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In
vielen verfahrenstechnischen Anlagen werden Flüssigkeiten
in ein gasförmiges Fluid, z. B. in zu reinigendes oder
abzukühlendes Rauchgas eingesprüht. Dabei ist
es häufig von entscheidender Bedeutung, dass die Flüssigkeit
in möglichst feine Tropfen zerstäubt wird. Je
feiner die Tropfen sind, um so größer ist die
spezifische Tropfenoberfläche. Daraus können sich
erhebliche verfahrenstechnische Vorteile ergeben. So hängen
beispielsweise die Größe eines Reaktionsbehälters
und seine Herstellungskosten entscheidend von der mittleren Tropfengröße
ab. Aber vielfach ist es keineswegs ausreichend, dass die mittlere
Tropfengröße einen bestimmten Grenzwert unterschreitet.
Schon einige wenige wesentlich größere Tropfen
können zu erheblichen Betriebsstörungen führen.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Tropfen auf Grund
ihrer Größe nicht schnell genug verdunsten, sodass
noch Tropfen oder auch teigige Partikel in nachfolgenden Komponenten,
z. B. auf Gewebefilterschläuchen oder an Gebläseschaufeln,
abgeschieden werden und zu Betriebsstörungen durch Inkrustierungen,
Korrosion oder Unwucht führen.
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Wenn
Flüssigkeiten zu einem möglichst feinen Tropfenspray
zerstäubt werden sollen, kommen neben Hochdruck-Einstoffdüsen,
die nur mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit beschickt
werden, häufig sogenannte druckgasgestützte Zweistoffdüsen
zum Einsatz. Bei diesen Düsen wird die Flüssigkeit
mit Hilfe eines Druckgases, z. B. Druckluft oder Druckdampf, dem
ersten gasförmigen Fluid, in ein zweites gasförmiges
Fluid, z. B. in Rauchgas eingesprüht.
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Definitionen:
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Im
Interesse einer sprachlichen Vereinfachung wird nachfolgend zur
Benennung des ersten gasförmigen Fluids vielfach die Bezeichnung
"Druckluft" verwandt, auch wenn verallgemeinernd von Druckgas oder
Druckdampf gesprochen werden könnte. Ferner werden wir
in der Regel das zweite gasförmige Fluid als Rauchgas bezeichnen.
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Die
Beschreibung der Erfindung konzentriert sich auf den komplizierteren
Fall der druckluftgestützten Zweistoffdüse. Die
wesentlichen Merkmale der Erfindung sind jedoch auch auf Einstoff-Druckzerstäuberdüsen
anzuwenden, sofern diese als Vielloch- oder Bündeldüsen
gestaltet sind.
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Hier interessierende Düsentypen:
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- – Viellochdüsen sind Düs
en, bei denen der Tropfenspray, ausgehend von einer gemeinsamen Vorkammer
oder Mischkammer, über mehrere Einzelbohrungen austritt.
- – Bündeldüsen sind Düsen,
bei denen mehrere prinzipiell funktionsfähige Einzeldüsen
an einem Düsenkopf oder innerhalb eines Düsenkopfes montiert
sind.
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Betriebliche Probleme bei
Düsen und Schwächen von Laboruntersuchungen:
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In
Verbindung mit dem für die Zerstäubung erforderlichen
Energieaufwand ist die Charakteristik des erzeugten Tropfensprays
von entscheidender Bedeutung. In diesem Zusammenhang muss auf folgende
Problematik hingewiesen werden:
Die messtechnische Erfassung
der Tropfengrößenverteilung im Spray, der mit
einer Düse erzeugt wird, erfolgt in aller Regel unter idealisierten
Randbedingung in Strömungslaboratorien. Dabei werden die
in großtechnischen Anlagen auftretenden Randbedingungen
z. T. erheblich verfälscht. So wird beispielsweise der
Staubgehalt des Rauchgases bzw. die Beladung des Rauchgases mit
leicht kondensierbaren Gasen im Labor nicht nachgebildet. Und aus
diesem Grunde sind die im Labor erzielten Ergebnisse auch nur bedingt
auf den Langzeitbetrieb an Großanlagen zu übertragen.
