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Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Rauchgas katalytisch entstickenden Rauchgasentstickungreaktors, der im Rauchgaskanal eines mit kohlenstoffhaltigem Brennstoff befeuerten Dampferzeugers eines Kraftwerks angeordnet ist, wobei in Bezug auf die Rauchgasströmung stromaufwärts eines mindestens eine Katalysatorlage umfassenden, vom Rauchgas durchströmten Katalysatorbereiches des Rauchgasentstickungsreaktors ein zur Erzielung eines gewünschten Ausgangs-NOx-Gehalts in dem aus dem Rauchgasentstickungsreaktor abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstrom erforderlicher Reduktionsmittelmassenstrom in Teilströme aufgeteilt mehreren Reduktionsmittel-Eindüsungszonen mit jeweils zugeordneter Reduktionsmittel-Eindüsung zugeführt und in jeder Reduktionsmittel-Eindüsungszone jeweils ein Reduktionsmittelteilmassenstrom in einen zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom eingedüst wird, wobei eine jede Reduktionsmittel-Eindüsungszone jeweils eine Teilfläche des Strömungsquerschnitts eines den zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom zuführenden ersten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts überdeckt und die mehreren Reduktionsmittel-Eindüsungszonen in ihrer Gesamtheit eine den Strömungsquerschnitt des ersten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts überdeckende erste Ebene ausbilden.
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Weiterhin richtet sich die Erfindung auf eine Rauchgasentstickungsanlage, insbesondere zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, umfassend einen Rauchgas katalytisch entstickenden Rauchgasentstickungsreaktor, der in einem von dem zu entstickenden Rauchgas durchströmbaren Rauchgaskanal eines mit kohlenstoffhaltigem Brennstoff befeuerten Dampferzeugers eines Kraftwerks anordenbar ist und einen mindestens eine Katalysatorlage umfassenden, von einem dem Rauchgasentstickungsreaktor zuströmendem Rohgas-Rauchgasmittelstrom durchströmbaren Katalysatorbereich aufweist, wobei in Bezug auf die Rauchgasströmung stromaufwärts des Katalysatorbereichs in einem ersten Strömungsquerschnitt eines ersten, von dem zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom durchströmbaren Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts mehrere Reduktionsmittel-Eindüsungszonen mit jeweils mindestens einer zugeordneten Reduktionsmittel-Eindüsung ausgebildet und angeordnet sind, die jeweils über eine fluidleitende Leitungsverbindung mit einem den Zustrom eines Reduktionsmittelteilmassenstroms regelnden Regelventil stehen, wobei mittels einer Reduktionsmittel-Eindüsungszone jeweils ein Reduktionsmittelteilmassenstrom eines zur Erzielung eines gewünschten Ausgangs-NOx-Gehalts im aus dem Rauchgasentstickungsreaktor abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstrom insgesamt erforderlichen Reduktionsmittelmassenstroms in den ersten Strömungsquerschnitt des ersten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts einblasbar ist, wobei eine jede Reduktionsmittel-Eindüsungszone jeweils eine Teilfläche des ersten Strömungsquerschnitts des ersten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts überdeckt und die mehreren Reduktionsmittel-Eindüsungszonen in ihrer Gesamtheit eine den Strömungsquerschnitt überdeckende erste Ebene ausbilden.
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Insbesondere an fossilen Verbrennungsanlagen, wozu insbesondere auch mit staubförmigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff befeuerte Dampferzeuger von Kraftwerken gehören, bestehen im Rahmen von Umweltschutzmaßnahmen seit längerer Zeit Bestrebungen, die Emission von Schadstoffen und damit die diesbezüglichen Emissionsschadstoffwerte weiter zu reduzieren. Ebenso gibt es aktuell Bestrebungen, auch den Arbeitsbereich eines fossil, insbesondere mit staubförmigem kohlenstoffhaltigem Brennstoff befeuerten Dampferzeugers oder Kessels bezüglich seines minimalen Lastfalls hin zu kleineren Lastbereichen zu erweitern.
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Im Rahmen dieser Bestrebungen stellen die einzuhaltenden und weiter zu reduzierenden NOx-Werte eine zu beachtende Komponente dar. Zur Stickoxidminderung in Kraftwerken werden heute vielfach katalytisch entstickende Rauchgasentstickungsanlagen oder Rauchgasentstickungsreaktoren eingesetzt, die nach dem sogenannten SCR (Selective Catalytic Reduction)-Verfahren arbeiten. Bei dem SCR-Verfahren wird Ammoniak (NH3) in den Rauchgasstrom eingedüst und an Katalysatoren chemisch in Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umgesetzt. Allerdings stößt das bei den nach dem SCR-Verfahren arbeitenden Rauchgasentstickungsanlagen und Rauchgasentstickungsreaktoren übliche Regelungskonzept an seine technischen Grenzen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass am Kesselaustritt oder Dampferzeugeraustritt die Geschwindigkeitsprofile und auch die NOx-Konzentrationsprofile des dort austretenden Rauchgases stark von den Lastverhältnissen im Dampferzeuger oder Kessel abhängen. Die bisherigen Maßnahmen, die das Mischen des Rauchgases und auch der Reduktionsmittel (Ammoniak, Ammoniakwasser, ammoniakhaltige Lösung) mit dem Rauchgas umfassen, haben sich als nicht ausreichend herausgestellt, um die geforderten NOx-Werte im die Rauchgasentstickungsanlage oder den Rauchgasentstickungsreaktor verlassenden Reingas und/oder den sogenannten NH3-Schlupf einzuhalten. Wird in einer Rauchgasentstickungsanlage oder einem Rauchgasentstickungsreaktor mehr Reduktionsmittel (Ammoniak) bereitgestellt, als bei der Reduktion der Stickoxide am Katalysator umgesetzt wird, kommt es zum sogenannten NH3-Schlupf. Dies bedeutet, dass im die Rauchgasentstickungsanlage oder den Rauchgasentstickungsreaktor verlassenden Rauchgas/Abgas unverbrauchte Reduktionsmittel-Konzentrationen, in der Regel Ammoniak (NH3) feststellbar sind, die vermieden werden sollen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, den Rauchgasstrom eines Dampferzeugers eines Kraftwerks auch beim Betrieb in niedrigen Lastbereichen zuverlässig zu entsticken.
