DE10004939C1 - Steuerbare Gasanströmeinrichtung für Strahlschichtapparate - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine steuerbare Gasanströmeinrichtung, die vorzugsweise in rechteckigen, langgestreckten Strahlschichtapparaten angewendet werden kann. Zweck der Erfindung ist eine steuerbare Gasanströmeinrichtung, die eine stabile Regelung der Strahlschicht ermöglicht, funktionssicher ist und keinen überhöhten gerätetechnischen Aufwand erfordert. DOLLAR A Die erfindungsgemäße steuerbare Gasanströmeinrichtung hat die Form eines Durchbrüche aufweisenden drehbar gelagerten Zylinders 5, der im unteren Bereich der Fluidisierungskammer 1 eines Strahlschichtapparates zwischen der Strahleinströmungswand 3 und der Strahlrückströmungswand 4 angeordnet ist. Er grenzt mit seinem geschlossenen Bereich an die Strahlrückströmungswand 4 und mit seinem Durchbrüche aufweisenden Bereich an die Strahleinströmungswand 3. Das Fluidisierungsgas 7 strömt durch die Durchbrüche, deren effektive Querschnittsfläche durch Drehung des Zylinders 5 verändert werden kann, in die Fluidisierungskammer 1. Menge und Strömungsgeschwindigkeit des Fluidisierungsgases können so verändert werden, daß eine stabile Strahlschicht ausgebildet wird. Die Beeinflussung des Fluidisierungsgasstromes 7 durch Drehung des Zylinders 5 ist dabei so effektiv, daß auch geringe Störungen der Strahlschicht ausgeregelt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine steuerbare Gasanströmeinrichtung für Strahlschichtapparate. Sie ist insbesondere anwendbar bei rechteckigen, langgestreckten Apparaten, deren An­ strömbereich rinnenförmig ausgebildet ist und die eine seitlich geneigte Strahlein­ ström-, ggf. auch eine seitlich geneigte Strahlrückströmwand aufweisen. Die Erfindung kann sowohl bei einseitigen als auch bei doppelseitigen Strahlschichtapparaten angewendet werden.

Zur Fluidisierung weitgehend beliebig geformter und in ihren Partikelabmessungen sowie Partikelmassen unterschiedlicher Güter in Strahlschichtapparaten sind regelbare Fluidisierungsgasströme erforderlich. Diese können zum einen dadurch realisiert werden, dass der Gasanströmeinrichtung des Strahlschichtapparates unterschiedliche Gasmengen zugeleitet werden, zum anderen kann aber auch die Gasanströmeinrichtung selbst als steuerbare Einrichtung ausgeführt sein.

So wird in der DE-OS 41 08 048 eine Gasanströmeinrichtung beschrieben, die eine Vielzahl von rohrförmigen Fluidisierungselementen aufweist, von denen jedes mit einer gesonderten Zuführleitung für das Fluidisierungsgas versehen ist und jede Zuführleitung ein Regelorgan zur Einzelregelung des Fluidisierungsgasstromes aufweist. Der apparate- und steuerungstechnische Aufwand einer derartigen Einrichtung ist sehr hoch. Außerdem sind bei im Kreislauf geführten Fluidisierungs­ gasen hohe Aufwendungen zur Reinigung der Gase notwendig, um funktionsstörende Ablagerungen in den Regelorganen sowie den Fluidisierungselementen zu verhindern.

Lösungen, bei denen die Gasanströmeinrichtung selbst als steuerbare Einrichtung ausgeführt ist, sind beispielsweise in der DE-PS 37 05 343 sowie der DE-OS 40 40 246 beschrieben. Bei beiden Lösungen weist die Gasanströmeinrichtung in ihrer Breite veränderbare Schlitze auf, mittels derer der Fluidisierungsgasstrom variiert werden kann. Bei der DE-OS 40 40 246 besteht die Gasanströmeinrichtung aus jalousienartig übereinander liegenden Elementen. Die zwischen den jalousienartigen Elementen liegenden Schlitze sind in ihrer Breite so veränderbar, dass eine gezielte Beeinflussung des Fluidisierungsgasstromes möglich ist.

