DE3025924A1

DE3025924A1 - Fluessigkeitsgekuehlter stuetzboden fuer eine wirbelschichttrockner

Info

Publication number: DE3025924A1
Application number: DE19803025924
Authority: DE
Inventors: Dieter 5060 Bergisch Gladbach Popp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-09
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1982-02-04

Description

Bezeichnung: Flüssigkeitsgekühlter Stützboden für einen Wirbelschichttrockner

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Stützboden für einen Wirbelschichttrockner, der eine Vielzahl senkrecht zur Stützbodenebene verlaufender Heißgas-Durchtrittsöffnungen aufweist.

Bei Wirbelschichttrocknern der vorstehend genannten Art, in denen feinkörnige Schüttgüter durch die Einleitung von Heißgasen nach dem Wirbelschichtprinzip getrocknet werden, wurde bisher der Stützboden aus feuerfesten Materialien aufgebaut. Bei derartigen Stützböden traten jedoch bei der Trocknung von abrasiven Schüttgütern sowohl ein entsprechender Verschleiß im Feuerfestmaterial als auch Probleme durch die unterschiedliche Wärmedehnung zwischen den Feuerfestmaterialien und den übrigen Wandungsteilen der Einrichtung auf.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stützboden der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der ein in sich geschlossenes und ggf. auswechselbares Bauteil bildet und durch den die vorstehend geschilderten Nachteile vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Stützboden als flacher Behälter ausgebildet ist, daß die Gasdurchtrittsöffnungen jeweils durch Rohre gebildet werden, die die sich gegenüberliegenden Behälter wandungen durchsetzen, wobei der Behälterinnenraum gegenüber den Rohren dicht abgeschlossen ist und mit einer bei Betriebstemperaturen siedenden Flüssigkeit gefüllt ist, und daß mit Abstand oberhalb des Stützbodens in den Wirbelschichtbereich hineinragende Wärmetauscherflächen vorgesehen sind, die mit dem Behälterinnenraum in Verbindung stehen. Ein derart ausgebildeter Stützboden, der beispielsweise aus hochwarmfestern Stahl hergestellt ist, stellt ein in sich geschlossenes Bauteil dar, dessen 0 Dehnungsverhalten unter dem Einfluß unterschiedlicher Temperaturen definierbar ist, so daß der Einbau eines derartigen Stützbodens in einen entsprechenden Wirbelschichttrockner wesentlich vereinfacht ist. Die erforderlichen Dehnungsfugen sind in ihrer Größe bestimmbar und können zum anderen außerhalb der Berührungszone mit dem Schüttgut angeordnet werden. Dadurch, daß in den Wirbel-

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schichtbereich hineinragende Wärmetauscherflächen vorhanden sind, ergibt die ganze Anordnung ein in sich geschlossenes System, da der unter dem Einfluß der Heißgase im Behälterinnenraum entstehende Dampf in die Wärmetauscherflachen strömt und dort durch das kalte, zu trocknende Schüttgut kondensiert wird und als Flüssigkeit wieder in den Behälterinnenraum zurückläuft. Da das zu trocknende Gut die Einrichtung ständig durchläuft, ist für eine ständige und gleichmäßige Kühlung des erzeugten Dampfes gesorgt.

Die geometrische Form des Stützbodens - in der Aufsicht richtet sich im wesentlichen nach der Querschnittsform der Wirbelschichteinrichtung, in die der Stützboden eingebaut werden soll. So sind beispielsweise quadratische, rechteckige, halbkreisförmige, kreisförmige oder ähnliche Gestaltungen möglich. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Stützbodens liegt darin, daß auch sehr großflächige, beispielsweise langgestreckte Wirbelschichteinrichtungen erstellt werden können, da dann mehrere Stützböden in Form von Teilelementen nebeneinander bzw. hintereinander angeordnet werden können. Dies ist dann von Bedeutung, wenn in Durchlaufrichtung des zu behandelnden Gutes gesehen unterschiedliche Temperaturen auftreten, die eine entsprechend unterschiedliche Beanspruchung der Stützböden in den jeweiligen Zonen zur Folge haben. Ferner ist es möglich,

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beschädigte Einzelelemente ohne große Stillstandzeiten auszuwechseln.

