專利名稱：用于使氣態(tài)流體與大流量氣流混合、特別用于在包含氮氧化物的煙氣中導入還原劑的方 ...的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按照權利要求1的前序部分所述用于使至少一個 流體流與一大流量氣流混合、特別用于在包含氮氧化物的煙氣中導入一種還原劑的方法以及一種按照權利要求4的前序部分所述用于使至 少 一 個流體流與在 一 氣體通道中流動的大流量氣流混合、特別用于在 包含氮氧化物的煙氣中導入還原劑的裝置。
技術背景由EP 1 604 742 Al已知一種與電除塵器結合用于對大流量氣流 進行除塵的方法，在該方法中在傾斜的混合盤上形成的流動渦流稱為 前緣渦流。優(yōu)選為圓形的盤的朝向大流量氣流的邊緣稱為入流邊緣且 另一邊緣稱為分離邊緣。所述邊緣不是直線的邊緣，而是弧形的邊緣。引導大流量氣流的氣體通道的垂直壁由一用于混入一調節(jié)流體的 接管垂直穿過。該接管沿大流量氣流的流動方向觀察在混合盤的入流 邊緣的后面通入而不與混合盤重疊。從接管流出的調節(jié)劑流成一角度 到達混合盤的流出面的與接管出口相鄰的固定的分表面，該角度對應 于盤相對于大流量氣流的流動方向的傾斜角。在該方法進程中未以最佳的方式將調節(jié)劑混入在混合盤上形成的 渦流系統(tǒng)中。在EP1 604 742 Al的第6欄第5-6行也符合目的地遵守這樣的方 法，其中將混合裝置直接安裝在渦流裝置上。在US 5 356 213 A中結合石油化學的領域中的氣相氧化方法描述 一種用于使 一 小的氣體流例如氧與 一 大流量氣流例如空氣混合的方 法，其中將氧以至少兩個形成旋渦的分流通過設置在一沿空氣流動方 向開口的管段的端部上的徑向延伸的旋流葉片導入基本上無千擾地在
一通道中流動的空氣流，其中在旋流葉片的上游提高氧的速度和在旋 流葉片的下游在管段的出口端上張緊覆蓋一織物。在EP 1 166 861 Bl中結合Denox裝置和電除塵器描述的混合裝 置中混合盤(安裝面)具有一空腔，在該空腔中通入一單獨的用于待 混入的流體的流動通道并且用作流體流的分布空腔。該空腔在混合盤 的遠離大流量氣流的流入部的背面(流出面，背風面)上設有多個出 口，從所述出口層流流出流體流的多個分流，并且所述出口設置在入 流邊緣的區(qū)域內。在分布空腔上朝分離邊緣連接有多個空腔，但這些 空腔沒有分布功能或流動技術上的功能，而只是用于加強混合盤。各 出口可以在分布空腔的蓋中或其側壁中形成。但它們也可以在套裝于 空腔上的附加的罩中形成。但也有可能的是，空腔本身不配備一平行 于混合盤的蓋，而將其本身設計成蓋形的。供給流體的流動通道可以 由混合盤的迎風面穿過盤進入空腔或在混合盤的背風面上通向空腔。 在EP 1 166 861 Bl中描述的方法中需要一附加的空腔并且也是只在 入流邊緣附近實現(xiàn)混合。這樣的稱為具有一靜態(tài)的混合器的混合方法例如也在SCR (選擇 性的催化還原)裝置用于借助于還原劑和催化劑對例如發(fā)電廠燃燒爐 的煙氣進行脫氮。這里通用的是，在NH3作為還原劑的情況下將其以 壓力液化的NH3的形式或以氨水(NH4OH)的形式儲存并且將預汽 化的NH3用 一載氣流噴入煙氣流中并與其混合。在尿素作為還原劑的 情況下首先制造一種尿素水溶液，該溶液在適當?shù)奶幚硪院蠼又瑯右詺鈶B(tài)噴入煙氣流中。此外該方法例如在工業(yè)煙自、噴霧干燥器(參閱例如EP0 637 726 Bl)、熱交換器、煙氣脫硫裝置和混合冷卻塔的供氣中使用。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是，在所述類型的方法和所述類型的裝置中改善流 體流在大流量氣流中的混合。通過一種按照權利要求1所述的方法和一種按照權利要求4所述 的裝置實現(xiàn)該目的。其他的實施形式是從屬權利要求的內容。
