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Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen zwei Medien Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen zwei Medien verschiedenen Aggregatzustandes im Gegenstrom, insbesondere zum Vorwärmen von Zementrohgut durch die Abgase eines dahintergeschalteten Fertigbrennofens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, in der zwei Medien verschiedenen Aggregatzustandes bei freier Durchströ- mung im Gegenstrom einem Wärmeaustausch unterworfen werden, wobei beide Medien sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen können.
Die dieser Aufgabe zugrundegelegte Vorrichtung besteht aus einer im Verhältnis zu ihrem Durchmesser schmalen zylindrischen Kammer, der das zu behandelnde Medium in der Mitte zugeführt wird, während das Behandlungsmedium tangential in die Kammer eingeleitet wird und diese axial verlässt, und die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Gaseintrittsstutzen sich über die ganze Kammerbreite erstreckt, dass ferner die Kammerachse horizontal verläuft und eine Gutein- bringevorrichtung vorgesehen ist, die das Gut ausser- halb der Kammerachse in die Kammer einführt, dass ausserdem zwei Gasaustrittsöffnungen auf entgegengesetzten Seiten,
und zwar in den beiden Kammerstirnwänden in der Mitte angeordnet sind und dass schliesslich der Kammermantel mit einer oder mehreren Gutaustrittsschurren versehen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Guteinbringevorrichtung im Abstand von der Kammerachse mit @öffnungen versehen. Aus- serdem liegen die Gasaustrittsöffnungen vorzugsweise konzentrisch zur Kammerachse und sind durch Leitungen mit einem nachgeschalteten Abscheider verbunden. Vorzugsweise sind dabei die Gasaustrittsöff- nungen mit von der Kammerstirnwand aus sich erweiternden Stutzen versehen und die Gutaustragsseite des Abscheiders mittels einer Leitung mit der Kammer verbunden. Schliesslich ist die Kammer bei grosser axialer Breite vorzugsweise durch normal zur Kammerachse angeordnete Zwischenwände unterteilt.
In der Vorrichtung gemäss der Erfindung beschreibt das tangential in die Kammer eingeleitete und axial aus ihr abgezogene Behandlungsmedium in der Kammer eine spiralige, zentripetal nach innen gerichtete Strömungsbahn, erfasst das in die Kammer ausserhalb ihrer Achse eingeführte zu behandelnde Medium ausserhalb des Gasaustrittsbereichs und versetzt es in kreisende Bewegung. Dabei gelangt dieses Medium unter den Einfluss der Zentrifugalkraft, die es nach aussen zum Kammermantel trägt, wo es von Gutaustragsschurren ausgetragen wird. Durch das Einführen des zu behandelnden Mediums in die Kammer ausserhalb ihrer Achse soll verhindert werden, dass es von dem austretendem Medium mitgerissen und dem Wärmeaustauschprozess entzogen wird.
Er lässt sich auf zweierlei Art bewerkstelligen: einmal dadurch, dass das zu behandelnde Medium nahezu mit der Geschwindigkeit 0 aber in genügendem Abstand vom zentralen Austritt des Behandlungsmediums mit ihm in Berührung gebracht wird, andererseits dadurch, dass dem eintretenden Medium durch Druckluft, Schleuderteller oder ähnliche Mittel ein dem austretenden Medium entgegengesetzter Bewegungsimpuls erteilt wird. Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass das eingebrachte Medium bis auf geringe Verluste in der Kammer verbleibt und dort einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
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Die von dem ausströmenden Medium aus der Kammer mitgerissenen geringen Mengen des zu behandelnden Mediums werden von jenem getrennt und in die Kammer zurückgeführt.
Beim Vorwärmen von Zementrohgut empfiehlt es sich, der Kammer einen Abscheider, zum Beispiel einen Zyklon, nachzuschalten, aus dem das abgeschiedene Gut wieder in die Kammer zurückgeführt wird. Da es sich bei diesen mitgerissenen Teilen vorwiegend um die kleinsten bzw. leichtesten Teilchen handeln wird, ist es ratsam, die zurückgeführten Mengen in genügendem Abstand von der Kammermitte von neuem einzubringen, wo sie weniger in Gefahr sind, noch einmal mit hinausgerissen zu werden.
