DE19503252C2 - Quenchdoppeldüse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Quenchdoppeldüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Anwendungsgebiet einer derartigen Düse ist der Einsatz beispielsweise zum Quenchen und gleichzeitigem Eindüsen von Injektionsmitteln in Rauch- und Abgaskanälen von Verbrennungs- oder Produktionsanlagen.

Hauptaufgabe bekannter Düsen ist die Quenchung des Rauch- bzw. Abgasstromes bei gleichzeitigem tiefen Einbringen eines Injektionsmittels sowie intensiver Durchmischung mit den Ab- bzw. Rauchgasen im Ab- bzw. Rauchgaskanal. Insbesondere soll die Minderung des Stickoxidgehaltes nach dem SNCR-Verfahren in Ab- bzw. Rauchgasen von Verbrennungs- und Produktionsprozessen unabhängig von der Kessel- oder Ab- bzw. Rauchgaskanalgeometrie und den Örtlichkeiten am Kessel oder Ab- bzw. Rauchgaskanal im Eindüsbereich möglich sein.

Es sind eine Vielzahl von Zweistoffdüsen bekannt, bei denen als Zerstäubermedium überwiegend Dampf oder Luft verwendet wird. Diese Zweistoffdüsen arbeiten nach dem Prinzip feiner Zerstäubung, bieten jedoch den Nachteil geringster Quenchwirkung sowie eines hohen Zerstäubermediumverbrauches. Die gewünschten Kriterien zur Reduktion der Rauch- bzw. Abgastemperatur bei gleichzeitiger Minderung des Stickoxidgehaltes in Ab- bzw. Rauchgasen von Verbrennungsprozessen werden mit diesen konventionellen Zweistoffdüsen nicht erfüllt.

Aus der DE 31 06 962 C2 ist eine Zweistoff- Zerstäubungsdüse bekannt, die eine Mischzone innerhalb des Düsengehäuses vorsieht, und daran anschließend eine zweite nach dem Laval-Prinzip ausgebildete Rohrstrecke erkennen läßt, wobei zur besseren Sprühverteilung der aus zwei Medien bestehenden Mischung ein stangenförmiger Einsatz verwendet wird, der eine tellerförmige Verbreitung aufweist.

Beim Einsatz einer derartigen Düse in Verbindung mit einem Quenchmedium unter gleichzeitiger Zugabe eines Reduktionsmittels hat sich herausgestellt, daß zwischen beiden Medien eine Reaktion stattfindet, die Kristallierungsprozesse in Gang setzt und zu Verstopfungen der Düse führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verstopfungen zu verhindern und das Quenchmedium sowie eine weitere Flüssigkeit, wie z. B. ein Reduktionsmittel, optimal und auf einfache Weise störungsfrei und unabhängig von der Kessel- oder Ab- bzw. Rauchgaskanalgeometrie und den Örtlichkeiten am Kessel oder Ab- bzw. Rauchgaskanal im Eindüsbereich zu verdüsen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 6 geben Weiterbildungen der Erfindung an.

Die erfindungsgemäße Quenchdoppeldüse zur Rauch- und Abgasbehandlung in Verbrennungsanlagen ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer Quenchdüsenkappe (19) mit einem Austrittskanal (30) axial eine in axialer Richtung variabel über ein Gewinde (23) verstellbare Injektionsdüse (17) einschraubbar angeordnet ist, wobei der Zuführungskanal für das flüssige Quenchmedium (31) koaxial zu dem axialen Zuführungskanal (24) für das gasförmige oder flüssige Injektionsmedium und getrennt geführt angeordnet ist und daß die Injektionsdüse (17) in ihrem Austrittsbereich mit einem Prallteller (26) für das Quenchmedium versehen ist. Vorteil einer derart aufgebauten Düse ist die Verminderung bzw. Verhinderung von Kristallisationsprozessen durch Mischung zweier Medien innerhalb der Düse. Darüber hinaus ist die Verwendung unterschiedlicher Quench- sowie Injektionsmittel möglich, deren Reaktionsverhalten während des Mischens nicht mehr aufwendig untersucht bzw. berücksichtigt werden muß. Desweiteren liegt ein Vorteil in der Formgebung des vorderen Teils der Injektionsdüse (17), des Pralltellers (26), die eine Zerstäubung des Quenchmediums derart erlaubt, daß das Injektionsmittel außerhalb der Quenchdoppeldüse (16) mitgerissen wird und gleichmäßig im Sprühbereich des Quenchmediums im Feuerraum bzw. Rauch- und Abgaskanal verteilt wird. Vorteilhafterweise tritt also eine Verbindung bzw. eine Vermischung von Quench- und Injektionsmedium erst außerhalb der Quenchdoppeldüse (16) auf, sodaß eine Vielzahl von Kombinationen von Quench- und Injektionsmedien einsetzbar sind.

