AT505542A4 - Anlage zur reinigung der rauchgase eines ofens - Google Patents

Description

  Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Reinigung der Rauchgase eines Ofens, insbesondere eines Zement-Drehrohrofens, mit zumindest einer Staubabscheidungsvorrichtung, die in Strömungsrichtung der Rauchgase nach dem Ofen angeordnet ist, zumindest einer, der zumindest einen Staubabscheidungsvorrichtung nachgeschalteten Zuführeinrichtung für ein Reduktionsmittel zur Reduktion von im Rauchgas enthaltenen Stickoxiden, und zumindest einer Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung, sowie ein Verfahren zur Reinigung der Rauchgase eines Ofens, insbesondere eines Zement-Drehrohrofens, durch selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden mit einem Reduktionsmittel und einem Reduktionskatalysator, wobei die Rauchgase vor der katalytischen Reduktion einer Entstaubung unterzogen werden.
Die Rauchgasentstickung wird üblicherweise mit reduktiven Verfahren durchgeführt.

   Dabei unterscheidet man zwischen der selektiven nicht-katalytischen Reduktion (SNCR) und der selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Mit diesen Verfahren werden bekanntlich die im Rauchgas enthaltenen Stickoxide (NOx), also Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid, durch Zusatz eines Reduktionsmittels - im allgemeinen wird Ammoniak als Reduktionsmittel verwendet - zu elementarem Stickstoff und Wasser abgebaut, die in der Folge als umweltunbedenkliche Stoffe über den Abgasschlot die Verbrennungsanlage verlassen.
Die selektive nicht-katalytische Reduktion erfolgt üblicherweise bei Temperaturen zwischen 900 [deg.]C und 1100 [deg.]C, wobei das Reduktionsmittel direkt in den Ofen eingespeist wird.
Die selektive katalytische Reduktion kann bei deutlich tieferen Temperaturen durchgeführt werden,

   da der Katalysator die für die Reduktionsreaktionen erforderlichen Aktivierungsenergien deutlich reduziert. Zudem kann mit diesem Verfahren der Reduktionsmittel verbrauch im Vergleich zu SNCR Entstickungen, bei denen das Reduktionsmittel überstöchiometrisch eingesetzt wird, verringert werden, da praktisch keine Nebenreaktionen auftreten.
Bei der selektiven katalytischen Reduktion unterscheidet man zwischen so genannten highdust Schaltungen und low-dust Schaltungen. Bei den high-dust Schaltungen erfolgt die Entstickung der Rauchgase vor der Entstaubung, wodurch der Katalysator einer erhöhten Beanspruchimg unterliegt.

   Dies führt in der Regel zu reduzierten Standzeiten des Katalysators bzw. müssen aufwendige Massnahmen getroffen werden, bspw. durch den Einsatz von speziellen Katalysatoren mit entsprechender Geometrie der durch das Katalysatorbett hindurch verlaufenden Kanäle für das Rauchgas, wie dies z.B. in der DE 296 23 503 UI oder der DE 196 35 383 AI beschrieben ist, bzw. müssen Katalysatoren eingesetzt werden, die einer höheren mechanischen Belastung Stand halten, die bspw. durch das periodische Abrütteln der Staubbeladung von den Katalysatorpartikeln verursacht wird.
Beim low-dust Konzept ist die selektive katalytische Reduktion nach der Rauchgasentschwefelung angeordnet, sodass hier die zusätzliche Belastung durch S02und Staub entfällt und damit der Katalysator eine entsprechende höhere Standzeit aufweist.

   Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Rauchgase nur noch eine Temperatur unter 200 [deg.]C aufweisen, sodass das Rauchgas für die katalytische Entstickung wieder erwärmt werden muss. Es ist damit also ein entsprechend hoher zusätzlicher Energiebedarf erforderlich.
Im Stand der Techmk, z.B. der DE 196 12 240 AI, wurden auch bereits Lösungen vorgeschlagen, bei denen der Katalysator pulverformig dem Rauchgasstrom zugesetzt und zusammen mit dem Staub an einem Schlauchfilter abgeschieden wird. Die Reduktion erfolgt dabei während de Strömung der Rauchgase zu dem Schlauchfilter. Der Katalysator wird in der Folge periodisch mit Heissluft vom Schlauchfilter abgeblasen und dabei regeneriert.

   Dies hat jedoch eine zusätzliche Belastung des Filters mit Staub zur Folge, sodass diese öfter gereinigt werden müssen.
Zur Energiegewinnung aus festen, fossilen und insbesondere ballastreichen Brennstoffen, wie z.B. Steinkohle, wurde in der DE 37 31 082 Cl eine Anlage vorgeschlagen, mit wenigstens einem Kessel zum Verbrennen des Brennstoffes, wenigstens einer Dampfturbine und einer Gasturbine zur Gewinnung von Energie aus den Rauchgasen des Kessels, einer Schadstof[iota]beseitigungsanlage, die Mittel zum Entstauben und Entschwefeln der Rauchgase aufweist und einem ersten Gas-Gas- ärmetauscher, in welchem das entstaubte und entschwefelte Reingas durch das vom Kessel kommende Rohgas vorgewärmt wird, wobei das mit dem Rohgas in wärmetauschende Beziehung gebrachte Reingas komprimiert als Maschinengas für wenigstens eine nachgeschaltete Gasturbine verwendet wird.

