DE3701946C2

DE3701946C2 -

Info

Publication number: DE3701946C2
Application number: DE3701946A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Kobayashi; Chiaki Tojo; Masayoshi Osaka Jp Kinoshita
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1986-01-24
Filing date: 1987-01-23
Publication date: 1993-05-13
Also published as: CN1043539C; CN1006762B; CN87100888A; US4796547A; CN1043384A; DE3701946A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dispergieren von Agglomeraten feiner Partikel sowie eine Einrichtung zum Mischen eines Reaktionsmittels mit einem Abgas unter Verwendung mehrerer derartiger Vorrichtungen.

Wenn die Teilchengröße von feinen Partikeln abnimmt (auf we niger als 10 µm Durchmesser), wird ihre Agglomerierkraft größer, wobei sich eine Vielzahl von Partikeln zusammenballt, um ein Agglomerat zu bilden, das sich wie ein grobes Partikel verhält. Bisherige Vorrichtungen zum Dispergieren derartiger Agglomerate benutzten entweder eine normale Blende mit einer einzigen Öffnung oder einen Ejektor. Mit diesen konventionel len Vorrichtungen können jedoch nur kleine Mengen von feinen Partikeln behandelt werden, was ein Hindernis bei der Ent wicklung von großen Klassierern oder Reaktoren großer Lei stung darstellt, die große Mengen an feinen Partikeln ver arbeiten.

Bei der bekannten Vorrichtung mit einer Öffnung muß zur Ver größerung der zu behandelnden Menge der Durchmesser der Öff nung vergrößert werden, so daß eine ausreichende Dispergie rung nur unter Anwendung übermäßiger Energie erreicht wird. Dadurch ist die Menge, die von den bekannten Vorrichtungen zum Dispergieren einzelner Partikel mit einem Durchmesser von weniger als einigen µm verarbeitet werden kann, be grenzt, derzeit auf etwa 30-50 kg/h/Einheit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dispergier vorrichtung für agglomerierte feine Partikel zu schaffen, welche erheblich größere Mengen als die bekannten Vorrich tungen verarbeiten kann, ohne daß hierzu übermäßige Energie erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Vorschläge bekannt, bei denen Spaltdüsen verwendet werden, jedoch ausschließlich zum Fördern und Mischen von Komponenten. So beschreibt die DE-PS 9 57 874 eine Einrichtung zur Vergasung von feinverteilten, in der Schwebe befindlichen Brennstoffen, wobei der Brennstoff einer Ringdüse zugeführt wird, die einen Sauerstoff-Zuführungskanal umgibt. In einer zweiten Ringdüse wird dem Brennstoff-Sauerstoff- Gemisch Wasserdampf zugeführt. Die DE-PS 22 26 745 zeigt einen Ejektor mit einer Ringdüse, z. B. für das Belüftungssystem eines Flugzeuges, bei dem die Nebenluft der Triebwerke zur Förderung der Belüftungsluft verwendet wird. Die DE-OS 23 20 609 zeigt einen Ejektormischapparat zum Mischen und darauffolgenden Unterdrucksetzen oder Fördern von gasförmigen und/oder flüssigen Stoffen, z. B. zur Erzeugung eines Methan-Sauerstoff-Gemisches. Aus der DE- PS 8 57 924 ist eine Zerstäubungsdüse bekannt, bei der ein Flüssigkeitsstrom in einen Gasstrom eingeführt wird und die Anordnung so getroffen ist, daß eine Trocknung der Flüssigkeitströpfchen eintritt. Die FR-PS 24 32 336 schließlich zeigt eine Vorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeit mit einem pulverförmigen oder körnigen Stoff, wobei in den Stoffstrom von der Seite her die Flüssigkeit an mehreren Stellen eingedüst wird.

Keine dieser Druckschriften spricht das der Erfindung zugrundeliegende Problem an und gibt naturgemäß auch keine Anregung zur Lösung dieses Problems.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt das Gas, das schräg stromabwärts in bezug auf den Partikelkanal emittiert wird, eine Ejektorwirkung in dem Partikelkanal, wobei die feinen Partikel durch Saugwirkung transportiert und dispergiert werden. Da die Austrittsöffnung die Form eines Schlitzes hat, können große Mengen dispergiert werden, ohne daß die Dispergierwirkung derjenigen einer Einzellochblende nachsteht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.

