EP4722588A1

EP4722588A1 - Ringdüse und düsenanordnung

Info

Publication number: EP4722588A1
Application number: EP25206045.4A
Authority: EP
Inventors: Robert SCHRÖGER; Michael Pichler; Heinz Haberfelner
Original assignee: Dumag GmbH
Current assignee: Dumag GmbH
Priority date: 2024-10-02
Filing date: 2025-10-01
Publication date: 2026-04-08
Also published as: AT528709A1

Abstract

Eine Ringdüse (1) zur Ummantelung einer darin eingeschobenen Düsenlanze weist eine Längsachse (L) und ein Außendüsenende (2) zur Abgabe eines Gases oder Gasgemisches auf. Die Ringdüse (1) weist einen zwischen einem Außenrohr (3) und einem Innenrohr (4) in Richtung Außendüsenende (2) verlaufenden, ringförmigen Außenringkanal (5) auf, der im Bereich des Außendüsenendes (2) in wenigstens eine, vorzugsweise ringförmige, Außenaustrittsöffnung (6) mündet. Gegenüberliegend der Außenaustrittsöffnung (6) ist am Innenrohr (4) ein von der Längsachse (L) weg weisender Hartmann'scher Generator (7) ausgebildet. Das Innenrohr (4) umschließt einen Innenschacht (8) zum Einschieben der Düsenlanze.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ringdüse zur Ummantelung einer darin eingeschobenen Düsenlanze, wobei die Ringdüse eine Längsachse und ein Außendüsenende zur Abgabe eines Gases oder Gasgemisches aufweist.
Weiters betrifft die Erfindung eine Düsenanordnung mit einer Ringdüse und einer in die Ringdüse eingeschobenen Düsenlanze, sowie ein Verfahren zur Bereitstellung einer Verbrennungsflamme, wobei für das Verfahren eine erfindungsgemäße Düsenanordnung verwendet wird.
Auf vielen industriellen Gebieten, beispielsweise in der Abfallwirtschaft, in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, sowie in Raffineriebetrieben, wird nach Möglichkeiten gesucht, die Stickoxidanteile (NOx-Anteile) in Abgasen von industriellen Brennern zum Verbrennen von Abfallgasen und Abfallflüssigkeiten zu reduzieren. Brenner mit einem verringerten Stickoxid-Ausstoß werden auch als LowNOx-Brenner bezeichnet.
Zusätzlich dazu wird daran geforscht, wie sich die Verbrennung nicht fossiler Gase, insbesondere von Wasserstoff (H₂), Biogas und Ammoniak (NH₃), auf die Entstehung von Stickoxiden auswirkt.
Am Beispiel von Wasserstoff (H₂) hat sich gezeigt, dass bei der Verbrennung des Wasserstoffes mit regulären Brennern (z.B. mit Brennern, die für die Verbrennung von Erdgas vorgesehen sind) sehr hohe Rauchgas- und Flammentemperaturen entstehen. Hohe Flammentemperaturen führen jedoch zu sehr hohen NOx-Werten. So erhöht sich beispielsweise der NOx-Ausstoß bei der Verbrennung von Wasserstoff im Vergleich zur Erdgasverbrennung (ohne DeNOx-Maßnahmen) um den Faktor 2 bis 2,5.
Eine übliche Maßnahme, um die hohen Temperaturen in der Flamme bzw. im Abgas zu reduzieren, besteht darin, der Verbrennungsluft abgekühltes Abgas beizumischen. Dieser Vorgang benötigt jedoch umfangreiche Umbauten der gesamten Verbrennungsanlage und verursacht hohe Zusatzkosten.
Weitere erfolgversprechende Maßnahmen zur Reduzierung der Temperatur der Verbrennungsflamme bzw. des Abgases bei der Verbrennung von Wasserstoff, die bereits untersucht wurden, umfassen:

das Einbringen von Stickstoff (N₂), Kohlendioxid (CO₂), Wasser oder Wasserdampf in die Wasserstoffflamme, oder
das Vermischen des Wasserstoffs (H₂) mit Erdgas.

Bei der ersten Maßnahme lässt sich durch die Beimischung eines inerten Gases bzw. zerstäubten Wassers die Abgastemperatur sehr stark absenken, wodurch auch der NOx-Anteil im Abgas sinkt.
Im Zuge der Untersuchungen betreffend die oben angeführte Maßnahme wurde festgestellt, dass der größte Kühleffekt und somit die größte Reduktion des NOx-Anteils im Abgas dann entsteht, wenn das inerte Gas bzw. zerstäubte Wasser direkt in das Zentrum der Verbrennungsflamme eingebracht wird.
