Verfahren zum Betrieb eines pneumatisehen Zerkleinerers. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von pneuma tischen Zerkleinerern, in welchen die Mahl arbeit durch einen Strahl gasförmigen Ar beitsmittels, zum Beispiel Druckluft, gelei stet wird.
Bei derartigen Zerkleinerern entstellt der Arbeitsstrahl durch Expansion des Arbeits mittels in einer oder mehreren geeignet ge formten Düsen. Das Arbeitsmittel muss ver dichtet werden und in den meisten Fällen erfolgt nach der Verdichtung noch eine Er wärmung, wodurch die bei der Expansion frei werdende Energie, also die Geschwindig keit des Strahls, erhöht wird. Bei einer be stimmten im Zerkleinerer umzusetzenden Expansionsenergie wird die Verdichtungs arbeit umso kleiner, je höher die Temperatur des Arbeitsmittels ist, sei es, dass ein gerin gerer Druck erzeugt, oder, dass, die Menge des Arbeitsmittels kleiner gewählt wird.
Er wärmtes Arbeitsmittel begünstigt auch die Trocknung allfällig feuchten Mahlgutes wäh rend des Zerkleinerungsvorganges und durch die Trocknung wird in den meisten Fällen auch die Mahlbarkeit des Materials verbes sert. Die Erwärmung des verdichteten Ar beitsmittels ist demnach in den meisten Fäl len aus mehrfachen Gründen vorteilhaft.
Den Vorteilen des pneumatischen Zerkleine- rers, wobei vor allem der Wegfall bewegter Konstruktionsteile im Zerkleinerer selbst zu betonen ist, stellt in vielen Fällen und auch wenn die Erwärmung des Arbeitsmittels sehr weit getrieben wird, ein hoher Energiebedarf für die Verdichtung des gasförmigen Ar beitsmittels gegenüber im Vergleich zum Energiebedarf von Zerkleinerern anderer Art.
Die Verdielitungsenergie wird durch den Motor aufgenommen, welcher den Verdichter antreibt. In den meisten Fällen ist dies ein Elektromotor, gelegentlich auch eine Dampf turbine.
Die Erfindung bezweckt, die Kosten für die Verdichtung des Arbeitsmittels und da mit für die Zerkleinerung zu vermindern. Die Erfindung bestellt darin, dass in ein gas- förmiges Arbeitsmittel, von welchem wenio-- stens ein Teil zum Betrieb des Zerkleinerers dient, durch Verdichtung und Erwärmung eine grössere als zum Betrieb des Zerkleine- rers erforderliche Energiemenge eingeführt wird,
und dass der Energieübersc'huss in einer den Verdiellter antreibenden Kraftmasc'hine ausgenützt wird. Dadurch wird es möglich, die für den Betrieb des Zerkleinerers erfor derliche Verdichtungsarbeit wenigstens zum Teil durch in das Arbeitsmittel von aussen eingeführte Wärme zu leisten und damit den Aufwand von mechanischer oder elektrischer Energie ganz oder zum Teil zu ersparen.
In den meisten Fällen stehen der Preis von Wärme und der Preis von mechanisclier oder elektrischer Energie in einem solchen Ver hältnis, dass der Kostenaufwand für die Zer kleinerung nach dem erfindungsgemässen Ver fahren bedeutend geringer wird als nach einem bisher üblichen Verfahren. Oft lässt sich überdies die eingeführte Wärme wieder nutzbar machen, so dass eine praktisch kostenlose Zerkleinerung möglich wird.
Der erforderliche Energieüberseliuss kann dadurch bewirkt werden, dass eine grössere als zum Betrieb des Zerkleinerers erforder- lielle -Menge von Arbeitsmittel verdielitet und erwärmt wird, und dass der Überschuss von Arbeitsmittel in einer den Verdieliter antrei benden Kraftmaschine expandiert.
Besonders vorteilhaft wird dieses Verfahren, wenn die in demtberschuss von Arbeitsmittel nach der Expansion noch enthaltene.Wärme in irgend einer Weise (unter Umständen auch ausser halb der Zerkleinerungsanlage) nutzbar ge macht werden kann. Eine teilweise Ausnut zung ergibt sieh zum Beispiel, wenn solche Abwärme mittelst eines Wärmeaustauschers dem verdichteten Arbeitsmittel zugeführt wird. Bei Kohlenstaubfeuerungsanlagen mit unmittelbarer Einblasung des erzeugten Kohlenstaubes in die Feuerung kann der expandierende Überschuss von Arbeitsmittel als Sekundärluft in die Feuerung eingeführt werden.
Es wird dann nicht nur die in dem den 'Zerkleinerer durchfliessenden Teil des Arbeitsmittels enthaltene Wärme, sonderii die gesamte -in das System eingeführte Wärme der Feuerung zugefülirt.