   In einem Leitungsstrang der Rauchgasleitung hinter der Schadstoffbeseitungsanlage und vor der Gasturbine ist eine NO[chi]-Reduktionsanlage zwischen dem ersten Gas-Gas- Wärmetauscher und einem zweiten Gas-Gas- Wärmetauscher eingebunden. Die Primärseiten dieser beiden GasGas- Wärmetauscher sind in Serie geschaltet und wird auch der weitere Gas-GasWärmetauscher mit den aus dem Kessel kommenden Rohgasen beaufschlagt. Zumindest der für das Reingas zuströmseitige Gas-Gas- Wärmetauscher ist zur Regelung der Austrittstemperatur des unter Druck stehenden Reingases mit veränderbaren Wärmetauscherflächen versehen. Die Reduktionsanlage ist als SCR-Reaktor ausgebildet und mit einem katalytisch wirkenden Adsorptionsmittel versehen. Es soll damit bei Prozessen mit Dampf- und Gasturbinen für eine in allen Lastbereichen wirksame und ökonomische NO[chi]Emissionsminderung erreicht werden.

   Das aus dem Kessel verlassende Rauchgas durchläuft die beiden Gas-Gas- Wärmetauscher, wird danach entstaubt, druckentschwefelt und verdichtet, wobei vor dem katalytischen Reduktionskatalysator das Rauchgas zur Erwärmung den weiteren Rauchgaswärmetauscher durchläuft, in der Folge Ammoniak als Reduktionsmittel zugesetzt wird und damit der Reduktionskatalysator beschickt wird. Nach der Reaktion des Rauchgases mit dem Reduktionsmittel gelangt das von NO[chi] weitgehend befreite Gas über eine Leitung zur Sekundärseite des Gas-Gas- Wärmetauschers und wird dort vom aus dem Kessel austretenden Rohgas auf die vorgesehene Eintrittstemperatur von ca. 900[deg.]C einer nachgeschalteten Gasturbine erhitzt. Hinter der Gasturbine wird das entspannte Rauchgas in einen Abgaskanal geleitet.

   Gegebenenfalls kann noch eine Vorwärmung der Verbrennungsluft für den Kessel mit dem Restenergiegehalt des gereinigten Rauchgases erfolgen.
Aus der DE 36 29 817 C2 ist ein Verfahren zur Verringerung der bei der Verstromung von Steinkohle in Kraftwerken mit kombinierten Gas-/Dampfturbinenprozessen mit vorgeschaltetem Kohledruckvergaser entstehenden Schadstoffemissionen bekannt. Dabei wird das rohe Brenngas gereinigt und das Reingas in der Gasturbinenbrennkammer unter Luftzugabe verbrannt. Das Brenngas wird in einem Wärmetauscher auf 200[deg.]C bis 400[deg.]C für die nachfolgende Enthalogenierung abgekühlt und um die Alkalien an den Staubkörnern zu kondensieren. In einem Absorptionsreaktor, der mit Kalziumkarbonat betrieben wird, werden Chlor- und Fluorwasserstoffe selektiv chemisch gebunden.

   Danach wird das Gas entstaubt, entschwefelt sowie dieses vorab gereinigte Gas einer Gasturbinenbrennkammer zugeführt. Anschliessend an die Gasturbinenkammer wird das diese verlassende Rauchgas unter Ammoniakzugabe in einem mit kohlenstoffhaltigen Adsorbens als Katalysator beladenen weiteren Adsorptionsreaktor von NO gesäubert. Vor der Einleitung der aus der Gasturbinenbrennkammer austretenden Rauchgase in die Entstickungsanlage ist ein Abhitzekessel angeordnet, um damit die Rauchgase auf ca. 120[deg.]C für die Entstickung abzukühlen.