Erfindungsgemäße Vorrichtungen können besonders vorteilhaft zum Einbringen eines Reaktionsmittels in ein Abgas verwendet werden, da die Reaktionsfähigkeit um so größer ist, je kleiner die Partikel des Reaktionsmittels sind. Eine bevorzugte Einrichtung zum Mischen eines Reaktionsmittels mit einem Abgas, mit der eine gleichmäßige Verteilung des Reaktionsmittels im Abgas erreicht wird, ist Gegenstand des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Einrichtung sind den Unteransprüchen 11 und 12 zu entnehmen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgen den unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Dispergiervorrichtung ent sprechend einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Ansicht eines Teiles der Vorrichtung von Fig. 1 von unten;

Fig. 3 eine Darstellung zur Erklärung der Dispersion von feinen Partikeln;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung aus der die Wirkungs weise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung hervor geht;

Fig. 5 einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles;

Fig. 6 einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispieles;

Fig. 7 eine Ansicht eines Teiles der Vorrichtung von Fig. 6 von unten, wobei eine Grundplatte entfernt ist;

Fig. 8 einen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispie les;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines fünften Aus führungsbeispieles;

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines sechsten Aus führungsbeispieles;

Fig. 11 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zum Mischen eines Reaktionsmittels mit einem Abgas entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 12 einen Querschnitt der Vorrichtung von Fig. 11;

Fig. 13 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispie les für eine Vorrichtung zum Mischen eines Reaktions mittels mit einem Abgas;

Fig. 14 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung von Fig. 13; und

Fig. 15 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispie les einer Vorrichtung zum Mischen eines Reaktionsmit tels mit Abgas.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol genden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Eine Einheit 1 von etwa scheibenförmigem Aufbau weist eine Emissionsscheibe 2, eine Zwischenscheibe 3 und eine Zuführ scheibe 4 auf, die aneinanderpassend ausgebildet und durch Schrauben 5 miteinander verbunden sind. Zwischen den Schei ben 2 und 3 ist ein Abstandhalter 6 und zwischen den Schei ben 3 und 4 ist eine Dichtung 7 angeordnet.

Die Zuführscheibe 4 ist mit einem ringförmigen Zuführkanal 8 für feine Partikel versehen. Der Ringkanal 8 ist durch eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Stegen 9 unterbrochen, welche den Mittelabschnitt und den Umfangs abschnitt der Scheibe 4 miteinander verbinden. Die Scheibe 4 ist mit einem ersten Gaszuführkanal 10 versehen, und ein zylindrischer Fortsatz 11 der Scheibe 4 weist ein inneres Gasreservoir 12 auf.

Die Zwischenscheibe 3 ist mit einer zentralen Öffnung ver sehen, welche den Fortsatz 11 der Zuführscheibe 4 aufnimmt, wobei ein ringförmiges Reservoir 13 für die feinen Partikel zwischen der Wand dieser Öffnung und dem Fortsatz 11 gebil det ist. Von dem Partikelreservoir 13 geht ein stromauflie gender Ringkanal 14 aus, der an seinem Ende offen ist. Die Emissionsscheibe 2 ist mit einem stromabliegenden Ringkanal 16 versehen, der dem stromaufliegenden Ringkanal 14 gegenüber liegt und mit diesem in Verbindung steht und ein offenes Ende hat, das eine ringförmige Austrittsöffnung 15 bildet. Der Ringkanal 16 hat eine Engstelle und einen daran anschließen den trichterförmigen Abschnitt, so daß er als ein Diffusor eines Ejektors wirkt. Da der stromaufliegende Ringkanal 14 durch einen Spalt zwischen den Scheiben 3 und 4 gebildet ist, hat er die Form eines ununterbrochenen, vollständigen Ringes. Der stromab liegende Ringkanal 16 ist durch in Um fangsrichtung beabstandete Stege 17 (Fig. 2) unterbrochen, welche den zentralen Teil und den Umfangsteil der Scheibe 2 miteinander verbinden.

Die Emissionsscheibe 2 weist einen zylindrischen Fortsatz 18 auf, der in eine Öffnung der Zwischenscheibe 3 paßt. Der Mit telabschnitt des Fortsatzes 18 der Emissionsscheibe 2 ist in den Fortsatz 11 der Zuführscheibe 4 eingesetzt. Diese Fort sätze 11 und 18 wirken zusammen, um einen konisch verlaufen den inneren Spalt 20 zwischen ihren Mittelabschnitten zu bil den, wobei dieser innere Spalt 20 schräg in Richtung auf die stromabliegende Mitte des Kanals 16 verläuft. Der innere Spalt 20 steht mit dem inneren Gasreservoir 12 durch einen Kanal 21 in Verbindung, welcher sich durch den Fortsatz 11 erstreckt. Eine Distanzscheibe 23 zum Einstellen des Quer schnitts des inneren Spaltes 20 ist zwischen der Stirnfläche des Mittelteils 22 quer zur Zuführscheibe 4 und der Emissions scheibe 2 angeordnet.

