HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von
Stickoxiden (NOx) in Abgasen, indem ein
Feststoffreduktionsmittel verwendet wird, die
Stickoxide mit einem Katalysator in Kontakt gebracht
und die Stickoxide mit hohem Wirkungsgrad reduziert
werden.
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Was ein Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden aus
Abgasen, die von Gasturbinen, Gasmaschinen,
Dieselmaschinen, Heizöfen, verschiedenen Heizkesseln
und dergleichen ausgestoßen werden, anbetrifft, so ist
das selektive, katalytische Reduktionsverfahren unter
Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel aufgrund
der Möglichkeit, die Stickoxide selektiv und mit hohem
De-NOx-Wirkungsgrad zu entfernen, ohne daß sie von der
Sauerstoffkonzentration im Abgas beeinflußt werden,
herkömmlicherweise in den De-NOx-Verfahren
unterschiedlicher stationärer NOx-Quellen angewandt
worden. Ammoniak wird dabei in Form von Flüssigammoniak
oder wässrigem Ammoniak bereitgestellt.
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Kombinierte Wärme- und Energieerzeugungssysteme, die
Gasturbinen, Gasmaschinen und Dieselmaschinen als
Antriebsquellen verwenden, haben in jüngster Zeit in
Küstengebieten und städtischen Gebieten unter
globalumweltschützerischen und wirtschaftlichen
Gesichtspunkten in verstärktem Maße an Zahl zugenommen,
womit gleichzeitig die Installation von De-NOx-Anlagen
in Gebäuden und Wohngebieten erforderlich wurde. In
diesen Fällen wird die Verwendung von Flüssigammoniak
und wässrigem Ammoniak als Reduktionsmittel durch
Vorschriften wie dem Gesetz zur Kontrolle giftiger und
gesundheitschädlicher Substanzen, dem Gesetz zur
Kontrolle von Hochdruckgasen und das
Brandvorbeugungsgesetz (die alle japanische Gesetze
sind) eingeschränkt und außerdem muß bei Handhabung,
Transport und Lagerung derselben Sorge getragen werden,
um den Austritt von Gerüchen zu verhindern.
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Um die obengenannten Probleme zu lösen, ist es
notwendig, anstelle des Ammoniaks ein Reduktionsmittel
zu verwenden, das leicht zu handhaben und hochstabil
ist. Die Offizielle Japanische Vorläufige
Patentveröffentlichung Nr. 2-194817 offenbart ein
Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden, in dem ein
Feststoffreduktionsmittel wie Harnstoff, Melamin und
Cyanursäure in festem oder flüssigem Zustand als leicht
zu handhabendes und hochstabiles Reduktionsmittel
verwendet wird.
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Die wässrige Lösung des Feststoffreduktionsmittels
erlaubt eine erleichterte Handhabung wie Transport und
Lagerung, aber da das Gewicht des Wassers ein
überflüssiges Gewicht darstellt, wird das
Feststoffreduktionsmittel meist in Form einer wässrigen
Lösung gehandhabt, die eine hohe Konzentration-nahe der
Sättigungskonzentration aufweist, was besonders
kostengünstig ist.
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Die wässrige Lösung des Feststoffreduktionsmittels wird
von einer Düse, die im Röhrenstrang angebracht ist, in
Abgas gesprüht, welches durch den Röhrenstrang strömt,
und wird mit diesem Abgas vermischt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine schematische teilweise Längsansicht,
die eine Vorrichtung darstellt, die in einer
Ausführungsform des Verfahrens zur Entfernung von
Stickoxiden der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Fig. 2 ist eine deskriptive Ansicht, welche die
Ausführung der Düse der in Fig 1 gezeigten Vorrichtung
darstellt.
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Fig. 3 ist eine deskriptive Ansicht, welche die
Anbringung der Düse in der in Fig. 1 gezeigten
Vorrichtung dargestellt.
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Fig. 4 ist eine schematische Teilansicht, die eine
Ausführungsform der in der vorliegenden Erfindung
verwendeten Düse zeigt.
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Fig. 5 ist eine schematische Teilansicht, die eine
andere Ausführungsform der in der vorliegenden
Erfindung verwendeten Düse zeigt.
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Fig. 6 ist eine schematische, teilweise Längsansicht,
die eine Vorrichtung zeigt, die in einer anderen
Ausführungsform des Verfahrens zur Entfernung von
Stickoxiden der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 7 ist eine schematische, teilweise Längsansicht,
die weiterhin eine andere Ausführungsform der
Vorrichtung zur Entfernung von Stickoxiden der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 8 ist eine deskriptive Ansicht, welche die
Anbringung der Düse in der Vorrichtung aus Fig. 7
zeigt.
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Fig. 9 ist eine schematische Teilansicht, die eine
Ausführungsform der in der vorliegenden Erfindung
verwendeten Düse zeigt.
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Fig. 10 ist eine schematische Teilansicht, die eine
andere Ausführungsform der in der vorliegenden
Erfindung verwendeten Düse zeigt.
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Fig. 11 ist eine schematische, teilweise Längsansicht,
die weiterhin eine andere Ausführungsform der
Vorrichtung zur Entfernung von Stickoxiden der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 12 ist eine schematische, teilweise Längsansicht,
die eine Ausführungsform der herkömmlichen
Ausführungsform zur Entfernung von Stickoxiden zeigt.
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Fig. 13 ist eine schematische Teilansicht, die eine
bisher verwendete Düse zeigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wenn man beginnt, die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels der Düse zuzuführen, haben
die der Düse nahen Teilstücke bereits eine hohe
Temperatur (ca. 500ºC, zum Beispiel im Falle eines
Abgases aus einer Gasturbine) und das Wasser verdunstet
sofort, wenn die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels dort zugeführt wird. Wenn
Wasser verdunstet, so kristallisiert oder polymerisiert
das Feststoffreduktionsmittel sehr leicht. Wenn eine
hochkonzentrierte wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels verwendet wird, wird diese
der Düse mit einer im Vergleich zu einer
niedrigkonzentrierten Lösung niedrigeren
Strömungsgeschwindigkeit zugeführt, und das Wasser
neigt daher dazu, leicht durch Verdunstung aufgebraucht
zu werden. Als Folge wird die Düse verstopft, was es
unmöglich macht, die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels zuzuführen, und verursacht
daher eine Funktionsunterbrechung der De-NOx-
Einrichtungen.
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Wenn die Zufuhr der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels zur Düse zur Beendigung der
De-NOx-Behandlung unterbrochen wird, wird die Düse durch
die Resthitze des Röhrenstrangs erwärmt, wodurch die
Verdunstung von Wasser aus der wässrigen Lösung, die in
der Nähe der Düse zurückgeblieben ist, verursacht wird.
Infolgedessen werden die Düse oder die Leitung für die
Zufuhr der Lösung verstopft, was die Zufuhr der
wässrigen Lösung des Feststoffreduktionsmittels zu
Beginn des nächsten De-NOx-Behandlungsvorganges
unmöglich macht.
