CN1683063B - 用于混合流体流的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于在导管内混合流体流的装置，所述装置包括：至少一个混合设备，该混合设备具有前侧和后侧，且置于第一主流通过的所述导管中，该至少一个混合设备限定出远小于导管横截面积的总截面积以允许所述第一主流的通过，其中，该至少一个混合设备为固体板，具有从主固体板体向外延伸的一个或多个凸起。

Description

用于混合流体流的装置
发明领域
本发明涉及一种用设置在导管内的至少一个混合设备来混合所述导管中流体流的装置(arrangement)，特别地，本发明涉及用于此类装置的一种新的混合设备。
本发明特别涉及这一类型的装置，该装置被构造以适用于包括在烟道气净化时从酸雾中降低氮氧化物和硫酸在内的应用。
发明背景
在导管或通道内相互作用的单一流体流或者多种流体流的适当混合要求通过产生横向于通过导管的主要流体流的速度分量而存在相对湍动的区域。为了实现被喷入主流体流的例如一种或多种流体流的适当混合，需要存在沿着导管(通道)的一定距离。常规地，它以通道直径的形式定量表示为所谓的混合距离。本说明书中，认为混合距离是放置第一混合设备的点和实现理想流混合的点之间的距离。“混合”是指包括质量流量、速度、温度和存在物质浓度方面在内的流性能的统一。根据流体流的类型、相对体积流量和流体流中物质的浓度等因素，混合距离能在1～100通道直径的范围内变化。本专利说明书中，流体流可以是气体、液体或悬浮在气体中的颗粒流如气溶胶。“气溶胶”是指悬浮在气体中的非常细小颗粒的集合。
混合距离的减少是非常可取的，且能够通过使用静态混合器即不动的混合装置而得以实现。基本上，这些是不含从动部件的装置，而且流体流在通过静态混合器时被混合或搅动。静态混合器附近产生了局部湍动，因此能够实现与混合器接触的一种或多种流体流的均化。
静态混合器的应用有着不利结果，即它们的应用自身出现了在导管内的显著压力损失，以及昂贵能量损失的附带效应。虽然较多的压力损失可被以良好混合为至高重要的应用所接收，但仍需要能够在以压力损失来计的相对低的不利效果下赋予相互作用流良好混合的有效静态混合器或静态混合器装置。
相互作用流的良好混合与涉及气体净化的应用特别相关，如源于燃烧设施或产生气体污染物的高温锅炉的烟道气的净化。当主气流携带的污染物是氮氧化物(NOX)时，诸如氨的还原剂被喷入作为第二流的活性物质。该方法中，第二流引入的氨量远少于主或主要流的体积流量。因此，少量氨的使用就非常需要气体混合物的混合均匀性或程度。混合后的气体向前通过催化单元，在那里氮的氧化物通过与氨的反应而被还原成游离氮。
由于喷入携带了第一主流的导管中的第二流出口孔只能从导管壁向内伸出一个短的距离，因此，朝向导管中心的第二流的活性物质如氨的浓度趋于降低，从而导致不良混合。在主流向催化单元移动时在导管的整个横截面上保持基本相同的氨浓度，是非常重要的。被喷入的氨的不良混合或不良均匀性将意味着烟囱内更高的NOX程度，以及不希望水平的氨以未反应的状态通过催化剂单元。
能够想象到其它的应用，例如从硫酸制造中减少酸雾形成。在硫酸浓缩期间产生了硫酸雾。该酸雾可被看作是由硫酸小液滴构成的气溶胶。关于硫酸制造工厂酸雾逃逸的环境要求非常严厉，已公布了多种方法以控制酸雾排放。所公布方法之一如欧洲专利No.419,539所述，该方法依赖气体中存在的小颗粒充当硫酸浓缩的成核种子，以激励产生更大的硫酸液滴。当在成核种子存在下发生浓缩时，这些液滴变得更大，从而导致它们的后续过滤更容易和更有效，并因此使得酸雾的逸出在环境可接受水平内。该方法中，直径例如小于1μm的成核种子能作为颗粒悬浮体(来自电焊所产生金属氧化物的烟，来自燃料燃烧的烟如来自硅油燃烧的烟)而在硫酸浓缩之前加入原料空气中。引入含成核种子的流的适当方法描述在欧洲专利No.419,539中。该方法的成功取决于成核种子和硫酸蒸汽相互作用的能力。这一相互作用可通过混合而得以促进。
