DE19758526A1

DE19758526A1 - Drallsprühdüse

Info

Publication number: DE19758526A1
Application number: DE19758526A
Authority: DE
Inventors: Lothar Bendig; Dieter Prof Dr Ing Wurz; Juergen Speier
Original assignee: Lechler GmbH and Co KG
Current assignee: Lechler GmbH and Co KG
Priority date: 1997-08-23
Filing date: 1997-08-23
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-08-24
Also published as: US6322617B1; DE19758526B4; WO1999010085A1; JP2001511705A

Description

Die Erfindung betrifft eine Drallsprühdüse.

Zur Abscheidung gas- oder partikelförmiger Inhaltsstoffe aus Luft- oder Gasströmen werden sogenannte Gaswäscher einge setzt, bei denen eine Waschflüssigkeit über eine Vielzahl von Sprühdüsen in den Gasstrom möglichst gleichmäßig verteilt über den Querschnitt eingeführt wird. Solche Gaswäscher, die auch als Düsenwäscher bezeichnet werden, sind in der groß technischen Ausführung beispielsweise Rauchgasreinigungsanla gen, in denen saure Rauchgasbestandteile wie Schwefeldioxid, Chlor oder Fluorwasserstoff, sowie in geringerem Umfang auch Rauchgasstäube durch Verwendung entsprechender Waschflüssig keiten abgeschieden werden.

Die in solchen Gaswäschern eingesetzten Düsen werden in der Regel als Dralldüsen ausgeführt. Dem Flüssigkeitsstrom, der durch die Düse austritt, wird dabei in der Düse oder beim Verlassen der Düse ein Drall aufgeprägt, so daß die Flüssig keitströpfchen neben den Geschwindigkeitskomponenten in axia ler und radialer Richtung - wie sie ein Sprühkegel enthält - auch eine Umfangskomponente aufweisen. Diese Drallerzeugung hat sich günstig für den Zerstäubungsprozeß erwiesen, weil damit ein feines Tropfenspektrum, eine Sprühstrahlstabilität und die entsprechende Strahlaufweitung zur Verteilung der Waschflüssigkeit im Gasstrom erreicht wird. Sprühdüsen ähnli cher Art, bei denen ein Drall zur Erzeugung eines kegelförmi gen Schleiers vorgesehen ist, sind aus der DE-OS 26 11 387 bekannt, wo ein Zerstäuber für Schlämme beschrieben ist, bei dem die Flüssigkeit tangential in eine kreisförmige Kehle eingeführt und in Gestalt eines kegelförmigen Schleiers aus feinen Tröpfchen mindestens über einen Rand austritt.

Es hat sich gezeigt, daß bei den eingangs genannten Anordnun gen mit einer Vielzahl von Drallsprühdüsen Nachteile hin sichtlich einer gleichmäßigen Durchströmung des Wäschers auf treten, die auch die Abscheideleistung beeinträchtigten. Dies ist, insbesondere bei Gaswäschern der Fall, die in der Form großer Rauchgaswäscher im Gegenstromprinzip arbeiten. Bei diesen wird der Gasstrom durch einen seitlichen Gaseintritts stutzen in einen Führungskanal des Wäschers eingeführt, durchströmt diesen von unten nach oben, wird in einem Gegen strombereich mit der Waschflüssigkeit aus der Vielzahl gleichmäßig auf dem Querschnitt verteilter Düsen besprüht und tritt dann aus einem seitlich angeordneten oder zentral ange ordneten Austrittsstutzen wieder aus. Zwischen den einge düsten Waschflüssigkeitströpfchen und der Gasströmung findet dabei ein Impulsaustausch statt, der sich in der Hauptsache als Druckverlust bemerkbar macht, den die Strömung bei Durch strömung des Wäschers erleidet. Der gleichsinnige Drall der Sprühdüsen führt aber auch dazu, daß längs der Wände des Wä schers ein in bzw. gegen die Einströmrichtung des Gasstromes gerichteter Impuls auf diese übertragen wird, der wiederum eine großräumige Drehung des Strömungsfeldes des Gasstromes bewirkt. Dies wiederum führt zu einer asymmetrischen Durch strömung des Gaswäschers. Es hat sich gezeigt, daß die Gasströmung vom Eintrittsstutzen aus mit geringem Druckver lust längs der linken Wäscherwand in die linke hintere Ecke vordringen und dort ungenügend abgereinigt und mit relativ hoher Geschwindigkeit aufsteigen kann. Dadurch entsteht eine sehr inhomogene und ausgeprägte asymmetrische Verteilung der Restinhaltsstoffe in der Gasströmung hinter dem Wäscher. Aus der inhomogenen Abscheidung im Wäscher ergibt sich wiederum ein schlechter Wirkungsgrad.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dralldüse zu schaffen, die in dem sie umströmenden Medium keinen Restdrall erzeugt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Drallsprühdüse vorgese hen, die als Doppeldrallsprühdüse mit zwei koaxialen, entge gengesetzt austretenden Sprühstrahlen mit entgegengesetztem Drall ausgebildet ist. Es gibt zwar Doppelstrahldrallsprühdü sen (DE 26 11 387 A1), dort treten aber die beiden entgegen gesetzten Sprühstrahlen mit gleichem Drall aus. Mit solchen Düsen könnte daher eine Drallkompensation in der Strömung nicht erreicht werden.