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In Anbetracht der obenbeschriebenen Probleme wurde die
vorliegende Erfindung entwickelt, und hat daher als
erste Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Entfernung von Stickoxiden bereitzustellen, die
verhindern, daß das Düseninnere und Düsenendstücke
durch das Feststoffreduktionsmittel oder dessen
Reaktionsprodukten verstopft werden, und das stabile
und fortgesetzte Sprühen der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in das Abgas
aufrechterhalten.
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Wenn eine hochkonzentrierte wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels verwendet wird, macht es
eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit der wässrigen
Lösung des Feststoffreduktionsmittels unmöglich, eine
ausreichende Sprühleistung der Düse zu erhalten, und
verhindert die gleichmäßige Verteilung des
Feststoffreduktionsmittels im Abgasröhrenstrang.
Folglich findet die Reduktionsreaktion auf den NOx-
entfernenden Katalysatoren nicht hinreichend statt, was
eine Zunahme der Menge unreagierten Ammoniaks zur Folge
hat, und daher wird Abgas zusammen mit Ammoniak
ausgestoßen.
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Die vorliegende Erfindung hat daher als zweite Aufgabe,
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur hocheffizienten
Entfernung von in Abgasen enthaltenen Stickoxiden und
zur Verringerung der Menge unreagierten Ammoniaks
bereitzustellen, indem die Lösung gleichmäßig in Abgas
gemischt wird, sogar wenn eine hochkonzentrierte
wässrige Lösung des Feststoffreduktionsmittels
verwendet wird.
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In der herkömmlichen in Fig. 12 gezeigten Vorrichtung
zur Entfernung von Stickoxiden ist eine Düse 100 zum
Versprühen einer wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels auf dem inneren Teilstück
einer Röhrenleitung 102, die von der äußeren
Begrenzungsoberfläche eines Röhrenstrangs 101 quer
durch den Röhrenstrang 101 verläuft, angebracht. Dies
soll die gleichmäßige Mischung der versprühten
wässrigen Lösung des Feststoffreduktionsmittels in das
Abgas sicherstellen. Wie in Fig. 13 gezeigt, weist die
herkömmliche Düse 100 eine Einröhrenstruktur auf, die
dazu ausgelegt ist, die wässrige Lösung 23 des
Feststoffreduktionsmittels durch die Zufuhr von sowohl
der wassrigen Lösung 23 des Feststoffreduktionsmittels
als auch des Treibgases 21 in die Röhre 100a zu
sprühen.
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Wenn die wässrige Lösung des Feststoffreduktionsmittels
unter Verwendung einer herkömmlichen, wie in Fig. 13
gezeigten Düse 100 in Abgas gesprüht wird, verursacht
die Wärmeleitung von dem heißen Abgas zur Düse leicht
die Fällung und die Verfestigung des
Feststoffreduktionsmittels und dessen Reaktionsprodukte
in der Düse, wodurch das Düseninnere und die
Düsenspitze verstopft werden. Außerdem treten ähnliche
Phänomene auch leicht in der Röhrenleitung 102 auf,
weil die Röhrenleitung 102, die zwischen der äußeren
Begrenzungsoberfläche des Röhrenstrangs 101 und dessen
Innenteil angebracht ist, ständig einer Hochtemperatur
abgasströmung ausgesetzt ist.
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Die von der Düse in das Abgas geprühte wässrige Lösung
des Feststoffreduktionsmittels ist immer noch im
Flüssigteilchenzustand. Das Sprühen der wässrigen
Lösung des Feststoffreduktionsmittels durch eine
herkömmliche Düse mit Einkanalstruktur führt zu einer
nur unzureichend gleichmäßigen Mischung mit Abgas und
dies führt zu einer niedrigen De-NOx-Wirkung, wobei eine
große Menge unreagiertes Ammoniak zurückbleibt.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der
obenbeschriebenen Probleme entwickelt und hat als
dritte Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren
bereitzustellen, welche es erlauben, die durch das
Feststoffreduktionsmittel oder dessen
Reaktionsprodukten verursachte Verstopfung des
Düseninneren und deren Spitze zu verhindern, sowohl das
gleichmäßige und fortgesetzte Sprühen der wässrigen
Lösung des Feststoffreduktionsmittels in das Abgas als
auch das gleichmäßige Mischen der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in das Abgas sicherstellen,
und dadurch so im Abgase enthaltene Stickoxide mit
hoher Wirksamkeit entfernen.
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JP-A-2,261,519 (Babcock-Hitachi KK) offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur SCR-Denitrifikation
von Abgasen unter Verwendung eines
Feststoffreduktionsmittels als eine Pulverlösung oder
eine Aufschlämmung. Das Feststoffreduktionsmittel wird
durch eine Düse, die im Abgasstrom angebracht ist, in
das Abgas eingebracht.
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JP-A-2,265,619 (Nippon Kokan KK) offenbart ein
Verfahren zur NSCR-Reduktion von Stickoxiden in einem
Verbrennungsofen durch den Zusatz von wässrigem
Ammoniak. Wasser wird in der Vorrichtung mit dem
wässrigen Ammoniak vermischt bevor es dem
Verbrennungsofen zugeführt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Entfernung von Stickoxiden, indem in Abgasen
enthaltenen Stickoxiden in Anwesenheit eines
Katalysators selektiv reduziert werden, bereitgestellt,
wobei das Abgas durch einen mit einem Katalysator (4)
ausgestatteten Röhrenstrang (2) strömt und eine
wässrige Lösung des Feststoffreduktionsmittels (23)
durch eine Düse (11) in das Abgas gesprüht wird, wobei
die Düse (11) zwei konzentrische Röhren umfaßt, wobei
die wässrige Lösung des Feststoffreduktionsmittels (23)
der inneren Rhre (13) der Düse (11) zugeführt wird und
ein Treibgas und/oder Wasser (31) in den Raum (14)
zwischen der inneren Röhre (13) und der äußeren Röhre
eingeleitet wird; wobei die Düse (11) in einer Seite
des Röhrenstrangs (2) so angebracht ist, daß die Spitze
der äußeren Röhre nicht über die innere Oberfläche des
Röhrenstrangs (2) herausragt; wobei die Spitze der
inneren Röhre (13) 1-5 mm über die Spitze der äußeren
Röhre herausragt; und wobei Wasser (31) und/oder Gas
vor und/oder nach der Passage der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels (23) durch die innere Röhre
(13) der Düse (11) durch dieselbe innere Röhre (13) der
Düse (11) geleitet werden.
