NO153909B - Fremgangsmaate og apparat for gjenvinning av varme. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for effektiv gjenvinning av varme fra oppvarmet material som består delvis av partikler og delvis av klumper, særlig fra fint til grovt fordelt material med høy temperatur og som består av partikler og klumper av varierende størrelse. Nærmere bestemt kan fremgangsmåten og apparatet i henhold til oppfinnelsen med fordel anvendes for gjenvinning av varme fra f.eks. karbid som avgis fra en elektrisk smelteovn, idet karbidet knuses etter størkning og det knuste karbid .nedkjøles ved hjelp av en kjølegass.

For nedkjøling av det karbid som fremstilles i en elektrisk smelteovn, anbringes karbidet vanligvis i smeltet tilstand i en beholder og kjøles ned i et kjølekammer i løpet av en tids-periode på omkring 16 timer, idet karbidet tillates å avgi varme til atmosfæren. Da det karbid som avgis fra smelte-ovnen i smeltet tilstand har en høy temperatur på omkring 2000°C og et stort varmeinnhold, er det ønskelig å gjenvinne den varme som avgis fra karbidet når det nedkjøles til et fast material med romtemperatur. Det er følgelig blitt foreslått å la det smeltede karbid størkne, knuse karbidet i varm tilstand å tilføre en kjølegass til det knuste karbid for gjenvinning

av varme.

For å utføre denne prosess er det kjent å samle det knuste varme karbid i en kjølebunker eller føre karbidmaterialet gjennom en kjøleanordning med en svingende rist og herunder tilføre en kjølegass til karbidmaterialet for varmeutveksling med dette og oppvarming av gassen for gjenvinning av varme.

Da imidlertid det knuste karbid inneholder såvel fine partikler som større klumper, vil sjiktet av varmt material i bunkeren ha få indre kanaler, således at kjølegassen utsettes for et betydelig trykktap, som fører til redusert nedkjølingstakt. Forsøk på å oppnå øket kjøletakt medfører på den annen side større energiforbruk og større omfang av kjøleanlegget.

Skjønt anvendelse av en kjøleanordning med svingende rist medfører mindre trykktap selv når det knuste material inneholder en viss mengde fine partikler, foreligger imidlertid det problem at når tilførselen av knust material avbrytes, selv om dette bare er midlertidig, vil risten lokalt bli utildekket av materialet og ikke lenger tåle varm gass. En sådan anordning innebærer også et annet problem, nemlig det at kjølegassen, som bør ha tilstrekkelig høy temperatur til effektiv varmeveksling, ikke vil være så varm somønskelig.

Da varme fortrinnsvis bør gjenvinnes ved høye temperaturer med tanke på varmevekslerens virkningsgrad og utnyttelsen av den gjenvunnene varme, vil en anordning av denne art være ute av stand til å fullt ut oppfylle denne fordring.

Hovedformålet for foreliggende oppfinnelse er derfor å angi en fremgangsmåte for å gjenvinne varme fra et delvis fint og delvis grovt fordelt varmt material med nedsatt trykktap, samt i høy kjøletaktog ved en forholdsvis høy temperatur, selv når materialet inneholder både partikler og klumper av varierende størrelse.

Oppfinnelsen gjelder således en fremgangsmåte for gjenvinning av varme fra et dels finfordelt og dels grovfordelt material

med høy temperatur, idet materialet oppdeles i en andel bestående av klumper og en andel bestående av partikler, kjølegass tilføres de adskilte andeler og den varme som kjølegassen har tatt opp ved rna terialandelenes nedkjøling, gjenvinnes ved for-høyet gasstemperatur.

På denne bakgrunn av prinsippielt kjent teknikk fra f.eks. DE-OS 2.307.165 har så fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at forskjellige kjølegasstrømmer drives gjennom hver sin av de innbyrdes adskilte materialandeler, hovedsakelig i sin helhet og på sådan måte at ingen av gass-strømmene forvarmes av den annen strøm før kjølingen av sin tilordnede materialandel, og gasstrømmenes opptatte varme gjenvinnes fra begge strømmer av kjølegass.

