DE102009017016A1

DE102009017016A1 - Evaporative cooler, spray absorber or spray dryer for cleaning waste gas in e.g. power plant, has generating system generating compressed air at different temperatures and pressures, where atomizing air is generated in turbocharger stage

Info

Publication number: DE102009017016A1
Application number: DE102009017016A
Authority: DE
Inventors: Dieter Wurz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-10-21

Abstract

The cooler, absorber or dryer has a container (17) containing gaseous fluid (7). A nozzle lance (1) has a two-component nozzle (2) that sprays liquid using gaseous fluid in the container. A generating system generates compressed air at different temperatures and pressures to supply the nozzle lance with the gaseous fluids, where the atomizing air is generated in a turbocharger stage, and the turbine of the turbocharger (21) is supplied with steam as propellant. The atomizing air is compressed to a preset pressure level.

Description

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. 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.In In many process plants, liquids are transformed into a gaseous fluid. z. B. sprayed in to be cleaned or cooled flue gas. there it is common crucial that the liquid in as possible atomized fine drops becomes. The finer the drops, the greater the specific drop surface area. It can become that give considerable procedural advantages. For example, hang the size of a reaction vessel and its manufacturing cost significantly from the average droplet size. If liquids to one as possible atomized fine droplet spray are to come next to high-pressure single-fluid nozzles, which only with the atomized liquid be fed frequently so-called gas-assisted Two-fluid nozzles for use. With these nozzles becomes the liquid with the help of a compressed gas, z. As compressed air or compressed steam, the first gaseous Fluid, in a second gaseous Fluid, e.g. B. sprayed in flue gas.

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 wird in der Regel das zweite gasförmige Fluid als Rauchgas bezeichnet.in the The interest of a linguistic simplification is explained below Designation of the first gaseous Fluids often referred to the term "compressed air", although generalizing could be spoken of compressed gas or pressurized steam. Furthermore, usually will the second gaseous Fluid referred to as flue gas.

Nachfolgend werden zunächst der Stand der Technik und anschließend die Lösungsvorschläge gemäß der Erfindung behandelt.following be first the prior art and then the proposed solutions according to the invention treated.

In einer Bezugszeichenliste am Ende des Textteils sind die zahlreichen Begriffe den Ziffern zugeordnet.In a list of reference numerals at the end of the text part are the numerous Terms assigned to the numbers.

Stand der TechnikState of the art

Für die jeweiligen Anwendungsfälle steht nach dem Stand der Technik eine Vielfalt unterschiedlicher Zweistoffdüsen zur Verfügung, die entweder mit Druckluft oder mit Dampf als gasförmiges Zerstäubungshilfsmittel arbeiten. Bisher wird die Druckluftversorgung der Zweistoffdüsen durch die Installation teurer Luftkompressoren erreicht. Diese Kompressoren liefern nicht nur die Druckluft für die Zweistoffdüsen, sondern auch die sogenannte Messgeräteluft. Die Anforderungen an die Qualität der Messgeräteluft ist sehr hoch. Sie muss nicht nur weitestgehend staubfrei sein; zusätzlich muss die absolute Feuchte dieser Druckluft sehr niedrig sein, z. B. entsprechend einem Wasserdampftaupunkt von –40°C. Daher wird die Luft vor der Zufuhr zum Kompressor nicht nur filtriert, sondern in redundanten Trocknersystemen weitgehend vom Wasserdampfgehalt befreit. Sowohl die Investitionskosten als auch die Betriebskosten derartiger Druckluftversorgungsanlagen sind sehr hoch. Ein weiterer wesentlicher Nachteil derartiger Druckluftversorgungsanlagen liegt darin, dass sie die Druckluft auf einem niedrigen Temperaturniveau in das Versorgungsnetz einspeisen. Dies ist notwendig, weil Messgeräte, die aus diesem Druckluftnetz mit Spülluft versorgt werden, in aller Regel keine höheren Temperaturen vertragen würden. Andererseits ist an der Außenhaut der Sprühlanzen, die in Rauchgas eintauchen, mit der Unterschreitung des Wasserdampftaupunkts oder auch des Schwefelsäuretaupunkts zu rechnen. Dies verursacht nicht nur Korrosionsschäden, sondern eine störende Belagsbildung. Die im Rauchgas mitgeführten Staubpartikel werden z. T. auf der Lanzenaußenhaut abgeschieden und bilden dort durch Reaktion mit den meist schwefelsäurehaltigen Kondensatfilmen üppige Ablagerungen. Hierdurch kann die Qualität der Zerstäubung wesentlich beeinträchtigt werden. Aus diesem Grunde wird ein Teil der kalt aus dem Versorgungsnetz entnommenen Druckluft, die einer Zweistoffdüsenlanze zugeführt wird in einem Heizregister so weit aufgeheizt, dass die Temperatur der Außenhaut der Sprühlanze nicht unter den relevanten Taupunktstemperaturen des Rauchgases liegt. Die Investitions- und Betriebskosten für das Heizregister sind erheblich.For the respective ones use cases According to the prior art, a variety of different Two-fluid nozzles to disposal, either with compressed air or with steam as gaseous sputtering aid work. So far, the compressed air supply of the two-fluid nozzles is through achieved the installation of expensive air compressors. These compressors not only deliver the compressed air for the two-fluid nozzles, but also the so-called measuring device air. The demands on the quality the meter's air is very high. Not only does it have to be largely dust-free; additionally the absolute humidity of this compressed air must be very low, z. B. corresponding to a water vapor dew point of -40 ° C. Therefore, the air in front of the Feed to the compressor not only filtered, but in redundant dryer systems largely freed from water vapor content. Both the investment costs as well as the operating costs of such compressed air supply systems are very high. Another major disadvantage of such compressed air supply systems is in that they keep the compressed air at a low temperature level feed into the supply network. This is necessary because gauges that from this compressed air network with purging air be supplied, usually no higher temperatures would tolerate. on the other hand is on the outer skin the spray lances, which sink into flue gas, with the undershooting of the Wasserdampftaupunkts or also the sulfuric acid dew point to count. This not only causes corrosion damage, but one disturbing Deposit formation. The dust particles entrained in the flue gas become z. T. on the lance outer skin separated and form there by reaction with the most sulfuric acid-containing Condensate films lush Deposits. This can significantly affect the quality of the atomization. For this reason, part of the cold from the supply network extracted compressed air, which is fed to a two-substance nozzle lance heated in a heating coil so far that the temperature of the shell the spray lance not below the relevant dew point temperatures of the flue gas. The investment and operating costs for the heater are significant.