Als leicht kondensierbare gasförmige Inhaltsstoffe von
Rauchgas sind insbesondere Schwefeltrioxid oder Schwefelsäure
zu nennen. Aber in Abwesenheit von Schwefelsäure kann auch
bereits eine Unterschreitung des Wasserdampftaupunkts zu erheblichen
Problemen durch Belagsbildung führen. Während
die Schwefelsäure-Taupunktstemperatur beispielsweise Werte
zwischen 100°C und 160°C betragen kann, liegen
die Wasserdampf-Taupunkts-Temperaturen in Rauchgasen häufig
zwischen ca. 45°C und 65°C. Da mit Zweistoffdüsen
in aller Regel ein vergleichsweise kaltes Fluid in das Rauchgas
eingesprüht wird, liegt die Oberflächentemperatur
von Düsenlanze und Düsenkopf, insbesondere auch
jene von Bündeldüsenköpfen, deutlich
unterhalb der Taupunktstemperaturen der genannten Rauchgasinhaltsstoffe.
Aus dem Rauchgas an Düsenlanze und Düsenkopf kondensierende Flüssigkeit
kann mit den partikulären Inhaltsstoffen des Rauchgases,
den Flugstäuben, chemisch reagieren. So ist leicht einzusehen,
dass Flugstäube mit einem hohen Branntkalkgehalt (CaO)
mit dem als Schwefelsäure (H2SO4) kondensierenden Schwefeltrioxidgehalt
des Rauchgases zu Gips (CaSO4) reagieren,
sodass sich harte und fest haftende Beläge aufbauen können.
Aber bei Unterschreitung des Wasserdampftaupunkts an der Lanzen-
bzw. Düsenoberfläche bedarf es nicht einmal eines
Schwefelsäuregehalts des Rauchgases. Bereits ein geringer
Schwefdioxid-Gehalt ist für den Aufbau harter Beläge
ausreichend, sofern die Flugstäube z. B. CaO oder MgO enthalten.
Und eine Belagsbildung ist auch dann schon möglich, wenn
nur Wasserdampf kondensiert und das Kondensat mit abgeschiedenen Flugstäuben
abbindet.
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Wenn
jedoch im Bereich der Düsen-Austrittsöffnungen
Beläge aufwachsen, ist kaum zu vermeiden, dass auch Tröpfchen
aus dem Spray an diesen Belägen abgeschieden werden und
dass sich hier Flüssigkeitsfilme bilden, wie bei der Diskussion
zu 1 noch näher erläutert wird.
Von diesen Flüssigkeitsfilmen lösen sich im Bereich
geringer Schubspannungskräfte vergleichsweise große
Sekundärtropfen ab. Während mit einer modernen
Zweistoffdüse grundsätzlich maximale Tropfengrößen
von z. B. 20–100 μm erreichbar sind, können
die Tropfen, die sich von den Flüssigkeitsfilmen ablösen,
durchaus Durchmesser von 500–3 000 μm aufweisen.
Für derart große Tropfen ist die Verweilzeit selbst
in großtechnischen Anlagen viel zu kurz, als dass eine
auch nur annähernd vollständige Verdunstung gelingen könnte.
Unzulässig hohe Feuchtegehalte des in nachfolgenden Komponenten
der Anlage anfallenden Produkts können die Folge sein.
Heimtückisch ist hierbei, dass sich die Beläge
an den Düsenköpfen in aller Regel erst nach einiger
Zeit soweit entwickelt haben, dass sie einen stark störenden
Einfluss auf die Tropfengrößenverteilung ausüben.
Während in einer mit Düsen frisch bestückten
Anlage sehr gute Ergebnisse erzielt werden, kann es mit der Zeit
zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Betriebes kommen,
wenn die Beläge entsprechend stark angewachsen sind.
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Somit
besteht ein großes Interesse an einer weitestgehenden Vermeidung
von Belägen an Düsenlanzen im Nahbereich der Düsen
und an den Düsen selbst.
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Bei
Düsen mit einer einzelnen Austrittsbohrung können
Beläge in bekannter Weise mit Hilfe einer Schleier- oder
Hüll-Luft-Vorrichtung vermieden werden, s. z. B.
PCT/EP 2007/001384 .
