用于使气态流体与大流量气流混合、特别用于将还原剂导入包含氮氧化物的烟气中的方法和装置

摘要

在一种用于使至少一个气态流体流(6；12)与一大流量气流(2)混合、特别用于在一包含氮氧化物的烟气中加入一还原剂的方法中，其中大流量气流在混合元件的入流面(迎风面)流向至少一个相对于大流量气流流动方向成一角度倾斜设置的设计成盘状的混合元件(1；8)，在混合元件上形成尾流状的流动涡流(3)，其中使流体流朝给混合元件的流出面(1b；8b)(背风面)设置的折流面(1；8；11)的中心(M)上导向并且在混合元件的下游使气态流体流混入大流量气流，为了改善流体流在大流量气流中的混入而设定，流体流(F)基本上垂直地这样朝折流面(1；8；11)的中心(M)导向，即，使气态流体从中心起在混合元件的整个流出面上分布并且通过全部在混合元件的环绕的边缘上形成的涡流系统被带入。这里优选，流体流(6)直接朝混合元件的流出面(背风面)上导向或流体流(12)从流入面(迎风面)开始通过一在混合元件中设置的孔(9)向一设置在流出面(背风面)上在孔之前的折流板导向。本发明还涉及一种相应的装置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使至少一种气态流体流与大流量气流混合、特别用于将还原剂导入一种包含氮氧化物的烟气中的方法，其中大流量气流在混合元件的入流面(迎风面)流向至少一个相对于流动方向成一角度倾斜设置的设计成盘状的混合元件，在所述混合元件上形成流动涡流，其中使流体流基本上朝一配设给混合元件的流出面(背风面)的折流面的中心导向并且气态流体流在混合元件的下游混入大流量气流。

背景技术

由EP 1 604 742 A1已知一种与电除尘器结合用于对大流量气流进行除尘的方法，在该方法中在倾斜的混合盘上形成的流动涡流称为前缘涡流。优选为圆形的盘的朝向大流量气流的边缘称为入流边缘且另一边缘称为分离边缘。所述边缘不是直线的边缘，而是弧形的边缘。

引导大流量气流的气体通道的垂直壁由一用于混入一调节流体的接管垂直穿过。该接管沿大流量气流的流动方向观察在混合盘的入流边缘的后面通入而不与混合盘重叠。从接管流出的调节剂流成一角度到达混合盘的流出面的与接管出口相邻的固定的分表面，该角度对应于盘相对于大流量气流的流动方向的倾斜角。在EP1604742A1的第6栏第5-6行中也符合目的地遵守这样的方法，其中将混入装置直接安装在涡流装置上。

由EP 1 568 410 A1已知所述类型的与用于烟气脱氮的装置相结合用于混合两种流体流的方法，其中从接管流出的还原剂在混合盘的中心区域附近以一角度到达倾斜设置的混合盘的背面(背风面)，该角度对应于盘相对于大流量气流的流动方向的倾斜角。按照第2栏第17-20行接管只应在一短的距离上向内超过引导大流量气流(烟气)的通道的壁伸出。由于接管相对于混合元件的倾斜位置没有实现气态流体在全部流出面(背风面)上的均匀的分布并且气态流体不会在混合元件的全部环绕的边缘上混入烟气流中，而基本上只是在EP 1 568410 A1的图1中位于上面的边缘部分上。

因此在该方法进程中没有实现调节剂或还原剂在混合盘上的最佳的分布并因此没有实现向在混合盘上形成的涡流系统中最好的混入。

在EP 1 166 861 B1中结合Denox装置和电除尘器描述的混入装置中混合盘(安装面)具有一空腔，在该空腔中通入一单独的用于待混入的气体或另一牛顿流体的流动通道并且用作气体流的分配空腔。该空腔在混合盘的远离大流量气流的流入部的背面(流出面，背风面)上设有多个出口并且设置在流入边缘的区域内。在分配空腔上朝分离边缘连接有多个空腔，但这些空腔没有分配功能或流动技术上的功能，而只是用于加强混合盘。各出口可以在分配空腔的盖中或其侧壁中形成。但它们也可以在套装于空腔上的附加的罩中形成。但也有可能的是，空腔本身不配备一平行于混合盘的盖，而将其本身设计成盖形的。用于供给气体的流动通道可以由混合盘的迎风面穿过盘进入空腔或在混合盘的背风面上通向分配空腔。在EP 1 166 861 B1中描述的方法中需要一附加的空腔并且也是只在入流边缘附近实现混合。

