DE10359150A1

DE10359150A1 - Dosierlanze

Info

Publication number: DE10359150A1
Application number: DE2003159150
Authority: DE
Inventors: Horst Schidlowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lanze zur Dosierung von Harnstoff in den Abluftstrom einer Verbrennungsanlage, wobei die Lanze mindestens eine Mischzone aufweist, in der Harnstoff und ein Trägergas, vorzugsweise Luft, gemischt werden. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum mindestens einmaligen Mischen von Harnstoff und einem Trägergas zur Entstickung von Abluftströmen von Verbrennungsanlagen, wobei das Gemisch mit einer Lanze in das Abgas dosiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lanze zur Dosierung von Harnstofflösung oder Salmiakgeist (Ammoniak in wässriger Lösung = NH₃) in heißen Rauchgasen von großtechnischen Verbrennungsprozessen, z. B. Verbrennungsmotoren von Diesel-Gasanwendungen in Blockheizkraftwerken, Kohlekraftwerken und Müllverbrennungsanlagen, wobei die Lanze mindestens eine Mischzone aufweist, in der Harnstoff und ein Trägergas, vorzugsweise Luft, gemischt werden. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum mindestens einmaligen Mischen von Harnstoff und einem Trägergas zur Entstickung von Abluftströmen von Verbrennungsanlagen, wobei das Gemisch mit einer Lanze in das Abgas dosiert wird.
Die Abluftströme von Verbrennungsanlagen, beispielsweise Heizkraftwerken, Müllverbrennungsanlagen oder Verbrennungsmotoren zum Antreiben von Stromgeneratoren, müssen heutzutage entstickt werden. Dafür wird flüssiger Harnstoff in Form von Feinsttropfen in die Abluft dosiert, wo die Harnstofftropfen verdampfen. Das Gemisch aus Harnstoff und Abluft wird dann über einen Katalysator geleitet, in dem die eigentliche Entstickung stattfindet, bevor das Abgas in die Umwelt entlassen wird. Um möglichst kleine Tropfen zu erzeugen und diese möglichst zentral in der Mitte und auf den gesamten Querschnitt des Abgasrohrs in dem Abluftstrom zu verteilen bzw. einzubringen, erfolgt die Dosierung des Harnstoffs gemäß dem Stand der Technik mit einer Lanze, die eine Zweistoffdüse aufweist, die mit Luft betrieben wird und die in dem Abgasstrom angeordnet ist. Diese Lanze hat jedoch den Nachteil, dass sie durch kristalline Harnstoffablagerungen innen und außen sehr schnell verkrustet. Des weiteren können diese Lanzen nur ausgebaut und gereinigt werden, nachdem die Verbrennungsprozessanlage abgeschaltet worden ist.
Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lanze zur Dosierung von Harnstoff- oder andere Reduktionslösungen in dem Abluftstrom der Reduktionsanlagen zur Verfügung zu stellen, die wesentlich höhere Standzeiten aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Lanze gemäß Patentanspruch 1, bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lanze sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beansprucht.
Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass sich mit der erfindungsgemäßen Lanze sehr feine Harnstofftröpfchen erzielen lassen. Die erfindungsgemäße Lanze weist wesentlich höhere Standzeiten als Lanzen gemäß dem Stand der Technik auf. Die erfindungsgemäße Lanze kann einfach aus dem Abluftstrom entfernt und – sofern nötig – gereinigt werden. Die erfindungsgemäße Lanze ist einfach und kostengünstig herzustellen.
Die Lanze weist erfindungsgemäß mindestens eine Mischzone auf, in der der flüssige Harnstoff mit einem Trägergas gemischt und dabei in Tröpfchen zerrissen wird, wobei diese Mischung bei Temperaturen erfolgt, die unterhalb der Temperatur des Abluftstroms liegen. Vorzugsweise erfolgt diese erste Mischung in einem Temperaturbereich von +10 bis +50° C, besonders bevorzugt jedoch bei der jeweils herrschenden Umgebungstemperatur.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Lanze nicht nur eine, sondern mindestens drei Mischzonen auf, wobei sich die vorletzte und die letzte Mischzone in einem Abschnitt der Lanze befinden, der von dem Abgas umströmt wird.
Vorzugsweise ist die vorletzte Mischzone als Kegelstumpf geformt, dessen Querschnitt sich in Strömungsrichtung verjüngt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die letzte Zone als sich in Strömungsrichtung erweiternder Kegelstumpf gestaltet, in dessen Endbereich eine Lochblende angeordnet ist, durch die das Gemisch aus Luft und darin fein verteilten Harnstofftröpfchen in das heiße Abgas (300° – 480°C) strömt.
Vorzugsweise ist die gesamte Lanze in einem Flanschdeckel verschieblich angeordnet, so dass die Lanze aus dem Abgasstrom herausgezogen werden kann.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum mindestens einmaligen Mischen von Harnstofflösung oder anderen Reduktionsmittel und einem Trägergas zur Entstickung von Abluft von Verbrennungsanlagen, wobei das Gemisch mit einer Lanze in das Abgas dosiert wird und zumindest das erste Mischen zumindest teilweise bei Temperaturen unterhalb der Temperatur des Abluftstroms erfolgt.
Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt, Harnstoffe und ein Trägergas zu mischen, ohne dass die dabei eingesetzte Lanze mit kristallinem Harnstoff innerhalb eines kurzen Zeitraumes verstopft wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach und kostengünstig durchzuführen.
