DE19526404A1

DE19526404A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zerteilung eines Mediums

Info

Publication number: DE19526404A1
Application number: DE19526404A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Steinebrunner; Pirmin Durein; Reinhard Loos; Werner Rex
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 1997-01-23

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerteilen, insbesondere Zerstäuben, eines ersten Mediums unter Verwendung eines zweiten Mediums. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zerstäuben von flüssigen, pastösen oder festen Rückständen.

Bei einer Vielzahl von Prozessen kommt der Zerteilung eines Mediums eine zentrale Aufgabe zu. So wird beispielsweise die Ausbrandqualität eines Verbrennungsprozesses von der Zerstäubungsgüte (Tropfengröße, Tropfenverteilung, etc.) wesentlich mitbestimmt. Auch in verfahrenstechni schen Prozessen, beispielsweise im Bereich der Beschichtung oder Trock nung, werden sehr spezifische Anforderungen an die Zerstäubung gestellt.

In dem Buch "Atomization and Sprays" von A. H. Lefebvre, 1989, sind eine Vielfalt von Zerstäuberdüsen beschrieben. Auch in dem Aufsatz "Zerstäuben von Flüssigkeiten" von Peter Walzel in Chem.-Ing.-Techn. 62 (1990) Nr. 12, Seite 983 bis 994, werden verschiedene Zerstäuberdüsen vorgestellt und theoretisch beschrieben. Die verschiedenen Düsentypen unterliegen in ihrem Anwendungsbereich gewissen Restriktionen. So können beispielsweise sogenannte Druckzerstäuberdüsen, bei denen die Zerstäubung des Mediums durch Umsetzung von Druck in Geschwindig keit erfolgt, nicht für feststoffhaltige Flüssigkeiten eingesetzt werden, da sie verstopfen. Desweiteren unterliegen sie einer Beschränkung in der Viskosität (< 500 cP) da höhere Viskositäten Drücke erforderlich ma chen, die nur schwer durch Fördereinrichtungen zu beherrschen sind.

Die zweiflutige Variante der sogenannten Zweistoffdüse findet bis zu Flüssigkeitsdurchsätzen < 400 kg/h Anwendung. Bei dieser Düse wird die zu zerstäubende Flüssigkeit zentral zugeführt, während das Zerstäubungs medium konzentrisch über einen Ringkanal geleitet wird. Der Flüssig keitsstrahl wird durch den unmittelbaren Kontakt mit dem Zerstäubungs gas zerteilt. Bei großen Durchsätzen kann das Zerstäubungsmedium nicht mehr bis in die Strahlmitte eindringen, so daß auf der Achse sehr große Tropfen entstehen. Bei Erhöhung des Drucks und Verkleinerung des Spaltes für das Zerstäubungsmedium kommt es unter der thermischen Beanspruchung der Düse zu exzentrischen Verziehungen des Materials und damit zu einem unregelmäßigen Sprühbild. Dies wiederum führt zu einer unvollständigen Verbrennung der Rückstände.

Bei der dreiflutigen Variante der Zweistoffdüse erfolgt die Flüssigkeits einbringung über einen Ringkanal, der zwischen der zentral auf der Achse gelegenen Zerstäubungsmediumszuführung und einem zweiten Ringkanal für einen weiteren Teil des Zerstäubungsmediums angeordnet ist. Bei diesem Zerstäubungstyp wird die Flüssigkeit somit von zwei Seiten vom Zerstäubungsmedium umgeben. Auch bei diesen Düsen verstopft der flüssigkeitsführende Ringkanal. Feststoffhaltige Flüssigkeiten können somit nicht eingesetzt werden. Außerdem ist der fertigungstechni sche Aufwand für einen solchen Zerstäuber sehr groß. Auch bei dieser Düse kommt es unter thermischer Beanspruchung und bei der Erhöhung des Drucks zu Verformungen der Düse und damit zu schlechten Sprüh bildern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zum Zerteilen eines ersten Mediums, insbesondere von flüssigen, pastösen und festen Rückständen bzw. Schlamm vorzusehen, das eine gute Zerteilung bzw. Zerstäubung der Stoffe ermöglicht, keinen hohen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand benötigt und für große Durchsätze ins besondere unter thermischer Beanspruchung geeignet ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Zerteilung eines ersten Mediums vorzusehen, bei der eine erhöhte Ausströmgeschwindigkeit des Zerstäubungsmediums erreicht werden kann, ohne daß es zur Verformung der Düse kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren gemäß den entsprechenden Ansprüchen gelöst.

Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Zerteilen des ersten Mediums unter Verwendung eines zweiten Mediums bereitgestellt, wobei das erste Medium durch Öffnungen und das zweite Medium durch mindestens eine zweite Öffnung derart austreten kann, daß es in Kontakt mit dem ersten Medium kommt, wobei das Verhältnis der Summe der Austrittsflächen der zweiten Öffnungen zur Summe der Austrittsflächen der ersten Öffnungen im Bereich von 0,001 bis 0,5, vorzugsweise im Bereich von 0,005 bis 0,1, insbesondere im Bereich von 0,01 und 0,05 liegt. Durch eine derartige Dimensionierung der Austrittsflächen kann bei entsprechendem Druck und Fördermenge eine Zerstäubung auch pastöser oder feststoffhaltiger Rückstände erreicht werden.

Bevorzugt kann eine solche Vorrichtung vorgesehen werden, bei der die Summe der Austrittsflächen der zweiten Öffnungen bei entsprechendem Druck so gewählt ist, daß zweites Medium mit der größtmöglichen Ge schwindigkeit aus den zweiten Öffnungen austreten kann. Dabei kommt es innerhalb der zweiten Öffnungen zur Entspannung des sich zuvor im überkritischen Zustand befindenden zweiten Mediums. Bei dieser Ent spannung des zweiten Mediums kann eine vom zweiten Medium ab hängige Maximalgeschwindigkeit erreicht werden. Diese Geschwindigkeit ist auch von der Temperatur abhängig. Diese größtmögliche Geschwindig keit beträgt beispielsweise für Luft (bei 20°C) 347 m/s, für Stickstoff (bei 20°C) 353 m/s und für Dampf (bei 200°C und einem Druck von 5 bar) 527 m/s. Über die Erhöhung des Drucks in der Zuführung des zweiten Mediums kann nur noch die zugeführte Menge erhöht werden, nicht aber die Geschwindigkeit. Hierbei kommt es aber erst hinter der Austritts öffnung des zweiten Medium zu dessen vollständiger Entspannung. Den noch erhöht sich dabei gemäß der Beziehung E_kin = mv²/2 die Energie des austretenden zweiten Mediums.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung (Düse) so ausgelegt und wird so betrieben, daß die Druckdifferenz für das zweite Medium unter 10 bar; vorzugsweise 1 bis 3 bar; beträgt.

Insbesondere kann bei einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bevorzugterweise ein Verteilerring mit den zweiten Öffnungen versehen sein. Durch eine solche konstruktive Maßnahme kann erreicht werden, daß mit geringem technischen Aufwand ein Aufbau erreicht wird, bei dem die Öffnungen mit definiertem scharfen Rändern versehen sind, ohne daß diese Konstruktion anfällig für Verziehen oder Verformungen aufgrund thermischer Belastung wäre. Diese Konstruktion ist somit in der Lage, großen Drücken oder Temperaturschwankungen auch bei geringer Austrittsfläche des zweiten Mediums standzuhalten. Dadurch wird ganz konkret vermieden, daß es zu exzentrischen Sprühbildern aufgrund von verzogenen Materialien der Austrittsdüsen für das zweite Medium kommt, insbesondere daß sich die Abstände der Austrittsöffnungen des ersten Mediums zu den Austrittsöffnungen des zweiten Mediums derart ver ändern, daß es zu unsymmetrischen Sprühbildern und damit zu einer unvollständigen Verbrennung des ersten Mediums kommt.

Bevorzugt wird eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die mindestens eine erste Öffnung und der Verteilerring konzentrisch angeordnet sind. Dies ist gerade dann wünschenswert, wenn ein symmetrisches Sprühbild er reicht werden soll. Für spezielle Anforderungen werden die erste Öffnung und die zweiten Öffnungen derart unsymmetrisch angeordnet, daß ein Sprühbild spezieller; auch unsymmetrischer Art, erzielt werden kann. Durch die konzentrische Anordnung kann ein Höchstmaß an Symmetrie in Bezug auf das Sprühbild erreicht werden, wobei eine gewisse Asym metrie immer dort eingesetzt werden kann, wo es gilt die Schwerkraft zu kompensieren. Gerade also bei einer Vorrichtung zum Zerteilen bzw. Zerstäuben eines ersten Mediums, bei der das erste Medium die erste Öffnung nicht parallel zur Richtung der Schwerkraft verläßt, sondern unter einem Winkel hierzu, kann eine unsymmetrische Anordnung von ersten zu zweiten Öffnungen vorgesehen werden, die eine sonst auftreten de Asymmetrie des Sprühbilds kompensiert.

