DE19705663A1 - Removal of nitrous oxides and dust from flue gas - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Reduktion von Stickoxiden in einem mit Staub beladenen Abgas.The invention relates to a device for reduction of nitrogen oxides in an exhaust gas laden with dust.
Bei der Verbrennung von organischen Stoffen, beispielsweise in einem fossil beheizten Kraftwerk oder in einer Müllver brennungsanlage, entstehen neben anderen Schadstoffen auch Stickoxide. Da die Stickoxide in der Umwelt Schaden anrichten können, existieren Auflagen hinsichtlich ihrer mit dem Abgas aus dem Verbrennungsprozeß in die Umwelt maximal freizuset zenden Mengen. Entsprechend dieser Auflagen sind die Stick oxide mit geeigneten Maßnahmen aus dem Abgas zu entfernen.When burning organic matter, for example in a fossil-fired power plant or in a garbage incinerator, arise in addition to other pollutants Nitrogen oxides. Because the nitrogen oxides cause damage in the environment can, there are requirements regarding their with the exhaust gas maximum release from the combustion process into the environment masses. The sticks are in accordance with these requirements Remove oxide from the exhaust gas with suitable measures.
Zur Reduktion der Stickoxide im Abgas kann ein selektives nicht-katalytisches Reduktionsverfahren (SNCR-Verfahren) ein gesetzt werden. Dabei wird dem Abgas in einer nicht-katalyti schen Reaktionszone ein Reduktionsmittel beigemischt. Als nicht-katalytische Reaktionszone ist dabei üblicherweise ein Raumbereich vorgesehen, in dem das Abgas eine Temperatur von etwa 900°C bis 1.000°C aufweist. Das Zumischen des Reduk tionsmittels zum Abgas führt bei diesem Temperaturniveau zu einer Reduzierung der Stickoxide zu molekularem Stickstoff, wobei das Reduktionsmittel seinerseits oxidiert wird. Als Re duktionsmittel ist dabei üblicherweise Ammoniak vorgesehen, das mit den Stickoxiden zu molekularem Stickstoff und Wasser umgewandelt wird. Je nach Zusammensetzung des Abgases kann als Reduktionsmittel dabei auch eine Substanz wie beispiels weise Harnstoff zugeführt werden, die bei den genannten Tem peraturen Ammoniak freisetzt, das dann wiederum auf die dar gelegte Weise mit den Stickoxiden reagiert. A selective one can be used to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas non-catalytic reduction process (SNCR process) be set. This turns the exhaust gas into a non-catalytic a reducing agent is added to the reaction zone. As The non-catalytic reaction zone is usually a Space area provided in which the exhaust gas has a temperature of has about 900 ° C to 1,000 ° C. The admixture of the Reduk to the exhaust gas at this temperature level a reduction of nitrogen oxides to molecular nitrogen, the reducing agent in turn being oxidized. As Re ammonia is usually provided that with the nitrogen oxides to molecular nitrogen and water is converted. Depending on the composition of the exhaust gas as a reducing agent, a substance such as as urea are supplied, which at the Tem releases ammonia, which in turn represents the reacts with the nitrogen oxides.
Der nicht-katalytischen Reaktionszone ist üblicherweise in Strömungsrichtung des Abgases ein Staubfilter nachgeschaltet. Der Staubfilter ist dabei zur Abscheidung von Staub aus dem Abgasstrom vorgesehen.The non-catalytic reaction zone is usually in A dust filter is connected downstream of the flow direction of the exhaust gas. The dust filter is used to separate dust from the Exhaust gas flow provided.
Bei einer derartigen Einrichtung kann es jedoch insbesondere bei einer unvollständigen Reaktion im Bereich der nicht-kata lytischen Reaktionszone dazu kommen, daß das als Reduktions mittel zugesetzte Ammoniak nicht vollständig umgesetzt wird. Der die nicht-katalytische Reaktionszone verlassende Abgas strom weist somit einen auch als Ammoniak-Schlupf bezeichne ten Restbestandteil an Ammoniak auf.With such a device, however, it can in particular with an incomplete reaction in the area of the non-kata lytic reaction zone come to that as a reduction medium ammonia added is not fully implemented. The exhaust gas leaving the non-catalytic reaction zone Strom thus also refers to an ammonia slip th residual component of ammonia.