Besonders einfach wird eine solche<B>An-</B> lage, wenn von dem Verdichter'die gesamte Verbrennungsluftmenge gefördert wird, wo von ein Teil als Arbeitsluft des Zerkleinerers und damit als Primärluftmenge, der andere Teil nach erfolgter Expansion als Sekundär- luftmenge dient. Ein besonderes Gebläse samt Antriebsmotor für die Sekundärluft wird dabei erspart.
Die Überschussenergie kann auch dadurch erzielt werden, dass das zum Betrieb des Zer- kleinerers dienende Arbeitsmittel auf einen höheren als zum Betrieb des Zerkleinerers erforderlichen Druck verdichtet und nach er folgter Erwärmung in einer zum Antrieb des Verdieliters dienenden Kraftmaschine auf wenigstens annähernd den zum Betrieb des Zerkleinerers notwendigen Druck entspannt wird.
Hierbei kann es vorkommen, dass das Arbeitsmittel nach erfolgter Expansion in der Kraftmaschine noch zu heiss ist, um zum Betrieb des Zerkleinerers verwendet werden zu können. In diesem Falle wird dem Ar beitsmittel vor Eintritt in den Zerkleinerer Wärme entzogen, wobei natürlich, immer an gestrebt wird, diese entzogene Wärme in irgend einer Weise wieder nutzbar zu ma chen. Dies kann vorzugsweise dadurch ge- sehehen, dass die entzogene Wärme dein Ar beitsmittel -zwischen Verdichter und Kraft maschine zugeführt wird.
In dem Fall, wo wenigstens ein Teil des Arbeitsmittels hinter dem Zerkleinerer in einem Abscheider von dem erzeugten Fein gut getrennt wird, kann dieser Teil ebenfalls zur<B>Ei</B> rwärmung des Arbeitsmittels zwischen Verdichter und Kraftmaschine benutzt wer den. Natürlich ist auch irgend eine andere Verwendung solcher Abwärme möglich, gege benenfalls auch in einer Anlage, die sonst mit der Mahlanlage nicht in Beziehung steht.
Es kann auch gleichzeitig eine grössere als für den Betrieb des Zerkleinerers erfor derliche Menge von Arbeitsmittel verwendet und diese zudem auf einen höheren als den zum Betrieb des Zerkleinerers notwendigen Druch verdichtet werden.
Der für -den Be trieb des Zerkleinerers erforderliche Teil von Arbeitsmittel expandiert dann in der den Verdichter antreibenden Kraftmaschine bis auf den für den Betrieb des Zerkleinerers erforderlichen Druck, während der Über- von Arbeitsmittel in einer Kraftma- sehine auf einen tieferen als den zum Be trieb des Zerkleinerers erforderlichen<B>Druck</B> expandiert.
Es kann dann wiederum die entspannte Übersühussmenge von Arbeitsmit tel zur Erwärmung des Arbeitsmittels zwi schen Verdichter und Kraftmasehine benutzt werden.
-Wenn die in das System eingeführte Wärme für die Aufbringung der Verdich- fungsenergie nicht genügt, so kann ein Mo tor irgend welcher Art die Kraftmaschine, in welcher das Arbeitsmittel expaniert, un terstützen. Besonders vorteilhaft ist es, in den Fluss des Arbeitsmittels einen Zusatz verdichter einzuschalten, der dann seinerseits von einem Motor irgend welcher Art ange trieben ist. Hilfsenergie kann aber auch in der Weise in das System eingeführt werden, dass in das vom Hauptverdichter geförderte Arbeitsmittel noch ein verdichtetes gasförmi ges Mittel irgend welcher Art eingeleitet wird.
Dies kann beispielsweise so geschehen, dass ein irgendwie angetriebener Hilfsver dichter parallel zum Ilauptverdichter arbei tet, oder dass ein dampfförmiges unter Druck stehendes Mittel zugeführt wird. Hierbei kann die Zuführung solchen zusätzlichen Mit tels vor oder nach der Erwärmung des Ar beitsmittels erfolgen. Im besonderen kommt eine derartige Einführung von zusätzlichem <B>e5</B> Mittel auch in Frage während der Periode der Inbetriebsetzung einer solchen Anlage.
In der Zeichnung sind acht beispielsweise Schemata, für das erfindungsgemässe Ver fahren gezeigt. Fig. <B>1</B> und 2 beziehen sieh auf den Fall, wo eine grössere als für den Betrieb des Zerkleinerers erforderliche Menge von Arbeitsmittel auf den für den Betrieb des Zerkleinerers erforderlichen Druck ver dichtet und erwärmt wird. Bei Fig. <B>3,</B> bis<B>7</B> ist die Menge des Arbeitsmittels gleich der für den Betrieb des Zerkleinerers erforder lichen. Das Arbeitsmittel wird jedoch auf einen höheren als den zum Betrieb des Zer- kleinerers erforderlichen Druck verdichtet.
