DE102005039997A1

DE102005039997A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von SCR-Reaktoren im Zementdrehrohrofen

Info

Publication number: DE102005039997A1
Application number: DE200510039997
Authority: DE
Inventors: Gurudas Samant
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2007-03-01

Abstract

Bei der Produktion von Zementklinkern im Drehrohrofen besteht Verstopfungsgefahr für die Durchflusskanäle des Katalysators des SCR-Reaktors, insbesondere wenn Abgase mit einem großen Staubgehalt Katalysatoren mit kleinen Querschnitten durchströmen. Die Staubablagerungen führen zeitweise zu Verstopfungen, die den Katalysator und den SCR-Reaktor blockieren. Diese Ablagerungen beeinträchtigen den NOx- und SO2-Abbau. DOLLAR A Gelöst ist diese Aufgabe dadurch, dass die Katalysatorstruktur sowie die Reaktorwände mittels Schalldruck und durch Staubbläser mit Druckluft regelmäßig von Staubablagerungen gereinigt werden. Hierbei beträgt die Höhe der Katalysatorlagen 300 bis 1000 mm und die katalytisch wirksamen Komponenten des Vanadiumpentoxids 3 bis 10%. Auf diese Weise bleibt die Katalysatorstruktur über längere Zeiträume staubfrei und insofern wartungsfrei und beeinträchtigt den NOx- und SO2-Abbau nicht. DOLLAR A Reinigung von SCR-Reaktoren und Katalysatoren im Zementdrehrohrofen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von SCR Reaktoren im Zementdrehrohrofen mit vorgeschalteten, von unten nach oben von dem den Drehrohrofen verlassenden Rauchgasstrom durchströmten aus mehreren in Reihe übereinander angeordneten Zyklonstufen bestehenden, von oben nach unten vom Rohmehl durchflossenen Zyklonvorwärmer und einer nach der in Strömungsrichtung des Rauchgasstroms letzten Zyklonstufe angeordneten SCR-Reaktors mit mehreren übereinander angebrachten vom Rauchgasstrom durchströmten Katalysatorzonen.

Die Produktion von Zementklinker erfolgt überwiegend im Drehrohrofen mit vorgeschaltetem mehrere Zyklonstufen umfassenderen Zyklonvorwärmer, der von unten nach oben von den heißen aus dem Drehrohrofen austretenden Rauchgasen durchströmt und dabei das im Gegenstrom von oben nach unten in den Drehrohrofen laufende Rohmehl erwärmt. Im Drehrohrofen betragen die Temperaturen im Brenngut mehr als 1400°C und in der Gasphase bis zu 2000°C. Aufgrund dieser hohen Temperaturen und der langen Verweilzeit im Drehrohrofen entstehen verfahrensbedingt Stickoxide NO_x, deren Emissionswerte durch die TA-Luft vom Oktober 2004 auf 500 mg/m³ Abgas begrenzt ist. Zur Minderung von NO_x sind als Sekundärmaßnahmen insbesondere das SNCR-Verfahren (Selective Non Catalytic Reduktion) und das SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) bekannt. Das SNCR-Verfahren beruht darauf, dass bei geeigneten Temperaturen eine selektive Umsetzung das dem Rauchgas zugesetzten NH₃ mit NO erfolgen kann. In Anwesenheit von Sauerstoff wird NO zu N₂ und H₂O umgewandelt. Bedingt durch den schwankenden Ofenbetrieb, schwankenden Sauerstoffpartialdruck und schwankende Temperaturen im Bereich des Einlaufs des Drehrohrofens entstehen ein vergleichsweise großer Ammoniakverbrauch und NH₃-Schlupf.

Beim SCR-Verfahren wird NO_x in Gegenwart eines Reduktionsmittels, insbesondere NH₃ katalytisch in N₂ und H₂O umgesetzt. Der selektive Abbau erfolgt durch Einsatz geeigneter Katalysatoren im Temperaturbereich von 250 bis 450°C mit der Wirkung, dass hohe Umsätze bei geringen Verweilzeiten erreichbar sind. Aufgrund zahlreicher Probleme, wie beispielsweise der Verstopfungen der durch die Bildung von Staubablagerung und Ansätzen auf dem Katalysator sowie relativ großem Luftverbrauch war das SCR-Verfahren bei der Herstellung von Zementklinker in Drehrohröfen nicht großtechnisch zu realisieren.