Die Anordnung eines reduzierten Zuführungskanales (25) in der Injektionsdüse (17) im Bereich des Pralltellers (26), hat vorteilhafterweise die genügende Beschleunigung des Injektionsmittels und somit eine gewünschte Wurfweite des Injektionsmittels zur Folge. Besonders vorteilhaft ist die vorzugsweise Ausführung mit einem Durchmesser des reduzierten Zuführungskanales (25) von ca. 1/4 bis 1/8, insbesondere von 1/6 des Zuführungskanals (24).

An der Injektionsdüse (17) ist ein Feingewinde (23) angeordnet, daß in ein angeordnetes mechanisches Justiergewinde (27) in dem Fixierstück (18) in der Quenchdüsenkappe (19) paßt. Hierdurch ist eine axiale Verschiebbarkeit der Injektionsdüse (17) möglich. Dies ist von Vorteil, da mittels dieser Vorrichtung die Öffnungsweite der Austrittskanals des Quenchmediums einstellbar ist und auf einfache Weise Wurfweite und entsprechende Tropfengröße sowie Austrittsgeschwindigkeit des Quenchmediums und letztendlich auch durch die Quenchmediummenge die Temperatur des gequenchten Ab- bzw. Rauchgases bei gleichzeitig optimaler Wirkung des Injektionsmittels variiert werden kann.

An der Quenchdüsenkappe (19) ist ein Außengewinde (29) angeordnet, mit dem die Quenchdüsenkappe (19) mit dem das Quenchmedium führende Rohr (1) einer Düsenlanze verschaubbar verbunden ist, sowie ein weiteres Außengewinde (32) an der Injektionsdüse (17), mit dem die Injektionsdüse (17) mit dem Injektionsmittelrohr (14) in der Düsenlanze schraubbar verbunden ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß Quenchdüsenkappen (19) und Injektionsdüsen (17) einfach demontierbar und auswechselbar sind, wodurch einerseits die Wartungsaufwand verringert wird, andererseits an veränderte Einsatzbedingungen angepaßte Quenchdüsenkappen (19) und/oder Injektionsdüsen (17) auf einfache Weise montierbar bzw. austauschbar sind.

In der Quenchdüsenkappe (19) der Quenchdoppeldüse (16) ist ein Fixierstück (18) angeordnet, welches die Injektionsdüse (17) aufnimmt und fixiert. An diesem Fixierstück ist ein Ringraum (28) ausgebildet, in dem das Quenchmedium dem Austrittskanal der Düsenkappe (19) zugeführt wird. Vorteilhafterweise wird mit dieser Anordnung die Fixierung und Führung der Injektionsdüse (17) in axialer Richtung erreicht bei gleichzeitiger strömungsgünstiger Führung des Quenchmediums.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 bis 5 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt die

Fig. 1 eine komplette Quenchdoppeldüse 16,

Fig. 2 eine Injektionsdüse 17,

Fig. 3 einen Ausschnitt der Injektionsdüse 17,

Fig. 4 eine Quenchdüsenkappe 19 und

Fig. 5 eine komplette Düsenlanze.

