DE102007028438B4

DE102007028438B4 - Gasdüse und Reaktor hiermit

Info

Publication number: DE102007028438B4
Application number: DE102007028438.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Missalla; Mukund Parthasarathy; Prof. Werther Joachim; Dr. Schmidbauer Erwin
Original assignee: Outotec Oyj
Current assignee: Metso Finland Oy
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2027-06-19
Also published as: WO2008154995A1; AU2008266579B2; EA201000031A1; EA016316B1; AU2008266579A1; BRPI0813264B8; DE102007028438A1; BRPI0813264A2; BRPI0813264B1; UA102375C2

Abstract

Gasdüse (1, 1', 1") zum Einbringen eines Gases oder Gasgemisches in einen Reaktor mit• einem Düsenrohr (2) und einem Übergangsabschnitt (3) zur Durchleitung eines Gases, wobei- der Übergangsabschnitt (3) an einem Ende des Düsenrohres (2) angeordnet ist und das Düsenrohr (2) und der Übergangsabschnitt (3) als zwei separate und miteinander verbundene Bauteile ausgebildet sindoder- das Düsenrohr (2) an einem Ende den Übergangsabschnitt (3) aufweist und das Düsenrohr (2) und der Übergangsabschnitt (3) einstückig ausgebildet sind,wobei der Übergangsabschnitt (3) wenigstens eine Düsenöffnung (11) zur Abgabe des Gases oder Gasgemisches aus dem Übergangsabschnitt (3) an die Umgebung aufweist und das Verhältnis der Wandstärke des die wenigstens eine Düsenöffnung (11) aufweisenden Übergangsabschnitts (3) zu dem Durchmesser der wenigstens einen Düsenöffnung (11) wenigstens 2:1 beträgt;• einer topfartigen Haube (4), die den Übergangsabschnitt (3) mit einem Haubendeckel (7) dichtend abschließt, wobei die Haube (4) eine mit dem Haubendeckel (7) verbundene Haubenschürze (9) aufweist, die sich, den Übergangsabschnitt (3) und das Düsenrohr (2) unter Ausbildung eines ringförmigen Spalts (10) umgreifend, von dem Haubendeckel (7) weg erstreckt, und eine Länge L der Haubenschürze (9), die sich von Höhe der mindestens einen Düsenöffnung (11) zu dem dem Haubendeckel (7) abgewandten Ende der Haubenschürze (9) hin erstreckt, wenigstens 100 mm beträgt;wobei die Länge L der Haubenschürze (9), die Größe des durch diese gebildeten ringförmigen Spalts (10) und die Größe der wenigstens einen Düsenöffnung (11) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit V des Gases oder Gasgemisches an dem dem Haubendeckel (7) abgewandten Ende der Haubenschürze (9) weniger als 35% der Strömungsgeschwindigkeit des Gases oder Gasgemisches in der wenigstens einen Düsenöffnung (11) beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasdüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die zur Zufuhr von Gas oder Gasgemischen in einem Reaktor, insbesondere in einem Reaktor, in dem eine Wirbelschicht ausgebildet ist, verwendet werden kann. Weiter betrifft die Erfindung einen Reaktor mit einer derartigen Gasdüse.
Zum Einbringen von Gas oder Gasgemischen werden häufig Düsen eingesetzt, die eine oder meist mehrere Düsenöffnungen aufweisen, welche unmittelbar in den Reaktorraum münden, in dem eine Wirbelschicht aus Feststoffpartikeln ausgebildet ist. Bei diesen Düsenarten ist es möglich, dass Feststoffpartikel aus dem Reaktor in die Düsenöffnungen eindringen und diese verstopfen. Um dem entgegenzuwirken wird häufig die Gasgeschwindigkeit in den Düsenöffnungen stark erhöht, so dass Feststoffpartikel aus den Düsenöffnungen herausgeblasen werden oder gar nicht erst in diese eindringen können. Dies ist beispielsweise in der WO 03/103825 A1 beschrieben. In einigen Anwendungsfällen wird eine hohe Gasgeschwindigkeit in den Düsenöffnungen jedoch als nachteilig empfunden, da hierdurch häufig ein Partikelbruch oder -verschleiß bei den zu behandelnden Feststoffen auftritt.
