DE1223858B - Verfahren und Einrichtung zum Betriebe eines mit wandernden Masseteilchen als Waermetraeger nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Apparates - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zum Betriebe eines mit wandernden Masseteilchen als Wärmeträger nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Apparates Die Erfindung bezieht sich auf mit feinkörnigen Wärmeträgerteilchen arbeitende Apparate, wie Wärmetauscher, bei denen ein Gas, beispielsweise Luft, insbesondere zu Wärmeaustauschzwecken durch eine sich bewegende Masseteilchenzone hindurchbewegt wird und beispielsweise die darin enthaltene Wärme an die Masseteilchen als Wärmeträger abgibt, welche in einer anderen Wärmeaustauschkammer bzw. Zone wiederum zum Aufheizen eines anderen Gases bzw. Luft dienen.
• Bei Verwendung derartiger Vorrichtungen zur Abgaswärmeausnutzung tritt nun unter Umständen der Fall ein, daß die durch die Masseteilchen geführten Gase bzw. Luft aus dem vorangehenden Arbeitsprozeß in Dampfform Fremdbestandteile, wie z. B. Kaliumkarbonat, Magnesiumverbindungen oder andere Bestandteile enthalten. Beim Durchströmen der die Masseteilchen enthaltenden Wärmeaustauschzone können sich nun unter Umständen infolge der eintretenden Abkühlung gewisse Schwierigkeiten durch den übergang der verdampften Fremdbestandteile in den flüssigen Zustand ergeben und hierdurch Störungen in der Arbeitsweise der Wärmeaustauschvorrichtungen herbeigeführt werden.
• An Hand der k' i g. 1 der Zeichnung sei diese Wirkungsweise näher erläutert.
• In der genannten Figur sind über der Höhe H einer Wärmeaustauschzone - die in vertikaler Richtung von unten nach oben durch das heiße, Fremdbestandteile enthaltende Gas und in vertikaler Richtung von oben nach unten von als Wärmeträger benutzten Masseteilchen durchströmt wird - die Temperaturen für den Gasstrom einerseits und für den in entgegengesetzter Richtung sich bewegender Masseteilchenstrom andererseits aufgetragen, wobei der mit TU bezeichnete Kurvenzug die Gastemperatur und der mit TM bezeichnete Kurvenzug die Masseteilchentemperatur bedeutet. In den mit D bezeichneten Temperaturbereich befinden sich nun die Fremdbestandteile des die Wärmeaustauschzone durchströmenden Gases, insbesondere Luft, im dampfförmigen Zustand. In dem darunterliegenden, mit K bezeichneten Temperaturbereich nehmen die Fremdbestandteile durch Kondensation den flüssigen Zustand an, während schließlich in dem unteren mit F bezeichneten Temperaturbereich die Fremdbestandteile statt in flüssigem Zustand in festem Zustand sind.
• Ergibt sich nun bei der Arbeitsweise der Wärmeaustauschvorrichtung entsprechend den Temperaturkurven der F i g. 1, daß zunächst mit seiner Höchsttemperatur in die Wärmeaustauschzone bei a eintretende heiße Gas unter Erwärmung der Masseteilchen bei b in den Temperaturbereich K gelangt, so gehen die Fremdbestandteile des Gases aus dem dampfförmigen in den flüssigen Zustand über. Infolge Kondensation schlägt sich auf den Masseteilchen eine flüssige Schicht der Fremdbestandteile nieder. Da nun die sich entgegengesetzt dem Gas bewegenden, mit der Flüssigkeitsschicht bedeckten Masseteilchen im Verlauf ihrer Bewegung bei c wieder in den Temperaturbereich D gelangen, ergibt sich, daß die auf den Masseteilchen niedergeschlagenen flüssigen Fremdbestandteile erneut verdampfen. Wie leicht einzusehen ist, ergibt sich auf dem angegebenen Wege eine Anreicherung des Gases mit Fremdbestandteilen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Erscheinung und hierdurch bedingte Störungen unmöglich zu machen.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß vorübergehend durch Gasableitung in der Wärmeaustauschzone die Kondensationsgrenze verschoben wird und die infolgedessen wieder verdampften Fremdbestandteile zusammen mit dem abgeleiteten Gas aus der Wärmeaustauschzone entfernt werden.
• Hierbei ergibt sich die einfachste Lösung, wenn durch öffnen eines Ventils od. dgl. in einem in der Wärmeaustauschzone angeordneten Gasableitkanalsystem Gas nach Eintritt einer Konzentration von Fremdbestandteilen abgeblasen oder abgesaugt wird.
• Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das erfindungsgemäße Verfahren - weiter noch dadurch verbessert werden, daß das die Fremdbestandteile im gasförmigen Zustand enthaltende Gas einem die Wiedergewinnung der Gaswärme ermöglichenden Ausscheider für die Fremdbestandteile zugeführt wird, wobei die in dem Ausscheider dem entnommenen Gas entzogene Wärme durch einen von Fremdbestandteilen freien Gasstrom (Reingasstrom) der Wärmeaustauschzone wieder zugeführt wird.
• Vorzugsweise kann die Erfindung in der Weise verwirklicht werden, daß für die Ausscheidung der Fremdbestandteile ein Zweikammer-Regeneratorsystem verwendet wird, in dessen einer Kammer das die Fremdbestandteile enthaltende Gas unter Erwärmung eines durchgeführten Masseteilchenstromes so weit herabgekühlt wird, daß die dampfförmigen Fremdbestandteile kondensierend auf den Masseteilchen niedergeschlagen werden. Durch die zweite Kammer des Regeneratorsystems wird sodann ein anderer von Fremdbestandteilen freier Gasstrom hindurchgeführt. Dieser Gasstrom kühlt bei gleichzeitiger Aufheizung die Masseteilchen mit der niedergeschlagenen Flüssigkeitsschicht unter deren Schmelzpunkt ab. Das auf diesem Wege gewonnene heiße Gas wird sodann dem Wärmeaustauschersystem wieder zugeleitet, um der Wärmeaustauschzone die entzogene Gasmenge bzw. Wärme wieder zuführen zu können. Die in den festen Zustand übergegangenen .Fremdbestandteile werden durch Abrieb von den Masseteilchen gelöst und aus dem Masseteilchenkreislauf des-Regeneratorsystems ausgeschieden.
• In F i g. 2 der Zeichnung ist an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung veranschaulicht. F i g. 2 gibt im Schema eine Wärmeaustauscheranlage für Betrieb mit Fremdbestandteile, wie Kaliumkarbonat, Magnesiumverbindungen u. dgl. enthaltenden Gasen mit einer Einrichtung zur Ausscheidung der Fremdbestandteile wieder. In diesem Ausführungsbeispiel bedeutet zunächst 1 die Wärmeaustauschzone, die an ihrer oberen Seite mit einer Vorrichtung 2 zur verteilten Zuführung der Masseteilchen versehen ist. Da im einzelnen die Ausbildung dieser Beschickungseinrichtung für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist, wird von einer näheren Erläuterung der Beschickungseinrichtung 2 abgesehen.
• Am unteren Ende der Wärmeaustauschzone ist eine Durchsatzregeleinrichtung 3 angedeutet. Letztere kann beispielsweise mit einem Riesel- oder Wirbelbett versehen werden, durch welches je nach der Gasströmung eine variable Teilchenmenge strömt, Erfindungsgemäß ist nun in der von gasundurchlässigen, einen Schacht umgrenzenden Wänden eingeschlossenen Wärmeaustauschzone 1 ein System von Gasabsaugkanälen 4 vorhanden,, das an eine gemeinsame Gasableitung 5 angeschlossen ist, Die - Gas" absaugkanäle sind hierbei durch spitzwinklig ausgebildete winkelförmige Körper gebildet, die es ermöglichen, daß die Masseteilchen von oben nach unten an den Kanälen 4 entlangströmen können, daß jedoch auf der unteren Seite Gas in die Hohlräume 4.a der Kanäle eintreten kann. Wird über diese Kanäle 4 und den Sammelableitkanal 5 zeitweise die Gasmenge oder ein. wesentlicher Teil derselben abgeleitet, so steigt der den unteren Teil der Wärmeaustauschzone durchfließende Gasstrom wegen des verringerten Widerstandes und damit auch die Temperatur erheblich an. Die mit I gestrichelt angedeutete Kondensationsgrenze wird infolgedessen nach oben verschoben, wie durch die strichpunktierte Linie 1I angedeutet ist. Die zuvor im flüssigen Zustand auf den von oben nach unten strömenden Masseteilchen niedergeschlagenen Fremdbestandteile, die sich nunmehr wieder unterhalb der Kondensationsgrenze befinden,. werden infolgedessen bei der höheren Temperatur des Gases verdampft und zusammen mit dem über die Leitung 5 abgeführten Gas aus der Wärmeaustauschzone entfernt.