Um die SCR-Technik in der Zementindustrie anwenden zu können, ist aus der WO-A-97/09112 eine Anlage zur Reinigung der Abgase eines Drehrohrofens zur Herstellung von Zementklinker bekannt, die wenigsten eine Katalysatorzone und einen Staubabscheider umfasst. Die mit eingangsseitiger Reaktionsmitteleindüsung versehene, ein wabenförmliches Grundmuster besitzende, entsprechende von den Abgasen durchströmbare Durchflusskanäle aufweisende Katalysatorzone besteht aus katalytisch wirksamen Material, wie aktive Metalloxide, vorzugsweise Vanadiumpentoxid, ist unmittelbar nach dem Drehrohrofen, also vor der Entstaubung, angeordnet. Da sich an den Trennwänden des wabenförmigen Katalysators, insbesondere bei vertikaler Einleitung keilförmige Staubablagerungen bilden, die von dem Abgasstrom stoßweise mitgerissen werden und so zu Verstopfungen des Katalysators führen können. Die Bildung von Staubablagerungen wird durch die Anordnung von Umlenkblechen vor der Unterseite des Katalysators vermieden. An den Wänden der Durchflusskanäle lagert sich Staub ab, der regelmäßig durch manuelle oder programmgesteuerte Druckluftreinigung ausgeblasen wird. Die Wandquerschnitte der Wabenstruktur des Katalysators sind in Strömungsrichtung durch eine etwa deckungsgleiche Schablone abgeschirmt, die aus korrosionsfestem Material besteht. Eine Staubablagerung, insbesondere die Bildung von keilförmigen Staubablagerungen kann vermieden werden, indem die Schablone regelmäßig geklopft, gerüttelt oder vibriert wird.

In der WO 01/66233 A1 ist beschrieben, dass es von Vorteil ist, den Katalysator wahlweise von beiden Seiten durch den Abgasstrom anströmen zu lassen. In einem VDI Vortrag in München 2002 sowie im Umweltmagazin Januar bis Februar 2004 wurden die Ergebnisse der weltweit ersten Betriebsanlage dargestellt.

Trotz der dort beschriebenen Maßnahmen besteht nach wie vor Verstopfungsgefahr für die Durchflusskanäle des Katalysators, insbesondere wenn Abgase mit einem großen Staubgehalt von beispielsweise 20 bis 100 g/m³ Katalysatoren mit kleinen Querschnitten durchströmen. Zum Beispiel bei einer Abgasmenge von 100.000 m³/h in n.tr. beträgt die Staubmenge zwischen 2 bis 10t auf einem Querschnitt von 10 bis 18m² Katalysatorfläche.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung das eingangs beschriebene Verfahren so zu gestalten, dass sich auf den Stegen des Katalysator und an den Wänden des SCR Reaktors keine Staubablagerungen bilden. Die Staubablagerungen führen zeitweise zu Verstopfungen die den Katalysator blockieren. Diese Ablagerungen beeinträchtigen den NO_x und SO₂ Abbau und führen zeitweise zu Betriebsstillstand.

Gelöst ist diese Aufgabe dadurch, dass die Katalysatorstruktur sowie die Reaktorwände mittels Schalldruck und durch Staubbläser mit Druckluft regelmäßig von Staubablagerungen gereinigt wird. Hierbei beträgt die Höhe der Katalysatorlagen 300 bis 1000 mm und die katalytisch wirksamen Komponenten des Vanadiumpentoxid 3 bis 10%. Auf diese Weise bleibt die Katalysatorstruktur über längere Zeiträume staubfrei und in sofern wartungsfrei und beeinträchtigt den NO_x und SO₂-Abbau nicht.

Zweckmäßigerweise beträgt die Druckluft des Staubbläsers 6 bis 10 bar und eine Temperatur von 200 bis 400°C, vorzugsweise 150 bis 300°C in der SCR-Anlage durch Wärmetauscher vorgewärmte Druckluft. Durch die Erwärmung der Druckluft wird die Normluftmenge um mehr als 50 Prozent verringert, wodurch sich ein beachtlicher Kostenvorteil ergibt.

Der Reinigungszyklus des Staubbläsers beträgt entsprechend dem Staubgehalt 60 bis 600 Sekunden pro Katalysatorlage mit Zeitintervallen von 3 bis 20 Minuten. Bei der Reinigung der Katalysatoren werden entweder alle Lagen gleichzeitig oder einzeln der Reihe nach gereinigt. Die Reinigungszeit der einzelnen Lagen kann über ein Programm gesteuert werden.

Vor dem Einschalten der Staubbläser mit Druckluft müssen die akustischen Hörner mittels Schalldruck den Staub auflockern. Der Blasvorgang der Hörner ist sehr kurz, er kann von 1 bis 30 Sekunden variiert werden.