Hierbei wird Luft mit einem vergleichsweise niedrigen Vordruck (z. B.
ca. 40 mbar) durch ein die eigentliche Düsenlanze umschließendes
Hüllrohr zum Düsenkopf geleitet und mit vergleichsweise
geringer Geschwindigkeit als gegen das Rauchgas abschirmender Hüll-Luft- oder
Schleierluft- Mantel um den Tropfenstrahl gelegt. Somit ist hier
eine Belagsbildung an der Einzeldüsenbohrung weitestgehend
auszuschließen. Und selbst an den Düsenlanzen
wird die Belagsbildung weitgehend unterdrückt. Letzteres
ist darauf zurückzuführen, dass die Schleierluftschicht
im Außenrohr eine Wärmedämmung gegenüber
der kalten Düsenlanze darstellt, sodass die Außenhaut
des Hüll-Luftrohres näherungsweise die Rauchgastemperatur
annimmt, womit ein Austauen von Rauchgasinhaltsstoffen in den meisten
Fällen unterbunden wird.
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Bei
herkömmlichen Düsen mit mehreren Austrittsbohrungen
oder bei Bündeldüsen bereitet die Versorgung des
Düsenkopfbereiches mit Schleierluft große Schwierigkeiten,
wie nachfolgend erläutert wird. Bei derartigen Düsen
nach dem Stand der Technik ist der Abstand zwischen den einzelnen
Düsenaustrittsöffnungen sehr groß, 1 und 2. Jede
einzelne Düse wirkt wie eine Strahlpumpe:
Sie saugt
gasförmiges Fluid, z. B. Rauchgas, aus der Umgebung an
und mischt dieses in den Sprühstrahl ein. Dieses gasförmige
Fluid strömt somit teilweise über die kalte Frontfläche
der Düse zur Düsenaustrittsöffnung hin,
und demzufolge kann es hier zum Aufwachsen von Belägen
kommen, jedenfalls dann, wenn es sich bei dem gasförmigen
Fluid um Rauchgas handelt. Aber selbst dann, wenn kein Rauchgas die
kalte Frontfläche der Düse erreicht, kann es hier mit
der Zeit zur Belagsbildung kommen. In diesem Falle entstehen die
Beläge aus den Inhaltsstoffen der zu zerstäubenden
Flüssigkeit selbst. Diese besteht in aller Regel nicht
aus feststofffreier Flüssigkeit, z. B. aus vollentsalztem
und feinstfiltriertem Wasser, sondern aus Prozesszusatzwasser, welches
mit gelösten Stoffen belastet ist. Wie in 1 gezeigt
ist, können durch den Düsenstrahl Rezirkulationswirbel 17 erzeugt
werden, welche kleine Tropfen auf die Frontfläche der Düse
zurückführen. Wenn die Flüssigkeit die
Gelegenheit findet, hier zu verdunsten, und sei es auch nur teilweise,
wachsen die Inhaltsstoffe zwangsläufig als Beläge
auf. Für eine Düse mit mehreren Austrittsbohrungen
ist dies beispielsweise in 1 gezeigt,
wo auch der Flüssigkeitsfilm 12 auf dem Belag
sowie entstehende große Sekundärtropfen 13 dargestellt
sind. Kritisch ist bei derartigen Düsen mit mehreren Austrittsbohrungen
insbesondere der Zentralbereich, der häufig konstruktionsbedingt keine
Austrittsbohrung trägt. Ein erster Schritt zur Verbesserung
der Randbedingungen wäre somit eine Umgestaltung der Konstruktion
einer Viellochdüse dergestalt, dass eine zentrale Austrittsbohrung möglich
wird. Durch Anordnung einer Schleierluft – Düse
nach dem Stand der Technik kann die Belagsbildung aus Rauchgasinhaltsstoffen
bei derartigen Düsen mit mehreren Austrittsbohrungen unterbunden
werden. Allerdings ist ein relativ großer Hüll-Luft-Volumenstrom
erforderlich, wenn eine Belagsbildung an der Frontfläche
der Düse zuverlässig vereitelt werden soll. Nun
möchte man natürlich nicht unnötig viel
Hüll-Luft dem Düsenstrahl zuführen, denn
es soll ja nicht etwa Hüll-Luft, sondern das Rauchgas durch
Tropfenverdunstung gekühlt werden. Somit besteht eine starkes
Interesse daran, die für eine Belagsbildung in Frage kommende
Frontfläche der Düse möglichst klein
zu halten bzw. den Abstand zwischen den einzelnen Düsenaustrittsbohrungen
so weit wie möglich zu verringern. Bei Düsen nach
dem Stand der Technik ist dies nicht möglich, weil zu diesem
Zweck die Austrittsbohrungen nahe um die Zentralachse angeordnet
werden müssten, wie der 1 zu entnehmen
ist. Dann ist aber die Zuströmung zu diesen Düsenbohrungen
sehr ungünstig und mit hohen Druckverlusten sowie mit Strömungsablösung
in den Austrittsbohrungen und einer unbefriedigenden Zerstäubung
verknüpft.