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Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während des Betriebs des Rauchgasentstickungsreaktors stromabwärts des Katalysatorbereiches in NOx-Analysezonen mit jeweils mindestens einer zugeordneten NOx-Absaugungs- und/oder NOx-Analysevorrichtung, wobei eine jede NOx-Analysezone jeweils eine Teilfläche des Strömungsquerschnitts eines den Reingas-Rauchgasmassenstrom abführenden zweiten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts überdeckt und die NOx-Analysezonen in ihrer Gesamtheit eine den Strömungsquerschnitt des zweiten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts überdeckende Ebene ausbilden, permanent online je NOx-Analysezone ein jeweils erster Ausgangs-NOx-Gehalt als erster Ausgangs-NOx-Messwert des abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstroms gemessen wird, die analysezonenbezogen erhaltenen ersten Ausgangs-NOx-Messwerte matrixartig einer oder mehreren Reduktionsmittel-Eindüsungszone(n) und jeweils mindestens einem einen dort zur Erreichung des gewünschten Ausgangs-NOx-Gehalts im abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstrom jeweils aktuell einzudüsenden Reduktionsmittelteilmassenstrom repräsentierenden Wert zugeordnet werden und damit die Verteilung des Reduktionsmittelmassenstroms auf die einzelnen Reduktionsmittelteilmassenströme dadurch automatisch eingestellt und/oder nachreguliert wird, dass ein jeder der einer Reduktionsmittel-Eindüsung zuzuführenden Reduktionsmittelteilmassenströme eindüsungszonenweise auf den insbesondere in der jeweils zugeordneten NOx-Analysezone zur Erreichung des gewünschten Ausgangs-NOx-Gehaltes im Reingas-Rauchgasmassenstrom jeweils aktuell benötigten Wert eingestellt und eingeregelt wird.
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Ebenso wird die vorstehende Aufgabe bei einer Rauchgasentstickungsanlage der vorstehend näher bezeichneten Art dadurch gelöst, dass stromabwärts des Katalysatorbereiches dauerhaft und vorzugsweise ortsfest mehrere NOx-Analysezonen mit jeweils mindestens einer zugeordneten NOx-Absaugungs- und/oder NOx-Analysevorrichtung in einem einen abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstrom abführenden zweiten Strömungsquerschnitt eines zweiten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts ausgebildet und angeordnet sind, wobei mittels der NOx-Absaugungs- und/oder NOx-Analysevorrichtung während des Betriebs des Rauchgasentstickungsreaktors permanent online jeweils ein erster Ausgangs-NOx-Gehalt des den zweiten Strömungsquerschnitt durchströmenden Reingas-Rauchgasmassenstroms messbar ist, wobei eine jede NOx-Analysezone jeweils eine Teilfläche des zweiten Strömungsquerschnitts des von dem abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstrom durchströmbaren zweiten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts überdeckt und die NOx-Analysezonen in ihrer Gesamtheit eine den zweiten Strömungsquerschnitt des zweiten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts überdeckende zweite Ebene (35) ausbilden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, zusätzlich zu Reduktionsmitteleindüsungszonen, die eingangsseitig oder in Bezug auf die Rauchgasströmung stromaufwärts eines nach dem SCR-Verfahren arbeitenden Katalysatorbereiches des Rauchgasentstickungsreaktors angeordnet sind, ausgangsseitig oder in Bezug auf die Rauchgasströmungsrichtung stromabwärts des Katalysatorbereiches des Rauchgasentstickungsreaktors NOx-Analysezonen dauerhaft und fest installiert auszubilden und diese in einem eine Steuereinrichtung umfassenden Regelkreis mit den Reduktionsmittel-Eindüsungszonen zu verbinden und während des Betriebs des Rauchgasentstickungsreaktors online erfasste NOx-Werte für die automatisch geregelte Eindüsung von Reduktionsmittel, insbesondere Ammoniak, zu nutzen, lassen sich die gewünschten NOx-Sollwerte insbesondere auch bei einem in niedrigen Lastbereichen betriebenen Dampferzeuger gut erreichen und lässt sich der Reduktionsmittel- oder Ammoniak-Schlupf vermeiden. Hierbei ist es so, dass die NOx-Werte zonenweise mittels eines sogenannten, mehrere Zonen aufweisenden, dauerhaft und ortsfest ausgangsseitig des Katalysatorbereiches des Rauchgasentstickungsreaktors angeordneten NOx-Messgitters erfasst werden. Ebenso ist eingangsseitig ein zonenförmig aufgeteiltes Eindüsungsgitter mit einzelnen Reduktionsmitteleindüsungspunkten oder Reduktionsmitteleindüsungen ausgebildet. Die