Es wurden daher Gasdüsen vorgeschlagen, welche Düsenöffnung aufweisen, die nicht unmittelbar in das Innere des Reaktors gerichtet sind. Eine derartige Gasdüse ist beispielsweise aus der EP 1 499 434 B1 bekannt. Diese Gasdüse weist seitliche Düsenöffnungen auf, wodurch die Gefahr des Eindringens von Feststoffpartikeln verringert wird. In vielen Anwendungsfällen wird diese Lösung jedoch ebenfalls als verbesserungswürdig empfunden, da die Feststoffe auch seitlich in das Düsenrohr eindringen können.
In dem ‚Handbook of Fluidisation and Fluid-Particle Systems‘ werden verschiedene Beispiele von Gasdüsen mit seitlichen Düsenöffnungen sowie Gasdüsen der eingangs genannten Art mit einer Haube beschrieben. Auch bei den Gasdüsen mit Hauben erscheint die Problematik des Eindringens von Feststoffpartikeln in die Düsenöffnungen weiter verbesserungswürdig. Zudem ist die Konstruktion der Gasdüsen mit Hauben aufwendig und es besteht die Gefahr, dass sich die Hauben infolge der Belastung während des Betriebs in einem Reaktor von dem Düsenrohr ablösen.
Aus der EP 0 843 141 A1 ist eine Kohlenaufgabeeinrichtung für eine Braunkohlentrocknungsanlage mit einer Gasdüse zum Einbringen eines Gases in einen Wirbelschichttrockner bekannt. Die Gasdüse weist ein Düsenrohr zur Durchleitung eines Gases, wenigstens eine in der Nähe eines Endes des Düsenrohres angeordnete Düsenöffnung zur Abgabe des Gases aus dem Düsenrohr an die Umgebung, und eine topfartige Haube auf, die das Düsenrohr an dem Ende, an welchem die wenigstens eine Düsenöffnung vorgesehen ist, mit einem Haubendeckel dichtend abschließt. Die Haube weist eine mit dem Haubendeckel verbundene Haubenschürze auf, die sich, das Düsenrohr unter Ausbildung eines ringförmigen Spalts umgreifend, von dem Ende, an welchem die wenigstens eine Düsenöffnung vorgesehen ist, weg erstreckt. Maße in Bezug auf die Düse sind ebenso wenig genannt wie ein Hinweis auf die Strömungsgeschwindigkeit des Gases.
DE 198 36 397 A1 offenbart eine Düsenanordnung zur Gaseinleitung in einen Behälter. Die Düsenanordnung umfasst ein Innenrohr, welches an seinem oberen Ende Durchtrittsöffnungen aufweist und am selben Ende gasdicht abgeschlossen ist. Ferner zeichnet sich die beschriebene Düsenanordnung dadurch aus, dass ein Gasaustrittskanal vorgesehen ist, der gegenüber der Horizontalen nach oben geneigt ist.
Die DE 27 43 030 A1 beschreibt eine Wirbelbrennkammer mit einer haubenartigen Düse zum Einblasen von Verbrennungsluft. Aus einem zentralen Rohr wird die Luft über radiale Öffnungen in die Haube geleitet und verlässt diese durch einen am unteren Ende vorgesehenen Spalt, der durch einen Flansch begrenzt wird. Die Größe des Spalts wird abhängig von der zuzuführenden Luftmenge und Korngröße des verwendeten Bettmaterials angepasst. Dadurch soll das Bettmaterial daran gehindert werden, rückwärts in die Rohre hineinzurinnen. Gleichzeitig kann die Luftgeschwindigkeit im Spalt so hoch gehalten werden, dass Flammen vom Bett nicht unter die Haube schlagen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, eine Gasdüse der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei einer schonenden Behandlung von Feststoffpartikeln das Eindringen von Feststoffen in die Düsenöffnungen verhindert. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Zuverlässigkeit sowohl im Hinblick auf die Vermeidung von rückströmenden Partikeln als auch im Hinblick auf die mechanische Haltbarkeit der Gasdüse zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Haubenschürze eine sich ausgehend von dem Haubendeckel und dem Ende, an welchem die wenigstens eine Düsenöffnung vorgesehen ist, weg erstreckende Länge von wenigstens etwa 100 mm aufweist. Vorzugsweise ist die Länge L größer als etwa 110 mm, insbesondere größer als 120 mm.
