DD283364A5 - METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING NITROGEN OXIDES IN COMBUSTION GASES - Google Patents

METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING NITROGEN OXIDES IN COMBUSTION GASES Download PDF

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DD283364A5 DD89325371A DD32537189A DD283364A5 DD 283364 A5 DD283364 A5 DD 283364A5 DD 89325371 A DD89325371 A DD 89325371A DD 32537189 A DD32537189 A DD 32537189A DD 283364 A5 DD283364 A5 DD 283364A5
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Gordon J Dale
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Krc Umwelttechnik Gmbh
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und eine Apparatur fuer einen zweistufigen Einspritzprozesz zur Reduzierung von NOx in Verbrennungsabgasen. NHi-Praekursoren (z. B. Fluessigphasen-Harnstoff oder Ammoniumhydroxid o. ae.) werden in das Abgas bei Temperaturen ueber 760C in einer ersten Einspritzzone zur Reduktion von NO zu Stickstoff eingespritzt. Dieser Stufe folgt das Einspritzen eines Peroxylinitiators, beispielsweise ein Kohlenwasserstoff (z. B. Methanol) in das Abgas bei Temperaturen unter 760C, um das restliche NO zu NO2 in einer zweiten Einspritzzone zu oxidieren.{Verfahren; Apparatur; Reduzierung von Stickstoffoxiden; zweistufiger Einspritzprozesz; NHi-Praekursoren; Peroxylinitiator}The invention relates to methods and apparatus for a two-stage injection process for reducing NOx in combustion exhaust gases. NHi precursors (eg, liquid phase urea or ammonium hydroxide or the like) are injected into the exhaust at temperatures above 760C in a first injection zone to reduce NO to nitrogen. This step is followed by the injection of a peroxyl initiator, for example, a hydrocarbon (eg, methanol) into the exhaust gas at temperatures below 760C to oxidize the residual NO to NO2 in a second injection zone. Apparatus; Reduction of nitrogen oxides; two-stage injection process; NH, precursors; peroxyl}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf Techniken zur Entfernung von Stickstoffoxiden aus Verbrennungsabgasen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Techniken zur Umsetzung von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoff (N2) und Stickstoffdioxid (NO2) und zur Entfernung des Stickstoffoxids aus dem Abgas vor dom Austritt des Abgases in die Atmosphäre.The invention relates to techniques for removing nitrogen oxides from combustion exhaust gases. More particularly, the invention relates to techniques for reacting nitrogen monoxide (NO) to nitrogen (N 2 ) and nitrogen dioxide (NO 2 ) and to remove the nitrogen oxide from the exhaust gas before the exhaust gas exits to the atmosphere.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Kohlebefeuerte Kraftwerk-Dampferzeuger erzeugen NJx- und S02-Emissionen, die sauren Regen verursachen. Umfangreiche Untersuchungen haben ergeben, daß der mit NOx belastete Teil der Komponenten des sauren Regens umfangreiche Schaden an Bäumen und Wäldern hervorrufen kann, so daß eine Regelungstechnik für NOx für kohlebefeuerte Dampferzeuger in vielen Industrieländern zum Erfordernis v/erden kann, über die Nox-Regelungen hinaus, die gegenwärtig in Japan and Westdeutschland gefordert werden. Eine NOx-Regelung ist ebenso ^n wichtiger Betrachtungspunkt für Müllverbrennungsanlagen, bei denen es zur Zeit keine nachgewiesene NOx-Regelungstechnik zur Erzielung einer 70%igen oder darüber hinausgehenden Entfernung von NOx gibt.Coal-fired power plant steam generators produce NJx and S0 2 emissions that cause acid rain. Extensive research has shown that the NOx laden portion of the acid rain components can cause extensive damage to trees and forests, so NOx control systems for coal fired steam generators may be required in many industrialized countries beyond Nox regulations currently required in Japan and West Germany. NOx control is also an important consideration for waste incinerators where there is currently no proven NOx control technique to achieve 70% or more removal of NOx.

Viele vorhandene kohlebefeuerte Dampferzeuger oder Festabfall-Verbrennungsanlagen haben bereits Naßabscheider zur Regelung von SO2- oder HCI-Emissionen. Insbesondere wurden in den USA Naßabscheider bei kohlebefeuerten Anlagen mit einer installierten Leistung von etwa 60000 MWe (MWe = Megawatt Elektrik) und in Westdeutschland bei etwa 40000 MWe errichtet. Viele weitere Länder fordern gegenwärtig die Installation von Naßabscheidern für kohlebefeuerte Dampferzeuger und Festabfall-Verbrennungsanlagen.Many existing coal-fired steam generators or solid waste incinerators already have wet scrubbers for controlling SO 2 or HCI emissions. In particular, wet separators were built in the USA for coal-fired plants with an installed capacity of about 60,000 MWe (MWe = megawatt of electrics) and in western Germany at about 40,000 MWe. Many other countries are currently calling for the installation of wet scrubbers for coal-fired steam generators and solid waste incinerators.

Die gegenwärtige industrielle Technik für die NOx-Regelung besteht hauptsächlich aus der Selektivei Xatalytischen Reduktion (SCR), bei der Ammoniakgas in das Abgas eingespritzt wird und mit NOx über einen Katalysator bei Temperaturen von etwa 371,11 "C reagiert und Stickstoff sowie Wasserdampf-Nebenprodukte erzeugt. Charakteristische NOx-Reduktionswerte sind 80%. Das Katalysatorbett ist normalerweise ausreichend groß genug ausgelegt, um den Ammoniak-Leckverlust zu verringern und eine Verunreinigung der Flugasche mit Ammoniumsalz-Ablagerungen zu vermeiden. Der hier verwendete Begriff „Ammoniak-Leckverlust" oder „Ammoniak-Slip" bedeutet die Konzentration des im Abgasausgang aus dem NOx-Regelprozeß enthaltenen Ammoniakgases. Die angegebenen Kosten für die SCR-Technik schwanken in Abhängigkeit vom Anlagenzustand !Wischen etwa 60 Dollar/kW bis 120 Dollar/kW. Die Betriebskosten der SCR-Technik beinhalten die hohen Kosten für den Katalysatoraustausch etwa einmal aller zwei Jahre. Die SCR-Technik wird für Müllverbrennungsanlagen infolge der Verunreinigung und Vergiftung des Katalysators als nicht anwendbar angesehen. Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei sehr hohen Einsparungen an Kapital- und Betriebskosten gleich hohe Werte für die Entfernung von NOx zu erhalten, ohne daß die Anwendung der SCR-Technik erforderlich ist.The current industrial technology for NOx control consists mainly of the selective catalytic reduction (SCR), in which ammonia gas is injected into the exhaust gas and reacts with NOx over a catalyst at temperatures of about 371.11 "C and nitrogen and water vapor by-products Characteristic NO x reduction values are 80% The catalyst bed is normally designed to be sufficiently large enough to reduce ammonia leakage and to avoid contamination of the fly ash with ammonium salt deposits The term "ammonia leakage" or "ammonia -Slip "means the concentration of ammonia gas contained in the exhaust output from the NOx control process.The SCR technique costs vary depending on the condition of the equipment! Wiping about 60 dollars / kW to 120 dollars / kW The operating costs of SCR technology include the high cost of catalyst replacement about once every two years. The SCR technique is considered inapplicable to waste incinerators due to contamination and poisoning of the catalyst. The object of the present invention is to obtain equally high NO x removal values with very high capital and operating cost savings, without requiring the use of the SCR technique.

Es gibt weitere NOx-Regelverfahren unter Verwendung von NHi-Präkursoren, z. B. gasförmiges Ammoniak oder Flüssigphasenharnstoff, die in das Abgas bei Temperaturen über 760°C eingespritzt werden, um NO zu Stickstoff zu reduzieren. Diese Verfahren werden als Selektive-Nichtkatalytische Reduktion (SNCR) bezeichnet und haben den Nachteil, daß - wenn genügend Präkursormaterial eingespritzt wird, um eine hohe Wirksamkeit bei der NOx-Entfernung zu erzielen - dann ein nichtakzeptabler hoher Ammoniak-Leckverlust auftreten kann. Der Ammoniak-Slip verbindet sich mit SO2, SO3, HCI und HF und bildet Ammoniumsalze bei Temperaturen, die kennzeichnenderweise unter 26O0C liegen. Wenn solche Salze kondensieren, bilden sich feste Partikel, die zu Ablagerungen in kritischen Zonen führen können, z. B. in der Luftvorwärmanlage bei konventionellen Dampferzeugern. Um diese Probleme zu vermeiden, wird weniger NHi-Präkursor eingespritzt, und die gesamte NOx-Reduktionsfähigkeit des SNCR-Systems wird generell aufwerte zwischen 30% und 60% begrenzt. Dieses Leistungsniveau konkurriert nicht mit SCR-Systemen und ist unakzeptabel niedrig.There are other NOx control methods using NHi precursors, e.g. As gaseous ammonia or liquid phase urea, which are injected into the exhaust gas at temperatures above 760 ° C to reduce NO to nitrogen. These processes are referred to as Selective Non-Catalytic Reduction (SNCR) and have the disadvantage that if enough precursor material is injected to achieve high NOx removal efficiency then unacceptable high ammonia leakage may occur. The ammonia slip combines with SO 2 , SO 3 , HCl and HF and forms ammonium salts at temperatures typically below 26O 0 C. When such salts condense solid particles form, which can lead to deposits in critical zones, e.g. B. in the air preheating plant in conventional steam generators. To avoid these problems, less NHi precursor is injected and the overall NOx reduction capability of the SNCR system is generally limited to between 30% and 60%. This level of performance does not compete with SCR systems and is unacceptably low.