为了提供流体流的充分混合，同时不产生导管或通道内的显著压力损失，适当混合装置特别是静态混合器的必要性已为本领域所公知。
美国专利No.4,527,903公开了一种系统，用于混合排放到主流中的至少两种流，该系统包括可改变形状的旋涡插件表面。此引用文件的图5～10表明旋涡插件单元的宽范围形状，例如圆形、抛物线形或菱形基板。该旋涡插件表面可用于两种不同流被排入主流中的冷却塔，或用于烟囱和管道系统。
美国专利No.6,135,629公开了一种用于多种流体流混合的混合设备装置或插入结构。该插入结构可沿直线折叠，形成ω或w形截面，从而它们较常规插入结构更薄、质量更轻。这使得可以结合相对轻的支撑体以固定插入结构，从而使系统的机械设计得以提高。所引用的需要相对较重支撑机构的常规插入结构或一般设备表示为圆形、椭圆形、卵形、抛物线形、长菱形或三角形。该发明的目的是通过减轻结构和支撑体的重量而改善一般设备。
美国专利No.5,456,533公开了一种流动通道内的静态混合元件，它包括在距通道壁一距离处连接在装配件上的导流板。该导流板相对于主要的流动方向成一个角度，可具有不同形状。此引用文件的图3a～3d示出例如具有大致圆形和三角形的导流板。
EP1,170,054B1公开了一种用于混合气体和其它牛顿液体的混合器，包括定位在流动通道内以影响流动的内置表面。该内置表面定位为和主流动方向呈横向且部分重叠。通过内置表面提供了流动速度构型上的均化。据称内置表面可为基本形状是圆盘，Δ形或三角形的盘，或椭圆形或抛物线构形的盘。该混合器使得可以在流动通道中在非常短的混合距离内快速地混合流。
美国专利No.5,547,540公开了一种用于冷却气体并干燥加入气体中的固体颗粒的设备，其中入口管线的开口为冲击扩散器的形式。在冲击扩散器的区域内设置一个或多个插件以产生主导性的边缘湍动。此引用文件的图3～9示出多种形状如圆形、三角形和椭圆形。此引用文件的图8和9示出成型的形状，例如图8的V形插件以增加混合的强度，和具有成角度边缘的插件以稳定插件。
EP638,732A描述了位于扩散器扩张区域内的圆形内置表面的应用，其用于确保在低成本和低压力损失下的均匀流动。
EP1,166,861B1公开了一种静态混合器，其中流动通道包括影响流动的圆盘，且圆盘进一步包括允许气体第二流通过的室，所述室位于盘的后侧并进一步具有出口孔。此室整体连接到携带第二流的导管上。这使得可以在短的混合区域内快速混合流动流。
所有这些公开内容的一个共同点就是用规则形状的混合设备。“规则形状的混合设备”是指具有非中空横截面且具有形状为大致圆形、梯形、椭圆形、钻石形、三角形或其它类似形状的混合设备。也就是说，没有凸起从混合设备的周边或主体上向外延伸。
更复杂的静态混合器公开在美国专利No.4,929,088和5,605,400中。它们描述了一种相对昂贵的中空混合器，其具有自设备周边向内指向的前突或突出。
美国专利No.4,929,088描述了一种用以在导管内诱导流动混合的简单静态混合器，其中一个或多个倾斜翼片从边界表面即通道表面上向内凸起成一锐角，从而该翼片倾斜在流动方向上。该静态混合器为中空以允许流体从其流过，其周边基本上和通道如壁管的周边一致。该混合设备可被看作具有从流动通道的周边向内指向的凸起。
美国专利No.5,605,400描述了一种用于使穿过它的流体通过的圆柱形混合元件，包括设置在混合元件内部的大量所谓螺旋形桨叶体。这些物体被设置以形成沿混合元件长度方向螺旋延伸的大量流体通道。该桨叶体独立于圆柱形混合元件制成，通过例如焊接的方法和混合元件连接在一起。一般认为如此产生的静态混合器具有在相对低的成本下比圆柱形元件和桨叶体一体形成的类似混合元件更高的混合效率。