   Im Abhitzekessel wird aus der verbleibenden Restwärme Dampf erzeugt, aus dem wiederum über einen Dampfturbosatz elektrische Energie gewonnen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Reinigung der Rauchgase eines Ofens wirtschaftlicher betreiben zu können.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die eingangs genannte Anlage gelöst, bei der ein Abgasauslass der zumindest einen Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung mit einer Mischkammer oder einem Wärmetauscher, die jeweils in der Rauchgasleitung zum Reduktionskatalysator (8) angeordnet sind, strömungsverbunden ist, wobei ein Rauchgasauslass der Mischkammer oder des Wärmetauschers mit einem Rauchgaseinlass des Reduktionskatalysators strömungsverbunden ist, oder dass der Abgasauslass der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19)

   zur Stromerzeugung direkt mit dem Rauchgaseinlass des Reduktionskatalysator (8) strömungsverbunden ist, und wobei gegebenenfalls zwischen der Mischkammer oder dem Wärmetauscher oder der Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung und dem Reduktionskatalysator oder im Reduktionskatalysator die Zuführeinrichtung für das Reduktionsmittel angeordnet ist, sowie durch das Verfahren, bei dem die Rauchgase für die katalytische Reduktion mit zumindest einer Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 250[deg.]C und 500 [deg.]C erhitzt werden.

   Von Vorteil ist hierbei, dass jene Energie, die nicht in elektrischen Strom umgewandelt wird, zumindest teilweise für die Erwärmung des Rauchgases auf eine Temperatur von zumindest 250[deg.]C verwendet wird, wodurch die Partikelgrösse des Reduktionskatalysators zur Entstickung (SCR-Katalysator) verringert werden kann, sodass bei zumindest annähernd gleicher Oberfläche dieser Reduktionskatalysator kompakter ausgeführt werden kann, da die Reduktion bei höheren Temperaturen eine bessere Reaktionskinetik aufweist. Zudem wird damit der Energiegehalt des Brenngases für die Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung besser ausgenutzt, sodass also der energetische Wirkungsgrad dieser Verbrennungseinrichtung verbessert werden kann. Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Komponenten der Rauchgasreinigungsanlage wird auch der apparative Aufwand verringert.

   Durch zumindest teilweise Erhitzung der Rauchgase aus dem Ofen in der Gasmischkammer bzw. in dem Gas/Gas-Wärmetauscher kann vermieden werden, dass die Rauchgase aus dem Ofen direkt in die Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung eingeleitet werden, wodurch vor dieser Verbrennungseinrichtung keine Feinstaubabscheidung angeordnet werden muss, sondern diese auf eine Grobstaubabscheidung beschränkt werden kann, ohne dass damit eine erhöhte abrasive Beanspruchung der Verbrennungseinrichtung eintritt.

   Bei geeigneter Katalysatorwahl für den Reduktionskatalysator kann gegebenenfalls diese Feinstaubabscheidung in diesem Reduktionskatalysator durchgeführt werden, wobei dieser Feinstaub in der Folge wieder entfernt werden kann, bspw. durch periodisches Abrütteln oder dgl..
Das Rauchgas kann durch die Verbrennungsvorrichtung zur Stromerzeugung auch auf eine Temperatur zwischen 300 [deg.]C und 400 [deg.]C erhitzt werden.
Die Mischkammer oder der Wärmetauscher kann mit der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung eine Baueinheit bilden. Es werden damit die Strömungswege und in der Folge auch die Wärmeverluste reduziert und kann die Anlage insgesamt kompakter ausgeführt werden.
Bevorzugt ist die zumindest eine Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung eine Gasturbine oder ein Gasmotor, die bzw. der insbesondere mit Erdgas betrieben wird.

   Es kann damit eine grosse Energiedichte bei kompakter Ausführung zur Verfügung gestellt werden. Zudem weisen Gasturbinen bzw. Gasmotoren eine hohe Betriebszuverlässigkeit auf. Darüber hinaus erreichen Gasturbinen bzw. Gasmotoren innerhalb kurzer Zeit ihre volle Leistung, wodurch sich diese auch für einen diskontinuierlichen Betrieb, falls dies gewünscht ist, eignen. Insbesondere ist damit auch die benötigte Leistung einfach regelbar. Zudem werden für Gasturbinen oder Gasmotoren geringe Investitionskosten benötigt. Vor der zumindest einen Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung kann eine Mischeinrichtung zur Vermischung der Rauchgase aus dem Ofen mit dem Reingas für die Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung angeordnet sein.

   Einerseits ist damit eine intensivere Vermischung der Rauchgase mit dem Brenngas möglich, sodass beim Austritt der Rauchgase aus dieser Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung ein homogeneres Temperatuiprofil vorhanden ist und damit eine Verbesserung der Reduktion der Stickoxide im Reduktionskatalysator erreicht werden kann. Andererseits kann damit auch erreicht werden, dass für den Fall, dass die Rauchgase noch brennbare Anteile enthalten, deren Verbrennung in der Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung besser durchgeführt werden kann.

