DE2601776A1

DE2601776A1 - Vorrichtung zum waermeaustausch zwischen feingut und gas

Info

Publication number: DE2601776A1
Application number: DE19762601776
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Triebel
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1976-01-19
Filing date: 1976-01-19
Publication date: 1977-07-21
Also published as: US4096642A

Description

P 3503

Polysius AG, Neubeckum

Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen Feingut

und Gas

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen Feingut und Gas, im wesentlichen bestehend aus einem vertikalen Reaktionsraum, der durch mehrere trichterartige Querschnittsverengungen in einzelne Kammern unterteilt ist, wobei das Feingut im oberen Bereich des Reaktionsraumes eingeführt und im unteren Bereich abgezogen wird, während das Gas im Gegenstrom zum Gut unten in den Reaktionsraum eingeführt und oben abgezogen wird.

Eine solche Vorrichtung wird - als Gegenstromvorwärmer bezeichnet- zum Beispiel zum Vorwärmen von Zementrohmehl oder dergleichen eingesetzt, das anschließend in einem Ofen, insbesondere einem Drehrohrofen, weiter erhitzt wird.

Bei einer bekannten Ausführungsform werden durch die trichterartigen Querschnittsverengungen Kammern gebildet, die im wesentlichen einen zylindrischen Querschnitt besitzen und koaxial übereinander angeordnet sind, wobei die Querschnittsverengungen dann jeweils offene, düsenartige Verbindungen zwischen je zwei übereinander liegende Kammern bilden. Das von oben her in jede Kammer eingetragene

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Feingut fällt hierbei nach unten in den Bereich über die Querschnittsverengung und wird dabei durch das mit erhöhter Geschwindigkeit durch die Querschnittsverengung strömende Gas so lange angestaut, bis eine Grenzbeladung erreicht wird, bei der die Tragfähigkeit des Gasstromes nicht mehr ausreicht, so daß das Feingut im wesentlichen in Wolken durch die Querschnittsverengung hindurchschießt und so in die nächst-untere Kammer gelangt. Unterhalb der Querschnittsverengung lösen sich die Feingutwolken in der weiten Kammer wieder auf und der größte Teil des Gutes gelangt dann wieder in den Bereich der trichterförmigen Querschnittsverengung dieser Kammer, wo es durch den aufsteigenden Gasstrom wiederum so lange angestaut gehalten wird, bis es erneut wolkenartig in die nächstuntere Kammer fällt. Bei diesen Vorgängen kommt das Feingut in einen innigen Kontakt mit dem aufwärts strömenden Gas, so daß ein äußerst guter Wärmeaustausch zwischen Gut und Gas erfolgen kann. Das auf diese Weise gut vorgewärmte Feingut kann dann in den nachfolgenden Ofen eingeführt werden.

Da die durch eine Querschnittsvernegung in die nächstuntere Behandlungskammer des Reaktionsraumes eingeführten Gutsträhnen bzw. -Wolken sich in der weiten Kammer wieder auflösen, wird von dem aufwärts strömenden Gas durch die Querschnittsverengung hindurch wieder ein Teil des eingetragenen Feingutes in die vorhergehende Behandlungskammer zurückgetragen, so daß eine ständigejstaubzirkulation zwischen einzelnen Kammern des Reaktionsraumes stattfindet. Auf diese Weise kommt es zu einer Wärmeverschleppung zwischen den durch die einzelnen Kammern gebildeten Wärmeaustauschstufen der Vorrichtung, so daß deren Wirkungsgrad ver-

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schlechtert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahin weiter zu verbessern, daß die erwähnte Staubzirkulation mit einfachen Mitteln weitgehend vermieden und somit der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Innenwand des Reaktionsraumes im Bereich wenigstens einer trichterartigen Querschnittsverengung Leitelemente für das Gut vorgesehen sind.

Bei der erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform wird durch die Anordnung von Leitelementen in das Feingut im Bereich über der Querschnittsverengung zu Gutsträhnen zusammengefaßt bzw. gebündelt, so daß das in Strähnenform durch die Querschnittsverengung hindurchschießende Feingut vor allem unterhalb der düsenartigen Querschnittsverengung sehr schnell aus dem Bereich erhöhter Gasgeschwindigkeit in einen Bereich mit verminderter Gasgeschwindigkeit gelangen kann. Auf diese Weise kann von dem in die höher gelegene Kammer strömenden Gas kaum noch oder gar kein Feingut mehr mitgerissen werden, wodurch die Staubzirkulation zwischen einzelnen Kammern des Reaktionsraumes beträchtlich herabgesetzt wird, was wiederum zu einem wesentlich verbesserten Wirkungsgrad der gesamten Vorrichtung beim Wärmeaustausch zwischen Feingut und Gas führt.