Während grundsätzlich die Wärmetauscherflächen beliebig gestaltet sein können, ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Wärmetauscherflächen durch eine Vielzahl parallel laufender, in etwa U-förmig gebogener Rohre bestehen, die mit ihren Enden in einen Verbindungskanal zum Behälterinnenraum münden. Dies ermöglicht selbst auf kleinstem Raum größtmögliche Wärmeübertragungsflächen, da durch die Fluidisierung des zu trocknenden feinkörnigen Schüttgutes dieses auch durch die Zwischenräume zwischen den Rohren hindurchtreten kann. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, daß die jeweils von den Rohren definierten Wärmetauscherflächen vertikal zum Stützboden ausgerichtet sind, so daß zum einen eine nahezu ungehinderte Wirbelschichtbewegung möglich ist und zum anderen ein einwandfreier Ablauf des sich in den Rohren niederschlagenden Kondensats der Flüssigkeit gewährleistet ist.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Wärmetauscherflächen etwa radial von außen nach innen gerichtet angeordnet sind und jeweils mit Abstand zu den gegenüberliegenden Wärmetauscherflächen enden. Der Abstand zwischen den einander zugekehrten Enden

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der Wärmetauscherflächen muß hierbei mindestens den üblichen Abmessungen eines Mannloches entsprechen. Hierdurch ist gewährleistet, daß die Oberfläche des Stützbodens begehbar ist und Beschädigungen in der Düsenbestückung oder an der Auskleidung behoben werden können.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verbindungskanal durch einen am Stützbodenrand kragenförmig umlaufenden Ringraum gebildet wird, in den die Innenräume aller Wärmetauscherflächen einmünden. Bei dieser Ausgestaltung bildet der Kragen gleichzeitig einen Teil der Seitenwandungen der Wirbelschichteinrichtung, so daß hier nicht nur der Stützboden, sondern auch die Seitenwandungen im unteren Bereich der Wirbelschicht gekühlt sind. Diese Bauform ist jedoch aus konstruktiven Gründen nur für Niederdrucksysteme geeignet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, daß jede Wärmetauscherfläche mit einem eigenen Verbindungskanal in Form eines vertikal ausgerichteten, im Randbereich des Stützbodens angeordneten Rohres verbunden ist. Diese Bauform eignet sich nicht nur für Hochdruckbetrieb, sondern bietet den Vorteil, daß bei Beschädigungen an einzelnen Wärmetauscherflächen eine Reparatur sehr viel einfacher durchgeführt werden kann, da lediglich der betreffende Verbindungskanal mitsamt der Wärmetauscherfläche ausgetauscht zu werden braucht.

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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf der Behälteroberseite im Randbereich ein geschlossener, umlaufender Steg angeordnet ist. Dieser Steg gibt nicht nur die Möglichkeit, den Stützboden dicht an die darüberliegenden Wandungsteile der Wirbelsiaichteinrichtung anzuschließen, sondern bildet insbesondere bei der Verwendung von Wärmetauscherflächen mit jeweils eigenen Verbindungskanälen eine seitliche Begrenzung einer auf die Behälteroberseite aufgebrachten Schutzschicht, beispielsweise aus ^Stampfmasse.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die die Gasdurchtrittsöffnungen bildenden Rohre an der Behälterunterseite bündig mit der Behälteraußenwandung abschließen und an der Behälteroberseite die Behälteraußenwandung überragen. Dies hat bei der vorgesehenen Verwendung von Heißgasen zur Erzeugung der Wirbelschicht den Vorteil, daß die auf der Bahälterunterseite liegenden, also gaseintrittseitigen Öffnungen der Rohre in vollem Umfang gekühlt werden, so daß eine Rißbildung und damit ein ündichtwerden des Stützbodens vermieden wird. Die Verlängerung der Rohre auf der Behälteroberseite, also der gasaustrittseitigen Öffnungen der Rohre, hat den Vorteil, daß zum Schütze der dem zu behandelnden Material zugekehrten Behälteraußenwandung diese mit einer entsprechenden Schutzabdeckung versehen werden kann. Die Schutzabdeckung kann entweder durch eine entsprechende Schicht aus feuer-