In der DE-PS 34 00 397 ist eine Gasanströmeinrichtung für einen doppelseitigen rechteckigen, langgestreckten Strahlschichtapparat beschrieben. Hierbei ist die Gasanströmeinrichtung in Form von zwei rinnenförmigen Elementen ausgebildet, die durch ein dachförmiges Element so abgedeckt werden, dass zwischen den rinnenförmigen Elementen und dem dachförmigen Element für jede Strahlschicht­ apparatehälfte je eine spaltförmige Fluidisierungsgasanströmöffnung entsteht. Das dachförmige Element besitzt an seiner höchsten Stelle eine senkrecht angeordnete Zwischenwand, die die Trennwand beider Strahlschichtapparatehälften bildet. Es ist so angeordnet, dass es in seiner Höhe variierbar ist, so dass die Spaltbreite der Fluidisie­ rungsgasanströmöffnung verändert werden kann. Das dachförmige Element kann zusätzlich mit in Strömungsrichtung des Fluidisierungsgasstromes weisenden Schlitzen versehen sein, wodurch eine spezielle Beeinflussung des Fluidisierungsgasstromes erreicht werden kann. Außerdem ist es möglich, das dachförmige Element um eine quer zur Strömungsrichtung des Fluidisierungsgasstromes liegende Achse zu drehen, wodurch eine in ihrer Breite über die Länge des Strahlschichtapparates unterschiedliche spaltförmige Fluidisierungsgasanströmöffnung gebildet wird. Der wesentliche Nachteil der beschriebenen Gasanströmeinrichtung ist ihre große Störanfälligkeit infolge von Ablagerungen an den den Fluidisierungsgasstrom steuernden Bauteilen, die insbeson­ dere bei im Kreislauf geführten Fluidisierungsgasen auf Grund der Partikelbeladung der Fluidisierungsgase auftreten. Folgen dieser Ablagerungen sind Funktionsein­ schränkungen bzw. häufige Wartungs- oder Reinigungszyklen. Außerdem neigen die beschriebenen Gasanströmeinrichtungen bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu Schwingungen und ermöglichen keine ausreichende Ausregelung von kurzzeitigen Belastungsschwankungen. Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Gasanström­ einrichtungen besteht darin, dass es infolge örtlich und zeitlich wechselnder Strömungsgeschwindigkeiten häufig zum Durchfallen von Partikeln des zu fluidisierenden Gutes kommt. Prozessstörungen oder zusätzliche Einrichtungen zur Rück­ führung der durchgefallenen Partikel sind die Folge.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer steuerbaren Gasanströmeinrichtung für Strahlschichtapparate, die ohne hohen gerätetechnischen Aufwand auskommt, funktionssicher ist und lange störungsfreie Betriebsphasen des Strahlschichtapparates ermöglicht. Dazu besteht die Aufgabe, eine Gasanströmeinrichtung zu entwickeln, bei der funktionsstörende Ablagerungen von im Fluidisierungsgas enthaltenen Partikeln an den den Fluidisierungsgasstrom steuernden Bauteilen weitgehend vermieden werden bzw. während des Betriebes entfernt werden können. Außerdem soll die Gasanström­ einrichtung auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten schwingungsfrei arbeiten und kurzzeitige schnelle Steuerbewegungen zur Ausregelung von kurzzeitigen Belastungs­ schwankungen zulassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine steuerbare Gasanströmeinrichtung gemäß dem 1. Patentanspruch gelöst. Die weiteren Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die steuerbare Gasanströmeinrichtung ist als quer zu seiner Längsachse Durchbrüche aufweisender Zylinder ausgeführt, der im unteren Bereich der Fluidisierungskammer eines Strahlschichtapparates mit bevorzugt rechteckiger Grundfläche um seine Längs­ achse drehbar so zwischen Strahleinströmungswand und Strahlrückströmungswand angeordnet ist, dass er die Fluidisierungskammer des Strahlschichtapparates nach unten hin bzw. seitlich im unteren Bereich der Gasrückströmungswand abschließt. Ein Teil der Mantelfläche des Zylinders bildet mindestens teilweise den Boden bzw. den unteren seitlichen Bereich der Gasrückströmungswand der Fluidisierungskammer, ein anderer Teil der Mantelfläche des Zylinders bildet einen Teil der Wand der Gasverteil­ kammer des Strahlschichtapparates. Das Fluidisierungsgas gelangt von der Gasverteil­ kammer durch die Durchbrüche des Zylinders in die Fluidisierungskammer, wobei die Menge des durchströmenden Gases von der radialen Stellung des Zylinders und damit der Richtung und Lage der Durchbrüche abhängt. Durch Drehung des Zylinders kann die Menge des in die Fluidisierungskammer strömenden Gases beeinflusst werden.

