CH356149A - Verfahren zum Wärmeaustausch - Google Patents

Description

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 Verfahren    zum   Wärmeaustausch Gegenstand des vorliegenden Patentes ist ein Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen einem gasförmigen Medium und einem staubförmigen oder körnigen Gut, und zwar gleichermassen zum Zwecke der Erwärmung wie der Kühlung. Das Patent    betrifft   ebenfalls eine Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens. 



  Der Wärmeaustausch soll in der Weise erfolgen, dass das staubförmige oder körnige Gut im gasförmigen Medium schwebt, wobei beide eine Relativbewegung gegeneinander ausführen sollen. Es sind Verfahren zum Wärmeaustausch bekannt, bei denen zum Beispiel das staubförmige Gut in das gasförmige Medium eingeschleudert wird, wobei Staubfontänen im Gasraum auf und nieder gehen und sich so der Wärmeaustausch vollzieht. Bei den    Aus-      tauschern,   die nach dem    Fontänenprinzip   arbeiten, handelt es sich meist um    Gleichstromaustauscher.   



  Bei einem bekannten Verfahren durchwandert das Gas mehrere Stufen von Zyklonen, während der Staub entgegen der Richtung des Gasstromes ebenfalls die Zyklone durchwandert, wobei der Staub in dem einen Zyklon abgeschieden und alsbald in die Gaszuleitung zum nächsten Zyklon wieder eingebracht wird. Der Wärmeaustausch erfolgt hier im Gleichstrom und nur durch    Hintereinanderschalten   mehrerer    Zyklonstufen   gelingt es, einen, wenn auch unvollkommenen, Ersatz für das Verfahren nach dem Gegenstromprinzip zu erwirken. 



  Die bekannten Verfahren nach dem Gegenstromprinzip leiden alle unter der Schwierigkeit, die feinen staubförmigen Medien entgegen der Strömung der Gase zu bewegen, damit ein echter Gegenstrom entsteht, der für einen guten Wärmeaustausch eine wichtige Voraussetzung darstellt. 



  Das Verfahren, welches Gegenstand der Erfindung ist, verwirklicht das Gegenstromprinzip und hat ausser den für dieses charakteristischen Vorteilen bedeutende andere, wie z. B. einfache und    billige   Bauweise sowie geringen Platzbedarf und niedrigen Energieaufwand der entsprechenden Einrichtungen. 



  Das erfindungsgemässe Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen einem    staubförmigen   oder körnigen Gut und einem gasförmigen Medium in    einem   teilweise zylindrischen, senkrecht stehenden Schacht, dem das Gut oben aufgegeben und nach der Wärmebehandlung unten abgezogen wird, während das Gas unten eintritt und oben abzieht, besteht darin, dass dem aufziehenden Gasstrom stufenweise rotierende Bewegungen    erteilt   werden und dass die Geschwindigkeit des Gasstroms so    gewählt   wird, dass das Gut stufenweise sich anreichernd    in   der Schwebe gehalten wird, um dann stufenweise    in   der an der Wandung des Schachtes sich bildenden Grenzschicht der Schwerkraft folgend langsam nach unten zu gleiten. 



  Versuche haben gezeigt, dass bei staubförmigen Gütern unter einer bestimmten Korngrösse, d. h. mit solcher Feinheit, wie es z. B.    Zementrohmehl   zur Erzeugung von    Portlandzement   aufweist, eine Gegenstrombewegung Gas-Staub nur verwirklicht werden kann, wenn man den Staub in der an der Wand sich bildenden Grenzschicht den Gasen entgegenführt. 



  Um nun zur Wärmeübertragung auch die hohe Wirksamkeit der    Durchwirbelung   von Gas und Staubgut auszunutzen, werden bei dem Verfahren nach der Erfindung in ein und demselben Hohlkörper beide Bewegungen durchgeführt. Es folgen einander die Bewegung des Staubgutes in der    Grenzschicht   entgegen der Gasströmung sowie die    Durchwirbelung   von Gas und Staubgut so oft, wie der Prozess es erfordert.

