DE102006001318A1 - Vermeidung von Wandbelägen bei der wandgebundenen Eindüsung - Google Patents
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Abstract
Wenn Düsen ohne Düsenlanzen unmittelbar an Kanal- oder Behälterwänden installiert werden, stellt sich das Problem der Bildung störender Wandbeläge im Nahbereich der Düsen. Die vorliegende Erfindung betrifft Maßnahmen zur Vermeidung derartiger Wandbeläge sowie von Belägen im Bereich der Düsenmündung.
Description
- Stand der Technik
- Wenn Flüssigkeiten in gasführende Kanäle oder Behälter eingesprüht werden sollen, so erfolgt dies im Interesse einer möglichst gleichmäßigen Verteilung in aller Regel mit Hilfe von Düsenlanzen, die entsprechend weit in Kanäle oder Behälter eintauchen.
-
1 und2 zeigen eine Ausführung nach dem Stand der Technik. - An der Wand
1 eines von Gas2 durchströmten Kanals oder Behälters3 ist über einen Flansch4 eine Düsenlanze5 installiert,1 . Die Düsenlanze besteht aus einem Zentralrohr6 für die Zuleitung der zu verdüsenden Flüssigkeit7 , einem das Zentralrohr umschließenden Rohr8 für die Zuleitung des Zerstäubungs-Druckgases9 sowie aus einem das Rohr8 umschließenden Hüllluftrohr10 . In2 ist der Bereich des Lanzenkopfes11 vergrößert dargestellt. Diese Abbildung zeigt beispielhaft eine zur Achse12 im Wesentlichen symmetrische Zweistoffdüse13 nach dem Stand der Technik. Die zu versprühende Flüssigkeit7 wird über das Zentralrohr6 an der Engstelle14 in die Mischkammer15 eingeleitet. Das Druckgas9 wird über Rohr8 einer Ringkammer16 zugeführt, welche die Mischkammer15 ringförmig umschließt; über eine gewisse Anzahl von Bohrungen17 wird das Druckgas9 in die Mischkammer15 eingeleitet. In dieser Mischkammer findet eine erste Zerteilung der Flüssigkeit in Tropfen statt, sodass hier ein tropfenhaltiges Gas18 gebildet wird. Auch am Austritt aus der Mischkammer15 existiert eine Engstelle19 . Es schließt sich ein divergentes Austrittsteil20 an, welches mit der Düsenmündung21 endet. Der in der Mischkammer15 gebildete tropfenhaltige Gasstrom18 wird in der Düse stark beschleunigt, sodass hier eine weitere Zerteilung der Tropfen bewirkt wird. Der aus der Düse austretende Strahl22 ist von Hüllluft23 umgeben, der aus der Hüllluftdüse24 austritt, wodurch die Belagsbildung im Bereich der Düsenmündung21 in manchen Fällen verhindert werden kann. - Eine Belagsbildung an den Düsenlanzen, wie sie in
1 dargestellt ist, Position25 , kann erhebliche Betriebsstörungen verursachen. So können beispielsweise größere Belagsbrocken, die sich durch Erschütterungen von den Lanzen ablösen können, unterhalb angeordnete Installationen beschädigen. Aber auch kleinere abgelöste Belagsstücke können bereits sehr negative Auswirkungen haben; so können ja bereits Partikel mit einem Durchmesser von ca. 4 mm zu einer Verlegung eines nachgeschalteten Wabenkatalysators führen. Eine Belagsbildung lässt sich häufig nur dadurch vermeiden, dass man die Düsenlanzen auf eine Temperatur oberhalb des Schwefelsäuretaupunktes aufheizt. Hierfür ist bei den gegenwärtig bekannten Konfiguration ein erheblicher Energieaufwand nötig. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Düsenlanzen mit Hüllluft23 versorgt werden, weil dann der relativ große Hüllluftstrom insgesamt auf eine ausreichend hohe Temperatur aufgeheizt werden muss. - Im Interesse der Vermeidung von Ablagerungen sowie von Korrosions- und Erosionsschäden an Düsenlanzen sowie zur Vereinfachung der Arbeitsabläufe bei einem Düsenwechsel kann ein wandgebundener Einbau der Düsen vorteilhaft sein.
