DE2048492C3

DE2048492C3 - Method and device for removing nitrogen oxides in exhaust gases

Info

Publication number: DE2048492C3
Application number: DE19702048492
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. 5072 Schildgen; Schmitz Paul Dr. 5090 Leverkusen Germerdonk
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Filing date: 1970-10-02
Publication date: 1977-09-01

Description

3030th

Es ist bekannt, daß sich Stickoxide, insbesondere Stickstoffmonoxid, nur schwer aus Abluft oder Abgas so weit entfernen lassen, daß die zulässige Emissionskonzcntration (zwischen 100 und 1000 ppm) eingehalten wird. Es wurden neben zahlreichen Absorptionsverfahren auch die katalytische Reduktion und die thermische Reduktion bei hohen Temperaturen vorgeschlagen. Wenn das Abgas keinen oder nur sehr wenig Sauerstoff enthält, dann können die katalytischem Verfahren zur Stickstoff-Reduktion mit Aussicht auf Erfolg eingesetzt werden. Fallen die Stickoxide jedoch in einer Abluft mit etwa normalem Sauerstoffgehalt von ungefähr 20 Vol.-% an, dann bereitet die katalytische Reduktion Schwierigkeiten, weil es bisher noch nicht gelungen ist, so spezifische Katalysatoren zu entwickeln, daß nur die Stickoxide reduziert werden. Es reagiert stets auch ein Anteil des Luftsauerstoffs mit dem zugleich als Reduktionsmittel dienenden Wärmetrager (Brennstoff). Der verbleibende Anteil des Luftsauerstoffs verhindert dabei die katalytische Reduktion der Stickoxide anscheinend in einem solchen Maße, daß keine ausreichende Abluftreinigung zu erzielen ist. Gibt man der stickoxidhaltigen Abluft nun so viel Brennstoff als Reduktionsmittel zu, daß auch aller Sauerstoff gebunden wird, dann wird die Reaktionstemperatur so hoch, daß die thermische Gleichgewichtüzersetzung der Stickoxide erreicht wird.It is known that nitrogen oxides, in particular nitrogen monoxide, are difficult to extract from exhaust air or exhaust gas in this way Far away that the permissible emission concentration (between 100 and 1000 ppm) is observed will. In addition to numerous absorption processes, catalytic reduction and thermal Proposed reduction at high temperatures. When the exhaust gas has no or very little oxygen then the catalytic process for nitrogen reduction can be used with a prospect of success will. However, if the nitrogen oxides fall in exhaust air with an approximately normal oxygen content of around 20 % By volume, then the catalytic reduction causes difficulties because it has not yet been possible to to develop so specific catalysts that only the nitrogen oxides are reduced. It always reacts Share of atmospheric oxygen with the heat transfer medium (fuel), which also serves as a reducing agent. The remaining proportion of atmospheric oxygen prevents the catalytic reduction of nitrogen oxides apparently to such an extent that sufficient air purification cannot be achieved. To give the nitrogen oxide-containing exhaust air is now so much fuel as a reducing agent that all of the oxygen is bound is, then the reaction temperature is so high that the thermal equilibrium decomposition of the Nitrogen oxides is achieved.

Es ist auch bereits bekannt, die stickoxidhaltige Abluft zusammen mit einem Brennstoff in Brennkammern bis auf die Dissoziationstemperatur der Stickoxide zu bringen.It is also already known to put the nitrogen oxide-containing exhaust air together with a fuel in combustion chambers up to bring to the dissociation temperature of the nitrogen oxides.

Die normalen Brenner und Brennkammern sind so konstruiert, daß der Brennstoff möglichst gut ausgenutzt, daß heißt, möglichst vollständig verbrannt wird. Das bedingt auch, daß die Verbrennungsluft mit einem stöchiometrischen Überschuß von etwa 5 bis 20% zugeführt wird. Dabei stört es nicht, wenn ein Teil der Verbrennungsluft nicht in die Reduktionszone sowie in die heißeste Zone der Flamme gelangt. Sind in der Verbrennungsluft Stickoxide enthalten, dann besieht daher bei normalen Brennkammer-Konstruktionen die Gefahr, daß ein Teil der Stickoxide unreduziert die Brennkammer durchströmen kann.The normal burners and combustion chambers are designed in such a way that the fuel is used as well as possible, that is, is burned as completely as possible. This also requires that the combustion air with a stoichiometric excess of about 5 to 20% is supplied. It doesn't matter if part of the Combustion air does not get into the reduction zone or the hottest zone of the flame. Are in the Combustion air contains nitrogen oxides, then consider the normal combustion chamber constructions There is a risk that some of the nitrogen oxides can flow through the combustion chamber without being reduced.

