EP1081434A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer rotierenden Strömung - Google Patents

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EP1081434A1
EP1081434A1 EP00117240A EP00117240A EP1081434A1 EP 1081434 A1 EP1081434 A1 EP 1081434A1 EP 00117240 A EP00117240 A EP 00117240A EP 00117240 A EP00117240 A EP 00117240A EP 1081434 A1 EP1081434 A1 EP 1081434A1
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EP
European Patent Office
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nozzles
wall
opposite
walls
flow channel
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EP00117240A
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French (fr)
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EP1081434B2 (de
EP1081434B1 (de
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Erich Vogler
Peter Straub
Gérard CAPITAINE
Jean-Pierre Budliger
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Kanadevia Inova AG
Original Assignee
Von Roll Umwelttechnik AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/44—Details; Accessories
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • F23L9/02—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel  by discharging the air above the fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2202/00—Combustion
    • F23G2202/10—Combustion in two or more stages
    • F23G2202/106—Combustion in two or more stages with recirculation of unburned solid or gaseous matter into combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07002—Injecting inert gas, other than steam or evaporated water, into the combustion chambers

Definitions

  • the invention relates to a device for generating a rotating flow in a flow channel, the a flue gas exhaust from an incinerator, in particular a waste incineration plant, according to the Preamble of claim 1.
  • Such devices are used to by means of injected the composition of the media by the Removed flow channel of an incinerator Flue gas mixture and its temperature as well as its Regulate dwell time.
  • composition, Temperature and dwell time are not only regulated but pre-set everything be evened out. That way optimal afterburning of the flue gas mixture guaranteed and can achieve the desired, low Emission values are observed. For this is one complete mixing of the flue gas mixture necessary. By generating rotating currents in the flow channel with the help of devices corresponding nozzle arrangements are tried to achieve complete mixing.
  • a generic device is for example from US-A-5 252 298.
  • the arranged in one level Nozzles are tangent to one in the middle of the Flow channel imaginary circular line aligned so that a rotating flow is generated in the flow channel.
  • the flow rate by means of each other in the flow channel controlled opposite arranged nozzles in such a way that at least two oppositely rotating currents in the Flow channel arise.
  • the problem with these known rotating currents is that in the middle the flow creates an almost vortex-free eye, so that no complete mixing and therefore no uniform composition, temperature distribution and Retention time is obtained.
  • the object of the present invention is therefore a to provide economical device with which is a complete mixing of flue gas mixtures is obtained in the flow channel of an incinerator. This task is accomplished by a device according to the features of claim 1.
  • first nozzles according to claim 1 Due to the special arrangement of first nozzles according to claim 1 in an injection plane in at least one first wall section per wall, which is obliquely opposite the at least one first wall section of the opposite wall, and by the alignment of the first nozzles in the injection plane in such a way that that in the injection plane lying angle between the wall and an injected jet is at least approximately 90 °, on the one hand a rotating flow is generated in the flow channel and on the other hand very good mixing of the flue gas mixture is achieved.
  • diagonally opposite means that the first wall sections for swirling the flowing material in the projection, for example in the direction of the jet flowing in through the first nozzles, do not overlap or only partially overlap.
  • first nozzles are distributed over first wall sections with a length l of 50% and more ensures that jets of injected media reach the center of the flow channel by the sum L of the lengths of the first wall sections of a wall being at least approximately 40% up to 80% of the total wall width b, ie by First nozzles extend only over a portion of the width b of the wall, material and assembly costs for the nozzles are saved, while the efficiency of the mixing is maintained.
  • Injection level in addition to the first nozzles in one second wall section at an angle ⁇ with respect to first nozzles and obliquely towards the center of the Flow channel aligned second nozzles provided, which further improves the mixing.
  • first and special ones per wall preferably also a plurality of second wall sections with first ones or second nozzles provided so that vortex areas with counter-rotating vortices are generated, which the Mixing improved even further.
  • each of the second nozzles can have one Injection component a different angle ⁇ compared to Have spraying plane or spray all second nozzles with a injection component into the same by the angle ⁇ plane tilted in relation to the injection plane in the Flow channel. That is how the rays are these nozzles are adjustable so that they are helical flow into each other.
  • first Nozzles arranged in a first wall section.
  • first wall sections there are the first wall sections in the circumferential direction against the rotating flow at the beginning of each Wall so that it is from the first wall section of the adjacent wall are spaced and not each other touch.
  • This distribution of the first wall sections and their length of more than 0.5b can be a very good one generate rotating flow and by injecting all four sides to the center of the flow channel optimal mixing of the flue gas mixture to reach.
  • the nozzles on all four walls can also in two parallel to each other in the direction of flow spaced injection levels may be arranged, each other opposing nozzles are arranged in one plane.
  • Fresh secondary air and / or are advantageous recirculated flue gas injected are advantageous recirculated flue gas injected. If fresh Secondary air and recirculated flue gas are injected, annular gap nozzles are preferably provided. There is the core jet of the annular gap nozzles from recirculated Flue gas and the ring jet from fresh secondary air.
  • a control system with which is particularly advantageous Help the throughput of the media to be sprayed at least for opposite walls arranged nozzles can be controlled independently.
  • 1a to 4a are of a waste incineration plant each a section of a flue gas outlet 10 and a combustion chamber 12 and a transition area 20 between Combustion chamber 12 and flue gas outlet 10 with a flame blanket 14 shown in section along the flue gas outlet 10.
