DE202023000783U1 - Combined hollow and full cone two-substance nozzle - Google Patents

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Abstract

Dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkegeldüsenstrahl durch einen verstellbaren Ringspalt erzeugt wird

Figure DE202023000783U1_0000
Characterized in that the hollow cone jet is generated by an adjustable annular gap
Figure DE202023000783U1_0000

Description

Zweistoffdüse zur Verdüsung von Ammoniak-Wasser Druckluft Gemisch und anderen gasförmigen Druckgasen, Harnstoff-Wasser Druckluft Gemisch und anderen gasförmigen Druckgasen, Kalk-Wasser Druckluft Gemisch und anderen flüssige-Wasser Druckluft Gemischen und anderen gasförmigen Druckgasen mit einer kombinierten Hohlkegel-Vollkegel-Düse.Two-substance nozzle for atomizing ammonia-water-compressed air mixture and other gaseous compressed gases, urea-water-compressed air mixture and other gaseous compressed gases, lime-water-compressed air mixture and other liquid-water-compressed air mixtures and other gaseous compressed gases with a combined hollow-cone-full-cone nozzle.

2 Stoffdüsen herkömmlicher Bauart als Hohlkegel oder Vollkegeldüse weisen eine Zulaufkanal für einerseits das zu verdüsende flüssige Medium und andererseits einen Zulaufkanal für das gasförmige Medium (Druckluft oder anderes Druckgas) auf.2 fabric nozzles of conventional design as a hollow cone or full cone nozzle have an inlet channel for the liquid medium to be atomized on the one hand and an inlet channel for the gaseous medium (compressed air or other compressed gas) on the other.

In einer Mischkammer werden beide Stoffe/Medien zusammengeführt und dann zentral, durch eine Austrittöffnung verdüst, ausgestoßen oder ausgegeben. Zusätzlich wird bei Hohlkegeldüsen zur Erzeugung eines Medium-freien inneren Düsenstrahlkegel, z.b. vor die Austrittsöffnung eine Prallplatte oder ein Kegel montiert. Mit dieser Prallplatte oder diesem Kegel wird der Düsenstrahl zentral aufgebrochen und geteilt (kreisförmig). Es werden entweder Hohlkegeldüsen oder Vollkegeldüsen eingesetzt. Eine Kombination aus beiden Techniken wird nicht eingesetzt.Both substances/media are brought together in a mixing chamber and then centrally atomised, ejected or dispensed through an outlet opening. In addition, with hollow cone nozzles to create a medium-free inner jet cone, e.g. a baffle plate or cone mounted in front of the outlet opening. With this baffle plate or cone, the jet is broken up centrally and divided (circularly). Either hollow cone nozzles or full cone nozzles are used. A combination of both techniques is not used.

Eine Hohlkegeldüse kann einen Sprühwinkel bis zu ca. 100° erzeugen. Die in diesem Spektrum erzeugten Tropfen sind aber in ihrer Größe nicht mehr gleichmäßig. Für einen kontrollierten Ein- Düsprozess in einer Abgas-Entstickungs-Anlage z.b. von einer Müllverbrennungsanlage zur Stickoxidreduzierung (Nox) nach dem SNCR Prinzip (Selektive nicht katalytische Reduktion) ist eine definierte und kontrollierte Tropfengröße aber Prozessrelevant. Hohlkegeldüsen sind im SNCR Prozess sehr eingeschränkt in der Wurfweite der erzeugten Tropfen. Zudem wird der innere Bereich des Hohlkegel, der sinniger Weise auch eine größere Wurfweite der Tropfen benötigt, damit die Benetzung auch im zentralen Abgasraum erzeugt wird und eine Stickoxidreduktion stattfinden kann, nicht erreicht.A hollow cone nozzle can create a spray angle of up to approx. 100°. However, the droplets generated in this spectrum are no longer uniform in size. For a controlled injection process in an exhaust gas denitrification system, e.g. from a waste incineration plant for nitrogen oxide reduction (NOx) according to the SNCR principle (selective non-catalytic reduction), a defined and controlled droplet size is relevant to the process. In the SNCR process, hollow cone nozzles are very limited in terms of the throwing distance of the droplets produced. In addition, the inner area of the hollow cone, which logically also requires a greater throwing distance of the droplets so that the wetting is also generated in the central exhaust gas space and nitrogen oxide reduction can take place, is not reached.