Die Wand des Partikelreservoirs 13 in der Zwischenscheibe 3 erstreckt sich in den Ringkanal 16 in der Emissionsscheibe 2. Ein konisch verlaufender äußerer Spalt 24 wird von der Außenwand des Fortsatzes 18 der Emissionsscheibe 2 und der Wand des Partikelreservoirs 13 gebildet, und er erstreckt sich wie der innere Spalt 20 schräg auf den stromab liegenden Mit telabschnitt des Ringkanals 16 und ist in Verbindung mit die sem Kanal 16. Die beiden Spalte 20 und 24 sind in der Form von Laval-Rohren, um die Funktion einer Überschalldüse aus zuführen. Der Querschnitt des äußeren Spaltes 24 wird durch den Abstandshalter 6 eingestellt. Die Zwischenscheibe 3 ent hält ein ringförmiges äußeres Gasreservoir 25, das mit dem äußeren Spalt 24 in Verbindung steht und von dem Fortsatz 18 der Emissionsscheibe 2 und der Zwischenscheibe 3 begrenzt ist. Die Zwischenscheibe 3 ist mit einem zweiten Gaszuführ kanal 26 versehen, der in das äußere Gasreservoir 25 einmün det.

Die freie Stirnfläche der Emissionsscheibe 2 ist zentral mit einer Aussparung versehen, welche den Kopf einer Düse 27 aufnimmt, die sich durch die Emissionsscheibe 2 hindurch erstreckt und in den zentralen Teil 22 der Zuführscheibe 4 eingeschraubt ist. Die Düse 27 ist mit einer zentralen Dü senbohrung 30 versehen, welche mit dem inneren Gasreservoir 12 in der Zuführscheibe 4 in Verbindung steht. Der Kopf der Düse 27 ist so in der Emissionsscheibe 2 angeordnet, daß ihre freien Stirnflächen in einer Ebene liegen.

In Fig. 1 und 2 bezeichnen das Bezugszeichen 32 feine Parti kel und das Bezugszeichen 33 ein Gas, beispielsweise Luft.

Um eine Dispersion der feinen Partikel 32 zu erreichen, wird ein Hochdruckgas, beispielsweise mit einem Druck von 2 bis 3 bar oder darüber, den beiden Gaszuführkanälen 10 und 26 zuge führt. Dann wird das Gas 33 in dem inneren Gasreservoir 12 durch den inneren Spalt 20 in den stromab liegenden Ringka nal 16 emittiert, während das Gas 33 in dem äußeren Gasre servoir 24 in den Kanal 16 durch den äußeren Spalt 24 emit tiert wird, wobei im Auslaßbereich eine Ejektorwirkung er zeugt wird. Dabei wird in dem Bereich nahe der Öffnung des stromauf liegenden Ringkanals 14 ein Unterdruck ausgeübt, wodurch eine Gasströmung 34 durch den stromauf liegenden Ringkanal 14 erzeugt wird. Wenn in diesem Stadium feine Partikel 32 dem Partikelreservoir 13 zugeführt werden, wer den sie durch den Gasstrom 34 von dem stromauf liegenden Ring kanal 14 zu dem stromab liegenden Ringkanal 16 befördert, wo bei sie einem starke Misch- und Scherwirkung ausübenden Gasstrom ausgesetzt sind, der durch die Geschwindigkeits differenz zwischen dem langsamen Gasstrom 34 aus dem strom auf liegenden Ringkanal 14 und dem Hochgeschwindigkeits (Überschall-) Gasstrom 33 aus den beiden Spalten 20 und 24 erzeugt wird, wobei die in Fig. 3 gezeigten Partikel-Agglo merate in einzelne feine Partikel 36 dispergiert werden.

Durch diese Art der Dispersion kann die zu behandelnde Menge auf mehr als eine Tonne pro Stunde und Einheit erhöht werden.

Feine Partikel 36 werden in Ringform aus der Auslaßöffnung 15 des stromab liegenden Ringkanals 16 emittiert. Im Zentrum 37 der emittierten feinen Partikel können hochkonzentrierte Aerosol- Partikel miteinander zusammenstoßen, wobei die Gefahr besteht, daß dispergierte Partikel wieder agglomerieren. Da jedoch das Gas aus dem inneren Gasreservoir 12 durch die Düsenbohrung 30 der Düse 27 in das Zentrum 37 des Strahls geblasen wird, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, wird die hochkonzentrierte Dispersionsphase durch das Gas 33 verdünnt, wodurch disper gierte feine Partikel gegen ein Wiederzusammenklumpen geschützt sind. Um eine große Menge an Gas 33 für die Verdünnung zur Ver fügung zu haben, ist vorzugsweise der Querschnitt der Düsenboh rung 30 erheblich größer als derjenige der Auslaßöffnung 15. Der größere Durchmesser der Düsenbohrung 13 bewirkt außerdem, daß der Aerosol-Strahl weiterreicht, also eine größere Strahl länge hat, was vorteilhaft sein kann, wenn die dargestellte Vorrichtung als Dispersionsdüse in einer Anlage gemäß Fig. 11 verwendet wird, die später beschrieben wird.