Bei Fig. <B>8</B> ist eine Übereinanderlagerung der beiden vorgenannten Fälle angenommen.
In allen diesen Schemata bedeuten:<B>1</B> ein Antriebsmotor irgendwelcher Art,<B>3</B> den mit der Kraftmaselline 4 (in welcher das Ar beitsmittel expandiert) gekuppelten Haupt verdichter.<B>5</B> ist der pneumatische Zerkleine- rer dem das Arbeitsmittel durch die Leitung <B>10</B> zuströmt, während das zu zerkleinernde Material durch Leitung<B>15</B> zugeführt wird und der erzeugte Staub mit dem (im Zer- kleinerer expandierenden) Arbeitsmittel durch die Leitung 14 abströmt,
<B>7</B> die Saugleitung des Hauptverdiellters <B>3.</B> In der Admissions- leitung <B>9</B> der Expansionskraftmaschine 4 ist die Vorrichtung zur Erwärmung des Arbeits mittels eingeschaltet, welche in den Fig. <B>1,</B> <B>3,</B> 4,<B>5, 6</B> und<B>8</B> als Oberflächenwäxmeaus- tauscher <B>11,</B> 12 ausgebildet ist, während das Arbeitsmittel im Fall von Fig. 2 und<B>7</B> in einer unter dem Druck des Arbeitsmittels stehenden Verbrennungskammer<B>13</B> erwärmt wird.
In den Fig. 2,<B>5</B> und<B>7</B> ist ein dem HauptverdieUter vorgeschalteter Hilfsver dichter 2<U>angenommen.</U><B>6</B> ist die Saugleitung des Hilfsverdiellters 2. Bei Fig. <B>1</B> und 4 ist in die -Leitung<B>8</B> noch eine zusätzliche Wärmeaustauschvorrichtung <B>16, 17</B> einge schaltet, durch welche die dem expandierten Arbeitsmittel entzogene Wärme in das ver dichtete Arbeitsmittel übergeführt wird.
Zu den Schemata ist im einzelnen er gänzend noch folgendes zu sagen: In der Annahme, dass die Temperatur des Arbeits mittels, welches den Zerkleinerer durch strömt, nicht so hoch sein dürfte, wie die Temperatur des Teils, welcher die Expan- sionskraftmaschine 4 durchströmt, erfolgt die Abzweigung der Leitung<B>10</B> zwischen dem Wärmeaustauscher <B>16, 17</B> und der Heiz- vorrielltung <B>11,</B> 12.
Es könnte aber auch die Zuführungsleitung zum Zerkleinerer an einer Zwiselienstufe des Wärmeaustausellers <B>11,</B> 12 abzweigen, wie dies in Fig. <B>1</B> durch die ge- strichelte Linie joa angedeutet ist. Die Kupplung zwischen dem Motor<B>1</B> und der aus dem Verdichter <B>.3</B> und der Kraftmaschine 4 bestehenden Gruppe kann unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Übersetzungs getriebes durchgeführt sein.
Die Beheizung des Arbeitsmittels in den Wärmeaustauschern <B>11,</B> 12 kann beispielsweise durch Abwärme eines Dampferzeugers erfolgen.
In Fig. 2 erfolgt die Erhitzung des Arbeitsmittels durch Verbrennung irgend eines Brennstoffes in der BrennkaTnrner <B>13,</B> welche zwischen den Leitungen<B>8</B> und<B>9</B> ein geschaltet ist.<B>3:1</B> bedeutet die Einführungs leitung des Brennstoffes. Vor der Brennkam- mer wird durch Leitung<B>38</B> ein erster Teil und hinter der Brennkammer durcli Leitung <B>39</B> ein zweiter Teil der Arbeitsluftmenge für den Zerkleinerer abgezweigt.
Die beiden Lei tungen vereinigen sich zur Leitung<B>10.</B> In die Leitung<B>3,8</B> ist ein Regulierorgan 40 ein geschaltet, durch welches die Temperatur der Mischung in der Leitung<B>10</B> beeinflusst werden kann. Der Antriebsmotor<B>1</B> ist hier nicht mechanisch mit der Gruppe<B>3,</B> 4 ge kuppelt, sondern er treibt den zusätzlichen Hilfsverdichter 2, an. Ein solcher Verdichter könnte auch in der Druckleitung<B>8</B> einge schaltet sein, ferner könnte ein Zusatzver dichter parallel zum Hauptverdichter ge schaltet sein. Durch die gestriebelte Leitung 41 ist eine Alternative angedeutet, wonach zusätzliches Arbeitsmittel in die Kraftma schine 4 eingeführt wird.
