SE503313C2 - Anordning vid munstycke för att tillföra spolluft - Google Patents

Description

503 313 för att förhindra àtercirkulation av gasblandningen i med- 2 iestrálen. Konstruktionen, som avser ett munstycke med ett varierande antal, symmetriskt fördelade öppningar eller dysor och med invändig blandning och finfördelning av vatten och ett medium, ex.vis kalk, innebär i korthet att spolluft under övertryck regleras och riktas från en spalt i området av munstyckets periferi, huvudsakligen vinkelrätt mot mediestràlarna och mot munstyckets centrum. Spolluften anges vara införd med en hastighet som utgör ca 25-30 % av mediestràlens hastighet. Det inses att konstruktionen ej kan tillhandahålla en effektiv spolning framför allt på mediestràlarnas läsida, dvs i munstyck- ets centrum, varför risk föreligger för avsättning av fast material åtminstone i detta område.

Enligt föreliggande uppfinning anvisas i korthet en anordning varmed undanröjes nackdelen med avsättning av stoft/absorptions- material runt öppningen av ett munstycke eller en vätskedysa för befuktning av stoft i spraykonen genom att ett spärrskikt av spolluft skapas som förhindrar inblandning av stofthaltig gas i den del av gasen som återcirkulerar till dysans mynning.

Koaxiellt innanför en ringformig kanal för frammatning av ett torrt, pulverformigt material och koaxiellt utvändigt om en dyskropp för tryckluftsatomisering eller tryckatomisering av en vätska tillförs enligt uppfinningen spolluft med en given hastig- hetsprofil och med sådan area att ett spärrskikt av spolluft alstras mellan àtercirkulationszonen för dysan och det koaxiellt utvändigt om denna frammatade absorptionsmaterialet. Därmed kan en i praktiken ofránkomlig släppning av gasströmmen vid dyskrop- pens munstycksöppning och där uppstàende undertryck som genererar turbulens och àtercirkulation av gas från spraykonan accepteras, eftersom det skapade spärrskiktet förhindrar inblandning av stoft eller absorptionsmaterial i det område där átercirkulationen uppstår. 503 313 3 Hastigheten på spolluften skall därvid vara större eller lika med hastigheten av det frammatade absorptionsmaterialet och kan vara lägre eller lika med vätskedysans mynningshastighet.

Detta åstadkommes enligt uppfinningen genom att en kanal för införing av spolluft har förbindelse med ett utrymme vars trycknivà är lika med eller högre än trycket i dysans driftsmil- jö, och att spolluftsflödets hastighetsprofil styrs av tryckför- ändringar i dysans impuls. Därigenom blir spolluftsflödet alltid proportionellt mot dysans effekt eller impuls, så att det efter- strävade spärrskiktet upprätthålles. Förutsättningen är att mellan nämnda utrymme och miljön vid dysan råder ett tryckför- hållande som medger att dysans impuls uppvisar mer än marginell effekt på spolflödets hastighet. I fallet med ex.vis en kontakt- reaktor för rening av rökgas föreligger därvid ur ekonomisk och installationsteknisk aspekt en synnerligen förmånlig lösning genom att spolluftskanalen ansluts till ett utrymme med atmos- färtryck, varigenom en förspänning av spolluftsflödet kan sägas föreligga genom det i reaktorn rådande undertrycket.

Syftet med uppfinningen är således att i en vätskedysa till- handahålla ett spolluftsflöde proportionellt mot dysans impuls så att ett spärrskikt med spolluft upprättas och bibehålles för att förhindra inblandning av stofthaltig gas i den återcirkulerande delen av gasflödet.

Detta syfte uppfylles genom en anordning enligt patentkrav 1.

Uppfinningen förklaras närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar vilka schematiskt åskådliggör en exemplifierande utföringsform av uppfinningen.

Ritningarna visar i: Fig. 1 den uppfinningsenliga anordningen applicerad vid ett munstycke i änden av en lans för inmatning av ett reaktivt material i en processgas, 503 313 4 Fig. 2 en översiktsbild av lansen i fig 1, applicerad i en kontaktreaktor för rening av en rökgas, Fig 3a ett tvärsnitt genom den uppfinningsenliga anordningen applicerad i pannan till ett kraftvärmeverk för dosering av urea- vattenlösning och absorbent, och Fig 3b ett detaljtvärsnitt genom mynningsomràdet av den i fig 3a visade applikationen.

