DE3616800A1

DE3616800A1 - Einrichtung zur bestrahlung stroemender medien

Info

Publication number: DE3616800A1
Application number: DE3616800A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Lindner; Hanns-Rudolf Paur
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1986-05-17
Filing date: 1986-05-17
Publication date: 1987-11-19
Also published as: DE3616800C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestrahlung strömender Medien, insbesondere zur Beseitigung von Stick oxiden (NO_x) und Schwefeldioxid (SO₂) aus Abgasen, in der die Abgase durch eine Reaktionskammer bewegt und gleichzei tig mittels Strahlung aus einer Strahlungsquelle bestrahlt werden,wobei die Strahlenquelle an der Reaktionskammer an geordnet ist und die Strahlung durch ein Fenster in die Reaktionskammer eintritt.

Es ist bekannt, daß NO_x und SO₂ in Gasform in Nebel und/oder feste Partikel verwandelt werden können, indem die Abgase mit einer ionisierenden Strahlung (γ-, UV-, Elektronen oder α-Strahlung) beaufschlagt werden. Diese Methode, mit all ihren Nebenforderungen bzgl. der Abgasvorbehandlung und Abscheidungstechniken, ist in den DE-OS 24 01 316, DE-OS 29 52 458, DE-OS 29 52 589 oder DE-OS 30 20 301 beschrieben. Allerdings erfolgt hierbei - oder in anderen noch weniger effektiven Einrichtungen - die Bestrahlung der strömenden Medien vorzugsweise mit flächenförmigen Strahlenquellen, durch Mehrfachbestrahlung mit vorzugsweise zwei gegenüber liegenden Strahlenquellen oder durch eine zentral im Strö mungskanal angeordnete Strahlenquelle. Mittels aktiver Maß nahmen wird zwar eine Homogenisierung des Mediums bzw. eine Anpassung des Strömungsprofils an die Dosisverteilung des Strahlers (Leitbleche, Drallvorrichtungen, Propeller, Aus gleichsvolumen) angestrebt, um damit eine homogene Bestrah lung des Abgasstromes zu erreichen, die Maßnahmen führen jedoch zu großvolumigen Bauweisen, hohen Kosten und unfle xibler Betriebsweise.

Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht darin, die e. g. Einrichtung derart auszugestalten, daß bei vorgegebenem Rauchgasvolumenstrom und vorgegebener Strahlenquelle eine gute Ausnutzung der Strahlenquelle und eine homogene Vertei lung der Dosis im Rauchgas zu erreichen ist, wobei dies mit nur einem Strahler gelingen und eine gute Regelbarkeit be züglich des Rauchgasvolumenstromes erzielt werden soll.

Die Lösung ist erfindungsgemäß in den kennzeichnenden Merk malen des Anspruches 1 beschrieben.

Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung wieder.

Das zu bestrahlende Rauch- bzw. Abgas wird demnach erfin dungsgemäß so geführt, daß der gesamte Volumenstrom den Bereich der höchsten Dosis mit der größten Geschwindigkeit passieren muß. Vorzugsweise werden zwei gleiche Teilgas ströme dabei so umgelenkt und wieder miteinander vereinigt, daß die Strömung in Richtung oder entgegengesetzt der Strah lung ausgebildet ist (Winkel, T-Stück, Hosenrohr mit Strah lenquelle in der Verzweigung). Im Bereich niedriger Dosis leistung wird die Rauchgasgeschwindigkeit durch Aufweitung des Querschnitts verkleinert und auch somit eine höhere Gesamtdosis eingebracht. Die Führungskanäle des Rauchgases sind auf die Fläche der Strahlenquelle genau abgestimmt, so daß unbestrahlte Bypass-Ströme nicht auftreten können. Die Geometrie des Reaktionsraumes ist somit nur noch abhängig von den Abmessungen der Strahlenquelle, nicht aber von deren Reichweite und Dosisverteilung im Medium. Eine Abhängigkeit vom Volumenstrom des Mediums besteht ebenfalls nicht mehr. Diese Bauweise gewährt eine homogene Einbringung der Dosis bei einseitiger Bestrahlung, eine Kostenersparnis (Investi tionen, Platz, Abschirmung), eine hohe Flexibilität bezüg lich des Volumendurchsatzes des Mediums und eine Nutzung der Strahlenquelle mit sehr hohem Wirkungsgrad. Zusätzlich ist eine Reduzierung der Investitionskosten für die Strahlen quellen erfolgt, bei gleichzeitig platzsparender Konstruk tion, Minimierung des umbauten Raumes und des Aufwandes für Abschirmungsmaßnahmen. Eine gute Regelbarkeit des Systems bezüglich des Volumendurchsatzes des Mediums, eine bestmög liche Ausnutzung der Strahlenquelle, da das gesamte Medium den Bereich der höchsten Dosisleistung passieren muß, und eine Vermeidung von unbestrahlten Bypass-Strömen des Mediums sind auch gewährleistet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei spiels mittels der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Reaktionskammer 1 mit vorzugsweise stumpfkegelförmigem Querschnitt. Auf dem Kegelstumpfende ist die Bestrahlungsquelle (nicht darge stellt) mittels beidseitig angeordneten Befestigungselemen ten 12 auf das Strahleneintrittsfenster 2 aufsetzbar, wel ches gleichzeitig die Strahleneintrittsebene bildet. Die Strahlrichtung 3 ist eingezeichnet, die Strahlbreite b entspricht der Breite des Strahleneintrittsfensters 2 und die Strahllänge 1 (s. Fig. 2) der Länge des Strahleintritts fensters 2. Die Strahlenquelle wird im vorliegenden Fall vom Elektronenstrahl 4 eines Beschleunigers gebildet.