Wenn beispiels weise 4 eine Heissluftturbine ist, so könnte, durch 41 zur Unterstützung Wasserdampf eingeführt werden, indem hierfür eine Hilfs düse vorgesehen würde. Eine solche Hilfs einrichtung könnte auch neben einem eigent lichen Antriebsmotor vorgesehen sein zur Unterstützung bei der Inbetriebsetzung oder auch für den Fall bei ausserordentlich gro sser Belastung der Anlage in Frage kommen. Für die innere Verbrennung in der<U>Kammer</U> <B>13</B> kann ein fester, flüssiger, gasförmiger oder gemischter Brennstoff gewählt werden. Es kann die Erhitzung auch so durchgeführt werden, dass eine erste Stufe durch indirekte Beheizung (Fig. <B>1)</B> und eine zweite Stufe durch innere Verbrennung erfolgt.
Die Aus- nützung eines Teils der Abwärme der<B>Ab-</B> luft der Kraftmaschine 4 zur Erwärmung der Luft in Leitung<B>8</B> könnte natürlich auch im Rahmen des Schemas Fig. <B>2</B> durchgeführt werden.
Zur Vervollständigung der Erläuterungen der Arbeitsweise nach Fig. <B>1</B> und 2 sei nach folgend ein erstes Beispiel zahlenmässig be handelt. In einer Feuerungsanlage mit unmittel barer Einblasung von in einer pneumatischen Kohlenmühle erzeugtem Kohlenstaub betrage die Menge des erzeugten und verbrannten Kohlenstaubes<B>1</B> Tonne/Stunde. Die zwischen Expansionsdüse und 8taubluftflansch der Mühle aufzubringende Energie sei 24 KW, was einer mässig gut mahlbaren Kohle ent spricht.
Bei einer Temperatur vor der Düse von<B>250' C</B> und einem Drückverhältnis von <B>1,26</B> ergibt sieh eine Arbeitsluftmenge von <B>2580</B> kg/Stunde. Die für die Verbrennung erforderliche Gesamtluftmenge sei<B>12900</B> kg/Stunde <B>(10</B> Normal'kubikmeter/kg Kohle).
Der Verdichter <B>'3</B> fördere diese Gesamtluft- menge, und zwar in Anbetracht der Wider stände vor und hinter der Mühle auf ein Druckverhältnis von<B>1,30.</B> Unter der An nahme von 20'<B>C</B> in der Saugleitung<B>7</B> und eines Verdichtungswirkungsgrades von<B>72A</B> bezogen auf die Adiabate wird die Verdich tungsleitung<B>115</B> KW. Durch die Kraft maschine 4 strömen 12900e#--2580 <B>= 103120 kg</B> Luft/Stunde. Die Lufttemperatur in der Lei tung<B>9</B> betrage infolge der von aussen durch den Wärmeaustauscher
<B>11,</B> 12 respektive die Verbrennungskammer<B>18</B> zugeführten Wärme <B>500'</B> C. In Berücksichtigung der Wider stände vor und hinter der Kraftmaschine sei für die Expansion nur mit einem Druckver hältnis von<B>1,2,63</B> gerechnet. Mit einem Wir kungsgrad bezogen auf die adiabatische Ex pansion von<B>80%</B> ergibt sieh für die Expan- sionskraftmaschine 4 eine Leistung von <B>115</B> KW, so dass also der Antriebsmotor ganz entlastet ist.
Ohne Aufnahme äusserer me- elianiselier oder elektrischer Energie werden die Mahlung und Förderung des Kohlen staubes und ausserdem die Druchhöhe zur Überwindung der Widerstände im Lufter hitzer und Brenner geleistet. Die aufgenom mene Wärme wird restlos in der Feuerung ausgenützt, und zwar sowohl mit der Pri- Märluft, als auch mit der Sekundärluft. Diese hat (im Falle des Schemas nach Fig. 2) in der Leitung 34 eine Temperatur von 460'<B>C.</B> Die Primärluft kühlt sich während des Mahl vorganges nur soweit ab, als dies durch die Trocknung und Erwärmung der Kohle be dingt ist.
Für beides ist aber dafür der ent sprechende Wärmeaufwand in der Feuerung nicht mehr aufzubringen. Es ist bekannt, dass der Betrieb von Kohlenstaubfeuerungen durch hohe Temperaturen der eingeführten Verbrennungsluft in hohem Masse begünstigt wird. Im Falle eines Dampferzeugers ist es im allgemeinen auch an sich sehr vorteilhaft, einen Luftvorwärmer als Nachheizfläche in die Anlage einzubauen.
Sollten die hier an genommenen Temperaturen zu unerwünsch ten Verhältnissen in der Disposition der Nachheizflächen des Dampferzeugers führen, so 15,sst sieh die obere Stufe der Erhitzung gesondert durchführen, sei es durch eine zu- sätzliehe indirekte Beheizuno, oder durch ZD innere Verbrennung.
