Спосіб і пристрій для змішування газоподібного текучого середовища з великим об’ємним потоком газу, зокрема для введення відновника в димовий газ, який містить оксиди азоту

1. Спосіб змішування щонайменше одного потоку (F) текучого середовища з великим об'ємним потоком газу (2), зокрема для введення відновника в димовий газ, що містить оксиди азоту, при якому великий об'ємний потік газу натікає щонайменше на один пластиноподібний змішувальний елемент (8; 1), встановлений під кутом відносно напрямку течії потоку, з його передньої сторони (8а; 1а), причому біля нього утворюються вихори (3) потоку, а потік текучого середовища підмішують до об'ємного потоку газу нижче за потоком відносно змішувального елемента із закрученням, який відрізняється тим, що закручений потік (10; 7) текучого середовища направляють з однієї сторони (8а; 1а / 8b; 1b) змішувального елемента по суті перпендикулярно на змішувальний елемент і по суті на його центр, причому текуче середовище 2 (19) 1 3 92205 4 вища, виконаний в підмішувальному пристрої (4), кутом ( ), який знаходиться в діапазоні від 30° до співвісний з по суті центральним отвором (6) змі90°. шувального елемента (1), через який закручений 10. Пристрій за одним із пп. 4-10, який відрізняпотік (7) текучого середовища витікає в напрямку ється тим, що перед отвором (6) або в ньому задньої сторони (1b). встановлена пилозахисна пластина (11). 7. Пристрій за одним із пп. 4-6, який відрізняється 11. Пристрій за одним із пп. 4-10, який відрізнятим, що змішувальний елемент (1; 8) виконаний ється тим, що завихрювальний пристрій встановкруглим, еліптичним, овальним, параболічним, лений в підвідній трубі підмішувального пристрою ромбічним, багатокутним або трикутним. або перед нею. 8. Пристрій за п. 7, який відрізняється тим, що 12. Пристрій за одним із пп. 4-10, який відрізнябагатокутна форма є восьмикутною формою з сиється тим, що завихрювальний пристрій вибраний метричною структурою, зокрема правильною воз групи: завихрювачі з радіальною решіткою (RG), сьмикутною формою або трапецеїдальною форзавихрювачі з аксіальною решіткою (AG), завихмою. рювачі з потоком, що підводиться тангенціально 9. Пристрій за одним із пп. 6-9, який відрізняється (S). тим, що змішувальний елемент (1; 8) встановлений до напрямку течії об'ємного потоку газу під Винахід належить до способу змішування щонайменше одного потоку текучого середовища з великим об'ємним потоком газу, зокрема для введення відновника в димовий газ, який містить оксиди азоту, згідно з обмежувальною частиною п. 1 формули винаходу, а також до пристрою для змішування щонайменше одного потоку текучого середовища з великим об'ємним потоком газу, який протікає по газовому каналу, зокрема для введення відновника в димовий газ, який містить оксиди азоту, згідно з обмежувальною частиною п. 4 формули винаходу. З ЕР 1 604 742 А1 відомий такий спосіб, пов'язаний з електрофільтрами для видалення золи з великих об'ємних потоків газу, при якому вихори потоку, які утворюються біля встановленого під кутом змішувальної пластини, називають вихорами біля передньої кромки. Кромка переважно круглої пластини, направлена проти течії великого об'ємного потоку газу, називається передньою кромкою, а інша кромка - кромкою відриву. При цьому мова йде не про прямолінійні, а про дугоподібні кромки. Через вертикальну стінку газового каналу, по якому протікає великий об'ємний потік газу, вертикально проходить патрубок для підмішування кондиціонуючого текучого середовища. Патрубок, якщо дивитися в напрямку течії великого об'ємного потоку газу, входить за передньою кромкою змішувальної пластини, не перекриваючи його. Ламінарний потік кондиціонуючого засобу, який виходить з патрубка, надходить на крайову поверхню розподілу на передній кромці змішувальної пластини, яка розташована поруч з виходом з патрубка, під кутом, відповідним куту нахилу пластини відносно напрямку течії великого об'ємного потоку газу. При