Når klumpdelen og partikkeldelen blir nedkjølt adskilt fra hverandre, kan hver av delene nedkjøles effektivt ved hjelp av midler spesielt tilpasset hver av de to materialandeler.

I henhold til en foretrukket utførelse av oppfinnelsens fremgangsmåte forenes den strøm av kjølegass som er anvendt for . nedkjøling av partikkeldelen og har en forholdsvis lav forhøy-et temperatur, med den annen strøm av kjølegass etter at denne er benyttet for nedkjøling av klumpdelen og således har en forholdsvis høy temperaturøkning, således at det sikres en forbedret virkningsgrad ved varmevekslingen og bedre utnyttelse av varmen ved en høy temperatur.

I henhold til en annen foretrukket utførelse innføres den kjølegass som er benyttet for nedkjøling av partikkeldelen og som har en forhøyet, men likevel forholdsvis lav temperatur, inn i strømningsbanen for den annen strøm av kjølegass mens denne fremdeles er i ferd med nedkjøling av klumpene, nemlig på et sted hvor den sistnevnte strøm har en temperatur nær temperaturen av den førstnevnte gasstrøm, således, at varme kan gjenvinnes ved en temperatur som er egnet for varmeveksling og for effektiv utnyttelse av varmen.

Oppfinnelsen omfatter også et apparat for gjenvinning av varme fra et dels finfordelt og dels grovfordelt material med høy temperatur, idet apparatet omfatter en graderingsinnretning for oppdeling av materialet i en klumpandel og en partikkelandel, kjøleenheter for tilførsel av kjølegass for nedkjøling til såvel klumpandelen som partikkelandelen, samt en varmeveksler innrettet for å utsette et arbeidsfluid for en effektgenerator for varmeveksling med kjølegass avgitt fra kjøle-enhetene og derved gjenvinning ved forhøyet temperatur av den varme som kjølegassen har opptatt ved materialandelens ned-kjøling .

Apparatets særtrekk i henhold til oppfinnelsen består da i at forskjellige kjøleenheter er anordnet for å drive innbyrdes uavhengige kjølegasstrømmer gjennom hver sin tilordnede materialandel, hovedsakelig i sin helhet og på sådan måte at ingen av gasstrømmene forvarmes av den annen før nedkjølingen av vedkommende materialandel, og nevnte varmeveksler er anordnet for varmegjenvinning av optatt varme fra begge gassstrømmer ved varmeveksling med nevnte arbeidsfluid.

For utnyttelse av kjølegassen under sirkulasjon, føres gassen fortrinnsvis gjennom en lukket sirkulasjonskana1 som er forsynt med en forbiføring med strømningsregulator parallellt med en av kjøleenhetene, således at varme kan gjenvinnes regulert ved en konstant temperatur.

Fortrinnsvis anvendes en kjølebunker for nedkjøling av klumpdelen av materialet, samt en kjøleenhet med svingende rist for nedkjøling av partikkeldelen av materialet. En kjøleenhet med fluidisert leie kan også anvendes for nedkjøling i det sistnevnte tilfellet. Forskjellige andre særtrekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bli bedre forstått ut ifra følg-ende beskrivelse av foretrukkede utførelsesformer under hen-visning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er et systemskjema som viser et apparat i henhold til oppfinnelsen for gjenvinning av den varme som avgis ved ned-kjøling av karbid, Fig. 2 er et forstørret snitt sett i retning av pilene II-II i fig. 1, Fig. 3 viser en detalj av et skjema av samme art som fig. 1 og angir en modifisert utførelse av oppfinnelsen, Fig. 4 viser i vertikalt snitt gjennom en kjøleenhet med svingende rist for nedkjøling av en partikkelmasse,.