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Noch
kritischer ist die Situation bei Bündeldüsen nach
dem Stand der Technik, 2. Hier müsste mit
sehr viel Schleierluft und mit einem konstruktiv aufwändigen
Schleierluft – Düsenkopf gearbeitet werden, wenn
eine Belagsbildung aus Rauchgasinhaltsstoffen zuverlässig
unterbunden werden soll. Eine Belagsbildung aus dem Feststoffgehalt
der zu zerstäubenden Flüssigkeit ist hiermit jedoch
noch nicht zu vermeiden.
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Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung:
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Somit
besteht die mit der vorliegenden Erfindung verfolgte Zielrichtung
darin, die Austrittsbohrungen von Düsen mit mehreren Austrittsöffnungen
oder von Bündeldüsen möglichst nahe um
die Achse des Düsenkopfes zu gruppieren, ohne dass hiermit
die Möglichkeit der Ausbildung eines Gesamtsprühstrahls
mit ausreichend großem Sprühwinkel genommen wird
sowie in der Entwicklung einer Düsenkonfiguration, die
lediglich einen geringen Schleierluftbedarf aufweist.
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Lösung der Aufgabenstellung gemäß der
Erfindung:
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Anhand
der 1–4 werden
die Lösungen der Aufgabenstellung gemäß dieser
Erfindung im Vergleich mit Düsen nach dem Stand der Technik veranschaulicht
und beschrieben.
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Die
Grundidee dieser Erfindung besteht darin, die einzelnen Düsenstrahlen
derart auszurichten, dass das Strahlbündel an der Einmündung 40 in
den Raum 42, in welchen eingesprüht wird, gewissermaßen
einen Strömungsfokus bildet. Die Düseneinzelstrahlen 18 verlaufen
bereits vor dem Erreichen des Fokus zur Hauptachse hin geneigt,
sind jedoch nicht streng auf die Achse ausgerichtet, sondern zielen
am Zentrum 16 vorbei. Dabei kann das Zentrum von einer
Zentraldüse 46 gebildet sein. Am deutlichsten wird
diese Konzeption in 3. Hier ist eine Zentraldüse 46 vorgesehen;
um diese Zentraldüse herum sind z. B. 6 weitere Düsen 47 gruppiert,
die sich an den Austrittsabschnitt der Zentraldüse anlehnen
und die in Umfangsrichtung in Gestalt einer Drallrose gleichsinnig
geneigt sind. Nach dem Passieren des Fokus der Bündeldüse
verlaufen die Einzeldüsenstrah len somit divergent, sodass
ausreichend große Gesamtstrahlöffnungswinkel α erzeugt
werden können. Bei einer Düsenkonfiguration dieser
Art wird kaum Frontfläche für das Aufwachsen von
Belägen angeboten, und somit wird auch nur ein geringer Schleierluft-Volumenstrom
benötigt. Ferner können derartige Düsenköpfe
verhältnismäßig schlank ausgeführt
werden.
-
Selbstverständlich
kann eine Bündeldüse dieser Art aus Einzeldüsen
aufgebaut werden, die an der Düsenmündung jeweils
mit Ringspaltzerstäubung ausgestattet sind, wie z. B. in
der
PCT/EP 2007/001384 für
Einzeldüsen beschrieben wurde. Aber bei Bündeldüsen
besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Ringspaltluft
25 für
die einzelnen Düsen des Düsenbündels über
einen zusammenhängenden primären Druckluftraum
32 zuzuführen.