Nachteilig an bekannten Düsen bzw. Düsenlanzen, die in Brennern bzw. Verbrennungsanlagen zur Verbrennung von Gasen und brennbaren Flüssigkeiten eingesetzt werden, ist, dass sich mit diesen ein Kühlmedium (wie inertes Gas oder zerstäubtes Wasser) gar nicht oder nur äußerst ineffektiv in das Zentrum der Verbrennungsflamme einbringen lässt.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu Grunde, eine Ringdüse und eine Düsenanordnung zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen. Insbesondere sollen eine Ringdüse und eine die Ringdüse enthaltende Düsenanordnung bereitgestellt werden, mit denen sich besonders effektiv ein Kühlmedium in das Innere einer Verbrennungsflamme einbringen lässt.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Ringdüse, die die Merkmale von Anspruch 1 aufweist, und mit einer Düsenanordnung, die die Merkmale von Anspruch 3 aufweist.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ringdüse einen zwischen einem Außenrohr und einem Innenrohr in Richtung Außendüsenende verlaufenden, ringförmigen Außenringkanal aufweist, der im Bereich des Außendüsenendes in wenigstens eine Außenaustrittsöffnung mündet. Vorzugsweise ist eine Außenaustrittsöffnung vorgesehen, die ringförmig ist. Es können jedoch auch mehrere Austrittsöffnungen vorgesehen sein, die beispielsweise ringförmig angeordnet sind. Die Außenaustrittsöffnung kann durchgehend oder z.B. von Verbindungsstegen unterbrochen ausgeführt sein.
Am Innenrohr, gegenüberliegend der Außenaustrittsöffnung, ist ein von der Längsachse weg weisender Hartmann'scher Generator (auch Ultraschallgenerator genannt) ausgebildet. Das Innenrohr umschließt bzw. bildet einen Innenschacht zum Einschieben der Düsenlanze.
Sowohl das Außenrohr als auch das Innenrohr können sich aus mehreren Bestandteilen zusammensetzen, wobei im Rahmen der Erfindung als "Rohr" ein (eventuell aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzter) Bauteil verstanden wird, der eine Längserstreckung aufweist und einen von einem Rohrende zum anderen Rohrende durchströmbaren Innenkanal umschließt bzw. bildet. Ein Rohr kann im Rahmen der Erfindung abgesetzte, durch Nuten oder Rollen unterbrochene, abgestufte und unterschiedlich stark ausgeführte Wandabschnitte aufweisen.
Als Außendüsenende wird im Rahmen der Erfindung jenes Ende der Ringdüse verstanden, an dem die Gasabgabe erfolgt (Ausdüsende). Die Ringdüse kann auch über das Außendüsenende hinausragende Bestandteile aufweisen, die beispielsweise zur Formgebung der Flammenform beitragen.
Vorzugsweise ist der Innenschacht gasdicht gegenüber dem Außenringkanal. Dies hat den Vorteil, dass das durch den Außenringkanal strömende Gas gänzlich über die Außenaustrittsöffnung in den Hartmann'schen Generator strömt und nicht über den Innenschacht am Außendüsenende entweicht. Eine derartige Ringdüse lässt sich besonders gut mit bestehenden Düsenlanzen kombinieren bzw. an bestehenden Brennern nachrüsten.
Wenn die erfindungsgemäße Ringdüse ihrem bevorzugten Einsatzzweck entsprechend verwendet wird, nämlich um ein Arbeitsgas (Verbrennungsgas bzw. zu verbrennendes Gas) auszudüsen, so kann mittels einer in die Ringdüse (bzw. in ihren Innenschacht) eingeschobenen Düsenlanze direkt in die Mitte des ausgedüsten Arbeitsgaskegels bzw. der durch das entzündete Arbeitsgas gebildeten Verbrennungsflamme ein Kühlmedium eingebracht werden. Somit wird die beim Verbrennen des Arbeitsgaskegels entstehende Verbrennungsflamme optimal gekühlt und der NOx-Anteil des dabei entstehenden Abgases deutlich reduziert.
Die erfindungsgemäße Ringdüse kann alternativ auch für andere Einsatzzwecke verwendet werden. Beispielsweise kann die Hauptaufgabe der erfindungsgemäßen Ringdüse darin bestehen, den aus einer in die Ringdüse (bzw. in ihren Innenschacht) eingeschobenen Düsenlanze austretenden Gaskegel oder Gasstrahl zu formen bzw. zu stabilisieren. Eine erfindungsgemäße Ringdüse kann daher beispielsweise auch bei Düsenanordnungen verwendet werden, bei denen über die Düsenlanze ein brennbares Gas oder eine brennbare, zerstäubte Flüssigkeit in die Mitte des von der Ringdüse ausgedüsten Arbeitsgaskegel abgegeben wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass gegenüber dem Hartmann'schen Generator zumindest ein Abschnitt einer konischen Innenfläche des Außenrohres angeordnet ist. Dieser Abschnitt liegt näher am Außendüsenende als die Außenaustrittsöffnung und schließt insbesondere (direkt) an die Außenaustrittsöffnung an. Die konische Innenfläche erstreckt sich in Richtung und vorzugsweise bis zum Außendüsenende hin und erweitert sich in Richtung Außendüsenende.
