end of the helical and / or spiral line two completely separate channels for the
Feststoffstrom und den Gasstrom vorliegen.Solid stream and the gas stream are present.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehende Abscheidekammer vorgesehen, an welche die Feststoffleitung zum Ableiten des Feststoffstroms und dieIn accordance with a further embodiment of the invention, a deposition chamber communicating with the end of the helical and / or spiral-type conduit is provided, to which the solids conduit for discharging the solids flow and the
Gasleitung zum Ableiten des Gasstroms angeschlossen sind. Weiterhin kann eine Steigleitung vorgesehen werden, an die sich die wendel- und/oder spiralartige Leitung anschließt. Die Steigleitung ist dabei insbesondere als aufsteigende Leitung und die wendel- und/oder spiralartige Leitung als absteigende Leitung ausbildet, wobei zwischen den Leitungen ein Umlenkkopf vorgesehen ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, erstrecken sich die mechanischen Einbauten bzw. die rinnen- oder kanalartige Abgrenzung durch die Querschnitts form über wenigstens 50%, vorzugsweise über wenigstens 75% der Länge der wendel- und/oder spiralartigen Leitung.Gas line are connected to divert the gas flow. Furthermore, a riser can be provided, which is followed by the helical and / or spiral line. The riser is in particular formed as an ascending line and the helical and / or spiral-like line as a descending line, wherein a deflection head is provided between the lines. According to an advantageous embodiment of the invention, the mechanical installations or the channel or channel-like delimitation extend through the cross-sectional shape over at least 50%, preferably over at least 75% of the length of the helical and / or spiral line.
Die oben beschriebene Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas eignet sich insbesondere auch dazu, in mehreren, übereinander angeordneten Stufen angeordnet zu werden. Dabei weist jede Stufe eine Steigleitung, eine sich anschließende wendel- und/oder spiralartige Leitung sowie eine mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehende Feststoffleitung und eine Gasleitung auf, wobei die Gasleitung einer Stufe in die Steigleitung der nächst höheren Stufe übergeht und die Feststoffleitung einer Stufe in der Steigleitung der nächst niedrigeren Stufe mündet.The above-described apparatus for separating a solid and a gas is also particularly suitable for being arranged in a plurality of stages arranged one above the other. In this case, each stage has a riser, a subsequent helical and / or spiral-like line and a solid line connected to the end of the helical and / or spiral line and a gas line, wherein the gas line of a stage in the riser of the next higher Stage passes and the solid line of a stage in the riser of the next lower level opens.
Eine ein oder mehrstufige Anordnung der Vorrichtung zur Separierung von einemA one-stage or multi-stage arrangement of the device for separating one
Feststoff und einem Gas kann insbesondere als Vorwärmer und/oder Calcinator bei einer Anlage zur Zementherstellung eingesetzt werden.Solid and a gas can be used in particular as a preheater and / or calciner in a plant for cement production.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert.Further advantages and embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the description of some embodiments and the drawings.
In der Zeichnung zeigenIn the drawing show
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Stufe der erfmdungsgemäßen Vorrichtung,1 is a side view of a stage of the inventive device,
Fig. 2 eine um 90° gedrehte Seitenansicht gemäß Fig. 1,2 is a rotated by 90 ° side view of FIG. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht der Stufe gemäß Fig. 1, Fig. 4 bis 6 Querschnitte in einem oberen, mittleren und einem unteren Bereich der wendel- bzw. spiralartigen Leitung zur Veranschaulichung verschiedener Ausführungsbeispiele für mechanischen Einbauten,3 is a plan view of the stage of FIG. 1, 4 to 6 cross sections in an upper, middle and a lower portion of the helical or spiral line for illustrating various embodiments of mechanical installations,
Fig. 7 bis 9 weitere Beispiele für die mechanischen Einbauten am Ende der wendel- bzw. spiralartigen Leitung,7 to 9 further examples of the mechanical installations at the end of the helical or spiral line,
Fig. 10 Ausführungsbeispiel für unterschiedliche Querschnittsformen der wendel- bzw. spiralartigen Leitung in einem oberen, mittleren und einem unteren Bereich der wendel- bzw. spiralartigen Leitung,10 embodiment for different cross-sectional shapes of the helical or spiral line in an upper, middle and a lower portion of the helical or spiral line,
Fig. 11 bis 14 weitere Beispiele für Querschnittsformen der wendel- bzw. spiralartigen Leitung,11 to 14 further examples of cross-sectional shapes of the helical or spiral line,
Fig. 15 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit Leitrippen zum Ableiten des Feststoffstroms,FIG. 15 is a schematic representation of an exemplary embodiment with guide ribs for discharging the solids flow, FIG.