Bevorzugt können die zweiten Öffnungen als Bohrungen oder Düsen ausgebildet sein. Durch die Wahl einer einfachen Bohrung wird der konstruktive Aufwand auf ein Minimum beschränkt. Für spezielle An wendungen ist es vorteilhaft, die Austrittsöffnungen für das zweite Medi um als Düse auszugestalten, um definierte Turbulenzbereiche oder ein anderes Verhalten des zweiten respektive ersten Mediums zu erreichen. Als Düse könnte beispielsweise eine Venturi- oder Lavaldüse eingesetzt werden. Durch solche Öffnungen können definierte Strahlen erzeugt werden, die das zweite Medium in einem klar definierten Fokus-Bereich der "Jet"-Strahlen geradezu "zerreißen" können. Trotz der hohen auf tretenden Geschwindigkeit, gerade des zweiten Mediums, kommt es aufgrund der Bohrungen oder Düsen trotz dünner Wandstärken nicht zu Verziehungen oder Verformungen der Öffnung.

Vorteilhafterweise ist beispielsweise eine Vorrichtung vorgesehen, die eine Einrichtung zur Steuerung der Dimensionierung, insbesondere der Aus trittsfläche, der ersten und/oder zweiten Öffnungen aufweist. Durch die Möglichkeit der Steuerung der Länge, Form, oder insbesondere Austritts fläche der Düse kann ohne Erhöhung der zugeführten Menge an zwei tem Medium die Geschwindigkeit des zweiten Mediums so eingestellt werden, daß bevorzugte Geschwindigkeiten und damit unterschiedliche Sprühbilder erreicht werden können. Arbeitet die Vorrichtung schon mit zweitem Medium im überkritischen Zustand, so kann über die Größe der Öffnung die Energiedichte in beispielsweise einem speziellen Fokus- Bereich geregelt werden. Eine technische Realisierung der Einrichtung zur Steuerung der Dimensionierung kann beispielsweise darin liegen, daß der Verteilerring derart adjustierbar ist, daß nur ein in dieser speziellen Position freigegebener Bereich der Austrittsfläche für das zweite Medium passierbar ist.

Eine bevorzugte Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weist eine Einrichtung zur Regulierung der Zufuhr des ersten und/oder zweiten Mediums auf. Diese Zufuhr kann variabel steuerbar sein, um so auch über die Menge des zweiten Mediums die Zerstäubung bzw. Zerteilung des ersten Mediums zu beeinflussen.

Insbesondere kann eine Vorrichtung vorgesehen werden, bei der eine Einstelleinrichtung für das zweite Medium so ausgebildet und in der Vorrichtung angeordnet ist, daß zweites Medium mit der größtmöglichen Geschwindigkeit aus den zweiten Öffnungen austreten kann. Damit ist es nicht nur möglich, die Austrittsflächen der zweiten Öffnungen zur Regu lierung der Ausströmgeschwindigkeit bzw. der ausströmenden Menge heranzuziehen, sondern die Geschwindigkeit bzw. die Menge kann damit auch über die Zufuhr des zweiten Mediums eingestellt werden.