Fig. 5 zeigt eine erste Abwandlung der Ausführung gemäß Fig. 1 bis 4. Hierbei ist in den Mittelteil der Zuführscheibe 4 ein Rohr 19 eingesetzt, das einen Gaszuführkanal 28 bildet, der zu der Düsenbohrung 30 führt. Der Gaszuführkanal 28 steht nicht mit dem inneren Gasreservoir 12 in Verbindung und endet an der unteren Stirnfläche der Zuführscheibe 4. Das innere Gasreser voir 12 erstreckt sich ringförmig um den Außenumfang des Roh res 19. Der zweite Gaszuführkanal 26 führt von der oberen Stirnfläche der Zuführscheibe 4 zum äußeren Gasreservoir 25, und eine Abzweigung 29 erstreckt sich von dem Zuführkanal 26 zum inneren Gasreservoir 12. Der Partikelzuführkanal 8′ ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht ringförmig wie in Fig. 1, sondern in Form einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung beab standeten Bohrungen, die sich von der oberen Stirnfläche der Scheibe 4 zu dem Partikelreservoir 13 erstrecken. Durch eine derartige Ausbildung des Partikelzuführkanals 8′ wird Platz für die Unterbringung der Abzweigung 29 geschaffen.

Bei einer derartigen Anordnung wird ein Gas, wie beispielswei se Luft, das dem zweiten Gaszuführkanal 26 zugeführt wird, auf das äußere und das innere Gasreservoir 25 und 12 verteilt und dann durch die Spalte 20 und 24 dem stromab liegenden Ringkanal 16 zugeführt. Der Gaszuführkanal 28 wird mit Gas 31 versorgt, das aus der Düsenbohrung 30 ausströmt. Da der Zuführkanal 28 von dem inneren Gasreservoir 12 getrennt ist, kann das Gas 31 ein anderes sein als das Gas 33, das dem stromab liegenden Ringkanal 16 zugeführt wird. Wenn die dargestellte Vorrichtung beispielsweise zum Dispergieren eines Reaktionsmittels in Ab gas verwendet wird, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 11 spä ter beschrieben wird, so kann das Gas 31 das Abgas sein.

Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Abwandlung des ersten Ausfüh rungsbeispieles. Diese Ausführung verzichtet auf die Düse 27 des ersten Ausführungsbeispiels und kann dann verwendet werden, wenn die Bedingungen, unter denen die feinen Partikel emittiert werden, derart sind, daß keine Gefahr besteht, daß die von der Auslaßöffnung 15 emittierten und dabei dispergierten feinen Par tikel wieder zusammenklumpen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zuführscheibe 4 mit der Emissionsscheibe 2 unter Zwischenschaltung eines Dichtelements 41 verbunden. Die Zuführscheibe 4 ist mit einem konzentrisch zur Mittelachse 42 der Einheit 1 angeordneten ringförmigen Re servoir 13 für die feinen Partikel versehen, von dem ein stromauf liegender Ringkanal 14 ausgeht, dessen stromabwärts liegendes Ende offen ist. Die Emissionsscheibe 2 ist mit einem stromab gerichteten Ringkanal 16 versehen, der dem Ka nal 14 gegenüberliegt und mit diesem in Verbindung steht.

Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Ringkanäle 14 und 16 durch Stege unterbrochen, welche die Mittelteile und die Umfangsteile dieser Scheiben miteinander verbinden.

Das Partikelreservoir 13 in der Zuführscheibe 4 erstreckt sich auf die Emissionsscheibe zu, so daß ihr Fortsatz in eine ringförmige Aussparung in der Emissionsscheibe 2 ein greift. Dadurch werden ein innerer, konisch verlaufender Spalt 20 und ein äußerer, konisch verlaufender Spalt 24 ge bildet. In der Mittelachse 42 ist ein inneres Gasreservoir 12 angeordnet, das sich über die einander zugekehrten Flächen der beiden Scheiben 2 und 4 erstreckt. Das innere Gasreser voir 12 steht mit dem inneren Ende des inneren Spaltes 20 und mit einem ersten Gaszuführungsrohr 43 in Verbindung, das an der Zuführscheibe 4 angebracht ist. Die Zuführscheibe 4 ent hält ein äußeres ringförmiges Gasreservoir 25, welches das Partikelreservoir 13 umgibt. Das äußere Gasreservoir 25 steht mit dem äußeren Ende des äußeren Spaltes 24 und mit einem zweiten Gaszuführungsrohr 44 in Verbindung, das an der Zuführ scheibe 4 angebracht ist.

Die Emissionsscheibe 4 ist über ein Dichtelement 45 an einer scheibenförmigen Grundplatte 46 angebracht, die einen Ringka nal 47 aufweist, der mit der ringförmigen Auslaßöffnung am stromabwärts liegenden Ende des Ringkanals 16 in Verbindung steht.

Wie erwähnt, ist bei dieser Ausführung kein Gasauslaß zentral zu dem ringförmigen Partikelauslaß wie bei dem ersten Aus führungsbeispiel vorgesehen. Das dritte Ausführungsbeispiel ist daher dann von Vorteil, wenn es unter Bedingungen ver wendet wird, welche ein Wiederzusammenklumpen von feinen Par tikeln im Inneren des Strahles vermeiden.

Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, welches eine Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels darstellt.

In diesem Ausführungsbeispiel wird abweichend von dem dritten Ausführungsbeispiel das Gas 33 nur von innen her zugeführt, d. h. das äußere Gasreservoir 25, das zweite Gaszuführungsrohr 44 und der äußere Spalt 24 sind weggelassen.

Während bei den bisher beschriebenen Beispielen die Auslaßöffnung 15 und andere Teile, wie die Ringkanäle 14 und 16, die Spalte 20 und 24, die Reservoirs usw. ringförmig sind, zeigen die Fig. 9 und 10, in denen gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem Strich, bezeichnet sind, Ausführungsbeispiele, bei denen die Auslaßöffnung 15 und andere Teile linear geformt sind.

Fig. 11 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anlage zum Mischen eines Reaktionsmittels mit Abgas. Dies ist eine Anwen dung der vorstehend beschriebenen Dispersionsvorrichtungen zum schnellen Mischen einer kleinen Menge eines Reaktionsmittels mit Abgas von hoher Temperatur aus einer Feuerungsanlage, um beispielsweise eine Entschwefelung oder ein nicht-katalyti sches Denitrieren zu erreichen.

Mit 51 ist die den Abgaskanal einer Feuerungsstelle bildenden Wand bezeichnet, die vier Seitenwänden 51A, 51B, 51C und 51D aufweist, welche einen Abgaskanal 52 mit rechteckigem Querschnitt begrenzen. Die einander gegenüberliegenden Sei tenwände 51A und 51C sind jeweils mit einer Mehrzahl von Öff nungen 54 versehen, die quer zur Abgasströmung gerichtet und in der Strömungsrichtung sowie senkrecht zur Strömungsrich tung in einem Abstand voneinander angeordnet sind. An jeder Öffnung 34 ist eine Dispersionsvorrichtung 55 entsprechend einem der vorhergehenden Beispiele angeschlossen. Die Dis persionsvorrichtungen 55A, 55B und 55C emittieren ein Reak tionsmittel wie CaCO₃ in feiner Partikelform in einem Trä gergas in Form von Strahlen 56, 57 und 58 in den Abgaskanal 52. Die Dispersionsvorrichtungen 55A, 55B und 55C sind so angeordnet, daß ihre Strahlen um so näher zur Mitte des Ab gaskanals gelangen, je weiter stromauf sie angeordnet sind. Die Einstellung der Strahllänge der Strahlen 56, 57 und 58 kann durch Veränderung des Durchmessers der ringförmigen Austrittsöffnung 15 (Fig. 1) oder des Durchmessers der Düsen bohrung 30 (Fig. 1) für das Verdünnungsgas erfolgen. Die Sei tenwände 51A und 51C der Abgaskanalwand 51 sind stromab der Dispersionsvorrichtungen 55 jeweils mit einem Fortsatz 59 ver sehen, um einen Abgaskanal 52A mit reduziertem Querschnitt zu bilden.

Bei dieser Anlage werden zur Behandlung des Abgases von den Dispersionsvorrichtungen 55 Strahlen 56, 57 und 58 in das Ab gas 53 emittiert. Dabei gelangen die Strahlen 56 von den stromauf angeordneten Dispersionsvorrichtungen 55A fast bis zum Zentrum des Abgasstromes 53 und werden schließlich in die Strömungsrichtung des Abgases umgelenkt und in diesem dis pergiert. Da die Strahlen 57 von den Dispersionsvorrichtun gen 55B, welche stromab der Dispersionsvorrichtungen 55A an geordnet sind, eine kürzere Strahllänge haben als die Strah len 56, und da sie aus einer mehr stromabwärts liegenden Re gion emittiert werden, besteht keine Möglichkeit, daß ihre Kerne sich mit den Strahlen 56 mischen, und sie werden in der Strömungsrichtung des Abgases 53 umgelenkt und in diesem dis pergiert. Da die Strahlen 58 von den Dispersionsvorrichtungen 55C eine kürzere Strahllänge haben als die Strahlen 57, und da sie von einer noch weiter stromab liegenden Region emit tiert werden, findet auch hier keine Vermischung ihrer Kerne mit den Strahlen 57 statt. Vielmehr werden sie in der Strö mungsrichtung des Abgases 53 umgelenkt und in diesem disper giert. Da die Strahlen 56, 57 und 58 umgelenkt und in den Abgasstrom 53 dispergiert werden, kann eine geringe Menge an Reaktionsmitteln, das in den Strahlen enthalten ist, im we sentlichen gleichförmig und schnell mit dem Abgas 53 gemischt werden.

