DE2733356B2

DE2733356B2 - Rauchgaszug

Info

Publication number: DE2733356B2
Application number: DE19772733356
Authority: DE
Inventors: Hideya Inaba; Chihiro Iwai; Toshio Tatsumi
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1977-07-23
Filing date: 1977-07-23
Publication date: 1981-01-29
Also published as: DE2733356C3; DE2733356A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rauchgaszug mit darin angeordneten Wärmetauscherstufen sowie einem Denitrator, der einen Katalysator zur Reduktion von Stickstoffoxiden enthält.

Verschiedene Feuerungsanlagen sind zur Entfernung der im Rauchgas enthaltenen Stickstoffoxide mit einem im Rauchgaszug angeordneten Denitrator ausgerüstet, der üblicherweise in Strömungsrichtung hinter einem Staubabschneider, d. h. im Rauchgaszug unmittelbar vor dem Schornstein angeordnet ist. Da die Temperatur des in den Denitrator eingeführten Rauchgases sonst für die angestrebte Entfernung der Stickstoffoxide zu niedrig wäre, ist es dabei erforderlich, den Denitrator mit einem Aufheizofen und einem rotierenden Wärmetauscher zu versehen.

Zu den Methoden zur Entfernung von Stickstoffoxiden (NOJ aus Rauchgasen gehört die trockene Rauchgas-Denitration. Besonders wirksam ist ein auf

ίο einer Umsetzung der Stickstoffoxide mit Ammoniak beruhendes Verfahren gemäß der Formel

4 NH3 + 6 NO—5 N2+6 H₂O

Eine Reaktion gemäß beispielsweise dieser Formel wird durch Katalysatoren begünstigt, deren optimale Reaktionstemperaturen meist im Bereich zwischen 350 und 500° C liegen. Da das Rauchgas aus einem Abhitzekessel jedoch mit einer Temperatur von nur etwa 200°C austritt, war es bisher notwendig, den Denitrator in der vorstehend erwähnten Weise mit Vorrichtungen zur Erhöhung der Rauchgastemperatur auszustatten. Da die herkömmlichen Denitratoren mit als Granulat vorliegendem Katalysator zur Entstehung von Rußablagerungen aus dem Rauchgas neigen, war es bisher erforderlich, den Denitrator in Strömungsrichtung hinter einem Staubabschneider anzuordnen, wodurch die Temperatur des Rauchgases weiter verringert wird. Da der Katalysator als Granulat vorliegt, ist der Druckverlust durch die Katalysatorschicht selbst bei möglichst weiter Ausbreitung derselben zur Verringerung der Schichtdicke so hoch, daß ein Gebläse oder dergleichen verwendet werden muß. Auch dies trägt dazu bei, daß der Denitrator separat eingebaut werden muß.

Die Entfernung von Stickstoffoxiden aus Abgasen durch Reduktion mit Ammoniak an platinhaltigen Katalysatoren ist bekannt, ebenso die katalytische Oxidation der Stickoxide an einem Platinkatalysator, beispielsweise einem mit einer Platinlegierung beschichteten, gekräuselten Nickelband (Chemiker-Zeitung 1965, Seite 632).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rauchgaszug der eingangs genannten Art zu schaffen, der auf einfache Weise ohne zusätzliche Aufheizung der Rauchgase und ohne Gebläse eine wirksame Entfernung von Stickstoffoxiden ermöglicht.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß im Rauchgaszug stets auch ein Abschnitt vorhanden ist, in welchem für die Reduktion der Stickstoffoxide optimale Temperaturbedingungen vorliegen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Denitrator in einem der optimalen Reaktionstemperatur des Katalysators entsprechenden Abschnitt des Rauchgaszugs in Strömungsrichtung hinter einem Wärmetauscher angeordnet ist und der Katalysator in an sich bekannter Weise mit Zwischenabständen angeordnete ebene und/oder gewellte plattenartige Katalysatorkörper mit jeweils in Strömungsrichtung des Rauchgases verlaufenden Plattenflächen enthält.

Auf diese Weise kann die hierin zur Vereinfachung als »Denitration« bezeichnete Entfernung von Stickstoffoxiden aus dem Rauchgas ohne separaten Aufheizofen, rotierende Wärmetauscher, Gebläse und einen gesonderten, mit dem Katalysatorgranulat beschickten Reaktor erfolgen, wodurch Einsparungen an Platz sowie Anlage- und Betriebskosten erzielt werden.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Rauchgaszuges sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch die Verwendung von plattenförmigen Katalysatorkörpern wird der Druckverlust und die Bildung von Rußansammlungen auf ein Minimum gesenkt und das Ausblasen von Ruß erleichtert, so daß auch ohne dem Denitrator vorgeschalteten Staubabscheider keine j Schwierigkeiten auftreten. Darüber hinaus wird die Bildung der Katalysatorschicht und die Wartung, Überprüfung und Auswechslung des Katalysators sehr erleichtert

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des Aauchgaszuges unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer als Abhitzekessel ausgebildet Kesselvorrichtung,

Fig.2 einen Horizontalschnitt längs der Linie IMI ι? der F ig. 1,

Fig.3 eine perspektivische Ansicht eines Katalysator-Blockkörpers,

F i g. 4 eine vergrößerte, schemattsche Teilansicht des Blockkörpers und

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses zur Aufnahme der Blockkörper.

