DE2733408C3 - Rauchgaszug einer Kesselanlage - Google Patents

Rauchgaszug einer Kesselanlage

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Description

Eine Reaktion gemäß beispielsweise dieser Formel wird durch Katalysatoren begünstigt, deren optimale Reaktionstemperaturen meist im Bereich zwischen 350
■io und 5000C liegen. Da das Rauchgas üblicherweise mit einer Temperatur von etwa 200° C aus dem Feuerungsteil austritt, hat man das austretende Rauchgas bisher normalerweise erst im Anschluß an eine Aufheizung auf den vorstehend genannten optimalen Temperaturbereich in einen Denitrationsturm eingeführt.
Bei einer derartigen, in F i g. 1 schematisch dargestellten, herkömmlichen Anlage wird das in dem Rauchgaszug eintretende, unbehandelte Rauchgas 2 zunächst in einem Gas-Gas-Wärmetauscher 3 mit zurückgewonnener Wä/me vorgeheizt, dann zur Druckerhöhung durch ein Rauchgasgebläse 4 in einen Aufheizofen 5 eingeführt und in diesem auf eine der optimalen Denilralionslemperatur entsprechende Gastemperatur erwärmt. Nach der so bewirkten Erhöhung des Druckes und der Temperatur wird das unbehandelte Rauchgas 2 in einen Denitrationsreaktor 6 eingeführt, in welchem die angestrebte Entfernung der Stickstoffoxide erfolgt. Das von Stickstoffoxiden weitgehend befreite Rauchgas 2A wird dann über den Gas-Gas-Wärmetauscher 3 zum
to Schornstein 7 geführt. Diese herkömmliche Arbeitsweise hat jedoch den Nachteil, daß das aus der Kesselanlage abströmende Gas nochmals auf die für den Denitrations-Katalysator geeignete Temperatur erhitzt und dann wiederum abgekühlt werden muß, wobei ein besonderer Aufheizofen sowie entsprechend erhöhte Anlage- und Betriebskosten entstehen.
Da das unbehandelte Rauchgas ein Rauchgaszug jedoch in jedem Falle auch den für den Katalysator optimalen Temperaturbereich durchläuft, könnte man in der in F i g. 2 dargestellten Weise einen Denitrator 15 im Rauchgaszug 14 der Kesselanlage 10 in einem zwischen einem Sekundärvorwärmer 16 und einem Primärvorwärmer 17 liegenden Denitratorabschnitt anordnen, wobei am oberen Feuerungsausgang 12 der Feuerung
b5 11 ein Überhitzer 18 und diesem nachgeschaltet ein Überhitzer 19 vorgesehen sind. Das unbehandelte Rauchgas 2OA strömt von der Feuerung 11 durch die Überhitzer 18 und 19 und den Sekundärvorwärmer 16 in
den Denitrator 15 in welchem die angestrebte Entfernung von Stickstoffoxiden erfolgt Das so behandelte Rauchgas 20ß strömt dann durch den Primärvorwärmer 17 über den Kessekusgang 13 und einen Gas-Luft-Wärmetauscher 21 zum Schornstein 22. Durch entsprechende Auslegung der Vorwärmer 16 und 17 kann ein Großteil der in Fig. 1 dargestellten Einrichtungen eingespart und erreicht werden, daß das Rauchgas mit einer für die Denitralionsreaktion optimalen Temperatur durch den Denitrator 15 hindurchströmt.
Einer derartigen Konstruktion stehen jedoch verschiedene Schwierigkeiten entgegen.
