DE102007003665A1

DE102007003665A1 - Düse zum Einbringen und Dosieren eines Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozessen

Info

Publication number: DE102007003665A1
Application number: DE102007003665A
Authority: DE
Inventors: Johannes Martin; Dirk Hammler
Original assignee: Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
Current assignee: Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: DK1890081T3; DE102007003665B4; US7886994B2; US20080035751A1; EP1890081A3; CA2596491C; ES2615459T3; EP1890081B1; EP1890081A2; JP5280023B2; JP2008036633A; CA2596491A1

Abstract

Die Düse zum Einbringen und Dosieren eines Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozessen umfasst ein Düsenrohr (2) und einen im Querschnitt runden inneren Verdrängerkörper (1) zur Bildung eines Düsenringspaltes (14). Der Verdrängerkörper (1) begrenzt innerhalb des Düsenrohres (2) einen Mischraum (18) und weist an diesem Ende eine Verjüngung (3) auf, mit der er an einem Zuführrohr (5) für das Behandlungsmedium ausschließlich gehalten ist. Das Zuführungsrohr (5) durchquert einen Druckraum (6.1), welches zwei achsiale Begrenzungswände (4, 7) aufweist. In diesen Begrenzungswänden ist das Zuführungsrohr gehalten, wobei in der Begrenzungswand (4) eine Halterung (12) vorgesehen ist, die das Hindurchströmen des Trägermediums aus dem Druckraum (6.1) zum Düsenspalt (14) ermöglicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse zum Einbringen und Dosieren eines Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozessen, bei der ein Behandlungsmedium und ein Trägermedium miteinander mischbar und gemeinsam ausdüsbar sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Düse.
Aus der DE 3935401 C1 ist eine Einstoffdüse bekannt, bei der das Behandlungsmedium und das Trägermedium in eine Mischkammer einführbar und mittels eines eine Düsenbohrung aufweisenden Düsenkopfes zerstäubbar sind. Nachteilig bei dieser Düse ist die Tatsache, dass der Düsenkopf im Feuerraum einer starken Hitzeeinwirkung und einer Korrosionseinwirkung ausgesetzt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Düse dieser Art zu schaffen, die den Belastungen im Feuerraum besser standhält und bei Verschleiß in einfacher Weise wieder betriebsfähig gemacht werden kann.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Düse der eingangs erläuterten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Düse ein äußeres Hüllelement und einen inneren Verdrängerkörper zur Bildung eines Düsenspaltes aufweist, dass der Verdrängerkörper innerhalb des Hüllelementes einen Mischraum begrenzt und in dem Übergangsbereich zwischen Mischraum und Düsenspalt eine Verjüngung aufweist und der Mischraum mit einem Druckraum für das Trägermedium in Verbindung steht, aus dem das Trägermedium achsparallel zum Düsenspalt strömt, dass ein Zuführelement für das Behandlungsmedium vorgesehen ist, aus dem das Behandlungsmedium in den Mischraum austritt, wobei beide Medien nach Beschleunigung an der Verjüngung in den als weitere Mischstrecke dienenden Düsenspalt eintreten und dass der Verdrängerkörper in Richtung des Düsenaustrittes mindestens die Länge des Hüllelementes aufweist.
Da das Hüllelement von innen durch das Gemisch aus Trägermedium und Behandlungsmedium gekühlt ist, ist es in der Lage, den starken Hitzeeinwirkungen länger standzuhalten. Der innere Verdrängerkörper kann leicht auswechselbar angeordnet sein. Bei starker Beschädigung am vorderen Ende des Hüllelementes und des Verdrängerkörpers können diese beiden Teile, sofern sie ursprünglich lang genug ausgeführt waren, in einfacher Weise gekürzt werden, wodurch die Düse wieder betriebsfähig ist. Gegenüber einer bekannten Düse mit Düsenkopf und Düsenbohrung bringt dies erhebliche Vereinfachungen im Betrieb einer solchen Düse mit sich, da eine Einstoffdüse mit speziell abgestimmter Düsenaustrittsöffnung leichter verstopft und nicht in einfacher Weise an ihrem vorderen Ende abgeschnitten werden kann, wie dies bei der erfindungsgemäßen Düse möglich ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass äußere Hüllelement und das Zuführelement runde Rohrelemente sind.
Eine besonders gute Durchmischung wird dadurch erzielt, dass das Behandlungsmedium quer, vorzugsweise senkrecht, zur Strömungsrichtung des Trägermediums in den Mischraum eintritt.
Für den Betrieb der Düse ist es vorteilhaft, wenn der Verdrängerkörper über das Hüllelement hinausragt, da hierdurch eine günstige Impulswirkung auf den unmittelbaren Kernbereich vor der Düse ausgeübt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verdrängerkörper mit seiner Verjüngung an dem in Strömungsrichtung vorderen Ende des Zuführungselementes für das Behandlungsmedium auswechselbar angeordnet ist, das in Achsrichtung des Verdrängerkörpers durch den Mischraum verläuft und am Umfang in der Nähe der Verjüngung Austrittsöffnungen für das Behandlungsmedium aufweist. Hierdurch ist eine einfache Anordnung des Verdrängerkörpers innerhalb des Düsenrohres geschaffen, wobei es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung besonders vorteilhaft ist, wenn der Verdrängerkörper ausschließlich durch das Zuführungsrohr gehalten ist. Hierdurch können sich zwar Abweichungen in der Zentrierung des Verdrängerkörpers innerhalb des Hüllelementes ergeben, die jedoch keinen Einfluss auf die Durchsatzmenge und den Impuls vor der Düse haben, da der freie Querschnitt, der für das Ausströmen des Gemisches zur Verfügung steht, durch eine schräge Anordnung des Verdrängerkörpers nicht beeinflusst wird.