Die Abgabe von Ammoniak an die Umgebung der Verbrennungsan lage ist jedoch aus Umweltschutzgründen ebenfalls uner wünscht. Auch eine dem Staubfilter einer derartigen Einrich tung möglicherweise nachgeschaltete Rauchgasreinigungsanlage trägt zur Verringerung des Ammoniak-Schlupfes nicht bei. Bei einer auf einem nassen Verfahren beruhenden, zur Entfernung von Schwefeldioxid und Salzsäure aus dem Abgas vorgesehenen Rauchgasreinigungsanlage wird das im Abgasstrom verbliebene Ammoniak vielmehr in Ammoniumsalz umgesetzt. Eine zu hohe Am moniumsalzkonzentration im Rauchgasreinigungsprodukt kann da bei jedoch insbesondere bei einer untertägigen Verwertung zur Verfüllung von Hohlräumen oder bei einer Verwertung eventuell erzeugter Salzsäure hinderlich sein. Zur Vermeidung eines zu hohen Ammoniakaustrages an die Umgebung ist eine derartige Einrichtung zur Reduktion von Stickoxiden daher nur mit einer begrenzten Stickoxid-Abscheiderate betreibbar.The release of ammonia to the environment of the incinerator location is also unimportant for environmental reasons wishes. Also the dust filter of such a device possibly downstream flue gas cleaning system does not help to reduce ammonia slip. At one based on a wet process for removal provided by sulfur dioxide and hydrochloric acid from the exhaust gas The flue gas cleaning system becomes what remains in the exhaust gas flow Rather, ammonia is converted into ammonium salt. A too high Am Monium salt concentration in the flue gas cleaning product can be there however, in particular in the case of an underground utilization for Backfilling of cavities or in the event of recycling hydrochloric acid generated can be a hindrance. To avoid a too high ammonia discharge to the environment is one Device for reducing nitrogen oxides therefore only with one limited nitrogen oxide deposition rate can be operated.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrich tung zur Reduktion von Stickoxiden der obengenannten Art an zugeben, bei der ein Ammoniak-Austrag an die Umgebung auch bei einer hohen Stickoxid-Abscheiderate besonders gering ist. The invention is therefore based on the object, a Einrich tion for the reduction of nitrogen oxides of the type mentioned above admit an ammonia discharge to the environment too is particularly low at a high nitrogen oxide deposition rate.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem dem Staub filter ein zum Abbau von Ammoniak ausgelegter Katalysator nachgeschaltet ist.This object is achieved by the dust filter a catalyst designed to break down ammonia is connected downstream.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß die Re duktionseinrichtung für eine hohe Durchsatzrate des Abgases für einen Abbau des Ammoniak-Schlupfes ausgelegt sein sollte. Dazu ist ein Katalysator vorgesehen. Der Katalysator ist da bei derart in die Abgasstrecke geschaltet, daß eine Versto pfung durch im Abgas geführten Staub weitgehend vermieden ist.The invention is based on the consideration that the Re Production device for a high throughput rate of the exhaust gas should be designed to reduce the ammonia slip. A catalyst is provided for this. The catalyst is there switched to the exhaust system in such a way that a violation Testing by dust in the exhaust gas largely avoided is.
Vorzugsweise ist als Katalysator ein SCR-Katalysator oder ein Oxidationskatalysator vorgesehen. Der SCR-Katalysator zur se lektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser ist dabei für den Fall vorgesehen, daß das Abgas im Auslegungsfall im Bereich des Katalysators neben dem als Schlupf geführten Ammoniak noch einen Restbe standteil von Stickoxiden aufweist. Für den Fall, daß das Ab gas im Bereich des Katalysators im Auslegungsfall keine Stickoxide mehr aufweist, ist hingegen der Oxidationskataly sator zur Oxidation von durchtretendem Ammoniak vorgesehen.An SCR catalyst or a is preferably used as the catalyst Oxidation catalyst provided. The SCR catalyst as such selective catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia to nitrogen and water is provided in the event that the exhaust gas in the design case in the area of the catalyst in addition to the ammonia that is hatched, there is also a residual residue Part of nitrogen oxides. In the event that the Ab gas in the area of the catalyst in the design case none If there are more nitrogen oxides, however, it is the oxidation catalytic converter sator provided for the oxidation of ammonia passing through.
