Verfahren zum Betrieb eines Regenerators und Regenerator

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Regenerators, wobei wiederholend Heiß- und Kaltgas durch ein Schüttgut 4 mit einem maximalen Korndurchmesser D_max geführt wird, das im Ringraum 1 zwischen einem im wesentlichen zylinderförmigem Heißrost 3 und einem diesen umgebenden Kaltrost 4 aufgenommen ist und wobei im Boden B des Ringraums 1 mindestens eine Ablaßöffnung 16 zum Ablassen des Schüttguts 4 vorgesehen ist. Zur Erhöhung der Standzeit des Regenerators wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass während oder nach dem Durchführen von Heißgas eine vorgegebene Menge an Schüttgut 4 abgelassen wird, so dass eine vom Schüttgut 4 auf den Heiß- 3 oder Kaltrost 4 ausgeübte Druckspannung reduziert wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schüttgutregenerators bzw. Regenerators nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner einen Regenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

[0002] Solche Regeneratoren werden für die Erhitzung von Gasen auf Temperaturen von üblicherweise 800°C eingesetzt. Beispielsweise beim Hochofenbetrieb dienen Regeratoren zur Erzeugung von Heißwind mit einer Temperatur von 1200°C. Derartige Regeneratoren sind z.B. aus der US 2,272,108, der DE 41 08 744 C1 oder der DE 42 38 652 C1 bekannt.

[0003] Bei den bekannten Regeneratoren ist in einem Ringraum zwischen einem inneren zylinderförmig ausgebildeten sogenannten Heißrost und einen diesen koaxial umgebenden sogenannten Kaltrost ein Schüttgut aufgenommen. Sowohl der Heiß- als auch Kaltrost sind mit Durchbrüchen bzw. Öffnungen versehen, deren Durchmesser so gewählt ist, dass ein Gasdurchtritt möglich, ein Durchtritt von Schüttgut aber unmöglich ist. In der Praxis ist der Kaltrost üblicherweise aus einem Lochblech und der Heißrost üblicherweise aus keramischen Werkstoffen, z.B. aus Schamoctesteinen, hergestellt. Als Schüttgut werden beispielsweise Kies oder Aluminiumoxyd-Kugeln verwendet.

[0004] Bei der bekannten Vorrichtung kommt es nachteiligerweise bereits nach geringen Betriebs- bzw. Standzeiten zum Bruch des Heiß- und/oder Kaltrosts. Der Ersatz eines gebrochenen Heiß- und/oder Kaltrosts verursacht einen hohen Kostenaufwand.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Regenerators und einen Regenerator anzugeben, welche eine verbesserte Standzeit gewährleisten.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 5 und 7 bis 18.

[0007] Nach der verfahrensseitigen Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass während oder nach dem Durchführen von Heißgas eine vorgegebene Menge an Schüttgut abgelassen wird, so dass eine vom Schüttgut auf den Heiß- oder Kaltrost ausgeübte Druckspannung reduziert wird. - Dadurch wird die Standzeit des Regenerators drastisch verlängert.

[0008] Vorteilhafterweise wird das abgelassene Schüttgut in den Ringraum zurückgeführt. Dadurch wird die erforderliche Mindestschütthöhe an Schüttgut aufrechterhalten. Bei der Verwendung hochwertigen Schüttguts können durch die Wiederverwertung die Betriebskosten gesenkt werden.

[0009] Das abgelassene Schüttgut kann pneumatisch transportiert werden, wobei es dem Ringraum vorteilhafterweise durch eine in der Nähe seiner Decke vorgesehene Zuführöffnung zugeführt wird. Dabei kann ein Transportgas vom Schüttgut getrennt und in die Umgebung abgeblasen werden. Die vorgenannten Merkmale ermöglichen eine automatisierbare Verfahrensführung.

[0010] Nach der den Regenerator betreffenden Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass der Heiß- und/oder Kaltrost so ausgebildet ist/sind, dass das Schüttgut beim Aufheizen sich radial frei ausdehnen kann. - Damit wird die Einwirkung von thermisch bedingten Druckspannungen des Schüttguts auf den Heiß- und/oder Kaltrost reduziert. Ein Bruch des Heiß- und/oder Kaltrosts wird vermieden. Die Standzeit des Regenerators wird verlängert.

