EP0424895B1 - Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums bei Verbrennungsprozessen - Google Patents

Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums bei Verbrennungsprozessen Download PDF

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EP0424895B1
EP0424895B1 EP90120347A EP90120347A EP0424895B1 EP 0424895 B1 EP0424895 B1 EP 0424895B1 EP 90120347 A EP90120347 A EP 90120347A EP 90120347 A EP90120347 A EP 90120347A EP 0424895 B1 EP0424895 B1 EP 0424895B1
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treatment medium
mixing chamber
atomized
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Johannes Josef Edmund Martin
Thomas Nikolaus
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Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
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Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J7/00—Arrangement of devices for supplying chemicals to fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/003—Arrangements of devices for treating smoke or fumes for supplying chemicals to fumes, e.g. using injection devices

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing and metering a liquid treatment medium into the exhaust gas stream in combustion processes.
  • a treatment medium for example chemicals to reduce the NO x content in exhaust gases
  • a carrier medium for example chemicals to reduce the NO x content in exhaust gases
  • the two-component nozzle has the disadvantage that steam or compressed air is supplied as the atomizing medium or carrier medium, as a result of which undesirable dilution of the flue gases by air or steam occurs, which reduces the efficiency of the steam generation or possibly the exhaust gas cleaning system because a large amount is used for the atomization this medium is needed.
  • the atomization in a two-component nozzle is carried out by the kinetic energy of the atomizing medium, which causes the high volume throughput of this medium.
  • these atomizing media are expensive because they always require high amounts of energy and, in the case of steam, treated boiler feed water.
  • the routing of these media down to the individual nozzles is complex, since either heat-insulated pipes in the case of steam or relatively large cross sections have to be used to reduce the pressure loss in the system.
  • the expansion of the media at the nozzle outlet or the media flow in the lines generate a relatively high noise level, which often even makes sound insulation necessary.
  • the atomized liquid is first brought into a distribution chamber, from which several pipes are placed at an angle to the direction of flow of the gas stream, so that the exhaust gas flow to be treated can flow around the outlet openings of these distribution pipes to prevent the atomized liquid from caking at the outlet end of the To avoid pipes.
  • a simple two-substance nozzle in which the atomized liquid exits in the direction of flow of the gas stream to be treated, the atomized liquid can adhere to the outlet opening of the two-substance nozzle due to turbulence.
  • this known two-substance nozzle also has the disadvantage that the metering of the liquid to be atomized is difficult because the tube of the two-substance nozzle has a certain conveying capacity for conveying the liquid to be atomized and this The amount cannot be throttled too much, otherwise the liquid will not atomize evenly.
  • a two-component nozzle in which a medium, for example a suspension by a second medium, for example air, is atomized within a nozzle in an atomization zone, the mixture of the two media, namely from the atomizing medium and the atomizing medium in finely divided form emerges from a common nozzle opening.
  • a diffuser to be arranged downstream of the common outlet opening from the atomization chamber in order to reduce the pressure of the atomized mist so that turbulence and thus the risk of caking on the outside of the nozzle are avoided.
  • Mixtures of the medium to be atomized can be achieved here with the atomizing medium, the energy source for atomization, but here too, as in the embodiment described above according to DE-OS 35 41 599, difficulties exist in metering the medium to be atomized, because the feed pipe of the two-fluid nozzle for conveying the medium to be atomized has a certain conveying capacity and this amount cannot be throttled arbitrarily, because otherwise too little medium gets into the mixing chamber in which this medium is to be atomized.
  • the second medium which introduces the energy to the atomization, cannot be reduced arbitrarily, because otherwise the pressure in the corresponding supply line drops too far, so that atomization no longer takes place.
  • the object of the invention is to provide a method for introducing and metering a liquid treatment medium into the exhaust gas stream in combustion processes, with the aid of which simple and safe metering of the treatment medium to be atomized, and in any quantity, is ensured with little construction effort and with low energy consumption is.
  • the quantitative ratio of treatment medium to carrier medium can be varied as desired in the range from 0 to 100% because the mixing chamber is always filled with a liquid medium and the necessary atomization pressure can always be maintained, regardless of whether there is no treatment medium at all or only treatment medium.
