171023. lajstromszámú szabadalom • Berendezés fluidizált por hőcserélőben történő folyamatos keringetésére
5 171023 6 A találmány szerinti berendezés hőcserélőjét többféle módon lehet kialakítani, attól függően, hogy fluidizációval, tehát a csőbe bevezetett gáz, például levegő hatására létrejövő lebegéssel, vagy autofluidizációval, azaz a hő hatására felszabaduló gázok által létrejövő lebegéssel működik-e. A 2. ábrán bemutatott berendezés úgynevezett differenciál-fluidizációval működik. A berendezés az 1. ábrán látható 7 burkolatban helyezkedik el, és több hőcserélő fokozatot tartalmaz. Mindegyik fokozat fölfelé irányuló áramlást vezető függőleges 15 csőből, és lefelé irányuló áramlást vezető 16 csőből áll. A 15 és 16 csöveket 17 összekötő vezeték kapcsolja össze, alsó részükön. A 15 csöveket az előző fokozathoz tartozó 16 csövekkel 18 vezeték kapcsolja össze, a csövek felső részénél. Valamennyi 15 és 16 alsó végéhez 19, illetve 20 fúvóka van kapcsolva. Ezeken keresztül fúvatjuk be a fluidizáló gázt. A 15 csövekbe befúvatott gáz nyomása kisebb, mint a 16 csövekbe befúvatott gáz P nyomása, minthogy az előbbiekben a por lefelé, utóbbiakban fölfelé áramlik. A hőhordozó gáz a 6 hőcserélő 7 burkolatán belül vízszintes irányban áramlik a 8 gázbevezető nyílástól a 9 gázkivezető nyílás felé. Az elmondott kialakításnak megfelelően a légáramlás" a 15 csövekben gyengébb mint a 16 csövekben. így az áramló közeg a 15 csövekben nagyobb sűrűségű, mint a 16 csövekben. Ez a sűrűségkülönbség a csövekben a 21 nyíllal jelölt irányú áramlást hozza létre. Természetesen mindegyik fokozat tartalmazhat több párhuzamos elrendezésű 15 és 16 csöveket, amelyek alsó vagy fölső részüknél össze lehetnek kapcsolva. A kezelendő timföld a hőcserélőbe a 10 bevezető nyílásnál lép be, és a 6 hőcserélőt all kivezető csonknál hagyja el. A 3. ábrán a találmány szerinti berendezés egy másik kiviteli alakját mutatjuk be. A hőcserélő itt is a már ismert 7 burkolatban helyezkedik el, és legalább egy fokozatból áll. A gyakorlatban rendszerint több fokozatot alakítunk ki, és mindegyik fokozat legalább egy függőleges 22 csőből és több 23 csőből áll. A 22 csőben az anyag lefelé, a 23 csövekben pedig felfelé áramlik. A 22 cső átmérője nagyobb a 23 csövek átmérőjénél. Az egyes fokozatokban lehet több fölfelé irányuló áramlást vezető 22 cső, de egy 22 csőhöz mindig több 23 cső tartozik. A 22 és 23 csövek fölső végei 24 felső keverő kamrába vannak bekötve, alsó végeik pedig 25 fluidizáló kamrához kapcsolódnak. A különböző egységek 24 fölső keverő kamrái sorba vannak kapcsolva, azaz mindegyikük 26 csővel kapcsolódik a szomszédos 24 felső keverőkamrákhoz. Az első 24 keverőkamra a 10 bevezető nyílással, az utolsó pedig 11 kivezető csonkkal van összekapcsolva. Adott mennyiségű timföldre vonatkoztatva nyilvánvalóan kisebb hőátadási felülete van a nagyobb átmérőjű 22 csöveknek mint a kisebb átmérőjű 23 csöveknek. Az autofluidizáció viszont éppen a hőhordozó gáz átlal leadott hő hatására felszabaduló gőz mozgásának eredménye, tehát — minthogy a nagyobb átmérőjű leszállócsőben kevesebb gőz képződik, mint a kisebb átmérőjű