такому здійсненні способу кондиціонуючий засіб не змішується у вихровій системі, що виникає біля змішувальної пластини, оптимальним чином. У колонці 6, рядках 5-6 ЕР 1604742 А1 доцільними вважаються також способи, при яких змішувальний пристрій встановлюється безпосередньо на завихрювальному пристрої. YUS5356213A описаний пов'язаний зі способом окислення в газовій фазі в галузі нафтохімії спосіб змішування невеликого потоку газу, наприклад, кисню, з великим об'ємним потоком газу, наприклад, повітря, при якому кисень щонайменше двома закрученими частковими потоками вводять в потік повітря, що рухається по суті безперервно в каналі, за допомогою закручувальних лопаток, встановлених на кінці ділянки труби, яка відкривається в напрямку потоку повітря і проходить в радіальному напрямку, причому швидкість кисню вище за потоком відносно закручувальних лопаток підвищується, в той час як нижче за потоком відносно закручувальних лопаток на вихідному кінці ділянки труби натягнуте полотно. У змішувальному пристрої, описаному в ЕР 1166861 В1 спільно з установками Denox і електрофільтрами, змішувальна пластина (встановлювальна поверхня) має камеру, до якої підходить окремий проточний канал для підмішуваного текучого середовища і яка служить як розподільна камера для газового потоку. Зі зворотної (підвітряної) сторони змішувальної пластини, протилежної набігаючому великому об'ємному газовому потоку, камера забезпечена вихідними отворами, з яких ламінарно витікають часткові потоки текучого середовища, і встановлена на ділянці передньої кромки. До розподільної камери в напрямку кромки відриву приєднуються камери, які, однак, не виконують ніяких розподільних або аеродинамічних функцій, а служать виключно для надання жорсткості змішувальній пластині. Вихідні отвори можуть бути виконані в кришці розподільної камери або в її бічних стінках. Однак, вони можуть бути виконані також в додатковому ковпаку, який надягається на камеру. У той же час можливо також, щоб сама камера не була оснащена кришкою, паралельною змішувальній пластині, а сама мала форму ковпака. Проточний канал для подачі текучого середовища може проходити в розподільну камеру крізь змішувальну пластину з її навітряної сторони або підводитися до неї з її підвітряної сторони. При способі, описаному в ЕР 1 166 861 В1, необхідна додаткова камера, а підмішування здійснюється, в свою чергу, тільки поблизу передньої кромки. 5 92205 6 Такі способи, які іменуються способами змішувиходить через отвір, передбачений по суті в вання за допомогою статичного змішувача, застоцентрі змішувального елемента, на задню (підвітсовуються, наприклад, в установках SCR для ряну) сторону змішувального елемента, і що текуочищення (вибіркового каталітичного відновлення) че середовище входить у вихори потоку з центра димових газів від оксидів азоту, наприклад, в ставздовж задньої сторони. нційних топках з використанням відновника і катаУ випадку закрученого струменя відцентрова лізатора. При цьому прийнято, що у випадку засила створює по осі струменя розрідження і форстосування NH3 як відновника він зберігається у мує трубчастий струмінь, що намагається вийти вигляді зрідженого під тиском NH3 або у вигляді назовні, який при відповідних параметрах отвору аміачної води (NH4OH), і попередньо випаруваний (радіуса, плавності переходу) підвідної труби доNH3 разом з несучим газовим потоком подається в держується кривизни стінок на виході (ефект Коапотік димового газу і змішується з ним. У випадку нди) і перетворюється на плоский струмінь. застосування сечовини як відновника спочатку У обох варіантах з підвітряної сторони через створюється водний розчин сечовини, який потім перпендикулярну орієнтацію виникає вісесиметрипісля відповідної підготовки подається також в чний плоский струмінь, який направлений паралегазоподібному вигляді в потік димового газу. льно поверхні змішувального елемента і розпоКрім того, вони застосовуються, наприклад, всюджується по суті в радіальному напрямку. При при заповненні промислових димарів, розпилювазакрученому набігаючому потоці швидкість плоскольних сушарок (див., наприклад, ЕР 0637726 В1), го струменя нарівні з радіальною складовою має теплообмінників, установок для знесірчення димотакож обводову складову. Обводова складова вих газів, а також гібридних баштових охолоджувсередині виходу (форсунка) має найбільше знавачів. чення із збільшенням радіального віддалення від Найближчим аналогом винаходу є ЕР виходу убуває. 