Es gehört mit zur Erfindung, dass um die Mantelfläche des Zylinders Fluidisierungsgasleiteinrichtungen angeordnet sind, wobei diese bevorzugt mindestens teilweise linienförmig eng an der Mantelfläche des Zylinders anliegen. Die Gasleit­ einrichtungen bewirken zum einen eine bessere Steuerung der Menge des hindurch­ tretenden Fluidisierungsgases, sie vermindern zum anderen auch deutlich die Ablagerung von im Fluidisierungsgas enthaltenen Partikeln auf dem Zylinder bzw. führen zur Ablösung von Ablagerungen bei Drehung des Zylinders.

Vorteilhaft ist die Anordnung eines rinnenförmigen Elementes unterhalb des Zylinders, wobei dieses rinnenförmige Element beispielsweise vom unteren Teil der Strahlein­ strömungswand der Fluidisierungskammer gebildet werden kann. Das rinnenförmige Element verhindert das Hindurchfallen von Partikeln aus der Fluidisierungskammer in die Gasverteilkammer. Eventuell bei Druckschwankungen aus der Strahlschicht nach unten durchfallende Partikel sammeln sich in dem rinnenförmigen Element und werden vom Fluidisierungsgas wieder in die Fluidisierungskammer getragen.

Querschnittsform und Anordnung der Durchbrüche des Zylinders können sehr unterschiedlich sein. Ihre Lage zur Längsachse des Zylinders kann in weiten Grenzen variieren. Entscheidend für die Funktion der Erfindung ist, dass sie so gestaltet und angeordnet sind, dass bei Drehung des Zylinders um seine Längsachse in Wirkver­ bindung mit den an die Mantelfläche des Zylinders angrenzenden Wänden der Fluidi­ sierungskammer oder spezieller angeordneter Gasleiteinrichtungen eine Veränderung der die Einströmung des Fluidisierungsgases in die Fluidisierungskammer bestimmen­ den effektiv sich ergebenden Querschnittsfläche der Durchbrüche bewirkt wird. Dabei kann es für die Ausbildung spezieller Strahlschichten auch vorteilhaft sein, wenn ent­ lang der Längsachse des Zylinders unterschiedliche effektive Öffnungsquerschnitts­ flächen und damit unterschiedliche Fluidisierungsgasströme realisiert werden können. Mit quer zur Längsachse des Zylinders angeordneten rechteckigen, dreieckförmigen oder trapezförmigen Schlitzen wurden bisher gute Ergebnisse hinsichtlich der Steuerbarkeit der erfindungsgemäßen Gasanströmeinrichtung erreicht. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese wenigen genannten Formen eingegrenzt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, den Zylinder länger als die Fluidisierungskammer des Strahlschichtapparates auszuführen, ihn mit in Längs­ richtung bezüglich Querschnittsfläche und/oder Querschnittsform und/oder Lage unterschiedlichen Durchbrüchen zu versehen und in Längsrichtung verschiebbar anzuordnen. Dadurch kann der Fluidisierungsgasstrom zusätzlich beeinflusst werden. Es ist bei dieser Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise auch möglich, deutlich voneinander abweichende Strahlschichtparameter zu realisieren, ohne größere Veränderungen am Strahlschichtapparat vorzunehmen.