Vorzugsweise weist das Außenrohr am Außendüsenende einen lösbar montierten Flammenformer auf. Der Flammenformer ist insbesondere der letzte Abschnitt des Außenrohres, der mit dem daran angrenzenden Abschnitt des Außenrohres lösbar verbunden, beispielsweise damit verschraubt oder daran angesteckt, ist. Die konische Innenfläche ist dabei zumindest abschnittsweise am Flammenformer ausgebildet, sodass die Form der konischen Innenfläche durch ein Austauschen des Flammenformers zumindest abschnittsweise verändert werden kann, wodurch sich auch die Form des aus der Ringdüse austretenden Arbeitsgaskegels verändert. Die konische Innenfläche weist beispielsweise einen ersten Abschnitt und einen zweiten, am Flammenformer ausgebildeten, Abschnitt auf, wobei die Abschnitte unterschiedlich geneigt sein können.
Die Erfindung betrifft auch eine Düsenanordnung mit einer Ringdüse und einer in die Ringdüse eingeschobenen Innendüse einer Düsenlanze.
Die Innendüse der Düsenlanze weist eine Längsachse und ein Innendüsenende zur Abgabe wenigstens eines Fluids auf. Die Ringdüse ist eine erfindungsgemäße Ringdüse gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen. In den Innenschacht der Ringdüse ist die Düsenlanze eingeschobenen, und zwar so weit, bis das Innendüsenende im Bereich des Außendüsenendes angeordnet ist. Die Längsachsen der Ringdüse und der Innendüse sind vorzugsweise im Wesentlichen kongruent zueinander, d.h. sie weisen vorzugsweise dieselbe Längsachse auf. Die Düsenlanze kann im Innenschacht der Ringdüse fixiert sein, beispielsweise über eine von der Seite wirkende Feststellschraube oder über ein Verschlusssystem.
Bestehende Verbrennungsanlagen lassen sich relativ einfach und kostensparend umrüsten, sodass sie statt der herkömmlichen darin verbauten Düsenlanze die erfindungsgemäße Düsenanordnung aufweisen.
Vorzugsweise ragt das Innendüsenende der Innendüse über den Hartmann'schen Generator der Ringdüse hinaus, da dies eine besonders effektive Verteilung des von der Innendüse abgegebenen Fluids in dem von der Ringdüse abgegebenen Arbeitsgaskegel bewirkt.
Insbesondere ist im Rahmen der Erfindung eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die Innendüse wenigstens einen von einem Außenrohr der Innendüse ummantelten, in Richtung Innendüsenende verlaufenden, ringförmigen Innenringkanal, der im Bereich des Innendüsenendes in wenigstens eine Innenaustrittsöffnung mündet, und wenigstens einen in Richtung Innendüsende verlaufenden Zentralkanal, der in wenigstens eine Zentralaustrittsöffnung mündet, aufweist. Der Innenringkanal verläuft dabei um die Längsachse und um den Zentralkanal herum. Gegenüber der Innenaustrittsöffnung ist ein Hartmann'scher Generator angeordnet, durch den das durch den Innenringkanal strömende Gas in Ultraschallschwingung versetzbar ist.
Vorzugsweise ist eine einzelne Innenaustrittsöffnung vorgesehen, die ringförmig ist. Es können jedoch auch mehrere, beispielsweise ringförmig angeordnete Innenaustrittsöffnungen vorgesehen sein.
Ebenfalls ist bevorzugt, wenn eine einzelne Zentralaustrittsöffnung vorgesehen ist, die im Wesentlichen in axiale Richtung gerichtet und insbesondere kreis- oder kreisringförmig ist. Die Zentralaustrittsöffnung kann aber auch quer zur Längsachse ausgerichtet sein und/oder es können mehrere Zentralaustrittsöffnungen vorgesehen sein. Beispielsweise kann vorne an der Innendüse ein Aufsatz (Formstück) vorgesehen sein, der derart ausgeformt ist, dass die Zentralaustrittsöffnung oder mehrere Zentralaustrittsöffnungen radial nach außen gerichtet ist/sind. Sowohl die Innenaustrittsöffnung als auch die Zentralaustrittsöffnung können durchgängig verlaufen oder unterbrochen sein, z.B. durch Haltestege.
