Пристрій для змішування текучого середовища з великим об’ємним потоком газу, зокрема для введення відновника в димовий газ, що містить оксиди азоту

1. Пристрій для змішування текучого середовища з великим об'ємним потоком газу, що проходить в газовому каналі, що містить щонайменше одну розпилювальну трубу щонайменше з однією розпилювальною форсункою для підведення текучого середовища, вісь якої утворює кут з напрямком об'ємного газового потоку, і щонайменше один розміщений на відстані від вказаної щонайменше однієї розпилювальної форсунки плоский змішувальний елемент, який утворює кут з напрямком об'ємного газового потоку, при цьому на змішувальному елементі утворюються вихори в об'ємному газовому потоці, і щонайменше частина текучого середовища потрапляє в ці вихори, який відрізняється тим, що при застосуванні рідини як текучого середовища, розпилювальна труба (5) забезпечена щонайменше двома нахиленими відносно напрямку об'ємного газового потоку (2) і нахиленими в протилежних напрямках одна до одної під кутом (β) розпилювальними форсунками (4а, 4b), причому розпилювальні форсунки (4а, 4b) розташовані відносно об'ємного газового потоку (2) за пласти 2 (19) 1 3 Винахід стосується пристрою для змішування текучого середовища з великим об'ємним потоком газу, який проходить в газовому каналі (основним потоком), зокрема для введення відновника в димовий газ, що містить оксиди азоту, і щонайменше одну розпилювальну трубу, щонайменше з однією форсункою для подачі текучого середовища, вісь якого утворює кут з напрямком об'ємного газового потоку, і щонайменше розташований на відстані від форсунки плоский змішувальний елемент, який утворює кут з напрямком об'ємного газового потоку, при цьому на змішувальному елементі утворюються вихори потоку, і щонайменше частина текучого середовища попадає в ці вихори потоку. Такий пристрій відомий з DE 37 23 618 СІ, при цьому відновник подається у вигляді газу у великий об'ємний газовий потік (димовий газ). Статичний змішувальний елемент застосовується для зменшення в принципі дуже довгих шляхів змішування. В установках SCR (вибіркового каталітичного відновлення) для видалення оксидів азоту з димових газів, наприклад, топок електростанцій, за допомогою відновника і каталізатора прийнято, що у разі застосування NH3 як відновника, він зберігається у вигляді зрідженого під тиском NH3 або у вигляді аміачної води (NH4OH), і переважно випаруваний NH3 разом з несучим газовим потоком подається за допомогою форсунки у потік димового газу і змішується з ним. У разі застосування сечовини як відновника, спочатку створюється водний розчин сечовини, який потім після відповідної підготовки подається за допомогою форсунки також в газоподібному вигляді в потік димового газу. У відомому пристрої змішувальний елемент проходить по ширині каналу димового газу прямокутним стальним листом. Розпилювальна труба з форсункою лежить по суті збоку і паралельно лежачої відносно напрямку потоку димового газу попереду кромки змішувального стального листа, і струмінь форсунки з газоподібного відновника у вигляді суміші NH3 і несучого газу розпилюється збоку на задню сторону змішувального елемента. Розподіл відбувається у вихорах потоку безпосередньо на змішувальному стальному листі або за ним, а також за рахунок підвищеної турбулентності у потоці димового газу нижче за потоком відносно змішувального стального листа. При великому поперечному перерізі каналу передбачені розпилювальні труби, які заповнюють поперечний переріз і розміщені поруч одна з одною, а також декілька стальних листів, які відповідають розпилювальним трубам, які знаходяться у потоці. Було запропоноване також розпилення аміачної води (рідкого NH4OH) або розчину сечовини без попереднього випаровування безпосередньо в потік димового газу на задній стороні змішувального елемента, при цьому форсунка розташована на задній стороні (підвітряній стороні) змішувального елемента, так що напрямок