这样的称为具有一静态的混合器的混合方法例如也在SCR(选择性的催化还原)装置用于借助于还原剂和催化剂对例如发电厂燃烧炉的烟气进行脱氮。这里通用的是，在NH3作为还原剂的情况下将其以压力液化的NH3的形式或以氨水(NH₄OH)的形式储存并且将预汽化的NH3用一载气流喷入烟气流中并与其混合。在尿素作为还原剂的情况下首先制造一种尿素水溶液，该溶液在适当的处理以后接着同样以气态喷入烟气流中。

此外该方法例如在工业烟囱、喷雾干燥器(参阅例如EP 0 637 726B1)、热交换器、烟气脱硫装置和混合冷却塔的供气中使用。

发明内容

本发明的目的是，在所述类型的方法中改善气态流体流在大流量气流中的混合。

该目的这样来实现，即，使流体流基本上垂直地朝流出面上的折流面的中心转向，而使气态流体从中心开始在混合元件的整个的流出面上分布并且通过全部在混合元件的环绕的边缘上形成的涡流系统加入。

来自一供给管道的气态流体流作为反射射流垂直到达折流面的中心并在那里产生一具有静态的超压的滞流点，由该滞(流)点开始流动介质基本上平行于折流面径向扩展。借此形成一旋转对称的平面射束，该平面射束在混合元件的背风面上平行于盘表面一直扩展到混合元件的边缘并流入由大流量气流中倾斜定位的混合盘形成的尾流状流动涡流中。

借此实现使气态流体在混合元件的全部的流出面上分布并且在全部于盘的环绕的边缘上形成的涡流系统上被带入。

所述中心在圆盘的情况下位于圆心或在一规则的多边形的情况下位于面积重心。在一具有不同于规则形状的形状例如不等边三角形、梯形等的混合元件的情况下需要对出口位置(喷嘴位置)进行调整，以便尽管如此仍实现气态流体在盘形的混合元件的流出面上基本上均匀的分布。

优选设定，将气态流体流直接朝混合元件的流出面(背风面)导向，并因此混合元件本身用作折流面。

另一方面可以符合目的的是，气态流体流由流入面(迎风面)开始通过一设置在混合元件中的孔朝一在流出面(背风面)上设置在孔之前的折流板导向。

由GB 683 667已知雾化器(所谓气喷喷雾器)，其中应借助于一雾化气流雾化包括溶液、乳液和悬浮液的液体。一待雾化的液体的射束撞到一不旋转的盘上。在盘上形成一向盘周边流动的膜，该膜流入这样一个区域，该区域受保护以防止雾化气流通过一在盘上游并同心于盘设置的导流板，该导流板的直径应该3至7倍地大于分布盘的直径。在该区域的外面，亦即在导流板的环绕的分离边缘上由雾化气流包含和容纳待雾化的液体。(该文件中)没有任何关于在导流板或在盘上形成一特别的流动涡流系统的启示。在附图中示出液体流入雾化气体的无干扰的层流中。该方法要用在杀虫剂液体、液体可燃物质和液体燃料的雾化中。

由DE实用新型92 07 635.1已知一种预混合的气体燃烧器，其中一设置在一喷气管的出口后面的折流板保证最初仍致密的气体流的转向和散开。散开的气体流流入一空气层流中。