Den med hänvisningssiffran 1 allmänt betecknade anordningen vid ett munstycke, vilken även kan sägas utgöra utloppsänden av en lans 1, uppvisar invändiga kanaler för tryckluft 2 och för vätska 3, såsom vatten, urea etc., varvid kanalerna 2 och 3 kan vara koaxiellt anordnade. En dysa 4 bildar ett finfördelningsutrymme vari vätskan atomiseras och utblàses genom dysans mynning 5 i form av en vätskedimma eller gas med formen av en spraykon 6.

Dysans 4 inre konstruktion visas ej närmare då den ej är kritisk för uppnående av uppfinningens fördelar utan kan uppvisa godtyckliga och konventionella konstruktionselement för finför- delning av vätskan med hjälp av det påförda lufttrycket.

Alternativt kan munstycket vara utformat för tryckatomisering, dvs utan separat frammatning av tryckluft, men i det redovisade utföringsexemplet förutsättes dock tryckluftsatomisering.

Koaxiellt med kanalerna 2,3 och dysan 4 löper en ringformig kanal 7 för införing av spolluft. Spolluftskanalen 7 står i sin andra ände, se fig 2 eller 3a, i förbindelse med ett utrymme vars trycknivå är lika med eller högre än.den trycknivà som föreligger i dysans driftsmiljö, företrädesvis med ett utrymme av eller i närhet av atmosfärtryck.

Koaxiellt med nämnda kanaler löper en yttre ringformig kanal 9 för införing av ett torrt, partikelformigt stoft eller absorp- tionsmaterial, som med tryckluft eller annan bärgas frammatas i kanalen 9 för blandning med vätskedimman i spraykonen 6.

Kanalerna 7 och 9 är med fördel rätlinjiga i lansens 1 utloppsom- ràde och företrädesvis utmed en väsentlig del av deras sträckning 5 503 313 för att befrämja en skjuvnings- och turbulensfri utströmning av spolluft och partikelformigt material och i minsta möjliga grad störa flödet i kanalerna.

Runt dysans mynning uppstår på grund av det rådande undertrycket i spraykonens rot 8 en turbulent strömning och återcirkulation av den finfördelade vätskan, vilket i ritningsfigur 1 åskådliggöres genom de pilförsedda cirklarna 10. Genom undertrycket som alstras av dysans impuls insugs spolluft genom kanalen 7 från det vid atmosfärtryck eller nära atmosfärtryck stående utrymmet. Kanalen 7 uppvisar därvid tillräcklig tvärsnittsarea för att i spolluften upprätta. ett perifert flöde eller spärrskikt 11 som förblir opåverkat av det turbulenta flödet 10 och förhindrar stoftets/ab- sorptionsmaterialets inblandning i spraykonen 6 i området intill dysans mynning 5. Inblandning av stoft i vätskedimman fördröjs således och sker i ett område 12 nedströms dysan, varför den återcirkulerande delen 10 av gasblandningen är fri från stoft och således kan accepteras då den ej leder till avsättning av fasta ämnen på dysan.

Som en vägledning för fackmannen vid dimensionering av spollufts- kanalen 7 hänvisas till nedan citerade praktikfall, vari förhållandet mellan spolluftskanalens tvärsnittsarea och dysans öppningsarea är i storleksordningen ca 15/1 resp. ca 30/1. Dessa förhållanden skall dock icke betraktas som yttre gränser för uppnående av uppfinningens fördelar, utan i varje applikation bör beaktas att dysans sprayvinkel och absorptionsmaterialflödets radiella avstånd till spraykonan blir styrande för den in- dividuella utformningen av spolluftskanalen. Ex.vis bör ett förhållande ned till ca 1,7/1 vara genomförbart i ett fall vari dysans utformning frambringar en spraykon med mycket liten vinkel.

I fig 2 visas schematiskt hur ett munstycke med den uppfinnings- enliga uppbyggnaden är applicerat i en kontaktreaktor 20 för rening av en processgas. Munstycket som i ritningen. bildar utloppsänden av en lans 1 är infört i ett reaktorutrymme 21 för 503 313 6 inmatning av ett befuktat absorptionsmaterial i processgasens rörelseriktning 22. Lansen 1 uppvisar på konventionellt sätt inlopp för tryckluft 2, vätska 3 och absorbent 9, och i det uppfinningsenliga utföringsexemplet en mot atmosfärtryck öppen kanal 7.