розпилення проходить паралельно об'ємному потоку димового газу. 95937 4 Струмінь з форсунки складається з суміші газу і краплин рідини, які в гарячому оточенні з температурою близько 300°С після певного часу випаровуються. При цьому існує небезпека того, що краплі відновника разом з частинками пилу, що містяться в димових газах, приводять до утворення бетоноподібного відкладення на встановленому змішувальному елементі (елементах), опорних елементах для змішувального елемента, а також можливо на стінках каналу димового газу. Тому форсунка повинна бути розміщена настільки далеко від змішувального елемента, щоб невипарувані краплі не могли попасти на змішувальну пластину навіть під впливом зворотних потоків (збігаючих вихорів). Це приводить до збільшення необхідної для змішування вільної довжини каналу димового газу. Додаткові статичні змішувальні елементи не можуть бути встановлені у потоці димового газу після розпилення через небезпеку утворення відкладення. Задачею даного винаходу є таке поліпшення відомого з рівня техніки пристрою, що при безпосередньому розпиленні рідини як текучого середовища, зокрема рідкого відновника, по суті виключається утворення відкладення при короткому змішувальному шляху. Ця задача вирішена у відомому з рівня техніки пристрої за рахунок того, що при застосуванні рідини як текучого середовища, підвідна труба забезпечена щонайменше двома нахиленими відносно напрямку об'ємного газового потоку і нахиленими в протилежних напрямках один до одного розпилювальними форсунками, причому розпилювальні форсунки віднесені до виконаного у вигляді пластини змішувального елементу, і розпилення направляється так, що випарувані газоподібні компоненти, що містяться у відповідному струмені, що виходить з розпилювальних форсунок, входять у вихори потоку, в той час як невипарувані, компоненти, що мають вигляд краплин, на основі їх інерції і кута розпилення не входять у вихори потоку поблизу змішувальної пластини. Розпилювальні форсунки можуть бути розміщені відносно об'ємного газового потоку попереду (тобто вище за потоком) або позаду (тобто нижче за потоком) змішувальної пластини. У обох варіантах виконання забезпечується, що великі, невипарувані краплі на основі їх інерції максимально слідують первинній осі струменя і не попадають на змішувальну пластину з утворенням там відкладення, в той час як випаруваний в гарячому димовому газі NH3 з рідкого відновника, що подається, слідує течії димового газу і у вигляді газу вводиться у вихрові доріжки, що закручуються безпосередньо позаду змішувальної пластини. Таким чином, навіть при безпосередньому розпиленні NH4OH досягається попередній розподіл. Змішувальний диск переважно виконаний круглим, еліптичним, овальним, параболічним, ромбоподібним або трикутним, як це відомо з DE 37 23 618 СІ, колонка 2, рядки 40-45. 5 Кут між обома розпилювальними форсунками доцільно знаходиться в межах від 60° до 120°, переважно становить 90°. Змішувальна пластина переважно нахилена під кутом в межах від 30° до 90° до напрямку об'ємного газового потоку. Розпилювальні форсунки доцільно є форсунками для двох речовин з допоміжним розпилювальним середовищем, переважно зі стиснутим повітрям або водяною парою як допоміжним розпилювальним засобом. За допомогою форсунок для двох речовин можна створювати тонкий спектр крапель. Однак можна використати також нагнітаючі форсунки без допоміжного середовища, як розпилювальних форсунок. Для виключення падіння крапель на виході з форсунки, розпилювальні форсунки можуть бути обладнані замикаючим повітрям, або відповідно повітрям, що утворює завісу. Для оптимізації траєкторій краплин по їх орієнтації, площина, яка проходить через струмені розпилювальних форсунок, нахилена відносно напрямку об'ємного газового потоку під кутом в межах від 0° до 30°. Нижче приводиться як приклад докладне пояснення винаходу з посиланнями на прикладені креслення, на яких зображено: фіг. 1 - підковоподібний