Eine weitere Möglichkeit der Gestaltung der erfindungsgemäßen Gasanströmein­ richtung besteht darin, den Zylinder als Hohlzylinder mit Durchbrüchen in der Zylindermantelfläche auszuführen und innerhalb des Zylinders ein Steuerelement anzuordnen, mittels dessen die effektive Querschnittsfläche der Durchbrüche verändert werden kann. Dieses Steuerelement kann beispielsweise ein ebenfalls Durchbrüche aufweisender Zylinder sein. Durch Drehung dieses inneren Zylinders wird die den Gasdurchtritt bestimmende effektive Querschnittsfläche der Durchbrüche verändert. Selbstverständlich kann das Steuerelement auch anders, beispielsweise als drehbar gelagerter Halbzylinder oder den Hohlzylinder in radialer Richtung durchspannendes ebenes, um die Zylinderlängsachse drehbar gelagertes Element, das das Innere des Hohlzylinders in zwei Halbzylinder teilt, ausgeführt sein.

Neben den bereits beschriebenen Vorteilen zeichnet sich die erfindungsgemäße Gasanströmeinrichtung durch eine hohe Flexibilität in ihrer Steuerbarkeit aus. Kurzzeitige Belastungsschwankungen können dadurch optimal ausgeregelt werden, wodurch stabile und sichere Strahlschichten auch bei schwierig zu fluidisierenden Gütern zu realisieren sind.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1: den Querschnitt eines schematisierten Strahlschichtapparates mit einer erfindungsgemäßen Gasanströmeinrichtung, in

Fig. 2: den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Gasanströmeinrichtung, in

Fig. 3: einen mit dreieckförmigen Schlitzen versehenen Zylinder einer erfindungsgemäßen Gasanströmeinrichtung, in

Fig. 4: den Querschnitt des mit dreieckförmigen Schlitzen versehenen Zylinders und in

Fig. 5: den Querschnitt eines schematisierten doppelseitigen Strahlschicht­ apparates mit erfindungsgemäßer Gasanströmeinrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Strahlschichtapparatur weist eine Fluidisierungskammer 1 und eine darunter liegende Gasverteilkammer 2 auf. Die Fluidisierungskammer 1 ist gegenüber der Gasverteilkammer 2 durch eine Strahleinströmungswand 3, eine Strahlrück­ strömungswand 4 und die erfindungsgemäße Gasanströmeinrichtung 5 abgegrenzt. Strahleinströmungswand 3 und Strahlrückströmungswand 4 sind gegenüber der Senkrechten geneigt. Die Strahleinströmungswand 3 läuft nach unten hin rinnenförmig aus. Die Gasanströmrichtung 5 hat die Form eines Zylinders, der, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, dreieckförmige Schlitze 8 aufweist. Der Zylinder 5 ist drehbar so im Strahlschichtapparat angeordnet, dass der mit Schlitzen 8 versehene Bereich an der rinnenförmig auslaufenden Strahleinströmungswand 3 und der halbkreisförmig geschlossene Bereich an der Strahlrückströmungswand 4 anliegt. Wie in Fig. 2 gezeigt, befindet sich an der Strahlrückströmungswand 4 eine teilweise den Zylinder 5 umschließende Gasleiteinrichtung 6. Die Strahleinströmungswand 3, die Strahlrück­ strömungswand 4 und die Gasanströmeinrichtung 5 sind so angeordnet, dass ein seitlicher Eintritt des Fluidisierungsgases 7 in die Fluidisierungskammer 1 erfolgt. Das Fluidisierungsgas 7 strömt aus der Gasverteilkammer 2 durch die Schlitze 8 des Zylinders 5 in die Fluidisierungskammer 1. Durch Drehung des Zylinder 5 kann die effektiv für das Hindurchströmen des Fluidisierungsgases 7 zur Verfügung stehende Querschnittsfläche der z. B. dreieckförmigen Schlitze 8 verändert werden. Strömungs­ geschwindigkeit und Menge des in die Fluidisierungskammer 1 einströmenden Fluidisierungsgases 7 können damit so gesteuert werden, dass eine stabile, walzen­ förmige Strahlschicht innerhalb der Fluidisierungskammer 1 entsteht. Die Beeinflussung des Fluidisierungsgasstromes durch Drehung des Zylinders 5 ist dabei so effektiv, dass auch geringfügige Störungen der Strahlschicht ausgeregelt werden können.