Als Staubfilter ist vorzugsweise ein Elektrofilter vorgese hen. Die Reduktionseinrichtung ist somit hinsichtlich der Staubabscheidung aus dem Abgasstrom besonders zuverlässig be treibbar.An electrostatic filter is preferably provided as the dust filter hen. The reducing device is thus in terms of Dust separation from the exhaust gas flow is particularly reliable drivable.
Für einen besonders geringen Montage- oder Fertigungsaufwand sind der Staubfilter und der Katalysator vorteilhafterweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Reduktionsein richtung ist dabei besonders platzsparend ausführbar. Durch die Anordnung des Staubfilters und des Katalysators in einem gemeinsamen Gehäuse in der Art einer integrierten Ausführung sind zudem auch bestehende Staub-Reduktionseinrichtungen auf besonders einfache Weise mit geringem Umbauaufwand nach rüstbar.For a particularly low assembly or manufacturing effort the dust filter and the catalyst are advantageous arranged in a common housing. The reduction direction is particularly space-saving. By the arrangement of the dust filter and the catalyst in one common housing in the manner of an integrated version existing dust reduction devices are also on particularly simple manner with little conversion effort upgradeable.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß durch die Anordnung eines Katalysators in der Abgasstrecke nach der nicht-katalytischen Reaktionszone auch bei hohem Abgasdurchsatz durch die Reduktionseinrichtung ein Ammoniak-Schlupf sicher abbaubar ist. Eine Freisetzung von Ammoniak an die Umgebung erfolgt somit auch beim Betrieb der Reduktionseinrichtung bei einer hohen Durchsatzrate nicht. Durch die Anordnung des Katalysators hinter dem Staubfilter ist zudem einerseits eine Verstopfung des Katalysators durch im Abgas geführte Staubteilchen sicher vermieden, wobei ande rerseits das Abgas im Bereich des Katalysators ein für die katalytische Reaktion besonders günstiges Temperaturniveau aufweist.The advantages achieved with the invention are in particular The fact that the arrangement of a catalyst in the Exhaust gas line after the non-catalytic reaction zone too at high exhaust gas throughput by the reducing device Ammonia slip is safely degradable. A release of Ammonia to the environment also occurs when the Reduction device with a high throughput rate not. By placing the catalyst behind the dust filter is on the one hand a blockage of the catalyst dust particles in the exhaust gas are safely avoided, with other on the other hand, the exhaust gas in the area of the catalyst for catalytic reaction particularly favorable temperature level having.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur eine Ein richtung zur Reduktion von Stickoxiden in einem mit Staub be ladenen Abgas.An embodiment of the invention is based on a Drawing explained in more detail. The figure shows an on Direction for the reduction of nitrogen oxides in one with dust charged exhaust gas.
Die Einrichtung 1 ist einer zur Verbrennung von organischen Stoffen vorgesehenen Verbrennungsanlage 2 abgasseitig nachge schaltet. Bei der Verbrennungsanlage 2 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um den Kessel einer thermischen Müllbe handlungsanlage. Alternativ kann es sich aber auch um ein fossil beheiztes Kraftwerk oder um eine andere Anlage zur Verbrennung von organischen Stoffen handeln.The device 1 is a combustion system 2 provided for the combustion of organic substances on the exhaust gas side. When the incinerator 2 is in the embodiment of the boiler of a thermal waste treatment system. Alternatively, it can also be a fossil-fired power plant or another plant for the combustion of organic substances.
Die Einrichtung 1 umfaßt eine nicht-katalytische Reaktions zone 4, der in Strömungsrichtung des Abgases A aus der Ver brennungsanlage 2 gesehen ein Staubfilter 6 nachgeschaltet ist. Der Staubfilter 6 ist dabei als Elektrofilter ausgebil det, wobei innerhalb eines Gehäuses 8 eine Anzahl von Nieder schlagselektroden 10 angeordnet sind. Das Gehäuse 8 ist in einem Bereich unterhalb jeder Niederschlagselektrode 10 mit einer Staubaustragsvorrichtung 12 für an den Niederschlags elektroden 10 abgeschiedenen Staub versehen.The device 1 comprises a non-catalytic reaction zone 4 , which is seen in the flow direction of the exhaust gas A from the combustion plant 2 , a dust filter 6 is connected downstream. The dust filter 6 is ausgebil det as an electrostatic filter, with a number of low-impact electrodes 10 being arranged within a housing 8 . The housing 8 is in an area below each precipitation electrode 10 with a dust discharge device 12 for the precipitation electrode 10 separated dust is provided.