   Darüber hinaus kann damit in die Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung ein Gasgemisch eingeleitet werden, welches hinsichtlich seiner Zusammensetzung eine hohe Kontinuität aufweist.
In Strömungsrichtung der Rauchgase nach der zumindest einen Staubabscheidungsvorrichtung und vor der zumindest einen Gasturbine kann zumindest ein Wärmetauscher angeordnet sein, der mit einem Ausgang des zumindest einen Reduktionskatalysators strömungsverbunden ist, sodass also die den Reduktionskatalysator verlassenden, entstickten Rauchgase zur Vorerwä[pi]nung der Rauchgase aus der Staubabscheidung, welche der Entstickung zugeführt werden, verwendet werden können und damit die Energieausbeute des Rauchgasreinigungsverfahrens weiter gesteigert werden kann.
Es ist weiters möglich,

   dass in Strömungsrichtung der Rauchgase nach dem Ofen und vor der Staubabscheidungsvorrichtung zumindest eine Rohstofftrockenanlage bzw. Rohstofftrockenmahlanlage angeordnet ist, sodass einerseits die in den Rauchgasen enthaltene thermische Energie besser ausgenutzt werden kann und andererseits die Rauchgase vor dem Eintritt in die Staubabscheidungsvorrichtung soweit abgekühlt werden, dass die thermische Belastung der Staubabscheidungsvorrichtung reduziert werden kann. Insbesondere ist dies von Vorteil wenn als Staubabscheidungsvorrichtung ein Tuchfilter bzw. Schlauchfilter verwendet wird.

   Es kann damit auf zusätzliche Kühleinrichtungen für diesen Zweck verzichtet werden.
Gemäss einer AusfÜhrungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Reduktionsmittel den aus dem Ofen stammenden Rauchgas vor der Temperaturerhöhung in der zumin dest einen Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung zugesetzt wird.

   Einerseits wird damit erreicht, dass das Reduktionsmittel selbst auch auf eine höhere Temperatur erhitzt wird, wodurch entsprechend positive Auswirkungen in Hinblick auf die Reaktion im Reduktionsmittelkatalysator erreicht werden, andererseits kann damit auch erreicht werden, dass in der Verbrennungseinrichtung zur Stromerzeugung bereits ein gewisser Anteil an Stickoxiden durch nicht selektive Reduktion abgebaut wird, sodass der Stickoxidanteil im Rauchgas gesenkt wird und damit die benötigte aktive Katalysatoroberfläche reduziert werden kann, wodurch der Reduktionskatalysator geringer dimensioniert werden kann.
Es besteht weiters die Möglichkeit, dass das Rauchgas in eine Brennkammer eingeleitet wird,

   die von der Verbrennungsvorrichtung zur Stromerzeugung getrennt ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert.
Es zeigen in stark schematisch vereinfachter Darstellung:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen Anlage zur Rauchgasreiniung als Teil einer Gesamtanlage;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Gesamtanlage einer weiteren Ausführungsvariante.
Einführend sei festgehalten, dass die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw., auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen sind.
Fig.

   I zeigt eine Anlage 1 zur Zementklinkerherstellung.
Es sei bereits einführend erwähnt, dass die erfindungsgemässe Entstickungsanlage nicht auf den Einsatz in der Zementindustrie beschränkt ist, wenngleich dies die bevorzugte Ausführungsvariante ist. Es können damit auch Müllverbrennungsanlagen, kalorische Kraftwerke, etc. ausgerüstet werden.
Die Anlage 1 weist einen Ofen 2 in Form eines Drehrohrofens auf, der mittels einer Befeuerung 3 betrieben wird, wodurch der Zementklinker aus den bekannten Rohstoffen entsteht.

   Die den Ofen verlassenden Rauchgase - Pfeil 4 - werden in eine Wärmetauschereinheit 5 eingeleitet, die bei dieser Ausführungsvariante in Form eines Zyklonwärmetauschers mit vier Zyklonen ausgebildet ist, um den Energiegehalt der Rauchgase zur Vorwärmung des eingesetzten Rohmehls zu nutzen.
Das die Wärmetauschereinheit 5 verlassende Rauchgas - Pfeil 6 - gelangt in der Folge in eine Gasreinigungsanlage. Diese Gasreinigungsanlage umfasst zumindest eine Staubabscheidungsvorrichtung 7 und zumindest eine Reduktionsvorrichtung mit einem Reduktionskatalysator 8.
Die Staubabscheidungsvorrichtung 7 ist als Schlauchfilter ausgebildet. Schlauchfilter sind bereits bekannt und werden in der Zementindustrie verwendet, sodass sich eine weitere Erörterung an dieser Stelle erübrigt.

   Mit Hilfe dieser Filter wird der Staubgehalt des Rauchgases zumindest aufwerte reduziert, welche den Abgasnormen entsprechen.
Das Rauchgas, welches in den Schlauchfilter bzw. die Staubabscheidungsvorrichtung 7 eintritt, kann ggf. mit Wasser vorkonditioniert werden. Dazu kann in einer Zufuhrleitung 9 eine Sprüheinrichtung 10 angeordnet sein, mit der Wasser eingesprüht wird. Es wird damit auch eine Kühlung des Rauchgases vor dem Eintritt in die Staubabscheidungsvorrichtung 7 erreicht, beispielsweise maximal 250 [deg.]C, womit die thermische Belastung dieser Staubabscheidungsvorrichtung 7 durch die Rauchgase reduziert werden kann.
Es ist weiters möglich, dass das Rauchgas über eine Frischluftleitung 11, in der eine Klappe 12 angeordnet ist, mit Frischluft verdünnt wird, wodurch die Effektivität der Entstaubung erhöht werden kann.