這里尤其是將流體流作為形成旋渦的流動混入。通過流體在進入渦流系統(tǒng)之前的預形成旋渦改善向大流量氣流中 的混入。優(yōu)選為了進一步改善混入設定，使形成旋渦的(verdrallte)流體 流在混合元件的流出面(背風面)上基本上垂直地朝混合元件并基本 上朝混合元件的中心導向并且流體由中心開始沿流出面流入流動渦流中。但也有可能，形成旋渦的流體流在入流面(迎風面)上基本上垂 直地向混合元件轉向并且通過一基本上設置在混合元件的中心的孔流 向混合元件的流出面(背風面)，而且流體從中心開始沿流出面流入流 動渦流中。在形成旋渦射流中離心力在射流軸線上產生一 負壓并形成一傾向 于向外的空心射流，該空心射流在適當?shù)卦O計供給管道的出口的(半 徑、光滑的過渡)情況下遵循在出口上的壁的彎曲曲率(附壁效應) 并張開成為平面射流。在兩個方案中在背風面上由于垂直的走向形成一旋轉對稱的扁平 射流，其平行于混合元件的裝置延伸并基本上沿徑向擴展。在形成旋 渦的入流中平面射流的速度除徑向分量外還具有一周向分量。周向分 量在出口(噴嘴)內是最大的并隨著離出口的徑向距離增加而降低。所述中心在圓盤的情況下位于圓心或在一規(guī)則的多邊形的情況下 位于面積重心。在一具有不同于規(guī)則形狀的形狀例如不等邊三角形、 梯形等的混合元件的情況下需要對出口位置(噴嘴位置)進行調整， 以便盡管如此仍實現(xiàn)氣態(tài)流體在盤形的混合元件的流出面上基本上均 勻的分布。在兩個方法進程中達到，流體在混合元件的全部流出面上分布并 且加入全部的在環(huán)繞的邊緣上形成的渦流系統(tǒng)中。在本發(fā)明的裝置中為了改善混合過程設定，在混入裝置中在流體 出口之前設置一旋流裝置?？墒褂玫男餮b置例如在燃燒技術中是已知的。 這里符合目的地設定，混入裝置的倒圓地構成的流體出口設置在 混合元件的流出面(背風面)上并且基本上垂直于和基本上對準混合 元件的中心。但也可以將混入裝置的倒圓地構成的流體出口配設給混合元件的 一基本上居中的孔，基本上垂直于混合元件板供給的形成旋渦的流體流從該孑L4主流出面流出。優(yōu)選混合元件設計成圓形的、橢圓形的、卵形的、拋物線形的、 棱形的或三角形的，如由DE 37 23 618 C1第2欄第40-45行已知的。 也可以采用多角形的構型、例如八角形。特別優(yōu)選一對稱構造的八角 形的形狀，進一步優(yōu)選規(guī)則的八角形。 一梯形形狀的多角形也是特別 適用的?；旌媳P優(yōu)選以 一在30°至90°之間范圍內的角度傾斜于大流量氣流 的流動方向。為了限制由于向供給裝置中因回流引起的灰塵進入，適宜地在混 合元件中在孔之前或孔中設置一防塵板。優(yōu)選將旋流裝置設置在混入裝置的供給管中或連接在供給管的前面。旋流裝置優(yōu)選選自以下組具有徑流式葉柵的旋流生成器、具有 軸流式葉柵的旋流生成器、具有切向入流的旋流生成器。