美国专利No.4,034,965描述了一种静态混合器，其具有中央的平坦部分和相对的弯耳。该相对弯耳基本上横向于导管内的流体流，而所述中央的平部分的平面被设置为和导管纵轴排成一行。耳被配置在其外侧周边处，以大体上适合导管壁，或优选从导管壁上“冒出”。
更复杂的静态混合器包括被分成更小的波浪形部分以形成大量更小室的通道。这一装置将流动分成单独的流，从而产生了各流之间集中的相互作用。单独的流随后被重定向以形成均匀的混合物。这一类型的静态混合器(Sulzer SMV气体混合器)提供了良好混合和相对低的压力损失。但是，它们相当昂贵，而且与使用常规形状的静态混合设备相比，可能需要更大量的喷射点以将第二流喷入主流体流中。
为了应付商业可接受的压力损失范围，具有常规形状的较简单混合设备通常以这样的方式放置，即使得第一主流以既定的入射角撞击在混合设备的前侧上。EP1,170,054描述了例如一种装置，其中规则构形物体如圆盘被设置为基本横向于主流动方向，且与主流动方向成40°～80°、优选60°的角度。入射角是主流体流方向和沿混合设备横截面限定的平面之间的夹角。
应当理解，在具有很高入射角如90°(由此将混合设备定位为横向于第一主流的主方向)以及具有低入射角如0°(由此使混合设备和第一主流的主方向平行之间)需要一个折中。在前一种情况下，混合器在横向于主流方向的平面上的投射面积等于混合设备的横截面积。这一构型促进在混合设备后侧产生湍流区，但导致高的压力损失。在后一种装置中，入射角为0°，混合设备不会对主流产生任何影响。混合器在横向于主流方向的平面上的投射面积为零，因此不会产生湍流区，导致了不良混合。但压力损失很低。混合设备在横向于主流方向的平面上的投射面积很重要。较大的投射面积意味着在混合器后侧较高地产生湍动区，因此意味着更好的流混合。因此为了能够增加混合程度并具有以压力损失计最小的不良后果，理想的是提供一种具有相对于主流体流方向的最佳入射角的混合设备装置。
因此，现有技术所面临的主要问题是，希望在沿导管的相对短混合距离内获得相互作用流体流的良好混合，同时不会由于混合设备产生的高压力损失而危害到系统能效。
可选地，理想的是能够找到一种装置，同现有技术的混合设备特别是具有基板规则形状(如圆形或椭圆形)的混合器所得混合相比，该装置可在商业可接受的压力损失范围内实现更好的单一流体流或至少两种相会流体流的混合。进一步地，理想的是能够提供一种混合设备，该设备能够在低成本下通过提供简单的方法而解决流体流有效混合的问题，同时压力损失最小。
对特别常规的规则构形混合设备如圆形或椭圆形混合器而言，面临的另一个问题是它们在矩形或正方形导管内的放置可导致导管转角区域或其附近的相对差的混合。
因此我们已经意识到，理想的是重新设计已知的常规构型混合设备特别是基本上为圆形或椭圆形的混合器，以使其在提供良好混合方面更有效，同时具有导管内减少的混合距离的伴生效应。特别地，我们已经意识到，理想的是使所有这些都在混合设备内实现，该设备可在商业可接受的压力损失范围内诱发比常规规则构型混合器更高程度的混合。
根据本发明，我们提供了一种用于在导管内混合流体流的装置，所述装置包括：至少一个混合设备，该混合设备具有前侧和后侧，且置于所述导管内，第一主流通过该混合设备，而且该至少一个混合设备限定出远小于导管横截面积的总截面积从而允许所述第一主流的通过，该至少一个混合设备为基本上横向于所述第一主流的流动方向放置的一个固体板，且具有从主固体板体向外延伸的一个或多个凸起。
“固体板”是指基本上横向于流体流放置的任何由金属或其它材料制得的板，而且该板可在一个封闭空间内分流或控制所述流动。“主固体板体”是指规则构形如圆形的物体，其构成所述固体板，且其上形成凸起。
令人惊奇地发现，固体板上提供的凸起显著增加了流体流的混合程度。可以相信，该凸起起到了类似臂的作用，它能够抓住固体板周围潜在死区特别是方管或矩管转角处或其附近的流动，并施加附加的运动。死区可理解为这样的区域，在该处形成部分主流在其流动方向上的速度构成的速度矢量缩短了，也就是说速度达到零。可以理解，由于固体板被排列成基本上横向于第一主流，因此该固体板充当了主混合元件，从而在其后侧引起相对大的旋涡。凸起有助于由流动对固体板前侧的冲击而产生的主混合，所述冲击通过产生小旋涡而引起，并且该小旋涡被捕集到固体板后侧更大旋涡内。