Da Kesselanlagen vielfach nicht auf einen Betrieb mit nur jeweils ein und demselben Brennstoff ausgelegt sind, sondern beispielsweise außer mit schwerem Heizöl auch mit Hochofengas oder mit Koksofengas jeweils für sich allein oder nebeneinander befeuert werden, läßt sich die Rauchgastemperatur in dem den Den;t.rator aufnehmenden Abschnitt des Rauchgaszuges vielfach nicht innerhalb des für den Denitrationskatalysator optimalen Temperaturbereiches halten, so daß durch die Abweichungen in der Temperatur entsprechende Abweichungen in der Denitrationswirkung bewirkt werden. Selbst wenn die Kesselanlage durchweg mit demselben Brennstoff befeuert wird, können infolge unvermeidlicher Schwankungen in den lokalen Belastungen Abweichungen in der Rauchgastemperatur im Denitrator von dem als optimal angestrebten Temperaturbereich auftreten. In vielen Fällen können derartige durch Abweichungen in der lokalen Belastung auftrtcende Unterschiede in der Bildung und Entfernung der Stickstoffoxide nicht akzeptiert werden. Um auch bei Schwankungen in der Temperatur des Rauchgases eine hinreichende Denitration sicherzustellen, muß daher vielfach ein sich an den jeweils ungünstigsten Betriebsbedingungen orientierender Überschuß an Denitrationskatalysator eingesetzt werden. Schließlich ist es wegen des Einbaus des die Katalysatorschichten enthaltenden Denitrators in den Rauchgaszug zum Auswaschen des Denitrationskatalysators notwendig, die ganze Kesselanlage von Zeit zu Zeit stillzusetzen, was zu unerwünschten Betriebsunterbrechungen führt.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, auf einfache Weise die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden oder weitgehend zu verringern und ohne nachgeschaltete Anlageteile eine verbesserte, energiesparende Entfernung von Stickstoffoxiden unter optimalen Bedingungen zu erreichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Rauchgaszug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mit einem Katalysator beschickter Denitrator in einem der optimalen Reaktionstemperatur des Katalysators entsprechenden Denitratorabschnitt des Rauchgaszuges angeordnet ist und Vorrichtungen zur Regelung der Temperatur des Rauchgases im Denitratorabschnitt vorgesehen sind.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kesselvorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei der erfindungsger"M'. ■ Vorrichtung kann die Temperatur des Rauchgases im Denitratorabschnitt rasch und wirksam so gesteuert werden, daß die Denitration ständig unter für den Katalysator optimalen Reaktionstemperaturen abläuft. Da das zur Temperaturregelung benötigte, heißere Gas einem weiter stromaufwärts liegenden Abschnitt des Rauchgaszuges entnommen werden kann, wird keine äußere Wärmequelle und keine Gaszuführung von außen benötigt, wodurch sich wesentliche Vereinfachungen und Einsparungen ergeben.
Durch die in weiterer Ausgestaltung mögliche Unterteilung des Denitratorabschnitts des Rauchgasuiges können die in den einzelnen Teilkanälen vorgesehenen Katalysatorbetten jeweils alternierend gewaschen oder anderweitig regeneriert werdea ohne den Betrieb der Kesselvorrichtung zu unterbrechen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Kesselvorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine herkömmliche Anlage,
F i g. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kesselanlage mit eingebautem Denitrator,
F i g. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kesselanlage mit eingebautem Denitrator und Vorrichtungen zur Temperaturregelung,
F i g. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine abgewandelte Kesselanlage,
F i g. 5 einen Horizontalschnitt durch die Kesselanlage gemäß der Linie V-V der F i g. 4,
F i g. 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine abgewandelte Kesselanlage,
F i g. 7 einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere abgewandelte Kesselanlage,
F i g. 8 einen Längsschnitt durch eine weitere abgewandelte Kesselanlage und
Fig.9 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kesselanlage ähnlich derjenigen der F i g. 8.
Die in Fig.3 dargestellte Kesselanlage 30 besitzt einen sich vom oberen Feuerungsausgang 32 der Feuerung 31 zum Kesselausgang 33 erstreckenden Rauchgaszug 34, in welchem ein im wesentlichen aus Katalysatorschichten bestehender Denitrator 35 zwischen einem Sekundärvorwärmer 36 und einem Primärvorwärmer 37 angeordnet ist. Am oberen Feuerungsausgang 32 ist ein Überhitzer 38 und zwischen diesem und dem Sekundärvorwärmer 36 ein weiterer Überhitzer 39 vorgesehen. Das aus dem Kesselausgang 33 abströmende Rauchgas 40ß itrömt über einen Gas-Luft-Wärmetauscher 41 zum Schornstein 42. Die zur Regelung der Temperatur im Bereich optimaler Reaktionstemperaturen dienende Regelvorrichtung 43 umfaßt einen in ',trömungsrichtung vor dem Sekundärvorwärmer 36 vom Rauchgaszug 34 abzweigenden Zuführkanal 44, der in Strömungsrichtung hinter dem Sekundärvorwärmer 36 wieder in den Rauchgaszug einmündet und so eine unmittelbare Verbindung der beiderseits an den Sekundärvorwärmer 36 angrenzenden Bereiche des Rauchgaszugs 34 schafft. Im Zuführkanal 44 ist ein Regelventil 45 angeordnet, das über eine Steuervorrichtung 46 in Abhängigkeit von der jeweils in dem Abschnitt zwischen dem Sekundärvorwärmer 36 und dem Denitrator 35 herrschenden Temperatur des Rauchgases geöffnet oder geschlossen wird.