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Gemäß eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung
wird eine Vorrichtung zur Entfernung von Stickoxiden
aus Abgasen bereitgestellt, wobei die Vorrichtung einen
Röhrenstrang (2) für Abgase aufweist, den Röhrenstrang
(2) eine Düse (11) für das Einleiten einer wässrigen
Lösung des Feststoffreduktionsmittels (23) in den
Röhrenstrang (2) aufweist, den Röhrenstrang (2) auch
einen Katalysator (4) zur Beschleunigung einer
Reduktionsreaktion von im Abgas enthaltenem Stickoxiden
aufweist, und wobei die Vorrichtung auch einen
Lagertank (10), ein erstes Rohr (33) zur Zufuhr der
obengenannten wässrigen Lösung (23) zu der Düse (11),
und ein zweites Rohr (32), welches Wasser (31) und/oder
Gas leitet, aufweist, wobei die Düse (11) zwei
konzentrische Röhren umfaßt, so daß die wässrige Lösung
des Feststoffreduktionsmittels (23) in die innere Röhre
(13) der Düse (11) geleitet werden kann und Treibgas
und/oder Wasser (31) in den Raum (14) zwischen der
inneren Röhre (13) und der äußeren Röhre geleitet
werden können, und wobei die Düse (11) so in einer
Seite des Röhrenstrangs (2) angebracht ist, daß die
Spitze der äußeren Röhre nicht über die innere
Oberfläche des Röhrenstrangs (2) hinausragt und die
Spitze der inneren Röhre (13) 1-5 mm über die Spitze
der äußeren Röhre herausragt.
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Das Treibgas kann zusammen mit der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in die innere Röhre geleitet
werden.
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Wasser kann durch ein mit dem zweiten Rohr verbundenes
drittes Rohr geleitet werden, um so die wässrige Lösung
des Feststoffreduktionsmittels zu verdünnen.
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In der vorliegenden Erfindung läßt man von einer
Gasturbine, einer Gasmaschine, einer Dieselmaschine,
einem Heizöfen, unterschiedlichen Heizkesseln und
dergleichen ausgestossene Abgase wie gewöhnlich durch
einen Röhrenstrang strömen. Eine wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels wird in das durch den
Röhrenstrang strömende Abgas gesprüht und, nachdem die
Reduktionsreaktion des in dem Abgas enthaltenen
Stickoxids durchgeführt worden ist und diese entfernt
worden sind, wird das Abgas aus dem System ausgestoßen.
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Das Feststoffreduktionsmittel ist ein Reduktionsmittel,
welches bei Normaltemperatur fest ist, und umfaßt
Harnstoff, Melamin, Ammoniumcarbonat,
Ammoniumhydrogencarbonat, Cyanursäure und dergleichen.
Besonders wenn Harnstoff als Reduktionsmittel in Form
einer wässrigen Lösung verwendet wird, wird die
Handhabbarkeit, wie zum Beispiel bei Transport,
Lagerung und dergleichen, vereinfacht und gleichzeitig
sind in der Praxis sehr erwünschte Eigenschaften
aufgrund der im Vergleich zu Melamin, Ammoniumcarbonat,
Ammoniumhydrogencarbonat, Cyanursäure und dergleichen
geringeren Kosten erhältlich.
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In der vorliegenden Erfindung ist zumindest eine der
Zuleitungen zur Wasserzufuhr (eine Wasserzufuhrleitung)
und zur Gaszufuhr (eine Gaszufuhrleitung) mit einer
Leitung zur Zufuhr der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels verbunden, die zwischen der
Düse und einem Speicherbehälter zur Speicherung des
wässrigen Lösung des Feststoffreduktionsmittels
angebracht ist.
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Beim Anfahren wird Wasser aus der Wasserzufuhrleitung
und/oder Gas aus der Gaszufuhrleitung zugeführt, um die
Temperatur nahe der Düse auf ein konstantes Maß zu
senken. Die Zufuhr von Wasser von der
Wasserzufuhrleitung zur Düse erfolgt normalerweise,
abhängig von dem Volumen der Röhrenleitung, mit einer
Fließgeschwindigkeit von 0,2 l/Minute über mindestens
drei Minuten und die Zufuhr von Gas von der
Gaszufuhrleitung zur Düse wird normalerweise mit einer
Fließgeschwindigkeit von 10 l/Minute über mindestens
drei Minuten durchgeführt.
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Unter diesen Bedingungen wird dann die wässrige Lösung
des Feststoffreduktionsmittels von der Zufuhrleitung
der wässrigen Reduktionsmittellösung zugeführt, um sie
zwecks De-NOx-Behandlung von der Düse zu versprühen.
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Bei Beendigung der De-NOx-Behandlung wird die Zufuhr der
wässrigen Lösung des Feststoffreduktionsmittels
eingestellt und Wasser aus der Wasserzufuhrleitung
und/oder Gas aus der Gaszufuhrleitung zugeführt, bis
die noch in der Düse und in der Zufuhrleitung nahe der
Düse verbliebene wässrige Lösung durch Wasser und/oder
Gas ersetzt worden ist. Die Zufuhr von Wasser von der
Wasserzufuhrleitung zur Düse erfolgt normalerweise,
abhängig von dem Volumen der Röhrenleitung, bei einer
Fließgeschwindigkeit von 0,2 l/Minute über mindestens
drei Minuten und die Zufuhr von Gas von der
Gaszufuhrleitung zur Düse wird normalerweise mit einer
Fließgeschwindigkeit von 10 l/Minute über mindestens
drei Minuten durchgeführt.
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Was das Wasser, das aus der Wasserzufuhrleitung
zugeführt wird, betrifft, können Brauchwasser,
Kesselwasser, Reinwasser und Betriebswasser verwendet
werden und was das Gas anbetrifft, das aus der
Gasleitung zugeführt wird, gibt es keine besondere
Beschränkung so lange es sich um ein Gas handelt, das
sich zu dem Feststoffreduktionsmittel inert verhält,
wie Luft, Wasserdampf und Stickstoff.
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Die Konzentration der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels im Speicher hängt von der
Art des verwendeten Feststoffreduktionsmittels ab, doch
liegt die Konzentration im wesentlichen in einem
Bereich, der die gesättigte Konzentration bei 0ºC (zum
Beispiel 40 Gew.-% oder weniger für eine wässrige
Harnstofflösung) nicht übersteigt, und ist vorzugsweise
so hoch wie möglich. Diese hochkonzentrierte wässrige
Lösung kann in dem Zustand, in dem sie sich befindet,
versprüht werden, doch wird die Lösung bevorzugt mit
einer Menge Wasser, deren Volumen zweimal so groß ist,
verdünnt, wenn sie von der Düse versprüht wird. Wasser
für diese Verdünnung kann aus der obengenannten
Zufuhrleitung bereitgestellt werden. Ein
Verdünnungsgrad, der niedriger als der obengenannte
Bereich ist, führt zu einer hohen Konzentration des
Feststoffreduktionsmittels, welches dann mit einer
hohen Fließgeschwindigkeit der Düse zugeführt würde.
Folglich wird die Sprühleistung der Düse verschlechtert
und das Feststoffreduktionsmittel kann nur schwer in
dem Abgas verteilt werden, was eine verringerte De-NOx-
Wirkung zur Folge hat, oder die Wärmeleitung von dem
Hochtemperaturabgas verursacht die Kristallisierung des
Feststoffreduktionsmittels in der inneren Röhre der
Düse und kann so die Düse verstopfen.