In einer weiteren bevorzugten Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur Veränderung des Einströmwinkels zwischen den Vektoren der Einströmrichtung des zweiten Mediums und der Einström richtung des ersten Mediums vorgesehen, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Einströmgeschwindigkeit des ersten und/oder zweiten Mediums. Durch diese Änderung des Einströmwinkels kann direkt auf das Sprüh bild eingewirkt werden. Während es bei steilen Einströmwinkeln zu buschigen Sprühbildern kommt, wird es bei flachen Einströmwinkeln zu einem zuerst konisch zulaufenden, dann aber auseinanderreißenden Sprüh bild kommen. Bei der Wahl des Einströmwinkels wird auch immer die Einströmgeschwindigkeit des ersten und/oder zweiten Mediums zu berück sichtigen sein.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Zufuhr des ersten und des zweiten Mediums so einstellbar ist, daß der Gewichtsanteil des zweiten Mediums bezogen auf den Gewichtsanteil des ersten Mediums 0,001 bis 10, vorzugsweise 0,01 bis 1, insbesondere 0,125 bis 0,5, beträgt. Dieses Mischungsverhältnis vom zweiten zum ersten Medium bestimmt im hohen Maße die Teilung des ersten Mediums und damit die Qualität des Sprühbilds. Auf der anderen Seite ist ein zu hohes Verhältnis sehr energieverbrauchend und kostenintensiv. Darum wird ein niedriges Ver hältnis angestrebt, das durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, ohne daß die Sprühbilder in ihrer Qualität dar unter leiden.

Bevorzugterweise ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Einrichtung zur Regulierung der Zufuhr des zweiten Mediums so steuerbar ist, daß eine gewünschte Tröpfchengröße des ersten Mediums hierüber einstellbar ist. Damit kann auch über die Zufuhr des zweiten Mediums direkter Einfluß auf das Sprühbild und damit auf eine gewünschte Tröpfchengröße des ersten Mediums Einfluß genommen werden.

Bei einer weiteren bevorzugen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind die auf dem Verteilerring angebrachten zweiten Öffnungen unter einem Winkel zwischen den Vektoren der beiden Hauptaustrittsströmun gen aus den ersten und zweiten Öffnungen von 0° bis 80°, bevorzugt 20° bis 60°, insbesondere etwa 45° angeordnet. Durch die Wahl der Winkel wird das Sprühbild auch dann besonders gleichmäßig, wenn Festkörper oder pastöse Materialien als erstes Medium verwendet werden. Die Winkel bestimmen auch den Fokus-Bereich der einzelnen Strahlen des zweiten Mediums. Die Winkel der einzelnen Strahlen sind bei speziellen Anwendungen auch unterschiedlich. Durch beispielsweise abwechselnde Winkel der Öffnung auf dem Verteilerring können so zwei Fokus-Berei che gebildet werden. So kann eine Vor- und Nachzerstäubung erreicht werden.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist zwischen der Zufuhr des ersten Mediums zu der ersten Öffnung und des zweiten Mediums zur zweiten Öffnung eine Isolierung auf. Durch eine solche Isolierung kann direkt verhindert werden, daß es zu Anbackungen, Ablagerungen und damit Verstopfungen in den Zuführun gen für das erste Medium, beispielsweise aufgrund heißer Gase, die als zweites Medium eingesetzt werden und zu Verdampfungen innerhalb der Zuführung für das erste Medium führen, kommt. Durch diese Isolierung werden die Vorrichtungen zum Zerteilen bzw. Düsen nicht nur wider standsfähiger und damit langlebiger als bisher bekannte Düsen, sondern darüberhinaus auch zuverlässiger im Hinblick auf die Symmetrie des erzielten Sprühbildes. In dem Augenblick, wo Ablagerungen in der Zufuhr des ersten Mediums dieses nur zum Teil austreten läßt, kommt es unweigerlich zu Verzerrungen im Sprühbild. Durch diese Isolierung wird also nicht nur die Langlebigkeit der Düse erhöht sondern auch durch die Verbesserung des Sprühbildes auf lange Zeit hin eine Reduzie rung der Kosten erreicht, die bei der Verbrennung der Rückstände auftreten.

Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zum Zerteilen eines ersten Mediums unter Verwendung eines zweiten Mediums vorgesehen, wobei das erste Medium durch mindestens eine erste Öffnung und das zweite Medium durch mindestens eine zweite Öffnung derart austreten kann, daß es in Kontakt mit dem ersten Medium kommen kann, wobei das Verhältnis der Summe der Austrittsflächen der zweiten Öffnungen zur Summe der Austrittsflächen der ersten Öffnungen im Bereich von 0,001 bis 0,5, vorzugsweise im Bereich von 0,005 bis 0,1, insbesondere im Bereich von 0,01 und 0,05 liegt. Dieses Verfahren wird vorzugsweise unter Verwendung einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ausge führt.