Da die Beladungen stickoxidhaltigcr Abluft, die zum Beispiel in Nitrier- oder Metallbeizbetrieben anfällt, oft bei einigen g/m', teilweise auch bei über 100 g/m¹, liegen, müssen in der Regel 95 bis über 99% der Stickoxide entfernt werden. Das bedeutet, daß schon 5 bis !% der Abluft, die durch die Brennkammer strömen, ohne bei genügend hoher Temperatur in die Reduktionszone zu gelangen, ausreichen, um die Forderungen nach Abluftreinigung nicht mehr erfüllen zu können.Since the load of nitrogen oxide-containing exhaust air, which occurs, for example, in nitriding or metal pickling plants, is often a few g / m ', sometimes even over 100 g / m ¹ , 95 to over 99% of the nitrogen oxides have to be removed as a rule. This means that as little as 5 to!% Of the exhaust air that flows through the combustion chamber without reaching the reduction zone at a sufficiently high temperature is sufficient to no longer meet the requirements for exhaust air purification.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, womit eine möglichst vollkommene Reduzierung von Stickoxiden möglich ist.The present invention is based on the object of a method and a device create, with which a complete reduction of nitrogen oxides is possible.

Diese Aufgabt wird beim Verfahren zur Beseitigung von Stickoxiden in Abgasen durch Reduktion der Stickoxide mit Hilfe eines Brenngases in einer Brennzone erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abgas und das Brenngas getrennt voneinander in Rotation versetzt und bei Strömungsgeschwindigkeiten über 10 m/sec unter Bildung zweier übereinanderliegender Schichten miteinander vermischt und unter konischer Erweiterung des Wirbeldurchmessers der Brennzone zugeführt werden.This task is used in the process of eliminating nitrogen oxides in exhaust gases by reducing the Nitrogen oxides with the aid of a fuel gas in a combustion zone according to the invention in that the The exhaust gas and the fuel gas are rotated separately from one another and at flow velocities mixed with one another over 10 m / sec to form two superimposed layers and below conical enlargement of the vortex diameter are fed to the combustion zone.

Dadurch wird erreicht, daß die gesamte stickoxidhaltige Abluft durch die heiße Reduktionszone strömt. Um eine möglichst vollständige Reduktion der mit Abluft zugeführten Stickoxide zu erreichen, muß das Brenngas-Luftverhältnis etwa stöchiometrisch sein. Bei sehr großen Stickoxidkonzentrationcn in der Abluft, etwa über 100 g/m³, ist ein gröLliThis ensures that all of the exhaust air containing nitrogen oxide flows through the hot reduction zone. In order to achieve as complete a reduction as possible of the nitrogen oxides supplied with the exhaust air, the fuel gas / air ratio must be approximately stoichiometric. In the case of very high nitrogen oxide concentrations in the exhaust air, about 100 g / m ³ , a large

BrenngasübersehußExcess fuel gas

erforderlich.necessary.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem konzentrisch aufgebauten Brenner mit zentrisch angeordneter Zündeinrichtung und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an die Zündeinrichtung die Brennkammer sich kegelförmig erweiternd anschließt und daß die kegelförmige Erweiterung zwei Ringspalte aufweist, die Mündungen von Drallgehäusen darstellen. Die kegelförmige Erweiterung öffnet sich vorzugsweise unter einem Winkel im Bereich zwischen 30° und 120°. Bei einem öffnungswinkel um 60° wurden gute Ergebnisse erzielt.The device for carrying out the method consists of a concentrically constructed burner with centrally arranged ignition device and is characterized according to the invention that to the Ignition device, the combustion chamber adjoins conically widening and that the conical Expansion has two annular gaps that represent the mouths of swirl housings. The conical extension preferably opens at an angle in the range between 30 ° and 120 °. At an opening angle good results were obtained around 60 °.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung sind die beiden Ringspalte durch einen gemeinsamen Stellring in ihrer Weite einstellbar. Dadurch wird der Regelbereich des Brenners vergrößert, ohne daß sich der Druckverlust erheblich ändert. Die beiden Ringspalte stehen vorzugsweise unter einem Winkel, vorteilhafterweise senkrecht, zueinander. Dadurch wird eine besonders gute Durchmischung von Brenngas und Abluft erzielt.According to a special embodiment of the device, the two annular gaps are through one common adjusting ring adjustable in width. This increases the control range of the burner, without the pressure loss changing significantly. The two annular gaps are preferably under one Angle, advantageously perpendicular, to one another. This ensures particularly good mixing of Fuel gas and exhaust air achieved.