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festem Material, beispielsweise aus Stampfmasse bestehen, oder aber bei einem in der Wirbelschichteinrichtung selbst nicht reagierenden Schüttgut aus einer Schicht des zu behandelnden Schüttgutes bestehen. Da die Austrittsöffnungen der Rohre mit Abstand oberhalb der Behälteraußenwandung enden, wobei in der Regel bei entsprechend großen Gasdurchtritts-Querschnitten in diese Rohre von oben noch entsprechende, an sich bekannte Düsenköpfe eingesetzt werden, wird vermieden, daß die unmittelbar auf der oberen Behälteraußenwandung aufliegende Schüttgutschicht fluidisiert wird. Diese Schüttgutschicht bleibt in Ruhe und bildet somit einen wirksamen Schutz der Behälterwandung. Eine Verunreinigung des zu behandelnden Gutes durch Abrieb, wie dies bei einer aus fremdem Material hergestellten Schutzschicht der Fall wäre, ist vermieden. Außerdem ist hierdurch dafür Sorge getragen, daß die Schutzschicht in ihrer Dicke nicht abnimmt, da sie sich ständig aus dem zu behandelnden Schüttgut ergänzen kann.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an der Schmalseite des Behälters wenigstens ein Zulaufstutzen und ein Ablaufstutzen angeordnet sind. Mit Hilfe dieser beiden Stutzen kann der Behälterinnenraum über entsprechende absperrbare Rohrleitungen an einen außenliegenden Kühler für die Flüssigkeit angeschlossen werden. Hierdurch ist es möglich, bei Inbetriebnahme und bei Störungsfällen, wenn die Kühlung der Flüsigkeit durch das Schüttgut ausfällt,

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für die erforderliche Wärmeabfuhr zu sorgen.

Während die vorstehend gekennzeichnete Ausführungsform durch die zusätzliche Kühleinrichtung einen entsprechend großen anlagetechnischen Aufwand erfordert, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß im Behälterinnenraum mit einem Kühlmittel beaufschlagbare Kühlflächen angeordnet sind. Derartige Kühlflächen können beispielsweise als einfache Rohrleitung im Behälterinnenraum angeordnet sein und mit Wasser als Kühlmittel beschickt werden. Diese Ausführungsform ist nicht nur konstruktiv einfach, sondern trägt auch der Tatsache Rechnung, daß eine externe Kühlung der Flüssigkeit im Behälterinnenraum nur in Sonderfällen und nur kurzzeitig erforderlich ist. Deshalb ist es auch vertretbar, die Kühlflächen mit kaltem Wasser zu beaufschlagen und dieses ggf. einfach ablaufen zu lassen.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Stützboden eines Wirbelschichttrockners,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Stützboden gemäß Fig. 1,

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Fig. 3 einen Vertikalschnitt in Form eines Halbschnittes durch eine andere Ausfuhrungsform,

Fig. 4 eine Aufsicht auf den Stützboden der Ausführungsform gemäß Fig. 3.

Der in Fig. 1 in einem Vertikalschnitt dargestellte Stützboden ist als flacher Behälter 1 ausgebildet, der außer in der in Fig. 2 dargestellten Aufsicht auch rechteckig, quadratisch oder halbkreisförmig gestaltet sein kann. Diese Form richtet sich ausschließlich nach dem Horizontalquerschnitt der Wirbelschichteinrichtung, in die der Stützboden eingesetzt werden soll. Der Behälter 1 ist in vertikaler Richtung von einer Vielzahl parallel zueinander ausgerichteter und mit Abstand zueinander angeordneter Rohre 2 durchsetzt, die sowohl an der Behälterunterseite 3 als auch an der Behälteroberseite 4 fest mit der Behälterwandung verbunden sind, so daß der Behälterinnenraum 5 dicht gegenüber dem Innenraum der Rohre 2 abgeschlossen ist.

Mit Abstand oberhalb·der Behälteroberseite 4 sind mehrere Wärmetauscherflächen 6 angeordnet, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel· jeweils durch eine Vielzahl parallel laufender, in etwa U-förmig gebogener Rohre 7 bestehen, die mit ihren Enden in einen Verbindungskanal zum Behälterinnenraum 5 einmünden. Bei dem dargestellten Ausführungs-

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beispiel ist der Verbindungskanal durch einen am Stützbodenrand kragenförmig umlaufenden Ringraum 8 gebildet, in den die Rohre 7 einmünden. Wie aus der Aufsicht gemäß Fig. 2 ersichtlich, sind bei dem dargestellten Stützboden mit kreisförmigem Grundriß die Wärmetauscherflächen 6 radial nach innen gerichtet. Die einzelnen Wärmetauscherflächen weisen unterschiedliche Längen auf, um bezogen auf die Grundfläche einenmöglichst gleichmäßigen freien Querschnitt für die Ausbildung der Wirbelschicht auch zwischen den Wärmetauscherflächen 6 zu gewährleisten. Die am weitesten nach innen ragenden Wärmetauscherflächen enden jedoch mit Abstand zu den gegenüberliegenden Wärmetauscherflächen, so daß im Mittelbereich ein freier Querschnitt etwa von der Größe eines sog. Mannloches freibleibt, so daß der Raum unterhalb der Wärmetauscherflächen zugänglich ist.

