DE29602928U1 - Katalysatoranordnung, insbesondere für einen Dreizugkessel - Google Patents
Katalysatoranordnung, insbesondere für einen DreizugkesselInfo
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Description
Katalysatoranordnung, insbesondere für einen Dreizugkessel
Die Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung für die Schadstoffreduzierung von Rauchgasen eines Rauchrohrkessels,
bei dem das Rauchgas durch Wärmeaustauscherrohre geführt wird, insbesondere für die selektive katalytische Reduktion
zur Rauchgasentstickung eines Dreizugkessels.
Im Zuge der immer stärker werdenden Belastung der Umwelt
durch Rauchgase von insbesondere mit Schweröl befeuerten Kesselanlagen ist es erforderlich, durch entsprechende
Maßnahmen das Rauchgas weitgehend , von Schadstoffen zu
befreien. Neben Ruß und anderen Schadstoffen treten im Rauchgas insbesondere Stickoxide auf, die als Verursacher von
Umweltschäden bekannt sind.
Zur Reduzierung von Stickoxiden, der sogenannten Entstickung,
sind vor allem zwei Verfahren bekannt, nämlich zum einen die selektive nichtkatalytische Reduktion, das SNCR-Verfahren,
und zum anderen die selektive katalytische Reduktion, das SCR-Verfahren. Bei dem SNCR-Verfahren wird Ammoniak oder ein
Ammoniak freisetzendes Reduktionsmittel unmittelbar in die Flamme der Kesselanlage eingegeben, um die Stickoxide zu
reduzieren. Bei dem SCR-Verfahren wird das Rauchgas mit
zuzugebenden Ammoniak über einen Katalysator, meist Vanadiumoxid oder Wolframoxid, geführt, um die Stickoxide zu
reduzieren.
Die beiden Verfahren arbeiten jeweils bei unterschiedlichen Temperaturen. Während das SNCR-Verfahren bei höheren
Temperaturen, beispielsweise zwischen 850° und 11000C, durchgeführt wird, erfolgt die selektive katalytische
Reduktion bei einer Temperatur des Rauchgases von etwa 180° bis 4500C. Die Temperatur, bis zu welcher das SCR eingesetzt
werden kann, hängt insbesondere vom Schwefelgehalt des
verwendeten Brennstoffes ab, da mit höherem Schwefelgehalt und mit geringerer Temperatur die Bildung von Ammoniumsulfat
aus SO3 und NH3 begünstigt wird. Das Ammoniumsulfat lagert
sich auf dem Katalysator ab, so daß der Wirkungsgrad sinkt. Die kritische Temperatur, bei der die Bildung von
Ammoniumsulfat auftritt, liegt etwa bei 2700C.
Weiterhin ist es beispielsweise aus den Druckschriften WO 91/04224, US-PS 5,139,754, US-PS 5,286,467 und WO 93/22047
bekannt, beide Verfahren in Kombination hintereinander anzuwenden. Hier wird so vorgegangen, daß durch das in die
Flamme eingeführte Reduktionsmittel ein Überschuß an Ammoniak erzeugt wird, das anschließend im weiteren Kesselzugverlauf
in Anwesenheit des Katalysators das Rauchgas weiter entstickt. Hierdurch können hohe Entstickungsgrade erreicht
werden.
Grundsätzlich besteht jedoch bei dem SCR-Verfahren ein
Problem in der Anordnung des Katalysators. Im allgemeinen wird das Rauchgas durch separate Katalysatorkammern geführt.
Hier besteht ein Nachteil darin, daß in diesen Kammern häufig große Druckverluste aufgrund der erforderlichen Umlenkungen
auftreten.
Für kleinere Kesselanlagen werden häufig ölbefeuerte oder schwerölbefeuerte Dreizugkessel eingesetzt. Auch bei diesen
Kesselanlagen ist es erforderlich, die Stickoxide zu reduzieren. Hier besteht bei der Anordnung des Katalysators
das Problem darin, daß häufig nicht genügend Raum zur Verfügung steht, um den Katalysator unterzubringen. Es ist
bekannt, den Katalysator zwischen dem zweiten und dem dritten Zug anzuordnen. Hier besteht ein Nachteil darin, daß dort
häufig nicht die optimalen Temperaturen vorherrschen, die für die Durchführung des SCR-Verfahrens erforderlich wären.