In Strömungsrichtung des Abgas es A gesehen hinter den Nieder schlagselektroden 10 ist innerhalb des Gehäuses 8 des Staub filters 6 ein Katalysator 14 angeordnet. Ausgangsseitig ist der Staubfilter 6 über ein angedeutetes Abgassystem 16 mit einem nicht dargestellten Kamin verbunden.Seen in the flow direction of the exhaust gas A behind the low impact electrodes 10 , a catalyst 14 is arranged within the housing 8 of the dust filter 6 . On the output side, the dust filter 6 is connected to a chimney (not shown) via an indicated exhaust system 16 .
Zum Abbau von im Abgas A geführten Stickoxiden ist in die nicht-katalytische Reaktionszone 4 Ammoniak als Reduktions mittel einbringbar. Dies ist in der Figur durch den Pfeil 18 dargestellt. Aufgrund der beim Betrieb der Einrichtung 1 im Bereich der nicht-katalytischen Reaktionszone 4 herrschenden hohen Abgastemperatur von etwa 800°C bis 1.000°C findet dort eine selektive nicht-katalytische Reduktion von im Abgas A geführten Stickoxiden mittels des als Reduktionsmittel zuge führten Ammoniaks statt. Mit anderen Worten: Die nicht-kata lytische Reaktionszone 4 ist zur Durchführung eines SNCR-Ver fahrens ausgelegt. Dabei verbindet sich Ammoniak mit Stick oxiden unter Bildung von molekularem Stickstoff und Wasser. Der Gehalt von im Abgas A geführten Stickoxiden wird somit beim Durchtritt des Abgases A durch die nicht-katalytische Reaktionszone 4 deutlich herabgesetzt.To break down nitrogen oxides in the exhaust gas A 4 ammonia can be introduced as a reducing agent in the non-catalytic reaction zone. This is shown in the figure by the arrow 18 . Due to the high exhaust gas temperature of approximately 800 ° C. to 1,000 ° C. prevailing in the area of the non-catalytic reaction zone 4 during operation of the device 1, a selective non-catalytic reduction of nitrogen oxides carried in the exhaust gas A takes place there by means of the ammonia supplied as a reducing agent. In other words: the non-catalytic reaction zone 4 is designed to carry out an SNCR process. Ammonia combines with nitrogen oxides to form molecular nitrogen and water. The content of nitrogen oxides carried in the exhaust gas A is thus significantly reduced when the exhaust gas A passes through the non-catalytic reaction zone 4 .
Nach der Durchströmung der nicht-katalytischen Reaktionszone 4 gelangt das Abgas A in den Bereich des Staubfilters 6. Dort werden im Abgas A geführte Staubpartikel an den Nieder schlagselektroden 10 abgeschieden und über die Austragsvor richtungen 12 einer Zwischen- oder Endlagerung zugeführt oder in einem Hochtemperaturprozeß eingeschmolzen. After flowing through the non-catalytic reaction zone 4 , the exhaust gas A reaches the area of the dust filter 6 . There, dust particles guided in the exhaust gas A are deposited on the low impact electrodes 10 and fed via the Austragvor devices 12 to an intermediate or final storage or melted in a high temperature process.
