DE102007007324B4

DE102007007324B4 - Verfahren zur Entstickung der Abgase aus Glüh- und Beizlinien, sowie Glüh- und Beizlinie, insbesondere für Edelstahl-Warm- oder Kaltband

Info

Publication number: DE102007007324B4
Application number: DE102007007324A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Reiter; Peter Van Gilst; Rodney Verkaart
Original assignee: Andritz AG
Current assignee: Andritz AG
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2027-02-15
Also published as: US20070205542A1; TW200740510A; AT502171A4; KR101424093B1; DE102007007324A1; CN101058056A; KR20070089063A; TWI406701B; US7648673B2; CN101058056B; AT502171B1

Abstract

Verfahren zur Entstickung der Abgase aus Glüh- und Beizlinien, wobei die Abgase der Beizsektion erwärmt und mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) entstickt werden, wobei den Abgasen der Beizsektion (3) vor der selektiven katalytischen Reduktion (9) Wärme aus den Abgasen des Glühofens (1) zugeführt wird, wobei die Abgase der Beizsektion (3) und die Abgase des Glühofens (1) zusammengeführt und gemeinsam der selektiven katalytischen Reduktion (9) unterzogen werden, und wobei den Abgasen der Beizsektion (3) vor Zusammenführung mit den Abgasen des Glühofens (1) Wärme aus dem bereits zusammengeführten Strom von Abgasen aus Beizsektion und Glühofen zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entstickung der Abgase aus Glüh- und Beizlinien, wobei die Abgase der Beizsektion erwärmt und mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) entstickt werden, sowie eine Glüh- und Beizlinie, insbesondere für Edelstahl-Warm- oder -Kaltband, umfassend zumindest einen Glühofen und zumindest eine Beizsektion, sowie eine Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion, welche mit dem Abgassystem zumindest einer Beizsektion verbunden ist.
Zur Entstickung von Rauchgasen wird bei herkömmlichen Verbrennungsanlagen bereits seit geraumer Zeit die SCR(Selective Catalytic Reduction)-Technologie angewendet (siehe z. B. WO 03/035934 A1 oder WO 2005/098054 A1 ). Mit Hilfe eines Katalysators findet dabei die Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff und Wasser statt. Auch für die Behandlung von NOx-haltigen Abgasen aus der chemischen Metallbehandlung, insbesondere aus Beizprozessen, findet diese Technologie ihre Anwendung.
Die SCR-Katalysatoren benötigen typischerweise eine Betriebstemperatur zwischen 250°C und 300°C, um entsprechende Aktivität aufzuweisen. Die minimale Betriebstemperatur liegt bei etwa 200°C, wobei als limitierender Faktor die Bildung von Ammoniumnitrat wirkt. Da die Abgase aus den Beizlinien Temperaturen von ca. 40°C aufweisen, ist ein hoher Aufwand erforderlich, um diese Abgase auf die für die SCR-Technologie nötige Temperatur zu bringen. In der DE 36 04 946 ist beschrieben, dass ein indirekter Wärmetausch mit den Rauchgasen aus der Feuerungsanlage verwendet werden kann, um die Reingase auf die für die SCR mit Ammonika erforderliche Temperatur zu bringen.
Getrennt von der Beizsektion weisen Linien zur Metallbehandlung oft auch Glühöfen auf, die üblicherweise mit Low-NOx-Brennern ausgerüstet sind. Die zu garantierenden NOx-Gehalte in den Ofenabgasen von 200 bis 240 mg/Nm³ sind bei manchen Fahrweisen jedoch nur schwer einzuhalten, so daß zur gesicherten Einhaltung der zu garantierenden Werte ebenfalls zusätzlicher Aufwand erforderlich ist.
JP 50-131803A offenbart eine Entfernung von HF und NOx aus Abgas, wobei das Abgas zunächst mit Wasser gewaschen wird, um HF und HNO₃ zu entfernen, und dann mit NH₃ und einem heißen Gas, das in einem Glühofen erzeugt wird, kombiniert wird sowie mit einem Katalysator behandelt wird, um NOx in N₂ umzuwandeln.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein Verfahren der eingangs angegebenen Art mit gesicherter Einhaltung niedrigster NOx-Wert im Abgas bei geringstmöglichem Aufwand dafür. Eine weitere Aufgabe der Erfindung war eine Glüh- und Beizlinie, die zur Erreichung dieses Zieles ausgelegt ist.
Die Lösung der ersten Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach Anspruch 1 erreicht. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben. Den Abgasen der Beizsektion wird also vor der selektiven katalytischen Reduktion Wärme aus den Abgasen des Glühofens zugeführt wird. Damit geht der Wärmegehalt der Abgase des Glühofens nicht verloren, sondern kann anstelle externer Energiezufuhr zur Erwärmung der Beizabgase für die SCR-Behandlung genutzt werden, wodurch der Gesamtenergiebedarf drastisch reduziert werden kann.