Durch die gegenüber bekannten Gasdüsen deutlich verlängerte Haubenschürze wird ein Eindringen von Feststoffpartikeln in den ringförmigen Spalt zwischen dem Düsenrohr und der Haubenschürze vermieden. In der längeren Haubenschürze kann sich eine gleichmäßigere Gasströmung ausbilden, die das Eindringen der Partikel wesentlich erschwert. Es ist daher nahezu unmöglich, dass Feststoffpartikel entgegen der Schwerkraft und entgegen der Strömungsrichtung des Gases in dem ringförmigen Spalt bis zu den Düsenöffnungen gelangen und diese verstopfen, da eine Wirbelbildung der Gasströmung in dem ringförmigen Spalt vermieden wird bzw. am Ende des Spaltes nicht mehr vorhanden ist. Gleichzeitig kann durch die sehr lange Haubenschürze die Gasgeschwindigkeit des aus dem ringförmigen Spalt austretenden Gases oder Gasgemisches soweit verringert werden, dass keine unerwünschten Beschädigungen der Feststoffpartikel auftreten.
Durch die Verlängerung der Haubenschürze ist es möglich, die Gasgeschwindigkeit zu verringern, so dass das Ergebnis der Multiplikation von $V^{2} * L$
einen Wert zwischen 7 und 19 m³/s² , bevorzugt 8 bis 17 m³/s² besitzt, wobei V die Strömungsgeschwindigkeit des Gases oder Gasgemisches an dem dem Haubendeckel abgewandten Ende der Haubenschürze (am Düsenaustritt, ringförmiger Spalt) ist und
L die Länge des Teils der Haubenschürze ist, welche sich ab Höhe der mindestens einen Düsenöffnung bis zu dem dem Haubendeckel abgewandten Ende der Haubenschürze erstreckt.
Bei diesen Werten wird das Eindringen der Partikel verhindert und gleichzeitig die Gasgeschwindigkeit so niedrig gehalten, dass ein Partikelzerfall vermindert wird. Besonders bevorzugte Beispiele für die Verwendung einer erfindungsgemäßen Düse in einem Reaktor ist die Verbrennung oder Röstung von Feststoffen in der Wirbelschicht, die Trocknung oder chemische Behandlung von feinkörnigen Teilchen, z. B. wasserhaltiger Gips, CaCO₃, Aufheizung oder Kühlung von Partikeln und Klassieren oder Fördern von Feststoffen. Die Düse eignet sich speziell für Anwendungsfälle, bei denen eine niedrige Eintrittsgeschwindigkeit des Fluidisiergases gefordert ist so z. B. bei bruchempfindlichen Feststoffpartikeln oder bei Partikeln, die zum Verklinkern neigen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung der Gasdüse ist, dass auch bei Abstellen des Gasstromes durch die Gasdüse in die Wirbelschicht die Rückströmung von Partikeln spätestens in der Haubenschürze, jedoch vor den Düsenöffnungen zum Stillstand kommt. Hierdurch vereinfacht sich der Anfahrvorgang bei Wirbelschichten erheblich, da die Düsen nicht mehr verstopfen. Dadurch ist eine gleichmäßigere Fluidisierung gewährleistet.
Die Düse ist für alle Gase und Gasgemische über einen weiten Temperaturbereich geeignet. Üblicherweise durch eine solche Düse geführte Gase oder Gasgemische sind z. B. vorgewärmte Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserdampf-, CO₂-, CO-, SO₂- und SO₃-haltige Gase.