由于很多情况下需要将一种或多种流体流与第一主流体流进行混合，本发明也提供了适用于此目的的一种装置。因此，在一个优选实施方式中，我们提供了一种用于在导管内混合流体流的装置，所述装置包括：至少一个混合设备，该混合设备具有前侧和后侧并位于第一主流通过的所述导管内部，该混合设备限定出一个远小于导管总横截面积的总横截面积；喷射装置，用于将至少一种第二流引入所述第一主流通过的所述导管中，该喷射装置经调节以提供至少一种第二流在该至少一个混合设备的后侧的至少部分区域上的撞击，该至少一个混合设备是横向于所述第一主流的流动方向放置的一个固体板，具有从主固体板体向外延伸的一个或多个凸起。
第一主流可为含氮氧化物的烟道气，所述第二流相应地可为含氮氧化物还原剂如氨或脲的流体。典型地，所述第一主流的体积流量远大于该至少一种第二流体的的体积流量。所述第一主流与第二流的体积流量比可高至1000∶1，例如为100∶1或10∶1。
第一主流还可为含可冷凝硫酸蒸汽的烟道气，可含有能充当用于形成硫酸液滴的成核种子的颗粒物。
我们发现，相较于规则构形的混合设备特别是环状混合器，本发明的混合设备对主流体流产生较少的阻碍。本发明的混合设备在凸起的边缘之间包括了一定程度的空隙或空间，这导致对主流体流的相对低的阻力，因此进一步减少了压力损失。可以相信，本发明混合设备的利益不仅缘于在固体板(混合设备)后侧产生的局部湍动区，还因为当主流体流撞击在固体板前侧时对主流体流的减少阻碍。
本发明中，混合设备优选以并排关系沿导管长度放置在导管内。该混合设备还可被设置成与穿过导管的主流体流形成倾斜的排列。倾斜排列提供了这样的优点，即提供了对主流相对低的阻力，而且减少了不理想压力损失导致的不良后果。该混合设备可被排列以形成迫使主流偏离主流通方向的重叠或反射区，从而进一步促进流的混合或均化。利用圆形静态混合器的如此装置披露于欧洲专利No.1,170,054。
在本发明的一个具体实施方式中，由本发明混合设备覆盖的总横截面积相当于规则构形如圆形混合设备的横截面积。以这一方式，提供混合流在导管内的自由通道的总横截面积保持为基本不变。
凸起可具有任何形状，但优选具有从主固体板体向外指向的锥状。凸起的数量可改变；可以仅有一个凸起，但用2～6个、优选4～5个、更优选5个凸起能获得更好的混合效果。每个单独凸起的横截面积可改变，但优选至少两个凸起具有基本上相同的横截面积。术语“凸起”应理解为从主固体板向外伸出的固体板区域如其边缘，该主固体板具有可为圆形、椭圆形、三角、三角形、长菱形等的规则形状。凸起优选从由主固体板体的横截面限定的同一平面向外延伸，但它们还可向外延伸以与所述平面成一夹角。凸起可向固体板的前侧倾斜即指向主流体流，或它们可向固体板的后侧倾斜。
在本发明的另一个实施方式中，一个凸起稍微延伸出主体，并对应于该至少一种第二流体流的出口附近且基本上位于出口下方的一个区域。因此，喷射装置(诸如用于将氨引入主流的导管)可被调节以提供至少一种第二流在固体板后侧至少部分区域上的撞击或接触。以这种方式，第二流的倒流得以防止，即防止了第二流在固体板(混合设备)下方向下流动并进入固体板前侧。相反地第二流被引导向上，进入在下游即固体板后侧产生的湍流中。
作为本发明的一个结果，改进了在既定混合距离或在既定(商业可接受)压力损失范围内的混合程度或混合效率。这种关于例如圆形混合设备的混合改进能够被定量表示(联系图3所给实施例，参见后文)。本发明的效果还可从压力损失方面看出：现在可以在低于常规圆形混合设备操作中所常见压力损失的压力损失下进行操作。可选地，获得与使用环状混合器相同混合程度所需的导管内混合距离得以缩短。导管内的混合距离能够比使用常规圆形混合器显著减少(以无量纲的形式)。例如，对在正方形导管内含有单一混合设备的装置而言，获得既定混合程度所必须的混合距离可从使用圆形混合设备的3个水力直径减至使用本发明混合设备的2个水力直径。