Bei einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung tritt das zweite Medium in definierten Strahlen in das zweite Medium ein. Durch diese definierten Strahlen ist es möglich, das erste Medium in speziellen, von der Strahlengeometrie abhängigen Bereichen zu "zerreißen". Durch die Wahl unterschiedlicher; voneinander unterscheidbarer Strahlgänge, können spezielle Sprühbilder erzeugt werden.

Vorzugsweise werden bei dem Verfahren flüssige, pastöse und/oder feste Rückstände, insbesondere Schlamm oder Slurries als erstes Medium verwendet. Diese Rückstände können inhomogen sein und Festkörper anteile bis zu einem Durchmesser von 5 cm aufweisen. Insbesondere kommen als erstes Medium auch jegliche Rückstände aus der Müllver arbeitung, der Papier- und Zellstoffindustrie, der chemischen und petro chemischen Industrie, bzw. Abfallprodukte, Schlamm aus der chemischen Produktion oder aus Abwasserbehandlungsanlagen etc. in Betracht. Es können also sowohl wasserähnliche Substanzen als auch pastöse oder feststoffhaltige Medien verarbeitet werden.

Bevorzugt kann in einem weiteren Verfahren Luft, insbesondere hoch vorerwärmte Luft, Dampf, Gase und/oder Flüssigkeiten niederer Dichte und/oder eine Brennstoffphase als zweites Medium verwendet werden. Das zweite Medium kann auch aus einem Gemisch dieser Komponenten bestehen, wodurch gerade auch die Verbrennungseigenschaften des Ge samtgemisches bzw. des Sprühnebels modifizierbar sind. Durch das Bei mischen beispielsweise sauerstoffhaltiger Medien oder aber beispielsweise eines Luft-/Brennstoffgemisches kann so der Verbrennungsvorgang noch mals intensiviert werden. Ebenfalls einsetzbar sind niedere Kohlenwasser stoffe entweder alleine oder aber als Trägergas. Durch die Wahl des zweiten Mediums in Abhängigkeit vom ersten Medium kann somit auch direkt auf die Sauerstoffbilanz der Verbrennung Einfluß genommen werden.

In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Zufuhr des ersten und des zweiten Mediums so eingestellt, daß der Gewichtsanteil des zweiten Mediums bezogen auf den Gewichtsanteil des ersten Mediums 0,001 bis 10, vorzugsweise 0,01 bis 1, insbesondere 0,125 bis 0,5 beträgt. So kann nicht zuletzt aus Kostengesichtspunkten beispiels weise über die Wahl des zweiten Mediums ein gewünschtes Mischungs verhältnis und damit ein bestimmtes Sprühbild als Ausgang für den Verbrennungsprozeß erreicht werden.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt die Zufuhr des ersten und/oder zweiten Mediums so eingestellt, daß eine gewünschte Tröpfchengröße des ersten Mediums erreicht wird. Von der Tröpfchengröße des ersten Mediums in Verbin dung mit der Beschaffenheit des zweiten Mediums hängt vor allem ab, welcher Verbrennungsgrad erreicht werden kann.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Ausströmgeschwindigkeit bzw. die austretende Menge des ersten und/oder des zweiten Mediums über die Austrittsfläche der ersten und/oder zweiten Öffnung(en) eingestellt. Damit kann über das Rück greifen auf die Ausströmgeschwindigkeit Einfluß auf das Sprühbild ge nommen werden. Umso mehr Masse bei umso höherer Geschwindigkeit des zweiten Mediums in das erste Medium eingebracht wird, umso höher ist die zur Zerteilung zur Verfügung stehende Energie.

In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Ausströmgeschwindigkeit bzw. die austretende Menge des ersten und/oder zweiten Mediums über die Zufuhr des ersten und/oder zweiten Mediums eingestellt. So kann durch den direkten Zugriff auf die Ausströmge schwindigkeiten der beiden Medien über die Zufuhrmenge des ersten und/oder zweiten Mediums pro Zeiteinheit, beispielsweise also über den Druck in den Zufuhrleitungen, Einfluß auf das Sprühbild genommen werden.

