DE8709385U1

DE8709385U1 - Vorrichtung zum Beaufschlagen eines fluiddurchströmten Reaktionsraumes mit einem zweiten Fluid

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Publication number: DE8709385U1
Application number: DE8709385U
Authority: DE
Original assignee: REINING-HEISSKUEHLUNG 4330 MUELHEIM DE
Current assignee: REINING-HEISSKUEHLUNG 4330 MUELHEIM DE
Priority date: 1987-07-08
Filing date: 1987-07-08
Publication date: 1988-09-01

Description

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Mein Zeichen 87 033 Datum 2. Juli 1987

REINING HEISSKÜHLUNG, Heuweg 18, 4330 Mülheim a.d. Ruhr

Vorrichtung zum Beaufschlagen eines fluiddurchströmten
Reaktionsraumes mit einem zweiten Fluid

Oie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beaufschlagen eines von einem ersten Fluid durchströmten Reaktionsraumes mit einem zweiten Fluid, bestehend aus einem rohrförmigen, mit dem zweiten Fluid beaufschlagbaren Element mit mindestens einer Düse für den Austritt des zweiten Fluides aus dem rohrförmigen Element in den Reaktionsraum, insbesondere zum Einblasen eines Gases oder Gasgemisches in die die Rauchgase von Verbrennungsanlagen führenden Leitungen zur Reduzierung von Stickoxiden.

Im Zuge der Maßnahmen zur Reinhaltung der Luft ist es den Betreibern von Verbrennungsanlagen gesetzlich vorgeschrieben, bestimmte Grenzwerte, unter anderem hinsichtlich des Ausstoßes von Stickoxiden, nicht zu überschreiten. Um die Stickoxidbela stung der Rauchgase von Verbrennungsanlagen unter den vorgeschriebenen Grenzwerten zu halten, ist es bekannt, in die Rauchgase mittels Düsen ein ammoniakhaltiges Gas als Behtrtdlungsmedium (Reaktant) einzublasen. Da zur Wirksamkeit dieser Maßnahme die Rauchgase eine vergleichsweise hohe Temperatur aufweisen müssen, sind die Einblasvorrichtungen einer starken Hitzebelastung ausgesetzt, wodurch die Lebensdauer dieser Vorrichtungen erheblich beeinträchtigt ist.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere unter Vermeidung vorerwähnter Nachteile, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit verbesserter Effizienz zu schaffen. Insbesondere soll die Wirksamkeit des Behandlungs-Telefon <020I)41«JO4 A'.'.'" National-Bank Essen (BLZ 3cO 2CO JO) 230 359

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mediums (zweites Fluid) so groß wie möglich sein. Ferner wird angestrebt, eine Beaufschlagungsvorrichtung zu schaffen, mit der auch ohne eine Kühlung des rohrförmigen Elementes eine möglichst gleichmäßige Verteilung des zweiten Fluides im Reaktionsraum, insbesondere in zumindest einer bestimmten Querschnittsebene des Reaktionsraumes, möglich ist,

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung der eingangs

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a) das rohrförmige Element aus keramischem Material besteht und

b) mindestens eine Düse (Austrittsdüse) in der Seitenwand des rohrförmigen Elementes angeordnet ist; dabei sind vorzugsweise mehrere Düsen auf dem Umfang und/oder in Längsrichtung des rohrförmigen Elementes verteilt angeordnet. Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung besteht das keramische Material aus Oxidkeramik.

