CN102294187B - 灰尘混合设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种灰尘混合设备。一种混合灰尘的方法，其包括以下步骤：将灰尘导入到闭合通道中；将闭合通道中的灰尘引导到静态混合器，其中静态混合器设置有混合元件，混合元件具有相对于闭合通道的主轴线倾斜的表面，其中混合元件的该表面设置有小规模的表面结构，使得到达该表面的灰尘颗粒以随机的方式由该表面结构反射。用于执行该方法的灰尘混合设备（1）因此包括闭合通道（2）和设置在闭合通道（2）中的静态混合器（9），其中静态混合器包括用于使通道内部的固体颗粒流（10）偏转的混合元件（3，4，5，6，7，8）。混合元件设置为至少部分地具有小规模的表面结构。

Description

灰尘混合设备
技术领域
本发明涉及一种灰尘混合设备，其包括用于混合灰尘和/或在通道中均匀地分散灰尘的静态混合器。所述静态混合器尤其适于包含灰尘颗粒的烟气。
背景技术
实际上，根据DE 2 205 371的具有交叉通道结构的混合器作为组合混合器和蒸发器已经投入使用。然而。具有交叉通道结构的混合器的压降比混合元件的压降大，其利用导向叶片使通道中的流偏转，例如根据DE102008023585提出的解决方案。DE19539923C1中示出了出于该目的而使用的另一类混合元件。然而，现有技术的静态混合器均没有设计成混合气体内的灰尘从而混合包含固体颗粒的流。
发明内容
本发明的目的是利用静态混合器在短路径长度上在通道剖面上均匀地分布灰尘。
本发明的目的由一种混合灰尘的方法来解决，所述方法包括以下步骤：将通常包含在气体流中的灰尘颗粒流引入到闭合通道中；将闭合通道中的流引导到静态混合器，其中静态混合器设置有混合元件，混合元件具有相对于闭合通道的主轴线倾斜的表面，其中混合元件的该表面设置有小规模的表面结构，使得到达该表面的灰尘颗粒以随机的方式由该表面结构反射。
在本发明的混合灰尘的方法中，优选地，用于使所述通道内部的灰尘颗粒流偏转的所述混合元件具有第一壁厚，并且小规模的所述表面结构具有第二壁厚，并且所述第二壁厚最多为所述第一壁厚的两倍。
根据本发明的一种灰尘混合设备包括闭合通道和设置在闭合通道中的静态混合器，其中静态混合器包括用于使通道内部的灰尘颗粒流偏转的混合元件，并且混合元件设置为至少部分地具有小规模的表面结构。
灰尘颗粒流在混合元件的表面上偏转，并且包括旋涡的产生还获得紊流。对于对侵蚀重要的大尺寸的灰尘颗粒，通常对于大于0.05mm的颗粒来说，这些灰尘颗粒不能跟随流的偏转，因此会碰撞在混合元件的表面上。灰尘颗粒由该表面反射，继续它们在烟气流中的路径直到它们到达另一混合元件表面或最终离开静态混合器。已经观察到这种大灰尘颗粒往往聚集在混合器的某些位置处。由于这种灰尘颗粒聚集的形成，使得侵蚀效果会局部地变化，从而在通道中有的位置被显著地侵蚀，而其他位置的侵蚀效果可以被忽略。当使用表面结构时，因为灰尘颗粒以随机方式从这种表面结构被反射，所以这种效果会被减弱。
小规模的表面结构有利地包括肋、突出部或凹槽，从而小规模结构的高度或深度至少是由灰尘质量测量的平均颗粒直径d50。由此确保到达混合元件的该表面的相邻灰尘颗粒以不同的角度被反射，因此有助于灰尘在通道中的均匀分布。
尤其是，所述表面结构包括高度或深度最多为20mm的突出部、肋或凹槽。
根据特别优选的实施例，所述混合元件包括波纹轮廓。这种波纹轮廓包括周期性重复序列的隆起部分和谷状凹陷部。根据有利的实施例，所述波纹轮廓可以定形为波形轮廓。
尤其是，所述静态混合器包括第一混合元件和第二混合元件，其中所述第一混合元件包括第一波纹轮廓，所述第二混合元件包括第二波纹轮廓，其中所述第二混合元件设置成邻近所述第一混合元件，使得所述波纹轮廓形成交叉布置。
所述波纹轮廓可以包括多个开放通道，其中所述开放通道包括第一波谷、第一波峰和第二波峰，并且第一波峰和第二波峰限定第一波谷的边界。所述第一波峰和所述第二波峰可以具有第一顶点和第二顶点，并且所述波谷可以具有谷底。
并且，所述第一混合元件有利地与所述第二混合元件相接触，使得所述第一混合元件的波峰的顶点的至少一些与所述第二混合元件的波谷的谷底具有共同的接触点。
相邻混合元件的开放通道之间的角度在10°到90°的范围内，优选地在20°到80°的范围内，最优选在25°到75°的范围内。
所述波纹轮廓具有波纹高度，其中波纹高度限定为第一波峰的第一顶点和第一波谷的谷底之间的垂直间距。因此，小规模的表面结构，尤其是肋、突出部或凹槽的高度或深度优选地小于波纹高度的1/20。
