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Dokumentenidentifikation DE69212437T2 05.12.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0543705
Titel Injektionskopf zur Verbesserung der Dispersion eines Pulvers in einer Entschwefelungskammer eines Wärmeerzeugers
Anmelder Institut Français du Pétrole, Rueil-Malmaison, Hauts-de-Seine, FR;
Babcock-Entreprise, La Courneuve, FR
Erfinder Nougier, Luc, F-78110 Le Vesinet, FR;
Martin, Gerard, F-92500 Rueil Malmaison, FR;
Bouju, Jean-Louis, F-95270 Luzarches, FR
Vertreter Lewald Grape Schwarzensteiner, 80331 München
DE-Aktenzeichen 69212437
Vertragsstaaten BE, DE, ES, GB, IT, NL
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 10.11.1992
EP-Aktenzeichen 924030414
EP-Offenlegungsdatum 26.05.1993
EP date of grant 24.07.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.12.1996
IPC-Hauptklasse F23J 15/00

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Wärmeerzeugern bzw. Wärmegeneratoren, die mit Brennstoffen mit hohen Gehalten an Schwefel und an Stickstoff arbeiten. Nun werden gegenwärtig reduzierte Emissionen von Schwefeloxiden, von Stickstoffoxiden und/oder von unverbrannten Brennstoffen durch die in Kraft getretenen Gesetze in den wichtigsten Industrieländern verlangt. Es handelt sich also darum, die Verbrennung sowohl hinsichtlich der Leistung bzw. des Wirkungsgrades als auch hinsichtlich der Qualität der durch die Wärmeerzeuger emittierten Ausstöße bzw. Freisetzungen bzw. Abgaben zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung schlägt eine Verbesserung auf diesem Gebiet vor.

Sie betrifft ganz besonders die Injektoren bzw. Düsen oder Köpfe zur Injektion bzw. Einspritzung, welche die vorerwähnten Wärmeerzeuger ausstatten und welche gestatten, insbesondere trockene Pulver, absorbierende Pulver, wie Kalk bzw. Calciumoxid, kalkhaltiger Stoff, Magnesiumoxid, Dolomit ..., welche bestimmt sind, die Verbrennungsgase zu entschwefeln, pneumatisch zu injizieren bzw. einzuspritzen.

Das Dokument FR-A-2.636.720 offenbart einen Wärmeerzeuger, auf den die Erfindung ganz besonders gut Verwendung findet. Auf bekannte Weise und wie die Fig. 1 zeigt, strömen die Verbrennungsabströme bei diesem Typ von Erzeuger bzw. Generator in einer "S"-förmigen Fließbewegung durch jeweils eine Kammer 1 zur Verbrennung, eine Kammer 8 zur Entschwefelung und eine Kammer 16 zur Wiedergewinnung von Wärme. Sie können dann an die Umgebung abgegeben werden, da sie nach diesem Durchgang von dem Großteil ihrer Verunreinigungen befreit sind. Eine Trennung zwischen festen Partikeln und -Gasabströmen kann außerdem an verschiedenen Punkten 20, 22 des Kreislaufes verwirklicht werden. Auf Höhe der Entschwefelungskammer 8 werden die gasförmigen Verbrennungsabströme mit absorbierenden Partikeln zur Entschwefelung, wie Kalk bzw. Calciumoxiden, kalkhaltigen Stoffen, Magnesiumoxiden, Dolomiten oder komplexere Mischungen, welche zum Minimum Calcium, Magnesium oder Natrium umfassen, gemischt.

Die räumliche Dispersion bzw. Verteilung des Absorptionsmittels und seiner Mischung mit den Verbrennungsabströmen in der Entschwefelungskammer 8 wird gemäß diesem Stand der Technik realisiert, indem eine Zufuhr 26 von komprimierter Luft auf Höhe des Injektors bzw. der Düse 10 zugesetzt wird, um eine pneumatische Zerstäubung bzw. Pulverisierung des Absorptionsmittels von einer Granulometrie bzw. Korngröße einschließlich zwischen 1 und 100 Mikrometer und mit = einer Injektionsgeschwindigkeit bzw. Einspritzgeschwindigkeit einschließlich zwischen 10 und 200 mis zu verwirklichen.

Indessen hat der Versuch gezeigt, daß so injizierte Pulver kein ausreichendes Dispersionsvermögen zur Verfügung stellen, die erhaltene Mischung nicht ausreichend homogen ist: die "Pakete" von Pulver, die sich in der Entschwefelungskammer injiziert befinden, erfüllen nicht ihre Funktion eines Absorptionsmittels auf optimale Weise, was sich negativ auf die Leistung bzw. den Wirkungsgrad des Reaktors auswirkt.

