DE4344820A1 - Vermischung von Gasen - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Vermischung von Gasen unterschiedlicher Mengen und unter­ schiedlicher Zusammensetzung und/oder unterschiedlicher Tempe­ ratur insbesondere in Rauchgaskanälen, wobei die Austritts­ stellen der Zumischungseinrichtungen für die kleinere Gasmenge nicht oder nur geringfügig in den Gasstrom der größeren Gas­ menge hereinragen.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der DE-A 41 34 830, welche eine Vorrichtung zum Vermischen eines heißen Rauchgas­ stromes mit einem tropfenbeladenen kälteren Rauchgasstrom mit­ tels einer Zumischeinrichtung zum Zweck der Tropfenverdunstung beschreibt. Dabei wird gefordert, daß die Zumischeinrichtung im Austrittsteil einer Heißgasleitung in den Rauchgasstrom so angeordnet ist, daß die Zumischeinrichtung und ihre Teile nicht in den tropfenbeladenen Rauchgasstrom hineinragen. Die Aufgabe des dort beschriebenen Verfahrens besteht darin, eine heiße Rauchgaszumischung zu konzipieren, die den Energiebedarf reduziert und insbesondere eine Tropfenagglomeration sowie die Bildung fester Rückstandbelege verhindert. Bei der dort be­ schriebenen Vorrichtung ist insbesondere auch darauf zu ach­ ten, daß es an keiner Stelle der Vorrichtung zu einer Tropfen­ agglomeration kommt, da größere Tropfen nicht mehr vollständig verdunsten können und dadurch auf die Bleche der Regenera­ tionswärmetauscher gelangen können.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, gene­ rell Gase unterschiedlicher Mengen und unterschiedlicher Zu­ sammensetzung und/oder unterschiedlicher Temperaturen insbe­ sondere in Rauchgaskanälen zuverlässig, einfach und homogen zu vermischen, wobei das Verfahren durchaus auch zur Anwendung kommen soll, wenn die größere Gasmenge tropfenbeladen ist und durch Zumischung einer kleineren, heißeren Gasmenge, die nicht tropfenbeladen ist, eine Tropfenverdunstung erfolgen soll, ohne daß es dabei zu einer Tropfenagglomeration kommt.

Die Vermischung von Gasen unterschiedlicher Mengen und unter­ schiedlicher Zusammensetzung und/oder unterschiedlicher Tempe­ ratur erfolgt bei unproblematischen Gasen durch statische Mischer, Deltaflügel oder sonstige Mischeinrichtungen, die eine turbulente Vermischung der beiden Gasmengen miteinander gewährleisten.

Derartige Einbauten sind aber insbesondere in Rauchgaskanälen ungeeignet, da sie zu Ablagerungen, Anbackungen, Agglomeration usw. führen, die dann auch zu Betriebsstörungen führen. Die Aufgabe besteht somit weiterhin darin, Gase unterschiedlicher Mengen und unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder unter­ schiedlicher Temperaturen insbesondere in Rauchgasen so zu vermischen, daß keine Einbauten oder nachgeschaltete Mischvor­ richtungen nötig sind.

Es wurde jetzt gefunden, daß diese Aufgaben überraschend ein­ fach gelöst werden können, indem die Strömungsrichtungen der kleineren Gasmengen etwas gegen die Strömungsrichtung der größeren Gasmenge ausgerichtet sind und dabei einen stumpfen Winkel zwischen 95 und 135° bilden. Hierdurch wird bewirkt, daß sich die Gasmengen annähernd in einer Querschnittsebene turbulent vermischen. Um eine möglichst homogene Vermischung auf der gesamten Querschnittsebene zu erreichen, werden min­ destens drei Zumischeinrichtungen für die kleinere Gasmenge benutzt, die sich annähernd auf dem äußeren Rand der größeren Gasmenge auf einer Querschnittsebene befinden und dabei etwa gleiche Abstände aufweisen. In quadratischen Rauchgaskanälen werden vorzugsweise vier Einströmvorrichtungen vorgesehen. Selbstverständlich ist es möglich, auch wesentlich mehr Zu­ mischeinrichtungen auf einer Querschnittsebene anzubringen.

Gewünschtenfalls können auch zwei Reihen von Zumischeinrich­ tungen zum Einsatz kommen, die auf zwei verschiedenen Quer­ schnittsebenen liegen. Ein derartiger Aufwand ist aber im allgemeinen nicht nötig.

Vorteilhaft kann es hingegen sein, die Zumischeinrichtungen so auszugestalten, daß die kleineren Gasmengen fächerförmig auf­ geteilt sind. Die fächerförmige Aufteilung erfolgt vorzugs­ weise durch mehrere Rohre und Düsen, die wie gespreizte Finger angeordnet sind. Hierdurch wird bewirkt, daß die Teile der Querschnittsebene, die den Segment zwischen zwei Zumischein­ richtungen liegen ebenfalls turbulent durchmischt werden.