Durch die Erfindung werden u.a. folgende Vorteile erzielt:

- die Verteilung des zweiten Fluides (Behandlungsfluid) im Reaktionsraum kann in einfacher Weise optimiert werden, insbesondere kann eine möglichst weitgehende Gleichverteilung über das Volumen oder einen bestimmten Strömungsquerschnitt des Reaktionsraumes erreicht werden, wobei die Lage des beaufschlagten Strömungsquerschnittes bezüglich der Durchströmungsrichtung des ersten (zu behandelnden) Fluides frei wählbar und auch veränderbar sein kann;

die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für eine im Grunde unbeschränkte Vielzähl von möglichen Reaktionen zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid verwendbar; es kann sich dabei um chemische Reaktionen handeln, aber auch um rein physikalische;

- das - etwa lanzenförmig ausgebildete - rohrfönnige Element kann sich sowohl quer als auch parallel zur Strömungsrichtung des ersten Fluides in dem von dem ersten Fluid durchströmten Reaktionsraum erstrecken, es kann auch axial ver-

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fahrbar und/oder schwenkbar in dem Reaktionsraum angeordnet sein, bevorzugt wird aber eine gitterförmige Anordnung, insbesondere Gitterstrukturen mit parallel zur Strömungsr^chtung des ersten Fluides und senkrecht dazu angeordneten rohrförmigen Elementen, die sich in Knotenpunkten derart durchdringen können, daß voneinander getrennte Fluidströmungen realisiert werden; dies hat zur Folge, daß die Mengenströme des zweiten Fluides, die durch die Austrittsdüsen in den Reaktionsraum austreten, einfach und exakt festgelegt und eingehalten werden können;

die gitterförmige Anordnung der rohrförmigen Elemente verleiht der Beaufschlagungsvorrichtung größere Festigkeit;
die Temperaturdifferenzen zwischen dem ersten und zweiten Fluid können relativ hoch sein ohne negative Folgen für die Lebensdauer der Beaufschlagungsvorrichtung;

die Verwendung keramischer Werkstoffe führt im Vergleich mit Stahlwerkstoffen zu einer erheblichen Gewichtseinsparung für die Beaufschlagungsvorrichtung;

keine, bzw. wesentlich geringere Wärmeabfuhr aus dem ersten Fluid bei Verwendung von Keramik anstelle von Stahlwerkstoffen ;

Grundsätzlich ist es möglich, das rohrförmige Element von beiden Enden her mit dem zweiten Fluid zu beaufschlagen oder es von nur einem Ende her zu beaufschlagen und dabei das entgegengesetzte Ende des rohrförmigen Elementes tot und/oder innerhalb des Reaktionsraumes frei enden zu lassen. Dann tritt das gesamte von dem einen oder den beiden Enden dem rohrförmigen Element zugeführte erste Fluid durch die mindestens eine Austrittsdüse in den Reaktionsraum über. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es aber auch möglich, die beiden Stirnenden des rohrförmigen Elementes mit einer Ringleitung zu verbinden_t also eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsmündung des rohrförmigen Elementes zu schaffen, und in der Ringleitung einen Wärmeaustauscher anzuordnen. Auf diese Weise kann ein Teil des zweiten Fluides im Kreislauf geführt werden, wobei aus den Austrittsdüsen insgesamt wesentlich weniger Fluid austritt, als dem rohrförmigen Element eintrittsseitig zugeführt wird; die Kreislaufmenge kann dabei im Vergleich zur Beaufschiagungsmenge also relativ groß sein. Diese Ausführungsform eignet sich so-

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wohl für ausschließlich aus keramischem Material bestehende rohrförmige Elemente als insbesondere auch für solche rohrförmigen Elemente, bei denen das keramische Material als Mantel ein Metallrohr umschließt, von dem es getragen wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes, die insbesondere eine zielgerechte Verteilung des zweiten Fluides im Reaktionsraum und eine mechanisch stabile sowie strömungstechnisch günstige, insbesondere Strömungswiderstandsarme Anordnung der Beaufschlagungsvorrichtung gewährleisten, sind in weiteren Ansprüchen enthalten.

