AT502171B1

AT502171B1 - Verfahren zur entstickung der abgase aus glüh- und beizlinien, sowie glüh- und beizlinie, insbesonders für edelstahl-warm- oder -kaltband

Info

Publication number: AT502171B1
Application number: AT0032306A
Authority: AT
Inventors: Ferdinand Reiter; Gilst Peter Van; Rodney Verkaart
Original assignee: Andritz Ag Maschf
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-02-15
Also published as: US20070205542A1; TW200740510A; AT502171A4; KR101424093B1; DE102007007324A1; CN101058056A; KR20070089063A; TWI406701B; US7648673B2; DE102007007324B4; CN101058056B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entstickung der Abgase aus Glüh- und Beizlinien, wobei die Abgase der Beizsektion erwärmt und mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) entstickt werden, sowie eine Glüh- und Beizlinie, insbesondere für Edelstahl-Warm- oder -Kaltband, umfassend zumindest einen Glühofen und zumindest eine Beizsektion, sowie eine 5 Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion, welche mit dem Abgassystem zumindest einer Beizsektion verbunden ist.

Zur Entstickung von Rauchgasen wird bei herkömmlichen Verbrennungsanlagen bereits seit geraumer Zeit die SCR (Selective Catalytic Reduction)-Technologie angewendet. Mit Hilfe eines io Katalysators findet dabei die Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff und Wasser statt. Auch für die Behandlung von Nox-haltigen Abgasen aus der chemischen Metallbehandlung, insbesondere aus Beizprozessen, findet diese Technologie ihre Anwendung.

Die SCR-Katalysatoren benötigen typischerweise eine Betriebstemperatur zwischen 250°C und 15 300°C, um entsprechende Aktivität aufzuweisen. Die minimale Betriebstemperatur liegt bei etwa 200°C, wobei als limitierender Faktor die Bildung von Ammoniumnitrat wirkt. Da die Abgase aus den Beizlinien Temperaturen von ca. 40°C aufweisen, ist ein hoher Aufwand erforderlich, um diese Abgase auf die für die SCR-Technologie nötige Temperatur zu bringen. 20 Getrennt von der Beizsektion weisen Linien zur Metallbehandlung oft auch Glühöfen auf, die üblicherweise mit Low-Nox-Brennern ausgerüstet sind. Die zu garantierenden Nox-Gehalte in den Ofenabgasen von 200 bis 240 mg/Nm3 sind bei manchen Fahrweisen jedoch nur schwer einzuhalten, so daß zur gesicherten Einhaltung der zu garantierenden Werte ebenfalls zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. 25

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein Verfahren der eingangs angegebenen Art mit gesicherter Einhaltung niedrigster Nox-Wert im Abgas bei geringstmöglichem Aufwand dafür. Eine weitere Aufgabe der Erfindung war eine Glüh- und Beizlinie, die zur Erreichung dieses Zieles ausgelegt ist. 30

Die Lösung der ersten Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß den Abgasen der Beizsektion vor der selektiven katalytischen Reduktion Wärme aus den Abgasen des Glühofens zugeführt wird. Damit geht der Wärmegehalt der Abgase des Glühofens nicht verloren, sondern kann anstelle externer Energiezufuhr zur Erwärmung der Beizabgase für die SCR-Behandlung 35 genutzt werden, wodurch der Gesamtenergiebedarf drastisch reduziert werden kann.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abgase der Beizsektion und die Abgase des Glühofens zusammengeführt und gemeinsam der selektiven katalytischen Reduktion unterzogen werden. Durch diese Maßnahme wird die Nox-40 Konzentration bereits vor der SCR-Behandlung drastisch gesenkt, was sich positiv auf die Abscheideleistung des Katalysators auswirkt. Andererseits kann der Ofen ausschließlich nach den Produktionsanforderungen betrieben werden, da leichte Überschreitungen der Nox-Gehalte seiner Abgase durch die SCR-Behandlung aufgefangen werden. 45 Vorteilhafterweise wird dabei den Abgasen der Beizsektion vor Zusammenführung mit den Abgasen des Glühofens Wärme aus dem bereits zusammengeführten Strom von Abgasen aus Beizsektion und Glühofen zugeführt. Da die Menge der Abgase des Glühofens sehr viel höher ist als die Menge der Abgase der Beize kann ein sehr guter Wärmeübergang und damit eine Erhöhung des Summen-Wirkungsgrades erzielt werden. 50