Demnach ist experimentiert worden, daß ein Reaktor, der mit einem Injektor bzw. einer Düse gemäß der Erfindung ausgestattet ist, gestattet, die Leistung bzw. den Wirkungsgrad um mehrere Prozent zu erhöhen.

Man kennt darüber hinaus das US-Patent 4,722,287, das einen Kopf zur Jnjektion bzw. Einspritzung beschreibt, der aus zwei konzentrischen Rohren gebildet ist, welche zwei Strahlen erzeugen: einen axialen, der zur Mitte bzw. zum Zentrum des Reaktors (aus-)gerichtet ist, den anderen, der zu den Wänden des Reaktors (aus-)gerichtet ist.

Die Erfindung zielt darauf ab, den vorerwähnten Nachteilen abzuhelfen, indem Injektoren bzw. Düsen des Typs, der zu Beginn der Beschreibung beschrieben ist, vorgeschlagen werden.

Die Injektoren bzw. Düsen gemäß der Erfindung gestatten, eine homogene Mischung in einer optimalen Verweilzeit zu verwirklichen.

Sie können mit jedem Typ eines Absorptionsmittels verwendet werden, die pulverisieren und ein ausgezeichnetes Dispersionsvermögen besitzen. Sie arbeiten vorzugsweise unter den folgenden Bedingungen:

- mit trockenen Pulvern von mittlerem Durchmesser einschließlich zwischen 1 und 100 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 1 und 50 Mikrometer,

- für Injektionsgeschwindigkeiten bzw. Einspritzgeschwindigkeiten auf Höhe des nahe der Entschwefelungskammer gelegenen Endes einschließlich zwischen 10 und 200 m/s und vorzugsweise zwischen 20 und 80 m/s,

- mit Konzentrationen von Partikeln in dem Fluid zum Transport einschließlich zwischen 0,2 und 5 kg Pulver pro Kilogramm Fluid und vorzugsweise einschließlich 0,5 und 2 kg pro Kilogramm Fluid,

- ohne Rezirkulation von Verbrennungsgasen bzw. Verbrennungsrauchgasen,

- mit Durchmessern der Basis des Injektors bzw. der Düse gewöhnlicherweise einschließlich zwischen 1 und 15 Zentimetern.

Die Injektion bzw. Einspritzung in den Gasstrom kann unterschiedslos im Gegenstrom oder im Gleichstrom vorgenommen werden.

Vorzugsweise können mehrere Injektoren bzw. Düsen einen Wärmeerzeuger bzw; Wärmegenerator, wie weiter oben definiert, ausstatten.

Die reziproke bzw. wechselseitige Anordnung und die geeignete Geometrie der ausgewählten Injektoren bzw. Düsen hängt von den Vorgaben der allgemeinen Betriebsweise des Erzeugers bzw. Generators ab.

Man versucht in bestimmten Reaktorzonen, einen ebenen bzw. flächigen Strahl zu erhalten: eine erste Geometrie wird zu diesem Zweck vorgeschlagen.

Nach bestimmten weiteren Vorgaben kann ein Strahl gemäß zwei Ebenen ausgesucht werden: die Erfindung schlägt in diesem Fall eine andere Geometrie von Injektoren bzw. Düsen vor.

Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann der erhaltene Strahl in einem Konus bzw. Kegel umfaßt sein.

Die Injektoren bzw. Düsen gemäß der Erfindung gestatten somit vorteilhafterweise auf einmal die Form von Strahlen, gleichermaßen aber die Eigenschaften der erzeugen Mischung: Geschwindigkeit, Menge bzw. Durchsatz, Konzentration zu beherrschen.

Mehrere Ausführungsmoden der Erfindung erfüllen diese Kriterien:

Gemäß einem ersten Ausführungsmodus ist das Ende, das im Inneren der Entschwefelungskammer gelegen ist, von einem gewölbten Teil gebildet, welches mit wenigstens einem transversalen Schlitz versehen ist, dessen Breite bzw. Weite einschließlich zwischen einer Hälfte und einem Zehntel des mittleren Durchmessers des genau oberhalb bzw. anströmseitig des gewölbten Teiles gelegenen Strömungsquerschnittes ist.

Außerdem kann das Ende des Kopfes zur Injektion bzw. Einspritzung zwei Schlitze umfassen, die zueinander senkrecht angeordnet sind.