Insbesondere weist die Innenaustrittsöffnung zur Längsachse hin und der Hartmann'sche Generator der Innendüse ist am Innenrohr der Innendüse ausgebildet und weist von der Längsachse weg. Derartige Düsen sind bestens dafür geeignet, flüssige Brennstoffe oder ein flüssiges Kühlmedium über ein durch den Innenringkanal strömendes Schallgas zu zerstäuben oder einen besonders "stabilen" Gaskegel eines Arbeits- oder Kühlgases zu erzeugen.
Die Innendüse ist mit ihrem Außenrohr im Innenrohr (d.h. im Innenschacht) der Ringdüse angeordnet. Dabei kann ein maximaler Außenumfang des Außenrohres der Innendüse im Wesentlichen gleich groß sein wie ein minimaler Innenumfang des Innenrohres der Ringdüse. Insbesondere ist der Außenumfang des Außenrohres jedoch minimal kleiner als der Innenumfang des Innenrohres, sodass ein kleiner Spalt zwischen Ringdüse und Innendüse gebildet ist. Dies erleichtert das Einschieben und Herausziehen der Düsenlanze.
Das Außenrohr der Innendüse kann am Innendüsenende ebenfalls einen Flammenformer und eine konische Innenfläche aufweisen, wobei der Flammenformer und die konische Innenfläche des Außenrohres der Innendüse so wie der Flammenformer der Ringdüse ausgebildet sein können.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform weisen der Innenringkanal und der Zentralkanal separate Versorgungskanäle auf. Der Innenringkanal und der Zentralkanal können über diese Versorgungskanäle jeweils mit einem Fluid versorgt werden, wobei jeder der Kanäle mit einem anderen Fluid versorgt werden kann, aber auch beide Kanäle mit demselben Fluid (mit gleichem oder unterschiedlichem Druck) versorgt werden können.
Vorzugsweise ist bei dieser Ausführungsform der Außenringkanal für ein Arbeitsgas und der Innenringkanal für ein Schallgas vorgesehen. Der Zentralkanal ist bevorzugt für ein gasförmiges Kühlmedium, ein flüssiges Kühlmedium, ein weiteres Arbeitsgas oder einen flüssigen Brennstoff vorgesehen. Das Schallgas des Innenringkanals dient entweder zur Zerstäubung einer durch den Zentralkanal ausgegebenen Flüssigkeit oder der Stabilisierung und Formgebung des aus dem Zentralkanal ausgedüsten Gaskegels. Das ggf. aus dem Zentralkanal ausgedüste, weitere Arbeitsgas kann dasselbe Arbeitsgas sein, das auch aus dem Außenringkanal ausströmt, kann aber auch ein davon unterschiedliches Arbeitsgas sein.
Beispielsweise kann bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform über den Zentralkanal Wasser ausgespritzt werden, das mit Hilfe des Schallgases, das über den Hartmann'schen Generator in Form einer Ultraschallsäule austritt, zerstäubt wird und im zerstäubten Zustand direkt in die Mitte des aus der Ringdüse austretenden Arbeitsgaskegels eingebracht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen der Innenringkanal und der Zentralkanal einen gemeinsamen Versorgungskanal auf. Beide Kanäle sind daher mit demselben Fluid (aus der selben Fluidquelle) versorgbar, wobei das Fluid in dieser Ausführungsform insbesondere ein Gas ist.
Vorzugsweise ist bei dieser Ausführungsform der Außenringkanal für ein Arbeitsgas vorgesehen, und es sind der Innenringkanal sowie der Zentralkanal für ein gasförmiges Kühlmedium oder ein weiteres Arbeitsgas vorgesehen. Bei einer derartigen Ausführungsform formt bzw. stabilisiert der aus dem Innenringkanal austretende Teilstrom des über die Innendüse abgegebenen Gases den aus dem Zentralkanal austretenden Teilstrom des Gases. Auch bei dieser Ausführungsform kann das weitere Arbeitsgas dasselbe Gas sein, das auch aus der Ringdüse austritt, oder ein davon unterschiedliches Gas sein.
Das Arbeitsgas und/oder ggf. das Schallgas kann/können bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Gas, ein Gasgemisch oder ein anderer gasförmiger Stoff, wie Dampf, sein.
Bei Ausführungsformen, die Schallgas verwenden, ist dies vorzugsweise Luft, insbesondere Druckluft, oder Dampf. Wenn ein gasförmiges Kühlmedium vorgesehen ist, ist dieses bevorzugt ein inertes Gas bzw. Gasgemisch oder Dampf. Ist ein flüssiges Kühlmedium vorgesehen, ist dieses bevorzugt Wasser. Als Arbeitsgas kommt insbesondere ein Heizgas oder brennbares Abfallgas zum Einsatz. Als flüssiger Brennstoff kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise Heizöl oder eine brennbare (nieder- oder hochkalorische) Abfallflüssigkeit vorgesehen sein. Auch eine Suspension aus brennbaren Abfallpartikeln in einer Flüssigkeit wird im Rahmen der Erfindung als flüssiger Brennstoff angesehen.
