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Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Schwefeltrioxid und Stickoxiden aus Rauchgasen, deren Wärmeenergie in mindestens einem Wärmetauscher genutzt wird, unter Zusatz von Ammoniak oder von mindestens einer unter den Systembedingungen Ammoniak bildenden Verbindung, wobei die Stickoxide katalytisch reduziert werden und eine Staubabscheidung erfolgt.
Rauchgase, die aus der Verbrennung von schwefelhaltigen Brennstoffen stammen, enthalten u. a.
Schwefeloxide (SO2 und S03) und Stickoxide (noix), deren weitestgehende Abtrennung und Unschädlichmachung aus den verschiedensten Gründen erforderlich ist. Das erfindungsgemässe Verfahren betrifft die Abtrennung von S03 und NO". Die Aufarbeitung bzw. Abtrennung von Schwefeldioxid erfolgt in einem nachfolgenden Verfahren.
Das S03 kondensiert unterhalb bestimmter Temperaturen mit dem im Rauchgas enthaltenen wasserdampf zu Schwefelsäure und verursacht in den nachgeschalteten Anlageteilen Korrosionen. Somit ist bei Anwesenheit von S03 der effektiven Nutzung der Wärmeenergie deshalb eine Grenze gesetzt, da die Betriebstemperatur über dem Taupunkt der Schwefelsäure liegen muss. Da dieses Problem insbesondere im Teil- und Niedriglastbereich von Dampferzeugern besteht, ist der nutzbare Lastbereich sehr eingeschränkt.
Es besteht daher die Tendenz, derartige Anlagen bei relativ hohen Temperaturen zu betreiben, was jedoch kostenaufwendig ist und eine unzureichende Energienutzung bedingt.
Zur Rauchgasentstickung, insbesondere bei Kohle- und Ölkraftwerken, aber auch zur Reinigung der Rauchgase in anderen Industriezweigen, werden Verfahren angewendet, bei welchen die Stickoxide katalytisch zu unschädlichen Reaktionsprodukten (N2 und H20) umgesetzt werden. Das derzeit am häufigsten verwendete Verfahren ist das Selective Catalytic Reduction- (SCR)-Verfahren. Dabei wird Ammoniak oder mindestens eine unter den Systembedingungen Ammoniak bildende Verbindung vor einer den Katalysator enthaltenden Reaktionskammer in den Rauchgaskanal eingebracht. In der Katalysatorkammer werden die Stickoxide zu Stickstoff und Wasser umgesetzt, wobei eine Verringerung der Stickoxidkonzentration von über 90 % erzielt werden kann.
Als Verbindungen, welche unter den Systembedingungen Ammoniak bilden, dienen beispielsweise Salmiak (NHOH) oder Harnstoff.
Es ist üblich, diese Katalysatoren bei relativ hohen Temperaturen von mindestens etwa 300'C zu betreiben, da sich dort sonst als Umsetzungsprodukt aus Schwefeltrioxid und Ammoniak Ammoniumhydro- gensu) fat (NH HSOt) biidet. Ammoniumhydrogensuifat steiit eine klebrige Verbindung dar, weiche bei niedrigeren Temperaturen zu Verkrustungen am Katalysator und infolgedessen zu Betnebsstörungen führt. Somit bestimmt die Konzentration des S03 Im Rauchgas die niedrigste Betriebstemperatur der SCRAnlage.
Bei manchen Verfahren dieser Art wird das Rauchgas vor Eintritt in die Katalysatoranlage einer Wäsche unterzogen, um aus diesem die Schwefeloxide zu entfernen. Diese Entschwefelungsverfahren wirken jedoch nicht vollständig. Die hohe Katalysatortemperatur muss daher trotzdem eingehalten werden und die abgekühlten, wasserdampfgesättigten Rauchgase müssen unter hohem Pnmärenergiebedarf wieder aufgewärmt werden.
