AT393727B - Dampfkessel - Google Patents

Description

AT 393 727 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampfkessel mit mehreren, insbesondere drei Zügen für mittlere Leistungen und mit einer DeNOx-Anlage in Form eines Katalysators und einer NH^-Einspritzeinrichtung zur Reduzierung der NOx-Anteile (Entstickung) im Rauchgas, wobei der Katalysator in Strömungsrichtung der

Rauchgase gesehen vor dem dritten Zug des Dampfkessels in einem die Rauchgase abwärts führenden Kesselabschnitt angeordnet ist und der diesem Kesselabschnitt vorgeschaltete Kesselabschnitt in Abhängigkeit der vor dem Katalysator herrschenden Rauchgastemperatur hinsichtlich seines Durchlaßquerschnittes regelbar ist, und zur Steuerung des Durchlaßquerschnittes ein Temperaturfühler vorgesehen ist, der vorzugsweise zwischen der NHg -Einspritzeinrichtung und dem Katalysator liegt, wobei dies» Durchlaßquerschnitt mit sinkender Rauch- gastemperatur vergrößerbar ist.

Es ist bekannt, bei Dampfkesselanlagen die Rauchgase unter anderem zu entsticken, den Gehalt der Stickoxyde im Rauchgas zu verringern, wozu Katalysatoren eingesetzt werden. Die Wirkungsweise dieses bekannten Verfahrens beruht auf der Reaktion der Stickoxyde mit dem in die Rauchgase eingebrachten NHß unter Einwirkung des erwähnten Katalysators. Die Effizienz des Katalysators ist dabei temperaturabhängig, die optimale Reaktionstemperatur liegt dabei bei ca. 350 °C. Bekannt ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren (AT-PS 379 677), bei welchem die Rauchgase durch zwei in Reihe geschaltete Rauchgasnachbehandlungseinrichtungen geführt werden, wobei die Rauchgastemperatur in der zweiten Rauchgasnachbehandlungseinrichtung höher ist als jene in der ersten. Dabei wird die Wärme der Rauchgase zur Wiederauf heizung der Rauchgase und auch zur Luftvorwärmung verwendet. Solche Anlagen sind zwar durchaus geeignet, das in den Katalysator eintretende Rauchgas auf die hier notwendige Reaktionstemperatur zu erhitzen, doch ist der damit verbundene apparative Aufwand außerordentlich groß und damit teuer, so daß solche Einrichtungen nur für große Anlagen überhaupt in Frage kommen. Bei Dampfkesseln für mittlere Leistung, also für Leistungen etwa zwischen 10 bis 30 MW sind solche Anlagen nicht verwendbar, weil sie zu aufwendig und zu kostspielig sind.

Eine andere bekannte Dampfkesselanlage der eingangs erwähnten Art ist in der DE-OS 27 33 408 beschrieben und gezeigt Bei dieser vorbekannten Konstruktion ist vorgesehen, zum Sekundärvorwärmer eine Nebenschlußleitung anzuordnen, deren Querschnitt temperaturabhängig geregelt wird. Diese Konstruktion wird für nicht zweckmäßig erachtet: die konstruktive -Ausführung eines solchen Nebenschlußkanales ist sehr aufwendig und teuer. Vor allem ab» fällt auch ein funktioneller Nachteil hier besonders ins Gewicht Die Nebenschlußleitung ist unmittelbar vor dem Katalysator in den Rauchgaskanal eingeleitet, so daß unmittelbar vor dem Katalysator und über dem Querschnitt des Rauchgaskanales ein starkes Temperaturgefälle herrscht, ist doch davon auszugehen, daß im Sekundärvorwärmer der Rauchgasstrom ein Temperaturgefälle von mehreren hundert Graden erfährt Der Katalysator wird also über seinen Querschnitt von einem Rauchgasstrom getroffen, der über seinen Querschnitt eine sehr unterschiedliche Temperatur aufweist, wobei nur seitlich noch relativ heißes Rauchgas zuströmt. Um diesen Rauchgasstrom mit über seinen Querschnitt unterschiedlichen Temperaturen vor dem Kondensator durchzumischen, sind hier weder Einrichtungen vorgesehen, noch unter B»ücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit - ist dafür ausreichend Zeit vorhanden.

Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus und sie zielt darauf ab, die Anlage bzw. Einrichtung von ihrem konstruktiven Aufwand her zu vereinfachen und sie hinsichtlich ihrer Effizienz zu verbessern und vor allem dafür Sorge zu tragen, daß der Katalysator üb» seinen gesamten Qu»schnit mit Rauchgas mit einheitlicher Temperatur angeströmt wird, was gemäß der Erfindung dadurch gelingt, daß der dem Katalysator vorgeschaltete Kesselabschnitt als Rauchrohrzug ausgebildet ist und mindestens eines der diesen Rauchrohrzug bildenden Rauchrohre einen gegenüber den anderen Rauchrohren dieses Zuges vergröß»ten Durchmesser aufweist, und der Durchlaßquerschnitt dieses Rauchrohres mittels einer Drosselklappe regelbar ist

Dank dieses erfindungsgemäßen Vorschlages ist es möglich, den Katalysator nicht nur in den Dampfkessel als solchen konstruktiv zu integri»»i, sondern ihn auch unabhängig von der jeweils gerade gefahrenen Last auf seiner optimalen Betriebstemperatur zu halten, wobei die Konstruktion als Ganzes erheblich vereinfacht ist, und dennoch erreicht werden kann, daß der Katalysator über seinen gesamten Querschnitt mit Rauchgas von im wesentlichen einheitlicher Temperatur angeströmt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drosselklappe an dem katalysatorseitigen Ende des Rauchrohres angeordnet ist. Dadurch liegt die Drosselklappe und der ihr zugehörende Stellmechanismus in einem Bereich, in dem das heiße Rauchgas schon relativ weit abgekühlt ist, was vor allem für die Auswahl der Materialien dieser Bauteile und deren eventuellen Kühlung wichtig ist. Damit sichergestellt wird, daß das den Katalysator anströmende Rauchgas über seinen gesamten Querschnitt eine möglichst einheitliche Temperatur aufweist, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß der dem Katalysator vorgeschaltete Zug als Rauchrohrzug mit Rauchrohren von im wesentlichen gleichem Durchmesser ausgebildet ist und mehrere dieser Rauchrohre durchlaßquerschnittsverengende, temperaturgesteuerte V»schlußglieder, beispielsweise Drosselklappen aufweisen.

Um die Konstruktion platz- und raumsparend zu gestalten ist vorgeseh»i, daß sowohl der dem Katalysator vorgeschaltete wie auch der diesem nachgeschaltete Zug liegend angeordnet sind, die Hauptströmungsrichtung der Rauchgase in diesen Zügen im wesentlichen horizontal verläuft

Ebenso dient diesem Ziel die Maßnahme, wonach die beiden Züge im wesentlichen parallel zueinand» liegen und die Hauptströmungsrichtungen der Rauchgase in diesen Zügen in einander entgegengesetzten Richtungen -2-

AT 393 727 B verlaufen.

Um die wesentlichen und wichtigen Einrichtungsteile warten zu können und um die damit verbundenen Serviceaibeiten ohne besonderen Aufwand durchführen zu können ist vorgesehen, daß das katalysatorseitige Ende des im Durchlaßquerschnitt regelbaren Zuges in eine mittels einer Tür oder Klappe verschließbare Kammer mündet, wobei vorzugsweise die Kammer stimseitig am Kessel vorgesehen ist.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, ohne sie darauf einzuschränken. Es zeigen: Fig. 1 die stimseitige Ansicht eines drei Züge aufweisenden Dampfkessels mittlerer Leistung (15 MW); Fig. 2 einen horizontalen Schnitt nach der Linie (Π - Π) in Fig. 1; Fig. 3 das katalysatorseitige Ende des Rauchrohrzuges bei geöffneter Kesseltüre in einem gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößerten Maßstab; Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie (IV - IV) in Fig. 3; Fig. 5 die Stimansicht eines Kessels mit zwei Flammrohren.

