DD214194A1 - Verfahren und vorrichtung zur rueckgewinnung von wandwaerme - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zur Rückgewinnung der Wandwärme insbesondere von Drehrohr- und Planetenkühlern, die in der Bindemittelindustrie, insbesondere bei der Zementklinkerherstellung eingesetzt werden. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, die thermische Effektivität des Kühlprozesses durch Rückgewinnung der Wandwärme zu verbessern. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass ein Teil der benötigten Kühlluftmenge die Wandwärme über die Kühlrohrwand aufnimmt und dem Kühlgut im Rohrinnern zugemischt wird. Dazu werden einzelne Teilluftströme über mehrere Wandabschnitte im Gleich- oder Gegenstrom bezüglich des Klinkermassenstromes in Luftkanälen oder Rohrbündeln geführt. Die erwärmte Luft gelangt über Öffnungen im Kühlrohrmantel in das Kühlrohr. Fig.1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wandwärme

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zur Rückgewinnung der Wandwärme insbesondere von Drehrohr- und Planetenkühlern, die in der Bindemittelindustrie, insbesondere bei der Zementklinkerherstellung eingesetzt werden·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

WandwärmeVerluste beispielsweise bei der Zementherstellung stellen beachtliche Verlustposten dar· Sie betragen ca· 6 12 % der dem Brennprozeß zugeführten Wärme. Aus diesem Grunde wurden in den letzten Jahren theoretische und praktische Anstrengungen unternommen, um einen Teil dieser Abwärme zu nutzen· Die meisten Vorschläge wollen die Wandwärme von Drehöfen nutzen·

In DE-OS 2813133 wird in einem bestimmten Abstand vom Ofenmantel ein Wärmestrahlungskollektor mit Wärmeübertrager vorgeschlagen. Die aufgefangene Strahlungswärme soll für das Erwärmen des Heizöls bei ölbeheizten Öfen verwendet werden·

In DE-OS 2747457 wird der Ofenmantel von einem feststehenden Rohrwärmeübertrager umschlossen, dessen Einzelrohre axial oder in Spiralen den Ofenmantel umschließen· Ein wärmedämmender Zylinder reduziert die Wärmeverluste an die Umgebung·

Es ist auch bekannt, die Wandwärme über in Ofennähe montierte Plattenwärmeübertrager zu nutzen, in denen Wasser von 10° C auf 60° C für Gebäudeheizung erwärmt wird· Es sind auch wärmeträgerdurchströmte Absorberflächen als War ojeempfänger und einen Arbeitswärmetauscher als Verbraucher mit dem Ziel, Wohnräume zu beheizen, bekannt (Zement-Kalk-Gips 35 (1982)9, S, 447 - 450). Es wurde bereits vorgeschlagen, daß zur Abwärmenutzung an beheizten Drehrohren die Sinter- bzw· Kalzinierzone von Drehrohrofen oder die Rohrkühler von Außendrehrohren umschlossen werden, in denen Peststoff getrocknet, vorgewärmt ader kalziniert wird·

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Wärmegewinnung von Drehöfen bekannt, bei der der Ofenmantel von einem Blechmantel umgeben ist· Radiale Begrenzungsflächen des Blechmantels führen bis dicht an den Ofenmantel heran· Lüfter saugen Außenluft durch die Schlitze, so daß die Luft durch den Ringspalt zwischen Blech- und Ofenmantel strömt und dabei die Strahlungswärme aufnimmt· Durch Rohrleitungen wird die erwärmte Luft weggeführt. Erfindungsgemäß soll €iese erwärmte Luft als Primärluft eingesetzt werden·

Diese Vorschläge und Vorrichtungen haben bis auf den letztgenannten den Nachteil, daß die zurückgewonnene Wärme dem eigentlichen verfahrenstechnischen Prozeß nicht wieder zugeführt wird·

Die Nutzung erfolgt separat bei anderen Verbrauchern (Trocknung, Erwärmung, Entwässerung) mit dem zwangsläufig auftretenden Hachteil, daß Fördereinrichtungen benötigt werden und Übertragungsverluste auftreten·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die thermische Effektivität des Kühlprozesses durch Verringerung der Wandwärmeverluste des Kühlers bei Einsparung von Wärmeenergie zu verbessern·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zur Rückgewinnung der Wandwärme von vorzugsweise Rohrkühlern oder Planetenkühlern zu entwickeln·

Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß ein Teil der dem Kühlprozeß zur Verfügung stehenden Luftmenge die Wandwärme über die Rohrwand aufnimmt und als erwärmte Luft der Kühlluft im Rohrinneren zugemischt wird. Zweckmäßigerweise wird die Kühlerwandfläche in mehrere Längsabschnitte untergliedert. Entsprechend aufgeteilte Luftströme werden an der Rohrwand im Gegen- oder Gleichstrom geführt, erwärmen sich infolge der Strahlungs- und Konvektionswirkung und treten an den jeweiligen Abschnittsgrenzen durch ein oder mehrere Öffnungen im Kühlrohrmantel in das Rohrinnere ein·

Dort vereinigen sich die Teilluftströme mit der Hauptkühlluft und kühlen gemeinsam den Peststoff· Die dem Kühlrohrmantel aufliegenden Luftkanäle werden durch einen den Kühlrohrmante1 umschließenden Doppelmantel oder durch ara Umfang angeordnete Einzelrohre gebildet* Die Teilluft ströme werden entweder mit dem Heißgaslüfter des Brennsystems zusammen mit der Hauptkühlluft aus der Atmosphäre angesaugt oder durch am Kühler mitrotierend angeordnete Einzellüfter in die Luftkanäle gedrückt oder die gesamte oder ein Teil der Kaltluft wird an der Materialauslaufseite des Rohrkühlers in den Doppelmantel oder die Einzelrohre des Kühlers durch ein Gebläse gedrückt·

Wie Untersuchungen ergaben, werden je nach rückzugewinnendem Wandwärmeanteil bis zu 60 % der eingesetzten Gesamtkühlluft benötigt.

Somit treten am Klinkeraustrag bis zu 40 % der Gesamtluft ein· Diese Luft führt die Restkühlung im Niedertemperaturbereich durch, vermischt sich auf dem Weg zum Kühlereintritt mit den heißen Teilluftströmen, die die Wandwärme aufgenommen": haben, so daß aus dem Kühler die Gesamtluft mit hoher Sekundärlufttemperatur in die vorgeschaltete Prozeßstufe beispielsweise in einen Drehrohrofen eintritt»

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gesamte Kühlluft zuerst zur Wandkühlung eingesetzt und diese abschnittsweise in das R_ohrinnere geführt· Der Rohrkühlerendschuß wird in diesem 3?all luftseitig verschlossen, so daß der Anteil der Hauptkühlluft entfällt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden»

In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig« 1 den Querschnitt des Rohrkühlers in Doppelinantelausführung mit axial angeordneten Luftkanälen

Pig· 2 ein Detail des Rohrkühlerquerschnittes mit im Innern axial angeordnetem Rohrbündel als Luftkanal

Pig· 3 das Schema der Gleichstrom-Luftführung in den Luftkanälen

Pig· 4 das Schema der Gegenstrom-Luftführung in den Luftkanälen

Pig« 5 eine weitere. Ausführungsform der Gegenstrom-Luftführung mit einer Lufteintrittsvorrichtung

Pig· 6 eine schematische Darstellung der Luftzuführung in den Rohrkühler im Querschnitt

Pig* 7 eine schematische Darstellung der Luftzuführung in den Rohrkühler im Längsschnitt

Pig· 8 eine schematische Darstellung der Luftzufuhr an der Materialauslaufseite des Kühlers mit Kühlerauslaufdichtung

Pig· 9 den Querschnitt des Kühlerauslaufes nach Pig· 8

Pig. 10 eine schematische Darstellung der Luftzufuhr an der Materialauslaufseite des Kühlers ohne Kühlerauslaufdichtung

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Die Erfindung soll an Hand des Drehrohrkühlers dargelegt werden· Sie ist auch für andere Kühlerarten wie ζ. B. Planetenkühler oder Drehöfen einsetzbar· Gemäß Variante 1 und Pig· 1 wird die als Wandkühlluft dienende Teilluft in axial angeordneten Luftkanälen 1 geführt _% die am äußeren Rohrkühlermantel 2 aufliegen· Zur Reduzierung von Vi/ärmeverlusten erhalten die Luftkanäle zur freien Oberfläche hin eine Wärmeisolierung 3· Die Optimierung des lärmerückgewinnungsprozesses bedarf einer Abstimmung zwischen dem direkten Wärmeübergang vom Klinker auf die Hauptkühlluft und dem indirekten Wärmeübergang vom Klinker über die Rohrkühlerwand auf die Teilluft der Wandkühlung, bei der die Rohrkühlerausmauerung 4 reduziert werden oder teilweise ganz entfallen»kann·

