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1. WO2006045446 - REGELUNGSVORRICHTUNG FÜR DIE KÜHLLUFTZUSTRÖMUNGEN EINES SCHÜTTGUTROSTKÜHLERS

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

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Regelungsvorrichtung für die Kühlluftzuströmungen eines
Schüttgutrostkühlers

B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Strömungsquerschnittes in den Kühlluftzuströmungen eines Schüttgutrostkühlers zur Kühlung eines heißen Schüttgutes wie z. B. Zementklinker, mit einem in die Kühlluftzuströmung unterhalb des Kühlrostes integrierten Reglergehäuse, in welchem sich ein Stellorgan derart bewegt, dass eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellorgans und damit verbunden ein beginnender Anstieg der Kühlluft-durchflussmenge eine Verkleinerung des freien Strömungsquerschnittes bewirkt und umgekehrt.

Bei einer Zementklinkerproduktionslinie wird der in einem Drehrohrofen aus calciniertem Zementrohmehl erbrannte heiße Zementklinker aus dem Ofenaustragsende auf einen Kühler, in der Regel auf den Kühlrost eines Rostkühlers abgeworfen, auf diesem verteilt und durch geeignete Fördermittel in Längsrichtung zum Kühleraustragsende bewegt, wobei der Kühlrost und die heiße Schüttgutschicht im wesentlichen von unten nach oben von Kühlluftströmungen durchsetzt werden. Nachfolgend werden die bekannten Rostkühlertypen kurz erläutert.

Bei einem Schubrostkühler wechseln sich in Förderrichtung gesehen ortsfeste Rostplattenreihen mit hin- und herbeweglichen Rostplattenreihen ab, alle Rostplatten sind mit Kühlluftöffnungen versehen und sie werden im wesentlichen von unten nach oben von Kühlluft durch- strömt, und durch die gemeinsam oszillierende Bewegung aller beweglichen Rostplattenreihen wird das zu kühlende heiße Gut schubweise transportiert und dabei gekühlt. Als eine Alternative zu einem solchen Schubrostkühler ist z. B. aus der EP-B-1 021 692 ein Rost-kühlertyp bekannt, bei dem der von Kühlluft durchströmte Kühlrost nicht bewegt wird, sondern feststeht, wobei oberhalb der feststehenden Rostfläche mehrere Reihen benachbarter hin- und herbeweglicher balkenförmiger Schubelemente angeordnet sind, die zwischen einer Vorhubposition in Kühlguttransportrichtung und einer Rückhub-position bewegt werden, so dass durch die Hin- und Herbewegung dieser Schubelemente im abzukühlenden Gutbett das Gutmaterial ebenfalls vom Kühleranfang zum Kühlerende sukzessive bewegt und dabei gekühlt wird.

Bei derartigen Rostkühlem lassen sich Ungleichverteilungen im heißen Schüttgutbett hinsichtlich Schüttgutbetthöhe, Klinkerkorngröße, Temperaturprofil etc. nicht immer vermeiden, was eine ungleichmäßige Kühlung zur Folge hat. Denn in Kühlrostbereichen mit größerer Schüttgutbetthöhe steigt der Strömungswiderstand für die Kühlluft, es sinkt die Strömungsgeschwindigkeit und es wird weniger Kühlluft durch das Schüttgutbett geleitet, und umgekehrt fällt in Kühlrostbereichen mit niedriger Schüttgutbetthöhe der Strömungswiderstand für die Kühlluft, deren Strömungsgeschwindigkeit und die Gefahr eines Luftdurchbruchs nehmen zu, und es wird eine zu hohe Kühlluftmenge gerade durch solche Schüttgutbettbereiche geleitet, welche die geringste Kühlluftmenge benötigen würden.