Nachfolgend wollen wir uns hauptsächlich mit dem Einsatz von Dampf für die Zerstäubung in Zweistoffdüsen befassen. Dampf steht in vielen Anlagen, z. B. in Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen oder Zementwerken zu sehr günstigen Preisen zur Verfügung. Somit ist man bestrebt, die teure Druckluft durch Druckdampf zu ersetzen. Bei einem direkten Einsatz von Dampf für die Zerstäubung in Zweistoffdüsen sieht man sich mit folgendem Problem konfrontiert: Ein erheblicher Prozentsatz des für die Zerstäubung bestimmten Druckdampfes kondensiert an der zu zerstäubenden Flüssigkeit. Dadurch werden die Zerstäubungsprozesse insbesondere bei Zweistoffdüsen mit Innenmischung erheblich gestört. Ferner ist insbesondere bei Verdampfungskühlern, die ja eine Abkühlung der Rauchgase mit möglichst geringem Aufwand sicherstellen sollen, der Einsatz von Heißdampf mit einer Temperatur von z. B. 300°C als Zerstäubungshilfsmittel kontraproduktiv, weil noch mehr Wasser eingesprüht werden muss, um den Heizeffekt durch den Heißdampf durch Verdunstung auszugleichen. Dadurch erhöht sich aber auch der Rauchgasvolumenstrom, und dies führt zu einer Erhöhung des Druckverlustes in nachgeschalteten Komponenten. Der Leistungsbedarf des in die Anlage integrierten Rauchgas-Druckerhöhungsgebläses erhöht sich hiermit unnötigerweise. Ferner ist zu beachten, dass der direkte Einsatz von Druckdampf für die Zerstäubung mit einem Verlust des Wasserdampfkondensats verbunden ist. Wasserdampf wird ja zu erheblichen Kosten aus vollentsalztem Wasser hergestellt. Es besteht somit ein Interesse, das Kondensat nicht zu verlieren.following we want to be mainly with the use of steam for the atomization in two-substance nozzles deal. Steam is available in many plants, eg. B. in power plants, waste incineration plants or Cement works at very favorable Prices available. Thus, one strives to the expensive compressed air by pressurized steam replace. For a direct use of steam for atomization in two-fluid nozzles sees you are faced with the following problem: a significant percentage of for the atomization certain pressure steam condenses at the atomizing Liquid. This will be the sputtering processes especially with two-fluid nozzles significantly disturbed with internal mixing. Furthermore, in particular in evaporative coolers, which indeed a cooling of Flue gases with as possible to ensure little effort, the use of superheated steam with a temperature of z. B. 300 ° C as a sputtering aid counterproductive, because more water has to be sprayed in to the heating effect through the hot steam compensate for evaporation. This also increases the flue gas volume flow, and this leads to an increase the pressure loss in downstream components. The power requirement the built-in flue gas booster blower increases unnecessarily. It should also be noted that the direct use of pressurized steam for the atomization is associated with a loss of water vapor condensate. Steam is indeed produced at considerable cost from demineralized water. There is thus an interest in not losing the condensate.

Ergänzend muss hier darauf hingewiesen werden, dass moderne Zweistoffdüsenlanzen mit Druckluft auf zwei oder gar 3 unterschiedlichen Druckniveaus versorgt werden müssen. Alle nachfolgenden Druckangaben sind Überdrücke bezogen auf den Umgebungsluftdruck.

– Hauptzerstäubungsdruckluft Die Hauptzerstäubungsdruckluft trägt die Hauptlast der Zerstäubung. Ihr Druck ist mit ca. 1–6 bar in aller Regel deutlich höher als der Druck der übrigen Druckluftströme, die der Zweistoffdüsenlanze zugeführt werden. Bei der Zerstäubung von Flüssigkeiten, die partikuläre oder gelöste Feststoffe enthalten, sollte die Temperatur der Hauptzerstäubungsluft nicht zu hoch sein, weil es sonst zu Verkrustungen innerhalb der Düse kommen kann. Daher ist es auch eher nachteilig, getrocknete Luft als Hauptzerstäubungsluft einzusetzen. Allerdings muss die Luftführung so gestaltet sein, dass es nicht zu Kondensatansammlungen in den Leitungen und somit zu Wasserschlägen kommen kann.
– Druckluft für die Ringspalt-Sekundär-Zerstäubung (RSZ-Luft) Die RSZ-Luft wird bei modernen Zweistoffdüsen über einen Ringspalt an der Düsenmündung zugeführt, um hier die Flüssigkeitsfilme in kleine Fragmente zu zerlegen, die auf der Düseninnenwand zum Düsenmund fließen. Der Druck der RSZ-Luft liegt mit 0,5–1 bar meist deutlich unterhalb des Druckes der Hauptzerstäubungsluft. Häufig wird die RSZ-Luft einfach von der Hauptzerstäubungsluft über ein Drosselventil abgezweigt. Dies ist zwar hinsichtlich der Investitionskosten vorteilhaft, jedoch im Hinblick auf den Energieverbrauch sehr nachteilig. Alternativ kommen für die Erzeugung der RSZ-Druckluft weitere elektrisch angetriebene Kompressoren zum Einsatz, welche die RSZ-Luft auf dem passenden Druckniveau liefern.
– Druckluft für die Schleierluftversorgung der Düsenlanze Diese Druckluft hat die Aufgabe, den Düsenkopf gegen die Rauchgase abzuschirmen. Somit wird erreicht, dass es an der kalten Düsenmündung nicht zur Belagsbildung durch Einbindung von Stäuben aus dem Rauchgas kommen kann. Der Druck der Schleierluft liegt in der Regel bei 0,05 bar. Für die Schleierluft werden bisher grundsätzlich Niederdruckgebläse eingesetzt. Ferner wird die Schleierluft auch nicht getrocknet und auch allenfalls grob filtriert. Diese Schleierluft muss bei kritischen Betriebszuständen des Rauchgases, die zu Korrosion und Belagsbildung an der Außenhaut der Lanze führen, in einem Heizregister aufgeheizt werden. In vielen Fällen kann man auf die Schleierluft verzichten, sofern die RSZ-Luft mit geeigneten Drücken und Temperaturen angeboten wird.