  • Flue gas mixtures is a rectangular flow channel 18 provided that the transition region 20 from the Combustion chamber 12 for the flue gas outlet 10 and the flue gas outlet 10 includes.
  • the basic flow direction of the Flue gas mixture is indicated by an arrow 16.
  • 1b to 4b are cross-sections to Flow channel 18 shown in the area of an injection plane 22, in which nozzle 24 for injecting sprayable media are arranged.
  • the nozzles 24 and their orientation are in all representations represented by arrows.
  • the direction of waste flow is indicated by an arrow 9.
  • All of the embodiments shown in FIGS. 1 a to 4 b have first wall sections 28 with a length l 1 of at least approximately 40% to 80% of the wall width b of a wall 26 on at least two walls 26 lying opposite one another.
  • the first wall sections 28 lie with the central longitudinal axis 32 of the flow channel 18 as a symmetrical axis of symmetry with respect to one another and are delimited on one side by the adjacent wall 26.
  • First nozzles 24a are arranged in a row in an injection plane 22 in the first wall sections 28, which are opposite one another in a point-symmetrical manner.
  • the first nozzles 24a are aligned in the injection plane 22 so that they inject into it, the angle ⁇ lying in the injection plane between the injected jet 30 and the wall 26 being approximately 90 °. This arrangement of nozzles 24 enables thorough mixing of the flue gas mixture which is excited to rotate in the flow channel 18 and flows in the direction 16.
  • the injection plane 22 lies in the area of the flame blanket 14, which is arranged in the transition area 20 between the flue gas outlet 10 and the combustion chamber 12.
  • the flame blanket 14 is either itself penetrated by nozzles 24, as shown in all four examples, and / or it is via nozzles 24a ', 24b'', which are arranged in walls (26) laterally below the flame blanket (14), with sprayable media 2 to 4, as shown in FIGS. 2 to 4. In this way, the flame blanket 14 can be cooled by the injected media.
  • first wall sections 28 with a length l 1 of approximately 40% to 50% of the wall width b are provided on two mutually opposite walls 26.
  • second wall section 34 of length l 2 in addition to the row of the first nozzles 24a in the first wall section 28, there are second nozzles 24b which are oriented at an angle ⁇ with respect to the first nozzles 24a obliquely towards the center of the flow channel 18 represented by the central longitudinal axis 32 are.
  • the angle ⁇ is about 25 ° in this example, but it can be between 20 ° and 50 °.
  • the lengths l 1 and l 2 of the two wall sections 28, 34 add up to the entire wall width b in this example, but this need not necessarily be the case.
  • the second nozzles 24b are aligned in a common plane 36 which is tilted by the angle ⁇ relative to the injection plane 22.
  • the angle ⁇ is about 10 ° in this example, but can vary and be between 5 ° and 15 °.
  • the second nozzles 24b are aligned in such a way that the jets 30 generated by them flow helically into one another.
  • the second nozzles 24b can also be tilted with individual angles ⁇ relative to the injection plane 22.
  • FIGS. 2a to 2c An embodiment is shown in which on all four walls 26 of the Flow channel 18 first nozzles 24a in a first Wall section 28 and second nozzles 24b in a second Wall section 34 analogous to that in FIGS. 1a and 1b illustrated embodiment are arranged.
  • the first Wall sections 28 are opposed in the circumferential direction of the rotating flow at the beginning of a wall 26 arranged.
  • the nozzles 24a, 24b and 24a ', 24a' ', 24b', 24b '' are parallel in two, in the direction of flow spaced-apart injection planes 22 and 22 * arranged, with nozzles 24 on opposite one another Walls 26 in a common injection plane 22, 22 * are arranged.
  • the distance d between the injection planes 22, 22 * can be between 0.4m and 3m.
  • first wall sections 28 with first nozzles 24a are arranged in a single injection plane 22 on all four walls 26 of the flow channel 18.
  • the length l 1 of the first wall sections 28 is well above 0.5b, preferably 0.55b to 0.75b.
  • the rest of each wall 26 remaining over the entire wall width b is free of nozzles 24.
  • This arrangement and alignment of the first nozzles 24a make it possible to jet 30 into the center of the generated rotating flow, so that a complete mixing of the flue gas mixture takes place .
  • the nozzles 24a instead of in one single injection level 22 (see. Fig. 3a, 3b) in two to arrange parallel injection planes 22 and 22 * as shown in Figures 4a, 4b.
  • All nozzles are designed so that media to be injected with a pressure of 500 Pa to 5000 Pa can be injected.
  • annular gap nozzle 24 * is shown as it for example for injecting fresh secondary air and recirculated flue gas is provided.
  • first feed line 40 for supplying a first Medium, in this case recirculated flue gas, into one trained as a core nozzle 42 and a core jet producing nozzle part and a second feed line 44 for the supply of a second medium, in this case fresh secondary air, in an annular gap 46 trained and producing a ring beam Nozzle part.
  • a control system 48 Via a control system 48, as shown in FIG. 6 for Annular gap nozzles 24 * is shown, the different conditions as they are on different Sides of the flow channel 18 can prevail, better Be taken into account.
  • the throughputs of the Media to be injected are via the control system 48 and the valves 54 in the example shown for the regarding Waste flow 9 upstream half 52 and the Half 50 of the flow channel 18 located downstream independently controllable.