Anzahl der Zonen und damit die geometrische Ausbildung des Messgitters und des Eindüsungsgitters müssen nicht übereinstimmen. Eine Zuordnung von NOx-Analysezonen und Reduktionsmitteleindüsungszonen erfolgt mittels einer Matrix, die diese jeweils einander zuordnen und die in der Regeleinrichtung und/oder Steuereinrichtung eines Steuer- und/oder Regelkreises hinterlegt ist. Um eine dynamische, an die jeweilige Lastsituation und den jeweiligen Betriebszustand oder die jeweilige Betriebssituation des Rauchgasentstickungsreaktors schnell und automatisch anpassbare Beaufschlagung des mit den Reduktionsmitteleindüsungen ausgestatteten Strömungsquerschnitts realisieren zu können, weisen die einzelnen Reduktionsmitteleindüsungen ihnen zugeordnete, automatisch verstellbare Regelventile auf, die in den Steuerungs- und/oder Regelkreis mit der Regeleinrichtung eingebunden sind. Durch die Erweiterung des bisher bei SCR-Verfahren üblichen Regelkreises um ein die NOx-Analysezonen ausbildendes NOx-Messgitter austrittsseitig des Katalysatorbereiches des Rauchgasentstickungsreaktors sowie die fernverstellbaren Regelventile mit Leitungsverbindung zu den Reduktionsmitteleindüsungen, kann über die matrixartige Zuordnung von NOx-Analysezonen und Reduktionsmitteleindüsungszonen in dem die Regeleinrichtung umfassenden Regelkreis die Verteilung des Reduktionsmittels, insbesondere Ammoniak, automatisch an die eintrittsseitig des Rauchgasentstickungsreaktors herrschenden Bedingungen, insbesondere Strömungsverhältnisse des Rauchgases und NOx-Beladung des Rauchgases, angepasst werden. Insbesondere lassen sich mittels der NOx-Analysezonen ausgangsseitig des Katalysatorbereiches und damit auf der Reingasseite des Rauchgasentstickungsreaktors zonenweise Abweichungen des sich ergebenden NOx-Reingaswertes zum Mittelwert über den gesamten Rauchgasmassenstrom automatisch kontinuierlich ermitteln und falls nötig durch gezieltes Ansteuern einer Reduktionsmitteleindüsung einer matrixartig zugeordneten Reduktionsmitteleindüsungszone regulieren. Damit lässt sich der Reduktionsmittel-, insbesondere Ammoniak-, Schlupf vermeiden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der einer jeden Reduktionsmittel-Eindüsung zugeführte Reduktionsmittelteilmassenstrom während des Betriebs des Rauchgasentstickungsreaktors permanent eindüsungszonenweise auf einen zur Einstellung eines in der oder den jeweils matrixartig zugeordneten NOx-Analysezone(n) und/oder dem Reingas-Rauchgasmassenstrom zu erreichenden NOx-Sollwertes aktuell benötigten Wert nachreguliert wird.
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Hierbei kann es weiterhin zweckmäßig sein, wenn während des Betriebs des Rauchgasentstickungsreaktors der zuströmende Rohgas-Rauchgasmassenstrom stromaufwärts und/oder der abströmende Reingas-Rauchgasmassenstrom stromabwärts des Katalysatorbereiches und an einer Eingangs-NOx-Messstelle der Eingangs-NOx-Gehalt des zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstroms stromaufwärts der von den Reduktionsmittel-Eindüsungszonen gebildeten Ebene online permanent gemessen werden und aus dem Eingangs-NOx-Gehalt und dem Rohgas-Rauchgasmassenstrom und/oder dem Reingas-Rauchgasmassenstrom der aktuell zur Erreichung des gewünschten Ausgangs-NOx-Gehalts im aus dem Rauchgasentstickungsreaktor abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstrom erforderliche Reduktionsmittelmassenstrom berechnet wird.
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Weiterhin ist in vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens auch möglich, dass während des Betriebs des Rauchgasentstickungsreaktors an einer Ausgangs-NOx-Messstelle der gewünschte Ausgangs-NOx-Gehalt des abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstroms stromabwärts der von den NOx-Analysezonen gebildeten Ebene online permanent gemessen wird.
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Für die Regelung des Verfahrens ist es weiterhin von Vorteil, dass die während des Betriebs des Rauchgasentstickungsreaktors online permanent ermittelten Messwerte von Eingangs-NOx-Gehalt, erstem Ausgangs-NOx-Gehalt, gewünschtem Ausgangs-NOx-Gehalt und Rohgas-Rauchgasmassenstrom und/oder Reingas-Rauchgasmassenstrom sowie ein NOx-Sollwert einem Regelkreis zugeführt werden, der den jeweils aktuell erforderlichen Reduktionsmittelmassenstrom und/oder dessen Verteilung auf die einzelnen Reduktionsmittelteilmassenströme ermittelt und regelnd nachreguliert.