Insbesondere bei Kesseln neuerer Bauart, die eine geringe Flammrohrbelastung aufweisen, sind der SCR-Technik Grenzen
gesetzt, da bei diesen Kesseln hinter dem zweiten Kesselzug
Temperaturen auftreten, die je nach Kessellast im Bereich von ca. 2000C liegen, so daß hier die kritische Temperatur
bezüglich der Ammoniumsulfatblidung bereits unterschritten ist. Ein wirkungsvoller Einsatz der SCR-Technik ist hier
nicht oder nur mit großem Aufwand möglich, beispielsweise durch einen sogenannten heißen Bypass, durch den von dem
Flammrohr unmittelbar Verbrennungsgase hinter den zweiten Kesselzug geleitet werden.
Ein weiteres Problem besteht insbesondere bei bestehenden Kesselanlagen darin, daß auch diese stets den jeweils
geltenden Vorschriften für die Grenzen der zulässigen Schadstoffemissionen entsprechen müssen. Es ist daher häufig
erforderlich, ältere Kesselanlage für die Anwendung des SNCR-Verfahrens
und/oder des SCR-Verfahrens nachzurüsten. Es ist offensichtlich, daß hier die Anordnung von Katalysatoren, die
für eine optimale Entstickung erforderlich sind, häufig nur mit großem Aufwand oder überhaupt nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Katalysatoranordnung derart auszubilden, daß zum einen ein
platzsparender Einbau möglich ist. Ferner soll durch die Anordnung ermöglicht werden, daß das SCR-Verfahren bei einer
dafür optimalen Temperatur durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Katalysator auf wenigstens einem Trägerelement angeordnet
ist, das zumindest teilweise in wenigstens ein Wärmeaustauscherrohr einführbar ist. Dies hat den Vorteil,
daß der Katalysator ohne weiters in der Rauchgasströmung angeordnet werden kann. Insbesondere ist es nicht
erforderlich, separate Katalysatorkammern oder dergleichen vorzusehen. Weiterhin besteht ein Vorteil darin, daß bereits
bestehende Kesselanlagen in einfacher Weise nachgerüstet werden können.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß das
Trägerelement als Drahtrohrgeflecht ausgebildet ist. Dies hat
den Vorteil, daß der Druckverlust durch das Trägerelement gering gehalten werden kann. Das Drahtrohrgeflecht kann
beispielsweise aus Edelstahl bestehen und im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet sein. Hierdurch kann ferner eine
gute Umspülung des Katalysators erreicht werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß das Trägerelement verschiebbar in dem Wärmeaustauscherrohr gehalten wird. Dies hat den Vorteil, daß
die Lage des Katalysators in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der jeweiligen Kesselanlage verändert
werden kann, um den Katalysator in dem für das SCR-Verfahren
optimalen Temperaturbereich des Rauchgasstromes anzuordnen.
Im einzelnen kann hierbei vorgesehen werden, daß das Trägerelement über wenigstens zwei radial nach außen weisende
Abstandshalter im wesentlichen mittig in dem Wärmeaustauscherrohr gehalten wird. Zweckmäßig kann es
hierbei sein, wenn der Durchmesser des Trägerelementes etwa dem 0,5- bis 0,9-fachen, insbesondere dem 0,65- bis 0,80-fachen,
des Innendurchmessers eines Wärmeaustauscherrohres entspricht. Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, daß der
Wärmeaustausch an den Rohrwandungen nicht durch das Trägerelement und den Katalysator behindert wird. Ferner wird
erreicht, daß der Rauchgasstrom etwa zu gleichen Teilen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Drahtrohrgeflechts
strömt. Die exakte Aufteilung des Rohrquerschnittes in zwei gleich große Teile läge bei einem Durchmesser, der dem
(0,5) -fachen des Rohrinnendurchmessers entspricht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß die Abstandshalter elastisch ausgebildet sind, um das Trägerelement unter Vorspannung reibschlüssig in
dem Wärmeaustauscherrohr zu halten. Dadurch kann erreicht werden, daß sich das Trägerelement während des Betriebes
nicht verschiebt. Die Vorspannung kann hierbei so gewählt sein, daß ein Verschieben von Hand oder mit einer
entsprechenden Vorrichtung möglich ist, um den Einbau oder den Austausch zu vereinfachen.