Die an der Behälteroberseite 4 ausmündenden Enden der Rohre sind für den Betrieb der Wirbelschicht in üblicher Weise mit in der Zeichnung nicht dargestellten Düsenköpfen versehen.

Das zu trocknende feinkörnige Schüttgut wird im Bereich des Pfeiles 9 eingeführt und auf der gegenüberliegenden Seite über einen Durchbruch 10 in dem den Verbindungskanal zwischen Behälter 1 und Wärmetauscherflächen 6 bildenden Kragen 8 abgezogen. Für den Trocknungsvorgang werden nun in Richtung des Pfeiles 11 durch die Rohre 2 Heißgase hindurchgedrückt, die das auf der Oberseite des Behälters 1 sich ansammelnde feinkörnige Schüttgut fluidisieren und trocknen, wobei die

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am Schüttgut anhaftende Feuchtigkeit mit den verbrauchten Heißgasen auf der Oberseite der hier nicht dargestellten Wirbelschicht abgezogen wird. Um einen möglichst schnellen und effektiven Trocknungsprozeß durchführen zu können, wird die Wirbelschicht mit Heißgasen beaufschlagt.

Um nun den aus

Kesselblech hergestellten Behälter 1 kühlen zu können, ist der Behälterinneraum beispielsweise bis zur Niveaumarke 12 mit einer Flüssigkeit, beispielsweise mit Wasser oder einem synthetischen Wärmeträger gefüllt. Durch die hohe Temperatur verdampft das Wasser, wobei der Dampf über den ringförmigen Verbindungskanal 8 in die Rohrleitungen 7 der Wärmetauscherflächen 6 giangt. Da in diesem Bereich der Wirbelschicht das kalte, zu trocknende Gut zugeführt wird, kondensiert der Dampf und das Kondensat fließt in den Behälterinnenraum 5 zurück. Die gesamte Anordnung bildet daher ein in sich geschlossenes System, für das keine zusätzlichen, außenliegenden Aggregate erforderlich sind. Das erforderliche Sicherheitsventil ist in der schematischen Zeichnung weggelassen.

Da nun der vorstehend beschriebene Verdampfungs- und Kondensationsvorgang bei der Inbetriebnahme und bei etwaigen Störfällen bei der Schüttgutzufuhr wegen der ausfallenden Kühlung im Bereich der Wärmetauscherflächen 6 nicht ablaufen kann, ist für diesen VerfahrensZeitraum eine externe Kühlung der Flüssigkeit im Behälterraum 5 vorgesehen. Bei dem

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dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Behälterinnenraum 5 ein Rohrsystem 13 angeordnet, das über entsprechende Zuleitungen 14 und Ableitungen 15 von außen mit einem Kühlmittel beaufschlagt wird. Der einfacheren Darstellung halber ist das Rohrleitungssystem 13' als einfache Rohrschlange dargestellt. Mit Hilfe des von außen zugeführten Kühlmittels, beispielsweise Wasser aus der Wasserversorgung, wird die über die Heißgase 11 in die Flüssigkeit eingebrachte Wärmemenge für den Anfahr-Zeitraum und für den StörungsZeitraum, d. h. so lange, bis die Heißgaszufuhr abgestellt ist, entsprechend abgeführt, so daß eine Überhitzung und damit eine Beschädigung des Stützbodens ausgeschlossen ist.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform entspricht im Grundaufbau und in der Funktionsweise der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß die Rohre 7 einer jeden Wärmetauscherfläche 6 in einen eigenen, als Rohr ausgebildeten Verbindungskanal 16 einmünden, so daß, wie aus der Aufsicht gemäß Fig. 4 ersichtlich, entsprechend der Zahl der Wärmetauscherflächen vertikal ausgerichtete Rohre 16 angeordnet sind, die in den Behälterinnenraum 5 münden. Die freien oberen Enden der einzelnen Rohre 16 sind durch einen Stützring 17 miteinander verbunden.