Erfindungsgemäß sind die Länge L der Haubenschürze, die Größe des durch diese gebildeten ringförmigen Spalts und die Größe der wenigstens einen Düsenöffnung derart aufeinander abgestimmt, dass die Strömungsgeschwindigkeit V des Gases oder Gasgemisches an dem dem Haubendeckel abgewandten Ende der Haubenschürze weniger als 35% der Strömungsgeschwindigkeit des Gases oder Gasgemisches in der wenigstens einen Düsenöffnung beträgt. Dabei wird es bevorzugt, wenn sich die Gasgeschwindigkeit von der wenigstens einen Düsenöffnung bis zum Bereich, an welchem das Gas oder Gasgemisch aus dem ringförmigen Spalt austritt, weniger als 25%, bevorzugt weniger als 18% und besonders bevorzugt etwa 10% bis etwa 14% der Strömungsgeschwindigkeit in der wenigstens einen Düsenöffnung beträgt. Die Gasgeschwindigkeit im Bereich der wenigstens einen Düsenöffnung kann damit vergleichsweise hoch gewählt werden, so dass ein Verstopfen der wenigstens einen Düsenöffnung wirkungsvoll vermieden wird. Gleichzeitig wird durch die geringe Gasgeschwindigkeit im Bereich des Austritts des Gases aus dem ringförmigen Spalt eine Beschädigung der Feststoffpartikel vermieden.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass die Länge L der Haubenschürze, die Größe des durch diese gebildeten ringförmigen Spalts und die Größe der wenigstens einen Düsenöffnung derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit V des Gases oder Gasgemisches an dem dem Haubendeckel abgewandten Ende der Haubenschürze etwa 6 bis 18 m/s, bevorzugt 7 bis 15 m/s, besonders bevorzugt 8 bis 13 m/s und in der wenigstens einen Düsenöffnung etwa 65 bis 140 m/s, bevorzugt 70 bis 120 m/s und besonders bevorzugt 75 bis 100 m/s beträgt. Diese Gasgeschwindigkeiten haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um ein Verstopfen der Düsenöffnungen zu verhindern und gleichzeitig eine schonende Behandlung der Feststoffpartikel zu ermöglichen.
Zusätzlich oder alternativ zu den zuvor genannten Merkmalen zeichnet sich eine erfindungsgemäße Gasdüse dadurch aus, dass das Düsenrohr, der Übergangsabschnitt mit dem Haubendeckel und die Haubenschürze als drei separate und miteinander verbundene Bauteile ausgebildet sind. Dies erlaubt einen besonders einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen Gasdüse, wobei im Wesentlichen Standardbauteile verwendet werden können. Der Übergangsabschnitt weist mindestens eine Düsenöffnung auf. Insbesondere handelt es sich bei der Haubenschürze und dem Düsenrohr bevorzugt um einfache Rohrteile. Weiterhin ist der Übergangsabschnitt so geformt, dass er einfach zu gießen, zu drehen, zu stanzen oder anderweitig zu fertigen ist, und dass die Düsenöffnungen der Düse leicht zu bohren sind. Dadurch ist die Düse auch einfach, schnell und billig zu fertigen. Weiterhin ist die Ausführung der Düse in der Gestalt, dass bei Gussteilen, die Gusshaut gegenüber dem Produkt, d. h. gegenüber den Partikeln, als Abrasionsschutz genutzt wird.
Die Stabilität der Gasdüse mit der Haube kann dadurch weiter verbessert werden, dass das Düsenrohr, der die wenigstens eine Düsenöffnung aufweisende Übergangsabschnitt mit dem Haubendeckel und die Haubenschürze aus Stahl bestehen, wobei diese Bauteile miteinander verschweißt werden. Hierbei wird es besonders bevorzugt, wenn das Düsenrohr über eine erste, ringförmige Schweißnaht mit dem Übergangsabschnitt und dieser bzw. der einstückig mit diesem ausgebildete Haubendeckel über eine zweite, ringförmige Schweißnaht mit der Haubenschürze verbunden ist. Diese Konstruktion ermöglicht es, die drei Bauteile jeweils über eine vergleichsweise lange und bei der Bearbeitung gut zugängliche Schweißnaht miteinander zu verbinden. Die Gefahr, dass sich diese Bauteile im Betrieb voneinander lösen, wird hierdurch minimiert. Weiterhin tragen diese langen, gut zugänglichen Schweißnähte zur vereinfachten, genaueren, schnelleren und billigeren Fertigung der Düsen bei, da solche Schweißarbeiten leichter automatisiert werden können.
