DE3332663A1

DE3332663A1 - Verfahren zur optimierung der reduktion von no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts) in rauchgasen aus mit fossilen brennstoffen befeuerten verbrennungsanlagen

Info

Publication number: DE3332663A1
Application number: DE19833332663
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1983-09-10
Filing date: 1983-09-10
Publication date: 1985-04-04
Also published as: DE3332663C2

Description

"Verfahren zur Optimierung der Reduktion von
NOx in Rauchgasen aus mit fossilen Brennstoffen befeuerten Verbrennungsanlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Reduktion von in aus einer mit fossilen Brennstoffen befeuerten Verbrennungsanlage entstammenden Rauchgase enthaltenen NOx mittels eines Reduktionsmittels, insbesondere NH3, in Gegenwart eines Katalysators, wie z. B. Vanadium-Verbindungen auf Trägern aus Titanoxid, in einem der Feuerungseinheit mit oder ohne Speisewasservorwärmer nachgeschalteten Reaktor durch Beeinflussung der Rauchgastemperatur während des Teillastbetriebes sowie bei An- oder Abfahren der Verbrennungsanlage.
Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entsteht neben anderen Schadstoffen das in hohem Maße die Umwelt belastende NOx. Zur Verminderung der NOx-Emission aus mit derartigen Brennstoffen befeuerten Verbrennungsanlagen sind Verfahren bekannt, bei denen unter Einsatz eines Reduktionsmittels, wie z. B. NH3, in Gegenwart eines Katalysators, wie z. B. Vanadium-Verbindungen auf Trägern aus Titanoxid, eine Reduktion von NOx zu molekularem Stickstoff und Wasserdampf erfolgt.
Um dabei eine effektive Reduktion mit vertretbarem Wirkungsgrad zu erreichen, müssen die den Katalysator umströmenden NOx-haltigen Rauchgase eine Temperatur von ca. 300-400 C aufweisen. Eine zur Einhaltung der gesetzlichen Emissionsgrenzwerte erforderliche Temperaturführung der Rauchgase in dem vorgenannten Temperaturbereich gestaltet sich bei im Dauerbetrieb arbeitenden Verbrennungsanlagen ohne größere technische Probleme.
Der Gesetzgeber hat aber die zulässigen Emissionsgrenzwerte für NOx nicht nur für den Dauerbetrieb, sondern auch für die Zeit während des An- und Abfahrens sowie bei niedrigem Teillastbetrieb einer Verbrennungsanlage limitiert. Diese Lastfälle können aber mit den bekannten Verfahrensführungen nicht beherrscht werden, da insbesondere bei Anfahren der Anlage die aus dem Verbrennungsraum austretenden Rauchgase noch nicht die für die Aktivität des Katalysators günstige Temperatur von ca.
300 C aufweisen. Zum Einhalten der gesetzlichen Emissionsgrenzwerte für NOx müssen deshalb Maßnahmen getroffen werden, so daß im gesamten Lastbereich einer Verbrennungsanlage der notwendige Wirkungsgrad des Katalysators gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so in seiner Verfahrensführung zu gestalten, daß eine Reduktion von NOx auch bei An- oder Abfahren der Verbrennungsanlage sowie bei extrem niedrigem Teil- lastbetrieb ohne Überschreitung der gesetzlichen Emissionsgrenzwerte möglich ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß dem aus der Verbrennungslage entstammenden Rauchgas vor dem Katalysator ein wärmeabgebender Gasstrom beigemischt wird.
Als wärmeabgebender Gasstrom können dabei heißes Rauchgas aus dem eigenen Verbrennungsprozeß durch externe Zuführung direkt aus dem Verbrennungsraum oder aus dem Kesselraum vor dem Speisewasservorwärmer und/oder heißes Gas aus einer fremden Erzeugerquelle dienen.
Zur Bereitstellung der Wärmeenergie für den wärmeabgebenden Gasstrom kann erfindungsgemäß ein mit niedriger NOx-Bildung arbeitender Brenner, wie Kohle-Brenner, vorzugsweise Gas- oder Ölbrenner, eingesetzt werden.
Als unterstützende Maßnahme sieht die Erfindung vor, daß zusätzlich ein in die externe Zuführung direkt aus dem Verbrennungsraum oder aus dem Kesselraum vor dem Speisewasservorwärmer geschalteter Wärmespeicher oder Latentwärmespeicher dient, der bei Normallast bzw. Abfahren der Anlage mit Rauchgasen aus dem eigenen Verbrennungsprozeß oder vor Anfahren der Anlage mit heißen, vorzugsweise NOx-armen Gasen aus einer fremden Erzeugerquelle beaufschlagt wird.
In einer anderen Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß zur weiteren Bereitstellung von Wärmeenergie für den NOx-haltigen Rauchgasstrom zusätzlich eine in einem wärmeisolierten Reaktor in Gasströmungsrichtung vor dem Katalysator angeordnete Wärmespeicher- oder Latentwärmespeichermasse dient.
Der mit der Erfindung erreichte Hauptvorteil besteht darin, daß die Emissionswerte von NOx auch bei An- oder Abfahren sowie extrem niedrigen Teillasten einer Verbrennungsanlage nur geringen Schwankungen unterworfen sind und in allen Lastbereichen den gesetzlichen Forderungen genügen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Temperatur des Rauchgases in den vorgenannten Lastbereichen kurzfristig auf ein für die Aktivität des Katalysators günstiges Temperaturniveau angehoben wird.
Daraus resultieren weitere Vorteile. Zum einen wirkt sich die erfindungsgemäße Temperaturführung des Rauchgases stabilisierend auf die Betriebsbedingungen der NO#-Reduktionsanlage aus, als deren Folge eine verlängerte Standzeit der Katalysatoren erreicht wird; bei den bekannten Verfahren wirken sich die längeren Verweilzeiten bei niedrigen Rauchgastemperaturen in den vorgenannten Last fällen infolge der dabei möglichen S03-Taupunktunterschreitungen verkürzend auf die Lebensdauer eines Katalysators aus. Darüber hinaus kann gegenüber den bekannten Verfahrensführungen die Gefahr von Verkrustungen und Ablagerungen in den der NOx-Reduktionsanlage nachgeschalteten Apparaten, wie Luftvorwärmer und Elektrofilter, reduziert werden, da die für die Bildung von Ammoniumsulfat aus dem SO3 des Rauchgases und dem als Reduktionsmittel zugegebenen Ammoniak verantwortliche niedrige Temperatur schnell überschritten wird. Auch wird durch die Maßnahme, daß die Rauchgase bei Eintritt in den die Wärmeenergie für die Verbrennungsluft bereitstellenden Luftvorwärmer schon während des Anfahrens eine Temperatur von über 300 C besitzen, durch verkürzte Zeiten für den Temperaturanstieg der Verbrennungsluft eine gewisse Stabilisierung des Verbrennungsprozesses während der Anfahrphase erzielt. Gleichzeitig wird dabei im Fall der Bereitstellung der Wärmeenergie aus einer externen Erzeugerquelle nur ein geringer Teil dieser Wärmemenge verloren, da die Wärmeenergie des Rauchgases im Luftvorwärmer mit großem Wirkungsgrad auf die Verbrennungsluft übertragen und somit dem Verbrennungsprozeß wieder zugeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Schaltschemata einer Verbrennungsanlage beispielhaft beschrieben werden. Es zeigen Fig. 1 das Schaltschema einer möglichen Verfahrensführung nach der Erfindung für eine Verbrennungsanlage mit Zuführung von Rauchgasen aus dem eigenen Verbrennungsprozeß, Fig. 2 das Schaltschema einer möglichen Verfahrensführung nach der Erfindung unter Zuführung von heißem Gas aus einer fremden Erzeugerquelle, Fig. 3 das Schaltschema einer möglichen Verfahrensführung nach der Erfindung mit Zuführung von Rauchgasen aus dem eigenen Verbrennungsprozeß unter Einsatz eines Wärmetauschers, Fig. 4 das Schaltschema einer möglichen Verfahrensführung nach der Erfindung mit Zuführung von Rauchgasen aus dem eigenen Verbrennungsprozeß unter Einsatz einer in die NOx-Reduktionsanlage integrierte Wärmespeicher- oder Latentwärmespeichermasse.
Bei den in den Fig. 1-4 dargestellten Schaltschemata fließen die mit einem Pfeil gekennzeichneten Rauchgase bei Normallast aus dem Verbrennungsraum 1 des Kessels 2 über einen Dampfüberhitzer 3 und Speisewasservorwärmer 4 durch den Eingabebereich 5 für das Reduktionsmittel 6 weiter durch die Mischstrecke 7 in den NOx-Reduktionsreaktor 8 mit darin angeordneten Katalysatoren 9.
Anschließend werden die Rauchgase über die Heißgasseite eines Luftvorwärmers 10 zu einem Elektrofilter 11 geführt und nach einer möglichen Rauchgasentschwefelung über den Kamin abgeleitet.
Bei der in der Fig. 1 gezeigten Verfahrensführung dient als wärmeabgebender Gasstrom heißes Rauchgas aus dem eigenen Verbrennungsprozeß. Hierfür ist ein externer Kanal 12 zwischen dem Verbrennungsraum 1 des Kessels 2 und dem Rauchgaskanal vor dem Eingabeort 5 für das Reduktionsmittel 6 vorgesehen. Wahlweise kann auch heißes Rauchgas in einem parallel zum Speisewasservorwärmer 4 angeordneten Bypasskanal 13 an den Eingabebereich 5 für das Reduktionsmittel 6 zugeführt werden. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß bei An- oder Abfahren der Verbrennungsanlage oder extrem niedrigen Teillasten eine für die Aktivität des Katalysators günstige Temperatur eingehalten wird. Bei Normallast der Verbrennungsanlage sind die Klappen 14 im externen Kanal 12 sowie die Klappe 15 im Bypasskanal 13 geschlossen und die Klappe 16 hinter dem Speisewasservorwärmer 4 geöffnet. Bei dem Schaltplan nach Fig. 2 wird als wärmeabgebender Gasstrom heißes Gas aus einer externen Erzeugerquelle verwendet und vor dem Eingabebereich 5 für das Reduktionsmittel 6 mit dem aus dem Kessel 2 ausströmenden Rauchgas vermischt. Als externe Erzeugerquelle kann dabei ein mit niedriger NOx-Bildung arbeitender und mit Verbrennungsluft 19 versorgter Brenner 17 eingesetzt werden. Als Brennstoff 18 kann Kohle, vorzugsweise aber Gas oder Ö1, zugeführt werden. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, den Brenner 17 vor dem Eingabebereich 5 für das Reduktionsmittel 6 in den Rauchgaskanal zu integrieren. Auch kann in bestimmten Fällen die Notwendigkeit gegeben sein, die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verfahrensführungen zu kombinieren, indem sowohl heißes Rauchgas aus dem eigenen als auch heißes Gas aus einem fremden Verbrennungsprozeß dem Rauchgas vor dem Katalysator beigemischt wird.
Bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Schaltungen wird zur weiteren Bereitstellung von Wärmeenergie für den NOx-haltigen Rauchgasstrom zusätzlich die in einer Wärmespeicher- oder Latentwärmespeichermasse 23 während der Normallast bzw. bei Abfahren der Anlage gespeicherte Wärmeenergie ausgenutzt. Bei Anfahren der Anlage gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Schaltschema werden die Rauchgase durch eine externe Zuführung 20 direkt aus dem Verbrennungsraum 1 des Kessels 2 über einen in die externe Zuführung geschalteten Wärmetauscher 22 mit einer Wärmespeicher- bzw. Latentwärmespeichermasse 23 mittels eines Saugzuggebläses 24 vor den Eingabebereich 5 für das Reduktionsmittel 6 geführt und nachfolgend über eine Mischstrecke 7 zur NOx-Reduktion dem Reaktor 8 zugeleitet. Dabei ist die nach dem Speisewasservorwärmer 4 angeordnete Klappe 16 geschlossen. Bei Abfahren der Anlage oder während des Normallastbetriebes wird die in dem heißen Rauchgas enthaltende Wärmeenergie in den Wärmespeichermassen 23 gespeichert, indem die Klappen in den Rauchgaskanälen entsprechend verstellt werden. Die in Fig. 4 dargestellte Verfahrensführung entspricht im wesentlichen derjenigen in Fig. 1, wobei zusätzlich in den mit einer Wärmeisolierung versehenen NOx-Reduktionsreaktor 8 eine Wärmespeicher- oder Latentwärmespeichermasse 23 in Gasströmungsrichtung vor dem Katalysator 9 angeordnet ist. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten bei Betriebsstillständen der Anlage sind dabei die am Gasein- und Gasaustritt des Reaktors 8 angeordneten Klappen 25 und 26 ebenso wie bei dem Wärmetauscher 22 in Fig. 3 verschlossen.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Optimierung der Reduktion von in aus einer mit fossilen Brennstoffen befeuerten Verbrennungsanlage entstammenden Rauchgase enthaltenen NOx mittels eines Reduktionsmittels, insbesondere NH3, in Gegenwart eines Katalysators, wie z. B. Vanadium-Verbindungen auf Trägern aus Titanoxid, in einem der Feuerungseinheit mit oder ohne Speisewasservorwärmer nachgeschalteten Reaktor durch Beeinflussung der Rauchgastemperatur während des Teillastbetriebes sowie bei An- oder Abfahren der Verbrennungsanlage, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dem aus der Verbrennungslage entstammenden Rauchgas vor dem Katalysator ein wärmeabgebender Gasstrom beigemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß als wärmeabgebender Gasstrom heißes Rauchgas aus dem eigenen Verbrennungsprozeß durch externe Zuführung direkt aus dem Verbrennungsraum oder aus dem Kesselraum vor dem Speisewasservorwärmer und/oder heißes Gas aus einer fremden Erzeugerquelle dient.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Bereitstellung der Wärmemenergie für den wärmeabgebenden Gasstrom ein mit niedriger NOx-Bildung arbeitender Brenner, wie Kohlebrenner, vorzugsweise Gas- oder Ölbrenner, dient.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur weiteren Bereitstellung der Wärmeenergie für den wärmeabgebenden Gasstrom zusätzlich ein in die externe Zuführung direkt aus dem Verbrennungsraum oder aus dem Kesselraum vor dem Speisewasservorwärmer geschalteter Wärmespeicher oder Latentwärmespeicher dient, der bei Normallast bzw. Abfahren der Anlage mit Rauchgasen aus dem eigenen Verbrennungsprozeß oder vor Anfahren der Anlage mit heißen, vorzugsweise NOx-armen Gasen aus einer fremden Erzeugerquelle beaufschlagt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 oder 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur weitern Bereitstellung von Wärmeenergie für den NOx-haltigen Rauchgasstrom zusätzlich eine in einem wärmeisolierten Reaktor in Gasströmungsrichtung vor dem Katalysator angeordnete Wärmespeicher- oder Latentwärmespeichermasse dient.