Bei den üblichen hohen Katalysatortemperaturen besteht jedoch die Gefahr, dass im Rauchgas enthaltenes S02 Im Bereich des Katalysators zu S03 oxidiert wird. Dieses zusätzliche S03 bedingt Jedoch wiederum die vorstehend dargelegten Probleme im Katalysatorbereich.
Aus der DE-OS 35 33 199 ist es bekannt, Abgase von Feuerungsanlagen in Nachschaltung zur Entschwefelung zu reinigen. Dabei werden in den entschwefelten Abgasen die Stickoxide unter Zustz reduzierend wirkender Substanzen katalytisch bei erhöhter Temperatur reduziert. Weiters wird die Wärme der reduzierten Abgase an die noch zu reduzierenden Abgase abgegeben. Bei diesem Verfahren ist jedoch eine Aufheizung der entschwefelten Abgase erforderlich.
Wie dies vorstehend dargelegt wurde, wirken derartige bekannte Entschwefelungsverfahren nicht vollständig, weswegen zur Vermeidung der Ammoniumhydrogensulfatbildung hohe Katalysatortemperaturen eingehalten werden müssen, wodurch eine Verteuerung der Verfahren verursacht wird.
Aus der DE-OS 34 12 870 ist weiters ein Verfahren bekannt, bei welchem die Rauchgase zuerst abgekühlt und vorgereinigt, weiters einer S02-Wäsche unterzogen und anschliessend der bekannten reduktiv-katalytischen Behandlung zur Entfernung der Stickoxide zugeführt werden. Dabei muss wieder eine Aufheizung der gewaschenen Rauchgase erfolgen, wobei die Wärme der aus dem Katalysatorteil abziehen- den gereinigten Gase ausgenützt wird. Demgegenüber liegt der gegenständlichen Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Katalysatortemperatur wesentlich niedriger als bel den bekannten Verfahren zu halten, wodurch keine nochmalige, kostenaufwendige Aufheizung der Abgase erforderlich ist.
Der gegenständlichen Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches mit beliebigen Brennstoffen einen einfachen Betrieb der Anlage über den gesamten Lastbereich des Kessels sowie einen problemlosen undtörungsfreien Betrieb im Luftvorwärmer
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ermöglicht. Somit soll bei besserer Energienutzung eine den modernen Anforderungen der Rauchgasreinigung entsprechende Verfahrensführung ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die zur Abscheidung von Schwefeltrioxid und zur Erzielung der gewünschten Reduktionsrate der Stickoxide stöchiometrisch erforderliche Gesamtmenge an Ammoniak oder an einer Ammoniak bildenden Verbindung vor mindestens einem der Katalysatoranlage vorgelagerten Wärmetauscher und insgesamt vor der Katalysatoranlage zugeführt wird, wodurch das SO3 mit Ammoniak zu festem Ammonsulfat umgesetzt und im Staubabscheider aus den Rauchgasen abgeschieden wird.
Als Gesamtmenge Ammoniak bzw. der mindestens einen unter den Systembedingungen Ammoniak bildenden Verbindung ist jene Menge definiert, die mindestens der stöchiometrisch für die Summe der Reaktionen 4 NO + 4 NH3 + 02 - 4 N2 + 6 H20 2 N02 + 4 NH3 + 02-3 N2 + 6 H20
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gemäss dem vorgegebenen Abscheidungs- bzw. Reduktionsgrad erforderlichen Menge entspricht.
Dabei kann zumindest ein Teil des Ammoniaks oder der mindestens einen unter den Systembedingungen Ammoniak bildenden Verbindung vor einem Fernwärmetauscher, vor einem Luftvorvärmer. vor oder zwischen Economizer-Paketen, zwischen oder vor Verdampfer-Paketen bzw. zwischen oder vor ÜberhitzerPaketen zugesetzt werden. Es ist auch eine Kombination dieser unterschiedlichen Arten der Ammoniakzufuhr möglich.