Det skal først henvises til fig. 1 som ved henvisningstallet 1 angir en transportør som sørger for at beholdere 2 med innhold av smeltet karbid fremstilt i en elektrisk smelteovn automatisk transporteres til et sted i umiddebar nærhet av et varmegjenvinningsanlegg. Under transporten størkner karbidet i beholderne 2. Den beholder 2 som er vist fjernet fra transportøren 1,' føres av en kran 4 til stilling på en automatisk tilførselsenhet 5, hvorfra karbid i fast form i beholderen 2 tilføres en knuseenhet 3. Denne knuseenhet 3 omfatter primære knuseorganer med knusedekk 6 hvor det tilførte material knuses ved å tillates å falle ned på dekket, samt sekundære knuseorganer som omfatter en roterende knuseinnretning 7, hvori det material som er grovknust på dekket 6 ytterligere oppdeles til bestanddeler av fastlagt størrelse. Som det vil fremgå av fig. 2, omfatter knusedekket 6 et boksformet hovedlegeme 6a samt flere fremspring 9 forbundet med den øvre vegg av hovedlegemet. Hver av fremspring-ene 9 har form av et mangekantet rør med en taklignende topp-vegg samt sidevegger forsynt med utløp 9b for utstrømning av en kjølegass. Det indre av hovedlegemet 6 står i forbindelse med det indre av rørene gjennom åpningen 9a. Kjølegassen drives inn i hovedlegemet 6a ved hjelp av en vifte 8. Da det er sannsynlig at karbidblokker som faller ned på og knuses mot dekket 6, vil spre omkring seg smeltet karbid fra det indre av blokkene, kan sådant spredt smeltet karbid raskt nedkjøles av den gass som presses ut gjennom utløpene 9b. Knuseinnretningen 7 omfatter et antall skovler 7a festet til en roterende aksel samt et antall ledeskovler 7b i form av parallelle plater. Den kjølegass som oppvarmes til en høy temperatur i den lukkede knuseenhet 3 avgis gjennom en kanal 10 til en varmeveksler 11 for gjenvinning av gassens varmeinnhold. En hovedandel av den således nedkjølte gass føres deretter tilbake til knuseenheten 3 ved hjelp av viften 8 og anvendes i fornyet sirkulasjon, mens den resterende del av gassen avgis til atmosfæren gjennom et støvfilter 37 ved hjelp av en vifte 36. Det indre av enheten 3 holdes ved et trykk som ligger litt lavere enn atmosfæretrykket for å hindre utslipp av kjølegass gjennom materialinnløpet når karbid tilføres.

Karbidmaterialet utsettes for sekundær knusing ved hjelp av knuseinnretningen 7 i enheten 3, og den del av materialet som da foreligger i form av klumper føres gjennom en skråstilt føringsbane 12 til en kjølebunker 13 for nedkjøling av

klumpandelen av materialet.

Skråbanen 12 er utstyrt med et midtavsnitt i form av en sikt 14 hvor partikler avskilles fra det karbidmaterialet som passerer langs skråbanen 12. Partikkelandleen føres så til en kjøleenhet 16 gjennom en kanal 15.

Kjølebunkeren 13 omfatter et hovedlegeme 13a i form av en hul sylinderformet beholder med vertikal akse, et innløp for klumpandelen ved sin øvre ende, et utløp for denne andel ved sin nedre ende samt en gassfordeler 17 i den nedre del av beholderen for innsprøyting av en kjølegass i hovedlegemet. Den kjølegass som presses inn i bunkeren 13 er gjenstand for varmeveksling med det varme karbid og opphetes derved til en høyere temperatur. Den således opphetede gass (i det følgende henvist til som "varm gass") strømmer ut fra et gassutløp i den øvre del av bunkeren 13 og føres gjennom en kanal 18 til en varmegjenvinningskjei 19 som gjør tjeneste som varmeveksler. Da karbidmaterialet i kjølebunkeren 13 bare foreligger i form av klumper og er fritt for partikler, vil den kjølegass som avgis fra gassfordeleren 17 og passerer gjennom karbid-sjiktet bare være gjenstand for en liten trykkreduksjon og frembringe således en høy kjølevirkning. Kjølebunkeren kan følgelig ha forholdsvis liten størrelse. Det karbid som av-kjøles i bunkeren 13 avgis fra denne gjennom en avstengnings-ventil 20 ved den nedre utløpsende av bunkeren i samme mengde-strøm som det tilførte material langs skråbanen 12 og over-føres til en utløpstransportør 21.