In einem weiteren vorteilhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Zufuhr des zweiten Mediums so eingestellt, daß das zweite Medium mit der größtmöglichen Geschwindigkeit aus den zweiten Öff nungen austritt. Diese Geschwindigkeit, die aus der Entspannung des zweiten Mediums in den zweiten Öffnungen resultiert, kann sowohl durch die Wahl beispielsweise der Bohrungsdurchmesser als auch durch die Menge des zugeführten Mediums, die über den Druck des zweiten Mediums reguliert werden kann, erreicht werden. Auf diese Weise kön nen mehrere Parameter gewählt werden, um ein gewünschtes Sprühbild zu erzeugen, was gerade unter ökonomischen und wirtschaftlichen Ge sichtspunkten sehr wünschenswert ist.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird über den Anstellwinkel der zweiten Öffnungen der Austrittswinkel des nach dem Einströmen des zweiten in das erste Medium entstehenden Sprühstrahls eingestellt. Durch die Möglichkeit der Regulierung auch diesen Parameters sind dem erfindungsgemäßen Verfahren mannigfaltige Möglichkeiten gegeben, um Einfluß auf die Form des Sprühstrahls zu nehmen.

Damit können sowohl Form des Sprühstrahls als auch die chemische Zusammensetzung des Sprühstrahls derart beeinflußt werden, daß unter Berücksichtigung der angesprochenen Parameter der Verbrennungsprozeß in Abhängigkeit der vorhergehenden Verhältnisse flexibel angepaßt und verbessert werden kann.

Weitere vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles zusätzlich verdeutlicht:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrich tung im Querschnitt.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in Fig. 1.

In diesem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dient ein Innenrohr 1 als Zuführung 11 für das erste Medium. Dieses Innen rohr ist teilweise mit einem Außenrohr 3 umgeben, das als Zuführung 21 für das zweite Medium fungiert. Das Innenrohr und das Außenrohr werden mit dem Verteilerring 4 abgeschlossen, der Austrittsöffnungen 41 für das zweite Medium aufweist. Diese Austrittsöffnungen 41 für das zweite Medium bilden mit der Längsachse des Innenrohrs einen Anstell winkel 42 von etwa 45° Zwischen dem Innenrohr 1 und dem Außenrohr 3 ist eine Isolierung 2 angebracht, die sich über den ganzen Bereich zwischen Innen- und Außenrohr erstreckt. Die Isolierung 2 trennt somit das Innenrohr 1 thermisch vom Außenrohr 3 durch den Zwischenraum 22, der zwischen Innenrohr 1 und Außenrohr 3 gebildet ist. Die Isolie rung 2 erstreckt sich vom Verteilerring aus in Richtung der Zuführung 11 für das erste Medium und schließt mit einem Kompensator 5 ab, der dafür vorgesehen ist, um Längenschwankungen der Isolierung 2 aufgrund thermischer Einflüsse des zweiten Mediums und thermischer Einflüsse aus der Umgebung auf das Außenrohr 3 auszugleichen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, schließt das Innenrohr 1 am Verteilerring 4 mit einer Aus trittsöffnung 12 für das erste Medium ab. Diese Austrittsöffnung 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung genauso groß wie die Querschnittsfläche des gesamten Innenrohrs. Es wäre allerdings vorstell bar; daß sich das Innenrohr über eine Strecke längs der Pfeilrichtung A verjüngt und/oder wieder auf die ursprüngliche Querschnittsfläche ver breitert.

Die Zuführung des zweiten Mediums erfolgt längs der Pfeilrichtung A von der Seite der Zuführung 11 für das erste Medium entlang des Innenrohrs 1 und wird von einer Pumpe (nicht gezeigt) bis zur Aus trittsöffnung 12 des ersten Mediums gefördert. Über die Zuführung 21 für das zweite Medium wird beispielsweise Dampf zugeführt und zwi schen dem Isolierrohr 2 und dem Außenrohr 3 in Richtung des Ver teilerrings 4 gepreßt. Als erstes Medium werden beispielsweise flüssige, pastöse Abfälle sowie wasserähnliche Rückstände und Schlamm verwen det. In dem Augenblick, in dem die Abfälle das Innenrohr in Pfeilrich tung A verlassen und den Verteilerring 4 über die Austrittsöffnungen 12 für das erste Medium verlassen, dringt der Dampf durch die Austrittsöff nungen 41 für das zweite Medium in den Abfall ein und zerteilt diesen.