Die in F i g. 1 dargestellte Anlage besitzt einen Abhitzekessel 1 mit einem unteren Rauchgaseinlaß 2 und einem zu einem Schornstein 18 führenden oberen Rauchgasauslaß 3. Im Abhitzekessel 1 sind von unten nach oben ein Überhitzer 4, ein Verdampfer 5 und ein Vorwärmer 6 angeordnet. Der Rauchgaseinl. !.! 2 ist über eine Abgasleitung 8 mit einer Gasturbine 7 beispielsweise eines elektrischen Kraftwerkes verbun- m den. In diesem Falle sind die Wärmetauscher so ausgelegt, daß die Temperatur des Verbrennuiigsgases. beim Eintritt in den Oberhitzer 4 etwa 650⁰C, beim Eintritt in den Verdampfer 5 etwa 300⁰C und beim Eintritt in den Vorwärmer 6 etwa 200⁰C beträgt. Daraus jt ergibt sich, daß der Bereich optimaler Reaktionstemperatur für den Katalysator zwischen dem Überhitzer 4 und dem Verdampfer 5 liegt. Die Gasturbine 7 weist einen Kompressor 9, eine Brennstoffzufuhr 10, eine Turbine H und einen mit deren Ausgangswelle gekuppelten elektrischen Generator 12 auf. Die Wärmetauscher 4, 5 und 6 im Abhitzekessel 1 werden zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie durch Wiedergewinnung von Wärme benutzt. Hierzu ist die in Fig. 1 dargestellte Wärmekreislaufvorrichtung mit einem Sammelbehälter 13, einer Dampfturbine 14, einem mit deren Ausgangswelle gekuppelten elektrischen Generator 15, einem Dampfkondensator 16 sowie dem Überhitzer 4, dem Verdampfer 5 und dem Vorwärmer 6 vorgesehen. Dieser Kreislauf ist mit einer w Speisewasserleitung 17 verbunden.

In dem so ausgebildeten Abhitzekessel 1 ist zwischen dem Überhitzer 4 und dem Verdampfer 5 ein mit einem Denitrationskatalysator beschickter Denitrator 20 und eine Einführvorrichtung 21 zur Zuführung von als Reduktionsmittel verwendetem Ammoniak vorgesehen. Wie F i g. 2 zeigt, besitzt die Einführvorrichtung 21 mehrere in den Rauchgaskanal des Abhitzekessels 1 hineinragende Einführleitungen 22 mit jeweils mehreren Austrittsöffnungen 22a, durch welche Ammoniak bo gleichmäßig in das Abgas eingespeist werden kann. Die Einführleitungen 22 sind mit einer Reduktionsmittelquelle 23 verbunden, die mit einem Druckbehälter für Ammoniakgas, Austauschvorrichtungen, einer Druckregelvorrichtung und Vorrichtungen zur Unterbindung b5 von unerwünschtem Oasaustritt versehen sind.

Der Denitralor 20 enthält eine Anzahl von plattenartigen Katalysatorkörpern mit sich in Strömungsrichtung des Rauchgases erstreckenden Plattenflächen. Bei der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform besteht der Katalysator 25 aus einer Kombination von wabenförmig angeordneten, plattenartigen Katalysatorkörpern 25a und gewellten Katalysatorkörpem 25b. Der Katalysator 25 bildet dabei einen Blockkörper 27, der in ein kastenartiges Gehäuse 26 mit einander in Strömungsrichtung des Abgases gegenüberliegenden offenen Seiten eingefügt ist. Eine vorbestimmte Anzahl derartiger Blockkörper 27 ist in einen an der Unterseite mit einem Tragrost 29 versehenen Rahmen 28 eingesetzt Derartige Rahmen 28 sind in Längs- und Querrichtung sowie senkrecht auf einer im Abhitzekessel 1 angeordneten Tragstruktur angeordnet und bilden gemeinsam den Denitrator 20.

Hinsichtlich des Katalysators 25 sind die in der DE-OS 26 29 037 beschriebenen Katalysatoren und deren Modifikationen geeignet Da sich der Anmeldungsgegenstand jedoch nicht auf die Zusammensetzung des Katalysators selbst bezieht, können auch andere bekannte oder neue Katalysatoren benutzt werden.