Erfindungsgemäß ist zudem vorgesehen, daß die Abgase der Beizsektion und die Abgase des Glühofens zusammengeführt und gemeinsam der selektiven katalytischen Reduktion unterzogen werden. Durch diese Maßnahme wird die NOx-Konzentration bereits vor der SCR-Behandlung drastisch gesenkt, was sich positiv auf die Abscheideleistung des Katalysators auswirkt. Andererseits kann der Ofen ausschließlich nach den Produktionsanforderungen betrieben werden, da leichte Überschreitungen der NOx-Gehalte seiner Abgase durch die SCR-Behandlung aufgefangen werden.
Erfindungsgemäß wird dabei den Abgasen der Beizsektion vor Zusammenführung mit den Abgasen des Glühofens Wärme aus dem bereits zusammengeführten Strom von Abgasen aus Beizsektion und Glühofen zugeführt. Da die Menge der Abgase des Glühofens sehr viel höher ist als die Menge der Abgase der Beize kann ein sehr guter Wärmeübergang und damit eine Erhöhung des Summen-Wirkungsgrades erzielt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei speziell vorgesehen, daß den Abgasen der Beizsektion vor Zusammenführung mit den Abgasen des Glühofens Wärme aus dem bereits zusammengeführten und mittels der selektiven katalytischen Reduktion behandelten Strom von Abgasen zugeführt wird.
Um allfällige Betriebsbedingungen des Ofens mit Abgabe von nichtausreichend heißen Abgasen oder zu geringen Abgasmengen ausgleichen zu können, sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor, daß den Abgasen der Beizsektion zusätzlich Wärme von externen Quellen zugeführt wird. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für ferritische Materialien und Edelstahl-Warmband angewendet werden.
Vorzugsweise werden die Abgase der Beizsektion auf eine Temperatur zwischen 140°C und 280°C erwärmt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die zusammengeführten Abgase vor der selektiven katalytischen Reduktion auf eine Temperatur zwischen 200°C und 360°C erwärmt.
Die eingangs beschriebene Glüh- und Beizlinie ist zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß wie in Anspruch 6 beschrieben ausgestaltet. Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Glüh- und Beizlinie sind in den abhängigen Ansprüchen 7 bis 11 beschrieben. Es ist also eine Zusammenführung des Abgassystems des Glühofens und des Abgassystems der zumindest einen Beizsektion vor der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion vorgesehen. Damit können leichte Überschreitungen der NOx-Gehalte der Abgase des Ofens durch die SCR-Behandlung aufgefangen werden, und er kann somit ausschließlich nach den Produktionsanforderungen gefahren werden. Die NOx-Konzentration im für die SCR-Behandlung vorgesehen Abgas wird ebenfalls bereits vor dieser Behandlung drastisch gesenkt, was sich positiv auf die Abscheideleistung des Katalysators auswirkt.
Um die speziell den Ofenabgasen innewohnende Wärme nutzen zu können, ist erfindungsgemäß vor der Zusammenführung der Abgassysteme von Glühofen und der zumindest einen Beizsektion und vor der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion ein Wärmetauscher, vorzugsweise ein Rekuperator, eingesetzt ist.
Wenn gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Anlage der Anschluß des Wärmetauschers für das Niedertemperaturmedium mit dem Abgassystem der zumindest einen Beizsektion verbunden ist, kann durch die für die SCR-Technologie notwendige Erwärmung der Abgase der Beizsektion mittels der Abgase des Ofens Fremdenergiezufuhr vermieden werden.
Ein besonders guter Wärmeübergang kann aufgrund der relativen Verhältnisse zwischen der großen Menge an Abgasen mit hoher Temperatur und der geringen Menge an Abgase mit geringer Temperatur erzielt werden, wenn der Anschluß des Wärmetauschers für das Hochtemperaturmedium mit der Zusammenführung der Abgassysteme von Glühofen und der zumindest einen Beizsektion verbunden ist. Dabei wird auch das weiter der SCR-Behandlung zugeführte Abgas nicht so weit abgekühlt, daß es unter die Betriebstemperatur der SCR-Anlage gerät.