Genom dysans impuls eller hastigheten i dysans medium skapas ett undertryck i området av dysans utloppsände, vilket således direkt utnyttjas för att suga spolluft genom kanalen 7 från ett utrymme med atmosfärtryck eller nära atmosfärtryck, Spolluftsflödets hastighet står därigenom i proportion till dysans impuls och erfordrar ej mekaniska organ för reglering av flödet. Uttrycket "dysans impuls" skall i sammanhanget förstås att inkludera den sammanlagda impuls som genereras av den atomiserade vätskan och absorptionsmaterial med bärgas.

Genom praktiska försök har konstaterats ett den eftersträvade effekten uppnås i en applikation för bortförande av svaveldioxid ur rökgaser från en förbränningsprocess :i ett kraftvärmeverk genom inblåsning av befuktad kalciumhydroxid med hjälp av det uppfinningsenliga munstycket.

I ett torv/koleldat kraftvärmeverk av storleksordningen 400 MW installerades i enlighet med fig 2 en lans med ett munstycke av aktuellt slag i en kontaktreaktor. Vatten matades under ett tryck av 6 bar och till en mängd av 300-400 kg/h till dyskroppen för atomisering och inblåsning i reaktorn med hjälp av tryckluft vid ca 5 bar. Kalciumhydroxid blandad med flygaska matades med luft som bärgas i en mängd av ca 2000 l/h och med en hastighet om ca 20 m/sek in i reaktorn för blandning med vätskedimman nedströms munstycksöppningen och för reaktion med svavelföroreningarna i rökgasen. Genom spolluftskanalen, som utanför reaktorn stod i förbindelse med atmosfärtryck, strömmade på grund av det alstrade undertrycket i spraykonens rot ett luftflöde styrt av dysans impuls med en hastighet av 40-60 m/s. Spolluftskanalens tvär- snittsarea dimensionerades för att tillhandahålla ett perifert ringformigt spärrskikt, och uppvisade en diameter om 67 mm, 503 313 7 vilket ställes i relation till dysöppningens diameter om 16 mm.

Lansens ytterdiameter var i det aktuella praktikfallet 102 mm.

Installationen har under en driftstid av 4 veckor fungerat utan störning och med en reduktion av inkommande svaveldioxidhalt om 75%. Under återkommande kontroller har inte vid något tillfälle konstaterats påbyggnad av fasta ämnen på dyskroppen vilket endast kan ses som en indikation på att den eftersträvade effekten uppnås med den uppfinningsenliga utformningen av munstycket.

I ett annat praktikfall doserades i kraftvärmeverkets panna urea- vattenlösning via lansar, monterade i 12 st rökgasàterföringspor- tar med diametern 230 mm för reducering av svavelföroreningar i rökgaserna. I portarna doserades även absorbent (Dolomit CaCO3 MgC03 )-pulver som kalcineras till Ca0 i eldstaden, vilket i sin tur reagerar med S03 och bildar CaS04 . Med förfarandet uppnås en svavelreducering om 40-50%, vid ett motförhàllande kalcium/- svavel = 3.

Urea doseras i dessa portar dels p.g.a. temperaturnivå i eldstaden, dels för att utnyttja återföringsgasen för dis- tribution och inblandning av absorptionsmaterialet. Urea (NH2)2CO reagerar med 2NO och bildar 2N2 + 2H¿) + CO. Vid nämnda för- farande är av största vikt att urea-dysans spraykon inte störs av påbyggnad vid munstycket, då urea-lösningen är mycket korrosiv i rådande miljö i pannan (hög temperatur och reducerande miljö). Om urea-lösning kommer i kontakt med tubväggen korroderas hål inom 2 dygn.

Det uppfinningsenliga spärrluftssystemet har i denna installation med utmärkt resultat provats i samtliga 12 dysor under en tid av 25 veckor.

Installationen förklaras närmare nedanimed hänvisning till fig 3a och 3b, vari fig 3a visar ett tvärsnitt genom en av de 12 gasàterföringsportarna 30 vilka samtliga uppvisar en identisk konstruktion. 503 313 8 Urea i lösning med en koncentration av 10-30 vikts% matas under ett tryck om 3-6 bar och i en flödesmängd av 60-200 l/h genom en lans 31 för atomisering och insprutning i kraftvärmeverkets eldstad 32. Porten 30 mynnar i eldstadens vägg mellan panntuber 33.

Absorbent (Dolomit) tillförs genom en kanal 34 till en mängd av 150-300 kg/h och med hjälp av ett transportgasflöde om 20-30 m/s för inblandning med rökgasen i eldstaden. Kanalen 34 avslutas med en dysa 35 som mynnar i ett àtercirkulerande rökgasflöde 36, avsett att understödja absorptionsmaterialets distribution och inblandning. Rökgasflödet 36 har en hastighet om 40-70 m/s och håller en temperatur om 140-l60°C.