根据任一前述实施例的灰尘混合设备的优选使用是用于在闭合通道中均匀地分布灰尘。
根据第二优选实施例，混合元件包括至少一对导向元件。导向元件被用来混合灰尘以及在通道中均匀地分布灰尘。对于延长设置在灰尘的流动路径中的装置的使用寿命的期限，重要的是在这种装置的尽可能大的剖面上尽可能均匀地分布灰尘，以避免侵蚀和/或侵蚀点。
根据尤其有利的实施例，这对导向元件包括第一叶片和第二叶片。优选地，第一和第二叶片均包括垂直于流并且平行于通道的高度或宽度设置的前导侧的边缘。
附图说明
下面将结合附图说明本发明，其中：
图1示出了设置在通道中的静态混合器；
图2示出了根据图1的静态混合器的第一和第二混合元件；
图3示出了根据图1或2的静态混合器的混合元件的细节；
图4是第一片或第二片的细节图，其示出了两种可能的表面结构；
图5是第一片或第二片的细节图，其示出了其它可能的表面结构；
图6示出了根据第二实施例的静态混合器；
图7示出了图6的静态混合器的混合元件；
图8示出了常规静态混合器的灰尘颗粒的碰撞；
图9示出了灰尘颗粒在根据本发明的静态混合器上的碰撞；
图10示出了通过静态混合器的灰尘颗粒流。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的灰尘混合设备1，其包括设置在通道2中的静态混合器9。静态混合器9由彼此处于规则重复的几何关系的多个混合元件3、4、5、6、7、8制成。混合元件3、4、5、6、7、8的每个均由具有波纹轮廓的薄壁片制成。波纹轮廓的特征在于周期性重复序列的隆起部分（波峰）和谷状凹陷部（波谷）。该波纹轮廓特别可以制成为具有锯齿形部分的折叠，锯齿形部分具有如图3详细所示的尖锐收敛边缘。
图2示出了根据图1的静态混合器9的两个相邻混合元件5和6。第一混合元件5设置为邻近第二混合元件6。第一混合元件5和第二混合元件6特别可以包括由金属片、金属织物、塑料或陶瓷材料制成的薄壁片。所述片可以至少部分地具有塑料、金属、金属合金、金属氧化物、陶瓷、金属陶瓷或碳化物或其组合的涂层，以提高混合元件对例如腐蚀的化学影响或例如温度的热影响或例如压力或侵蚀的机械影响的抵抗力。
波纹轮廓特别可以包括如图2所示的倒圆峰和谷底。
混合元件5和6相对于彼此设置成两个相邻混合元件的波纹轮廓，从而两个相邻片相对于流10的主方向以一定角度倾斜。相邻片的波纹轮廓相对于彼此交叉设置。
图3中的第一混合元件5和第二混合元件6示出在这样的视图中，该视图示出了静态混合器的暴露于灰尘流的表面的细节，因此示出了在垂直于通道2的主轴线的剖面中的细节。
第一混合元件5具有形成有多个开放通道12、14、16的波纹轮廓。所述通道包括第一波谷22、第一波峰32和第二波峰42。第一波峰32和第二波峰42限定第一波谷22的边界。第一波峰32和第二波峰42具有第一顶点33和第二顶点43。
第一波峰32的第一顶点33与第二波谷22的谷底23之间的垂直间距称为波纹高度28。
在根据该实施例的混合元件中，谷高度28特别是基本上恒定的，也就是说，高度的变化是在通常公差的范围内，根据元件的尺寸位于0.1mm-10mm的区间内。
静态混合器的第二混合元件6具有形成有多个开放通道112、114、116的波纹轮廓。所述通道包括第一波谷122、第一波峰132和第二波峰142。第一波峰132和第二波峰142限定第一波谷122的边界。第一波峰132和第二波峰142具有第一顶点133和第二顶点143。
垂直间距27从波谷22的谷底23延伸到第二混合元件6的相应谷底123。
垂直间距27可以等于或大于波纹高度28。如果垂直间距27等于波纹高度28，那么第一和第二混合元件相接触，而如果垂直间距27大于波纹高度，那么在第一混合元件5和第二混合元件6之间形成间隙。
顶点的至少一部分可以形成为边缘。至少一些波谷可以形成为V形。对于根据图3的混合元件的所有波峰来说，谷底和顶点之间的垂直间距是基本上相同的。
第一混合元件5可以设置为与第二混合元件6交叉。波纹的角度可以是在10°到90°的范围内，优选地在20°到80°的范围内，最优选在25°到75°的范围内。波纹的角度限定为在第一混合元件5的第一顶点33和第二混合元件6的第一顶点133之间的角度。
图4示出了波纹轮廓的细节，其提供了混合元件之一的小规模表面结构上的视图。表面结构可以包括波形结构或包含单个峰的结构。