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Die Zufuhrmenge der hochkonzentrierten wässrigen Lösung
des Feststoffreduktionsmittels und die Zufuhrmenge des
Verdünnungswassers werden passenderweise eingestellt,
indem die Verhinderung der Fällung des
Feststoffreduktionsmittels in der inneren Röhre der
Düse infolge der Wärmeleitung vom Abgas und die
gleichmäßige Mischung des Feststoffreduktionsmittels in
das Abgas berücksichtigt werden. Wenn in der
vorliegenden Erfindung die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels, welche Wasser in einer
größeren Menge als in der herkömmlichen Praxis enthält,
d.h. die durch Verdünnung wie obenbeschrieben
hergestellte wässrige Lösung, der Düse zugeführt wird,
werden der Wärmewert und die Fließgeschwindigkeit hoch.
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In der vorliegenden Erfindung ist die Düse (zur
Einspritzung der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels) auf der äußeren
Begrenzungsoberfläche des Röhrenstrangs angebracht, um
die wässrige Lösung des Feststoffreduktionsmittels zu
versprühen. Dies ermöglicht es, das Verstopfen der zur
Düse führenden Röhrenleitung zu verhindern.
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Die Installation der Düse an der äußeren
Begrenzungsoberfläche des Röhrenstrangs kann die
gleichmäßige Mischung der versprühten wässrigen Lösung
des Feststoffreduktionsmittels in das Abgas
beeinträchtigen, doch kann die gleichmäßige Mischung
der Lösung durch die Verwendung einer passenden
Ausführung der Düse erreicht werden. Genauer gesagt
weist die Düse eine Doppelröhrenstruktur auf, die aus
einer inneren Röhre und einer äußeren Röhre besteht, um
die Zufuhr der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in die innere Röhre und
gleichzeitig die Zufuhr von Treibgas zur Kühlung in den
Raum zwischen der inneren und der äußeren Röhre zu
erlauben. Dies hemmt die Wärmeleitung von außerhalb der
Düse zur Düseninnenröhre, wodurch es möglich wird,
solche unerwünschten Phänomenen wie Kristallisierung
des Feststoffreduktionsmittels an der Düsenspitze und
Verstopfung der Düse durch Reaktionsprodukte zu
verhindern.
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Außerdem ragt die Spitze der Düseninnenröhre 1 bis 5 mm
über die Spitze der äußeren Röhre hinaus und es wird so
möglich die wässrige Lösung zu versprühen und zu
zerstäuben. Daher wird die gleichmäßige Mischung der
wässrigen Lösung in das Abgas weiter beschleunigt. Wenn
die Spitze der inneren Röhre der Düse um weniger als 1
mm hervorragt, fallen flüssige Tropfen der wässrigen
Lösung entlang der äußeren Wand der inneren Röhre nach
unten. Infolgedessen sammelt sich verfestigtes
Feststoffreduktionsmittel in dem Raum zwischen der
inneren und der äußeren Röhre, was eine Verstopfung der
Düse verursachen kann. Auf der anderen Seite kann, wenn
die Spitze der inneren Röhre um mehr als 5 mm
hervorragt, die Verteilung der Lösung im Abgas schlecht
werden.
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Die Düse ist so angebracht, daß die Spitze der äußeren
Röhre nicht von der inneren Begrenzungsoberfläche des
Röhrenstrangs in das Innere des Röhrenstrangs ragt,
d.h., daß sie in einer Position angebracht ist, die
bündig mit der inneren Begrenzungsoberfläche des
Röhrenstrangs abschließt oder nach außen gesehen tiefer
als die Oberfläche ist. Wenn die Spitze der äußeren
Röhre über die innere Begrenzungsoberfläche des
Röhrenstrangs herausragt, wird die Kühlungswirkung des
durch den Raum zwischen der inneren und der äußeren
Röhre der Düse strömenden Treibgases reduziert, was die
Fällung und die Verfestigung des
Feststoffreduktionsmittels in der inneren Röhre in der
Düsenspitze verursacht und dies kann die Verstopfung
der Düse verursachen.
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Das in den Raum zwischen der inneren und der äußeren
Röhre der Düse eingeleitete Treibgas unterliegt keinen
besonderen Beschränkungen solange es ein Gas ist, daß
sich zu dem Feststoffreduktionsmittel inert verhält,
wie Luft, Wasserdampf und Stickstoff.
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Die Zahl der installierten Düsen kann eine oder mehr
betragen, jedoch sind mehrere Düsen zu bevorzugen. Die
Installation mehrerer Düsen erlaubt die gleichmäßige
Verteilung der versprühten wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in das Abgas.
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Wenn eine Vielzahl von Düsen an der seitlichen
Begrenzungsoberfläche des Röhrenstrangs angebracht
wird, ist es zu bevorzugen, die Vielzahl der Düsen in
im wesentlichen gleichen Abständen an der seitlichen
Begrenzungsoberfläche entlang des Außenumfangs
anzubringen. Die Düsen werden in einem Winkel
angebracht, der erhalten wird, wenn man den Umfang von
360º durch die Zahl der Düsen teilt; vier Düsen, zum
Beispiel, würden alle 90º angebracht.
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Die Düse kann gegen die strömungsrichtung des Abgases,
in der Strömungsrichtung desselben und rechtwinklig zur
Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtet sein. Mit
dem Ziel der Erreichung einer gleichmäßigen Mischung
der von der Düse versprühten wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in das Abgas, wird die Düse
bevorzugt in einem Winkel im Bereich von 45 bis 135º im
Verhältnis zur Strömungsrichtung des Abgases
angebracht.
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Indem die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels und das Treibgas
gleichzeitig in die inneren Röhre der Düse eingeleitet
werden, um die Durchlaufgeschwindigkeit der Lösung
durch die inneren Röhre der Düse mittels der Wirkung
des Treibgases zu vergrößern, wird die Wärmeleitung zur
Lösung effektiv verhindert. Dies ermöglicht es nicht
nur, Verstopfung der Düsenspitze zu vermeiden, sondern
erlaubt auch, die Verbesserung der Verteilung derselben
im Abgas.
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Wenn die Einspritzdüse der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in einem Bereich angebracht
ist, in dem die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases
innerhalb des Abgasröhrenstrangs mindestens 15m/Sekunde
beträgt, wird die Lösung gleichmäßiger in dem Abgas
verteilt, was zu besseren Ergebnissen mit höherer De-
NOx-Wirkung führt. Weil die Strömungsgeschwindigkeit des
Abgases gewöhnlich vom Querschnitt des Röhrenstrangs
abhängt, ist es zu bevorzugen, die Düse an der
seitlichen Begrenzungsoberfläche des Röhrenstrangs
anzubringen, der einen für diese
Strömungsgeschwindigkeit geeigneten Querschnitt hat.
