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Die Erfindung betrifft ein Sprühsystem zum Einsprühen eines sekundären Fluids in ein primäres Fluid, wobei das sekundäre Fluid gasförmig oder flüssig ist oder feinpartikuläre Feststoffe enthält, die in dem primären Fluid dispergiert werden sollen, mit wenigstens einer Zentraldüse für das primäre Fluid und wenigstens einer Düse zum Versprühen des sekundären Fluids, wobei ein Düsengehäuse der Düse rohrförmig aufgebaut ist und die Zentraldüse einen zentralen Durchtrittskanal für das primäre Fluid aufweist.
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In vielen verfahrenstechnischen Anlagen, die von einem primären Fluid durchströmt sind, stellt sich die Aufgabe, ein sekundäres, flüssiges oder gasförmiges Fluid oder auch feinpartikuläre Feststoffe möglichst homogen in das primäre Fluid einzumischen. Zu diesem Zweck werden Düsen eingesetzt. Da die Einmischung des sekundären Fluids, zu welchem wir auch die feinpartikulär in einem Trägerfluid suspendierten Feststoffe rechnen wollen, innerhalb einer sehr kurzen Laufstrecke erfolgen soll, ist eine Vielzahl von Düsen erforderlich, die über den Querschnitt der vom Primärfluid durchströmten verfahrenstechnischen Anlage verteilt sind. Dies ist mit hohen Kosten verbunden, insbesondere auch für die hier erforderlichen Sprühlanzen, über welche das sekundäre Fluid zu den Sprühdüsen transportiert wird.
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In vielen Fällen wird das sekundäre Fluid mit Hilfe eines Zerstäubungshilfsmediums in das primäre Fluid eingebracht. Dieses Zerstäubungshilfsmedium kann zum Beispiel aus Druckluft oder aus Dampf bestehen.
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Im Falle eines sogenannten Verdampfungskühlers für heisse Rauchgase wird in der Regel Wasser als sekundäres Fluid in Gestalt feiner Tropfen in das primäre Fluid, nämlich Rauchgas, eingesprüht. In aller Regel besteht ein grosses Interesse daran, dass die für die Verdunstung der Tropfen erforderliche Zeit möglichst kurz ist, da anderenfalls die Abmessungen der verfahrenstechnischen Anlage sehr gross ausfallen, was mit hohen Anlagekosten verbunden ist. Es geht jedoch nicht nur um die Tropfengrössenverteilung im Sprühstrahl des sekundären Fluids nahe dem Austritt der Sprühdüsen, sondern auch um die Intensität der Einmischung des zu kühlenden Primärgases in den Sprühstrahl. Je intensiver diese Einmischung ist, umso kürzer ist die Verdunstungsstrecke. Bei herkömmlichen Düsen erfolgt die Einmischung des Primärgases in den Sprühstrahl über den Kegelmantel des Sprühstrahles hinweg. Das Primärgas strömt durch die Randzonen des Sprühstrahls zur Achse des Sprühstrahles hin und schleppt dabei infolge des Strömungswiderstands auch Tropfen zur Strahlachse hin mit sich. Auf der Strahlachse existieren demnach ungünstige Randbedingungen für die Verdunstung der Tropfen. Denn das Rauchgas hat sich auf dem Weg zur Achse des Sprühstrahls hin bereits abgekühlt und mit Wasserdampf angereichert. Ferner treten nahe der Strahlachse in aller Regel besonders hohe Tropfenstromdichten auf, was aus naheliegenden Gründen ebenfalls für eine schnelle Verdunstung sehr ungünstig ist.
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Für das Dispergieren von Feststoffen in einer Primärgasströmung existiert ein analoges Problem. Auf der Achse des Sprühstrahles der eingebrachten Feststoffsuspension liegt eine hohe Partikeldichte vor, da das zur Achse des Sprühstrahls hin eingemischte Primärgas feine Feststoffpartikel vom Strahlrand zur Strahlachse hin mit sich führt.
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Aus dem einleitend beschriebenen Sachverhalt leitet sich die Aufgabenstellung für die vorliegende Erfindung ab. Das Sprühsystem und das Verfahren sollen derart beschaffen sein, dass die Einmischung des Primärgases in den Strahl des sekundären Fluids möglichst intensiv ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 2634494 ist ein Injektor bekannt, um Abwasser zu begasen. Eine zentrale Treibstrahldüse für ein Flüssigkeitsstrahl mündet innerhalb einer Mischkammer, der ein Gas zugeführt wird. Stromabwärts der Mischkammer ist ein divergenter Austrittsteil vorgesehen.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 2134100 C2 ist eine Brennkammerspeiseeinrichtung bekannt, bei der innerhalb einer zylindrischen Kammer eine konvergent/divergente Venturidüse angeordnet ist. In den Einlauf der Venturidüse mündet eine Luftstrahldüse. Über die Venturidüse soll Brenngas angesaugt und dann stromabwärts der Kammer einer Brennkammer zugeführt werden.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 1957344 ist eine Spritzdüse bekannt, mit der eine pastenförmige Masse erzeugt werden soll. Ein Austrittsbereich der Düse ist von einem ringförmigen und druckluftbeaufschlagten Ringspalt umgeben.