Bei gewöhnlicher Betriebsweise würde der Verdichter <B>2580</B> kg/Stunde Arbeitsluft auf das Druckverhältnis<B>1,30</B> bringen und dann eine Leistung von '227 KW, gemessen an den Klemmen des antreibenden Elektro- Motors, aufnehmen.
Wollte man aber eine Luftvorwärmung in gleichem Masse verwirk lichen, wie es in diesem Beispiele geschieht, so käme noch die Leistung eines Sekundär- luftgebläses hinzu im Betrage von etwa 12 KW. Die Gesamtleistung beträgt also etwa<B>39</B> KW. In dem vorliegenden Beispiele ist ein einstufiger Kreiselverdichter und eine einstufige und einkränzige Turbine angenom men worden.
In Fig. <B>3</B> erfolgt eine Vorverdichtung in dem vom Motor<B>1</B> angetriebenen Hilfsver- clichter 2. Die aus dem Verdichter<B>3</B> und der Kraftmase,Iiine 4 bestehende Gruppe läuft ohne Zufuhr von fremder mechanischer Ener gie. Der Betrag, um den der Druck in der Leitung<B>7</B> tiefer ist als in der Iieitung <B>10</B> entspricht dem erzielten Gewinn an mechani scher Fremdenergie.
Die Beheizung im Wärmeaustauscher <B>11,</B> 12 kannbeispielsweise durch Verbrennungsgase einer Feuerung, zum Beispiel eines Dampferzeugers, eines metallurgischen Ofens, eines Zementofens oder dergleichen erfolgen. Wenn es sich um Brennstoffmahlung und unmittelbare Ein- blasung des erzeugten Brennstoffluftgemi- sches in einer Feuerungsanlage handelt, so wird die ganze durch die Leitung 14 ab strömende Wärme ohne weiteres in der Feue rung nutzbar gemacht. Es sei im nachfol genden der Einfachheit halber das Arbeits mittel immer als Luft angenommen.
Die Trennung der Verdichtung in zwei mecha nisch, getrennten Gruppen<B>1,</B> 2 und<B>3,</B> 4 bringt gewisse Vorteile im besonderen für das Anfahren, da der Motor<B>1</B> auch dann nur entsprechend der Aufnahmefähigkeit des zu gehörigen Verdichters 2 belastet wird und die Gruppe<B>3,</B> 4 allmählich mit der Frrei- chung der gewollten Temperaturen die nor male Ges#liwindigkeit und innere Belastung annimmt. Der Gruppe<B>3,</B> 4 kann man in der Ausführung als Turbomaseliine ohne Rück- sieht auf einen Antriebsmotor die günstigste Dimensionierung und Drehzahl geben.
In Fig. 4 ist eine mechanische Verbin dung zwischen Motor<B>1,</B> Verdieliter <B>3</B> und Kraftmaschine 4 veranschaulicht. Natüilicli kann (im besonderen wenn<B>1</B> ein Elektromotor ist) zwischen diesem und der Gruppe<B>'3,</B> 4 ein Übersetzungsgetriebe irgend welcher Art eingeschaltet sein. Ist<B>1</B> eine Dampfturbine, so wird sich in der Regel eine unmittelbare Kupplung mit Gruppe<B>3,</B> 4 (diese als Turbo maschine gedacht) gut verwirklichen lassen.
In der Annahme, die hinter der Kraftma schine 4 herrschende Temperatur sei für den Betrieb des Zerkleinerers mit Rücksicht auf das Mahlgut zu hoch, ist in die Leitung<B>10</B> ein Wärmeaustauselier <B>16, 17</B> eingeschaltet, durch welchen das Arbeitsmittel in der Lei- tung <B>8</B> erwärmt und in der Leitung<B>10</B> ab gekühlt wird. Die Heizvorrielitung <B>11,</B> 12 wird entsprechend entlastet.
In Fig. <B>5</B> ist ebenfalls eine Abkühlung der Luft in der Leitung<B>10</B> durch einen Wä.rmeaustauscher <B>18, 19</B> durchgeführt. Die Wärme wird von Verbrennungsluft aufge- nommeii, die in eine Verbrennungskammer 20 geleitet wird, welcher durch 21 ein Brenn stoff irgend welcher Art zugeführt wird. Die Verbrennungsgase durchströmen die Heizvorrichtung <B>11,</B> 12 und entweichen nach Angabe des grössten Teils ihres Wärmeinhal tes durch 22.