• Die abgeführte Gasmenge kann einem Ausscheider 6 zugeführt werden. Der Ausscheider 6 ist als Zweikammer-Regeneratorsystem ausgebildet, welches ebenfalls mit einem im Kreislauf umgewälzten Masseteilchenstrom arbeitet. Mit 6a ist die obere Regeneratorkammer bezeichnet. 7 bedeutet ein Gebläse, das über das Absperrorgan 8 das zur Reinigung der Regeneratorkammer 6a über die Leitung 5 zugeführte Gas absaugt. Da die Masseteilchen des Reini= gungskreises der Kammer 6a mit verhältnismäßig niedriger Temperatur zugeführt werden, ergibt sich, daß das über die Leitung 5 zugeführte Gas in der Regeneratorkammer 6a so .weit abgekühlt.wird; daß die Fremdbestandteile kondensieren und sich auf den Masseteilchen als flüssige Schicht niederschlagen. Die die. Regeneratorkammer 6a verlassenden Masseteilchen strömen sodann der Regeneratorkammer 6b über die Leitung 9 zu.
• Der Kammer 6 b wird durch ein Gebläse 10 über ein Absperrorgan 10 b ein Strom eines von Verunreinigungen freien Gases (Reingases) auf der unteren Seite zugeführt. Hierdurch wird unter Anwärmung des Gases die flüssige Schicht aus Fremdbestandteilen. : unter den Schmelzpunkt abgekühlt. Nach Erwärmung: in der Kammer 6 b wird - dieses Reingas über die - Leitung 11 einem Kanalsystem 12 zugeleitet und über dieses in den Masseteilchenstrom der Wärmeaustauschzone 1 eingeleitet. Um ein Abströmen der Masseteilchen aus den Kammern 6 a bzw. 6 b des Regenerators 6 in die Leitungen 5 bzw. 10a zu verhindern, erfolgt in. den Regeneratorkammern 6a, 6b. die Gaszuführung über gasdurchlässige Wandeinbauten 6d bzw. 6e.
• Die in der Zone 6 b in den festen Zustand übergegangenen Fremdbestandteile werden entweder innerhalb der Kammer 6 b oder in dem Umleitkanalsystem 6 c mit der Fördereinrichtung 6c' durch Abrieb oder mechanische Einwirkung von den Masseteilchen gelöst und aus dem System des Ausscheiders 6 entfernt.
• Um den Temperaturverlauf innerhalb der Wärmeaustauschzone und damit die Grenze, an der die Fremdbestandteile aus dem dampfförmigen Zustand in den flüssigen Zustand übergehen, beeinflussen oder ändern zu können, kann oberhalb der Durchsatzregeleinrichtung noch ein weiteres System von Gaszuleitkanälen 14 vorgesehen werden, dem über einen regelbaren Gasmischer 15 ein in seiner Temperatur variables Gas gemischt zugeführt wird. Dem Mischer 15 kann dabei über die Leitung 16 aus dem Ansaugstutzen 17 heißes Gas und über einen Verdichter 18 und Regelorgan 19 ein kaltes Gas zugeführt werden, wobei durch die Regelung des Mischers 15 die Temperatur des dem Kanalsystem 14 zugeleiteten Gases entsprechend den Erfordernissen des Betriebes geändert werden kann.
• Die Gasabsaugung durch die Kanäle 4 und die Wirksammaehung des Regeneratorausscheid'ers erfolgt am zweckmäßigsten in gewissen Zeitintervallen, wobei durch ein Zeitschaltwerk die Verdichter 7 und 1(1 bzw. die Ventile 8 und 10 b gesteuert werden. Der Mischer 15 ebenso wie die für die Frischgas- bzw. Heißgaszuführung zu dem Mischer dienen= den Ventile 17a bzw. 19 werden zweckmäßigerweise willkürlich gesteuert.
• Es ist aber auch möglich, die Gasabsaugung und Reinigung selbsttätig einzuschalten, sobald sich eine größere Konzentration der verflüssigten Fremdbestandteile, z. B. durch Änderung des Gasdruckabfalls in der Zone D bemerkbar macht. Zu diesem Zweck kann in der Wärmeaustauschzone eine Druckmeßeinrichtung vorgesehen werden, die bei überschreiten eines gewissen Druckabfalls die Gasreinigungsvorrichtung bzw. das Regeneratorsystem 6 einschaltet.
• Wie oben angedeutet war, läßt sich die Erfindung auch in wesentlich einfacherer Weise unter Umständen verwirklichen, indem unter Wegfall des Regenerators 6 über das Kanalsystem 4 und Leitung 5 durch Öffnen eines Ventils vorübergehend die Fremdbestandteile in größerer Konzentration enthaltendes Gas abgeblasen wird. Die Leitung 5 wird in diesem Fall z. B. an einen Kamin angeschlossen, der das Gas mit den Fremdbestandteilen in die Atmosphäre abführt. Bei einer derartigen Abwandlung kann das Kanalsystem 14 mit der Mischeinrichtung 15 zur Beeinflussung der Wärmeverhältnisse bzw. Kondensationszone gegebenenfalls beibehalten werden.
