DE3405262A1

DE3405262A1 - Method and device for vortical mixing of fluid media

Info

Publication number: DE3405262A1
Application number: DE19843405262
Authority: DE
Inventors: Felix Prof. 4000 Düsseldorf Sobek
Original assignee: INTERREAKTOR AG; Interreaktor Ag Vaduz
Current assignee: Interofen Ag Zug Ch
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1984-02-15
Publication date: 1985-08-29
Also published as: DE3405262C2

Abstract

In a method for vortical mixing of gases and/or liquids and/or powdered materials, of at least two material streams having different velocities, at least one is fed tangentially into a mixing chamber.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine VorrichtungThe invention relates to a method and an apparatus

zum Drallmischen fluider Medien.for vortex mixing of fluid media.

Es ist bekannt, Stoffströme mittels verschieden geformter drallfördernder Vorrichtungen in einer Mischkammer zu vereinen. Im allgemeinen wird dem im Überschuß geförderten Stoffstrom ein Drall aufgeprägt und mit einem axial zugeführten Stoffstrom geringerer Menge, der ebenfalls gasförmig, pulverförmig oder flüssig sein kann, vermischt. Das Mischen derartiger gasförmiger flüssiger oder pulverförmiger Stoffe ist auf vielen Gebieten der Technik erforderlich, beispielsweise in der chemischen Industrie; ein weiteres großes Anwendungsgebiet sind Gas-, Heiz-, Ö1- oder Kohlenstaubbrenner.It is known that material flows by means of differently shaped swirl-promoting To combine devices in a mixing chamber. In general, this will be in excess A swirl is imposed on the conveyed material flow and with an axially supplied material flow smaller amount, which can also be gaseous, powdery or liquid, mixed. The mixing of such gaseous, liquid or powdery substances is required in many fields of technology, for example in chemical Industry; Another large area of application are gas, heating, oil or coal dust burners.

Werden Brenner mit Luftüberschuß gefahren, so ist ein homogenes Vermischen des Brennstoffs und der Verbrennungsluft im allgemeinen ohne Schwierigkeiten möglich, da die Luftmenge so groß ist, daß sich ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeiten ergeben. Liegen die Volumina der zu mischenden Stoffströme in der gleichen Größenordnung, läßt sich ein inniges Vermischen bei den herkömmlichen Verfahren nur schwierig erreichen. Insbesondere bei Brennern, die reduzierend gefahren oder nicht mit Luft, sondern mit Sauerstoff betrieben werden, führen die herkömmlichen Verfahren nicht zu einem ausreichenden Vermischen der Komponenten und damit zu einer vollständigen Verbrennung, für die es wesentlich ist, daß die Reaktionspartner innerhalb kürzester Frist aufeinandertreffen.If burners are operated with excess air, then there is homogeneous mixing of the fuel and the combustion air generally possible without difficulty, because the amount of air is so large that there are sufficiently high flow velocities result. If the volumes of the material flows to be mixed are of the same order of magnitude, intimate mixing can only be achieved with difficulty in the conventional processes. Especially with burners that are operated in a reducing manner or not with air, but rather are operated with oxygen, the conventional methods do not lead to a sufficient mixing of the components and thus complete combustion, for which it is essential that the reactants meet within the shortest possible time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von Gasen und/oder Flüssigkeiten und/oder pulverförmigen Stoffen mittels Dralls zu schaffen, die unabhängig von dem jeweiligen Mengenverhältnis der Komponenten ein inniges Vermischen der einzelnen Komponenten miteinander gewährleisten und ohne großen Aufwand ein Anpassen an die jeweiligen Gegebenheiten erlaubt.The invention is based on the object of a method and a device for mixing gases and / or liquids and / or powdery To create fabrics by means of swirl, which is independent of the respective quantitative ratio of the components ensure an intimate mixing of the individual components with one another and allows adaptation to the respective conditions without great effort.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß von mindestens zwei Stoffströmen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit mindestens einer tangential einer Mischkammer zugeführt wird.This object is achieved in that at least two material flows at least one at a different speed tangential to a mixing chamber is fed.