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Aus der US-Offenlegungsschrift
US 2009/0031923 A1 ist eine Zweistoffdüse bekannt, die mehrere Austrittsöffnungen aufweist, die innerhalb eines Ringspaltes angeordnet sind.
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Aus der
US-Patentschrift US 5,091,118 ist ein Sprühsystem bekannt, um Sauerstoff in Wasser einzumischen. Die Flüssigkeit wird hierzu durch einen konvergent/divergent ausgebildeten Durchtrittskanal geführt. Innerhalb des Durchtrittskanals ist eine zentrale Austrittsöffnung für das Gas angeordnet.
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Mit der Erfindung soll ein Sprühsystem zum Einsprühen eines sekundären Fluids in ein primäres Fluid verbessert werden.
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Erfindungsgemäß ist hierzu ein Sprühsystem zum Einsprühen eines sekundären Fluids in ein primäres Fluid vorgesehen, wobei das sekundäre Fluid gasförmig oder flüssig ist oder feinpartikuläre Feststoffe enthält, die in dem primären Fluid dispergiert werden sollen, mit wenigstens einer Zentraldüse für das primäre Fluid und wenigstens einer Düse zum Versprühen des sekundären Fluids, wobei ein Düsengehäuse der Düse rohrförmig aufgebaut und die Zentraldüse einen zentralen Durchtrittskanal für das primäre Fluid aufweist, bei dem der Durchtrittskanal in Strömungsrichtung gesehen einen konvergenten Eintrittsbereich, eine Engstelle und einen divergenten Austrittsteil aufweist, bei dem wenigstens eine Austrittsöffnung für das sekundäre Fluid am stromabwärts gelegenen Ende des Düsengehäuses angeordnet ist und bei dem die wenigstens eine Austrittsöffnung ausgebildet und angeordnet ist, um einen Sprühstrahl aus sekundärem Fluid zu erzeugen, der das aus dem zentralen Durchtrittskanal austretende primäre Fluid im Wesentlichen ringförmig umgibt.
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Mittels des erfindungsgemäßen Sprühsystems wird das primäre Fluid nicht ausschliesslich über einen Außenumfang des Sprühstrahls in das sekundäre Fluid eingemischt. Vielmehr wird das primäre Fluid zusätzlich über die Zentraldüse dem Zentral bereich des Sprühstrahls zugeführt. –
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Auf diese Weise wird erreicht, dass auch nahe der Achse des Sprühstrahls aus sekundärem Fluid gute Verdunstungsbedingungen für Tropfen existieren beziehungsweise vorteilhafte Randbedienungen für die Einmischung des sekundären Fluids in das primäre Fluid herrschen. Bei einer derartigen Konfiguration ist es möglich, einen wesentlichen größeren Massenstrom des sekundären Fluids mit einer einzigen Düse in das primäre Fluid einzumischen, weil das eingesprühte sekundäre Fluid nicht nur ausgehend von einer Außenseite des Sprühstrahles sondern auch von der Innenseite des Sprühstrahles in Richtung auf die Strahlachse in das primäre Fluid eingemischt wird. Als primäres Fluid wird beispielsweise abzukühlendes Rauchgas eingesetzt, in das eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, zum Zwecke der Verdunstungskühlung des Rauchgases eingesprüht werden soll. Als Zerstäubungshilfsmittel kann beispielsweise Druckluft oder auch Dampf verwendet werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine Austrittsöffnung mittels mehrerer Austrittsöffnungen für das sekundäre Fluid gebildet, die ringförmig am Ende des Düsengehäuses angeordnet sind.
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Mittels mehrerer, ringförmig angeordneter Austrittsöffnungen kann ein im Wesentlichen ringförmiger Sprühstrahl aus sekundären Fluid und Zerstäubungshilfsmittel erzeugt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist jede der mehreren Austrittsöffnungen für das sekundäre Fluid von einem Ringspalt für ein gasförmiges Zerstäubungshilfsmedium umgeben.