вихор з вихровою доріжкою, в перспективі, що виникає на круглій пластині, на обтічному об'ємному газовому потоці і нахилений до потоку під кутом ; фіг. 2 - розріз по лінії А-А на фіг. 1, на вигляді збоку; фіг. 3 - розріз по лінії В-В на фіг. 1, на вигляді спереду на підвітряну сторону пластини; фіг. 4 - розріз по лінії А-А на фіг. 1 першого варіанта виконання пристрою, згідно з винаходом, в якому розпилювальні форсунки розміщені відносно об'ємного газового потоку позаду (нижче) змішувальної пластини, при цьому показаний поперечний переріз газового каналу, через який проходить об'ємний газовий потік, на вигляді збоку; фіг. 5 - розріз по лінії В-В на фіг. 1, на вигляді позаду на навітряну сторону пластини; фіг. 6 - розріз по лінії А-А на фіг. 1 другого варіанта виконання пристрою, згідно з винаходом, в якому розпилювальні форсунки розміщені відносно об'ємного газового потоку попереду (вище) змішувальної пластини; фіг. 7 - розріз по лінії В-В на фіг. 1, на вигляді спереду на підвітряну сторону пластини. Під утворенням вихрових доріжок розуміється природне явище в трьохмірних течіях у тіла (дивись Prandtl, Oswatitsch, Wieghard: «Довідник з аерогідродинаміки», 9-е видання 1990; ISBN 3528-28209-6, стор. 229, мал. 4.41 і відповідний опис). Виникнення, форма і положення такихвихрових доріжок в потоці, що відходить від змішувальної пластини, схематично зображені на фіг. 1-3 і нижче приводиться їх опис. Кругла пластина 1 нахилена під кутом  відносно об'ємного газового потоку 2, що приходить на 95937 6 фіг. 1 знизу. На навітряній стороні 1а пластини об'ємний газовий потік відхиляється від свого основного напрямку потоку і виникає ділянка підвищеного тиску. Частковий потік 2а об'ємного газового потоку 2 проходить із заданим кутом під пластиною. На підвітряній стороні 1b пластини утворюється ділянка зниженого тиску, яка заповнюється частковим потоком 2b об'ємного газового потоку через край пластини. За рахунок відхилення потоку на краю круглої пластини утворюється підковоподібний вихор 3 із зображеною штриховими лініями вихровою віссю 3а, який продовжується позаду пластини у вигляді вихрової доріжки з двома вихорами, що симетрично обертаються. Бічні вихори підковоподібного вихору продовжуються у вигляді вихрової доріжки, накладаються на об'ємний газовий потік (основний потік) і розповсюджуються разом з основним потоком. Стан потоку всередині вихрової доріжки є сильно турбулентним. Схематично зображену границю 3b підковоподібного вихору і вихрової доріжки не треба розуміти як різке розмежування. Положення і структуру, а також протилежні напрямки обертання обох вихорів можна визначати експериментально за допомогою прийнятної вимірювальної техніки. При інших формах пластини, таких як еліптична форма, овальна форма, параболічна форма, ромбоподібна форма або трикутна форма, утворюються аналогічні вихори з вихровими доріжками. Турбулентне перемішування вихрових доріжок і об'ємного газового потоку використовується для рівномірного розподілу за дуже великим поперечним перерізом майже краплинного газового потоку, що розпилюється. У варіанті виконання пристрою згідно з винаходом, показаному на фіг. 4 і 5, дві розпилювальні форсунки 4а і 4b розміщені на головці, що проходить в канал R димового газу розпилювальної труби 5 (можливе застосування більш двох розпилювальних форсунок; можливе застосування також нагнітаючих форсунок). Розпилювальні форсунки розміщені на підвітряній стороні 1b переважно виконаної круглою змішувальної пластини 1 на заданій відстані від неї. Відповідний струмінь, що виходить з однієї з форсунок 4а і, відповідно 4b, містить газоподібні компоненти 6а і невипарувані краплі 6b. Обидві розпилювальні форсунки 4а і 4b утворюють одна з одною кут , що дорівнює 120°, і нахилені відносно основного потоку. Можливі інші кути. Переважним є діапазон між 60° і 120°. Площина, що проходить через форсунки 4а і 4b не нахилена відносно основного потоку. На фіг. 