Som kjøleenhet 16 for partikkelandelen av karbidmaterialet er det anordnet en enhet med svingende rist, som er i og for seg kjent i den form som er vist i fig. 4, samt omtalt i den ut-lagte japanske patentansøkning nr. 49-15614. Fig. 4 viser hoveddelen 22 av denne enhet samt rister 23 som drives i svingebevegelse. Mens partikkelmaterialet føres fremover over ristene 23 bringes materialet i kontakt med og nedkjøles av den kjølegass som tilføres i sirkulasjon ved hjelp av en vifte 24. Gassen gjøres til gjenstand for varmeutveksling med partikkelmaterialet og oppvarmes derved til en høyere temperatur (varm gass), samt føres derpå gjennom en kanal 25 inn i utløpskanalen 18 fra bunkeren 13 og derpå frem til kjelen 19. Skjønt den varme gass som oppnås fra kjøleenheten 16 har en forholdsvis lav temperatur, kan varme gjenvinnes fra denne ved en forholdsvis høy og jevn temperatur, når denne gass blandes sammen med den varme gass fra bunkeren 13, som angitt ovenfor. Det partikkelformede karbidmaterial som avkjøles i enheten 16 avgis fra denne og anbringes på en transportør 21 gjennom et utløpsorgan 26 utstyrt med en dobbelt demper. Kanalen 18 som strekker seg frem til kjelen 19, er i et midtre avsnitt utstyrt med en støvseparator 27 for fjerning av det karbidstøv som er trukket med den varme gass. Det støv som oppsamles ved den nedre ende av separatoren 2 7 faller ned på det produkt som avgis fra transportøren 21 gjennom støvutløpet 28 med en dobbelt demper. En kjøleenhet med fluidisert leie eller en lignende kjent enhet kan også anvendes som kjøleenhet 16 for partikkelmaterialet.

Varme gjenvinnes fra den varme gass som føres inn i kjelen 19, og den resulterende gass med lav temperatur settes under trykk av en sirkuleringsvifte 29 og føres så tilbake til bunkeren 13 og kjøleenheten 16 gjennom en kanal 30. For å forhindre ned-slitning av bladene i viften 29, er varmegjenvinningskjelen 19 i sin nedre del utstyrt med en multi-syklon 31 for fjerning av støv fra gassen. Det støv som fjernes av multi-syklon 31 avgis til en utløpstransportør 33 ved hjelp av et støvutløp 32 som er utstyrt med en dobbelt demper for å hindre utslipp av den sirkulerende gass.Tilførselskanalen 30 for kjølegass til bunkeren 13 står i forbindelse med utløpskanalen 18 for den varme gass gjennom en forbiføringskanal 34 som er utstyrt med en reguleringsventil 35. I samsvar med avfølt gasstemperatur i kanalen innstilles åpningen av ventilen 35 automatisk for å slippe igjennom passende mengde av gass med lav temperatur fra kanalen 30 til kanalen 18 gjennom forbiføringen 34, for derved å innstille temperaturen av den gass som strømmer til kjelen 13 til en konstant verdi.Tilførselsinnløpet for karbid og materialutløpene fra bunkeren 13 og kjøleenheten 16, samt støvutløpene ved de nedre ender av støvutslippene 28, 32 er gjennom kanaler forbundet med sugeviften 36, såldes at det støv som frigjøres ved materialtilførsel eller materialutløp oppsamles i filteret eller syklonen 37 ved virkning av viften 36, og ren luft slippes ut til atmosfæren.

Den damp som frembringes i varmegjenvinningskjelen 19 under oppvarming fra den varme gass, overføres til et kraftanlegg hvor en dampturbin 38 drives av denne damp.