Der eine Stoffstrom erfährt durch das tangentiale Zuführen in die Mischkammer einen starken Drall, der zu einem intensiven Verwirbeln und damit zu einem durchgreifenden Vermischen mit dem zweiten Stoffstrom führt. Für die beiden Stoffströme eignen sich die unterschiedlichsten Medien; sie können getrennt oder auch als noch inhomogenes Gemisch einer Mischkammer zugeführt werden, in der sie endgültig zu einer homogenen Mischung verwirbelt werden.One material flow is fed into the tangential flow Mixing chamber a strong swirl, which leads to an intensive swirling and thus to a thorough mixing with the second material flow leads. For both A wide variety of media are suitable for material flows; they can be separated or can also be fed as a still inhomogeneous mixture to a mixing chamber in which they finally swirled into a homogeneous mixture.

Ein besonders schnelles und inniges Vermischung ergibt sich wenn mindestens zwei Stoffströme mit unterschiedlicher Geschwindigkeit axial und/oder auf dem Umfang versetzt der Mischkammer zugeführt werden. Auf diese Weise gelangen unterschiedliche Stoffströme mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten an unterschiedlichen Stellen in die Mischkammer, so daß die einzelnen Stoffströme abwechselnd verzögert und beschleunigt werden; sie durchlaufen auf ihrer Bahn in der Mischkammer sämtliche Orte, so daß eine ganz besonders innige Vermischung erreicht wird.A particularly fast and intimate mixing results if at least two material flows with different speeds axially and / or on the circumference be fed offset to the mixing chamber. In this way, different ones arrive Material flows with different speeds in different places into the mixing chamber, so that the individual material flows are alternately decelerated and accelerated will; they pass through all places on their path in the mixing chamber, so that a particularly intimate mixing is achieved.

Um unterschiedlich große Stoffströme, die sich auch zeitlich verändern können, einwandfrei zu mischen, können die Mengen und/oder die Geschwindigkeiten der Stoffströme geändert werden. Besonders günstig ist es, die Mengen und/oder die Geschwindigkeiten unmittelbar vor dem Eintritt in die Mischkammer einzustellen.About material flows of different sizes that also change over time can mix properly, can the quantities and / or the speeds of material flows changed will. It is particularly cheap that Quantities and / or the speeds immediately before entering the mixing chamber to adjust.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einer am einen Ende geschlossenen und am anderen Ende offenen Mischkammer mit mindestens einem tangential mündenden Stoffstromkanal. Wird durch diesen Stoffstromkanal ein inhomogenes Gemisch eingespeist, so wird dieses in der Mischkammer allein schon durch den tangentialen Einlauf so verwirbelt, daß sich sehr rasch ein homogenes Gemisch ergibt. Als Auslaß können Austrittsschlitze axial und/oder auf dem Umfang der Mischkammer versetzt angeordnet sein.There is a device suitable for carrying out the method from a mixing chamber closed at one end and open at the other end at least one tangentially opening material flow channel. Is through this material flow channel If an inhomogeneous mixture is fed in, this is already in the mixing chamber so swirled by the tangential inlet that a homogeneous Mixture results. Exit slots can be used as an outlet axially and / or on the circumference the mixing chamber be arranged offset.