Um nicht zu viel energieträchtige Druckluft über
die Ringspaltzerstäubung zu verlieren, kann ein Drosselelement
35 zwischen
dem primären Druckluftraum
32, aus welchem die
Primär-Zerstäuberluft für die Einzeldüsen
entnommen wird, und dem den Ringspalt
24 versorgenden sekundären
Druckluftraum
34 eingebaut werden. Um den Druckluftverbrauch
für die Ringspaltversorgung noch weiter zu verringern, kann
der Ringspalt
24 der Ringspaltdüse mit einem Abstand
von z. B. 0.5–1 mm an die Kontur der Einzeldüsen
angepasst werden. Eine verhältnismäßig
einfache Fertigungstechnik besteht hier darin, den Rohling der Ringspaltdüse
23 zunächst
mit einer geschlossenen Frontfläche herzustellen und auf
den Rohling des Tragkörpers
41 der Bündeldüse
aufzusetzen. Dann können die Durchtrittsbohrungen für die
Einzeldüsen an der Frontfläche der Ringspaltdüse
23 mit
einer Lage der Bohrungsachsen eingebracht werden, die mit der Lage
der später einzubauenden Achsen
37 der Einzeldüsen übereinstimmen. Die
Einzelbohrungen werden dabei bis in den Düsentragkörper
41 vorgetrieben,
sodass ein einwandfreies Fluchten von Einzeldüsenachsen
und Ringspaltachsen sichergestellt ist.
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Dass
zusätzlich eine Hüll- oder Schleierluftdüse 29 vorgesehen
sein kann, bedarf keiner näheren Erklärung. Hier
würde die Schleierluft 33 allerdings nur zur Vermeidung
von Belägen an der Düsenlanze bzw. am Außenrand
der Ringspaltdüse erforderlich sein, sodass mit einer vergleichsweise
geringen Schleierluftmenge gearbeitet werden kann. Selbstverständlich
könnte auch die Außenkontur der Ringspaltdüse
bzw. die Innenkontur der Schleierluftdüse derart ausgebildet
sein, dass Ringspalte in Gestalt abgerundeter Sterne entsprechend
der Einhüllenden der Einzeldüsen entstehen.
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Die
Anwendung des vorstehend beschriebenen Prinzips auf eine Viellochdüse
zeigt 4. Die Flüssigkeit 1 wird in
bekannter Weise in eine Mischkammer 7 eingespritzt bzw.
an einer Prallfläche 11 in noch relativ große
Primärtröpfchen 9 zerteilt. In dieselbe
Mischkammer 7 wird auch Druckluft 6 eingeleitet.
Diese Druckluft nimmt die Primärtröpfchen mit, und
bei der stark beschleunigten Passage durch die Austrittskanäle 8 werden
die Primärtröpfchen in kleine Tröpfchen
zerteilt. Auch hier sind die Austrittkanäle 8 derart
um die Hauptachse 16 angeordnet, dass der Fokus der einzelnen
Tropfenstrahlen 18 näherungsweise in der Düsenaustrittsebene
liegt, wie bei der Bündelkopfdüse im Detail beschrieben
wurde. Die verbale Beschreibung wie auch die figürliche Darstellung
bereitet Schwierigkeiten. Am ehesten passt hier wohl das Bild von
einem schrägverzahnten Kegelrad, dessen kleinerer Durchmesser
in der Düsenaustrittsöffnung liegt und bei welchem
das Fluid über die Kanäle zwischen benachbarten
Zähnen austritt. Und die besagten Kanäle könnten
ja beispielsweise auch durch Ausfräsungen an einem kegelförmigen
Düsenzentralkörper erzeugt worden sein, wie dies
bei der Herstellung schrägverzahnter Kegelräder
der Fall ist. Bei einer derartigen Viellochdüse bereitet
die Anordnung einer Ringspalt-Sekundärzerstäubungs-Düse 23 bzw.
einer Schleierluftdüse keinerlei Probleme.
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Sind
die Austrittsbohrungen 18 der Viellochdüse kreisrund
ausgeführt, kann es sehr vorteilhaft sein, kurze Röhrchen
in die Austrittsbohrungen zu stecken. Wie bei den Bündelkopfdüsen
ist auf diese Weise eine schmale Ringspaltkonfiguration für
die Zuführung der Spaltluft zu erreichen.
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Beschreibung der 1–4:
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1 zeigt
eine Viellochdüse 3 nach dem Stand der Technik.
-
2 zeigt
stark vereinfacht eine Bündelkopfdüse 26 nach
dem Stand der Technik.
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3 stellt
eine Bündelkopfdüse 45 nach der Erfindung
dar.
-
4 stellt
eine Viellochdüse 43 nach der Erfindung dar.
-
1,
welche in groben Zügen den Stand der Technik wiedergibt,
zeigt eine Viellochdüse 3 mit der Symmetrieachse 16,
bestehend aus einem Zuführungsrohr 2 für
die zu zerstäubende Flüssigkeit 1, einem
Zuführungsrohr 4 für das Druckgas bzw.
für die Druckluft 6, einem Eintrittsteil 20 für
Flüssigkeit 1 und Druckgas 6 in die Mischkammer 7 mit
einer Bohrung 10 für die Flüssigkeitszufuhr 1 und
mehreren Bohrungen 5 für die Druckluftzufuhr 6.