Vorzugsweise wird der Harnstoff und das Trägergas dreimal in der Lanze gemischt, bevor es in den Abgasstrom dosiert wird.
Weiterhin bevorzugt wird das Trägergas und der Harnstoff der Lanze unter Druck und Volumenstrom geregelt zugeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer Beendigung der Dosierung von Harnstoff zunächst der Harnstoffstrom abgeschaltet. Das Trägergas durchströmt dann die Lanze noch für eine gewisse Zeit, um diese zum einen von flüssigem Harnstoff zu befreien und zum anderen zu kühlen, damit sie gefahrlos ausgebaut werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der 1 bis 3 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. Die Erläuterungen gelten sowohl für die erfindungsgemäße Lanze als auch für das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen.
1 zeigt ein Verfahrensschema einer NO_x Entstickung,
2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lanze und
3 zeigt eine Ausführungsform der vorletzten und letzten Mischzone.
1 zeigt das Verfahrensschema einer Katalysatorenanlage für eine „selective catalytische reduktion" (SCR) von Stickstoffmonoxid (NO) + Stickstoffdioxid (NO₂)= NO_X genannt, in einem Abgasstrom. In dem vorliegenden Beispiel wird der Abgasstrom eines Diesel / Gas Verbrennungsmotor für den Antrieb eines Verbrennungsprozesses zur Erzeugung von elektrischem Strom entstickt, wobei der Fachmann versteht, dass es sich auch um den Abgasstrom einer Abfallverbrennungsanlage oder eines Heizkraftwerkes handeln kann. Das in dem Verbrennungsmotor erzeugte schadstoffhaltige Abgas wird mittels einer Abgasleitung über einen Entstickungskatalysator (SCR) zu einem Schornstein geleitet, wo er in die Umwelt entlassen wird. Bevor das Abgas in den Katalysator strömt, passiert es eine Dosierlanze, mit der ein feinst zerstäubtes Luft-Harnstofftröpfchengemisch in das schadstoffhaltige heiße Abgas dosiert eingesprüht wird. In diese Dosierlanze werden sowohl Harnstoff als auch Luft eingeleitet, die in einer Zweistoffdüse miteinander so vermischt werden, dass die Luft den Harnstoff in kleine Tröpfchen zerreist. In dem heißen Abgasstrom wird der Harnstoff zu Ammoniak umgewandelt, der wiederum das Gemisch NO_X + NH₃ (Ammoniak) im Katalysator zu Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) reduziert.
2 zeigt die erfindungsgemäße Lanze, in die auf der linken Seite ein Luftstrom 10 und ein Flüssigkeitsstrom 11 in eine erste Mischzone 2 gepumpt werden. In dieser ersten Mischzone 2, die sich außerhalb der Abgasleitung befindet und demnach im wesentlichen Umgebungstemperatur aufweist, wird der flüssige Harnstoffstrom zum ersten Mal durch die Luft in feine Tröpfchen zerrissen. Dieses Luft-Harnstoft-Gemisch strömt dann weiter durch die Lanze, passiert zwei weitere Mischzonen 3, 4 bevor es in den Abgasstrom dosiert wird. Der Abgasstrom strömt in dem vorliegenden Beispiel aus der Papierebene heraus. Die Lanze ist in ihrem rechten Abschnitt rechtwinklig gebogen, was detaillierter in der 3 dargestellt ist. Die Lanze ist verschieblich an einem Flansch 9 gelagert, so dass sie nach dem Lösen der Überwurfmutter 13, wie durch den Doppelpfeil 17 dargestellt, verschoben werden kann. Durch diese axiale Verschiebung ist es möglich, die Lanze aus dem Abluftstrom zu entfernen, ohne dass der Generator abgefahren werden muss. Dafür wird die Lanze soweit aus dem Abgasstrom entfernt, dass ihr vorderes Ende sich links von dem Muffenschieber 12 befindet. Dieser Muffenschieber kann dann geschlossen werden und der Flansch 9 kann von dem Flansch 1 entfernt werden, um die erfindungsgemäße Lanze beispielsweise zu reinigen und/oder zu inspizieren.
Des weiteren sind an dem Flansch 9 noch eine Temperaturmessung 14 sowie ein Drucksensor 15 angeordnet. Der Fachmann versteht, dass die Temperaturmessung 14, die ebenfalls bis in den Abgasstrom hinein reicht, ebenfalls axial an dem Flansch 9 verschieblich angeordnet sein muss, um diese herauszuziehen, bevor der Muffenschieber geschlossen wird. Zur Montage der Dosierlanze wird der Flansch 9 an den Flansch 1 angeschraubt und danach der Muffenschieber 12 geöffnet. Die Bewegung des Muffenschiebers ist durch den Doppelpfeil 18 angedeutet. Nachdem der Muffenschieber geöffnet worden ist, können die Lanze 1 sowie der Temperaturfühler 14 in den Abgasstrom geschoben und die Überwurtmutter 13 und die Überwurtmutter der Temperaturmessung 14 festgezogen werden. Die Lanze ist dann sofort wieder einsatzbereit.
3 zeigt das vordere Ende der Dosierlanze, das sich in dem Abgasstrom befindet. Auf dem rechten Teil der Zeichnung ist zu erkennen, dass die Lanze rechtwinklig abgewinkelt ist. Der Pfeil 20 zeigt die Strömungsrichtung des Abgases.
Der Pfeil 21 zeigt die Strömungsrichtung des Luft-Harnstofftröpfchen-Gemisches. In dem vorderen Bereich der Dosierlanze sind die vorletzte Mischzone 3 sowie die letzte Mischzone 4 angeordnet. Die vorletzte Mischzone 3 besteht im wesentlichen aus einem sich in Strömungsrichtung verjüngendem Kegelstumpf 6. Diesem Kegelstumpf 6 ist ein sich in Strömungsrichtung erweiternder Kegelstumpf 7 nachgeordnet, an dessen Ende eine Lochblende 8 angebracht ist. In beiden Mischzonen 3, 4 wird das Luft-Harnstoff-Gemisch noch einmal innigst vermischt, so dass eine weitere Zerteilung der bereits in der ersten Mischzone erzeugten Harnstofftröpfchen erfolgt.

1: Lanze
2: erste Mischzone
3: vorletzte Mischzone
4: letzte Mischzone
5: Abschnitt der Lanze innerhalb des Abgasstroms
6,7: Kegelstumpf
8: Lochblende
9: Flansch
10: Luftstrom
11: Harnstoffstrom
12: Muffenschieber
13: Überwurfmutter
14: Temperaturmessung
15: Druckmessung
16: Abgasleitung
17: Doppelpfeil zur Verschiebung der Lanze
18: Doppelpfeil der die Bewegung des Muffenschiebers verdeutlicht
19: Flansch
20: Pfeil zur Anzeige der Strömungsrichtung des Abgases
21: Pfeil zur Anzeige der Strömungsrichtung des Luft-Harnstofftröpfchen-
: Gemisches

Claims

Lanze (1), zur Dosierung von Harnstoff in den Abluftstrom einer Verbrennungsanlage, wobei die Lanze mindestens eine Mischzone (2) aufweist, in der Harnstoff und einem Trägergas, vorzugsweise Luft, gemischt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Mischung bei Temperaturen unterhalb der Temperatur des Abluftstroms erfolgt.
Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens 3 Mischzonen (2, 3, 4) aufweist.
Lanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die letzten beiden Mischzonen (3, 4) innerhalb des Abschnittes (5) der Lanze, der von dem Abgasstrom umströmt wird, befinden.
Lanze nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorletzte Mischzone (3) als Kegelstumpf (6) geformt ist, wobei sich der Querschnitt des Kegelstumpfes in Strömungsrichtung verjüngt.
Lanze nach einem der Ansprüche 2 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Mischzone (4) als sich in Strömungsrichtung erweiternder Kegelstumpf (7) gestaltet ist, in dessen Endbereich eine Lochblende (8) angeordnet ist.
Lanze nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie verschieblich in einem Flanschdeckel (9) abgeordnet ist.
Verfahren zum mindestens einmaligen Mischen von Harnstoff und einem Trägergas zur Entstickung von Abluftströmen von Verbrennungsanlagen, wobei das Gemisch mit einer Lanze in das Abgas dosiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Mischen zumindest teilweise bei Temperaturen unterhalb der Temperatur des Abluftstroms erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff und das Trägergas dreimal gemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas und der Harnstoff der Lanze unter Druck zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Herunterfahren der Entstickung der Abluftströme zunächst die Harnstoffversorgung und dann das Trägergas abgeschaltet werden.