Die durch den Wärmeaustau- seller <B>'18, 19</B> dem Arbeitsmittel entzogene Wärme wird in mittelbarer Weise an das ver dichtete Arbeitsmittel übertragen. Die Ver wendung vorgewärmter Verbrennungsluft in der Kammer 2-0 ist im allgemeinen in Hin sicht auf die Erreichung einer guten Ver <U>brennung</U> von Vorteil. Im Falle von Brenn- stoffmahlung kann in der Verbrennungskam mer Brennstoffstaub verbrannt werden, wel- eher von der Leitung 14 abgezapft wird.
In Fig. <B>6</B> wird das -Gemisch von Luft und Mahlgut durch die Leitung 14 in einen Abseheider 22 geleitet. Das Mahlgut fliesst durch die Leitung 23 ab, während die ab geschiedene Luft durch die Leitung 24 strömt. Ein Teil davon wird durch eine Lei tung 25 in eine Verbrennungskammer <B>26</B> geleitet, welcher Brennstoff irgend welcher Art durch die Leitung<B>27</B> zugeführt wird. Die Verbrennungsgase verlassen die Kammer <B>2,6</B> durch die Leitung<B>28,</B> welche sich mit der Luftteilstrange <B>29</B> wieder vereinigt.
Das heisse Gemisch durchströmt die Heizvorrich- tung <B>11,</B> 12 und entweicht nach erfolgter Abkühlung durch die Leitung<B>301.</B> Die in der abgeschiedenen Luft enthaltene Wärme wird in unmittelbarer Weise an das verdichtete Arbeitsmittel übertragen. Auch hier bedeu tet die Verwendung heisser Verbrennungs luft in der Kammer<B>26</B> ein Vorteil.
Wird im pneumatischen Zerkleinerer <B>5</B> ein Brennstoff verarbeitet, so können Spuren von Brenn stoff, welche in der im Abscheider 22 abge schiedenen Luft allfällig noch enthalten sind, in der Verbrennungskammer <B>26</B> zur Aus- nützung <U>kommen.</U>
In Fig. <B>7</B> ist als Heizvorrichtung eine Kammer<B>13</B><U>angenommen,</U> in welcher ein durch eine Leitung<B>31</B> eingeführter Brenn stoff in der unter Druck stehenden, durch die Leitung<B>8</B> vom Hauptverdichter zuströ menden Luft verbrannt wird. Die Vermei dung von Wärme übertragenden Flächen ist ein Vorteil dieses Verfahrens. Abgasverluste werden vermieden.
Bei Fig. <B>8</B> ist angenommen, dass ein Über- seliuss von Luft verdichtet werde. Dieser Überschuss zweigt durch Leitung<B>33</B> von der Leitung<B>10,</B> ab, expandiert in der Kraftma schine<B>32</B> nahezu auf Atmosphärendruck und strömt in die Verbrennungskammer<B>35,</B> welcher irgend ein Brennstoff durch die Lei tung<B>36</B> zugeführt wird.
Die Verbrennungs gase dienen zur Beheizung der verdichteten Luft in der Vorrichtung<B>11,</B> 12 und sie ent weichen durch die Leitung<B>37.</B> Die in der Überseliussluft enthaltene Wärme wird in mittelbarer Weise auf die verdiel-itete Luft übertragen. Da der Überschuss einem grö sseren Expansionsgefälle unterworfen wird, als die eigentliche Arbeitsluftmenge, so er gibt sieh daraus ein grösserer Rückgewinn an Wärme, so dass sich die Betriebsweise unter Vorsehung eines solchen Überschusses und der entsprechenden Expansion auf eine tie fere Stufe lohnen kann.
Die Kraftmaschinen 4 und<B>32</B> können zu einer zweistufigen Ma schine konstruktiv vereinigt sein (zum Bei spiel eine zweistufige Turbine mit Entnahme in Leitung<B>10).</B> Anstatt in Serie könnte die Überschussmenge des Arbeitsmittels auch pa rallel zur Hauptmenge (jedoch eher mit tie ferem Enddruck) expandieren. Die Leitung <B>33</B> würde dann von<B>9</B> abzweigen. Die Expan- sionskraftmaschine <B>32</B> kann aber auch mit einem HilfsverdieUter gekuppelt sein.
Zur näheren Erläuterung sei ein zweites zahlenmässiges Beispiel unter zu Grunde- legung des Schemas nach Fig. <B>7</B> gegeben: Es handelt sieh um die Zerkleinerung von 2 to Koks in der Stunde. Die erforderliche adiabatische Expansionsenergie der Luft im Zerkleinerer beträgt<B>160</B> KW. Bei diesem Material wie etwa auch bei Zementklinker oder dergleichen, kann eine hohe Tempera tur des Arbeitsmittels vor der Expansion von 4<B>5 0<I>'</I> C</B> zugelassen werden.
