DE3437381C2 - Wärmetauscher für fluidisierbaren Feststoff gegen Gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für fluidisierbaren Feststoff gegen Gas, bestehend aus einem Behälter mit Ein- und Auslaß für den Feststoff sowie einem für die verteilte Ein­ führung des Gases in ein Bett des Feststoffs ausgebildeten Boden.

Die Erfindung bezieht sich vornehmlich auf einen Gipskühler, kann aber auch zum Kühlen, Erhitzen oder Trocknen oder dergleichen von anderen körnigen oder staubförmigen Stoffen dienen, die fluidisiert werden können, d. h. durch feinverteilte Luftzufuhr in einen flüssigkeitsähnlich aufgelockerten Zustand versetzt werden können.

Es ist bekannt, die Kühlung von gebranntem Gips während des Transports in einer pneumatischen Förderrinne vorzunehmen.

Ist ein Transportweg nicht erforderlich, so wäre die Gipskühlung in einer eigens dazu installierten Förderanlage zu aufwendig. Statt dessen verwen­ det man indirekte Kühler mit Wasser als Kühlmittel, das aber häufig kost­ spielig ist, oder Kühler bestehend aus einem Behälter mit einem luftdurch­ lässigen Boden, der kein Kühlgut durchläßt. Kühlluft wird durch das ober­ halb des Bodens sich befindende, fluidisierte Feststoffbett geführt, wobei immer dann ein Rührwerk eingesetzt wird, wenn die Vermischung des Kühlgu­ tes vorteilhaft ist oder wenn das fluidisierte Kühlgut zur Bildung von Rattenlöchern neigt, die durch das Rührwerk zerstört werden. Jedoch hat ein derartiger Kühler den Nachteil, daß er wirtschaftlich nur diskontinu­ ierlich einsetzbar ist, weil im kontinuierlichen Betrieb das einfließende Kühlgut unkontrolliert zum Austrag gelangen kann; eine Teilmenge erreicht den Austrag schnell, bevor sie richtig abgekühlt ist, andere Teilmengen haben eine unnütz lange Verweilzeit, bevor sie den Austrag erreichen und nehmen dabei unerwünscht Feuchtigkeit aus der Kühlluft auf.

Aus der US-PS 3 795 058 ist ein Wärmetauscher gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt, der allerdings nicht zum Kühlen, sondern lediglich zum Trocknen mittels Heißluft sowie zum Granulieren von fluidisierbarem Feststoff einsetzbar ist. Bei diesem Trockner wird Heißluft durch einen perforierten Boden von unten in ein Feststoffbett geblasen. Zusätzlich ist ein Rührwerk zur Vermischung des Feststoffs vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Verweilzeit des Kühlguts und die erforderliche Kühlluftmenge genau auf die erforderliche Kühlung abgestimmt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß in dem Behälter eine Mehr­ zahl von parallel zueinander verlaufenden und hintereinander geschaltet einen Förderweg für den Feststoff zwischen den Ein- und Auslaß bildenden Förderrinnen vorgesehen ist.

Dadurch wird erreicht, daß - wie in langgestreckten Förderwegen - sämtli­ che Teilmengen den gleichen Weg innerhalb des Wärmetauschers vom Ein- zum Auslaß zurücklegen müssen und da­ her der gleichen Kühlwirkung ausgesetzt sind. Außerdem wird dadurch erreicht, daß die Kühlluftmenge gezielt für den zu erreichenden Kühleffekt nach Temperatur und Menge be­ messen werden kann. Anders als in Förderanlagen ist diese Bemessung unabhängig von dem dadurch erzielbaren Förder­ effekt, weil nur eine geringe Strecke zwischen Ein- und Aus­ laß zurückzulegen ist und die Bewegung des Guts auf dieser geringen Strecke leicht auch durch andere Einflußgrößen (beispielsweise Bodenneigung, Niveau-Unterschied, mechanische Förderhilfen) selbst für minimale Kühlgaszufuhr sicherge­ stellt werden kann. Außerdem gibt die Erfindung die Möglich­ keit, unterschiedliche Bereiche des Kühlers gezielt unter­ schiedlich mit Kühlgas zu beaufschlagen. Die Installations­ kosten sind dabei nicht oder nicht wesentlich größer als die der oben beschriebenen, bekannten Kühlbehälter, weil die innerhalb des Behälters die einzelnen Rinnen vonein­ ander abtrennenden Organe vergleichsweise einfach ausge­ führt sein können.