Die neuen Doppeldrallsprühdüsen mit entgegengesetztem Drall der Austrittsstrahlen lassen sich verhältnismäßig einfach herstellen, wie noch erläutert werden wird. Sie brauchen auch jeweils nur einen Waschflüssigkeitsanschluß, wenn sie ent sprechend ausgelegt sind.

In Weiterbildung der Erfindung weist die neue Drallsprühdüse zwei koaxial angeordnete, mit ihren Austrittsöffnungen nach entgegengesetzten Richtungen weisende Drallkammern auf, die eine gemeinsame, jeweils in dem von den Austrittsöffnungen abgewandten Bereich mündende Zuströmöffnung aufweisen, die in jede Kammer mit einem Arm mündet, der tangential zur zugeord neten, aber jeweils von der Mittelebene der Zuströmöffnung aus auf entgegengesetzten Seiten liegenden Kammerwand ausge richtet ist. Durch diese Ausgestaltung kann ein gemeinsamer Zuflußstutzen vorgesehen werden, dennoch werden durch die ge trennten Zuführarme unterschiedliche Drallrichtungen in den beiden entgegengesetzt austretenden Sprühstrahlen erreicht. Auch der durch die Sprühstrahlen auf die Strömung im Wäscher bewirkte Impulseintrag, der zu einem Gegendruck führt, wird durch die neue Düse kompensiert.

In Weiterbildung der Erfindung können beide Drallkammern Tei le von Hohlkegel- oder Vollkegelsprühdüsen sein. Dabei ergibt sich dies Möglichkeit, die Düse als Hohlkegelsprühdüse da durch auszubilden, daß eine gemeinsame Trennwand jeweils den Boden der Drallkammern bildet, und daß diese Trennwand in der Düsenachse mit einer Öffnung versehen ist. In Weiterbildung dieses Gedankens kann die Öffnung durch eine mittige Ein schnürung im Bereich der Zulauföffnung der Drallkammer gebil det sein, und es kann zur weiteren Entkopplung der Drallkam mern eine Lochscheibe in die Öffnung eingelegt sein, deren Durchmesser nicht größer ist als eine der Austrittsöffnungen, damit eine Montage der Lochscheibe möglich ist.

Die Doppelsprühdüse kann aber auch so ausgebildet werden, daß die Trennwand beidseitig mit Erhebungen und Vertiefungen zur Erzeugung je eines Vollkegelsprühstrahles versehen ist. Es ist aber auch möglich, auf eine Trennwand zu verzichten und in jeder Drallkammer, die nun jeweils nicht durch einen tan gential zu ihrer Wand verlaufenden Arm beschickt zu werden braucht, einen Dralleinsatz vorzusehen, der den erwünschten gegensinnigen Drall in beiden Drallkammern erzeugt. In Wei terbildung dieses Gedankens kann zwischen den Dralleinsätzen auch eine Trennwand vorgesehen sein, der Erhebungen zur Sta bilisierung der Strömung zugeordnet sind.