由DE 198 06 265 C5已知一种用于对柴油机的烟气进行脱氮的计量系统，包括在一催化器之前加入烟气中的尿素溶液，其中给尿素溶液在烟气室中的出口隔开地配设一反射装置，该反射装置引起喷入烟气室的并仍待汽化的尿素溶液的方向改变。出口的轴线与在烟气室内的烟气的主流方向之间夹一近似45°的角度并且反射装置垂直于该轴线，亦即尿素溶液撞到反射装置的入流面(迎风面)上。在流出面上为要求的汽化达到一更好的供热。未设置产生附加的流动涡流的专门的混合元件。

由日本080 4909A的专利摘要已知一种用于从一小的燃烧装置的烟气中除去HCl的装置，其中由大量喷嘴将一洗涤液的多个射束以不同的角度对准一在待净化的气体流中以垂直的轴线设置的导流板的设计成伞状的表面。在圆形导流板的整个圆周上流走的液体形成一液体帘幕，通过该液体帘幕待净化的烟气从下面流入导流板上方的空腔并向上从该空腔流出。没有找到关于在装置中有目的地形成特别的流动涡流的启示。

在上述两个方法之间的选择例如取决于在盘形混合元件之前或后面的安装可能性。

本发明还涉及一种用于使至少一种气态流体流与一在一气体通道中流动的大流量气流的混合，特别是用于将还原剂引入包含氮氧化物的烟气中的装置，该装置包括：至少一个被保持在气体通道中的设计成盘状的具有入流面和流出面的混合元件，所述混合元件相对于大流量气流的流动方向成一角度倾斜地设置并且在其上形成尾流状的流动涡流；一给混合元件的流出面的中心配设的并平行于混合盘的折流面；和一基本上对准折流面的中心的管状的混入装置用于气态流体流、特别用于将一还原剂加入包含氮氧化物的烟气中。

在该装置中，为了改善混合过程设定，管状的混入装置的流出方向基本上垂直地朝折流面定向。

这里优选设定，混入装置的流体出口设置在混合元件的流出面(背风面)上并且混合元件本身用作为折流板或混入装置的流体出口是混合元件中的一基本上居中的孔，流体流从该孔向流出面流出，并且在流出面上在孔之前隔开地设置一专门的折流板。

优选混合元件设计成圆形的、椭圆形的、卵形的、抛物线形的、棱形的或三角形的，如由DE 37 23 618 C1第2栏第40-45行已知的。也可以采用多角形的构型、例如八角形。特别优选一对称构造的八角形的形状，进一步优选规则的八角形。一梯形形状的多角形也是特别适用的。

混合盘优选以一在30°至90°之间范围内的角度倾斜于大流量气流的流动方向。

附图说明

以下例如借助附图更详细地说明本发明。其中：

图1示出一在一由大流量气流入流的并相对于该流成一角度α倾斜的圆形的盘上出现的包括涡流尾流的马蹄状涡流的三维图；

图2示出横向于按图1的线A-A的侧视图；

图3示出横向于按图1的视图中的线B-B朝向盘的背风面的正视图；

图4示出本发明的装置包括八角混合盘的第一实施形式的与图2相似的侧视图/部分剖面图，其中流体流朝混合盘的流出面(背风面)上导向；

图5示出按图4的装置的透视图，包括设置在流出面上的混合盘的支架；

图6示出本发明的装置的第二实施形式的与图4相似的侧视图/部分剖面图，其中流体流从入流面(迎风面)开始通过混合板中的一开口供给；以及

图7按图6的装置针对混合盘的流出面和在那里在开口上方设置的折流板的透视图。

具体实施方式

涡流尾流的形成是在一物体上的三维流动中的自然现象，(参阅Prandtl、Oswatitsch、Wieghardt： durch die 第9版，1990年，ISBN 3-528-28209-6，第229页，图4.41和所属的描述)。