Geeignete Materialien sind je nach Anforderung des Reaktors, der Zusammensetzung des Gases bzw. Gasgemisches und der durchgeführten Behandlung der Partikel z. B. hitzebeständige Edelstähle, einfache unlegierte Stähle, Baustähle oder Stahlguss. Bei Bedarf lassen sich auch Bauteile unterschiedlichen Materials miteinander verbinden.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verhältnis der Wandstärke des die wenigstens eine Düsenöffnung aufweisenden Abschnitts zu dem Durchmesser der wenigstens einen Düsenöffnung wenigstens etwa 2:1, bevorzugt mindestens 2,5:1 beträgt.
Um einerseits das Eindringen von Feststoffpartikeln in das Düsenrohr zu verhindern und andererseits eine ausreichend große Gasmenge in den Reaktor einbringen zu können, sind nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mehrere Düsenöffnungen in wenigstens einer ringförmigen Linie um den Umfang des Übergangsabschnitts verteilt angeordnet. Die Anzahl dieser ringförmigen Linien, auf denen die Düsenöffnungen angeordnet sind, ist vorzugsweise gering. So können etwa bis 10, insbesondere 1 bis 6 Linien, bevorzugt 2 bis 5 Linien vorgesehen sein, auf denen die Düsenöffnungen vorzugsweise regelmäßig verteilt angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft weiter einen Reaktor, insbesondere einen Wirbelschichtreaktor mit einer Wirbelschicht zur thermischen und/oder chemischen und/oder physikalischen Behandlung von Feststoffen, der wenigstens eine Gasdüse der oben genannten Art zur Zufuhr von Gas oder einem Gasgemisch aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen schematisch:

1 in Schnittansicht eine Gasdüse nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 in Schnittansicht eine Gasdüse nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
3 einen Schnitt durch die Gasdüse nach 2 und
4 in Schnittansicht eine Gasdüse nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Die in den 1 und 2 dargestellten Gasdüsen 1 bzw. 1' weisen im Wesentlichen den selben Aufbau auf und bestehen aus einem Düsenrohr 2, einem an einem Ende des Düsenrohres 2 angeordneten Übergangsabschnitt 3 sowie einer Haube 4, welche das Düsenrohr 2 umgibt.
Das Düsenrohr 2 erstreckt sich zur Zufuhr eines Gases oder eines Gasgemisches durch die in 2 angedeutete Auskleidung 5 eines nicht näher dargestellten Reaktors in dessen Inneres. In den dargestellten Ausführungsformen verläuft das Düsenrohr 2 im Wesentlichen vertikal, wobei das obere Ende, aus welchem das Gas oder Gasgemisch abgegeben wird, in den Reaktorraum hineinragt.
Der Übergangsabschnitt 3 ist über eine kreisringförmige, umlaufende erste Schweißnaht 6 mit dem in den 1 und 2 oberen Ende des Düsenrohres 2 fest verbunden. Anschließend an die erste Schweißnaht 6 weist der Übergangsabschnitt 3 in der bevorzugten Ausführungsform nach den 1 bis 3 eine gegenüber dem Düsenrohr 2 vergrößerte Wandstärke auf, grundsätzlich ist hier jedoch auch die selbe, d. h. eine konstante, Wandstärke möglich, wie dies in 4 dargestellt ist. Der Übergangsabschnitt 3 ist einstückig mit einem in den dargestellten Ausführungsformen im Wesentlichen horizontal verlaufenden Haubendeckel 7 der Haube 4 ausgebildet.
