FLUIDIZED BED HEAT EXCHANGER

Abstract: 1. Gas-fluidizes air preheater with first tubes (16) for a warm gaseous medium (2) and second tubes (15) for air (3) to be preheated, and with a heat transmission medium arranged between said tubes, which heat transmission medium consists of sand or another particulate or granular material, characterized in that the air preheater is divided into several chamber-formed stages (18-20), that the first and second tubes (15, 16) are passing through the stages substantially vertically and in a laterally spaced-apart relationship to each other, and that said heat transmission medium (21, 22, 23) is provided in each stage and is fluidizable by a circulating inert gaseous medium (24), for example carbon dioxide or nitrogen.

Description: Gasfluidisierbarer Luftvorwärmer Die Erfindung betrifft einen gasfluidisierbaren Luftvorwärmer gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. Es gibt Verfahren, bei denen ein warmes staubhaltiges CO-reiches Gas anfällt, dessen Energieinhalt man durch Vorwärmen von Luft teilweise zurückgewinnen möchte. Siehe z.B. die schwedische Patentanmeldung 7213630-2, der die englische Patentschrift 1 386 452 entspricht. Es gibt horizontale Wärmeaustauscher für den genannten Zweck, doch sind diese u.a. bei hohem Staubgehalt weniger geeignet, da hier die Gefahr einer Rohrverstopfung gross ist. Ein Problem ist jedoch, dass CO und Luft, u.a. wegen der Explosionsgefahr und der Giftigkeit des CO, nicht gemischt werden dürfen. Man möchte einen guten Gegenstromeffekt erzielen, um die in dem warmen Mittel enthaltene Wärme zur Luftvorwärmung ausnutzen zu können. Es ist schwer, dieses mit der Fluidisierungstechnik zu kombinieren, und man möchte die Fluidisierungstechnik benutzen, damit das dazwischenliegende, die Wärme übertragende Mittel in der Lage ist, hohe Temperaturen anzunehmen, ohne dass deshalb der Druck hoch wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gasfluidisierbaren Luftvorwärmer der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem ein hohes Mass an Wärmeübertragung erzielbar ist und der betriebssicher arbeitet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gasfluidisierbärer Luftwärmer gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt. Hinsichtlich der Staubmassen folgt man deren natürlicher Bewegung, die vom Schwerkraft-Gesetzt bestimmt wird, und kann somit ein Verstopfen der Rohre vermeiden. Das warme CO-haltige Gas wird aufgrund des dazwischenliegenden Wärmeübertragungsmittels nicht in die luftführenden Rohre eindringen. Durch das Vorhandensein mehrerer Stufen werden die genannten Vorteile damit kombiniert, dass man in jeder Stufe begrenzte Temperaturintervalle erhält. Die Explosionsgefahr wird behoben und der Wärmeaustauscheffekt wird gut. Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen Fig. la, Ib, 2 und 2a das Prinzipeines gasfluidi sierbaren Luftvorwärmers, Fig. 3 einen.Mehrstufenvorwärmer, Fig. 4 ein detaillierter dargestelltes Ausfuhrungs- beispiel eines Luftvorwärmers gemäss der Er findung. Figur 1 zeigt ein fluidisiertes Bett 1, in dem vertikale Rohre 2, 3 gemäss der Erfindung für staubhaltiges, warmes Gas 2 bzw. Luft 3, die vorgewärmt werden soll, angeordnet sind. Fluidisierungsgas, hier C02, das in einem geschlossenen System 5 zirkuliert, wird am Boden 4 der Fluidisierungskammer eingeführt. Durch das Fluidisierungsgas werden in der Fluidisierungskammer 1 der Sand oder die Körner schwebend gehalten, wodurch dieser/diese einer hohen Temperatur standhalten können und ein Hinaus lecken von Gas in die Atmosphäre verhindern. In dem Diagramm gemäss Figur 1b ist in vertikaler Richtung einerseits die Temperatur des warmen Gases 6, welches Wärme an den Sand 7 abgibt, und andererseits die Temperatur der Luft 8 dargestellt, die Wärme vom Sand und damit indirekt vom warmen Gas aufnimmt. Wichtig ist, dass die niedrigste Gastemperatur (Diagrammpunkt 9) grösser ist als die höchste Lufttemperatur (Diagrammpunkt 10). Figur 2 zeigt Sand oder Granulat 12 als dazwischenliegendes, fluidisiertes Bett zwischen mehreren vertikalen Leitungen für warmes, staubhaltiges Gas 11 und vorzuwärmende Luft 13. Der Sand wird durch das Einblasen von Fluidisierungsgas (bei 14), zweckmässigerweise inertes Gas, wie z.B. C02, N2 oder Helium, das in einem geschlos senen System zirkuliert, schwebend gehalten. (Siehe die schematische Darstellung gemäss Figur 2a mit der Luft 15, dem warmen Gas 16 und Fluidisierungsgas 17). In dem gezeigten Beispiel, bei dem es sich um eine Stufe in einem gasfluidisierten Luftvorwärmer handelt, beträgt die Eingangstemperatur des warmen Gases 16 8000C und seine Ausgangstemperatur 7000C. Die Eingangstemperatur der Luft 15 beträgt 5500C und ihre Ausgangstemperatur 6500 C. Die Sandtemperatur beträgt ca. 675OC, Der Wärmeaustauscher arbeitet nach dem Prinzip, dass Wärme von Gas auf den Sand und vom Sand auf die Luft übertragen wird. Der Sand dient als Zwischenmittel und verhindert einen direkten Kontakt zwischen Gas und Luft im Falle einer Undichtheit. Die Wärmeübertragung zwischen Sand und Rohroberflächen (11, 13 in. Figur 2) kann sehr hoch werden, da man feinkörnigen Sand (beispielsweise ca. 0,2 mm-Korndurchmesser) verwenden kann und der Sand eine hohe Temperatur annimmt. Der C02-Strom kann der Korngrösse angepasst werden. Um einen Wärmeaustausch des warmen Gases und der Luft in Gegenstrom durchführen zu können, wird der Wärmeaustauscher nach der Erfindung in Stufen (Sektionen) aufgeteilt, wie es Figur 3 zeigt. In dem Ausführungsbeispiel sind drei Stufen vorhanden. Warmes, staubhaltiges Gas 16 und Luft 15 werden in separaten, vertikalen Rohrsystemen durch alle Stufen 18, 19, 20 geleitet, von denen jede einen gasfludisierten Luftvorwärmer enthält, von denen jede Sand, Körner oder Granulat 21., 22 bzw. 23 enthält und von denen jede durch beispielsweise CO2- Gas fludisiert wird. Der Druckabfall in diesen Stufen wird nicht besonders gross. Das zur Pluidisierung benutzte C02-Gas (oder N2) wird in der Weise durch die drei Stufen (siehe 24) geleitet, dass C02-Gas, welches die drei Stufen passiert hat und dabei eine Temperatur von beispielsweise 6750C angenommen hat, in Wärmeaustauschern 25, 26 im Gegenstrom Wärme an nach oben strömendes C02-Gas abgibt. Das nach unten strömende CO2- Gas hat nach dem Passieren des Wärmeaustauschers 25 beispielsweise eine Temperatur von 6000C und nach dem Passieren des Wärmeaustauschers 26 eine Temperatur von 525 C. Es passiert anschliessend einen Wasserkühler, in 0 dem Wasser erhitzt und das Gas auf ca. 300 C abgekühlt wird. Das Gas ist danach soweit abgekühlt, dass es Gebläse von Standardqualität passieren kann. Die Eingangstemperatur des warmen staubhaltigen Gases in die erste Stufe 18 beträgt 8000C, die Ausgangstempe ratur 7000C, und die entsprechenden Temperaturen für die Stufe 19 bzw. Stufe 20 betragen 700 - 6000C bzw. 6000 - 5000C. Dies ist auch links in Figur 4 veranschaulicht, wo zwei Stufen 28, 29 gezeigt sind. C02-Gas wird in geschlossenen Systemen 30, 31 durch die sandgefüllten Fluidisierungskammern geleitet, und die vertikalen Rohre für warmes Gas 32 bzw. Luft 33 sind abwechselnd benachbart angeordnet; sie greifen also quasi ineinander, wodurch man einen guten Wärmeaustausch erhält. Du den Sand usw. wird das CO des Warmen Gases daran gehindert, in die Luftleitungen zu gelangen. Es versteht sich, dass die Verteilung und gegenseitige Anordnung der vertikalen Rohre untereinander in seitlicher Richtung oder nach unten hin auch anders beschaffen sein kann, als in Figur 4 gezeigt. Im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens kann die Erfindung in vielfacher Weise variiert werden.