   Alternativ oder zusätzlich dazu kann dem Rauchgas über eine Mischgasleitung 13 ein Mischgas zugeführt werden, beispielsweise ein aus dem Ofen 2 stammendes Gas, ein so genanntes Bypass-Gas, welches im Bereich der Wärmetauschereinheit 5 aus dem Ofen 2 abgezogen werden kann.
Sowohl in der Mischgasleitung 13 als auch in der Zufuhrleitung 9 können entsprechende Fördervorrichtungen 14, beispielsweise Abgasgebläse und/oder Verdichter, angeordnet sein. Mit der Staubabscheidungsvorrichtung 7 wird der Staubgehalt des Rauchgases bzw. Rohgases von ca. 50 g/Nm<3>bis 150 g Nm<3>auf einen Wert von kleiner 20 mg Nm<3>, insbesondere maximal 3 mg/Nm<3>, reduziert.
Die Staubabscheidungsvorrichtung 7 kann mit einer Wärmedämmung versehen sein, sodass die Verminderung der Raugastemperatur reduziert werden kann.
Die Staubabscheidungsvorrichtung 7 kann auch durch andere Filter, bspw.

   Tuchfilter oder aber Grobentstaubungsvorrichtungen, wie z.B. Elektrofilter oder dgl., welche sämtliche aus dem Stand der Technik bekannt sind, gebildet sein.
Nach der Staubabscheidungsvorrichtung 7 kann ein Gas/Gas- Wärmetauscher 15 vorgesehen sein, um die relativ kalten Rauchgase aus der Staubabscheidungsvorrichtung 7 für die nachfolgende Entstickung vorzuwärmen. Dazu kann dieser Wärmetauscher 15 mit einem Ausgang 16 des Reduktionskatalysators 8 über eine Abgasleitung 17 strömungsverbunden sein.

   Beispielsweise ist es damit möglich, die aus der Staubabscheidungsvorrichtung 7 austretenden Rauchgase, welche ca. 130[deg.]C aufweisen können, auf eine Temperatur von 220[deg.]C zu erwärmen, wobei die aus dem Reduktionskatalysator 8 austretenden Rauchgase eine Temperatur von ca. 250[deg.]C aufweisen können.
Selbstverständlich sind die angegebenen Zahlenwerte lediglich vom beispielhaften Charakter und nicht beschränkend für die Erfindung.
Als Wärmetauscher 15 wird insbesondere ein Rohrbündelwärmetauscher verwendet. Es sind jedoch auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Wärmetauscher, wie z.B.

   Plattenwärmetauscher, etc., für diesen Zweck einsetzbar.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Abgasleitung 17 mit der Primärseite oder der Sekundärseite des Wärmetauschers 15 zu verbinden.
Die Anordnung des Wärmetauschers 15 zur Vorwärmung der Rauchgase stellt eine bevorzugte Ausführungsvariante dar, ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Dem zufolge können die Rauchgase aus der Staubabscheidungsvorrichtung 7 entweder direkt oder über die Vorwärmung mit dem Wärmetauscher 15 in eine Zuführeinrichtung 18 für ein Reduktionsmittel, insbesondere Ammoniak bzw. Ammoniakgas oder ein bei erhöhter Temperatur Ammoniak freisetzendes Reduktionsmittel, eingeleitet werden. Die Reduktionsmittelzufuhr kann bspw. über Sprühdüsen erfolgen, wobei bevorzugt in der Zuführeinrichtung 18 eine innige Durchmischung mit dem zu entstickenden Rauchgas erfolgt.

   Prinzipiell ist der Zusatz von Reduktionsmittel für sogenannte SCR-Entstickungsanlagen aus dem Stand der Technik bekannt und sei daher an dieser Stelle auf die einschlägige Literatur verwiesen.
Das derart mit dem Reduktionsmittel vermischte Rauchgas wird erfindungsgemäss in eine Verbrennungseinrichtung 19 zur Stromerzeugung eingeleitet. Bevorzugt ist diese Verbrennungseinrichtung 19 zur Stromerzeugung durch eine so genannte Gasturbine gebildet, die insbesondere mit Erdgas befeuert wird, wobei generell fossile Brennstoffe oder aber auch Biomasse als Brennstoff für die Befeuerung der Verbrennungseinrichtung 19 verwendet werden können. Es sind auch andere Verbrennungseinrichtungen 19 möglich, wie bspw. Dieselmotoren, etc..