In addition, it must be pointed out here that modern two-substance nozzle lances must be supplied with compressed air at two or even three different pressure levels. All subsequent pressures are pressures based on ambient air pressure.

- Main atomizing compressed air The main atomizing compressed air bears the brunt of atomization. At approx. 1-6 bar, your pressure is generally significantly higher than the pressure of the other compressed air streams that are fed to the two-substance nozzle lance. When atomizing liquids containing particulate or dissolved solids, the temperature of the main atomizing air should not be too high, otherwise encrustation inside the nozzle may occur. Therefore, it is also rather disadvantageous to use dried air as the main atomizing air. However, the air flow must be designed so that it can not come to condensate accumulation in the lines and thus water blows.
- Compressed air for annular gap secondary atomization (RSZ-Luft) The RSZ-air is supplied in modern two-fluid nozzles via an annular gap at the nozzle orifice to disassemble the liquid films into small fragments that flow on the nozzle inner wall to the nozzle mouth. The pressure of the RSZ air at 0.5-1 bar is usually well below the pressure of the main atomizing air. Frequently, the RSZ air is simply diverted from the main atomizing air via a throttle valve. Although this is advantageous in terms of investment costs, but very disadvantageous in terms of energy consumption. Alternatively, additional electrically driven compressors are used to generate the RSZ compressed air, which deliver the RSZ air at the appropriate pressure level.
- Compressed air for the air supply of the nozzle lance This compressed air has the task of shielding the nozzle head against the flue gases. Thus, it is achieved that it can not come to the formation of deposits on the cold nozzle orifice by incorporating dusts from the flue gas. The pressure of the fog air is usually 0.05 bar. Low pressure blowers have been used to date for the fog air. Furthermore, the fog air is not dried and also coarsely filtered if necessary. This haze air must be heated in a heating coil in critical operating conditions of the flue gas, which lead to corrosion and deposit formation on the outer skin of the lance. In many cases, one can do without the fog air, provided the RSZ air is offered with suitable pressures and temperatures.

Lösungsansätze gemäß der Erfindung:Solution approaches according to the invention:

1 zeigt das Schaltschema einer Basisversion der Anlage gemäß der Erfindung. Gemäß dem Grundgedanken dieser Erfindung wird der Dampf nicht direkt zur Zerstäubung der Flüssigkeit einer Zweistoffdüse zugeführt, sondern dem Turbinenteil eines einwelligen Turboladersystems, welches zusätzlich Wärmetauscher und Kühlregister umfasst. Dabei sind das Verdichterlaufrad und das Turbinenlaufrad auf derselben Welle angeordnet. Die Luft für die Erzeugung der Hauptzerstäubungsdruckluft sowie der RSZ-Druckluft wird über ein Filter aus der Umgebung entnommen. Auf eine Trocknung wird in aller Regel verzichtet. Die filtrierte Druckluft wird dann zunächst im Kompressorteil des Turboladers, wie er typischerweise in Kraftfahrzeugen mit einem hoch aufgeladenen Dieselmotor eingesetzt wird, auf ein Druckniveau von 2–6 bar (Überdruck) verdichtet. Dabei steigt die Lufttemperatur um ca. 110–200 K an, bei einer Raumtemperatur von 20°C somit auf ca. 130–220°C. Danach wird der Luftstrom in zwei Teilströme aufgeteilt. Die Druckluft ist bei dieser Temperatur für einen direkten Einsatz zur Zerstäubung feststoffhaltiger Flüssigkeiten in aller Regel zu heiß. Es müsste mit Feststoffablagerungen als Abdampfrückstand der Flüssigkeit innerhalb der Düse und am Düsenmund gerechnet werden, die zu einer erheblichen Störung der Zerstäubung führen. Die Druckluft muss daher auf ein vorteilhaftes Niveau abgekühlt werden. Dies erfolgt zunächst in einem Wärmetauscher. Als wärmeaufnehmendes Fluid kann die Schleierluft eingesetzt werden. Die Schleierluft wird in einem gesonderten Gebläse auf das erforderliche vergleichsweise niedrige Druckniveau von ca. 0.05–0.1 bar gebracht. Dabei steigt die Temperatur der Schleierluft nur geringfügig an, z. B. von einer Ansaugtemperatur von 20°C auf ca. 25°C. Es ist sinnvoll, das Schleierluftgebläse nicht über Dampf sondern mittels eines Elektromotors anzutreiben, denn das Schleierluftgebläse muss häufig auch dann betrieben werden, wenn die Anlage komplett abgefahren ist, sodass kein Dampf mehr zur Verfügung steht. Dies hängt damit zusammen, dass die Schleierluft das Eindringen von Staub in die Düsenlanzen insbesondere auch während des Anlagenstillstandes verhindern muss. Und Staub wird ja z. B. bei Stillstandsarbeiten im Dampferzeuger oder im Elektrofilter frei gesetzt. Um die Arbeitsbedingungen erträglich zu gestalten, wird in diesem Falle der Saugzug der Anlage angefahren, sodass eine Durchlüftung der Anlage erfolgt. Wie bereits weiter oben erläutert wurde, sollte die Schleierluft auf einem Temperaturniveau der Düsenlanzen zugeführt werden, welches die Unterschreitung der Wasserdampftaupunkts-Temperatur oder auch der Schwefelsäure-Taupunktstemperatur an der Außenhaut der Düsenlanze verhindert. Insbesondere bei höheren SO₃-Gehalten des Rauchgases und entsprechend hoher Schwefelsäure-Taupunktstemperaturen kann es notwendig sein, die Schleierluft auf eine Temperatur von ca. 150°C zu erhitzen. Da die Zerstäubungsdruckluft eine Temperatur von ca. 130–220°C erreicht, die für den direkten Einsatz als Hauptzerstäubungsdruckluft oder als RSZ-Druckluft ohnehin zu hoch liegt, wird erfindungsgemäß und im Interesse einer Minimierung des Energieaufwandes die Schleierluft als wärmeaufnehmendes und somit die Zerstäubungsdruckluft kühlendes Fluid eingesetzt; hierfür ist ein Gas-Gas-Wärmetauscher vorgesehen. Es kann erforderlich sein, zusätzlich zu der als Kühlfluid wirkenden Schleierluft auch noch einen mit Kühlwasser beaufschlagten Kühler in die Leitungsführung der Zerstäubungs- und RSZ-Druckluft einzuschalten. Dort fällt dann aus der Druckluft Wasserdampf-Kondensat an, welches in aller Regel ausgeschleust werden sollte, um Wasserschläge in den Leitungen und in der Düsenlanze zu vermeiden. Dieses Problem entfällt, wenn man sich dazu entschließt, die Zerstäubungsluft über einen Trockner, z. B. über einen Kältetrockner anzusaugen. 1 shows the circuit diagram of a basic version of the system according to the invention. According to the basic idea of this invention, the steam is not supplied directly to the atomization of the liquid of a two-component nozzle, but the turbine part of a single-shaft turbocharger system, which additionally comprises heat exchangers and cooling registers. The compressor impeller and the turbine impeller are arranged on the same shaft. The air for generating the main atomizing compressed air and the RSZ compressed air is taken from the environment via a filter. On a drying is usually dispensed with. The filtered compressed air is then first in the compressor part of the turbocharger, as it is typically used in motor vehicles with a high-loading diesel engine, compressed to a pressure level of 2-6 bar (pressure). The air temperature rises by about 110-200 K, at a room temperature of 20 ° C thus to about 130-220 ° C. Thereafter, the air flow is divided into two partial streams. The compressed air is usually too hot at this temperature for a direct use for atomizing solids-containing liquids. It would have to be expected with solid deposits as evaporation residue of the liquid within the nozzle and the nozzle mouth, which lead to a significant disturbance of the atomization. The compressed air must therefore be cooled to a favorable level. This is done first in a heat exchanger. As a heat-absorbing fluid, the fog air can be used. The fog air is brought to the required comparatively low pressure level of approx. 0.05-0.1 bar in a separate blower. The temperature of the fog air rises only slightly, z. B. from an intake temperature of 20 ° C to about 25 ° C. It makes sense to drive the veiling air blower not via steam but by means of an electric motor, because the veiling air blower often has to be operated even when the system has completely run down so that steam is no longer available. This is due to the fact that the fog air must prevent the ingress of dust into the nozzle lances, especially during the plant standstill. And dust is indeed z. B. set free during standstill work in the steam generator or in the electrostatic precipitator. To make the working conditions bearable, the induced draft of the plant is approached in this case, so that a ventilation of the plant takes place. As has already been explained above, the fog air should be supplied at a temperature level of the nozzle lances, which prevents the undershooting of the water vapor bubble temperature or the sulfuric acid dew point temperature on the outer skin of the nozzle lance. In particular, at higher SO ₃ contents of the flue gas and correspondingly high sulfuric acid dew point temperatures, it may be necessary to adjust the fog air to a temperature Heat of about 150 ° C to heat. Since the atomizing compressed air reaches a temperature of about 130-220 ° C, which is anyway too high for direct use as Hauptzerstäubungsdruckluft or as RSZ compressed air, according to the invention and in the interest of minimizing the energy consumption, the curtain air as heat-absorbing and thus the atomizing compressed air cooling Fluid used; For this purpose, a gas-gas heat exchanger is provided. It may be necessary, in addition to the acting as a cooling fluid fog air also turn on a charged with cooling water cooler in the wiring of atomizing and RSZ compressed air. There then falls from the compressed air steam condensate, which should be discharged as a rule, to avoid water hammer in the pipes and in the nozzle lance. This problem is eliminated if one decides to the atomizing air through a dryer, z. B. suck on a refrigerant dryer.