10129367 А1, в якому розкрито спосіб і пристрій Центр у випадку круглої пластини знаходиться для зволоження повітря, у яких потік повітря, що в центрі круга, або у випадку правильного чотирипідлягає зволоженню, натікає на множину пластикутника - в центрі ваги поверхні. У змішувальному нопідбних елементів для створення турбулентноселементі з відхиленнями від правильної форми, ті, розташованих під кутом відносно напрямку течії наприклад, у вигляді різностороннього трикутника, потоку, з їхньої передньої сторони, причому в них трапеції тощо, необхідне узгодження місця виходу утворюється вихори потоку. Нижче за потоком, (місця форсунок), і, проте, потрібно добиватися відносно ступеня завихрення повітря, утвореного максимально рівномірного розподілу текучого сеелементами створення турбулентності, на заданій редовища на задній стороні пластиноподібного відстані розташований сопловий ступінь. Зазначезмішувального елемента. ний сопловий ступінь утворений множиною вихроПри обох варіантах здійснення способу добивих сопел, кожному з яких призначений елемент ваються того, що текуче середовище розподілядля створення турбулентності. Закручений струється по всій задній стороні і надходить у всю вимінь, що виходить із сопел, не виходить ні на пехрову систему, яка утворюється по обводовій редню сторону, ні на задню сторону елемента для кромці. створення турбулентності, а спрямований від ньоУ пристрої згідно з винаходом для поліпшення го. процесу змішування передбачено, що в підмішуЗадачею винаходу є удосконалення способу і вальному пристрої перед вихідним отвором для пристрою такого роду в частині підмішування потекучого середовища передбачений завихрювальтоку текучого середовища у великий об'ємний поний пристрій. тік газу. Завихрювальні пристрої, які можна використоЦя задача вирішується за допомогою способу вувати, відомі, наприклад, з технології горіння. згідно з п. 1 і пристрою згідно з п. 4 формули винаПри цьому переважно передбачено, що округходу. Інші форми виконання є предметом залежлий отвір для випускання текучого середовища з них пунктів формули винаходу. підмішувального пристрою виконаний із задньої При цьому особливістю є підмішування потоку (підвітряної) сторони змішувального елемента і текучого середовища як закрученого потоку. направлений по суті на його центр і по суті перпеВ результаті попереднього завихрення текучондикулярно цьому центру. го середовища перед надходженням у вихрову Однак також можливо, щоб округлий вихідний систему поліпшується його підмішування до велиотвір для виходу текучого середовища з підмішукого об'ємного потоку газу. вального пристрою співвідносився з центральним З метою подальшого удосконалення підмішуотвором змішувального елемента, через який завання переважно передбачено, що закручений кручений потік текучого середовища, поданий по потік текучого середовища направляють із задньої суті перпендикулярно на пластину змішувального (підвітряної) сторони змішувального елемента по елемента, витікає до задньої сторони. суті перпендикулярно на змішувальний елемент і Переважно, якщо змішувальний елемент випо суті на його центр, і що текуче середовище конаний круглим, еліптичним, овальним, параболівходить у вихори потоку з центра вздовж задньої чним, ромбічним або трикутним, як це відомо з DE сторони. 