Gemäß Variante 2 können die Luftkanäle 1 aus verfahrenstechnischen und/oder konstruktiven Gründen auch radial oder gewendelt, einfach, zwei- oder mehrfach übereinander angeordnet werden· Der Vorteil der zwei- oder mehrfach übereinander angeordneten Luftkanäl'e 1, die zweckmäßigerweise hintereinander, aber möglicherweise auch parallel durchströmt werden, besteht in der Reduzierung oder im Wegfall der äußeren Wärmeisolierung 3» Gemäß Variante 3 und Pig» 2 sind anstelle der Luftkanäle 1 Rohrbündel 5 an der Innenwandung des Rohrkühlers angeordnet.

Gemäß Variante 4 und Pig· 2 kann bei Installation eines zwei- oder mehrlagigen Rohrbündels 5 die innere Rohrkühlerausmauerung 4 reduziert werden oder ganz entfallen, ebenso die äußere Wärmeisolierung 3 des Rohrkühlermantels 2.

Gemäß Variante 5 und Pig· 3 wird die .Teilluft 6 zur Wandkühlung im Luftkanal 1 im Gleichstrom mit dem im Rohrkühler transportierten Klinker 7 geführt und tritt durch Öffnungen 8 im Mantel 2 des Rohrkühlers in den Innenraum ein, um sich dort mit der Hauptkühlluft 9 zu vermischen und als Sekundärluft 10 den Rohrkühler zu verlassen· Gemäß Variante 6 und Pig. 4 wird die Teilluft 6 im Luftkanal 1 im Gegenstrom zum Klinkerstrom 7 geführt, wobei der Luftkanal 1 im Inneren des Kühlrohres angeordnet ist.

In Pig* 5 ist in Ausgestaltung der Variante 6 der Luftkanal 1

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Um einen Klinkerrücktrag in die Luftkanäle, besonders bei Ausfall des Teilluftstromes 6 zu vermeiden, können die Öffnungen 8 in Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Pig· 5 mit Lochbüden 11 versehen werden. Durch die Lochböden 11 kann die Teilluft 6 ungehindert in das Kühlrohrinnere strömen, während die Klinkerkörner am Eintritt in die Luftkanäle 1 zurückgehalten werden· Zweckmäßigerweise ist auch eine Abdeckung 12 über die Öffnungen 8 möglich· Eine weitere Variante zur Vermeidung des Klinkereintritts in die Luftkanäle besteht darin, daß gemäß Pig· 6 ein Verbindungsrohr 13 vom Luftkanal 1 radial in das Kühlrohrinnere geführt wird· Die Länge des Verbindungsrohres 13 ist so bemessen, daß es über das Schüttgutbett 14 hinausragt· Das Rohrende wird gemäß Pig· 6 in axialer Richtung abgewinkelt, damit keine Klinkerkörner des Rieselschleiers 15 in das Verbindungsrohr 13 fallen können·

Gemäß Variante 7 und Pig· 8 und 9 wird ein Teilstrom oder die gesamte Kühlluft 16 für.den Kühlermantel durch ein Gebläse 17 über den Luftkanal 18 in die Luftkanäle 1 des Kühlers gedrückt· Dabei muß der stationäre Luftkanal 18 gegen den drehenden Luftkanal 1 des R_ohrkühlers durch eine Kühlerauslaufdichtung 19 abgedichtet sein· Die Dichtheit zum Inneren des Kühlers ist dabei nicht so relevant· Der Klinkeraustrag 20 wird durch eine Aussparung 21 im Luftkanal 18 gewährleistet· Der Übergang der Luft aus den Luftkanälen 1 ins Innere des Kühlers wird durch nicht dargestellte Verbindungskanäle hergestellt· Gemäß Variante 8 und Pig. 10 wird die Kühlluft 22 für den Kühlermantel durch ein Gebläse 17 über die Rohrleitungen und 24 gefördert, in mehrere radiale Luftkanäle 25 aufgeteilt und über die Eintrittsöffnungen 26 der Rohrkühlerausmauerung 4 in die Luftkanäle 1 gedrückt· Dabei sind die Luftkanäle 25 und die Rohrleitung 24 feet mit dem Rohrkühler verbunden· Zwischen der rotierenden Rohrleitung 24 und der starren Rohrleitung 23 ist eine Dichtung 27 vorgesehen· Der Klinker 20 tritt am Auslaufende des Kühlers zwischen die radialen Luftkanäle 25 hindurch und verläßt danach den Kühler·