Typische SNCR-Prozesse werden von R. K. Lyon, US-Patent Nr. 3.900.554 und A. M. Dean und andere, US-Patent Nr. 4.624.840 (Exxon Thermal DeNOx-Prozeß unter Verwendung von gasförmigen Ammoniak) und von J. K. Arandt und andere, US-Patent Nr. 4.208.386 und US-Patent Nr. 4.325.924 (EPRI/Fuel Tech NOxOUT-Prozeß, unter Verwendung von Flüssigphasenharnstoff) angeführt. Auf die US-Patente Nr. 3.900.554,4.624.840,4.208.386 und 4.325.924 wird hierin Bezug genommen. Sowohl der Exxon als auch der Fuel Tech-Prozeß arbeiten vorzugsweise nur innerhalb eines engen Temperaturfensters, charakteristischerweise zwischen 926,670C und 1037,780C, sie können aber auch bei etwas niedrigeren Temperaturen unter Zusatz von Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffen zum Abgas durchgeführt werden. Charakteristischerweise wird bei dem Exxon-Prozeß Wasserstoff un bei dem Fuel Tech-Prozeß Methanol zugesetzt. Man nimmt an, daß der tatsächliche NC-Reduktionr mechanismus eine große Anzahl Radikalreaktionen beinhaltet. Die wichtigste ist:Typical SNCR processes are described by RK Lyon, U.S. Patent No. 3,900,554 and AM Dean and others, U.S. Patent No. 4,624,840 (Exxon Thermal DeNOx process using gaseous ammonia) and by JK Arandt and others, U.S. Patent No. 4,208,386 and U.S. Patent No. 4,325,924 (EPRI / Fuel Tech NOxOUT process, using liquid phase urea). U.S. Patent Nos. 3,900,554, 4,624,840, 4,208,386, and 4,325,924 are incorporated herein by reference. Are both Exxon and the Fuel Tech process preferably only operate within a narrow temperature window, characteristically between 926.67 and 1037.78 0 0 C C, but they can also be performed to the exhaust gas at somewhat lower temperatures with addition of hydrogen or hydrocarbons , Characteristically, in the Exxon process, hydrogen is added to methanol in the Fuel Tech process. It is believed that the actual NC reduction mechanism involves a large number of radical reactions. The most important is:

NH2 + NO = N2 + H2ONH 2 + NO = N 2 + H 2 O

Bei Anwendung eines Wasserstoff- oder Kohlewasserstoffzusatzes kann man das normale Temperaturfenster (d. h. 982,22 ± 37,78°C) verringern,z.B. auf 815,56 0C ±37,78 0C. Hierbei enthalten ist ein ausieichend hoher KoMenwasserstoffzusatz zur Erhöhung der Konzentration der Hydroxyl (OH)-Radikale, wodurch die Konzentration der NH2-Radikale be;i niedrigen Temperaturen erhöht und der Ammoniak-Leckverlust verringert werden, nach der Reaktion:When using a hydrogen or carbon hydrogen addition can reduce the normal temperature window (that is 982.22 ± 37.78 ° C), for example to 815.56 ± 0 C is 37.78 0 C. In this case, contain a high ausieichend Komen addition of hydrogen to increase the Concentration of the hydroxyl (OH) radicals, which increases the concentration of NH 2 radicals at low temperatures and reduces the ammonia leakage, after the reaction:

NH3 + OH = NH2 + H2ONH 3 + OH = NH 2 + H 2 O

Allerdings ist diese Technik zur Einstellung der optimalen Temperatur für einen SNCR-Prozeß zur Senkung der Werte durch Zusatz von Wasserstoff, Wasserstoffperoxid und Kohlenwasserstoffen auf unter etwa 815,560C begrenzt. Unter 7600C nimmt die Wirksamkeit der NO-Reduktion des SNCR-Prozesses drastisch ab, bis etwa unter 704,44°C praktisch keine Reduktion mehr stattfindet.However, this technique for setting the optimum temperature for an SNCR process for reducing the values by the addition of hydrogen peroxide and hydrocarbons to below about 815.56 0 C is limited. Below 760 0 C, the effectiveness of NO reduction of the SNCR process is drastically reduced, to about 704.44 ° C with practically no more reduction.

Der hier gebrauchte Begriff „Temperaturfenster" bedeutet den Temperaturbereich, über den die SNCR-Prozesse bei der Reduktion von NO zu Stickstoff wirksam sind. Bezeichnenderweise gibt es bei sehr hohen Temperaturen keinerlei NO-Reduktion.As used herein, the term "temperature window" means the temperature range over which the SNCR processes are effective in reducing NO to nitrogen, and significantly, there is no NO reduction at very high temperatures.

Wird die Temperatur verringert, nimmt die Wirksamkeit der NO-Reduktion zu, bis bei einer optimalen Temperatur eine maximaleAs the temperature is reduced, the NO reduction efficiency increases until maximum at optimum temperature

Wirksamkeit der NO-Reduktion erreicht ist. Weitere Reduktionen bei Abgastemperatur verursachen sehr schnell einen erhöhten Ammoniak-Leckverlust und eine verringerte Wirksamkeit der NO-Reduktion, bis die untere Temperaturkante des Temperaturfensters erreicht ist. Der hier verwendete Begriff „optimale Temperatur" bedeutet die Abgastemperatur, für die die Wirksamkeit der NO-Reduktion des SNCR-Prozesses ein Maximum ist. Der Begriff „SNCR-Prozeß" bedeutet die Anwendung von einfachen oder kompletten NHi-Präkursoren, die in das Abgas bei Temperaturen innerhalb des Temperaturfensters eingespritzt werden, wobei sich eine selektive, nichtkatalytische Reduktion von NO zu Stickstoff ergibt. Der Begriff „einfache NHi-Präkursoren" bezieht sich auf Ammoniak oder andere Verbindungen, z. B. Ammoniumhydroxid oder Ammoniumkarbonat oder auf deren Gemische, die Ammoniak (NH3) bei thermischer Dekompensation freisetzen. Der Begriff „komplexe NHi-Präkursoren" bezieht sich auf Harnstoff (Nh2I2CO, Zyanursäure, Biuret, Triuret, Ammelid, andere Amide oder deren Gemische, die anfangs NH2-Radikale bei thermischer Dekompensation freisetzen.Effectiveness of NO reduction is achieved. Further reductions in exhaust gas temperature very quickly cause increased ammonia leakage and reduced NO reduction efficiency until the lower temperature edge of the temperature window is reached. The term "optimum temperature" as used herein means the exhaust gas temperature for which the NO reduction efficiency of the SNCR process is a maximum. The term "SNCR process" means the application of simple or complete NHi precursors to the exhaust gas at temperatures within the temperature window, resulting in a selective, noncatalytic reduction of NO to nitrogen. The term "simple NHi precursors" refers to ammonia or other compounds, such as ammonium hydroxide or ammonium carbonate, or mixtures thereof, which release ammonia (NH 3 ) upon thermal decompensation. The term "complex NHi precursors" refers to Urea (Nh 2 I 2 CO, cyanuric acid, biuret, triuret, ammelide, other amides, or mixtures thereof, which initially release NH 2 radicals upon thermal decompensation.

Eine andere Art eines NOx-Regelungsverfahrens für Abgas, bei dem NO zu NO2 oxidiert wird ist in der US-Patentanmeldung mit dem Titel: PROCESS AND APPARATUS FOR REMOVING OXIDES OF NITROGEN AND SULFUR FROM COMBUSTION GASES (Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Stickstoff- und Schwefeloxiden aus Verbrennungsgasen), Serien-Nr. 734.393, von mir am 14. Mai 1985 angemeldet, angeführt. Auf das in der Anmeldung '393 offenbarte Verfahren wird hier als „Jones-Verfahren" Bezug genommen. Die US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 734.393 ist hier durch diesen Hinweis einbezogen. Das Jones-OxyÜationsverfahren arbeitet zwischen 426,670C und 760°C und verwendet einen Kohlenwasserstoff (einen Peroxylinitiator), z. B. Methanol, das in einem Luftträger fein verteilt ist, um hohe Werte für die Oxydation von NO zu NO2 zu erreichen. Das bevorzugte Temperaturfenster für dieses Verfahren liegt bei 426,67°C bis 7600C. Dieses Verfahren ist eine andere Art eines Dampferzeuger-Einspritzprozesses, der das Peroxylradikal (HO2) anstatt des Hydroxylradikals (OK) enthält. NO wird zu NO2 durch folgende Reaktion oxidiert:Another type of NO x control method for exhaust gas in which NO is oxidized to NO 2 is disclosed in US patent application entitled: PROCESS AND APPARATUS FOR REMOVING OXIDES OF NITROGEN AND SULFUR FROM COMBUSTION GASES (Method and apparatus for removing nitrogen oxides). and sulfur oxides from combustion gases), serial no. 734,393, filed by me on May 14, 1985, cited. In the process disclosed in the '393 method, reference is here as "Jones" process taken. The US patent application serial no. 734,393 is incorporated herein by reference. The Jones OxyÜationsverfahren operates between 426.67 0 C and 760 ° C and uses a hydrocarbon (a peroxyl initiator), eg, methanol, dispersed in an air carrier to achieve high levels of oxidation of NO to NO 2. The preferred temperature window for this process is 426.67 ° C to 760 0 C. This method is contains a different type of steam generator-injection process, the peroxyl radical (HO 2) instead of the hydroxyl radical (OK), NO is oxidized to NO 2 by the following reaction.:

NO + HO2 = NO2 + OHNO + HO 2 = NO 2 + OH

Man kann erkennen, daß eine geeignete Temperatur etwa 7600C als Trennlinie zwischen den NO-Reduktionsprozessen vom Typ SNCR (das heißt bei 76O0C und höher) und den N0-Oxydationspro7^sen vom Typ Jones (das heißt bei 76O0C und niedriger) wirkt.It can be seen that a suitable temperature is about 760 0 C as a dividing line between the NO reduction processes of the type SNCR (ie at 76O 0 C and higher) and the N0-oxidation Pro Jones Jones (ie at 76O 0 C and lower) acts.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die vorliegende Erfindung bietet eine Möglichkeit zur Erzielung sehr hoher Niveaus bei der Entfernung von NOx in der Größenordnung von 70% oder mehr, insbesondere in Situationen, wenn kohlebefeuerte Dampferzeuger oder Müllverbrennungsanlagen bereits Naßabscheider haben. Die Erfindung kann auch solche Leistungsniveaus zur Entfernung von NOx ohne die Anwendung teuerer katalytischer NOx-Reduktionsverfahren liefern.The present invention provides a means of achieving very high levels of NOx removal, on the order of 70% or more, especially in situations where coal-fired steam generators or waste incinerators already have wet scrubbers. The invention may also provide such NOx removal performance levels without the use of expensive catalytic NOx reduction processes.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, verbesserte Verfahren zur Reduzierung von Stickstoffoxiden in Verbrennungsgasen bereitzustellen.The object of the invention is to provide improved methods for reducing nitrogen oxides in combustion gases.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Reduktion von NOx in Verbrennungsabgasen zur Verfugung gestellt. Das Verfahren beinhaltet die Stufen Einspritzen von NHi-Präkursoren in ein Abgas in einer ersten Einspritzzone, wobei das Abgas eine Temperatur über 76O0C hat, um NO zu N2 zu reduziere/i. Die zweite Stufe ist das Einspritzen eines Peroxylinitiators in das Abgas in einer zweiten Zone, um das restliche NO zu N2 zu oxidieren.According to the invention, a method for the reduction of NOx in combustion exhaust gases is provided. The method includes the steps of injecting NHi precursors into an exhaust gas in a first injection zone, wherein the exhaust gas has a temperature above 76O 0 C to reduce NO to N 2 / i. The second step is to inject a peroxyl initiator into the exhaust gas in a second zone to oxidize the remaining NO to N 2 .

Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn sie unter Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung, die angefügten Patentansprüche und die beiliegenden Zeichnungen betrachtet werden.These and other features, aspects, and advantages of the present invention will become better understood when considered in light of the following detailed description, appended claims, and accompanying drawings.

Abbildung 1 ist eine schematische Darstellung eines zweistufigen Dampferzeugers, der für die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsart eines zweistufigen Einspritzverfahrens verwendet wird, das unter Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.Figure 1 is a schematic representation of a two-stage steam generator used to describe a preferred embodiment of a two-stage injection process carried out using the principles of the present invention.

Abbildung 2 ist eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsart einer Einspritzdüse, die unter Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung für die Einspritzung von NHi-Präkursoren und/oder Peroxylinitiatoren ausgeführt ist.Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment of an injector made using the principles of the present invention for the injection of NHi precursors and / or peroxyl initiators.

Abbildung 3 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsart eines Einspritzsystems für das Einspritzen dpi NHi-Präkursoren und/oder Peroxylinitiatoren, das unter Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. Abbildung 4 veranschaulicht ein bevorzugtes S trömungsbild für die NHi-Präkursoren und Peroxylinitiatoren, die durch Einspritzdüsen gemäß der vorliegenden Erfindung eingeleitet werden.Figure 3 is a schematic representation of a preferred embodiment of an injection system for injecting dpi NHi precursors and / or peroxyl initiators, carried out using the principles of the present invention. Figure 4 illustrates a preferred flow pattern for the NHi precursors and peroxyl initiators initiated by injectors according to the present invention.

Abbildung 5 ist ein Diagramm, das die Veränderung der NO-Konzentration als Funktion des Mol-Verhältnisses des in das Abgas eingespritzten Harnstoffs zur NO-Konzentration im Abgas bei S10°C und 96O0C darstellt.Figure 5 is a diagram illustrating the change of NO concentration as a function of mole ratio of injected urea in the exhaust gas to the NO concentration in the exhaust gas at S10 ° C and 96O 0 C.

Abbildung 6 ist ein Diagramm, das die Veränderung von CO in Teilen pro Million (ppm) als Funktion des Mol-Verhältnisses des in das Abgas eingespritzten Harnstoffs zur NOx-Konzentration im Abgas bei 96O0C darstellt.Figure 6 is a diagram illustrating the change of CO in parts per million (ppm) as a function of the mole ratio of injected urea in the exhaust gas to the NOx concentration in exhaust gas at 96O 0 C.

Abbildung 7 ist ein Diagramm, das die Optimaltemperatur für die Reduktion von NO und den Ammoniak-rflip mit und ohne Kohlenwasserstoff darstellt, wenn Harnstoff entsprechend der Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.Figure 7 is a graph illustrating the optimum temperature for the reduction of NO and the ammonia rflip with and without hydrocarbon when urea is injected according to the application of the principles of the present invention.

Abbildung 8 ist ein Diagramm, das die prozentuale Umsetzung von NO zu N2 und von NO zu NO2 als Funktion des Mol-Verhältnisses des in das Abgas eingespritzten Methanols zu der NOi-Konzentration im Abgas bsi einer Einspritztemperatur von 720°C darstellt.Figure 8 is a graph showing the percent conversion of NO to N 2 and of NO to NO 2 as a function of the molar ratio of methanol injected into the exhaust gas to the NOi concentration in the exhaust gas bsi at an injection temperature of 720 ° C.

Abbildung 9 ist ein Diagramm, das die Veränderung der CO-Konzentration als Funktion des Mol-Verhältnisses des in das Abgas eingespritzten Methanols zur NO-Konzentration im Abgas bei einer Einspritztemperatur von 937,780C danteilt. Abbildung 10 ist ein Diagramm, das den Ammoniak-Slip in Teilen pro Million als Funktion des Mol-Verhältnisses des in das Abgas eingespritzten Methanols zur NOi-Konzentration im Abgas bei 72O0C darstellt.Figure 9 is a diagram danteilt the change in CO concentration as a function of the mole ratio of fuel injected into the exhaust gas to the methanol concentration of NO in the exhaust gas at an injection temperature of 937.78 0C. Figure 10 is a diagram illustrating the ammonia slip in parts per million as a function of the mole ratio of fuel injected into the exhaust gas to methanol NOI concentration in the exhaust gas at 72o C 0.

Abbildung 1 stellt eine schematische Ansicht eines zweistufigen Dampferzeugers 10 dar, der in Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Reduzierung von Stickstoffoxiden in einem Abgasstrom von Vorteil ist. Das Verfahren umfaßt als jrstes die Reduktion von NO zu Stickstoff durch Einspritzen von NHi-Präkursoren (z. B. Flüssigphasenharnstoff oder Ammoniumhydroxyd) in das Abgas in einer ersten Einspritzzone 12 bei einer Temperatur über 76O0C und als zweites die zusätzliche Reduktion von NO zu Stickstoff durch Oxydation des restlichen NO zu NO2 und die Reduzierung des Ammoniak-Leckverlustes durch Einspritzen eines Peroxylinitiators, z. B. Wasserstoff, Wassersioffperoxyd oder Kohlenwasserstoff (z. B. Methanol) in das Abgas in einer zweiten Einspritzzone bei Temperaturen unter 7600C. Zusätzliche NHi-Präkursoren beinhalten Ammoniak und komplexere Verbindungen, z. B. Zyanursäure, Biuret, Triuret, Ammelid oder deren Gemische. Wenn die Abgastemperatur in der ersten Zone 12 unter das optimale Niveau fällt, dann können Wasserstoff, Wasserstoffperoxid oder Kohlenwasserstoffe (z. B. Methanol) zusammen mit dem NHi-Präkursor eingespritzt werden, um die optimale Temperatur für die NO-Reduktion abzusenken und die Höhe des Ammoniak-Leckverlustes zu verringern. Der Ort der Einspritzung des NHi-Präkursors kann auf mehr als einer Ebene oder einer Stelle im Dampferzeuger liegen, um Temperaturveränderungen zu kompensieren. Wie man in Abbildung 1 erkennt, wird eine Einspritz-Verteilerleitung 16 von einem Verdichter 18 versorgt, der Luft zu den Einspritzdüsen 20 liefeil. Ausführungseinzelheiten der Düse 20 kann man aus den Abbildungen 2 und 3 entnehmen, wobei die Druckluft in die Düse 20 am Lufteinlaß 22 eintritt und die Düse am Auslaß 23 verläßt. Der NHi-Präkursor tritt in die Düse am Einlaß 26 ein, passiert die Düse 30, mischt sich mit der Luft im Mischteil 28 und tritt am Auslaß 24 aus. Es wird empfohlen. Vorrichtungen zur automatischen Regelung entweder der Menge Wasserstoff, Wasserstoffperoxid oder von Kohlenwasserstoff zur Ko-Einspritzung oder für den Einspritzort oder beides an Hand der in der ersten Einspritzzone angeordneten Temperatursensoren vorzusehen. Bevorzugte Einspritzstoffe sind wäßrige Lösungen von Harnstoff oder Methanol oder beides.Figure 1 is a schematic view of a two-stage steam generator 10 useful in the practice of the present invention for reducing nitrogen oxides in an exhaust gas stream. The method most recently involves the reduction of NO to nitrogen by injecting NHi precursors (eg liquid phase urea or ammonium hydroxide) into the exhaust gas in a first injection zone 12 at a temperature above 76O 0 C and secondly the additional reduction of NO Nitrogen by oxidation of the residual NO to NO 2 and the reduction of ammonia leakage by injecting a peroxyl initiator, eg. As hydrogen, Wassersioffperoxyd or hydrocarbon (eg., Methanol) in the exhaust gas in a second injection zone at temperatures below 760 0 C. Additional NHi precursors include ammonia and complex compounds, for example. As cyanuric acid, biuret, triuret, ammelide or mixtures thereof. If the exhaust gas temperature in the first zone 12 falls below the optimum level, then hydrogen, hydrogen peroxide, or hydrocarbons (eg, methanol) may be injected along with the NHi precursor to lower the optimum temperature for NO reduction and the height to reduce the ammonia leakage. The location of injection of the NHi precursor may be at more than one level or point in the steam generator to compensate for temperature changes. As seen in Figure 1, an injection manifold 16 is supplied by a compressor 18 which supplies air to the injectors 20. Details of execution of the nozzle 20 can be seen from Figures 2 and 3, wherein the compressed air enters the nozzle 20 at the air inlet 22 and leaves the nozzle at the outlet 23. The NHi precursor enters the nozzle at the inlet 26, passes through the nozzle 30, mixes with the air in the mixing member 28 and exits at the outlet 24. It is recommended. To provide automatic control devices either the amount of hydrogen, hydrogen peroxide or hydrocarbon for co-injection or for the injection site or both on the basis of arranged in the first injection zone temperature sensors. Preferred injection materials are aqueous solutions of urea or methanol or both.

