專利名稱：用于使流體和大量的氣流混合、特別是用于將還原劑引入到含有氧化氮的煙氣中的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝置，用于使流體和在氣體管道中流動的大量氣流 (基流)混合、特別是用于將還原劑引入含有氧化氮的煙氣中，該裝置 具有至少一個噴管，該噴管具有至少一個用于導(dǎo)入流體的噴嘴，它的軸線與氣流的流動方向形成一個角度；還具有至少一個間隔一定距離地配 i殳于該噴嘴的扁平的混合元件，該混合元件與氣流的流動方向形成一個 角度，在此在混合元件處形成流動渦流并且至少 一部分流體到達該流動 渦流中。
背景技術(shù)：
在DE37 23 618C1中已知這種裝置，其中還原劑以氣體形式被導(dǎo)入 到大量的氣流(煙氣)中。為了縮短通常很長的混合路徑，使用了靜止 的混合元件。在SCR-設(shè)備中為了從煙氣中脫氮(選擇性的催化還原)，例如利用 還原劑和催化劑從發(fā)電站燃燒廢氣中脫氮，通常的是，在NH3作為還原 劑的情況下，它以加壓液化的NH3的形式或者氨水(NH40H)的形式 存儲，并且把預(yù)先霧化的NH3通過載氣流噴入到煙氣流中，并與其混合。 在用尿素作為還原劑的情況下，首先產(chǎn)生尿素水溶液，該尿素水溶液在 進行合適的加工后同樣呈氣態(tài)被噴入到煙氣流中。在已知的裝置中，混合元件是一個在煙道的寬度上延伸的矩形薄板。 噴管與噴嘴主要位于側(cè)面并且與相對于煙氣流的流動方向位于上游的混合薄板的棱邊平行，并且以NH3-載氣-混合物形式的氣態(tài)還原劑的噴射 在側(cè)面被流噴射到混合元件的背面上。流動渦流的分配是直接在混合薄 板處以及在混合薄板后面發(fā)生，并且由于煙氣流中加大的紊流在混合薄 板的下游實現(xiàn)。在大的管道橫截面的情況下設(shè)有充滿橫截面的并排的噴管，以及多個配設(shè)于噴管的流動薄板。另外，也建議了將氨水(液態(tài)的NH40H)或者尿素溶液不預(yù)先霧 化就直接噴入到混合元件背面的煙氣流中，其中噴嘴設(shè)置在該混合元件 的背面(背風(fēng)面)上，噴入方向平行于煙氣的氣流延伸。噴射流是由氣 體和小液滴的混合物組成的，小液滴在約300 。C的熱環(huán)境內(nèi)在一段時間之 后被霧化。在此產(chǎn)生危險，還原劑小滴和包含在煙氣中的塵粒共同在所 使用的混合元件、混合元件的支承元件上以及在可能情況下在煙道壁上 導(dǎo)致混凝土式的沉淀形成。因此噴嘴應(yīng)該盡可能地遠離混合元件設(shè)置， 這樣沒有被霧化的小滴即使在回流(尾渦)的影響下也不會》並到混合片 上。這導(dǎo)致了對于混合所需的無安裝構(gòu)件的煙道長度的延長。由于形成 沉淀的危險，在噴入之后在煙氣流內(nèi)不能安裝附加的靜止的混合元件。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，這樣改進此種類型的裝置通過直接噴入一種液 體特別是液態(tài)的還原劑作為流體，通過短的混合路徑在很大程度內(nèi)避免 了沉淀的形成。該任務(wù)通過一種此類的裝置這樣解決在使用一種液體作為流體的 情況下，噴管配備有至少兩個相對于氣流的流動方向傾斜的、并且相互 反向傾斜的噴霧嘴，該噴霧嘴與一個設(shè)計成盤片式的混合元件相配，并 且噴霧這樣實現(xiàn)，即在由噴霧嘴中各自噴出的噴射流中包含的霧化的氣態(tài)部分進入到流動渦流中，而未霧化的小滴狀部分由于其慣性和噴霧角 度則不進入混合片附近的流動渦流中。噴霧嘴可以相對于氣流設(shè)置在混合片的上游或者下游。 在這兩種實施形式中可以確定，大的未霧化的液滴由于其慣性在很 大程度上遵循原始的噴射軸線，并且不會碰到混合片而在那里導(dǎo)致沉淀 的形成，而在熱煙氣中霧化的來自輸入的液態(tài)還原劑的NH3跟隨著煙氣 流，并且作為氣體被并入到直接在混合片后巻起的渦流尾跡中。