Gemäß einem weiteren Ausführungsmodus ist das Ende des Kopfes in Form eines Daches mit Doppelschräge ausgebildet, dessen Spitze einen länglichen Schlitz umfaßt und mit einem Einschnitt versehen ist, der von dem Schlitz ausgehend definiert ist, wobei sich die Seiten des Einschnittes nach Maßgabe der Entfernung von der Spitze annähern.

Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann der Kopf zur Injektion bzw. Einspritzung aus einem im wesentlichen zylindrischen Endprofil gebildet sein, das mit einer Vielzahl von longitudinalen bzw. länglichen Schlitzen versehen ist, wobei das Ende des zylindrischen Profiles auf der Seite der Entschwefelungskammer durch die Basis eines Konus verschlossen ist, dessen Spitze im Inneren des zylindrischen Profiles gelegen ist.

Auf besondere Weise umfaßt der Kopf zur Injektion bzw. Einspritzung gemäß der Erfindung ein im wesentlichen konisches Profil, das mit mehreren Einschnitten versehen ist, wobei das Ende des Profiles auf der Seite der Entschwefelungskammer durch einen Konus verschlossen ist, dessen Spitze zum Inneren des Profiles ausgerichtet ist, wobei die Einschnitte und der Konus zusammenwirken, um einen konischen Strahl oder einen Strahl gemäß einer zu der Achse des Injektionskopfes senkrechten Ebene zu erzeugen.

Die Erfindung wird mit weiteren Besonderheiten und Vorteilen besser verständlich, die aus der nachfolgenden rein darstellenden, nicht beschränkenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen besser hervorgehen, wobei:

Fig. 2A und 2B jeweils eine Vorder- und Seitenansicht eines ersten Ausführungsmodus der Erfindung darstellen,

Fig. 3A und 3B jeweils eine Vorder- und Seitenansicht eines zweiten Ausführungsmodus der Erfindung zeigen,

Fig. 4A und 4B einen dritten Ausführungsmodus der Erfindung in einer Vorder- und Seitenansicht verdeutlichen,

Fig. 5A und 5B jeweils eine Vorder- und Seitenansicht eines weiteren Ausführungsmodus der Erfindung darstellen,

Fig. 6A und 6B eine Vorder- und eine Seitenansicht einer anderen Weise, die Erfindung zu realisieren, betreffen.

Auf eine allgemeine Weise gemäß der Erfindung kann der Ansatz bzw. das Ansatzstück oder der Kopf zur Injektion bzw. Einspritzung ein selbständiges Teil sein, das an dem Ende des Rohres 10 zur Injektion bzw. Einspritzung der Mischung komprimierte Luft-Pulver oder Dampf-Pulver oder ganz allgemein Fluids zum (An-)treiben bzw. zur Mitnahme-Pulver (an-)geschraubt oder auf jede an sich bekannte Weise befestigt ist.

Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann der Injektionskopf selbstverständlich auch mit dem Rohr 10 zur Injektion der Mischung aus einem Stück bzw. einteilig sein.

Die Fig. 2A und 2B zeigen eine erste Geometrie des Injektionskopfes, die einen ebenen bzw. flächigen Strahl erzeugt. Dieser Typ eines Injektors bzw. einer Düse wird ganz besonders gewählt, wenn man es wünscht, gemäß einer Ebene senkrecht zu der allgemeinen Strömung des Fluids zu injizieren bzw. einzuspritzen, oder außerdem für eine Injektion bzw. Einspritzung im Gegenstrom entsprechend einem Winkel kleiner als 45º.

Diese Geometrie ist von einer im wesentlichen zylindrischen Basis 20 gebildet, die auf der Seite der Öffnung bzw. (Ein-)mündung des Injektionsrohres 10 gelegen ist, welche an dem Ende des Rohres 10 angeschraubt werden kann.

Diese Basis kann durch ein äußeres konisches bzw. kegelförmiges Teil 21 verlängert sein, welches selbst durch eine hemisphärische bzw. halbkugelförmige Zone oder ganz allgemein eine gewölbte bzw. bauchige bzw. konvexe Zone 22 verlängert ist, in welcher ein Schlitz bzw. Spalt 23 vorgesehen ist, der sich transversal bzw. quer erstreckt.

Die Breite bzw. Weite des Schlitzes 23 ist einschließlich zwischen einem Zehntel bzw. einem halben mittleren Durchmesser des Strömungsquerschnittes, der genau oberhalb bzw. anströmseitig von der gewölbten Zone 22 gelegen ist.

Eine andere Art, den Schlitz 23 zu definieren, besteht darin, zu sagen, daß seine Oberfläche einschließlich zwischen 1/2 und 1/6 des vorerwähnten Strömungsquerschnittes ist.