图5示出了波纹轮廓的另一个细节，其提供了混合元件之一的表面结构上的视图，其中表面结构仅设置在混合元件的一部分表面上。可替代地或附加地，可设置不同表面结构的组合，例如可设置可变高度的表面结构。
可以将附加物引入到灰尘流中，从而引入到灰尘颗粒流自身中或包含在气流中的灰尘颗粒流中。附加物将与灰尘流完全混合。附加物可以以其液体状态供应并且仅在与灰尘流接触时蒸发。在这种情况下，可使用喷嘴将附加物直接喷射到灰尘流中。对于液体附加物而言，使用喷嘴来将液体分散成灰尘流中的细小液滴。
作为示例，在烟气脱硝工厂（例如热电厂）中经常使用喷嘴以将液态氨水混合物（NH4OH）直接分散到灰尘流中。
如图6所示的根据第二优选实施例的静态混合器9包括多个导向元件17、18、19、20，其特别形成为薄壁导向元件并且以提供尽可能低的流动阻力的方式沿着流动方向延伸。导向元件17、18、19、20可以例如通过焊接连接在它们的外边缘处附接到通道2的壁。通道2在该示例中为矩形形状。可替代地，通道2可以是具有圆形剖面的管。通道2的上侧11和下侧13限定通道2的高度。在图7所示的细节中，导向元件17、18示出为翼形叶片。导向元件至少部分地设置有表面结构，例如如图5或图6所示。
静态混合器加强了存在于通道2中的紊流，并且产生另外的较大旋涡，该较大旋涡促进灰尘横向于主流动方向的大规模分布。可以考虑这种静态混合器的不同构造。具有低压降的静态混合器设置有不导致流分离的混合元件。W02008000616中描述了具有有利压降的静态混合器的示例。设置产生旋涡的导向元件17、18以便流不会分离。
当流动管线弯曲时，与主流动相比，较大灰尘颗粒显示出打滑特性。因此，至少较大灰尘颗粒不会跟随通道中由导向元件引起的流动偏转。在静态混合器后面的旋涡中，灰尘颗粒也可以远离旋涡的中心移动进入通道2的壁的方向。因此通道的壁也可具有表面结构，例如如图4或图5公开的那样。
图7中所示的混合元件包括产生流漩涡21的至少一对导向元件17、18，其轴线沿着流10的方向面向通道2。这对导向元件17、18包括第一叶片60和第二叶片61。在前导侧的混合元件前端62处的叶片60、61的边缘63、64垂直于流10并且平行于通道2的高度。
根据图7，叶片60、61具有支流表面或侧壁65、66，它们跟随前端62向下游，并且它们以凹入方式及相反指向弯曲。通道2的轴线限定漩涡21面向的主流的流动方向。
可以设置角撑板67来改进叶片对60、61的机械稳定性。如图6最佳所示，角撑板将叶片60的侧壁连接到叶片61。
制造为轻质构造的叶片60、61可以制造成，当叶片高度为一米（或更高）时，它们缺少频率在1至10Hz范围内的固有振动。流10不会激起位于该范围外的固有振动。由于叶片的空气动力学形状，在流入期间，流10进入静态混合器元件的在叶片之间的流剖面连续减小的区域中。从而流的动能增加，并且观察到压降。流剖面随后以扩散体的方式扩展。在扩散体的区域中，压力可以再次增加，而没有任何动能的实质分散。减少的分散导致的后果是仅产生微弱地形成的二次旋涡。叶片60、61优选地由轻质构造硬化，使得振荡的激起由于变化的机械属性而完全不存在，或至少向更高的因此是非临界振荡频率转移。
可替代地，导向元件的轮廓可以是中空的。可以在导向元件的内部设置计量元件以便将附加物引入流中。
图8示出了灰尘颗粒在常规静态混合器上的碰撞。以大体上平行的轨迹到达的灰尘颗粒在静态混合器元件的表面上被反射并且还以大体上平行的轨迹离开。当遇到流时，灰尘颗粒由流携带，并且它们的轨迹趋于融合，从而可以局部地增加灰尘颗粒的浓度。
在图9中，混合元件具有小规模的表面结构。这种小规模的结构可以包括多个肋、凹槽或突出部。小规模的表面结构对灰尘颗粒的反射角度有影响。由于小规模的表面结构的特征在于表面相对于流的局部可变角度，所以相邻的灰尘颗粒可以不同角度碰撞在混合元件的表面上。因此灰尘颗粒以随机方式从表面反射。结果能够至少在某种程度上避免由于形成高浓度灰尘颗粒流或较大浓度灰尘颗粒流而在表面的某些区域中形成灰尘颗粒的聚集。小规模的表面结构可以有利地被应用到混合元件，其在例如在US3785620或WO2008/000616中公开的静态混合器中已经公知是有利的。
图10示出了通过在通道2中设置有混合元件的静态混合器的灰尘颗粒流。混合元件设置有小规模的结构。示意性地示出了灰尘颗粒通过静态混合器的的进程。灰尘颗粒如图9所示被反射，并且因此随机地分布到通过混合元件的流中。因此能够避免形成高浓度的灰尘颗粒流。因此能够增加静态混合器及设置在静态混合器下游的任何装置的使用寿命。