Spolluft 37 insugs genom en ringformig kanal 38, vilken i sin ytterände 39 är Öppen mot atmosfärtryck. Kanalen 38 är i enlighet med vad som anvisats ovan koaxiellt anordnad mellan absorbent- flödet och befuktningsflödet och dimensionerad för att mellan dessa upprätta ett spärrskikt av luft för att fördröja stoftets inblandning i spraykonan, så att därigenom återcirkulerande delar av gasen förblir fria från partiklar och ej leder till påbyggnad av fasta ämnen.

I det visade utförandet, se fig 3b, uppvisar därför munstycket 39 en öppningsdiameter a om 10 mm och är utformat för att ha en sprayvinkel d om 90°. Spolluftskanalen 37 har en invändig diameter b om 55 mm, och rökgasportens öppningsdiameter c är 230 mm.

De citerade praktikfallen kan ses som belägg för att anordningen möter det uppställda syftet. Det skall dock noteras, att häri angivna dimensioner endast skall betraktas som exempel och en vägledning för fackmannen, och att varje applikation kan ha sin exklusiva och optimala utformning. Det inses därvid att spol- luftskanalen 7 med fördel mynnar i omrâdet av eller mittför munstycksöppningen 5, vilket skapar den bästa förutsättningen för upprättande av spärrskiktet ll genom att det radiella avståndet 9 503 313 mellan spraykonen och spolluftskanalens yttre periferi är som störst i detta område. Det inses också att anordningen ekonomiskt och installationsmässigt uppvisar stora fördelar vid ett utnyttjande vari spolluftskanalen i sin ytterände är öppen mot atmosfärtryck, och att det självreglerande och av dysans impuls styrda flödet befrämjar en störningsfri strömning genom spol- luftskanalen. De bifogade kraven är dock inte begränsade till detta utförande, utan inriktas på att uppfinningens fördelar kan tillgodogöras även i det fall spolluftskanalen mynnar i ett utrymme vars trycknivå något understiger eller överstiger atmosfärtryck, varvid dock skall beaktas att kritiskt tryckför- hållande ej får råda, vilket leder till turbulent strömning i kanalen och till att spärrskiktet kan gå förlorat.

Claims (5)

503 313 10 PATENTKRAV

1. Anordning vid ett munstycke (1) för att i en processgas tillföra ett med processgasen reaktivt absorptionsmaterial eller för att i en stofthaltig miljö tillföra spolluft, innefattande kanaler för frammatning av trycksatt gas eller vätska (2, 3), dyskropp (4) för finfördelning av vätskan och med ett dysformat utlopp (5) för utblàsning av den finfördelade vätskan eller gasen i form av en spraykon, en perifert anordnad ringformig kanal (9) för frammatning av torrt stoft eller partikelformigt material samt en innanför kanalen (9) anordnad, dyskroppen (4) omslutande ringformig kanal (7) för tillförsel av spolluft runt dysans utlopp (5), k ä n n e t e c k n a d av att i. kanalen (7) tillhandahálles ett av dysans impuls upprättat och direkt reglerat, obehindrat spolluftflöde genom att' kanalen (7) är ansluten till ett mot atmosfärtryck eller nära atmosfärtryck öppet utrymme.

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att kanalen (7) uppvisar en i förhållande till dysans utlopp (5) tillräckligt stor tvärsnittsarea för att i kanalens utloppsände alstra ett perifert i kanalen orienterat, ringformigt spärrskikt av spolluft som förblir opàverkat av den àtercirkulerande delen av gas/vätskeblandningen i dysans spraykon, varvid förhållandet mellan de båda tvärsnittsareorna åtminstone är i storleksord- ningen 1,7/1 och företrädesvis befinner sig inom ett intervall av storleksordningen 1,7/1 till 30/1.

3. Anordning enligt krav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a d av att spolluftskanalen (7) mynnar mittför eller i närhet av dysans utloppsöppning (5).

4. Anordning enligt ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d av att spolluftskanalen (7) är rätlinjig i mynningsomràdet och företrädesvis utmed en väsentlig del av sin sträckning. 503 313 ll

5. Anordning enligt krav 1 och 3, k ä n n e t e c k n a d av att spolluftskanalen C7) är' rätlinjig i. mynningsomrádet och företrädesvis utmed en väsentlig del av sin sträckning.