Diese Geometrie gestattet es, insbesondere den Querschnitt der Strömung zur Reaktorauslaßselte ausreichend zu reduzieren, ohne ebensoviele Zonen zur Retention des Pulvers im Inneren des Kopfes zu erzeugen.

So gestattet die plötzliche Erhöhung der Geschwindigkeit der Partikel einen am Auslaß größeren Impuls der Partikel als in dem Fall eines Rohres gemäß dem Stand der Technik, d.h. ohne Ansatz bzw. Ansatzstück.

Das Pulver muß am Auslaß des Injektors eine hohe Geschwindigkeit besitzen, um in die Hauptströmung eindringen zu können, wenn er in einer senkrechten oder schrägen Ebene zu dieser Hauptströmung angeordnet ist.

Andererseits ist die Strömung mit dieser Geometrie stabil, da keine Zone zur Retention des Pulvers im Inneren des Injektionskopfes vorhanden ist.

Die Fig. 3A und 3B zeigen von vorne und im Profil einen anderen Injektionskopf, der von dem Vorhergehenden abgeleitet ist.

Tatsächlich weist dieser Injektionskopf die gleichen Merkmale wie der Vorhergehende auf, ist aber außerdem mit einem zweiten Schlitz bzw. Spalt 24 versehen, der sich auch über das gewölbte Teil des Kopfes, vorzugsweise senkrecht zu dem ersten Schlitz 23, erstreckt.

Diese Geometrie gestattet folglich eine Verteilung des Pulvers in zwei privilegierten, zueinander senkrechten Ebenen. Sie kann vorzugsweise für die Injektion im Gegenstrom verwendet werden.

Die Fig. 4A und 4B zeigen einen Ausführungsmodus der Erfindung, der es gestattet, einen ebenen bzw. flächigen Strahl zu erzeugen.

Der Kopf umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Teil bzw. eine im wesentlichen zylindrische Basis 20, das bzw. die an dem Ende des Rohres gelegen ist. Die zylindrische Basis ist durch ein gepreßtes bzw. geklemmtes oder abgeschrägtes bzw. geschliffenes bzw. facettiertes Teil 40 in Form eines Daches mit Doppelschräge verlängert.

Die Spitze bzw. der Scheitel des abgeschrägten Teiles ist ein Schlitz bzw. Spalt 41, der sich über den gesamten oder einen Teil des Durchmessers des Kopfes erstreckt. Ausgehend von dem Schlitz 41 kann wenigstens ein V-förmiger Einschnitt bzw. eine V-förmige Einkerbung 42 vorgesehen sein, wobei sich die Höhe bzw. Dicke des Einschnittes bzw. der Einkerbung in dem Maße vermindert, wie sie sich von der Spitze 41 entfernt. Der Innendurchmesser des Ansatzes bzw. Ansatzstückes nimmt gleichmäßig von der Basis 20 bis zur Spitze 41 ab.

Diese Geometrie gestattet es, einen ebenen bzw. flächigen Strahl zu erhalten; sie wird vorzugsweise verwendet, um eine Injektion bzw. Einspritzung senkrecht zu der Hauptströmung zu realisieren, oder außerdem für eine Injektion bzw. Einspritzung im Gegenstrom entsprechend einem Winkel kleiner als 45º in bezug auf die Hauptströmung.

Die Besonderheiten, die für die erste Geometrie vorteilhaft sind, finden gleichermaßen auf diesen Ausführungsmodus der Erfindung Anwendung.

Wenn ein konischer bzw. kegelförmiger Strahl oder gemäß einer zu der Achse des Kopfes senkrechten Ebene notwendig ist, wird ein Injektor bzw. eine Düse, wie durch die Fig. 5A und SB dargestellt, ausgewählt. Dieser Injektor bzw. diese Düse ist aus einer Basis 20 gebildet, die im wesentlichen zylindrisch und an den Ansatz bzw. das Ansatzstück des Injektionsrohres adaptierbar ist. Ein äußeres konisches Teil 21 kann die Basis 20 verlängern.

Das Ende des Injektionskopfes stellt ein äußeres zylindrisches Profil 50 dar. Der Zylinder so ist (aus-) bzw. (durch-)gebohrt und aus länglichen Schlitzen bzw. Spalten 51 sowie aus Vollteilen bzw. Teilen 52 aus Vollmaterial gebildet. Die Basis eines Konus bzw. eines Kegels 53 (ver-) schließt das gesamte Ende des Zylinders 50. Die Ausrichtung des Konus 53, mit der Spitze zum Inneren des Zylinders 50 gewandt, gestattet es, einen konisch erweiterten Strahl, genau gemäß einem Konuswinkel bzw. Kegelwinkel an der Spitze größer als 45 Grad zu erzeugen. Ein Strahl gemäß einer zu der Achse des Injektionskopfes senkrechten Ebene kann ebenso erhalten werden.