Fig. 16 bis 19 verschiedene Querschnittsprofile mit kämm- oder taschenartigen16 to 19 different cross-sectional profiles with comb or pocket-like
Profilen im Bereich des Feststoffstromes,Profiles in the area of the solids stream,
Fig. 20 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit drei übereinander angeordneten Stufen undFig. 20 is a side view of the device with three superposed stages and
Fig. 21 eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Fig. 20.21 is a plan view of the device according to FIG. 20.
Fig. 22 eine dreidimensionale Darstellung einer Anlage zur Zementherstellung.Fig. 22 is a three-dimensional representation of a plant for cement production.
Bei der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung zur Separierung von einemIn the apparatus shown in Figures 1 to 3 for the separation of a
Feststoff und einem Gas handelt es sich beispielsweise um eine Vorrichtung zur Vorwärmung, Kühlung und/oder Calcinierung von feinkörnigem Material bei derSolid and a gas is, for example, a device for preheating, cooling and / or calcination of fine-grained material in the
Zementherstellung. Sie besteht im Wesentlichen aus einer wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1, in der durch Zentrifugalkräfte eine Gas-Feststoff-Suspension in einem Feststoffstrom 2 und einen Gasstrom 3 getrennt wird, einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 in Verbindung stehenden Feststoffleitung 4 zum Ableiten des Feststoffstromes sowie einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehenden Gasleitung 5 zumCement production. It essentially consists of a helical and / or spiral-like line 1, in which by centrifugal forces a gas-solid suspension in a stream of solids 2 and a gas stream 3 is separated, connected to the end of the helical and / or spiral line 1 in communication solid line 4 for discharging the solids flow and a with the end of the helical and / or spiral-like line in communication gas line 5 to
Ableiten des Gasstroms. Ferner ist eine Steigleitung 6 und ein zwischen der Steigleitung 6 und der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 angeordneter Umlenkkopf 7 vorgesehen.Deriving the gas flow. Further, a riser 6 and a arranged between the riser 6 and the helical and / or spiral-type conduit 1 deflection head 7 is provided.
Das Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 mündet in einerThe end of the helical and / or spiral line 1 opens into a
Abscheidekammer 8 an welche die Feststoff-Leitung 4 zum Ableiten des Feststoffstroms 2 und die Gasleitung 5 zum Ableiten des Gasstroms 3 angeschlossen sind.Separating chamber 8 to which the solid line 4 are connected for deriving the solids flow 2 and the gas line 5 for discharging the gas stream 3.
Die Abscheidekammer 8 weist im Anschlussbereich an die wendel- und/oder spiralartige Leitung 1 einen zylindrischen Abschnitt auf, der in die Gasleitung 5 übergeht. Die Gasleitung 5 kann aber auch nach Art eines Tauchrohres in die Abscheidekammer 8 hineinragen. Der untere Teil der Abscheidekammer 8 verjüngt sich trichterförmig und geht in die Feststoffleitung 4 über. Die wendel- und/oder spiralartige Leitung 1 mündet vorzugsweise mit einem Steigungswinkel α gegenüber der Horizontalen von wenigstens 30°, vorzugsweise zwischen 30° und 60° in die Abscheidekammer 8 ein.The deposition chamber 8 has, in the connection region to the helical and / or spiral line 1, a cylindrical section which merges into the gas line 5. However, the gas line 5 can also protrude in the manner of a dip tube in the deposition chamber 8. The lower part of the deposition chamber 8 tapers in a funnel shape and merges into the solid line 4. The helical and / or spiral-like line 1 preferably opens into the deposition chamber 8 at a pitch angle α with respect to the horizontal of at least 30 °, preferably between 30 ° and 60 °.
Das Gas 3 wird an der Innenwandung des zylindrischen Teils der Abscheidekammer 8 mit einem Drall nach oben in die Gasleitung 5 abgeführt. Die schräg nach unten gerichtete Strömung in die Abscheidekammer 8 verhindert auch, dass es im Bereich der Mündung der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 zu einer Überlagerung des Eintrittsgasstroms mit der in der Abscheidekammer ausgebildeten Drallströmung kommt. Um bereits in der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 eine gute Vorseparierung des Feststoffstromes und des Gasstromes zu erreichen, sind in der wendel- und/oder spiralartigen Leitung mechanische Einbauten 9 zur räumlichen Abgrenzung der beiden Ströme vorgesehen, die sich in Strömungsrichtung der Gas-Feststoff- Suspension allmählich aufbauen.The gas 3 is discharged at the inner wall of the cylindrical part of the deposition chamber 8 with a twist up into the gas line 5. The obliquely downwardly directed flow into the separation chamber 8 also prevents a superposition of the inlet gas flow with the swirl flow formed in the separation chamber in the region of the mouth of the helical and / or spiral line 1. In order to achieve a good pre-separation of the solids flow and the gas flow already in the helical and / or spiral line 1, mechanical installations 9 are provided for the spatial delimitation of the two streams in the helical and / or spiral line, which are in the flow direction of the gas Gradually build up the solid suspension.