这种在从混合盘的流出中的涡流尾流的形成、形状和位置应首先示意地在图1-3中示出并且对其加以描述。

一圆形的盘1相对于图1中来自下面的流动的大流量气流2倾斜角度α。在盘的迎风面1a上使大流量气流从其主流方向偏转出来并且形成一超压区域。大流量气流2的分流2a以预定的角度沿盘的下面流动。在盘的背风面1b上形成一负压区域，该负压区域在盘的边缘上由大流量气流的分流2b填满。通过在盘边缘上的流动转向形成一具有虚线示出的涡流轴线3a的马蹄状涡流3，所述涡流3以一具有两个对称旋转的涡流的涡流尾流的形式在盘的下游延续。马蹄状涡流的侧向的涡流作为涡流尾流延续、与大流量气流(基本流)叠加并随基本流动扩展。在涡流尾流内的流动状态是高度紊流的。示意示出的马蹄状涡流和涡流尾流的边界3b不应被理解为分明的界限。可以利用适当的测量技术实验地确定两个涡流的位置和结构以及相反的旋转方向。

对于其他的盘形状，如椭圆形、卵形、抛物线形、棱形、四角形或三角形，形成类似的、包括涡流尾流的涡流。

为了使接近点状喷入的气体流均匀地在一很大的横截面上分布，利用涡流尾流和大流量气流的紊流式的完全混合。

在本发明的装置按图4和5的实施形式中，一供给管道4以一直的区段4a通过一引导大流量气流2的通道K的壁5，在该通道中倾斜设置一规则的八角的混合盘1(优选八角形)。在管段4a上连接一折弯的管段4b，该管段垂直对准混合盘1的背风面1b的中心M。

由管段4b流出的气态流体射束6以中心M作为滞流点撞到混合盘上并且在混合盘1的流出面1b上分布，如由图5中箭头6a示意示出的那样。在环绕的边缘的区域内实现向流动涡流3中的混入。

图5中示出三个分别成对地夹一120°的角度的并固定在盘1的流出面上的支架7，所述支架一直延伸到中心M并且其自由端7a与通道壁或与一未示出的支承架相连。各支架7可以一直延伸到通道壁并在那里焊接。由于支架径向延伸，它们不阻碍沿箭头6的方向流动，而更确切地说有助于使流动径向定向。

在本发明的装置按图6和7的实施形式中，一圆形的混合盘8设有一中心孔9。一供给管道10以一直的区段10a穿过引导大流量气流2的通道K的壁5。在管段10a上连接一折弯的管段10b，该管段在混合盘8的迎风面8a上垂直地对准孔9并且与盘焊接。

在背风面上与孔9隔开地并在孔的上方设置一折流板11。在折流板上转向的流体流12在流出面上分布，如由图7中箭头12a示意地示出的那样。在环绕的边缘的区域内实现向流动涡流3中的混入。

在这里设置的各支架13同样径向延伸，它们不阻碍沿箭头12的方向流动。

管4和10不是一定要在通道K中折弯的，只是必须将气态的流体垂直地输送给混合盘，亦即也可设想倾斜通过通道壁5的管分布。也可设想，至少另一管段平行于通道壁延伸。

也可采用其他的具有多于或少于三个支架的支架结构。

当然，在大的通道横截面的情况下可以使多个具有相配属的流体供给的混合盘在通道横截面上分布地在一个平面内或在多个平面内交错地(gestaffelt)设置。

附图标记清单

1    圆的混合盘

1a   盘的迎风面

1b   盘的背风面

2    大流量气流

2a   大流量气流，在盘的迎风面1a上的分流

2b   大流量气流，向盘的背风面1b的分流

3    马蹄状涡流和涡流尾流(Wirbelschleppe)

3a   涡流轴线

3b   涡流的外边界

4    供给管

4a   直的管段

4b   折弯的管段

5    烟气通道K的壁

6    流体射流

6a   流体流动的箭头

7    支架

7a   支架的自由端

8    八角形的混合盘

8a   迎风面

8b   背风面

9    中心孔

10   供给管

10a  直的管段

10b  折弯的管段

11   折流板(Prallplatte)

12   流体流

12a  流体流动的箭头

13   支架

K    烟气通道

M    盘1、8的中心或反射射流的滞流点