• In F i g. 2 ist die erwähnte Abänderung mit gestrichelten Linien eingetragen. Dabei bedeutet 20 den Gasableitkanal, 21 ein Absperrorgan und 22 den Kamin zur Gasleitung in die Atmosphäre.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betrieb eines mit wandernden Masseteilchen als Wärmeträger nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden einen Wärmeaustausch bewirkenden Apparates, bei dem ein heißes, im dampfförmigen Zustand Fremdbestandteile enthaltendes Gas die in ihm enthaltene Wärme an den Masseteilehenstrom abgibt und innerhalb des Arbeitsbereiches der Wärmeaustauschzone die Fremdbestandteile aus dem dampfförmigen in den flüssigen und gegebenenfalls festen Zustand übergehen, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß vorübergehend durch Gasableitung (Absaugekanäle 4) in der Wärmeaustauschzone (1) die Kondensationsgrenze (I, 1f) verschoben wird und die infolgedessen wieder verdampften Fremdbestandteile zusammen mit dem abgeleiteten Gas aus der Wärmeaustauschzone (1) entfernt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Wärmeaustauschzone abgeleitete, Fremdbestandteile in größerer Konzentration enthaltende Wärmeaustauschgas einem die Wiedergewinnung der Gaswärme ermöglichenden Ausscheider (6) für die Fremdbestandteile zugeführt wird, wobei die in dem Ausscheider (6) dem entnommenen Gas entzogene Wärme durch einen von Fremdbestandteilen freien Gasstrom (Reingasstrom) der Wärmeaustauschzone (1) wieder zugeführt wird.
3. 3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauschzone im Bereich der Kondensationsgrenze der Fremdbestandteile ein Gasableitungskanalsystem (4, 5) zugeordnet ist.
4. 4. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Gasableitungskanal (4), in Richtung der Gasströmung betrachtet, hinter letzterem in der Wärmeaustauschzone (1) ein Gaszuführungssystem (12) angeordnet ist und daß die beiden Kanalsysteme (4, 12) an den einen Wärmeaustauscher bildenden Ausscheider (6) angeschlossen sind, welcher für einen Wärmeaustausch zwischen dem der Wärmeaustauschzone (1) entnommenen, die Fremdbestandteile aufweisenden Gas und einem die Abwärme des Ausscheiders (6) der Wärmeaustauschzone wieder zuführenden Reingas ausgerüstet ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausscheider (6) als Zweikammer-Regeneratorsystem (6 a, 6 b), welches mit einem umgewälzten Masseteilchenstrom betrieben wird, ausgebildet ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kammer (6a) des Regeneratorsystems, die zur Ausscheidung der Fremdbestandteile des Gases durch Kondensation vorgesehen ist, zwischen einer Ableitung des Gasentnahmekanalsystems (4, 5) der Wärmeaustauschzone (1) und einem Sauggebläse (7) eingeschaltet ist, während die zweite Kammer (6b), die zum Übergang der niedergeschlagenen Fremdkörperschicht auf den umgewälzten Masseteilchen aus dem flüssigen in den festen Zustand vorgesehen ist, zwischen einem Sammelkanal (11) des Gaszuführungskanalsystems (12) der Wärmeaustauschzone (1) und einem Druckgebläse (10) eingeschaltet ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Ausscheider benutzten Regeneratorsystem (6) eine Vorrichtung zur Abführung der in den festen Zustand übergeführten Fremdbestandteile von den umgewälzten Masseteilchen zugeordnet ist. B.
8. Einrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wärmeaustauschzone (1) - in Richtung der Gasströmung betrachtet - vor der Absaugung (4) für die Gasreinigung ein Kanalsystem (14) zur Zuführung eines Warmgases vorgesehen ist, das mit einer regelbaren Temperatur aus einem Gasmischer (15) zuführbar ist, dem einerseits aus dem Heißgasstutzen (17) der Wärmeaustauschzone heißes Gas, andererseits über ein Gebläse (18) ein Kaltgas zur Durchmischung in einem veränderlichen Verhältnis zuführbar ist.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zeitabhängige Schaltvorrichtung zum Öffnen der Gasableitung und Einschalten des Ausscheiders für die Fremdbestandteile des Gases.
10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Öffnen der Gasableitung und Einschalten des Ausscheiders in Abhängigkeit von der Konzentration der Fremdbestandteile ausgerüstet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1097 461; französische Patentschrift Nr. 1302 243.