Da bei der vorstehend beschriebenen Anordnung der Denitrator 20 und die Einführvorrichtung 21 für Ammoniak zwischen dem Überhitzer 4 und dem Verdampfer 5 in dem für die katalytische Reaktion optimalen Temperaturbereich angeordnet sind, ist weder ein Aufheizofen, noch ein rotierender Wärmetauscher, noch ein mit Katalysatorschichten gefüllter Behälter erforderlich. Da die Katalysatorschicht aus plattenartigen Katalysatorkörpem besteht, wird der Druckabfall in der Katalysatorschicht minimal gehalten, so daß die Verwendung eines besonderen Gebläses für den Denitrator nicht erforderlich ist. Obgleich die Katalysalorschicht im Inneren des Abhitzekessels 1 angeordnet ist, entstehen keine Schwierigkeiten. Durch die vorgeschlagene Konstruktion wird die Neigung zur Bildung von Rußablagerungen auf dem Katalysator verringert und das Ausblasen von Ruß erleichtert. Durch die Bildung der Katalysatorschicht durch Kombination von Blockkörpern 27, wird deren Bildung, Überprüfung, Wartung und Auswechslung sehr erleichtert.

Der vorstellend anhand bevorzugter Ausführungsformen erläuterte Rauchgaszug kann vom Fachmann je nach den Anforderungen des Einzelfalles in verschiedener Weise zweckentsprechend abgewandelt werden, wobei das Wesen der Erfindung nicht in der Anwendung in Verbindung mit einer Gasturbine, sondern in der Anordnung und Ausbildung der Katalysatorschicht und insbesondere der Verwendung einer Katalysatorschicht aus plattenartigen Katalysatorkörpem in dem für die katalytische Reaktion optimalen Temperaturbereich eines Rauchgaskanals liegt, so daß die erfindungsgemäße Lehre auch für andere Rauchgaszüge oder Feuerungsanlagen anwendbar ist. Anstelle der vorstehend beschriebenen, besonders wirksamen Denitration durch Umsetzung mit Ammoniak können bei dem erfindungsgemäßen Rauchgaszug auch andere Denitrationsreaktionen unter Verwendung von Reduktionsmitteln wie Kohlenmonoxid, Wasserstoffgas, Methan und anderen Kohlenwasserstoffen angewandt werden. So können beispielsweise die in der DE-OS 23 60 724 beschriebenen Katalysatoren und deren Modifikationen eingesetzt werden. Das verwendete Reduktionsmittel kann CO, H2 oder ein Kohlenwasserstoff oder eine Kombination derselben sein, wobei diese jeweils durch die Einführvorrichtung 20 zugeführt werden. Anstelle

der Zuführung solcher Reduktionsmittel ist es auch möglich, daß sie beispielsweise durch unvollständige Verbrennung schon in dem in den Kessel eingeführten Abgas enthalten sind, wobei auf die Einführvorrichtungen für ein Reduktionsmittel verzichtet werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rauchgaszug mit darin angeordneten Wärmetauscherstufen sowie einem Dcnitrator, der einen Katalysator zur Reduktion von Stickstoffoxiden enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Denitrator (20) in einem der optimalen Reaktionstemperatur des Katalysators (25) entsprechenden Abschnitt des Rauchgaszug in Strömungsrichtung hinter einem Wärmetauscher (4) angeordnet ist, und

b) der Katalysator (25) in an sich bekannter Weise mit Zwischenabständen angeordnete ebene und/oder gewellte plattenartige Katalysatoricörper (25a, 25Zj^ mit jeweils in Strömungsrichtung des Rauchgases verlaufenden Plattenflächen enthält.

2. Rauchgaszug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorkörper (25a, 25Oj) wabenförmig zusammengeschichtet sind.

3. Rauchgaszug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Katalysatorkörper (25a, 25Z^ in einem kastenartigen Gehäuse (26) mit einander in Strömungsrichtung des Rauchgases gegenüberliegenden offenen Seiten zu einem Blockkörper (27) zusammengefaßt sind und der Denitrator (20) aus einer Kombination solcher Blockkörper (27) besteht.

4. Rauchgaszug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch in Strömungsrichtung vor dem Denitrator (20) angeordnete Einführvorrichtungen (21 bis 23) zum Einführen eines Reduktionsmittels in das Rauchgas.

5. Rauchgaszug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere hineinragende, jeweils mit mehreren Austrittsöffnungen (22a) versehene Einführleitungen (22) für das Reduktionsmittel und eine mit diesen verbundene, außerhalb des Rauchgaszug angeordnete Reduktionsmittelquelle (23) vorgesehen sind.

6. Rauchgaszug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführvorrichtungen (21) mit einer Quelle (23) für NH₃, CO, H₂, Kohlenwasserstoff oder einer Mischung derselben verbunden sind.

7. Rauchgaszug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Denitrator (20) zwischen dem Überhitzer (4) und dem Verdampfer (5) angeordnet ist.

8. Rauchgaszug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er mit der Abgasleitung (8) einer Gasturbine (7) verbunden ist.