Die im SNCR Prozess bis dahin eingesetzten Vollkegeldüsen können aber keinen Sprühkegel erzeugen welcher > ca. 60° mit gleichbleibenden definierter Tropfengröße erzeugt werden kann. Um die notwendige Entstickung trotzdem zu gewährleisten wird erheblich überstöchiometrisch das Reduktionsmittel (Ammoniak/Harnstoff- Druckluftgemisch) eingedüst.However, the full cone nozzles used in the SNCR process up to that point cannot produce a spray cone that is > approx. 60° with a defined droplet size that remains the same. In order to still ensure the necessary denitrification, the reducing agent (ammonia/urea/compressed air mixture) is injected significantly over-stoichiometrically.

Eine möglichst flächendeckende, effektive Benetzung eines rechtwinkeligen, quadratischen oder runden Abgasraum ist somit nicht gegeben.A comprehensive, effective wetting of a rectangular, square or round exhaust gas chamber is therefore not possible.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Düse zu schaffen, die als Hohlkegeldüse einen Sprühwinkel von >= 15° bis >= 230°, vorzugsweise >=30° bis <= 180° aufweist und gleichzeitig einen zentralen Vollkegel Düsenstrahl mit einem Düsensprühwinkel von >= 10° bis <= 180°, vorzugsweise >= 30° bis <= 90° erzeugt. Mit dieser Verdüsungstechnik sollen zum einen die in einem Abgasraum einer Verbrennungsanlage Kessel-Wand nahen Zonen bedüst werden und zum anderen gleichzeitig auch die zentralen, mittigen und weiter entfernten Zonen. Das ganze unter Erzeugung einer gleichförmigen, definierten Tropfengröße und kontrollierbaren Wurfweite.The invention specified in claim 1 is based on the problem of creating a nozzle which, as a hollow cone nozzle, has a spray angle of >= 15° to >= 230°, preferably >= 30° to <= 180° and at the same time has a central full cone nozzle jet a nozzle spray angle of >= 10° to <= 180°, preferably >= 30° to <= 90°. With this atomization technique, on the one hand, the zones close to the boiler wall in an exhaust gas chamber of an incineration plant are to be atomized and, on the other hand, the central, central and more distant zones are to be sprayed at the same time. All of this while creating a uniform, defined drop size and controllable throw.

Diese Kombination ermöglicht insbesondere im Prozess der Entstickung (Nox Reduktion) nach dem SNCR Verfahren (Eindüsung von Ammoniak Wasser Gemisch oder Harnstoff Wasser Gemisch) eine effektive NOx Reduktion mit geringeren Verbrauchsmengen an Reduktionsmitteln.This combination enables effective NOx reduction with lower consumption of reducing agents, especially in the process of denitrification (NOx reduction) according to the SNCR process (injection of ammonia-water mixture or urea-water mixture).

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Mit der Erfindung wird erreicht, dass das in die Düsenkammer einströmende flüssige Medium Druckluft (Gas) Gemisch in einen kreisförmigen, verstellbaren Ringspalt gepresst wird und beim durchströmen einen Hohlkegel Düsenstrahl erzeugt. Dieser Hohlkegel Düsenstrahl wird durch die nach dem Laval Prinzip geometrisch geformten Radien der in 1 dargestellten Düsenkammer (1) und dem Düsenleitkegel (2) erzeugt. Hier sind die Radiengeometrien im inneren und äußeren Ringspalt konvergent und divergent ausgeformt und bilden somit einen Ringspalt nach dem Laval-Prinzip.This problem is solved with the features listed in claim 1 for protection. The invention achieves that the liquid medium compressed air (gas) mixture flowing into the nozzle chamber is pressed into a circular, adjustable annular gap and generates a hollow cone nozzle jet as it flows through. This hollow cone jet is created by the radii of the in 1 illustrated nozzle chamber (1) and the nozzle guide cone (2) generated. Here, the radius geometries in the inner and outer annular gap converge and diverge and thus form an annular gap according to the Laval principle.

Der jeweilige Düsensprühwinkel wird durch die gefertigte Winkellage der „Ringspaltbildenden Bauteile“ bestimmt. Je nach Lage der Radienmittelpunke im Koordinatensystem der Drehmaschinenachsen (X und Z) wird der durch den Ringspalt gedrückte Düsenstrahl in seinem Düsensprühwinkel gebildet.The respective nozzle spray angle is determined by the manufactured angular position of the "annular gap-forming components". Depending on the position of the centers of the radii in the coordinate system of the lathe axes (X and Z), the nozzle jet pressed through the annular gap is formed in its nozzle spray angle.

Gleichzeitig wird eine bestimmte Menge des in der Düsenkammer (1) einströmenden flüssigem Medium Druckgasgemisch (Druckluft) zentral durch die mittlere Bohrung des Düsenkegel (3) geleitet. Stirnseitig ist auf diesem Düsenkegel eine Vollkegeldüse angebaut.At the same time, a certain quantity of the liquid medium and compressed-gas mixture (compressed air) flowing into the nozzle chamber (1) is guided centrally through the central bore of the nozzle cone (3). A full cone nozzle is attached to the front of this nozzle cone.