Das unbehandelte Rauchgas 4OA strömt von der Feuerung 31 durch die beiden Überhitzer 38 und 39 sowie den Sekundärvorwärmer 36 der Eingangsseite des Deni'rators 35 zu, wird beim Hindurchtreten durch diesen von Stickoxiden ganz oder doch weitgehend btfreit, worauf das so behandelte Rauchgas 405 durch den Primärvorwärmer 37 zum Schornstein 42 strömt. Solange die Temperatur des unbehandelten Rauchgases 4OA im Bereich zwischen dem Sekundärvorwärmer 36 und dem Denitrator 35 innerhalb des für den
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Katalysator optimalen Temperaturbereiches liegt, ist das Regelventil 45 geschlossen. Wenn dagegen die Temperatur des unbehandelten Rauchgases 4OA niedriger liegt, als der optimale Temperaturbereich des Katalysators, wird dies durch einen Temperaturfühler der Steuervorrichtung 46 ermittelt und das Regelventil 45 entsprechend geöffnet, wodurch über den Zuführkanal 44 heißes, unbehandeltes Rauchgas 4OA unter Umgehung des Sekundärvorwärmers 36 direkt zur Eingangsseite des Denitrators 35 geführt wird und sich dort mit dem durch den Sekundärvorwärmer 36 hindurchtretenden Rauchgas vermischt, wodurch dessen Temperatur entsprechend erhöht wird. Da diese Temperaturregelung selbsttätig erfolgt, kann die Temperatur des der Eingangsseite des Denitrators 35 zugeführten Rauchgases stets im Bereich der optimalen Reaktionstemperatur des Katalysators gehalten werden.
Die in den Fig.4 und 5 dargestellte, verbesserte Ausführungsform der Kesselvorrichtung entspricht weithehend der vorstehend unter Bezugnahme auf F i g. 3 gegebenen Beschreibung, wobei jedoch jetzt der in Strömungsrichtung hinter dem Überhitzer 39 liegende Bereich des Rauchgaszuges 34 in zwei Teilkanäle 54/1 und 54ß unterteilt ist, während im Bereich zwischen dem Überhitzer 38 und dem Überhitzer 39 keine Unterteilung besteht. In jedem der Teilkanäle 54A und 54.8 ist jeweils ein Sekundärvorwärmer 36, ein Denitrator 35 und ein Primärvorwärmer 37 angeordnet. Jedem Teilkanal 54A und 545 ist ferner eine Regelvorrichtung 43 für die Temperatur zugeordnet. Die Ausgänge 53Λ und 535 der Teilkanäle 54A und 545 bilden die Kesselausgänge und sind jeweils über entsprechende Gas-Luft-Wärmetauscher 41 mit dem Schornstein 42 verbunden. Am Eingang der Teilkanäle 54A und 545sind jeweils Absperrschieber 51/4 bzw. 51B an den Ausgängen der Teilkanäle 54/4 und 545 entsprechende Absperrschieber 52A und 525 vorgesehen.
Das unbehandelte Rauchgas 4OA strömt von der Feuerung 31 durch die beiden Überhitzer 38 und 39 den Eingängen der Teilkanäle 54A und 545 zu, wo sich der Gasstrom aufteilt und durch die getrennten Sekundärvorwärmer 36 den Eingangsseiten der Denitratoren 35 zuströmt Das nach vollständiger oder weitgehender Entfernung der Stickstoffoxide erhaltene, behandelte Rauchgas 405 strömt über die Primärvorwärmer 37 und die Gas-Luft-Wärmetauscher 41 dem Schornstein 42 zu. Während dieses Normalbetriebes sind die Absperrschieber 51A, 51B, 52/4 und 525 jeweils geöffnet, so daß das Rauchgas gleichmäßig durch beide Teilkanäle 54A und 545 hindurchströmt Durch Schließen der Absperrschieber 5tA und 52A bzw. 51B und 525 eines der beiden Teilkanäle 54Λ bzw. 54ßkann der Durchtritt von Rauchgas durch jeden derselben unterbunden werden. Durch Auswaschen des in einem Teilkanal 54A oder 545 jeweils im Denitrator angeordneten Katalysators mit Wasser kann der jeweilige Denitrator 35 und der Gas-Luft-Wärmetauscher 41 gereinigt werden, ohne den Gasstrom im anderen Teilkanal 545 bzw. 54A zu unterbrechen.