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Auf diese Weise sind viele kleine Einzeldüsen, jeweils als Zweistoffdüsen mit Ringspalt ausgebildet, ringförmig angeordnet, so dass sie gemeinsam einen ringförmigen Sprühstrahl erzeugen, der einen Treibstrahleffekt auf das primäre Fluid ausübt. Das Vorsehen mehrerer ringförmig angeordneter Einzeldüsen, beispielsweise 12 Einzeldüsen, die ringförmig angeordnet sind, bietet insbesondere dann Vorteile, wenn mit erheblichen Temperaturdifferenzen zu rechnen ist. Derartige Temperaturunterschiede können beispielsweise zwischen einem Zustand bei abgeschalteter Bedüsung und bei Sprühbetrieb oder zwischen kälterer zu zerstäubender Flüssigkeit und heißem gasförmigen Zerstäubungshilfsmittel auftreten. Kleine Einzeldüsen sind im Hinblick auf Störungen durch Wärmedehnung im Bereich der Sprühöffnungen beziehungsweise Sprühspalte weniger anfällig als eine große Ringdüse. In beiden Fällen können die Spaltbreiten etwa gleich groß gewählt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine Austrittsöffnung mittels eines einzigen, am Ende des Düsengehäuses angeordneten Ringspalts ausgebildet.
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Auf diese Weise lässt sich ein durchgehender, ringförmiger Sprühstrahl erzeugen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Ringspalt für das sekundäre Fluid innerhalb eines Ringspalts für ein gasförmiges Zerstäubungshilfsmedium angeordnet.
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Auf diese Weise kann ein umlaufender Sprühstrahl aus sekundärem Fluid und Zerstäubungshilfsmedium erzeugt werden, der das aus dem Durchtrittskanal der Zentraldüse austretende primäre Fluid vollständig umgibt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist in dem Durchtrittskanal der Zentraldüse ein Drallerzeuger angeordnet.
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Durch Vorsehen eines Drallerzeugers kann die Vermischung von primären und sekundären Fluid weiter verbessert werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist am stromaufwärts gelegenen Einlauf des Durchtrittskanals der Zentraldüse wenigstens eine Reinigungsdüse zum Freihalten des Einlaufs von Ablagerungen vorgesehen.
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Durch die Saugwirkung der Treibstrahldüsenkonfiguration bei dem erfindungsgemäßen Sprühsystem ist nicht davon auszugehen, dass der Einlauf der Zentraldüse für die Ansaugung des primären Fluids durch Staubbeläge verlegt wird, da durch die Saugwirkung der Treibstrahldüsenkonfiguration am Einlauf der Zentraldüse höhere Strömungsgeschwindigkeiten induziert werden. Bei einer Beladung des primären Fluids, beispielsweise Rauchgas, mit abrasiv wirkenden Stäuben ist am Einlauf der Zentraldüse sogar eher mit Erosionsschäden zu rechnen, so dass eine entsprechende Materialauswahl getroffen werden muss. In Sonderfällen können dennoch Probleme mit einer Belagsbildung im Einlauf der Zentraldüse auftreten. In diesem Fall kann eine kleine Reinigungsdüse der Zentraldüse derart vorgeschaltet werden, dass sie den Einlauf von Staubbelägen freihält. Vorteilhafter Weise kann diese Reinigungsdüse oder auch mehrere Reinigungsdüsen an die Zuleitung des gasförmigen Zerstäubungshilfsmittels angeschlossen werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Düsengehäuse der wenigstens einen Düse in einem das primäre Fluid führenden Kanal angeordnet. Vorteilhafterweise ist das Düsengehäuse der wenigstens einen Düse beabstandet von einer Wandung des primären Fluids führenden Kanals angeordnet.
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Auf diese Weise kann das Düsengehäuse im Wesentlichen vollständig vom primären Fluid umströmt werden und gleichzeitig kann das primäre Fluid durch den Durchtrittskanal der Zentraldüse hindurch treten. Der am Ende des Düsengehäuses austretende im Wesentlichen ringförmige Sprühstahl aus sekundären Fluid und Zerstäubungshilfsmittel kann dadurch sowohl auf seiner Innenseite als auch seiner Außenseite von primären Fluid umgeben werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine mit der Längsachse der Zentraldüse parallel zur Strömungsrichtung in den primäres Fluid führenden Kanal angeordnet.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die wenigstens eine Düse und die Zentraldüse in Gestalt einer Treibstrahlpumpe derart ausgeführt, dass durch die Treibstrahlwirkung des aus der wenigstens einen Austrittsöffnung für das sekundäre Fluid austretenden, im Wesentlichen ringförmigen Sprühstrahls das primäre Fluid am Eingang des Durchtrittskanals des Zentraldüse angesaugt wird, so dass stromabwärts des Durchtrittskanals das primäre Fluid sowohl einem Zentralbereich des aus der Austrittsöffnung austretenden, im Wesentlichen ringförmigen Sprühstrahls als auch einem Außenumfang des im Wesentlichen ringförmigen Sprühstrahls zugemischt wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Sprühsystem kann ein Verfahren zum Einsprühen eines sekundären Fluids in ein primäres Fluid durchgeführt werden, wobei das sekundäre Fluid gasförmig oder flüssig ist oder feinpartikuläre Feststoffe enthält, die in dem primären Fluid dispergiert werden sollen, bei dem das Erzeugen eines im Wesentlichen ringförmigen und das stromabwärts gelegene Ende des Durchtrittskanals umgebenden Sprühstrahls aus sekundärem Fluid, das Ansaugen des primären Fluids am stromaufwärts gelegenen Ende des Durchtrittskanals mittels einer Treibstrahl Wirkung des ringförmigen Sprühstrahls und das Vermischen von primärem Fluid mit sekundärem Fluid sowohl in einem Bereich zwischen einer Strahlachse des ringförmigen Sprühstrahls und dem Sprühstrahl als auch in einem an einen Außenumfang des Sprühstrahls angrenzenden Bereich vorgesehen ist.
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Auf diese Weise kann eine sehr intensive Einmischung des gasförmigen, primären Fluids in den Sprühstrahl des sekundären Fluids erreicht werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, dargestellten Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Sprühsystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Sprühsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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3: eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sprühsystems gemäß einer dritten Ausführungsform entgegen einer Strömungsrichtung und
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4: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sprühsystems gemäß einer vierten Ausführungsform entgegen einer Strömungsrichtung.
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Die Darstellung der 1 zeigt eine Basiskonfiguration eines Sprühsystems gemäß der Erfindung. In einem ein Primärgas 1 führenden Rauchgaskanal 2 ist ein ringförmiges Düsengehäuse 3 mit einer Düsenhauptachse oder mit einer Längsachse 16 angeordnet. Aus diesem Düsengehäuse 3 tritt am abströmseitigen Ende 4 ein sekundäres Fluid 5 in Gestalt eines ringförmigen Sprühstrahles 12 aus. Dabei kann der insgesamt ringförmige Sprühstrahl 12 durch eine Vielzahl von Einzelstrahlen gebildet sein, die auf einem Ring angeordnet sind, vgl. 3, 4 oder auch wie in 1 dargestellt ist, durch einen einzigen Ringspaltstrahl.
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Das ringförmige Düsengehäuse 3 umschließt eine Zentraldüse 6, die mittels eines Durchtrittskanals mit einem konvergenten Eintrittsbereich 7, einer Engstelle 8 und einem divergenten Austrittsteil 9 gebildet ist, die in Strömungsrichtung aufeinanderfolgen. Das sekundäre Fluid 5 wird über die Rohrleitung 10 einem ringförmigen Hohlraum 11 des ringförmigen Düsengehäuses 3 zugeführt. Das sekundäre Fluid 5 füllt diesen Hohlraum 11 in Betrieb der Düse aus und tritt dann am Ende 4 des Düsengehäuses 3 in Form des ringförmigen Sprühstrahles 12 aus. Durch die Treibstrahlwirkung des Sprühstrahles 12, der aus dem eingesprühten sekundären Fluid 5 besteht und aus dem ringförmigen Düsengehäuse 3 am Ende 4 austritt, wird primäres Fluid 1 über den Eintrittsbereich 7 der Zentraldüse 6 angesaugt und stromabwärts des Endes 4 des Düsengehäuses 3 dem Sprühstrahl 12 zugemischt. Die Zumischung erfolgt dabei in einem Zentralbereich 13 des Sprühstrahles 12, der sich ausgehend von der Mittellängsachse 16 bis zu dem ringförmigen Sprühstrahl 12 erstreckt. Ferner wird primäres Fluid 1, das an dem ringförmigen Düsengehäuse 3 außen vorbeiströmt, über den Außenumfang, also die Mantelfläche 14 des Sprühstrahles 12, in diesen eingemischt. Auf diese Weise lässt sich eine sehr intensive Einmischung des primären Fluids 1, insbesondere Rauchgas, in den Sprühstrahl 12 des sekundären Fluids 12, insbesondere Wasser, erzielen. Gemäß der Erfindung wird demnach ein ringförmiger Sprühstrahl 12 aus sekundärem Fluid erzeugt, der einen Kernstrahl aus primärem, gasförmigen Fluid umgibt.
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Gemäß 1 wird das primäre Fluid 1 nicht ausschliesslich über den Kegelmantel des Sprühstrahls 12 in das sekundäre Fluid 5 eingemischt. Vielmehr ist die Sprühdüse für das sekundäre Fluid 5 derart gestaltet, dass sie als ringförmige Treibstrahldüse auf das primäre Fluid 1 wirkt. Somit wird das primäre Fluid 1 zusätzlich über die Zentraldüse 6, die dem Einlauf eines Turbinenluftstrahltriebwerks ähnelt, angesaugt und dem Zentralbereich des Sprühstrahls 12 zugeführt. Auf diese Weise wird erreicht, dass auch nahe der Achse 16 des Sprühstrahls 12 gute Verdunstungsbedingungen für Tropfen existieren beziehungsweise vorteilhafte Randbedingungen für die Einmischung des sekundären Fluids 5 in das primäre Fluid 1 vorliegen. Bei einer derartigen Konfiguration ist es möglich, einen wesentlich größeren Massenstrom des sekundären Fluids mit einer einzigen Düse in das primäre Fluid 1 einzumischen, weil das eingesprühte sekundäre Fluid 5 nicht nur vom Kegelmantel her sondern auch von der Strahlachse 16 her in das primäre Fluid 1 eingemischt wird.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausgestaltung der erfindungemäßen Düse. Die Düse für das sekundäre Fluid ist hier als Zweistoffdüse ausgebildet, bei welcher eine Flüssigkeit als sekundäres Fluid mit einem gasförmigen Zerstäubungshilfsmedium zerstäubt und in das primäre Fluid, hier in abzukühlendes Rauchgas, zum Zweck der Verdunstungskühlung des primären Fluids 1 eingesprüht wird. Das heisse Primärgas 1 wird durch die Treibstahlpumpenwirkung der Zweistoffdüse axial angesaugt und schafft somit auch auf der Strahlachse 16 von Anfang an gute Randbedingungen für die Verdunstung der Tropfen. Diese Zweistoffdüse ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Fluid 5, die Kühlflüssigkeit, über einen schmalen Ringspalt austritt, der koaxial zur Hauptachse 16 der Sprühdüse verläuft. Ferner schließen sich an diesen Ringspalt für Flüssigkeit radial nach innen und nach außen weitere Ringspalte an, über welche das Zerstäubungshilfsmedium ausgeblasen wird. Die Ringspalte für die Kühlflüssigkeit und für das Zerstäubungshilfsmedium werden über eine Zuleitung von außerhalb mit den entsprechenden Fluiden versorgt.
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Anstelle einer einzigen großen Ringspaltdüse, wie in 2 dargestellt ist, die eine Zentraldüse für die Ansaugung des primären Fluids umschließt, können natürlich auch viele kleine Einzeldüsen derartig ringförmig angeordnet werden, dass sie gemeinsam einen ringförmigen Treibstrahleffekt auf das primäre Fluid 1 ausüben und diesen somit axial ansaugen, siehe die Ausführungsformen gemäß 3 und 4.
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Es ist davon auszugehen, dass der Einlauf der Zentraldüse 6 für die Ansaugung des primären Fluids 1 nicht durch Staubbeläge verlegt wird, da durch die Saugwirkung der Treibstrahldüsenkonfiguration hier höhere Strömungsgeschwindigkeiten induziert werden. Bei einer Beladung des Primärgases 1 mit abrasiv wirkenden Stäuben ist im Einlauf der Treibstrahldüse, der Zentraldüse 6, sogar eher mit Erosionsschäden zu rechnen, so dass eine entsprechende Materialwahl getroffen werden muss. Wenn in Sonderfällen dennoch Probleme mit Belagsbildung im Einlauf der Zentraldüse 6 auftreten sollten, kann eine kleine Reinigungsdüse der Zentraldüse 6 derart vorgeschaltet werden, dass sie den Einlauf von Staubbelägen freihält. Eine derartige Reinigungsdüse 22 ist schematisch ebenfalls in 2 gezeigt. Diese Reinigungsdüse 22 könnte beispielsweise an die Zuleitung des gasförmigen Zerstäubungshilfsmediums angeschlossen werden.
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Ein wesentlicher Vorteil einer derartigen Ringspaltdüse liegt darin, dass die Verteilung des sekundären Fluids 5 und des Zerstäubungshilfsmediums auf die Sprühdüse wesentlich einfacher gestaltet werden kann als bei einer Bündelkopfdüse (Clusterdüse), die aus einer Vielzahl von Einzeldüsen besteht.
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Dies gilt insbesondere für Notbedüsungen, die nur in seltenen Ausnahmefällen angefahren werden müssen. Diese Bündeldüsen können mit Fluiden mit sehr unterschiedlicher Temperatur beaufschlagt werden, zum Beispiel Wasser mit 20°C und Dampf mit 300°]C, welcher als Zerstäubungshilfsmedium dient. Die Verteilung des Wassers und des Dampfes auf die Einzeldüsen der Bündeldüsen ist hier mit einem hohen Aufwand verbunden sowie mit dem Risiko erheblicher Wärmespannungen.
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Bei der Düse gemäß 2 wird das sekundäre Fluid 5 mittels eines Zerstäubungshilfsmediums 15 in das primäre Fluid 1 eingesprüht. Das sekundäre Fluid 5 tritt aus einem zur Hauptachse 16 des Düsengehäuses 3 konzentrisch verlaufenden Ringspalt 17 am Ende 4 des Düsengehäuses 3 aus. Es entsteht ein ringförmiger Sprühstrahl 12 aus sekundärem Fluid. Dieser ringförmige Sprühstrahl 12 wird auf beiden Seiten von Ringstrahlen 15.1 und 15.2 tangiert, die aus Zerstäubungshilfsmedium bestehen und die zu einer schnellen Desintegration des Sprühstrahles 12 aus sekundärem Fluid führen. Diese Ringstrahlen 15.1 und 15.2 werden durch das aus den ebenfalls zur Hauptachse 16 konzentrischen Ringspalten 18.1 und 18.2 austretende Zerstäubungshilfsmedium 15 erzeugt. Die Wirkung des Sprühstrahles 12 aus sekundärem Fluid 5 sowie der Ringstahlen 15.1 und 15.2 aus Zerstäubungshilfsmedium 15 auf das primäre Fluid 1 ist weitgehend identisch wie bei der anhand von 1 beschriebenen Düse. Demnach wird auch hier primäres Fluid 1 über die Zentraldüse 6 angesaugt und von der Düsenachse 16 her in den Sprühstrahl 12 aus sekundärem Fluid 5 eingemischt. Die Zufuhr des sekundären Fluids 5 erfolgt über wenigstens eine Rohrleitung 10. Die Zufuhr des Zerstäubungshilfsmittels 15 erfolgt über wenigstens eine Rohrleitung 19. Das sekundäre Fluid 5 wird durch das Düsengehäuse 3, das einen zur Hauptachse symmetrischen Rotationshohlkörper 20 aufweist, dem Ringspalt 17 zugeführt. Das Zerstäubungshilfsmittel 15 wird ebenfalls über das Düsengehäuse 3, das einen weiteren zur Hauptachse 16 symmetrischen Rotationshohlkörper 21 aufweist, den Ringspalten 18.1 und 18.2 zugeführt.
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Das Düsengehäuse 3 bildet den torusförmigen Rotationshohlkörper 21 aus, der über die Zuleitung 19 mit Zerstäubungshilfsmedium 15 versorgt wird. Innerhalb des Rotationshohlkörpers 21 ist der weitere, ebenfalls torusförmige Rotationshohlkörper 20 angeordnet, der kleiner ist als der Rotationshohlkörper 21 und der über die Zuleitung 10 mit dem sekundären Fluid 5 versorgt wird. Der Rotationshohlkörper 20 weist ein im Querschnitt der 2 gesehen etwa halbkreisförmiges stromaufwärts liegendes Ende auf und verjüngt sich in Strömungsrichtung gesehen bis zu dem Ringspalt 17. Die den Ringspalt 17 begrenzenden Wandabschnitte des Rotationshohlkörpers 20 sind in einem Winkel zur Hauptachse 16 angeordnet, so dass jede der Aussenwände des Ringspalts 17 einen sich in Strömungsrichtung gesehen erweiternden Kegelstumpf ausbildet. Die den Ringspalt begrenzenden Wandabschnitte des Rotationshohlkörpers 20 sind nicht parallel sondern in Strömungsrichtung gesehen geringfügig aufeinander zulaufend angeordnet. Der Rotationshohlkörper 20 bildet im Querschnitt der 2 gesehen dadurch eine stromlinienkörperartige Form aus.
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Der Rotationshohlkörper 20 ist in dem größeren Rotationshohlkörper 21 angeordnet, der im Querschnitt der 2 gesehen ebenfalls eine stromlinienkörperartige Form ausbildet. Am stromaufwärts gelegenen Ende ist der Rotationshohlkörper 21 etwa kreisabschnittsförmig ausgebildet. Dieser Abschnitt bildet mit seiner Innenseite den Einlauf der Zentraldüse 6. Anschließend an den Einlauf 7 weist der Rotationshohlkörper 21 konzentrisch zur Hauptachse 16 angeordnete Wände auf, die dadurch die Engstelle 8 des Durchtrittskanals der Zentraldüse 6 bilden. Anschließend an diese konzentrisch zur Hauptachse 16 angeordneten Wände verjüngt sich der Rotationshohlkörper 21 nach Art eines Stromlinienkörpers. Die Innenwand des Rotationshohlkörpers 21, die der Hauptachse 16 zugewandt ist, bildet dadurch den Austrittsteil 9 des Durchtrittskanals der Zentraldüse 6.