3 zeigt einen wandgebundenen Düseneinbau nach dem Stand der Technik. An der Wand1 eines von Gas2 durchströmten Behälters oder Kanals3 ist wenigstens eine kurze Düsenlanze5 angeordnet. Düsen wirken als Strahlpumpen; sie saugen Gas an und binden dieses in den Strahlkegel22 der Düsen ein. Ohne zusätzliche Maßnahmen bilden sich häufig im Umfeld26 der Düsen auf der Wand1 Beläge25 aus, die sich zu regelrechten Belagskronen27 entwickeln können. - Dies ist primär darauf zurückzuführen, dass die Düsen durch die zu verdüsende Flüssigkeit sowie bei Zweistoffdüsen durch das für die Versprühung eingesetzte Druckgas von innen her gekühlt werden. Und auch die Kanal- bzw. Behälterwände erfahren im Umfeld
26 der Installationsstelle der Lanze in aller Regel noch eine relevante Temperaturabsenkung. Dabei wird in diesen Bereichen häufig ein Taupunkt der Inhaltsstoffe des Gases2 unterschritten, sodass es zum Austauen insbesondere von Schwefelsäure kommen kann. Da die Gase in den meisten Fällen mit Flugstäuben beladen sind, sind besagte Bereiche nicht nur korrosionsgefährdet, sondern es treten hier durch die Klebewirkung der ausgetauten Rauchgasinhaltsstoffe die bereits beschriebenen, voluminösen Feststoffablagerungen auf, die zu einer Störung der Eindüsung sowie zu Unterbelagskorrosion führen können. - Ein weiterer Nachteil eines wandgebundenen Einbaues nach dem Stand der Technik liegt darin, dass die Eindringtiefe eines Strahles
22 gleichbleibender Stärke quer zu Hauptströmungsrichtung des Gases2 von der Strömungsgeschwindigkeit dieses Gases bzw. vom dynamischen Druck dieses Gases und somit vom Anlagenbetriebspunkt abhängig ist. Eine Eindüsung in Strömungsrichtung des Gases weist diesen Nachteil nicht auf. Andererseits verliert man bei einer Eindüsung in Strömungsrichtung des Gases Wegstrecke für die Einmischung des eingedüsten Stoffes in das Gas. Bei räumlich beengten Verhältnissen kann dies für die Betriebssicherheit einer Anlage von entscheidender Bedeutung sein. - Ziel der vorliegenden Erfindung sind Verfahren und Vorrichtungen, durch deren Einsatz die Probleme der Belagsbildung und Korrosion bei der wandgebundenen Eindüsung kälterer Fluide in ein mit Flugstäuben und bei höheren Temperaturen kondensierbaren Komponenten beladenes Gas behoben werden können, die somit insbesondere auch zu einer erheblichen Verringerung des Eigenenergiebedarfes und der Anlagenkosten beitragen, und die bei beengten räumlichen Verhältnissen vorteilhaft eingesetzt werden können.