37 23 618 С1, колонка 2, рядки 40-45. Можлива Однак також можливо, що закручений потік тетакож багатокутна форма виконання, наприклад, кучого середовища направляють з передньої (навосьмикутна. Особливо переважною є форма вовітряної) сторони змішувального елемента по суті сьмикутника, що має симетричну структуру, ще перпендикулярно на змішувальний елемент і він більш переважно - правильний восьмикутник. 7 92205 8 Особливо зручним є також багатокутник у вигляді «Довідник з аерогідродинаміки», 9-те видання трапеції. 1990; ISBN 3-528-28209-6, стор.229, фіг. 4.41 і відЗмішувальна пластина, переважно, нахилена повідний опис). до напрямку течії газового потоку на кут в діапазоУтворення, форма і положення таких вихрових ні між 30° і 90°. доріжок в потоці, що відходить від змішувальної Для обмеження потрапляння золи в підвідний пластини, схематично показані на фіг. 1-3 і нижче пристрій за рахунок зворотного потоку перед наводиться їх опис. отвором в змішувальному елементі або в отворі Кругла пластина 1 встановлена під кутом а віпереважно встановлювати пилозахисну пластину. дносно об'ємного газового потоку 2, що приходить Завихрювальний пристрій переважно встанона фіг. 1 знизу. На навітряній стороні 1а пластини влений в підвідній трубі підмішувального пристрою об'ємний газовий потік відхиляється від свого осабо перед нею. новного напрямку потоку і утворюється ділянка Завихрювальний пристрій переважно вибрапідвищеного тиску. Частковий потік 2а об'ємного ний з групи: завихрювачі з радіальною решіткою, газового потоку 2 проходить із заданим кутом під завихрювачі з аксіальною решіткою, завихрювачі з пластиною. На підвітряній стороні 1b пластини потоком, що підводиться тангенціально. утворюється ділянка зниженого тиску, яка заповНижче винахід більш детально пояснюється нюється частковим потоком 2b об'ємного газового на прикладах з посиланнями на фігури, де: потоку через край пластини. За рахунок відхиленна фіг. 1 показаний в тривимірному зображенні ня потоку на краю круглої пластини утворюється підковоподібний вихор з вихровою доріжкою, яка підковоподібний вихор 3 із зображеною штриховиутворюється на круглій пластині, яку обтікає об'єми лініями вихровою віссю 3а, який продовжується мний потік газу і яка встановлена під кутом а відпозаду пластини у вигляді вихрової доріжки з двоносно напрямку потоку, ма вихорами, які симетрично обертаються. Бічні на фіг. 2 показаний вигляд збоку в поперечновихори підковоподібного вихору продовжуються у му напрямку відносно лінії А-А на фіг. 1, вигляді вихрової доріжки, накладаються на об'ємна фіг. 3 показаний вигляд спереду на підвітний газовий потік (основний потік) і розповсюджуряну сторону пластини в напрямку, поперечному ються разом з основним потоком. Стан потоку відносно лінії В-В на фіг. 1, всередині вихрової доріжки є сильно турбулентна фіг. 4 показаний вигляд збоку/частковий ним. Схематично зображену границю 3b підковопереріз першої форми виконання пристрою згідно подібного вихору і вихрової доріжки не треба роз винаходом, аналогічний фіг. 2, з восьмикутною зуміти як різке розмежування. Положення і змішувальною пластиною, в якій закручений потік структуру, а також протилежні напрями обертання текучого середовища направлений на її передню обох вихорів можна визначати експериментально (навітряну) сторону і виходить через отвір в зміза допомогою відповідної вимірювальної техніки. шувальній пластині до задньої сторони, При інших формах пластини, таких як еліптична фіг. 5 показаний вигляд пристрою на фіг. 4 на форма, овальна форма, параболічна форма, з видом на задню сторону змішувальної пластини, ромбоподібна форма або трикутна форма, утвов перспективі, рюються аналогічні вихори з вихровими доріжкана фіг. 6 показаний вигляд збоку/частковий ми. переріз другої форми виконання пристрою згідно з Турбулентне перемішування вихрових доріжок винаходом, аналогічний фіг. 4, в якому закручений і об'ємного газового потоку використовується для потік текучого середовища направлений по центру рівномірного розподілу по дуже великому поперена задню сторону