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Die Regelung der Eindüsung der Reduktionmittelteilmassenströme erfolgt dabei vorteilhafter Weise dadurch, dass die ermittelten Messwerte der ersten Ausgangs-NOx-Gehalte analysenzonenweise einer in den Regelkreis eingebundenen Regelungseinrichtung zugeführt und in der Regelungseinrichtung matrixartig einer oder mehreren Reduktionsmittel-Eindüsungszonen zugeordnet werden, wobei von der Regelungseinrichtung der matrixartigen Zuordnung der Messwerte der ersten Ausgangs-NOx-Gehalte zu den Reduktionsmittel-Eindüsungszonen entsprechende Steuersignale an jeweils den Zufluss eines Reduktionsmittelteilmassenstroms zu einer Reduktionsmittel-Eindüsung regelnde, automatisch verstellbare Regelventile ausgegeben und die Reduktionsmittel-Eindüsungen zonenweise zur Einstellung eines in der oder den jeweils zugeordneten NOx-Analysezone(n) und/oder im abströmenden Reingas-Rauchgasmittelstrom zu erreichenden NOx-Sollwertes auf einen dafür benötigten Reduktionsmittelteilmassenstrom eingeregelt und/oder nachreguliert werden.
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Vorteilhafterweise ist der Rauchgasentstickungsreaktor in Bezug auf die Strömungsrichtung des den Dampferzeuger oder Kessel verlassenden Rauchgases stromabwärts einer Rauchgasentstaubung angeordnet, so dass eine sogenannte Low-Dust-Schaltung vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich in Weiterbildung daher dadurch aus, dass es beim Betrieb eines stromabwärts einer Entstaubung und/oder einer Entschwefelung des Rauchgasmassenstroms angeordneten katalytisch entstickenden Rauchgasentstickungsreaktors durchgeführt wird.
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Der Einfluss einer jeweiligen Reduktionsmitteleindüsung in einer jeweiligen Reduktionsmitteleindüsungszone auf die einzelnen NOx-Analysezonen wird während der Inbetriebnahme des Rauchgasentstickungsreaktors empirisch ermittelt und in einer oder mehrerer die dabei festgestellten Zuordnungsverhältnisse abbildenden Matrix/Matrizen in Form von Zahlenwerten in der Regeleinrichtung abrufbar hinterlegt. Diesbezüglich zeichnet sich die Erfindung in Weiterbildung dadurch aus, dass eine matrixartige Zuordnung oder matrixartige Zuordnungen von einer der mehreren NOx-Analysezonen zu einer oder mehreren Reduktionsmittel-Eindüsungszonen und von ersten Ausgangs-NOx-Messwerten zu einem einzustellenden Rauchgasmittelteilmassenstrom bei der Inbetriebnahme des Rauchgasentstickungsreaktors empirisch ermittelt und, insbesondere in der Regelungseinrichtung, hinterlegt wird/werden.
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Die während der Inbetriebnahme ermittelte Matrix wird beim Betrieb des Rauchgasentstickungsreaktors zweckmäßiger Weise beibehalten, so dass die Erfindung auch vorsieht, dass die ermittelte und hinterlegte matrixartige Zuordnung oder die ermittelten und hinterlegten matrixartigen Zuordnungen beim Betrieb des Rauchgasentstickungsreaktors unverändert beibehalten wird/werden. Diese Vorgehensweise der empirischen Ermittlung der matrixartigen Zusammenhänge macht es im Übrigen nicht notwendig, dass die Anzahl an NOx-Analysezonen mit der Anzahl an Reduktionsmitteleindüsungszonen übereinstimmt.
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Die matrixartige Zuordnung kann sich rauchgasmengenabhängig unterscheiden, so dass es auch möglich ist, mehr als eine Matrix zu hinterlegen. Diesbezüglich zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass die matrixartige Zuordnung oder die matrixartigen Zuordnungen von Reduktionsmittel-Eindüsungszonen und NOx-Analysezonen rauchgasmengenabhängig unterschiedlich ausgebildet ist/sind.
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Die Messintervalle können unterschiedlich sein, sodass die Erfindung in Weiterbildung des Verfahrens weiterhin vorsieht, dass die online permanent ermittelten Messwerte von erstem Ausgangs-NOx-Gehalt, gewünschtem Ausgangs-NOx-Gehalt, Eingangs-NOx-Gehalt, zuströmendem Rohgas-Rauchgasmassenstrom und/oder abströmendem Reingas-Rauchgasmassenstrom kontinuierlich oder periodisch in geringen Zeitabständen gemessen werden.
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Bevorzugte Reduktionsmittel sind Ammoniak und Harnstoff, sodass vorteilhafterweise weiterhin vorgesehen ist, dass als Reduktionsmittel gasförmiges oder flüssiges Ammoniak (NH3), eine ammoniakhaltige Lösung, insbesondere Ammoniakwasser, eine Ammoniachlorid-Lösung oder Harnstoff als Reduktionsmittelmassenstrom zugeführt und als Reduktionsmittelmassenteilstrom in den Rohgas-Rauchgasmassenstrom eingedüst wird.
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Die Rauchgasentstickungsanlage zeichnet sich für die Durchführung eines besonders vorteilhaften Verfahrens in Weiterbildung dadurch aus, dass die NOx-Absaugungs- und/oder NOx-Analysevorrichtungen jeweils in einer ersten signalleitenden Leitungsverbindung mit einer Regelungseinrichtung stehen, die dieser ermittelte erste Ausgangs-NOx-Messwerte analysenzonenbezogen zuführen, welche sie mittels einer in der Regelungseinrichtung hinterlegten Matrix matrixartig einer oder mehreren Reduktionsmittel-Eindüsungszonen zuordnet, und wobei die Regelungseinrichtung über jeweils eine zweite signalleitende Leitungsverbindung mit jedem der jeweils einen Reduktionsmittelteilmassenstrom zu einer jeweils angeschlossenen Reduktionsmittel-Eindüsung regelnden, automatisch verstellbaren Regelventile steht und an die Regelventile der matrixartigen Zuordnung der Reduktionsmittel-Eindüsungszonen zu den analysenzonenbezogenen ersten Ausgangs-NOx-Messwerten entsprechende, den jeweiligen Reduktionsmittelmassenteilstrom zu einer Reduktionsmittel-Eindüsung regelnde Steuersignale derart ausgibt, dass in jeder den Reduktionsmittel-Eindüsungszonen jeweils ein zur Einstellung eines in der oder den jeweils matrixartig zugeordneten NOx-Analysezonen zu erreichenden gewünschten Ausgangs-NOx-Gehalts im Reingas-Rauchgasmittelstrom benötigter Reduktionsmittelteilmassenstrom in den ersten Strömungsquerschnitt des ersten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts eingedüst wird.
