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EP0424895A2 - Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums bei Verbrennungsprozessen - Google Patents

Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums bei Verbrennungsprozessen Download PDF

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Publication number
EP0424895A2
EP0424895A2 EP90120347A EP90120347A EP0424895A2 EP 0424895 A2 EP0424895 A2 EP 0424895A2 EP 90120347 A EP90120347 A EP 90120347A EP 90120347 A EP90120347 A EP 90120347A EP 0424895 A2 EP0424895 A2 EP 0424895A2
Authority
EP
European Patent Office
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treatment medium
nozzle
mixing chamber
medium
liquid treatment
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EP90120347A
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English (en)
French (fr)
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EP0424895B1 (de
EP0424895A3 (en
Inventor
Johannes Josef Edmund Martin
Thomas Nikolaus
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Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
Original Assignee
Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
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Publication date
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Publication of EP0424895A3 publication Critical patent/EP0424895A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J7/00—Arrangement of devices for supplying chemicals to fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/003—Arrangements of devices for treating smoke or fumes for supplying chemicals to fumes, e.g. using injection devices

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing and metering a liquid treatment medium into the exhaust gas stream in combustion processes.
  • the invention also relates to an atomizing nozzle, in particular for carrying out the method.
  • a treatment medium for example chemicals to reduce the NO x content in exhaust gases
  • a carrier medium for example chemicals to reduce the NO x content in exhaust gases
  • the two-component nozzle has the disadvantage that steam or compressed air is supplied as the atomizing medium or carrier medium, as a result of which undesirable dilution of the flue gases by air or steam occurs, which reduces the efficiency of the steam generation or possibly the exhaust gas cleaning system because a large amount is used for the atomization this medium is needed.
  • the atomization in a two-component nozzle takes place through the kinetic energy of the atomizing medium, which causes the high volume throughput of this medium.
  • these atomizing media are expensive because they always have high amounts of energy and, in the case of the use of steam, processed steam need boiler feed water.
  • the routing of these media down to the individual nozzles is complex, since either heat-insulated pipes in the case of steam or relatively large cross sections have to be used to reduce the pressure loss in the system.
  • the expansion of the media at the nozzle outlet or the media flow in the lines generate a relatively high noise level, which often even makes sound insulation necessary.
  • the atomized liquid is first brought into a distribution chamber, from which several pipes are placed at an angle to the direction of flow of the gas stream, so that the exhaust gas flow to be treated can flow around the outlet openings of these distribution pipes to prevent the atomized liquid from caking at the outlet end of the To avoid pipes.
  • a simple two-substance nozzle in which the atomized liquid emerges in the direction of flow of the gas stream to be treated, the atomized liquid can adhere to the outlet opening of the two-substance nozzle due to turbulence.
  • this known two-component nozzle also has the disadvantage that the metering of the liquid to be atomized is difficult because the tube of the two-component nozzle for conveying the liquid to be atomized has a certain delivery capacity and not this amount can be throttled too much, otherwise the liquid will not atomize evenly.
  • the object of the invention is to provide a method and an atomizing nozzle for introducing and metering a liquid treatment medium into the exhaust gas stream in combustion processes, with the aid of which simple and safe metering of the treatment medium to be atomized is ensured with little construction effort and with low energy consumption.
  • the liquid treatment medium and a liquid carrier medium in any proportion to one another are introduced under pressure into a mixing chamber, mixed there and atomized from a common atomizing opening solely due to the pressure difference between the mixing chamber and the external environment of the atomizing opening.
  • the quantitative ratio of treatment medium to carrier medium can be varied as desired in the range from 0 to 100% because the mixing chamber is always filled with a liquid medium and the necessary atomization pressure can always be maintained, regardless of whether no treatment medium at all or only treatment medium is present. This enables a stepless regulation of the ratio of treatment medium to atomization medium.
  • the amount of the treatment medium to be atomized can be adjusted simply and quickly by changing the mixing ratio of treatment medium and carrier medium by regulating the quantity of the treatment medium or carrier medium supplied under pressure. For example, it is possible to atomize only pure treatment medium and switch off the carrier medium and vice versa. If only the carrier medium is atomized from the nozzle, this serves to cool the nozzle if the carrier medium is, for example, water.
  • the amounts of energy to be used are very low because the media can be brought to the atomization pressure required in each case with simple pumps.
  • the atomizing nozzle for introducing a liquid treatment medium into the exhaust gas stream in combustion processes which is used in particular for carrying out the method, is characterized in that the atomizing nozzle is designed as a single-substance nozzle which has both a pressure supply line for the liquid treatment medium and a pressure supply line for a liquid Carrier medium and a mixing chamber, which is directly connected to a single atomization opening.
  • the atomization takes place exclusively on the basis of the pressure difference between the mixing chamber and Environment of the nozzle, this pressure difference can be set so high that backflows of the atomized treatment medium and the associated caking on the nozzle can not occur, so that the injection direction can be adjusted to the flow direction of the exhaust gas stream to be treated.
  • the structure of the atomization nozzle is extremely simple, since it has only a single atomization opening which directly adjoins the mixing chamber into which the two pressure supply lines open.
  • the mixing chamber has a volume which is sufficient for atomization of a few seconds, a maximum of 30 seconds, then it is ensured that a control process which requires rapid changes in the mixing ratio or a rapid shutdown of the nozzle is easily carried out can be because there is only a small amount with a set mixing ratio in the mixing chamber.
  • the atomizing nozzle has a nozzle body 1 which on the one hand comprises pressure supply lines 2 and 3 and on the other hand a mixing chamber 4.
  • the pressure supply lines 2 and 3 open into the mixing chamber 4 and are connected at their other ends on the one hand to a supply line 5 for the treatment medium and on the other hand to a supply line 6 for the carrier medium.
  • a nozzle head 8 which can be screwed onto the nozzle body 1 and has a single atomization bore 9 from which the mixture of carrier medium and treatment medium emerges and is atomized finely due to the prevailing pressure difference inside and outside the atomization nozzle becomes.
  • the mixing chamber 4 has only a small volume, so that when the mixing ratio of treatment medium and carrier medium changes, only a small amount of already mixed substances occurs, ie the change can be implemented very quickly if the mixing chamber 4 has a small volume.