作为本发明的一个结果，现在可能通过简单的装置而进一步减少硫酸制造期间在烟道气净化操作中的酸雾形成。典型的方法包括在气气换热器中预热烟道气，然后在催化转化器中将烟道气中的SO2催化氧化成SO3。来自催化转化器的气体随后被输送通过所述气气换热器，在那里它的温度被降至约200～300℃。然后，来自催化转化器的气体在所谓的H2SO4冷凝器中进一步经历后续的冷却，降至约100℃，由此SO3和水蒸汽反应形成H2SO4蒸汽，冷凝作为浓缩H2SO4。
一个或多个本发明的混合设备可被有利地设置在所述硫酸冷凝步骤上游的任何位置，例如输送所述原料气进入所述SO2→SO3催化转化器的导管中，或后续位于催化转化器和所述气气换热器之间的导管中。优选地，一个或多个混合设备被设置在所述气气换热器和H2SO4冷凝器之间的导管中。
直径例如小于1μm的成核种子可作为颗粒悬浮体而加入，该悬浮体可来自电焊的烟雾、燃料燃烧的烟雾如来自矿物或硅油燃烧的烟雾。来自硅油燃烧的烟雾特别有利，这是因为它能产生比植物油显著多的成核种子。成核种子可在硫酸冷凝之前加入原料空气中。引入包括成核种子的流体的适当方法披露于欧洲专利No.419,539中。
颗粒悬浮体形式的成核种子可被加入放置了至少一种混合设备的相同导管中作为第二流。颗粒悬浮体形式的成核种子还可被加入位于该至少一种混合设备上游的另一个导管中。例如，成核种子可被加至进入SO2→SO3催化转化器的原料气所通过的导管中。优选地，成核种子被加入气气换热器上游的导管中，同时将至少一个混合设备设置在位于所述气气换热器和H2SO4冷凝器之间的导管中。
发明详述
本发明示于附图中，其中图1表示根据本发明烟道气部分的一个示意性垂直截面图。
图2表示位于正方形导管内的根据本发明的混合器的截面图。
图3表示描述了根据本发明的混合设备相对于常规圆形混合设备的作为压力损失函数的混合程度的曲线图。
图1中，用于还原氮氧化物的烟道气部分包括具有矩形截面的导管1，烟道气2流过导管1。烟道气代表沿Z方向流动的第一主流，它和混合设备3的前侧相撞，该混合设备基本上横向于所述第一主流体流的流动方向放置。混合器3和主流体流2的流动方向成一入射角α。第二流体流4通过导管5而喷射在固体板或混合设备3的后侧3’上。当主流2通过时，混合设备3创造了旋涡或湍流6，从而携带第二流4并使流体流2、4混合。已经发现，由于在混合设备3后侧3’上创造的湍流6含有涡旋状的部分，在该涡旋状部分中，该流部分地沿Y方向也就是横向于主流方向Z的方向流动，所以发生良好的混合。在较大导管中，可设置另外的混合设备3”，以提供布遍该通道整个横截面的良好混合。能设置用于喷射第二流4的另外导管5’。进一步地，能提供下游的催化剂单元7。
现在参见图2，示出了单独混合设备3的前侧。混合设备是一个固体板，包括从圆形主固体板体10向外延伸的三角形凸起9。凸起在主固体板体的横截面所限定的同一平面内向外延伸。混合设备3置于具有侧边长S1和S2的导管内。该导管可具有任何形状，但优选为正方形(S1＝S2)或矩形(S1≠S2)。第一主流体流2的入射角α在此图中为90℃。第二气流撞击在混合设备3的后侧3’上，小凸起11向尾一样发挥作用，防止第二流4倒流到混合器3的前侧。
围绕主固体板体的虚线12表示半径为Rc的等价混合设备13的截面图，该等价混合设备13具有圆形的基板形状，且截面积对应于混合设备3的截面积。为了比较，计划但并非必须的是混合设备3的截面积等于具有规则基板形状(此处为圆形)的相应混合设备13的截面积。基板的规则形状也可不同于圆形，例如美国专利No.4,527,903的图4～8所披露。