Der Übergangsabschnitt 3 weist bevorzugt eine Verjüngung bzw. Verbreiterung der Wandstärke auf, die nicht schlagartig ist, sondern eine Schräge besitzt. Diese Schräge hat einen Winkel von mindestens 45°, bevorzugt 50 bis 80°, üblicherweise 55 bis 70°. Durch diese schräge Verjüngung des Übergangsabschnittes ist es möglich, den Gasstrom besser zu vergleichmäßigen und die Wirbelbil dung des Gases zu verhindern. Dadurch werden weniger Partikel in einen wirbelnden Gasstrom eingezogen und entgegen der allgemeinen Gasströmung in Richtung Düsenöffnung gefördert.
Der radial äußere Rand des kreisförmigen Haubendeckels 7 ist über eine kreisringförmige, umlaufende zweite Schweißnaht 8 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Haubenschürze 9 verbunden, welche sich von dem Haubendeckel 7 in den 1 und 2 nach unten erstreckt. Die Haubenschürze 9 hat dabei gemessen von der zweiten Schweißnaht 8 bis zu ihrem in den 1 und 2 unteren Ende eine Länge von über 130 mm, in den dargestellten Ausführungsformen etwa 150 mm. Der Haubendeckel 7 und die Haubenschürze 9 bilden somit gemeinsam die Haube 4, welche näherungsweise die Gestalt eines umgestülpten Topfes aufweist und das Düsenrohr 2 gegenüber dem Inneren des Reaktors verschließt.
Zwischen dem Düsenrohr 2 und der Haubenschürze 9 wird ein ringförmiger Spalt 10 definiert, welcher in den 1 und 2 nach oben durch den Haubendeckel 7 abgeschlossen und nach unten offen ist. Um das Gas oder Gasgemisch aus dem Düsenrohr 2 in das Innere des Reaktors zu leiten sind im Bereich des Übergangsabschnitts 3 mehrere Düsenöffnungen 11 ausgebildet.
In der Ausführungsform nach 1 ist an dem Umfang des Übergangsabschnittes 3 eine umlaufende ringförmige Linie definiert, in welcher mehrere Düsenöffnungen 11 regelmäßig um den Umfang verteilt vorgesehen sind. Dagegen sind nach der Ausführungsform nach 2 übereinander insgesamt 4 Linien ausgebildet, auf denen üblicherweise 7 bis 16 Düsenöffnungen 11 angeordnet sind. In der Ausführungsform nach den 2 und 3 sind in jeder Linie 13 Düsenöffnungen 11 regelmäßig um den Umfang verteilt vorgesehen.
Die Größe der Düsenöffnungen 11 ist verglichen mit der Wandstärke des Übergangsabschnittes 3 sowie verglichen mit der Breite des Spalts 10 zwischen dem Düsenrohr 2 und der Haubenschürze 9 klein. So ist die Wandstärke des Übergangsabschnitts 3 in der Ausführungsform nach 1 etwa dreimal so groß wie der Durchmesser der Düsenöffnungen 11. Die Größe des Spalts 10 ist um ein Vielfaches größer als der Durchmesser der Düsenöffnungen 11.
Hierdurch wird erreicht, dass das Gas oder Gasgemisch aus den Düsenöffnungen 11 mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit, in der Ausführungsform nach 2 etwa 80 bis 90 m pro Sekunde, ausströmt, während die Gasgeschwindigkeit im Bereich des in den Figuren unteren Endes des Spalts 10 sehr viel niedriger, in der Ausführungsform nach 2 etwa 9 bis 11 m pro Sekunde, ist. Der Wert V²*L beträgt hier 9 bis 16 m³/s².
Die hohe Gasgeschwindigkeit im Bereich -der Düsenöffnungen 11 verhindert ein Verstopfen der Düsenöffnungen 11. Der bevorzugte kleinere Spalt im Übergangsstück verringert die Gasgeschwindigkeit nach den Düsenöffnungen 11 und die gewinkelte Verjüngung im mittleren Bereich vergleichmäßigt die Strömung des aus der Düse austretenden Gases. Durch diese gleichmäßige, wirbelarme Strömung am Düsenaustritt wird trotz der geringen Gasgeschwindigkeit der Eintritt von Partikeln in die Düse verhindert. Die niedrige Gasgeschwindigkeit im Bereich des in den Figuren unteren Endes des Spalts 10 verhindert dann eine Beschädigung oder Verklinkerung der in dem Reaktor zu behandelnden Feststoffpartikel.