  • nozzles 24 for secondary air and nozzles 24 for recirculated flue gas are preferably provided. These nozzles 24 can either be arranged mixed in a row next to one another or also in two rows one above the other, so that there is a separate injection plane 22 for each nozzle type 24. If annular gap nozzles 24 * are provided, the core jet consists of flue gas and the ring jet consists of secondary air, as described for FIG. 5.
  • the device also in incinerators and Use waste incineration plants where the Transition area 20 between combustion chamber 12 and Flue gas discharge 10 characterized by a constriction is.
  • Further injection levels 22 can also be located deeper in the Combustion chamber 12 or further up in the flue gas outlet 10 be provided.
  • flue gas and Secondary air can also use other media such as water vapor Activated carbon, hearth coke (HOK), waste z. B. in the frame a recycling of residues, fuels etc. injected become.
  • the device can be used.
  • In the same Direction of rotation like the first nozzles 24a can burners 2m to 3m above the injection level 22 at two each other opposite walls 26 may be arranged.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the device according to the invention, in which two vortices 60 ', 61' rotating in opposite directions are generated.
  • the device emerges from the device shown in FIG. 2b by reflection on the lower wall 26, ie the first and second nozzles shown there are doubled.
  • the walls 26 of the device each have two first wall sections 28a1 and 28a2 or 28b1 and 28b2 with first nozzles 24a.
  • the first nozzles 24a of the first wall sections 28a2, 28b2 in the lower half of the cross section are arranged obliquely opposite one another and produce a clockwise rotating vortex 61 '. This is reinforced by the second nozzles 24b of the second wall areas 34a2, 34b2.
  • the second nozzles 24b radiate in a direction which is offset by +/- ⁇ from the jet direction of the first nozzles.
  • These second wall areas 34a2, 34b2 are also diagonally opposite one another.
  • the wall areas in the lower half of the cross section shown define a first swirl area 61.
  • a second swirl area 60 is defined by the first and second wall sections 28a1, 28b1, 34a1, 34b1 in the upper part of FIG.
  • the second vortex 60 'there rotates counterclockwise.
  • the first wall sections 28a1, 28a2, 28b1, 28b2 each have a length l 1 .
  • the first wall sections 28a1 and 28b1 (second vertebra 60 ') or 28a2 and 28b2 (second vertebra 61') lying diagonally opposite one another determine the direction of rotation of the vertebra 60 ', 61'.
  • the second nozzles 24b then jet in such a way that they intensify the rotation, ie tangentially in the direction of rotation to an imaginary circle around the center of the vortex 60 'or 61'.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Erzeugung einer rotierenden Strömung in einem rechteckigen Strömungskanal (18), der einen Rauchgasabzug (10) einer Verbrennungsanlage, insbesondere einer Müllverbrennungsanlage, und einen Übergangsbereich (20) von einer Brennkammer (12) der Verbrennungsanlage zum Rauchgasabzug (10) umfasst, weist an zwei einander gegenüberliegenden, den Strömungskanal (18) begrenzenden Wänden (26) mit Wandbreite b erste Wandabschnitte mit einer Länge l1 von wenigstens annähernd 0.4b < l < 0.8b auf. Diese ersten Wandabschnitte liegen mit der Mittellängsachse des Strömungskanals (18) als Symmetrieachse einander punktsymmetrisch gegenüber und sind auf der einen Seite durch die benachbarte Wand (26') begrenzt. In den ersten Wandabschnitten sind in einer Eindüsebene (22) in einer Reihe erste Düsen (24a) für verdüsbare Medien derart ausgerichtet, dass sie in die Eindüsebene (22) eindüsen, wobei der in der Eindüsebene (22) liegende Winkel zwischen der Wand (26) und einem eingedüsten Strahl wenigstens annähernd 90° beträgt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer rotierenden Strömung in einem Strömungskanal, der einen Rauchgasabzug einer Verbrennungsanlage, insbesondere einer Müllverbrennungsanlage, umfasst, gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Vorrichtungen werden eingesetzt, um mittels der eingedüsten Medien die Zusammensetzung des durch den Strömungskanal einer Verbrennungsanlage abtransportierten Rauchgasgemisches und dessen Temperatur sowie dessen Verweilzeit zu regulieren. Jedoch sollen Zusammensetzung, Temperatur und Verweilzeit nicht nur reguliert sondern vor allem auch vergleichmässigt werden. Auf diese Weise kann eine optimale Nachverbrennung des Rauchgasgemisches gewährleistet und können die angestrebten, geringen Emmisionswerte eingehalten werden. Hierfür ist eine vollständige Durchmischung des Rauchgasgemisches notwendig. Durch die Erzeugung von rotierenden Strömungen im Strömungskanal mit Hilfe von Vorrichtungen mit entsprechenden Düsenanordnungen versucht man diese vollständige Durchmischung zu erreichen.