Zur Herbeiführung der Kühlgutbewegung im Behälter können die Rinnen mit Gefälle verlegt sein oder es kann auf andere Weise ein die Förderung bewirkender Niveau-Unterschied vor­ gesehen werden.

Die Rinnen können im Behälter ein im Prinzip beliebiges An­ ordnungsmuster bilden, beispielsweise einen zickzackförmigen Verlauf vom Ein- zum Auslaß haben. Bevorzugt wird wegen der einfacheren Ausführung eine etwa konzentrische Anordnung mit einem zwischen Mitte und Peripherie sich erstreckenden Förderweg. Daraus ergibt sich nämlich eine Bauweise mit im wesentlichen rotationssymmetrischer Form der Hauptbauelemente, die besonders wirtschaftlich zu erstellen und übersichtlich im Betrieb ist. Der Begriff konzentrisch soll in diesem Zu­ sammenhang eine spiralige Anordnung mit einschließen. Bevor­ zugt wird jedoch eine kreisringförmige Gestaltung der Rinnen, wobei Übergangsöffnungen von Rinne zu Rinne vorgesehen sind. Die kreisringförmige Anordnung hat den Vorteil, daß besonders leicht ein Rührwerk vorgesehen sein kann, obgleich auch eine davon abweichende Rinnenform die Verwendung eines Rührwerks nicht ausschließt, wenn die die Rinne voneinander trennenden, wandbildenden Organe entsprechende Durchtrittsöffnungen für die Rührorgane aufweisen.

Bei kreisringförmigen Rinnen muß dafür gesorgt werden, daß das Kühlgut, sobald es die aus der Rinne herausführende Übergangsöffnung erreicht hat, nicht in derselben Rinne während eines weiteren Durchlaufes verbleiben kann; die Rinne muß also im Anschluß an die heraus führende Übergangsöffnung eine Sperre enthalten. Diese kann unproblematisch als Wandbauteil ausgeführt werden, wenn kein Rührwerk vor­ gesehen ist. Wenn ein Rührwerk vorhanden ist, muß die Sperre für die Rührorgane durchlässig sein. Zwar kann man dies auch mit mechanischen Sperrorganen beispielsweise beweglichen Klappen bewerkstelligen; nach der Erfindung wird jedoch eine einfachere und betriebssicherere Lösung dadurch erreicht, daß im Anschluß an die heraus führende Übergangsöffnung in der Rinne ein Bodenabschnitt verminderten oder verminder­ baren Belüftungsgrades vorgesehen ist. Infolge der ver­ minderten Belüftung ist das über diesen Bodenabschnitt be­ findliche Gut weniger fließfähig als das im sonstigen Rinnen­ bereich und auch im Bereich der Übergangsöffnung fluidisierte Gut. Zwar ist es hinreichend locker für den Durchlaß der Rührorgane; mangels hinreichender Fließfähigkeit wird das Gut jedoch den Weg durch die Übergangsöffnung zur benachbarten Förderrinne gegenüber dem Kreisdurchlauf über den weniger belüfteten
Bodenabschnitt vorziehen. - In vielen Fällen wird der genannte Bodenabschnitt unbelüftbar ausgeführt. Jedoch kann auch eine Belüftbarkeit dieses Bodenabschnitts Vorteile haben im Hinblick auf die Restentleerbarkeit des Behälters, wobei während des Kühlbetriebs die Belüftung dieses Abschnitts entweder abge­ schaltet oder auf einen derart geringen Wert eingestellt ist, daß zwar der Durchgangswiderstand für die Rührorgane veringert, die Beweglichkeit des Guts jedoch stark vermindert und damit die Sperrwirkung gewährleistet ist. Zu diesem Zweck kann eine entsprechende Verstellbarkeit der Gaszufuhr zu diesem Boden­ abschnitt günstig sein.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können der Ein- und und Auslaß des Behälters einander benachbart bzw. übereinander vorgesehen sein, um mit geringem Aufwand eine umschaltbare Direktverbindung unter Umgehung des Behälters zwischen den mit Ein- und Auslaß verbundenen Rohrleitungen zu schaffen, die es gestattet, das anfallende Kühlgut bei abgeschaltetem Kühlbehälter in derselben Weise weiterzuführen, wie dies beim Kühlbetrieb der Fall ist.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungs­ beispiel veranschaulicht. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise gebrochene Seitenansicht und