Wie vorher erwähnt, fällt die optimale Temperatur für SNCR-Prozesse in ein enges Temperaturfenster. Einer Übersicht über den Stand der Technik ist zu entnehmen, daß die optimale Temperatur 9960C plus oder minus etwa 23,890C beträgt oder zwischen 954,440C und 1037,78°C liegt. Ein möglicher Grund für den Unsicherheitsgrad ist, daß die bei diesen hohen Werten gemessenen Temperaturen 1O0C bis 65,560C infolge der Wärmestrahlungsverluste von dem Sensor selbst zu niedrig liegen, sofern nicht Konvektionswärme zugeführt wird (mittels einer Saug-Pyrometertechnik), womit die tatsächliche Temperatur gemessen werden kann. Sämtliche hi ar angeführten Temperaturen beziehen sich auf die tatsächliche Gastemperatur, wie sie mit einem Saug-Pyrometer gemessen wurde. Nach dem Stand der Technik von Arand und anderen (US-Pr'pnt Nr. 4.208.386) wird das Temperaturfenster für Harnstoff in Beispiel I erklärt, in dem klar dargestellt wird, daß die optimale Temperatur etwa 996,110C beträgt auf Basis der in Tabelle I angeführten NO-Reduktionswirksamkeit in Abhängigkeit von der Temperatur. Ein überraschendes Ergebnis, das einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, ist, daß die optimale Temperatur für Harnstoff eindeutig unter 910°C liegt und höchstwahrscheinlich 873,89°C beträgt. Die von Arand und anderen angegebene optimale Temperatur ist eindeutig falsch. Diese überraschende Entdeckung verlangt ein Verfahren, das sich mit den relativ engen Temperaturfenster-Begrenzungen befaßt, von denen man bisher annehm, daß sie für die SNCR-Prozesse anwendbar sind. Bei einer Ausführungsart wird ein einfacher NHi-Präkursor in das Abgas bei höheren Temperaturen in einen oberhalb gelegenen Teil des SNCR-Prozesses eingespritzt, gefolgt von komplexen NHi-Präkursoren, die in das Abgas bei niedrigeren Temperaturen in einen unterhalb gelegenen Teil des SNCR-Prozesses eingespritzt werden. Bei einer anderen Ausführungsart wird der einfache NHi-Präkursor bei Temperaturen von etwa 1037,78°C bis hinab auf etwa 954,44°C eingespritzt, gefolgt von komplexen NHi-Präkursoren, die von etwa 954,440C bis hinab auf 843,33°C eingespritzt werden. Die optimale Temperatur für den komplexen NHi-Präkursor kann ungefähr 79,440C niedriger als die optimale Temperatur für den einfachen NHi-Präkursor liegen und somit ein viel breiteres Temperaturfenster liefern, als das im Stand der Technik dargelegt wird. In einer weiteren Ausführungsart konnte ein automatisches Regelsystem angewendet werden, um auf Basis des Eingangs von den Abgastemperatur-Sensoren einfache oder komplexe NHi-Präkursoren in das Abgas durch ein oder mehrere Ebenen von Einspritzdüsen einzuspritzen. Eine weitere für die automatische Regelung geeignete Ausführungsart wäre, ein Gemisch von einfachen und komplexen NHi-Präkursoren in das Abgas durch eine oder mehrere Ebenen von Einspritzdüsen auf der Basis der auf jeder Ebene gemessenen Abgastemperatur einzuspritzen und das Verhältnis von einfachen und komplexen NHi-Präkursoren zu regeln, die zu einer gegebenen Ebene von Einspritzdüsen gefördert werden.As previously mentioned, the optimum temperature for SNCR processes falls within a narrow temperature window. An overview of the state of the art shows that the optimum temperature 996 0 C plus or minus about 23.89 0 C or is between 954.44 0 C and 1037.78 ° C. A possible reason for the degree of uncertainty is that the temperatures measured at these high values 10O 0 C to 65.56 0 C due to the heat radiation losses from the sensor itself are too low, unless convective heat is supplied (by means of a suction Pyrometertechnik), the actual temperature can be measured. All temperatures quoted refer to the actual gas temperature, as measured with a suction pyrometer. According to the prior art by Arand and others (US-Pr'pnt no. 4,208,386) the temperature window for urea is explained in Example I, is shown clearly in, that the optimum temperature is about 996.11 0 C is based on the reported in Table I NO reduction efficiency as a function of temperature. A surprising result which forms part of the present invention is that the optimum temperature for urea is clearly below 910 ° C, most likely 873.89 ° C. The optimum temperature given by Arand and others is clearly wrong. This surprising discovery requires a process that addresses the relatively narrow temperature window limitations previously thought to be applicable to SNCR processes. In one embodiment, a simple NHi precursor is injected into the exhaust at higher temperatures into an upstream portion of the SNCR process, followed by complex NHi precursors injected into the exhaust gas at lower temperatures into a downstream portion of the SNCR process become. In another embodiment of the simple NHi precursor at temperatures of about 1037.78 ° C is injected down to about 954.44 ° C, followed by complex NHi precursors from about 954.44 0 C down to 843, 33 ° C are injected. The optimum temperature for the complex NHi precursor may be about 79.44 0 are C lower than the optimum temperature for the simple NH, precursor, and thus provide a much wider temperature window than is set forth in the prior art. In another embodiment, an automatic control system could be used to inject simple or complex NHi precursors into the exhaust gas through one or more levels of injectors based on the input from the exhaust gas temperature sensors. Another embodiment suitable for automatic control would be to inject a mixture of simple and complex NHi precursors into the exhaust gas through one or more levels of injectors based on the exhaust gas temperature measured at each level and the ratio of simple and complex NHi precursors regulate that are delivered to a given level of injectors.

Gibt es in dem SNCR-Prozeß mehr als eine Ebene mit Einspritzdüsen, dann würde (1) bei einer anderen bevorzugten Ausführungsart zusätzlich Verdünnungswasser zusammen mit den NHi-Präkursoren zugegeben werden. Zum Beispiel wäßriger Harnstoff oder Ammoniakhydroxid, man würdi den (die) Einsatzort(e) in Richtung kühler, stromabwärts angeordneter Düsen verschieben und/oder den Einsatz einfacher NHi-Präkursoren auf Basis einer automatischen Regelung erhöhen, wenn die Abgastemperatur(en) zu hoch wird (werden) oder (2) das zusammen mit dem NHi-Präkursor eingespritzte Verdünnungswasser reduzieren, den (die) Einsatzort(e) in Richtung wärmer, stromaufwärts angeordneter Düsen verschieben und/oder den Einsatz von komplexen NHi-Präkursoren fan Hand der automatischen Regelung erhöhen, w..nn die Abgastemperatur(en) zu niedrig wird (werden). Eine derartige automatische Regelung kann auf Basis Input von den Abgastemperatur-Sensoren, den Abgas NO-Analysengeräten oder von beiden ausgelegt werden.If there is more than one level with injectors in the SNCR process, then (1) in another preferred embodiment, additional dilution water would be added along with the NHi precursors. For example, aqueous urea or ammonia hydroxide, one would shift the location (s) toward cooler, downstream nozzles and / or increase the use of simple NHi precursors based on automatic control when the exhaust gas temperature (s) become too high (or) (2) reduce the dilution water injected with the NHi precursor, move the site (s) toward warmer, upstream nozzles, and / or increase the use of complex NHi precursors by automatic control When the exhaust gas temperature (s) become too low. Such an automatic control may be designed based on input from the exhaust temperature sensors, exhaust NO analyzers, or both.

In der vorliegenden Erfindung werden auch geeignete Vorrichtungen 7um Einleiten von Einspritzchemikalien angegeben. Obwohl man viele unterschiedliche Techniken anwenden kann, wie z. B. das direkte Einspritzen von Flüssigkeiten und Gasen in das Abgas, wird empfohlen, die Chemikalien für das Einspritzen mit einem Trägergas, z. B. Luft, Dampf, Umluftverbrennungsgas oder deren Gemische vorzumischen. Das Vormischen erfolgt außerhalb des Dampferzeugers in einer geeigneten Apparatur, und somit besteht das sich ergebende Einspritzmedium aus vorgemischten Mengen von Trägergas und Einspritzchemikalien. Eine geeignete Apparatur für die Herstellung des vorgemischten Einspritzmediums enthält eine Trägergasventuridüse, z. B. die obengenannte Düse 20, die die wäßrigen Lösungen der Einspritzchemikalien in das Trägergas zerstäubt und verteilt. Zum Einspritzen mit hoher Geschwindigkeit in das Abgas wird das Einspritzmedium durch eine externe Quelle unter Druck gesetzt, z. B. Luft oder Abgas von dem Verdrängungsdichter 18. Falls gewünscht, kann man an Stelle von Luft Dampf von einem Dampferzeuger verwenden. Durch sorgfältige Ausführung der Zerstäuber- und Verteilerdüse 20 können Druckverluste in der Vormischstufe minimiert werden. Das Einspritzmedium wird dann in das Abgas oder die Luft durch die Düse 20 ausgetragen, die nur an den Wandungen 32 des Dampferzeugers befestigt sein können odei die infolge der Kühlwirkung des Trägergases den tatsächlichen Gegebenheiten entsprechend im Inneren der Abgaszone liegen können und die an einer inneren Einspritz-Verteilerleitung angebracht sind. Die tatsächliche Ausführung und die Lage der Düsen und des Einspritzsystems können von den vom Dampferzeuger auferlegten physikalischen Beschränkungen, dem Grad der gewünschten NOx-Entfernung und weiterer Parameter, z. B. der Abgastemperatur, Zusammensetzung und Geschwindigkeitsverteilung abhängen.In the present invention, suitable devices 7 for introducing injection chemicals are also indicated. Although many different techniques can be used, such as: As the direct injection of liquids and gases into the exhaust gas, it is recommended that the chemicals for injection with a carrier gas, eg. As air, steam, circulating air combustion gas or mixtures thereof premix. Pre-mixing takes place outside the steam generator in a suitable apparatus, and thus the resulting injection medium consists of premixed amounts of carrier gas and injection chemicals. A suitable apparatus for the preparation of the premixed injection medium contains a Trägergasventuridüse, z. Example, the above-mentioned nozzle 20, which atomizes and distributes the aqueous solutions of the injection chemicals in the carrier gas. For injecting high velocity into the exhaust, the injection medium is pressurized by an external source, e.g. For example, air or exhaust from the positive displacement compressor 18. If desired, one may use steam from a steam generator instead of air. By careful design of the nebulizer and dispensing nozzle 20, pressure losses in the premix stage can be minimized. The injection medium is then discharged into the exhaust gas or the air through the nozzle 20, which may be attached only to the walls 32 of the steam generator odei due to the cooling effect of the carrier gas the actual circumstances can be located inside the exhaust zone and at an internal injection Distributor line are attached. The actual design and location of the nozzles and the injection system may depend on the physical constraints imposed by the steam generator, the degree of NOx removal desired and other parameters, e.g. As the exhaust temperature, composition and speed distribution depend.