   Es ergibt sich auf solche Weise eine Art    Pilgerschrittverfahren.   Das Staubgut schreitet in der 

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 Grenzschicht dem Gas entgegen, löst sich wieder von der Wand ab, um sich mit dem Gas zu vermischen, wobei das Staubgut sozusagen einen  halben Schritt     zurückbleibt,   um darauf wieder sich in der    Grenzschicht   eine     ganzen   Schritt  dem Gas entgegen zu bewegen. 



  Versuche haben    gezeigt,   dass bei einem solchen Verfahren der    Gegenstrom-Wärmeaustausch   zur vollen Wirkung kommt. Demgegenüber hat das bekannte Verfahren, den    Wärmeaustausch   stufenweise in hintereinandergeschalteten    Zyklonen   vorzunehmen, den Nachteil, dass der Austausch in der jeweiligen Stufe im Gleichstrom sich vollzieht und demnach der Wärmeaustausch    schlecht   ist. Darüber hinaus sind die bekannten Verfahren kompliziert, erfordern hohe Aufwendungen für Bauhöhe, Rohrleitungen, Staubschleusen, Unterstützungsgerüste usw. Der Aufwand an Energie ist mindestens doppelt so hoch als beim Verfahren nach der Erfindung. Dieses ergibt dar- über hinaus eine erhebliche Einsparung an Wärmeaufwand. 



  Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass ein aus mehreren    übereinanderliegenden,   teilweise zylindrischen    Teilschächten   bestehender    senkrechter   Schacht vorgesehen ist, wobei der Durchmesser des zylindrischen Abschnittes jedes Teilschachtes grösser ist als derjenige des zylindrischen    Abschnittes   des    benachbarten      darüberliegenden   Teilschachtes, so dass die Geschwindigkeit des durch den Schacht aufsteigenden Gases von unten nach oben zunimmt. 



  In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung dargestellt, anhand deren das erfindungsgemässe Verfahren ebenfalls beispielsweise erläutert wird. 



  Ein staubförmiges oder körniges Gut wird bei 1 aufgegeben und von einem rotierenden Schleuderteller 2 schleierartig in den Gasstrom eingestreut. Das Gut rieselt teils in einem oberen, teilweise zylindrischen Teilschacht 6 eines senkrechten Schachtes nieder, teils wird es vom Gasstrom fortgetragen und in den kranzförmig um den    Teilschacht   6 angeordneten Zyklonen 3 niedergeschlagen und über die Schurren 4 wieder in den Gasstrom eingetragen. Die    Staubschurren   4 der Zyklone 3 münden hier auf einen zweiten    Schleuderteller   5, mit welchem das Staubgut schleierförmig aufgelöst erneut in den Gasstrom eingetragen wird. Es entsteht dadurch eine sehr wirksame    Durchwirbelung   von Gut und Gas im oberen Teilschacht 6.

   Unterhalb des Gutschleiers wird über die Rohrleitung 7 mit sehr hoher Geschwindigkeit ein kleiner Gasanteil    tangential   eingeblasen, wodurch die nach oben aufsteigende Gassäule in Rotation versetzt wird. Dadurch löst sich der Staub wieder aus der    Durchwirbelung   und legt sich an die Wand des Teilschachtes 6 an, um an dieser in schraubenlinienförmiger Bewegung abwärts in einen zweiten, unter dem ersten liegenden, teilweise zylindrischen Teilschacht 8 einzufliessen.

   An der Übergangsstelle in den zweiten Teilschacht 8 entsteht naturgemäss eine erneute    Durch-      wirbelung   von Gas und Gut, wobei auch hier sich der Staub wie im ersten Teilschacht 6    abwärtsbe-      wegt.   Somit entsteht ein erneuter, sehr wirksamer    Wärmeaustauscheffekt.   Die    tangential   angeschlossene Leitung 9 bringt eine kleine Teilmenge Gas mit hoher Geschwindigkeit in den Teilschacht 8 ein, wodurch ein erneuter Rotationseffekt den Übergang des    staub-      förmigen   Gutes in einen dritten, unter dem zweiten liegenden, teilweise zylindrischen Teilschacht 10 bewirkt, in welchem das Spiel sich wiederholt. Man könnte, falls erforderlich, den Schacht durch weitere Teilschächte ergänzen.