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Boden des Behälters.

Der zylindrische, mit lotrechter Achse aufgestellte Behälter besitzt einen luftdurchlässigen Boden 2, unterhalb dessen ein begehbarer Raum 3 für die Luftzuführungsorgane und für die Aufnahme eines Rührwerksantriebs gebildet ist. Der Boden 2 ist im wesentlichen eben und horizontal. Durch eine zur Be­ hälterwand konzentrische Wand 4, deren Höhe nicht oder nicht wesentlich geringer ist als die maximale Höhe des sich auf den Boden 2 einstellenden Kühlgutbetts, sind zwei kreisring­ förmige offene Förderrinnen 5, 6 voneinander abgeteilt, die parallel zueinander konzentrisch verlaufen. In der Mitte ist bei 7 ein Rührwerk gelagert und angetrieben, das im darge­ stellten Beispiel vier Arme 8 mit hakenartigen, in das Kühl­ gutbett von oben hineinragenden Rührorganen 9 aufweist. Die Umlaufrichtung ist durch Pfeil angedeutet.

Von der Einlaßöffnung 10 führt eine Rinne 11, Schurre oder dergleichen zu der inneren Förderrinne 5, wo das Gut auf dem Boden 2 aufliegend ein fluidisiertes Bett bildet, das von der durchströmenden Kühl­ luft gekühlt wird. Gleichzeitig wird das Gut durch das Rühr­ werk in Pfeilrichtung gefördert, bis es zu einer Öffnung 12 in der Wand 4 gelangt, die den Übergang von der inneren Rinne 5 zur äußeren Rinne 6 erlaubt, wie dies durch weißen Pfeil angedeutet ist. Der Förderweg der inneren Förderrinne er­ streckt sich somit von dem Einlaß 10, 11 bis zu der Übergangsöffnung 12. Dazwischen befindet sich ein unbelüfteter Boden­ abschnitt 13, über welchem sich das Gut in einem nicht oder nur weniger fluidisierten Zustand befindet. Dieser Boden­ abschnitt bildet daher für das aus der Rinne 5 andrängende Gut ein Hindernis, so daß es nahezu ausschließlich durch die Übergangsöffnung 12 in die äußere Rinne 6 übertritt. Der nicht oder weniger belüftete Bodenabschnitt 13 übernimmt damit Ventil- oder Leitfunktionen für das Kühlgut. Man kann sich leicht vor­ stellen, daß durch Anordnung mehrerer solcher Abschnitte in einem komplexeren Rinnensystem eine Verstellung des Kühl­ gutweges stattfinden kann. Beispielsweise können Rinnen in unterschiedlicher Weise zur Bildung des Gutförderwegs zusammengeschaltet werden, wobei durch alternative Parallel- und Serienschaltung von Rinnenabschnitten eine Verlängerung bzw. Verkürzung des Förderwegs stattfinden, kann. Der Kühlgutstrom kann durch Zu- bzw. Abschalten der Be­ lüftung in unterschiedliche Bodenbereiche gelenkt bzw. von diesen abgesperrt werden, ohne daß dem Verschleiß unter­ liegende bewegliche Teile im Inneren des Wärmetauschers an­ geordnet werden müssen.