[0011] Nach einem Ausgestaltungsmerkmal ist im Heiß- und/oder Kaltrost zumindest eine Öffnung vorgesehen, deren Durchmesser größer als der maximale Korndurchmesser ist, so dass im Schüttgut gebildete Druckspannung durch den Durchtritt eines Schüttgutanteils durch die Öffnung kompensierbar ist. Zweckmäßigerweise ist an der dem Ringraum abgewandten Seite der Öffnung eine Vorrichtung zum Auffangen von durch die Öffnung ausgetretenem Schüttgut vorgesehen.

[0012] Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal weist die Vorrichtung zum Auffangen mindestens eine schräg zur Achse des Regenerators verlaufende Schrägfläche auf, wobei die Schrägfläche von der dem Ringraum abgewandten Außenseite des Heiß- oder Kaltrosts zu einer dem Ringraum zugewandten Innenseite verläuft und in Richtung des Bodens des Ringraums abfällt.

[0013] Weiterhin kann die Vorrichtung mit einem mit Durchbrüchen versehenen Deckel verschließbar sein, wobei die Durchbrüche so ausgeführt sind, dass ein Durchtritt von Gas möglich, ein Durchtritt von Schüttgut aber unmöglich ist. Dadurch wird ein Mitreißen einzelner Schüttgutkörner durch den austretenden Gasstrom vermieden.

[0014] Nach einer weiteren Ausgestaltungsform ist im Boden des Ringraums mindestens eine Ablaßöffnung vorgesehen. Durch ein Anlassen von Schüttgut während oder nach dem Aufheizen ist es ebenfalls möglich, auf den Heiß- und/oder Kaltrost durch das Schüttgut ausgeübte Druckspannungen abzubauen.

[0015] Die Ablaßöffnung mündet zweckmäßigerweise in ein Rohr, wobei ein Mittel zum Verschließen des Rohrs vorgesehen sein kann. Das Rohr mündet vorteilhafterweise in ein Transportrohr. Eine Einrichtung zur Erzeugung eines Transportgasstroms kann mit dem Transportrohr verbunden sein, so dass das Schüttgut pneumatisch durch das Transportrohr transportierbar ist. Die vorgenannten Merkmale ermöglichen ein automatisiertes Rückführen von abgelassenem Schüttgut in den Ringraum.

[0016] Das Transportrohr kann mit einer in der Nähe der Decke des Ringraums vorgesehenen Zuführöffnung in Verbindung sein. Vorteilhafterweise ist an der dem Ringraum abgewandten Seite der Zuführöffnung eine Vorrichtung zum Trennen des Schüttguts vom Transportgas vorgesehen. Dadurch wird eine Abkühlung im Bereich des Ringraums vermieden.

[0017] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1

eine Querschnittsansicht eines Regenerators nach dem Stand der Technik,

Fig. 2

eine Querschnittsansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 3

eine Teilquerschnittsansicht gemäß Fig. 2,

Fig. 4

eine Draufsicht gemäß Fig. 2,

Fig. 5a

eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5b

eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6

den Spannungsverlauf am Kaltrost beim Ablassen von Schüttgut,

Fig. 7

eine Teilquerschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 8a

eine Querschnittsansicht eines ersten Ablasses,

Fig. 8b

eine vergrößerte Darstellung nach Fig. 8a,

Fig. 8c

eine Draufsicht gemäß Fig. 8b,

Fig. 9a

eine Querschnittsansicht eines zweiten Ablasses,

Fig. 9b

eine Querschnittsansicht eines dritten Ablasses und

Fig. 9c

eine Querschnittsansicht eines vierten Ablasses.

[0018] In Fig. 1 ist ein Regenerator nach dem Stand der Technik im Querschnitt gezeigt. Eine Achse des Regenerators ist mit A bezeichnet. Im Ringraum 1 zwischen einem zylinderförmig ausgebildeten Kaltrost 2 und einem koaxial dazu angeordneten Heißrost 3 ist (hier nur teilweise gezeigtes) Schüttgut 4 mit einem maximalen Korndurchmesser D_max aufgenommen. Der Kaltrost 2 und der Heißrost 3 weisen Gasdurchlässe 5 auf. Der maximale Durchmesser der Gasdurchlässe 5 ist so gewählt, dass ein Durchtritt von Schüttgut 4 nicht möglich ist. Mit 6 ist ein vom Heißrost 3 umgebener heißer Sammelraum bzw. Heißraum und mit 7 eine den Kaltrost 2 umgebende Wand bezeichnet. Zwischen der Wand 7 und dem Kaltrost 2 befindet sich ein kalter Sammelraum bzw. Kaltraum 8.