Für die Behandlung der Ablagerungen der Staubpartikel mit Schalldruck hat sich ein Schallpegel von 90 bis 170 dB als besonders geeignet erwiesen. Der in Zeitintervallen von 10 bis 30 Minuten für die Dauer von 1 bis 30 Sekunden zur Anwendung kommt.

Die Staubpartikelablagerungen können gleichzeitig einer Behandlung durch Staubbläser mit Druckluft und mit Schalldruck ausgesetzt werden oder der Behandlung durch Staubbläser mit Druckluft kann die Behandlung mit Schalldruck vorausgehen.

Die Behandlung der Staubpartikelablagerungen kann für alle Katalysatorzonen gleichzeitig oder der Reihe nach erfolgen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die den Schalldruck verursachenden Hörner diametral gegenüberliegend in der SCR-Stufe angeordnet, da sich gezeigt hat, dass dadurch eine ganzflächige Reinigung der Katalysatorflächen möglich wird. Auch im Fall eines Ausfalls der Reinigung durch Druckluft bei fortgesetzter Reinigung durch Schalldruck wird ein guter Reinigungseffekt nach Wiederaufnahme der Reinigung mit Druckluft erzielt.

Die Vorrichtung zum Einbringen der Druckluft besteht aus mit Druckluft beaufschlagten Rechenarmen mit mehreren Düsen sowie einem Fahrantrieb und einer als Rollenkonstruktion ausgebildeten Aufhängung. Eine solche Vorrichtung ist in der DE-A-10037499 beschrieben.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal beträgt der Durchmesser der Düsenöffnungen jeweils 0,2 bis 2,5mm. Durch die Einstellbarkeit des Durchmessers der Düsenöffnungen und des Abstandes von 20 bis 300mm zur Katalysatoroberfläche kann eine weitere Einsparung der Normluftmenge erreicht werden.

Im SCR-Reaktor können Waben- und/oder Plattenkatalysatoren eingesetzt werden. Die Reinigung der Katalysatoren und des Reaktors erfolgt auf die gleiche Weise.

Die Kombination von Staubbläsern mit Druckluft und akustischen Hörnern mit Schalldruck kann auch bei einem Wechsel der Gasanströmrichtung von unten nach oben bzw. von oben nach unten eingesetzt werden.

Die Erfindung ist nachstehend durch ein Ausführungsbeispiel und mittels einer Zeichnung näher und beispielhaft erläutert.