Die Verteilung der Strahlen 56, 57 und 58 ist gleichmäßig in der Richtung zwischen den Seitenwänden 51B und 51D, wo die Dispersionsvorrichtungen 55 nicht angeordnet sind, d. h. in der Y-Richtung in Fig. 12. In der X-Richtung dagegen werden die Strahlen 56, 57 und 58 mit unterschiedlichen Abmessungen kombiniert und die Verteilung der Strahlen 56, 57 und 58 ist ungleichmäßig aufgrund der Ablenkung der Strahlen 56, 57 und 58. Dadurch ergibt sich ein erheblicher Unterschied in der Konzentration des Reaktionsmittels in der X-Richtung. Um diese Konzentration gleichmäßig zu machen, sind die Wandfort sätze 59 vorgesehen, um den verengten Abgaskanal 52A zu bil den. Die Strahlen 56, 57 und 58 werden zusammen mit dem Ab gas 53 nach ihrer Ablenkung zusammengeführt, wodurch die Mi schung in der X-Richtung beschleunigt werden kann. Je größer die Querschnittsreduktion ist, um so größer ist die erzielte Wirkung. Eine ausgeprägte Mischungsbeschleunigung kann schon erreicht werden, wenn der Querschnitt des verengten Gaskanals 52A etwa 60° des Querschnitts des Abgaskanals 52 hat.

Das Mischen kann auch dadurch beschleunigt werden, daß der Ab gaskanal 52 nicht eingeschnürt, sondern in einem großen Winkel umgebogen ist. In diesem Fall wird ein Abbiegen um einen Win kel von mehr als 90° bevorzugt.

Das vorstehend beschriebene Vermischen der Strahlen 56, 57 und 58 muß in etwa 1 Sekunde durchgeführt werden, da die Reaktions zeit etwa 1 Sekunde beträgt. Weiterhin muß die Menge des Trä gergases, das zum Emittieren des Reaktionsmittels in einer Strö mung verwendet wird, weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% der Menge des Abgases mit Rücksicht auf die Rückwirkungen auf die Feuerungsstelle betragen. Dabei müssen die Strahlen einer Anfangsgeschwindigkeit von mindestens 100 m/sec, vorzugs weise eine Unterschallgeschwindigkeit von etwa 300 m/sec haben.

Fig. 13 und 14 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer An lage zum Mischen eines Reaktionsmittels mit Abgas. Bei dieser Ausführung sind die Seitenwände 51A und 51B jeweils mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen 60, 61 und 62 versehen, die quer zur Strömungsrichtung des Abgases 53 und in Strömungs richtung in einem Abstand von einander angeordnet sind. Dabei ist in einem stromauf liegenden Bereich eine Vielzahl von Aus trittsöffnungen 60 mit großem Durchmesser vorgesehen, die in Querrichtung in einem Abstand p₁ voneinander angeordnet sind. Stromab der großen Austrittsöffnungen 60 ist in einem Abstand l₁ eine Mehrzahl von mittelgroßen Austrittsöffnungen 61 vorge sehen, die wiederum in Querrichtung in einem Abstand p₂ vonei nander angeordnet sind. Weiterhin ist in einem vorbestimmten Abstand l₂ stromab der mittelgroßen Austrittsöffnungen 61 eine Mehrzahl von kleinen Austrittsöffnungen 62 vorgesehen, die in einem Abstand p₃ voneinander angeordnet sind. Diese Austritts öffnungen 60, 61 und 62 dienen dazu, ein ein Reaktionsmittel enthaltendes Gas, das durch Verdünnen einer geringen Menge eines Reaktionsmittels CaCO₃ oder NH₃ mit einem Trägergas er halten wurde, in den Abgasstrom einzublasen. Die Austritts öffnungen 60, 61 und 62 sind mit Anschlüssen 64, 65 und 66 für Zuführleitungen 67, 68 und 69 verbunden.

Bei dieser Anordnung gelangen Ströme 70 großen Durchmessers aus den großen Austrittsöffnungen 60 fast bis zum Zentrum des Abgaskanals 52, während die Ströme 71 mittleren Durchmessers aus den mittelgroßen Austrittsöffnungen 61 eine kürzere Strahl länge als die Ströme 70 und die dünnen Ströme 72 aus den klei nen Austrittsöffnungen wiederum eine kürzere Strahllänge als die mittelgroßen Ströme 71 haben. Somit wird wie bei dem Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 11 und 12 das Reaktionsmittel mit dem Abgasgemisch.

Fig. 15 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Anlage zum Mischen eines Reaktionsmittels mit einem Abgas. Dabei werden Austrittsöffnungen 73A, 73B und 73C gleichen Durchmessers ver wendet. In diesem Fall ist vorgesehen, daß die Austrittsöff nungen 73A im stromauf liegenden Bereich Strahlen 74A mit ho her Anfangsgeschwindigkeit, die Austrittsöffnungen 73B im mitt leren Bereich Strahlen 74B mit mittlerer Anfangsgeschwindigkeit und die Austrittsöffnungen 73C im stromab liegenden Bereich Strahlen 74C mit niedriger Anfangsgeschwindigkeit emittieren.