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Hierbei ist es weiterhin von Vorteil, wenn jede NOx-Absaugungs- und/oder NOx-Analysevorrichtung über die erste signalleitende Leitungsverbindung mit einer Regelungseinrichtung in Leitungsverbindung steht, über welche der jeweils je NOx-Analysezone gemessene erste Ausgangs-NOx-Messwert eines ersten Ausgangs-NOx-Gehalts des den zweiten Strömungsquerschnitt durchströmenden Reingas-Rauchgasmassenstroms der Regelungseinrichtung zugeführt wird, die dem jeweiligen Ausgangs-NOx-Messwert matrixartig eine oder mehrere Reduktionsmittel-Eindüsungszone(n) und jeweils einen den in der oder den jeweils zugeordneten Reduktionsmittel-Eindüsungszone(n) zur Erreichung des gewünschten Ausgangs-NOx-Gehalts jeweils aktuell einzudüsenden Reduktionsmittelteilmassenstrom repräsentierenden Wert zuordnet und wobei die Reglungseinrichtung jeden der jeweils einer oder mehreren Reduktionsmittel-Eindüsungszonen zugeordneten Werte über jeweils eine zweite signalleitende Leitungsverbindung jeweils einem einer Reduktionsmittel-Eindüsung zugeordneten und die Verteilung des Reduktionsmittelmassenstroms auf jeweils einen Reduktionsmittelteilstrom bewirkenden Regelventil als ein Steuersignal zuführt, das automatisch den jeweils den einer Reduktionsmittel-Eindüsung zuzuführenden Reduktionsmittelteilmassenstrom eindüsungszonenweise auf den zur Erreichung des gewünschten Ausgangs-NOx-Gehaltes im Reingas-Rauchgasmassenstrom jeweils aktuell benötigten Wert einstellt und/oder nachreguliert.
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Hierbei zeichnet sich die Rauchgasentstickungsanlage weiterhin dadurch aus, dass sie stromaufwärts des Katalysatorbereiches eine den zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom messende erste Rauchgasmassenstrommessstelle und/oder stromabwärts des Katalysatorbereiches eine den abströmende Reingas-Rauchgasmassenstrom messende zweite Rauchgasmassenstrommessstelle, stromaufwärts der von den Reduktionsmittel-Eindüsungszonen gebildeten ersten Ebene eine den Eingangs-NOx-Gehalt des zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstroms messende Eingangs-NOx-Messstelle und stromabwärts der von den NOx-Analysezonen gebildeten zweiten Ebene eine den gewünschte Ausgangs-NOx-Gehalt des abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstroms messende Ausgangs-NOx-Messstelle aufweist, die während des Betriebs des Rauchgasentstickungsreaktors permanent online betreibbar sind.
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Zweckmäßig ist es gemäß Weiterbildung der Erfindung weiterhin, dass die Rauchgasentstickungsanlage einen Regelkreis umfasst, der in dritter signalleitender Leitungsverbindung mit der Regelungseinrichtung, in vierter signalleitender Leitungsverbindung mit der Eingangs-NOx-Messstelle, in fünfter signalleitender Leitungsverbindung mit der den abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstrom messenden zweiten Rauchgasmassenstrommessstelle und in sechster signalleitender Leitungsverbindung mit der Ausgangs-NOx-Messstelle steht, die während des Betriebs des Rauchgasentstickungsreaktors online permanent Messwerte ermitteln und dem Regelkreis zuführen, der unter Verarbeitung eines NOx-Sollwertes den jeweils aktuell erforderlichen Reduktionsmittelmassenstrom und/oder dessen Verteilung auf die einzelnen Reduktionsmittelteilmassenströme ermittelt und regelnd nachreguliert.
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Die erfindungsgemäße Rauchgasentstickungsanlage zeichnet sich in Weiterbildung dadurch aus, dass die Regelventile als PID(Proportional Integral Derivative)-Regelventile ausgebildet sind. Hierdurch lässt sich der Ammoniakmassenstrom gut regeln. Allerdings sind auch andere Ausführungsformen von Regelventilen möglich.
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Weiterhin zeichnet sich die Rauchgasentstickungsanlage in Ausgestaltung dadurch aus, dass der Regelkreis und/oder die Regelungseinrichtung den betriebssituationsabhängig in den von dem zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom durchströmbaren ersten Strömungsquerschnitt einzudüsende Reduktionsmittelmassenstrom in Abhängigkeit von der vom zugeordneten Dampferzeuger abgeforderten Last und/oder in Abhängigkeit von dem dem Rauchgasentstickungsreaktor zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom oder dem aus dem Rauchgasentstickungsreaktor abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstrom bestimmt und regelt. Da lastenabhängig unterschiedliche Rauchgasmengen, NOx-Profile und Rauchgasgeschwindigkeiten eingangs des Rauchgasentstickungsreaktors vorliegen, werden lastabhängig auch unterschiedliche Mengen an Reduktionsmittel, insbesondere Ammoniak, für die gewünschten NOx-Reduktion benötigt, was bei der Ausbildung der erfindungsgemäßen Rauchgasentstickungsanlage Berücksichtigung findet.