Eine einfache Ausgestaltung konstruktiver Art ergibt sich, wenn das Zuführelement für das Behandlungsmedium zentral durch den Druckraum verläuft und beide axialen Begrenzungswände miteinander verbindet und die dem Mischraum zugeordnete Begrenzungswand eine für das Trägermedium durchlässige Halterung für das Zuführelement aufweist.
Wenn das Hüllelement aus einem hitzebeständigen Material besteht, so wird hierdurch die Lebensdauer verlängert.
Vorteilhaft ist es, wenn das Hüllelement über eine lösbare Verbindung mit der Begrenzungswand verbunden ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Düse und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchsatzmenge des Gemisches aus Trägermedium und Behandlungsmedium und der Impuls dieses Gemisches im Kernbereich und Nahbereich der Düsenmündung durch Veränderung des Verhältnisses vom Innendurchmesser des Hüllelementes und Außendurchmesser des Verdrängerkörpers, durch Veränderung des Verhältnisses von statischem Druck des Trägermediums und dem Gesamtdruck des Behandlungsmediums am Austritt aus dem Zuführelement und durch Veränderung der Länge der Mischstrecke beider Medien regelbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine Düse und
2 einen vergrößerten Ausschnitt des vorderen Bereiches der Düse nach 1.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich weist die Düse ein äußeres Hüllelement 2 und einen inneren im Querschnitt runden Verdrängerkörper 1 auf, der eine Länge L2 aufweist und über eine Länge L1 in dem Hüllelement 2 steckt. Hierdurch ist ein Düsenspalt 14 begrenzt. Das Hüllrohr 4 ist mittels einer lösbaren Verbindung 4.1, wie z.B. einer Mutter, mit einer Begrenzungswand 4 verbunden.
Der Verdrängerkörper 1 weist an seinem hinteren Ende eine Verjüngung 3 auf, mit der er mit einem Zuführelement 5 für ein Behandlungsmedium verbunden ist. Dieses Zuführelement 5 bildet somit die Halteeinrichtung für den Verdrängerkörper 1.
Das Zuführelement 5 ist in der Begrenzungswand 4 eines Druckraumes 6.1 mittels einer Halterung 12 gehalten, die ein Durchströmen eines Trägermediums 11 aus dem Druckraum 6.1 zum Düsenspalt 14 ermöglicht. Eine hintere Begrenzungswand 7 des Druckraumes 6.1 dient der Halterung des Zuführelementes 5. Der Druckraum 6.1 ist durch eine rohrförmige Wand 6 an seinem Umfang begrenzt, die eine Einlassöffnung 10 für ein Trägermedium 11 aufweist.
Zwischen der Halterung 12 in der Begrenzungswand 4 und der Verjüngung 3 befindet sich ein Mischraum 18, in den einerseits in axialer Richtung ein Trägermedium 11 und andererseits ein Behandlungsmedium 9 einströmt, welches mittels des Zufürelementes 5 zugeführt wird, das an seinem der Verjüngung 3 zugewandten Ende Austrittsöffnungen 13 aufweist, aus denen das Behandlungsmedium 9 quer zur Strömungsrichtung des Trägermediums 11 austritt und einen Mischvorgang mit dem Trägermedium beginnt. Dieser Vorgang setzt sich in dem Düsenspalt 14 fort.
Wenn L2, die Länge des Verdrängerkörpers 1, größer als die Eintauchtiefe L1 in dem Hüllelement 2 ist, besteht die Möglichkeit bei Verstopfung oder Zerstörung des vorderen Endes dieser Düse dieses vordere Ende des Verdrängerkörpers in einfacher Weise mittels einer Trennscheibe abzutrennen, wodurch der Betrieb der Düse in kürzester Zeit wieder aufgenommen werden kann.
Die Funktionsweise der Düse ist folgende:
Das Trägermedium 11 tritt bei der Zufuhröffnung 10 in den Druckraum 6.1 und gelangt über die durchlässige Halterung 12 in den Mischraum 18 und von dort in den Düsenspalt 14. Das Behandlungsmedium 9 tritt in das Zuführelement 5 ein und verlässt dieses über die Öffnung 13, wodurch es quer, vorzugsweise sogar senkrecht, zur Strömungsrichtung des Trägermediums in den Mischraum 18 eintritt. Über die Verjüngung 3 erfährt das Gemisch eine Beschleunigung, wodurch der Mischvorgang in dem Düsenspalt 14 fortgesetzt wird.
Das Durchmesserverhältnis von Innendurchmesser D1 des Düsenrohres 2 und des Außendurchmessers D2 des Verdrängerkörpers 1 bestimmt ebenso wie das Verhältnis aus statischem Druck p2 des Trägermediums 11 und dem Gesamtdruck p1 des Behandlungsmediums an den Austrittsöffnungen 13 die Durchsatzmenge des Behandlungsmedium und des Trägermediums und den Impuls im Kernbereich 16 und im Nahbereich 17 der Düse. Auf die Durchsetzmenge und den Impuls hat auch die Länge der Mischstrecke, ausgehend von dem Mischraum 18 über den Düsenspalt 14 einen Einfluss, so dass diese Parameter zur Regelung des Betriebs der Düse herangezogen werden können.

