DE102005021650A1

DE102005021650A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung von Zweistoff-Düsen

Info

Publication number: DE102005021650A1
Application number: DE102005021650A
Authority: DE
Inventors: Dieter Wurz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2006-11-09
Also published as: CN101232948A; ZA200709427B; CN101232948B

Abstract

Für die Erzeugung eines möglichst feinen Tropfenspektrums werden Zweistoffdüsen eingesetzt. Ein Nachteil dieser Zweistoffdüsen ist die Neigung zu Feststoffablagerungen insbesondere auch in den Zuluftbohrungen. Der sichere Betrieb von Zweistoffdüsen erfordert in vielen Fällen einen häufigen Ausbau der Düsenlanzen; denn nur auf diese Weise sind die Düsen nach dem Stand der Technik für Reinigungsarbeiten zugänglich. Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Vermeidung von Ablagerungen im Betrieb von Zweistoffdüsen bzw. zur Reinigung der Düsen ohne Ausbau der Düsenlanzen.

Description

In der Verfahrenstechnik, insbesondere bei Rauchgasreinigungsverfahren, werden häufig Düsen eingesetzt, die eine sehr feine Zerstäubung der Flüssigkeit ermöglichen. Neben Hochdruckeinstoffdüsen kommen auch zunehmend Zweistoffdüsen zum Einsatz. Bei diesen wird die Flüssigkeit unter Zuhilfenahme eines Druckgases, z. B. Druckluft oder Dampf, bei mäßigen Drücken fein zerstäubt. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer derartigen Zweistoffdüse. Die zu zerstäubende Flüssigkeit 1 wird über ein Rohr 2 der weitgehend zentrisch symmetrischen Zweistoffdüse 3 zugeführt, während das Druckgas 17 über Bohrungen 5 aus einem äußeren Ringraum 6 in die Mischkammer 7 eingeblasen wird. Im vorliegenden Beispiel ist das Zuführungsrohr 2 für die Flüssigkeit im Inneren des Rohres 4 für die Zuleitung des Druckgases geführt. Dies ist jedoch keinesfalls zwingend. Über die Düsenmündung 8 verlässt das Zweistoffgemisch 9 aus Zerstäubungsgas und Tropfen mit relativ hoher Geschwindigkeit die Mischkammer.
Da das Zerstäubungsgas in den meisten Fällen aus Druckluft besteht, wird nachfolgend zur Vereinfachung nur noch von Luft gesprochen.
Zur Zeit treten in derartigen Zweistoffdüsen relativ häufig Betriebsstörungen durch Ablagerungen 11 und 15 auf. Betroffen sind die Engstelle 10 der Flüssigkeitszuführung, aber insbesondere auch die radialen Bohrungen 5 für die Drucklufteinleitung. 2 veranschaulicht in einer Ausschnittvergrößerung diesen Sachverhalt. Dies zwingt zu einem häufigen Ausbau der Düsenlanzen und zur Reini gung der Düsen. Da die Anlagen, in welche die Düsen eingebaut sind, zu diesem Zweck in aller Regel nicht abgefahren werden können, schränken diese Erfordernisse den Einsatz von Zweistoffdüsen erheblich ein, denn am Düseneinbauflansch muss in aller Regel Unterdruck in der Anlage herrschen, damit keine Schadgase über den zum Ausbau der Düsenlanzen kurzzeitig geöffneten Flansch austreten können. Ferner bedingen die Wartungsarbeiten einen großen Zeitaufwand. Und die Funktion der Anlage kann durch den wartungsbedingten Ausbau einer Düsenlanze beeinträchtigt sein.
Nach dem Stand der Technik sind die Zuluftbohrungen 5 am Übergang von der Ringkammer 6 zur Mischkammer 7 scharfkantig 12 ausgeführt. Dies hat zur Folge, dass die Luftströmung an der Eintrittskante der Bohrungen Ablösegebiete 13 bildet, die sich bis zur Mischkammer 7 hin erstrecken können, 3. In das ringförmige Ablösegebiet kann die zu zerstäubende Flüssigkeit gegen die Strömungsrichtung der Luft zurückströmen 14 und bildet hier auftrocknende Ablagerungen 11. Diese verringern den Luftdurchsatz und zwingen zu einer regelmäßigen Reinigung der Düsen.
Auch an der Zuführungsstelle für die Flüssigkeit existiert in aller Regel eine Engstelle 10. Hier kann es ebenfalls zu Ablagerungen 15 kommen, insbesondere von Plättchen, die sich aus Wandbelägen in den Flüssigkeitszuführungsleitungen abgelöst haben.