Um allfällige Temperaturabfälle aufgrund Ausfalls, gewünschter Stilllegung – wie etwa bei Edelstahl-Warmband, und zu geringe Abgasmengen des Ofens ausgleichen zu können, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zwischen dem Austritt für das Niedertemperaturmedium aus dem Wärmetauscher und der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion ein Brenner, vorzugsweise ein Low-NOx-Brenner, eingesetzt.
Vorteilhafterweise ist der Wärmetauscher als Kreuzstrom-Wärmetauscher ausgebildet.
In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
Dabei zeigt die 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Glüh- und Beizlinie, 2 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen SCR-Behandlung für die Abgase der Beizsektion der Anlage aus 1, 3 ist eine schematische Darstellung einer Glüh- und Beizlinie in erfindungsgemäßer Konfiguration, und 4 zeigt die erfindungsgemäße Auslegung der SCR-Behandlung der Abgas der Anlage von 3.
Die in 1 schematisch dargestellt Anlage umfasst eine Glühsektion 1 und eine Beizlinie, bestehend aus eine Vorbeize 2 und einer Mischsäure-Beizsektion 3. Für Edelstahl-Warmband kann die Glühsektion 1 allenfalls vermieden oder zumindest sehr klein ausgelegt sein. Die Abgase des Glühofens der Glühsektion 1 werden über den Abzug 4 abgeführt und werden, speziell wenn der Glühofen wie heute üblich mit Low-NOx-Brennern ausgerüstet ist, unbehandelt abgeleitet. Auch die Abgase der Vorbeize 2 und der Mischsäure-Beizsektion 3 werden über separate Abzüge 5, 6 abgeführt.
Üblicherweise ist der Abzug 6 der Mischsäure-Beizsektion 3 mit einer SCR-Anlage verbunden, wie sie in 2 schematisch dargestellt ist. Vom Abzug 6 kommend werden die Abgase der Beizsektion 3 durch einen Wärmetauscher 7, vorzugsweise einen Kreuzstrom-Wärmetauscher, geführt, um die Abgase der Beizsektion von den typischerweise ca. 40°C vorzuwärmen. Hinter diesem Wärmetauscher 7 ist ein Brenner 8 vorgesehen, vorzugsweise wieder ein Low-NOx-Brenner, der die 3.000 bis 20.000 Nm³/h Abgase der Beizsektion auf die Betriebstemperatur für den SCR-Reaktor 9 aufheizt, typischerweise auf zumindest 200°C, vorzugsweise aber auf 250°C bis 300°C. Die behandelten Abgase werden dann durch den Wärmetauscher 7 geführt, um dort die Abgase der Beizsektion 3 vorzuwärmen. Anschließend werden die Abgase über einen Kamin 10 in die Umgebung abgelassen.
Die neue Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung sieht dagegen vor, daß die Abgase der Mischsäure-Beizsektion 3 nicht separat gehandhabt werden, sondern – wie durch die Verbindungslinie 11 symbolisiert – mit den Abgasen der Glühsektion 1 zusammengeführt und gemeinsam weiter behandelt werden. Durch Zusammenführung der 3.000 bis 20.000 Nm³/h Abgase der Heizsektion mit hohem NOx-Gehalt und der ca. 10.000 bis 80.000 Nm³/h Abgase der Glühsektion 1 mit viel geringerem Gehalt an Stickoxiden sinkt die NOx-Konzentration bereits vor der SCR-Behandlung drastisch.
Vorteilhafterweise wird dies derart durchgeführt, daß wieder die Abgase der Mischsäure-Beizsektion 3 nach dem Abzug 6 durch den Wärmetauscher 7 geführt werden, um sie dort vorzuwärmen. Die bei Verlassen des Wärmetauschers 7 auf zwischen ca. 140°C und 280°C erwärmten Abgase werden dann mit den Abgasen des Glühofens der Glühsektion 1, die eine Temperatur von 250°C bis 400°C aufweisen, zusammengeführt, was für das Abgasgemisch dann – je nach den relativen Abgasmengen und deren Temperatur – eine Temperatur von 200°C bis 360°C beim Eintritt in den SCR-Reaktor 9 ergibt. Damit kann die SCR-Reaktion bei optimaler Temperatur und bestem Wirkungsgrad ablaufen. Die immer noch sehr hohe Temperatur der Abgase nach der SCR-Behandlung wird dann genutzt, indem diese Abgase vor Ablassen in die Umgebung durch den Wärmetauscher 7 geführt werden, um dort ihre Wärme an die Abgase der Beizsektion 3 abzugeben und diese Abgase vorzuwärmen. Dies geschieht aufgrund der gegenüber der Menge an Beiz-Abgasen bedeutend größeren Menge an Misch-Abgas mit hoher Temperatur mit besonders guter Wirkung, so daß die Energie der Abgase optimal genutzt wird. Anschließend wird dann ein optimal entsticktes Abgas durch den Kamin 10 in die Umgebung abgegeben.
Falls die aktuellen Betriebsbedingungen des Ofens nicht zur Abgabe von ausreichend heißen Abgasen oder zu geringen Abgasmengen führen, kann allenfalls zwischen dem Wärmetauscher 7 und dem SCR-Reaktor 9 anstelle oder zusätzlich zur Einleitung der Abgase der Glühsektion 1 ein Zusatzbrenner vorgesehen sein, vorzugsweise natürlich auch ein Low-NOx-Brenner.