felszálló csövekben — a különböző mértékű autofluidizáció hatására jön létre a megfelelő közegmozgás. A nagyobb átmérőjű leszálló ágban kisebb mértékű a hőáram mint a kisebb átmérőjű felszálló ágakban, minthogy itt kisebb felület áll rendelkezésre a hőcsere lefolytatására. Ugyanez a hatása annak a ténynek is, hogy a hőátadási tényező a 5 hőhordozó gáz és a csőfal között alacsonyabb, nagy átmérőjű cső esetén, mint kis átmérőnél. A nedves timföldhidrátot a 10 bevezető nyíláson át közvetlenül az első 24 fölső keverő kamrába vezetjük. Itt a bevezetett por teljesen elkeveredik a már száraz 10 és 130-160 C°-ra felmelegedett timfölddel, a jelentős turbulencia következtében. A 6 hőcserélőt a 11 kivezető csonknál elhagyó timföld még körülbelül 11% vizet tartalmaz és körülbelül 300 C° hőmérsékletű. Ennek az az oka, hogy a timföld trihidrát két 15 molekula vizet ad le körülbelül 300 C° hőmérsékleten, az utolsó molekula azonban csupán 700 C° körül távozik az anyagból az 1 forgókemencében. A hőveszteség, illetve hőcserélődési ellenállás fő oka a gázfilm képződés. A hőhordozó gáznak az 1 20 forgókemencéből történő elvezetése során nyert hőhordozó legelőnyösebb keringetési iránya a csövekre merőlegesen van. Ilyen elrendezésnél a hőátadási együttható 50 mm átmérőjű csövek és 500 C° hőmérsékletű, 6-8 m/sec sebességű gáz esetén 25 50 kcal/óra/m2 . Napi 100 tonna kaicinált timföld előállításához szükséges hőcserélő felület körülbelül 1500 m2 , ha 15% víztartalmú, 60 C° hőmérsékletű timföldhidrátból 11% nedvességtartalmú, 300 C° hőmérsékletű anyagot állítunk elő. Ilyen teljesít-30 ményű hőcserélő hagyományos berendezésnél alkalmazva 15-20 kg tüzelőanyag megtakarítását teszi lehetővé az előállított timföld egy tonnájára vonatkoztatva, anélkül, hogy nagyobb mennyiségű villamos energiát fogyasztana, mint a sorba kapcsolt porlevá-35 lasztókból álló berendezés. A 4. ábrán látható, hogy a találmány szerinti hőcserélő úgy is kialakítható, hogy a leszálló áramlást vezető 22 cső a 6 hőcserélő 7 burkolatán kívül helyezkedik el. 40 Vizsgálatot végezünk a 3. ábrán bemutatott hőcserélővel, amelyet egy fokozattal készítettünk. A berendezés 22 csöve 5 m hosszú és 222 mm átmérőjű volt, azaz felülete 3,5 m2 volt. A 23 felszálló csövek átmérője 54 mm, és hossza ugyancsak 5 m volt. 45 Felületük tehát 13,6 m2 volt. Ez tehát azt jelenti, hogy a kis átmérőjű csövek felülete mintegy négyszerese volt a nagy átmérőjű csövek felületének. A K hőátadási tényezőt durva közelítéssel a csőátmérők négyzetgyökével foidítottan vehetjük 50 arányosnak. így az 54 mm átmérőjű csőre vonatkozóan K= 50 kcal/óra/m2 /C°, a 222 mm átmérőjű csőre vonatkozóan pedig 55 K= 25 kcal/óra/m2 /C°. A kétfajta csőben kialakuló hőmérséklet közötti különbség 5-20 C°, az adagolási és keringetési sebességtől függően. A gőzképződés tehát a kis 60 átmérőjű csövekben jóval intenzívebb volt mint a nagy átmérőjű csövekben, annál is inkább, mert bizonyos hőmérsékleteken a dehidratálási reakció rendkívül hőmérséklet érzékeny. A lefelé haladás sebessége a nagyobb átmérőjű csőben 1,5—3 m/perc 65 sebességet ért el, A hőcserélőben keringetett mennyi-3