Das Einstellen der Menge und/oder der Geschwindigkeit geschieht vorteilhafterweise mittels einer im Stoffstromkanal angeordneten schwenkbaren, den Stoffstrom teilenden Führungsklappe. Der Stoffstromkanal weist zudem vorzugsweise teilweise einen rechteckigen Querschnitt auf und erstreckt sich vorteilhafterweise mit seinem Mündungsschlitz im wesentlichen über die Länge der Mischkammer. Die Schwenkachse der Führungsklappe kann außermittig in dem Stoffstromkanal angeordnet und die Führungsklappe einseitig an der Schwenkachse befestigt sein; sie sollte entgegengesetzt zur Strömungsrichtung in den Stoffstromkanal ragen. Außerdem kann stromab von der Schwenkachse eine den Stoffstromkanal in zwei unterschiedlich große Austrittsschlitze teilende Trennwand angeordnet sein. Auf diese Weise können durch verschiedene Klappenstellungen sehr unterschiedliche Menge und Geschwindigkeitsverhältnisse der zu vermischenden Stoffströme eingestellt werden.The setting of the amount and / or the speed takes place advantageously by means of a pivotable, arranged in the material flow channel, dividing the material flow Guide flap. The material flow channel also preferably has a partially rectangular one Cross-section and advantageously extends with its mouth slot essentially over the length of the mixing chamber. The pivot axis of the guide flap can be arranged eccentrically in the material flow channel and the guide flap on one side be attached to the pivot axis; it should be opposite to the direction of flow protrude into the material flow channel. In addition, a can downstream of the pivot axis Material flow channel dividing wall into two differently sized outlet slots be arranged. In this way you can use different flap positions different amounts and speed ratios of the material flows to be mixed can be set.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Mischkammer im Längsschnitt und Fig. 2 eine Vorderansicht der Mischkammer teilweise im Schnitt.The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Embodiment of the explained in more detail. In the drawing: Fig. 1 shows a mixing chamber according to the invention in longitudinal section and FIG. 2 is a front view of the mixing chamber partly in cut.

Eine im wesentlichen zylindrische Mischkammer 1 ist an ihrem einen Ende mittels eines Abschlußflansches 8 verschlossen. An ihrem anderen Ende ist die Mischkammer 1 offen und geht in einen Reaktionsraum 9 über. Bei der dargestellten Mischkammer handelt es sich um einen Brenner für gasförmige, flüssige oder pulverförmige Brennstoffe.A substantially cylindrical mixing chamber 1 is at its one The end is closed by means of an end flange 8. At the other end is that Mixing chamber 1 is open and merges into a reaction space 9. In the illustrated Mixing chamber is a burner for gaseous, liquid or powdery Fuels.

Daher sind die Mischkammer 1 und der Reaktionsraum 9 mit einer feuerfesten Auskleidung versehen.Therefore, the mixing chamber 1 and the reaction space 9 are refractory Lining provided.

Einer der Stoffströme, in diesem Fall die Verbrennungsluft, wird durch einen von einem zylindrischen Teil 2a in einen Teil 2b mit Rechteckquerschnitt übergehenden Stoffstromkanal 2 zugeführt. Aus Platzgründen sind Strömungsleitflächen 4 in einem Bogen 3 angeordnet. Der Teil 2b des Stoffstromkanals 2 mündet mit Austrittsschlitzen 6, 7 und einer außermittig angeordneten Trennwand 15 im Teil 2b in der Mischkammer 1. Stromaufwärts von der Trennwand 15 ist eine Führungsklappe 5 an einer Schwenkachse 5a angeordnet. Durch Verschwenken der Führungsklappe 5 läßt sich das durch den Stoffstromkanal 2 strömende Medium in zwei Teilströme mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und unterschiedlichen Volumina aufteilen.One of the material flows, in this case the combustion air, is carried through one merging from a cylindrical part 2a into a part 2b with a rectangular cross-section Material flow channel 2 supplied. For reasons of space, flow guide surfaces 4 are in one Arch 3 arranged. The part 2b of the material flow channel 2 opens with outlet slots 6, 7 and an eccentrically arranged partition 15 in part 2b in the mixing chamber 1. Upstream of the partition 15 is a guide flap 5 on a pivot axis 5a arranged. This can be done through the material flow channel by pivoting the guide flap 5 2 flowing medium in two partial flows with different speeds and divide different volumes.