Schließlich ist es auch noch möglich, die koaxialen Drallkam mern und deren Austrittsöffnungen nicht gleich groß zu ge stalten, so daß mit solchen Düsen nur eine Teilkompensierung des Dralles erreicht wird, was beispielsweise bei Einsatz dieser Düsen in der vorher angedeuteten Weise im Wandbereich von Vorteil sein kann.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Doppelstrahldüse nach der Erfindung,

Fig. 2 die Schnittdarstellung der Doppelstrahldüsen der

Fig. 6 längs der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6,

Fig. 3 eine Drallsprühdüse ähnlich Fig. 1, jedoch in einer anderen Ausführungsform,

Fig. 4 den Querschnitt der Drallsprühdüse der Fig. 8 in ei ner Darstellung gemäß Fig. 7,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Drallsprühdüse nach der Erfindung,

Fig. 6 den Querschnitt durch die Drallsprühdüse der Fig. 5,

Fig. 7 den Querschnitt durch eine Drallsprühdüse ähnlich den Fig. 5 und 6, jedoch in einer Variante,

Fig. 8 eine weitere Variante einer Drallsprühdüse nach der Erfindung,

Fig. 9 den Schnitt durch die Drallsprühdüse der Fig. 8 längs der Linie XIV-XIV in einer Bauart mit Drall einsätzen in den Drallkammern,

Fig. 10 eine Variante der Drallsprühdüse der Fig. 8 mit ei ner Trennwand zwischen den Dralleinsätzen,

Fig. 11 den Schnitt durch die Drallsprühdüse der Fig. 10,

Fig. 12 den Schnitt durch die Drallsprühdüse nach Fig. 11 längs der Schnittlinie XVII-XVII,

Fig. 13 eine weitere Variante einer Drallsprühdüse nach der Erfindung ohne Dralleinsätze,

Fig. 14 den Schnitt durch die Drallsprühdüse der Fig. 13, und

Fig. 15 die Darstellung des Querschnittes nach der Schnitt linie XX-XX in Fig. 14.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer Dop pelstrahlsprühdüse nach der Erfindung. Diese Doppelstrahl sprühdüsen lassen sich beispielsweise für die eingangs er wähnten Gaswäscher verwenden. Sie können aber auch überall da vorgesehen werden, wo es sinnvoll ist, durch Sprühstrahlen keine Drehimpulse auf eine Strömung auszuüben bzw. sie dann zu verwenden, wenn eine Drallkompensation zweckmäßig er scheint, oder wenn es geboten oder zweckmäßig erscheint, zwei Drallsprühdüsen üblicher Bauart durch eine Doppeldrallsprüh düse nach der Erfindung zu ersetzen.

Die Fig. 1 und 2 lassen erkennen, daß die neue Doppeldrall sprühdüse aus einem Düsengehäuse 41 besteht, in dem zwei Kam mern 42 und 43 ausgebildet sind, die als Drallkammern dienen und jeweils mit einer Austrittsöffnung 44 bzw. 45 versehen sind. Die beiden Kammern 42 und 43 sind durch eine Trennwand 46 gegeneinander abgeschlossen, die bis in einen Eintritts stutzen 47 hereinragt, durch den das zu versprühende Medium, beim Ausführungsbeispiel daher die Waschflüssigkeit, eintritt und sich dann auf die beiden Kammern 42 und 43 verteilt. Wie Fig. 1 zeigt, ist dabei die Durchtrittsöffnung 48 vom Ein trittsstutzen 47 in die Kammern 42 und 43 als ein unter einem Winkel α von 45° zu der Düsenachse 49 geneigtes Langloch ausgebildet, das so gelegt ist, daß sein oberhalb der Trenn wand 46 liegende Bereich 48a und der unterhalb derselben lie gende Bereich 48b gleich groß ausgebildet sind. Durch den Be reich 48a der Öffnung 48 kann nun die zu versprühende Flüs sigkeit in die obere Kammer 42 und durch den unteren Bereich 48b in die untere Kammer 43 eintreten. Die Ausgestaltung des Eintrittsstutzens 47 und die Anordnung der Öffnung 48 wird dabei so gewählt, daß der in die Kammer 42 eintretende Anteil der durch den Stutzen 47 kommenden Flüssigkeit etwa tangen tial zu der in Fig. 1 rechts gelegenen Wand der Kammer 42 und der durch den unteren Bereich 48 eintretende Anteil der Flüs sigkeit etwa tangential an die in Fig. 1 linke Wand der Kam mer 43 gelenkt wird. In der Kammer 42 entsteht dadurch eine Drallströmung im Gegenuhrzeigersinn, in der Kammer 43 dagegen im Uhrzeigersinn. An den Austrittsöffnungen 44 und 45 der so geschaffenen Doppelstrahldralldüse treten daher Sprühstrahlen mit entgegengesetztem Drall aus. Da die austretende Menge und die Größe des Dralls gleich groß gehalten werden kann, wird der Drall der einzelnen Düsen 40 kompensiert, so daß eine Gasströmung im Umgehungsbereich der Düse keinen Drall in der einen oder anderen Richtung aufgeprägt erhält.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind beide Kammern 42 und 43 koaxial zueinander angeordnet. Ihre Öffnungen 44 und 45 al lerdings liegen - in an sich bekannter Weise - exzentrisch versetzt zu der Mittelachse 49 der Kammern 42 und 43.
Die Fig. 3 bis 15 zeigen nun Variationsmöglichkeiten der Dop pelstrahldralldüsen, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind. Die Düsen der Fig. 8 bis 15 sind dabei nicht mit gleich großen Drallkammern ausgestattet, so daß mit diesen Düsen nur eine Teilkompensation des Dralles stattfinden kann, was aber - insbesondere in der Nähe der Wand eines Führungskanales, wie eingangs erwähnt - von Vorteil sein kann.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Variante der Düse der Fig. 1 und 2 insofern, als hier die Trennwand 46 zwischen den Kammern 42 und 43 mit einer kreisrunden Öffnung 50 versehen ist, durch deren Mitte die Mittelachse 49 der Kammern 42 und 43 geht. Die vom Eintrittsstutzen 47 in die Kammern 42 und 43 führen den Öffnungen 51 und 52 sind ähnlich wie die Bereiche 48a und 48b der Fig. 1 gegeneinander und zur Mittelachse 49 so ver setzt, daß die durch den Stutzen 47 eintretende Gasströmung wieder zu gleichen Teilen auf die Kammern 42 und 43 aufge teilt wird, wo sie einen entgegengesetzten Drall erhalten. Die Öffnung 50 dient in diesem Fall dazu, daß die obere Dü senkammer 42, wenn die Düse nicht in Betrieb ist, durch die untere Kammer 43 leerlaufen kann, so daß dadurch auch eventu ell in der Düse angesammelte Feststoffe ausgespült werden können.