4 і 5 рідкий відновник 5а розпилюється за допомогою допоміжного розпилювального середовища 5с, і струмінь 6 форсунки оточений що замикаючим або відповідним повітрям 5с, що утворює завісу. На фіг. 4-7 схематично зображені нарівні з потоками частинок 2а і 2b, потоки 6а (газоподібний компонент струменя 6 форсунки) і 6b (невипарувані краплі) розпилюваного потоку 6. Випарувана частина 6а розпилюваного потоку направляється, 7 як показано на фігурах, за кривизною основного потоку і згортається у вихровий потік 3. Невипарувані краплі 6b внаслідок своєї інерції проходять під вибраним кутом розпилення  і пронизують тим самим на підвітряній стороні 1b пластини 1, вихори, що ведуть зворотно на підвітряну сторону, так що по суті виключається утворення відкладення з краплин і дрібного пилу з димового газу. Краплі потоку частинок 6b випаровуються пізніше, в потоці димового газу і в достатній мірі за рахунок існуючої турбулентності. Потік частинок 6а може також містити найдрібніші краплі, які однак, швидко випаровуються і тому лише трохи, якщо взагалі, сприяють утворенню відкладення. Відносно кількості відновника, потік частинок 6а містить істотно більше відновника, ніж потік частинок 6b. При пронизуванні вихрових джгутів, протилежно даному винаходу, навіть менший потік частинок 6b міг би приводити до утворення значного відкладення. У варіанті виконання, згідно з фіг. 6 і 7, головка для форсунок з розпилювальними форсунками 4а і 4b розташована за потоком перед змішувальною пластиною 1, тобто вище за потоком відносно з'єднувально пластини 1. Розпилювальні форсунки 4а і 4b розміщені так, що осі струменів 6 форсунок проходять по обидві сторони на достатній відстані поряд зі змішувальною пластиною 1. Відстань до пластини може складати переважно близько 0,5 м. І в цьому варіанті виконання траєкторії 6b краплин також пронизують направлені до змішувальної пластини вихори. У варіанті виконання, згідно з фіг. 6 і 7 площина, що проходить через форсунки 4а і 4b площина нахилена до основного потоку під кутом , що дорівнює 20°. У цьому варіанті виконання і у варіанті виконання, згідно з фіг. 4 і 5, можливий кут нахилу  в діапазоні від 0° до 30°. У варіанті виконання згідно з фіг. 6 і 7 перевагою є те, що часто простір, що не використовується за технічними причинами попереду змішуваль 95937 8 ної пластини 1, можна використати для розташування розпилювальної труби 5. Крім того, в цьому варіанті виконання, розпилювальна труба 5 може проходити, незалежно від нахилу змішувальної пластини 1 відносно основного потоку, з будьякого напрямку від стінки каналу R до місця розпилення, без необхідності, як відомо, дуже складного пронизування змішувальної пластини 1. Само собою зрозуміло, що при великих поперечних перерізах каналу може бути передбачено декілька змішувальних пластин з відповідними розпилювальними форсунками з розподілом за поперечним перерізом каналу. Також більш двох форсунок можуть відповідати, наприклад, в ідеальній системі, одній змішувальній пластині. Вони повинні бути лише розміщені так, щоб траєкторії краплин пронизували вихори. Перелік посилальних позицій 1 Пластина (змішувальна пластина) 1а Навітряна сторона пластини 1b Підвітряна сторона пластини 2 Об'ємний газовий потік 2а Потік частинок об'ємного газового потоку на навітряній стороні пластини 2b Потік частинок об'ємного газового потоку на навітряній стороні пластини 3 Підковоподібний вихор і вихрова доріжка 3а Вісь вихору 3b Зовнішня границя вихору 4а Розпилювальна форсунка 4b Розпилювальна форсунка 4с Головка з форсунками 5 Розпилювальна труба 5а Підведення рідкого відновника 5b Підведення газоподібного допоміжного розпилювального середовища 5с Підведення замикаючого повітря, або відповідно повітря, що створює завісу 6 Струмінь форсунки 6а Газоподібний компонент 6b Невипарувані краплі R Канал димового газу 9 95937 10 11 Комп’ютерна верстка Мацело М. 95937 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601