Eine gattungsgemässe Vorrichtung ist beispielsweise aus US-A-5 252 298 bekannt. Die in einer Ebene angeordneten Düsen sind tangential auf eine in der Mitte des Strömungskanals gedachte Kreislinie ausgerichtet, so dass im Strömungskanal eine rotierende Strömung erzeugt wird. Bei einer aus DE-A-19 648 639 bekannten Vorrichtung, wird die Durchsatzmenge mittels im Strömungskanal einander gegenüber angeordneten Düsen derart gesteuert, dass wenigstens zwei entgegengesetzt rotierende Strömungen im Strömungskanal entstehen. Das Problem bei diesen bekannten rotierenden Strömungen besteht darin, dass in der Mitte der Strömung ein nahezu wirbelfreies Auge entsteht, so dass keine vollständige Durchmischung und damit keine gleichmässige Zusammensetzung, Temperaturverteilung und Verweilzeit erhalten wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine wirtschaftliche Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der eine vollständige Durchmischung von Rauchgasgemischen im Strömungskanal einer Verbrennungsanlage erhalten wird. Diese Aufgabe wird erfüllt durch eine Vorrichtung gemäss den Merkmalen des Anspruches 1.
Durch die spezielle Anordnung von ersten Düsen gemäss Anspruch 1 in einer Eindüsebene in wenigstens einem ersten Wandabschnitt pro Wand, der dem wenigstens einen ersten Wandabschnitt der gegenüberliegenden Wand schräg gegenüberliegt, und durch die Ausrichtung der ersten Düsen derart in die Eindüsebene, dass der in der Eindüsebene liegende Winkel zwischen der Wand und einem eingedüsten Strahl wenigstens annähernd 90° beträgt, wird zum einen eine rotierende Strömung im Strömungskanal erzeugt und zum anderen eine sehr gute Durchmischung des Rauchgasgemisches erreicht. Mit
Figure 00020001
schräg gegenüberliegend" ist dabei gemeint, dass sich die ersten Wandabschnitte zur Verwirbelung des strömenden Materials in der Projektion etwa in Richtung des durch die ersten Düsen einströmenden Strahls nicht oder nur teilweise seitlich überlappen. Insbesondere bei einer Verteilung erster Düsen auf ersten Wandabschnitten mit einer Länge l von 50% und mehr wird sichergestellt, dass Strahlen eingedüster Medien bis ins Zentrum des Strömungskanals gelangen. Indem die Summe L der Längen der ersten Wandabschnitte einer Wand von wenigstens annähernd 40% bis hin zu 80% der gesamten Wandbreite b beträgt, d.h. indem sich die ersten Düsen nur über einen Teilbereich der Breite b der Wand erstrecken, werden Material- und Montagekosten für die Düsen gespart, wobei die Effizienz der Durchmischung gewahrt ist.
In einer speziellen Ausführungsform sind in der Eindüsebene zusätzlich zu den ersten Düsen in einem zweiten Wandabschnitt in einem Winkel β gegenüber den ersten Düsen und schräg gegen das Zentrum des Strömungskanals ausgerichtete, zweite Düsen vorgesehen, was die Durchmischung weiter verbessert.
Vorzugsweise sind je Wand mehrere erste und besonders bevorzugt auch mehrere zweite Wandabschnitte mit ersten bzw. zweiten Düsen vorgesehen, so dass Wirbelbereiche mit gegenläufig rotierenden Wirbeln erzeugt werden, was die Durchmischung noch weiter verbessert.
Besonders vorteilhaft ist es, die zweiten Düsen in einem Winkel α gegenüber der Eindüsebene mit einer Eindüskomponente in Richtung stromabwärts auszurichten. Dabei kann jede der zweiten Düsen mit einer Eindüskomponente einen anderen Winkel α gegenüber der Eindüsebene aufweisen oder aber alle zweiten Düsen düsen mit einer Eindüskomponente in die selbe um den Winkel α gegenüber der Eindüsebene verkippte Ebene in den Strömungskanal ein. Auf diese Weise sind die Strahlen dieser Düsen so einstellbar, dass sie schraubenförmig ineianderfliessen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind an allen vier den Strömungskanal begrenzenden Wänden erste Düsen in einem ersten Wandabschnitt angeordnet. Dabei liegen die ersten Wandabschnitte in Umfangsrichtung entgegen der rotierenden Strömung jeweils am Beginn einer Wand, so dass sie vom ersten Wandabschnitt der benachbarten Wand beabstandet sind und einander nicht berühren. Durch diese Verteilung der ersten Wandabschnitte und ihre Länge von mehr als 0,5b lässt sich eine sehr gute rotierende Strömung erzeugen und durch das Eindüsen von allen vier Seiten bis in das Zentrum des Strömungskanals eine optimale Durchmischung des Rauchgasgemisches erreichen.
Besonders vorteilhaft ist es, die Düsen aller vier Wände in einer Eindüsebene anzuordnen. Die Düsen können aber auch in zwei parallelen in Strömungsrichtung voneinander beabstandeten Eindüsebenen angeordnet sein, wobei einander gegenüberliegende Düsen in einer Ebene angeordnet sind.
Idealerweise sind einander punktsymmetrisch gegenüberliegende Wandabschnitte gleich lang.
Mit Vorteil werden frische Sekundärluft und/oder rezirkuliertes Rauchgas eingedüst. Wenn frische Sekundärluft und rezirkuliertes Rauchgas eingedüst werden, sind vorzugsweise Ringspaltdüsen vorgesehen. Dabei besteht der Kernstrahl der Ringspaltdüsen aus rezirkuliertem Rauchgas und der Ringstrahl aus frischer Sekundärluft.
Besonders vorteilhaft ist ein Steuerungssystem, mit dessen Hilfe die Durchsatzmenge der zu verdüsenden Medien zumindest für an einander gegenüberliegenden Wänden angeordneten Düsen unabhängig voneinander steuerbar ist.