Die vorgenannten, erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Beaufschiagungsvorrichtung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig.l eine erfindungsgemäße Beaufschlagungsvorrichtung innerhalb eines rohrförmigen (im Längsschnitt dargestellten) Reaktionsraumes - ausschnittsweise (Schnitt entlang der Linie &Idigr;-&Igr; gemäß Fig.2);

Fig.2 dieselbe Vorrichtung im Horizontalschnitt (Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1);

Fig.3 von der Beaufschlagungsvorrichtung gemäß Figuren 1/2 ein Knotenpunkt aus mehreren im Winkel zueinander angeordneten rohrförmigen Elementen in perspektivischer Darstellung;

Fig.4a-d vier Ausführungsformen eines rohrförmigen Elementes im Querschnitt sowie

Fig.5 eine spezielle Ausführungsform einer Beaufschlagungsvorrichtung mit einer außerhalb des Reaktionsraumes angeordneten Ringleitung einschließlich Wär-

meaustfeuscher - als Blockschaltbild.

In Fig.l ist eine Beaufschlagungsvorrichtung 1 innerhalb eines Reaktionsraumes 17 angeordnet, in der (wie durch vertikale Pfeile dargestellt) ein erstes Fluid aufwärts strömt. Der Reaktionsraum 17 ist zum Beispiel eine Rauchgasleitung einer Feuerungsanlage und das aufwärts strömende erste Fluid ist entsprechend ein Rauchgas mit einer Temperatur von zum Beispiel j 1000⁰C. Die Beaufschlagungsvorrichtung 1 weist rohrförmige EIe- \ mente 2 auf, die zumindest von einem ihrer stirnseitigen Enden 2' her mit dem zweiter Fluid - hier zum Beispiel einem ammoniakhaltigen Gas mit einer Ausgangstemperatur von zum Beispiel " 20⁰C - beaufschlagbar sind. Dieses zweite Fluid strömt über Austrittsdüsen 4 in den Reaktionsraum 17 ab. Die Austrittsdüsen 4 sind in den quer zur Strömungsrichtung des ersten Fluides weisenden (breiten) Seitenflächen 3A der rohrförmigen Elemente 2 an vorausberechneten Stellen derart angeordnet, daß eine möglichst flächendeckende gleichmäßige Beaufschlagung des betroffenen Reaktorraumquerschnittes erreicht wird. Die rohrförmigen Elemente 2, die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 bis 3 einen lenglichen Querschnitt entsprechend Figur 4a, d.h. mit an den schmalen Seitenflächen 3B halbkreisförmigen Wandungen aufweisen, sind ausschließlich aus Oxidkeramik hergestellt.

Wie sich aus Figuren 1 bis 3 ergibt, sind mehrere rohrförmige Elemente 2 zv einer kubisch gitterförmigen Anordnung innerhalb des Reaktionsraumes 17 zusammengefügt. Sie bilden rechtwinklige Gitttrstrukturer in allen drei Raumebenen und laufen in Knotenpunkten 5 auseinander bzw. zusammen. In jedem Kotenpunkt 5, gemäß Fig. 3, sind die rohrförmigen Elemente 2 derart miteinander verbunden, daß des waagrecht engeordnete Profil 6A durch Öffnungen in den breiten Seitenflächen 3A des senkrecht angeordneten, im Querschnitt gleich großen Profiles 6A geschoben wird. Das im Querschnitt kleinere, ebenfalls waagrecht engeordnete Profil 6B wird durch entsprechende, in Deckung liegende Öffnungen des senkrechten Profiles 6A

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(Öffnungen in schmaler Seitenfläche 3B) und des waagerechten Profiles BA (Öffnungen in breiter Seitenfläche 3A) geschoben.

Natürlich ist es auch möglich, daß sich die horizontalen, senkrecht zueinander stehenden rohrförmigen Elemente 2 nicht in der gleichen Höhenlage gegenseitig, sondern in unterschiedlichen (benachbarten) Höhenlagen lediglich die senkrecht angeordneten rohrförmigen Elemente 2 durchdringen. Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß die senkrecht angeordneten, rohrförmigen Elemente 2 wesentlich weniger verschwächt werden als bei der Anordnung der Knotenpunkte 5 gemäß Fig. 3.