Fig. 1 zeigt eine komplette Quenchdoppeldüse 16, bestehend aus der Quenchdüsenkappe 19 sowie der in ihr angeordneten Injektionsdüse 17. Durch den Kanal 24 wird das Injektionsmedium wie z. B. bei dem SNCR-Verfahren das Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak) der Injektionsdüsenöffnung 34 zugeführt, während in dem von der äußeren Form der Injektionsdüse 17 und der inneren Form der Quenchdüsenkappe 19 gebildeten Kanal 31 das Quenchmedium geführt wird, welches nach Durchströmen des Austrittskanals 30 und Aufprallen auf den pralltellerartig ausgebildeten vorderen Bereich der Injektionsdüse 17 die Quenchdüse 16 durch eine variabel einstellbare Austrittsöffnung 35 verläßt.

Die in der Fig. 2 gezeigt Injektionsdüse 17 weist in ihrem hinteren Drittel ein Feingewinde 23 zur Justierung und Einstellung des Pralltellers 26 auf, mit der die Weite der Austrittsöffnung 35 des Quenchmediums bestimmt wird. Somit sind Austrittswinkel, Strahlgeometrie und Tropfengröße und -verteilung einstellbar. Mit dem Außengewinde 32 wird die Injektionsdüse mit dem Injektionsrohr 14 der Düsenlanze verbunden. Der Anschlußkanal 22, der den gleichen Innendurchmesser wie das Injektionsrohr 14 aufweist, geht in einen Zuführungskanal 24 über. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser des Anschlußkanals 22 8 mm und der Durchmesser des Zuführungskanals 24 3 mm, wobei beide Kanäle 22, 24 in einem Winkel von 60° ineinander übergehen. Die Außendurchmesser betragen vorzugsweise im mittleren Teil der Injektionsdüse 17 15 mm, im vorderen Drittel mit Außnahme des Pralltellers 26 6 mm.

Ein Ausschnitt der Injektionsdüse 17, nämlich der vordere Teil, ist in Fig. 3 dargestellt. Er zeigt insbesondere die sich verdickende Spitze der Injektionsdüse 17, die in Form eines Pralltellers 26 ausgebildet ist. Der maximale Durchmesser des Pralltellers 26 entspricht dem Durchmesser der Austrittskanals 30 der Quenchdüsenkappe 19. In der Düsenachse zentral verjüngt sich der Zuführungskanal 24 zu einer Zuführungsverengung 25, die sich am Ende zu der Austrittsöffnung 34 mit dem Austrittswinkel alpha aufweitet. Vorzugsweise beträgt der Austrittswinkel alpha 30°, der Durchmesser der Zuführungsverengung 25 0,5 mm, der Durchmesser des Pralltellers 26 11,5 mm.

Die Quenchdüsenkappe 19 in Fig. 4 wird mit dem Rohr 1 der Düsenlanze mittels des Gewindes 29 verschraubt. Im mittleren Bereich der Quenchdüsenkappe 19 ist ein Fixierstück 18 mit der Quenchdüsenkappe 19 fest verbunden, welches als Doppelrohr mit einem Ringraum 28 ausgeführt ist, in welchem das Quenchmedium geführt wird. Die Bohrung 36 nimmt die Injektionsdüse 17 auf, wobei mit der mechanischen Justiereinrichtung 27, in diesem Fall einem Feingewinde, die Injektionsdüse 17 in Richtung der Achse der Quenchdüsenkappe 19 verschieb- und einstellbar wird. Im vorderen Bereich ist die Quenchdüsenkappe 19 mit einem Austrittskanal 30 versehen, der in etwa das vordere Drittel der Injektionsdüse 17 aufnimmt. Der Durchmesser dieses Austrittkanals 30 beträgt 12 mm. Der Winkel beta im Verjüngungsbereichs des Zuführungskanals für das Quenchmedium 31 beträgt vorzugsweise 45°. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Bohrung 36 ebenso wie der Durchmesser des mittleren Drittel der Injektionsdüse 17 15 mm, der Abstand zwischen Innenrohr und Außenrohr im Ringraum 28 des Fixierstücks 18 5 mm. Der Vorschub wird durch das Feingewinde der mechanischen Justiereinrichtung 27 bestimmt, und beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 7 mm. In anderen Ausführungsbeispielen sind aber auch Vorschübe zwischen 1 und 15 mm möglich.