Es kann zweckmäßig sein, wenn die Trägerelemente mit dem Katalysator für verschiedene Wärmeaustauscherrohre des
Kessels unterschiedliche Längen aufweisen, um den Druckverlust auszugleichen. Ferner kann auch vorgesehen
werden, daß die Trägerelemente für verschiedene Wärmeaustauscherrohre unterschiedlich weit in die
Wärmeaustauscherrohre eingeführt sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die Trägerelemente mit dem Katalysator
teilweise aus den Wärmeaustauscherrohren herausragen. Durch diese Ausgestaltungen ist es möglich, die Anordnung des
Katalysators weiter an die Betriebsparameter der Kesselanlage anzupassen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Katalysator aus
Zeolithkristallen besteht. Diese Zeolithkristalle können die katalytische Reduktion auch bei wesentlich höheren
Raumgeschwindigkeiten des Rauchgases und bei kürzeren Verweilzeiten bewirken. Dies ist insbesondere aufgrund der
erhöhten Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases innerhalb der Wärmeaustauscherrohre vorteilhaft.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Dreizugkessel mit einer Katalysatoranordnung gemäß der oben erläuterten Art.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Katalysatoranordnung in Strömungsrichtung des Rauchgases
zumindest im hinteren Drittel des zweiten Kesselzuges angeordnet ist. In diesem Bereich des Kessels herrschen im
allgemeinen die Temperaturen, die für das SCR-Verfahren
optimal sind. Ferner ist dieser Bereich von außen gut zugänglich, so daß ein nachträglicher Einbau und/oder ein
Austausch der Katalysatoren ohne weiteres möglich ist.
Es kann auch vorgesehen werden, daß die Katalysatoranordnung zumindest teilweise in die 2. Wendekammer hinter dem 2.
Kesselzug hineinragt. Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn die Katalysatoranordnung in Strömungsrichtung des Rauchgases
zumindest im vorderen Drittel des 3. Kesselzuges angeordnet ist. Auch hier kann vorgesehen werden, daß die
Katalysatoranordnung zumindest teilweise in die 2. Wendekammer vor dem 3. Kesselzug hineinragt. Durch diese
Maßnahmen kann zum einen eine große Katalysatoroberfläche in den Rauchgaszug eingebracht werden. Zum anderen kann der
Katalysator hinsichtlich seiner Lage in der Rauchgasströmung optimiert werden. Grundsätzlich kann hier natürlich
vorgesehen werden, daß die Trägerelemente mit dem Katalysator für verschiedene Wärmeaustauscherrohre unterschiedlich weit
in die Rohre und/oder in die Wendekammern hineinragen, um Druckverluste und unterschiedliche Verweilzeiten des
Rauchgases an dem Katalysator auszugleichen.
Es kann dabei vorgesehen werden, daß die einzelnen Katalysatorelemente in der gewünschten Postion in den
Wärmeaustauscherrohren zusätzlich fixiert werden. Hierdurch kann ein Verschieben der Tragelemente während des Betriebes
zuverlässig vermieden werden. In der Regel wird jedoch die Reibkraft zwischen Tragelement bzw. Abstandhalter und
Rohrinnenwandung ausreichen, um ein ungewolltes Verschieben zu verhindern.
Weiterhin kann gemäß einer anderen Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen werden, daß im Flammrohr {1. Kesselzug) eine Vorrichtung zum Einführen eines Reduktionsmittels
vorgesehen ist, um den NOx-Gehalt nach der selektiven
nichtkatalytischen Reduktion abzubauen und um Ammoniak für die durch die Katalysatoranordnung bewirkte selektive
katalytische Reduktion freizusetzen. Hierdurch kann in optimaler Weise das SCR-Verfahren mit dem SNCR-Verfahren
verknüpft werden, da insbesondere die Katalysatoranordnung entsprechend den oben beschriebenen Maßnahmen an die durch
das SNCR-Verfahren erzeugten und veränderten Betriebsbedingungen der Kesselanlage, z.B. hinsichtlich des
Temperaturverlaufs des Rauchgases, angepaßt werden kann.
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Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn die Vorrichtung zum
Einführen des Reduktionsmittels so ausgebildet ist, daß der Ort der Reduktion nach dem SNCR-Verfahren in Abhängigkeit von
der Kessellast einstellbar ist. Hier kann vorgesehen werden, daß die Vorrichtung zum Einführen des Reduktionsmittels eine
verschiebbare Lanze der allgemein bekannten Art aufweisen. Auch kann vorgesehen werden, daß eine Zweistoffdüse, wie sie
beispielsweise durch die WO 91/17814 bekannt ist, verwendet wird, bei welcher durch entsprechende Auswahl des Druckes und
der Menge des Trägermittelstromes entsprechende Tröpfchengrößen erzeugt werden, die an einer vorgebbaren
Stelle des Flammrohres zur Reaktion mit den Stickoxiden kommen.