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Die Geschwindigkeit der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels, die durch die innere Röhre
der Düse passiert, beträgt vorzugsweise mindestens 0,1
m/Sekunde. Wenn die Geschwindigkeit unter diesem
Bereich liegt, kann die Düse aufgrund der
Kristallisierung oder Polymerisierung der wässrigen
Lösung des Feststoffreduktionsmittels in der inneren
Röhre der Düse als Folgeeffekt der Wärmeleitung von dem
Hochtemperaturabgas verstopft werden. Die
Geschwindigkeit des durch den Raum zwischen der inneren
und der äußeren Röhre der Düse geleiteten Treibgases
wird bevorzugt auf einen Wert der zehn mal so hoch ist
wie die Geschwindigkeit der wässrigen Lösung, die durch
die innere Röhre der Düse strömt, eingestellt. Eine
Geschwindigkeit unterhalb dieses Bereiches führt zu
einer schlechteren Verteilung der von der Düse
versprühten wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in dem Abgas und verringert
die Kühlwirkung durch das den Raum zwischen der inneren
und der äußeren Röhre der Düse durchströmende Treibgas,
wodurch die Fällung und Verfestigung des
Feststoffreduktionsmittels in der inneren Röhre der
Düse, und daher eine Verstopfung der Düse, verursacht
wird.
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Wenn sowohl die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels als auch das Treibgas in die
innere Röhre der Düse geleitet werden, beträgt das
Verhältnis der Lösung zum Treibgas vorzugsweise 20
Volumenteile des Treibgases zu 1 Volumenteil der
wässrigen Lösung. Sogar wenn die Treibgasmenge über
diesen Bereich hinaus erhöht wird, kann keine
Verbesserung der Stickoxidentfernungsleistung aufgrund
einer verbesserten Verteilung der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in das Abgas erwartet
werden
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist vor oder
nach der Entschwefelung anzuwenden, und wenn
Heizkesselabgase behandelt werden, so wird das
Verfahren gewöhnlich vor der Entschwefelung angewandt.
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Beim Anfahren wird die Düse aufgrund der Wärmeleitung
von dem Hochtemperaturabgas zum Düseninneren hohen
Temperaturen ausgesetzt. Durch die Zufuhr von Wasser
und/oder Gas, bevor die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels zugeführt wird, und die
damit verbundene Kühlung der Düse, verursacht die
Verdunstung von Wasser aus der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels, falls sie überhaupt
stattfindet, jedoch niemals die Kristallisierung oder
Denaturierung des Feststoffreduktionsmittels.
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Das Auftreten der Kristallisierung oder Denaturierung
des Feststoffreduktionsmittels kann minimiert werden,
indem die in der Düse und den Leitungen verbleibende
wässrige Lösung des Feststoffreduktionsmittels beim
Abschalten durch Wasser oder Gas ersetzt wird.
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Infolgedessen ist es möglich, die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels kontinuierlich, ohne daß
eine Verstopfung der Düse eintritt, zu versprühen,
sogar wenn Anfahren und Abschalten wiederholt erfolgen,
was es daher erlaubt, die De-NOx-Vorrichtung über eine
lange Zeitspanne arbeiten zu lassen.
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Indem die gespeicherte wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels versprüht wird, nachdem die
Lösung im Laufe ihres Transportes zum Versprühen mit
Wasser verdünnt worden ist, ist es möglich das
Feststoffreduktionsmittel in der Form einer
hochkonzentrierten Lösung zu speichern, was
kostengünstiger ist, und die Kristallisierung und
Denaturierung des Feststoffreduktionsmittel treten nur
selten auf, sogar wenn Wasser aufgrund des
Wärmeleitungseffektes vom Hochtemperaturabgas zum
Inneren der Düse verdunstet. Folglich kann die
Feststoffreduktionsmittellösung kontinuierlich
versprüht werden, ohne daß die Düse verstopft, und die
De-NOx-Vorrichtungen können über eine längere Zeitspanne
kontinuierlich eingesetzt werden. Da die
Fließgeschwindigkeit der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels außerdem steigt, wird eine
ausreichende Sprühleistung der Düse erhalten und es ist
leicht, das Feststoffreduktionsmittel gleichmäßig im
Abgasröhrenstrang zu verteilen. Folglich nimmt die
Menge des unreagierten Ammoniaks am NOx-entfernenden
Katalysator ab.
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Indem eine Düse mit Doppelröhrenstruktur, die aus einer
inneren Röhre und einer äußeren Röhre besteht, wobei
die Spitze der inneren Röhre 1 bis 5 mm über die Spitze
der äußeren Röhre hinausragt, indem die Düse auf einer
seitlichen Begrenzungsoberfläche des Röhrenstrangs
angebracht wird, indem die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in die innere Röhre der Düse
geleitet sowie das Treibgas in den Raum zwischen der
inneren und der äußeren Röhre geleitet werden, und
indem die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels so in das Abgas gesprüht
wird, ist es möglich das Sprühen kontinuierlich über
eine lange Zeitspanne durchzuführen, ohne daß die Düse
aufgrund der Fällung des Feststoffreduktionsmittels
oder aufgrund von Reaktionsprodukten verstopft wird,
und das Feststoffreduktionsmittel wird gleichmäßig in
das Abgas gemischt.
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Die Installation der Düse in einem zentralen Abschnitt
des Röhrenstrangs, wo die Düse dem
Hochtemperaturabgasstrom ausgesetzt wäre, verursacht
das Verstopfen der Düse durch Fällung des
Feststoffreduktionsmittels oder dessen
Reaktionsprodukten in der Düse oder den Leitungen. Die
Installation der Düse auf der seitlichen
Begrenzungsoberfläche des Röhrenstrangs erlaubt jedoch
im Gegensatz dazu die einfache Wartung der Düse, indem
der Fällung des Feststoffreduktionsmittels oder dessen
Reaktionsprodukten vorgebeugt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es möglich, die
wässrige Lösung des Feststoffreduktionsmittels über
eine lange Zeitspanne kontinuierlich in das Abgas zu
sprühen, ohne daß die Einspritzdüse der wässrigen
Lösung verstopft. Weil die wässrige Lösung gleichmäßig
in das Abgas gemischt wird, kann außerdem eine
ausgezeichnete dauerhafte De-NOx-Leistung erreicht
werden. Nach der vorliegenden Erfindung wird außerdem
die Menge des im Abgas enthaltenen unreagierten
Ammoniaks (die Menge des ausgelaufenen Ammoniaks)
verringert, eine Kostenersparnis wird aufgrund der
Verringerung der Gebrauchsmenge des
Feststoffreduktionsmittels wie Harnstoff und
dergleichen erreicht, und die De-NOx-Wirkung wird daher
verbessert.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, die die
Ausführungsformen darstellen, beschrieben. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die in den
Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen begrenzt.