Die bei der Übergangsöffnung 12 beginnende äußere Förderrinne 6 endet beim Kühlgutauslaß 14, hinter der wiederum ein nicht oder weniger belüfteter Bodenabschnitt 15 als Sperrelement vorgesehen ist. Unter dem Antriebseinfluß des Rührwerks 8, 9 durchläuft das Kühlgut somit in Pfeilrichtung zuerst die innere Förderrinne 5 und sodann nach dem Passieren der Übergangsöffnung 12 die äußere Förderrinne 6 bis zum Gutauslaß 14. Ein Gefälle ist für diese Förderbewegung nicht erforderlich, könnte aber vorgesehen werden.

Die Verweilzeit des Massendurchsatz kann durch die Verstellung der Rührwerksdrehzahl sowie durch die Anordnung der Rührwerks­ rechen 9 beeinflußt werden. Zweckmäßigerweise ist am Gutaus­ laß ein vertikal verstellbarer Schieber vorgesehen, der die Regelung der Betthöhe des fluidisierten Feststoffs im Behälter gestattet. Zur Entleerung des Kühlers wird der Schieber ganz geöffnet.

Die Einlaßorgane 10 sowie die Auslaßorgane 16 sind überein­ ander angeordnet und durch ein verschließbaren Bypass 17 miteinander verbunden. Bei Störungen oder Reparaturen des Kühler s wird der Kühlgutstrom am Kühler über diesen Bypass vorbeigeführt, so daß im Kühlbehälter gearbeitet werden kann, ohne daß der Kühlgutstrom unterbrochen werden muß.

Zweckmäßigerweise ist in dem Behälterraum oberhalb des Rühr­ werks und unterhalb der Decke 18 ein Filter 19 vorgesehen, in welchem die Kühlluft von dem mitgeführten Staub gereinigt wird, bevor sie den Kühler verläßt, und aus dem das mit der Kühlluft nach oben getragene Kühlgut auf kürzestem Wege bei der Abreinigung des Filters in den Kühler zurückfällt.

Die Kühlluft kann den Kühler durch ein außerhalb des Be­ hälters befindliches, nicht dargestelltes Gebläse zugeführt werden. Zur Entlüftung kann ein weiteres Gebläse 20 vorge­ sehen sein, das zweckmäßigerweise auf dem Kühlbehälter an­ geordnet ist.

Die Decke des Behälters ist mit einem Geländer 21 gesichert und über eine Steigleiter zugänglich für die Wartung des Filters und des Gebläses.

Claims (10)

1. Wärmetauscher für fluidisierbaren Feststoff gegen Gas, be­ stehend aus einem Behälter mit Ein- und Auslaß für den Feststoff sowie einem für die verteilte Einführung des Gases in ein Bett des Feststoffs ausgebildeten Boden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (1) eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden und hinter­ einandergeschaltet einen Förderweg für den Feststoff zwischen den Ein- und Auslaß (10, 14) bildenden offenen Förderrinnen (5, 6) vorgesehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (5, 6) Gefälle aufweisen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen etwa konzentrisch mit einem zwischen Mitte und Peripherie sich erstreckenden Förderweg verlaufen.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Rinnen spiralig angeordnet sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (5, 6) kreisförmig mit Übergangsöffnungen (12) von Rinne zu Rinne ausgebildet sind.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rührwerk (8, 9) vorgesehen ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Rinne im Anschluß an den die Übergangsöffnung (12) enthaltenden Rinnenbereich ein Bodenabschnitt (13) verminderten oder verminderbaren Belüftungsgrades ange­ ordnet ist.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenabschnitt verminderten Belüftungsgrades unbe­ lüftbar ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhr zu den Bodenabschnitt (13, 15) verminderbaren Belüftungsgrades verstellbar ist.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ein- und Auslaßorgane (10, 16) be­ nachbart zueinander vorgesehen und unter Umgehung des Wärme­ tauschers miteinander verbindbar sind.