Weitere Varianten von Düsenanordnungen sind im Rahmen der Erfindung ebenfalls denkbar. Beispielsweise kann die Düsenlanze eine Innendüse aufweisen, die nur einen einzelnen, von einem Außenrohr ummantelten Innendüsenkanal aufweist. Bei derartigen Düsenanordnungen kann der Außenringkanal für ein Arbeitsgas und der Innenringkanal für ein weiteres (gleiches oder davon unterschiedliches) Arbeitsgas oder ein gasförmiges Kühlmedium vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft auch Varianten eines Verfahrens zur Bereitstellung einer Verbrennungsflamme.
Gemäß einer ersten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erfindungsgemäße Düsenanordnung verwendet, bei der die Innendüse zwei über unterschiedliche Versorgungskanäle gespeiste Kanäle, nämlich den Innenringkanal und den Zentralkanal, aufweist. Bei dieser Durchführungsform des Verfahrens wird der Außenringkanal mit dem Arbeitsgas, der Innenringkanal mit dem Schallgas und der Zentralkanal mit dem gasförmigen Kühlmedium oder dem flüssigen Kühlmedium versorgt. Als Kühlmedium können die bereits weiter oben als Kühlmedien angeführten Stoffe bzw. Stoffgemische dienen. Bei dieser Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das gasförmige Kühlmedium bzw. das flüssige, mit Hilfe des Schallgases zerstäubte, Kühlmedium direkt in die Mitte der aufgrund des entzündeten Arbeitsgases gebildeten Verbrennungsflamme eingebracht, wodurch die Verbrennungsflamme abgekühlt wird. Der Anteil an NOx-Rückständen in der Abluft des Verbrennungsvorganges wird dadurch deutlich reduziert.
Statt mit einem Kühlmedium (flüssig oder gasförmig) kann der Zentralkanal auch mit einem weiteren Arbeitsgas oder einem flüssigen Brennstoff versorgt werden. Bei dieser Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verbrennungsflamme durch das entzündete Arbeitsgas und das entzündete weitere (gleiche oder davon unterschiedliche) Arbeitsgas bzw. den entzündeten, mittels des Schallgases zerstäubten flüssigen Brennstoff gebildet. Dadurch lassen sich Mischungen aus zwei Arbeitsgasen, Mischungen aus einem Arbeitsgas und einem flüssigen Brennstoff, aber auch Abfallflüssigkeiten besonders effektiv verbrennen.
Gemäß einer weiteren Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erfindungsgemäße Düsenanordnung verwendet, bei der die Innendüse zwei über einen gemeinsamen Versorgungskanal gespeiste Kanäle, nämlich den Innenringkanal und den Zentralkanal, aufweist. Bei dieser Durchführungsform des Verfahrens wird der Außenringkanal mit dem Arbeitsgas, und werden der Innenringkanal sowie der Zentralkanal mit dem gasförmigen Kühlmedium versorgt. Auch bei dieser Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das gasförmige Kühlmedium direkt in die Mitte der aufgrund des entzündeten Arbeitsgases gebildeten Verbrennungsflamme eingebracht, sodass die Verbrennungsflamme abgekühlt und der Anteil an NOx-Rückständen in der Abluft des Verbrennungsvorganges reduziert wird.
Auch bei der weiteren Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können der Innenringkanal und der Zentralkanal statt mit einem gasförmigen Kühlmedium mit einem weiteren Arbeitsgas versorgt werden. Dies dient ebenfalls dazu, besonders effektiv Mischungen aus zwei Arbeitsgasen zu verbrennen.
Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung Merkmale, die nur zur erfindungsgemäßen Ringdüse beschrieben sind, auch in adäquater Weise bei der erfindungsgemäßen Düsenanordnung und bei den erfindungsgemäßen Verfahren verwirklicht sein können und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ringdüse,
Fig. 2: einen Längsschnitt durch eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung, und
Fig. 3: einen Längsschnitt durch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ringdüse 1, wobei die Schnittebene entlang einer Längsachse L der Ringdüse 1 verläuft.
Die Ringdüse 1 weist ein Außendüsenende 2 auf, an dem ein Arbeitsgas A abgegeben, d.h. kegelförmig ausgedüst, wird. In Fig. 1 ist nur der das Außendüsenende 2 aufweisende Abschnitt der Ringdüse 1 dargestellt.