Die quer zur Strömungsrichtung des ersten Fluides angeordneten rohrförmigen Elemente 2 weisen mit ihren schmalen Seitenflächen 3B in bzw. entgegen der aufwärts gerichteten Strömungsrichtung des ersten Fluides.

Da sich die rohrförmigen Elemente 2 mit unterschiedlich großen Querschnitten 6A und 6B einander durchdringen, kann erreicht werden, daß sich die in den beiden horizontalen Richtungen strömenden zweiten Fluide an den Knotenpunkten 5 nicht vermischen. Die rohrförmigen Elemente 2 werden mit dem zweiten Fluid von den in der Wandung des Reaktionsraumes 17 gelagerten Stirnenden 2' her beaufschlagt.

Eines der beiden Stirnenden kann auch verschlossen sein. In beiden Fällen strömt das gesamte von einem Stirnende her dem rohrförmigen Element 2 zugeführte Fluid in den Reaktionsraum 17 ab. Die weiterhin vorgesehenen, vertikal angeordneten rohrförmigen Elemente 2 können entweder eine reine Tragfunktion ausüben, sie können aber auch in ähnlicher Meise mit Austrittsdüsen 4 versehen und mit dem zweiten Fluid beaufschlagt werden wie die horizontal angeordneten rohrförmigen Elemente 2. Der Querschnitt der vertikalen rohrförmigen Elemente 2 kann mit dem größeren Querschnitt der horizontalen Rohrelemente 2 identisch sein, wobei vorzugsweise das horizontale Rohr das vertikale Rohr wiederum durchdringt (siehe Fig.3). Auf diese Weise bleibt ein Restquerschnitt für vertikale Fluidströmung erhalten.

Sofern der Reaktionsraum 17 in unterschiedlichen Höhen gleichzeitig oder wahlweise mit (zweitem) Fluid beaufschlagt werden soll, sind horizontale rohrförmige Elemente in mehreren Ebenen übereinander angeordnet, die gemeinsam oder getrennt voneinander mit dem (zweiten) Fluid beaufschlagbar sind.

Fig. 4a und Fig. 4b zeigen bevorzugte Querschnittsformen der rohrförmigen Elemente 2 mit etwa gleichen lichten Querschnitten. Die Vorteile der ovalen Querschnittsform vor der runden Querschnittsfcrm bestehen in dem erhöhten Widerstandsmoment bezogen auf die Achse quer zur Strömungsrichtung des ( ) ersten Fluides und darin, daß zur Realisierung der Knotenpunkte 5 mittels Steckverbindungen lediglich zwei anstatt drei (bei runden Querschnittsformen erforderlich) unterschiedlich große Querschnittsforinen benötigt werden.

Natürlich kennen die rohrförmigen Elemente 2 auch in rechteckiger oder quadratischer Querschnittsform ausgeführt werden gemäß Fig. 4c und Fig. 4d.

Die Düsen 4 können in die rohrförmigen Elemente 2 sowohl eingeschraubt als auch eingeklebt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig.5 verbindet eine Ringleitung 12 das als Eintrittsöffnung dienende Stirnende 2' des rohrförmigen Elementes 2 mit dem als Austrittsöffnung dienenden Stirnende 2¹¹. Der überwiegende Teil des von dem Stirnende 2' her zugeführten Fluides kann am gegenüberliegenden Stirnende 2' ' wieder abströmen. In die Ringleitung 12 ist ein Wärmeaustau-

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scher 13 eingefügt, so daß im Kreislauf geführte Fluidmengen m

die Wärmemenge Q an ein Kühlmedium (iiL ) abgeben. Die aus den Austrittsdüsen 4 des rohrförmigen Elementes 2 austretenden Fluidmengen m._h werden an geeigneter Stelle wieder zugeführt (m* ). Die im Wärmeaustauscher 13 abgegebene Wärmemenge Q wird von dem Kreislauffluid innerhalb des Reaktionsraumes 17 aufgenommen. Diese Anordnung ist vor allem für rohrförmige Elemente

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mit zweischaligem Wandungsaufbau geeignet, bei dem die innere Schale ein die äußere Schale aus keramischem Material tragendes Metellrohr 2A ist; dieses ist in Fig. 4b als wahlweise Anordnung gestrichelt dargestellt.

