Außen mischende Mehrstoffdüse

Die Erfindung betrifft eine außen mischende Mehrstoffdüse zum Versprühen von Fluiden unter Zuhilfenahme eines relativ zu den zu versprühenden Fluiden heißen Zerstäubungsgases, insbesondere Dampf oder Heißgas.

In vielen verfahrenstechnischen Anlagen, die von einem primären Fluid, insbesondere von Rauchgas, durchströmt sind, stellt sich die Aufgabe, ein sekundäres Fluid, insbesondere Wasser, möglichst homogen in das primäre Fluid einzumischen und häufig auch auf kürzestem Wege zu verdunsten. Zu diesem Zweck werden häufig Zweistoffdüsen eingesetzt. Bei diesen Zweistoffdüsen wird die Flüssigkeit mittels eines gas- oder dampfförmigen Hilfsmittels zerstäubt. Diese Zweistoffdüsen zeichnen sich durch ein besonders feines Tropfenspektrum sowie durch ein sehr gutes Teillastverhalten aus. In manchen Anlagen, insbesondere in Kraftwerken und Müllverbrennungsanlagen, steht Wasserdampf zur Verfügung. Dann kann es aus Kostengründen sinnvoll sein, den Wasser- dampf als Zerstäubungshilfsmittel einzusetzen, weil die Bereitstellung einer entsprechenden Druckluftmenge mit hohen Investitions- und Betriebskosten verbunden wäre.

Für die Zerstäubung mit Zweistoffdüsen stehen zwei Düsen-Basistypen zur Verfügung, nämlich zum einen innen mischende Düsen und zum anderen außen mischende Düsen. Beispiele für innen mischende und außen mischende Düsen sind in Nasr, Jule and Bendig, Industrial Sprays and Atomization, Springer-Verlag, 2002, beispielsweise auf Seite 24 dargestellt.

Aus der US-Patentschrift 3,770,207 ist eine Sprühtrocknungsdüse bekannt, bei der ein Zerstäubungsgas auf zwei konzentrische Ringspalte aufgeteilt wird. Zwischen den beiden Ringspalten für das Zerstäubungsgas ist ein Ringspalt für die zu trocknende Lösung angeordnet. Der innerste Ringspalt für das Zerstäubungsgas wird durch das Einsetzen eines Kegelstücks in die mittige Austrittsöffnung gebildet.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 26 404 A1 ist eine Zweistoffdüse zum Zerstäuben von pastösen oder feststoffhaltigen Fluiden, beispielsweise Schlamm, beschrieben, bei der das zu zerstäubende Fluid durch einen zentralen, zylindrischen Kanal zugeführt und am Ende dieses Kanals durch ringförmig angeordnete Einzeldüsen das Zerstäubungsgas in das zu zerstäubende Fluid eingeblasen wird.

Aus der deutschen Patentschrift DE 85 79 24 ist eine Trocknungsdüse beschrieben, bei der die zu zerstäubende Flüssigkeit zwischen einem inneren und einem äußeren kegelförmigen Strom aus gasförmigem Zerstäubungshilfsmittel zerstäubt wird.

Mit der Erfindung soll eine außen mischende Mehrstoffdüse zum Versprühen von Fluiden verbessert werden. Erfindungsgemäß ist hierzu eine außen mischende Mehrstoffdüse zum Versprühen von Fluiden unter Zuhilfenahme eines im Vergleich zu den versprühenden Fluiden heißen Zerstäubungsgases, insbesondere Dampf oder Heißgas, vorgesehen, die ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse eine Austrittsöffnung für das Zerstäubungsgas, einen die Austrittsöffnung umgebenden ersten Ringspalt für zu versprühendes Fluid und einen den ersten Ringspalt umgebenden zweiten Ringspalt für das Zerstäubungsgas sowie ein Verteilerstück aufweist, wobei das Verteilerstück wenigstens einen Strömungskanal für zu versprühendes Fluid von einer Anschlussleitung zu dem ersten Ringspalt und wenigstens einen Strömungskanal von einer Zerstäubungsgasanschlussleitung zu der Austrittsöffnung für Zerstäubungsgas aufweist.

Das Vorsehen eines solchen Verteilerstücks innerhalb des Düsengehäuses sorgt dafür, dass zu versprühendes Fluid und Zerstäubungsgas auf kurzem Wege zu dem ersten Ringspalt bzw. der Austrittsöffnung und dem zweiten Ringspalt geführt werden. Alleine durch das Vorsehen des Verteilerstücks und die dadurch bedingten kurzen Wege wird eine nur geringe Wärmeübertragung von zu versprühendem Fluid auf das Zerstäubungsgas erreicht. Dadurch kann verhindert werden, dass das heiße Zerstäubungsgas vor dem Verlassen des Gehäuses bereits abkühlen und gegebenenfalls sogar kondensieren kann. Dadurch wird eine deutlich bessere Zerstäubungswirkung erzielt. Vorzugsweise ist das Verteilerstück aus massivem Material gefertigt und die Strömungskanäle sind innerhalb des massiven Materials vorgesehen.

In Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse einen Ringkanal für Zerstäubungsgas auf, der das Verteilerstück wenigstens abschnittsweise umgibt. Auf diese Weise kann das Zerstäubungsgas von dem Ringkanal auf kurzem Weg in den zweiten Ringspalt geführt werden und, da vorteilhafter Weise der Strömungskanal des Verteilerstücks für das Zerstäubungsgas von dem Ringkanal ausgeht, kann das Zerstäubungsgas auf kurzem Wege auch zu der Austrittsöffnung geleitet werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiges Düsenkonzept vorgeschlagen, bei dem das Zerstäubungsgas innerhalb eines kleinen, in das Düsengehäuse integrierten Verteilers auf einen zentralen Zerstäubungsgasstrom durch die Austrittsöffnung sowie auf einen äußeren Ringspaltstrom bewirkt wird. In diesem Verteiler wird auch das zu zerstäubende Fluid einem Ringspalt zugeteilt, der zwischen dem zentralen Strom und dem äußeren Ringspaltstrom des Zerstäubungsgases angeordnet ist. Dieser Verteiler bzw. die Strömungskanäle in dem Verteiler sind so dimensioniert, dass er sowohl von zu zerstäubendem Fluid als auch vom Zerstäubungsgas mit relativ hoher Geschwindigkeit passiert wird, so dass kaum Zeit für den Wärmeübergang bleibt. Ferner sind die zum Wärmeübergang zwischen Zerstäubungsgas und Fluid führenden Oberflächen sehr klein bemessen und die Abstände zwischen den einzelnen Strömungskanälen, welche das kalte Fluid bzw. das heiße Zerstäubungsgas führen, sind so groß wie möglich bemessen. Somit wird konstruktionsbedingt der innere Wärmeübergang von dem heißen Zerstäubungsgas, insbesondere von Wasserdampf, auf das zu zerstäubende Fluid minimiert bzw. auf einen vorteilhaften Wert begrenzt. Eine gewisse Vorheizung der Flüssigkeit kann durchaus vorteilhaft sein, weil sich hiermit, im Interesse einer guten Zerstäubung, die Oberflächenspannung und die Zähigkeit des zu zerstäubenden Fluids verringern lassen.

Bei der Erfindung geht es jedoch nicht ausschließlich um die Zerstäubungsqualität, wie sie sich im Labor unter idealen Randbedingungen an einer jungfräulichen Düse feststellen lässt. Vielmehr ist zu berücksichtigen, dass die Zerstäubungsqualität in der industriellen Praxis gelegentlich unter Bildung von Belägen innerhalb der Düsen oder am Düsen- mund leidet. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn als zu zerstäubendes Fluid Brauchwasser eingesetzt wird. Selbst wenn Schwebstoffe weitgehend durch Filtration eliminiert werden, ist in vielen Fällen eine Belagsbildung in der Düse oder am Düsenmund durch das Ausfällen gelöster Feststoffe festzustellen. Dies trifft vor allem auf jene Fälle zu, bei denen ein heißes Zerstäubungsgas eingesetzt wird, wodurch es dann zu einer Aufheizung der Wände kommt, die mit dem Brauchwasser in Kontakt stehen. Eine Begrenzung des Wärmeübergangs innerhalb der Düse nach der Erfindung kann dadurch auch das Problem der Belagsbildung in der Düse lösen.

In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Strömungskanal für zu zerstäubendes Fluid im Verteilerstück und dem Verteilerstück wenigstens abschnittsweise eine thermische Isolierung vorgesehen.

Auf diese Weise kann ein Wärmeübergang zwischen dem kalten, zu zerstäubendem Fluid und dem durch das heiße Zerstäubungsgas aufgeheizten Verteilerstück verringert werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Strömungskanal für zu zerstäubendes Fluid im Verteilerstück wenigstens abschnittsweise mittels eines in das Verteilerstück eingesetzten Rohres gebildet.

Auf diese Weise lässt sich ein Wärmeübergang zwischen dem Strömungskanal und dem Verteilerstück bereits deutlich reduzieren. Vorteilhafterweise ist zwischen dem Rohr und dem Verteilerstück wenigstens abschnittsweise ein Luftspalt vorgesehen. Eine Luftspaltisolierung führt zu einer weiteren, deutlichen Verringerung des Wärmeübergangs von dem kalten zu versprühenden Fluid auf das Verteilerstück. In Weiterbildung der Erfindung ist die Anschlussleitung für zu zerstäubendes Fluid wenigstens im Verbindungsbereich zum Verteilerstück doppelwandig ausgebildet.