  • the amount of treatment medium to be atomized can be changed simply and quickly by changing the mixing ratio of treatment medium and carrier medium by regulating the quantity of the treatment medium supplied under pressure or set the carrier medium. For example, it is possible to atomize only pure treatment medium and switch off the carrier medium and vice versa. If only the carrier medium is atomized from the nozzle, this serves to cool the nozzle if the carrier medium is, for example, water.
  • the amounts of energy to be used are very low because the media can be brought to the atomization pressure required in each case with simple pumps.
  • the structural outlay for carrying out the method is also particularly low because the atomizing nozzle required for this has a single atomizing opening which is directly connected to the mixing chamber.
  • the atomization takes place exclusively on the basis of the pressure difference between the mixing chamber and the area around the nozzle, this pressure difference being able to be set so high that backflows of the atomized treatment medium and the associated caking on the nozzle cannot occur, as a result of which the injection direction is arbitrary to the flow direction of the exhaust gas stream to be treated can be adjusted.
  • the volume of the mixture is dimensioned such that the atomization lasts a few seconds, a maximum of 30 seconds, then it is ensured that a control process that requires rapid changes in the mixing ratio or a rapid shutdown of the nozzle can be carried out without further ado can because there is only a small amount in the mixing chamber with a respectively set mixing ratio.
  • the atomizing nozzle has a nozzle body 1 which on the one hand has pressure supply lines 2 and 3 and on the other hand a mixing chamber 4 comprises.
  • the pressure supply lines 2 and 3 open into the mixing chamber 4 and are connected at their other ends on the one hand to a supply line 5 for the treatment medium and on the other hand to a supply line 6 for the carrier medium.
  • a nozzle head 8 which can be screwed onto the nozzle body 1 and has a single atomizing bore 9, from which the mixture of carrier medium and treatment medium emerges and due to the prevailing pressure difference inside and outside the atomizing nozzle is atomized.
  • the mixing chamber 4 has only a small volume, so that when the mixing ratio of treatment medium and carrier medium changes, only a small amount of already mixed substances occurs, ie the change can be implemented very quickly if the mixing chamber 4 has a small volume.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozessen.
  • Für das Einbringen eines Behandlungsmediums, beispielsweise Chemikalien zur Reduzierung des NOx-Gehaltes in Abgasen, ist es bekannt, die Chemikalie mittels eines Trägermediums in einer Zweistoffdüse zu zerstäuben und so in den Verbrennungsraum einzuführen. Die Zweistoffdüse weist jedoch den Nachteil auf, daß Dampf oder Druckluft als Zerstäubungsmedium bzw. Trägermedium zugeführt werden, wodurch eine unerwünschte Verdünnung der Rauchgase durch Luft oder Dampf eintritt, was den Wirkungsgrad der Dampferzeugung oder eventuell der Abgasreinigungsanlage schmälert, weil für die Zerstäubung eine große Menge dieses Mediums benötigt wird. Die Zerstäubung in einer Zweistoffdüse erfolgt durch kinetische Energie des Zerstäubungsmediums, was den hohen Mengendurchsatz dieses Mediums bedingt. Außerdem sind diese Zerstäubungsmedien teuer, da sie immer hohe Energiemengen und im Fall der Anwendung von Dampf, aufbereitetes Dampfkesselspeisewasser benötigen. Die Leitungsführung dieser Medien bis hin zu den einzelnen Düsen gestaltet sich aufwendig, da entweder wärmeisolierte Rohre im Falle von Dampf oder relativ große Querschnitte zur Minderung des Druckverlustes im System verwendet werden müssen. Die Expansion der Medien am Düsenaustritt bzw. die Medienströmung in den Leitungen erzeugen einen relativ hohen Geräuschpegel, der häufig sogar Schallisolationen notwendig macht.