当然，如果每个静态混合器均设置有具有小规模表面结构的至少一个混合元件，则可以考虑与上面描述的静态混合器不同类型的静态混合器。

Claims (17)

1.一种混合灰尘的方法，该方法包括以下步骤：将灰尘颗粒流引入到闭合通道（2）中；将所述闭合通道中的灰尘颗粒流引导到静态混合器（9），其中所述静态混合器（9）设置有混合元件（3，4，5，6，7，8），所述混合元件具有相对于所述闭合通道的主轴线倾斜的表面，其中所述混合元件的所述表面设置有小规模的表面结构，使得到达所述表面的灰尘颗粒以随机的方式由所述表面结构反射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中用于使所述通道内部的灰尘颗粒流（10）偏转的所述混合元件（3，4，5，6，7，8）具有第一壁厚，并且小规模的所述表面结构具有第二壁厚，并且所述第二壁厚最多为所述第一壁厚的两倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面结构包括具有与由灰尘质量测量的平均颗粒直径d50至少相同的高度或深度的突出部、肋或凹槽。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面结构包括高度或深度最多为20mm的突出部、肋或凹槽。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合元件包括波纹轮廓。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述波纹轮廓包括周期性重复序列的隆起部分和谷状凹陷部。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述波纹轮廓是波形轮廓。
8.根据权利要求5或6所述的方法，该方法包括第一混合元件和第二混合元件，其中所述第一混合元件包括第一波纹轮廓，所述第二混合元件包括第二波纹轮廓，其中所述第二混合元件设置为邻近所述第一混合元件，使得所述波纹轮廓形成交叉布置，从而使流体流偏转。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述波纹轮廓包括多个开放通道（12，14，16，112，114，116），从而所述开放通道包括第一波谷（22，122）、第一波峰（32，132）和第二波峰（42，142），并且所述第一波峰（32，132）和所述第二波峰（42，142）限定所述第一波谷（22，122）的边界。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一波峰（32，132）和所述第二波峰（42，142）具有第一顶点（33，133）和第二顶点（43，143），并且所述波谷（22，122）具有谷底（23，123）。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一混合元件与所述第二混合元件相接触，使得所述第一混合元件的所述波峰的所述顶点（33，133，43，143）的至少一些与所述第二混合元件的所述波谷（22，122）的所述谷底（23，123）具有共同的接触点。
12.根据权利要求9所述的方法，其中相邻混合元件的所述开放通道（12，14，16，112，114，116）之间的角度在10°到90°的范围内。
13.根据权利要求12所述的方法，其中相邻混合元件的所述开放通道（12，14，16，112，114，116）之间的角度在20°到80°的范围内。
14.根据权利要求12所述的方法，其中相邻混合元件的所述开放通道（12，14，16，112，114，116）之间的角度在25°到75°的范围内。
15.根据权利要求10所述的方法，其中波纹高度（28）限定为所述第一波峰（32）的所述第一顶点（33）和所述第一波谷（22）的所述谷底（23）之间的垂直间距，并且其中小规模的所述表面结构包括高度或深度小于所述波纹高度的1/20的肋、突出部或凹槽。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合元件包括至少一对导向元件。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述通道的壁设置有表面结构。
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