In der Mischkammer 7 ist ein Amboss 15 mit einer
Prallfläche 11 angeordnet, an der die eintretende
Flüssigkeit bereits in relativ kleine Tropfen zerteilt
wird. Dieser primäre Tropfenspray wird von der Druckluft
zu den Austrittsbohrungen 8 gefördert. Durch die
starke Druckabsenkung und Beschleunigung werden die in der Mischkammer 7 erzeugten
mittelgroßen Tropfen 9 in wesentlich kleiner Tropfen
zerlegt. Aus den Bohrungen 8 treten die druckgasgeförderten
Tropfenstrahlen 18 aus. Dabei liegen im Strahlkern sehr
feine Tropfen vor, während am Strahlrand vergleichsweise große
Tropfen auftreten, die aus dem Zerfall von Wandflüssigkeitsfilmen
in den Bohrungen 8, insbesondere an den Bohrungsrändern
auftreten, jedenfalls dann, wenn keine Ringspaltluft vorgesehen
ist. An der Düse hat sich ein zentraler Feststoffbelag 14 gebildet.
Durch die Rezirkulationswirbel 17 werden kleinere Tropfen
auf dem Zentralbelag 14 abgeschieden und bilden hier einen
Flüssigkeitsfilm 12. An der Nasenspitze 21 des
Feststoffbelages 14 lösen sich sehr große
Sekundärtropfen 13 aus dem Flüssigkeitsfilm
heraus.
-
2 zeigt
stark vereinfachend die äußerliche Konfiguration
einer Bündelkopfdüse 26 nach dem Stand
der Technik. Im Gegensatz zu einer Bündelkopfdüse 45 nach
der Erfindung, bei der die Einzeldüsen in einen konkaven,
becherförmigen Düsentragkörper 41 eingeschraubt
werden, sind bei Bündelkopfdüsen nach dem Stand
der Technik die Einzeldüsen 36 auf der Frontfläche 38 eines
nach außen gewölbten Kegels angebracht. Hiermit
sind zwar ohne weiteres Sprühstrahlen mit einem großen
Gesamtöffnungswinkel α zu erzielen, aber diese
bisherigen Düsen weisen eine sehr große kalte
Frontfläche 38 auf, die nicht ohne weiteres mit
Hilfe von Schleierluft abzuschirmen ist und an der es leicht zu
einer die Entstehung großer Sekundärtropfen auslösenden Belagsbildung
kommen kann. Dabei spielt es grundsätzlich keine Rolle,
ob die Einzeldüsen aus Einstoff-Druckzerstäuber-Düsen
oder aus druckluftunterstützten Zweistoffdüsen
bestehen.
-
3 zeigt
die Basisvariante einer Bündelkopfdüse 45 nach
der Erfindung mit der Hauptachse 16. Dargestellt ist eine
Zentraldüse 46 und eine von z. B. 6 Ringdüsen 47,
die um die Zentraldüse herum derart angeordnet sind, dass
sie die Zentraldüse im Mündungsbereich 40 fast
tangieren. Die Achsen dieser als Ring angeordneten Düsen 47 schneiden
sich nicht mit der Achse der Zentraldüse 46; vielmehr
"zielen" die Ringdüsen seitlich an der Zentraldüse
vorbei. Die Sprühstrahlen, die aus den Ringdüsen
austreten, weisen somit alle eine gleichsinnige Umfangskomponente
bezüglich der Hauptachse 16 auf. Da sich die einzelnen
Sprühstrahlen 18 nicht gegenseitig durchdringen,
kann sich jeder Einzelstrahl weitgehend frei ausbreiten, sodass
ein Gesamtsprühstrahl mit einem ausreichend großen Öffnungswinkel α entsteht.