以下例如借助附圖更詳細地說明本發(fā)明。其中 圖1示出一在一由大流量氣流入流的并相對于該流成一角度a傾 斜的圓形的盤上出現(xiàn)的包括渦流尾流的馬蹄狀渦流的三維圖； 圖2示出橫向于按圖1的線A-A的側視圖；圖3示出橫向于按圖1的視圖中的線B-B朝向盤的背風面的正視圖；圖4示出本發(fā)明的裝置包括八角混合盤的第一實施形式的與圖2 相似的部分剖面圖/側浮見圖，其中形成渦的流體流朝混合盤的入流面(迎風面)上導向并通過混合盤中的一孔流向流出面； 圖5示出按圖4的裝置朝向混合盤的流出面的透視圖；圖6示出本發(fā)明的裝置的第二實施形式的與圖4相似的部分剖面圖/側視圖，其中形成旋渦的流體流在中心朝混合盤的流出面上導向； 圖7示出與圖4相對應的部分剖面圖/側視圖，包括一防塵板作為防回流裝置；圖8示出一設計成徑流式葉柵的形成旋渦裝置的垂直剖面圖； 圖9示出按圖8的徑流式葉柵的水平剖面圖； 圖10示出一設計成軸流式葉柵的形成旋渦裝置的垂直剖面圖； 圖11示出按圖10的軸流式葉柵的水平剖面圖； 圖12示出一具有螺旋殼體的形成旋渦裝置的垂直剖面圖； 圖13示出按圖12的形成旋渦裝置的水平剖面圖；以及 圖14示出一具有多個徑流式葉柵的形成旋渦裝置組件。
具體實施方式
渦流尾流的形成是在一物體上的三維流動中的自然現(xiàn)象，(參閱 Prandtl、 Oswatitsch、 Wieghardt: Ftihrer durch die Str6mungslehre， 第9版，1990年，ISBN 3-528-28209-6，第229頁，圖4.41和所屬的 描述)o這種在從混合盤的流出中的渦流尾流的形成、形狀和位置應首先 示意地在圖1-3中示出并且對其加以描述。一圓形的盤l相對于圖1中來自下面的流動的大流量氣流2傾斜 角度ot。在盤的迎風面la上使大流量氣流從其主流方向偏轉出來并且 形成 一 超壓區(qū)域。大流量氣流2的分流2 a以預定的角度沿盤的下面流 動。在盤的背風面lb上形成一負壓區(qū)域，該負壓區(qū)域在盤的邊緣上由 大流量氣流的分流2b填滿。通過在盤邊緣上的流動轉向形成一具有虛 線示出的渦流軸線3a的馬蹄狀渦流3，所述渦流3以一具有兩個對稱 旋轉的渦流的渦流尾流的形式在盤的下游延續(xù)。馬蹄狀渦流的側向的 渦流作為渦流尾流延續(xù)、與大流量氣流(基本流)疊加并隨基本流動 擴展。在渦流尾流內的流動狀態(tài)是高度紊流的。示意示出的馬蹄狀渦 流和渦流尾流的邊界3 b不應被理解為分明的界限?？梢岳眠m當?shù)臏y
量技術實驗地確定兩個渦流的位置和結構以及相反的旋轉方向。對于其他的盤形狀，如橢圓形、卵形、拋物線形、棱形、四角形 或三角形，形成類似的、包括渦流尾流的渦流。在本發(fā)明的裝置按圖4和5的實施形式中，用于供給待混入的流 體F的供給管4以一直的區(qū)段4a穿過一引導大流量氣流2的通道K 的壁5，在該通道中傾斜設置一八角的混合盤1。在管段4a上連接一 折彎的管段4b,該管段垂直對準混合盤1的迎風面la的中心M。在 盤的中心Mi殳置一孔6。如圖4中示意地示出的那樣，在管段4a內設置一軸流式葉柵AG 形式的旋流裝置DE并因此該旋流裝置連接在管的出口 4c的前面。軸流式葉柵AG和可能的形成旋渦裝置的其他的實例將在后面說明。折彎的管段4b的出口端設有一出口 4c，其以預定的半徑R倒圓， 亦即連續(xù)地擴大，并且對準孔6且與盤連接。倒圓半徑R優(yōu)選R=D/2， 其中D為管直徑。從出口 4c流出的形成旋渦的流動流7在形成旋渦的影響下在流出 面上分布，如由圖5中箭頭7a示意示出的那樣。在混合盤的環(huán)繞的邊 緣的區(qū)域內實現(xiàn)向流動渦流3中的混入。在本發(fā)明的裝置按圖6包括八角形的混合盤8的實施形式中，一 供給管9以一直的段9a穿過一引導大流量氣流2的通道K的壁5，在 該通道中傾斜設置圓形的混合盤8。在管段9a上連接一折彎的管段9b， 該管段垂直對準混合盤8的背風面8b的中心M并在其出口端具有一 倒圓的出口 9c。出口 9c與混合盤8的流出面8b (背風面)間隔開設 置。在管段9a中設置一旋流裝置DE。但優(yōu)選將旋流裝置DE接入或配設給折彎的段，如在按圖4和5 的實施形式中那樣，因為在這種情況下形成旋渦的流動可以在管中無 其他轉向地流出出口 。