  • Aus der DE-OS 35 41 599 ist ein Verfahren und eine Zerstäubungsdüse zum Beimischen einer zerstäubten Flüssigkeit in einen Gasstrom bekannt, bei dem die zerstäubte Flüssigkeit zusammen mit dem Zerstäubungsgas in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, wobei jeder Teilstrom eine Komponente in derselben Richtung wie diejenige des Gasstromes hat, in den die zerstäubte Flüssigkeit eingeführt werden soll. Bei diesem Verfahren wird mittels einer Zweistoffdüse, die zwei konzentrische Rohre aufweist, im Innenrohr die zu zerstäubende Flüssigkeit und im Außenrohr das Zerstäubungsgas geführt, welches an der Mündung des Innenrohres die Flüssigkeit zerstäubt. Dabei wird die zerstäubte Flüssigkeit zunächst in eine Verteilerkammer gebracht, von der aus mehrere Rohre schräg zur Strömungsrichtung des Gasstromes angestellt sind, damit die Austrittsöffnungen dieser Verteilerrohre von dem zu behandelnden Abgasstrom an allen Seiten umströmt werden können, um ein Anbacken der zerstäubten Flüssigkeit am Austrittsende der Rohre zu vermeiden. Bei einer einfachen Zweistoffdüse, bei der die zerstäubte Flüssigkeit in Strömungsrichtung des zu behandelnden Gasstromes austritt, kann sich die zerstäubte Flüssigkeit aufgrund von Turbulenzen an der Austrittsöffnung der Zweistoffdüse an dieser festsetzen. Neben den bereits in bezug auf eine Zweistoffdüse weiter oben erläuterten Nachteilen, hat diese bekannte Zweistoffdüse auch noch den Nachteil, daß die Dosierung der zu zerstäubenden Flüssigkeit Schwierigkeiten bereitet, weil das Rohr der Zweistoffdüse für die Förderung der zu zerstäubenden Flüssigkeit eine bestimmte Förderkapazität aufweist und diese Menge nicht zu stark gedrosselt werden kann, weil sonst keine gleichmäßige Zerstäubung der Flüssigkeit eintritt.
  • Aus der EP-A-185 630 ist eine Zweistoffdüse bekannt, bei der ein Medium, z.B. eine Suspension durch ein zweites Medium, z.B. Luft, innerhalb einer Düse in einer Zerstäubungszone zerstäubt wird, wobei das Gemisch aus den beiden Medien, nämlich aus dem zu zerstäubenden Medium und dem Zerstäubermedium in fein verteilter Form aus einer gemeinsamen Düsenöffnung austritt. Zur Vermeidung von Anbackungen an der Düse ist auch vorgesehen, der gemeinsamen Austrittsöffnung aus der Zerstäubungskammer einen Diffusor nachzuordnen, um einen Druckabbau des zerstäubten Nebels zu erzielen, damit Turbulenzen und damit die Gefahr von Anbackungen an der Außenseite der Düse vermieden werden.
  • Zwar lassen sich hier Mischungen des zu zerstäubenden Mediums mit dem Zerstäubermedium, dem Energieträger für die Zerstäubung, erzielen, doch sind auch hier wie in der weiter oben beschriebenen Ausgestaltung nach der DE-OS 35 41 599 Schwierigkeiten bei der Dosierung des zu zerstäubenden Mediums vorhanden, weil das Zuführungsrohr der Zweistoffdüse für die Förderung des zu zerstäubenden Mediums eine bestimmte Förderkapazität aufweist und diese Menge nicht beliebig gedrosselt werden kann, weil sonst zu wenig Medium in die Mischkammer gelangt, in der dieses Medium zerstäubt werden soll. Andererseits kann das zweite Medium, welches die Energie zu der Zerstäubung einführt, nicht beliebig verringert werden, weil sonst der Druck in der entsprechenden Zuführungsleitung zu weit abfällt, so daß keine Zerstäubung mehr stattfindet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozessen anzugeben, mit dessen Hilfe bei geringem baulichen Aufwand und bei geringem Energieeinsatz eine einfache und sichere Dosierung des zu zerstäubenden Behandlungsmediums und zwar in jeder beliebigen Menge, gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Bei diesem Verfahren, bei dem die beiden Medien unter Druck, vorzugsweise unter gleichem Druck eingeführt und dort vermischt werden, kann das Mengenverhältnis von Behandlungsmedium zu Trägermedium im Bereich von 0 bis 100 % beliebig variiert werden, weil die Mischkammer stets mit einem flüssigen Medium gefüllt ist und der notwendige Zerstäubungsdruck stets gleichbleibend aufrechterhalten werden kann, und zwar unabhängig davon, ob überhaupt kein Behandlungsmedium oder ausschließlich nur Behandlungsmedium vorliegt. Hierdurch ist eine stufenlose Regelung des Verhältnisses von Behandlungsmedium zu Zerstäubungsmedium möglich. Die Menge des zu zerstäubenden Behandlungsmediums läßt sich durch die Veränderung des Mischungsverhältnisses von Behandlungsmedium und Trägermedium einfach und schnell durch eine jeweile Mengenregelung des unter Druck zugeführten Behandlungsmedium bzw. Trägermediums einstellen. So ist es beispielsweise möglich, nur reines Behandlungsmedium zu zerstäuben und das Trägermedium abzuschalten und umgekehrt. Wird nur Trägermedium aus der Düse zerstäubt, so dient dieses zur Kühlung der Düse, wenn es sich beim Trägermedium beispielsweise um Wasser handelt.