Wird beispielsweise die Führungsklappe 5 zum breiteren Austrittsschlitz 7 hin verschwenkt, so wird ein größerer Teil des Stoffstroms zum schmaleren Austrittsschlitz 6 abgelenkt, durch den dieser Teilstrorn dann mit einer größeren Geschwindigkeit als der andere Teilstrom durch den Austrittsschlitz 7 in die Mischkammer gelangt. Die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Volumina in die Mischkammer 1 eintretenden Stoffströme weisen eine derartige Turbulenz auf, daß sie sich untereinander intensiv vermischen und sehr rasch ein außerordentlich homogenes Gemisch ergeben.If, for example, the guide flap 5 becomes a wider exit slot 7 pivoted, a larger part of the material flow becomes the narrower outlet slot 6 deflected, by which this partial flow then at a greater speed when the other partial flow passes through the outlet slot 7 into the mixing chamber. Those entering the mixing chamber 1 at different speeds and volumes Material flows exhibit such turbulence that they intensify with one another mix and very quickly produce an extremely homogeneous mixture.

Eine Lanze 10 mit einer Düse 11 ist in einer Lanzenhalterung 12 am Abschlußflansch 8 angeordnet. Des weiteren weist die Mischkammer einen Zündbrenneranschluß 13 auf. Die Reaktionen, im vorliegenden Falle die Verbrennung, läßt sich durch eine Rohrdurchführung 14 mit einem Schauglas beobachten.A lance 10 with a nozzle 11 is in a lance holder 12 on End flange 8 arranged. The mixing chamber also has a pilot burner connection 13 on. The reactions, in the present case the combustion, can be through a Observe the pipe penetration 14 with a sight glass.

Wird zusätzlich über die Lanze 10 ein weiterer Stoffstrom in die Mischkammer geleitet - im vorliegenden Fall ein Brennstoff -, so vermischt sich dieser ebenfalls intensiv mit dem über dem Stoffstromkanal 2 zugeführten Stoffstrom, so daß sich eine intensive und vollständige Verbrennung auch bei Luft- bzw. Sauerstoffunterschuß ergibt. Auf diese Weise kommt es auch bei kleinen Volumina zu einer vollständigen Reaktion innerhalb extrem kurzer Verweilzeiten; dies gilt auch für alle diffusionsabhängigen Reaktionen, die eine Gemischbildung voraussetzen.In addition, a further stream of material is fed into the mixing chamber via the lance 10 led - in the present case a fuel - this also mixes intensively with the material flow supplied via the material flow channel 2, so that an intensive and complete combustion even when there is insufficient air or oxygen results. In this way, even with small volumes, there is a complete Reaction within extremely short dwell times; this also applies to all diffusion-dependent Reactions that require a mixture to be formed.

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Claims

"Method and device for vortex mixing of fluid media" claims: 1. A method for vortex mixing fluid media, characterized in that of at least two material flows with different speeds at least one tangential is fed to a mixing chamber.

2. The method according to claim 1, characterized in that at least two material flows with different speeds axially and / or on the circumference be fed into the mixing chamber offset.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the flow rate and / or the speed immediately before entering the mixing chamber can be set.

4. Device for performing the method according to the claims 1 to 3, characterized by a mixing chamber (1) open on one side with at least a tangentially opening material flow channel (2).

5. Apparatus according to claim 4, characterized by at least two material flow channels opening axially and / or offset on the circumference of the mixing chamber (1) (2; 6, 7).

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized by an im Material flow channel (2) arranged pivotable guide flap dividing the material flow (5).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the material flow channel (2) at least partially has a rectangular cross section (2b) and via outlet slots (6,7) opens into the mixing chamber (1).

8. Apparatus according to claim 6, characterized in that the Exit slots (6,7) extend over the length of the mixing chamber (1).

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the pivot axis (5a) of the guide flap (5) is arranged eccentrically in the material flow channel (2b).

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the guide flap (5) is attached to one side of the pivot axis (5a) and is opposite to the direction of flow in the material flow channel (2b) protrudes, and that downstream of the pivot axis (5a) a dividing wall dividing the material flow channel into two different outlet slots (6, 7) (15) is arranged.