Das zweistufige Einspritzverfahren für Dampferzeuger der vorliegenden Erfindung liefert die überraschenden und bedeutenden Vorteile einer Erhöhung der Gesamt-NO-Umsetzung und Verringerung des Ammoniak-Leckverlustes im Vergleich mit einem SNCR-Prozeß, der an sich unter gleichen Bedingungen durchgeführt wurde. Sogar wenn ein SNCR-Prozeß unter abweichenden Bedingungen betrieben wird, ist es nicht möglich, einen größeren Umsetzungsgrad für NO mit entsprechend geringem Ammoniak-Leckverlust zu erreichen, als das mit einem 2-Stufen-Einspritzverfahren für Dampferzeuger der vorliegenden Erfindung unter gleichen Bedingungen möglich ist. Umgekehrt könnte man mit dem Jones-Verfahren zur Oxydation yon NO zu NO2 in der Lage sein, ziemlich hohe NO-Umsetzungswerte zu erreichen, aber sogar wenn ein geringer Wert der NO-Reduktion zu Stickstoff in einem stromaufwärts gelegenen SNCR-Prozeß erfolgen würde, dann ist der gesamte NO-Umsetzungswirkungsgrad des zweistufigen Prozesses der vorliegenden Erfindung größer als wenn das Jones-Verfahren an sich betrieben würde. Die überraschenden Vorteile des signifikant verringerten Ammoniak-Leckverlustes werden im Stand der Technik nicht ausgewiesen. Ein weiterer Vorteil des zweistufigen Einspritzprozesses für Dampferzeuger besteht darin, daß das restliche in der zweiten Stufe zu NO2 umgesetzte NO durch Naßabscheider oder andere im Stand der Technik von Jones dargelegte Techniken entfernt werden kann, wodurch sehr hohe Leistungsniveaus bei der NOx-Entfernung (d. h. 80% oder mehr) erreicht werden, ohne die Schwierigkeit hinsichtlich entsprechend hoher Werte des Ammoniak-Leckverlustes, der sich durch die Arbeitsweisi. eines SNCR-Prozesses an sich ergibt. Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in den folgenden spezifischen Ausführungsbeispielen beschrieben.The two-stage steam generator injection method of the present invention provides the surprising and significant benefits of increasing overall NO conversion and reducing ammonia leakage as compared to a SNCR process which was carried out under similar conditions. Even if an SNCR process is operated under different conditions, it is not possible to achieve a greater degree of NO conversion with correspondingly low ammonia leakage than is possible with a 2-stage steam generator injection method of the present invention under the same conditions , Conversely, with the Jones method for NO.sub.2 / NO.sub.2 oxidation, one could be able to achieve fairly high NO conversion values, but even if a small amount of NO reduction to nitrogen were to occur in an upstream SNCR process, then For example, the total NO conversion efficiency of the two-stage process of the present invention is greater than if the Jones process were operated per se. The surprising benefits of significantly reduced ammonia leakage are not reported in the prior art. Another advantage of the two-stage steam generator injection process is that the residual NO converted to NO 2 in the second stage can be removed by wet scrubbers or other techniques set forth in the prior art by Jones, thereby providing very high levels of NO x removal (ie 80% or more) can be achieved without the difficulty of correspondingly high levels of ammonia leakage, which can be reduced by the operating conditions. a SNCR process itself. These and other advantages of the present invention will be described in the following specific embodiments.

Der zweistufige Einspritzprozeß für Dampferzeuger für die NOx-Regelung hat beträchtliches Interesse zur großtechnischen Anwendung bei kohlebefeuerten Dampferzeugern und Festabfall-Verbrennungsanlagen gefunden. Man hat festgestellt, daß die Anwendung bei kohlebefeuerten Dampferzeugern im allgemeinen einfacher ist als bei Festabfall-Verbrennungsanlagen, da es höhere Anfangs-NOx-Werte, die etwas geringere Mol-Verhältnisse von Chemikalien zu NOx für die gleichen Leistungsniveaus erfordern sowie einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt in der Flugasche gibt, was zu einem effektiveren Methanoleinsatz in der zweiten Stufe führt. An Hand eines Beispiels erfolgt eine detaillierte Beschreibung zur Anwendung des zweistufigen Dampferzeuger-Einspritzprozesses in einer Festabfall-Verbrennungsanlage zur Erreichung einer NOx-Entfernung von 72% ohne Naßwäscher und von 81 % mit Naßwäschern des stromabwärtigen Abgases.The two-stage injection process for steam generators for NOx control has found considerable interest for industrial use in coal-fired steam generators and solid waste incinerators. It has been found that the application to coal-fired steam generators is generally simpler than solid waste incinerators since it requires higher initial NOx levels, requiring slightly lower molar ratios of chemicals to NOx for the same levels of performance, and a lower carbon content in the Fly ash gives what results in a more effective use of methanol in the second stage. By way of example, a detailed description will be given of the use of the two-stage steam generator injection process in a solid waste incinerator to achieve 72% NOx removal without wet scrubber and 81% with wet scrubbers of the downstream exhaust gas.

Ausführungsbeispieleembodiments Beispiel IExample I

Die Bedingungen in einer aktuellen städtischen 300-t/d-Festabfall-Verbrennungsanlage wurden in einem Verbrennungstunnel nachgebildet, um die exakte Wirkungsweise des zweistufigen Einspritzprozesses für Dampferzeuger für die NOx-Regelung zu bestimmen. Diese Tests beinhalteten das Eintragen von aufgefangener Flugasche aus dem elektrostatischen Abscheider an der Müllverbrennungsanlage, um den Einfluß der Asche auf die Verfahrenschemie zu ermitteln. Die Asche-Eintraggeschwindigkeit betrug 3,0 Grain/SCF(1 Grain = 0,0648g) oder etwa 7000mg/Norm m3 (Nm3).The conditions in a current municipal 300 t / d solid waste incinerator were modeled in a combustion tunnel to determine the exact operation of the two-stage injection process for NOx control steam generators. These tests involved collecting collected fly ash from the electrostatic precipitator at the waste incinerator to determine the impact of the ash on the process chemistry. The ash entry rate was 3.0 grains / SCF (1 grain = 0.0648 g) or about 7000 mg / standard m 3 (Nm 3 ).

Die Anfangszusammensetzung des Abgases vor dem Einspritzprozeß in die im Dampferzeuger der Abbildung 1 dargestellte Zone 34 (Zone A) ist typisch wie folgt (Volumen-%, Basis trocken):The initial composition of the exhaust gas prior to the injection process into the Zone 34 shown in Figure 1 steam generator (Zone A) is typically as follows (% by volume, dry basis):

NONO 125 ppm125 ppm HCIHCI 840 ppm840 ppm NOjNOj 5 ppm5 ppm SO2 SO 2 60 ppm60 ppm NOxNOx 130 ppm130 ppm SO3 SO 3 3 ppm3 ppm COCO 30 ppm30 ppm HFHF 15 ppm15 ppm O2 O 2 12%12% Ascheash 7 000 mg/Nm3 7,000 mg / Nm 3 CO2 CO 2 10%10%

Der Wasserdampfgehalt des Abgases beträgt charakteristischerweise 9 Volumen-%.The water vapor content of the exhaust gas is characteristically 9% by volume.

In der Einspritzzone der ersten Stufe wird eine wäßrige Lösung von Harnstoff oder Ammoniak-Hydroxid in das querströmende Abgas eingespritzt unter Verwendung einer Apparatur (z. B. wie sie oben beschrieben und in der Abbildung 1,2 und 3 dargestellt ist) zum Vormischen der Einspritzchemikalien und des Trägergases, z. B. Luft oder Dampf. Wie in Abbildung 1 dargestellt, wird bei diesem Beispiel ein Rotationsgebläse zur Erzeugung von Druckluft als Träger zu den Einspritzdüsen über Verteilerleitung 16 verwendet. Die Trägergasmenge beträgt ungefähr 6 Ma.-% des gesamten Abgasstromes der Müllverbrennungsanlage. Die Einspritzchemikalie wird in der Einspritzdüse 20 mit dem Trägergas gemischt. Die Einspritzdüse 2C goht durch die Dampferzeugerwandung 32 hindurch und enthält die Anschlüsse 22 bzw. 26 für Trägergas und die Einspritzchemikalie, Vorrichtung 38 zur Entfernung der Einspritzdüse 30 zur Wartung außerhalb des Dampferzeugers, Vorrichtung 30 (die Einspritzdüse 30 für Chemikalien) zur Zerstäubung und/oder Verteilung und Vormischung der Einspritzchemikalie mit dem Trägergas in dem Venturi-Teil 40 der oberhalb des Auslasses 24 angeordneten Düse 20. Der Auslaß 24 ist so ausgeführt, daß er eine Einspritzung der vorgemischten Mengen des Trägergases und der Einspritzchemikalie (NHi-Präkursor oder Peroxy linitia(or) mit hoher Geschwindigkeit erreicht. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, am besten in Abbildung 3 dargestellt, arbeitet die Einspritzdüse bei Schall- oder Unterschallgeschwindigkeit, und es sind tangentialausgerichtete Einspritzvorrichtungen 42 an den Seitenwänden eingesetzt, um ein tangentiales Strömungsbild zu erzeugen und eine sehr schnelle Mischung zu fördern sowie ein gedralltes Strömungsbild in den Massestrom des Abgases zu induzieren. Es ist eindeutig, doppel'trichterförmige Düsen für Unterschall-Einspritzgeschwindigkeiten vorzusehen oder ein inneres Einspritzrohr und über dem Abgasquerschnitt angeordnete Mehrfachdüsen anzubringen, um ein verbessertes Mischen und/oder, wenn erforderlich, eine bessere Flächendeckung zu fördern.In the first stage injection zone, an aqueous solution of urea or ammonia hydroxide is injected into the crossflowing exhaust gas using an apparatus (e.g., as described above and shown in Figures 1,2 and 3) for premixing the injection chemicals and the carrier gas, z. As air or steam. As shown in Figure 1, in this example, a rotary blower is used to generate compressed air as a carrier to the injectors via manifold 16. The amount of carrier gas is approximately 6% by mass of the total waste gas stream of the waste incineration plant. The injection chemical is mixed in the injection nozzle 20 with the carrier gas. The injector 2C passes through the steam generator wall 32 and includes the carrier gas and injection chemical ports 22, 26 for removing the injector 30 for maintenance outside the steam generator, device 30 (the chemical injector 30) for atomization, and / or Distribution and premixing of the injection chemical with the carrier gas in the venturi 40 of the nozzle 20 located above the outlet 24. The outlet 24 is designed to inject the premixed amounts of the carrier gas and injection chemical (NHi precursor or peroxy linitia). In a preferred embodiment, best shown in Figure 3, the injector operates at sonic or subsonic velocity, and tangentially-aligned injectors 42 are inserted on the sidewalls to create a tangential flow pattern and produce a very fine flow To promote all mixture and induce a gedralltes flow pattern in the mass flow of the exhaust gas. It is clear to provide double funnel-shaped nozzles for subsonic injection rates, or to provide an inner injection tube and multi-nozzle positioned above the exhaust section to promote improved mixing and / or, if necessary, better area coverage.