Der über einen Ölbrenner (1) mit 01 befeuerte Heizkessel besitzt ein Flammrohr (2), das endseitig in einen ersten als Wasserrohrzug ausgebildeten Umlenkzug (3) übergeht. An diesen Umlenkzug (3) schließt ein zweiter als Rauchrohizug (4) ausgebildeter Zug an, wobei die Rohre (5) dieses Zuges (4) im wesentlichen parallel zur Längsachse des Flammrohres (2) verlaufen. Eines dieser Rauchrohre, nämlich das Rauchrohr (6) besitzt einen Durchmesser, der ein Mehrfaches, beispielsweise das 6-fache des Durchmessers der anderen Rauchrohre (5) des Rauchrohrzuges (4) beträgt Dieser Rauchrohrzug (4) mündet in eine stirnseitig am Dampfkessel angeordnete Kammer (7), die hier mit einer Kesseltüre (8) verschließbar ist Am kammerseitigen Ende des Rauchrohres (6) mit dem vergrößerten Durchmesser ist eine Drosselklappe (9) drehbar gelagert die über einen kesselaußenseitigen Stellmotor (10) betätigbar ist Die Kammer (7) geht über in einen ersten ansteigenden Kesselabschnitt (11) und einen daran anschließenden fallenden Kesselabschnitt (12), wobei im fallenden Kesselabschnitt (12) eine NH3-Einspritzeinrichtung angeordnet ist und mit Abstand darunter der eigentliche Katalysator (14), auf welchen der dritte Kesselzug (15) folgt, der in den Schornstein (16) mündet. Die dem Katalysator (14) vorgeschalteten und nachgeschalteten Züge (4 und 15) sind liegend angeordnet und im wesentlichen parallel zueinander.

Im fallenden Kesselabschnitt (12) zwischen der NH^ -Einspritzeinrichtung (13) und dem Katalysator (14) ist ein Temperaturfühler (17) vorgesehen, der über einen Regler (18), der mit einer Temperaturanzeigeeinrichtung ausgestattet sein kann, mit dem Stellmotor (10) der Drosselklappe (9) in Wirkverbindung steht

Die Funktion der vorstehend beschriebenen Teile des Dampfkessels ergibt sich unmittelbar aus dem Gesagten. Fährt der Kessel auf voller Last, so erreichen die Rauchgase bei geschlossener Drosselklappe (9) den Katalysator (14) mit ca. 350 eC. Fährt der Kessel hingegen im Teillastbereich, so sinkt die Rauchgastemperatur erheblich ab und liegt erheblich unterhalb der Betriebstemperatur für den Katalysator, der dann nicht mehr seine optimale Leistungsfähigkeit besitzt. Dank der Erfindung wird nun über den Temperaturfühler (17) dieser Temperaturrückgang über den Regler (18) in der Weise wirksam, daß der Regler (18) den Stellmotor (10) aktiviert, und zwar im Sinne einer Öffnung der Drosselklappe (9). Durch das Öffnen der Drosselklappe (9) wird der Durchlaßquerschnitt des dem Katalysator (14) vorgeschalteten Rauchrohrzuges (4), der ja den Strömungswiderstand dieses Zuges bestimmt, verringert, so daß das heiße Rauchgas rascher und mit geringerer Abkühlung den Katalysator (14) erreicht, so daß dessen Betriebstemperatur im wesentlichen konstant gehalten werden kann. Wird der Dampfkessel wieder auf höhere Last gefahren, so wird wegen des dadurch bedingten Anstieges der Rauchgastemperatur im Abschnitt (12) über den Temperaturfühler (17), den Regler (18) und den Stellmotor (10) die Drossel im Sinne einer Schließbewegung betätigt

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist da* zweite, dem Katalysator vorgeschaltete Rauch-rohrzug (4) mit einem Rauchrohr mit vergrößertem Durchmesser ausgestattet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, in diesem Zug eventuell mehrere Rauchrohre mit vergrößertem Durchmesser vorzusehen und dabei jedem dieser Rauchrohre eine temperaturgesteuerte Drosselklappe zuzuordnen, wobei dann diese mit diesen Drosselklappen bestückten Rauchrohre stufenweise zu- bzw. abgeschaltet werden können.

Dank des erfindungsgemäßen Vorschlages ist es möglich, den Katalysator (14) unmittelbar in den Dampfkessel konstruktiv zu integrieren, und dariiberhinaus diesen auf seiner optimalen Betriebstemperatur zu betreiben, ohne daß zusätzliche und kostenaufwendige Heizeinrichtungen und Wärmetauscher zur Beeinflussung der Rauchgastemperatur eingesetzt werden müssen.

Wurde vorstehend als Regelorgan eine Drosselklappe (9) gezeigt und beschrieben, so ist es im Grunde möglich, auch andere den Durchlaßquerschnitt verändernde Regelorgane einzusetzen, beispielsweise in Form von Irisblenden.