2 zeigt das Schaltschema einer weiterführenden Ausgestaltung der Basisversion. Gemäß dem Grundgedanken dieser Erfindung wird der Dampf auch hier nicht direkt zur Zerstäubung der Flüssigkeit einer Zweistoffdüse zugeführt, sondern dem Turbinenteil eines zweiwelligen Systems aus Turboladern, welches zusätzlich Wärmetauscher und Kühlregister umfasst. Die Luft für die Erzeugung der Hauptzerstäubungsdruckluft sowie der RSZ-Druckluft wird über ein Filter aus der Umgebung entnommen. Auf eine Trocknung wird in aller Regel verzichtet. Die filtrierte Druckluft wird dann zunächst in einem Niederdruckturbolader, wie er typischerweise in Kraftfahrzeugen mit Benzinmotor oder mit niedrig aufgeladenem Dieselmotor eingesetzt wird, auf ein Druckniveau von ca. 0.5 bar–1.5 bar komprimiert. Dabei steigt die Lufttemperatur um ca. 35–90 K an, bei einer Raumtemperatur von 20°C somit auf ca. 55–110°C. Danach wird der Luftstrom in zwei Teilströme aufgeteilt, in den Hauptzerstäubungs-Druckluftstrom sowie in den RSZ-Druckluftstrom. Der Hauptzerstäubungsteilstrom wird einer zweiten Turboladerstufe zugeführt und hier auf das erforderliche Druckniveau für die Hauptzerstäubung komprimiert, z. B. auf 4–6 bar (Überdruck), bei modernen Niederdruck-Zweistoff-Düsen möglicherweise nur auf ca. 2 bar (Ü). Bei einer Kompression auf 4–6 bar (Ü) steigt die Lufttemperatur erheblich an, und zwar auf ca. 190–220°C. Aus energetischen Gründen wäre es vorteilhaft, den Luftstrom aus der ersten Turboladerstufe zu kühlen, bevor er der zweiten Kompressionsstufe zugeführt wird. Dabei würde jedoch Kondensat ausfallen, welches Tropfenschlagerosion in der nachfolgenden hochtourigen Verdichterstufe verursachen würde. Dieses Problem entfällt auch hier, wenn man die angesaugte Luft nicht nur filtriert, sondern in einem Kälte- oder Adsorptionstrockner weitgehend vom Wasserdampfgehalt befreit. Was bereits bei der Beschreibung der Basisvariante ausgeführt wurde, das gilt auch hier. Die Luft aus der zweiten Verdichterstufe ist für einen direkten Einsatz zur Zerstäubung feststoffhaltiger Flüssigkeiten in aller Regel zu heiß. Sie muss auf ein vorteilhaftes Niveau abgekühlt werden. Dies erfolgt zunächst in einem Wärmetauscher. Als wärmeaufnehmendes Fluid wird wiederum die Schleierluft eingesetzt. Zusätzlich kann ein mit Kühlwasser beaufschlagter Kühler erforderlich sein, um auf das angestrebte Temperaturniveau abkühlen zu können. Die RSZ-Druckluft muss hier in vielen Fällen nicht gekühlt werden, da ihre Temperatur bei einer Verdichtung auf 0.5–1.5 bar noch nicht unzulässig weit ansteigt. Ein großer Vorteil einer derartigen Druckluftversorgungsanlage besteht darin, dass sie größtenteils aus Turboladern, d. h. aus sehr kostengünstigen Massenprodukten aus der Kraftfahrzeugindustrie zusammengestellt werden kann und dass die Abmessungen der Anlage vergleichsweise klein sind. Diese Druckluftversorgungsanlage kann daher in aller Regel in der unmittelbaren Umgebung der Düsenlanzen aufgestellt werden. Die Verbindungsleitungen zum Hauptverteiler der Düsenlanzen werden somit vergleichsweise kurz. Es sind lediglich eine Druckdampfleitung mit relativ geringem Leitungsquerschnitt und eine Dampf- bzw. Kondensatrückleitung zu installieren. Grundsätzlich könnte man sich im Sinne einer weitergehenden Optimierung überlegen, die Schleierluft nicht mit Hilfe eines elektrisch angetriebenen Gebläses 29 bereitzustellen, sondern hierfür Druckluft aus dem Kompressorteil des Turboladersystems über eine Druckluft-Strahlpumpe einzusetzen. Da die Schleierluft jedoch auch noch bei Anlagenstillstand verfügbar sein muss, um ein Eindringen von Stäuben während der Wartungsarbeiten an der Anlage zu verhindern, empfiehlt sich der Einsatz eines elektrisch betriebenen Gebläses. 2 shows the circuit diagram of a further embodiment of the basic version. According to the basic idea of this invention, the steam is not supplied directly to the atomization of the liquid of a two-fluid nozzle, but the turbine part of a two-shaft system of turbochargers, which additionally includes heat exchanger and cooling coil. The air for generating the main atomizing compressed air and the RSZ compressed air is taken from the environment via a filter. On a drying is usually dispensed with. The filtered compressed air is then first compressed in a low-pressure turbocharger, as is typically used in motor vehicles with gasoline engine or low-charged diesel engine, to a pressure level of about 0.5 bar-1.5 bar. The air temperature rises by about 35-90 K, at a room temperature of 20 ° C thus to about 55-110 ° C. Thereafter, the air stream is split into two streams, the main atomization compressed air stream and the RSZ compressed air stream. The main atomizing partial flow is fed to a second turbocharger stage and compressed here to the required pressure level for the main atomization, z. For example, to 4-6 bar (overpressure), with modern low-pressure two-substance nozzles possibly only to about 2 bar (T). Compressing to 4-6 bar (U), the air temperature rises significantly to around 190-220 ° C. For energy reasons, it would be advantageous to cool the air flow from the first turbocharger stage before it is fed to the second compression stage. However, condensate would precipitate, which would cause drop impact erosion in the subsequent high-speed compressor stage. This problem also does not apply here if you not only filtered the air sucked, but largely freed from water vapor content in a refrigeration or adsorption. What was already done in the description of the basic variant, that also applies here. The air from the second compressor stage is usually too hot for direct use for atomizing solids-containing liquids. It has to be cooled to a favorable level. This is done first in a heat exchanger. As a heat-absorbing fluid again the fog air is used. In addition, a cooler charged with cooling water may be required in order to be able to cool to the desired temperature level. In many cases, the RSZ compressed air does not have to be cooled, as its temperature does not rise too far when compressed to 0.5-1.5 bar. A major advantage of such a compressed air supply system is that it can be largely composed of turbochargers, ie from very cost-effective mass products from the automotive industry and that the dimensions of the system are relatively small. This compressed air supply system can therefore usually be placed in the immediate vicinity of the nozzle lances. The connecting lines to the main distributor of the nozzle lances are thus comparatively short. There are only a pressure steam line with a relatively small cross section and a steam or condensate return line to install. Basically, one could consider in terms of further optimization, the veiling air not with the help of an electrically driven blower 29 but to use compressed air from the compressor part of the turbocharger system via a compressed air jet pump. However, as the veil air still has to be available during system downtime in order to prevent dusts from entering during maintenance work on the system, the use of an electrically operated blower is recommended.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 und 2 beschrieben.The invention will be described below with reference to FIG 1 and 2 described.