   Aus dem unteren Teilschacht 10 wird das vorgewärmte oder gekühlte Gut ausgetragen und im vorliegenden Falle einem Drehofen 12 zugeführt, dessen Abgase der Wärmebehandlung des staubförmigen Gutes in allen drei Teilschächten 6, 8 und 10 dienen. Diejenige Gasmenge, die über die Leitungen 7, 9 und 11 der Erzeugung des Dralls dient, kann mit Hilfe eines Gebläses 13 erzeugt werden. Dieses Gebläse 13 kann das Gas einem Abgasgebläse 14 über die Rohrleitung 15 entnehmen. 



  Es sind noch andere Kombinationen denkbar. Zum Beispiel können die Rohrleitungen, die den Drall erzeugen, jede für sich an ein eigenes Gebläse angeschlossen werden, welches jeweils den Gasteilstrom aus dem    Hauptgasstrom   an einer beliebigen Stelle entnimmt. So kann z. B. der Teilstrom in der Nähe der    Wiedereinführungsstelle   entnommen werden, wenn man Wert darauf legt, dass Haupt- und    Teilstromgas   gleiche Temperaturen haben. Für die Wärmewirtschaft hat die Temperatur des    Teilstrom-      gases   keine besondere Bedeutung, da der Teilstrom nur einen geringen Prozentsatz des Hauptstromes zu betragen braucht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen einem staubförmigen oder körnigen Gut und einem gasförmigen Medium in einem teilweise zylindrischen, senkrecht stehenden Schacht, dem das Gut oben aufgegeben und nach der Wärmebehandlung unten abgezogen wird, während das Gas unten eintritt und oben abzieht, dadurch gekennzeichnet, dass dem aufziehenden Gasstrom stufenweise rotierende Bewegungen erteilt werden und dass die Geschwindigkeit des Gasstroms so gewählt wird, dass das Gut stufenweise sich anreichernd in der Schwebe gehalten wird, um dann stufenweise in der an der Wandung des Schachtes sich bildenden Grenzschicht der Schwerkraft folgend langsam nach unten zu gleiten. UNTERANSPRUCH 1.

   Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im oberen Teil des Schachtes von den aufströmenden Gasen mitgerissene Gut in i nebeneinandergeschalteten Zyklonen aufgefangen und dem Schacht von neuem aufgegeben wird.

   <Desc/Clms Page number 3> PATENTANSPRUCH 1I Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus mehreren übereinanderliegenden, teilweise zylindrischen Teilschächten bestehender senkrechter Schacht vorgesehen ist, wobei der Durchmesser des zylindrischen Abschnittes jedes Teilschachtes grösser ist als derjenige des zylindrischen Abschnittes des benachbarten darüberliegenden Teilschachtes, so dass die Geschwindigkeit des durch den Schacht aufsteigenden Gases von unten nach oben zunimmt. UNTERANSPRÜCHE 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilschacht (6, 8, 10) an seinem unteren Rande konisch verjüngt ist, so dass das absinkende Gut in dem nächsttieferen Teilschacht sich anreichernd von neuem dem herumwirbelnden Gas ausgesetzt wird. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Teilschacht eine tangen- tiale Öffnung vorgesehen ist, durch die eine geringe Menge Gas mit hoher Geschwindigkeit zur Drallerzeugung eingeführt wird. 4. Einrichtung nach Unteranspruch 2, gekennzeichnet durch mechanische Mittel zur erwähnten Drallerzeugung. 5.

   Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Teilschacht mehrere Zyklone angeschlossen sind, wobei in Strömungsrichtung des Gases ein Abgasgebläse (14) nach den Zyklonen geschaltet ist, das am Umfang seines Gehäuses mit einer Überführleitung (15) für den relativ staubreichen Randstrom des Abgases ausgerüstet ist, die zu einem zweiten Gebläse (13) führt, welcher Randstrom zur Drallerzeugung in den Schacht zurückbefördert wird. 6.

   Einrichtung nach Unteransprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung des zweiten Gebläses (13) derart an Zweigleitungen (7, 9, 11) angeschlossen ist, dass die infolge der Sichterwirkung des Gebläses (13) die relativ gröbsten Staubteilchen führende Zweigleitung (7) an den obersten Teilschacht (6), die die kleinsten Staubteilchen führende Zweigleitung (11) an den untersten Teilschacht (10) angeschlossen ist.