Erfindungsgemäß ist es möglich, insbesondere Produkte aus einer weiten Palette von flüssigen bis hin zu pastösen oder Feststoffe enthaltende Rückstände wie schlammartige Stoffe, Slurries, etc. ohne Verstopfungs gefahr mit Hilfe eines Zerstäubungsmediums, beispielsweise Dampf, vollständig zu zerstäuben, um so eine. Grundlage für die anschließenden Verbrennungsvorgänge zu schaffen. Durch die konstruktive Gestaltung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und vor allem durch die Wahl des Anstellwinkels 42 der Austrittsöffnungen 41 des zweiten Medi ums, aber auch über das gewählte Verhältnis vom ersten Medium zum zweiten Medium, kann die Zerstäubungsgüte, d. h. die Tropfengröße, und deren Verteilung und der Sprühstrahl den Anforderungen der verschiede nen Brennkammern angepaßt werden.

Zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung wurde folgender Versuch durchgeführt:

Beispiel

Als Vorrichtung zur Zerteilung wurde ein Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung gemäß Fig. 1 verwendet. Als zweites Medium wurde Dampf mit max. 10 bar; üblicherweise mit 1,8 bar; zugeführt und durch den Verteilerring gepreßt. Als erstes Medium kamen flüssige, pastöse Abfälle mit Stückgrößen bis zu 5 cm sowie salzhaltige, wasserähnliche Rückstände und Schlamm aus einer Abwasserbehandlungsanlage zum Einsatz. Die Anlage wurde 6 Stunden lang betrieben.

Der Durchmesser der Zuführung für das erste Medium betrug 128,5 mm, der eingesetzte Verteilerring wies 12 Bohrungen mit einem Durchmesser von 5,5 mm auf, die unter einem Winkel von 45° angestellt waren. Damit ergab sich ein Flächenverhältnis von der Summe der Austritts flächen der zweiten Öffnung zur Summe der Austrittsflächen der ersten Öffnungen von 0,022.

Es wurde ein minimales Zerstäubungsverhältnis von ungefähr 0,1 kg Dampf auf 1 kg Abfall erreicht. Der Durchsatz des ersten Mediums betrug im Minimum 0,5 t pro Stunde, im Normalbetrieb 1,0 t pro Stunde und in Maximalwerten, gemessen über 2 Stunden, etwa 2 t pro Stunde.

Über die ganze Zeit wurde ein gleichmäßiges Sprühbild und ein guter Ausbrand beobachtet. Untersuchungen nach dem Test ergaben, daß sich in der Zuführung des Mediums 1 keinerlei Ablagerungen gebildet hatten.

Die vorliegende Erfindung sieht damit eine Vorrichtung für ein Ver fahren zum Zerteilen insbesondere zum Zerstäuben eines ersten Medi ums, vor allem hochviskoser; pastöser oder sogar Feststoffe enthaltender Rückstände unter Verwendung eines zweiten Medium, insbesondere eines Gases, vor; das trotz großer Durchsatzmengen ein verbessertes Sprühbild bei verlängerter Standzeit ermöglicht, wobei keine aufwendigen konstrukti ven Maßnahmen erforderlich sind. Es wird somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zerteilung von einem großen Variationsbereich eines ersten Mediums bei einem Hochtemperaturprozeß über einen großen Regelbereich bereitgestellt.

Bezugszeichenliste

1 Innenrohr
2 Isolierung
3 Außenrohr
4 Verteilerring
5 Kompensator
11 Zuführung für erstes Medium
12 Austrittsöffnung für erstes Medium
21 Zuführung für zweites Medium
22 Zwischenraum
41 Austrittsöffnung für zweites Medium
42 Anstellwinkel ϕ der Austrittsöffnungen des zweiten Mediums