Auf diese Weise lässt sich eine gute thermische Isolierung, beispielsweise durch einen Luftspalt, zwischen der Anschlussleitung und dem Gehäuse der Düse erzielen.

In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem ersten Ringspalt und dem Gehäuse sowie zwischen dem ersten Ringspalt und dem zweiten Ringspalt eine thermische Isolierschicht vorgesehen.

Auf diese Weise kann noch im Ringspaltbereich bis zum Austritt des zu zerstäubenden Fluids aus der Düse ein Wärmeübergang zwischen dem kalten Fluid und dem heißen Zerstäubungsgas minimiert werden. Dies ist bei der erfindungsgemäßen außen mischenden Zweistoffdüse von erheblichem Vorteil.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Austrittsöffnung für das Zerstäubungsgas die Form eines dritten Ringspaltes auf.

Das zu zerstäubende Fluid wird dadurch zwischen zwei Ringspaltströme des heißen Zerstäubungsgases aufgenommen, so dass eine sehr gute Zerstäubungswirkung erreicht wird. Der dritte Ringspalt kann beispielsweise durch das Einsetzen eines Kegelstücks in die Austrittsöffnung gebildet werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Berandung des ersten Ringspalts in Strömungsrichtung gesehen vor einer äußeren Berandung des zweiten Ringspalts angeordnet. Auf diese Weise tritt das zu zerstäubende Fluid aus dem ersten Ringspalt aus und kommt in Kontakt mit dem Zerstäubungsgas aus dem zweiten Ringspalt, noch bevor das Zerstäubungsgas den Düsenmund am Ende des zweiten Ringspalts verlassen hat. Das Zerstäubungsgas aus dem zweiten Ringspalt kann dadurch noch nicht seitlich ausweichen, so dass eine Beschleunigung des zu zerstäubenden Fluids durch die flankierenden Gasströme noch vor dem Verlassen des Düsenmundes erfolgt. Auf diese Weise kann eine feinere Zerstäubung des zu versprühenden Fluids erzielt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Berandung des ersten Ringspaltes um das ein- bis zehnfache der Breite des ersten Ringspalts in Strömungsrichtung gesehen vor der äußeren Berandung des zweiten Ringspaltes angeordnet.

In Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens das Verteilerstück aus einem Material, insbesondere hoch legiertem Edelstahl, mit gegenüber Messing wesentlich, insbesondere um den Faktor 8, verringerter Wärmeleitzahl gebildet.

Bereits das Vorsehen eines wenig wärmeleitfähigen Materials für das Verteilerstück kann einen Wärmeübergang zwischen dem zu versprühenden Fluid und dem heißen Zerstäubungsgas wesentlich reduzieren.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein unmittelbar stromaufwärts der Austrittsöffnung liegender Abschnitt des Strömungskanals für das heiße Zerstäubungsgas im Gehäuse so ausgebildet, dass er sich in Strömungsrichtung gesehen zunächst verjüngt und nach Passieren einer Engstelle sich bis zur Austrittsöffnung wieder erweitert.

Auf diese Weise kann eine Austrittsdüse für das Zerstäubungsgas konvergent/divergent ausgebildet werden. Insbesondere kann diese Aus- trittsdüse als Lavaldüse ausgebildet werden, so dass das heiße Zerstäubungsgas dann mit Überschallgeschwindigkeit aus der Austrittsöffnung austritt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße außenmischende Mehrstoffdüse in einer Schnittansicht gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit der Mehrstoffdüse der Fig. 1 ,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Mehrstoffdüse gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und

Fig. 4 eine Einzelheit einer erfindungsgemäßen Mehrstoffdüse gemäß einer dritten Ausführungsform.

Die Schnittansicht der Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Mehrstoffdüse 1 gemäß der Erfindung. Bei der Mehrstoffdüse 1 gemäß der Erfindung wird die Aufgabenstellung, vorzeitige Enthalpieverluste des Zerstäubungsgases durch Wärmeübergang an die zu zerstäubende Flüssigkeit weitgehend zu unterbinden und der Belagsbildung in der Düse durch temperaturabhängige Ausfällung der bei niedriger Temperatur gelösten Inhaltsstoffe der Flüssigkeiten vorzubeugen, auf folgende Weise gelöst: Der über die Dampfzuleitung der Mehrstoffdüse 1 zugeführte Dampfstrom 10 wird in einem neuartigen, kleindimensionierten Verteilerstück 18, das somit in die Düse 1 integriert werden kann, in zwei Teilströme zerlegt. Erzeugt wird ein äußerer Teilstrom 30 und ein zentraler Teilstrom 28 an Dampf bzw. heißem Zerstäubungsgas. Der äußere Teilstrom 30 wird über einen äußeren Ringspalt 29 ausgeblasen, während der zentrale Teilstrom 28 über eine Zentraldüse 62, die an einer Austrittsöffnung 60 endet, ausgeblasen wird. Zwischen der Zentraldüse 62 mit der Austrittsöffnung 60 und einer äußeren Ringspaltdüse 31 ist eine Ringspaltdüse 20 für den Ausstoß des zu versprühenden Fluids, speziell zu zerstäubenden Wassers, angeordnet. Der Ansatz einer Zerstäubung der Flüssigkeit über einen zentralen Strom und einen äußeren Ringspaltstrom des Zerstäubungshilfsmittels erleichtert die Zerstäubung. Wesentlich für die Erfindung ist aber die Gestaltung des Verteilerstücks 18 zum Verteilen von zu versprühendem Fluid und heißem Zerstäubungsgas auf die einzelnen Austrittsöffnungen der Düse 1.