流出出口 9c的形成4t渦的流體流10在流出面8b上分布，如相應 地對于流體流7由圖5中箭頭7a示意示出的那樣。在混合盤8的環(huán)繞 的邊緣的區(qū)域內實現(xiàn)向流動渦流3中的混入。管4和10不是必須在通道K中折彎；流體只是必須垂直地供應 給混合盤，亦即也可以設想管傾斜穿過通道壁5。也可設想，至少一 個另外的管段平行于通道壁延伸。如圖7所示，可以為孔6配設一防塵板11。如果在一含塵的環(huán)境 中使用旋流射流，則灰塵可以隨在射流軸線上形成的回流RS返回進 入供給管4。通過離心力灰塵可能部分地移動到管壁上并且可能在那 里導致沉淀。防塵板11可以阻止這種情況。當然，在大的通道橫截面的情況下可以將多個混合盤連同配設的 流體供給在通道橫截面上分布地設置在一個平面內或交錯地設置。以下將描述用于可能的旋流裝置的實例在燃燒器中通常使一燃燒空氣流具有一周向分量，以便使火焰徑 向擴張。該擴張可以進行至這樣的程度，即火焰分裂并作為所謂的扁 平火焰貼靠在燃燒室壁上。對于燃燒器流動典型的是一負壓區(qū)域，有 意識地將該負壓區(qū)域用于火焰穩(wěn)定。例如已知以下4支術在利用 一按圖8和9的徑流式葉柵RG產生形成旋渦時在一殼體 G內切向于內圓1K設置多個導流面LF。在中心排出形成旋渦的流體 流FD。在利用一按圖10和11的軸流式葉柵AG產生形成旋渦時流體流 F流入由多個傾斜安裝的和徑向設置在一管R內的導流葉片L構成的 軸流式葉柵AG中并在其中形成旋渦成流FD。在利用切向的流入產生形成旋渦時按圖12和13將流體流F導入 一螺旋殼體S并且該流體流在中心作為形成旋渦的流動FD離開螺旋 殼體。螺旋殼體用作導流面，從而不需要導流葉片。圖14示出，如果將一形成旋渦的流動體供應給多個混合盤，可以 將多個旋流裝置例如徑流式葉柵合并為 一個組件。在一共同的殼體 GM中設置多個徑流式葉柵RG并且排出多個形成旋渦的分流FD1、 FD2、 FD3。
也可以采用其他的3走流裝置；例如參閱DE 40 21 817A1，其中導 流裝置不像在按圖10和11的實施形式中那樣設計成葉片狀的，而是 凹槽狀地形成于管壁中。在按照EP1 605 204 A2的燃料噴射裝置中也 有類似的凹槽。附圖標記清單1 圓的混合盤 30 la 盤的迎風面lb 盤的背風面2 大流量氣流2a 大流量氣流，在盤的迎風面la上的分流 352b 大流量氣流，向盤的背 風面lb的分流3 馬蹄狀渦流和渦流尾流 (Wirbelschleppe )3a 渦流軸線 403b 渦流的外邊界4 供給管 4a 直的管段 4b折彎的管段5 煙氣通道K的壁 456 孔7 形成S走渦的流體流 7a 流體流動的箭頭8 八角形的混合盤8a 迎風面 so8b 背風面9 供給管 9a 直的管段 9b折彎的管段 9c 弧形的出口10 形成^走渦的流體流11 防塵板 AG軸流式葉柵D 管4、 9的直徑 DE旋流裝置F 流體流FD形成》走渦的流體流G 殼體GM共同的殼體1K內圓K 煙氣通道L 導流葉片LF導流面M 盤1、 8的中心R 擴張的曲率半徑RG徑流式葉斗冊RS 回流S 螺旋殼體
權利要求
1. 用于使至少一個流體流與大流量氣流混合、特別用于在一包含氮氧化物的煙氣中導入一種還原劑的方法，其中大流量氣流在混合元件的入流面流向至少一個相對于大流量氣流的流動方向成一角度設置的、設計成盤狀的混合元件，在所述混合元件上形成流動渦流，并且在混合元件的下游將流體流混入大流量氣流；其特征在于，將流體流作為形成旋渦的流混入。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，將形成旋渦的流體 流在混合元件的流出面(背風面)上基本上垂直地向混合元件和基本 上向混合元件的中心導向并且流體從中心起沿流出面流入流動渦流 中。