通過這 種方式，即使在直接噴入NH40H的情況下也可以達到預(yù)先分配。如在DE37 23 618C1， Sp.2, Z.40-45中已知的那樣，混合片優(yōu)選設(shè) 計成圓形的、橢圓形的、卵形的、拋物線形的、菱形的或者三角形的。當(dāng)兩個噴霧嘴之間的角度位于60度與120度之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選為 90度，是符合目的的。
混合片優(yōu)選以一個在30度至卯度之間的范圍內(nèi)的角度傾斜于氣流 的流動方向。
當(dāng)噴霧嘴是帶有一種霧化輔助介質(zhì)的2-材料-噴嘴，優(yōu)選為以壓縮空 氣或者水蒸氣作為霧化輔助劑，是符合目的的。通過2-材料-噴嘴可以產(chǎn) 生精細的小滴種類(Troepfchenspektrum )。
此外，也可以使用不帶輔助介質(zhì)的壓力噴嘴作為噴霧嘴。 為了避免在噴嘴出口處的小滴掉落，噴霧嘴可以配備有阻隔空氣或 者屏蔽空氣。
為了還優(yōu)化小滴軌跡的取向，由噴霧嘴的噴射流確定的平面相對于 氣流的流動方向傾斜一個在O度至30度范圍內(nèi)的角度。


下面借助于附圖舉例詳細解釋本發(fā)明。附圖中
圖l在一個由氣流迎流的、并與氣流成角度a傾斜的圓形盤片上形 成的馬蹄形渦流及渦流尾跡的三維視圖；圖2橫向于依照圖1的線A-A的側(cè)視圖；圖3橫向于依照圖1的視圖中的線B-B的盤片的背風(fēng)面的前視圖； 圖4與圖2類似的依照本發(fā)明的裝置的第一實施形式的側(cè)視圖，其中噴霧嘴相對于氣流設(shè)置在混合片的下游，其中 一起示出了引導(dǎo)氣流的氣體管道的橫截面；圖5橫向于依照圖1的視圖中的線B-B的盤片的迎風(fēng)面的背視圖； 圖6與圖4類似的依照本發(fā)明的裝置的第二實施形式的側(cè)視圖，其中噴霧嘴相對于氣流設(shè)置在混合片的上游；以及圖7橫向于依照圖1的視圖中的線B-B的盤片的背風(fēng)面的前視圖。
具體實施例方式
渦流尾跡的形成涉及一種在物體上的三維流的自然現(xiàn)象。(參見 Prandtl, Oswatitsch， Wieghardt:流體動力學(xué)指南，第9版1990; ISBN3-528-28209-6，第229頁，參閱圖4.41和響應(yīng)的描述)。應(yīng)首先在圖1-3中簡示和借其描述從混合片流出中的這樣的渦流尾 跡的形成、形式和位置。一個圓形的盤片(Scheibe) 1相對于在圖1中從下方來的流動的氣 流2傾斜角度a。在盤片的迎風(fēng)面la，氣流從其主流動方向偏轉(zhuǎn)，并且 產(chǎn)生一個過壓區(qū)。氣流2的分流2a在盤片的下面以給定的角度沿著流動。 在盤片的背風(fēng)面lb,形成了一個低壓區(qū)，它通過氣流的分流2b被填充 超過盤片的邊緣。通過在盤片邊緣上的流動轉(zhuǎn)向，形成了一個具有虛線 所示的渦流軸線3a的馬蹄形渦流3，該渦流以具有兩個對稱轉(zhuǎn)動的渦流 的渦流尾跡的形式在盤片的下游延續(xù)。馬蹄形渦流的側(cè)面渦流作為渦流 尾跡延續(xù)，與氣流(基流)交迭，并且與基流一起擴展。在渦流尾跡內(nèi) 部的流動狀況是高度的紊流。簡示出的馬蹄形渦流的邊界3b和渦流尾跡 不可以理解為清晰的界限。兩個渦流的位置和結(jié)構(gòu)，以及互相相反的轉(zhuǎn) 動方向可以通過適合的測量技術(shù)根據(jù)試驗確定。通過其他的盤片形狀如橢圓形、卵形、拋物線形、菱形或者三角形 構(gòu)成類似的帶有渦流尾跡的渦流。渦流尾跡和氣流的紊流的混合將被用于將一個幾乎是點式噴入的氣 流均勻地分布在很大的橫截面上。