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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur
Entfernung von Stickoxiden der vorliegende Erfindung
und ist eine schematische Ansicht, die den Fall einer
Düse für die Einspritzung der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels in einen Bereich, in welchem
das Abgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von
mindestens 15 m/Sekunde strömt. In der in Fig. 1
gezeigten Vorrichtung zur Entfernung von Stickoxiden
strömt Abgas von einer Gasturbine 1, welche ein
Abgasquelle ist, durch den Röhrenstrang 2. Der
Röhrenstrang 2 ist in dieser Ausführungsform ein
Röhrenstrang mit kreisförmigem Querschnitt und weist
einen Bereich mit hoher Strömungsgeschwindigkeit 2a,
der den gleichen Durchmesser wie die Gasturbine 1 hat,
einen Ausdehnungsbereich 2b mit sich vergrößerndem
Querschnitt und einen Bereich mit niedriger
Strömungsgeschwindigkeit 2c, der einen großen
Querschnitt hat, in Richtung des Abgasstroms gesehen
auf. In dem Bereich mit hoher Strömungsgeschwindigkeit
2a strömt Abgas gewöhnlich mit einer
Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 15 m/Sekunde
und in dem Bereich mit niedriger
Strömungsgeschwindigkeit 2c mit einer
Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von 5 bis 10
m/Sekunde. Eine Düse 11 ist im Bereich mit hoher
Strömungsgeschwindigkeit 2a bereitgestellt und ein
Abhitzerückgewinnungsboiler (Abhitzeboiler) 3, eine De-
NOx-Katalysatorschicht 4 und ein Speisewasservorwärmer
40 sind aufeinanderfolgend im Bereich mit niedriger
Strömungsgeschwindigkeit 2c angebracht.
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Wie in Fig. 3 gezeigt wird eine Leitung 33 für die
Zuleitung der wässrigen Lösung des
Feststoffreduktionsmittels zwischen der Düse 11 und
einem Lagertank 10, der für die Speicherung der
hochkonzentrierten wässrigen Lösung 23 des
Feststoffreduktionsmittels ausgelegt ist,
bereitgestellt. Eine Wasserzufuhrleitung 32, die dafür
ausgelegt ist, die Leitung 33 mit Wasser 31 zu
versorgen, ist mit der Zufuhrleitung 33 der
Reduktionsmittellösung verbunden. Vor und /oder nach
Zufuhr der hochkonzentrierten wässrigen Lösung 23
mittels einer Pumpe 9 vom Lagertank 10 durch die
Zufuhrleitung 33 der Reduktionsmittellösung, wird
Wasser 31 mittels einer weiteren Pumpe 39 vom
Wassertank 30 durch die Wasserzufuhrleitung 32 der Düse
11 zugeführt. Danach wird die wässrige
Reduktionsmittellösung von der Leitung 33 zugeführt und
von der Düse 11 in den Röhrenstrang 2 versprüht. Die
hochkonzentrierte Lösung 23, die durch Leitung 33
zugeführt wird, kann, falls erforderlich, mit Wasser
31, welches mittels der Pumpe 39 vom Wasserlagertank 30
durch die Wasserzufuhrleitung 32 zugeführt wird, auf
halbem Wege zusammengeführt, verdünnt und dann aus der
Düse 11 in den Röhrenstrang 2 gesprüht werden.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Vereinigungspunkt der
Wasserzufuhrleitung 32 mit der Zufuhrleitung 33 der
Reduktionsmittellösung in Fließrichtung unterhalb des
Strömungssteuerungsventils 8 angebracht. Die Gründe
dafür sind, daß die Steuerung der Fließgeschwindigkeit
der Feststoffreduktionsmittellösung vor der Verdünnung
in der Form einer dickflüssigen Lösung einfacher ist,
daß die Verdünnung in Strömungsrichtung oberhalb des
Strömungssteuerungsventils 8 eine Regelung der
Konzentration nach Verdünnung erforderlich macht, und
daß daher die Einrichtung des Verbindungspunktes der
Wasserzufuhrleitung 32 in Strömungsrichtung gesehen
unterhalb des Strömungssteuerungsventils 8 niedrigere
Ausrüstungskosten erfordert.
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Von der Gasturbine 1 ausströmendes Abgas wird mit dem
Feststoffreduktionsmittel, welches aus der wässrigen
Lösung des Feststoffreduktionsmittels, das von der Düse
11 versprüht wird, ausfällt, vermischt. Die wässrige
Lösung des Feststoffreduktionsmittels, die in das Abgas
gesprüht wird, wird thermisch zersetzt, um Ammoniak
herzustellen. In diesem Zustand werden Stickoxide
während des Durchströmens des Abhitzeboilers 3 und der
De-NOx-Katalysatorschicht 4 selektiv reduziert und
entfernt und das Abgas wird durch den
Speisewasservorwärmer 40 zu einem Kamin 5 geleitet und
nach außen abgestoßen. Der Abhitzeboiler 3 und der
Speisewasservorwärmer 40 werden, falls notwendig,
bereitgestellt.
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Die De-NOx-Katalysatorschicht 4 ist mit einem
Katalysator zur Beschleunigung der Reduktionsreaktion
von Stickoxiden geladen, wie: einem wabenförmigen
Katalysator, der TiO&sub2; als Trägersubstanz, V&sub2;0&sub5; und WO&sub3;
als aktive Bestandteile enthält; und andere
Katalysatoren.
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Die Düsen 11 sind wie in Fig. 2 dargestellt an
Düsenhalterungen 20 angebracht, die in im wesentlichen
gleichen Abständen entlang des Umfangs der seitlichen
Begrenzungsoberfläche des Röhrenstrangs 2
bereitgestellt werden. Mit anderen Worten werden vier
Düsen 11 alle 90º bereitgestellt. Die Düse 11 ist wie
in Fig. 3 dargestellt auf der Düsenhalterung 20
angebracht, die an Röhrenstrang 2 befestigt ist. Die
Düse 11 ist an der Flansch der Halterung 20 angebracht,
zum Beispiel, so daß die Spitze deren äußerer Röhre
nicht über die innere Begrenzungsoberfläche des
Röhrenstrangs 2 in das Röhrenstranginnere hinausragt.
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Figs. 4 und 5 veranschaulichen jeweils die
Ausführungsformen der Düse 11. Die in Fig. 4
dargestellte Düse 11 weist eine Doppelröhrenstruktur
auf und ist dafür gedacht, die wässrige Lösung des
Feststoffreduktionsmittels der inneren Röhre 13 der
Düse zuzuführen und Treibgas 21 in den Raum 14 zwischen
der inneren und der äußeren Röhre zu leiten. Die in
Fig. 5 dargestellte Düse weist eine
Doppelröhrenstruktur auf, in welcher das Einlaßteil 15
der inneren Röhre eine Zweiwegstruktur aufweist, so daß
die Feststoffreduktionsmittellösung und Treibgas 21
gleichzeitig in die innere Röhre 13 geleitet und nur
Treibgas 21 in den Raum 14 zwischen der inneren und der
äußeren Röhre geleitet werden. Die innere Röhre 13 ist
auch dafür ausgelegt, daß beim Anfahren und/oder
Abschalten nur Treibgas 21 zugeführt wird, um die
Restlösung in der Düse zu entfernen oder zu ersetzten.
Das Ende der Spitze der inneren Röhre ragt um eine
Länge t über das Ende der Spitze der äußeren Röhre
hinaus. Die Länge t liegt wie oben beschrieben in einem
Bereich von 1 bis 5 mm. In diesen Zeichnungen stellt 16
ein Teil dar, das die innere Röhre stützt.