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Im Bereich seines stromabwärts gelegenen Endes bildet der Rotationshohlkörper 21 die beiden Ringspalte 18.1 und 18.2 aus. Hierzu sind die Außenwände des Rotationshohlkörpers 21 im Bereich des Ringspaltes 17 des Rotationshohlkörpers 20 im Wesentlichen parallel zu den Außenwänden des Rotationshohlkörpers 20 geführt. In Richtung auf die Hauptachse 16 gesehen entsteht dadurch zwischen dem Rotationshohlkörper 20 und der Innenwand des Rotationshohlkörpers 21 der Ringspalt 18.1. Von der Hauptachse 16 aus nach außen gesehen ist zwischen der Außenwand des Rotationshohlkörpers 20 und der Außenwand des Rotationshohlkörpers 21 der Ringspalt 18.2 gebildet. Die Ringspalte 18.1 und 18.2 sind, wie 2 zu entnehmen ist, annähernd gleich breit. Der Ringspalt 17 ist bei der dargestellten Ausführungsform ebenfalls gleich breit wie die Ringspalte 18.1 und 18.2. Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, die Spaltbreiten unterschiedlich zu gestalten. Die Ringspalte 17 sowie 18.1 und 18.2 sind so angeordnet, dass sie jeweils einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Kegelstumpf bilden. Die ausgegebenen, ringförmigen Sprühstrahlen 12 beziehungsweise 15.1 und 15.2 erweitern sich in Strömungsrichtung gesehen daher ebenfalls kegelstumpfartig.
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Die Darstellungen der 1 und 2 sind schematisch und es wird speziell darauf hingewiesen, dass in 1 das Düsengehäuse 3 im Vergleich zum Durchmesser des Rauchgaskanals 2 beziehungsweise eines von Rauchgas durchsetzten Behälters viel zu groß dargestellt ist, da eine maßstäbliche Zeichnung nicht aussagekräftig gewesen wäre. Tatsächlich wird der Durchmesser D des Düsengehäuses 3, wie in 2 eingezeichnet, in der Größenordnung von 30 mm bis 150 mm liegen, während die Durchmesser der Rauchgaskanäle 2 beziehungsweise Behälter in der Größenordnung von ca. 2000 mm bis ca. 15.000 mm rangieren. Die Größenordnung des mit einer derartigen erfindungsgemäßen Düse in kleine Tropfen zu zerstäubenden Wasserstroms liegt für einen Ringdurchmesser von 100 mm bei 100 l/min, sofern der Vordruck des Zerstäubungshilfsmediums Luft bei ca. 6 bar liegt. Die Breite des Ringspalts 17 für das sekundäre Fluid 5, siehe 2, sowie die Breite der Ringspalte 18.1 und 18.2 für das Zerstäubungshilfsmedium 15 liegt in der Größenordnung von 0,1 mm bis 1,5 mm.
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Wenn Dampf als Zerstäubungshilfsmedium 15 eingesetzt wird, kann es vorteilhaft sein, die wasserführenden Komponenten, also die Komponenten die das sekundäre Fluid 5 führen, gegen die dampfführenden Komponenten thermisch zu isolieren.
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Durch die Erfindung wird somit ein Sprühsystem bestehend aus wenigstens einer Düse zum Einsprühen eines flüssigen oder gasförmigen sekundären Fluids in ein primäres Fluid oder zum Dispergieren feinpartikulärer Feststoffe in besagtem primären Fluid geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Sprühsystem in Gestalt einer Treibstrahlpumpe ausgeführt ist, welche primäres Fluid ansaugt und dem Zentralbereich des Sprühstrahls zuführt. Das Sprühsystem kann dabei aus vielen Einzeldüsen aufgebaut sein, die eine Zentraldüse ringförmig umschließen, über welche primäres Fluid angesaugt wird. Alternativ kann das Sprühsystem aus einer einzigen Ringspaltdüse bestehen, über welche das sekundäre Fluid mit oder ohne Zerstäubungshilfsmittel eingesprüht wird und diese Ringspaltdüse umschließt eine Zentraldüse ringförmig, über welche primäres Fluid angesaugt wird. In der Zentraldüse kann ein Drallerzeuger angeordnet sein.
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Die Erfindung betrifft somit Vorrichtungen und Verfahren zum Versprühen von Fluiden und zum Dispergieren von Feststoffen in Kanälen oder Behältern, die von einem Primärgas durchströmt sind. Erfindungsgemäß wird wenigstens eine Düse zum Versprühen eines Fluids beziehungsweise zum Dispergieren feinpartikulärer Feststoffe in besagten Kanälen oder Behältern eingesetzt. Erfindungsgemäß wird eine Mehrstoffdüse mit Primärgaskernstrahl bereitgestellt. Verwendung findet die Erfindung beispielsweise in Rauchgaskanälen oder in Rauchgasreinigungsanlagen in Kraftwerken oder in der Zementindustrie.
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Die Darstellung der 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Sprühsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Ein ringförmiges Düsengehäuse 30 ist torusförmig ausgebildet und weist eine Form auf, die ähnlich zu dem Düsengehäuse 3 der 1 ist. Das Düsengehäuse 30 bildet einen Rotationshohlkörper aus, dem über eine Zuleitung 32 sekundäres Fluid zugeführt wird. Die Zuleitung 32 dient auch zur Befestigung des Düsengehäuses 30 an der Wandung eines Rauchgaskanals, vgl. 2. Das ringförmige Düsengehäuse 30 umschließt einen Durchtrittskanal einer Zentraldüse 6 für primäres Fluid. Der Durchtrittskanal der Zentraldüse 6 weist in Strömungsrichtung gesehen einen konvergenten Einlauf, eine Engstelle und einen divergenten Auslaufbereich auf und ist ähnlich dem Durchtrittskanal der Zentraldüse 6 in den 1 und 2 ausgebildet. Das Düsengehäuse 30 ist in der Darstellung der 3 entgegen der Strömungsrichtung dargestellt. Eine Austrittsöffnung für das sekundäre Fluid ist durch zwölf jeweils kreisförmige Austrittsöffnungen 34 gebildet, die ringförmig das Ende des Durchtrittskanals der Zentraldüse umgebend angeordnet sind. Mittels der Austrittsöffnungen 34 wird insgesamt ein im Wesentlichen ringförmiger Sprühstrahl aus sekundärem Fluid erzeugt, der, wie anhand der Ausführungsformen der 1 und 2 erläutert wurde, eine Treibstrahlwirkung auf das primäre Fluid innerhalb des Durchtrittskanals der Zentraldüse 6 ausübt. Die Wirkungsweise des in 3 schematisch dargestellten Sprühsystems ist dadurch gleich wie die Wirkungsweise der anhand der 1 und 2 beschriebenen erfindungsgemäßen Sprühsysteme.
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Die Darstellung der 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Sprühsystem mit einem ringförmigen Düsengehäuse 40, das eine torusförmige Form aufweist, wie sie bereits anhand der 1 und 2 und dem Düsengehäuse 3 beschrieben wurde. Das Düsengehäuse 40 ist über ein Rohr 42 mit einer Innenwand eines Rauchgaskanals verbunden, siehe 1. In dem Rohr 42 sind nicht dargestellte Zuleitungen für sekundäres Fluid sowie für gasförmiges Zerstäubungshilfsmedium angeordnet, beispielsweise Wasser beziehungsweise Druckluft oder Dampf. An einem stromabwärts gelegenen Ende des Düsengehäuses 40 sind wie bei dem Sprühsystem der 3 ringförmig insgesamt zwölf Austrittsöffnungen 34 für sekundäres Fluid angeordnet. Jede der Austrittsöffnungen 34 für sekundäres Fluid ist von einem Ringspalt 44 für das gasförmige Zerstäubungshilfsmedium umgeben. Die Austrittsöffnungen 34 und die jeweils umgebenden Ringspalten 44 bilden insgesamt einen ringförmigen Sprühstrahl aus sekundärem Fluid und Zerstäubungshilfsmedium aus. Dieser ringförmige Sprühstrahl übt wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 3 eine Saugwirkung auf das primäre Fluid mit am Einlauf des Durchtrittskanals der Zentraldüse 6 aus. Die Wirkungsweise der des in 4 dargestellten Sprühsystems ist daher gleich wie bereits anhand der Sprühsysteme der 1 bis 3 beschrieben wurde.
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In nicht dargestellter Weise kann jede der Austrittsöffnungen 34 für sekundäres Fluid selbst als Ringspaltöffnung ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2634494 A [0007]
- DE 2134100 C2 [0008]
- DE 1957344 A [0009]
- US 2009/0031923 A1 [0010]
- US 5091118 [0011]