Eine weitere Art dieser Zuführung besteht darin, den Ammoniak bzw. die mindestens eine Ammoniak bildende Verbindung zumindest teilweise direkt in den Feuerraum einzubringen. Dabei kann in apparativ einfacher und wenig aufwendiger Weise ein Teil des Ammoniaks oder der Ammoniak bildenden Verbindung dem Sekundärluftkanal zugesetzt werden. Weiters kann ein Teil der für die Stickoxidreduktion erforderlichen Menge des Ammoniaks bzw. der mindestens einen unter den Systembedingungen Ammoniak bildenden Verbindung unmittelbar vor der Katalysatoranlage zugesetzt werden. Zudem kann die Staubabscheidung zwischen der S03-Umsetzung und der katalytischen NOx-Reduktion vorgenommen werden.
Durch die möglichst frühe Ammoniakzufuhr in den heissen Bereich haben erstens die Stickoxide bereits vor ihrem Eintritt in den Katalysatorraum die Möglichkeit zur Reaktion mit Ammoniak, wodurch die verwendete Katalysatormenge herabgesetzt werden kann. Zweitens bildet sich durch Reaktion des Schwefeltrioxids mit dem Ammoniak bei gleichzeitiger Abkühlung an den Wärmetauscherflächen Ammonsulfat (- (NHt) 2SO ). weiches aus dem dampfförmigen Zustand in praktisch umgekehrter Sublimation direkt in den festen, staubförmigen Zustand übergeht. Die Temperaturen, bei welchen diese Bildung von staubförmigem Ammonsulfat stattfindet, liegen vorzugsweise bei 100'C bis 400.
C, Insbesondere bei 150. C bis 300'C und besonders bevorzugt bei 160'C bis 220 *C. Die katalytische NOx-Reduktion wird vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 150'C bis 300 C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 160'C bis 220 C. durchgeführt. Weiters kann die Zufuhr der Gesamtmenge an Ammoniak oder der mindestens einen unter den Systembedingungen Ammoniak bildenden Verbindung in Abhängigkeit von der Konzentration der restlichen Stickoxide im Rauchgas oder des Ammoniaks im Rauchgas nach dem Durchgang desselben durch den Katalysator geregelt werden.
Nach der Umsetzung des S03 mit Ammoniak kann noch eine Restmenge an Ammoniak bzw.
Ammoniak bildender Verbindung unmittelbar vor der Katalysatoranlage in das System eingeführt werden.
Wenn Ammoniak bzw. Ammoniak bildende Verbindungen in den Feuerraum direkt zugeführt werden, muss die Verbrennung eines Teiles des eingesetzten Ammoniaks in Kauf genommen werden, wobei jedoch die eingesparte Katalysatormenge diesen Nachteil mindestens zum Tell wieder wettmacht.
Bevorzugt wird weiters der Ammonsulfat-Staub vor Eintritt der Rauchgase In die Katalysatoranlage in einem Entstaubungsfilter abgetrennt. Da der Katalysator bei dieser Verfahrensführung jedoch bei wesentlich tieferen Temperaturen als bisher, nämlich bevorzugt bei 150'C bis 300 C, insbesondere bel 160'C bis 220 C, betneben werden kann, stört hier das staubförmige Ammonsulfat nicht, wenn es In den Katalysator gelangen sollte.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird eine deutlich bessere Nutzung der Wärmeenergie der Rauchgase erzielt bzw. wird der Wirkungsgrad des Verfahrens gesteigert. Es steht der gesamte Lastbereich des Kessels zur Verfügung, da auch Im Teillastbereich keine Beeinträchtigungen durch Korrosionen oder Bildung von klebngem Ammoniumhydrogensulfat erfolgen. Wenn zumindest ein Teil der Gesamtmenge an Ammoniak bzw. von Ammoniak bildenden Verbindungen zwischen oder vor den Economizer-Paketen zugeführt wird, wird die Korrosionsgefahr für die nachgeschalteten Wärmetauscher-Pakete, die wegen der
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niedrigeren Temperaturen am meisten gefährdet sind, d. h. für den Luftvorwärmer oder einen Fernwärme- tauscher, gänzlich vermieden.