Weiterhin kann eine geeignete Kombination aus Strahldurchmes sern und Anfangsgeschwindigkeiten verwendet werden, um eine gleichmäßige Vermischung einer geringen Menge eines Reaktions mittels mit dem Abgas 53 zu erreichen, ohne daß die Achsen der Strahlen einander schneiden.

Die Strahllänge der Strahlen und die Zeit, welche die Strahlen brauchen, um die Strahllänge zu durchmessen, hängen von dem Strahldurchmesser (Düsendurchmesser), der Anfangs-Strahlge schwindigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ab.

In der Reaktionsmittel-Mischanlage gemäß Fig. 13 und 14 ist aufgrund der Tatsache, daß die Austrittsgeschwindigkeit von den großen Austrittsöffnungen 60 am höchsten und diejenige von den kleinen Austrittsöffnungen 20 am niedrigsten ist, die Anzahl der großen Austrittsöffnungen 60 gering und die Anzahl der klei nen Austrittsöffnungen 62 groß. D. h. das Verhältnis der Abstän de ist so, daß P₁< P₂< P₃ . . . < P_n ist.

Das Abgas in der Feuerungsanlage strömt vom Einlaß zum Auslaß, wenn man es von einem makroskopischen Gesichtspunkt aus betrachtet, jedoch unterscheidet sich seine Strömungsverteilung von Quer schnitt zu Querschnitt der Feuerungsanlage und ist sehr kompli ziert, d. h. das Gas strömt an einer Stelle schnell und an einer anderen Stelle langsam und örtlich strömt es manchmal rückwärts. Daher werden in der Praxis bei der Anbringung von Düseneinrich tungen in der Wand einer Feuerungsstelle die Winkel und die Stellen, an denen die Düsen an der Wand angebracht werden, un ter Berücksichtigung der Strömungsbilder des Abgases in der Feuerungsstelle eingestellt, um Einflüsse der Abgasstromver hältnisse auf die Ausbreitung der Strahlen im Querschnitt der Feuerungsanlage zu verringern.

Zwei Versuchsbeispiele werden im folgenden angegeben.

Versuchsbeispiel I

Bei einem großen Feuerungsofen, dessen Abmessungen 9 m in der X-Richtung und 14 m in der Y-Richtung betrugen, wur den vier Arten von Austrittsöffnungen mit einem Durchmesser d=0,006 m, 0,01 m, 0,018 m und 0,03 m, in den Seitenwänden 51A und 51C in folgender Weise angeordnet:

Sieben Austrittsöffnungen mit d=0,03 m wurden mit einem Ab stand p₁=2,00 m in der am meisten stromauf liegenden Zone, 11 Austrittsöffnungen mit d=0,018 m mit einem Abstand p₂ = 1,25 m voneinander und einem Abstand l₁=2,1 m stromab der ersten Austrittsöffnungen, 20 Austrittsöffnungen mit d = 0,01 m mit einem Abstand p₃=0,7 m voneinander und einem Abstand l₂=1,1 m weiter stromab der zweiten Reihe von Aus trittsöffnungen, und 35 Austrittsöffnungen mit d=0,002 m mit einem Abstand p₄=0,4 m voneinander und einem Abstand l₃=0,6 m weiter stromab der dritten Reihe von Austritts öffnungen angeordnet. Die Region, die stromab der Austritts öffnungen mit d=0,006 m folgte, wurde um 3 m in der X-Rich tung verkürzt, so daß sich eine Länge von 6 m in der X-Rich tung ergab. Wenn das Abgas durch den Kanal mit einer mittle ren Geschwindigkeit von 5 m/sec strömte, wurde ein Trägergas mit einem Reaktionsmittel von der Austrittsöffnung mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 200 m/sec emittiert. Als Ergebnis wurde eine weitgehend gleichmäßige Vermischung über den gesamten Bereich des Abgaskanals 52 innerhalb einer Zeit von 0,5 sec erreicht.

Versuchsbeispiel II

Bei einem großen Ofen, dessen Abmessungen in der X-Richtung 15 m und in der Y-Richtung 20 m betrugen, wurden fünf Arten von Austrittsöffnungen mit einem Durchmesser d=0,006 m, 0,01 m, 0,018 m, 0,03 m und 0,05 m in den Seitenwänden 51A und 51C in folgender Weise vorgesehen:

Sechs Austrittsöffnungen mit d=0,05 m wurden in einem Ab stand p₁=3,3 m in der am meisten stromauf liegenden Zone angeordnet. 10 Austrittsöffnungen mit d=0,03 m wurden mit einem Abstand p₂=2,0 m voneinander und einem Abstand l₁= 3,2 m stromab der ersten Reihe angeordnet. 16 Austrittsöff nungen mit d=0,018 m wurden mit einem Abstand p₃=1,25 m und einem Abstand l₂=2,1 m stromab von der zweiten Reihe von Austrittsöffnungen angeordnet. 29 Austrittsöffnungen mit d=0,001 m wurden mit einem Abstand p₄=0,7 m voneinan der und einem Abstand l₃=1,1 m stromab der dritten Reihe von Austrittsöffnungen angeordnet, und 50 Austrittsöffnungen mit d=0,006 m wurden in einem Abstand p₅=0,4 m voneinan der und einem Abstand l₄=0,6 m stromab der vierten Reihe von Austrittsöffnungen vorgesehen. Der Bereich des Abgas kanals stromab der kleinsten Austrittsöffnungen mit d=0,006 m in der am meisten stromab liegenden Zone wurde in der X-Rich tung um 5 m reduziert, so daß eine Länge von 10 m in der X- Richtung verblieb. Wenn das Abgas in dem Kanal mit einer mittleren Geschwindigkeit von 5 m/sec strömte, wurde ein Trägergas mit Reaktionsmittel von jeder Austrittsöffnung einer Anfangsgeschwindigkeit von 200 m/sec emittiert. Als Ergebnis wurde eine weitgehend gleichförmige Vermischung über den gesamten Bereich des Abgaskanals 52 in einem Zeitraum von 1 bis 2 sec erreicht. Auf diese Weise wird die Anzahl der Austrittsöffnungen und die Anzahl der Reihen von der Größe und der Form des Ofens bestimmt, um ein optimales Ergebnis zu erreichen.

Claims

1. Vorrichtung zum Dispergieren von Agglomeraten feiner Partikel, gekennzeichnet durch folgende, zum Teil für sich bekannte Merkmale:

a) einen die agglomerierten Partikel (32) führenden Kanal (16, 16′), der in einer schlitzförmigen Austrittsöffnung (15, 15′) mündet, und
b) mindestens einen schräg in Strömungsrichtung in den Partikelkanal (16, 16′) einmündenden Kanal (20, 24; 24′) zur Zuführung eines Gases unter Druck, der als Spalt in Form einer Laval-Düse zur Erzeugung einer Gasströmung mit Überschallgeschwindigkeit ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (15) die Form eines ringförmigen Schlitzes hat.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelkanal (16) ringförmig ist und daß sowohl in seine innere als auch in seine äußere Umfangswand ein ringförmiger Gas-Zuführungskanal (20 bzw. 24) einmündet.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelkanal (16) ringförmig ist und daß entweder in seine äußere oder in seine innere Umfangsfläche ein Gaszuführungskanal (24 bzw. 20) einmündet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Austrittsschlitz (15) eine zentral angeordnete Gasaustrittsöffnung (30) umgibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Gasaustrittsöffnung (30) und der innere Gaszuführungskanal (20) mit einer gemeinsamen Gaszuführung (10) in Verbindung stehen.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere und der äußere Gaszuführungskanal (20, 24) mit einer gemeinsamen Gaszuführung (33) und die zentrale Gasaustrittsöffnung (30) mit einer eigenen Gaszuführung (10) verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel-Austrittsöffnung (15′) die Form eines länglichen Schlitzes hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Seitenwand des in den die schlitzförmige Austrittsöffnung (15′) einmündenden Partikelkanals (16′) ein Gaszuführungskanal (24′) mündet.

10. Einrichtung zum Mischen eines Reaktionsmittels mit einem Abgas, dadurch gekennzeichnet, daß in einer einen Abgaskanal (52) einer Feuerungsstelle bildenden Wand (51) eine Mehrzahl von Dispergiervorrichtungen (55A, 55B, 55C) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, zum Einführen eines das Reaktionsmittel enthaltenden Gases in das Abgas in einer Richtung, welche die Strömungsrichtung der Abgase kreuzt, in einem Abstand voneinander in der Strömungsrichtung der Abgase angeordnet und so ausgebildet sind, daß ihre Strahllänge um so größer ist, je weiter stromauf sie liegen.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (60, 61, 62) der Dispergiervorrichtung an einer Mehrzahl von Stellen in der Wand (51) des Abgaskanals (52) angeordnet sind und die Austrittsöffnungen (60) im stromauf liegenden Bereich des Abgaskanals den größten Durchmesser und die weiter stromab liegenden Austrittsöffnungen (61, 62) einen mit zunehmendem Abstand von den ersten Austrittsöffnungen (60) kleiner werdenden Durchmesser haben.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (60, 61, 62) der Dispergiervorrichtungen an einer Mehrzahl von Stellen in der Wand (51) des Abgaskanals (52) angeordnet sind und daß der Druck des das Reaktionsmittel enthaltenden Gases, der durch die Austrittsöffnungen zugeführt wird, für die im stromauf liegenden Bereich des Abgaskanals (52) liegenden Öffnungen (60) am höchsten und für die weiter stromab liegenden Austrittsöffnungen (61, 62) zunehmend verringert ist, je weiter stromab sie angeordnet sind.