DE2657617A1

DE2657617A1 - Verfahren und vorrichtung zur eingaberegelung von stickstoffoxid-entfernungsmittel fuer ein stickstoffoxid-beseitigungsgeraet

Info

Publication number: DE2657617A1
Application number: DE19762657617
Authority: DE
Inventors: Athushi Ichioka; Ryoji Muraki; Yoshio Ohashi; Shinichiro Takemura
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 1976-03-23
Filing date: 1976-12-20
Publication date: 1977-09-29
Also published as: US4188190A

Description

EISENFÜHR & SPEISER p/tentanwalte

DiK Ing GUNTHEH EISENFUHR

DiPL-Ing DIETEH K SPEISER

BREMIN 2 6 b / b i 7 Dh HfcH mat HOHSΓ ZINNUREUE

UNS. ZEICHEN K 98

Kurashiki Boseki Kabushiki Kaisha und Anmelder / iNH _Tokyo shibaura Electric Co., Ltd.

-Neuanmeldung

17. Dezember 1976

U IUM:

Kurashii ί Boseki Kabushiki Kaisha,

7-1, Homtnachi, Kurashiki-shi, Okayama-ken, Japan und

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd.

72, Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Eingaberegelung von Stickstoffoxid-Entfernungsmittel für ein Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Regelung der Zugabemenge an Stickstoffoxid-Entfernungsmittel für ein Beseitigungsgerät für.Stickstoffoxide aus Abgasen. Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung der Eingabe für ein Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät, wobei die Eingabemenge in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren geregelt wird, die in genauer Weise bewichtet sind, so daß im Ergebnis die Beseitigung von Stickstoffoxid wirtschaftlicher und zuverlässiger gestaltet wird.

Bekanntlich ist die von Menschen verursachte Emission von Stickstoffoxid NO sowie Stickstoffoxiden, allgemein mit NO bezeichnet in die Luft viel kleiner als die durch menschliche Einwirkung verursachte NO -Emission zu einer hohen lokalen Konzentration von NO führen, die so

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D 2800 BkS³JIEN 1 ■ EDUARD-GRUNOW-STRASSE 27 · TELEFON (0421) '7 20 48 QRAMMEFEHHOPAT · TELEX 02 44 020 FEPAT · BREMER BANK 100 9072 · POSTSCHECK HAMBUHG 25 5 7 b /

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hoch sein kann, daß Stickstoffoxide NO lokal zu nachteiligen Wirkungen auf die menschliche Gesundheit führen und die Bildung eines photochemischen Smogs unterstützen kann. Da derartige NO Konzentrationen üblicherweise in qewissen Gebieten erreicht werden, ist es erwünscht und in einigen Gebieten gesetzliche Vorschrift, die konzentrierte örtliche Emi sion von Stickstoffoxiden herabzusetzen. Hauptsächliche Quellen der durch den Menschen verursachten NO ,-Emission sind Motorfahrzeuge sowie stationäre Verbrennungsquellen, wie etwa Heizanlagen von Kraftstationen, bei denen beispielsweise Brennstoff verbrannt wird, wobei Stickstoffoxide durch Oxidation des aus dem Brennstoff während der Verbrennung freigesetzten Stickstoffs erzeugt werden. Die Oxidation des Stickstoffs wird durch hohe Temperaturen gefördert und die wesentlichen Parameter, die die NO Produktion in einer Feuerungsanlage oder einer ähnlichen stationären Quelle bestimmen, sind die höchste Flammentemperatur, die überschuh;-»- menge an Luft, die über die zur Verbrennung benötigte Menge, die· demzufo-lge zur Oxidation freigesetzten Stickstoffs zur Verfügung steht, wobei die Stickstoffoxidbildung ferner durch die Reaktionsgeschwindigkeiten der beteiligten Reaktionen und die Verbrennungsdauer gefördert wird, wenn die Gase höchste Flammtemperatur haben oder ihr nahekommen.

Ein weiterer wichtiger Faktor besteht natürlich in der Menge des in dem verwendeten Brennstoffs gebundenen Stickstoffs. Da dieser jedoch normalerweise nicht willkürlich gewählt oder nicht durch solche Personen bestimmt werden kann, die für den Betrieb einer Kraftanlage verantwortlich sind, kann dieser Faktor als Steuerparameter in einem NO -Beseitigungsverfahren nicht herangezogen werden.

Es ist daher bekannt, die Produktion und Emission von NO durch Verändern der Verbrennungsbedingungen zu regeln, indem

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beispielsweise weniger Überschuss-Sauerstoff verwendet, wird, indem eine zweistufige Verbrennungseinrichtung oder eine Abgas-Umwälzeinrichtung installiert wird, oder indem der Brenner oder der Feuerwinkel verändert werden. Es ist jedoch bekannt, daß die NO -Emission in sehr weiten Grenzen schwankt, und zwar als Folge selbst kleiner Veränderungen in den oben genannten Parametern. Daher ist bei einer praktischen Feuerungsanlage die NO -Emission stets großen vorübergehenden Schwankungen der Verbrennungsbedinqunrjen unterworfen, die zu einer solchen NO -Produktion führen, die über einen gewünschten oder vorgeschriebenen Wert hinausgeht, selbst wenn die Anlage so modifiziert wird, daß die kritische maximale Reduktion der NO -Kniission erreich ι wird. Daher hat sich die Praxis eingebürgert, die Beseitigung von Stickstoff-Oxiden an einer Endstufe etwa einer Verbrennungsanlage auszuführen, und zwar insbesondere die Stickstoffoxide aus dem Abgas vor dessen Freigabe in einen Schornstein zu beseitigen. Wie es auch selbst in Neuanlagen erforderlich ist, bietet die Abgasreinigung besondere Vorteile bei bestehenden Anlagen, da sie keine größere Modifikation einer Anlage erfordert, sondern lediglich eine Zusatzeinrichtung erforderlich macht, d.h. eine Einrichtung, die in bestehende Anlagen leicht eingebaut werden kann, ohne daß die bestehende Anlage verändert werden muß.

Bei bekannten Verfahren geschieht die Beseitigung von NO aus einem Abgas einer Feuerungsanlage oder eines anderen Heizers gewöhnlich durch Zugabe eines Reduziermittels, das NO zu harmlosen Stoffen umsetzt. In dem sogenannten Trockenverfahren wird beispielsweise während der Zuführung des Abgases zu einem Kamin das Abgas durch eine Reinigungseinheit geführt, in welcher es mit Ammoniak NH₃ in Kontakt gebracht wird, das in die Reinigungseinheit injiziert wird und als R eduktionsmittel sich mit dem NO , in dieser Stufe hauptsächlich NO, zur Bildung von (N₂+H₂O) verbindet. Es

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ist ferner bekannt, die Stickstoffoxide in Abgasen durch Zugabe anderer Stoffe, beispielsweise Kohlenstoffmonoxid CO oder eines Kohlenwasserstoffes, umzusetzen.

Welcher Stoff auch als Reduktionsmittel für NO , verwendet wird, muß man natürlich für die Eingabe wissen, wie viel NO in dem Abgas vorhanden ist, um die Umsetzung des NO,, mit möglichst gutem Wirkungsgrad ablaufen zu lassen. Tn dies Hinsicht besitzt die Verwendung von Amnioniakgus gegenüber anderen Stoffen bei der NO -Umsetzung den Vorteil, daß an der Reaktion eine gleiche Anzahl von Molen von NO und NH-. beteiligt sind, während die Molzahl anderer Stoffe mit der Anzahl von Molen von NO mulitipliziert werden muß. Mit anderen Worten, jeder Fehler, der bei der Feststellung der NO -Menge gemacht wird, multipliziert sich, wenn die erforderliche Menge der zuzugebenden anderen Substanzen berechnet wird. In allen Fällen jedoch, wenn die NO -Menge

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nicht richtig bestimmt worden ist, wird entweder ungenügend oder zu viel NO -Reduktionsmittel zugegeben. Wenn zu wenig

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NO -Reduktionsmittel zugegeben wird, findet die Beseitigung des NO nicht in der richtigen Weise statt. Andererseits ist es natürlich etwa aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus generell unerwünscht, zu viel NO -Reduktionsmittel hinzu-

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zugeben. So bildeiMmoniakgas beispielsweise selbst einen die Luft verunreinigenden Stoff, wenn es unverändert an Luft abgelassen wird.

Fig. 1 erläutert die Regelung der Zugabe für eine Beseitigung von Stickstoffoxiden aus Abgasen, wobei das Abgas aus einer Feuerungsanlage oder dergleichen freigesetzt wird und längs eines Kaminrohres 2a, dann durch die Beseitigungseinheit 1 für Stickstoffoxid und danach schließlich durch ein zu einem Schornstein oder dergleichen Abgabevorrichtung führenden Kaminrohr 2b strömt. In das durch die Beseitigungs

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einheit 1 strömende Abgas wird ein Reaktionsmittel oder Reduktionsmittel für Stickstoffoxid, beispielsweise Ammoniakgas, eingeleitet, das der Beseitigungseinheit 1 in einer Menge zugeführt wird, die durch die Größe der öffnung eines Steuerventils 6 bestimmt ist, welches in der Zuleitung 1a für das Ammoniakgas sitzt. Die c.cöße der öffnung des Steuerventils 6 wird durch einen Regler 5 bestimmt, der von einer Verhältnis-Stellvorrichtung 4b gesteuert wird. Die Verhältnis-Stellvorrichtung 4b nimmt aus einem Miltiplizierer 4a einen die Multiplikationsergebnisse anzeigenden Eingang auf, der die Werte aus einem Ausgang eines NO -Messers 3a und eines Strömungsmessers 3b aufnimmt, die jeweils die Konzentration von Stickstoffoxid und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in dem Kaminrohr 2a bestimmen, so daß die von dem Multiplizierer 4a erhaltenen Ergebnisse die in dem Kaminrohr 2a vorhandene Gesamtmenge an Stickstoffoxid anzeigen. Bei jeder Stufe berechnet die Verhältnis-Stellvorrichtung 4b die Menge an Ammoniakgas, die zur wirksamen Beseitigung oder Umsetzung der speziellen, in dem Kaminrohr 2a vorhandenen Stickstoffoxidmenge erforderlich ist, und berechnet ferner die Größe, wie weit das Steuerventil 6 geöffnet werden muß, um die Zugabemenge des Ammoniakgases zu bestimmen, wobei wie dargestellt, der Ausgang der Verhältnisstell-Vorrichtung 4b dem Regler 5 zugeführt wird. Natürlich schwankt die zuzugebende Ammoniakmenge mit der Schwankung der in dem Kaminrohr 2a vorhandenen Stickstoffoxidmenge. Bei einer derartigen Anlage kann das Kaminrohr 2b mit einem weiteren NO -Meßgerät 7 zur Messung der Stickstoffoxid-Konzentration versehen werden, das einen Eingang für ein Anzeigegerät 8 liefert und es zur überwachungszwecken zu bestimmen gestattet, ob das Beseitigungsgerät für Stickstoffoxid wirksam arbeitet oder nicht.

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Ein wesentliches Problem in einem derartigen Regelsystem besteht in seiner Zuverlässigkeit, da die Meßgeräte durch starke Korrosionskräfte und Schmutz belastet sind, und nach _;gewisser Zeit beginnen ungenau zu arbeiten, selbst dann, wenn die Meßgeräte versiegelte und vollkommen eingeschlossene Einheiten sind. Wichtiger noch ist der Umstand, daß die Zugabe genauer Mengen an Stickstoff-Reduktionsmittel direkt von der richtigen Funktionsweise der in diesem Teil der Feuerungsanlage verwendeten Meßgeräte abhängt, da der berechnete Wert des Stickstoffoxides vollkommen von den Messungen bestimmt ist, der in einem und demselben Abschnitt der Heizanlage ausgeführt werden, wobei keinerlei Schutz oder Sicherheitsmaßnahmen gegen ein fehlsames Betriebsverhalten der Meßgeräte gegeben ist.

Es ist daher ein wesentliches Anliegen der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, bei der die zur Regelung eines Stickstoffoxid-Beseitigungsgeräts verwendeten Faktoren ausgeglichen und wahlweise in einer solchen Weise verwendet werden, daß ein Fehlverhalten der Meßeinrichtung, die zu Steuerzwecken in einem speziellen Teil einer Heizanlage verwendet werden, nicht zur Zugabe einer unkorrekten Menge an Stickstoffoxid-Reduktionsmittel in das Abgas führen kann.

In einem anderen Verfahren zur Regelung der Stickstoffoxid-Emission vermeidet Korrosionsprobleme für die Meßgeräte im wesentlichen, da Einrichtungen verwendet werden, die die Brennstoffzufuhr für den oder die Brenner der Heizanlage regeln und gleichzeitig die Zugabemenge an Stickstoffoxid-Reduktionsmittel regeln, die in das Abgas eingegeben wird, wobei die Zugabemenge dieses Reduktionsmittels proportional der Brennstoffzufuhr-Menge ist, und wobei die

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zugehörige Regeleinrichtung eine geeignete Recheneinheit zur Berechnung der erf order Ii s-lion Menge an Stickstofioxidreduktionsmittei und des öf f nungsgr.tdos des Durchfluß-Steuerventils aufweist, die die Zugabe des berechneten Wertes an Reduktionsmittel bewirkt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß das Regelsystem als Cm ζ es einfache!· ausgelegt und leichter einzubauen ist. Das Verfahren hat jedorh den Nachteil, daß die berechnete Menge an Stickstoffoxid nicht approximiert wird, da eine schwankende Zeitverzögerung zwischen der Erzeugung der Stickstoffoxide in der Nachbarschaft eines Brenners und der Ankunft der Stickstoffoxide an der Stickstoffoxid-Beseitigungseinheit verstreicht, d.h. es kann überhaupt nicht garantiert werden, daß die Stickstof foxjdkonzentration in einem speziellen Abschnitt des Abgaskaminrohres zu einem speziellen Zeitpunkt die gleiche ist wie in der Nachbarschaft der Brenner. Ein weiterer Grund für die Ungenauigkeit der berechneten Stickstoffoxidmenge liegt darin, daß, obgleich die Stickstoffoxid-Produktion tatsächlich von der zugegebenen Brennstoffmenge abhängt, und theoretisch aufgrund dieses Faktors berechnet werden kann, die Stickstoffoxid-Produktion auch von anderer, oben erwähnten Faktoren abhängt, die in einer praktisch betriebenen Heizanlage gewöhnlich in weiten Grenzen schwanken, so daß nicht angenommen werden kann, daß die Stickstoffoxid-Produktion nur einfach proportional zur Menge des zugeführten Brennstoffs ist.

Demzufolge hat die Erfindung auch das Ziel vor Augen, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Regelung eines Stickstof foxid-Beseitigungsgerätes zu schaffen, bei welchem die als benötigt berechnete Menge an Stickstoffoxid-Reduktionsmittel durch einen Korrekturfaktor konstant modifiziert wird, der auf der Basis der erreichten Stickstoffoxid-Beseitigung

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berechnet wird, wodurch eine yenauere Steuerung und Regelung des Stickstoffoxid-Beseitigungsgerätes erzielt werden kann.

Weiter soll das zu schaffende Verfahren sowie die zur seiner Ausführung dienende Vorrichtung auch andere, nicht aus direkten Messungen des Stickstoffoxid-Gehalts gewonnene Werte verarbeiten, die jedoch eine genaue Approximation der Konzentration des Stickstoffoxidgehalts im Abgas ermöglichen. Ferner soll das zu schaffende Regelgerät für ein Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät kompakt und leicht zu installieren sein.

Die genannten Zielvorstellungen sowie weitere Ergebnisse werden durch die Erfindung dadurch erreicht, daß die Konzentration der Stickstoffoxide NO in einem ein NO Beseitigungsgerät noch nicht passierten Abgasstrom gleichzeitig auf zwei Wegen bestimmt wird, wobei gemäß einem Weg eine direkte Messung und auf dem anderen Weg die NO Konzentration unter Verwendung von wenigstens zwei Faktoren berechnet wird, die die Zugabemenge des Brennstoffs zur Feuerungsanlage, die Konzentration des Sauerstoffs im Abgas, die Konzentration von Kohlenstoffdioxid im Abgas, die Durchsatzrate der im Verbrennungsprozeß benutzten Luft oder die Menge des Abgases sein können, wobei diese Faktoren durch empirisch bestimmte Konstanten bewichtet uni zu einer Formel vereinigt werden, die Werte ergibt, die den direkt gemessenen Werten sehr nahe kommen. Die berechneten Werte und die direkt gemessenen Werte der NO -Konzentration werden beide einer Recheneinheit zugeführt und werden darin zur Berechnung der erforderlichen,zuzugebenden Menge des NO Reduktionsmittels verwendet. Solange wie das NO -Meßgerät richtig arbeitet, kann damit gerechnet werden, daß der von ihm erhaltene Wert dem wahren Wert der NO -Konzentration

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näher kommt als die indirekt bestimmtenWerte; wenn jedoch das NO -Meßgerät fehlerhaft zu arbeiten beginnt, was bei der hohen Belastung an der Meßstelle zu erwarten ist, dann können die Werte aus dem Meßgerät vollständig bedeutungslos werden. Andererseits ist selbst ohne Ausführiing direkter Messung oder Berechnung möglich, innerhalb weiter Grenzen zu wissen, wie viel NO in dem Abgas einer speziellen Heizanlage vorhanden ist. Wenn daher die aus dem NO -Meßgerät erhaltenen Werte innerhalb dieser Grenzen liegen, wird erfindunqsqemäß angenommen, daß das Meßgerät korrekt arbeitet und sein Ausgang wird zur Berechnung der erforderlichen Menge an NO -Reduktionsmittel herangezogen und der berechnet c

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Wert der NO -Konzentration wird nicht beachtet. Wenn jedoch der Ausgang des NO -Meßgeräts außerhalb dieser Grenzen liegt , dann wird der berechnete Wert der NO „-Konzentration zur Berechnung der erforderlichen Menge an NO -Reduktionsmittel verwendet.

Da der ideale Wirkungsgrad der NO -Beseitigung durch ein spezielles NO -Beseitigungsmittel bekannt ist, d.h. für eine gegebene Anfangskonzentration von NO und eine Zugabe einer gegebenen Menge von NO -Beseitigungsmittel in ein Abgas, ist bekannt, wie groß die sich ergebende NO -Konzentration sein sollte; um eine verbesserte Genauigkeit der NO -R egelung zu erreichen, wird erfindungsgemäß die NO -Konzentration im Abgas unmittelbar hinter der Abgabe des sauberen Gases aus einer Denitrierungsvorrichtung mit mit Ammoniak-Injektionseinheit und einem katalytischen Reaktionsgerät gemessen. Wenn die gemessene Konzentration beispielsweise höher als die erreichte iiideale Konzentration ist, dann weiß man, daß die berechnete Menge des NO -Beseitigungsmittels zu niedrig ist, und dieser berechnete Wert wird daher um einen Faktor modifiziert, der auf der Grundlage

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des gemessenen Viertes an NO im Abgas inch der Entlassung des sauberen Gases aus der Denitrierungsvorrichtung bestimmt wird.

Wenn es erforderlich ist, eine vereinfachte Vorrichtung zur Regelung des NO^-Beseitigungsgeräres zu installieren, wenn beispielsweise eine Heizanlage relativ kleinere Probleme dex- NO -Emission besitzt, oder wenn eine Heizanlage neu aufgebaut werden soll, und beispielsweise ei no vorübergehende: NO -Steuerung erforderlich ist, bis der Neuaufbau der Anlage abgeschLossen ist, dann kann erfindungsgemäß der oben erwähnte berechnete Wert der NO -Konzentration im aufstromseitigen Abgas auf der Basis lediglich eines Faktors bestimmt werden, der die N0„-Emssion im idealen Zustand bestimmt, nämlich die Durchlaßrate des Brennstoffs.

Die Erfindung wird nachstehend zum besseren Verständnis an mehreren Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Stickstoffoxid-Beseitigungsvorrichtung, die oben bereits erwähnt wurde;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Regelungseinrichtung für eine Stickstoffoxid-Beseitigungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Blockdarstellung, die eine Abwandlung der ersten Ausführungsform zeigt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung für typische NO -Konzentrationen bei konstanter Sauerstoff -und zunehmender Brennstoffzugabe in einem Verbrennungsprozeß;

Fig. 5 eine graphische Darstellung einer typischen Stickstoffoxid-Konzentration bei zunehmender Sauerstoff- und konstanter Brennstoffzugabe in einem Verbrennungsprozeß;

und

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Fig. 6 ein Blockdiayramm einer Regeleinrichtung für eine Stickstoffoxid-Beseitigungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Regelschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Menge, in der Brennstoff, beispielsweise Schweroel oder Leichtoel aus einem Oeltank 10, einem oder mehreren Oelbrennern 11 in einer Feuerungsanlage 12 zugeführt wird, durch ein Durchflußniesser 13 vom Laufrad-oder ähnlichen Typ gemessen wird. Die Anzeige des Durchflusßmessers 13 ist mit einer elektrischen Abnahme versehen, welche Signale, die für die Messungen des Durchflußmessers 13 repräsentativ sind, längs einer Leitung a einer Recheneinheit 14 zuführt. Die Recheneinheit 14 soll logische und arithmetische Operationen der Addition, Subtraktion und Multiplikation in dem noch weiter unten zu beschreibenden Rahmen ausführen und kann beispielsweise die Form eines Mikrorechners haben. Aus der Feuerungsanlage 12 wird Abgas einem Anfangsabschnitt eines Kaminrohrs 15a zugeführt, das in ein Stickstoff-Oxid-Entfernungsgerät 16 mündet. Nach dem Durchlauf durch das Stickstoffoxid-Entfernungsgerät 16 wird das Abgas durch eine Fortsetzung des Kaminrohres 15b durch andere nicht dargestellte Einrichtungen zur Beseitigung weiterer Schadstoffe und schließlich einem Schornstein 15c zugeführt. Es erübrigt sich besonders daraufhinzuweisen, daß das Abgas vor seinem Eintritt in die Stickstoffoxid-Beseitigungsvorrichtung 16 durch ein Filter oder dergleichen Abscheider für Feststoffe oder andere Schadstoffe durchläuft.

Zur Abkürzung der Beschreibung wird nachstehend das den Anfangsabschnitt des Kaminrohres 15a auf der Aufstromseite

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des Stickstoffoxid-Abtrenngeräts 16 strömende Abgas als "Aufstromgas" und das in die Fortsetzung des Kaminrohres 15b auf der Abstromseite des Stickstoffoxid-Entfernungsgeräjts 16 strömende Abgas als "Abstromgas" bezeichnet.

Am Anfangsabschnitt des Kaminrohres 15a ist ein Sauerstoffmeßgerät 17 vorgesehen, das magnetisch oder in anderer Weise arbeitende Gasanalysierelemente enthält und einen kontinuierlichen elektrischen Ausgang erzeugt, oder auch Ausgangsimpulse erzeugt, die den gemessenen Werten der jeweiligen Gase entsprechen. Elektrische Ausgangssignale aus dem Sauerstoffmeßgerät 17 werden längs der Signalleitung b der Recheneinheit 14 zugeführt. Das Sauerstoff-Meßgerät 17 kann mit einem Durchflußmesser für das Abgas verbunden oddr diesem zugeordnet sein, oder ein derartiger Durchflußmesser kann auch separat vorgesehen sein, mit dem die Sauerstoffkonzentration bestimmt werden kann.

Ein Entfernungsmittel, beispielsweise Ammoniakgas NH-, wird in das Abgas eingeleitet, das durch das Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät 16 strömt, und zwar aus einem Vorratsbehälter oder einem Ammoniakerzeuger 18 (in einem unteren Teil der Zeichnung schematisch dargestellt) entlang einer Zuführleitung 18a, in welcher ein Durchflußmesser 19 mit elektrischem Abgriff und einDurchflußsteuerventil 20 vorgesehen sind. Die Größe der öffnung des Durchflußsteuerventils 20 und damit der Zugabemenge von Ammoniakgas zu dem Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät 16 wird von einem Regler 21 in Abhängigkeit von einem Eingang-gesteuert, der aus der Recheneinheit 14 über die Signalleitung c zum Regler 21 zugeführt wird und die NO -Konzentration in dem Abgas anzeigt. Ferner nimmt der Regler 21 einen Eingang aus dem Durchflußmesser. 19 auf, der die gerade zugeführte Menge des Ammoniakgases anzeigt. Der Regler 21 arbeitet über einen elektro-

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pneumatischen Betätiger 20a oder eine ähnliche Einrichtung auf das Durchflußsteuerventil 20b zu dessen öffnen oder Schließen.

Auf der Fortsetzung des Kaminrohrs 15b wird ein Abstromgas-Meßgerät 22 vorgesehen, welches ein chemisches Luminiscenzgerät oder eine andere Art Gas analysierende Elemente mit einem elektrischen Abgriff sein kann, und welches einen kontinuierlichen Ausgctng oder Ausgangsimpulse erzeugt, die den gemessenen Werten der jeweiligen Gase entsprechen. Der Ausgang aus dem Abstromgas-Meßgerät wird längs der Signa 1-leitung d einem Anzeigegerät 23 zugeführt, mit dem die Arbeitsweise der gesamten Einrichtung angezeigt und überwacht werden kann, sowie über die .Signal leitung el, einem Umsetzer bzw. einem Subtrahierer und Umsetzer 24 zugeführt. Der Umsetzer 24, dessen Funktion noch weiter unten beschrieben wird, empfängt außerdem einen Eingang über die Signalleitung e aus der Recheneinheit 14 und gibt seinen Ausgang auf einen Begrenzer 25. Wenn der Ausgang aus dem Umsetzer 24 innerhalb eines eingestellten Bereiches liegt, überträgt der Begrenzer 25 den Ausgang unverändert über Leitung f zur Recheneinheit 14. Wenn der Ausgang des Umsetzers 24 außerhalb des eingestellten Bereichs liegt, wird es modifiziert und zur Recheneinheit 14 übertragen.

Die Recheneinheit 14 enthält eine erste Rechenschaltung 26, die Eingangssignale aus dem Durchflußmesser 13 bezieht, die die Brennstoffzugabemenge über die Signalleitung a anzeigt, und Signale aus dem Sauerstoffmeßgerät 17 erhält, die die Sauerstoffkonzentration in dem Aufstromgas über Leitung b anzeigen.

Die erste Rechenschaltung 26 berechnet die Konzentration des Stickstoffoxids im Aufstromgas als Funktion der Brenn-

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stoffzufuhr Q und des im Aufstromgas vorhandenen Sauerstoffs O₂- Die Gründe für Auswahl dieser Faktoren liegen darin, daß die Menge des im Aufstromgas vorhandenen Stickstoffoxids NO im wesentlichen die gleiche ist wie die, die

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im Verbrennungsprozeß erzeugt würde, daß bei Annahme genügende Luftzufuhr die Zugabemenge an Brennstoff ein wichtiger Faktor ist, der die Verbrennung beherrscht und daß die Menge des in dem Abgas vorhandenen Sauerstoff die Menge an Überschußluft anzeigt, die für den Verbrennungsprozeß zur Verfügung steht, beispielsweise 5% Luftüberschuß führen zu ungefähr 19. Sauerstoff im Abgas.

Der allgemeine Zusammenhang zwischen der NO -Konzentration, bezeichnet mit NO auf der Ordinate und der Brennstoffzufuhr Q abgetragen auf der Abszisse, unter der Voraussetzung einer konstanten Luftzufuhr (vol.), d.h. einer konstanten Sauerstoffkonzentration, ist graphisch in Fig. 4 wiedergegeben. Aus dieser Darstellung erkennt man, daß nach einer solchen Brennstoffzufuhr, die hinreichend viel Wärme erzeugt, das NO produziert wird, ein mehr oder weniger linearer Anstieg

der NO -Konzentration mit zunehmender Brennstoffzufuhr verbunden ist.

Die Kurve für die NO -Konzentration bei konstant gehaltener Brennstoffzufuhr bei veränderlicher Luftzufuhr, die als N0_? auf der Abszisse abgetragen ist, hat bei gleichmäßig zunehmender Luftzufuhr eine andere Form, wie Fig. 5 zeigt. Die NO -Konzentration beginnt, wenn im Überschuß zugeführte Luftmenge über die für den Verbrennungsprozeß benötigte Luftmenge hinaus vorhanden ist, nimmt dann zu und strebt dann zu einem gewissen Maximalwert, wonach die Konzentration des produzierten NO selbst dann abfällt, wenn die Luftzufuhr-weiter gesteigert wird, da ein Teil der durch den Verbrennungsprozeß erzeugten Wärme zur Aufheizung der über-

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schußluft benötigt wird, wodurch die Spitzen- oder Flammtemperaturen reduziert werden.

Der in einer praktischen Feuerungsanlage interessante Teil der Kurve aus Fig. 5 ist offensichtlich der ansteigende Kurvena..t. Natürlich schwankt die genaue Form der Kurve, je nach der Qualität und der Art des verwendeten Brennstoffs, was im übrigen auch für die Kurve aus Fig. 4 gilt.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Faktoren der Brennstoff zufuhrrate und der Menge an Überschußluft-Konzentration zur Bildung von Stickstoffoxid im Abgas kann sehr genau angenähert werden durch die folgende Beziehung:

(NO cal) ^β a₀ + a_LQ + a₂Q - K

(O₂) - K₁

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wobei Q die Brennstoffdurchsatzrate,(O₂) die Sauerstoffkonzentration im Aufstromgas, Q (O₉) jeweils durch den Durchsatzmesser 13 und das Meßgerät 17 in der in Fig. 2 dargestellten Art gemessen werden. Für jede Brennstoffart sind K₁ und K» in der genannten Beziehung jeweils die Sauerstoffkonzentration, die dem Maximalwert der NO -Konzentration entspricht und die mittlere Steigung des NO -Konzentrations-Anstiegs, wenn die Brennstoffzufuhr für einen Verbrennungsprozeß konstant ist und die Luftzufuhr stetig zunimmt (Fig.5); a~, a.. und a₂ sind empirisch bestimmte Konstanten, die vom Brennstoff und Verbrennungsprozeß abhängen.

Die vorstehend genannte Beziehung wurde zu Beginn auf der Grundlage von Ergebnissen einer Reihe von Experimenten aufgestellt, die an einer mit schwerem OeI beschichteten Feuerungsanlage ausgeführt wurden. Für diese war die maximale Emission an Abgas 30 000 Nm /h und die Konzentration der Stickstoffoxide lag im Bereich von 200 bis 400 ppm. Bei

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sehr genau überwachten Betriebsbedingungen, bei denen das Durchflußmeßgerät 13 und das Sauerstoffmeßgerät 17 zur Bestimmung des berechneten Wertes (NO bee) der Stickstoffoxid-Konzentration im Aufstromgas verwendet wurden, ergab sich, daß über den gesamten Arbeitsbereich der Feuerungsanlage, wenn der direkt gemessene Wert (NO gern) in dem Auistromgas als richtiger Wert genommen wurde, der relative Fehler des berechneten Wertes (No bee) innerhalb von +_ 0,06 blieb.

Noch einmal in Bezug auf Fig. 2 ist festzuhalten, daß der den berechneten Wert (NO her.) der Stickstoffoxidkonzentration von der ersten Rechenschaltung 26 einer zweiten Rechenschaltung 27 zugeführt wird, die zur Berechnung der Ammoniakgasmenge dient, die in das durch das Stickstoffoxid-Entfernungsgerät 16 strömende Abgas eingeführt werdne muß, wobei diese Berechnung auf der Basis der berechneten Stickstoffoxid-Konzentration ausgeführt wird nach Aufnahme der Eingänge aus dem Durchflußmesser 13 und dem Sauerstoff-Meßgerät 17 über die Signalleitungen a und b.

Der Ausgang aus der zweiten Rechenschaltung 27 wird über die oben erwähnte externe Signalleitung e dem Umsetzer 24 sowie einem Multiplizierer 28 zugeführt, der innerhalb oder außerhalb der Recheneinheit 14 vorgesehen sein kann und das von der zweiten Rechenschaltung 27 empfangene Ergebnis mit einem Korrekturfaktor multipliziert, der eine genauere Bestimmung des erforderlichen Betrages an Ammoniakgas zur Zuführung zu dem Abgas multipliziert. Dieser Korrekturfaktor wird vom Umsetzer 24 angeliefert, der den Eingang des Abstromgas-Meßgeräts 22 von dem Eingang aus der zweiten Rechenschaltung 27 subtrahiert und in vergleichbare Werte umsetzt und einen Korrekturfaktor dem Begrenzer 25 zuführt, welcher von dem Ergebnis dieser Subtraktion abhängt. Der dem Umsetzer

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24 aus der zweiten Rechenschaltung 21 zugeführte Eingang ist derjenige Wert (NO her.)/ der· in dei~ Berechnung für die erforderliche Ammoniakgasmenge verwendet wird, und der Wert aus dem Abstromgas-Meßgerät 22 wird von diesem Eingang suLirahiert. Da in diesem Fall also jedoch die Eingänge für den Umsetzer 24 die Stickstoffoxid-Konzentrationen des Auf;;troinqases und des Abstromgases repräsentieren, wäre eine einfache Differenz zwischen den Eingängen als Korrckturfaktor ungeeignet. Der Umsetzer 24 setzt, daher die Differenz, in einen geeigneten Faktor um, durch Multiplikation oder Teiluncf durch eine Konstante beispielsweise, und bietet den berechneten Korrekturfaktor dem Begrenzer 25 an, welcher den Korrektv!s faktor über die Signalleitung fdem Multiplizierer 2Ö zuführt unter der Bedingung, daß der Korrekturfaktor innerhalb eines gewissen Wertebereichs bleibt, wie oben bereits erwähnt wurde. Der Begrenzer 25 ist vorgesehen, weil es für das AbstTomgas-Meßgerät 22 ebenfalls im Bereich des Möglichen liegt, fehlerhaft zu werden, so daß der Begrenzer 25 verhindert, daß ein Korrektur faktor auf vollständig falschen Ausgangswerten, erzeugt von dem Meßgerät 22, dem Multiplizierei 28 zugeführt wird. Im wesentlichen die gleiche Funktion wird natürlich erreicht, wenn der Begrenzer iinstelle zwischen Umsetzer 24 und Recheneinheit 14 vorgesehen zu sein, um verschiedene Werte durchlaufen zu lassen, zwischen dem Umsetze* 24 und dem Abstromgas-Meßgerät 22 eingeschaltet wäre.

Nimmt man an, daß ein Korrekturfaktor den Begrenzer 25 passiert hat, dann multipliziert der Multiplizierer 28 den Ausgang de ν zweiten Rechenschaltung 27 mit dem Korrekturfaktor, so daß sich ein neuer Wert des zuzxiführenden Ammoniakgases ergibt, der am der Grundlage der tatsächlich erreichten NO -Ab-

2i.

trennung revidiert ist. Das Ergebnis dieser Multiplikation durch den Multiplizierer 28 wird über Signalleitung c dem Regler 21 zugeführt, der die Menge des in das Stickstoffoxid-Entfernungsgerät 16 einzugebenden Ammoniakgases steuert.

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Der Regler 21 vergleicht diesen Eingang mit. dem Eingang aus dem Ammoniak-Durchflußmesser 19 und macht nötigenfalls die geeigneten Einstellungen am öffnungsyrad des Steuerventils 20, wie bereits oben erwähnt wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Ausführung dienende Einrichtung stellt also eine feinfühlige Steuerung der Beseitigungsmittelzugabe in das Abgas zur Beseitigung von Stickstoffoxiden dar und mindert erheblich die Gefahr der Ziigabe überschüssiger Mengen von Entfernungsmittel, beispielsweise Oxidationsmittel, in das Abgas, was aufgrund einer ungenauen Messung oder eines fehlerhaft arbeitenden Meßgeräts geschehen könnte, da die Zugaberate für das Entfernungsmittel auf der Basis von zwei unabhängigen Werfen bestimmt wahr ist, die die Stickstof foxid-Konzentrcit ion angeben, wobei einer der Werte durch die Recheneinlie.it 14 berechnet und einer durch direkte Messung mittels des Abstromgas-Meßgeräts 22 erhalten wird. Darüber hinaus wird der berechnete Wert mittels einer sorgfältig ermittelten Beziehung statt mit einer einfachen Multiplikation der gemessenen Werte ermittelt.

Weiter wird eine sehr genaue und feine Einstellung der Zugaberegelung, die die Menge des zugehörigen. Ammoniakgases bestimmt, durch den Ausgang des Abstromgasmeßgeräts 22 ermöglicht, so daß es auf diese Weise möglich wird, die Zugabemenge des Entfernungsmittels sehr nahe an der optimalen Zugabemenge zu hai ten.

Zur Zuverlässigkeit des Systems ist zu bemerken, daß gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verschiedene Faktoren, die die Zugaberate des Entfernungsmittels bestimmen, einander wechselseitig ausgleichen und korrigieren und als unabhängige Werte' aus verschiedenen Teilen des für die Produktion von Stickstoffoxiden verantwortlichen Verfahrensablaufs gewonnen werden. Das Sauerstoff-Meßgerät 17 ist natürlich mehr oder

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-JJ-

weniger den gleich rauhen Bedingungen in Bezug auf Korrosion, Hitze etc. ausgesetzt wie das Abstromgas-Meßqerät Mit anderen Worten, das Meßgerät 17 unterliegt, ebenfalls zerstörerischen Kräften, die zu ungenauer Messung führen können. Praktisch jedoch ist die Regeleinrichtung als Ganzes kompakt und wirtschaftlich zu halten und keine weiteren Steuerelemente vorzusehen, da Sauerstoff-Analysierer mit widerstandsfähiger und robuster Konstruktion verfügbar sind, und wesentlich besser imstande sind, schwer belastenden Umgebungsbedingungen standzuhalten als Nu -Analysierer, und da weiter selbst bei Annahme einer gewissen Beschädigung des Sauerstoff-Meßgeräts 17 und einer Anzeige eines geringfügig unrichtigen Wertes, der gemessene Sauerstoffwert in der zur Berechnung der Stickstoffoxid-Konzentration verwendeten Relation nur ein gewisses Gewicht besitzt, und ein negativer Wert in der Relation im Effekt ein kompensierender Faktor statt ein hauptsächlich bestimmender Paktor i st.

Es erübrigt sich zu sagen, daß die gleichen Vorteile erhalten werden, wenn ein £inderes NO -Reseitigungsmittel als Ammoniakgas bei der Berechnung des NO -Konzentration im Aufstromgas verwendet wird, daß diese Vorteile nicht auf die Abgas-Durchsatzrate und die Konzentration des Sauerstoffs im Abgas beschränkt sind; vielmehr ist es möglich, Faktoren zu verwenden, wie etwa die Durchsatzrate der für den Verbrennungsprozeß zugeführten Luft (Fig. 4) oder die Konzentration des Kohlensäuregases beispielsweise, oder anderer Faktoren zu verwenden, von denen bekannt ist, daß sie sich proportional zu NO -Pi-oduktion verändern oder diese beeinflüssen.

Der in Fig. 2 dargestellte Umsetzer kann in einen Verhältnis-Umsetzer 29 abgewandelt werden, der einer Begrenzer-Einheit 30 gemäß Fig. 3 zugeordnet ist. In dieser Ausführungsform ent-

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fällt die Subtrahier-und Umsetzereinheit sowie ihre Signalleitung e und der Begrenzer 25 ist zwischen dem Abstromgas-Meßgerät 22 und dem Verhältnis-Umsetzer 29 eingeschaltet, dessen Ausgang dem Multiplizierer 28 zugeführt wird. Die Begrenzer-Einheit 30 ist vorgesehen, da es auch für das Abstromgas-Meßgerät 22 zur Bestimmung des Stickstoff-Oxidgehaltes im Abstromgas grundsätzlich möglich ist, allmählich fehlerhaft zu arbeiten, und damit verhindert wird, daß ein auf vollständig falschen Ausgangswerten des Meßgeräts 22 basierender Korrekturfaktor dem Verhältnisumsetzer 29 zugeführt wird, dessen Ausgang den Ausgang der zweiten Rechenschaltung in Relation zu den g.-messenen Werten des Abstromgas-Meßgerätes 22 verbessern soll, beispielsweise mittels eines zulässigen Wertes an NO -Konzentration in dem Abgas, das die E'ortsetzung des Kaminrohres 15b auf der Abstromseite der Stickstoffoxid-Beseitigungseinrichtung 16 durchströmt. Die Recheneineheit 14 nimmt Eingänge aus dem Sauerstoffnießgerät 17 und einem Brennstoff-Durchflußmesser 13 auf, berechnet die Menge des Ammoniakgases oder eines anderen NO -Beseitigungsmittels, das in das Abgas eingeführt werden soll, auf der Basis der Eingänge, die die Brennstoff-Durchsatzrate und die Sauerstoff-Konzentration im Aufstromgas anzeigen, und gibt einen entsprechenden Regeleingang auf den Durchsatzregler 21. In Einklang mit den der Erfindung zugrundeliegenden Zielen um also einaiSteuereingang zu schaffen, der aus ausbalanzierLon Faktoren bezüglich der NO -Produktion und -Konzentration im Abgas basiert und der daher zuverlässiger ist, macht die Zugabe-Regeleinrichtung auch in geeigneter Weise von einer Rückkopplung vom Abstromgas-Meßgerät 22 Verwendung, dessen Ausgang, wenn er innerhalb eines gewissen Bereiches bleibt, durch eine Begrenzereinheit 30, die für den Ausfall oder ein Fehlverhalten des Meßgeräts 22 vorgesehen ist, geführt

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wird, wobei der Ausgang dann in den Verhältnisumsetzer 29 gelangt, der einen Korrekturfaktor in der Relation zu dem Abstromgas-Meßgerät 22 -Ausgang erzeugt und den Korrekturfaktor an die Recheneinheit 14 weitergibt, die den Basisrechenwert des erforderlichen Ammoniakgases mit dem Kürrekturfaktor multipliziert und den Steuereingang entsprechend dem Ergebnis dieser Multiplikation dem Regler 21 zuführt. Diese Ausführunqsform der Erfindung hat den Vorteil, daß sie mit weniger Aufwand auskommt und daß die verwendete Recheneinheit einfacher gehalten sein kann.

Im Hinblick auf die Nähe des berechneten Wertes zu dem direkt gemessenen Wert der NO ,-Konzentration in dem Aufstromgas ist es vorteilhaft, ein Meßgerät 31 zur Messung des NO -Gehaltes im Aufstromgas an dem Anfangsabschnitt des Kaminrohres 15a vorzusehen, welche das Abstromgas-Meßgerät 22 ersetzt, gemäß einer weiteren in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist der Anfangsabschnitt des Kaminrohres 15a mit dem Sauerstoff-Meßgerät 17 und dem Aufstromgas-Meßgerät 31 verbunden, wobei beide Meßgeräte 17 und 31 magnetisch oder mit chemischer Lumirdscenz arbeitende Gasanalysiergeräte mit elektrischem Abgriff enthalten, die einen kontinuierlichen Ausgang oder Ausgangsimpulse erzeugen, die die Werte der entsprechenden Gase repräsentieren, und der Recheneinheit 14' zuführen. Die Recheneinheit 14' nimmt ferner einen Eingang aus dem Brennstoff-Durchflußmesser 13 auf und berechnet die Menge an Ammoniakgas unter anderem NO -Beseitigungsmittel, das zur Zugabe in das Abgas benötigt wird, auf der Grundlage der Eingänge, die die Brennstoff-Durchflußrate und den Sauerstoffgehalt und die Stickstoffoxidkonzentration des Aufstromgases anzeigen, und erzeugt ein entsprechendes Steuersignal für den Durchsatzregler 21. Die Recheneinheit 14' enthält die erste Rechenschaltung 26, die Ausgangssignale aus dem

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Durchflußmesser 13, die den Brennstoff-Durchsatz anzeigen, über die Signallleitung a und über die Signalleitung b aus dem Sauerstoff-Meßgerät aufnimmt, welche die in dem Aufs^romgas vorhandene Menge an Sauerstoff anzeigen. Die erste P.echenschaltung berechnet die in dem Auf stromgas vor. handene Konzentration an Stickstoffoxid (NO ber) als Funktion der Brennstoffzufuhr Q und des j η dem Aufstromgas vorhandenen Sauerstoffs, während der direkt gemessene Wert der Stickstoffoxid-Konzentration (NO gem.) in dem Aufstrom-

.X

uas von d«-n Auf stromgas-Meßgerät 31 erhalten wird. Der den J'erechnetnn Wert (NO ber.) der Stickstoffoxid-Konzentrut ion

Ji.

repräsentierte Ausgang wird von der ersten Rechenschaltuny oiner Differenzbildungsschaltung 32 zugeführt, die ferner Eingangssignal aufnimmt, die die direkt gemessenen WerLe ('■-10 gem.) der Stickstoffoxid-Konzentration anzeigen, die aus dem Meßgerät 31 über die Signalleitung g herangeführt werden, nie Differenz-Bildungsschaltung 32 subtrahiert den (NO gem.)-Wert von dem (NO ber.)-Wert und erzeugt einen

Λ. Λ.

Ausgang, der den absoluten Betrag der Differenz dieser Werte anzeigt, und gibt den Ausgang als einen positivwertigen Eingang auf einen Komparator 33. Die Differenz-Bildungsschaltung 32 kann von einem Subtrahierer gebildet werden, der zur Bildung eines absoluten Wertes von I (NO ber.) - (NO gem.) j die Subtraktion ausführen kann.

Der Komparator 33 bestimmt, ob der von der Differenzbildungsschaltung 32 empfangene Eingang innerhalb eines extern eingestellten Bereiches liegt, der durch eine Referenzschaltung 34 in Bezug auf die oberen und unteren Grenzwerte der Stickstoffoxid-Konzentration bestimmt wird, welche aus Versuchen mit dem Aufstromgas bekannt sind und die in geeigneter Weise von der Referenzschaltung in den Komparator eingegeben werden.

Der Ausgang aus dem Komparator 33 zeigt an, ob die Differenz zwischen (NO ber.) und (NO gem.) innerhalb des extern ein-

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gestellten Bereiches liegt und wird einem Wähler 35 als Eingang zugeführt, der den Sternereingang für eine zweite Rechenschaltung 27' liefert, welche die Menge der zur Einführung des durch das Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät 16 strömenden Abgas benötigten Ammoniaks berechnet, wobei die Berechnung auf der Grundlage entweder der berechneten Konzentration des Stickstoffoxids (NO ber.) oder auf der

X.

Grundlage der durch direkte Messung bestimmten Stickstoffoxidkonzemtration (NO ber.) ausgeführt wird.

Unter no.:i;,.ilen Bedingungen bei korrektem Funktionieren ist das Aufstromgas-Meßgerät 31 gemäß Fig. 6 auf jl· 3% genau und von seinem Ausgang kann angenommen werden, daß er eine genauere Anzeige der NO -Konzentration liefert als die oben erwähnte Relation zu einer berechneten NO ,-Konzentration in der ersten Rechenschaltung 26 der Recheneinheit 14' beizutragen gestatten dürfte. Da jedoch, wie erwähnt, die äußeren Belastungen außerordentlich schwer sind, ist es möglich, daß das Aufstrommeßgerät 3 1 fehlerhaft wird und vollständig falsche Werte an NO -Konzentration anzeigt, in welchem Fall die Stickstoffoxid-Konzentration im Aufstromgas genauer durch den berechneten Wert (NO ber.) dargestellt wird.

X.

Wenn das Aufstromgas-Meßgerät 31 richtig arbeitet, wird die Differenz zwischen der von ihm angezeigten NO -Konzentration und dem berechneten Wert der Stickstoffoxid-Konzentration in dem extern festgelegten Bereich in dem Komparator 33 liegen, und der Wähler 35 erzeugt einen Ausgang, der die zweite Rechenschaltung 27' zur Berechnung der erforderlichen Menge an Ammoniakgas auf der Basis des Ausgangs des Meßgeräts veranlaßt. Wenn jedoch das Aufstromgas-Meßgerät 31 fehlerhaft wird, wird die Differenz zwischen (NO ber.) und (NO gem.) außerha^b dieses eingestellten Bereichs liegen, und der Wähler wird dann einen Ausgang liefern, der die zweite Rechenschaltuhg 27' zur Berechnung der erforderlichen Menge an Ammoniak-

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gas auf der Basis der berechneten Stickstoffoxid-Konzentration veranlassen.

Es gibt natürlich verschiedene mögliche Schaltungskonfigurationen, die als Eingangsschaltung für die zweite Rechenschaltung 27' geeignet sind. Beispielsweise kann die zweite Rechenschaltung 27' einen separaten Eingang aus dem Durchflußmesser 13, dem Sauerstoff-Meßgerät 17 und dem Aufstromgas-Meßgerät 31 erhalten, und der Ausgang aus dem Wähler 3 5 kann einfach ein Steuersignal sein, das die Schaltung 27' veranlaßt, den Eingang aus dem NO -Meßgerät 31 oder den Eingang aus dem Durchflußmesser 13 und dem Sauerstoffmeßgerät zu wählen. Anstatt daß diese verschiedenen Eingänge separat der zweiten Rochenschaltung 27" zugeführt werden können, können diese auch wahlweise durch den Wähler 35 zur Schaltung 27' geleitet werden. Das Ergebnis der zweiten Rechenschaltunq 27' wird über Signalleitung c dem Regler 21 zugeführt, damit. die Menge des in die Stickstoffoxid-Entfernungsgeräts 16 eingeführten Ammoniakgases angezeigt werden kann. Der Regler 21 vergleicht diesen Eingang mit einem Eingang aus dem Ammoniak-Durchflußmesser 19 und macht,falls notwendig, die notwendigen Einstellungen, damit die öffnung des Durchsatz-Steuerventils 20 etwa vermöge eines elektropneumatischen Betätigers 20a oder ähnliche Einrichtungen wie oben im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 2 erwähnt entsprechend eingestellt werden kann. Das Fahren und die zu seiner Ausführung geeignete Einrichtung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann in gleicher Weise wirken wie jene erste Ausführungsform der Erfindung. Beim Betrieb einer Anlage mit einer Regeleinrichtung gemäß Fig. 6 nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung hat sich ergeben, daß der von der Recheneinheit 14" an den Regler 21 gelieferte Eingang auf dem direkt gemessenen Wert der Stickstoffoxid-Konzentration (NO gem.) basiert, etwa 90% der Betriebszeit und nur während etwa 10% der Betriebszeit auf dem gemessenen

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Wert der Stickstoffoxid-Konzentration (NO ber.) beruht. Es erübrigt sich jedoch zu sagen, daß die dargestellten Einrichtungen mit weiteren Merkmalen und Zusatzgeräten versehen werden können, ohne daß dadurch von der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise können extern eingestellte Diskriminatoren auf die Signalleitung b und g vorgesehen sein, die jeweils von dem Sauerstoff-Meßgerät 17 und dem Aufstromgas-Meßgerät 31 zur Recheneinheit 14' führen, um zu verhindern, daß die außerhalb gewisser Bereiche liegenden gemessenen Werte der Recheneinheit 14' zugeführt werden. Jeder derartige Diskriminator kann natürlich weiter einen Ausgang erzeugen, der anzeigt, ob der gemessene Wert außerhalb eines eingestellten Bereiches liegt und dieser Ausgang von beiden Diskriminatoren kann einem UND-Gatter oder einem ODER-Gatter zugeleitet werden, welche beispielsweise unter geeigneten Umständen Alarm auslösen.

Weiter liegt es im Rahmen der Erfindung, daß es als Übergangsmaßnahme möglich ist, die Zugabe von Ammoniak oder anderem Stickstoffoxid-Entfernungsstoffe in Abhängigkeit nur des Eingangs aus dem Durchflußmesser 13 und dem Aufstromgas-Meßgerät abhängig zu steuern, oder nur von dem Durchflußmeßgerät 13 und dem Abstromgas-Meßgerät,obgleich bei beiden diesen Verfahren die erreichbareSteuerung weniger genau ist als bei im Zusammenhang mit den in den Figuren 2-6 erläuterten Verfahren und Einrichtungen, da weniger ausgleichende Steuerfaktoren vorhanden sind, und nach einer gewissen Zeitspanne der Steuerung diese zunehmend weniger zuverlässig zu werden droht.

Insgesamt wurde ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung des Eingangs für ein Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät für Abgase beschrieben, bei dem Stickstoffoxide aus dem Abgas durch Zugabe von Stickstoffoxid-Beseitigungsstoffen beseitigt werden, wobei die Stickstoffoxid-Konzentration im

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Abgas wahlweise in Eezug auf verschiedene Faktoren bestimmt werden kann, die einen Verbrennungsprozeß beeinflussen, wobei ein erster Wert die Menge des Stickstof foxid-Rcsei t i<jiin<|-: stofLes anzeigt, der zugegeben werden muß, und auf der Basis der ermittelten Stickstoffoxid-Konzentration berechnet wird. Dieser erste Wert wird entsprechend der tatsächlich erreicht >·π Wirksamkeit der Stickstoffoxid-Beseitigung modifiziert, und die zugegebene Menge an Stickstoffoxid-Beseitigungsstoft wird entsprechend dem erhaltenen modifizierten.WerL eingestellt, wodurch genauere und zuverlässigere Eingäbet;teuerung erreicht wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung der Zugabe von Stickstoffoxid-Entfernui. ·:.mittel zu einem Gei'ät für die Entfernung von Stickstoi 'i-eiden aus Abgas, aus durch ein Kaminrohr einer Feuerungsanlage strömt, wobei das Stickstoffoxid-Besei-I igungsmi' tel in das Abgas eingeführt wird und wobei die Konzentration der Stickstoffoxide aus dem gemessenen Werten von einem oder mehreren Faktoren, zu denen die Brennstoff durchsatzrate, die Sauerstoffkonzentration im Abgas, wie Kohlensäuregas-Konzentr£ition im Abgas die Luftdurchsatzrate der Luft für den Verbrennungsprozeß und die Menge des Abgasos gehören, berechnet wird, wobei der berechnete Wert mit einem Wert für eine Stickstoffoxid-Konzentration modifiziert wird, der durch direkte Messung an dem die Kaminleitung durchströmenden Abgas gewonnen wird, und wobei der gewonnene direkt gemessene Wert zur Bestimmung eines berechneten Basiswertes verwendet wird, der die nötige Menge an Stickstoffoxid-Beseitigungsmittel für die Eingabe in das Abgas anzeigt und wobei die Zugaberate des Stickstoffoxid-Beseitigungsniittels für das Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät entsprechend dem berechneten Basiswert geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoffoxid-Konzentration unter Bezugnahme auf gemessene Werte von wenigstens zwei Faktoren berechnet wird, zu denen die Brennstoff-Durchsatzrate, die Sauerstoff-Konzentration im Abgas, die Kohlensäuregas-Konzentration im

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ORIGINAL INSPECTED

Abgas und die Durchflußrat.e der in einem Verbrennungsprozeß verwendeten Luft und die Menge des Abgases gehören.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoffoxid -Konzentration an dem Aufstromgas gemessen wird, das die zu dem Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät führenden TeIL der Kaminleitung durchströmt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoffoxid-Konzentration am Abstromgas gemessen wird, das den sich an das Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät anschließenden Teil der Kaminleitung durchströmt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berechnung der Stickstoffoxid-Konzentration verwendeten gemessenen Werte in Kombination aus den gemessenen Werten fÜL die Brennstoff-Durchsatzrate und wenigstens ein Faktor erhalten werden, der die Sauerstoffkonzentration im Abgas, die Kohlensäuregas-Konzentration im Abgas, die Durchsatzrate der für den Verbrennungsprozeß verwendeten Luft und die Menge des Abgasen sein kann.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoffoxid-Konzentration aus den gemessenen Werten der Brennstoff-Durchsatzrate und der Sauerstoff-Konzentration im Abgas unter Verwendung der

Relation -2 „

(NO_xber.) = a_Q+ α_χ0_ν + a₂Q - K_Q

berechnet wird, wobei (NO ber.) die berechnete Stickstoffoxid-Konzentration, Q die Brennstoff-Durchsatzrate, (0^) die Sauerstoff-Konzentration im Abgas und a,,, a. , a„, K„ und K₁ Konstanten sind.

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7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet _r daß der berechnete Wert mit einem Wert·für die Stickstoffoxid-Konzentration verglichen wird, der durch direkte Messung im Aufstromgas vor dem Stickstoffoxid-Beseitigungsgerät erhalten wurde; und daß der direkt gemessene Wert als der wahre Wert der Stickstoffoxid-Konzentration genommen wird, wenn der Unterschied zwischen dem direkt gemessenen Wert und dem berechneten Wert innerhalb eines Wertebereichs bleibt, und wobei der berechnete Wert als der wahre Wert genommen wird, wenn die Differenz außerhalb des gegebenen Wertebereichs liegt.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der berechnete Wert durch einen WerL für die Stickstoffoxid-Konzentration korrigiert wird, der ■durch direkte Messung am Abstromgas erhalten wird, das dem vom Tcickstofffoxid-Entfernungsgerät wegführenden Teil des Kamin rohr s- durchströmt.

!). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoffoxid-Konzentration unter Verwendung gemessener Werte wenigstens eines von zwei Faktoren berechnet wird, zu denen die Brennstoff-Durchsatzrate, die Sauerstoff-Konzentration im Abcjas, die Kohlensäuregas-Konzentration im Abgas, die Durchsatzrate der zur Verbrennung verwendeten Luft und die Menge des Abgases gehören können.

10. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche bei einem Stickstoffoxid-Entfernungsgerät, welches Stickstoffoxid aus einem Verbrennungs-Abgas in einer Feuerungsanlage entfernt, wobei das Abgas in einem Kaminrohr die Feuerungsanlage verläßt und Stickstof foxid-Entfernungsmittel in das Abgas eingeführt wird, mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der Zugabe des

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Stickstof foxid-Ent I ernungsmil f ο ] s zu don¹ Or rät, welch«¹ ein Meßgerät zur Messung wenigstens eines Wertes einer Einrichtung aufweist, die einen Brennstof t-üurchsulzmesser (13), ein Sauerstoff-Konzentrniionsmeßgor'H für das Abgas (17), ein Kolilcnsäureijaü-KuiizenLrjt ionsimß gerät im Abgas, einen Durchsatzmengenmesser für die Verbrennungsluft und ein bg.jstnt-ngoni, ,'jer.'H .iufweint, wobei das Meßgerät Ausgangssignale erzeugL, die den gemessenen Werten entsprechen, wobei die Regeleinrichtung ferner eine Recheneinheit (14,14') aufweist, in welcher die Ansgangssignale des Meßgeräts gemäß einer Formel zu einem Basiswert berechnet werden, welche die zum Einführen in das Abgas erforderliche Menge an Stickstoffoxid-ßeseit igunq:;-mittel anzeigt; wobei die Regeleinrichtung ferner ein Stickstof foxid-Konzentrationsmeßgerät (22, 31) aufweist, mit dem die Stickstoffoxid-Konzentration in dem Abgas in dem Kaminrohr (15a,15b,15c) direkt gemessen wird; daß die Kegeleinrichtung eine Modifiziereinrichtung (24,25;29,30) aufweist, mit der der Basiswert entsprechend dem Ausgang des Stickstoffoxid-Konzentrations-Meßgerätes modifiziert wird; und daß die Regeleinrichtung einen Regler (21) zur Steuerung der Zugabe des Stickstoffoxid-Entfernungsniittels aufweist, der vom Ausgang der Modifizier-Einrichtung gesteuert wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung wenigstens zwei Posten enthält, welche ein Brennstoff-Durchsatzmesser, ein Meßgerät für die Sauerstoff-Konzentration im Abgas, ein Meßgerät für die Kohlensäure-Gaskonzentration im Abgas und einen Durchsatzmesser für die Verbrennungsluft sowie ein Abgasmengenmeßgerät enthalten kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Stickstoff-Oxid-Konzentrationsmeßgerät in dom Aufstromgas-Zweig des Kaminrohrs angeordnet ist.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder Π, daJuich gekennzeichnet, daß das Stickstoffuxid-KonzenLral ions-M<MUjei ät im abstromsei.tigen Zweig des Kaminrohre'-, angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche IO bis 1 '., dadurch gekennzeichnet:, daß die Meßeinheit e Ln Bnhn.;Lüi.'t-Durchsatzmesser (13) ist und zu dei: Mt· .">_-.; nriohtung ein Sauerstof f-Konzen t . Lions-MeiUjerät, ein Koh Lensäurovjas-Konzentrations-Mußgerät, eine Verbrennungsluft-I'm. chsatzmeßeinheit und ein Abgas-Mengcnmeßgeräi: enthält.

15. Vor; '. chtung nach einem der Ansprüche 10 bit; 1-1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Begrenzer (25,JO) vorgesehen ist, der an der Ausganysseite des Stickstoff-Oxid-Konzentrationsmeßgerät:.; angeordnet ist, und die Abgabe eines Ausgiings verhindert, der außerhalb eines voreingestellten Bereichs liegt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der .Recheneinheit eine Di Γ l\_-reu< bi 1 dunq'-'-chal tung ( 26) enthalten ist und einen Aufgang aus dem Stickstoffoxid-Konzentrationsmeßgerät aufnimmt und aus der Recheneinheit aufnimmt und die Differenz der beiden Eingänge an einen Komparator (33) weitergibt, welcher feststellt, ob das Ausgangssigna L der Dif terenz-Biidungsschal tun· (26) innerhalb odor außerhalb eines vorgegebenen Werteberei. l liegt; daß ein Viähler (35) an den Ausgang des Komparators angeschlossen ist und den Ausgang des Stickstoffoxid-Konzentrationsmeßgeräts (31) wählt, wenn die Differenz innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt und den Ausgang tier Recheneinheit wählt, wenn die Differenz außerhalb des vorgegebene:. Bereichs liegt und den Ausgang an den Regler (21) zuführt.

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17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an den Koinparatorausganrj eine Korrekturschaltung (28) angeschlossen ist, die den Komparatorausgang zu einem wahren Wert korrigiert, welcher an den Regler (21) weitergegeben wird.

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