Im Bereich des Staubfilters 6 weist das Abgas A noch einen als Ammoniak-Schlupf bezeichneten Restgehalt von bei der se lektiven nicht-katalytischen Reduktion nicht umgesetztem Am moniak auf. Zur Entfernung des Ammoniak-Schlupfes aus dem Ab gas A durchströmt dieses den Katalysator 14. Die Einrichtung 1 ist dabei hinsichtlich der Einspeisung von Ammoniak in die nicht-katalytische Reaktionszone 4 für eine hohe Stickoxid-Abscheiderate ausgelegt. Aus diesem Grund erfolgt in der nicht-katalytischen Reaktionszone 4 kein vollständiger Abbau der im Abgas A geführten Stickoxide. Der Katalysator 14 ist daher als selektiv katalytischer Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator) zur katalytischen Reduktion der im Abgas A ver bliebenen Stickoxide mit dem im Abgas A verbliebenen Ammo niak-Schlupf ausgebildet. Mit anderen Worten: Im Bereich des Katalysators 14 reagiert der im Abgas A geführte Restbestand teil an Ammoniak mit dem in Abgas A geführten Restbestandteil an Stickoxiden unter Bildung von molekularem Stickstoff und Wasser.In the area of the dust filter 6 , the exhaust gas A also has a residual content, referred to as ammonia slip, of unreacted ammonia in the selective non-catalytic reduction. To remove the ammonia slip from the gas A, this flows through the catalyst 14th The device 1 is designed for a high nitrogen oxide removal rate with regard to the feeding of ammonia into the non-catalytic reaction zone 4 . For this reason, in the non-catalytic reaction zone 4 there is no complete breakdown of the nitrogen oxides carried in the exhaust gas A. The catalytic converter 14 is therefore designed as a selective catalytic reduction catalytic converter (SCR catalytic converter) for the catalytic reduction of the nitrogen oxides remaining in the exhaust gas A with the ammonia slip remaining in the exhaust gas A. In other words: in the region of the catalyst 14 , the residual component of ammonia carried in the exhaust gas A reacts with the residual component of nitrogen oxides carried in the exhaust gas A to form molecular nitrogen and water.
Bei veränderter Auslegung der Einrichtung 1 sind auch andere Ausführungen des Katalysators 14 möglich. Beispielsweise kann die Einrichtung 1 auch derart ausgelegt sein, daß sämtliche im Abgas A geführten Stickoxide im Bereich der nicht-kataly tischen Reaktionszone 4 durch das zugeführte Ammoniak redu ziert werden. In diesem Fall kann der Katalysator 14 zur Be seitigung des im Abgas A verbliebenen Ammoniak-Schlupfes als Oxidationskatalysator ausgeführt sein. Dabei kann das im Ab gas A verbliebene Ammoniak beispielsweise mit Sauerstoff un ter Bildung von Wasser und von molekularem Stickstoff reagie ren.If the design of the device 1 is changed, other designs of the catalytic converter 14 are also possible. For example, the device 1 can also be designed such that all nitrogen oxides carried in the exhaust gas A in the region of the non-catalytic reaction zone 4 are reduced by the ammonia supplied. In this case, the catalyst 14 can be designed as an oxidation catalyst to remove the ammonia slip remaining in the exhaust gas A. The ammonia remaining in the exhaust gas A can, for example, react with oxygen to form water and molecular nitrogen.
Aufgrund seiner abgasseitigen Anordnung hinter den Nieder schlagselektroden 10 des Staubfilters 6 ist der Katalysator 14 bei besonders günstigen Bedingungen betreibbar. Zum einen ist durch die dem Katalysator 14 vorgeschalteten Nieder schlagselektroden 10 eine Verstopfung oder Beaufschlagung des Katalysators 14 mit im Abgas A geführten Staubteilchen weit gehend vermieden. Zum anderen ist die Position des Katalysa tors 14 im Abgasstrom derart gewählt, daß das Abgas A in sei nem Bereich eine für die katalytische Reaktion besonders gün stige Temperatur von beispielsweise etwa 200°C bis 300°C auf weist.Due to its exhaust-side arrangement behind the low-impact electrodes 10 of the dust filter 6 , the catalyst 14 can be operated under particularly favorable conditions. On the one hand by the catalyst 14 upstream of the collecting electrodes 10 is a blockage or loading of the catalyst 14 with guided in the exhaust gas A dust particles largely avoided. On the other hand, the position of the catalyst 14 in the exhaust gas stream is selected such that the exhaust gas A in its area has a temperature which is particularly favorable for the catalytic reaction, for example from about 200 ° C. to 300 ° C.
Für eine besonders raumsparende Bauweise bei einfacher Mon tage ist der Katalysator 14 zudem innerhalb des Gehäuses 8 des Staubfilters 6 angeordnet. Zusätzliche Module oder Kompo nenten für die Abgasstrecke sind somit nicht erforderlich.For a particularly space-saving design with simple Mon days, the catalyst 14 is also arranged within the housing 8 of the dust filter 6 . Additional modules or components for the exhaust system are therefore not necessary.
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