凸起的形状优选为从具有半径为R的圆形基板形状的主固体板体10呈锥形突出，如图2所示。因此凸起可具有三角形的形状，但也可想象其它形状如矩形、椭圆形或三角形的形状。在单独的混合设备中，凸起的数量和形状可改变，以使某些凸起较其它凸起伸出更长。根据需要可缩短或延长凸起，但理想的是，增加或除去的材料是通过增大或减小其半径R而在主体10内实现，从而使总截面积保持为基本不变。
在图2的混合设备中，示出四个主要的三角形凸起9和小凸起11。还可能的是混合设备3仅有一个主要的凸起9，但主要凸起9的数量还可大于4个或5个，例如为6～10个或更多。优选地，主要凸起9的数量保持在大约4个，以改善流体流在正方形或矩形导管转角处的混合。
在本发明的一个有利实施方式中，主要凸起9位于理想矩形的转角处，该理想矩形具有边长S1和S2，且包围混合设备3。各凸起9和11跨越对应于角θ的面积。角θ可为20°～45°，但优选为25°～35°，通常为20°～45°，更优选为30°～40°，最优选为大约30°。优选的是，图2所示实施方式中凸起9的延伸SW满足Sw＞2·(Rc-R)。混合设备的总截面积为边长为S1和S2且包围混合设备3的理想矩形或正方形的50％～75％或80％。
固体板可由如金属、玻璃纤维、塑料或类似物的材料制造。当我们提到“固体板”时，我们涵盖了会或不会因主流体流的影响而弯曲的刚性和非刚性板的多种形式。优选地，固体板为由金属制成的相对较薄如5～20mm厚的板，在流体流通过时不会弯曲。
小凸起11可略去，因为其主要目的如前所述是为了防止第二流倒流到固体板前侧。能够意识到，混合设备3相对于喷射装置5的出口的定位可以以这样的方式设置，从而将第二流的倒流减至最小，例如通过使第二流4撞击混合设备3的后侧3’的中心区附近来实现。因此，基本对应于喷射装置的第二流的出口可进行调节，以提供第二流4在至少混合设备3的后侧3’的至少一个部分区域上的撞击。这一撞击区基本上延伸包括了固体板上设置有小凸起11的由角0给出的面积。
图3示出常规圆形混合设备13和根据本发明的混合设备3(具有图2所示三角形凸起的圆形混合器)之间的比较实施例。两种混合器具有相同截面积。混合程度表示为在尺寸为200mm×200mm方管内测量的压力损失的函数。对这样的导管而言，R的典型值为50～100mm，例如为77mm。比较是在相当于3个水力直径的混合距离下作出的，其中水力直径定义为四倍流体流动截面积S1×S2与润湿周边2×(S1+S2)的比值。应该注意到，图3的混合程度实际上表示为所谓的不混合度；也就是说，沿Y轴的不混合度的值越小，示踪气体在主流体流中的混合越好。
图3的不混合度是根据S.Matlok，P.S.Larsen，E.Gjernes和J.Folm-Hansen的“Mixing studies in a 1:60 scale model of a corner-fired boiler with OFA”，gthIntemational Symposium on Flow Visulisation，1998，第1-1～1-6页和附图的激光薄片显形法(Laser sheet visualization method)确定的。这一激光法仅定量测量播入烟雾(油烟雾)中的某一种物质如示踪气体在导管任何混合距离，也就是距放置第一混合设备那一点的距离处的浓度。但是，熟练技术人员显而易见其它常规方法也适用。例如，通过喷入一种示踪气体如甲烷并用适当示踪气体分析仪测量它在既定混合距离处的浓度。
图3的不混合度是通过标准偏差(RMS)和既定混合距离(此处为3个水力直径)处物质如播入烟雾(油烟雾)中的示踪气沿导管宽度的浓度平均值(Mean)二者之比而定义的。因此，比值(RMS/Mean)越低，偏离沿导管宽度的浓度平均值的偏差就越小，因此混合越好。携带示踪气体的次要流与沿该导管流动的主流的体积流量比约为1∶100。
图3中沿X轴的压力损失已象本领域常规那样表示为速度落差的形式，也就是说表示为压降系数，其遵循关系式：
ΔP＝ε·(1/2ρv2)