Durch die tiefere Katalysatortemperatur besteht keine Gefahr der unerwünschten Oxidation des im Rauchgas enthaltenen S02 und S03. Schliesslich wird als besonderer Vorteil zusätzlich zu den vorstehend genannten Verbesserungen noch eine quantitative Regelung des Verfahrens ermöglicht.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die für die Reaktion mit der gesamten Stickoxid- und Schwefeltrioxid-Fracht notwendige Menge von Ammoniak oder der mindestens einen Ammoniak bildenden Verbindung in Abhängigkeit von der Konzentration der restlichen Stickoxide im Rauchgas nach dem Durchgang desselben durch den Katalysator geregelt. Da bei dem vorliegenden Verfahren das S03 bereits vor Eintritt der Rauchgase In Form von festem Ammonsulfat aus denselben ausgeschieden wurde, liefert die Messung der Restkonzentrationen für NOx in den aus dem Katalysator austretenden Rauchgasen eine Basis für die Regelung der NH3-Zugabe. Es wird dadurch gleichzeitig für die Abscheidung von S03 und NOx gesorgt.
Diese Verfahrensführung ist besonders wertvoll, da bislang eine kontinuierliche Messung von S03 und somit eine Überwachung und Regelung bei einer Schwefeltrioxidabscheidung durch Einführung von Ammoniak oder Ammoniak bildenden Verbindungen nicht möglich war.
In ähnlicher Weise kann die Steuerung der NH3-Zufuhr auch auf der Basis der NH3-Messung der aus der Katalysatoranlage austretenden Rauchgase, gegebenenfalls in Kombination mit der NOx-Messung, erfolgen.
Die Ermittlung der Stickoxidkonzentration im Reingas kann kontinuierlich erfolgen, sodass eine kontinuerliche Überwachung und damit auch eine kontinuierliche Regelung der Ammoniakeinbringung in einfacher Weise möglich ist. Auch die Betriebssicherheit wird dadurch wesentlich erhöht.
Die gegenständliche Erfindung betrifft weiters eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, mit mindestens einem Feuerraum, mindestens einem Wärmetauscher zur Nutzung der Wärmeenergie der Rauchgase, mindestens einer Katalysatoranlage zur Entstickung, mindestens einer Entstaubungsanlage, einer Zuleitung für Verbrennungsluft und Zufuhreinrichtungen für Ammoniak bzw. für mindestens eine unter den Systembedingungen Ammoniak bildende Verbindung. Dabei münden erfindugnsgemäss die Zufuhreinrichtungen für Ammoniak bzw. für die Ammoniak bildende Verbindung in den Feuerraum und bzw. oder vor mindestens einem der Katalysatoranlage vorgeschalteten Wärmetauscher und gegebenenfalls unmittelbar vor der Katalysatoranlage in den Rauchgaskanal.
Entsprechend der Verfahrensführung kann die Zufuhreinrichtung für Ammoniak bzw. eine Ammoniak bildende Verbindung vor einem Fernwärmetauscher, vor einem Luftvorwärmer, zwischen oder vor Economizer-Paketen, zwischen oder vor Verdampfer-Paketen bzw. zwischen oder vor Überhitzer-Paketen in den Rauchgaskanal münden. Die Zufuhreinnchtung für einen Teil des Ammoniaks bzw der Ammoniak bildenden Verbindung können auch unmittelbar vor der Katalysatoranlage vorgesehen sein. Gemäss weiteren Ausführungsvarianten mündet eine Zuleitung direkt in den Feuerraum oder in die zum Feuerraum führende
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angeordnet. Sie kann jedoch auch später angeordnet sein.
Das erfindungsgemässe Verfahren und eine zu dessen Durchführung dienende Anlage sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Anlage weist einen Feuerraum 1 auf, in dem beliebige schwefelhaltige Brennstoffe, wie Kohle, Schweröl, Sonderbrennstoffe od. dgl., verbrannt werden. Der Brennstoff wird über eine Leitung 10 zugeführt. Die Verbrennungsluft gelangt über eine Leitung 11 zum Brenner, über eine Leitung 11 a wird Sekundärluft eingeleitet.
Über eine Leitung 20 wird Ammoniak bzw. werden eine oder mehrere Verbindungen, die unter den Systembedingungen Ammoniak bilden, dem System zugeführt. Eine Leitung 22 führt zur Sekundärluftlei- tung Ha. Durch eine Leitung 21 kann die Zufuhr direkt in den Feuerraum 1 erfolgen.
Aus dem Feuerraum 1 wird das Rauchgas über einen Kanal 12 geführt, in dem zumindest ein Wärmetauscher vorgesehen ist. In der dargestellten Variante sind als Wärmetauscher ein Überhitzer 2, ein Verdampfer 3, zwei Economizer 4a, 4b, ein Luftvorwärmer 5 sowie ein Fernwärmetauscher 6 vorgesehen.
Im Luftvorwärmer 5 wird die durch die Leitung 11 zugeführte Verbrennungsluft vorgewärmt.
Zur Einbringung des Ammoniaks bzw. der mindestens einen Ammoniak bildenden Verbindung vor dem Überhitzer 2 dient eine Leitung 23, vor dem Verdampfer 3 dient eine Leitung 24, vor bzw. zwischen den Economizern 4a, 4b dienen Leitungen 25a, 25b, vor dem Luftvorwärmer 5 dient eine Leitung 26 und vor dem Fernwärmetauscher 6 dient eine Leitung 27. Ein Teil des Ammoniaks bzw. der Ammoniak bildenden Verbindung kann über Leitungen 28 bzw. 28a unmittelbar vor der Katalysatoranlage eingeführt werden.
Es sei nochmals erwähnt, dass diese Leitungen einzeln oder in Kombinationen verwendet werden können, sofern die Gesamtmenge des Ammoniaks bzw. der mindestens einen Ammoniak bildenden
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Verbindung vor der Katalysatoranlage in das System eingebracht wird.
Erfindungsgemäss gelingt eine Verdichtung des Ammonsulfat durch Abkühlung an den Wärmetau- scherf) aachen unter Bildung eines staubförmigen Produktes, das im Vergleich zum Ammoniumhydrogensulfat wesentlich leichter zu handhaben und aus dem System zu entfernen ist.
Die Rauchgasleitung 12 führt nach den Wärmetauschern direkt oder gegebenenfalls über eine Entstaubungsanlage 7 in die SCR-Anlage 8 bzw. 8a, In weicher die katalytische NOx-Umsetzung erfolgt. Die SCRAnlage 8a ist strichliert dargestellt, um die genannte wahlweise Anordnung zu zeigen. In einer weiteren Leitung 13 strömt das gereinigte Gas ab. Aus dieser Leitung 13 wird kontinuierlich ein Teil des Gases als Messstrom an die Messgeräte Q NOx und/oder Q NH3 abgegeben. Diese liefern über die Steuereinnchtung ein Signal für die Mengenregelung des Ammoniaks bzw. der mindestens einen Ammoniak bildenden Verbindung (FIC).
Die Anzahl und die Anordnung der Wärmetauscher im Rauchgaskanal oder der nachgeschalteten Anlagenteile können unterschiedlich gewählt werden. Zur Einbringung von Ammoniak bzw. der mindestens einen Ammoniak bildenden Verbindung können Kombinationen der angegebenen Zuleitungen gewählt werden. Wesentlich ist, dass die Gesamtmenge des Ammoniaks bzw. der mindestens einen Ammoniak bildenden Verbindung vor der Katalysatoranlage zugeführt wird.
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The subject invention relates to a process for removing sulfur trioxide and nitrogen oxides from flue gases, the thermal energy of which is used in at least one heat exchanger, with the addition of ammonia or at least one compound which forms ammonia under the system conditions, the nitrogen oxides being catalytically reduced and dust being separated off.
Flue gases from the combustion of fuels containing sulfur may contain a.
Sulfur oxides (SO2 and S03) and nitrogen oxides (noix), the greatest possible separation and neutralization of which is necessary for various reasons. The process according to the invention relates to the removal of SO 3 and NO ". The processing or removal of sulfur dioxide takes place in a subsequent process.
The S03 condenses below certain temperatures with the water vapor contained in the flue gas to sulfuric acid and causes corrosion in the downstream system parts. Thus, when S03 is present, there is a limit to the effective use of thermal energy, since the operating temperature must be above the dew point of the sulfuric acid. Since this problem exists particularly in the partial and low load range of steam generators, the usable load range is very limited.
There is therefore a tendency to operate such systems at relatively high temperatures, but this is expensive and results in inadequate use of energy.
For the denitrification of flue gas, in particular in coal and oil power plants, but also for the purification of flue gases in other branches of industry, processes are used in which the nitrogen oxides are catalytically converted into harmless reaction products (N2 and H20). The currently most commonly used process is the Selective Catalytic Reduction (SCR) process. Ammonia or at least one compound which forms ammonia under the system conditions is introduced into the flue gas duct upstream of a reaction chamber containing the catalyst. The nitrogen oxides are converted to nitrogen and water in the catalyst chamber, whereby a reduction in the nitrogen oxide concentration of over 90% can be achieved.
Examples of compounds which form ammonia under the system conditions are ammonia (NHOH) or urea.
It is customary to operate these catalysts at relatively high temperatures of at least about 300 ° C., since otherwise ammonium hydrogen sulfate (NH HSOt) is formed as a reaction product of sulfur trioxide and ammonia. Ammonium hydrogen sulfate is a sticky compound which, at lower temperatures, leads to encrustations on the catalyst and consequently to malfunctions. The concentration of the S03 in the flue gas thus determines the lowest operating temperature of the SCR system.
In some processes of this type, the flue gas is subjected to a wash before it enters the catalyst system in order to remove the sulfur oxides from it. However, these desulfurization processes are not completely effective. The high catalyst temperature must therefore still be maintained and the cooled, water vapor-saturated flue gases must be warmed up again with a high consumption of primary energy.
At the usual high catalyst temperatures, however, there is a risk that S02 contained in the flue gas will be oxidized to S03 in the area of the catalyst. However, this additional SO3 again causes the problems in the catalyst area set out above.
From DE-OS 35 33 199 it is known to clean exhaust gases from combustion plants in a subsequent circuit for desulfurization. The nitrogen oxides in the desulfurized exhaust gases are reduced catalytically at elevated temperatures with the addition of reducing substances. Furthermore, the heat of the reduced exhaust gases is given off to the exhaust gases that are still to be reduced. In this process, however, the desulfurized exhaust gases must be heated.
As has been explained above, such known desulfurization processes do not work completely, which is why high catalyst temperatures must be maintained in order to avoid the formation of ammonium bisulfate, which causes the processes to become more expensive.
From DE-OS 34 12 870 a method is also known in which the flue gases are first cooled and pre-cleaned, further subjected to an SO 2 wash and then fed to the known reductive-catalytic treatment for removing the nitrogen oxides. The washed flue gases must be heated up again, using the heat of the cleaned gases that are extracted from the catalyst part. In contrast, the object of the invention is to keep the catalyst temperature substantially lower than bel the known methods, so that no repeated, costly heating of the exhaust gases is required.
The object of the invention is therefore to provide a method of the type specified which, with any fuels, enables simple operation of the system over the entire load range of the boiler and trouble-free and trouble-free operation in the air preheater
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enables. Thus, with better use of energy, a procedure that meets the modern requirements of flue gas cleaning should be made possible.
According to the invention, this object is achieved in that the total amount of ammonia or of a compound which forms stoichiometrically required for the separation of sulfur trioxide and to achieve the desired reduction rate of the nitrogen oxides or of an ammonia-forming compound is supplied in front of at least one heat exchanger upstream of the catalyst system and overall in front of the catalyst system, so that the SO3 converted to solid ammonium sulfate with ammonia and separated from the flue gases in the dust separator.
The total amount of ammonia or the at least one compound which forms ammonia under the system conditions is defined as that amount which is at least stoichiometric for the sum of the reactions 4 NO + 4 NH3 + 02 - 4 N2 + 6 H20 2 N02 + 4 NH3 + 02-3 N2 + 6 H20
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corresponds to the quantity required according to the specified degree of separation or reduction.
At least part of the ammonia or the at least one compound that forms ammonia under the system conditions can be in front of a district heat exchanger, in front of an air preheater. before or between economizer packages, between or before evaporator packages or between or before superheater packages. A combination of these different types of ammonia supply is also possible.
Another type of this feed consists in at least partially introducing the ammonia or the compound which forms at least one ammonia directly into the combustion chamber. Part of the ammonia or the ammonia-forming compound can be added to the secondary air duct in a simple and inexpensive manner. Furthermore, part of the amount of ammonia required for nitrogen oxide reduction or the at least one compound which forms ammonia under the system conditions can be added immediately before the catalyst system. Dust can also be separated between the S03 conversion and the catalytic NOx reduction.
Because the ammonia is fed into the hot area as early as possible, first of all, the nitrogen oxides have the option of reacting with ammonia even before they enter the catalyst space, as a result of which the amount of catalyst used can be reduced. Second, ammonium sulfate (- (NHt) 2SO) is formed by reaction of the sulfur trioxide with the ammonia while cooling on the heat exchanger surfaces. soft from the vaporous state in practically reverse sublimation passes directly into the solid, dusty state. The temperatures at which this formation of dust-like ammonium sulfate takes place are preferably from 100 ° C. to 400 ° C.
C, in particular at 150 ° C. to 300 ° C. and particularly preferably at 160 ° C. to 220 ° C. The catalytic NOx reduction is preferably carried out in a temperature range from 150 ° C. to 300 ° C., in particular in a temperature range from 160 ° C. to 220 ° C. Furthermore, the supply of the total amount of ammonia or the at least one compound which forms ammonia under the system conditions can be regulated as a function of the concentration of the remaining nitrogen oxides in the flue gas or of the ammonia in the flue gas after it has passed through the catalyst.
After the S03 has been reacted with ammonia, a residual amount of ammonia or
Ammonia-forming compound are introduced into the system immediately before the catalyst system.
If ammonia or ammonia-forming compounds are fed directly into the combustion chamber, the combustion of part of the ammonia used must be accepted, although the amount of catalyst saved compensates for this disadvantage at least to the tell.
Furthermore, the ammonium sulfate dust is preferably separated off in a dedusting filter before the flue gases enter the catalyst system. However, since the catalyst in this process can be operated at much lower temperatures than hitherto, namely preferably at 150 ° C. to 300 ° C., in particular at 160 ° C. to 220 ° C., the dust-like ammonium sulfate does not bother here when it gets into the catalyst should.
The method according to the invention achieves a significantly better use of the thermal energy of the flue gases or increases the efficiency of the method. The entire load range of the boiler is available, as there is no impairment due to corrosion or the formation of sticky ammonium bisulfate even in the partial load range. If at least part of the total amount of ammonia or of ammonia-forming compounds is fed between or before the economizer packs, the risk of corrosion for the downstream heat exchanger packets, which is due to the
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lower temperatures are most at risk, d. H. for the air preheater or a district heat exchanger, completely avoided.
Due to the lower catalyst temperature, there is no risk of undesired oxidation of the S02 and S03 contained in the flue gas. Finally, a quantitative advantage of the method is made possible as a special advantage in addition to the improvements mentioned above.
According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the amount of ammonia or the compound forming at least one ammonia necessary for the reaction with the entire nitrogen oxide and sulfur trioxide load is regulated as a function of the concentration of the remaining nitrogen oxides in the flue gas after it has passed through the catalyst . Since in the present process the S03 was excreted in the form of solid ammonium sulfate before the flue gases entered, the measurement of the residual concentrations of NOx in the flue gases emerging from the catalyst provides a basis for regulating the NH3 addition. This ensures that S03 and NOx are separated at the same time.