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Schließlich zeichnet sich die Rauchgasentstickungsanlage in Ausgestaltung dadurch aus, dass die Reduktionsmittel-Eindüsungszonen und die NOx-Analysezonen jeweils lückenlos in der von ihnen jeweils gebildeten ersten oder zweiten Ebene den gesamten ersten oder zweiten Strömungsquerschnitt überdecken. Die Erfindung ist nachstehend anhand einer einzigen Figur näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Rauchgasentstickungsreaktor 1, dessen Katalysatorbereich 2 drei Katalysatorlagen 3 umfasst. Dem Katalysatorbereich 2 ist über einen von einem insbesondere fossil befeuerten Dampferzeuger eines Kraftwerks stammender zuströmender Rohgas-Rauchgasmassenstrom 30 über einen Rauchgaskanal 4 zuführbar. Der Rauchgasentstickungsreaktor 1 arbeitet nach einem Rauchgas katalytisch entstickenden Verfahren, dem sogenannten SCR-Verfahren, wozu eingangsseitig des die Katalysatorlagen 3 aufweisenden Katalysatorbereiches 2 Reduktionsmittel, insbesondere ein Ammoniak (NH3) oder Harnstoff enthaltendes Mittel, in einen zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom 30 eingedüst wird, welcher Rohgas-Rauchgasmassenstrom 30 dann den Katalysatorbereich 2 durchströmt und ausgangsseitig als entstickter Reingas-Rauchgasmassenstrom 27 in eine zum Schornstein des Kraftwerkes führende Abgasleitung 5 einmündet. Das Eindüsen von Reduktionsmittel erfolgt eingangsseitig und stromaufwärts des Katalysatorbereiches 2 in einem vom zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom 30 durchströmten ersten Strömungsquerschnitt 6, der in einem ersten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitt 7 ausgebildet ist. In diesem ersten Strömungsquerschnitt 6 sind mehrere, im Ausführungsbeispiel neun Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 ausgebildet, die jeweils eine Reduktionsmittel-Eindüsung 9 aufweisen. Aufgrund ihrer relativen Position zum Katalysatorbereich 2 des Rauchgasentstickungsreaktors 1 sind die Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 dem Katalysatorbereich 2 des Rauchgasentstickungsreaktors 1 vorgeschaltet. Eine jede Reduktionsmittel-Eindüsungszone 8 überdeckt jeweils einen Teilbereich oder eine Teilfläche des dem Katalysatorbereich 2 den zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom 30 zuführenden ersten Strömungsquerschnitts 6, wobei die Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 in Summe insgesamt unter Ausbildung einer ersten Ebene 32 den gesamten ersten Strömungsquerschnitt 6 überdecken.
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Ausgangsseitig sind dem Katalysatorbereich 2 des Rauchgasentstickungsreaktors 1 nachgeschaltet in einem den abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstrom 27 aus dem Katalysatorbereich 2 abführenden zweiten Strömungsquerschnitt 10 eines zweiten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts 11 mehrere, im Ausführungsbeispiel acht, NOx-Analysezonen 12 ausgebildet und angeordnet. Jede NOX-Analysezone 12 weist eine NOx-Absaugungs- und/oder NOx-Analysevorrichtung 13 auf. Jede NOx-Analysezone 12 überdeckt jeweils eine Teilfläche des den abströmenden Reingas-Rauchgasmassenstrom 27 aus dem Katalysatorbereich 2 abführenden zweiten Strömungsquerschnitts 10 des zweiten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts 11, wobei alle NOx-Analysezonen 12 zusammen insgesamt den gesamten zweiten Strömungsquerschnitt 10 überdecken.