1 zeigt das Schaltschema einer Basisversion der Anlage gemäß der Erfindung. Die Düsenlanze 1 besteht aus mehreren zueinander konzentrisch angeordneten Rohren. Die zu zerstäubende Flüssigkeit 7 wird dem zentralen Flüssigkeits-Rohr 6 zugeführt und erreicht hiermit die Düse 2. Die Hauptzerstäubungsluft 8 wird in das Zerstäubungsluft-Rohr 5 eingespeist, welches das Flüssigkeitsrohr 6 konzentrisch umschließt. In der Mischkammer 35 werden die Flüssigkeit und die Hauptzerstäubungsluft in innigen Kontakt miteinander gebracht. Der erzeugte Spray verlässt die Düse 2 am Düsenmund 11 und tritt als Tropfenstrahl 14 in den von einem ersten gasförmigen Medium, hier von Rauchgas 15 durchströmten Behälter 17 ein. Der Rauchgaseintritt in den Behälter 17 liegt bei 16. Die RSZ-Luft 9 wird in das Ringspaltluft-Rohr 4 eingeleitet, welches seinerseits das Rohr der Hauptzerstäubungsluft 5 konzentrisch umschließt. Sie wird der Ringspaltluftdüse 13 zugeführt, die den Düsenmund 11 konzentrisch umschließt. Die Schleierluft 10 wird in das Schleierluft-Rohr 3 eingespeist, welches das äußere fluidführende Hüllrohr der Düsenlanze 1 darstellt, die dann nach außen zusätzlich nur noch thermisch isoliert sein kann. Aus der Umgebung wird die Luft 18 für die Erzeugung der Hauptzerstäubungsdruckluft 8 und der Ringspaltluft 9 entnommen und in einem Filter 19 feinfiltriert. Die filtrierte Luft 20 tritt in das Verdichterrad 22 eines Turboladers 21 ein und verlässt das Verdichterrad als Druckluft 26 bei einem höheren Druck von ca. 2–6 bar und bei einer höheren Temperatur von ca. 100–200°C. Das Verdichterrad 22 sitzt auf einer Welle mit einem Turbinenrad 23, welches mit Druckdampf 24 angetrieben wird. Der entspannte Dampf 25 wird danach über einen hier nicht dargestellten Kondensator zugeführt. Die heiße Druckluft 26 wird in einem Wärmetauscher 27 durch Wärmeabgabe an die Schleierluft 10 abgekühlt. Um eine für die Zerstäubung vorteilhafte Temperatur zu erreichen, muss die Druckluft 31 möglicherweise noch weiter abgekühlt werden. Dies erfolgt in einem wassergekühlten Wärmetauscher 32. Das hier anfallende Kondensat wird bei 33 ausgeschleust. Erst danach teilt sich die Druckluft in zwei Teilströme auf in den Hauptzerstäubungs-Druckluftstrom 8 sowie in den Ringspaltdruckluftstrom 9 für die Versorgung der Ringspalt-Sekundär-Zerstäubung 9. Die erwünschte Aufteilung kann über das Regelventil 34 eingestellt werden. Es kann jedoch sinnvoll sein, nur einen Teil der RSZ-Luft im Wärmetauscher 32 auf eine niedrige Temperatur abzukühlen. In diesem Falle wird die RSZ-Luft teilweise am Wärmetauscher 32 über die Leitung 36 und das Drosselventil 37 vorbei geführt. Die Schleierluft wird bei 28 aus der Umgebung entnommen. Sollte die Umgebung stark mit Stäuben belastet sein, empfiehlt sich jedoch auch hier eine Filtration der angesaugten Luft. Im Wärmetauscher 27 wird die Schleierluft auf eine Temperatur von ca. 100–150°C erhitzt. Die Temperatur ist so zu wählen, dass an der Außenhaut 38 der Düsenlanze 1 noch keine Taupunktsunterschreitung befürchtet werden muss. Temperatur und Energieinhalt der Hauptzerstäubungsdruckluft sind in der Regel für diese Aufheizung ausreichend. Nötigenfalls könnte noch ein kleiner mit Dampf beheizter Erhitzer nachgeschaltet werden. 1 shows the circuit diagram of a basic version of the system according to the invention. The nozzle lance 1 consists of several concentrically arranged tubes. The liquid to be atomized 7 becomes the central fluid tube 6 fed and hereby reaches the nozzle 2 , The main atomizing air 8th gets into the atomizing air pipe 5 fed, which is the liquid tube 6 concentrically encloses. In the mixing chamber 35 The liquid and the main atomizing air are brought into intimate contact with each other. The generated spray leaves the nozzle 2 at the nozzle mouth 11 and acts as a droplet jet 14 in the first of a gaseous medium, here of flue gas 15 perfused container 17 one. The smoke gas entering the container 17 lies by 16 , The RSZ air 9 gets into the annular gap air pipe 4 introduced, which in turn the tube of the main atomizing air 5 concentrically encloses. It becomes the annular gap air nozzle 13 fed to the nozzle mouth 11 concentrically encloses. The curtains air 10 gets into the veil air pipe 3 fed, which the outer fluid-carrying cladding tube of the nozzle lance 1 represents, which then can be outwardly only additionally thermally insulated. The environment becomes air 18 for the generation of the main atomizing compressed air 8th and the annular gap air 9 taken and in a filter 19 finely filtered. The filtered air 20 enters the compressor wheel 22 a turbocharger 21 and leaves the compressor wheel as compressed air 26 at a higher pressure of about 2-6 bar and at a higher temperature of about 100-200 ° C. The compressor wheel 22 sits on a shaft with a turbine wheel 23 , which with pressure steam 24 is driven. The relaxed steam 25 is then fed via a capacitor, not shown here. The hot compressed air 26 is in a heat exchanger 27 by heat transfer to the air of the curtain 10 cooled. In order to achieve a favorable for the atomization temperature, the compressed air 31 possibly even further cooled. This takes place in a water-cooled heat exchanger 32 , The resulting condensate is at 33 discharged. Only then does the compressed air split into two partial streams into the main atomizing compressed air stream 8th as well as in the annular gap compressed air flow 9 for the supply of the annular gap secondary atomization 9 , The desired division can be via the control valve 34 be set. However, it may be useful to use only a portion of the RSZ air in the heat exchanger 32 to cool to a low temperature. In this case, the RSZ air is partially on the heat exchanger 32 over the line 36 and the throttle valve 37 passed by. The veil air is added 28 taken from the environment. If the environment is heavily contaminated with dusts, however, a filtration of the intake air is recommended. In the heat exchanger 27 the veil air is heated to a temperature of approx. 100-150 ° C. The temperature should be chosen so that on the outer skin 38 the nozzle lance 1 still no dew point must be feared. Temperature and energy content of Hauptzerstäubungsdruckluft are usually sufficient for this heating. If necessary, a small heater heated by steam could be connected downstream.