Bei der erfindungsgemäßen Ringdüse 1 ist zwischen einem Außenrohr 3 und einem Innenrohr 4 ein Außenringkanal 5 gebildet, der in Richtung Außendüsenende 2 hin verläuft und in einer Außenaustrittsöffnung 6 mündet.
Am Innenrohr 4 ist ein Hartmann'scher Generator 7 ausgebildet, der von der Längsachse L weg nach außen hin gerichtet ist.
Das Innenrohr 4 bildet bzw. umschließt einen Innenschacht 8, der vorzugsweise gasdicht gegenüber dem Außenringkanal 5 abgedichtet ist.
Ein direkt an das Außendüsenende 2 anschließender Endabschnitt des Außenrohres 3 wird durch einen rohrförmigen Flammenformer 9 gebildet. Dieser ist an den daran anschließenden Teil des Außenrohres 3 angeschraubt.
Am Außenrohr 3 ist eine konische Innenfläche 10 gebildet, die sich in der dargestellten Ausführungsform zwischen dem Außendüsenende 2 und der in Richtung Längsachse L gerichteten Außenaustrittsöffnung 6 erstreckt. Ein Abschnitt der konischen Innenfläche 10 liegt somit dem Hartmann'schen Generator 7 der Ringdüse 1 gegenüber.
Die konische Innenfläche 10 ist abschnittsweise am Flammenformer 9 und abschnittsweise am daran anschließenden Teil des Außenrohres 3 ausgebildet und erweitert sich in Richtung Außendüsenende 2.
Die Neigung, d.h. ein mit der Längsachse L eingeschlossener Winkel, des am Flammenformer 9 ausgebildeten Abschnitts der konischen Innenfläche 10, kann größer oder kleiner sein als die Neigung des Abschnitts der konischen Innenfläche 10, welcher an dem Teil des Außenrohres 3 ausgebildet ist, der an den Flammenformer 3 anschließt.
Der Außenringkanal 5 ist über einen daran anschließenden äußeren Versorgungskanal 11 mit dem Arbeitsgas A versorgbar. Das im Außenringkanal 5 in Richtung Außendüsenende 2 strömende Arbeitsgas A ist in Fig. 1 symbolisch mit Pfeilen dargestellt.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Düsenanordnung mit der erfindungsgemäßen Ringdüse 1 und einer in die Ringdüse 1 (d.h. in deren Innenschacht 8) eingeschobenen Düsenlanze, wobei die Düsenlanze eine Innendüse 12 aufweist. Fig. 2 zeigt die Düsenanordnung in einem Längsschnitt, wobei die Schnittachse entlang der gemeinsamen Längsachse L der Ringdüse 1 und der Innendüse 12 verläuft.
Die Innendüse 12 weist ein Innendüsenende 13 zur Abgabe wenigstens eines Fluids auf, wobei das Innendüsenende 13 im Bereich des Außendüsenendes 2 angeordnet ist. Das Innendüsenende 13 ragt in Richtung Außendüsenende 2 ein Stück über den Hartmann'schen Generator 7 der Ringdüse 1 hinaus.
Die Innendüse 12 weist ebenfalls ein Außenrohr 14 auf, mit dem die Innendüse 12 im Innenschacht 8 der Ringdüse 1 steckt, sodass zwischen dem Innenrohr 4 der Ringdüse 1 und dem Außenrohr 14 der Innendüse 12 ein schmaler Spalt gebildet ist.
Die Innendüse 12 weist zusätzlich zu ihrem Außenrohr 14 auch ein Innenrohr 15 auf, das sich so wie das Außenrohr 14 bis zum Innendüsenende 13 hin erstreckt.
Zwischen dem Außenrohr 14 und dem Innenrohr 15 der Innendüse 12 ist ein Innenringkanal 16 gebildet, der Richtung Innendüsenende 13 verläuft und in einer Innenaustrittsöffnung 17 mündet. Die Innenaustrittsöffnung 17 liegt einem von der Längsachse L weg gerichteten Hartmann'schen Generator 18 des Innenrohres 15 der Innendüse 12 gegenüber.
Das Innenrohr 15 umschließt einen Zentralkanal 19, der in Richtung Innendüsenende 13 verläuft und in eine im Wesentlichen in Richtung der Längsachse L weisende Zentralaustrittsöffnung 20 mündet.
Der Innenringkanal 16 ist über einen inneren Versorgungskanal 21 mit einem Gas, beispielsweise mit Schallgas S, versorgbar und der Zentralkanal 19 ist über einen zentralen Versorgungskanal 22 mit einem Gas oder einer zu zerstäubenden Flüssigkeit, beispielsweise mit einem flüssigen Kühlmittel K_F, wie Wasser, versorgbar. In Fig. 2 ist sowohl das Schallgas S als auch das flüssige Kühlmedium K_F, die beide im zugeordneten Kanal 16, 19 in Richtung Innendüsenende 12 strömen, symbolisch mit Pfeilen dargestellt.