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Die insgesamt mit 14 bezeichnete Rauchgasentstickungsanlage umfasst einen Steuer- und/oder Regelungskreis 15, dessen Bestandteil eine Regeleinrichtung 16 ist. Die Regeleinrichtung 16 steht über jeweils eine erste signalleitende Leitungsverbindungen 17 mit jeweils einer der NOx-Absaugungs- und/oder NOx-Analysevorrichtungen 13 in Leitungsverbindung, über welche an einer jeweiligen NOx-Absaugungs- und/oder NOx-Analysevorrichtung 13 ermittelte erste Ausgangs-NOx-Messwerte analysezonenbezogen, d. h. separat je NOx-Analysezone 12 ermittelt, der Regelungseinrichtung 16 zuführbar sind. Ebenso ist die Regelungseinrichtung 16 über zweite signalleitende Leitungsverbindungen 18 mit PID-Regelventilen 19 verbunden, die ihrerseits in einer fluidleitenden und fluidführenden Leitungsverbindung 24 mit jeweils einer Reduktionsmittel-Eindüsung 9 stehen und die jeweils des Zufluss eines Reduktionsmittelteilmassenstroms 31 eines dem Rauchgasentstickungsreaktor 1 zugeführten und insgesamt in mehrere, der Anzahl der Reduktionsmitteleindüsungen 9 entsprechende Teilmassenströme 31 aufgeteilten Reduktionsmittelmassenstroms 29 zu jeweils einer Reduktionsmittel-Eindüsung 9 und damit einer Reduktionsmittel-Eindüsungszone 8 regeln. Hierbei ist die Regeleinrichtung 16 weiterhin so ausgelegt, dass sie entsprechend einer in ihr hinterlegten Matrix, welche jeder NOx-Analysezone 12 eine oder mehrere Reduktionsittel-Eindüsungszone(n) 8 zuordnet, während des Betriebs der Rauchgasentstickungsanlage 14 automatisch durch Verstellung der Regelventile 19 den von einer Reduktionsmittel-Eindüsung 9 jeweils abzugebenden Reduktionsmittelteilmassenstrom 31 in Abhängigkeit von dem in einer jeweils zugeordneten NOx-Analysezone 12 ermittelten ersten Ausgangs-NOx-Messwert steuert und abgibt. Dies erfolgt dadurch, dass die Regeleinrichtung 16 über die zweiten, der Anzahl von an die Regelungseinrichtung 16 angeschlossenen Regelventilen 19 entsprechenden Leitungsverbindungen 18 entsprechende Steuersignale an die jeweils angeschlossenen und angesteuerten Regelventile 19 ausgibt. Hierbei wird der jeweilige Reduktionsmittelteilmassenstrom 31 jeweils derart geregelt, dass in der jeweiligen Reduktionsmittel-Eindüsungszone 8 jeweils genau der zur Einstellung eines in der oder den jeweils matrixartig zugeordneten NOx-Analysezonen 12 zu erreichende erste Ausgangs-NOx-Sollwertes benötigte Menge an Reduktionsmittel im ersten Strömungsquerschnitt 6 in den zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom 30 eingedüst wird. Über ein Regelventil 22 kann der Gesamt-Reduktionsmittelmassenstrom 29 automatisch eingestellt werden und über Regelventile 19 wird die Verteilung zu den Reduktionsmittel-Eindüsungen 9 untereinander automatisch eingestellt. Es ist auch möglich, dass das Regelventil 22 entfällt und die Reduktionsmittelteilmassenströme 31 zu den jeweiligen Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 mit zugeordneter Reduktionsmittel-Eindüsung 9 jeweils unmittelbar über die Regelventile 19 automatisch eingestellt werden.
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Die NOx-Absaugungs- und/oder NOx-Analysevorrichtungen 13 sind dauerhaft und ortsfest in den abströmenden NOx-Analysezonen 12 aus dem Katalysatorbereich 2 abführenden Strömungsquerschnitt 10 des zweiten Rauchgaskanal- oder Rauchgasentstickungsreaktorabschnitts 11 des Rauchgasentstickungsreaktors 1 angeordnet. Die NOx-Absaugungs- und/oder NOx-Analysevorrichtungen13 bilden ein Messgitter oder NOx-Messgitter aus, das durch die in ihrer Gesamtheit eine zweite Ebene 35 ausbildenden NOx-Analysezonen 12 gebildet wird und mit welchem während des Betriebs des Rauchgasentstickungsreaktors 1 permanent online kontinuierlich oder periodisch in kurzen Zeitabständen je NOx-Analysezone 12 der erste Ausgangs-NOx-Gehalt 37 des in dem den Reingas-Rauchgasmassenstrom 27 abführenden Strömungsquerschnitt 10 strömenden Rauchgases ermittelbar ist. Die Ermittlung der einzelnen NOx-Zonenwerte kann kontinuierlich oder periodisch erfolgen, wobei der Zeitraum der periodischen Abfrage so kurz gewählt wird, dass die zeitlichen Änderungen der NOx-Konzentrationsprofile in der als Messebene ausgebildeten zweiten Ebene 35 erfasst werden.
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Die Regelungseinrichtung 16 ist derart ausgelegt und eingerichtet, dass sie den betriebssituationsabhängig im Strömungsquerschnitt 6 insgesamt in den zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom 30 einzudüsenden Rauchgasmittelmassenstrom 29 in Abhängigkeit von der vom zugeordneten Dampferzeuger abgeforderten Last und/oder in Abhängigkeit von dem dem Rauchgasentstickungsreaktor 1 zugeführten oder dem aus dem Rauchgasentstickungsreaktor 1 abgeführten Rauchgasmassenstrom bestimmt und regelt.
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Die vorstehend beschriebene Regelung der Reduktionsmittelzugabe ist Bestandteil des Gesamt-Steuer- und/oder Regelkreises 15, der auch eine Regelung der Reduktionsmittelzugabe mittels des einzudüsenden Rauchgasmassenstroms 29 über die Ermittlung des Ausgangs- NOx-Gehaltes 28 im den Rauchgasentstickungsreaktor 1 über die Abgasleitung 5 verlassenden Reingas-Rauchgasmassenstrom 27 umfasst, die eine Zuführung des an einer Ausgangs-NOx-Messstelle 36 ermittelten gewünschten Ausgangs-NOx-Gehalts 28 über eine sechste signalleitende Leitungsverbindung 20 an den Regelkreis 15, die Erfassung des Eingangs-NOx-Gehaltes 33 des zuströmenden Rohgas-Rauchgasmittelstromes 27an einer Eingangs-NOx-Messstelle 26 und die Zuführung des hier ermittelten Messwertes über eine vierte signalleitende Leitungsverbindung 21 an den Regelkreis 15 und die aus zumindest diesen beiden Werten und dem Vergleich mit einem NOx-Sollwert 34 abgeleitete Steuerung eines Regelventils 22 mittels eines über eine siebte signalleitende Leitungsverbindung 23 zugeführten Steuersignals umfasst, wobei das Regelventil 22 den allen oder einzelnen Reduktionsmitteleindüsungen 9 zufließenden Reduktionsmittelmassenstrom 29 regelt. Je nach dynamischer Fahrweise der Verbrennung im zugeordneten Dampferzeuger und damit in Abhängigkeit von dem erzeugten Rauchgasmassenstrom kann über die Steuerung des Regelventils 22 eine zentrale Regelung und Eindüsung von Reduktionsmittel erfolgen, indem der Reduktionsmittelmassenstrom 29 der Entstickungsanlage 14 zentral zugeführt und danach in Rauchgasmassenteilströme 31 aufgeteilt den einzelnen Regelventilen 19 zugeführt wird. Es kann mit der erfindungsgemäßen Rauchgasentstickungsanlage 14 aber auch eine dezentrale Regelung erfolgen, bei welcher den Regelventilen 19 jeweils bereits unmittelbar ein Reduktionsmittelteilmassenstrom 31 zugeführt wird und der jeweils aktuell benötigte Reduktionsmittelteilmassenstrom 31 jeweils durch Öffnen oder Schließen der einzelnen, jeweils einer Reduktionsmittel-Eindüsung 9 zugeordneten und mit dieser in fluidleitender Verbindung stehenden Regelventilen 19 eingestellt, eingeregelt oder nachreguliert wird.