Die Leitelemente an der Innenwand des Reaktionsraumes bzw. der entsprechenden Kammer können auf verschiedene Weise gebildet werden. So kann das strähnenartige Zusammen fassen des Feingutes beispielsweise durch einfache, in die Innenauskleidung einer Kammer eingearbeitete Rinnen gebildet werden.

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Vorzugsweise werden die Leitelemente durch Leisten, dachförmige Einbauten oder pyramidenförmige Einbauten gebildet, wobei alle diese Leitelement-Ausführungen auf der Innenwand eines Trichterteiles angebracht sind, der sich über der engsten Stelle jeder Querschnittsver— engung befindet.

Durch einen entsprechenden Verlauf der Leitelemente etwa vom oberen Rand bis zum unteren Rand des Trichterteiles können die durch die Leitelemente gebildeten Feingutsträhnen mit einer genau definierten Bewegungsrichtung durch die Querschnittsverengungen und in die nächst-untere Kammer des Reaktionsraumes gelenkt werden, so daß das strähnenartig zusammengefaßte Feingut dann im oberen Bereich der nächst-unteren Kammer in die Nähe von deren Wand gelangt, wo sich eine Grenzschicht des aufwärts strömenden Gases mit verminderter Strömungsgeschwindigkeit befindet. Auf diese Weise ist eine weitere Herabsetzung einer möglichen Gutzirkulation gewährleistet.

Im folgenden sei die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben, die in der ganz schematisch gehaltenen Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmetauschervorrichtung;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß II in Fig. 1;

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Fig. 3 eine Querschnittsansicht gemäß der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 " eine ähnliche Detailansicht wie Fig. 2, jedoch mit einer anderen Ausführungsform der Leitelemente,Schnitt IV-IV in Fig. 5}

Fig. 5 eine Querschnittsansicht gemäß der Linie V-V in Fig. 4.

In Fig. 1 ist eine als Gegenstromwärmetauscher ausgebildete erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Wärmeaustausch zwischen Feingut und Gas veranschaulicht. Diese Vorrichtung 1 enthält im wesentlichen einen vertikalen Reaktionsraum 2, der in diesem Falle durch vier trichterartige Querschnittsverengungen 3 in vier Kammern 4 unterteilt ist. Jede Kammer 4 wird durch eine den Hauptteil der Kammer umgebende, etwa zylindrische Wand 5 sowie einen sich na-^h oben kegelstumpfförmig verjüngenden, die Kammer 4 oben begrenzenden Deckel 6 und einen sich an den unteren Rand der Zylinderwand 5 anschließenden, kegelstumpfförmigen Trichterteil 7 begrenzt. Auf diese Weise wird jede Querschnittsverengung 3 zwischen zwei koaxial übereinander liegenden Kammern 4 einerseits durch den unteren Trichterteil 7 der oberen Kammer und andererseits durch den Deckel 6 der unteren Kammer definiert, wobei - wie deutlich aus der Zeichnung zu ersehen ist - der Deckel 6 eine flachere Kegelstumpfform besitzt, während der Trichterteil 7 eine so steile Kegelstumpfform aufweist; daß ein einwandfreies Herabrutschen des Feingutes entlang der Innenwand dieses Trichterteiles gewährleistet ist.

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An der obersten Kammer des Reaktionsraumes 2 ist ferner ein gegenüber dem Durchmesser der Kammern 4 im Querschnitt verkleinerter Schacht 8 angeschlossen, dessen oberes Ende mit zwei parallel zueinander angeordneten und eine weitere Wärmebehandlungsstufe darstellenden Zyklonwärmetauschern 9 verbunden ist, deren Gutauslaufrohre 10 von oben her in die obere Kammer 4 einmünden.