Obwohl mit dem vorliegenden Beispiel die Verwendung einer verdünnten wäßrigen Harnstoff lösung für die erste Stufe des zweistufigen Einspritzverfahrens beschrieben wird, wäre eine andere Alternative die Verwendung einer wäßrigen Ammoniumhydroxid-Lösung. Das Ammoniumhydroxid würde sofort NH3-Dampf nach Erhitzen in der Abgaszone freisetzen, wohingegen nach thermischer Dekompensation von Harnstoff [chemische Formel (NH2hCO) freigesetzte NH2 nicht auftreten würde, bis eine ausreichende Wasserverdampfung aus den Tropfen zu einer Harnstoffübersättigung und/oder Kristallisation in den Tropfen führt. Deshalb kann durch Erhöhung der Verdünnung oder der Tropfengröße das Freisetzen von NH2 aus der Harnstoff lösung in das Abgas in einem bestimmten Umfang verzögert werden, um dadurch eine innigere Mischung mit demAlthough the present example describes the use of a dilute aqueous urea solution for the first stage of the two-stage injection process, another alternative would be to use an aqueous ammonium hydroxide solution. The ammonium hydroxide would immediately release NH 3 vapor after heating in the exhaust zone, whereas after thermal decomposition of urea [chemical formula (NH 2 hCO) released NH 2 would not occur until sufficient water evaporation from the droplets to urea supersaturation and / or crystallization into the drops leads. Therefore, by increasing the dilution or droplet size, the release of NH 2 from the urea solution into the exhaust gas can be delayed to a certain extent, thereby forming a more intimate mixture with the

Abgas und infolgedessen eine bessere Flächendeckung zu ermöglichen. Das kann vorteilhaft sein im Vergleich zu Ammoniumhydroxid in Abhängigkeit von der Dampferzeugergröße, den Anforderungen an die NOx-Regelung, den Temperaturgrad und den Geschwindigkcitsverteilungsfehlern, der Lage der Einspritzdüsen und der Beschränkungen der Verweilzeit.Exhaust gas and consequently a better area coverage to allow. This may be advantageous compared to ammonium hydroxide depending on the size of the steam generator, NOx control requirements, temperature level and velocity distribution errors, location of the injectors, and residence time constraints.

Wie im Diagramm der Abbildung 5 dargestellt, ergab ein Mol-Verhältnis von Harnstoff zu NO von 1,4 eine 72%ige Umsetzung von NO zu Stickstoff bei 91O0C von einem Ausgangsniveau von 125ppm NO. Wie ebenfalls in Abbildung 5 gezeigt, gibt es ein Ammoniak-Slip von 35ppm bei einem Harnstoff/NO Mol-Verhältnis von 1,4. In Abbildung 6 ist dargestellt, daß bei einer Einspritztemperatur von 96O0C und bei einem Harnstoff/NO Mol-Verhältnis von 1,4 auch eine entsprechende Erhöhung der CO-Emission von 13ppm entsteht. An diesem Punkt ist die Veränderung der Abgaszusammensetzung wie folgt:As shown in the graph of Figure 5, a molar ratio of urea to NO of 1.4 gave a 72% NO to nitrogen conversion at 91O 0 C from a starting level of 125 ppm NO. As also shown in Figure 5, there is an ammonia slip of 35ppm at a urea / NO mole ratio of 1.4. In Figure 6 it is shown that at an injection temperature of 96O 0 C and at a urea / NO molar ratio of 1.4, a corresponding increase in the CO emission of 13 ppm. At this point, the change in the exhaust gas composition is as follows:

Zone A, Ab). 1Zone A, Ab). 1 125 ppm125 ppm Zone B, Abb. 1Zone B, Fig. 1 5 ppm5 ppm Nach der EinspritzungAfter the injection Vor der EinspritzungBefore the injection 130 ppm130 ppm in der I.Stufein the 1st stage in der I.Stufein the 1st stage 30 ppm30 ppm 35 ppm35 ppm NONO Nullzero 5 ppm5 ppm NO2 NO 2 40 ppm40 ppm NOxNOx 43 ppm43 ppm COCO NH3 NH 3

Wenn die Temperatur in der Einspritzzone 12 der ersten Stufe von optimalen Werten abweicht, verschlechtert sich die Wirksamkeit der Entfernung von NOx, sofern nicht Korrekturmaßnahmen ausgelöst werden. Unter diesen Maßnahmen wäre die automatische Regelung dor Stelle in dem Dampferzeuger, an der Harnstoff auf der Basis des Temperatur-Sensor-Inputs eingespritzt wird und die Verwendung von mehr als einer Einspritzebene, wie in Abbildung 1 dargestellt. Eine weitere Alternative ist das Zusammeneinspritzen eines Kohlenwasserstoffes mit dem NHi-Präkursor, un~. -jine Verringerung der Optimaltemperatur zu erreichen. Dieser Einfluß ist schematisch in Abbildung 7 dargestellt, aus der man erkennen kann, daß ohne CO-Einspritzung von Kohlenwasserstoff-wenn die Temperatur unter das optimale Niveau fällt, dann der NH3-Leckverlust drastisch zunimmt und sich die Wirksamkeit der NO-Entfernung dramatisch verschlechtert. Diese beiden umgekehrten Effekte kann man bei Temperaturen im Bereich von 76O0C bis 982,220C durch Co-Einspritzen von Kohlenwasserstoff kompensieren. Wenn die CO-Emissionen einen Begrenzungsfaktor darstellen, wird durch eine Co-Einspritzung von Wasserstoff oder Wasserstoffperoxid auch der gleiche Effekt ei reicht. Bei der bevorzugten Ausführungsart dieses Beispiels wird der wäßrigen Harnstoff-Lösung Methanol für das Co-Einspritzen von Kohlenwasserstoff zugemischt, und die Methanolmenge wird automatisch auf der Basis von Input-Signalen der Temperatursensoren geregelt.When the temperature in the first-stage injection zone 12 deviates from optimum values, the removal efficiency of NOx is deteriorated unless corrective measures are taken. Among these measures would be the automatic control of the location in the steam generator where urea is injected based on the temperature sensor input and the use of more than one injection level as shown in Figure 1. Another alternative is the injection of a hydrocarbon with the NHi precursor, un ~. -jine to achieve a reduction in the optimum temperature. This effect is shown schematically in Figure 7, from which it can be seen that without CO injection of hydrocarbons, when the temperature falls below the optimum level, then the NH 3 leakage drastically increases and the NO removal efficiency dramatically deteriorates , These two reversed effects can be compensated by co-injection of hydrocarbon at temperatures in the range of 76O 0 C to 982.22 0 C. If CO emissions are a limiting factor, co-injection of hydrogen or hydrogen peroxide will also produce the same effect. In the preferred embodiment of this example, methanol is added to the aqueous urea solution for co-injection of hydrocarbon, and the amount of methanol is automatically controlled based on input signals from the temperature sensors.

Kommen wir z. B. zurück und beziehen und auf Abbildung 8, so ergibt sich bei einem Mol-Verhältnis von Methanol zu NO von 0,5 am Eingang zur Einspritzzone der zweiten Stufe eine 24%ige Umsetzung von NO zu NO2 plus 5% Umsetzung von NO zu Stickstoff bei 7200C in Gegenwart von 7000mg/Nm3 Müllverbrennungs-Flugasche und 25ppm Ammoniak. Es ist bekannt, daß Flugasche unverbrannten Kohlenstoff enthält, der etwas die Effektivität der NO-Umsetzung der zweiten Stufp 'jeeinträchtigt. Wie in Abbildung 8 dargestellt, erreicht man bei NichtVorhandensein von Asche (oder wenn der Kohlenstoffgehalt der Asche sehr niedrig ist) mit dem gleichen Mol-Verhältnis von Methanol zu NO (ungefähr 0,5) etwa eine 45%ige Umsetzung von NO zu NO2 plus etwa 7% Umsetzung von NO zu Stickstoff bei 72O0C in Gegenwart von 25ppm Ammoniak. Ammoniak ist infolge des Ammoniak-Slips aus der ersten Stufe in der zweiten Stufe vorhanden.Let us come for. For example, referring back to Figure 8, at a molar ratio of methanol to NO of 0.5 at the entrance to the second stage injection zone, a 24% conversion of NO to NO 2 plus 5% conversion of NO results Nitrogen at 720 0 C in the presence of 7000mg / Nm 3 waste incineration fly ash and 25ppm ammonia. It is known that fly ash contains unburned carbon, which somewhat compromises the effectiveness of NO conversion of the second stage. As shown in Figure 8, in the absence of ash (or when the carbon content of the ash is very low) with the same molar ratio of methanol to NO (about 0.5), about 45% conversion of NO to NO 2 is achieved plus about 7% conversion of NO to nitrogen at 72O 0 C in the presence of 25 ppm ammonia. Ammonia is present as a result of the ammonia slip from the first stage in the second stage.

Der Ammoniak-Slip wird in der Einspritzzone der zweiten Stufe gemäß Abbildung 10 reduziert, wobei inklusive eines Flugascheeintrags eine 40%ige Reduktion in aktuellen Tunnelverbrennungstests ermittelt wurde. Es wurde festgestellt, daß die CO-Emissionen um 28ppm in Abbildung 9 zunehmen, woraus man erkennt, daß der Einfluß der Flugasche zu einem signifikanten Anstieg der CO-Emissionen führt, verglichen mit aschefreien Bedingungen oder solchen mit niedriger Kohlenstoffasche. An dieser Stelle sind die Veränderungen der Abgaszusammensetzung unter Verwendung aines Mol-Verhältnisses von Harnstoff/NO in der ersten Stufe von 1,4 und eines Mol-Verhältnisses von Methanol zu NO in der zweiten Stufe von 0,5 wie folgt:The ammonia slip is reduced in the second stage injection zone as shown in Figure 10, with a 40% reduction included in current tunnel combustion tests, including a fly ash entry. It has been found that CO emissions increase by 28ppm in Figure 9, which indicates that the influence of fly ash results in a significant increase in CO emissions compared to ashless or low carbon ash conditions. At this point, the changes in the exhaust gas composition using a molar ratio of urea / NO in the first stage of 1.4 and a molar ratio of methanol to NO in the second stage of 0.5 are as follows:

Zone A, Abb. 1Zone A, Fig. 1 Zone B, Abb. 1Zone B, Fig. 1 Zone C, Abb. 1Zone C, Fig. 1 Vor EinspritBefore injection Nach EinspritAfter injection Nach EinspritAfter injection zung in derin the zung in derin the zung in derin the I.StufeI.Stufe I.Stufe undI.step and 2. Stufe2nd stage vorderbefore the 2. Stufe2nd stage NONO 125 ppm125 ppm 35 ppm35 ppm 22 ppm22 ppm NO2 NO 2 5 ppm5 ppm 5 ppm5 ppm 15 ppm15 ppm NOxNOx 130 ppm130 ppm 40 ppm40 ppm 37 ppm37 ppm COCO 30 ppm30 ppm 43 ppm43 ppm 71 ppm71 ppm NH3 NH 3 Nullzero 35 ppm35 ppm 21 ppm21 ppm Harnstoffurea = 1,4 Molar= 1.4 molar Methanol = 0,5 MolarMethanol = 0.5 molar NONO NONO Temperaturtemperature = 1 67O0F= 1 67O 0 F Temperatur = 1 330°FTemperature = 1 330 ° F

An dieser Stelle beträgt die NOx-Entfernung 72%. Unter der Voraussetzung, daß 80% des NO2 in einem nachgeordneten Naßwäscher oder Zerstäubungstrockner entfernt werden, beläuft sich die gesamte NOx-Entfernung auf 81 %, von 130 ppm auf 25 ppm. Dieses Wirkungsniveau der NOx-Entfernung ist direkt mit den SCR-Prozessen mit Katalysator vergleichbar und ist viel höher als die NOx-Entfernung von 69% (das heißt von 130ppm auf 40 r pm), die bei Anwendung eines SN CR-Prozesses unter gleichen Bedingungen in einer einstufigen Hochtemperatur-Einspritzzone zu erwarten wäre.At this point, the NOx removal is 72%. Assuming that 80% of the NO 2 is removed in a downstream wet scrubber or sputter dryer, the total NOx removal is 81%, from 130 ppm to 25 ppm. This effect level of NOx removal is directly comparable with the SCR processes with catalyst and is much higher than the NOx removal of 69% (that is, from 130ppm to 40 r pm), which upon application of an SN CR process under the same conditions would be expected in a single-stage high-temperature injection zone.

