NL8300590A - Gasmenger. - Google Patents

Description

* 'i ί ' HO 497 f

* k GASMENGER

Door aanvraagster worden als uitvinders genoemd:

Johannes Hendrik Willem OUWERKERK te Driehuis ‘ Wouter Bram LUCIEER te Schagen * , 5 Rudolph Edwin CRAMER te Oudkarspel

De uitvinding heeft betrekking op een apparaat voor het mengen van een gas in een hoofdstroom van een ander gas, welk apparaat een t t hoofdleiding omvat met een doorlaat en een wand die 'de doorlaat voor de hoofdstroom begrenst, waarbij een aantal toevoerleidingen voor .10 het bij te mengen gas in de hoofdleiding uitmondt.

Het Canadese octrooischrift 1106181 beschrijft bij fig. 1 een dergelijk apparaat, waarbij het aantal toevoerleidingen twee bedraagt die radiaal door de wand in de cilindrisch uitgevoerde hoofdleiding steken, en in een vlak loodrecht op de as van de hoofdleiding in de-15 zelfde zin over een hoek van ongeveer 30° zijn afgebogen, en elk een ronde opening aan het uiteinde hebben, waarvan de onderling evenwijdige hartlijnen op een afstand lopen kleiner dan de helft van de inwendige diameter van de hoofdleiding, zodat het bij te mengen gas uit beide openingen in onderling evenwijdige, tegengestelde richtingen ten op-20 zichte van de as wordt gericht, en in dezelfde draaizin rond de as zal circuleren. Deze constructie heeft het mogelijk gemaakt de volledige menging van beide gassen op korte afstand van het punt van invoer te realiseren.

De uitvinding beoogt een gasmenger van het in de aanhef be-25 schreven soort te verschaffen, welke zodanig is verbeterd dat de volledige menging van beide gassen op een nog kortere afstand wordt ·* . - · . . verkregen, hetgeen met name van betekenis -is bij grote industriële * installaties, waar elke besparing op geïnvesteerd vermogen en op bouwruimte van eminent belang zijn. Ook kan het in omstandigheden 30 gewenst zijn, de menging van beide gassen zo snel mogelijk te realiseren teneinde bijvcorbeeld concentraties of temperatuurverschillen snel te vereffenen.

/2 8.3,0 0 59 0 _ * —

4 'I

2

J

l *

De gasmenger volgens de uitvinding is daartoe gekenmerkt, doordat het aantal uitstroomopeningen van de toevoerleidingen voor het bij te mengen gas een veelvoud van een set van drie bijeenhorende ’ uitstroomopeningen bedraagt, en dat van elke set een eerste opening 5 loodrecht op de wand in de hoofdstroom uitmondt en een zodanige doorlaat heeft dat daardoor ongeveer de helft van de per set in te voeren hoeveelheid van het bij te mengen gas kan stromen, terwijl de andere twee uitstroomopeningen elk een dusdanige doortocht bezitten dat daardoor ongeveer een kwart van de per set in te voeren 10 hoeveelheid bij te mengen gas kan stromen, waarbij de drie openingen per set, gezien in een vlak loodrecht op de hoofdleiding, geschikt zijn om het bij te mengen gas in twee tegengesteld rondgaande bewegingen per set te richten. ' ’

De uitvinding zal aan de hand van enige voorbeelden weergegeven 15 in de tekening nader worden toegelicht.

Fig. 1 is een bovenaanzicht van een toepassing bij een brand-machine voor een pelletfabriek.

t

Fig. 2 is een zijaanzicht van de installatie volgens fig. 1.

Fig. 3 is een zijaanzicht van een gasmenger in een rookgaskanaal 20 van een rookgasontzwavelingsinstallatie.

Fig. 4 is een bovenaanzicht van de gasmenger volgens fig. 3.

Fig. 5 is een schetsmatige dwarsdoorsnede van het principe waarop de uitvinding berust.

Fig. 6 is een variant van fig. 5.

25 Fig. 7 is een dwarsdoorsnede van een variant met vier toevoer leidingen voor het bij te mengen gas.

Fig. 8 is een dwarsdoorsnede van een variant met zes toevoerleidingen voor het bij te mengen gas.

In een pelletfabriek worden zgn. "groene" pellets gemaakt, uit 30 gemalen ijzererts met een bindmiddel als bentoniet-klei en kalk onder toevoeging van water. Deze "groene" pellets moeten in de droogzone • / ·' ’ van een brandmachine eerst gedroogd worden door-verhitting met hete lucht waarna ze gebrand worden alvorens ze als ertsknikkers aan een hoogoven kunnen worden toegevoerd.