Die Annahme von <B>12900 kg (10000</B> Normalkubikmeter) Luft in der Stunde führt dann auf ein im Zer- kleinerer umzusetzendes Druckverhältnis von 1,247. Der Druck in der Staubleitung 14 be trage<B>1,01</B> aim abs. In der Leitung muss so mit ein Druck von<B>1,26</B> atm abs. herrschen.
Wenn nun eiri dreistufiger Kreiselverdieliter angenommen ist, so kann, ausgehend von einem Ansaugedruck von<B>1,000</B> atm abs. und einer Ansaugetemperatur von 20'<B>C,</B> ohne an die zulässige Grenze der Umfangsge schwindigkeit zu gehen, eine Verdichtung auf<B>2,60</B> atni abs. erreicht werden. Hierfür ist bei einem adiabatischen Wirkungsgrad von<B>72 %</B> ein Leistungsaufwand an der Welle des Verdichters von 458 KW erforderlich.
In der Leitung<B>9</B> betrage der Druck nach Überwindung der Widerstände in der Brenn kammer und in den Leitungen noch <B>2,57</B> atm abs. Das ausnutzbare Druckver hältnis für die Expansion beträgt dann <B>2,5 7 :</B> 1,25<B>6</B> -- 2,04.
Für die Kraftmaschine 4, welche eine einstufige und einkränzige Heissluftturbine ist, kann ein. adiabatischer Wirkungsgrad von<B>79 %</B> angenommen wer den und bei einer Temperatur von<B>600' C</B> in der Leitung<B>9</B> infolge der von aussen zu- "eführten Wärme gibt die Turbine die für den Antrieb des Verdichters erforderliche Leistung von 458 KW an die Welle ab. Die Maschinengruppe<B>3,</B> 4 wird also lediglich durch die Zuführung von Wärme in der Brennkammer<B>13</B> im Gleichgewicht gehal ten.
Die Vermehrung des Arbeitsmittel- ,uewiehtes infolge der Aufnahme des Brenn stoffes ist in dieser Rechnung im Sinne eines Sicherheitsfaktors unberücksichtigt gelassen worden. Die Zuführung von zusätzlicher Energie durch einen mechanisch mit der Gruppe verbundenen Motor oder durch einen Hilfsverdichter ist nicht erforderlich. (Solelle zusätzlichen Einrichtungen können also auch ganz in Wegfall kommen;
es sind lediglich für die Inbetriebsetzung geeignete Massnali- men zu treffen.) Die Verdichtung bewirkt eine Temperaturerliöliung auf 146<B>' C.</B> In der Brenukammer ist die weitere Erhöhung der Temperatur auf<B>600' C</B> zu leisten, was einer Wärmezufuhr von 1400000 WE/Stunde ent spricht.
Beim Austritt der Luft aus den Düsen der Turbine herrscht beinahe die End- temperatur der adiabatischen Expansion von 438'<B>C.</B> Bei der Umsetzung der Strömungs energie in den Schaufeln des Laufrades der' Turbine erhöht sich die Temperatur auf 472'<B>C.</B> Der Temperaturabfall bei der Ex pansion von<B>128 ' C</B> ist um 2' grösser als die Temperaturerllöhung bei der Verdichtung von<B>126' C.</B> Der Grund liegt in der Lager reibung. Die geringen Änderungen der spe- zifisc'hen Wärme in Abhängigkeit von der Temperatur sind hier bewusst ausser Acht 0.elassen worden.
Es bestellen also an tD der Laufsellaufelung Temperaturverhältnisse, welche bei den heute zur Verfügung stehen den Materialien selbst bei mechanisch 'hoch beanspruchten Schaufeln noch erheblich un ter der zulässigen Grenze liegen. Da das Ge häuse der Turbine 4 zwecks Vermeidung unerwünschter Deformationen mit Vorteil gekühlt wird, stellt sieh bei Eintritt in den Zerkleinerer <B>5</B> etwa die der Berechnung zu Grunde gelegte Temperatur von 450<B>' C</B> ein.
Bei Anwendung eines elektrisch ange triebenen Verdichters nach dem üblichen Verfahren wären<B>12900 kg</B> Luft pro Stunde auf<B>1,28</B> aim abs. (Zuschlag von 0,02 atm für Widerstände) zu leisten.
Bei einem adia- batischen Wirkungsgrad von<B>68%</B> für die Verdichtung und einem Motofwirkungsgrad von 8#8% ergibt sich ein Aufwand von <B>129</B> KW. (Der Wirkungsgrad des Terdich- ters ist hier tiefer angesetzt, weil die An wendung eines Übersetzungsgetriebes zwi- sehen Motor und Verdichter anzunehmen ist.) Die Endtemperatur der 'Verdichtung ist <B>52' C.</B> Für die Erwärmung auf 450'<B>C</B> ist noch ein Aufwand von<B>1225000</B> WE/Stunde erforderlich.