Durch die Verschiebung der Einsprühstelle kann stets der optimale Temperaturbereich für das SNCR-Verfahren auch im
Hinblick auf die folgende selektive katalytische Reduktion durch die eingebaute Katalysatoranordnung eingehalten werden.
Dieser Temperaturbereich liegt etwa bei 75O0C - 9500C, so daß
stets ein Ammoniaküberschuß (Ammoniakschlupf) für die SCR-Reaktion erzeugt wird.
Es ist offensichtlich, daß durch die Katalysatoranordnung
gemäß der Erfindung der Katalysator bezüglich seiner Position flexibel eingesetzt werden kann. Dies bedeutet, daß auch bei
der Verwendung von modernen Dreizugkesseln mit niedriger Flammrohrbelastung und entsprechend niedrigen Temperaturen
des Rauchgases hinter dem 2. Kesselzug das SCR-Verfahren
wirkungsvoll eingesetzt werden kann. Insbesondere hat sich gezeigt, daß bei einer Kombination des SCNR-Verfahrens mit
dem SCR-Verfahren unter Verwendung einer Katalysatoranordnung gemäß der Erfindung sowie durch Zugabe eines
Neutralisationsmittels, wie Salze von organischen Säuren mit Magnesium oder Kalzium oder dergleichen, zur Reduzierung des
Schwefelgehaltes der Katalysator auch noch bei Temperaturen zwischen 17O0C und 3400C wirkungsvoll bleibt.
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Die Erfindung betrifft daher ferner ein Verfahren für die Schadstoffreduzierung von Rauchgasen eines Rauchrohrkessels,
bei welchem das Rauchgas durch Wärmeaustauscherrohre geführt wird, insbesondere für die Rauchgasentstickung eines
Dreizugkessels. Bei dem Verfahren wird in dem Flammrohr {1. Kesselzug) im Temperaturbereich zwischen 75O0C und 95O0C,
insbesondere zwischen 800° und 8500C, ein Reduktionsmittel
für die selektive nichtkatalytische Reduktion eingeführt, dessen zugeführte Menge ausreichend ist, um einen
Ammoniaküberschuß freizusetzen, wobei das teilentstickte Rauchgas mit dem Ammoniaküberschuß bei einem
Temperaturbereich von 17O0C und 3400C zur selektiven
katalytischen Reduktion über eine Katalysatoranordnung geführt wird, die innerhalb des Kesselgehäuses zumindest
innerhalb des durch in Strömungsrichtung hinteren Drittel des 2. Kesselzuges, der 2. Wendekammer und dem vorderen Drittel
des 3. Kesselzuges begrenzten Bereichs angeordnet ist. Durch diese Maßnahmen kann in vorteilhafter Weise eine effektive
Entstickung der Rauchgase von bis zu 90% erfolgen.
Insbesondere muß nicht mehr eine zusätzliche externe Katalysatorkammer vorgesehen werden. Dadurch können die
Druckverluste gering gehalten werden.
Grundsätzlich kann durch die Verwendung einer Katalysatoranordnung gemäß der Erfindung die Position des
Katalysators frei eingestellt werden. Der Katalysator kann daher in Abhängigkeit von der Kesselkonstruktion und der
Flammrohrbelastung optimal an den jeweiligen Kessel angepaßt werden. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, daß bei
einem Dreizugkessel die selektive katalytische Reduktion in Rauchgasströmungsrichtung zumindest im hinteren Drittel des
zweiten Kesselzuges erfolgt. Auch ist es möglich, daß bei einem Dreizugkessel die selektive katalytische Reduktion in
Rauchgasströmungsrichtung zumindest im vorderen Drittel des dritten Kesselzuges erfolgt. Selbstverständlich kann auch
vorgesehen werden, daß bei einem Dreizugkessel die selektive katalytische Reduktion in Rauchgasströmungsrichtung zumindest
in der zweiten Wendekammer hinter dem zweiten Kesselzug
erfolgt. Grundsätzlich kann dabei die Katalysatoranordnung gemäß den obigen Ausführungen ausgebildet sein.
Weiterhin kann vorgesehen werden, daß dem Brennstoff und/oder der Verbrennungsluft und/oder dem Reduktionsmittel ein
Neutralisationsmittel zugesetzt wird, um den Schwefelgehalt zu reduzieren. Hierdurch kann die Bildung von Ammoniumsulfat
verringert werden, so daß auch bei geringeren Temperaturen das SCR-Verfahren wirkungsvoll arbeiten kann, ohne daß die
Gefahr besteht, daß der Katalysator durch Ablagerungen inaktiv wird. Als Neutralisationsmittel kann beispielsweise
ein öllösliches Salz organischer Säuren mit Magnesium oder Kalzium verwendet werden.