Auch diese Bündelkopfdüse 45 verfügt über
ein zentrales Lanzenrohr 2 für die Zuleitung der
Flüssigkeit 1 sowie über ein Lanzenrohr 4 für
die Zuleitung der Druckluft 6. In einem konkaven Düsentragkörper 41 sind
Bohrungen 27 für die Zuleitung der Flüssigkeit
zu den einzelnen Düsen 36 vorgesehen. Über
feinere Bohrungen 10 in Mischkammereintrittsteilen 28 tritt
die Flüssigkeit in die Mischkammern 7 ein. Ferner
strömt die Druckluft 6 zunächst über
große Bohrungen 31 in einen primären
Druckgasraum 32 ein und erreicht die Mischkammern über
die Bohrungen 5. In der Mischkammer und in dem sich anschließenden
Düsenkanal wird die Flüssigkeit bei schallnahen
Geschwindigkeiten der Gasphase zu derart feinen Tropfen zerstäubt,
dass eine weitere Engstelle am Düsenaustritt 8 in
aller Regel nicht erforderlich ist. Der primäre Druckgasraum 32 ist
von einer Ringspaltdüse 23 derart umschlossen,
dass am Düsenaustritt 40 nur relativ schmale Spalte 25 zwischen
den Einzeldüsen 36 und der Ringspaltdüse 23 entstehen,
aus welcher die Spaltluft 25 mit hoher Geschwindigkeit
austritt. Im Zentralbereich dieser Bündelkopfdüse
können keine Beläge aufwachsen, da hier keine
entsprechenden Flächen angeboten werden. Beläge
könnten allenfalls an der Ringspaltdüse 23 aufwachsen,
da diese leicht unter eine Taupunktstemperatur des Rauchgases abgekühlt
sein kann. Durch eine Schleierluftdüse 29, welche
mit Spülluft bei vergleichsweise niedrigem Druck (z. B.
40 mbar) beschickt ist, wird die Ringspaltdüse 23 gegen
das Rauchgas 42 abgeschirmt. Die Außenhaut der
Schleierluftdüse erreicht näherungsweise die Rauchgastemperatur,
sodass hier in aller Regel nicht mit einem Unterschreiten einer
Taupunktstemperatur zu rechnen ist und Belagsbildung weitgehendst
ausgeschlossen werden kann.
-
Das
hier für Zweistoffdüsen vorgestellte Konzept der
Bündelkopfdüsen mit einem Fokus der Einzeltropfenstrahlen 18 im
Nahbereich der Düsenmündung 40 kann selbstverständlich
auch bei Einstoff-Druckzerstäuber-Düsen angewandt
werden.
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4 stellt
eine Viellochdüse 43 nach der Erfindung dar. Wie
bei der Bündelkopfdüse 45 nach der Erfindung
wird auch hier das Prinzip verfolgt, dass alle Tropfenstrahlen 18 aus
dem Zentralbereich des Düsenkopfes austreten. Die Richtwirkung
auf die Tropfenstrahlen wird auch hier dadurch erreicht, dass die
Bohrungen 8 innerhalb des Düsenkopfes näherungsweise
diagonal verlaufen. Tropfenbeladenes Fluid 9 aus dem rechten
Abschnitt der Mischkammer 7 tritt auf der linken Seite
der Düsenmündung 40 aus, wobei die Bohrungen 8 allerdings
an der Zentralachse 16 vorbeigeführt sind. Die
Achsen der Einzelstrahlen bzw. die zugeordneten Bohrungen 8 sind
derart "verdrallt" um die Hauptachse 16 angeordnet (in
zwei Ebenen geneigt), dass sich die Einzelstrahlen 18 weitgehend
ohne Wechselwirkung miteinander im Gasraum 42 ausbreiten
können.
-
Selbstverständlich
kann es sinnvoll sein, den Prallteller 11, für
welchen eine sehr unterschiedliche Geometrie in Rage kommt, am Mischkammereintrittsteil 20 zu
befestigen. Für die primäre Zerstäubung
der Flüssigkeit in der Mischkammer 7 können prinzipiell
viele Konzepte zum Einsatz kommen. Bei Abkopplung der Prallfläche 11 vom
Düsenaustrittsteil besteht auch wieder die Möglichkeit,
eine hier nicht dargestellte Zentralbohrung anzuordnen. Ferner kann
der kegelförmige Frontabschnitt 19 der Viellochdüse
mit den Einzeldüsenbohrungen als Einsatzkörper
gefertigt werden, welcher in einen kegelförmigen Außenkörper
gleichen Öffnungswinkels eingesetzt wird (hier nicht dargestellt).