In den Figuren 4 bis 6 sind verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt, die mechanische Einbauten 9 zur räumlichen Abgrenzung der beiden Ströme aufweisen. In jeder Figur sind drei Querschnitte durch die wendel- und/oder spiralartige Leitung 1 dargestellt, wobei jeweils ein Querschnitt im oberen, mittleren und unteren Bereich der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 dargestellt ist. Bei allen drei Ausführungsbeispielen sind die Einbauten 9 so ausgebildet, dass zumindest am Ende der wendel- und/oder spiral artigen Leitung 1 zwei vollständig voneinander getrennte Teilkanäle ausgebildet sind, so dass der Feststoffstrom 2 und der Gasstrom 3 an unterschiedlichen Stellen in die Abscheidekammer oder direkt in die FeststoffleitungIn the figures 4 to 6 various embodiments are shown, the mechanical installations 9 for the spatial delimitation of the two streams. In each figure, three cross sections through the helical and / or spiral line 1 are shown, wherein in each case a cross section in the upper, middle and lower region of the helical and / or spiral line 1 is shown. In all three embodiments, the internals 9 are formed so that at least at the end of the helical and / or spiral-like line 1, two completely separate sub-channels are formed, so that the solid stream 2 and the gas stream 3 at different locations in the deposition chamber or directly in the solids line
4 bzw. Gasleitung 5 abgeleitet werden können. Die mechanischen Einbauten 9 werden beispielsweise durch wenigstens eine Trennwand gebildet, die sich in Strömungsrichtung immer weiter aufbaut. Im dargestellten Ausführungsbeispiel geht der Aufbau soweit, dass zwei völlig voneinander getrennte Teilkanäle vorliegen.4 or gas line 5 can be derived. The mechanical installations 9 are formed, for example, by at least one partition, which builds up in the flow direction on and on. In the illustrated embodiment, the structure goes so far that there are two completely separate sub-channels.
Die Formgebung und die benötigte Länge zum vollständigen Aufbau der mechanischen Einbauten 9 ist insbesondere an das zu behandelnde Material, die Gasgeschwindigkeiten und die wirkenden Zentrifugalkräfte anzupassen. Auch die Querschnittsform der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 ist hierbei von Bedeutung. Um die Druckverluste möglichst gering zu halten, werden die mechanischen Einbauten zweckmäßigerweise so dimensioniert, dass sie gekrümmte Formgebungen aufweisen.The shape and the required length for the complete construction of the mechanical installations 9 is particularly adapted to the material to be treated, the gas velocities and the centrifugal forces acting. The cross-sectional shape of the helical and / or spiral line 1 is important here. In order to keep the pressure losses as low as possible, the mechanical internals are expediently dimensioned so that they have curved shapes.
In den Figuren 7 bis 9 sind weitere Ausführungsbeispiele gezeigt, wobei jeweils nur ein Querschnitt im Bereich des Endes der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 dargestellt ist, wo die beiden Bereiche für den Feststoffstrom und den Gasstrom wiederum völlig voneinander getrennt sind. In den Ausführungsbeispielen ist der linke, untere Bereich für den Feststoffstrom und der rechte obere Bereich für den Gasstrom vorgesehen.In the figures 7 to 9 further embodiments are shown, wherein in each case only one cross section in the region of the end of the helical and / or spiral-like line 1 is shown, where the two areas for the solids flow and the gas flow are again completely separated from each other. In the embodiments, the left lower portion for the flow of solids and the upper right portion for the gas flow is provided.
Die mechanischen Einbauten 9 werden vorzugsweise statisch eingebaut. Es wäre aber durchaus auch denkbar, dass zumindest ein Teil der mechanischen Einbauten beweglich ist, um dadurch eine Feinabstimmung vor oder während des Betriebes zu ermöglichen.The mechanical fittings 9 are preferably installed statically. However, it would also be conceivable that at least a portion of the mechanical internals is movable, thereby enabling fine tuning before or during operation.