Wird wenigstens eine Eindüsebene im Bereich einer im Übergangsbereich zwischen einer Brennkammer und dem Rauchgasabzug gelegenen Flammdecke der Verbrennungsanlage angeordnet, so wird durch das Eindüsen der zu verdüsenden Medien neben der Durchmischung und Regulierung des Rauchgasgemisches ein Kühlen der einer sehr hohen thermischen Belastung ausgesetzten Flammdecke erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind Gegenstand weiterer abhängiger Ansprüche.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger ausgewählter Beispiele, näher erläutert. Die Fig. 1 bis 6 zeigen rein schematisch:
Fig. 1a, b
eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit an zwei einander gegenüberliegenden Wänden eines rechteckigen Strömungskanals angeordneten ersten Düsen und zweiten Düsen, wobei Fig. 1a den Schnitt längs des Strömungskanals und Fig. 1b einen Schnitt quer zum Strömungskanal zeigt;
Fig. 2a, b, c
eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Anordnung der Düsen analog derjenigen aus den Fig. 1a und 1b, wobei jedoch an den anderen zwei Wänden des rechteckigen Strömungskanals ebenfalls Düsen angeordnet sind und zwar in einer zweiten, zur ersten Eindüsebene in Strömungsrichtung beabstandeten, parallelen Eindüsebene und die Darstellung in Fig. 2a analog zu der aus Fig. 1a und die Darstellungen in den Fig. 2b und 2c analog derjenigen aus 1b sind.;
Fig. 3a, b
eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung mit ersten Düsen an allen vier Wänden des rechteckigen Strömungskanals in einer Eindüsebene mit Darstellung analog den Fig. 1a und 1b;
Fig. 4a, b,
eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung mit ersten Düsen an allen vier Wänden des rechteckigen Strömungskanals, wobei die Düsen in zwei voneinander in Strömungsrichtung beabstandete, parallelen Eindüsebenen verteilt sind und zwar jeweils einander gegenüberliegende erste Düsen in einer Eindüsebene und mit Darstellung analog den Fig. 1a und 1b;
Fig. 5
ein Beispiel für eine Ringspaltdüse;
Fig. 6
ein Steuerungssystem für die getrennte Steuerung der Durchsatzmenge für an verschiedenen Wänden angeordnete Düsen;
Fig. 7
eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung von wenigstens zwei gegenläufig rotierenden Wirbeln.
In den Fig. 1a bis 4a sind von einer Müllverbrennungsanlage jeweils ein Abschnitt eines Rauchgasabzuges 10 sowie eine Brennkammer 12 und ein Übergangsbereich 20 zwischen Brennkammer 12 und Rauchgasabzug 10 mit einer Flammdecke 14 im Schnitt längs des Rauchgasabzuges 10 dargestellt. Für den Abzug von bei der Verbrennung entstehenden Rauchgasgemischen ist ein rechteckiger Strömungskanal 18 vorgesehen, der den Übergangsbereich 20 von der Brennkammer 12 zum Rauchgasabzug 10 und den Rauchgasabzug 10 umfasst. Die prinzipielle Strömungsrichtung des Rauchgasgemisches ist durch einen Pfeil 16 gekennzeichnet. In den Fig. 1b bis 4b sind jeweils Schnitte quer zum Strömungskanal 18 im Bereich einer Eindüsebene 22 gezeigt, in welcher Düsen 24 zum eindüsen verdüsbarer Medien angeordnet sind. Die Düsen 24 und ihre Ausrichtung sind in allen Darstellungen durch Pfeile dargestellt. Die Müllflussrichtung ist durch einen Pfeil 9 gekennzeichnet.
Alle in den Fig. 1a bis 4b gezeigten Ausführungsformen weisen an wenigstens zwei einander gegenüberliegen Wänden 26 erste Wandabschnitte 28 mit einer Länge l1 von wenigstens annähernd 40% bis 80% der Wandbreite b einer Wand 26 auf. Die ersten Wandabschnitte 28 liegen mit der Mittellängsachse 32 des Strömungskanals 18 als geometrischer Symmetrieachse einander jeweils punktsymmetrisch gegenüber und werden auf einer Seite durch die benachbarte Wand 26 begrenzt. In den ersten, einander punktsymmetrisch gegenüberliegenden Wandabschnitten 28 sind in einer Reihe erste Düsen 24a in einer Eindüsebene 22 angeordnet. Die ersten Düsen 24a sind in die Eindüsebene 22 ausgerichtet, so dass sie in diese eindüsen, wobei der in der Eindüsebene liegende Winkel γ zwischen eingedüstem Strahl 30 und Wand 26 etwa 90° beträgt. Diese Anordnung von Düsen 24 ermöglicht eine gute Durchmischung des im Strömungskanal 18 zur Rotation angeregten und in Richtung 16 strömenden Rauchgasgemisches.
Die Eindüsebene 22 liegt in allen Beispielen im Bereich der Flammdecke 14, welche im Übergangsbereich 20 zwischen Rauchgasabzug 10 und Brennkammer 12 angeordnet ist. Die Flammdecke 14 ist entweder selbst von Düsen 24 durchsetzt, wie dies in allen vier Beispielen gezeigt ist, und/oder sie wird über Düsen 24a', 24b'', welche in Wänden (26) seitlich unterhalb der Flammdecke (14) angeordnet sind, mit verdüsbaren Medien unterspült", wie dies in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist. Auf diese Weise ist die Flammdecke 14 durch die eingedüsten Medien kühlbar.