-
4 zeigt eine Basisversion nach der Erfindung. Bei dieser Variante werden der Austrittsabschnitt der Hüllluftdüse28 wie auch der angrenzende Wandabschnitt29 von der Außenseite her mit Hilfe einer elektrischen Widerstandsheizung30 auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt. Um die erforderliche Heizleistung möglichst gering zu halten, ist die Hülluftdüse28 zweischalig ausgeführt; der Zwischenraum ist mit einer thermischen Isolation31 ausgestattet, sodass die Hüllluft nur relativ wenig Wärme von der beheizten Außenseite der Hüllluftdüse aufnehmen kann und die Heizleistung weitgehend der Austrittspartie28 der Hüllluftdüse sowie dem angrenzenden Wandabschnitt29 zur Verfügung steht. Durch Variation des Hüllluftvolumenstromes4 ist es gemäß der Erfindung ferner möglich,4 , die Eindringtiefe des Strahles in die Gasströmung zu variieren, sofern dies beispielsweise für eine vom Betriebspunkt der Anlage unabhängige, möglichst gleichmäßige Einmischung des eingedüsten Fluides in die Grundströmung vorteilhaft ist. - Unter bestimmten Voraussetzungen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, auf die Isolation
31 der Hüllluftdüse zu verzichten. Dann muss allerdings darauf geachtet werden, dass die Einkopplung von Wärme in die belagsgefährdete Austrittspartie der Hüllluftdüse so intensiv ist, z. B. von dem der heißen Rauchgasströmung zugewandten Frontabschnitt29 her, dass die Austrittspartie der Hüllluftdüse auf Temperaturen oberhalb des Schwefelsäuretaupunkts, evtl. sogar oberhalb der Bildungstemperatur von Ammoniumsulfat aufgeheizt wird. Letzteres betrifft insbesondere Entstickungsanlagen für Rauchgase, die nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion arbeiten; denn hier wird über die Düsen Ammoniak oder Ammoniakwasser in das Rauchgas eingesprüht, sodass die Reaktionspartner Schwefelsäure und Ammoniak gemeinsam auftreten und zur Bildung von Ammoniumsulfatbelägen führen könnten. - Es versteht sich von selbst, dass der Einbaubereich der Düse auch nach außen mit einer thermischen Isolation
32 versehen ist, sodass nur geringe Wärmeverluste zur Umgebung hin auftreten können. -
5 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung. Hier ist die Düse von einem Kasten33 umschlossen, der über die Leitung34 mit Heißluft35 beaufschlagt werden kann. Es kann vorteilhaft sein, die Heißluft über Bohrungen36 und einen die zweischalige Hüllluftdüse28 umschlingenden Ringspalt37 in das Gas2 einzuleiten. Selbstverständlich ist der Massenstrom der Heißluft35 wesentlich geringer als der Massenstrom der Hüllluft4 , sodass nur ein verhältnismäßig niedriger Wärmebedarf für die Aufheizung der Heißluft35 anfällt. Ferner ist bei dieser Konfiguration die dem Rauchgas zugewandte Seite des Heißluftkastens als elastische Membran38 ausgeführt. Sollte es im Umfeld der Düsen, d. h., auf dieser Membran, zu Feststoffablagerungen kommen, so könnten diese z. B. mit Hilfe eines Druckstoßes, der auf die Luftkammer33 wirkt, abgesprengt werden. Falls die Vorrichtung für eine Druckstoßabreinigung zu kostspielig ist, könnte die Membran natürlich auch mit Hilfe von Klopfern oder Rüttlern gereinigt werden. -
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung gemäß der Erfindung. Hier ragt die Düsenlanze geringfügig in den Rauchgaskanal hinein. Eine Eindringtiefe von 1–5 mal Lanzendurchmesser kann unter bestimmten Randbedingungen vorteilhaft sein. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn Düsen am Kanalboden installiert werden sollen und wenn es an diesem Kanalboden bei Teillast und entsprechend niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Gases zu Staubablagerungen kommen kann. - Je nach den Einsatzbedingungen sind naheliegende Abwandlungen der vorstehend beschriebenen Varianten möglich, die hier nicht durch Abbildungen belegt sind.