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Treibgas 21, das durch die innere Röhre 13 der Düse und
den Raum 14 zwischen der inneren und äußeren Röhre der
Düse fließen soll, wird in vorgeschriebener Menge durch
die Strömungsmesser 6 and 7 zugeleitet und zur gleichen
Zeit wird die wässrige Lösung 23 des
Feststoffreduktionsmittels, deren vorgeschriebene
Einspritzmenge durch das Strömungssteuerungsventil 8
gesteuert wird, durch die Pumpe 9 vom Lagertank 10
gepumpt, dann wie in Fig. 4 oder 5 gezeigt in die
innere Röhre der Düse geleitet und in das Abgas
gesprüht.
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In diesen Zeichnungen stellt 26 eine Gasleitung zur
Zufuhr von Treibgas in den Raum 14 zwischen der inneren
und der äußeren Röhre und 27 eine Gasleitung zur Zufuhr
von Treibgas in die inneren Röhre 13 dar.
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Die Konzentration von Stickoxiden (NOx) im Abgas an der
Gasturbine 1 wird durch ein NOx-Meßgerät 24 gemessen,
dessen Meßfühler in Strömungsrichtung gesehen oberhalb
der Feststoffreduktionsmittellösung verspritzenden Düse
11 angebracht ist, und die Menge des Abgases wird über
das Leistungssignal der Gasturbine 1 bestimmt. Die
Stickoxidmenge wird von dieser Stickoxidkonzentration
und der Abgasmenge abgeleitet. Ein Steuerungssignal auf
der Grundlage der dem resultierenden Stickoxidwert
entsprechenden notwendigen Menge des
Feststoffreduktionsmittels wird vom Regler 25 zum
Strömungssteuerungsventil 8 gesendet, und die
Feststoffreduktionsmittellösung wird von der Düse 11 in
das Abgas gesprüht.
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Die Düse 11 kann wie in Fig. 6 dargestellt in dem
Bereich mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit 2c
angebracht werden. In diesem Fall ist die Installation
einer Zerstreuungsplatte oder dergleichen im
Röhrenstrang 2 zur Diffusion und Vermischung des
Feststoffreduktionsmittels wirksam, um die gleichmäßige
Mischung des Feststoffreduktionsmittels in das Abgas
sicherzustellen.
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Figuren 7 bis 11 zeigen Beispiele, in denen die
Wasserzufuhrleitung 32 nicht angebracht ist. In Figuren
1 bis 11 bezeichnen die gleichen Bezugsnummern die
gleichen Teile oder Bestandteile.
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Im folgenden werden ausführliche Beispiele der
vorliegende Erfindung dargestellt, doch ist die
vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele
beschränkt.
(BEISPIEL 1)
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Unter Verwendung der in Fig. 1 dargestellten
Vorrichtung, in welcher die in Fig. 4 gezeigte Düse 11
im Röhrenstrang 2 wie in Figs. 2 und 3 gezeigt
installiert worden war, wurde ein De-NOx-Test
ausgeführt, indem Anfahren und Abschalten zehnmal
wiederholt wurden.
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Hochkonzentrierte wässrige Lösung (40 Gew.-%), die vom
Lagertank 10, der 40 Gew.-%ige wässrige Harnstofflösung
enthielt, mittels der Pumpe 9 durch die Zuleitung 33
zugeführt wurde, und die unterwegs mit Wasser, welches
vom Wasserlagertank 30 mittels der Pumpe 39 durch die
Wasserzufuhrleitung 32 zugeführt wurde, zusammengeführt
wurde, wurde verdünnt und von der Düse 11 als eine
wässrige Harnstofflösung mit einer Konzentration von 7
Gew.-% in den Röhrenstrang 2 gesprüht.
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Unter Verwendung von vier Düsen 11, in denen jeweils
das Ende der Spitze der inneren Röhre der Düse um 2 mm
über das Ende der Spitze der äußeren Röhre der Düse
hinausragte, wurde die auf 7 Gew.-% verdünnte wässrige
Harnstofflösung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von
1,9 m/Sekunde (Durchlaufgeschwindigkeit durch die
innere Röhre der Düse 11) in das Innere 13 der inneren
Röhre der Düse geleitet, um ein NH&sub3;/NOx Molverhältnis
von 0,9 in Ammoniak umgewandelt zu ergeben, und
gleichzeitig wurde Luft mit einer Geschwindigkeit 30
mal höher als die der durch die innere Röhre 13
strömenden Harnstofflösung (Durchlaufgeschwindigkeit
durch Raum 14 zwischen der inneren und der äußeren
Röhre der Düse) in den Raum 14 zwischen der inneren und
der äußeren Röhre der Düse geleitet. Wässrige
Harnstofflösung wurde kontinuierlich von der Düse 11 in
das Abgas in Röhrenstrang 2 gesprüht, und ein De-NOx-
Test wurde unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen
durchgeführt. Beim Anfahren, nachdem Luft 10 Minuten
lang mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 l/Minute
durch die Gasleitung 27 in das Innere 13 der inneren
Röhre der Düse geleitet worden war, wurde der De-NOx-
Behandlung ausgeführt, indem die wässrige
Harnstofflösung von Düse 11 verspritzt wurde.
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Beim Abschalten der De-NOx-Behandlung wurde die Zufuhr
der Harnstofflösung beendet, und dann Luft über 20
Minuten mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 40
l/Minute in das Innere 13 der inneren Röhre der Düse
eingeleitet.
Tabelle 1
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Die De-NOx-Reaktion wurde durchgeführt, indem das
Anfahren und Herunterfahren mit den obengenannten
Vorgängen zehnmal wiederholt wurden, und als Ergebnis
war es möglich, die Harnstofflösung kontinuierlich
zuzuführen, ohne daß die Düse durch Harnstoff und
Harnstoffpolymeren verstopfte.
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Es bestätigte sich, daß eine ausgezeichnete De-NOx-
Wirkung mit einem stabilen De-NOx-Wirkungsgrad in einem
Bereich von 89,3 bis 89,6 % erzielt wurde.
(BEISPIEL 2)
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Ein De-NOx-Test wurde unter Verwendung der in Fig. 1
dargestellten Vorrichtung durchgeführt, in welchem die
in Fig. 4 gezeigte Düse 11 wie in Figs. 2 und 3 gezeigt
im Röhrenstrang 2 angeordnet war.
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Eine hochkonzentrierte wässrige Lösung (40 Gew.-%), die
vom Lagertank 10, der die 40 Gew.-%ige wässrige
Harnstofflösung enthielt, mittels der Pumpe 9 durch die
Zuleitung 33 zugeführt wurde, und die unterwegs mit
Wasser, welches vom Wasserlagertank 30 mittels der
Pumpe 39 durch die Verdünnungsleitung 32 zugeführt
wurde, zusammengeführt wurde, wurde verdünnt und von
der Düse 11 als eine wässrige Harnstofflösung mit einer
Konzentration von 7 Gew.-% in den Röhrenstrang 2
gesprüht.