[0019] In den Fig. 2 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel, nämlich ein Heißrost 3, gezeigt. Der Heißrost 3 besteht aus mehreren übereinander angeordneten, bespielsweise aus Schamottesteinen hergestellten, Ringsegmenten 9. Jeweils zwei übereinanderliegende Ringsegmente 9 bilden eine Mehrzahl an dem Schüttgut 4 zugewandten Öffnungen O. Anstatt von Ringsegmenten können selbstverständlich auch polygonal ausgebildete Segmente zum Einsatz kommen.

[0020] Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht gemäß des in Fig. 2 mit X bezeichneten Bereichs. Durch die Öffnung O hindurchgetretenes Schüttgut 4 liegt im wesentlichen auf einer ebenen Fläche 10 auf, die durch eine erste Schrägfläche 11 begrenzt wird. Die erste Schrägfläche 11 ist schräg zur Achse A gerichtet. Sie fällt von einer dem Schüttgut 4 abgewandten Außenseite des Heißrosts 3 zu einer dem Schüttgut 4 zugewandten Innenseite ab. Jeweils zwei von einem Innenradius R_i zu einem Außenradius R_a sich radial erstreckende Stützstege 12 bilden zusammen mit der ebenen Fläche 10 und der ersten Schrägfläche 11 eine Abteilung bzw. ein Fach F.

[0021] Fig. 5a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, nämlich einen Kaltrost 2. Hinter den Öffnungen O sind an der dem Schüttgut 4 abgewandten Seite Fächer F vorgesehen, die durch zweite Schrägflächen 13 radial begrenzt sind. Das Schüttgut 4 tritt unter Bildung eines dafür arttypischen Schüttwinkels α durch die Öffnung O hindurch und liegt mit einer ersten Länge L₁ auf der zweiten Schrägfläche 13 auf. Eine zweite Länge L₂ der zweiten Schrägfläche 13 ist größer als die erste Länge L₁.

[0022] In Fig. 5b ist das Fach F radial durch eine dritte Schrägfläche 14 und eine Vertikalfläche 15 begrenzt. Bei Ausbildung des Schüttwinkels α steht das Schüttgut 4 mit einer ersten Höhe H₁ an der Vertikalfläche 15 an. Eine zweite Höhe H₂ der Vertikalfläche 15 ist größer als die erste Höhe H₁.

[0023] In Fig. 6 ist die Dehnung des Kaltrosts sowie die daran auftretende Spannung in Abhängigkeit der Betriebszeit gezeigt. Klar erkennbar bewirkt eine Entnahme von Schüttgut eine erhebliche Herabsetzung der Spannung und der Dehnung. Dieser Effekt wird in den folgenden Ausführungsbeispielen genutzt.

[0024] In Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels gezeigt. Am Boden B eines Ringraums 1 befindet sich eine Ablaßöffnung 16, die über ein Rohr 17 mit einem Transportrohr 18 verbunden ist. Ein endständig am Transportrohr 18 angebrachtes Gebläse 19 dient der Erzeugung eines Transportgasstroms. In der Nähe einer Decke D des Ringraums 1 ist ein Zyklon 20 angebracht, dessen konisch verjüngte Öffnung in den Ringraum 1 mündet. Der Zyklon 20 ist mit einem Ablaßventil 21 versehen.

[0025] Die Fig. 8a bis 8c zeigen einen ersten Auslaß im Querschnitt und in Draufsicht. Die Auslaßöffnung 16 mündet in einen Rohrstutzen 22. Der Rohrstutzen 22 ist mit einem Schieber 23 verschlossen, wobei der Schieber 23 mittels mindestens eines Bolzens 24 in der Verschlußstellung gesichert ist. In geöffneter Stellung fluchtet ein Schieberdurchbruch 25 mit dem Rohrstutzen 22.

[0026] In Fig. 9a bis 9c ist an den Rohrstutzen 22 ein Ablaßrohr 26 angeflanscht, das unterschiedliche Krümmungen einnehmen kann.