Es ist daher bei einem Rostkühler zur Kühlung von heißem Schüttgut wie Zementklinker bekannt (EP-B-O 848 646), in den Kühlluftzuströ-mungen unterhalb des Kühlrostes die jeweilige Kühlluftmenge selbsttätig jeweils so zu regeln, dass bei beginnendem Anstieg der Kühl-luftdurchflussmenge, hervorgerufen durch geringer werdende Kühl- gutbetthöhe und abnehmendem Strömungswiderstand, die lichte Querschnittsfläche der jeweiligen Kühlluftzuströmungsleitungen reduziert wird und umgekehrt, um auf diese Weise einen wechselnden Druckabfall über das Kühlgutbett auszugleichen, so dass die jeweilige Kühlluftmenge nicht mehr abhängig ist vom jeweiligen Druckverlust bzw. Strömungswiderstand der Kühlluft in der jeweiligen Kühlgutbettzone. Dabei arbeitet der bekannte mechanische Kühlluft-Durchflussmengenstromregler mit einer gewichtsbelasteten Pendelklappe mit horizontal liegender Schwenkachse, wobei die Pendel-klappe je nach den vorherrschenden Druckbedingungen und Strömungsverhältnissen die jeweilige Kühlluftzuströmung mehr oder weniger stark selbsttätig drosselt. Würde man die bekannte Kühlluft-Regelungsvorrichtung, die mit einem rein durch Schwerkraft betätigten Schwenkhebelgewicht mit Anströmkörper selbsttätig arbeitet, un-terhalb des Kühlrostes in den Kühlluftzuströmungen von Kühlrostzonen anordnen, die nicht feststehen, sondern die wie bei einem Schubrostkühler zwecks Schüttguttransports samt Regelungsvorrichtungen hin- und herbewegt werden, so würde die selbsttätige Regelung der Regelungsvorrichtung durch die hin- und hergehende Schüttelbewe-gung gestört und das Regelungsergebnis dadurch verfälscht werden.

Auch aus der WO- 02/06748 ist bei einem Schüttgutrostkühler eine Kühlluftregelungsvorrichtung bekannt, bei der in der Kühlluftzufüh-rungsleitung unterhalb des Rostes eine runde mit Durchgangsöffnun-gen versehene feststehende Segmentscheibe und oberhalb derselben eine drehbeweglich an einer Achse gehalterte Flügelscheibe angeordnet sind, welch letztere sich in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft verdreht und dabei den lichten Strömungsquerschnitt der Segmentscheibe in der Weise selbsttätig verändert, dass bei einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit die Flügelscheibe entgegen einer Federkraft verdreht und der Strömungsquerschnitt verkleinert wird, und umgekehrt. Auch bei dieser selbsttätig - A -

arbeitenden Kühlluftregelungsvorrichtung ist die Gefahr nicht ausgeschlossen, dass die Funktion der Regelungsvorrichtung durch die stoßweise Pendelbewegung der hin- und herbeweglichen Kühlrostzonen gestört wird.

Außerdem sind in Leitungen zur Förderung verschleißverursachender Medien wie Schlämme und andere feststoffhaltige Suspensionen pneumatisch gesteuerte Schlauchquetschventile als Absperrorgane bekannt. Das Problem der Förderung feststoffhaltiger Suspensionen tritt bei einem Schüttgutrostkühler aber nicht auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlluftregelungsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, dass sie selbsttätig arbeitet und dass sie einfach gebaut und problemlos sowohl für nicht bewegte als auch insbesondere für bewegte Kühlrostbereiche bzw. bewegte Kühlrostsysteme eines Rostkühlers zur Kühlung von heißem Schüttgut wie z. B. Zementklinker eingesetzt werden kann. Als Besonderheit soll die Regelungsvorrichtung ggf. auch prozessgesteuert arbeiten können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Regelungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Kühlluftregelungsvorrichtung besteht das in die jeweilige Kühlluftzuströmung unterhalb des Kühlrostes integrierte Reglergehäuse aus einem festen Werkstoff, z. B. aus Stahl. In diesem Mantel ist an beiden Enden koaxial eine z. B. zylindrische Schlauchmanschette aus elastischem Material als Stellorgan einge-spannt. Der Druckunterschied innerhalb und außerhalb der z. B. aus Gummi bestehenden Schlauchmanschette sowie der Verformungswiderstand der Manschette sind nun so eingestellt, dass die Schlauch- manschette sich von ihrem maximalen Strömungsquerschnitt zu einem minimalen Strömungsquerschnitt insbesondere selbsttätig verformen kann, und zwar in Abhängigkeit der Kühlluft-Strömungsgeschwindigkeit bzw. dem statischen Druck der Kühlluftströmung bzw. auch abhängig vom Steuerdruck des auf die Schlauchmanschette einwirkenden gasförmigen Druckmediums.