In den Fig. 1a und 1b ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der an zwei einander gegenüberliegenden Wänden 26 erste Wandabschnitte 28 mit einer Länge l1 von etwa 40% bis 50% der Wandbreite b vorgesehen sind. In einem zweiten Wandabschnitt 34 mit Länge l2 liegen, die Reihe der ersten Düsen 24a im ersten Wandabschnitt 28 ergänzend, zweite Düsen 24b, die mit einem Winkel β bezüglich der ersten Düsen 24a schräg gegen das durch die Mittellängsachse 32 repräsentierte Zentrum des Strömungskanals 18 ausgerichtet sind. Der Winkel β beträgt in diesem Beispiel etwa 25°, er kann aber zwischen 20° und 50° betragen. Die Längen l1 und l2 der beiden Wandabschnitte 28, 34 ergänzen sich in diesem Beispiel zur gesamten Wandbreite b, was jedoch nicht zwingend so sein muss. Gegenüber der Eindüsebene 22 sind die zweiten Düsen 24b in eine gemeinsame Ebene 36 ausgerichtet, die um den Winkel α gegenüber der Eindüsebene 22 verkippt ist. Der Winkel α liegt in diesem Beispiel bei etwa 10°, kann aber variieren und zwischen 5° und 15° betragen. Die zweiten Düsen 24b sind so ausgerichtet, dass die durch sie erzeugten Strahlen 30 schraubenförmig ineinanderfliessen. Anstelle in eine gemeinsame Ebene 36 können die zweiten Düsen 24b auch mit individuellen Winkeln α gegenüber der Eindüsebene 22 verkippt ausgerichtet sein.
In den Fig. 2a bis 2c ist eine Ausführungsform dargestellt, in der an allen vier Wänden 26 des Strömungskanals 18 erste Düsen 24a in einem ersten Wandabschnitt 28 und zweite Düsen 24b in einem zweiten Wandabschnitt 34 analog zu der in den Fig. 1a und 1b dargestellten Ausführungsform angeordnet sind. Die ersten Wandabschnitte 28 sind dabei in Umfangsrichtung entgegen der rotierenden Strömung jeweils am Beginn einer Wand 26 angeordnet. Die Düsen 24a, 24b bzw. 24a', 24a'', 24b', 24b'' sind in zwei parallelen, in Strömungsrichtung voneinander beabstandeten Eindüsebenen 22 bzw. 22* angeordnet, wobei Düsen 24 an einander gegenüberliegenden Wänden 26 in einer gemeinsamen Eindüsebene 22, 22* angeordnet sind. Der Abstand d zwischen den Eindüsebenen 22, 22* kann zwischen 0.4m und 3m betragen.
In dem in Fig. 3a, 3b gezeigten Beispiel sind in einer einzigen Eindüsebene 22 an allen vier Wänden 26 des Strömungskanals 18 erste Wandabschnitte 28 mit ersten Düsen 24a angeordnet. Die Länge l1 der ersten Wandabschnitte 28 liegt deutlich über 0.5b, vorzugsweise bei 0.55b bis 0.75b. Der auf die gesamte Wandbreite b verbleibende Rest jeder Wand 26 ist frei von Düsen 24. Durch diese Anordnung und Ausrichtung der ersten Düsen 24a ist es möglich Strahlen 30 bis in das Zentrum der erzeugten rotierenden Strömung zu düsen, so dass eine vollständige Durchmischung des Rauchgasgemisches stattfindet.
Je nach Ausbildung des Strömungskanals 18 und der Ausgestaltung der Wände 26 kann es nötig sein, sei es für eine Optimierung der Strömung oder auch weil die vier Wände 26 nicht in einer einzigen Ebene mit Düsen 24a ausgerüstet werden können, die Düsen 24a statt in einer einzigen Eindüsebene 22 (vgl. Fig. 3a, 3b) in zwei zueinander parallelen Eindüsebenen 22 und 22* anzuordnen, wie dies in den Fig. 4a, 4b gezeigt ist.
Alle Düsen sind so ausgelegt, dass einzudüsende Medien mit einem Druck von 500Pa bis 5000Pa eingedüst werden können.
In Fig. 5 ist eine Ringspaltdüse 24* dargestellt, wie sie beispielsweise zum Eindüsen von frischer Sekundärluft und rezirkuliertem Rauchgas vorgesehen ist. Gezeigt ist eine erste Zuleitung 40 für die Zuführung eines ersten Mediums, in diesem Fall rezirkuliertes Rauchgas, in einen als Kerndüse 42 ausgebildeten und einen Kernstrahl produzierenden Düsenteil und eine zweite Zuleitung 44 für die Zuführung eines zweiten Mediums, in diesem Fall frische Sekundärluft, in einen als Ringspalt 46 ausgebildeten und einen Ringstrahl produzierenden Düsenteil.
Über ein Steuerungssystem 48, wie es in Fig. 6 für Ringspaltdüsen 24* dargestellt ist, kann den unterschiedlichen Bedingungen, wie sie auf verschiedenen Seiten des Strömungskanals 18 herrschen können, besser Rechnung getragen werden. Die Durchsatzmengen der einzudüsenden Medien sind über das Steuerungssystem 48 und die Ventile 54 im gezeigten Beispiel für die bezüglich des Müllflusses 9 flussaufwärts liegende Hälfte 52 und die flussabwärts liegende Hälfte 50 des Strömungskanals 18 unabhängig voneinander steuerbar. Denkbar wäre auch eine getrennte Steuerung der Durchsatzmengen für die Düsen 24 an allen vier Wänden 26.