35 Fig. 1 en 2 hebben betrekking op het bijmengen van hete lucht van 300° a 400°C bij een betrekkelijk koude (ca. 50°C) luchtstroom uit de droogzone welke bezwangerd is met S02 en die via een boven de pelletband aangebrachte kap wordt afgezogen'.

/3 8300590 ί

In fig. 1, een bovenaanzicht, is de kap 10 afgebeeld, die in fig. 2 boven de pelletband 11 is getekend. 12 en 13 zijn loopbor-dessen aan weerszijden van de pelletband 11. ·.

De kap 10 heeft een rechthoekige dwarsdoorsnede en is via een 5 haaks bochtstuk 14 aangesloten op een cilindrische horizontale leiding 15, waarin ter plaatse van het cijfer 16 een axiaalventila-tor is aangebracht, die via een as 17 en een elastische koppeling 18 door een elektromotor 19 wordt aangedreven.

Uit een ander deel van de pelletfabriek wordt hete lucht van 10 300° a 400°C over een leiding.20 aangevoerd. Deze leiding is ver deeld over een leiding 21 die via een mondstuk 22 in het inwendige van de kap 10 uitmondt, en twee leidingen 23 en 24 die om de kap 10 f heen lopen en uitmonden in de kap 10 via de mondstukken 25 resp. 26.

Door deze wijze van mengen wordt bewerkstelligd dat de gassen 15 goed en snel zijn gemengd voordat de ventilator 16 is bereikt, zodat deze minder snel corrodeert en langer meegaat. Demenghoogte is dus zeer kort te noemen, binnen een korte afstand langs de stroom is een snelle en werkzame dooreenmenging van twee gassen van verschillende temperatuur mogelijk geworden, zonder dat hiervoor een omvang-20 rijke en dure constructie en zonder dat hiermede een hoog energie-- · verbruik gepaard gaat.

' Het gemeten drukvêrlies’ i“s‘kléin, d.w.z. 0,35 maal de snelheids- druk in de hoofdleiding, hetgeen bijzonder laag is.

Een andere toepassing is bij een rookgasontzwayelingsinstallatie, 25 waarbij de gasmenger is afgebeeld in fig. 3 en 4.

De rookgassen afkomstig van een grote elektriciteitsopwekeenheid dienen volgens de huidige voorschriften afdoende te worden ontzwaveld, alvorens op de atmosfeer te worden geloosd, welke ontzwaveling kan geschieden door de gassen in een zgn. wastoren met water te wassen.

30 De warme rookgassen worden daar in tegenstroom met afdruppelend kalk- - houdend water in aanraking gebracht. Het water voert de zwaveloxyden . ·.

‘ " met ziéh mede en'het'daarbij’/óntstane-ea-lciumsuifaat,-'gips,--kan elders worden toegepast.

De aldus van zwavel ontdane rookgassen zijn echter met water-35 damp verzadigd, hetgeen bij verder transport door de leidingen condensatie kan veroorzaken, doordat het dauwpunt wordt onder- - /4 8300590 • » 4 t > schreden. Teneinde de temperatuur van de behandelde rookgassen enkele graden te doen stijgen wordt een deel van het onbehandelde gas , bijv. 10¾ uit de naar de (niet-getekende) gaswasser lopende hoofdleiding 30 afgesplitst en op de wijze van de uitvinding bij de 5 met water verzadigde gasstroom door de leiding 31 gevoegd. Daartoe splitst zich de aftakleiding 32 in twee leidingen 33 en 34, welke laatste leiding 34 zich wederom splitst in de leidingen 35 en. 36.

De via de leiding 32 afgetakte hoeveelheid heet rookgas mengt zich in de leiding 31 snel en afdoende met het behandelde rookgas, en ver-10 hoogt daarmede de temperatuur ervan met ongeveer 5°, zodat met zekerheid het verdere transport van het gas door de leiding 31 en naar de schoorsteen boven het dauwpunt plaatsvindt. Het toevoegen van ca. 10¾ nog.zwavelhoudend heter rookgas moet op de koop toe worden genomen.

Het principe dat aan de onderhavige uitvinding ten grondslag 15 ligt is schetsmatig weergegeven in fig. 5. Hierin is met 50 de wand van een cilindrische hoofdleiding aangegeven waardoor een gas stroomt dat moet worden gemengd met een ander gas. Deze menging t dient te voldoen aan een aantal voorwaarden, zoals - de voor het mengen aan te wenden vermogen dient zo gering mogelijk 20 te zijn, zulks om redenen van energiebesparing en minimale geluidshinder; - de menging gezien langs de as van de hoofdleiding dient plaats te vinden over een korte afstand, dus zo snel mogelijk om de investeringskosten zo klein mogelijk te houden; 25 - de menging dient zo volledig mogelijk te zijn.

Aan deze voorwaarden kan ruimschoots worden voldaan met de gasmenger van fig. 5, waarbij het bij te mengen gas in de hoofdleiding uitmondt via openingen aan het einde van drie toevoerlei-dingen 51, 52 en 53. Toevoerleiding 51 is radiaal op de wand 50 aan-30 gebracht en de uitstroomopening ervan heeft een dusdanige doorlaat dat daardoór ongeveer de helft van de totale hoeveelheid bij te men--gen gas stroomt.-De jtoevoerleidingen 52 en 53 staan.'èvenwijdig aan -de ’ ·' leiding 51 opgesteld en bevinden zich in hetzelfde dwarsvlak. De uitstroomopeningen ervan hebben een dusdanige doorlaat dat daardoor 35 telkens ongeveer een kwart van de hoeveelheid bij te mengen gas stroomt.

/5 8300590 • - 1 • 5 1 ί s t

De opstelling volgens fig. 5 geeft weer dat de leidingen 52 en 53 spiegelbeeldig zijn opgesteld ten opzichte van de lijn door het hart van de leiding 51. De onderlinge afstand van de leidingen 52 en 53 * hart op hart wordt mede bepaald door de tophoek van de uitstroom-5 kegel van het bij te mengen gas in de hoofdstroom, aangezien verme-- den moet worden dat de hoeveelheden bij te mengen gas uit de leiding 51 enerzijds en uit de leidingen 52 en 53 anderzijds tegen elkaar in zouden blazen. Het is juist de bedoeling dat deze stromingen elkaar versterken zodat twee, in het dwarsvlak gezien, tegengesteld draai-10 ende hoofdwervels (W1 en W2 in., fig. 5) ontstaan, die met de hoofdstroom mee een zeer groot mengoppervlak van de beide gassen verschaffen. Zoals o.m. uit het boek van Dr.-Ing. Rudolf Günther, "Verbren-nung und Feuerungen", Springer 1974, bekend is bedraagt deze tophoek ongeveer 17°. De tangens van de helft van deze hoek van 17° is 0,15, 15 zodat daarmede, indien alle drie leidingen 51, 52 en 53 zo dicht mogelijk bij de wand 50 zouden uitmonden, de afstand tussen de leidingen 52 en 53 eenduidig bepaald is. Als D de inwendige diameter van de cilindrische hoofdleiding is,dient bedoelde afstand in elk geval groter te zijn dan 0,3D. Als de verhouding van de inwendige 20 diameter d van de leiding 51 tot de inwendige diameter D van de hoofdleiding 50 ongeveer 0,1 bedraagt, wordt uiteraard genoemde afstand overeenkomstig groter, en bedraagt ten minste 0,'4D.

Aangezien het de bedoeling is in het dwarsvlak door de hoofdleiding twee wervels te verkrijgen, dus twee tegengesteld rondgaande 25 bewegingen, kan men ook de beide leidingen (52 en 53) combineren tot één leiding, met twee uitstroomopeningen.

Deze variant is in fig. 6 afgebeeld. Met 60 is wederom de wand van de cilindrische hoofdleiding aangeduid. Radiaal mondt door deze wand de toevoerleidingen 61 uit, die ongeveer de helft van de totale 30 hoeveelheid bij te mengen gas doorlaat. Diametraal daar tegenover • steekt e-en toevoerleiding 62 naar binnen die eveneens een dusdanige . · ·· . * ·· * ·*·*.

·" ‘ doorlaat heeft, dat daardoor ongeveer de‘helft van' de hoeveelheid· bij te mengen gas stroomt Deze leiding 62 splitst zich T-vormig in de korte delen 63 en 64, waarbij de uitstroomopeningen aan de einden 35 daarvan elk ongeveer een kwart van het bij te mengen gas doorlaten.

Op deze wijze ontstaan wederom twee tegengesteld draaiende bewegingen /6 8300590 V » , 6

Wl en W2 van het bij te mengen gas in de hoofdleiding.

Men kan dit principe verder uitbreiden, waarvan fig. 7 en 8 nadere uitwerkingen weergeven. Door het aanbrengen van een groter aantal van telkens drie uitstroomopeningen kan men in het dwarsvlak 5 het aantal opeenvolgend tegengesteld rondgaande bewegingen van het bij te mengen gas in de hoofdstroom vergroten, en daardoor de weg-lengte langs de hoofdleiding waarbinnen een volledige menging tot stand kan komen evenredig verkleinen. Het kan namelijk in omstandigheden gewenst zijn de menging zo snel mogelijk te realiseren teneinde 10 concentraties of temperatuurverschillen snel te vereffenen.