Ziel der vorliegenden Erfindung sind Verfahren und Vorrichtungen, durch die eine Verschmutzung von Zweistoffdüsen weitgehend unterbunden werden können, so dass lange wartungsfreie Betriebsintervalle erzielt werden.

4 zeigt eine Basisvariante gemäß der Erfindung. Hier sind die Luftbohrungen 5 auf der Seite der Luftkammer mit einer Abrundung 16 versehen. Dies hat zur Folge, dass sich die Luftströmung nicht mehr von der Bohrungswand ablöst. Vielmehr wirkt in der jetzt düsenartig ausgeformten Bohrung durchgehend eine von der Luftströmung erzeugte Wandschubspannung auf die Bohrungswand in Richtung auf die Mischkammer zu. Diese Wandschubspannung behindert ein Zurückfließen von Flüssigkeit in die Bohrungen, sodass die Bildung von Belägen durch den auftrocknenden Verdampfungsrückstand der Flüssigkeit weitgehend unterbunden wird.
Absolut vermeiden lassen sich Ablagerungen in den Bohrungen mit dieser Technik jedoch nicht. Dies hängt damit zusammen, dass die Luft in wenn auch geringem Umfange Feinstäube enthält. Diese können sich auf der Wand der Radialbohrung ablagern und bilden hier eine Art Kapillarpumpe: In der feinkapillaren Staubschicht kann Flüssigkeit gegen die Strömungsrichtung der Zerstäubungsluft in die Radialbohrungen zurückgesaugt werden. Dies führt mit der Zeit zu einer Verdickung der Belagsschichten. Beläge können sich in den Radialbohrungen ferner während instationärer Zerstäubungsprozesse infolge temporärer Rückströmung in den Luftzuführungsbohrungen bilden. Bei Zweistoffdüsen, die nach dem Stand der Technik scharfkantige Radialbohrungen 5 und 12 aufweisen, werden Beläge ja sogar in der Ringkammer 6 festgestellt, die doch eigentlich nur von Luft durchströmt sein sollte.
Daher sind in Ausgestaltungen der Erfindung Verfahren und Vorrichtungen vorgesehen, die eine Reinigung der Radialbohrungen ermöglichen.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Zerstäubungsluft mit einer Reinigungsflüssigkeit 21 zu dotieren, bevorzugt mit demineralisiertem Wasser. Dies kann nahe der Zweistoffdüse 3 im Rohr 4 für die Luftzufuhr erfolgen. Die Beaufschlagung des Druckgases mit einem Tropfennebel kann aber auch in einem größeren Abstand von der Düse 3 vorgenommen werden. Die Reinigungsflüssigkeit 21 wird von der Zerstäubungsluft mit hoher Geschwindigkeit durch die meist, aber keineswegs zwingend, radial angeordneten Bohrungen 5 gepresst, die auf diese Weise von Belägen frei gehalten werden. In Abstimmung auf die Art der Beläge in den Bohrungen kann es hilfreich sein, die Reinigungsflüssigkeit mit Chemikalien zu beaufschlagen, durch die der Lösungsprozess an den Ablagerungen 11 in den Bohrungen 5 unterstützt wird. Dabei ist es nicht erforderlich, die Zerstäubungsluft fortwährend mit Reinigungsflüssigkeit zu dotieren; vielmehr ist auch eine intermittierende Beaufschlagung in vielen Fällen ausreichend. Es kann vorteilhaft sein, die Reinigungsflüssigkeit in einer getrennten, hier nicht dargestellten Zerstäubungskammer in kleine Tropfen zu zerlegen, sodass die Radialbohrungen mit einer Luft – Tropfennebel – Strömung beaufschlagt werden.
In manchen Fällen könnte es jedoch ausreichend sein, die Zerstäubungsluft z. B. durch Einblasen von Wasserdampf 18 aufzufeuchten oder sogar mit Wasserdampf zu sättigen. Bei der Expansion der in den Bohrungen 5 beschleunigten Druckluft kommt es zu einer Temperaturabsenkung und somit zu einer Rekondensation von Wasserdampf. Dies passiert zwar überwiegend in der Strömung außerhalb der Strömungsgrenzschichten, bei üblichen Prandtlzahlen jedoch auch noch in geringem Umfange an den Wänden 19 der Bohrungen 5. Die Benetzung der Bohrungswand durch Rekondensat kann in vielen Fällen eine ausreichende Reinigung bewirken.
In einer zweiten Ausgestaltung wird die Zerstäubungsluft mit kleinen Schaumstoffkügelchen beaufschlagt, die nach stochastischen Gesetzmäßigkeiten abwechselnd durch die diversen Bohrungen 5 gepresst werden, wodurch die Radialbohrungen frei von Belägen gehalten werden, ein Verfahren, welches bisher ausschließlich für die Reinigung von langen Kondensatorrohren eingesetzt wird. Dieses Verfahren kann mit oder ohne zusätzliche Dotierung mit einer Reinigungsflüssigkeit zur Anwendung kommen.
In einer dritten Ausgestaltung wird die Zerstäubungsluft mit abrasiv wirkenden Feinstäuben beaufschlagt, die ebenfalls zu einer ersosiven Ablösung der Beläge in den Bohrungen führen. Dabei sollte die Härte der abrasiv wirkenden Feinstäube wesentlich geringer sein als die Härte des Düsenmaterials, sodass tatsächlich nur die Beläge und nicht etwa die Bohrungswände abgetragen werden.
Da nicht nur die Radialbohrungen für die Zufuhr der Zerstäubungsluft durch Belagsbildung verlegt werden können, sondern auch die Flüssigkeitszuführungs – Bohrung 10, diese insbesondere durch Belagsplättchen 15 aus den Zuführungsleitungen 2, ist auch für die Flüssigkeitszuführungsbohrungen ein Reinigungs mechanismus vorgesehen, 5. Ein Stößel 20 kann z. B. magnetostriktiv oder auf hydraulischem Wege in die Engstelle der Flüssigkeitszuführungsbohrung 10 eingeführt werden, wodurch die Plättchen zertrümmert und über die Mischkammer ausgetragen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, der zu zerstäubenden Flüssigkeit mit Hilfe eines zuschaltbaren Flatterventils Druckstöße aufzuprägen, die eine Zertrümmerung der Verlegungen bewirken, in gewissem Sinne vergleichbar mit der Ultraschallzertrümmerung von Nierensteinen.
Alle aufgeführten Verfahren dienen dem Zweck, den Inspektions- und Wartungsaufwand an dem Zweistoffdüsensystem auf ein Minimum zu verringern und über lange Betriebszeiten hinweg eine optimale Verdüsung sicherzustellen.