I det tilfelle det finfordelte og grovfordelte material, slik som karbid, reagerer med oksygen i luften, må det anvendes en inert gass som kjølegass. Som inerte gasser kan vanligvis anvendes CO^, N2, ar9on°9lignende gasser. Når karbid behandles ved anvendelse av luft som sirkuleres i lukket krets som kjølegass, slik som det nettopp beskrevne tilfelle, vil luften reagere med karbid i innledningsfasen og derved frembringe inert gass. Angitt mer bestemt vil karbid reagere med oksygen i luften i samsvar med den nedenfor angitte ligning (1) og danner derved CC^.

Ved høy temperatur vil karbid også reagere med endel av i luften, hvilket gir som resultat en liten mengde NaCN2, som videre vil reagere med oksygen i luften i samsvar med den nedenfor angitte ligning (2), således at det frembringes CC^og N2 .

Når således apparatet settes igang, vil endel av karbidmaterialet reagere med oksygen og danne CaO, og etterhvert som oksygenet i den sirkulerende kjøleluft forbrukes ved de ovenfor angitte reaksjoner, forvandles luften til inert gass. Selv omjnoe ytterligere luft vil strømme inn i apparatet, vil de ovenfor angitte reaksjoner finne sted i sådan utstrekning at oksygenet raskt bindes.

Fig. 3 viser en annen utførelse som er hensiktsmessig når den varme gass som mottas fra kjøleenheten 16 for partikkelmaterialet har en meget lav temperatur. Den varme gass som avgis fra enheten 16 føres da gjennom en kanal 39 og inn på et passende sted i strømningsbanen for den kjølegass som strømmer gjennom karbidlaget i bunkeren 13, nemlig på et sådant sted i karbidlaget som har samme temperatur som den tilførte oppvarmede gass. Den oppvarmede gass innføres herunder gjennom et luftkammer 40 rundt bunkerens hovedlegeme 13a og jevnt fordelt over hele legemets omkrets. Både den således tilførte oppvarmede gass og den gass som avgis fra fordeleren 17 og etterhvert oppvarmes, utsettes for varmeveksling med karbidmaterialet og tilføres derved varme.

Den kombinerte gasstrøm føres gjennom kanalen 18 til varmegjenvinningskjelen 19. Da den oppvarmede gass som avgis fra kjøleenheten 16 ytterligere oppvarmes i bunkeren 13 før varmegjenvinning, kan varmen gjenvinnes effektivt ved en høy temperatur selv om den oppvarmede gass som avgis fra enheten 16 har en forholdsvis lav temperatur. Da varmevekslingen finner sted ved høy temperatur, kan en gjenvinningskjei for spill-varme eller en annen passende varmeveksler med lite varme-overføringsområde, og således kompakt konstruksjon, anvendes for dette formål, samtidig som den varme som gjenvinnes ved høy temperatur kan anvendes for mange forskjellige formål.

Skjønt de ovenfor angitte utførelser av oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med varmegjenvinning fra karbid, vil foreliggende oppfinnelse naturligvis også kunne bringes til anvendelse ved varmegjenvinning fra forskjellige andre materi-aler som dels er finfordelt og dels er grovfordelt og har høy temperatur.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for gjenvinning av varme fra et dels finfordelt og dels grovfordelt material med høy temperatur, idet materialet oppdeles i en andel (12) bestående av klumper og en andel (15) bestående av partikler, kjølegass tilføres de adskilte andeler og den varme som kjølegassen har tatt opp ved materialandelenes nedkjøling, gjenvinnes ved forhøyet gasstemperatur, karakterisert vedat forskjellige kjølegass-strømmer (24, 29) drives gjennom hver sin av de innbyrdes adskilte materialandeler (12, 15), hovedsakelig i sin helhet og på sådan måte at ingen av gasstrømmene forvarmes av den annen strøm før kjølingen av sin tilordnede materialandel, og gass-strømmenes opptatte varme gjenvinnes fra begge strøm-mer (24, 29) av kjølegass.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat den strøm av kjølegass som avgis etter nedkjølingen av partikkelandelen (15) av materialet og har oppnådd en forhøyet temperatur, forenes med den annen strøm av kjølegass etter at denne er benyttet for ned-kjøling av klumpandelen (12) av materialet og derved har oppnådd en forhøyet temperatur, og den kombinerte gasstrøm gjøres til gjenstand for varmeveksling med et arbeidsfluid for gjenvinning av gasstrømmens varme.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat den strøm av kjølegass som avgis etter nedkjøling av materialets partikkelandel (15) og derved har oppnådd en forhøyet temperatur, forenes med den annen strøm av kjølegass mens den er i ferd med å avkjøle klumpandelen (12) av materialet, og den kombinerte gasstrøm som avgis etter nedkjølingen av klumpandelen og derved har oppnådd en forhøyet temperatur, gjøres til gjenstand for varmeveksling med et arbeidsfluid for gjenvinning av varme.