Diese Vollkegeldüse ist in ihrer Bauart auf das zu verdüsende Volumen an Medium, die bestimmten und benötigten Druckverhältnisse abgestimmt und verdüst nun innerhalb des Hohlkegel-Düsenstrahl einen definierten Vollkegedüsenstrahl.The design of this full cone nozzle is matched to the volume of medium to be atomized, the specific and required pressure conditions and now atomizes a defined full cone nozzle stream within the hollow cone nozzle stream.

Sowohl runde als auch quadratische oder rechteckige Rauchgas/Abgaskanäle/Kessel lassen sich mit diese Düsentechnik jetzt effektiv im „Kesselwand nahen“ und auch im zentralen Steigraum der Abgase mit einem Stickoxid reduzierenden Medium wie Ammoniak Wasser Druckluftgemisch oder Harnstoff Wasser Druckluftgemisch bedüsen. Die benötigte Menge an Reduktionsmittel für diesen Entstickungsprozess kann mit diese beschriebenen Düsentechnik unter gleichbleibender Effektivität deutlich reduziert werden. Ein verstopfen der Ringspaltgeometrie durch auskristallisieren der Reduktionsmittel, flüssigen Medien oder durch Verschmutzung wird verhindert da zwischen der Düsenkammer (1) und dem Düsenleitkegel (3) eine Kugel (6) eingesetzt wird. Diese Kugel (6) wird durch die in den Zwischenraum (7) durch die Strömungsscheibe (2) zirkular eingedrückte Medium Druckluftgemisch in extreme rotation versetzut und verhindert somit ein verstopfen des Spaltes zwischen Düsenkammer (1) und Düsenkegel (3).With this nozzle technology, round as well as square or rectangular flue gas/exhaust gas ducts/boilers can now be effectively sprayed with a nitrogen oxide-reducing medium such as an ammonia-water compressed air mixture or a urea-water compressed air mixture in the "near the boiler wall" and also in the central riser of the exhaust gases. The amount of reducing agent required for this denitrification process can be significantly reduced with the nozzle technology described while maintaining the same effectiveness. A clogging of the annular gap geometry through crystallization of the reducing agent, liquid media or dirt is prevented because a ball (6) is inserted between the nozzle chamber (1) and the nozzle guide cone (3). This ball (6) is set in extreme rotation by the medium compressed air mixture pressed circularly into the intermediate space (7) by the flow disc (2) and thus prevents the gap between the nozzle chamber (1) and nozzle cone (3) from becoming clogged.

Das in die Düsenkammer (1) eingeleitete flüssige Medium Gruckluft(Gas) Gemisch durchströmt die Strömungsscheibe (2). Hier wird das Mediumgemisch zirkular in den Zwischenraum (7) geleitet. Die zirkulare Strömung erfasst die Reinigungskugel (6) und lässt diese Kugel (6) mit hoher Geschwindigkeit rotieren. Der mechanische Kontakt der Kugel zerschlägt die möglichen Ablagerungen und Verschmutzungen im Zwischenraum (7) und sorgt dafür, dass der Ringspalt nicht verstopft.The liquid medium compressed air (gas) mixture fed into the nozzle chamber (1) flows through the flow disk (2). Here, the medium mixture is fed in a circular manner into the intermediate space (7). The circular flow catches the cleaning ball (6) and makes this ball (6) rotate at high speed. The mechanical contact of the ball breaks up any deposits and dirt in the gap (7) and ensures that the annular gap does not become clogged.