Die Strömung der beiden Medien in der Kammer, deren axiale Breite zweckmässig nach der Mitte hin zunimmt, lässt sich insbesondere dann leicht beherrschen, wenn diese axiale Breite nicht zu gross Gewählt wird. Muss die axiale Breite aus Gründen der Leistungen grösser gewählt werden, so ist es zweckmässig, die Kammer in ihrer Breite durch normal zur Kammerachse angeordnete Zwischenwände zu unterteilen, um eine Sekundärwirbelbildung wirksam 7u unterbinden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäss der Erfindung dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine Kammer im Schnitt normal zur Achse; Fig. 2 dieselbe Kammer im Axialschnitt; Fig. 3 eine Abwandlung der Kammerform dieses Beispiels im Schnitt.
Nach Fig. 1 treten aus einem Drehrohrofen 1 Abgase 2 (gestrichelte Pfeile) durch einen tangentialen Stutzen 3 in eine zylindrische Kammer 4 ein, in der sie kreisend in einer Spirale bis zur Kammermitte strömen, wo sie axial austreten, in einem Zyklon 5 gesammelt und durch ein Gebläse 6 in die Atmosphäre ausgeblasen werden.
Das in die Kammer 4 ausserhalb ihrer Achse eingebrachte, spezifisch schwerere Gut (näheres zeigt Fig. 2) kommt durch den kreisenden Gasstrom ebenfalls in Rotation, bewegt sich jedoch infolge des grösseren spezifischen Gewichtes in Spi- ralenlinien 7 (vollausgezogene Pfeillinien) bis zur äusseren Kammerwand, an der es in Strömungsrichtung der Gase entlanggleitet, bis es in den Bereich der Austrittsschurre 8 gelangt, durch die es in den Drehrohrofen 1 gelangt. In die Schurre kann in bekannter Weise eine Gutschleuse eingebaut werden, um den Übertritt der Gase aus dem Drehrohrofen durch die Schurre in die Kammer zu verhindern.
Fig. 2 zeigt die Guteinbringevorrichtung 9, 10 für das spezifisch schwerere Gut, im vorliegenden Fall eine Förderschnecke, an deren Ende das Gut durch eine umlaufende Streuvorrichtung 10 in die Kammer 4 hineingeschleudert wird. Die Abgase treten aus der Kammer beiderseits axial aus und werden durch Leitungen 11 dem Zyklon 5 zugeführt, aus dem das abgeschiedene Gut durch die Leitung 12 zur Kammer zurückläuft. Fig. 3 zeigt als Variante eine Kammer, deren axiale Abmessung zur Mitte hin zunimmt, um den Wirbelkern günstiger auszubilden. Ausserdem trägt die Kammer konische Austrittsstutzen 13 für die Abgase, um durch Herabsetzung des Druckes der Kammermitte unter den Atmosphärendruck ein Selbstansaugen des Gutes durch die Förderleitung 14 zu ermöglichen.
Obwohl die erfindungsgemässe Vorrichtung ganz besonders zum Vorwärmen von Zement geeignet ist, kann sie überall dort eingesetzt werden, wo ein Wärmeaustausch und dabei der Ablauf chemischer und physikalischer Reaktionen erwünscht ist.
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Device for heat exchange between two media The present invention relates to a device for heat exchange between two media of different aggregate state in countercurrent, in particular for preheating raw cement through the exhaust gases of a prefabricated kiln connected downstream.
The invention is based on the object of creating a device in which two media of different aggregate state are subjected to a heat exchange with free flow in countercurrent, whereby both media can move at high speed.
The device on which this object is based consists of a cylindrical chamber that is narrow in relation to its diameter, to which the medium to be treated is fed in the middle, while the treatment medium is introduced tangentially into the chamber and leaves it axially, and the object is achieved according to the invention that a gas inlet nozzle extends over the entire width of the chamber, that the chamber axis also runs horizontally and that a material introducing device is provided which introduces the material into the chamber outside the chamber axis, that also two gas outlet openings on opposite sides,
namely are arranged in the middle of the two chamber end walls and that finally the chamber jacket is provided with one or more material outlet chutes.