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein hoher Anteil der üblicherweise nutzlos an die Umgebung abgegebenen Wandwärme zurückgewonnen und dem verfahrenstechnischen Prozeßablauf in Porm von Hochtemperaturwärme zugeführt wird_e

Wird davon ausgegangen, daß nur 50 % der Wandwärme eines Drehrohrkühlers zurückgewonnen wird, dann beträgt die Wärmeeinsparung für den Brennprozeß ca· 138 kJ/kg oder ca· 33 kcal/kg zu kühlender Feststoff·

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Ausmauerungsmaterial im Hochtemperaturbereich zum Zwecke eines beabsichtigt hohen Wärmedurchganges durch die Rohrkühlerwand verringert werden» Damit sinken die Investitionskosten· Im Gegensatz zum konventionellen Rohrkühler wird somit der Masseeinsatz geringer, so daß sich die benötigte Antriebsleistung reduziert»

Claims (8)

Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur Wandwärmerückgewinnung insbesondere von Rohr- und Planetenkühlern, gekennzeichnet dadurch, daß die gesamte oder ein Teil der benötigten Kühlluftmenge vorzugsweise 60 % durch indirekte Wärmeübertragung durch den Wandwärmestrom erwärmt und über die Länge verteilt an unterschiedlichen Stellen dem Kühlprozeß zugeführt wird·

2· Verfahren nach Punkt 1 ,gekennzeichnet dadurchj daß die Kühlluftmenge außerhalb des Kühlprozesses im Gleich« und/oder Gegenstrora zum Klinkermsssenstrom geführt wird·

3· Verfahren nach Punkt 1 ,gekennzeichnet dadurch , daß bei mehrschichtiger Kühlluftführung die Kühlluftmenge nacheinander schichtenweise von außen zum Rohrkühlerinneren hin oder gleichzeitig parallel die Schichten durchströmt·

4· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt bis 3 ,gekennzeichnet dadurch, daß ein oder mehrere Luftkanäle (1) und/oder Rohrbündel (5) an der Innen- oder Außenseite ;der Rohrkühlerausmauerung (4) bzw· des Rohrkühlermantels (2) angeordnet sind, wobei über die Länge und dem Umfang des Kühlers verteilt die Luftkanäie (1) bzw· die Rohrbündel (5) durch Öffnungen (8) im Rohrkühlermantel (2) mit dem Kühler verbunden sind·

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5 ο Vorrichtung nach Punkt 1 bis 4 ,gekennzeichnet dadurch, daß auf der Fläche in Längsrichtung des Kühlers zwei oder mehrere voneinander getrennte Luftkanäle (1) oder Rohrbündel (5) ein- oder mehrschichtig übereinander angeordnet sind,

6» Vorrichtung nach Punkt 1 bis 5 ,gekennzeichnet dadurch, daß in den Öffnungen (8) Lochböden (11) angeordnet sind, und daß an den Luftkanälen (1) oder an den RohrbundeIn (5) ein oder mehrere Verbindungsrohre (13), deren Enden axial abgewinkelt und bis über das Klinkerbett in den Kühler hineinragen, angeordnet sind·

7· Vorrichtung nach Punkt 1 bis 5 ,gekennzeichnet dadurch, daß die Luftkanäle (1) bzw· die Rohrbündel (5) über einen Luftkanal (18) mit einem stationär angeordneten Gebläse (17) verbunden ist, wobei zwischen den Luftkanälen (1) bzw· den Rohrbündeln (5) und 'dem Luftkanal (18) eine Kühlerauslaufdichtung (19) angeordnet ist, und daß das Gebläse (17) an der Klinkeraustrittsseite des Kühlers angeordnet ist*

8« Vorrichtung nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Luftkanäle (1) bzw, die Rohrbündel (5) über die radialen Luftkanäle (25) sowie über die Rohrleitungen (24) und (23) mit einem Gebläse (17) verbunden sind, wobei zwischen den Rohrleitungen (23) und (24) eine Dichtung (27) angeordnet ist,

- Hierzu 7 Blatt Zeichnungen -

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