Claims

Verfahren zur Entstickung der Abgase aus Glüh- und Beizlinien, wobei die Abgase der Beizsektion erwärmt und mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) entstickt werden, wobei den Abgasen der Beizsektion (3) vor der selektiven katalytischen Reduktion (9) Wärme aus den Abgasen des Glühofens (1) zugeführt wird, wobei die Abgase der Beizsektion (3) und die Abgase des Glühofens (1) zusammengeführt und gemeinsam der selektiven katalytischen Reduktion (9) unterzogen werden, und wobei den Abgasen der Beizsektion (3) vor Zusammenführung mit den Abgasen des Glühofens (1) Wärme aus dem bereits zusammengeführten Strom von Abgasen aus Beizsektion und Glühofen zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Abgasen der Beizsektion (3) vor Zusammenführung mit den Abgasen des Glühofens (1) Wärme aus dem bereits zusammengeführten und mittels der selektiven katalytischen Reduktion (9) behandelten Strom von Abgasen zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Abgasen der Beizsektion (3) zusätzlich Wärme von externen Quellen zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase der Beizsektion (3) auf eine Temperatur zwischen 140°C und 280°C erwärmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengeführten Abgase vor der selektiven katalytischen Reduktion (9) auf eine Temperatur zwischen 200°C und 360°C erwärmt werden.
Glüh- und Beizlinie, umfassend zumindest einen Glühofen und zumindest eine Beizsektion, sowie eine Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion, welche mit dem Abgassystem zumindest einer Beizsektion verbunden ist, und eine Zusammenführung des Abgassystems des Glühofens (1) und des Abgassystems der zumindest einen Beizsektion (3) vor der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion (9), wobei vor der Zusammenführung der Abgassysteme von Glühofen (1) und der zumindest einen Beizsektion (3) und vor der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion (9) ein Wärmetauscher (7) eingesetzt ist.
Glüh- und Beizlinie nach Anspruch 6, wobei der Wärmetauscher (7) ein Rekuperator ist.
Glüh- und Beizlinie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluß des Wärmetauschers (7) für das Niedertemperaturmedium mit dem Abgassystem der zumindest einen Beizsektion (3) verbunden ist.
Glüh- und Beizlinie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluß des Wärmetauschers (7) für das Hochtemperaturmedium mit der Zusammenführung der Abgassysteme von Glühofen (1) und der zumindest einen Beizsektion (3) verbunden ist.
Glüh- und Beizlinie nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Austritt für das Niedertemperaturmedium aus dem Wärmetauscher (7) und der Anlage zur selektiven katalytischen Reduktion (9) ein Brenner, vorzugsweise ein Low-NOx-Brenner, eingesetzt ist.
Glüh- und Beizlinie nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (7) als Kreuzstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist.