DE4434943C2 - Verfahren zur Reduzierung des NO¶x¶-Gehaltes bei gleichzeitiger Minimierung des Reduktionsmittelschlupfes in Ab- bzw. Rauchgasen von Verbrennungs- und Produktionsprozessen - Google Patents
Verfahren zur Reduzierung des NO¶x¶-Gehaltes bei gleichzeitiger Minimierung des Reduktionsmittelschlupfes in Ab- bzw. Rauchgasen von Verbrennungs- und ProduktionsprozessenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des
NOx-Gehaltes in Prozeß- bzw. Ab- oder Rauchgasen bei
gleichzeitiger Minimierung des Reduktionsmittelschlupfes
insbesondere des NH3-Schlupfes. Aus der europäischen
Patentanmeldung 0 549 904 A1 ist bekannt, daß die
einzudüsende Reduktionsmittelmenge in Abhängigkeit vom
Stickoxidgehalt und vom Ammoniakschlupf geregelt wird,
wobei der Ammoniakschlupf-Sollwert in Abhängigkeit vom
gemessenen Stickoxidgehalt-Wert gleichsinnig verändert
wird. Die Änderungsgeschwindigkeit des Stickoxidgehalt-
Wertes wird dabei berücksichtigt. Hierbei wird der
Ammoniakschlupf-Sollwert immer dem Stickoxidgehalt-Wert
angepaßt, d. h., das bei Steigen des gemessenen
Stickoxidgehalt-Wertes auch der Ammoniakschlupf-Sollwert
steigt. Von Nachteil hierbei ist, daß eine Minimierung
des Ammoniakschlupfes hier nicht stattfindet, sondern
eine Anpassung des Ammoniakschlupfes an die
einzubringende vom gemessenen Stickoxidgehalt-Wert
abhängige Reduktionsmittelmenge. Hierdurch wird der
Ammoniakschlupf nicht auf ein Minimum beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine
wirkungsvolle Reduzierung des NOx-Gehalts in Prozeß- bzw.
Ab- bzw. Rauchgasen zu sorgen, wobei der Schlupf
unabhängig von der einzudüsenden Reduktionsmittelmenge zu
minimieren ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 6 geben
erfindungsgemäße Ausgestaltungen an.
In dem Verfahren wird zur Reduzierung des NOx-Gehaltes bei gleichzeitiger
Minimierung des Reduktionsmittelschlupfes in Ab- bzw. Rauchgasen von
Verbrennungs- und Produktionsprozessen ein wässriges oder gasförmiges
Reduktionsmittel mit Hilfe eines Zerstäubermediums über mindestens in
einer Ebene angeordnete Zweistoffdüsen in das Prozeß- bzw. Ab- bzw.
Rauchgas in einem Temperaturfenster von 800°C -1200°C eingedüst.
Über Temperatursensoren bzw. deren Temperatursignale wird die für die
Reduktion optimale Temperaturebene im Kessel oder Ab- bzw.
Rauchgaskanal und gleichzeitig das Temperaturprofil in dieser Ebene
bestimmt. Die Zweistoffdüsen werden durch Veränderung ihrer Position
sowohl in vertikaler und horizontaler Richtung als auch durch axiale Drehung
der Düsen in Richtung auf die für die Reduktion optimale Temperaturzone
hin ausgerichtet. Der Vorteil an dieser Verfahrensweise liegt in der
Minimierung des Reduktionsmittelschlupfes, da das nicht für die Reduktion
benötigte Reduktionsmittel in den im allgemeinen höheren Temperaturzonen
oxidiert wird, bei gleichzeitig hohen NOx-Konvertierungsraten in den Prozeß-
bzw. Ab- oder Rauchgasen, was insgesamt zu einer sehr ökonomischen
Betriebsweise führt.
Die für die Entstickung benötigte Reduktionsmittelmenge wird aus dem NOx-
Erwartungswert, einem repräsentativen Signal, das dem Prozeß- bzw. Ab-
bzw. Rauchgasvolumenstrom entspricht, dem Stöchiometriefaktor und einem
Umrechnungsfaktor, sowie einem Korrekturfaktor bestimmt. Dies hat den
Vorteil, auf einfache Weise die für die Entstickung benötigte
Reduktionsmittelmenge zu ermitteln und somit die Reduktionsmittelmenge
auf ein Minimum zu beschränken und einen besonders wirtschaftlichen
Betrieb zu gewährleisten. Die
Variabilität des Stöchiometriefaktors läßt eine flexible
Reduktionsmitteldosierung zu.
Der NOx-Erwartungswert oder der Stöchiometriefaktor wird
unter Bezug auf den gemessenen O2-Wert für den Fall
erhöht, daß der gemessene O2-Wert höher ist als der
Bezugs-O2-Wert und führt vorteilhafterweise auf einfache
Weise zu der Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte.
Aus der NOx-Reingasmessung wird ein Korrekturfaktor unter
Bezug auf den NOx-Sollwert bestimmt, wobei der
Korrekturfaktor nur in einem festgelegten Intervall um
den NOx-Sollwert wirksam wird. Der Korrekturfaktor 9
berücksichtigt Abweichungen des NOx-Istwertes aus der
NOx-Reingasmessung 11 vom NOx-Sollwert 5 innerhalb eines
Intervalls von z. B. +20 und -20 mg/m3 um den Sollwert
5. Auch diese Verfahrensweise trägt zu einer besonders
ökonomischen Betriebsweise bei.
Das Reduktionsmittel wird als wäßrige Lösung in
unterschiedlicher Konzentration oder gasförmig
eingesetzt. Als Trägermedium dient Druckluft, Wasserdampf
oder Wasser. Vorteilhaftig ist die hohe Flexibilität beim
Einsatz von Reduktionsmittel wie auch Trägermedium.
Erfolgt die Ermittlung des Reduktionsmittelschlupfes über
eine Reduktionsmittelschlupfmessung, werden bei
Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes die
Zweistoffdüsen in Richtung einer höheren Temperaturzone
im Ab- und Rauchgaskanal ausgerichtet, so daß bei
gleichbleibender NOx-Konvertierungsrate, das nicht
reagierende Reduktionsmittel vorteilhafterweise oxidiert
wird und somit zur Reduktionsmittelschlupfminimierung
führt.
Das Ausführungsbeispiel einer Müllverbrennungsanlage wird
beispielhaft anhand eines Steuer- bzw. Regelschemas der
SNCR-Entstickung, das in der Zeichnung 1 dargestellt ist,
im folgenden näher beschrieben.
In Fig. 1 ist ein Steuer- und Regelschema dargestellt:
Zur Ermittlung der NOx-Fracht 12 wird als Meßgröße der
Rauchgasvolumenstrom 4 (z. B. 39.600, m3/h (i.N.f.)) benö
tigt, angegeben in m3/h im Normzustand, feucht, der ein
Maß für den Betriebspunkt 2 der Anlage ist.
Ein Betriebspunkt bezeichnet z. B. den speziellen Fall des
Betriebes einer Müllverbrennungsanlage, bei dem typischer
Hausmüll bei 100% Last verbrannt wird.
Da bei einigen Anlagen die Rauchgasvolumenstrom-Messung
nicht zur Verfügung steht, muß der Betriebspunkt 2 und
damit der Rauchgasvolumenstrom 4 anders bestimmt werden,
z. B. über den Volumenstrom der Verbrennungsluft 1
und/oder der Brennstoffmenge 22.
Zur Ermittlung der NOx-Fracht 12 wird auch ein
sogenannter NOx-Erwartungswert (Erfahrungswert) 3
benötigt (in diesem Beispiel 400 mg/m3 (i.N.tr.) bezogen
auf 11 Vol.% O2), da die NOx-Rohgaskonzentration
prinzipiell bei der SNCR-Entstickung bis heute nicht
gemessen werden kann.
Der NOx-Erwartungswert 3 oder Stöchiometriefaktor 7 wird
unter Bezug auf den gemessenen O2-Wert 10 für den Fall
erhöht, daß der gemessene O2-Wert 10 höher liegt als der
Bezugs- O2-Wert, der beispielsweise aus der 17. BImschV
vorgegeben ist.
Die oben beschriebenen Berechnungen beruhen alle auf dem
sog. Bezugssauerstoff. In der Praxis können aber die
durch die O2-Messung 10 ermittelten Sauerstoffwerte
größer sein, was zur Folge hat, daß der ebenfalls darauf
bezogene NOx-Erwartungswert 3 entsprechend größer wird.
Dem wird dadurch Rechnung getragen, daß man den NOx-
Erwartungswert 3 oder den Stöchiometriefaktor 7 in
Abhängigkeit vom gemessenen O2-Wert entsprechend größer
werden läßt, solange dieser größer als der Bezugs-O2-Wert
ist.
Beispielsweise liegt der Bezugs-O2-Wert bei 11 Vol.%, der
NOx-Erwartungswert bei 11 Vol.% O2 bei 400 mg/m3
(i.N.tr.). Liegt der aktuelle, durch die O2-Messung 10
bestimmte O2-Wert bei 14 Vol.%, folgt daraus ein neuer
NOx-Erwartungswert 3 von 571 mg/m3 (i.N.tr.). Alternativ
kann der Stöchiometriefaktor 7 entsprechend, z. B. um
0,25, erhöht werden.
Niedrigere O2-Werte haben keinen Einfluß auf die
Berechnungen, werden also nicht berücksichtigt.
Aus Rauchgasvolumenstrom 4 und NOx Erwartungswert 3 wird
die NOx Fracht 12 berechnet.
Die NOx-Fracht 12 ergibt sich also durch Multiplikation
des Rauchgasvolumenstroms 4, feucht, nach Umrechnung auf
Rauchgasvolumenstrom 4, trocken, und dem NOx-
Erwartungswert 3, in diesem Beispiel bei einem
Wassergehalt des feuchten Rauchgases von 20 Vol.% H2O,
also 39.600 m3/h.0,8.400 mg/m3 = 12,48 kg/h NOx.
Die Differenz von NOx-Erwartungswert 3 und NOx-Sollwert 5
dividiert durch den NOx-Erwartungswert 3 ergibt die
notwendige NOx-Kovertierungsrate (Soll-NOx-
Reduktionsrate). Diese Konvertierungsrate bestimmt die
Stöchiometrie. Die Stöchiometrie ist das Verhältnis von
theoretisch einzudüsender Reduktionsmittelmenge 13 zur
NOx-Fracht 12.
Der Stöchiometriefaktor 7 berücksichtigt jedoch
zusätzlich die Nebenreaktionen im Rauchgas, wie z. B.
Oxidation des Reduktionsmittels, bei einer angestrebten
NOx-Konvertierungsrate bei einer bestimmten NOx-
Rohgaskonzentration (NOx-Erwartungswert 3), z. B. ergibt
0,55 (NOx-Konvertierungsrate) und 0,3 (Nebenreaktion des
Oxidationsmittels) einen Stöchiometriefaktor von 0,85.
Prinzipiell ist der NOx-Grenzwert 6 durch eine
Verordnung, z. B. 17. BImschV, entsprechend des
eingesetzten Brennstoffes 23 in mg/m3 im Normzustand,
trocken, bezogen auf einen bestimmten Sauerstoffwert in
Vol.%, festgelegt, beispielsweise auf 200 mg/m3
(i.N.tr.), bezogen auf 11 Vol.% O2.
Der NOx-Sollwert 5, der z. B. 10% unter dem NOx-Grenzwert
6 liegt, wird als Entstickungsvorgabe (z. B. 180 mg/m3
(i.N.tr.)) eingestellt.
Die NOx-Reingasmessung 11 überwacht die Einhaltung des
NOx-Sollwertes 5.
Der Korrekturfaktor 9 berücksichtigt Abweichungen des
NOx-Istwertes aus der NOx-Reingasmessung 11 vom NOx-
Sollwert 5 innerhalb eines Intervalls von z. B. +20 und
-20 mg/m3 um den Sollwert 5. So beträgt der
Korrekturfaktor beispielsweise bei einem NOx-Sollwert von
180 mg/m3 (i.N.tr.) und einem NOx-Istwert von 187 mg/m3
(i.N.tr.) 1,07.
Aus der NOx-Fracht 12 soll die für die Entstickung
notwendige Reduktionsmittelmenge 13 pro Zeiteinheit
bestimmt werden. Dazu muß die NOx-Fracht in z. B. einen
Volumenstrom einer 25 gew.%igen wäßrigen NH3-Lösung
umgerechnet werden. Dieser Umrechnungsfaktor 8 beträgt in
diesem Beispiel 1,63 l/kg.
Die Reduktionsmittelmenge 13 ergibt sich also durch
Multiplikation der NOx-Fracht 12 mit dem
Stöchiometriefaktor 7, dem Umrechnungsfaktor 8, und dem
Korrekturfaktor 9, in diesem Falle 12,48.0,85.1,63 • 1.07 =
17,3 l/h.
Das Reduktionsmittel wird nach der Dosierung 14, über
mittels Steuereinrichtung 21 in vertikaler und
horizontaler Richtung bewegliche und axial drehbare
Zweistoffwinkeldüsen 16, die auf einer oder mehreren
Ebenen 17, 18 verteilt sein können, in den Prozeß- bzw.
Ab- bzw. Rauchgasstrom eingedüst.
Die Güte der Einhaltung der für die SNCR-Entstickung
optimalen Reaktionstemperatur ist ausschlaggebend für die
Größe des NH3-Schlupfes und bestmögliche Ausnutzung des
Reduktionsmittels.