[0027] Das Ablaßrohr 26 kann beispielsweise als flexibles Metallrohr ausgeführt und mit einem Verschluß 27 versehen sein.

[0028] Die Funktion des Regenerators ist folgende:

[0029] Heißes Gas gelangt in den Heißraum 6. Es durchquert von da aus das zwischen dem Heißrost 3 und dem Kaltrost 2 aufgenommene Schüttgut 4 und gelangt in den Kaltraum 8. Beim Durchqueren des Schüttguts 4 geht die Wärme des Heißgases zu einem großen Teil auf das Schüttgut 4 über. Also dehnt sich das Schüttgut 4 aus. Es entsteht eine radiale Druckspannung, die auf den Heißrost 3 und den Kaltrost 2 wirkt. Zur Kompensation der Druckspannung können gemäß den Fig. 2 bis 4 sowie den Fig. 5a und 5b Öffnungen O im Heiß- 3 und/oder Kaltrost 2 vorgesehen sein, deren Durchmesser größer als der maximale Korndurchmesser D_max des Schüttguts 4 ist. Auf der dem Schüttgut 4 abgewandten Seite der Öffnung O ist jeweils eine Vorrichtung vorgesehen, die hindurchgetretenes Schüttgut 4 staut. Die Stauung erfolgt durch Ausbildung des für das jeweilige Schüttgut 4 arttypischen Schüttgutwinkels α.

[0030] Sobald im Schüttgut 4 eine radiale Druckspannung auftritt, wird das Schüttgut 4 zu deren Kompensation durch die Öffnungen O hindurchgedrückt; die Druckspannungen werden dadurch abgebaut. Das durch die Öffnungen O hindurchgedrückte Schüttgut 4 verschließt selbige anschließend selbsttätig wiederum unter Bildung des arttypischen Schüttgutwinkels α. Die Geschwindigkeit des durch die Öffnungen O bzw. Fächer F austretenden Gases ist so gewählt, dass aus den dem Heiß- 6 bzw. Kaltraum 8 zugewandten Schüttgutflächen kein Schüttgut herausgelöst und mit dem Gasstrom mitgerissen wird.

[0031] Im Schüttgut 4 auftretende radiale Druckspannungen können aber auch durch eine zum Boden B gerichtete Umlagerung des Schüttguts 4 abgebaut werden. Dazu wird während oder nach dem Durchführen von Heißgas durch das Schüttgut 4 eine geringe Menge an Schüttgut 4 durch die Auslaßöffnung 16 abgelassen. Es können selbstverständlich mehrere Auslaßöffnungen 16 vorgesehen sein.

[0032] Die Auslaßöffnungen 16 sind zweckmäßigerweise über Rohre 17 mit einem gemeinsamen Transportrohr 18 verbunden. Das abgelassene Schüttgut 4 gelangt in das Transportrohr 18 und wird durch die Wirkung des Gebläses 19 zu einem Zyklon 20 verblasen. Im Zyklon 20 erfolgt eine Trennung des Transportgases vom Schüttgut 4. Das Schüttgut 4 wird in der Nähe der Decke D dem Ringraum 1 wieder zugeführt.

[0033] Der vorbeschrieben Vorgang des Ablassens und Zurückführens von abgelassenem Schüttgut 4 ist selbstverständlich automatisierbar.

Bezugszeichenliste

[0034] 