Das an der Innendüse 12 austretende Gas bzw. Gasgemisch, das beispielsweise aus dem Schallgas S und dem mittels des Schallgases S zerstäubten flüssigen Kühlmedium K_F gebildet ist, wird bei der erfindungsgemäßen Düsenanordnung direkt in dem am Außendüsenende 2 austretenden Gaskegel aus Arbeitsgas A bzw. in die aufgrund des entzündeten Arbeitsgases A gebildete Verbrennungsflamme eingebracht.
Fig. 3 zeigt ebenfalls eine erfindungsgemäße Düsenanordnung in einem Längsschnitt, jedoch gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform.
Die in Fig. 3 dargestellte Düsenanordnung ist in fast allen wesentlichen Punkten mit der in Fig. 2 dargestellten Düsenanordnung ident und unterscheidet sich lediglich in folgendem Punkt:
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform werden der Innenringkanal 16 und der Zentralkanal 19 über einen gemeinsamen Versorgungskanal 23 mit einem Gas oder Gasgemisch, beispielsweise einem gasförmigen Kühlmedium K_G, versorgt.
Auch bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird das an der Innendüse 12 austretende Gas bzw. Gasgemisch direkt in dem am Außendüsenende 2 austretenden Gaskegel aus Arbeitsgas A bzw. in die aufgrund des entzündeten Arbeitsgases A gebildete Verbrennungsflamme eingebracht.
In den Fig. 2 und 3 ist jeweils nur der das Außendüsenende 2 und Innendüsenende 13 aufweisende Abschnitt der Düsenanordnung dargestellt.

Bezugszeichenliste:

1: Ringdüse
2: Außendüsenende
3: Außenrohr Ringdüse
4: Innenrohr Ringdüse
5: Außenringkanal
6: Außenaustrittsöffnung
7: Hartmann'scher Generator Ringdüse
8: Innenschacht
9: Flammenformer Ringdüse
10: konische Innenfläche Ringdüse
11: äußerer Versorgungskanal
12: Innendüse
13: Innendüsenende
14: Außenrohr Innendüse
15: Innenrohr Innendüse
16: Innenringkanal
17: Innenaustrittsöffnung
18: Hartmann'scher Generator Innendüse
19: Zentralkanal
20: Zentralaustrittsöffnung
21: innerer Versorgungskanal
22: zentraler Versorgungskanal
23: gemeinsamer Versorgungskanal

L: Längsachse
A: Arbeitsgas
S: Schallgas
KF: flüssiges Kühlmedium
KG: gasförmiges Kühlmedium

Claims

Ringdüse (1) zur Ummantelung einer darin eingeschobenen Düsenlanze, wobei die Ringdüse (1) eine Längsachse (L) und ein Außendüsenende (2) zur Abgabe eines Gases oder Gasgemisches, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdüse (1) einen zwischen einem Außenrohr (3) und einem Innenrohr (4) in Richtung Außendüsenende (2) verlaufenden, ringförmigen Außenringkanal (5) aufweist, der im Bereich des Außendüsenendes (2) in wenigstens eine, vorzugsweise ringförmige, Außenaustrittsöffnung (6) mündet, dass gegenüberliegend der Außenaustrittsöffnung (6) am Innenrohr (4) ein von der Längsachse (L) weg weisender Hartmann'scher Generator (7) ausgebildet ist, und dass das Innenrohr (4) einen Innenschacht (8) zum Einschieben der Düsenlanze umschließt.
Ringdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber dem Hartmann'schen Generator (7) und näher am Außendüsenende (2) liegend als die Außenaustrittsöffnung (6) zumindest ein Abschnitt einer konischen Innenfläche (10) des Außenrohres (3) angeordnet ist, und dass sich die konische Innenfläche (10) in Richtung Außendüsenende (2) hin erstreckt und erweitert, wobei das Außenrohr (3) am Außendüsenende (2) vorzugsweise einen lösbar montierten Flammenformer (9) aufweist, und wobei die konische Innenfläche (10) zumindest abschnittsweise am Flammenformer (9) ausgebildet ist.
Düsenanordnung mit einer Ringdüse (1) und einer in die Ringdüse (1) eingeschobenen Düsenlanze, wobei die Düsenlanze eine Innendüse (12) mit einer Längsachse (L) und einem Innendüsenende (13)zur Abgabe wenigstens eines Fluids aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdüse (1) eine Ringdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 ist, und dass die Innendüse (12) der Düsenlanze in den Innenschacht (8) eingeschobenen ist, sodass das Innendüsenende (13) im Bereich des Außendüsenendes (2) angeordnet ist.
Düsenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Innendüsenende (13) der Innendüse (12) über den Hartmann'schen Generator (7) der Ringdüse (1) hinausragt.
Düsenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innendüse (12) wenigstens einen von einem Außenrohr (14) der Innendüse (12) ummantelten, in Richtung Innendüsenende (13) verlaufenden, ringförmigen Innenringkanal (16), der im Bereich des Innendüsenendes (13) in wenigstens eine, vorzugsweise ringförmige, Innenaustrittsöffnung (17) mündet, und wenigstens einen in Richtung Innendüsende (13) verlaufenden Zentralkanal (19), der in wenigstens eine Zentralaustrittsöffnung (20) mündet, aufweist, dass der Innenringkanal (16) um die Längsachse (L) und um den Zentralkanal (19) herum verläuft, dass gegenüber der Innenaustrittsöffnung (17) ein Hartmann'scher Generator (18) der Innendüse (12) angeordnet ist, und dass die Innendüse (12) mit ihrem Außenrohr (14) im Innenrohr (4) der Ringdüse (1) angeordnet ist.
Düsenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenringkanal (16) und der Zentralkanal (19) separate Versorgungskanäle (21, 22) aufweisen, über die sie jeweils mit Fluid versorgbar sind.
Düsenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenringkanal (5) für ein Arbeitsgas (A), der Innenringkanal (16) für ein Schallgas (S), und der Zentralkanal (19) für ein gasförmiges Kühlmedium (K_G), ein flüssiges Kühlmedium (K_F), ein weiteres Arbeitsgas oder einen flüssigen Brennstoff vorgesehen ist.
Düsenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenringkanal (16) und der Zentralkanal (19) einen gemeinsamen Versorgungskanal (23) aufweisen, über den sie mit Fluid, insbesondere einem Gas, versorgbar sind.
Düsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenringkanal (5) für ein Arbeitsgas (A), und der Innenringkanal (16) sowie der Zentralkanal (19) für ein gasförmiges Kühlmedium (K_G) oder ein weiteres Arbeitsgas vorgesehen ist/sind.
Verfahren zur Bereitstellung einer Verbrennungsflamme, wobei für das Verfahren eine Düsenanordnung nach Anspruch 7 verwendet wird, wobei der Außenringkanal (5) mit dem Arbeitsgas (A), der Innenringkanal (16) mit dem Schallgas (S) und der Zentralkanal (19) mit dem gasförmigen Kühlmedium (K_G) oder dem flüssigen Kühlmedium (K_F) versorgt wird, und wobei das gasförmige Kühlmedium (K_G) bzw. das mittels des Schallgases (S) zerstäubte, flüssige Kühlmedium (K_F) direkt in die Mitte der aufgrund des entzündeten Arbeitsgases (A) gebildeten Verbrennungsflamme eingebracht wird und diese abkühlt.
Verfahren zur Bereitstellung einer Verbrennungsflamme, wobei für das Verfahren eine Düsenanordnung nach Anspruch 7 verwendet wird, wobei der Außenringkanal (5) mit dem Arbeitsgas (A), der Innenringkanal (16) mit dem Schallgas (S) und der Zentralkanal (19) mit dem weiteren Arbeitsgas oder dem flüssigen Brennstoff versorgt wird, und wobei die Verbrennungsflamme durch das entzündete Arbeitsgas (A) und das entzündete weitere Arbeitsgas bzw. den entzündeten mittels des Schallgases zerstäubten flüssigen Brennstoff gebildet wird.
Verfahren zur Bereitstellung einer Verbrennungsflamme, wobei für das Verfahren eine Düsenanordnung nach Anspruch 9 verwendet wird, wobei der Außenringkanal (5) mit dem Arbeitsgas (A), und der Innenringkanal (16) sowie der Zentralkanal (19) mit dem gasförmigen Kühlmedium (K_G) versorgt wird/werden und wobei das gasförmige Kühlmedium (K_G) direkt in die Mitte der aufgrund des entzündeten Arbeitsgases (A) gebildeten Verbrennungsflamme eingebracht wird und diese abkühlt.
Verfahren zur Bereitstellung einer Verbrennungsflamme, wobei für das Verfahren eine Düsenanordnung nach Anspruch 9 verwendet wird, wobei der Außenringkanal (5) mit dem Arbeitsgas (A), und der Innenringkanal (16) sowie der Zentralkanal (19) mit dem weiteren Arbeitsgas versorgt wird/werden, und wobei die Verbrennungsflamme durch das entzündete Arbeitsgas und das entzündete weitere Arbeitsgas gebildet wird.