Der ringförmige Zwischenraum zwischen der Außenseite der Schlauchmanschette und der Innenseite des festen Mantels ist über wenigstens eine Anschlussöffnung mit einem gasförmigen Druckmedium beaufschlagt. Wird nun die elastische Schlauchmanschette der Regelungsvorrichtung von einem Kühlluftstrom durchströmt, sinkt der statische Druck im Querschnitt der Schlauchmanschette in Abhängigkeit von der steigenden Strömungsgeschwindigkeit ab und das im Zwischenraum zwischen Schlauchmanschette und festem Mantel befindliche gasförmige Druckmedium entspannt sich. Dabei wird die Schlauchmanschette mit ursprünglich vorzugsweise rundem Querschnitt zusammengequetscht und etwa flach oval verformt, bis das Kräftegleichgewicht zwischen dem Druckunterschied von innerhalb zu außerhalb der Schlauchmanschette und der Verformungsspannungen des Schlauchs erreicht ist. Die hierdurch bewirkte Veränderung des freien Strömungsquerschnittes der Schlauchmanschette bewirkt die selbsttätige Regelung des Kühlluft-Volumenstroms in der Weise, dass eine Erhöhung der Kühlluft-Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der elastischen Schlauchmanschette eine Verkleinerung der Kühlluft-durchflussmenge bewirkt, und umgekehrt.

In kinematischer Umkehrung zum o. g. Ausführungsbeispiel der Erfindung kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel die Kühlluft den Ringraum zwischen der Außenseite der Schlauchmanschette und der Innenseite des festen Mantels der Regelvorrichtung durchströ- men. Dann ist der Innenraum der Schlauchmanschette mit dem gasförmigen Druckmedium beaufschlagbar.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung kann bei der Kühlluft-regelungsvorrichtung die Regelkennlinie durch Änderung des Drucks des gasförmigen Druckmediums im beaufschlagbaren Druckraum veränderbar sein, und dies sogar während des Betriebes des Schüttgutrostkühlers.

Die Regelkennlinie gibt das Ansteigen des Kühlluftbedarfs mit ansteigender Kühlgutbetthöhe bzw. ansteigendem Kühlgutbett-Durchströmungswiderstand für die Kühlluft wieder. Sie kann zur Regelung eines im wesentlichen konstant bleibenden Volumenstroms der Kühlluft unabhängig von Änderungen des Kühlluftströmungswiderstandes he-rangezogen werden. Die Kühlluftregelung kann aber auch prozessgesteuert sein, indem die Druckhöhe des gasförmigen Druckmediums zur Betätigung der Verformung der Schlauchmanschette und damit der Kühlluftvolumenstrom in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsparametern des Schüttgutrostkühlers gezielt gesteuert wird.

Der gesamte Rostkühler weist in Kühlerlängsrichtung betrachtet mehrere Kühlluftkammern auf, deren Größe zum Kühlerende hin in der Regel zunimmt. Jede Kühlluftkammer kann ihre eigene Regelkennlinie haben, die jeweils im Kühlerbetrieb veränderbar ist.