Zur Regulierung der Temperatur, des O2-Gehaltes sowie zur Erlangung einer möglichst hohen minimalen Verweilzeit des durch den Strömungskanal strömenden Rauchgasgemisches sind vorzugsweise Düsen 24 für Sekundärluft und Düsen 24 für rezirkuliertes Rauchgas vorgesehen. Diese Düsen 24 können entweder gemischt in einer Reihe nebeneinander angeordnet sein oder auch in zwei Reihen übereinander, so dass sich für jede Düsensorte 24 eine eigene Eindüsebene 22 ergibt. Sind Ringspaltdüsen 24* vorgesehen, so besteht der Kernstrahl aus Rauchgas und der Ringstrahl aus Sekundärluft, wie für Fig. 5 beschrieben.
Die hier gezeigten Ausführungsformen geben die Erfindung nicht abschliessend wieder. So ist es zum Beispiel möglich die Vorrichtung auch in Verbrennungsanlagen und Müllverbrennungsanlagen einzusetzen, bei denen der Übergangsbereich 20 zwischen Brennkammer 12 und Rauchgasabzug 10 durch eine Einschnürung gekennzeichnet ist. Auch können weitere Eindüsebenen 22 tiefer in der Brennkammer 12 oder weiter oben im Rauchgasabzug 10 vorgesehen sein. Statt bzw. zusätzlich zu Rauchgas und Sekundärluft können auch andere Medien wie Wasserdampf Aktivkohle, Herdofenkoks (HOK), Abfall z. B. im Rahmen einer Reststoffrückführung, Brennstoffe u.a.m. eingedüst werden. Auch um eine reduzierende Atmosphäre zu erhalten, kann die Vorrichtung eingesetzt werden. In gleichem Drehsinn wie die ersten Düsen 24a können Brenner 2m bis 3m oberhalb der Eindüsebene 22 an zwei einander gegenüberliegenden Wänden 26 angeordnet sein.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, bei der zwei gegenläufig rotierende Wirbel 60', 61' erzeugt werden. Die Vorrichtung geht durch Spiegelung an der unteren Wand 26 aus der in Fig. 2b gezeigten Vorrichtung hervor, d.h. die dort gezeigten ersten und zweiten Düsen sind verdoppelt. Die Wände 26 der Vorrichtung weisen jeweils zwei erste Wandabschnitte 28a1 und 28a2 bzw. 28b1 und 28b2 mit ersten Düsen 24a auf. Die ersten Düsen 24a der ersten Wandabschnitte 28a2, 28b2 in der unteren Hälfte des Querschnitts sind einander schräg gegenüber angeordnet und erzeugen einen sich im Uhrzeigersinn drehenden ersten Wirbel 61'. Dieses wird durch die zweiten Düsen 24b der zweiten Wandbereiche 34a2, 34b2 verstärkt. Die zweiten Düsen 24b strahlen in eine Richtung, die um +/-β gegenüber der Strahlrichtung der ersten Düsen versetzt ist. Diese zweiten Wandbereiche 34a2, 34b2 liegen ebenfalls einander schräg gegenüber. Die Wandbereiche in der unteren Hälfte des dargestellten Querschnitts definieren einen ersten Wirbelbereich 61. Ein zweiter Wirbelbereich 60 ist durch die ersten und zweiten Wandabschnitte 28a1, 28b1, 34a1, 34b1 im oberen Teil der Figur 7 definiert. Der dortige zweite Wirbel 60' dreht sich entgegen dem Uhrzeigersinn. Die ersten Wandabschnitte 28a1, 28a2, 28b1, 28b2 haben jeweils eine Länge l1. Pro Wand 26 ergibt sich eine Gesamtlänge L=l1+l1 von etwa 0.5b. Die einander schräg gegenüberliegenden ersten Wandabschnitte 28a1 und 28b1 (zweiter Wirbel 60') bzw. 28a2 und 28b2 (zweiter Wirbel 61') legen die Drehrichtung des Wirbels 60', 61' fest. Die zweiten Düsen 24b strahlen dann so ein, dass sie die Rotation verstärken, d.h. tangential in Drehrichtung an einen gedachten Kreis um das Zentrum des Wirbels 60' bzw. 61'.