Das zu behandelnde Feingut wird über den Schacht 8 von oben her in den Reaktionsraum 2 eingeführt und aus der untersten Kammer 4 nach unten über eine Verbindungsschurre 11 in einen nachgeschalteten Drehrohrofen 12 abgezogen, während das als Abgas vom Drehrohrofen 12 kommende Gas im Gegenstrom zum Feingut unten in den Reaktionsraum 2 (in die unterste Kammer 4) eingeführt und oben über den Schacht 8, die Zyklonwärmetauscher 9 und deren gemeinsame Abzugsleitung 13 abgezogen wird.

Etwa im oberen Abschnitt eines jeden Trichterteiles ist ein zentraler Streukegel 14 angeordnet, durch den das von oben kommende Feingut bzw. die Feingutwolken aufgelöst und gleichmäßig über den Trichterquerschnitt verteilt wird. Um die Deutlichkeit der Zeichnung nicht zu beeinträchtigen, ist die Art der Befestigung der Streukegel in den Kammern zeichnerisch nicht dargestellt (die Streukegel können beispielsweise durch Streben oder dgl. gehaltert sein, die zur zylindrischen Wand 5 bzw. zur Wand des Trichterteiles geführt sind).

Wie weiterhin deutlich aus Fig. 1 zu erkennen ist, sind an der Innenwand des Reaktionsraumes 2 im Bereich jeder trichterartigen Querschnittsverengung 3 Leitelemente 15 für das Gut vorgesehen. Diese Leitelemente 15 können - wie weiter unten noch anhand der Fig. 2 bis 5 erläutert wird - verschiedenartig ausgeführt sein; diese Leitelemente 15 erstrecken sich jedoch in jedem Falle etwa vom oberen

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Rand bis zum unteren Rand des Trichterteiles 7, so daß sie unten etwa an der engsten Stelle jeder Querschnittsverengung 3 enden, über der sich ihr zugehöriger Trichterteil 7 befindet.

Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leitelemente 15 ist in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht. Die Leitelemente sind hier in Form von Leisten 15 ausgebildet, die sich im wesentlichen hochkant (vgl. insbesondere Querschnittsansicht der Fig. 3) auf der Innenwand des Trichterteiles 7 angebracht. Diese Leisten 15, die vorzugsweise aus verschleißfestem und wärmebeständigem Metall hergestellt sind/ können - wie veranschaulicht sich im wesentlichen schräg zur Hauptachse 16 des Reaktionsraumes 2 vom oberen Rand bis zum unteren Rand des Trichterteiles 7 erstrecken. Es besteht ferner auch die Möglichkeit, daß sich diese Leisten gekrümmt oder leicht schraubenlinienförmig zur Hauptachse des Reaktionsraumes 2 etwa vom oberen Rand des Trichterteiles 7 bis zu dessen unterem Rand erstrecken.

Durch die Ausbildung und den Verlauf der Leisten 15 läßt sich in äußerst günstiger Weise eine genau definierte Bewegungsrichtung des'nach unten durch eine Querschnittsverengung 3 hindurchfallenden bzw. hindurchschießenden Feingutes erzielen, so daß das Feingut in Strähnenoder Wolkenform (also in nicht aufgelöster Form) den oberen Teil einer nächst-unteren Kammer 4 rasch durchsetzt, in dem eine erhöhte Gasströmungsgeschwindigkeit (nach oben) herrscht.

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Eine zweite Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Leitelemente an der Innenwand eines Trichterteiles 7 ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. In diesem Falle werden die Leitelemente durch eine Art pyramidenförmiger Einbauten 15' gebildet, die an der Innenwand jedes Trichterteiles 7 angebracht sind und etwa vom oberen Rand sich zum unteren Rand des zugehörigen Trichterteiles 7 sowohl in ihrer Dicke (vgl. insbesondere fein schraffierte Schnittdarstellung auf der linken Seite der Fig. 4) als auch - in Trxchterumfangsrichtung gesehen - in ihrer Breite (vgl. insbesondere Ansicht des mittleren Elements 15' in Fig. 4) allmählich größer werden.

In ähnlicher Weise wie die Leitelemente 15' der Fig. 4 und 5 könnten die Leitelemente gemäß einer anderen Ausbildung auch als dachförmige Einbauten auf der Innenwand jedes Trichterteiles 7 angebracht sein. In diesem Falle würden die Einbauten dann - gegenüber denen der Fig. 4 und 5 - eine über ihre ganze Länge gleichbleibende Dicke besitzen.