Die erfindungsgemäße Kühlluftregelungsvorrichtung ist einfach im Aufbau, unanfällig gegen Verschmutzung, weitgehend wartungsfrei und einfach in der Verstellung der Regelkennlinie sogar während des Kühlerbetriebes. Im Betrieb der erfindungsgemäß insbesondere selbsttätig arbeitenden Regelungsvorrichtung spielen Schwerkraft und Massenträgheitsmomente, welche die Funktion der selbsttätigen Regelung beeinträchtigen könnten, keine Rolle. Die erfindungsgemä- ße Kühlluft-Regelungsvorrichtung ist daher besonders geeignet zum Einsatz bei Schüttgutkühlern mit bewegten Kühlrostbereichen bzw. bewegten Kühlrostsystemen, d. h. also für die eingangs genannten Schubrostkühler sowie auch für Kühlrostsysteme, die nach dem so-genannten Walking Floor-Förderprinzip arbeiten, was weiter unten noch näher erläutert wird.

Die Erfindung und deren weiteren Merkmale und Vorteile werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbei-spiele näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 : den Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlluft-Regelungsvorrichtung mit e- lastischer Schlauchmanschette,

Fig. 2: die Regelungsvorrichtung der Fig. 1 in Drosselstellung für den Kühlluftvolumenstrom,

Fig. 3: den Vertikalschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlluft-Regelungsvorrichtung mit elastischer Schlauchmanschette,

Fig. 4: die Regelungsvorrichtung der Fig. 3 in Drosselstellung für den Kühlluftvolumenstrom, und

Fig. 5: in perspektivischer Ansicht ein Kühlrost-Modul eines

Schüttgutkühlers mit an der Kühlrostunterseite angebau- ten Kühlluft-Regelungsvorrichtungen der vorgenannten

Figuren, wobei aus einer Vielzahl solcher hintereinander und nebeneinander angeordneten Module der Kühlrost eines Schüttgutkühlers zusammengesetzt ist.

Die von der Kühlluft 10 eines Rostkühlers zum Kühlen von heißem Schüttgut wie z. B. Zementklinker durchströmte Kühlluft-Regelungsvorrichtung der Fig. 1 bzw. Fig. 2, wobei eine Vielzahl solcher Regelungsvorrichtungen an die Unterseite des in Fig. 5 ausschnittsweise dargestellten Kühlrostes angebaut ist, weist einen äußeren Mantel 11 aus festem Werkstoff wie z. B. Stahl auf, in den an beiden Enden ko-axial eine Schlauchmanschette 12 aus elastischem Material wie z. B. Gummi als Stellorgan eingespannt ist. Der Querschnitt von Mantel 11 und Schlauchmanschette 12 ist rund; er könnte aber auch eine ovale oder vieleckige Konfiguration haben. Die Schlauchmanschette 12 ist an ihren beiden Enden über jeweils einen Klemmring 13 druckdicht mit dem Mantel 1 1 verbunden. Nach Fig. 1 ist der ringförmige Zwischenraum zwischen der Außenseite der Schlauchmanschette 12 und der Innenseite des festen Mantels 11 über wenigstens eine Anschlussöffnung 14, die zu einer nicht dargestellten pneumatischen Anlage führt, mit einem gasförmigen Druckmedium beaufschlagt, wo-bei die Druckhöhe einstellbar ist.

Kommt es nun zu einem Durchströmen der Schlauchmanschette 12 mit einem Kühlluftstrom 10, sinkt der statische Druck im Strömungsquerschnitt der Schlauchmanschette 12 in Abhängigkeit von der an-steigenden Strömungsgeschwindigkeit ab. Das im Raum zwischen Mantel 11 und Manschette 12 vorhandene gasförmige Druckmedium entspannt sich dabei. Die Schlauchmanschette 12 quetscht sich etwa oval zusammen, bis das Kräftegleichgewicht zwischen dem Druckunterschied von innerhalb zu außerhalb der Schlauchmanschette 12 und resultierend aus den Verformungsspannungen der Schlauchmanschette erreicht ist. Hierdurch wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine Verringerung des freien Strömungsquerschnittes der Schlauchman- schette 12 und damit die gewünschte selbsttätige Verringerung des Kühlluft-Volumenstroms bei beginnender Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht, und umgekehrt.