Ein charakteristisches Merkmal der Düse 1 ist, dass das zu zerstäubende Fluid nicht über eine Zentraldüse ausgestoßen wird sondern über einen Ringspalt. Dieser Ringspalt kann relativ groß bemessen werden, weil hier eine hohe Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit nicht erforderlich ist. Die Zerstäubung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass der Flüssigkeitsfilm zwischen zwei Hochgeschwindigkeits-Zerstäubungsgas- strömungen eingebracht wird. Durch die Schubspannungswirkung dieser Hochgeschwindigkeitsströmungen wird der Flüssigkeitsfilm aus dem Ringspalt zu einer dünnen Flüssigkeitslamelle ausgezogen, die in kleine Tropfen zerfällt. Somit ist auch das Risiko eines Materialabtrages an den Ringspaltwandungen der Flüssigkeitsdüse, nämlich am Ringspalt 21 , stark reduziert und die Langzeitstabilität der Durchflusscharakteristik einer derartigen Düse stellt insofern kein Problem dar. Eine derartige Düse verfügt jedoch auch über ein sehr gutes Teillastverhalten, ganz im Gegensatz zu Einstoffdüsen nach dem Stand der Technik mit Drallerzeuger in der Flüssigkeitsführung.

Die Zentraldüse 62 für heißes Zerstäubungsgas mit der Austrittsöffnung 60 ist gemäß Fig. 1 in Strömungsrichtung als Konvergent-Divergent- Düse ausgeführt. Wenn beispielsweise Dampf mit einem überkritischen Druckverhältnis angeliefert wird, arbeitet diese Konfiguration als Laval- düse und der Dampf tritt dann mit Überschallgeschwindigkeit aus der Zentraldüse 62 an der Austrittsöffnung 60 aus. Wichtig ist aber auch, dass die Düse 1 keine von Brauchwasser umspülte Endfläche aufweist. Dies wird durch die sehr schmal ausgebildeten Berandungen des Ringspalts 21 erreicht. Somit tritt hier auch nicht das Problem stalaktitenför- miger Beläge auf, wie dies bei Endflächen von Düsen nach dem Stand der Technik zu beobachten ist.

Wesentliche Merkmale der erfindungsgemäßen Düse 1 betreffen die thermische Entkopplung des heißen Zerstäubungsgases, speziell Dampf, vom kalten Wasser am Düsenanschluss und im Inneren der Düse. Zu diesem Zweck ist die Zuführungsleitung 4 für das Wasser 5 dop- pelwandig ausgeführt.

Ferner sind Durchtrittsbohrungen im Verteilerstück 18, über welche das Wasser 5 dem Ringspalt 21 und der Dampf der Zentraldüse 62 mit der Austrittsöffnung 60 bzw. dem äußeren Ringspalt 29 zugeführt wird, in einem größtmöglichen Abstand voneinander angeordnet. In die Bohrungen 19 für die Zufuhr des Wassers zu der Austrittspartie der Düse 1 werden Innenröhren 38 eingesetzt, die an der Außenseite, also an ihrem Anfang und Ende, so hinterdreht sind, dass nur in schmalen Abschnitten ein die Innenröhrchen 38 in der Bohrung 12 im Verteilerstück 18 zentrierender Wandkontakt besteht. Hierdurch wird zwischen dem wasserführenden Innenrohr 38 und dem Verteilerstück 18 ein mit Luft gefüllter Hohlraum erzeugt, der als thermische Isolation dient. Ferner wird auch der Außenmantel der Zentraldüse 62 mit der Austrittsöffnung 60 sowie der Innenmantel der Ringspaltdüse 20 mit dem Ringspalt 21 mit einer thermisch isolierenden Schicht 35, 36 belegt, so dass die zu zerstäubende Flüssigkeit praktisch auf ihrer gesamten Passage durch die Düse 1 bis in die unmittelbare Nähe zum Düsenmund mit einer thermischen Isolation gegen das Düsengehäuse und speziell gegen das Verteilerstück 18 und somit auch gegen die Strömung des heißen Zerstäubergases ausgestattet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die Flüssigkeit nur geringfügig erwärmt, bzw. dass das heiße Zerstäubungsgas, insbesondere der Heißdampf, nur geringe Enthalpieverluste durch Abkühlung erleidet.

Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, auch auf der mit Dampf beaufschlagten Seite der Düse eine Wärmeisolation aufzubringen. Dies dürfte jedoch in aller Regel unverhältnismäßig aufwändiger sein, weil die mit dem Dampf in Berührung stehende Oberfläche wesentlich größer ist, als dies auf der Wasserseite der Fall ist.

Eine weitere interessante Möglichkeit besteht darin, wenigstens für das Verteilerstück 18 einen Werkstoff mit geringer Wärmeleitung einzusetzen, der andererseits für die vorgegebene Betriebstemperatur von z.B. 300°C geeignet ist. Bereits der Übergang von Messing auf einen hochlegierten Edelstahl führt zu einer Verringerung der Wärmeleitung um den Faktor 8.

Fig. 1 und Fig. 2 als Detailvergrößerung von Fig. 1 zeigen die Düse 1 in einer Schnittansicht. Die Düse 1 ist dafür vorgesehen, innerhalb eines Kanals 3 angeordnet zu werden, der ein primäres Fluid führt, beispielsweise Rauchgas, in das ein zu zerstäubendes Fluid eingedüst werden soll. Der Kanal 3 ist lediglich schematisch durch eine seiner Beendungen dargestellt. Die Düse 1 befindet sich somit innerhalb des Stroms des primären Fluids im Kanal 3.

Die zu zerstäubende Flüssigkeit 5 wird über eine Anschlussleitung 4 über einen zentralen Anschluss 17 des Düsengehäuses 2 dem Verteilerstück 18 der Düse 1 zugeführt. Über wenigstens eine Bohrung 19 im Verteilerstück 18, in die ein Innenrohr 38 eingesetzt ist, gelangt die Flüs- sigkeit 5 in einen ringförmigen Raum der Ringspaltdüsen 20, der nach innen durch ein Zentraldüsenstück 27 und nach außen durch eine Zwischenhaube 34 begrenzt ist. Von diesem Ringraum aus gelangt die Flüssigkeit auf kürzestem Wege zum Flüssigkeitsaustritt am Ringspalt 21.

Das Zerstäubungsgas, z.B. Heißdampf 10, wird über eine Rohrleitung 1 1 , die wie die Anschlussleitung 4 aus dem Kanal 3 herausführt, zunächst einem Ringraum 23 im Düsengehäuse 2 zugeführt. Von diesem Ringraum 23 aus gelangt das Zerstäubungsgas über wenigstens eine Ausfräsung 24 und über wenigstens eine Bohrung 25 im Verteilerstück 18 in einen Zentralraum 26 im Verteilerstück 18. Die Bohrung 25 ist so bemessen, dass eine definierte Aufteilung des Heißdampfes 10 in zwei Teilströme erfolgt, nämlich einmal über die Bohrung 25 zur Austrittsöffnung 60 der Zentraldüse 62 und einmal über den Ringraum der Ringspaltdüse 31 zum Ringspalt 29 am Düsenmund.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Düse 1 ist das Zentraldüsenstück 27 in das Verteilerstück 18 eingeschraubt und bildet die Zentraldüse 62 für den Zentraldampfstrahl 28. Ein Strömungspfad der Zentraldüse 62 verläuft anschließend an den Zentralraum 26 im Verteilerstück 18 zunächst konvergent in einem ersten, sich kegelförmig verjüngenden Abschnitt. An diesen ersten, sich kegelförmig verjüngenden Abschnitt schließt sich ein zylindrischer Abschnitt an, der eine Engstelle bildet. Hieran anschließend folgt ein sich kegelförmig erweiternder Abschnitt bis zur Austrittsöffnung 60. Wie bei Lavaldüsen üblich, verläuft die Zentraldüse 62 somit zunächst konvergent und dann divergent und die Querschnittsabmessungen der Zentraldüse 62 sind für die Aufteilung des Dampfstromes 10 auf die Zentraldüse 62 und auf die äußere Ringspaltdüse 31 mit verantwortlich. Der äußere Dampfstrom, auch Ringspaltdampfstrom 30 genannt, wird über die Ausfräsung 24 zunächst dem Ringraum der Ringspaltdüse 31 zugeführt und gelangt von hier aus in den äußeren Ringspalt 29. Der Dampf tritt demnach sowohl als Zentraldampfstrahl 28 aus der Zentraldüse 62 aus, als auch aus dem äußeren Ringspalt 29.