Wie vorher bereits ausgeführt, bildet die in einer Dralldüse rotierende Flüssigkeit einen Flüssigkeitswirbel (siehe auch Fig. 7) 53 bzw. 54, der jeweils beim Austritt aus den Öffnun gen 44 bzw. 45 einen Flüssigkeitsfilm in Form eines Hohlke gels ergibt, der in Tropfen zerstäubt. Im Inneren der Flüs sigkeitswirbel befindet sich dabei ein Luftkern 55, und zwar in jedem der beiden Wirbel 53 und 54. Die Öffnung 50 - bzw. die Öffnung 60 in Fig. 8 - wird daher so dimensioniert, daß sich die Flüssigkeitswirbel 53 und 54 nicht berühren, sondern daß nur die Luftkerne 55 Verbindung haben. Dies gilt auch für die Öffnung 56 in Fig. 6. Um dies sicherzustellen kann man, wie Fig. 7 auch zeigt, eine Lochscheibe 57 in die Trennwand zwischen den Wirbeln 53 und 54 einbringen, deren Bohrung 60 entsprechend bemessen ist. Hier muß allerdings auch sicherge stellt werden, daß die Lochscheibe 57 keinen größeren Durch messer aufweist als zumindest eine der beiden Austrittsöff nungen 44 oder 45, um den Einbau zu gewährleisten.

Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Doppel strahldüse, die auf dem gleichen Prinzip arbeitet wie die Dü sen nach den Fig. 1 bis 4. Hier allerdings ist der Düsenkör per 58 etwa in seiner Mitte mit einer Einschnürung 59 verse hen, die in der Mitte die Öffnung 56 bildet, die wiederum die Verbindung für die in den Kammern 42' und 43' entstehenden Luftkerne bilden kann. Der Eintrittsstutzen 47' ist in diesem Fall von einer kurzen Einlaufstrecke 61 ab in zwei Teilkanäle 61a und 61b aufgeteilt, die aber in der gleichen Weise wie der tangential an die zugeordneten Kammerwände gerichtet sind, um den Drall zu erzeugen. Die Fig. 7 zeigt eine Ausfüh rungsform gemäß den Fig. 5 und 6, jedoch mit der zusätzlich eingesetzten Lochscheibe 57 und mit den schematisch einge zeichneten Flüssigkeitswirbeln 53 und 54 und den auftretenden Hohlkegelstrahlen.