-
Unter Verwendung von vier Düsen 11, in denen jeweils
das Ende der Spitze der inneren Röhre der Düse um 2 mm
über das Ende der Spitze der äußeren Röhre der Düse
hinausragte, wurde die auf 7 Gew.-% verdünnte wässrige
Harnstofflösung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von
1,9 m/Sekunde (Durchlaufgeschwindigkeit durch die
innere Röhre der Düse 11) in das Innere 13 der inneren
Röhre der Düse geleitet, um ein NH&sub3;/NOx Molverhältnis
von 0,9 in Ammoniak umgewandelt zu ergeben, und
gleichzeitig wurde Luft mit einer Geschwindigkeit 30
mal höher als die der durch die innere Röhre 13
strömenden Harnstofflösung (Durchlaufgeschwindigkeit
durch Raum 14 zwischen der inneren und der äußeren
Röhre der Düse) in den Raum 14 zwischen der inneren und
der äußeren Röhre der Düse geleitet. So wurde wässrige
Harnstofflösung kontinuierlich von der Düse 11 in das
Abgas in Röhrenstrang 2 gesprüht, und ein De-NOx-Test
wurde unter den in der obenbeschriebenen Tabelle 1
gezeigten Bedingungen durchgeführt.
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Infolgedessen war es möglich, die wässrige
Harnstofflösung über eine lange Zeitspanne von 1000
Stunden oder länger kontinuierlich zuzuführen, ohne daß
eine Verstopfung der Düse durch Harnstoff und seinen
Polymer verursacht wurde. Der De-NOx-Wirkungsgrad lag
bei 89,5 % und die Menge des unreagierten Ammoniaks lag
bei 0,2 ppm, und so wurde folglich ein ausgezeichnetes
Ergebnis erzielt.
(BEISPIEL 3)
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Ein De-NOx-Test wurde unter Verwendung der in Fig. 7
dargestellten Vorrichtung durchgeführt, in dem die in
Fig. 9 gezeigte Düse 11 wie in Figs. 2 und 8 gezeigt im
Röhrenstrang 2 angebracht war.
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Unter Verwendung von vier Düsen 11, in denen jeweils
das Ende der Spitze der inneren Röhre der Düse um 2 mm
über das Ende der Spitze der äußeren Röhre der Düse
hinausragte, wurde eine 20 Gew.-% wässrige
Harnstofflösung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von
0,7 m/Sekunde (Durchlaufgeschwindigkeit durch die
innere Röhre der Düse 11) in das Innere 13 der inneren
Röhre der Düse geleitet, um ein NH&sub3;/NOx Molverhältnis
von 0,9 in Ammoniak umgewandelt zu ergeben, und
gleichzeitig wurde Luft mit einer Geschwindigkeit 50
mal höher als die der durch die innere Röhre 13
strömenden Harnstofflösung (Durchlaufgeschwindigkeit
durch Raum 14 zwischen der inneren und der äußeren
Röhre der Düse) in den Raum 14 zwischen der inneren und
der äußeren Röhre der Düse geleitet. So wurde die
wässrige Harnstofflösung kontinuierlich von der Düse 11
in durch den Röhrenstrang 2 strömendes Abgas gesprüht,
und ein De-NOx-Test wurde unter den in der
obenbes chriebenen Tabelle 1 gezeigten Bedingungen
durchgeführt.
(BEISPIEL 4)
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Ein De-NOx-Test wurde in der gleichen Art und Weise wie
in BEISPIEL 3 durchgeführt mit der Ausnahme, daß die in
Fig. 10 gezeigte Düse 11 anstelle der in Fig. 9
dargestellten Düse 11 verwendet wurde, daß die
Strömungsgeschwindigkeit der in das Innere der inneren
Röhre 13 eingeleiteten Luft durch den Strömungsmesser 6
festgesetzt wurde und daß eine wässrige Harnstofflösung
und Luft dem Inneren der inneren Röhre 13 zugeführt
wurden. Die Strömungsgeschwindigkeit der dem Inneren
der inneren Düsenröhre 13 zugeführten Luft wurde in
einem Verhältnis von 20 Volumenteilen des Treibgases
auf der Grundlage eines Volumenteiles der
Harnstofflösung eingestellt.
(VERGLEICHSBEISPIEL 1)
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Ein De-NOx-Test wurde in der gleichen Art und Weise wie
in BEISPIEL 3 durchgeführt mit der Ausnahme, daß die in
Fig. 13 dargestellte Düse 100 anstelle der in Fig. 9
gezeigten Düse 11 verwendet und daß nur die
Harnstofflösung der Düse 100 zugeführt wurde.
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Die Ergebnisse zeigten, daß bei der in Fig. 13
dargestellten Vergleichsdüse Pulsieren gleichzeitig mit
der Zufuhr der Harnstofflösung auftrat und nach einigen
Stunden das Düseninnere durch Harnstoff und
Harnstoffpolymerisationsprodukte verstopft wurde, was
daher eine kontinuierliche Zufuhr der Harnstofflösung
unmöglich machte. Auf der anderen Seite trat bei den
in Figuren 9 und 10 dargestellten Düsen verwendenden
Beispielen kein Pulsieren auf, und durch Harnstoff und
Harnstoffpolymeren verursachten Düsenverstopfung trat
über eine lange Zeitspanne von 1.000 Stunden oder
länger nicht auf, was eine kontinuierliche Zufuhr mit
Harnstofflösung ermöglichte.
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Die Ergebnisse des De-NOx-Wirkungsgrads in BEISPIELEN 3
und 4 und dem VERGLEICHSBEISPIEL 1 sind in Tabelle 2
dargestellt.
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Der De-NOx-Wirkungsgrad wurde bestimmt, indem die Nox-
Konzentration beim Eintritt und beim Austritt aus der
Katalysatorschicht 4 durch das Nox-Meßgerät 24 gemessen
wurde.
Tabelle 2
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Wie in Tabelle 2 gezeigt, wird, wenn die Vorrichtung
der vorliegende Erfindung verwendet wird, verglichen
mit dem Fall, wenn die Düse aus Fig. 13 verwendet wird,
die Harnstofflösung in einem Zustand versprüht, in dem
sie sehr fein durch Luft zerteilt wird, die durch den
Raum zwischen der inneren und der äußeren Röhre strömt,
was eine gleichmäßigere Mischung in das Abgas, und
folglich den ausgezeichneten De-NOx-Wirkungsgrad, zur
Folge hat.
(BEISPIEL 5)
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Die De-NOx-Behandlung wurde in der gleichen Art und
Weise wie in BEISPIEL 3 durchgeführt mit der Ausnahme,
daß der Durchmesser des Röhrenstrangs 2 variierte, um
die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu verändern.
Die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des
Abgases im Röhrenstrang am Düsenabschnitt und der De-
NOx-Leistung wurde untersucht. Die Ergebnisse wurden in
Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3
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Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, führt eine höhere
Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in Röhrenstrang 2
zu einem verbesserten De-NOx-Wirkungsgrad: bei einer
Gasströmungsgeschwindigkeit von mindestens 15 m/Sekunde
werden die Harnstofflösung und die im Abgas enthaltenen
Abgase als gleichmäßig vermischt angesehen.