In einer Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung rein schematisch im Schnitt dargestellt und nachstehend näher erläutert:In a drawing, an embodiment of the device according to the invention is purely schematically in Section shown and explained in more detail below:

An eine Zündvorrichtung 1 schließt sich eine kegelförmige Erweiterung 2 an, die von einem Drallgehäuse 3 mit tangentialem Einlauf 4 für das Brenngas und einem Drallgehiiuse 5 mit tangentialem Einlauf 6 für die Abluft umgeben ist. Die Mündungen der Drallgehäuse 3 bzw. 5 laufen in Ringspalte 7 und 8 aus. Sie sind durch einen gemeinsamen Stellring 9 in ihrer Weite einstellbar. Aus dem Drallgehäuse 3 tritt durch den Ringspalt 7 Brenngas aus und legt sich in einerAn ignition device 1 is followed by a conical extension 2, which is of a Swirl housing 3 with tangential inlet 4 for the fuel gas and a swirl housing 5 with tangential Inlet 6 is surrounded for the exhaust air. The mouths of the swirl housings 3 and 5 terminate in annular gaps 7 and 8. They can be adjusted in their width by a common adjusting ring 9. From the swirl housing 3 occurs the annular gap 7 fuel gas and lies in a

rotierenden Schicht auf die mis dem Drallgehäuse 5 durch dessen Ringspalt 8 austretende rotierende Abluftschichl und vermischt sich mit dieser intensiv. Das Brenngas-Abluft-Gemisch gelangt nun in die eigentliche Brennkammer 10, wo das Brenngas gezündet wird und durch die besondere Art der Einführung vi n Brenngas und Abluft sämtliche Abluft in die Fbimm/one zum Zwecke der Reduktion der Stickoxide gelangt. In der Hammzoiie weist die kegelförmige Krweiterung 2 eine keramische Ausmauerung 11 auf, an die sich ein zylindrischer Teil 12 der Brennkammer 10 anschließt. Die Ringspalie 7 und 8 sind im rechten Winkel zueinander angeordnet, wodurch mit wachsender Ausirittsgesehwindigkeit die Mischwirkung zwischen Brenngas und Abluft steig».rotating layer on the mis the swirl housing 5 rotating exhaust air layer emerging through its annular gap 8 and mixes intensively with it. The Combustion gas / exhaust air mixture now reaches the actual combustion chamber 10, where the combustion gas is ignited and by the special way of introducing vi n fuel gas and exhaust air, all exhaust air enters the Fbimm / one for the purpose of reducing nitrogen oxides. In the Hammzoiie has the conical widening 2 a ceramic lining 11, to which a cylindrical part 12 of the combustion chamber 10 is connected. The ring trellises 7 and 8 are arranged at right angles to each other, whereby with increasing Exit speed the mixing effect between fuel gas and exhaust air increases ».

Beispielsweise wurde mil einem Wasserstnl'l AbIuIi-(iemisch in einem Regelbereich von 1 : 20 der ziigeführleii Gesamtmenge eine sl'ibile Verbrennung s bei einer Verminderung der Konzentration von Stickoxiden in der Abluft von über MM¹¹Ai beobachtet. Dies gilt bei fixiertem .Stellring 9. Durch Verschieben ties Slellringes 9 nach oben oder unten im Sinne einer Vergrößerung der Ringspaltweiten mit wachsenden Gasmengen 1 iiLlι sich der Regelbereich noch weiter vergrößern. Dadurch win! zugleich erreicht, dall i\v\' Druckverlust in der Brennkammer 10 mit wachsender Gasmenge weniger rasch ansteigt als bei feststehendem Stellring 9.For example, with a water jet mixed in a control range of 1:20 of the approximate total amount, a stable combustion was observed with a reduction in the concentration of nitrogen oxides in the exhaust air of more than MM ¹¹ Ai. This applies when the adjusting ring is fixed ties 9. by shifting Slellringes 9 upwards or downwards in the sense of an enlargement of the annular gap width with increasing amounts of gas 1, the control range iiLlι further enlarge. This win! simultaneously achieved Dall i \ v \ 'loss of pressure in the combustion chamber 10 with increasing gas quantity less increases rapidly than with a fixed adjusting ring 9.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

20 43 claims:

1. Seduce to eliminate nitrogen oxides in Exhaust gases by reducing the nitrogen oxides with the help of a fuel gas in a combustion zone, thereby characterized that the exhaust gas and the Combustion gas set in rotation separately from one another and at flow speeds above 10 m / sec with the formation of two superimposed splints mixed with one another and with a conical expansion of the vortex diameter of the combustion zone are fed.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, consisting of a concentric built-up burner with centrally arranged ignition device, characterized in that on the ignition device (1) the combustion chamber (10) adjoins conically widening and there 13 the conical extension has two annular gaps (7, 8), the mouths of swirl housings (3, 5) represent.

3. Device according to claim 2, characterized in that that the width of the two annular gaps (7, 8) can be adjusted by a common adjusting ring (9) are.