Der äußere Ringspalt 29 ist zwischen einer Außenhaube 49 und der Zwischenhaube 34 gebildet. Aus dem äußeren Ringspalt 29 und aus der Austrittsöffnung 60 tritt der Dampf mit hoher Geschwindigkeit bis hin zu hohen Überschallgeschwindigkeiten aus, wie in Fig. 2 durch Pfeile 32, 33 veranschaulicht ist. Durch die Wechselwirkung zwischen dem ringförmigen Flüssigkeitsstrahl, der aus dem ersten Ringspalt 21 austritt, und den flankierenden Dampfstrahlen gemäß den Pfeilen 32 und 33 entsteht ein Tropfensprühstrahl mit der Berandung 22, wie er gestrichelt in Fig. 1 angedeutet ist.

In vielen Fällen dürfte die vorstehend beschriebene Konfiguration bereits eine ausreichende thermische Entkopplung von Heißdampf 10 als Zerstäubungsgas und der zu zerstäubenden, kalten Flüssigkeit 5 bewirken. Um eine solche thermische Entkopplung zu verbessern und einen Wärmeübergang zwischen zu verstäubendem Fluid 5 und dem Heißdampf 10 zu verringern, ist die Anschlussleitung 4 für das Fluid 5 doppelwandig ausgebildet, in dem ein Innenrohr 37 bis zum Anschluss an das Verteilerstück 18 vorgesehen ist. Die Anschlussleitung 4 ist somit doppelwandig ausgebildet und mit einem thermisch isolierenden Luftzwischenraum 44 versehen. Alternativ kann die Anschlussleitung auch mit einer Graphitbüchse ausgeführt werden, um eine thermische Isolation zu erreichen.

Ferner ist auch der Strömungskanal in der wenigstens einen Bohrung 19 im Verteilerstück 18 für die Zufuhr des Wassers zum Ringraum der Ringspaltdüse 20 doppelwandig mit dem Innenrohr 38 ausgeführt, wobei, wie erläutert wurde, zwischen dem Innenrohr 38 und der Bohrung 19 im Verteilerstück 18 ein Luftzwischenraum liegt. Der wasserführende Ringraum der Ringspaltdüse 20 ist zum Zentraldü- senstück 27 wie auch zur Zwischenhaube 34 hin durch Schichten 35, 36 aus geeignetem Material thermisch isoliert. Diese Isolationsschichten 35, 36 können beispielsweise aus Metall mit schlechter Wärmeleitfähigkeit oder auch aus keramischen Material bestehen.

Um den Wärmeübergang zwischen Fluid 5 und Heißdampf 10 weiter zu verringern, ist auf einer Bodenfläche 39 des Verteilerstücks 18, auf die die Anschlussleitung 4 für Fluid 5 aufgesetzt ist, eine aus einem wärmeisolierenden Material gefertigte Scheibe 40 vorgesehen. Dadurch kann ein Wärmeübergang vom Fluid 5 in der Anschlussleitung 4 auf das Verteilerstück 18 wesentlich verringert werden. Die Scheibe 40 ist mit Durchgangsbohrungen versehen, um Fluid 5 in die wenigstens eine Bohrung 19 bzw. das Innenrohr 38 im Verteilerstück 18 zu leiten.

In welchem Umfang die vorstehend beschriebenen Maßnahmen ergriffen werden, hängt von den Betriebsbedingungen der Düse ab. Bereits durch das Vorsehen des Verteilerstücks 18 im Gehäuse 2 der Düse 1 wird in vielen Fällen bereits eine ausreichende thermische Entkopplung von Heißdampf 10 und zu zerstäubender Flüssigkeit 5 erreicht, so dass in aller Regel auf derartige aufwändige zusätzliche Isolationsmaßnahmen verzichtet werden kann.

Das Düsengehäuse 2 ist mehrteilig ausgebildet und weist ein erstes, etwa topfförmiges Bauteil 64 mit der Anschlussleitung 1 1 für Heißdampf und dem Anschluss 17 für die Anschlussleitung 4 für Fluid 5 auf. In das topfförmige Bauteil 64 ist das Verteilerstück 18 eingesetzt, das auf die ebenfalls in das Bauteil 64 eingeschobene Anschlussleitung 4 aufgeschraubt ist und sich in radialer Richtung über Stege 66 an der Innenwandung des topfformigen Bauteils 64 abstützt. Zwischen den Stegen 66 sind die Ausfräsungen 24 vorgesehen, über die Heißdampf 10 in den Strömungskanal, gebildet durch die Bohrung 25, im Verteilerstück 18 und zu dem äußeren Ringspalt 31 gelangt.

Auf das topfförmige Bauteil 64 ist die Außenhaube 49 aufgeschraubt. Innerhalb der Außenhaube 49 ist die Zwischenhaube 34 angeordnet, die auf das Verteilerstück 18 aufgeschraubt ist. Zwischen der Außenhaube 49 und der Zwischenhaube 34 ist somit die äußere Ringspaltdüse 31 für heißes Zerstäubungsgas gebildet, die am Düsenmund an dem äußeren Ringspalt 29 endet.

Innerhalb der Zwischenhaube 34 ist das Zentraldüsenstück 27 in das Verteilerstück 18 eingeschraubt. Zwischen dem Zentraldüsenstück 27 und der Zwischenhaube 34 ist die Ringspaltdüse 20 für zu zerstäubendes Fluid gebildet, die am Düsenmund am Ringspalt 21 endet. Wie bereits beschrieben wurde, ist eine die Ringspaltdüse 20 einseitig begrenzende Außenseite des Zentraldüsenstücks 27 abschnittsweise mit einer Isolierschicht 35 belegt. Lediglich unmittelbar stromaufwärts des Ringspalts 21 ist keine Isolierschicht 35 mehr vorgesehen, um den Ringspalt 21 schmal ausbilden zu können.

Eine Innenseite der Zwischenhaube 34, die die Ringspaltdüse 20 nach außen begrenzt, ist ebenfalls abschnittsweise mit einer Isolierschicht 36 belegt. Lediglich unmittelbar stromaufwärts des Ringspalts 21 ist keine Isolierschicht 36 mehr vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Düse 1 ist ersichtlich sehr kompakt ausgeführt und speziell erfolgt eine Aufteilung des Heißdampfes 10 auf die Zentraldüse 62 und die äußere Ringspaltdüse 31 innerhalb des Gehäuses 2 der Düse 1 auf kurzem Wege. Der Strömungskanal für Heißdampf im Verteilerstück 18, gebildet durch die Bohrung 25, über den Heißdampf zur Zentraldüse 62 gelangt, ist in einem Winkel zu dem ebenfalls im Verteilerstück 18 vorgesehenen Strömungskanal für zu zerstäubendes Fluid 5, gebildet durch die Bohrung 19 und das Innenrohr 38, angeordnet. Der Strömungskanal für Heißdampf und der Strömungskanal für Fluid sind somit kreuzweise innerhalb des Verteilerstücks 18 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform liegt ein Winkel von etwa 45° zwischen den Mittellängsachsen des Strömungskanals für Heißdampf und des Strömungskanals für Fluid.

Das Verteilerstück 18 ist aus hochlegiertem Edelstahl gefertigt, das eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Gegenüber konventionellen Messingdüsen wird dadurch bereits eine um einen Faktor von etwa 8 verringerte Wärmeübertragung vom Heißdampf 10 auf das kalte Fluid 5 erreicht.

Das Innenrohr 38, das in die Bohrung 19 des Verteilerstücks 18 eingesetzt ist, bildet einen Strömungskanal für das Fluid 5 durch das Verteilerstück 18. Das Innenrohr 38 ist als Drehteil ausgeführt und liegt lediglich in den Bereichen 68, 70 an der Innenwandung der Bohrung 19 an. Außerhalb der in Fig. 1 schwarz dargestellten Bereiche 68, 70 liegt zwischen dem Innenrohr 38 und dem Verteilerstück 18 ein isolierender Luftspalt 72.

Fig. 2 zeigt den Düsenmund mit der Austrittsöffnung 60 der Düse 1 in vergrößerter Darstellung. Zu erkennen ist, dass sich die Austrittsöffnung 60 der Zentraldüse 62, das Ende des Ringspalts 21 der Ringspaltdüse 20 und der den Austritt der Ringspaltdüse 31 definierende Ringspalt 29 quer zur Strömungsrichtung gesehen exakt auf gleicher Höhe befinden. Erst außerhalb der Düse 1 erfolgt dadurch eine Vermischung der Heißdampfstrahlen aus der Ringspaltdüse 31 und der Zentraldüse 62 mit dem Ringspaltstrom aus zu zerstäubenden Fluid aus der Ringspaltdüse 20. Die Darstellung der Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Mehrstoffdüse 80 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform. Die Mehrstoffdüse 80 ist in weiten Teilen identisch zur Mehrstoffdüse 1 in Fig. 1 aufgebaut, so dass lediglich die zur Düse 1 in Fig. 1 verschiedenen Merkmale erläutert werden.

Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, ist in das Verteilerstück 18 ein Zentralkörper 41 eingeschraubt, der sich durch eine Zentraldüse 82 für Heißdampf hindurch erstreckt. Der Zentralkörper 41 ist damit von der Zentralkammer 26 im Verteilerstück 18 an vollständig von Heißdampf umströmt. Im Bereich der Austrittsöffnung 60 ist der Zentralkörper in Form eines sich erweiternden Kegels 42 gestaltet, so dass die Austrittsöffnung 60 ringförmig ausgebildet ist und ein innerer Ringspalt 43 für den Austritt des über die Bohrung 25 zugeführten Anteils des Heißdampfes 10 gebildet ist. Der ringförmige Strom an zu zerstäubendem Fluid 5 wird somit zwischen zwei ebenfalls ringförmigen Heißdampfströmen eingeschlossen.

Durch Vorsehen des Kegels 42 strömt auch der Zentraldampf über den Ringspalt 43 aus. Der Zentralkegel 42 ist in diesem Fall aber nur von Heißdampf umströmt, der weitestgehend feststofffrei ist, so dass kein relevantes Belagsbildungsrisiko am Kegel 42 besteht. Durch den Kegel 42 kann der Dampfverbrauch der Düse 80 gegenüber der Düse 1 noch etwas gesenkt werden, ohne dass dies negative Auswirkungen auf die Zerstäubungsqualität hat. Auch bei der Düse 80 mit dem Zentralkegel 42 kann die Zentraldüse 82 als Lavaldüse ausgeführt werden. In der Darstellung der Fig. 3 ist dies allerdings nicht der Fall. Um die Zentraldüse 82 als Lavaldüse auszubilden, muss der Strömungsquerschnitt des Ringspalts zwischen dem Zentralkörper 41 und der Austrittspartie der Zentraldüse 82 zum Düsenmund hin einen divergenten Verlauf aufweisen. Die Darstellung der Fig. 4 zeigt abschnittsweise eine erfindungsgemäß Mehrstoffdüse 90 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform. Die Düse 90 ist in weiten Teilen identisch zur Düse 1 in Fig. 1 ausgebildet, so dass lediglich die gegenüber der Düse 1 abweichenden Merkmale beschrieben werden.

Die Düse 90 weist eine Außenhaube 92 auf, die gegenüber der Außenhaube 49 der Düse 1 verlängert ist. Dadurch ist die Austrittsöffnung 60 der Zentraldüse 62 und der Ringspalt 21 der Ringspaltdüse 20 für zu zerstäubendes Fluid gegenüber dem Düsenmund zurückgesetzt. Der Düsenmund ist in diesem Fall durch das stromabwärts gelegene Ende der Außenhaube 92 gebildet. Bei der Düse 90 tritt dadurch bereits innerhalb des Düsengehäuses ein Kontakt zwischen dem ringförmigen Flüssigkeitsstrom aus dem Ringspalt 21 und den Heißgasströmen aus der Austrittsöffnung 60 und dem Ringspalt 29 auf. Bereits innerhalb des Düsengehäuses, wenn auch nahe am Düsenmund, entsteht dadurch eine freie Flüssigkeitslamelle, die nicht mehr durch Wandreibung abgebremst, sondern durch die flankierenden Hochgeschwindigkeitsströme aus Zerstäubungshilfsmittel, beispielsweise Heißdampf, stark beschleunigt wird. Dies bereits innerhalb der Düse 90 umzusetzen bietet den Vorteil, dass hier die Ströme des Zerstäubungshilfsmittels und speziell der Heißgasstrom aus dem Ringspalt 29 noch nicht seitlich ausweichen können, wie dies nach dem Verlassen der Düse der Fall ist. Auf diese Weise wird eine noch feinere Zerstäubung der Flüssigkeit bewirkt. Der Rücksprung des Austritts der Flüssigkeitsdüse gegenüber der Position des Düsenmundes beträgt vorteilhafter Weise das ein- bis zehnfache der Breite des Ringspaltes 21 der Ringspaltdüse 20 für die Flüssigkeit an der Düsenmündung. Bei der dargestellten, lediglich exemplarischen Zeichnung beträgt die Breite des Ringspalts 21 für die Flüssigkeit etwa 1 mm und dieser Ringspalt ist gegenüber dem Düsenmund um etwa 5mm, also die fünffache Breite des Ringspalts 21 , zurückgesetzt. Mit der Erfindung wird somit eine außenmischende Mehrstoffdüse bereitgestellt, bei der ein minimaler innerer Wärmeübergang zwischen dem zu versprühenden Fluid und dem Zerstäubungsgas realisiert ist. Die Aufteilung der zu zerstäubenden Flüssigkeit sowie des Zerstäubungsgases wird in einem Verteiler vorgenommen, der in den Düsenkörper bzw. das Düsengehäuse integriert ist. Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung wird erreicht, dass der Wärmeübergang vom heißen Zerstäubungsgas auf die zu zerstäubende Flüssigkeit innerhalb der Düse, speziell innerhalb des Düsengehäuses minimiert oder auf einen vorteilhaften Wert begrenzt ist. Die erfindungsgemäßen außenmischenden Mehrstoffdüsen finden Verwendung in Rauchgaskanälen oder in Rauchgasreinigungsanlagen in Kraftwerken oder in der Zementindustrie.