змішувальної пластини, чному перерізу газового потоку, що вводиться на фіг. 7 показаний вигляд збоку/частковий ромайже точково. зріз, аналогічний фіг. 4, з пилозахисною пластиною У відповідній фіг. 4 і 5 формі виконання прияк перекриттям зворотного потоку, строю згідно з винаходом підвідна труба 4, яка на фіг. 8 показаний вертикальний розріз завислужить для підведення підмішуваного текучого хрювального пристрою, виконаного у вигляді радісередовища F, своєю прямою ділянкою 4а прохоальної решітки, дить крізь стінку 5 каналу К, через який пропускана фіг. 9 показаний горизонтальний розріз рають великий об'ємний потік 2 газу і в якому під діальної решітки згідно з фіг. 8, кутом встановлена восьмикутна змішувальна плана фіг. 10 показаний вертикальний розріз застина 1. До ділянки 4а труби примикає розташовавихрювального пристрою, виконаного у вигляді на під кутом ділянка 4b, направлена перпендикуаксіальної решітки, лярно на центр Μ навітряної сторони змішувальної на фіг. 11 показаний горизонтальний розріз акпластини 1. В центрі Μ пластини передбачений сіальної решітки згідно з фіг. 10, отвір 6. на фіг. 12 показаний вертикальний розріз заЯк схематично визначено на фіг. 4, в ділянці вихрювального пристрою зі спіральним корпусом, 4b труби встановлений завихрювальний пристрій на фіг. 13 показаний горизонтальний розріз DE у вигляді аксіальної решітки і таким чином завихрювального пристрою зі спіральним корпувстановлений перед вихідним отвором 4с труби. сом згідно з фіг. 12, і Аксіальна решітка AG і інші приклади можлина фіг. 14 показаний вузол завихрювального вих завихрювальних пристроїв описані далі. пристрою з декількома радіальними решітками. Вихідний кінець розташованої під кутом ділянПід формуванням вихрових доріжок мається ки 4b труби забезпечений вихідним отвором 4с, на увазі природний феномен у тривимірних потовиконаним округлим попередньо заданим радіуках біля тіла (див. Prandtl, Oswatitsch, Wieghardt: сом R, тобто постійно розширюваним, причому 9 92205 10 направленим на отвір 6 і з'єднаним з пластиною. вигляді так званого плоского полум'я. Типовим для Радіус R округлості переважно дорівнює R=D/2, де закручених потоків в пальниках є ділянка розріD - діаметр труби. дження, свідомо використовувана для стабілізації Закручений потік 7 текучого середовища, що полум'я. виходить з вихідного отвору 4с, розділяється під Відомі, наприклад, наступні технології. впливом завихрення по задній стороні, як це схеПри завихренні за допомогою радіальної решіматично показано стрілками 7а на фіг. 5. У ділянці тки RG згідно з фіг. 8 і 9 в корпусі G тангенціально обводової кромки змішувальної пластини відбувавнутрішньої окружності ІК встановлюються декільється підмішування у вихори 3 потоку. ка дефлекторів LF. Закручений потік FD текучого У відповідній фіг. 6 формі виконання пристрою середовища випускається по центру. згідно з винаходом з восьмикутною змішувальною При завихренні за допомогою аксіальної решіпластиною 8 підвідна труба 9 прямою ділянкою 9а тки AG згідно з фіг. 10 і 11 потік F текучого середопроходить крізь стінку 5 каналу К, по якому проховища надходить на аксіальну решітку AG, утворедить великий об'ємний потік 2 газу. До ділянки 9а ну декількома направляючими лопатками L, труби примикає розташована під кутом ділянка 9b, встановленими під кутом і в радіальному напрямку яка направлена на центр Μ підвітряної сторони 8b в трубі R, і закручується там в потік FD. змішувальної пластини 8 і на своєму вихідному При завихренні за допомогою набігаючого танкінці має округлий вихідний отвір 9с. Вихідний генціального потоку потік F текучого середовища отвір 9с розташований на відстані від задньої (підзгідно з фіг. 12 і 13 заводиться в спіральний корпус вітряної) сторони 8b змішувальної пластини 8. В S і виходить з нього по центру у вигляді закрученоділянці 9а передбачений завихрювальний пристрій го потоку FD. Спіральний корпус служить дефлекDE. тором, так що ніяких