Eine weitere Möglichkeit zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Gedankens liegt darin, im Rauchrohrzug (4) mehrere Rauchrohre mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern vorzusehen und diese Rauchrohre mit temperaturabhängig zu betätigenden Verschlußorganen zu bestücken.

Schlußendlich wäre noch eine Lösungsmöglichkeit zu bedenken, bei welcher die Rauchrohre (5) des Rauchrohrzuges (4) zwar alle denselben Durchmesser besitzen, aber eine größere Zahl dieser Rohre jeweils mit temperaturabhängig zu betätigenden Verschlußorganen bestückt sind. Diese könnten dann gemeinsam von einem Stellmotor betätigt werden oder aber die einzelnen Verschlußorgane können einzeln und in gestufter Folge aktiviert werden.

In den Fig. 1 und 2 bedeutet die strichpunktierte Linie (19) die den Dampfkessel umschließende Wärmeiso- -3-

Claims (8)

1. AT 393 727 B lierungshülle. Fig. 5 veranschaulicht nun die Stirnansicht eines Kessels mit zwei Flammrohren und zwei getrennten Rauch· gaszügen, wobei jeder Rauchgaszug in der Weise ausgebildet ist, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 beschrieben und erläutert wurde, aus welchem Grund auch gleiche Teile hier mit denselben Hinweis-Ziffern ausgestattet worden sind. Jedem der beiden Katalysatoren (14) ist dabei eine eigene Rauchgastemperaturregelung zugeteilt. PATENTANSPRÜCHE 1. Dampfkessel mit mehreren, insbesondere drei Zügen für mittlere Leistungen und mit einer DeNOx-Anlage in Form eines Katalysators und einer NH^-Einspritzeinrichtung zur Reduzierung der NOx-Anteile (Entstickung) im Rauchgas, wobei der Katalysator in Strömungsrichtung der Rauchgase gesehen vor dem dritten Zug des Dampfkessels in einem die Rauchgase abwärts führenden Kesselabschnitt angeordnet ist und der diesem Kesselabschnitt vorgeschaltete Kesselabschnitt in Abhängigkeit der vor dem Katalysator herrschenden Rauchgastemperatur hinsichtlich seines Durchlaßquerschnittes regelbar ist, und zur Steuerung des Durchlaßquerschnittes ein Temperaturfühler vorgesehen ist, der vorzugsweise zwischen der NH^-Einspritzeinrichtung und dem Katalysator liegt, wobei dieser Durchlaßquerschnitt mit sinkender Rauchgastemperatur vergrößerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Katalysator (14) vorgeschaltete Kesselabschnitt als Rauchrohrzug (4) ausgebildet ist und mindestens eines der diesen Rauchrohrzug bildenden Rauchrohre (6) einen gegenüber den anderen Rauchrohren (5) dieses Zuges vergrößerten Durchmesser aufweist, und der Durchlaßquerschnitt dieses Rauchrohres (6) mittels einer Drosselklappe (9) regelbar ist.
2. 2. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (9) an dem katalysatorseitigen Ende des Rauchrohres (6) angeordnet ist.
3. 3. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des hinsichtlich seines Durchlaßquerschnitts regelbaren Rauchrohres (6) ein Mehrfaches, beispielsweise das 5- bis 6-fache des Durchmessers der anderen Rauchrohre (5) des Rauchrohrzuges beträgt.
4. 4. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Katalysator (14) vorgeschaltete Zug als Rauchrohrzug (4) mit Rauchrohren von im wesentlichen gleichem Durchmesser ausgebildet ist und mehrere dies» Rauchrohre durchlaßquerschnittsvercngende, temperaturgesteuerte Verschlußglied», beispielsweise Drosselklappen (9) aufweisen.
5. 5. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der dem Katalysator (14) vorgeschaltete wie auch der diesem nachgeschaltete Zug (4,15) liegend angeordnet sind, die Hauptströmungsrichtung der Rauchgase in diesen Zügen (4,15) im wesentlichen horizontal verläuft
6. 6. Dampfkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Züge (4,15) im wesentlichen parallel zueinander liegen und die Hauptströmungsrichtungen der Rauchgase in diesen Zügen (4,15) in einander entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
7. 7. Dampfkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das katalysatorseitige Ende des im Durchlaßquerschnitt regelbaren Zuges (4) in eine mittels einer Tür oder Klappe (8) verschließbare Kammer (7) mündet
8. 8. Dampfkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (7) stimseitig am Kessel vorgesehen ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -4-