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Abstract

Die Zerstäubungsdüse für ein Behandlungsmedium, das in den Feuerraum einer Feuerungsanlage einzubringen ist, ist als Einstoffdüse ausgebildet und weist einen Düsenkörper (1) auf, der einerseits Druckzuführungsleitungen (2) und (3) und andererseits eine Mischkammer (4) umfaßt. Die Druckzuführungsleitungen (2) und (3) münden in die Mischkammer (4) und sind an ihren anderen Enden einerseits mit der Zuführungsleitung (5) für das Behandlungsmedium und andererseites mit der Zuführungsleitung (6) für das Trägermedium verbunden. Unmittelbar im Anschluß an die Mischkammer (4) in der das Trägermedium und das Behandlungsmedium miteinander vermischt werden, schließt sich ein auf den Düsenkörper (1) aufschraubbarer Düsenkopf (8) an, der eine einzige Zerstäubungöffnung (9) aufweist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozessen. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Zerstäubungsdüse, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
  • Für das Einbringen eines Behandlungsmediums, beispielsweise Chemikalien zur Reduzierung des NOx-Gehaltes in Abgasen, ist es bekannt, die Chemikalie mittels eines Trägermediums in einer Zweistoffdüse zu zerstäuben und so in den Verbren­nungsraum einzuführen. Die Zweistoffdüse weist jedoch den Nachteil auf, daß Dampf oder Druckluft als Zer­stäubungsmedium bzw. Trägermedium zugeführt werden, wodurch eine unerwünschte Verdünnung der Rauchgase durch Luft oder Dampf eintritt, was den Wirkungsgrad der Dämpferzeugung oder eventuell der Abgasreinigungsanlage schmälert, weil für die Zerstäubung eine große Menge dieses Mediums benötigt wird. Die Zerstäubung in einer Zweistoffdüse erfolgt durch kinetische Energie des Zerstäubungsmediums, was den hohen Mengendurchsatz dieses Mediums bedingt. Außerdem sind diese Zerstäubungsmedien teuer, da sie immer hohe Energiemengen und im Fall der Anwendung von Dampf, aufbereitetes Dampf­ kesselspeisewasser benötigen. Die Leitungsführung dieser Medien bis hin zu den einzelnen Düsen gestaltet sich aufwendig, da entweder wärmeisolierte Rohre im Falle von Dampf oder relativ große Querschnitte zur Minderung des Druckverlustes im System verwendet werden müssen. Die Expansion der Medien am Düsenaustritt bzw. die Medienströ­mung in den Leitungen erzeugen einen relativ hohen Geräusch­pegel, der häufig sogar Schallisolationen notwendig macht.
  • Aus der DE-OS 35 41 599 ist ein Verfahren und eine Zerstäubungsdüse zum Beimischen einer zerstäubten Flüssig­keit in einen Gasstrom bekannt, bei dem die zerstäubte Flüssigkeit zusammen mit dem Zerstäubungsgas in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, wobei jeder Teilstrom eine Komponente in derselben Richtung wie diejenige des Gas­stromes hat, in den die zerstäubte Flüssigkeit eingeführt werden soll. Bei diesem Verfahren wird mittels einer Zweistoffdüse, die zwei konzentrische Rohre aufweist, im Innenrohr die zu zerstäubende Flüssigkeit und im Außenrohr das Zerstäubungsgas geführt, welches an der Mündung des Innenrohres die Flüssigkeit zerstäubt. Dabei wird die zerstäubte Flüssigkeit zunächst in eine Verteilerkammer gebracht, von der aus mehrere Rohre schräg zur Strömungs­richtung des Gasstromes angestellt sind, damit die Aus­trittsöffnungen dieser Verteilerrohre von dem zu behandeln­den Abgasstrom an allen Seiten umströmt werden können, um ein Anbacken der zerstäubten Flüssigkeit am Austrittsende der Rohre zu vermeiden. Bei einer einfachen Zweistoffdüse, bei der die zerstäubte Flüssigkeit in Strömungsrichtung