направляючих лопаток не Установка завихрювального пристрою DE в потрібно. розташовану під кутом ділянку або приєднання На фіг. 14 показано, що у випадку подачі зайого до вказаної ділянки, як у формі виконання крученого потоку текучого середовища на декілька згідно з фіг. 4 і 5, є, однак, переважним, оскільки в змішувальних пластин можливе з'єднання декільцьому випадку закручений (завихрений) потік міг кох завихрювальних пристроїв, таких як, напривиходити без подальшого відхилення в трубі з клад, радіальних решіток, в один вузол. У загальвихідного отвору. ному корпусі GM встановлено декілька радіальних Закручений потік 10 текучого середовища, що решіток RG, і випускаються декілька часткових виходить з вихідного отвору 9с, розподіляється по закручених потоків FD1, FD2, FD3. задній стороні 8b, як це схематично показано відМожливі і інші завихрювальні пристрої; наприповідно для потоку 7 текучого середовища стрілклад, посилання дається на DE 40 21 817 А1, де ками 7 а на фіг. 5. У ділянці обводової кромки змінаправляючі пристрої виконані не у вигляді лопашувальної пластини 8 відбувається підмішування ток, як у формі виконання згідно з фіг. 10 і 11, а у у вихори 3 потоку. вигляді пазів в стінках труби. Аналогічні пази зуТруби 4 і 10 в каналі К необов'язково повинні стрічаються також в пристроях для уприскування бути зігненими; важливо лише, щоб текуче серепалива згідно з ЕР 1 605 204 А2. довище подавалося на змішувальну пластину пеПерелік позицій: рпендикулярно, тобто, щоб було можливим прохо1 кругла змішувальна пластина дження труб 4, 10 крізь стінку 5 каналу К під кутом. 1а навітряна сторона пластини Можливо також, щоб інша ділянка труби проходи1b підвітряна сторона пластини ла паралельно стінкам 5 каналу К. 2 об'ємний газовий потік Як показано на фіг. 7, до отвору 6 може бути 2а об'ємний газовий потік, частковий потік з встановлена пилозахисна пластина. Коли закрунавітряної сторони 1а пластини чений струмінь використовується в навколишньо2b об'ємний газовий потік, частковий потік з піму середовищі, забрудненому золою, зола із зводвітряної сторони lb пластини ротним потоком RS, що утворюється по осі 3 підковоподібний вихор і вихрові доріжки струменя, може потрапити зворотно в підвідну 3а вісь вихору трубу 4. За рахунок відцентрової сили зола част3b зовнішня границя вихору ково переміщається до стінки труби і може утво4 підвідна труба рювати там відкладення. Пилозахисна пластина 4а пряма ділянка труби може перешкодити цьому. 4b розташована під кутом ділянка труби Само собою зрозуміло, що при великих попе4с округлий вихідний отвір речних перерізах каналу можуть бути передбачені 5 стінка каналу К для димового газу декілька змішувальних пластин з відповідною по6 отвір дачею текучого середовища, розподілених по по7 закручений потік текучого середовища перечному перерізу каналу на одному рівні або 7а стрілки потоку текучого середовища ступінчасто. 8 восьмикутна змішувальна пластина Нижче описані приклади можливих завихрю8а навітряна сторона вальних пристроїв. 8b підвітряна сторона У пальниках на потік повітря для горіння з ме9 підвідна труба тою радіального розширення полум'я часто накла9а пряма ділянка труби дається обводова складова. Це розширення може 9b відігнута ділянка труби бути доведене до такої міри, що полум'я лопаєть9с округлий вихідний отвір ся і притискається до стінок камери згоряння у 10 закручений потік текучого середовища 11 11 пилозахисна пластина AG аксіальна решітка D діаметр труби 4, 9 DE завихрювальний пристрій F потік текучого середовища FD закручений потік текучого середовища G корпус GM загальний корпус ІК внутрішня окружність 92205 12 К канал для димового газу L направляючі лопатки LF дефлектор Μ центр пластин 1, 8 R радіус кривизни розширення RG радіальні решітки RS зворотний потік S спіральний корпус 13 92205 14 15 92205 16 17 Комп’ютерна верстка В. Мацело 92205 Підписне 18 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601