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist dabei speziell vorgesehen, daß den Abgasen der Beizsektion vor Zusammenführung mit den Abgasen des Glühofens Wärme aus dem bereits zusammengeführten und mittels der selektiven katalytischen Reduktion behandelten Strom von Abgasen zugeführt wird. 55 3 AT 502 171 B1

Um allfällige Betriebsbedingungen des Ofens mit Abgabe von nicht ausreichend heißen Abgasen oder zu geringen Abgasmengen ausgleichen zu können, sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor, daß den Abgasen der Beizsektion zusätzlich Wärme von externen Quellen zugeführt wird. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für ferritische Mate-5 rialien und Edelstahl-Warmband angewendet werden.

Vorzugsweise werden die Abgase der Beizsektion auf eine Temperatur zwischen 140°C und 280°C erwärmt. io Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die zusammengeführten Abgase vor der selektiven katalytischen Reduktion auf eine Temperatur zwischen 200eC und 360°C erwärmt.

Die eingangs beschriebene Glüh- und Beizlinie ist zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Zusammenführung des Abgassystems des Glühofens 15 und des Abgassystems der zumindest einen Beizsektion vor der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion. Damit können leichte Überschreitungen der Nox-Gehalte der Abgase des Ofens durch die SCR-Behandlung aufgefangen werden, und er kann somit ausschließlich nach den Produktionsanforderungen gefahren werden. Die Nox-Konzentration im für die SCR-Behandlung vorgesehen Abgase wird ebenfalls bereits vor dieser Behandlung drastisch ge-20 senkt, was sich positiv auf die Abscheideleistung des Katalysators auswirkt.

Um die speziell den Ofenabgasen innewohnende Wärme nutzen zu können, ist vorteilhafterweise hinter der Zusammenführung der Abgassysteme von Glühofen und der zumindest einen Beizsektion und vor der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion ein Wärmetauscher, 25 vorzugsweise ein Rekuperator, eingesetzt ist.

Wenn gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Anlage der Anschluß des Wärmetauschers für das Niedertemperaturmedium mit dem Abgassystem der zumindest einen Beizsektion verbunden ist, kann durch die für die SCR-Technologie notwendige Erwärmung der Abgase 30 der Beizsektion mittels der Abgase des Ofens Fremdenergiezufuhr vermieden werden.

Ein besonders guter Wärmeübergang kann aufgrund der relativen Verhältnisse zwischen der großen Menge an Abgasen mit hoher Temperatur und der geringen Menge an Abgase mit geringer Temperatur erzielt werden, wenn der Anschluß des Wärmetauschers für das Hoch-35 temperaturmedium mit der Zusammenführung der Abgassysteme von Glühofen und der zumindest einen Beizsektion verbunden ist. Dabei wird auch das weiter der SCR-Behandlung zugeführte Abgas nicht so weit abgekühlt, daß es unter die Betriebstemperatur der SCR-Anlage gerät. 40 Um allfällige Temperaturabfälle aufgrund Ausfalls, gewünschter Stilllegung - wie etwa bei Edelstahl-Warmband, und zu geringe Abgasmengen des Ofens ausgleichen zu können, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zwischen dem Austritt für das Niedertemperaturmedium aus dem Wärmetauscher und der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion ein Brenner, vorzugsweise ein Low-Nox-Brenner, eingesetzt. 45

Vorteilhafterweise ist der Wärmetauscher als Kreuzstrom-Wärmetauscher ausgebildet.