Claims

1. Vorrichtung zum Zerteilen eines ersten Mediums unter Verwendung eines zweiten Mediums, wobei das erste Medium durch mindestens eine erste Öffnung (12) und das zweite Medium durch zweite Öffnungen (41) derart austreten kann, daß es in Kontakt mit dem ersten Medium kommt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Summe der Austrittsflächen der zweiten Öffnungen (41) zur Summe der Austrittsflächen der ersten Öffnungen (12) 0,001 bis 0,5, bevorzugt 0,01 bis 0,05 ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Austrittsflächen der zweiten Öffnungen (41) bei entsprechendem Druck so gewählt ist, daß zweites Medium mit der größtmöglichen Geschwindigkeit aus den zweiten Öffnungen austreten kann.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verteilerring (4) mit den zweite(n) Öffnung(en) (41) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine erste Öffnung (12) und der Verteilerring (4) konzentrisch angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Öffnungen (41) als Bohrungen oder Düsen ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Steuerung der Dimensionierung, insbesondere der Austrittsfläche, der ersten und/oder zweiten Öffnungen (12, 41) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Regulierung der Zufuhr des ersten und/oder des zweiten Mediums vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstelleinrichtung für die Zufuhr des zweiten Mediums so ausgebildet und in der Vorrichtung angeordnet ist, daß zweites Medium mit der größtmöglichen Geschwindigkeit aus den zweiten Öffnungen austreten kann.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Veränderung des Einströmwinkels (42) zwischen den Vektoren der Einströmrichtung des zweiten Mediums und der Einströmrichtung des ersten Mediums, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Einströmgeschwindigkeit des ersten und/oder zweiten Mediums, vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des ersten und des zweiten Mediums so einstellbar ist, daß der Gewichtsanteil des zweiten Mediums bezogen auf den Gewichtsanteil des ersten Mediums pro Zeiteinheit 0,001 bis 10, vorzugsweise 0,01 bis 1, insbesondere 0,125 bis 0,5, beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regulierung der Zufuhr des zweiten Mediums so steuerbar ist, daß eine gewünschte Tröpfchengröße des ersten Mediums hierüber einstellbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Verteilerring (4) angebrachten zweiten Öffnungen (41) unter einem Winkel (42) zwischen den Vektoren der beiden Hauptaustrittsströmungen aus den ersten und zweiten Öffnungen von 0° bis 80°, bevorzugt 20° bis 60° angeordnet sind.

13. Vorrichtung zum Zerteilen eines ersten Mediums unter Verwendung eines zweiten Mediums, wobei das erste Medium durch mindestens eine erste Öffnung (12) und das zweite Medium durch mindestens eine zweite Öffnung (41) derart austreten kann, daß es in Kontakt mit dem ersten Medium kommen kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zufuhr (11) des ersten Mediums zu der ersten Öffnung (12) und der Zufuhr (21) des zweiten Mediums zu der zweiten Öffnung (41) eine Isolierung (2) angeordnet ist.

14. Verfahren zum Zerteilen eines ersten Mediums unter Verwendung eines zweiten Mediums, wobei das erste Medium durch mindestens eine erste Öffnung und das zweite Medium durch mindestens eine zweite Öffnung derart austritt, daß es in Kontakt mit dem ersten Medium kommt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Summe der Austrittsflächen der zweiten Öffnungen zur Summe der Austrittsflächen der ersten Öffnungen 0,001 bis 0,5, bevorzugt 0,01 bis 0,05 ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Medium in definierten Strahlen in das zweite Medium eindringt.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige, pastöse und/oder feste Rückstände, insbesondere Schlamm oder Slurries, als erstes Medium verwendet werden.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Luft, insbesondere hochvorerwärmte Luft, Dampf, Gase und/oder Flüssigkeiten niederer Dichte und/oder eine Brennstoffphase als zweites Medium verwendet werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des ersten und des zweiten Mediums so eingestellt wird, daß der Gewichtsanteil des zweiten Mediums bezogen auf den Gewichtsanteil des ersten Mediums pro Zeiteinheit 0,001 bis 10, vorzugsweise 0,01 bis 1, insbesondere 0,125 bis 0,5, beträgt.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des ersten und/oder zweiten Mediums so eingestellt wird, daß eine gewünschte Tröpfchengröße des ersten Mediums erreicht wird.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmgeschwindigkeit des ersten und/oder zweiten Mediums über die Austrittsfläche der ersten und/oder zweiten Öffnung(en) (12, 41) eingestellt wird.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmgeschwindigkeit des ersten und/oder zweiten Mediums über die Zufuhr des ersten und/oder zweiten Mediums eingestellt wird.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des zweiten Mediums so eingestellt wird, daß zweites Medium mit der größtmöglichen Geschwindigkeit aus den zweiten Öffnungen (41) austritt.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittswinkel des nach dem Einströmen des zweiten in das erste Medium entstehenden Sprühstrahls über den Anstellwinkel (42) der zweiten Öffnungen (41) eingestellt wird.