Das kreisförmig zirkulierende Medium Druckluftgemisch wird nun durch den Ringspalt, welcher durch das Bauteil Düsenkammer (1) und Düsenleitkegel(3) gebildet wird ausgedüst. Die jeweilige Radiengeometrie der spaltbildenden Bereiche der Bauteile Düsenkammer (1) und Düsenleitkegel (3) sind berechnet und geformt nach dem Laval Prinzip und entsprechend im inneren Sektor (Eintritt Medium Druckluftgemisch) konvergent und im äußeren Sektor ( Austritt Medium Druckluftgemisch) divergent. Das Medium Druckluftgemisch wird hier also als Hohlkegel verdüst. Der beschriebene, Spaltbildende Bereich zwischen Düsenkammer (1) und Düsenleitkegel (3) kann, je nach Ausformung und Winkellage einen Hohlkegel Spritzwinkel zwischen >0 15° bis zu >= 230° erzeugen. Vorzugsweise zwischen >= 30° bis <= 180° erzeugen. Die zentral auf dem Strömungskegel (3) angebrachte Vollkegeldüse kann an der Düsenspitze (5) je nach Austrittswinkel in der Düsenspitze (5) einen Vollkegel Spritzwinkel zwischen <= 15° und <= 90° erzeugen.The circularly circulating medium compressed air mixture is now jetted through the annular gap, which is formed by the component nozzle chamber (1) and nozzle guide cone (3). The respective radii geometry of the gap-forming areas of the nozzle chamber (1) and nozzle guide cone (3) components are calculated and formed according to the Laval principle and accordingly convergent in the inner sector (inlet medium compressed air mixture) and divergent in the outer sector (outlet medium compressed air mixture). The medium compressed air mixture is atomized here as a hollow cone. The gap-forming area described between the nozzle chamber (1) and nozzle guide cone (3) can, depending on the shape and angular position, produce a hollow cone spray angle between >0 15° and >= 230°. Preferably generate between >= 30° to <= 180°. The full cone nozzle mounted centrally on the flow cone (3) can generate a full cone spray angle between <= 15° and <= 90° at the nozzle tip (5), depending on the outlet angle in the nozzle tip (5).

Durch die innere Bohrung im Düsenleitkegel (3) wird ein Anteil der in die Düsenkammer (1) eingeleiteten Medium Druckluft Gemisch in den Düsenhalter (4) und dann zur Düsenspitze (5) geführt. Hier wird das Medium Druckluftgemisch als Vollkegel Düsenstrahl verdüst.Through the inner bore in the nozzle guide cone (3), part of the compressed air mixture fed into the nozzle chamber (1) is fed into the nozzle holder (4) and then to the nozzle tip (5). Here the medium compressed air mixture is atomized as a full cone jet.

Eine weitgehend flächendeckende Benetzung inkl. der Kesselwand „nahen“ Bereiche eines Abgasraums und gleichzeitige Benetzung der zentralen mittigen Zonen des Abgasraums sind somit möglich und eine erheblich Einsparung an Reduktionsmedium unter Beibehaltung der Reduktionsziele/ Einhaltung der Emissionswerte möglich.A largely area-wide wetting including the areas of an exhaust gas space "close" to the boiler wall and simultaneous wetting of the central central zones of the exhaust gas space are thus possible and a considerable saving of reducing medium while maintaining the reduction targets/compliance with the emission values.

BezugszeichenlisteReference List

(1)(1)
Düsenkammernozzle chamber
(2)(2)
Strömungsscheibeflow disc
(3)(3)
Düsenleitkegelnozzle traffic cone
(4)(4)
Düsenhalternozzle holder
(5)(5)
Düsenspitzenozzle tip
(6)(6)
Reinigungskugelcleaning ball
(7)(7)
Zwischenraumspace

Claims (5)

Dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkegeldüsenstrahl durch einen verstellbaren Ringspalt erzeugt wird Characterized in that the hollow cone jet is generated by an adjustable annular gap Zweistoffdüse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Vollkegel-Düsenstrahl durch eine zentral auf dem Düsenleitkegel (3) angebrachte Vollkegeldüse erzeugt wird.two-substance nozzle claim 1 characterized in that the full cone nozzle jet is generated by a full cone nozzle mounted centrally on the nozzle guide cone (3). Zweistoffdüse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Druckluft (Gas) - Flüssiges-Medium Gemisch unter einem Winkel von >=30°bis <= 60° durch eine Swirlscheibe (2) in den Düsenringspalt geleitet wird.two-substance nozzle claim 1 characterized in that the compressed air (gas) - liquid medium mixture is conducted at an angle of >=30° to <= 60° through a swirl disk (2) into the nozzle ring gap. Zweistoffdüse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere (im ∅) definierte Kugeln (3) im Düsenringspalt eingelegt werden.two-substance nozzle claim 1 characterized in that one or more (in ∅) defined balls (3) are inserted in the nozzle ring gap. Zweistoffdüse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die ∅ der Strömungskanäle und die Abstände der Düsenspalte so aufeinander abgestimmt und berechnet werden, dass bei voreingestelltem „flüssigem Medium Druck“ und voreingestelltem Druckluft/ Druckgas -Druck sowohl ein Hohlkegel Düsenstrahl als auch ein Vollkegel Düsenstrahl mit gleicher Tropfengröße erzeugt wird.two-substance nozzle claim 1 characterized in that the ∅ of the flow channels and the distances between the nozzle gaps are coordinated and calculated in such a way that with a preset “liquid medium pressure” and a preset compressed air/compressed gas pressure, both a hollow cone jet and a full cone jet with the same droplet size are generated.
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