des zu behandelnden Gasstromes austritt, kann sich die zerstäub­te Flüssigkeit aufgrund von Turbulenzen an der Austritts­öffnung der Zweistoffdüse an dieser festsetzen. Neben den bereits in bezug auf eine Zweistoffdüse weiter oben erläuterten Nachteilen, hat diese bekannte Zweistoffdüse auch noch den Nachteil, daß die Dosierung der zu zerstäuben­den Flüssigkeit Schwierigkeiten bereitet, weil das Rohr der Zweistoffdüse für die Förderung die zu zerstäubenden Flüssigkeit eine bestimmte Förderkapazität aufweist und diese Menge nicht zu stark gedrosselt werden kann, weil sonst keine gleichmäßige Zerstäubung der Flüssigkeit ein­tritt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Zerstäubungsdüse zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozes­sen bereitzustellen, mit deren Hilfe bei geringem baulichen Aufwand und bei geringem Energieeinsatz eine einfache und sichere Dosierung des zu zerstäubenden Behandlungsmediums gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das flüssige Behandlungsmedium und ein flüssiges Trägermedium in beliebigem Mengenverhältnis zueinander unter Druck in eine Mischkammer eingeführt, dort vermischt und aus einer gemeinsamen Zerstäubungsöffnung ausschließlich aufgrund der Druckdifferenz zwischen Mischkammer und äußeren Umgebung der Zerstäubungsöffnung zerstäubt werden. Bei diesem Verfahren, bei dem die beiden Medien unter Druck, vorzugsweise unter gleichem Druck eingeführt und dort vermischt werden, kann das Mengenverhältnis von Behandlungsmedium zu Trägermedium im Bereich von 0 bis 100 % beliebig variiert werden, weil die Mischkammer stets mit einem flüssigen Medium gefüllt ist und der notwendige Zerstäubungsdruck stets gleichbleibend aufrecht erhalten werden kann, und zwar unabhängig davon, ob überhaupt kein Behandlungsmedium oder ausschließlich nur Behandlungsmedium vorliegt. Hierdurch ist eine stufenlose Regelung des Verhältnisses von Behandlungsmedium zu Zerstäu­bungsmedium möglich. Die Menge des zu zerstäubenden Behand­lungsmediums läßt sich durch die Veränderung des Mischungs­verhältnisses von Behandlungsmedium und Trägermedium einfach und schnell durch eine jeweile Mengenregelung des unter Druck zugeführten Behandlungsmediums bzw. Trägermediums einstellen. So ist es beispielsweise möglich, nur reines Behandlungsmedium zu zerstäuben und das Trägermedium abzu­schalten und umgekehrt. Wird nur Trägermedium aus der Düse zerstäubt, so dient dieses zur Kühlung der Düse, wenn es sich beim Trägermedium beispielsweise um Wasser handelt.
  • Die einzusetzenden Energiemengen sind sehr gering, weil mit einfachen Pumpen die Medien auf den jeweils notwendigen Zerstäubungsdruck gebracht werden können. Außerdem entstehen keine nennenswerte Geräusche durch die Strömung der Medien in den Leitungen, die weder wärmeisoliert noch Schalliso­liert werden müssen, so daß der bauliche Aufwand für die Gesamtvorrichtung gering ist.
  • Die Zerstäubungsdüse für das Einbringen eines flüssigen Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozes­sen, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsdüse als Einstoffdüse ausgebildet ist, die sowohl eine Druckzuführungsleitung für das flüssige Behand­lungsmedium als auch eine Durckzuführungsleitung für ein flüssiges Trägermedium sowie eine Mischkammer aufweist, an die sich unmittelbar eine einzige Zerstäubungsöffnung anschließt. Die Zerstäubung erfolgt also ausschließlich aufgrund des Druckunterschiedes zwischen Mischkammer und Umgebung der Düse, wobei diese Druckdifferenz so hoch eingestellt werden kann, daß Rückströmungen des zerstäubten Behandlungsmediums und die damit verbundenen Anbackungen an der Düse nicht auftreten können, wodurch die Eindüsrichtung beliebig zur Strömungsrichtung des zu behandelnden Abgas­stromes eingestellt werden kann. Außerdem ist die Zerstäu­bungsdüse in ihrem Aufbau äußerst einfach, da sie nur eine einzige Zerstäubungsöffnung aufweist, die sich unmittelbar an die Mischkammer anschließt, in welche die beiden Druckzuführungsleitungen einmünden.
  • Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Mischkammer ein Volumen auf weist, das für eine Zerstäubung von wenigen Sekunden, maximal 30 Sekunden ausreicht, dann ist sicherge­stellt, daß ein Regelvorgang, der schnelle Änderungen des Mischungsverhältnisses oder ein rasches Abschalten der Düse erfordert, ohne weiteres durchgeführt werden kann, weil nur eine geringe Menge mit einem jeweils eingestellten Mi­schungsverhältnis in der Mischkammer vorhanden ist.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer Zerstäu­bungsdüse im Längsschnitt zeigt.
  • Die Zerstäubungsdüse gemäß der einzigen Figur weist einen Düsenkörper 1 auf, der einerseits Druckzuführungsleitungen 2 und 3 und andererseits eine Mischkammer 4 umfaßt. Die Druckzuführungsleitungen 2 und 3 münden in die Mischkammer 4 und sind an ihren anderen Enden einerseits mit einer Zuführungsleitung 5 für das Behandlungsmedium und anderer­seits mit einer Zuführungsleitung 6 für das Trägermedium verbunden. Unmittelbar im Anschluß an die Mischkammer 4, in der das Trägermedium und das Behandlungsmedium miteinander vermischt werden, schließt sich ein auf den Düsenkörper 1 aufschraubbarer Düsenkopf 8 an, der eine einzige Zerstäu­bungsbohrung 9 aufweist, aus der das Gemisch aus Trägerme­dium und Behandlungsmedium austritt und aufgrund des herrschenden Druckunterschiedes innerhalb und außerhalb der Zerstäubungsdüse fein zerstäubt wird. Die Mischkammer 4 weist nur ein geringes Volumen auf, so daß bei einer Änderung des Mischungsverhältnisses von Behandlungsmedium und Trägermedium ein nur geringer Nachlauf an bereits gemischten Substanzen eintritt, d. h. die Änderung kann sehr schnell umgesetzt werden, wenn die Mischkammer 4 ein geringes Volumen aufweist.

Claims (3)

1. Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungs­prozessen, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Be­handlungsmedium und ein flüssiges Trägermedium in belie­bigen Mengenverhältnis zueinander unter Druck in eine Mischkammer eingeführt, dort gemischt und aus einer gemeinsamen Zerstäubungsöffnung ausschließlich aufgrund der Druckdifferenzen zwischen Mischkammer und äußeren Umgebung der Zerstäubungsöffnung zerstäubt werden.
2. Zerstäubungsdüse für Feuerungsanlagen für das Einbringen eines flüssigen Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozessen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsdüse als Einstoffdüse (1) ausgebildet ist, die sowohl eine Druckzuführungsleitung (2) für das flüssige Behandlungsmedium als auch eine Druck­zuführungsleitung (3) für ein flüssiges Trägermedium sowie eine Mischkammer (4) aufweist, an die sich unmittelbar eine einzige Zerstäubungsöffnung (9) an­schließt.
3. Zerstäubungsdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (4) ein Volumen aufweist, das für eine Zerstäubung von wenigen Sekunden, maximal 30 Sekun­den ausreicht.
EP90120347A 1989-10-24 1990-10-23 Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums bei Verbrennungsprozessen Expired - Lifetime EP0424895B1 (de)

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