4. Apparat for gjenvinning av varme fra et dels finfordelt og dels grovfordelt material med høy temperatur, idet apparatet omfatter en graderingsinnretning (14) for oppdeling av materialet i en klumpandel (12) og en partikkelandel (15), kjøleenheter (13, 16) for tilførsel av kjølegass for nedkjøl-ing til såvel klumpandelen som partikkelandelen, samt en varmeveksler (19) innrettet for å utsette et arbeidsfluid for en effektgenerator (38) for varmeveksling med kjølegass avgitt fra kjøleenhetene og derved gjenvinning ved forhøyet temperatur av den varme som kjølegassen har opptatt ved materialandelens nedkjøling, karakterisert vedat forskjellige kjøle-enheter (13, 16) er anordnet for å drive innbyrdes uavhengige kjølegasstrømmer (24, 29) gjennom hver sin tilordnede materialandel (12, 15), hovedsakelig i sin helhet og på sådan måte at ingen av gasstrømmene forvarmes av den annen før nedkjøl-ingen av vedkommende materialandel, og nevnte varmeveksler (19) er anordnet for varmegjenvinning av opptatt varme fra begge gasstrømmer ved varmeveksling med nevnte arbeidsfluid.

5. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert vedat det omfatter en lukket sirkulasjonskanal (30) for sirkulasjon av kjølegass mellom varmeveksleren (19) og kjøleenhetene (13, 16).

6. Apparat som angitt i krav 5, karakterisert vedat sirkulasjonskanalen (30) er utstyrt med en forbiføringskanal (34) som forløper mellom et gassinnløp for kjøleenheten (13) for klumpandelen (12) av materialet og et gassutløp fra denne kjøleenhet, for å føre.en innstillbare andel av gassen forbi .kjøleenheten for materialets klumpandel (12), idet føringskanalen er utstyrt med en reguleringsventil (35).

7. Apparat som angitt i krav 5, karakterisert vedat den lukkede sirkulasjonskanal, er anordnet mellom varmeveksleren (19) og kjøle- enheten (13) for materialets klumpandel (12), mens kjøleenhet-en (16) for materialets partikkelandel (15) er forbundet med den lukkede sirkulasjonskanal (30) i parallell med kjøle-enheten for klumpandelen.

8. Apparat som angitt i krav 5, karakterisert vedat den lukkede sirkulasjonskanal (30) er anordnet mellom varmeveksleren (19) og kjøleenheten (13) for materialets klumpandel (12), mens kjøle-enheten for materialets partikkelandel (15) har et kjølegass-innløp i forbindelse med et kjølegassinnløp for kjøleenheten for klumpandelen samt et kjølegassutslipp (39) i forbindelse (40) med et mellomparti av kjølegasskanalen inne i kjøleenhet-en (13) for klumpandelen (12).

9. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert vedat kjøleenheten (13) for materialets klumpandel (12) omfatter en kjølebunker (13a) i form av en hul sylinderformet beholder med vertikal akse samt et innløp for materialets klumpandel ved sin øvre ende og et utløp (20) for denne materialandel ved sin nedre ende, idet kjølegass (17) innføres i beholderen ved dens nedre ende og avgis fra beholderen ved dens øvre ende.

10. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert vedat kjøleenheten (16) for partikkelandelen (15) omfatter en kjøleenhet (22) med svingende rist (23).