   Die Zufuhr des Brenngases zur Verbrennungseinrichtung 19 ist in Fig. 1 schematisch angedeutet.
In dieser Verbrennungseinrichtung 19 werden die zu entstickenden Rauchgase auf die Arbeitstemperatur des Reduktionskatalysators 8 erhitzt. Beispielsweise erfolgt die Erhitzung von 130[deg.]C auf ca. 300[deg.]C bzw. von 230[deg.]C auf ca. 300[deg.]C wenn die Rauchgase vorgewärmt wurden.
Generell sei angemerkt, dass mit der Verbrennungseinrichtung 19 zur Stromerzeugung die zu entstickenden Rauchgase auf eine Temperatur von mindestens 250[deg.]C und maximal 500[deg.]C vor deren Einleitung in den Reduktionskatalysator 8 erhitzt werden.
Es ist einerseits möglich, dass die zu entstickenden Rauchgase direkt in den Brennraum der Verbrennungseinrichtung 19 zur Stromerzeugung eingeleitet werden bzw.

   ist es alternativ dazu möglich, dass diese Verbrennungseinrichtung 19 zur Stromerzeugung einen Wärmetauscher aufweist und die zu entstickenden Rauchgase in diesen Wärmetauscher, entweder primärseitig oder sekundärseitig, eingeleitet werden, sodass eine indirekte Erhitzung der Rauchgase durchgeführt werden kann.
Es ist auch möglich, dass vor der Einleitung der Rauchgase aus dem Ofen 2 in den Brennraum der Verbrennungseinrichtung 19 zur Stromerzeugung eine Mischkammer angeordnet ist, in der die Rauchgase mit dem Brenngas vermischt werden. Gemäss einer weiteren Ausführungsvariante ist es möglich, dass die Zuführeinrichtung 18 zur Einspeisung des Reduktionsmittels nicht vor der Verbrennungseinrichtung 19 angeordnet ist, sondern in Strömungsrichtung der Rauchgas danach, also vor dem Reduktionskatalysator 8.

   Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass der Reduktionskatalysator 8 diese Zuführeinrichtung 18 umfasst. Beispielsweise kann das Reduktionsmittel in bzw. auf das Katalysatorbett eingespeist werden.
In der Folge tritt das Rauchgas in den Reduktionskatalysator 8 ein, worin die Entstickung, also die Umsetzung der Stickoxide zu Stickstoff und Wasser nach den bekannten Reaktionen, erfolgt. Als Katalysator kann beispielsweise Titandioxid bzw. Vanadiumpentoxid, gegebenenfalls versetzt mit Wolframoxid oder gemischt mit anderen Metalloxiden, verwendet werden. Prinzipiell sind diese Katalysatoren aus dem Stand der Technik bekannt, sodass sich an dieser Stelle eine weitere Erörterung zu dessen Geometrie bzw. Porenstruktur, etc. erübrigt.
Die Ausbildung des Katalysatorbettes an sich ist ebenfalls Stand der Technik, sodass hierzu auf die einschlägige Literatur verwiesen sein soll.

   Insbesondere ist es möglich, dass der Reduktionskatalysator 8 auf mehreren übereinander angeordneten Ebenen, die nacheinander vom Rauchgas durchströmt werden, angeordnet ist.
Das entstickte Rauchgas - es sei an dieser Stelle erwähnt, dass mit entsticktes Rauchgas ein Rauchgas gemeint ist, welches hinsichtlich NOxden Abgasnormen entspricht, z.B. den österreichischen Abgasnormen - gelangt über die Abgasleitung 17 zum Wärmetauscher
15.
Nach dem Wärmetauscher 15 verlassen die gereinigten Rauchgase über einen Schlot 20 die Anlage 1 in die Luft.
Es kann hierzu wiederum eine Fördereinrichtung 14 zwischen dem Schlot 20 und dem Wärmetauscher 15 angeordnet sein.
Vor dem Schlot 20 bzw. der Fördereinrichtung 14 kann eine Wärmerückgewinnungsanlge 21 angeordnet sein, bspw.

   in Form eines Wärmetauschers, um damit den Restenergiegehalt der dem Schlot 20 zuzuführenden, gereinigten Rauchgase besser ausnutzen zu können. Beispielsweise kann diese Wärmerückgewinnungsanlage 21 mit einem Fernwärmenetz verbunden sein.
Bevorzugt wird der Restenergiegehalt der den Ofen 2 verlassenden Rauchgase zur Trocknung der für die Zementherstellung verwendeten Rohstoffe verwendet. Dazu sind in Fig. 1 zwei Trocknungsmühlen 22 dargestellt, die in Strömungsrichtung der Rauchgase zwischen dem Ofen 2 und der Staubabscheidungsvorrichtung 7 angeordnet sind. Insbesondere sind diese beiden Trocknungsmühlen 22 parallel geschaltet, sodass diese gleichzeitig oder alternativ von den zu entstickenden Rauchgasen durchströmt werden können. Für die entsprechende Schaltung der Strömungswege des Rauchgases sind in Fig. 1 Klappen 23 - 26 dargestellt.