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Bei einer zentralen Regelung werden die einzelnen Regelventile 19 insbesondere so angesteuert, dass der vom Regelventil 22 eingestellte Gesamt-Reduktionsmittelmassenstrom 29 auf die einzelnen Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 verteilt werden. Die Regelungsventile 19 können eine Stellung zwischen geschlossen und vollständig geöffnet einnehmen.
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Bei einer dezentralen Regelung wird das Regelventil 22 vollständig geöffnet oder entfällt ganz. Die einzelnen Regelventile 19 werden so angesteuert, dass die einzelnen Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 direkt unmittelbar den gewünschte Reduktionsmittelteilmassenstrom 31 und damit die gewünschte Reduktionsmittelmenge erhalten.
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Die Zuordnung der einzelnen NOx-Analysezonen 12 zu einer oder mehreren Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 und Reduktionsmittel-Eindüsung 9 erfolgt durch Aufstellung einer Matrix, wobei in Abhängigkeit vom jeweils zu behandelnden Rohgas-Rauchgasmassenstrom 30 auch mehrere Matrizen gebildet werden und in der Regelungseinrichtung 16 hinterlegt werden können. Die matrixartige Zuordnung von Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 und NOx-Analysezonen 12 wird bei der Inbetriebnahme des Rauchgasentstickungsreaktors 1 empirisch ermittelt und dann in der Steuereinrichtung 16 hinterlegt, wobei die ermittelte und hinterlegte matrixartige Zuordnung oder die ermittelten und hinterlegten matrixartigen Zuordnungen beim Betrieb des Rauchgasentstickungsreaktors 1 unverändert beibehalten wird/werden.
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Bei der empirischen Ermittlung der Zuordnung von NOx-Analysezonen 12 zu Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 und damit zu Reduktionsmittel-Eindüsungen 9, wird die Gesamtheit an Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 quasi schablonenartig über die Gesamtheit der Reduktionsmittel-Analysezonen 12 gelegt, so dass es zu Überschneidungen einzelner Reduktionsmittel-Analysezonen 12 und Reduktionsmittel-Eindüsungszonen 8 kommt. Der Einfluss einer jeden Reduktionsmittel-Eindüsungszone 8, und damit der dieser zugeordneten Reduktionsmittel-Eindüsung 9, zu einer NOx-Analysezone 12 wird in Prozentzahlen ausgedrückt und matrixartig festgelegt. Beispielsweise kann dies dazu führen, dass die NOx-Analysezone 12A und damit der hier ermittelte erste Ausgangs-NOx-Messwert des gereinigten Rein-Rauchgasmassenstroms 27 zu 55 % von der Reduktionsmittel-Eindüsungszone 8B und damit dem hier in den ungereinigten Roh-Rauchgasmassenstrom 30 eingedüsten Reduktionsmittelteilmassenstrom, zu 20 % von der Reduktionsmittel-Eindüsungszone 8C und damit dem hier eingedüsten Reduktionstmittelteilmassenstrom, zu 15 % von der Reduktionsmittel-Eindüsungszone 8D und damit dem hier eingedüsten Reduktionsmittelteilmassenstrom und zu 10% von der Reduktionsmittel-Eindüsungszone 8E und dem hier eingedüsten Reduktionsmittelteilmassenstrom beeinflusst wird. Diese Zusammenhänge werden matrixartig dargestellt, für alle NOx-Analysezonen 12 ermittelt und in Form einer Matrix oder mehreren Matrizen in der Regelungseinrichtung 16 hinterlegt.
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Außerdem wird in der Abgasleitung 5 an einer (zweiten) Rauchgasmassenstrommessstelle 39 der abströmende Reingas-Rauchgasmassenstrom 27 gemessen, wobei der ermittelte Messwert über eine fünfte signalleitende Leitungsverbindung 25 Eingang in den Steuer- und/oder Regelkreis 15 und die Regelungseinrichtung 16 findet. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, den zuströmenden Rohgas-Rauchgasmassenstrom 30 an einer ersten Rauchgasmassenstrommessstelle zu ermitteln, die stromaufwärts des Katalysatorbereiches 2 und insbesondere der ersten, als Eindüsungsebene ausgebildeten Ebene 32 angeordnet ist.