In a preferred embodiment of the invention, the product introduction device is provided with openings at a distance from the chamber axis. In addition, the gas outlet openings are preferably concentric to the chamber axis and are connected to a downstream separator by lines. The gas outlet openings are preferably provided with nozzles widening from the chamber end wall and the material discharge side of the separator is connected to the chamber by means of a line. Finally, if the axial width is large, the chamber is preferably subdivided by partition walls arranged normal to the chamber axis.
In the device according to the invention, the treatment medium introduced tangentially into the chamber and axially withdrawn from it describes in the chamber a spiral, centripetal inwardly directed flow path, captures the medium to be treated introduced into the chamber outside its axis outside the gas outlet area and displaces it into circular motion. This medium arrives under the influence of centrifugal force, which carries it to the outside of the chamber jacket, where it is discharged by material discharge chutes. Introducing the medium to be treated into the chamber outside its axis is intended to prevent it from being carried along by the emerging medium and withdrawn from the heat exchange process.
It can be achieved in two ways: on the one hand, by bringing the medium to be treated into contact with it almost at speed 0 but at a sufficient distance from the central outlet of the treatment medium; on the other hand, by using compressed air, a centrifugal plate or similar to the entering medium Means a movement impulse opposite to the exiting medium is given. These measures ensure that the introduced medium remains in the chamber with the exception of minor losses and is subjected to a heat treatment there.
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The small amounts of the medium to be treated that are entrained by the medium flowing out of the chamber are separated from the latter and returned to the chamber.
When preheating raw cement, it is advisable to install a separator downstream of the chamber, for example a cyclone, from which the separated material is returned to the chamber. Since these entrained parts will mainly be the smallest or lightest particles, it is advisable to introduce the returned amounts again at a sufficient distance from the center of the chamber, where they are less likely to be dragged out again.
The flow of the two media in the chamber, the axial width of which expediently increases towards the center, can be easily controlled, especially if this axial width is not chosen too large. If the axial width has to be chosen larger for reasons of performance, it is advisable to subdivide the chamber in its width by partition walls arranged normal to the chamber axis in order to effectively prevent secondary vortex formation.
In the drawing, an embodiment of the device according to the invention is shown. It shows: FIG. 1 a chamber in section normal to the axis; 2 the same chamber in axial section; 3 shows a modification of the chamber shape of this example in section.
According to Fig. 1, exhaust gases 2 (dashed arrows) enter from a rotary kiln 1 through a tangential connection 3 into a cylindrical chamber 4, in which they flow circling in a spiral to the center of the chamber, where they exit axially, are collected in a cyclone 5 and be blown out into the atmosphere by a fan 6.
The specifically heavier material brought into the chamber 4 outside its axis (Fig. 2 shows more details) is also set in rotation by the circulating gas flow, but moves in spiral lines 7 (fully drawn arrow lines) to the outer chamber wall due to the greater specific weight , along which it slides in the flow direction of the gases until it reaches the area of the outlet chute 8 through which it enters the rotary kiln 1. A material sluice can be built into the chute in a known manner in order to prevent the passage of the gases from the rotary kiln through the chute into the chamber.
FIG. 2 shows the material feeding device 9, 10 for the specifically heavier material, in the present case a screw conveyor, at the end of which the material is thrown into the chamber 4 by a rotating spreading device 10. The exhaust gases exit the chamber axially on both sides and are fed through lines 11 to the cyclone 5, from which the separated material runs back through line 12 to the chamber. 3 shows as a variant a chamber, the axial dimension of which increases towards the center in order to form the vertebral core more favorably. In addition, the chamber carries conical outlet nozzles 13 for the exhaust gases, in order to enable the material to be sucked in through the conveying line 14 by reducing the pressure in the middle of the chamber to below atmospheric pressure.
Although the device according to the invention is particularly suitable for preheating cement, it can be used wherever a heat exchange and the course of chemical and physical reactions is desired.