In jedem Falle sind die Leitelemente 15 bzw. 15' gleichmäßig über den Umfang des Trichterteiles 7 verteilt angeordnet.

Die Leitelemente können aus jedem geeigneten hitzebeständigem und verschleißfestem Material bestehen. Hierbei besteht dann die Möglichkeit, daß die Leitelemente einerseits aus demselben Material (einstückig) herausgeformt sind, aus dem die Innenauskleidung des Reaktionsraumes 2 besteht, und daß sie andererseits als gesonderte Einbauten auf der Innenwand der jeweiligen Trichter-

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schräge 7 befestigt werden. Im letzteren Falle besteht dann wiederum in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, daß bereits vorhandene Vorrichtungen noch ergänzend mit diesen Leitelementen ausgerüstet werden können.

Im allgemeinen wird es vorgezogen, auf der Innenwand jeder Trichterschräge 7 und somit in jeder Kammer 4 Leitelemente vorzusehen, es kann jedoch in einigen Einsatzfällen bereits ausreichend sein, wenn nur der Trichterteil einer Kammer oder der Trichterteil einiger Kammern 4 erfindungsgemäß mit Leitelementen ausgestattet wird.

Wie sich aus dem Zuvorgesagten deutlich ergibt, ist es für die erfindungsgemäße Ausführung der Wärmeaustauschvorrichtung wesentlich, daß das im Bereich der Querschnittsverengungen nach unten abrutschende Feingut etwa strähnenartig gesammelt und dann in dieser Form mit einer definierten Bewegungsrichtung durch die düsenartige Querschnittsverengung hindurchgeleitet wird. Hierzu können außer den zuvor beschriebenen und in der Zeichnung veranschaulichten, bevorzugten Leitelementen auch noch andere Ausführungsformen von Leitelementen verwendet werden, wie z.B. in die Innenwand eines Trichterteiles eingearbeitete Rinnen, Einbauten in Form von etwa vertikal halbierten schlanken Kegeln usw.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen Feingut und Gas, im wesentlichen bestehend aus einem vertikalen Reaktionsraum, der durch mehrere trichterartige Querschnittsverengungen in einzelne Kammern unterteilt istj wobei das Feingut im oberen Bereich des Reaktionsraumes eingeführt und im unteren Bereich abgezogen wird, während das Gas im Gegenstrom zum Gut unten in den Reaktionsraum eingeführt und oben abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand des Reaktionsraumes (2) im Bereich wenigstens einer trichterartigen Querschnittsverengung (3) Leitelemente (15, 15') für das Gut vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente in Form von Leisten (15) ausgebildet sind, die im wesentlichen hochkant auf der Innenwand eines Trichterteiles (7) angebracht sind, der sich über der engsten Stelle jeder Querschnittsverengung (3) befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente als dachförmige Einbauten auf der Innenwand eines Trichterteiles angebracht sind, der sich über der engsten Stelle jeder Querschnitts-

" Verengung befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente als pyramidenförmige Einbauten (15») auf der Innenwand eines Trichterteiles (7) angebracht sind, der sich über der engsten Stelle jeder Querschnittsverengung (3) befindet.

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ORIGINAL INSPECTED

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitelernente (15, 15¹) etwa vom oberen Rand bis zum unteren Rand des Trichterteiles (7) erstrecken.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (15) sich etwa schräg zur Hauptachse (16) des Reaktionsraumes (2) erstrecken.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten sich gekrümmt oder schraubenlinienförmig zur Hauptachse des Reaktionsraumes erstrecken.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pyramidenförmigen Einbauten (15¹) etwa vom oberen Rand bis zum unteren Rand des Trichterteiles (7) sowohl in ihrer Dicke als auch - in Trichterumfangsrichtung gesehen - in ihrer Breite allmählich größer werden.

9. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente (15, 15') gleichmäßig über den Trichterumfang verteilt angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die aus einem etwa zylindrischen Teil und dem Trichterteil bestehenden einzelnen Kammern des Reaktionsraumes koaxial übereinander angeordnet sind_r dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Trichterteil (7) Leitelemente (15^ 15') angebracht sind und daß etwa dem oberen Abschnitt jedes Trichterteiles (7) ein zentraler Streukegel (14) zugeordnet ist.

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