Im einzelnen kann hierbei weiterhin so vorgegangen werden, daß die Katalysatoranordnung als Katalysator Zeolithkristalle
aufweist, die auf Trägerelementen angeordnet sind, die zumindest teilweise in wenigstens ein Wärmeaustauscherrohr
eingeführt werden. Die Zeolithkristalle bewirken eine Umsetzungsreaktion schon bei kürzeren Verweilzeiten und
können somit bei größeren Rauchgasströmungsgeschwindigkeiten eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in den
Wärmeaustauscherrohren auftreten.
Zweckmäßig ist es, wenn als Reduktionsmittel Harnstoff oder eine harnstoffhaltige wässrige Lösung eingesetzt wird.
Harnstoff oder eine Lösung mit Harnstoff ist in vorteilhafter Weise leicht handhabbar, so daß der Einsatz auch für kleinere
Kesselanlagen möglich ist.
Weiterhin ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
vorgesehen, daß die Einführung des Reduktionsmittels bezüglich des Ortes und des Temperaturbereiches und der Menge
in Abhängigkeit von der Kessellast erfolgt. Insbesondere kann dadurch auch das Verhältnis von der Entstickung durch das
SNCR-Verfahren zu der Entstickung durch das SCR-Verfahren eingestellt werden. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn die
Entstickung etwa jeweils zur Hälfte durch das SNCR- und das SCR-Verfahren erfolgt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 im Schnitt das Prinzip eines Dreizugkessels,
Fig. 2 die Einzelheit X in vergrößerter Darstellungsform,
Fig. 3 die Ansicht Y in Fig. 2 und
Fig. 4 die Ansicht Y in Fig. 2 gemäß einer anderen Ausführungsform.
Der in Fig. 1 dargestellte Dreizugkessel 10 weist einen ersten Kesselzug 11, das sogenannte Flammrohr, und einen
zweiten Kesselzug 12 sowie einen dritten Kesselzug 13 auf. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Prinzip eines
Dreizugkessels sind die einzelnen Züge 11, 12, 13 übereinander angeordnet. Häufig weisen die einzelnen Züge
aber auch eine andere geometrische*Anordnung zueinander auf.
Im zweiten und dritten Kesselzug 12, 13 sind jeweils Wärmeaustauscherrohre 14 vorgesehen, durch die das Rauchgas
15 unter Abgabe von Wärme strömt. Die abgegebene Wärme dient in der Regel zur Dampferzeugung oder zur Erhitzung von
Wasser.
Der erste Kesselzug 11 ist über die erste Wendekammer 16 mit dem zweiten Kesselzug 12 verbunden, während der zweite
Kesselzug 12 über die zweite Wendekammer 17 mit dem dritten Kesselzug in Verbindung steht. Der dritte Kesselzug 13 endet
im Kamin 18, durch den die Rauchgase in die Atmosphäre gelangen.
Für eine Reduzierung der Schadstoffe im Rauchgas, insbesondere zur Entstickung derselben, ist im Flammrohr 11
eine Vorrichtung 23 zum Einführen eines Reduktionsmittels für die selektive nichtkatalytische Reduktion der Rauchgase 15
vorgesehen. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß die Vorrichtung 23 eine Lanze 19 aufweist, die im Flammrohr
11 hin- und herbewegbar ist und durch die das Reduktionsmittel, beispielsweise Harnstoff in wässriger
Lösung, unmittelbar in die Flamme 20 des Brenners 21 entgegen die Rauchgasströmung gesprüht werden kann. Das
Reduktionsmittel kann dabei durch eine entsprechende Kühleinrichtung der Lanze oder durch entsprechende vorherige
Kühlung, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist, gekühlt werden. Die Lanze 19 ist an dem dem Brenner 21
gegenüberliegenden Ende des Flammrohres 11 verschiebbar gelagert und kann durch einen Stellmotor 22 verfahren werden,
der in Abhängigkeit von der Kessellast gesteuert wird, um ein Einsprühen des Reduktionsmittels in dem gewünschten
Temperaturbereich, beispielsweise zwischen 800° und 85O0C,
des Flammrohres 11 zu ermöglichen.
Zur weiteren Reduzierung der Schadstoffe kann vorgesehen werden, daß dem Reduktionsmittel oder dem Brennstoff ein
Neutralisationsmittel zur Neutralisation des Schwefeltrioxids zugesetzt wird. Diese Maßnahme ist in der Zeichnung der
Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Im zweiten Kesselzug 12 ist eine Katalysatoranordnung 24 vorgesehen, um eine weitere Reduzierung des Stickoxidgehaltes
nach dem SCR-Verfahren zu ermöglichen. Die Katalysatoranordnung 24 besteht aus mehreren
Katalysatorelementen 25, die jeweils in den einzelnen Wärmeaustauscherrohren 14 angeordnet sind. Wie insbesondere
aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich, weist ein Katalysatorelement 25 ein als Drahtrohrgeflecht ausgebildetes
Trägerelement 26 auf, auf dem eine Vielzahl von Katalysatorpartikeln 2 7 angeordnet sind.
Die Drahtrohre 26 weisen hier etwa den halben Innendurchmesser des Wärmeaustauscherrohres 14 auf. Die
Katalysatorpartikel 27 können zum Beispiel Zeolithkristalle, beispielsweise des Typs Cu-ZSM5, sein. Bei der Verwendung von
Zeolith auf einem Drahtrohrgeflechtes hat sich gezeigt, daß eine Menge von etwa 3,5 bis 3 0 Gew.-% je nach
Aufgabenstellung ausreichend ist. Das Drahtrohr kann eine Länge von beispielsweise 400 - 600 mm haben und aus einem
Edelstahlgeflecht bestehen, das eine Drahtdicke von 25 - 35 &mgr;&tgr;&eegr; und eine Maschenweite von etwa 25 - 35 &mgr;&pgr;&igr; aufweist.
Das Trägerelement 2 6 weist mehrere, im axialen Abstand zueinander angeordnete Sätze 28 von Abstandshaltern 29 auf,
um das rohrförmige Drahtrohrgeflecht in etwa mittig in einem
Wärmeaustauscherrohr 14 zu halten. Ein Satz 28 von Abstandshaltern weist je nach Ausführungsform drei (Fig. 3)
oder vier (Fig. 4) Abstandshalter 29 auf, die radial nach außen weisen und mit ihren freien Enden 3 0 an der
Innenwandung 31 des Wärmeaustauscherrohres 14 anliegen.
Die Abstandshalter 29 können dabei elastisch ausgebildet und so bemessen sein, daß im Zusammenwirken mit dem im
allgemeinen elastischen Drahtrohrgeflecht das Trägerelement 2 6 unter Vorspannung reibschlüssig im Wärmeaustauscherrohr
gehalten wird. Zum einen können dadurch die Trägerelemente 2 6 und somit die wirksamen Katalysatoren in
Rauchgasströmungsrichtung verschoben werden. Zum anderen wird ein fester Halt des Trägerelementes 2 6 in dem
Wärmeaustauscherrohr 14 gewährleistet.
Die Anordnung der Trägerelemente 26 im Rauchgasstrom ist durch die Verschiebbarkeit beliebig. Insbesondere kann
vorgesehen werden, daß die Trägerelemente 2 6 jeweils in verschiedenen Wärmeaustauscherrohren 14 unterschiedlich weit
eingeschoben werden und/oder unterschiedlich weit in die betreffende Wendekammer hineinragen. So kann vorgesehen
werden, daß die in der Zeichnung unteren Trägerelemente 26 des zweiten Kesselzuges 12 weiter in die Rohre eingeführt
sind, während die oberen weiter in die Wendekammer 17 hineinragen. Somit läßt sich ein Profil von in der
Wendekammer 17 vorhandenen Trägerelemente. 26 derart aufbauen, daß der Druckverlust für alle durch die einzelnen
Wärmeaustauscherrohre geführte Teilströme des Rauchgases in etwa gleich ist.
Ferner kann vorgesehen werden, daß die unteren Trägerelemente kürzer als die oberen Trägerelemente sind. Damit kann
erreicht werden, daß die Teilströme des Rauchgases jeweils über eine gleich große Katalysatoroberfläche hinwegstreichen.
Dies wird dadurch erreicht, daß die unteren Teilströme noch teilweise die in die betreffende Wendekammer hineinragenden
freien Enden 34 der Trägerelemente 26 umspülen und dort ebenfalls noch eine Redaktion erfolgt. Hiermit kann die
insgesamt einzubringende Katalysatormenge optimal angepaßt werden.