- Wenn, beispielsweise aufgrund ungünstiger räumlicher Verhältnisse, nur eine sehr kurze Strecke für die Verdunstung einer in das Gas
2 eingedüsten Flüssigkeit zur Verfügung steht, kann es vorteilhaft sein, die Hüllluft4 gezielt auf ausreichend hohe Temperaturen aufzuheizen, um die Verdunstung der mit der Zweistoffdüse eingesprühten Flüssigkeit zu beschleunigen. Der hierfür notwendige Energieaufwand könnte dann unumgänglich sein. Grundsätzlich könnte man natürlich auch das Druckgas für die Feinzerstäubung der Flüssigkeit und die zu verdüsende Flüssigkeit selbst aufheizen; hiermit muss man jedoch sehr vorsichtig sein, um eine störende Belagsbildung in den Düsenlanzen und in den Düsen zu vermeiden. - Eine interessante Ausgestaltung des Konzeptes der wandgebundenen Eindüsung quer zur Hauptströmungsrichtung des Gases
2 besteht auch in der Erzeugung einer vorteilhaften Tropfengrößenverteilung über den Strahlquerschnitt hinweg. Wenn kleine Tropfen am Strahlrand39 erzeugt werden, ist die Eindringtiefe dieser Tropfen in die Gasströmung2 gering; durch diese Tropfen werden mithin ein Abkühlungspotential bzw. Ammoniak in Bereichen nahe der Wand des Kanals bzw. des Behälters3 angeboten. Größere Tropfen im Kern40 des Strahls dringen weiter in die Gasströmung ein und können dort in Abwesenheit kleiner Tropfen ihr Abkühlungspotential bzw. ihren Ammoniakgehalt optimal zur Wirkung bringen. -
- 1
- Wand eines Behälters oder Kanals
- 2
- Gas,
welches den Behälter
oder Kanal
3 durchströmt - 3
- von Gas durchströmter Kanal oder Behälter
- 4
- Einbauflansch einer Düsenlanze
- 5
- Düsenlanze
- 6
- Zentralrohr zur Flüssigkeitszufuhr
- 7
- zu versprühende Flüssigkeit
- 8
- Zuführungsrohr für das Druckgas für die Versprühung der Flüssigkeit
- 9
- Druckgas
- 10
- Hüllluftrohr
- 11
- Kopf der Düsenlanze
- 12
- Achse der Düse
- 13
- Zweistoffdüse
- 14
- Engstelle am Eintritt in die Mischkammer
- 15
- Mischkammer
- 16
- Ringkammer, welche die Mischkammer umschließt
- 17
- Eintrittsbohrungen für das Druckgas
- 18
- tropfenhaltiger Gasstrom in der Mischkammer
- 19
- Engstelle am Austritt aus der Mischkammer
- 20
- divergentes Austrittsteil der Zweistoffdüse
- 21
- Düsenmündung
- 22
- aus der Düse austretender, mit Tropfen beladener Strahl
- 23
- Hüllluft
- 24
- Hüllluftdüse
- 25
- Beläge an der Düsenlanze bzw. an der Wand des Kanals oder Behälters
- 26
- Umfeld
des Düsendurchtritts
durch die Wand
1 - 27
- Belagskrone
- 28
- Austrittsabschnitt der Hüllluftdüse
- 29
- beheizter Wandabschnitt im Umfeld des Düsendurchtritts durch die Wand
- 30
- elektrische Widerstandsheizung
- 31
- thermische Isolation der Hüllluftdüse
- 32
- thermische Isolation des Düseneinbauflansches
- 33
- Düseneinbaukasten
- 34
- Heißluftzuleitung
- 35
- Heißluft
- 36
- Bohrungen für Heißlufteinleitung
- 37
- Ringspalt, der die Hüllluftdüse umschließt
- 38
- elastische Membran auf der dem Kanal bzw. Behälter zugewandten Seite des Heißluftkastens
- 39
- Strahlrand
- 40
- Strahlkern
Claims (8)
- Wandgebundene Düse mit Hüllluft, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllluftdüse und der Wandbereich im Umfeld der Düse beheizt sind.
- Wandgebundene Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung durch elektrische Widerstandsbeheizung bewirkt wird.
- Wandgebundene Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllluftdüse zur Hüllluftseite hin thermisch isoliert ist.
- Wandgebundene Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse von einem Luftkasten umschlossen ist, der mit Heißluft beaufschlagt wird.
- Wandgebundene Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Kanal oder Behälter zugewandte Seite des Luftkastens als flexible Membran ausgeführt ist.
- Wandgebundene Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkasten mit Luft-Druckstößen beaufschlagt wird.
- Wandgebundene Düse nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Luftkasten zugeführte Heißluft am Umfang der Düse als Hüllluft in den Kanal oder Behälter eingeblasen wird.
- Wandgebundene Düse nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllluft-Volumenstrom variabel ist und an den Betriebspunkt der Anlage angepasst wird.
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Cited By (1)
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2006
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2007
- 2007-01-09 WO PCT/EP2007/000104 patent/WO2007080085A1/de active Application Filing
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WO2007080085A1 (de) | 2007-07-19 |
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