In fig· 7 zijn radiaal door de wand 70 van de cilindrische hoofdleiding telkens om de 90° een der vier toevoerleidingen 71, 72, 73 r en 74 gestoken, elk met een.dusdanige doorlaat dat ze telkens ongeveer een kwart van de hoeveelheid bij te mengen gas voeren. De tegenover 15 elkaar liggende leidingen 73 en 74 zijn aan de uiteinden gesloten en bezitten in het dwarsvlak elk twee openingen 75 en 77 resp. 76 en 78, die even groot zijn en elk ongeveer de helft van de door de leiding 73 en 74 stromende hoeveelheid bij te mengen gas doorlaten. Zodoende ontstaan er vier rondgaande bewegingen of hoofdwervels Wl, W2, W3 20 en W4, die ertoe bijdragen dat de onderlinge menging van de beide gassen, nog sneller geschiedt.

In fig. 8 is dit beginsel voor in totaal zes wervels Wl, W2, W3, W4, W5 en W6 weergegeven, waardoor de weglengte nog verder kan worden bekort. Dit is verkregen door telkens om de 60° een der zes radiale 25 toevoerpijpen 81, 82, 83, 84, 85 en 86 door de wand 80 van de cilindrische hoofdleiding te steken, die elk een gelijke hoeveelheid bij te mengen gas in de hoofdleiding brengen en waarvan afwisselend de pijpen radiaal of langs de wand uitstromen op de wijze als aan de hand van fig. 6 en 7 is toegelicht.

30 De uitvinding kan met succes worden toegepast waar snel en compact ··. twee gassen volledig dienen te worden gemengd. Behalve de reeds ‘ . . aan· de hand· van 'fig.·! tot 4.besproken ui'tvoeringsvoorbeelden van • resp. een brandmachine voor een pelletfabriek en een rookgasontzwavelingsinstallatie voor een elektriciteitscentrale kan de uit-35 vinding worden toegepast bij koeltorens, branders en dergelijke.

Proeven hebben aangetoond dat bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 5 een aanvaardbare vereffening van de gassen verkregen was op /7 8300590 » η · *

f I

een afstand van 2D stroomafwaarts van het vlak waar het bij te mengen gas werd ingevoerd.

t Wanneer men de variatie-coëfficient (een onbenoemd getal) defi-nieert als het quotiënt van de standaardafwijking en het gemiddelde, 5 en men dit toepast op de concentratie van de menging over de doorsnede van de hoofdstroom in fig. 5 op enige afstand stroomafwaarts van het dwarsvlak waar het bij te mengen gas wordt geïnjecteerd, dan blijkt - uit metingen dat een goede menging gekarakteriseerd met een variatie-coëfficient van 0,04 op een afstand 2D en een nog wat betere mening 10 met 0,02 op eenafstand van 4D met de uitvinding kan worden gerealiseerd.

# , * · . 4 8300590 /8

Claims (3)

1. Apparaat voor het mengen van een gas in een hoofdstroom van een ander gas, welk apparaat een hoofdleiding omvat met een doorlaat en een wand die de doorlaat voor de hoofdstroom begrenst, waarbij een 5 aantal toevoerleidingen voor het bij te mengen gas in de hoofdleiding • uitmondt, daardoor gekenmerkt, dat het aantal uitstroomopeningen van de toevoerleidingen voor het bij te mengen gas een veelvoud van een set van drie bijeenbehorende uitstroomopeningen bedraagt, en dat van elke set een eerste opening loodrecht op de wand in de 10 hoofdstroom uitmondt en een zodanige doorlaat heeft, dat daardoor ongeveer de helft van de per set in te voeren hoeveelheid van het bij te mengen gas kan stromen, terwijl de andere twee uitstroomopeningen » elk een dusdanige doortocht bezitten, dat daardoor ongeveer een kwart van de per set in te voeren hoeveelheid bij te mengen gas kan stromen, 15 waarbij de drie openingen per set geschikt zijn om, gezien in een vlak loodrecht op de hoofdleiding, het bij te mengen gas in twee tegengesteld rondgaande bewegingen per set te richten.

2. Gasmenger volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het aantal toevoerleidingen drie bedraagt die evenwijdig in de hoofdleiding 20 uitmonden (fig. 5).

3. Gasmenger volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het aantal toevoerleidingen twee bedraagt, waarvan de een loodrecht op de wand in de hoofdleiding uitmondt en de ander aan het einde gesloten is en twee tegengestelde uitstroomopeningen bezit (fig. 6). 8300590