Die in 4 dargestellte Düse 1" ist für geringere Luftmengen je Düse geeignet und wird aus Standardmaterialien gefertigt. Dies ist ein Düsenrohr 2 mit einer Bohrungsreihe für die Düsenöffnungen 11, ein als Stanzteil gestalteter Haubendeckel 7 sowie eine Haubenschürze 9. Die Rohre sind alle als Standardrohre geplant. Die Verbindung dieser Komponenten erfolgt über Schweißnähte 8a und 8b an dem Übergang zum Haubendeckel 7 und ermöglicht eine vergrößerte Schweißfläche. Der Übergangsabschnitt 3 kann dabei einstückig mit dem Düsenrohr 2 ausgebildet sein.
Dagegen ist die Düse 1' nach 2 für höhere Luftmengen geeignet und hat somit mehrere Bohrungsreihen (z.B. Primärluftdüsen). Der Übergangsabschnitt 3 ist bei dieser Ausführungsform einstückig mit dem Haubendeckel 7 als ein Gussteil ausgebildet, bei dem die Gusshaut nach außen gerichtet ist.
Bezugszeichenliste

1, 1', 1": Gasdüse
2: Düsenrohr
3: Übergangsabschnitt
4: Haube
5: Reaktorauskleidung
6: erste Schweißnaht
7: Haubendeckel
8: zweite Schweißnaht
8a, 8b: Schweißnähte
9: Haubenschürze
10: Spalt
11: Düsenöffnung
L: Länge des Teils der Haubenschürze 9, welches sich ab Höhe der mindestens einen Düsenöffnung 11 bis zu dem dem Haubendeckel 7 abgewandten Ende der Haubenschürze 9 erstreckt

Claims

Gasdüse (1, 1', 1") zum Einbringen eines Gases oder Gasgemisches in einen Reaktor mit • einem Düsenrohr (2) und einem Übergangsabschnitt (3) zur Durchleitung eines Gases, wobei - der Übergangsabschnitt (3) an einem Ende des Düsenrohres (2) angeordnet ist und das Düsenrohr (2) und der Übergangsabschnitt (3) als zwei separate und miteinander verbundene Bauteile ausgebildet sind oder - das Düsenrohr (2) an einem Ende den Übergangsabschnitt (3) aufweist und das Düsenrohr (2) und der Übergangsabschnitt (3) einstückig ausgebildet sind, wobei der Übergangsabschnitt (3) wenigstens eine Düsenöffnung (11) zur Abgabe des Gases oder Gasgemisches aus dem Übergangsabschnitt (3) an die Umgebung aufweist und das Verhältnis der Wandstärke des die wenigstens eine Düsenöffnung (11) aufweisenden Übergangsabschnitts (3) zu dem Durchmesser der wenigstens einen Düsenöffnung (11) wenigstens 2:1 beträgt; • einer topfartigen Haube (4), die den Übergangsabschnitt (3) mit einem Haubendeckel (7) dichtend abschließt, wobei die Haube (4) eine mit dem Haubendeckel (7) verbundene Haubenschürze (9) aufweist, die sich, den Übergangsabschnitt (3) und das Düsenrohr (2) unter Ausbildung eines ringförmigen Spalts (10) umgreifend, von dem Haubendeckel (7) weg erstreckt, und eine Länge L der Haubenschürze (9), die sich von Höhe der mindestens einen Düsenöffnung (11) zu dem dem Haubendeckel (7) abgewandten Ende der Haubenschürze (9) hin erstreckt, wenigstens 100 mm beträgt; wobei die Länge L der Haubenschürze (9), die Größe des durch diese gebildeten ringförmigen Spalts (10) und die Größe der wenigstens einen Düsenöffnung (11) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit V des Gases oder Gasgemisches an dem dem Haubendeckel (7) abgewandten Ende der Haubenschürze (9) weniger als 35% der Strömungsgeschwindigkeit des Gases oder Gasgemisches in der wenigstens einen Düsenöffnung (11) beträgt.