1 die Anordnung der Staubbläser und der akustischen Hörner eingepasst in die räumliche Ansicht.
Der SCR Reaktor (1) weist in seiner Wandung Öffnungen für Staubbläser (4) und akustische Hörner (20) auf. Die Katalysatormodule (2) befinden sich in dem Reaktor und sitzen auf Trägern (3). Das staubhaltige Abgas mit Ammoniak gemischt (24) wird von oben gleichmäßig in den Reaktor eingeleitet. Der Staubbläser (4) bewegt sich in dem Reaktor vorwärts und rückwärts über einen Getriebemotor (5). Der Getriebemotor mit einem Schneckengetriebe bewegt das Zentralrohr (7) mit dem Verbindungsrohr (10) sowie die Rechenarme (11), die mit Düsen versehen sind. Die warme oder kalte Luft wird über die Leitung (6) in das Zentralrohr (7) geleitet. Das Druckminderventil (19) reguliert den geeigneten Luftdruck vor dem Staubbläser. Eine Sperrluftleitung (13) ist über ein Druckminderventil (15) für Spülluft an dem Reaktorwandkasten (14) befestigt. Die Spülluft in dem Reaktorwandkasten (14) ist zum Abdichten des Staubes vorgesehen. Die Staubbläser (4) sind in dem Reaktor über Rollenhalterungen (8) und Konsolen (9) montiert. An der Außenseite wird der Staubbläser (4) an der Reaktoraußenwand mit einem Seil (16) und einem Gegengewicht (17) wegen der Reaktorwärmeausdehnung befestigt. Eine Flanschenkombination (18) ist vorgesehen, um den Düsenabstand (12) vor der Katalysatoroberfläche einzustellen. Der SCR Reaktor (1) weist auch in seiner Wandung Öffnungen für die akustischen Hörner (20) auf. Die akustischen Hörner (20) sind an der Reaktorwand von außen mit Schrauben (23) befestigt. Die Luft wird über eine Leitung (22) in die Reduzierstation (2t) geleitet. Nach der Druckminderung wird die Luft mit einem flexiblen Metallschlauch mit den akustischen Hörnern (20) verbunden. Durch akustischen Wellen wird der Staub zum Vibrieren gebracht und gelockert und durch Staubbläser werden die Katalysatoren gereinigt. Hierbei erfolgt eine einwandfreie Reinigung. Durch diese Kombination von Staubbläsern und akustischen Hörnern wird auch der Staub an Wänden und Trägern sowie an den Staubbläsern selbst kontinuierlich gelockert und weggeblasen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Zementklinker in einem Drehrohrofen bei Temperaturen im Brenngut von 1350 bis 1500°C und in der Gasphase von 1800 bis 2000°C mit vorgeschaltetem, von unten nach oben von dem den Drehrohrofen verlassenden Rauchgasstrom durchströmten, aus mehreren übereinander angeordneten Zyklonstufen bestehenden, von oben nach unten vom Rohmehl durchflossenen Zyklonvorwärmer, einem nachgeschalteten Klinkerkühler und einer nach der in Strömungsrichtung des Rauchgasstroms letzten Zyklonstufe des Zyklonvorwärmers angeordneten SCR-Stufe mit mehreren übereinander angeordneten vom Rauchgasstrom durchströmten Katalysatorzonen, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Katalysatorlagen 300 bis 1000 mm beträgt und die katalytisch wirksamen Komponenten des Vanadiumpentoxids 3 bis 10 % betragen und die auf den Katalysatorzonen gebildeten Staubpartikel-Ablagerungen mit Druckluft und mit Schalldruck behandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Katalysatorlagen 300 bis 1000 mm beträgt, vorzugsweise 500 bis 900mm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch wirksamen Komponenten des Vanadiumpentoxids 3 bis 10 % betragen, vorzugsweise 4 bis 5 %.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Staubpartikel-Ablagerungen mit einem Druck von 6 bis 10 bar aufweisender Druckluft behandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Staubpartikel-Ablagerungen mit einer Temperatur von 200 bis 400°C, vorzugsweise 150 bis 300°C aufweisender Druckluft behandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Staubpartikel-Ablagerungen mit Druckluft in Zeitintervallen von 3 bis 20min jeweils für die Dauer 60 bis 600s behandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Staubpartikel-Ablagerungen mit einem Pegel von 90 bis 170dB aufweisenden Schalldruck behandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Staubpartikel-Ablagerungen mit Schalldruck in Zeitintervallen von 10 bis 30 min jeweils für die Dauer von 1 bis 30 s behandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Staubpartikel-Ablagerungen gleichzeitig mit Druckluft und mit Schalldruck behandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Staubpartikel-Ablagerungen vor der Behandlung mit Druckluft und mit Schalldruck behandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft durch die SCR-Stufe geleitet und dabei erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig von allen Katalysatorzonen die Staubpartikel-Ablagerungen entfernt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reihe nach von den Katalysatorzonen die Staubpartikel-Ablagerungen entfernt werden.
Verfahren nach Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet dass im SCR-Reaktor Waben- und/oder Plattenkatalysatoren eingesetzt werden
Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination von Druckluft und Schalldruck kann auch bei einem Wechsel der Gasanströmrichtung im Reaktor von unten nach oben bzw. von oben nach unten eingesetzt werden.
Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker in einem Drehrohrofen bei Temperaturen im Brenngut von 1350 bis 1500°C und in der Gasphase von 1800 bis 2000°C mit vorgeschaltetem von unten nach oben von dem den Drehrohrofen verlassenden Rauchgasstrom durchströmten aus mehreren in Reihe übereinander angeordneten Zyklonstufe bestehenden vom Rohmehl von oben nach unten durchflossenen Zyklonvorwärmer, einen nachgeschalteten Klinkerkühler und einer nach der in Strömungsrichtung des Rauchgasstroms letzten Zyklonstufe des Zyklonvorwärmers angeordneten vom Rauchgasstrom durchströmten SCR-Stufe mit mehreren übereinander angeordneten Katalysatorzonen, wobei die auf den Katalysatorzonen gebildeten Staubpartikel-Ablagerungen nach vorgegebenen Zeitintervall mit Druckluft und mit Schalldruck behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die den Schalldruck verursachenden Hörner diametral gegenüberliegend in der SCR-Stufe angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der Düsen für die Druckluft einen Durchmesser von 0,2 bis 2,5mm besitzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Druckluftdüsen und Katalysatoroberfläche 20 bis 300 mm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet dass im SCR-Reaktor Waben- und/oder Plattenkatalysatoren eingesetzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination von Druckluft und Schalldruck kann auch bei einem Wechsel der Gasanströmrichtung im Reaktor von unten nach oben bzw. von oben nach unten eingesetzt werden.