2 zeigt das Schaltschema einer weiterführenden Ausgestaltung der Basisversion. Diese Konfiguration unterscheidet sich von der Basiskonfiguration im Wesentlichen durch ein zweiwelliges Turboladersystem. Die in der ersten Turboladerverdichtungsstufe vorkomprimierte Druckluft 26 wird bei 39 in die zwei Teilströme der Hauptzerstäubungsdruckluft 45 (später nach Abkühlung mit der Ziffer 8 belegt) und der Ringsspalt-Sekundär-Zerstäubungs-Druckluft 9 aufgeteilt. Zu diesem Zweck sind die Ventile 40 und 41 eingebaut. Die RSZ-Druckluft kann bei einer nicht zu hoch angesetzten Vorkompression in der ersten Turboladerstufe (z. B. bei Δp = 0.5–1 bar) ohne Kühlung der Düsenlanze zugeführt werden. Die Hauptzerstäubungsdruckluft 45, die sich in der zweiten Verdichtungsstufe auf ca. 100–200°C erhitzt hat, wird zunächst im Wärmetauscher 27 und nötigenfalls in einem weiteren, wassergekühlten Wärmetauscher 32 auf die geeignete Temperatur rückgekühlt und als aufbereitete Hauptzerstäubungsdruckluft 8 in das entsprechende Lanzenrohr 5 eingespeist. 2 shows the circuit diagram of a further embodiment of the basic version. This configuration differs from the basic configuration essentially by a twin-shaft turbocharger system. The compressed air pre-compressed in the first turbocharger compression stage 26 is at 39 into the two partial streams of the main atomizing compressed air 45 (later after cooling with the numeral 8th occupied) and the annular gap secondary atomization compressed air 9 divided up. For this purpose are the valves 40 and 41 built-in. The RSZ compressed air can be supplied to the nozzle lance without cooling if the pre-compression in the first turbocharger stage is not too high (eg at Δp = 0.5-1 bar). The main atomizing compressed air 45 , which has heated to about 100-200 ° C in the second compression stage, is first in the heat exchanger 27 and, if necessary, in another, water-cooled heat exchanger 32 recooled to the appropriate temperature and as treated Hauptzerstäubungsdruckluft 8th into the corresponding lance tube 5 fed.