Der Verformungswiderstand der Schlauchmanschette 12 und damit auch das Ansprechverhalten der erfindungsgemäßen Kühlluft-Regelungsvorrichtung hängen abgesehen vom Schlauchmaterial von der Konfiguration der Schlauchmanschette 12 ab, insbesondere von ihrer Wanddicke, vorhandenen Versteifungsrippen, Schlaucheinlagen etc..

Steigt die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft 10 innerhalb der durchströmten Schlauchmanschette 12 immer höher an, weil z. B. der von der Kühlluft zu kühlende Kühlrostabschnitt nur durch ein zu ge-ringes oder gar kein Schüttgutbett mehr belegt ist, schließt deswegen die Manschette 12 den Kühlluftströmungsquerschnitt nicht vollständig ab, sondern ein minimaler Strömungsquerschnitt bzw. eine Mindestmenge einer Kühlluftströmung 10 bleibt erhalten, durch die der Kühlrost vor Überhitzung geschützt ist. Vielmehr ist erfindungsgemäß ein vollständiger Verschluss des Strömungsquerschnitts für die Strömung der Kühlluft 10 nur durch eine Erhöhung des Drucks des über den Anschluss 14 eingeführten gasförmigen Druckmediums möglich. Von dieser Möglichkeit wird z. B. Gebrauch gemacht, wenn oberhalb des Kühlrostes im heißen Schüttgutbett zu dessen Auflockerung soge-nannte Luftkanonen mit Druckluftstößen eingesetzt werden, bei deren Anwendung die jeweiligen benachbarten erfindungsgemäßen Kühlluft-Regelungsvorrichtungen kurzzeitig vollständig geschlossen werden, um ein Durchschlagen solcher Druckluftstöße in die Luftkammern unterhalb des Kühlrostes zu vermeiden.

Umgekehrt öffnet sich der freie Strömungsquerschnitt mit Steigerung des Kühlluftvolumenstroms auf ihren maximalen Wert, wenn die Kühl- luftströmung beginnt, durch sehr hohe Schüttgutbeladungen der jeweilig zu kühlenden Kühlrostzone zusammenzubrechen.