Wenn die Rauchgastemperatur im Bereich der Denitratoren unter den Bereich der optimalen Reaktionstemperaturen absinkt, kann diese in der weiter oben in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß F i g. 3 geschilderten Weise geregelt werden, wobei es hier durch entsprechendes, jeweils mehr oder weniger weitgehendes Schließen der Absperrschieber 51A und 51B bei geöffnetem Regelventil 45 möglich ist, die Zuführgeschwindigkeit von Rauchgas über den Zuführkanal 44 auf einfache Weise positiv festzulegen, was die Temperaturregelung vereinfacht.
Die in Fi g. 6 dargestellte Kesselanlage entspricht im wesentlichen derjenigen der F i g. 3, wobei jedoch jetzt der Raum zwischen dem Sekundärvorwärmer 36 und dem Denitrator 35 über einen mit einem Regelventil 62 versehenen Zuführkanal 61 mit einem getrennten Aufheizofen 60 zur Zuführung von heißerem Gas verbunden ist. Zur Betätigung des Regelventils 62 ist eine mit einem Temperaturfühler versehene Steuervorrichtung 63 vorgesehen.
Die in F i g. 7 dargestellte Kesselanlage entspricht derjenigen der Fig.6, wobei der Raum zwischen dem Sekundärvorwärmer 36 und dem Denitrator 35 jedoch jetzt über einen mit einem Regelventil 72 versehenen Zuführkanal 71 mit einer Gasquelle für ein Gas mit relativ zum Rauchgas niedrigerer Temperatur, beispielsweise Außenluft oder einem anderen Gas von Raumtemperatur verbunden ist. Zur Betätigung des Regelventils 72 dient wiederum eine mit einem Temperaturfühler versehene Steuervorrichtung 73.
Die in F i g. 8 dargestellte, abgewandelte Kesselanlage 80 besitzt eine Feuerung 81 und einen sich vom oberen Feuerungsausgang 82 zum Kesselausgang 83 erstreckenden Rauchgaszug 84, in dem ein Überhitzer 85, ein Vorwärmer 86 und ein nahe dem Kesselausgang 83 liegender Denitrator 87 angeordnet sind. Die in Strömungsrichtung vor bzw. hinter dem Vorwärmer 86 liegenden Bereiche des Rauchgaszuges 84 sind durch einen mit einem Regelventil 89 versehenen Überströmkanal 88 verbunden. Der Denitrator 87 besteht zur Vergrößerung der Querschnittsfläche des Rauchgasweges aus einer im Querschnitt umgekehrt V-förmigen Katalysatorschicht Weiterhin sind ein Gas-Luft-Wärmetauscher 90 und ein Brenner 91 vorgesehen.
Die in Fig.9 dargestellte Kesselanlage entspricht weitgehend derjenigen gemäß F i g. 8, wobei jedoch
jetzt der Denitrator 92 zwischen dem Überhitzer 85 und dem Vorwärmer 86 angeordnet ist und eine im Querschnitt V-förmige Katalysatorschicht aufweist Zur Regelung der Temperatur des Rauchgases im Bereich des Denitrators 92 ist der Raum zwischen dem Überhitzer 85 und dem Denitrator 92 durch eine mit einem Regelventil 95 versehene Zuführleitung 94 mit einer Gasquelle 93 für Gas mit höherer bzw. niedrigerer Temperatur verbunden.
Der vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläuterte Rauchgaszug kann vom Fachmann je nach den Anforderungen des Einzelfalles in verschiedener Weise zweckentsprechend abgewandelt werden, wobei der Denitrator 35, 87 bzw. 92 in der vorstehend beschriebenen Weise im wesentlichen aus Katalysatorschichten eines Katalysators zur Entfernung von Stickoxiden besteht Wenn die Entfernung der Stickstoffoxide beispielsweise gemäß der eingangs wiedergegebenen Formel unter Verwendung von NH3 als Reduktionsmittel erfolgt sind natürlich außer den Katalysatorschichten auch die erforderlichen Vorrichtungen zur Einführung von NH3 oder diese enthaltenden Gasen vorgesehen. Anstelle von NH3 können auch andere Reduktionsmittel, beispielsweise Kohlenmonoxid, Wasserstoffgas, Methan oder anderer Kohlenwasserstoffe oder Mischungen derselben eingesetzt werden, wobei jeweils geeignete Vorrichtungen zur Zuführung dieser Reduktionsmittel vorgesehen sind. Anstelle der Zuführung derartiger Reduktionsmittel von außen.
können diese auch durch unvollständige Verbrennung oder andere geeignete Maßnahmen im Rauchgas selbst enthalten sein, wobei dann die Verwendung ein oder mehrerer Schichten des Denitrationskatalysators allein genügt.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

  1. Patentansprüche:
    des Öffnungsgrades der Absperrorgane (51A 51B, 52A52ßjbeim Betätigendes Regelventils(45).