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Zusätzlich kann der Behälter 1 mit hier nicht dargestellten Anschlußstutzen versehen sein, durch die ein Teil des erzeugten Dampfes über eine entsprechende Rohrleitung einem Wärmeverbraucher zugeführt wird und das dort anfallende Kondensat wieder in den Behälterinnenraum zurückgeführt wird.

Durch einen umlaufenden Steg 18 entlang dem inneren Umfang des aus den Rohren 16 gebildeten Kranzes besteht 0 bei dieser Ausführungsförm die Möglichkeit einer Abdeckung der Oberseite 4 mit Stampfmasse, der hierdurch der erforderliche seitliche Halt gegeben wird.

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Leerseite

Claims

3025924 Maxton · Maxton · Langmaack Patentanwälte

Patentanwälte Maxton & Langmaack - Pferdmengeastr. 50 - 5000 Kein 51

Robert Brede (1695-1943) Alfred Maxton sr. (1943-1976;

Anmelder: Dieter Popp Alfred Maxton

Jürgen Langmaack Hubertusstraße 17 Diplom-Ingenieure

5060 BergiSCh-Gladbach 2 zugelassen bei dem

Europäischen Patentamt

5000 Köln si

Unsere Zeichen Datum

70 pg 802 08.07.80

Bezeichnung: Flüssigkeitsgekühlter Stützboden für einen Wirbelschichttrockner

Ansprüche:
5

/1.1 Stützboden für einen Wirbelschichttrockner, der eine Vielzahl senkrecht zur Stützbodenebene verlaufender Heißgas-Durchtrittsöffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß der Stützboden als flacher Behälter (1) ausgebildet ist, daß die Gasdurchtrittsöffnungen jeweils durch Rohre (2) gebildet werden, die die sich gegenüberliegenden Behälterwandungen (3, 4) durchsetzen, wobei der Behälterinnenraum (5) gegenüber den Rohren (2) dicht abgeschlossen ist und mit einer bei Betriebstemperaturen siedenden Flüssigkeit gefüllt ist, und daß mit Abstand oberhalb des Stützbodens in den Wirbelschichtbereich hineinragende

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Telefon: (0221) 380238 · Telegramm: Inventator Köln · Telex: 8883555 max d f 12 Postscheckkonto Köln (BLZ 37010050) Kto.-Nr. 1522 51-500 ■ Deutsche Bank AG Köln (BLZ 370700 60) Kto.-Nr. 1236181

Wärmetauscherflächen (6) vorgesehen sind, die mit dem Behälterinnenraum (5) in Verbindung stehen.
2. Stützboden nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmetauscherflächen (6) jeweils durch eine Vielzahl parallel laufender, in etwa U-förmig gebogener Rohre (7) bestehen, die mit ihren Enden in einen Verbindungskanal (8) zum Behälterinnenraum (5) münden.
10
3. Stützboden nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils von den Rohren (7) definierten Wärmetauscherflächen (6) vertikal zum Stützboden (1) ausgerichtet sind. 15
4. Stützboden nach Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmetauscherflächen (6) radial von außen nach innen gerichtet angeordnet sind und jeweils mit Abstand zu den gegenüberliegenden Wärmetauscherflächen (6) enden.
5. Stützboden nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet , daß der Verbindungskanal (8) durch einen am Stützbodenrand kragenförmig umlaufenden Ringraum gebildet wird, in den die Innenräume aller Wärmetauscherflächen (6) einmünden.

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6. Stützboden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wärmetauscherfläche mit einem eigenen Verbindungskanal in Form eines vertikal ausgerichteten, im Randbereich des Stützbodens angeordneten Rohres (16) verbunden ist.
7. Stützboden nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß auf der der Behälteroberseite (4) im Randbereich ein in sich geschlossener, umlaufender Steg (17) angeordnet ist.
8. Stützboden nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die die Gasdurchtrittsöffnung bildenden Rohre (2) an der Behälterunterseite (3) bündig mit der Behälteraußenwandung abschließen und an der Behälteroberseite (4) die Behälteraußenwandung überragen.
9. Stützboden nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter (1) mit wenigstens einem Zulaufstutzen und einem Ablaufstutzen versehen sind.
10. Stützboden nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß im Behälterinnenraum (5) mit Kühlmittel beaufschlagbaie Kühlflächen (13) angeordnet sind.

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