1

Ringraum

2

Kaltrost

3

Heißrost

4

Schüttgut

5

Gasdurchlaß

6

Heißraum

7

Wand

8

Kaltraum

9

Ringsegment

10

ebene Fläche

11

erste Schrägfläche

12

Stützsteg

13

zweite Schrägfläche

14

dritte Schrägfläche

15

Vertikalfläche

16

Ablaßöffnung

17

Rohr

18

Transportrohr

19

Gebläse

20

Zyklon

21

Ablaßventil

22

Rohrstützen

23

Schieber

24

Bolzen

25

Schieberdurchbruch

26

Ablaßrohr

27

Verschluß

D_max

maximaler Korndurchmesser

α

Schüttwinkel

A

Achse

B

Boden

F

Fach

L₁

erste Länge

L₂

zweite Länge

H₁

erste Höhe

H₂

zweite Höhe

O

Öffnung

R₁

Innenradius

R₃

Außenradius

D

Decke

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb eines Regenerators, wobei wiederholend Heiß- und Kaltgas durch ein Schüttgut (4) mit einem maximalen Korndurchmesser (D_max) geführt wird, das im Ringraum (1) zwischen einem im wesentlichen zylinderförmigen Heißrost (3) und einem diesen umgebenden Kaltrost (2) aufgenommen ist und wobei im Boden (B) des Ringraums (1) mindestens eine Ablaßöffnung (16) zum Ablassen des Schüttguts (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach dem Durchführen von Heißgas eine vorgegebene Menge an Schüttgut (4) abgelassen wird, so dass eine vom Schüttgut (4) auf den Heiß- (3) und Kaltrost (2) ausgeübte Druckspannung reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das abgelassene Schüttgut (4) in den Ringraum (1) zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das abgelassene Schüttgut (4) pneumatisch transportiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das abgelassene Schüttgut (4) dem Ringraum (1) durch eine in der Nähe seiner Decke (D) vorgesehene Zuführöffnung zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Transportgas vom Schüttgut (4) getrennt und in die Umgebung abgeblasen wird.

6. Regenerator, bei dem ein im wesentlichen zylinderförmig ausgebildeter Heißrost (3) koaxial von einem Kaltrost (2) umgeben ist und in einem zwischen dem Heiß- (3) und dem Kaltrost (2) gebildeten Ringraum (1) ein Schüttgut (4) mit einem maximalen Korndurchmesser (D_max) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heiß- (3) und/oder Kaltrost (2) so ausgebildet ist/sind, dass das Schüttgut (4) beim Aufheizen sich radial ausdehnen kann.

7. Regenerator nach Anspruch 6, wobei im Heiß- (3) und/oder Kaltrost (2) zumindest eine Öffnung (O) vorgesehen ist, deren Durchmesser größer als der maximale Korndurchmesser (D_max) ist, so dass im Schüttgut (4) gebildete Druckspannungen durch den Durchtritt eines Schüttgutanteils durch die Öffnung (O) kompensierbar sind.

8. Regenerator nach Anspruch 7, wobei an der dem Ringraum (1) abgewandten Seite der Öffnung (O) eine Vorrichtung zum Auffangen von durch die Öffnung (O) ausgetretenem Schüttgut (4) vorgesehen ist.

9. Regenerator nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Vorrichtung zum Auffangen mindestens eine schräg zur Achse (A) des Regenerators verlaufende Schrägfläche (11, 13, 14) aufweist.

10. Regenerator nach Anspruch 9, wobei die Schrägfläche (11, 13, 14) von der dem Ringraum (1) abgewandten Außenseite des Heiß- (3) oder Kaltrosts (2) zu einer dem Ringraum (1) zugewandten Innenseite verläuft und in Richtung des Bodens (B) des Ringraums (1) abfällt.

11. Regenerator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Vorrichtung mit einem mit Durchbrüchen versehenen Deckel verschließbar ist, wobei die Durchbrüche so ausgeführt sind, dass ein Durchtritt von Gas möglich, ein Durchtritt von Schüttgut (4) aber unmöglich ist.

12. Regenerator nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei im Boden des Ringraums (1) mindestens eine Ablaßöffnung (16) vorgesehen ist.

13. Regenerator nach Anspruch 12, wobei die Ablaßöffnung (16) in ein Rohr (17) mündet.

14. Regenerator nach Anspruch 13, wobei ein Mittel zum Verschließen des Rohrs (17) vorgesehen ist.

15. Regenerator nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Rohr (17) in ein Transportrohr (18) mündet.

16. Regenerator nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei eine Einrichtung (19) zur Erzeugung eines Transportgasstroms im Transportrohr (18) vorgesehen ist, so dass das Schüttgut (4) durch das Transportrohr (18) transportierbar ist.

17. Regenerator nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Transportrohr (18) mit einer in der Nähe einer Decke (D) des Ringraums (1) vorgesehenen Zuführöffnung in Verbindung ist.

18. Regenerator nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei an der dem Ringraum (1) abgewandten Seite der Zuführöffnung eine Vorrichtung (20) zum Trennen des Schüttguts (4) vom Transportgas vorgesehen ist.

Zeichnung