Neben inneren mechanischen Einbauten 9 könnte die Abgrenzung von Feststoffstrom und Gasstrom in der wendel- bzw. spiralartigen Leitung 1 auch durch eine geeignete Querschnittsform gebildet werden, die zumindest für einen der beiden Ströme eine rinnen- oder kanalartige Abgrenzung zum anderen Strom bildet. Auch hier ist vorgesehen, dass sich die rinnen- oder kanalartige Abgrenzung in Strömungsrichtung der Gas-Feststoff-Suspension allmählich aufbaut.In addition to internal mechanical installations 9, the delimitation of solids flow and gas flow in the helical or spiral conduit 1 could also be formed by a suitable cross-sectional shape which forms a channel or channel-like delimitation from the other flow for at least one of the two streams. Again, it is envisaged that the gutter or channel-like boundary gradually builds up in the flow direction of the gas-solid suspension.
Ein solches Ausführungsbeispiel ist in den drei Querschnitten der Fig. 10 dargestellt, wobei von links nach rechts ein Schnitt in einem oberen, mittleren und einem unteren Bereich der wendel- bzw. spiralartigen Leitung 1 dargestellt ist. Der Querschnitt der wendel- und/oder spiralartigen Leitung ist rechteckig, wobei sich im unteren linkenSuch an embodiment is shown in the three cross sections of Fig. 10, wherein from left to right, a section in an upper, middle and a lower portion of the helical or spiral-like line 1 is shown. The cross section of the helical and / or spiral line is rectangular, with the lower left
Eckbereich eine rinnen- oder kanalartige Abgrenzung Ia für den Feststoffstrom ausbildet, die in Strömungsrichtung immer tiefer wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann natürlich vorgesehen werden, dass die rinnen- oder kanalartige Abgrenzung Ia am Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung völlig geschlossen ist.Corner forming a channel or channel-like boundary Ia for the flow of solids, which is getting deeper in the flow direction. Of course, also in this embodiment, it can be provided that the channel or channel-like delimitation Ia is completely closed at the end of the helical and / or spiral line.
Die in den Figuren 11 bis 14 dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen, dass die rinnen- oder kanalartige Abgrenzung Ia jedoch nicht auf eine rechteckig Form beschränkt ist. Ob nun eine rechteckige, dreieckförmige oder teilweise abgerundete Querschnitts form für diese rinnen- oder kanalartige Abgrenzung Ia in Betracht kommt, hängt vom Einsatzweck und der eingesetzten Gas-Feststoff-Suspension ab. Auch die sonstige Geometrie der Leitung 1 ist hierbei zu berücksichtigen.The exemplary embodiments illustrated in FIGS. 11 to 14 show, however, that the channel-like delimitation Ia is not restricted to a rectangular shape. Whether a rectangular, triangular or partially rounded cross-sectional shape for this channel or channel-like boundary Ia into consideration depends on the purpose of use and the gas-solid suspension used. The other geometry of the line 1 is to be considered here.
Die mechanischen Einbauten 9 bzw. die rinnen- oder kanalartigen Abgrenzungen Ia können sich insbesondere über wenigstens 50%, vorzugsweise über wenigstens 75% der Länge der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 erstrecken.The mechanical installations 9 or the channel-like or channel-like delimitations Ia may extend in particular over at least 50%, preferably over at least 75%, of the length of the helical and / or spiral line 1.
Die mechanischen Einbauten 9 können aber auch durch eine Vielzahl von Leitrippen 10 gebildet werden, wie dies in Fig. 15 schematisch dargestellt ist. Die Leitrippen 10 sind zweckmäßigerweise dort angeordnet, wo sich der Feststoff aufgrund derHowever, the mechanical fittings 9 can also be formed by a plurality of guide ribs 10, as shown schematically in FIG. 15. The guide ribs 10 are expediently arranged where the solid due to the
Zentrifugalkräfte anreichert. Auf bzw. zwischen diesen Leitrippen 10 kann der Feststoffstrom gezielt geführt werden.Centrifugal forces accumulates. On or between these Leitrippen 10, the solids flow can be selectively performed.
Weiterhin kann an der Außenseite der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 , dort wo sich der Feststoff anreichert, zusätzlich ein Abscheider 11 vorgesehen werden, der beispielsweise ein Kammpro fϊl oder ein Taschenpro fil aufweist (siehe Figuren 16 bis 19).Furthermore, on the outside of the helical and / or spiral line 1, where the solid accumulates, in addition, a separator 11 may be provided, for example, a Kammpro f oderl or a Taschenpro fil has (see Figures 16 to 19).
Durch den Abscheider 11 bzw. die Leitrippen 10 kann weiterhin verhindert werden, dass das bereits abgeschiedene Material an der Außenwand entlang läuft und ggf. wieder vom Gasstrom mit gerissen wird.By the separator 11 and the guide ribs 10 can be further prevented that the already deposited material runs along the outer wall and, if necessary, again torn by the gas flow.