Daher werden Temperatursensoren in einer Ebene im
Eindüsungsbereich eingesetzt, über die man einen
Temperaturmittelwert (Temperatursignal 19) und ein
Temperaturprofil 20 erhält. Bei Vorliegen von zwei
Eindüsebenen entscheidet das Temperatursignal, welche
Eindüsebene 17 oder 18 der Optimaltemperatur am nächsten
liegt und schaltet diese frei.
Aus dem Temperaturprofil wird abgeleitet, welche Stellung
der Düsen 16 eingestellt werden muß, damit eine optimale
Entstickung bei gleichzeitiger Minimierung des Schlupfes
erreicht wird.
1
Verbrennungsluftmenge
2
Betriebspunkt
3
NOx
-Erwartungswert
4
Rauchgasvolumenstrom
5
NOx
-Sollwert
6
NOx
-Grenzwert
7
Stöchiometriefaktor
8
Umrechnungsfaktor
9
Korrekturfaktor
10
O2
-Messung
11
NOx
-Messung
12
NOx
-Fracht
13
Reduktionsmittelmenge
14
Dosierung
15
Durchflußmessung
16
Düsen
17
Ebene 1
18
Ebene 2
19
Temperatursignal
20
Temperaturprofil
21
Steuereinrichtung
22
Brennstoffmenge
23
Brennstoffart
24
Temperaturfenster
Claims (6)
1. Verfahren zur Reduzierung des NOx-Gehaltes bei gleichzeitiger
Minimierung des Reduktionsmitteischlupfes in Ab- bzw. Rauchgasen
von Verbrennungs- und Produktionsprozessen, nach welchem ein
wässriges oder gasförmiges Reduktionsmittel mit Hilfe eines
Zerstäubermediums über in mindestens einer Ebene angeordnete
Zweistoffdüsen in das Prozeß- bzw. Ab- bzw. Rauchgas in einem
Temperaturfenster von 800°C-1200°C eingedüst wird, bei dem über
Temperatursensoren die für die Reduktion optimale Temperaturebene
im Kessel oder Ab- bzw. Rauchgaskanal und gleichzeitig das
Temperaturprofil in dieser Ebene bestimmt wird und die Zweistoffdüsen
durch Veränderung ihrer Position sowohl in vertikaler und horizontaler
Richtung als auch durch axiale Drehung der Düsen in Richtung auf die
für die Reduktion optimale Temperaturzone hin ausgerichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die
Entstickung benötigte Reduktionsmittelmenge aus dem NOx-
Erwartungswert, einem repräsentativen Signal, das dem Prozeß- bzw.
Ab- bzw. Rauchgasvolumenstrom entspricht, dem Stöchiometriefaktor
und einem Umrechnungsfaktor sowie einem Korrekturfaktur bestimmt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der NOx-
Erwartungswert (3) oder Stöchiometriefaktor (7) unter Bezug auf den
gemessenen O2-Wert für den Fall korrigiert wird, daß der gemessene
O2-Wert höher ist als der Bezugs-O2-Wert.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Korrekturfaktor aus der NOx-Reingasmessung
unter Bezug auf den NOx-Reingassollwert bestimmt
wird, wobei der Korrekturfaktor nur in einem
festgelegten Intervall um den NOx-Reingassollwert
wirksam wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel als wäßrige
Lösung in unterschiedlicher Konzentration oder
gasförmig und als Trägermedium Druckluft, Wasserdampf
oder Wasser eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Reduktionsmittelschlupf über eine
kontinuierliche Reduktionsmittelschlupfmessung
ermittelt wird, und bei Überschreitung eines
Grenzwertes die Zweistoffdüsen in Richtung der
höheren Temperaturzone ausgerichtet werden, so daß
bei gleichbleibender NOx Konvertierungsrate das nicht
reagierende Reduktionsmittel oxidiert wird.
Priority Applications (1)
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DE19944434943 DE4434943C2 (de) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Verfahren zur Reduzierung des NO¶x¶-Gehaltes bei gleichzeitiger Minimierung des Reduktionsmittelschlupfes in Ab- bzw. Rauchgasen von Verbrennungs- und Produktionsprozessen |
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DE19944434943 DE4434943C2 (de) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Verfahren zur Reduzierung des NO¶x¶-Gehaltes bei gleichzeitiger Minimierung des Reduktionsmittelschlupfes in Ab- bzw. Rauchgasen von Verbrennungs- und Produktionsprozessen |
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DE4434943A1 DE4434943A1 (de) | 1996-04-04 |
DE4434943C2 true DE4434943C2 (de) | 1998-08-27 |
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