Claims

Düse zum Einbringen und Dosieren eines Behandlungsmediums in den Abgasstrom bei Verbrennungsprozessen, bei der ein Behandlungsmedium und ein Trägermedium miteinander mischbar und gemeinsam ausdüsbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse ein äußeres Hüllelement (2) und einen inneren Verdrängerkörper (1) zur Bildung eines Düsenspaltes (14) aufweist, dass der Verdrängerkörper (1) innerhalb des Hüllelementes (2) einen Mischraum (18) begrenzt und in dem Übergangsbereich zwischen Mischraum (18) und Düsenspalt (14) eine Verjüngung (3) aufweist und der Mischraum (18) mit einem Druckraum (6.1) für das Trägermedium in Verbindung steht, aus dem das Trägermedium achsparallel zum Düsenspalt (14) strömt, dass ein Zuführelement (5) für das Behandlungsmedium vorgesehen ist, aus dem das Behandlungsmedium in den Mischraum (18) austritt, wobei beide Medien nach Beschleunigung an der Verjüngung (3) in den als weitere Mischstrecke dienenden Düsenspalt (14) eintreten und dass der Verdrängerkörper (1) in Richtung des Düsenaustrittes mindestens die Länge des Hüllelementes (2) aufweist.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Hüllelement (2) und das Zuführelement (5) runde Rohrelemente sind.
Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsmedium (9) quer, vorzugsweise senkrecht, zur Strömungsrichtung des Trägermediums (11) in den Mischraum (18) eintritt.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (1) über das Hüllelement (2) hinausragt.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (1) mit seiner Verjüngung (3) an dem in Strömungsrichtung vorderen Ende des Zuführelementes (5) für das Behandlungsmedium (9) auswechselbar angeordnet ist, das in Achsrichtung des Verdrängerkörpers (1) durch den Mischraum (18) verläuft und am Umfang in der Nähe der Verjüngung (3) Austrittsöffnungen (13) für das Behandlungsmedium aufweist.
Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (1) ausschließlich durch das Zuführelement (5) gehalten ist.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführelement (5) für das Behandlungsmedium (9) zentral durch den Druckraum (6.1) verläuft und beide axialen Begrenzungswände (4, 7) miteinander verbindet und dass die dem Mischraum (18) zugeordnete Begrenzungswand (4) eine für das Trägermedium durchlässige Halterung (12) für das Zuführelement (5) aufweist.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (2) aus einem hitzebeständigen Material besteht.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (2) über eine lösbare Verbindung (4.1) mit einer Begrenzungswand (4) verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb einer Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchsatzmenge des Gemisches aus Trägermedium und Behandlungsmedium und der Impuls dieses Gemisches im Kernbereich und Nahbereich der Düsenmündung durch Veränderung des Verhältnisses vom Innendurchmesser des Hüllelementes und Außendurchmesser des Verdrängerkörpers, durch Veränderung des Verhältnisses von statischem Druck (p2) des Trägermediums und dem Gesamtdruck (p1) des Behandlungsmediums am Austritt aus dem Zuführelement und durch Veränderung der Länge der Mischstrecke beider Medien regelbar sind.