Die Kontenpunkte können auch von besonderen Bauelementen (Verbindungsstücken) gebildet werden, die mit den rohrförmigen Elementen verbindbar sind.

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Bezugszeichenliste:

1	Beaufschlagungsvorrichtung
2	rohrförmiges Element
2A	Metallrohr
2¹	Stirnende
2¹ ·	Stirnende
3&Agr;	Seitenfläche
3&Bgr;	Seitenfläche
4	Austrittsdüse
5	Knotenpunkt
6&Agr;	Profil
6&Bgr;	Profil
12	Ringleitung
13	Wärmeaustauscher
17	Reaktionsraum

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Claims

• t 9 · - 10 - Ansprüche:

1. Vorrichtung zum Beaufschlagen eines von einem ersten Fluid durchströmten Reaktionsraumes (17) mit einem zweiten Fluid, bestehend aus einem rohrförmigen, mit dem zweiten Fluid beaufschlagbaren Element (2) mit mindestens einer Düse (4) für den Austritt des zweiten Fluides aus dem rohrförmigen Element (2) in den Reaktionsraum (17),
dadurch gekennzeichnet,daß

a) das rohrförmige Element (2) aus keramischem Material { ) besteht und

b) mindestens eine Austrittsdüse (4) in der Seitenwand (3A) des rohrförmigen Elementes (2) angeordnet ist.

2. Verrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein das keramische Material auf seiner äußeren Oberfläche tragendes Me'.allrohr (2A).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine die Austrittsöffnung (Stirnende 2'*) des rohrförmigen Elementes (2) mit der Eintrittsöffnung (Stirnende 2') des rohrförmigen Elementes (2) verbindende Ringleitung (12) und einen in der Ringleitung (12) angeordneten Wärmeaustauscher (13) .

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,gekennzeichnet durch mehrere im Winkel zueinander angeordnete rohrförmige Elemente (2).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens ein Verbindungsstück für in mindestens einem Knotenpunkt (5) zusammen- und auseinanderlaufende rohrförmige Elemente (2) .

6. Vorrichtung nach Anspruch 4oder 5, dadurch gekennzeichnet,

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daß sich zumindest zwei rohrförmige Elemente (2) in einem Knotenpunkt (5) derart durchdringen, daß voneinander getrennte Fluidströmungen realisierbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine längliche Querschnittsform der rohrförmigen Elemente (2) , wobei zumindest die Schmalseiten (3B) der Querschnittsform gebogen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Austrittsdüse (4) in der breiten Sei-

<") tenfläche (3A) des rohrförmigen Elementes (2) angeordnet

ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei quer zur Strömung des ersten Fluides in dem Reaktionsaum (17) angeordneten rohrförmigen Elementen (2) die Schmalseiten (3B) der rohrförmigen Elemente (2) in die bzw. entgegen der Strömungsrichtung des ersten Fluides weisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine gittertörmige Anordnung der rohrförmigen Elemente (2) in dem Reaktionsraum (17).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Anordnung gitterfcrmig vernetzter rohrförmiger Elemente (2) in mehreren Ebenen des Reaktionsraumes (17).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Strömungsrichtung des ersten Fluidas ausgerichtete rohrförmige Elemente (2) nit Düsen (4) versehen sind, durch die das zweite Fluid in den Reaktionsraum (17) gelangen kann.