In Fig. 5 ist die zusammengesetzte Quenchdoppeldüse 16 in der Düsenlanze eingesetzt und an einer Verschraubung 15 befestigt, die sich mittig der Düsenlanze befindet, dargestellt. Das Rohr 14 für das Injektionsmittel besteht aus einem Präzisionsrohr nach DIN 2391 und ist mittels eine Swage Lock Verbindung 4 mit der Injektionsmittelzuführung verbunden. Das Rohr 1, welches das Quenchmedium führt, wird in der Länge den gegebenen Örtlichkeiten angepaßt. Am T-Stück 2 mit Zulaufrohr 3 ist ein flexibler Wellringschlauch angeschlossen, durch den das Quenchmedium der Düse zugeleitet wird. Die Düsenlanze wird mit dem Anschlußflansch 8, an den Gegenflansch eines Düsenstützrohres 13, das gleichzeitig als Schutzrohr dient, befestigt. Der Anschlußflansch 8 kann auf dem Rohr 1 verschoben und mittels Schrauben fixiert werden.

Der Einsatzes einer derart beschriebenen Quenchdoppeldüse in einer Müllverbrennungsanlage führte zum einen zu einer erheblich verbesserten Quenchleistung durch geringeren Quenchwasserverbrauch, zum anderen konnten gleichzeitig Konvertierungsraten von 50 bis 60% zur Reduzierung der Stickoxide nach dem SNCR- Verfahren erreicht werden.

Claims (6)

1. Quenchdoppeldüse zur Rauch- und Abgasbehandlung in Verbrennungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Quenchdüsenkappe (19) mit einem Austrittskanal (30) axial eine in axialer Richtung variabel über ein Gewinde (23) verstellbare Injektionsdüse (17) einschraubbar angeordnet ist, wobei der Zuführungskanal für das flüssige Quenchmedium (31) koaxial zu dem axialen Zuführungskanal (24) für das gasförmige oder flüssige Injektionsmedium und getrennt geführt angeordnet ist und daß die Injektionsdüse (17) in ihrem Austrittsbereich mit einem Prallteller (26) für das Quenchmedium versehen ist.

2. Quenchdoppeldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Injektionsdüse (17) im Bereich des Pralltellers (26) ein im Durchmesser reduzierter Zuführungskanal (25) angeordnet ist, der vorzugweise einen Durchmesser von 1/4 bis 1/8 des Zuführungskanaldurchmessers (24) aufweist.

3. Quenchdoppeldüse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feingewinde (23) an der Injektionsdüse (17) angeordnet ist, und daß ein passendes mechanisches Justiergewinde (27) in dem Fixierstück (18) in der Quenchdüsenkappe (19) angeordnet ist.

4. Quenchdoppeldüse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Quenchdüsenkappe (19) am der Austrittsseite entgegengesetzten Ende ein Außengewinde (29) angebracht ist, mit dem die Quenchdüsenkappe (19) mit dem das Quenchmedium führenden Rohr (1) einer Düsenlanze verschraubbar verbunden ist und daß die Injektionsdüse (17) mit dem Injektionsmittelrohr (14) in der Düsenlanze schraubbar verbunden ist.

5. Quenchdoppeldüse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Quenchdüsenkappe (19) ein Fixierstück (18) angeordnet ist, welches die Injektionsdüse (17) aufnimmt und fixiert, wobei dieses Fixierstück mit einem Ringraum (28) ausgebildet ist, in dem das Quenchmedium dem Austrittskanal (30) der Düsenkappe (19) zugeführt wird.

6. Quenchdoppeldüse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Quenchmedium Wasser und als Injektionsmedium ein Reduktionsmittel eingesetzt wird.