Beispiel IIExample II

Es wurden Tests in einem mit Quarz ausgekleideten 0,5 MMBTU/h-Vorbrennungstunnel bei einer Abgasströmungsgeschwindigkeit von ungefähr 25 SCPM durchgeführt. Mit der Hauptverbrennungsluft wurde Stickstoffoxid eingeführt, Ammoniak wurde mit Verdünnungsluft am Durchlaßteil und Methanol 11 Zoll stromabwärts unter Verwendung eines Trägergases eingespritzt. Die Tests erfolgten bei einer Abgastemperatur von 648,890C an der Methanol-Einspritzstelle. Das Abgas wurde am Ausgang des Verbrennungstunnels mit Hilfe von zwei wassergekühlten Sonden aufgefangen, eine für das kontinuierliche Gasanalysensystem und eine für die Ammoniak-Auffangvorrichtung. Die Verweilzeit des Gases im Verbrennungstunnel betrug etwa eine Sekunde. Ammoniak wurde bestimmt, indem man die Verbrennungsprodukte durch eine Prallvorrichtung leitete, die verdünnte Schwefelsäure enthielt, und indem man die Prallösungen für Ammoniak mit einer ionenspezifischen Elektrode analysierte. Ammoniak-Konzentrationen wurden auf Basis des Durchschnittes aus dreifachen Proben bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt:Tests were conducted in a quartz-lined 0.5 MMBTU / hr pre-combustion tunnel at an exhaust gas flow rate of approximately 25 SCPM. Nitrogen oxide was introduced with the main combustion air, ammonia was injected with dilution air at the passage part and methanol 11 inches downstream using a carrier gas. The tests were carried out at an exhaust gas temperature of 648.89 0 C at the methanol injection point. The exhaust gas was collected at the exit of the combustion tunnel by means of two water-cooled probes, one for the continuous gas analysis system and one for the ammonia collector. The residence time of the gas in the combustion tunnel was about one second. Ammonia was determined by passing the products of combustion through an impactor containing dilute sulfuric acid and analyzing the ammonia impingement solutions with an ion specific electrode. Ammonia concentrations were determined on the basis of the average of three-fold samples. The results are shown in Table 1:

Tabelle 1Table 1 FeuerungsgeschwindigkeitFeuerungsgeschwindigkeit : 0,5 MMBTU/h: 0.5 MMBTU / h ppmv-Konzentrationenppmv concentrations NH3 NH 3 II %NOx-Red.% NOx Red. %NH3-Red.% NH 3 -Red. Test-BedingunoTi.Test BedingunoTi. Brennstoff:Fuel: Erdgasnatural gas NOxNOx 00 n/an / A n/an / A Brennersystem:Burner system: 299299 9090 2%2% 0%0% Einspritztemperatur:Injection temperature: 293293 00 22%22% n/an / A Methanol/NO Molar:Methanol / NO Molar: 233233 ,. NO NO2 NO NO 2 23,6%23.6% Ergebnisse:Results: 294 5294 5 1. Grundbedingungen1. Basic conditions 288 5288 5 quarzausgekleideter Verbrennungstunnelquartz-lined combustion tunnel 4141 29%29% 54%54% 2. NurNH3-Einspritzung2. NurNH 3 injection proper 15 21815 218 648,890C648.89 0 C 212212 3. Nur Methanol-Ein3. Only methanol-one 2,22.2 spritzungensprit tongues 2% + (22% x 98%) =2% + (22% x 98%) = 4. Berechnete pro4. Calculated per zentualepercentage terms NOx-Red.NOx Red. 15 19715 197 5. Tatsächliche5. Actual prozen! jalepercen! jale NOx-ReJ. unter AnNOx Rej. under on wendung einer zweiturn of a two stufigen Einsprit-stage injection zungZung

Obgleich die Temperatur von 648,89°C zu niedrig ist, um einen vertretbaren Wert der NO-Reduktion zu Stickstoff mit Ammoniak-Einspritzung zu ermöglichen, wurden tatsächlich ungefähr 2% erzielt. Mit Einspritzung nur von Methanol bei dem Jones-Prozeß wurde eine Reduktion von NO zu Stickstoff von 22% erreicht. Zählt man diese beiden unabhängigen Ergebnisse zusammen, kann man erwarten, daß der kombinierte Zweistufen-Prozeß mittels der praktischen Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung eine Reduktion von 23,6% NO zu Stickstoff erbringt. Tatsächlich wurde eine Reduktion von NO zu Stickstoff von 29% erreicht, womit alle Erwartungen bei 648,89°C übertroffen wurden. Im Stand der Technik werden keine Einspritzverfahren für Dampferzeuger angegeben, die eine 29%ige Reduktion von NO zu Stickstoff bei derart niedrigen Mol-Verhältnissen oder bei einer derart niedrigen Temperatur erzielen. Außerdem wurde gleichzeitig eine 54%ige NH3-Reduktion beobachtet. Während der Arbeitsweise des zweistufigen Einspritzsystems wurde die NO-Zuführung unterbrochen, und dar Reduktionsgrad von NH3 fiel von 54% auf nur 10%. Es wird angenommen, daß die Gegenwart von NO2 für hohe Werte der F.eduktion dos Ammoniak-Leckverlustes wichtig ist.Although the temperature of 648.89 ° C is too low to allow a reasonable level of NO reduction to nitrogen with ammonia injection, actually about 2% has been achieved. With injection of only methanol in the Jones process, a reduction of NO to nitrogen of 22% was achieved. Summarizing these two independent results, one can expect the combined two-step process to yield a reduction of 23.6% NO to nitrogen by the practical application of the principles of the present invention. In fact, a reduction of NO to nitrogen of 29% was achieved, surpassing all expectations at 648.89 ° C. In the prior art, no injection method for a steam generator indicated that a 29% reduction of NO to nitrogen at r t dera low molar ratios or effect at such a low temperature. In addition, a 54% NH 3 reduction was simultaneously observed. During the operation of the two-stage injection system, the NO feed was discontinued and the degree of reduction of NH 3 dropped from 54% to only 10%. It is believed that the presence of NO 2 is important for high levels of F. attenuation of ammonia leakage.

Beispiel IIIExample III

In einem 10 MMBTU/h mit Rohöl gefeuerten Dampferzeuger wurden zusätzliche Tests durchgeführt. Es wurde Rohöl mit einem Schwefelgehalt von 1,2% unter Verwendung eines Brennerdruckrohrs mit Dampfzerstäuber verbrannt. In den oberen Ofen wurde wäßriger Harnstoff bei einer Temperatur von ungefähr 843,33°C eingespritzt. Methanol wurde, wie in Abbildung 1 dargestellt, zwischen nebeneinanderliegende Dampferzeugerrohre in einen Bereich eingespritzt, in dem die Temperatur des querströmenden Abgases 637,78°C betrug. Das Mol-Verhältnis von Harnstoff zu NOx betrug etwa 0,3 und das Mol-Verhältnis von Methanol zu NOx etwa 1,7. Am Ausgang des Dampferzeugers wurden Abgasproben unter Verwendung einer vereisten Prallvorrichtung und eines kontinuierlichen Chemilumineszenz-Analysengerätes für NO-NOx entnommen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.Additional tests were performed in a 10 MMBTU / h crude oil fired steam generator. It burned crude oil with a sulfur content of 1.2% using a burner pressure tube with steam atomizer. Aqueous urea was injected into the upper furnace at a temperature of about 843.33 ° C. Methanol was injected as shown in Figure 1 between adjacent steam generator tubes into an area where the temperature of the cross-flow exhaust gas was 637.78 ° C. The molar ratio of urea to NOx was about 0.3 and the molar ratio of methanol to NOx was about 1.7. At the steam generator exit, exhaust samples were taken using an iced baffle and a continuous NO x NO chemiluminescence analyzer. The results are shown in Table 2.

Tabelle 2 Prüf-Bedingungen:Table 2 test conditions:

Feuerungsgeschwindigkeit: Brennstoff: Brennersystem: Einspritztemperatur: Methanol/NO Molar: Harnstoff/NO Molar:Firing rate: Fuel: Burner system: Injection temperature: Methanol / NO Molar: Urea / NO Molar:

10MMBTU/h10MMBTU / h

Rohölcrude oil

Dampferzeuger und Brenner mit Dampfzerstäubei 637,780CSteam generator and burner with steam atomization 637.78 0 C

Ergebnisse:Results:

NONO

ppmv-Konzentrationen NO2 NOxppmv concentrations NO 2 NOx

%N0x-Red.% N0x-Red.