    !. Rauchgaszug mit in ihm angeordneten Wärmetauscherstufen einer Kesselanlage, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mit einem Katalysator beschickter Denitrator (35, 87, 92) in einem der optimalen Reaktionstemperatur des Katalysators entsprechenden Denitratorabschnitt des Rauchgaskanals (34, 84) angeordnet ist und Vorrichtungen zur Regelung der Temperatur des Rauchgases im Denitratorabschnitt vorgesehen sind.
  2. 2. Rauchgaszug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Denitratorabschnitt des Rauchgaszuges (34, 84) durch mindestens einen mit einem absperrbaren Regelorgan (45, 62, 72, 89, 95) versehenen Zuführkanal (44, 61, 71, 88, 94) mit mindestens einer Gasquelle für Gas mit von der Rauchgastemperator im Denitratorabschnitt abweichender Temperatur verbunden ist.
  3. 3. Rauchgaszug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (44, 88) den Denitratorabschnitt mit einem in Strömungsrichtung vor diesem liegenden Abschnitt des Rauchgaszuges (34,84) verbindet
  4. 4. Rauchgaszug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Denitratorabschnitt des Rauchgaszuges (34) durch den Zuführkanal (61) mit einem getrennten Aufheizofen (60) zur Zuführung von im Vergleich zum Rauchgas heißerem Gas verbunden ist.
  5. 5. Rauchgaszug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Denitratorabschnitt des Rauchgaszuges (34) durch den Zuführkanal (71) mit einer Gasquelle für Gas mit im Vergleich zum Rauchgas niedrigerer Temperatur verbunden ist.
  6. 6. Rauchgaszug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasquelle Luft mit Raumtemperatur ist.
  7. 7. Rauchgaszug nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Denitratorabschnitt ein Temperaturfühler und im Zuführkanal (44,61,71, 88, 94) ein in Abhängigkeit von Steuersignalen des Temperaturfühlers zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegtes Regelventil (45, 62, 72,89,95) angeordnet sind.
  8. 8. Rauchgaszug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher im Rauchgaskanal mindestens ein Überhitzer, ein Primärvorwärmer und ein Sekundärvorwärmer vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Denitrator (35) zwischen dem Primärvorwärmer (37) und dem Sekundärvorwärmer (36) angeordnet ist.
  9. 9. Rauchgaszug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Denilratorabschnitt durch einen ein Regelventil (45, 89) enthaltenden Überströmkanal (44, 88) mit der Abströmseite des Überhitzers (39,85) verbunden ist.
  10. 10. Rauchgaszug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher der Rauchgaszug in Teilkanäle unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Denitratorabschnitt enthaltenden Teilkanäle (54A 5AB) an ihrem Eingang Absperrorgane (51A 5\B) und an ihrem Ausgang (53A 53B) Absperrorgane (52A52S;aufweisen.
  11. 11. Rauchgaszug nach Anspruch 9 und 10, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Regelung Die Erfindung betrifft einen Rauchgaszug mit in ihm angeordneten Wärmetauscherstufen einer Kesselanlage.
    Zur Verringerung der Konzentration an durch die Verbrennung gebildeten oder bereits ursprünglich im Brennstoffgas enthaltenen Stickstoffoxiden (UOx) im Abgas von Kesselanlagen kann entweder die Verbrennung selbst in geeigneter Weise geregelt werden oder eine Entfernung der Stickstoffoxide aus dem Rauchgas erfolgen. Diese Verringerung der Konzentration an Stickstoffoxiden im Rauchgas wird hierin zur Vereinfachung als »Denitration« bezeichnet Diese Rauchgas-Denitration erfolgt zweckmäßig nach einem trockenen Verfahren unter Verwendung eines Katalysators. Besonders wirksam ist ein auf einer Umsetzung der Stickstoffoxide mit Ammoniak beruhendes, trockenes Denitrationsverfahren gemäß der Formel
    4NH3 + 6NO-> 5N2 + 6 H2O
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