Dadurch, daß die Strömungsrichtungen der kleineren Gasmengen etwas gegen die Strömungsrichtung der größeren Gasmenge aus­ gerichtet sind, verhindern sie auch den unmittelbaren Zutritt von Tröpfchen der größeren Gasmenge, so daß es auch dann nicht zu Agglomeration kommt, wenn die Zumischeinrichtungen gering­ fügig in den Gasstrom der größeren Gasmenge hereinragen.

Insbesondere, wenn es darauf ankommt, die beiden Gasmengen rasch homogen zu vermischen, ist dafür zu sorgen, daß die Einströmwinkel und die Einströmgeschwindigkeiten der kleine­ ren Gasmenge so auf die Mengen und Geschwindigkeit der größe­ ren Gasmenge abgestimmt sind, daß die eindringenden Gasströme mindestens bis zur Mitte des Gasstroms der größeren Gasmenge gelangen. Anderenfalls bildet sich in der Mitte des Gasstroms der größeren Gasmenge eine Strähne der größeren Gasmenge, die unvermischt bleibt.

Der stumpfe Winkel zwischen den Strömungsrichtungen der klei­ neren Gasmengen und der Strömungsrichtung der größeren Gas­ menge beträgt mindestens 95°, vorzugsweise jedoch 100 bis 120° und nur in extremen Fällen 135°. Je größer der Winkel zwischen den beiden Strömungsrichtungen ist, desto mehr Energie ist nötig, um die kleinere Gasmenge tief in den Gasstrom der grö­ ßeren Gasmenge einzublasen. Dies macht sich auch durch einen größeren Druckabfall im Gasstrom der größeren Gasmenge bemerk­ bar. Zur Optimierung der turbulenten Vermischung der beiden Gasströme auf annähernd einer Ebene kann es sinnvoll sein, die Richtung der Zumischeinrichtungen verstellbar auszugestalten. Einfacher und technisch weniger aufwendig ist hingegen eine einstellbare Einströmgeschwindigkeit der kleineren Gasmengen bei einem konstanten Winkel zwischen den Gasströmen, der vor­ gegeben ist. Bei der Optimierung der Vermischung der Gasströme ist weiterhin von Bedeutung das Mengenverhältnis der beiden Gasströme. Besonders einfach ist die Vermischung, wenn die kleineren Gasmengen nur geringfügig kleiner sind als die größere Gasmenge. Die Einmischung von sehr geringen Gasmengen in eine größere Gasmenge ist zwar schwieriger, führt aber auch bei größeren Winkeln und hohen Einströmgeschwindigkeiten nur zu einem relativ geringen Energieverbrauch und einem relativ geringen Druckabfall im Gasstrom der größeren Menge.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl in aufsteigenden als auch in absteigenden Gasströmen der größeren Gasmenge zur Anwendung kommen. Ebenso kann es in waagerechten Gasströmen zum Einsatz kommen, da die Schwerkraft keinen Einfluß auf die Vermischungsvorgänge der beiden Gasströme bewirkt. Sofern die größere Gasmenge mit kleinen Tropfen beladen ist, ist es vor­ teilhaft den Gasstrom aufsteigen zu lassen, da dann etwa doch noch auftretende Agglomerate durch die Schwerkraft länger im Gasstrom verbleiben und leichter vollständig verdampfen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Vermischung von Gasen unterschiedlicher Mengen und unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder unterschiedlicher Temperatur insbesondere in Rauchgaska­ nälen, wobei die Austrittsstellen der Zumischungseinrich­ tungen für die kleinere Gasmenge nicht oder nur geringfü­ gig in den Gasstrom der größeren Gasmenge hereinragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtungen der kleineren Gasmengen etwas gegen die Strömungsrichtungen der größeren Gasmenge ausgerichtet sind und dabei einen stumpfen Winkel zwischen 95 und 135° bilden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Zumischungseinrichtungen für die kleinere Gasmenge vorhanden sind und diese sich annähernd auf dem äußeren Rand der größeren Gasmenge auf einer Quer­ schnittsebene befinden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einströmwinkel und die Einströmgeschwindig­ keiten der kleineren Gasmengen so auf die Menge und Ge­ schwindigkeit der größeren Gasmenge abgestimmt sind, daß die eindringenden Gasströme mindestens bis zur Mitte des Gasstroms der größeren Gasmenge gelangen.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kleineren Gasmengen innerhalb der Querschnittsebene fächerförmig aufgeteilt sind.