Grundsätzlich ist es zweckmäßig, wenn das Trägerelement 26 als Drahtrohrgeflecht ausgebildet ist, auf dem die einzelnen
Katalysatorpartikel 27 angeordnet sind. Dadurch kann eine effektive Umspülung der Katalysatoroberfläche mit dem
Rauchgas erreicht werden. Es sind natürlich auch andere Trägerelemente, beispielsweise streifenförmiges Bänder aus
Drahtgeflecht, einfache Stangen, Blechbänder oder Rohre aus Vollmaterial und dergleichen möglich. Es muß jedoch stets
darauf geachtet werden, daß zum einen der Druckverlust und eine Verringerung des Strömungsquerschnittes durch den
eingebauten Katalysator so gering wie möglich gehalten wird. Zum anderen muß gewährleistet sein, daß die einzelnen
Katalysatorpartikel ausreichend in Kontakt mit dem Rauchgas kommen, um die Reduktion zu ermöglichen.
Die einzelnen Katalysatorelemente 27 können hierbei gleichmäßig auf der Oberfläche des Trägerelementes 26
verteilt sein. Auch ist es vorteilhaft, die Katalysatorpartikel 27 sowohl auf der Innenseite 32 des als
auch auf der Außenseite 33 des Trägerelementes anzuordnen. Grundsätzlich kann aber auch eine ungleichmäßige Verteilung
der Katalysatormenge vorgesehen werden, um in Richtung der
Rauchgasströmung jeweils die erforderliche Katalysatormenge zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Auslegungsbeispiels näher erläutert. Eine Schwerölfeuerung
eines Flammrohr-/Rauchrohrkessels produziert eine Rauchgasmenge von 12.000 m3 n/h mit einem Wassergehalt von 11
Vol.-%. Die 02-Konzentration im Rauchgas beträgt 3 Vol-%. Das
Rauchgas enthält weiterhin 1.600 mg/m3 SO2 und 50 mg/m3 SO3.
Die Feuerung emittiert außerdem Stickoxide mit einer Konzentration von 750 mg/m3 n im Rauchgas. In der SNCR-Vorrichtung
werden 20 kg/h eines Reduktionsmittels, das Harnstoff in einer Konzentration von 40% und Magnesium als
Neutralisationsmittel in einer Konzentration vom 0,8 % enthält mit 100 kg/h Wasser vermischt und mittels einer
Zweistoff düse, die mit 10 kg/h Luft und einem Druck von 3,2 bar betrieben wird, in das Flammrohr eingesprüht. Die
Temperatur beträgt im Bereich der Einführstelle etwa 85O0C.
Am Eintritt des Rauchgases in den zweiten Zug hinter der SNCR-Stufe beträgt die NOx-Konzentration 450 mg/m3 und die
NH3-Konzentration 115 mg/m3 n. Die SO3-Konzentration beträgt 20
mg/m . Der zweite Kesselzug besteht aus 3 00 Rohren mit einem Innendurchmesser von 57 mm, durch die das Rauchgas geführt
wird und sich von 8000C auf 3500C abkühlt. Die einzelnen
Katalysatorelemente der Katalysatoranordnung bestehen aus einem Drahtrohrgeflecht mit einem Durchmesser von 40 mm und
einer Länge von 600 mm. Die Katalysatorelemente sind so in die Wärmeaustauscherrohre eingeschoben, daß sie etwa 2 00 mm
aus dem Wärmeaustauscherrohr in die zweite Wendekammer hineinragen. Am Eintritt des Rauchgases in den dritten
Kesselzug beträgt die NOx-Konzentration 150 mg/m3 und die NH3-Konzentration
5 mg/m3 n.
Es ist offensichtlich, daß mit einer derartigen Katalysatoranordnung ein einfacher Einbau einer SCR-Stufe in
einer Kesselanlage möglich ist. Insbesondere ist es aber ohne weiteres möglich, bereits bestehende Kesselanlagen,
beispielsweise Dreizugkessel, mit einer SCR-Stufe nachzurüsten, ohne daß ein aufwendiger Umbau des
Kesselgehäuses oder der Rauchgasführung erforderlich wird.
10 Dreizugkessel
11 1. Kesselzug (Flammrohr)
12 2. Kesselzug
13 3. Kesselzug
14 Wärmeaustauscherrohr
15 Rauchgas
16 erste Wendekammer
17 zweite Wendekammer
18 ' Kamin
19 Lanze
20 Flamme
21 Brenner
22 Stellmotor
23 SNCR-Vorrichtung
24 Katalysatoranordnung
25 Katalysatorelement
26 Trägerelement
27 Katalysatorpartikel
28 Satz von Abstandshaltern
2 9 Abstandshalter
3 0 freies Ende
31 innere Oberfläche
3 2 Innenseite
3 3 Außenseite
34 freies Ende
Claims (17)
1. Katalysatoranordnung (24) für die Schadstoffreduzierung
von Rauchgasen eines Rauchrohrkessels {10), bei dem das Rauchgas durch Wärmeaustauscherrohre (14) geführt wird,
insbesondere für die Rauchgasentstickung eines Dreizugkessels, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator
(27) auf wenigstens einem Trägerelement (26) angeordnet ist, das zumindest teilweise in wenigstens ein
Wärmeaustauscherrohr (14) einführbar ist.
2. Katalysatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (26) als
Drahtrohrgeflecht ausgebildet ist.
3. Katalysatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Trägerelementes (26) etwa dem 0,50- bis 0,90-fachen des Innendurchmessers des
Wärmeaustauscherrohres (14) entspricht.
4. Katalysatoranordnung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Trägerelementes (2 6) etwa dem 0,65- bis 0,80-fachen des Innendurchmessers des
Wärmeaustauscherrohres (14) entspricht.
5. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (2 6)
verschiebbar in dem Wärmeaustauscherrohr (14) gehalten wird.
6. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 'dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (26) über
wenigstens zwei radial nach außen weisende Abstandshalter
(29) im wesentlichen mittig in dem Wärmeaustauscherrohr (14)
gehalten wird.
* &Idigr; i &idigr; t &idigr; * i »· ···
7. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (29) elastisch
ausgebildet sind, um das Trägerelement (26) unter Vorspannung reibschlüssig in dem Wärmeaustauscherrohr (29) zu halten.
8. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente (26) für verschiedene Wärmeaustauscherrohre (14) des Kessels
unterschiedliche Längen aufweisen, um den Druckverlust auszugleichen.
9. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente (26) für verschiedene Wärmeaustauscherrohre (14) unterschiedlich weit
in die Wärmeaustauscherrohre (14) eingeführt sind.
10. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (27) aus
Zeolithkristallen besteht.
11. Dreizugkessel (10) mit einer Katalysatoranordnung (24) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die
Katalysatoranordnung in Strömungsrichtung des Rauchgases zumindest im hinteren Drittel des zweiten Kesselzuges (12)
angeordnet ist.
12. Dreizugkessel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoranordnung zumindest teilweise in die 2.
Wendekammer (17) hinter dem 2. Kesselzug (12) hineinragt.
13. Dreizugkessel nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoranordnung in
Strömungsrichtung des Rauchgases zumindest im vorderen Drittel des 3. Kesselzuges (13) angeordnet ist.
14. Dreizugkessel nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoranordnung zumindest
' &idigr; &iacgr; &Igr; &idigr; · * &idigr; ♦ t ···
teilweise in die 2. Wendekammer (17) vor dem 3. Kesselzug (13) hineinragt.
15. Dreizugkessel nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trägerelemente (26) mit dem Katalysator für verschiedene Rohre (14) eines Kesselzuges
(12, 13) unterschiedlich lang und/oder unterschiedlich weit in ein Wärmeaustauscherrohr (14) eingeführt und/oder
unterschiedlich weit in eine Wendekammer (17) hineinragen.
16. Dreizugkessel nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Flammrohr (1. Kesselzug 11) eine
Vorrichtung (23) zum Einführen eines Reduktionsmittels vorgesehen ist, um den NOx-Gehalt nach der selektiven
nichtkatalytischen Reduktion abzubauen und um Ammoniak für die durch die Katalysatoranordnung (24) bewirkte selektive
katalytische Reduktion freizusetzen.
17. Dreizugkessel nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (23) so ausgebildet ist,
gekennzeichnet, daß die Reaktion des Reduktionsmittels mit den Stickoxiden bezüglich des Ortes und des
Temperaturbereiches und der Menge in Abhängigkeit von der Kessellast erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29602928U DE29602928U1 (de) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | Katalysatoranordnung, insbesondere für einen Dreizugkessel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29602928U DE29602928U1 (de) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | Katalysatoranordnung, insbesondere für einen Dreizugkessel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE29602928U1 true DE29602928U1 (de) | 1996-05-09 |
Family
ID=8019723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29602928U Expired - Lifetime DE29602928U1 (de) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | Katalysatoranordnung, insbesondere für einen Dreizugkessel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE29602928U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202010009380U1 (de) | 2010-06-22 | 2010-11-04 | Nmt Normotec Systemelemente Gmbh | Verbrennungsvorrichtung |
-
1996
- 1996-02-20 DE DE29602928U patent/DE29602928U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202010009380U1 (de) | 2010-06-22 | 2010-11-04 | Nmt Normotec Systemelemente Gmbh | Verbrennungsvorrichtung |
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