在根據(jù)圖4和圖5的依照本發(fā)明的裝置的實施形式中，在一個延伸 到煙道R內(nèi)部的噴管5的頭部4c上^L置了兩個噴霧嘴4a和4b(也可以 使用多于兩個噴霧嘴；另外也可以使用壓力噴嘴)。該噴霧嘴是在優(yōu)選為 圓形構(gòu)造的混合片(Mischerscheibe ) 1的背風(fēng)面lb距離它一個預(yù)定的 間距地設(shè)置。由噴嘴4a或者4b各自噴出的噴射流包含氣態(tài)部分6a和未 霧化的小滴6b。兩個噴霧嘴4a和4b夾成一個120度的角度(3，并且相 對于基流傾斜。其他的角度也是可能的。它優(yōu)選在60度與120度之間的 范圍內(nèi)。由噴嘴4a和4b確定的平面不傾斜于基流。在圖4和圖5中，液態(tài)還原劑5a借助于霧化輔助介質(zhì)5b被霧化， 并且噴射流6被阻隔空氣或者屏蔽空氣5c包圍。在圖4-7中，除分流2a和2b之還外簡示出射入流6的流6a (噴射 流6的氣態(tài)部分)和6b (未被霧化的小滴)。射入流的霧化部分6a-如圖 所示-跟隨基流的彎曲并且被巻入渦流3中。沒有被霧化的小滴6b遵循 它的慣性成選定的噴入角P，并因此在盤片1的背風(fēng)面lb穿透導(dǎo)回到背 風(fēng)面的渦流中，因此基本避免了煙氣中的小滴和細塵粒的沉淀形成。分流6b的小滴稍后在煙氣中霧化，并且通過在那里存在的渦流以足 夠的程度被混入。分流6a還可能含有極細小的小滴，但該小滴很快霧化，因此對于沉 淀的形成-如果有的話-只有很少的貢獻。關(guān)于還原劑的量，分流6a比分 流6b包含明顯更多的還原劑。但在不是依照本發(fā)明的尾渦的透入中，較 小的分流6b將導(dǎo)致顯著的沉淀形成。在依照圖6和7的實施形式中，噴嘴頭連同噴霧嘴4a和4b設(shè)置在 混合片的上游。噴霧嘴4a和4b是這樣設(shè)置的，即噴射流6的軸線在兩 側(cè)以足夠的間距在混合片1旁邊延伸。離盤片的距離可以優(yōu)選為約0.5m。 在這個實施形式中，小滴軌跡6b也穿透混合片到定向的渦流。在依照圖6和7的實施形式中，由噴嘴4a和4b限定的平面相對于 基流傾斜了角度"20、在這個實施形式中和在依照圖4-5的實施形式中，可以是一個在0 度到30度范圍內(nèi)的傾斜角y。依照圖6和7的實施形式有利的是，由于技術(shù)原因經(jīng)常不被利用的在混合片1上游的空間可以被用于設(shè)置噴管5。而且在這個實施形形式中產(chǎn)生了以下的自由，即把噴管5與混合片1的傾斜無關(guān)地相對于基流從管道K的壁的任意方向引導(dǎo)到噴入位置，而在此不必如已知的方式那樣 執(zhí)行非常消耗的穿透混合片i。不言而喻的是，在大的管道橫截面中，可以設(shè)有多個帶有沿管道的 橫截面分布的配設(shè)的噴霧嘴的混合片。也可以是多于兩個噴嘴例如以刺 猬形布局配設(shè)于一個混合片。它們只須設(shè)置成使小滴軌跡穿透渦流。附圖標(biāo)記清單1 盤片(混合片)la 盤片的迎風(fēng)面(Luv-Sdte)lb 盤片的背風(fēng)面(Lee-Seite)2 氣流2a 氣流，在盤片的迎風(fēng)面la上的分流2b 氣流，在盤片的背風(fēng)面lb上的分流3 馬蹄形渦流和渦流尾跡 3a 渦流軸線3b渦流的外邊界4 噴管 4a噴霧嘴 4b噴霧嘴 4c噴嘴頭5a液態(tài)還原劑的導(dǎo)入5b氣態(tài)霧化輔助介質(zhì)的導(dǎo)入5c阻隔空氣或者屏蔽空氣的導(dǎo)入6 噴射流6a 氣態(tài)部分6b 未被霧化的小滴R 煙道
權(quán)利要求