Die wendel- bzw. spiralartige Leitung 1 wird zweckmäßigerweise so dimensioniert, dass zumindest am Gaseintritt in die Leitung eine deutliche Erhöhung der auf den Feststoff wirkenden Zentrifugalkräfte stattfindet. Dies kann sowohl durch eineThe helical or spiral line 1 is expediently dimensioned such that at least at the gas inlet into the line a significant increase in the centrifugal forces acting on the solid takes place. This can be done both by a
Geschwindigkeitserhöhung als auch durch eine Verringerung des Krümmungsradius zur Achse der Vorrichtung erfolgen. Eine Kombination von beiden ist ebenfalls sinnvoll.Speed increase as well as by reducing the radius of curvature to the axis of the device done. A combination of both is also useful.
Die Querschnittsform der wendel- bzw. spiralartigen Leitung 1 sollte zweckmäßigerweise ein Seitenverhältnis zwischen 1 :2 und 1 :3 aufweisen. Die Steigung der wendel- bzw. spiralartigen Leitung 1 beträgt vorzugsweise zwischen 40° und 80° zur Horizontalen (bezogen auf die Mittellinie der Spirale). Außerdem sollte die wendel- bzw. spiralartige Leitung 1 steil genug sein, damit das Material abfließen kann und nicht liegen bleibt.The cross-sectional shape of the helical or spiral line 1 should expediently have an aspect ratio between 1: 2 and 1: 3. The The slope of the helical line 1 is preferably between 40 ° and 80 ° to the horizontal (relative to the center line of the spiral). In addition, the helical or spiral line 1 should be steep enough so that the material can drain and does not lie.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass sich der Radius und/oder die Steigung und/oder die Querschnittsform und/oder die Querschnittsgröße der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 1 im Strömungsrichtung der Gas-Feststoff-Suspension ändert. Auf diese Weise kann einerseits Einfluss auf die Vorseparierung der Gas-Feststoff- Suspension im Bereich der wendel- und/oder spiralartigen Leitung genommen werden und andererseits kann die wendel- und/oder spiralartige Leitung 1 an äußere Gegebenheiten angepasst werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Stufen ineinander verschachtelt und übereinander angeordnet werden.In the context of the invention, it is conceivable that the radius and / or the slope and / or the cross-sectional shape and / or the cross-sectional size of the helical and / or spiral line 1 changes in the flow direction of the gas-solid suspension. In this way, on the one hand influence on the pre-separation of the gas-solid suspension in the range of helical and / or spiral-like line can be taken and on the other hand, the helical and / or spiral line 1 can be adapted to external conditions. This is particularly advantageous when several stages are interleaved and arranged one above the other.
Der Radius, Steigung, Querschnittsform und/oder Querschnittsgröße können sich dabei in Strömungsrichtung sprunghaft und/oder zumindest in einem Abschnitt auch kontinuierlich ändern. So bewirkt beispielsweise eine Radiusverringerung einer Erhöhung der Zentrifugalkraft, während ein Radiuserhöhung einer Verringerung der Zentrifugalkraft entspricht. Durch Veränderung der Querschnittsform und -große kann Einfluss auf die Strömungsgeschwindigkeit genommen werden.The radius, pitch, cross-sectional shape and / or cross-sectional size can change continuously in the flow direction and / or at least in one section. For example, a radius reduction causes an increase in centrifugal force, while a radius increase corresponds to a decrease in centrifugal force. By changing the cross-sectional shape and size, influence on the flow velocity can be made.
Bei den oben beschriebenen Vorrichtungen zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas kann der eintretende Gasstrom beispielsweise aus einem der folgenden Aggregate, Anlagenteile oder Elemente kommen:In the above-described devices for separating a solid and a gas, the incoming gas stream may come, for example, from one of the following aggregates, plant components or elements:
- aus einem anderem Aggregat zur Abscheidung von Feststoffen aus Gasströmen oder zur Entstaubung, beispielsweise aus einem Zyklon, insbesondere aus einerFrom another unit for the separation of solids from gas streams or dedusting, for example from a cyclone, in particular from a
Vorwärmerstufe;preheater;
- aus einem Verbrennungsaggregat, beispielsweise einem Drehrohrofen, einerFrom a combustion unit, such as a rotary kiln, a
Brennkammer, einem Calcinator, einer Wirbelschicht oder einem Heißgaserzeuger; - aus einem Aggregat zum Wärmeaustausch, beispielsweise einem Schüttgutkühler oder einem Luft-Luft- Wärmetauscher;Combustion chamber, a calciner, a fluidized bed or a hot gas generator; - From an aggregate for heat exchange, such as a bulk material cooler or an air-to-air heat exchanger;
- aus einer Vorrichtung zur Strom- Energieerzeugung oder Energiespeicherung.- From a device for power generation or energy storage.