Claims: Patentansprüche: 1. Gasfluidisierbarer Luftvorwärmer mit ersten Rohren (16) für ein warmes gasförmiges Mittel (2) und zwei ten Rohren (15) für LuSt (3)-sowie mit einem zwi schen den Rohren angeordneten Wärmeübertragungsmit tel, das aus Sand (1)- oder einem anderen kornförmi gen oder granulierten Material besteht, dadurch ge kennzeichnet, dass der Luftvorwärmer in mehrere Stu fen (18 - 20) aufgeteilt ist, dass die ersten und die zweiten Rohre (15, 16) im wesentlichen vertikal angeordnet sind und dass zwischen den ersten und zwei ten Rohren (16, 15) in jeder Stufe Sand (21 - 23) oder ein anderes kornförmiges oder granuliertes Ma terial vorhanden ist, welcher/welches von einem inerten gasförmigen Mittel (24), beispielsweise Koh lenstoffdioxid oder Stickstoff, fluidisierbar ist. 2. Luftvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die von der zu erwärmenden Luft jeweils später durchströmte Stufe (18) mit einer höheren Temperatur des warmen gasförmigen Mittels arbeitet als die jeweils vorhergehende Stufe (19, 20). 3. Luftvorwärmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Rohre (32), die warmes gas förmiges Mittel leiten, in jeder Stufe abwechselnd benachbart mit den luftführenden Rohren (33) ange ordnet sind und dass das fluidisierbare Wärmeübertra gungsmittel (12, 21 - 23) um diese Rohre und zwischen denselben angeordnet ist.

Inventors: STENDAHL, GUNNAR
Applicants: STAL-LAVAL APPARAT AB
Application year: 1981
Main classification: F28D13
IPC codes: F28D13, F23L15, C21B9, B01J8