   Es ist weiters dargestellt, dass es auch möglich ist, dass diese Trocknungsmühlen 22 parallel zur direkten Einleitung der Rauchgase über eine Leitung 27 in die Staubabscheidungsvorrichtung 7 geschaltet werden können, wozu in dieser Leitung 27 wiederum eine Klappe 28 angeordnet ist, um damit zwischen der Strömungsrichtung über die Leitung 27 bzw.

   zumindest eine der Trocknungsmühlen 22 umschalten zu können.
Die Trocknungsmühlen 22 selbst sind dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet.
Es besteht weiters die Möglichkeit, zumindest einer der Trocknungsmühlen 22 Frischluft über eine Frischluftleitung 29 zuzuführen, wobei auch in diesem Fall eine entsprechende Frischluftklappe 30 in der Frischluftleitung 29 angeordnet ist.
Weiters besteht die Möglichkeit, zumindest einen Teil der Rauchgase nach dem Verlassen der Trocknungsmühlen 22 zur weiteren Ausnutzung des Energiegehaltes in diesen Rauchgasen als Umluft über eine Umluftleitung 31, in der eine Umluftklappe 32 angeordnet ist,

   dem der Trocknungsmühle 22 von dem Ofen 2 zugeführten Rauchgas beizumischen.
Bei diesem so genannten "Mühlenbetrieb" gelangt das Rauchgas mit einer Temperatur von maximal 150 [deg.]C in die Staubabscheidungsvorrichtung 7.
Es besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, mehr als eine Staubabscheidungsvorrichtung 7 zu verwenden bzw. können auch mehrere Reduktionskatalysatoren 8 seriell oder parallel geschaltet werden. Des weiteren können mehr als zwei oder aber auch nur eine der Trocknungsmühlen 22 im Sinne der Erfindung betrieben werden.

   Obwohl nicht dargestellt, besteht die Möglichkeit, dass, wie bereits oben ausgeführt, zwischen dem Ofen 2 und der Staubabscheidungsvorrichtung 7 bzw. zwischen der Wärmetauschereinheit 5 und der Staubabscheidungsvorrichtung 7 eine Entschwefelungsanlage angeordnet ist, die dem Stand der Technik entsprechen kann, um den Schwefelgehalt, d. h. den SO2-Gehalt, im Rauchgas zumindest anteilsweise zu reduzieren.
Im Betrieb der Anlage 1 wurden über entsprechende Messfühler an den entsprechenden Stellen folgende Messwerte festgestellt:
Staubgehalt des den Ofen 2 bzw. den Wärmetauscher 5 verlassenden Rauchgases: 60 bis 120 g/Nm<3>
Staubgehalt des die Staubabscheidungsvorrichtung 7 verlassenden Rauchgases: kleiner 20 mg/Nm<3>
Gehalt an NOxnach dem Reduktionskatalysator: weniger als 200 mg NO2/Nm<3>
Temperatur der Rauchgase nach der Verbrennungseinrichtung 19 zur Stromerzeugung:

   300 [deg.]C bis 340 [deg.]C
Temperatur der Rauchgase nach dem Reduktionskatalysator 8: 250 [deg.]C bis 320 [deg.]C
Temperatur der Rauchgase beim Eintritt in die Staubabscheidungsvorrichtung 7: max. 250 [deg.]C
Fig. 2 zeigt ein Detail einer Ausführungsvariante der Anlage I im Bereich des Reduktionskatalysators 8. Die entstaubten Rauchgase aus der Verbrennung im Ofen 2 (Fig. 1) treten wiederum in den Gas/Gas- Wärmetauscher 15 ein und werden hier mit den den Reduktionskatalysator verlassenden Rauchgasen vorgewärmt. Beispielsweise treten die Rauchgase mit einer Temperatur von maximal 150 [deg.]C und einem Staubgehalt von kleiner 20 mg/Nm<3>in den Wärmetauscher 15 ein und werden hier auf eine Temperatur von ca. 220 [deg.]C vorgewärmt. Diese Angaben sind auf den Normalbetrieb der Anlage 1 bezogen.

   Beim Anfahren dieser Anlage 1 können sich andere Werte ergeben, da die Rauchgase u.U. noch kälter sind. Die so vorgewärmten Rauchgase werden in der Folge einer Gas/Gas-Mischkammer 33 zugeführt, in der sie mit dem aus der Verbrennungseinrichtung 19 zur Stromerzeugung stammenden Abgas gemischt werden.