Der austretende Gasstrom kann insbesondere den folgenden Aggregaten oder Anlagenteilen zugeführt werden:The escaping gas stream can in particular be supplied to the following units or plant components:
- einem Aggregat zur Abscheidung von Feststoffen aus Gasströmen oder zuran aggregate for the separation of solids from gas streams or
Entstaubung, beispielsweise einem Zyklon oder einer nächsten Vorwärmerstufe;Dedusting, for example a cyclone or a next preheater stage;
- einem Verbrennungsaggregat, beispielsweise einer Brennkammer oder einem Calcinator;a combustion unit, for example a combustion chamber or a calciner;
- einem Aggregat zum Wärmeaustausch, beispielsweise einem Luft-Luft- Wärmetauscher;- An aggregate for heat exchange, such as an air-to-air heat exchanger;
- einem Aggregat zur Strom-, Energieerzeugung oder Energiespeicherung.- an aggregate for electricity, energy production or energy storage.
Der abgeschiedene Feststoffstrom kann insbesondere einem der folgenden Aggregate oder Anlagenteile zugeführt werden:The separated solids stream can in particular be supplied to one of the following aggregates or plant components:
- einem Aggregat zur Abscheidung von Feststoffen aus Gasströmen oder zur Entstaubung, beispielsweise einem Zyklon oder einer nächsten Vorwärmerstufe;an aggregate for the separation of solids from gas streams or for dedusting, for example a cyclone or a next preheater stage;
- einem Verbrennungsaggregat, beispielsweise einem Drehrohrofen, einer Brennkammer oder einem Calcinator;a combustion unit, for example a rotary kiln, a combustion chamber or a calciner;
- einem Wärmetauscher. Werden Aggregate, Anlagenteile oder Stufen mit unterschiedlichen statischen Drücken über Leitungen miteinander verbunden, werden zweckmäßigerweise Luftsperrmittel angebracht.- a heat exchanger. If units, system parts or stages with different static pressures are connected to each other via lines, air blocking means are expediently attached.
Die oben beschriebenen Vorrichtungen zur Durchführung chemischer und/oder physikalischer Reaktionen zwischen einem Feststoff und einem Gas zeichnen sich durch einen geringen Druckverlust und einen hohen Abscheidegrad aus. Außerdem lässt sich eine sehr kompakte Bauform realisieren, die vor allem bei Schwebegaswärmetauschern eine deutlich reduzierte Bauhöhe aufweist.The devices described above for carrying out chemical and / or physical reactions between a solid and a gas are characterized by a low pressure loss and a high separation efficiency. In addition, a very compact design can be realized, which has a significantly reduced height, especially in suspended gas heat exchangers.
Im Folgenden wird anhand der Figuren 20 und 21 eine Vorrichtung mit drei Stufen I, II, III beschrieben, bei der es sich beispielsweise um einen dreistufigen Vorwärmer für Zementrohmaterial handelt. Jede einzelne Stufe kann dabei entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgebildet sein.In the following, a device with three stages I, II, III is described with reference to FIGS 20 and 21, which is, for example, a three-stage preheater for cement raw material. Each individual stage can be designed according to the embodiments described above.
Bei einer solchen mehrstufigen Anordnung wird ein zu behandelnder Feststoff in der obersten Stufe III über eine Feststoffleitung 4'" zugeführt und als behandelter Feststoffstrom 2 aus der untersten Stufe I abgeführt. Die Feststoffleitung eine Stufe mündet jeweils im Bereich der Steigleitung der nächst niedrigeren Stufe, während die Gasleitung einer Stufe in die Steigleitung der nächst höheren Stufe übergeht.In such a multi-stage arrangement, a solid to be treated in the uppermost stage III is fed via a solids line 4 '"and discharged as treated solids stream 2 from the lowest stage I. The solid line one stage opens in the riser of the next lower stage, while the gas line of one stage merges into the riser of the next higher stage.