Partikel des zu fluidisierenden Gutes, die infolge Druckschwankungen nach unten durchfallen, sammeln sich in der rinnenförmig nach unten auslaufenden Strahlein­ strömungswand 3 und werden durch das Fluidisierungsgas 7 in die Strahlschicht zurückgetragen.

Die Gestaltung der erfindungsgemäßen Gasanströmeinrichtung verhindert weitgehend das Auftreten von Ablagerungen, die den Gaseintritt in die Fluidisierungskammer 1 behindern. Eventuell dennoch auftretende Ablagerungen lösen sich bei Drehung des Zylinders 5.

Fig. 5 zeigt einen doppelseitig ausgeführten Strahlschichtapparat mit erfindungsge­ mäßer Gasanströmeinrichtung.

Claims (12)

1. Steuerbare Gasanströmeinrichtung für Strahlschichtapparate mit mindestens einer Strahleinströmungswand 3 und einer der Strahleinströmungswand 3 gegenüberliegenden Strahlrückströmungswand 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gasanströmeinrichtung aus mindestens einem, Durchbrüche 8 für das Hindurchtreten von Fluidisierungsgas 7 aufweisenden, im unteren Bereich der Fluidisierungskammer 1 des Strahlschichtapparates zwischen der Strahleinströmungswand 3 und der Strahlrückströmungswand 4 horizontal und so um seine Längsachse drehbar angeordnetem Zylinder 5 besteht, und dass durch Drehung des Zylinders 5 der effektive Querschnitt der Durchbrüche 8 für das Einströmendes Fluidisierungsgases 7 in die Fluidisierungskammer 1 verändert wird.

2. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass um den Zylinder 5 ein oder mehrere Fluidisierungsgasleiteinrichtungen 6 angeordnet sind.

3. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Fluidisierungsgasleitein­ richtung 6 am Zylinder 5 in Längsrichtung mindestens linienförmig eng anliegt.

4. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Zylinders 5 eine die Zylindermantelfläche in radialer Richtung partiell umschließende Rinne angeordnet ist.

5. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleinströmungswand 3 der Fluidisierungskammer 1 des Strahlschichtapparates nach unten den Zylinder 5 in radialer Richtung partiell, rinnenförmig umschließend ausläuft.

6. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche 8 für das Hindurchtreten von Fluidisierungsgas 7 in Richtung der Längsachse des Zylinders 5 hinsichtlich ihres effektiven Querschnittes so bemessen sind, dass unter­ schiedliche Volumina an Fluidisierungsgas 7 hindurchtreten können.

7. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche 8 für das Hindurchtreten von Fluidisierungsgas 7 in Richtung der Längsachse des Zylinders 5 hinsichtlich ihres effektiven Querschnittes und ihrer radialen Lage so bemessen und angeordnet sind, dass in Abhängigkeit von der radialen Stellung des Zylinders 5 entlang der Längsachse des Zylinders 5 unterschiedliche Volumina an Fluidisierungsgas 7 hindurchtreten können.

8. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche 8 für das Hindurchtreten von Fluidisierungsgas 7 im Zylinder 5 als seitliche quer zur Längsachse des Zylinders 5 liegende Schlitze ausgeführt sind.

9. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Schlitze 8 die Form eines Dreieckes besitzt.

10. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder 5 als in seiner Mantelfläche Öffnungen aufweisender Hohlzylinder ausgeführt ist und innerhalb des Hohlzylinders ein Steuerelement angeordnet ist, mittels dessen der effektive Querschnitt der Öffnungen verändert werden kann.

11. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das innerhalb des Hohlzylinders angeordnete Steuerelement als drehbar gelagerter Durchbrüche aufweisender Zylinder ausgeführt ist.

12. Steuerbare Gasanströmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Zylinders 5 größer als die Länge der Fluidisierungskammer 1 des Strahlschichtapparates ist, dass der Zylinder 5 in Längsrichtung bezüglich Querschnittsfläche und/oder Querschnittsform und/oder Lage unterschiedliche Durchbrüche 8 aufweist und der Zylinder 5 in Längsrichtung verschiebbar im Strahlschichtapparat angeordnet ist.