Die Anzahl von Schlitzen 51 ist gemäß den Abmessungen des Injektors bzw. der Düse und gemäß den zu injizierenden bzw. einzuspritzenden Mengen bzw. Durchflüssen variabel. Dieser Typ von Injektionskopf kann unterschiedslos im Gleich- oder Gegenstrom verwendet werden.

Der Konus 53 weist vorzugsweise einen Öffnungswinkel kleiner als 90 Grad auf, um ein Hängenbleiben des Pulvers zwischen der Basis des Konus und den Vollteilen 52 des Zylinders 50 zu vermeiden.

Die Fig. 6A und 6B zeigen eine weitere Anordnung des Kopfes zur Injektion bzw. Einspritzung gemäß der Erfindung, der eine Zone 20, 21 zur Verbindung, wie schon definiert, darstellt.

Diese Geometrie umfaßt außerdem ein Ende 60 zur Injektion bzw. Einspritzung, das im wesentlichen rohrförmig, auf der Seite der Entschwefelungskammer durch die Basis eines Konus bzw. Kegels 61 verschlossen ist.

Die Einschnitte bzw. Einkerbungen 62 sind außerdem nahe dem Ende vorgesehen, um in Zusammenwirkung mit dem Konus 61 einen "gerichteten" Auslaß des Stromes zu bilden.

Der so definierte Injektionskopf gestattet es, einen konischen bzw. kegelförmigen Strahl oder gemäß einer zu der Symmetrieachse des Injektionskopfes senkrechten Ebene zu erhalten.


Anspruch[de]

1. Injektionskopf, der bestimmt ist, ein absorbierendes Pulver auf pneumatische Weise in eine Entschwefelungskammer (8) eines Wärmeerzeugers zu injizieren, wobei die Granulometrie des Pulvers einschließlich zwischen 1 und 100 Mikrometern und die Injektionsgeschwindigkeit der Pulverpartikel einschließlich zwischen 10 und 200 m/s beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf wenigstens einen Endeinschnitt oder einen Endschlitz umfaßt, welcher derart angeordnet ist, daß der am Auslaß des Injektionskopfes erhaltene Strahl in einer Ebene oder einem Konus umfaßt ist, um so die Dispersion des absorbierenden Pulvers in der Entschwefelungskammer zu verbessern.

2. Injektionskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erhaltene Strahl in wenigstens einer Ebene umfaßt ist, welche die Hauptachse des Injektionskopfes enthält.

3. Injektionskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende, das im Inneren der Entschwefelungskammer gelegen ist, von einem gewölbten Teil (22) gebildet ist, welches mit wenigstens einem transversalen Schlitz (23, 24) versehen ist, dessen Breite einschließlich zwischen einer Hälfte und einem Zehntel des mittleren Durchmessers des oberhalb des gewölbten Teiles gelegenen Strömungsquerschnittes ist.

4. Injektionskopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Schlitze (23, 24) umfaßt, die zueinander senkrecht angeordnet sind.

5. Injektionskopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (40) des Kopfes in Form eines Daches mit Doppelschräge ausgebildet ist, dessen Spitze einen länglichen Schlitz (41) umfaßt und mit einem Einschnitt (42) versehen ist, der von dem Schlitz (41) ausgehend definiert ist, wobei sich die Seiten des Einschnittes (42) nach Maßgabe der Entfernung von der Spitze annähern.

6. Injektionskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein im wesentlichen zylindrisches Endprofil (50) umfaßt, das mit einer Vielzahl von longitudinalen Schlitzen (51) versehen ist, wobei das Ende des zylindrischen Profiles (50) auf der Seite der Entschwefelungskammer durch die Basis eines Konus (53) verschlossen ist, dessen Spitze im Inneren des zylindrischen Profiles (50) gelegen ist.

7. Injektionskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein im wesentlichen zylindrisches Profil (60) umfaßt, das mit mehreren Einschnitten (62) versehen ist, wobei das Ende des Profiles (60) auf der Seite der Entschwefelungskammer durch einen Konus (61) verschlossen ist, dessen Spitze zum Inneren des Profiles (60) ausgerichtet ist, wobei die Einschnitte (62) und der Konus (60) zusammenwirken, um einen konischen Strahl oder einen Strahl gemäß einer zu der Achse des Injektionskopfes senkrechten Ebene zu erzeugen.







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