3. 按照權利要求1所述的方法，其特征在于，將形成旋渦的流體 流在入流面(迎風面)上基本上垂直地向混合元件導向并且所述流體 流通過一基本上設置在混合元件的中心的孔向混合元件的流出面(背 風面)流出而且流體從中心起沿流出面流入流動渦流中。
4. 用于使至少 一 個流體流與在 一 氣體通道中流動的大流量氣流 混合、特別用于在一包含氮氧化物的煙氣中導入一種還原劑的裝置， 包括至少一個保持在氣體通道中的設計成盤狀的具有入流面和流出面 的混合元件，所述混合元件與大流量氣流的流動方向夾一角度并且在 所述混合元件上形成流動渦流；還包括一用于流體流的管狀的混入裝 置；其特征在于，在流體出口之前給混合裝置配設一旋流裝置(DE; RG; AG; S )。
5. 按照權利要求4所述的裝置，其特征在于，混入裝置的倒圓地 構成的流體出口 (9c)設置在混合元件(8)的流出面(背風面)(8b) 上并且基本上垂直于混合元件并基本上對準混合元件的中心。
6. 按照權利要求4所述的裝置，其特征在于，給混入裝置的倒圓 的流體出口 (4c)配設混合元件(1)的一基本上居中的孔(6),基本 上垂直于混合元件供給的形成旋渦的流體流從所述孔往流出面(lb) 流出。
7. 按照權利要求4至6之一項所述的裝置，其特征在于，混合盤 (1; 8)構成圓形的、橢圓形的、卵形的、拋物線形的、菱形的、多角的或三角形的。
8. 按照權利要求7所述的裝置，其特征在于，多角形是一對稱構 造的八角形、特別是規(guī)則的八角形，或一梯形。
9. 按照權利要求4至7之一項所述的裝置，其特征在于，混合盤 (1; 8)以一在30°至90。之間范圍內的角度(a)傾斜于大流量氣流的流動方向。
10. 按照權利要求4至IO之一項所述的裝置，其特征在于，在孔 (6)之前或孔(6)中設置一防塵板(11)。
11. 按照權利要求4至IO之一項所述的裝置，其特征在于，旋流 裝置(DE; RG; AG; S )設置在混入裝置的一供給管中或連接在供 給管的前面。
12. 按照權利要求4至11之一項所述的裝置，其特征在于，旋流 裝置選自以下組具有徑流式葉柵的旋流生成器(RG)、具有軸流式 葉柵的旋流生成器(AG)、具有切向入流的旋流生成器(S)。
全文摘要
在一種用于使至少一個流體流(F)與一大流量氣流(2)混合、特別用于在一包含氮氧化物的煙氣中加入一還原劑的方法中，其中大流量氣流在混合元件的入流面流向至少一個相對于大流量氣流的流動方向成一角度傾斜設置的設計成盤狀的混合元件(1；8)，在混合元件上形成流動渦流(3)，并且在混合元件的下游將流體流混入大流量氣流，為了改善流體流在大流量氣流中的混合設定，將流體流作為形成旋渦的流(7；10)混入。這里優(yōu)選形成旋渦的流動流在混合元件(8)的流出面(8b)(背風面)上基本上垂直地朝混合元件(8)和基本上朝混合元件的中心(M)導向并且流體從中心開始沿流出面流入流動渦流中。但也可以使形成旋渦的流體流在入流面(1a)(迎風面)上基本上垂直地向混合元件(1)導向并且通過一基本上設置在混合元件的中心(M)的孔(8)向混合元件的流出面(1b)(背風面)流出而且流體從中心起沿流出面流入流動渦流中。本發(fā)明還涉及一種相應的裝置。
文檔編號B01D53/34GK101400431SQ200780008301
公開日2009年4月1日 申請日期2007年1月26日 優(yōu)先權日2006年1月28日
發(fā)明者G·貝克曼, U·普里斯邁爾, W·恩格爾金 申請人:菲希亞巴高克環(huán)境股份有限公司