Der kegelförmige Einsatz könnte dann auch wieder
eine Konfiguration nach Art eines schräg verzahnten Kegelrades
darstellen, wobei die Ausfräsungen die Bohrungen 8 ersetzen,
hier nicht dargestellt. Dies bietet insbesondere fertigungstechnische,
aber auch verfahrenstechnische Vorteile. Selbstverständlich
kann auch diese Viellochdüse 43 auf einfache Weise
mit einer Ringspaltdüse 23 bzw. zusätzlich
mit einer hier nicht dargestellten Schleierluftdüse 29 ausgerüstet
werden.
-
- 1
- zu
zerstäubende Flüssigkeit
- 2
- zentrales
Lanzenrohr für die Flüssigkeitszufuhr zum Kopf
der Bündeldüse bzw. zur Viellochdüse
- 3
- Zweistoff-Viellochdüse
nach dem Stand der Technik
- 4
- Lanzenrohr
für die Zuleitung des Druckgases zur Zweistoffdüse
- 5
- Bohrungen
für die Einleitung des Druckgases in die Mischkammer
- 6
- Druckgas,
insbesondere Druckluft
- 7
- Mischkammer
der Zweistoffdüse
- 8
- Düsenaustrittsbohrungen
einer Viellochdüse
- 9
- Zweistoffgemisch
aus Druckgas und Flüssigkeitstropfen in der Mischkammer
- 10
- Bohrung
für die Einleitung der Flüssigkeit in die Mischkammer
- 11
- Prallfläche
für die primäre Zerteilung der Flüssigkeit
- 12
- Flüssigkeitsfilm
auf einer zentralen Belagsnase
- 13
- Große
Sekundärtropfen, die sich von dem Flüssigkeitsfilm 12 ablösen
- 14
- Zentrale
Belagsnase
- 15
- Amboss
- 16
- Hauptachse
der Viellochdüse bzw. der Bündelkopfdüse
- 17
- Rezirkulationswirbel
- 18
- Tropfenstrahl
mit feinen Tropfen im Kern und deutlich größeren
Randtropfen, die aus Flüssigkeitsfilmen in den Austrittsbohrungen 8 in Abwesenheit
einer ausreichend starken Spaltluftströmung entstehen.
- 19
- Austrittsteil
der Viellochdüse
- 20
- Eintrittsteil
der Mischkammer
- 21
- Spitze
der zentralen Belagsnase
- 22
- Zuleitungsrohr
für die Hoch- oder Mitteldruck-Spaltluft
- 23
- Ringspaltdüse
- 24
- Ringspalt
mit kegeligem oder sternförmigem Querschnitt
- 25
- Ringspaltluft
- 26
- Bündelkopfdüse
nach dem Stand der Technik
- 27
- Bohrungen
für die Zuleitung der Flüssigkeit zu den einzelnen
Düsen
- 28
- Mischkammereintrittsteil
für die Flüssigkeit bei der Bündelkopfdüse
- 29
- Schleierluftdüse
- 30
- Austrittsspalt
für die Schleierluft
- 31
- Große
Bohrungen für die Einleitung des Zerstäubungsdruckgases
in den primären Druckraum 32 der Bündelkopfdüse
- 32
- Primärer
Druckraum für die Zerstäubungsluft der Bündelkopfdüse
- 33
- Aus
Ringspalt 30 austretende Schleierluft
- 34
- Sekundärer
Druckraum für die Ringspaltluft der Bündelkopfdüse
- 35
- Drosselelement
zur Verringerung des Druckes der Ringspaltluft bzw. zur Abtrennung
des primären Druckraumes 32 vom sekundären Druckraum
des Druckgases
- 36
- Einzeldüsen
der Bündelkopfdüse
- 37
- Achsen
der Einzeldüsen
- 38
- Kegelige
Frontfläche einer Bündelkopfdüse nach
dem Stand der Technik
- 39
- Beläge
an einer Bündelkopfdüse nach dem Stand der Technik
- 40
- Mündungsbereich
einer Bündelkopfdüse oder einer Viellochdüse
nach der Erfindung
- 41
- Düsentragkörper
nach der Erfindung
- 42
- Rauchgas,
in welches eingesprüht wird
- 43
- Viellochdüse
gemäß der Erfindung
- 44
- Achsen
der Bohrungen bei der Viellochdüse
- 45
- Bündelkopfdüse
nach der Erfindung
- 46
- Zentraldüse
- 47
- Düsen
auf einem Ring um die Zentraldüse
- α
- Mittlerer
Strahlöffnungswinkel der Bündelkopfdüse
bzw. der Viellochdüse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 2007/001384 [0008, 0014]