1.一種用于流體與在氣體管道中流動的大量的氣流混合、特別是用于將還原劑引入到含有氧化氮的煙氣中的裝置，它具有至少一個噴管，該噴管帶有至少一個用于導(dǎo)入流體的噴嘴，它的軸線與氣流的流動方向形成一個角度，并且至少一個間隔一定距離地配設(shè)于噴嘴的扁平的混合元件，該混合元件與氣流的流動方向形成一個角度，其中在混合元件處形成流動渦流，并且至少一部分流體到達該流動渦流中，其特征在于在使用一種液體作為流體的情況下，噴管(4)配備有至少兩個相對于氣流(2)的流動方向傾斜的、并且相互反向傾斜一個噴霧角(β)的噴霧嘴(4a，4b)，該噴霧嘴配設(shè)于一個做成盤片式的混合元件(1)，并且噴霧這樣實現(xiàn)即包含在由噴霧嘴中各自噴出的噴射流(6)中的霧化的氣態(tài)部分(6a)進入到流動渦流(3；3a；3b)中，而未被霧化的小滴狀部分(6b)由于其慣性和噴霧角(β)不進入混合片(1)附近的流動渦流(3；3a；3b)中。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，噴霧嘴(4a, 4b)相對 于氣流(2)設(shè)置在混合片(1)的下游。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，噴霧嘴(4a， 4b)相對 于氣流(2)設(shè)置在混合片(1)的上游。
4. 如權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于，混合片(l)設(shè) 計成圓形的、橢圓形的、卵形的、拋物線形的、菱形的或三角形的。
5. 如權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其特征在于，兩個噴霧嘴之 間的角度(P)位于60度和120度之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選為90度。
6. 如權(quán)利要求1至5之一所述的裝置，其特征在于，混合片(l)相 對于氣流的流動方向傾斜一個在30度到卯度之間范圍內(nèi)的角度(a)。
7. 如權(quán)利要求1至6之一所述的裝置，其特征在于，噴霧嘴(4a,4b)是帶有霧化輔助介質(zhì)(5b)的2-材料-噴嘴。
8. 如權(quán)利要求1至7之一所述的裝置，其特征在于，噴霧嘴(4a, 4b)是壓力噴嘴。
9. 如權(quán)利要求1至8之一所述的裝置，其特征在于，噴霧嘴(4a， 4b)配備有阻隔空氣(5c)。
10. 如權(quán)利要求l至9之一所述的裝置，其特征在于，由噴霧嘴的噴 射流確定的平面相對于氣流(2 )的流動方向傾斜一個在0度至30度范 圍內(nèi)的角度(Y)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使流體和在氣體管道中流動的大量的氣流(2)混合、特別是用于將還原劑(5a)導(dǎo)入到含有氧化氮的煙氣中的裝置，該裝置具有至少一個噴管(5)，該噴管帶有至少一個用于導(dǎo)入流體的噴嘴(4a，4b)，它的軸線與氣流的流動方向形成一個角度，并且具有至少一個間隔一定距離配設(shè)于噴嘴的扁平的混合元件，該混合元件與氣流的流動方向形成一個角度，其中在混合元件處形成流動渦流(3)，并且至少一部分流體到達該流動渦流中。當(dāng)直接噴入一種液體特別是液態(tài)的還原劑作為流體時，通過短的混合路徑，以便在基本范圍內(nèi)避免了沉淀的形成，依照本發(fā)明規(guī)定，在使用一種液體作為流體(5a)時，噴管(4)配備有至少兩個相對于氣流(2)的流動方向傾斜的、并且相互反向地傾斜的噴霧嘴(4a，4b)，該噴霧嘴配備有一個做成盤片式的混合元件(1)。
文檔編號B01F5/06GK101336130SQ200680051963
公開日2008年12月31日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者G·貝克曼, U·普里斯邁爾 申請人:菲希亞巴高克環(huán)境股份有限公司