Während der Feststoff somit von oben nach unten durch die drei Stufen geführt wird, durchströmt das Gas die Anordnung in umgekehrter Richtung. Bei dem der untersten Stufe zuzuführenden Gasstrom 3 handelt es sich beispielsweise um das heiße Abgas eines Ofens oder eines Calcinators. Der in der dritten Stufe über die Gasleitung 5" abgeführte Gasstrom 3 ' ' wird beispielsweise zur Entstaubung einen Filter oder einem nachgeschalteten hocheffizienten Abscheider zugeführt. Der behandelte Feststoffstrom 2 gelangt beispielsweise in einen Calcinator oder einen Ofen zur weiteren Bearbeitung. Durch die Ausbildung der Vorrichtung mit einer Steigleitung 6 und einer absteigenden, wendel- oder spiralartigen Leitung 1 können die drei Stufen sehr kompakt und ineinander verschlungen angeordnet werden. Es ist weiter vorgesehen, dass die wendel- oder spiralartigen Leitungen 1, Y, 1 " wenigstens zweier aufeinanderfolgenden Stufen abwechselnd links- und rechtsdrehend ausgebildet sindWhile the solid is thus passed from top to bottom through the three stages, the gas flows through the arrangement in the reverse direction. The gas stream 3 to be supplied to the bottom stage is, for example, the hot exhaust gas of a furnace or of a calciner. The gas stream 3 "discharged in the third stage via the gas line 5" is fed, for example, to a filter or a downstream, highly efficient separator for dedusting The treated solids stream 2 passes, for example, into a calciner or an oven for further processing. By forming the device with a riser 6 and a descending, helical or spiral-like line 1, the three stages can be arranged very compact and intertwined. It is further provided that the helical or spiral-like lines 1, Y, 1 "of at least two successive stages are alternately formed left and right turn
(siehe Fig. 21).(see Fig. 21).
Fig. 22 zeigt schließlich eine dreidimensionale Darstellung einer Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut bei der Zementherstellung mit einem Drehrohrofen 100, einem Calcinator 200 und einem Vorwärmer 300. Der CalcinatorFinally, FIG. 22 shows a three-dimensional representation of a plant for the heat treatment of fine-grained material in cement production with a rotary kiln 100, a calciner 200 and a preheater 300. The calciner
200 und/oder der Vorwärmer 300 können dabei gemäß der in den Figuren 1 bis 21 beschriebenen Vorrichtung ausgebildet sein. 200 and / or the preheater 300 may be formed according to the device described in Figures 1 to 21.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas, mit einer wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1), in der durch Zentrifugalkräfte eine Gas-Feststoff-Suspension in einen Feststoffstrom (2) und einen Gasstrom (3) getrennt werden, einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) in Verbindung stehenden Feststoffleitung (4) zum Ableiten des Feststoffstroms sowie - einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) in1. A device for separating a solid and a gas, with a helical and / or spiral-like line (1), in which by centrifugal forces a gas-solid suspension in a solids flow (2) and a gas stream (3) are separated, one with the end of the helical and / or spiral-like line (1) in communication solid line (4) for discharging the solids flow and - one with the end of the helical and / or spiral line (1) in
Verbindung stehenden Gasleitung (5) zum Ableiten des Gasstroms,Connecting gas line (5) for diverting the gas stream,
dadurch gekennzeichnet, dass in der wendel- und/oder spiralartigen Leitung mechanische Einbauten (9) zur räumlichen Abgrenzung der beiden Ströme vorgesehen sind, die sich in Strömungsrichtung der Gas-Feststoff-Suspension allmählich aufbauen.characterized in that in the helical and / or spiral line mechanical installations (9) are provided for the spatial delimitation of the two streams, which gradually build up in the flow direction of the gas-solid suspension.
2. Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas mit einer wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1), in der durch Zentrifugalkräfte eine Gas-Feststoff-Suspension in einen Feststoffstrom (2) und einen Gasstrom (3) getrennt werden, einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) in2. A device for separating a solid and a gas with a helical and / or spiral line (1), in which by centrifugal forces a gas-solid suspension in a solids flow (2) and a gas stream (3) are separated, a with the end of the helical and / or spiral line (1) in
Verbindung stehenden Feststoffleitung (4) zum Ableiten des Feststoffstroms sowie - einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) inConnecting solid line (4) for discharging the solids flow and - one with the end of the helical and / or spiral line (1) in
Verbindung stehenden Gasleitung (5) zum Ableiten des Gasstroms,Connecting gas line (5) for diverting the gas stream,
dadurch gekennzeichnet, dass die wendel- und/oder spiralartige Leitung einecharacterized in that the helical and / or spiral line a
Querschnittsform aufweist, die zumindest für einen der beiden Ströme eine rinnen- oder kanalartige Abgrenzung (Ia) zum anderen Strom bildet, wobei sich die rinnen- oder kanalartige Abgrenzung in Strömungsrichtung der Gas-Feststoff- Suspension allmählich aufbaut .Has cross-sectional shape, which forms at least for one of the two streams a channel or channel-like boundary (Ia) to the other stream, wherein the gutter or channel-like boundary gradually builds up in the flow direction of the gas-solid suspension.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) in Verbindung stehende Abscheidekammer (8) vorgesehen ist, an welche die Feststoffleitung (4) zum Ableiten des Feststoffstroms (2) und die Gasleitung (5) zum Ableiten des3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that with the end of the helical and / or spiral-like line (1) in connection standing Abscheididekammer (8) is provided, to which the solid line (4) for discharging the Solid stream (2) and the gas line (5) for discharging the