1: zu zerstäubende Flüssigkeit
2: Zuleitrohr der Flüssigkeit
3: Zweistoff-Düse
4: Zuleitrohr des Druckgases
5: Durchtrittsbohrungen des Druckgases
6: äußerer Ringraum bzw. Ringkammer
7: Mischkammer
8: Düsenmündung
9: Zweistoffgemisch aus Druckgas und Flüssigkeitströpfchen
10: Durchtrittsbohrung der Flüssigkeit (Engstelle)
11: Feststoffablagerungen
12: scharfkantige Durchtrittsbohrungen
13: Ablösegebiet
14: in das Ablösegebiet strömende Flüssigkeit
15: Ablagerungen in der Engstelle der Flüssigkeitszufuhr
16: Abrundungen an den Durchtrittsbohrungen des Druckgases
17: Druckgas
18: Wasserdampf
19: Wand der Bohrung 5
20: Stößel
21: Reinigungsflüssigkeit

Claims

Verfahren und Vorrichtung unter Einsatz von wenigstens einer Zweistoffdüse, in welcher eine Flüssigkeit von einer Gasströmung in feine Tropfen zerlegt wird, mit getrennten Bohrungen für die Zuführung der Flüssigkeit und des Gases in eine Mischkammer, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen für die Zuführung des Zerstäubungsgases und/oder die Bohrungen für die Zuführung der Flüssigkeit selbstreinigend ausgeführt oder mit Vorrichtungen zur Reinigung während des regulären Betriebs ausgestattet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungsbohrungen auf der Ringkammerseite derart düsenförmig abgerundet sind, dass die Gasströmung die Radialbohrungen ohne Strömungsablösung passiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerstäubungsgas an einer beliebigen Stelle vor den Gaszuführungsbohrungen mit einer Reinigungsflüssigkeit beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerstäubungsgas vor den Gaszuführungsbohrungen mit abrasiv wirkenden Stäuben beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerstäubungsgas mit schwammartigen Kügelchen beaufschlagt wird, die vom Gas durch die Gaszuführungsbohrungen reinigungswirksam in die Mischkammer gepresst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung für die Flüssigkeitszufuhr zur Mischkammer mit Hilfe eines beweglichen Stößels von Belägen bzw. Verlegungen frei gehalten wird.