   Durch diese Vermischung werden die Rauchgase auf die Arbeitstemperatur des Reduktionskatalysators 8 erhitzt, also z.B. auf eine Temperatur von ca. 270 [deg.]C, wobei das Abgas aus der Verbrennungseinrichtung 19 zur Stromerzeugung eine Temperatur von ca. 430 [deg.]C aufweisen kann.
Das so erhitzte Gasgemisch wird in der Folge in den Reduktionskatalysator 8 zur Entstickung eingespeist.
In der Folge wird das entstickte Rauchgas wieder dem Wärmetauscher 15 zugeführt und verlässt schliesslich die Anlage 1 über den Schlot 20, gegebenenfalls nach Durchlauf durch die Wärmerückgewinnungseinrichtung 21.
Der Ordnung halber sei abschliessend daraufhingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Anlage 1 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmassstäblich und/oder vergrössert und oder verkleinert dargestellt wurden.

   
Anlage Ofen Befeuerung Pfeil Wärmetauschereinheit Pfeil Staubabscheidungsvorrichtung Reduktionskatalysator Zufuhrleitung Sprüheinrichtung Frischluftklappe Klappe Mischgasvorrichtung Fördereinrichtung Wärmetauscher Ausgang Abgasleitung Zuführeinrichtung Verbrennungseinrichtung Schlot Wärmerückgewinnungseinrichtung Trocknungsmühlen Klappe Klappe Klappe Klappe Leitung Klappe Frischluftleitung Frischluftklappe Umluftleitung Umluftklappe Mischkammer

Claims (13)

1. Anlage (1 ) zur Reinigung der Rauchgase eines Ofens (2), insbesondere eines Zement-Drehrohrofens, mit zumindest einer Staubabscheidungsvorrichtung (7), die in Strömungsrichtung der Rauchgase nach dem Ofen (2) angeordnet ist, zumindest einer, der zumindest einen Staubabscheidungsvorrichtung (7) nachgeschalteten Zuführeinrichtung (18) für ein Reduktionsmittel zur Reduktion von im Rauchgas enthaltenen Stickoxiden, und zumindest einer Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasauslass der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung mit einer Mischkammer oder einem Wärmetauscher, die jeweils in der Rauchgasleitung zum Reduktionskatalysator (8) angeordnet sind, strömungsverbunden ist, wobei ein Rauchgasauslass der Mischkammer oder des Wärmetauschers mit einem Rauchgaseinlass des Reduktionskatalysator (8)

strömungsverbunden ist, oder dass der Abgasauslass der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung direkt mit dem Rauchgaseinlass des Reduktionskatalysator (8) strömungsverbunden ist, und wobei gegebenenfalls zwischen der Mischkammer oder dem Wärmetauscher oder der Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung und dem Reduktionskatalysator (8) oder im Reduktionskatalysator (8) die Zuführeinrichtung (18) für das Reduktionsmittel angeordnet ist.

2. Anlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer oder der Wärmetauscher mit der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung eine Baueinheit bildet.

3. Anlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung eine Gasturbine oder ein Gasmotor ist.

4. Anlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung eine Mischeinrichtung zur Vermischung der Rauchgase mit dem Brenngas für die zumindest eine Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung angeordnet ist.

5. Anlage (t) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der Rauchgase nach der zumindest einen Staubabscheidungsvorrichtung (7) und vor der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung zumindest ein Wärmetauscher (15) angeordnet ist, der auch mit einem Ausgang (16) des zumindest einen Reduktionskatalysators (8) strömungsverbunden ist.

6. Anlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der Rauchgase vor der zumindest einen Staubabscheidungsvorrichtung (7) zumindest eine Rohstof[iota]trockenanlage bzw. Rohstofftrockenmahlanlage angeordnet ist.

7. Verfahren zur Reinigung der Rauchgase eines Ofens (2), insbesondere eines Zement-Drehrohrofens, durch selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden mit einem Reduktionsmittel und einem Reduktionskatalysator (8), wobei die Rauchgase vor der katalytischen Reduktion einer Entstaubung unterzogen werden, insbesondere unter Verwendung einer Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgase vor der katalytischen Reduktion durch das mit zumindest einer Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung zumindest annähernd auf eine Temperatur von mindestens 250 [deg.]C und maximal 500 [deg.]C erhitzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel dem Rauchgas vor der Temperaturerhöhung in der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung zugesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigten Rauchgase aus dem Reduktionskatalysator (8) zur Vorerwärmung des Rauchgases, das der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung zugeführt wird, verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass das Rauchgas direkt in eine Brennkammer eingespeist wird, insbesondere in eine Brennkammer der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas vor der Zufuhr in eine Brennkammer der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung mit einem Brenngas vermischt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas durch die Abwärme der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung indirekt über einen Wärmetauscher erhitzt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas aus der zumindest einen Verbrennungseinrichtung (19) zur Stromerzeugung in eine Mischkammer eingespeist wird, und in dieser mit den zu reinigenden Rauchgasen vermischt wird, und dieses Gasgemisch dem Reduktionskatalysator (8) zugeführt wird.

Kirchdorfer Zementwerk Hofmann Gesellschaft m.b.H. durch