Claims (16)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung einer rotierenden Strömung in einem rechteckigen Strömungskanal (18), der einen Rauchgasabzug (10) einer Verbrennungsanlage, insbesondere einer Müllverbrennungsanlage, umfasst, mit mehreren in einer Eindüsebene (22) an zwei einander gegenüberliegenden, den Strömungskanal (18) begrenzenden Wänden (26) mit Wandbreite b angeordneten Düsen (24) für verdüsbare Medien, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (18) einen Übergangsbereich (20) von einer Brennkammer (12) der Verbrennungsanlage zum Rauchgasabzug (10) umfasst und dass jeweils in wenigstens einem ersten Wandabschnitt (28, 28a1, 28a2, 28b1, 28b2) der beiden einander gegenüberliegenden Wände (26) erste Düsen (24a) in einer Reihe derart ausgerichtet sind, dass sie in die Eindüsebene (22) eindüsen und der in der Eindüsebene (22) liegende Winkel γ zwischen der Wand (26) und einem eingedüsten Strahl (30) wenigstens annähernd 90° beträgt, wobei die Summe L der Längen l der ersten Wandabschnitte (28, 28a1, 28a2, 28b1, 28b2) wenigstens annähernd 0.4b < L < 0.8b beträgt und der wenigstens eine erste Wandabschnitt (28, 28a1, 28a2) der einen Wand dem wenigstens einen ersten Wandabschnitt (28, 28b1, 28b2) der gegenüberliegenden Wand schräg gegenüberliegt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Wände jeweils einen ersten Wandabschnitt (28) aufweisen, die mit der Mittellängsachse (32) des Strömungskanals (18) als Symmetrieachse einander punktsymmetrisch gegenüberliegen und auf einer Seite durch die benachbarte Wand (26) begrenzt werden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in der Eindüsebene (22) in wenigstens einem zweiten Wandabschnitt (34, 34a1, 34a2, 34b1, 34b2) der beiden gegenüberliegenden Wände (26) zweite Düsen (24b) angeordnet sind, wobei für den in der Eindüsebene liegenden Winkel β zwischen den von den ersten und den zweiten Düsen (24a, 24b) eingedüsten Strahlen gilt, dass |β|> 0° ist, vorzugsweise 20°<|β|<50°, und vorzugsweise der wenigstens eine zweite Wandabschnitt (34, 34a1, 34a2, 34b1, 34b2) der einen Wand dem wenigstens einen zweiten Wandabschnitt (34, 34a1, 34a2, 34b1, 34b2) der gegenüberliegenden Wand schräg gegenüberliegt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von einem rotierenden Wirbel jede der beiden gegenüberliegenden Wände einen ersten (28) und einen zweiten Wandabschnitt (34) aufweist und die ersten und die zweiten Wandabschnitte mit der Mittellängsachse (32) des Strömungskanals (18) als Symmetrieachse einander jeweils punktsymmetrisch gegenüberliegen und auf einer Seite durch die benachbarte Wand (26') begrenzt werden.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von wenigstens zwei gegenläufig rotierenden Wirbeln jede der beiden gegenüberliegenden Wände wenigstens zwei erste Wandabschnitte (28, 28a1, 28a2, 28b1, 28b2) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden gegenüberliegenden Wände zusätzlich zwei zweite Wandabschnitte aufweist, wobei jeweils ein erster (28a1, 28a2) und ein zweiter (34a1, 34a2) Wandabschnitt der einen Wand mit den direkt gegenüberliegenden zweiten (34b1, 34b2) bzw. ersten (28b1, 28b2) Wandabschnitten der gegenüberliegenden Wand einen Wirbelbereich (60, 61) bilden und wobei die von den zweiten Düsen (24b) eingedüsten Strahlen in einem ersten Wirbelbereich (61) um +|β| und in einem zweiten Wirbelbereich (60) um -|β| gegen die von den ersten Düsen (24a) eingedüsten Strahlen geneigt sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Düsen (24b) des zweiten Wandabschnittes (34) mit einer Eindüskomponente in einem Winkel α, der vorzugsweise zwischen 5° und 15° liegt, bezüglich der Eindüsebene (22) und vorzugsweise in eine gemeinsamen Ebene (36) in Richtung der Strömung im Strömungskanal (18) ausgerichtet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle vier Wände (26) des Strömungskanals (18) einen ersten Wandabschnitt (28) mit ersten Düsen (24a) aufweisen, wobei die ersten Wandabschnitte (28) in Umfangsrichtung entgegen der rotierenden Strömung jeweils am Beginn einer Wand (26) und vom ersten Wandabschnitt (28) der benachbarten Wand (26) beabstandet angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (24) aller vier Wände (26) in derselben Eindüsebene (22) liegen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (24) in zwei parallelen, in Strömungsrichtung voneinander beabstandeten Eindüsebenen (22, 22*) angeordnet sind, wobei einander gegenüberliegende Düsen in der selben Eindüsebene (22, 22*) liegen.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass einander schräg bzw. punktsymmetrisch gegenüberliegende Wandabschnitte (28, 34) annähernd die gleiche Länge 1 aufweisen.
  12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speisedruck mit dem die verdüsbaren Medien in die Düsen gelangen zwischen 500Pa und 5000Pa liegt und dass mittels eines Steuerungssystems (48) die Durchsatzmenge für an verschiedenen Wänden (26) angeordnete Düsen (24) vorzugsweise unabhängig voneinander steuerbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Düsen (24) Ringspaltdüsen (24*) vorgesehen sind.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Düsen (24) zum Verdüsen von Sekundärluft und rezirkuliertem Rauchgas vorgesehen sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernstrahl der Ringspaltdüsen aus rezirkuliertem Rauchgas und der Ringstrahl aus Sekundärluft besteht.
  16. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Eindüsebene (22) im Bereich einer im Übergangsbereich (20) angeordneten Flammdecke (14) liegt, so dass die Flammdecke (14) entweder von Düsen (24, 38) durchsetzt ist und/oder die Düsen (24, 38) in Wänden (26) seitlich unterhalb der Flammdecke (14) so angeordnet sind, dass sie die Flammdecke (14) eindüsend kühlen.
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