11: Düsenlanzenozzle lance
22: Zweistoffdüsetwo-fluid nozzle
33: Schleierluft-RohrSheath air tube
44: Ringspaltluft-RohrAnnular gap air pipe
55: Hauptzerstäubungsluft-RohrHauptzerstäubungsluft pipe
66: Flüssigkeits-RohrLiquid pipe
77: zu zerstäubende Flüssigkeitto atomized liquid
88th: Hauptzerstäubungs-Druckluft an der Einspeisestelle in das Hauptzerstäubungsluft-Rohr 5 Main atomizing compressed air at the feed point in the main atomizing air pipe 5
99: Ringspaltdruckluft an der Einspeisestelle in das Ringspaltluft-Rohr 4 Annular gap compressed air at the feed point in the annular gap air pipe 4
1010: Schleierluft an der Einspeisestelle in das Schleierluft-Rohr 3 Veiled air at the feed point in the Schleierluft pipe 3
1111: Düsenmund bzw. Düsenaustrittnozzle orifice or nozzle outlet
1212: Schleierluft an der Düsenmündungcurtains air at the nozzle mouth
1313: Ringspalt-Düse für die Ringspalt-Sekundär-Zerstäubung ”RSZ”Annular gap nozzle for annular gap secondary atomization "RSZ"
1414: Tropfenstrahldroplet stream
1515: erstes gasförmiges Fluid, in der Regel Rauchgas, am Eintritt in den Behälter 17 first gaseous fluid, usually flue gas, at the inlet to the container 17
1616: Eintrittsstutzen für das erste gasförmige Fluidinlet connection for the first gaseous fluid
1717: vom ersten Fluid durchströmter Behälter eines Verdampfungskühlers, Sprühabsorbers, Sprühtrockners oder einer artverwandten Anlagenkomponente, in die mit der Düsenlanze 1 eine Flüssigkeit oder Suspension eingesprüht wird.Traversed by the first fluid container of an evaporative cooler, spray absorber, spray dryer or a related equipment component into which the nozzle lance 1 a liquid or suspension is sprayed.
1818: Aus der Umgebung angesaugte Luft für die Bereitstellung der ZerstäubungsdruckluftOut the environment sucked air for the provision of the atomizing compressed air
1919: FeinstaubfilterFeinstaubfilter
2020: filtrierte Luft für die Erzeugung der Zerstäubungsdruckluftfiltered Air for the generation of the atomizing compressed air
2121: erste oder alleinige Turboladerstufefirst or sole turbocharger stage
2222: Verdichterlaufrad der ersten Turboladerstufe 21 Compressor impeller of the first turbocharger stage 21
2323: Turbinenlaufrad der ersten Turboladerstufe 21 Turbine wheel of the first turbocharger stage 21
2424: Wasserdampf zur Turbine 23 oder 44 Water vapor to the turbine 23 or 44
2525: Abdampf der Turbine 23 oder 44 Abdampf of the turbine 23 or 44
2626: komprimierte Zerstäubungsluft hinter Verdichter 22 compressed atomizing air behind compressor 22
2727: Wärmetauscher zur Aufheizung der Schleierluft und zur Kühlung der Zerstäubungsluftheat exchangers for heating the fog air and for cooling the atomizing air
2828: Schleierluft vor dem Schleierluftgebläse 29 Veiled air in front of the veiling air blower 29
2929: SchleierluftgebläseCurtain air blower
3030: Kondensatableitung aus Wärmetauscher 27 Condensate discharge from heat exchanger 27
3131: Zerstäubungsluft hinter Wärmetauscher 27 Atomizing air behind heat exchanger 27
3232: Kühler für die ZerstäubungsluftCooler for the atomizing air
3333: Kondensatableitung aus Kühler 32 Condensate drain from radiator 32
3434: Regelventil zur Aufteilung der Zerstäubungsluft auf die Hauptzerstäubungsdruckluft 8 und auf die Ringspaltdruckluft 9 Control valve for splitting the atomizing air to the main atomizing compressed air 8th and on the annular gap compressed air 9
3535: Mischkammer der Zweistoffdüsemixing chamber the two-fluid nozzle
3636: Bypass-Leitung der RingspaltluftBypass line the annular gap air
3737: Bypass-Drosselventil der RingspaltluftBypass throttle valve the annular gap air
3838: Außenhaut der Düsenlanzeshell the nozzle lance
3939: Verzweigungspunkt für die Zerstäubungsdruckluft hinter der ersten Verdichtungsstufe 22; Aufteilung in die Teilströme der Hauptzerstäubungsdruckluft 8 und der Ringspaltdruckluft 9.Branching point for the atomizing compressed air behind the first compression stage 22 ; Division into the partial flows of the main atomizing compressed air 8th and the annular gap compressed air 9 ,
4040: Regelventil für die Hauptzerstäubungsdruckluft 8 Control valve for the main atomizing compressed air 8th
4141: Regelventil für die Ringspaltdruckluft 9 Control valve for the annular gap compressed air 9
4242: Verdichterlaufrad der zweiten Turboladerstufe 43 Compressor impeller of the second turbocharger stage 43
4343: zweite Turboladerstufe 43 second turbocharger stage 43
4444: Turbinenlaufrad der zweiten Turboladerstufeturbine impeller the second turbocharger stage
4545: Druckluft hinter der zweiten Verdichterstufe 42 Compressed air behind the second compressor stage 42

AbkürzungenAbbreviations

RSZ

Ringspaltsekundärzerstäubung

Claims

Evaporative cooler, spray absorber or spray drier and related equipment components, consisting of a flowed through by a first gaseous fluid container, at least one nozzle lance with two-fluid nozzle, with which a liquid with the aid of a second gaseous fluid is sprayed into said container and a system for generating compressed air with different Temperature and different pressure for supplying the nozzle lance with the gaseous fuels, characterized in that the atomizing compressed air is generated in at least one turbocharger stage, wherein the turbine of the turbocharger is acted upon with steam as propellant gas.

Evaporative cooler, spray absorber or spray dryer according to claim 1, characterized in that a two-shaft turbocharger system is used In the first stage, the compressed air is at the pressure level for the Supply of the annular gap nozzle is compressed while in the second stage, the compressed air is brought to a pressure, as he for the main atomizing compressed air is required.

Evaporative cooler, spray absorber or spray dryer according to claim 2, characterized in that the air pressure in the first stage of the twin-shaft turbocharger system to an overpressure from 0.5-1.5 bar is raised.

Evaporative cooler, spray absorber or spray dryer according to claim 2, characterized in that the air pressure in the second stage of the twin-shaft turbocharger system to an overpressure from 2-6 bar is raised.

Evaporative cooler, spray absorber or spray dryer according to claims 1-4, characterized in that a Schleierluftgebläse installed is and that the fog air in a heat exchanger by heat extraction from the compressed atomizing air is heated.