Die Fig. 8 und 9 zeigen nun ebenso wie die Fig. 10 bis 15 ei nen Düsenkörper 65, in dem ungleich große Kammern 64 und 63 gebildet sind. Der Eintrittsstutzen 66 führt in diesem Fall ohne schräg verlaufende Arme, wie bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 7 in einen Zwischenbereich 67 zwischen den Kammern 63 und 64, von dem aus die nach beiden Seiten durch die Öffnungen 68 bzw. 69 austretenden Strahlen durch Drall einsätze 70 und 71 gebildet werden, die den Kammern 63 bzw. 64 zugeordnet sind. Die Dralleinsätze 70 und 71 sind dabei so ausgebildet, daß sie einen entgegengesetzten Drall bewirken. Da die Kammer 64 und die Austrittsöffnung 69 kleiner ist, kann mit der Dralldüse nach den Fig. 8 und 9 ebenso wie mit jenen nach den Fig. 10 bis 15 nur eine Teilkompensation des Dralls erreicht werden.

Die Fig. 10 bis 12 stellen eine Variante der Düse nach den Fig. 8 und 9 insofern dar, als hier der Zwischenbereich 67, der in Fig. 9 noch ohne Einbauten ist, durch eine Trennwand 72 unterteilt ist, die mit kegelartigen Erhebungen 73 in Richtung der Achse 74 der Kammern 63 und 64 versehen ist. Diese Erhebungen 73 dienen zur Stabilisation der Flüssig keitswirbel in den Kammern 63 und 64.

Eine solche Stabilisation kann aber auch nach den Fig. 13 bis 15 durch Erhebungen 75 erreicht werden, die an der Trennwand 72 angeordnet sind und nach beiden Seiten hin zu den Kammern 63' und 64' gerichtet verlaufen. Dralleinsaätze können in diesem Fall entfallen, wenn die Flüssigkeitszuführung im Ein trittsstutzen 66' durch die Anordnung entsprechender Ein trittsöffnungen und Führungen 80 und 81 jeweils wieder ähn lich wie bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 7 tangenti al an entgegengesetzt liegende Wände erfolgt, wie das durch die Pfeile 82 und 83 angedeutet ist.

Claims

1. Drallsprühdüse, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Doppeldrallsprühdüse mit zwei koaxial, aber entgegen gesetzt austretenden Sprühstrahlen mit entgegengesetztem Drall ausgebildet ist.

2. Drallsprühdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei koaxial angeordnete, mit ihren Austrittsöffnun gen (44, 45) nach entgegengesetzten Richtungen weisende Drallkammern (42, 43, 63, 64) aufweist.

3. Drallsprühdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkammern (42, 43, 63, 64) eine gemeinsame, je weils in dem in den Austrittsöffnungen (44, 45) abgewandten Bereich mündende Zuströmöffnung (47, 47', 66) aufweisen, die in jede Kammer mit einem Arm (48a, 48b bzw. 61a, 61b) mündet, der tangential zur zugeordneten, aber jeweils von der Mittel ebene der Zuströmöffnung (47) aus auf entgegengesetzten Sei ten liegende Kammerwand ausgerichtet ist.

4. Drallsprühdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drallkammern (42, 43, 63, 64) Teile von Hohlkegel- oder Vollkegelsprühdüsen sind.

5. Drallsprühdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden der Drallkammern von einer gemeinsamen Trenn wand (46, 72) gebildet sind.

6. Drallsprühdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse als Hohlkegelsprühdüse ausgebildet ist und die Trennwand (46) in der Düsenachse (49) oder in der Achse der Austrittsöffnungen (44, 45) mit einer Öffnung (50, 56, 60) versehen ist.

7. Drallsprühdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (56) durch eine mittige Einschnürung (59) im Bereich der Zulauföffnung (47') der Drallkammern (42', 43') gebildet ist.

8. Drallsprühdüsen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß zur weiteren Entkopplung der Drallkammern (42', 43') eine Lochscheibe (57) in die Öffnung eingelegt ist, deren Durchmesser nicht größer ist als eine der Austrittsöffnungen (44, 45).

9. Drallsprühdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (72) beidseitig mit Erhebungen (73, 75) und Vertiefungen zur Erzeugung je eines Flüssigkeitswirbels ver sehen ist.

10. Drallsprühdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Drallkammer (63, 64) jeweils ein Dralleinsatz (70, 71) vorgesehen ist, der der eintretenden Flüssigkeit ei nen Drall aufzwingt, der entgegengesetzt zu dem erzeugten Drall des anderen Dralleinsatzes ist.

11. Drallsprühdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß zwischen den Dralleinsätzen (70, 71) ein Trennboden (72) vorgesehen ist, der Erhebungen (73) zur Stabilisierung der Strömung aufweist.