In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. 50

Dabei zeigt die Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Glüh- und Beizlinie, Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen SCR-Behandlung für die Abgase der Beizsektion der Anlage aus Fig. 1, Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Glüh- und Beizlinie in erfindungsgemäßer Konfiguration, und Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Auslese gung der SCR-Behandlung der Abgas der Anlage von Fig. 3.

Claims

4 AT 502 171 B1 Die in Fig. 1 schematisch dargestellt Anlage umfaßt eine Glühsektion 1 und eine Beizlinie, bestehend aus eine Vorbeize 2 und einer Mischsäure-Beizsektion 3. Für Edelstahl-Warmband kann die Glühsektion 1 allenfalls vermieden oder zumindest sehr klein ausgelegt sein. Die Abgase des Glühofens der Glühsektion 1 werden über den Abzug 4 abgeführt und werden, 5 speziell wenn der Glühofen wie heute üblich mit Low-Nox-Brennern ausgerüstet ist, unbehandelt abgeleitet. Auch die Abgase der Vorbeize 2 und der Mischsäure-Beizsektion 3 werden über separate Abzüge 5,6 abgeführt. Üblicherweise ist der Abzug 6 der Mischsäure-Beizsektion 3 mit einer SCR-Anlage verbunden, io wie sie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Vom Abzug 6 kommend werden die Abgase der Beizsektion 3 durch einen Wärmetauscher 7, vorzugsweise einen Kreuzstrom-Wärmetauscher, geführt, um die Abgase der Beizsektion von den typischerweise ca. 40°C vorzuwärmen. Hinter diesem Wärmetauscher 7 ist ein Brenner 8 vorgesehen, vorzugsweise wieder ein Low-Nox-Brenner, der die 3.000 bis 20.000 Nm3/h Abgase der Beizsektion auf die Betriebstemperatur für 15 den SCR-Reaktor 9 aufheizt, typischerweise auf zumindest 200°C, vorzugsweise aber auf 250°C bis 300°C. Die behandelten Abgase werden dann durch den Wärmetauscher 7 geführt, um dort die Abgase der Beizsektion 3 vorzuwärmen. Anschließend werden die Abgase über einen Kamin 10 in die Umgebung abgelassen. 20 Die neue Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung sieht dagegen vor, daß die Abgase der Mischsäure-Beizsektion 3 nicht separat gehandhabt werden, sondern - wie durch die Verbindungslinie 11 symbolisiert - mit den Abgasen der Glühsektion 1 zusammengeführt und gemeinsam weiter behandelt werden. Durch Zusammenführung der 3.000 bis 20.000 Nm3/h Abgase der Beizsektion mit hohem Nox-Gehalt und der ca. 10.000 bis 80.000 Nm3/h Abgase der Glüh-25 Sektion 1 mit viel geringerem Gehalt an Stickoxiden sinkt die Nox-Konzentration bereits vor der SCR-Behandlung drastisch. Vorteilhafterweise wird dies derart durchgeführt, daß wieder die Abgase der Mischsäure-Beizsektion 3 nach dem Abzug 6 durch den Wärmetauscher 7 geführt werden, um sie dort 30 vorzuwärmen. Die bei Verlassen des Wärmetauschers 7 auf ca. 140°C und 280°C erwärmten Abgase werden dann mit den Abgasen des Glühofens der Glühsektion 1, die eine Temperatur von 250°C bis 400°C aufweisen, zusammengeführt, was für das Abgasgemisch dann - je nach den relativen Abgasmengen und deren Temperatur - eine Temperatur von 200°C bis 360°C beim Eintritt in den SCR-Reaktor 9 ergibt. Damit kann die SCR-Reaktion bei optimaler Tempe-35 ratur und bestem Wirkungsgrad ablaufen. Die immer noch sehr hohe Temperatur der Abgase nach der SCR-Behandlung wird dann genutzt, indem diese Abgase vor Ablassen in die Umgebung durch den Wärmetauscher 7 geführt werden, um dort ihre Wärme an die Abgase der Beizsektion 3 abzugeben und diese Abgase vorzuwärmen. Dies geschieht aufgrund der gegenüber der Menge an Beiz-Abgasen bedeutend größeren Menge an Misch-Abgas mit hoher Tem-40 peratur mit besonders guter Wirkung, so daß die Energie der Abgase optimal genutzt wird. Anschließend wird dann ein optimal entsticktes Abgas durch den Kamin 10 in die Umgebung abgegeben. Falls die aktuellen Betriebsbedingungen des Ofens nicht zur Abgabe von ausreichend heißen 45 Abgasen oder zu geringen Abgasmengen führen, kann allenfalls zwischen dem Wärmetauscher 7 und dem SCR-Reaktor 9 anstelle oder zusätzlich zur Einleitung der Abgase der Glühsektion 1 ein Zusatzbrenner vorgesehen sein, vorzugsweise natürlich auch ein Low-Nox-Brenner. so Patentansprüche: 1. Verfahren zur Entstickung der Abgase aus Glüh- und Beizlinien, wobei die Abgase der Beizsektion erwärmt und mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) entstickt werden, dadurch gekennzeichnet, daß den Abgasen der Beizsektion (3) vor der selektiven katalyti-55 sehen Reduktion (9) Wärme aus den Abgasen des Glühofens (1) zugeführt wird. 5 AT502171 B1
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase der Beizsektion (3) und die Abgase des Glühofens (1) zusammengeführt und gemeinsam der selektiven katalytischen Reduktion (9) unterzogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Abgasen der Beizsektion (3) vor Zusammenführung mit den Abgasen des Glühofens (1) Wärme aus dem bereits zusammengeführten Strom von Abgasen aus Beizsektion und Glühofen zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Abgasen der Beizsektion io (3) vor Zusammenführung mit den Abgasen des Glühofens (1) Wärme aus dem bereits zusammengeführten und mittels der selektiven katalytischen Reduktion (9) behandelten Strom von Abgasen zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Abgasen 15 der Beizsektion (3) zusätzlich Wärme von externen Quellen zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase der Beizsektion (3) auf eine Temperatur zwischen 140°C und 280°C erwärmt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusam mengeführten Abgase vor der selektiven katalytischen Reduktion (9) auf eine Temperatur zwischen 200°C und 360°C erwärmt werden.
8. Glüh- und Beizlinie, insbesondere für Edelstahl-Warm- oder -Kaltband, umfassend zumin- 25 dest einen Glühofen und zumindest eine Beizsektion, sowie eine Anlage zur selektiven ka talytischen Reduktion, welche mit dem Abgassystem zumindest einer Beizsektion verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Zusammenführung des Abgassystems des Glühofens (1) und des Abgassystems der zumindest einen Beizsektion (3) vor der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion (9). 30
9. Glüh- und Beizlinie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Zusammenführung der Abgassysteme von Glühofen (1) und der zumindest einen Beizsektion (3) und vor der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion (9) ein Wärmetauscher (7), vorzugsweise ein Rekuperator, eingesetzt ist. 35
10. Glüh- und Beizlinie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Wärmetauschers (7) für das Niedertemperaturmedium mit dem Abgassystem der zumindest einen Beizsektion (3) verbunden ist.
11. Glüh- und Beizlinie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Wärmetauschers (7) für das Hochtemperaturmedium mit der Zusammenführung der Abgassysteme von Glühofen (1) und der zumindest einen Beizsektion (3) verbunden ist.
12. Glüh- und Beizlinie nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß 45 zwischen dem Austritt für das Niedertemperaturmedium aus dem Wärmetauscher (7) und der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion (9) ein Brenner, vorzugsweise ein Low-NOx-Brenner, eingesetzt ist.
13. Glüh- und Beizlinie nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der so Wärmetauscher (7) als Kreuzstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 55