其中，ΔP为压力损失(Pa)，1/2ρ·v2表示在导管内既定混合距离下的速度落差(Pa)；
ρ表示该流的密度(kg/m3)，和
v表示该流的速度(m/s)。
压降系数与导管内朝向混合设备前部的流动入射角α有关，因此曲线中8～9之间的压降系数对应于约90°的入射角，而0的压降系数对应于0°入射角。
本发明中，当入射角为10°～80°，特别是20°～60°时，能够获得就混合或压力损失方面来说比圆形混合设备有利的结果。优选地，入射角为30°～50°，更优选为35°～45°。
图3示出商业相关的压降系数范围即0.5～3，对同一RMS/Mean(不混合度)而言，当与具有相同截面积的圆形混合设备相比时，根据本发明也就是说具有三角凸起的混合设备具有显著较低的压降系数。可选地，与在既定压降系数下的圆形混合设备相比，本发明的混合设备实现更好的混合。作为一个特定实施例，在商业相关的压降系数2下常规圆形混合器的RMS/Mean的值为约0.24，而对图2的本发明混合设备而言，该值为0.12。作为另一个特定实施例，对预定为0.2的可接受RMS/Mean值而言，图2的圆形混合设备导致约为3的压降系数，而图2的本发明混合设备产生约为1的压降系数。在上下文中可看出沿X轴1～3的压降系数对应于约2毫巴。对具有700,000Nm3/h的主体积流的常规发电站而言，1毫巴的压力损失就意味着工厂折旧时间内大致150,000欧元的不良成本。

Claims (8)

1.一种用于在导管(1)内混合流体流的装置，所述装置包括：
至少一个混合设备(3)，该混合设备具有前侧和后侧(3’)，且置于第一主流(2)通过的所述导管(1)内，该至少一个混合设备(3)限定出远小于导管(1)横截面积的总截面积以允许所述第一主流(2)的通过，其中该至少一个混合设备(3)被放置在导管(1)中，以使第一主流(2)在该至少一个混合设备(3)的前侧上的入射角(α)为10°～80°，所述装置进一步包括喷射装置(5)，用于将至少一种第二流(4)引入其中所述第一主流(2)通过的所述导管(1)中，该喷射装置(5)经调节以提供至少一种第二流(4)在该至少一个混合设备(3)的后侧(3’)的至少部分区域上的撞击，和
其中至少一个混合设备(3)的形状为平固体板，所述至少一个混合设备(3)包括主固体板体(10)和一个或多个凸起(9，11)，所述主固体板体(10)具有限定圆形或椭圆形周边的圆形或椭圆形构型和所述一个或多个凸起(9，11)从所述圆形或椭圆形周边向外延伸，所述一个或多个凸起(9，11)具有三角形构型并且位于由主固体板体(10)的横截面所限定的同一平面中。
2.根据权利要求1的装置，其中所述导管(1)的截面为正方形或矩形。
3.根据权利要求1或2的装置，其中该至少一个凸起(9，11)从主固体板体(10)向外呈锥形伸出。
4.根据权利要求1或2的装置，其中该至少一个混合设备(3)以并排关系沿导管(1)的长度放置在导管(1)内，在导管(1)中发生流体流(2，4)的混合。
5.根据权利要求1或2的装置，其中入射角(α)为30°～50°。
6.根据权利要求1或2的装置，其中所述一个或多个凸起(9，11)包括主凸起(9)，所述主凸起(9)是三角形状，并且其中SW＞2·(Rc-R)，而且θ为20°～45°，
其中：
SW是所述主凸起(9)的延伸；
Rc是等价混合设备(13)的半径，所述等价混合设备(13)具有圆形的基板形状并且所述等价混合设备(13)的截面积对应于混合设备(3)的截面积，
R是具有圆形基板形状的主固体板体(10)的半径，和
θ是所述主凸起(9)跨越的面积对应的角。
7.根据权利要求6的装置，其中θ为30°～40°。
8.根据权利要求1或2的装置，其中该至少一个混合设备(3)包括一个或多个主凸起(9)，但不含小凸起(11)。
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