In kinematischer Umkehrung zum Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 wird bei der erfindungsgemäßen Kühlluft-Regelungsvorrichtung der Fig. 3 bzw. Fig. 4 der Ringraum zwischen dem äußeren Mantel 11 und der inneren elastischen Schlauchmanschette 12 von der Kühlluft 10 durchströmt, die durch Bohrungen 15 im oberen und unteren Klemmring 13 sowie im oberen und unteren Endflansch 16 diesen Ringraum durchströmen kann. Kommt es zu einem Durchströmen dieser Regelungsvorrichtung mit Kühlluft 10, sinkt der statische Druck im Ringquerschnitt des Raumes zwischen der Schlauchmanschette 12 und dem Mantelrohr 11 in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft ab. Das im Inneren der Schlauchmanschet-te 12 vorhandene gasförmige Druckmedium, das durch den An-schluss 14 einführbar ist, entspannt sich, und wie in Fig. 4 gezeigt bläht sich die elastische Schlauchmanschette 12 auf, bis sich das Kräftegleichgewicht zwischen dem Druckunterschied von innerhalb nach außerhalb der Schlauchmanschette 12 und ihrer Verformungs-Spannungen eingestellt hat. Die hierdurch entstehende Querschnittsänderung bewirkt selbsttätig wiederum die Regelung des Kühlluft-Volumenstroms in der gewünschten Richtung.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann bei der Rege-lungsvorrichtung sowohl gemäß Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 als auch gemäß Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 durch Änderung des Drucks des durch den Anschluss 14 einzuführenden gasförmigen Druckmediums im beaufschlagbaren Druckraum die Regelkennlinie der Regelvorrichtung ganz einfach und gezielt verändert werden.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass eine Vielzahl der Kühlluft-Regelungsvorrichtungen der Fig.1 und/oder alternativ Fig. 3 mit ihrer oberen Austrittsöffnung für die Kühlluftströmung 10 an die Kühlluftein-trittsöffnungen an der Unterseite eines insbesondere bewegten Kühl-rostes zu dessen Kühlluftversorgung angeflanscht werden kann. Erläutert am Kühlrostmodul der Fig. 5 ist jedes Modul gemäß Ausführungsbeispiel aus drei sich in Kühlerlängsrichtung erstreckenden nebeneinander angeordneten länglichen etwa trogförmigen Bodenelementen 18, 19, 20 zusammengesetzt, die unabhängig voneinander zwischen einer Vorhubposition 21 in Kühlguttransportrichtung und einer Rückhubposition 22 gesteuert bewegbar sind, so dass das auf den Bodenelementen gelagerte dort nicht dargestellte heiße Kühlgut schrittweise z. B. nach dem Walking Floor-Förderprinzip durch den Kühler gefördert wird. Der Antrieb der einzelnen Bodenelemente 18, 19, 20 der Kühlrostmodule erfolgt von unterhalb des Kühlrostes über Schubrahmen, die auf Laufrollen abgestützt sind und an denen Arbeitszylinder angreifen, und zwar gesteuert so, dass die Bodenelemente gemeinsam nach vorn, aber nicht gemeinsam, sondern zeitlich getrennt voneinander zurückbewegt werden.

Die Bodenelemente 18, 19, 20 aller Module sind als Hohlkörper ausgebildet, nämlich sie weisen im Querschnitt gesehen eine das Kühlgut tragende und für die Kühlluft 10 im wesentlichen von unten nach oben durchlässige Oberseite 23 und eine davon beabstandete ge-schlossene den Kühlgutrostdurchfall verhindernde Unterseite 24 auf. Dabei weisen die Unterseiten 24 aller Bodenelemente mehrere über die Länge verteilte Kühlluft-Eintrittsöffnungen auf, an denen von unten die in Fig. 1 bzw. Fig. 3 dargestellten Kühlluft-Regelungsvorrichtungen angeflanscht sind, von denen in Fig. 5 die drei Regler-gehäuse 11 der drei unabhängig von einander bewegbaren Kühlrost-Bodenelemente 18, 19, 20 zu sehen sind. Die das heiße Kühlgut wie Zementklinker tragenden Kühlrost-Oberseiten 23 können grundsätz- lich mit irgendwelchen für die Kühlluft 10 durchlässigen Durchgängen versehen sein. Mit besonderem Vorteil können die Kühlrost-Oberseiten 23 jeweils aus sich mit Abstand spiegelbildlich gegenüberliegenden, aber versetzt zueinander angeordneten satteldach-förmigen V-Profilen bestehen, deren V-Schenkel mit Zwischenraum ineinander greifen, welch letzterer ein Labyrinth für das Kühlgut sowie für die Kühlluft 10 bildet. Dadurch ist besonders gewährleistet, dass der Schüttgutkühler gegen Rostdurchfall gesichert ist.

In Fig. 5 ist noch zu sehen, dass auf der für die Kühlluft 10 durchlässigen Oberseite 23 aller Bodenelemente 18 bis 20 quer zur Kühlguttransportrichtung liegende Stege 25a bis 25c zum Festhalten der untersten Schüttgutschicht und zur Vermeidung einer Relativbewegung dieser untersten Schicht und dem jeweiligen Rostbodenelement an-geordnet sein können, was zum Verschleißschutz dieser Rostbodenelemente beiträgt.