  • Die einzusetzenden Energiemengen sind sehr gering, weil mit einfachen Pumpen die Medien auf den jeweils notwendigen Zerstäubungsdruck gebracht werden können. Außerdem entstehen keine nennenswerte Geräusche durch die Strömung der Medien in den Leitungen, die weder wärmeisoliert noch Schallisoliert werden müssen, so daß der bauliche Aufwand für die Gesamtvorrichtung gering ist. Der bauliche Aufwand zur Durchführung des Verfahrens ist auch deshalb besonders gering, weil die hierfür notwendige Zerstäubungsdüse eine einzige Zerstäubungsöffnung aufweist, die sich unmittelbar an die Mischkammer anschließt. Die Zerstäubung erfolgt ausschließlich aufgrund des Druckunterschiedes zwischen Mischkammer und Umgebung der Düse, wobei diese Druckdifferenz so hoch eingestellt werden kann, daß Rückströmungen des zerstäubten Behandlungsmediums und die damit verbundenen Anbackungen an der Düse nicht auftreten können, wodurch die Eindüsrichtung beliebig zur Strömungsrichtung des zu behandelnden Abgasstromes eingestellt werden kann.
  • Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Volumen des Gemisches so bemessen ist, daß die Zerstäubung wenige Sekunden, maximal 30 Sekunden dauert, dann ist sichergestellt, daß ein Regelvorgang, der schnelle Änderungen des Mischungsverhältnisses oder ein rasches Abschalten der Düse erfordert, ohne weiteres durchgeführt werden kann, weil nur eine geringe Menge mit einem jeweils eingestellten Mischungsverhältnis in der Mischkammer vorhanden ist.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer Zerstäubungsdüse im Längsschnitt zur Durchführung des Verfahrens zeigt.
  • Die Zerstäubungsdüse gemäß der einzigen Figur weist einen Düsenkörper 1 auf, der einerseits Druckzuführungsleitungen 2 und 3 und andererseits eine Mischkammer 4 umfaßt. Die Druckzuführungsleitungen 2 und 3 münden in die Mischkammer 4 und sind an ihren anderen Enden einerseits mit einer Zuführungsleitung 5 für das Behandlungsmedium und andererseits mit einer Zuführungsleitung 6 für das Trägermedium verbunden. Unmittelbar im Anschluß an die Mischkammer 4, in der das Trägermedium und das Behandlungsmedium miteinander vermischt werden, schließt sich ein auf den Düsenkörper 1 aufschraubbarer Düsenkopf 8 an, der eine einzige Zerstäubungsbohrung 9 aufweist, aus der das Gemisch aus Trägermedium und Behandlungsmedium austritt und aufgrund des herrschenden Druckunterschiedes innerhalb und außerhalb der Zerstäubungsdüse fein zerstäubt wird. Die Mischkammer 4 weist nur ein geringes Volumen auf, so daß bei einer Änderung des Mischungsverhältnisses von Behandlungsmedium und Trägermedium ein nur geringer Nachlauf an bereits gemischten Substanzen eintritt, d.h. die Änderung kann sehr schnell umgesetzt werden, wenn die Mischkammer 4 ein geringes Volumen aufweist.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines Müssigen Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozessen, wobei ein Müssiges Behandlungsmedium und ein Müssiges Trägermedium in beliebigem Mengenverhältnis zueinander unter Druck in eine Mischkammer eingeführt, dort gemischt und aus einer gemeinsamen Zerstäubungsöffnung ausschließlich aufgrund der Druckdifferenzen zwischen Mischkammer und äußeren Umgebung der Zerstäubungsöffnung zerstäubt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Gemisches so bemessen ist, daß die Zerstäubung wenige Sekunden, maximal 30 Sekunden, dauert.
EP90120347A 1989-10-24 1990-10-23 Verfahren zum Einbringen und Dosieren eines flüssigen Behandlungsmediums bei Verbrennungsprozessen Expired - Lifetime EP0424895B1 (de)

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