1. Grundbedingungen1. Basic conditions

2. Nur Harnstoff-Einspritzung2. Only urea injection

3. Nur Methanol-Einspritzung3. Only methanol injection

4. Berechnete prozentuale NOx-Red.4. Calculated percentage NOx Red.

5. Tatsächliche prozentuale NOx-Red. unter Anwendung einerzweistufigen Einspritzung5. Actual percentage NOx Red. using a two-stage injection

270 10 280270 10 280

235 10 245235 10 245

70 151 22170 151 221

13% + (21% x 87%) = 30%13% + (21% x 87%) = 30%

5555

135135

190190

n/an / A

13%13%

21%21%

32%32%

Obwohl 843,330C für SNCR-Prozesse noch durchaus niedrig sind und obgleich sogar der Harnstoffinjektor eine geringe Abgasflächendeckung lieferte, würde eine 13%ige Reduktion von NO z;,1 Stickstoff nur mit Harnstoff in der ersten Einspritzzone erzielt. Bei einer Einspritzung nur mit Methanol in der zweiten Zone wurde eine 21%ige Reduktion von NO zn Stickstoff erreicht. Die erwartete prozentuale NOx-Reduktion auf der Grundlage von Berechnungen betrug 30%, die tatsächliche prozentuale NOx-Reduktion unter Anwendung des zweistufigen Einspritzverfahrens dieser Erfindung betrug 32%. Das günstige Ergebnis einer 32%igen Umsetzung von NO zu Stickstoff trat bei 637,78°C auf, gut unter der vorher erkannten niedrigsten Temperaturschwelle für die SNCR-Technik von 704,440C. Wiederum werden im Stand der Technik keine Einspritzverfahren für Dampferzeuger angeführt, die eine 32%ige Reduktion von NO zu Stickstoff bei Temperaturen unter 637,78°C erreichen. Die obigen Beschreibungen der bevorzugten Ausführungsarten für die Entfernung von NOx aus Abgasströmen gelten erläuternden Zwecken. Es ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung infolge von offenkundigen Abweichungen von Erfahrungen in der Technik auf die oben beschriebenen speziellen Ausführungsarten zu begrenzen. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Patentansprüchen definiert.Although 843.33 0 C for SNCR processes are quite low yet and although even the urea injector provided a low exhaust gas coverage, a 13% reduction of NO would z achieved ;, 1 nitrogen with urea in the first injection zone. In a methanol only injection in the second zone, a 21% reduction of NO to nitrogen was achieved. The expected percent NOx reduction based on calculations was 30%, the actual NOx percentage reduction using the two-stage injection method of this invention was 32%. The favorable result of a 32% conversion of NO to nitrogen appeared at 637.78 ° C, well below the lowest previously detected threshold temperature for the SNCR technology 704.44 0 C. Again, in the prior art, no injection method for steam generator cited that achieve a 32% reduction of NO to nitrogen at temperatures below 637.78 ° C. The above descriptions of the preferred embodiments for the removal of NOx from exhaust streams are for illustrative purposes. It is not intended to limit the present invention to the specific embodiments described above as a result of manifest deviations from the art. The scope of the invention is defined in the following claims.

Claims (15)

1. Verfahren zur Reduzierung von NOx in Verbrennungsabgasen, dadurch gekennzeichnet, daß1. A method for reducing NOx in combustion exhaust gases, characterized in that a) NHi-Präkursoren in ein Abgas in einer ersten Einspritzzone eingeleitet werden, wobei das Abgas eine Temperatur über etwa 7600C hat und wodurch NO zu N2 reduziert wird unda) NHi precursors are introduced into an exhaust gas in a first injection zone, wherein the exhaust gas has a temperature above about 760 0 C and whereby NO is reduced to N 2 , and b) ein Peroxylinitiator in das Abgas in einer zweiten Zone eingespritzt wird, wobei das Abgas eine Temperatur unter etwa 7600C hat und wobei das restliche NO zu NO2 oxidiert.b is a peroxyl initiator is injected into the exhaust gas in a second zone), the exhaust gas has a temperature below about 760 0 C and with the remaining NO to NO 2 is oxidized. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Stufe zur Entfernung von NO2 enthalten ist, das aus dor zweiten Einspritzzone austritt, indem der NO2 enthaltende Gasstrom einen nach der zweiten Einspritzzone ungeordneten Naßabscheider passiert.2. The method according to claim 1, characterized in that an additional stage for the removal of NO 2 is contained, which exits from the second injection zone by the NO 2 -containing gas stream passes a disordered after the second injection zone Naßabscheider. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Stufe zur Entfernung von NO2 enthalten ist, das aus der zweiten Einspritzzone austritt, indem man das NO2 enthaltende Gas in einen Zerstäubungstrockner einleitet.3. The method according to claim 1, characterized in that in addition the step for removing NO 2 is contained, which exits from the second injection zone by introducing the NO 2 -containing gas into a spray dryer. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die NHi-Präkursoren aus einer Gruppe ausgewählt werden, die Ammoniak, Harnstoff, Zyanursäure, Biuret, Triuret, Ammelid oder deren Gemischen besteht.4. The method according to claim 1, characterized in that the NHi precursors are selected from a group consisting of ammonia, urea, cyanuric acid, biuret, triuret, ammelide or mixtures thereof. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff, Wasserstoffperoxid oder Kohlenwasserstoffe in die erste Stufe der Einspritzzone zusammen mit den NHi-Präkursoren eingeleitet werden.5. The method according to claim 1, characterized in that hydrogen, hydrogen peroxide or hydrocarbons are introduced into the first stage of the injection zone together with the NHi precursors. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pooxylinitiator aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Propan, Benzen, Ethan, Ethylen, η-Butan, n-Oktan, Methan, Wasserstoff, Methanol, Isobutan, Pentan, Azetylen, Methylalkohol, Ethylalkohol, Azeton, Eisessig, Ethylether, Propylalkohol, Methylethylketon, Propylen, Toluen, Formaldehyd, Kampfer, Ether und Glykol oder deren Gemischen besteht.6. The method according to claim 1, characterized in that the Pooxylinitiator is selected from a group consisting of propane, benzene, ethane, ethylene, η-butane, n-octane, methane, hydrogen, methanol, isobutane, pentane, acetylene, methyl alcohol , Ethyl alcohol, acetone, glacial acetic acid, ethyl ether, propyl alcohol, methyl ethyl ketone, propylene, toluene, formaldehyde, camphor, ether and glycol or mixtures thereof. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einfache NHi-Präkursoren in einen oberhalb gelegenen Teil bei relativ hoher Abgastemperatur und komplexe NHi-Präkursoren in einen unterhalb gelegenen Teil bei relativ niedrigen Abgastemperaturen eingespritzt werden, wobei die optimale Temperatur in dem unteren Teil etwa 79,40C niedriger als die Temperatur des oberen Teils ist..7. The method according to claim 1, characterized in that simple NHi precursors are injected into an upstream part at a relatively high exhaust gas temperature and complex NHi precursors in a lower part at relatively low exhaust gas temperatures, the optimum temperature in the lower part about 79.4 0 C lower than the temperature of the upper part .. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einfachen NHi-Präkursoren in einen oberhalb gelegenen Teil eingespritzt werden, der ein Abgas bei einer Temperatur von etwa 954,4 0C bis etwa 1037,30C hat und dadurch gekennzeichnet, daß die komplexen NHi-Präkursoren in einen unterhalb gelegenen Teil eingespritzt werden, der ein Abgas bei einerTemperatur von 843,3°C bis 954,40C aufweist.8. The method according to claim 7, characterized in that the simple NHi precursors are injected into an upstream part, which has an exhaust gas at a temperature of about 954.4 0 C to about 1037.3 0 C and characterized in that the complex NHi precursors are injected into a part situated below, which has an exhaust gas at a temperature of 843.3 ° C to 954.4 0 C. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von einfachen und komplexen NHi-Präkursoren in das Abgas durch eine oder mehrere Ebenen von Einspritzdüsen eingespritzt werden, wobei das Verhältnis des bei einem gegebenen Niveau gelieferten einfachen oder komplexen NHi-Präkursoren automatisch auf Basis der Abgastemperatur(en), des/der Signals (Signale) des Abgas-NO-Analysengerätes oder auf Basis beider geregelt wird.9. The method of claim 1, characterized in that a mixture of simple and complex NHi precursors are injected into the exhaust gas through one or more levels of injection nozzles, wherein the ratio of delivered at a given level simple or complex NHi precursors automatically on Based on the exhaust gas temperature (s), the signal (s) of the exhaust gas NO analyzer or based on both regulated. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der einfache NHi-Präkursor eine wäßrige Lösung von Ammoniumhydroxid und der komplexe Präkursor eine wäßrige Harnstofflösung ist.10. The method according to claim 9, characterized in that the simple NHi precursor is an aqueous solution of ammonium hydroxide and the complex precursor is an aqueous urea solution. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff, Wasserstoffperoxid oder Kohlenwasserstoff zusammen mit dem komplexen NHi-Präkursor in das Abgas in ein oder mehreren Ebenen von Einspritzdüsen eingespritzt werden.11. The method according to claim 9, characterized in that hydrogen, hydrogen peroxide or hydrocarbon are injected together with the complex NHi precursor in the exhaust gas in one or more levels of injection nozzles. 12. Eine Apparatur zum Einspritzen entweder von NHi-Präkursoren oder Peroxylinitiatoren, gemischt mit Trägergas, in einen Abgasstrom in einen Dampferzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß die Apparatur Vorrichtungen enthält, die außerhalb des Dampferzeugers zum Vermischen der NHi-Präkursoren und der Peroxylinitiatoren mit Trägergas angeordnet sind.12. An apparatus for injecting either NHi precursors or peroxyl initiators, mixed with carrier gas, into an exhaust gas stream into a steam generator, characterized in that the apparatus comprises devices arranged outside the steam generator for mixing the NHi precursors and the peroxyl initiators with carrier gas are. 13. Eine Apparatur gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus solchen NHi-Präkursoren oder Peroxylinitiatoren und dem Trägergas in das querströmende Abgas durch an den Dampferzeugerwandungen angeordnete Wanddüsen eingespritzt wird.13. An apparatus according to claim 12, characterized in that the mixture of such NHi precursors or peroxyl initiators and the carrier gas is injected into the transversely flowing exhaust gas by arranged on the walls of the steam generator wall. 14. Eine Apparatur gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus derartigen NHi-Präkursoren oder Peroxylinitiatoren und dem Trägergas in das querströmende Abgas durch ein inneres Einspritzverbundrohr und Düsen eingespritzt wird.14. An apparatus according to claim 12, characterized in that the mixture of such NHi precursors or peroxyl initiators and the carrier gas is injected into the transversely flowing exhaust gas through an inner injection composite pipe and nozzles. 15. Eine Apparatur gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddüsen tangential ausgerichtet sind und dem Abgas einen Tangentialdrall verleihen.15. An apparatus according to claim 13, characterized in that the wall nozzles are tangentially aligned and give the exhaust gas a Tangentialdrall. Hierzu 9 Seiten ZeichnungenFor this 9 pages drawings
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4038054A1 (en) * 1990-11-29 1992-06-04 Man Technologie Gmbh METHOD AND DEVICE FOR SELECTIVE CATALYTIC NO (DOWN ARROW) X (DOWN ARROW) REDUCTION IN OXYGEN-BASED EXHAUST GASES

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