Die Abgaszu- bzw. abführung erfolgt im dargestellten Bei spiel im Bereich des Kegelstumpfendes der Reaktionskammer 1, vorzugsweise rechtwinklig zur Vorzugsstrahlrichtung 3, mit tels zwei sich gegenüberliegenden Stutzen 5 und 6. Beide führen das Abgas bzw. den Abgasstrom Q hälftig (1/2Q) zu bzw. ab und zwar derart, daß das Abgas Q am Strahlenein trittsfenster 2 vorbeiströmen muß. Die beiden Halbströme (1/2Q) vereinigen sich im Bereich des Strahleneintrittsfen sters 2 und strömen gemeinsam in der Vorzugsstrahlrichtung 3 zu dem unteren Ende 9 der Reaktionskammer 1, wo sie - eben falls vorzugsweise - wieder mittels zwei sich gegenüberlie genden Abzugs (Zuführungs-)stutzen 7 und 8 aus der Reakti onskammer 1 entfernt werden. Der Abgasstrom Q kann jedoch auch am unteren Ende 9 der Reaktionskammer 1 insgesamt abgeführt werden.

Im Bereich des Strahleneintrittsfensters 2 ist, parallel zur Strahlvorzugsrichtung 3, ein Leitblech 10 in der Reaktions kammer 1 angeordnet, welches die Ablenkung der Teilströme (1/2Q) in die Strahlvorzugsrichtung 3 hinein begünstigt. Verwirbelungen und Vermischungen der beiden Teilgasströme im Bereich des Strahlenfensters 2 sind hinsichtlich einer homo genen Dosisverteilung im Medium erwünscht. Der Aufweitwinkel der Reaktionskammer 1 wird von der Strahlgeometrie bestimmt und, genauso wie ihre Tiefe durch die Strahlendosisvertei lung. Die 5%-Dosislinie 11 ist gestrichelt eingezeichnet.

In Fig. 2 ist die Reaktionskammer 1 von einer Außenseite her dargestellt, woraus die Lage der Ab- bzw. Zuführungsstutzen 5, 7 bzw. 6, 8 sowie die Lage der Befestigungselemente 12 als auch die Form der Reaktionskammer 1 selbst mit der Strahllänge l ersichtlich ist. Die Form der 5%-Dosislinie ist, bezogen auf ihre Längsausdehnung, ebenfalls gestrichelt eingezeichnet. Die Strahllänge l entspricht genau der Breite des Ab- bzw. Zuführungsstutzens 5, 7.

Claims

1. Einrichtung zur Bestrahlung strömender Medien insbe sondere zur Beseitigung von Stickoxiden (NO_x) und Schwe feldioxid (SO₂) aus Abgasen, in der die Abgase durch eine Reaktionskammer bewegt und gleichzeitig mittels Strahlung aus einer Strahlungsquelle bestrahlt werden, wobei die Strahlungs-quelle an der Reaktionskammer angeordnet ist und die Strahlung durch ein Fenster in die Reaktionskam mer eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktions kammer (1) derart ausgebildet ist, daß der Abgasstrom (Q) über seinen gesamten Querschnitt zumindest im Bereich der Strahleneintrittsebene (2) von der Strahlung (4) erfaßbar ist und daß der Abgasstrom (Q) in diesem Bereich relativ und parallel zu einer Vorzugsstrahlrichtung (3) der Strahlung (4) geführt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Abgasstromes (Q) dem der Strahlenein trittsebene (2) entspricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß der Abgasstrom (Q) im Winkel zur Vorzugsstrahl richtung (3) an den Bereich der höchsten Dosisleistung der Strahlenquelle (1) herangeführt bzw. weggeführt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß der Abgasstrom (Q) in Form eines Hosenrohrs im Bereich der Strahleneintrittsebene (2) aufgeteilt bzw. zusammengeführt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (1) im Anschluß an die Strahleneintrittsebene (2) dem Profil der Strahlung über einen Bereich bis ca. zur 5%-Dosislei stung (11) angepaßt ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaszu- und/oder abstrom (Q) zweigeteilt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsflächen (10) für den Abgasstrom (Q) innerhalb der Reaktionskammer (1) vorgese hen sind.