Dieser Wärmeaufwand ist also nur wenig kleiner als bei Anwendung des erfindungsgemäUen Verfahrens. Daneben be stellt aber noch die Belastung des Elektro motors. Ohne dass es notwendig ist, über das Verl:1ältnis zwischen dein Preis der Wärme und demjenigen der elektrischen Energie eine Annahme zu machen, ist es klar ersicht lich, dass das erfindungsgemässe Verfahren auf bedeutend billigere Mahlkosten führt. Bei einem Verhältnis von<B>1 : 15</B> zwischen dem Preis von<B>1000</B> WE Brennstoffwärme und dem Preis von einer KWIl elektrischer Energie stehen die Mahlkosten nach dem er findungsgemässen und nach dem üblichen Verfahren im Verhältnis von<B>1</B> :2,25.
Würde auf eine Erwärmung der Mahl luft ganz verzichtet, was bei genügender Trockenheit des zu verarbeitenden Materials angängig ist, so müsste die Luftmenge au <B>218800</B> kg/h (22200 Normalkubikmeter) er- höllt werden. Damit ergäbe sieh für den Antrieb des Verdiellters an den Klemmen des Motors ein Verbrauch von<B>280</B> KW.
(Hier bei ist der Wirkungsgrad des Verdichters mit Rücksicht auf die bedeutend grössere Durchflussmenge von<B>68</B> auf 69,5% erhöht angenommen worden.) Bei dem vorstehend angenommenen Verhältnis zwischen Wärme preis und Strompreis stehen in diesem Fall die Kosten für die Ma'hlung nach dem erfin dungsgemässen Verfahren im Vergleich zual elektrischen Betrieb ohne jede Erwärmung der Luft sogar wie<B>1</B> .3,00. In vielen Fällen bestellt aber zwischen Wärme- und Strom preis ein Verhältnis, welches für das erfin dungsgemässe Verfahren noch bedeutend gün stiger ist.
Dies trifft vor allem auch dann <B>zu,</B> wenn der Wärmeaufwand ganz oder wenigstens teilweise (vornehmlich die tiefe ren Temperaturstufen) durch Abfallwärme irgend welcher Art aufgebracht werden kann. Ganz besonders günstig ist der Fall, wo die in die Anlage eingeführte Wärme in irgend einer Weise nutzbar gemacht werden kann. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die durch die Leitung 14 abfliessende mit Brenn-- stoffstaub beladene Luft in einen Feuerraum eingeführt wird.
Die Durchfü'hrung des Verfahrens führt in den meisten Fällen auf die Verwendung einer einstufigen Heissluftturbine mit einem ein- oder mehrstufigen Kreiselverdichter. Solche Maschinengruppen lassen sieli in au sserordentlich vorteilhafter Weise bauen, in dem die geeignete Drehzahl für die Turbine und den Verdiellter sehr gut aufeinander ab gestimmt sind. Man erhält infolgedessen ein Minimum von Gewicht und von Platzbedarf. Dies ist ganz besonders bei der Verwendung auf Fahrzeugen irgend welcher Art von Be deutung.
Die Regelbarkeit solcher Gruppen ist sehr güngtig. Es kommen beispielsweise zur Beeinflussung des Betriebes in Frage: Die Änderung der Admissionstemperatur der Turbine, die Änderung der Düsenquersc'hnitte am Zerkleinerer, die Änderung allfällig zu geführter Hilfseneriie.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist in keiner Weise gebunden an die Art der zur Verwendung<U>kommenden</U> Masbhinen für die Verdichtung und für die Expansion. Ebenso bestellt keine Beschränkung in der Wahl all fälliger Hilfsmotoren und in der Art und Weise der Einführung zusätzlicher Energie in das System. Die Ausbildung- der Vorrich tung für die Erwärmung des Arbeitsmittels kann alle denkbaren Formen annehmen. Der pneumatische Zerkleinerer kann irgend eine Ausführungsform haben. Die Schaltungen und Vorrichtungen zur Wärmeübertragung können von den hier gezeigten Beispielen abweichen.
Betreffend Druck und Tempera tur und das Verhältnis zwischen der Gesamt menge des Arbeitsmittels und dem den Zer- kleinerer durchiliessenden Teil besteht unbe schadet der beispielsweise angegebenenWerte keine Einschränkung. Im besonderen sei be tont, dass auch hinter dem Zerkleinerer ein nennenswerter Druck über Atmosphäre herr schen kann, wie dies beispielsweise im Falle von Brennstoffzerkleinerung in Verbindung mit einer unter Druck arbeitenden Feuerung in Frage kommt.
Weder in bezug auf das in Betracht kommende Mahlgut noch auf das anzuwendende gasförmige Arbeitsmittel be steht irgend eine Einschränkung.