This procedure is particularly valuable since, up to now, continuous measurement of S03 and therefore monitoring and control in the case of sulfur trioxide separation by introducing ammonia or ammonia-forming compounds has not been possible.
Similarly, the NH3 supply can also be controlled on the basis of the NH3 measurement of the flue gases emerging from the catalyst system, if appropriate in combination with the NOx measurement.
The nitrogen oxide concentration in the clean gas can be determined continuously, so that continuous monitoring and thus also continuous regulation of the ammonia introduction is possible in a simple manner. This also significantly increases operational safety.
The subject invention further relates to a system for carrying out the method according to the invention, with at least one combustion chamber, at least one heat exchanger for using the thermal energy of the flue gases, at least one catalyst system for denitrification, at least one dedusting system, a feed line for combustion air and supply devices for ammonia or for at least one a compound that forms ammonia under the system conditions. According to the invention, the feed devices for ammonia or for the ammonia-forming compound open into the combustion chamber and / or in front of at least one heat exchanger upstream of the catalyst system and, if appropriate, immediately before the catalyst system in the flue gas duct.
According to the procedure, the feed device for ammonia or an ammonia-forming connection can open into the flue gas duct before a district heat exchanger, before an air preheater, between or before economizer packages, between or before evaporator packages or between or before superheater packages. The supply device for part of the ammonia or the ammonia-forming compound can also be provided directly in front of the catalyst system. According to further design variants, a supply line opens directly into the combustion chamber or into the one leading to the combustion chamber
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arranged. However, it can also be arranged later.
The method according to the invention and a system used to carry it out are explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing.
The system has a combustion chamber 1 in which any sulfur-containing fuels, such as coal, heavy oil, special fuels or the like, are burned. The fuel is supplied via a line 10. The combustion air reaches the burner via line 11, secondary air is introduced via line 11 a.
Ammonia or one or more compounds which form ammonia under the system conditions are fed to the system via a line 20. A line 22 leads to the secondary air line Ha. Through a line 21, the supply can take place directly into the combustion chamber 1.
The flue gas is led out of the combustion chamber 1 via a channel 12 in which at least one heat exchanger is provided. In the variant shown, a superheater 2, an evaporator 3, two economizers 4a, 4b, an air preheater 5 and a district heating exchanger 6 are provided as heat exchangers.
In the air preheater 5, the combustion air supplied through line 11 is preheated.
A line 23 is used to introduce the ammonia or the at least one ammonia-forming compound upstream of the superheater 2, a line 24 is upstream of the evaporator 3, lines 25a, 25b are used upstream or between the economizers 4a, 4b, and the air preheater 5 is used a line 26 and in front of the district heat exchanger 6 a line 27 is used. Part of the ammonia or the ammonia-forming compound can be introduced via lines 28 or 28a immediately before the catalyst system.
It should be mentioned again that these lines can be used individually or in combinations, provided that the total amount of ammonia or the at least one ammonia-forming
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Connection is introduced into the system before the catalyst system.
According to the invention, the ammonium sulfate is compressed by cooling on the heat exchanger surfaces to form a dusty product which, compared to ammonium hydrogen sulfate, is much easier to handle and to remove from the system.
The flue gas line 12 leads directly after the heat exchangers or, if appropriate, via a dedusting system 7 into the SCR system 8 or 8a, in which the catalytic NOx conversion takes place. The SCR system 8a is shown in broken lines to show the optional arrangement mentioned. The cleaned gas flows out in a further line 13. From this line 13, part of the gas is continuously delivered as a measuring current to the measuring devices Q NOx and / or Q NH3. These provide a signal for the quantity control of the ammonia or the at least one ammonia-forming compound (FIC) via the control device.
The number and arrangement of the heat exchangers in the flue gas duct or the downstream system parts can be selected differently. Combinations of the specified feed lines can be selected for introducing ammonia or the compound which forms at least one ammonia. It is essential that the total amount of the ammonia or the compound which forms at least one ammonia is fed in before the catalyst system.