Gasdüse (1, 1', 1") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L der Haubenschürze (9) mehr als 110 mm beträgt.
Gasdüse (1, 1', 1") nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L der Haubenschürze (9), die Größe des durch diese gebildeten ringförmigen Spalts (10) und die Größe der wenigstens einen Düsenöffnung (11) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit V des Gases oder Gasgemisches an dem dem Haubendeckel (7) abgewandten Ende der Haubenschürze (9) weniger als 25% der Strömungsgeschwindigkeit des Gases oder Gasgemisches in der wenigstens einen Düsenöffnung (11) beträgt.
Gasdüse (1, 1', 1") nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit V des Gases oder Gasgemisches an dem dem Haubendeckel (7) abgewandten Ende der Haubenschürze (9) 10% bis 14% der Strömungsgeschwindigkeit des Gases oder Gasgemisches in der wenigstens einen Düsenöffnung (11) beträgt.
Gasdüse (1, 1', 1") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L der Haubenschürze (9), die Größe des durch diese gebildeten ringförmigen Spalts (10) und die Größe der wenigstens einen Düsenöffnung (11) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit V des Gases oder Gasgemisches an dem dem Haubendeckel (7) abgewandten Ende der Haubenschürze (9) 6 bis 18 m/s und in der wenigstens einen Düsenöffnung (11) 65 bis 140 m/s beträgt.
Gasdüse (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenrohr (2), der die wenigstens eine Düsenöffnung (11) aufweisende Übergangsabschnitt (3) mit dem Haubendeckel (7) und die Haubenschürze (9) als drei separate und miteinander verbundene Bauteile ausgebildet sind.
Gasdüse (1, 1') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenrohr (2), der die wenigstens eine Düsenöffnung (11) aufweisende Übergangsabschnitt (3) mit dem Haubendeckel (7) und die Haubenschürze (9) als drei separate und miteinander verschweißte Bauteile ausgebildet sind.
Gasdüse (1, 1') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenrohr (2), der die wenigstens eine Düsenöffnung (11) aufweisende Übergangsabschnitt (3) mit dem Haubendeckel (7) und die Haubenschürze (9) aus Stahl bestehen, wobei das Düsenrohr (2) über eine erste, ringförmige Schweißnaht (6) mit dem Übergangsabschnitt (3) und der einstückig mit dem Übergangsabschnitt (3) ausgebildete Haubendeckel (7) über eine zweite, ringförmige Schweißnaht (8) mit der Haubenschürze (9) verbunden ist.
Gasdüse (1, 1', 1") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsenöffnungen (11) in ringförmigen Linien um den Umfang des Übergangsabschnitts (3) verteilt angeordnet sind.
Gasdüse (1, 1', 1") nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ringförmigen Linien zwei bis zehn beträgt.
Gasdüse (1, 1', 1") nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ringförmigen Linien vier beträgt.
Reaktor zur thermischen und/oder chemischen und/oder physikalischen Behandlung von Feststoffen, wobei der Reaktor wenigstens eine Gasdüse (1, 1', 1") nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Zufuhr von Gas oder einem Gasgemisch aufweist.
Verwendung einer Gasdüse (1, 1', 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 2 in einem Reaktor zur Verbrennung oder Röstung von Feststoffen in der Wirbelschicht, zur Trocknung und/oder chemischen Behandlung von feinkörnigen Teilchen, zur Aufheizung oder Kühlung von Partikeln und/oder zum Klassieren und/oder Fördern von Feststoffen, wobei das Produkt des Quadrats der Strömungsgeschwindigkeit V des Gases oder Gasgemisches an dem dem Haubendeckel (7) abgewandten Ende der Haubenschürze (9) mit der Länge L der Haubenschürze (9) einen Wert (V² * L) zwischen 7 und 19 m³/s² besitzt.