Gasstroms (3) angeschlossen sind.Gas stream (3) are connected.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Steigleitung (6) vorgesehen ist, an die sich die wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) anschließt.4. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that further comprises a riser (6) is provided, to which the helical and / or spiral-like line (1) is connected.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigleitung (6) als aufsteigende Leitung und die wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) als absteigende Leitung mit einer Neigung von mindestens 30° gegenüber der5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the riser (6) as ascending line and the helical and / or spiral-like line (1) as a descending line with an inclination of at least 30 ° relative to the
Horizontalen ausgebildet sind und zwischen den beiden Leitungen einHorizontal are formed and between the two lines
Umlenkkopf (7) vorgesehen ist.Deflection head (7) is provided.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wendel- und/oder spiralartige Leitung (1) im Bereich des abgegrenzten Feststoffstroms wenigstens einen Abscheider (11) an ihrer Außenseite aufweist.6. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the helical and / or spiral line (1) in the region of the delimited solid stream at least one separator (11) on its outer side.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der mechanischen Einbauten (9) statisch eingebaut ist.7. The device according to claim 1, characterized in that at least part of the mechanical installations (9) is statically installed.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der mechanischen Einbauten (9) beweglich ist.8. The device according to claim 1, characterized in that at least a part of the mechanical installations (9) is movable.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mechanischen Einbauten (9) in Strömungsrichtung so weit aufbauen, dass am Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) zwei vollständig voneinander getrennte Kanäle für den Feststoffstrom (2) und den Gasstrom (3) vorliegen.9. The device according to claim 1, characterized in that the mechanical installations (9) build up in the flow direction so far that on End of the helical and / or spiral line (1) two completely separate channels for the solids flow (2) and the gas stream (3) are present.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die rinnen- oder kanalartige Abgrenzung (Ia) in Strömungsrichtung so weit aufbaut, dass am Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) zwei vollständig voneinander getrennte Kanäle für den Feststoffstrom (2) und den Gasstrom (3) vorliegen.10. The device according to claim 2, characterized in that the channel or channel-like delimitation (Ia) builds up in the flow direction so far that at the end of the helical and / or spiral line (1) has two completely separate channels for the flow of solids ( 2) and the gas stream (3) are present.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Einbauten (9) über wenigstens 50%, vorzugsweise über wenigstens 75%, der Länge der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) vorgesehen sind.11. The device according to claim 1, characterized in that the mechanical installations (9) over at least 50%, preferably over at least 75%, the length of the helical and / or spiral-like line (1) are provided.
12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die rinnen- oder kanalartige Abgrenzung (Ia) durch die Querschnitts form über wenigstens 50%, vorzugsweise über wenigstens 75%, der Länge der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (1) erstreckt.12. The device according to claim 2, characterized in that the channel or channel-like delimitation (Ia) by the cross-sectional shape over at least 50%, preferably over at least 75%, the length of the helical and / or spiral line (1) ,
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wendel- und/oder spiralartige Leitung (1) rundartige und/oder eckige Querschnittsbereiche aufweist.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the helical and / or spiral line (1) has round and / or angular cross-sectional areas.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, übereinander angeordnete Stufen (I, II, III) vorhanden sind, die jeweils eine Steigleitung (6), eine sich daran anschließende wendel- und/oder spiralartige Leitung (1) sowie eine mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehende Feststoffleitung (4) und eine Gasleitung (5) aufweisen, wobei die Gasleitung einer Stufe in die Steigleitung der nächst höheren Stufe übergeht und die Feststoffleitung einer14. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a plurality of superimposed stages (I, II, III) are present, each having a riser (6), an adjoining helical and / or spiral line ( 1) and a solid line (4) connected to the end of the helical and / or spiral line and having a gas line (5), wherein the gas line of a stage merges into the riser of the next higher stage and the solid line of a
Stufe in der Steigleitung der nächst niedrigeren Stufe mündet. Level in the riser of the next lower level opens.
15. Anlage zur Zementherstellung mit einem Vorwärmer (300), einem Calcinator (200) und einem Ofen (100), wobei der Vorwärmer (300) und/oder der Calcinator (200) wenigstens eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14 aufweist. Plant for cement production with a preheater (300), a calciner (200) and an oven (100), wherein the preheater (300) and / or the calciner (200) at least one device according to one or more of the preceding claims 1 to 14 has.
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