DE3326100C2

DE3326100C2 - Verfahren und Anlage zum Vermindern der Stickoxydemission in Rauchgasen von Feuerungsanlagen

Info

Publication number: DE3326100C2
Application number: DE3326100A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Ferdinand Lentjes, Dampfkessel- und Maschinenbau, 4000 Düsseldorf
Current assignee: LENTJES AG 4000 DUESSELDORF DE
Priority date: 1983-07-20
Filing date: 1983-07-20
Publication date: 1987-02-05
Also published as: DE3326100A1; JPS60169007A

Abstract

Das Verfahren und die Anlage zum Vermindern der Stickoxydemissionen in Rauchgasen von Feuerungsanlagen weist eine erste, mit einem Luftüberschuß von z. B. 15% betriebene Feuerungsanlage und eine zweite Feuerungsanlage, in der eine Nachverbrennung im stöchiometrischen Bereich mit Verbrauch des Restsauerstoffs durchgeführt wird, auf. Die aus der zweiten Feuerungsanlage austretenden Rauchgase enthalten keinen freien Sauerstoff mehr, jedoch die Schadstoffe: unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyd, Stickoxyde, Schwefeldioxyd und Schwefeltrioxyd. Die erstgenannten Schadstoffe - unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyd und Stickoxyde - werden in einem multifunktionellen Katalysator zu Kohlendioxyd, Wasserdampf und Stickstoff umgesetzt. Der Schwefel wird aus den Rauchgasen in einer Rauchgasentschwefelungsanlage entfernt. Die katalytische Umsetzung der Stickoxyde erfolgt ohne Zusatzstoffe, so daß die Betriebskosten gering sind. Weiterhin sind die Investitionskosten nicht so hoch wie bei herkömmlichen Anlagen zum Vermindern der Stickoxydemissionen, da die erste Feuerungsanlage nur für eine thermische Leistung ausgelegt zu werden braucht, die 85% der geforderten Gesamtleistung entspricht, während die zweite Feuerungsanlage die restlichen 15% der benötigten thermischen Leistung liefert. Der Wirkungsgrad der Anlage erhöht sich dadurch, daß der Abgasstrom bei gleicher Gesamtwärmeleistung kleiner ist und die Abgasverluste reduziert sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermindern der Stickstoffemission im Rauchgas von Feuerungsanlagen, bei dem in einer ersten Verbrennungsstufe fester Brennstoff mit Luftüberschuß und in einer zweiten Verbrennungsstufe Brennstoff im stöchiometrischen Bereich mit dem Restsauerstoff der ersten Stufe verbrannt wird.
Bekannte derartige Verfahren und Anlagen arbeiten so, daß im Temperaturbereich zwischen 350°C und 400°C Ammoniak (NH₃) dem Rauchgas zudosiert und das Gemisch über Katalysatoren geleitet wird. Aus NO, NO₂, O₂, und NH₃ entsteht dann N₂ und H₂O. Die Kosten dieser bekannten Anlage zum Vermindern der Stickoxydemissionen liegen bei etwa 1/3 bis der Hälfte der schon sehr hohen Kosten für eine Rauchgasentschwefelungsanlage, die auf jeden Fall zusätzlich erforderlich ist, und auch die Betriebskosten sind wegen der begrenzten Standzeit der Katalysatoren hoch.
Bekannt ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 30 21 479 auch ein Verfahren zum dreistufigen Verbrennen von pulverisierter Kohle mit verringerter Stickoxydemission in einem Kessel, bei dem in einer ersten Verbrennungsstufe die Kohle mit Luftüberschuß verbrannt und in einer zweiten Verbrennungsstufe die Stickoxide in Anwesenheit von Kohlenstaub im Überschuß reduziert werden und in einer dritten Verbrennungsstufe mit Luftüberschuß eine vollständige Nachverbrennung stattfindet.
Der vorliegenden Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zum Vermindern der Stickoxydemissionen in Rauchgasen von Feuerungsanlagen, insbesondere Dampferzeugungsanlagen zu schaffen, die eine kostengünstige Beseitigung der Stickoxyde bei gutem Wirkungsgrad der Brennstoffverbrennung zu erreichen gestatten.
In den USA und Japan werden Kraftfahrzeuge schon seit Jahren mit Abgaskatalysatoren zur Verminderung der Stickoxydemissionen ausgerüstet, die sich millionenfach bei schwierigsten Betriebsbedingungen bewährt haben, die gute Thermoschockeigenschaften aufweisen, um den raschen Temperaturänderungen im Kraftfahrzeugabgas zu widerstehen, und die den durch die schnellaufenden Fahrzeugmotoren entstehenden Vibrationsbelastungen standhalten.
Des weiteren sind aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 37 198 polyfunktionelle Katalysatoren für eine nahstöchiometrische Nachverbrennung von Motorabgasen bekannt.
Um den Wirkungsgrad einer Feuerungsanlage hoch zu halten, ist grundsätzlich eine geringe Abgasmenge (geringer Luftüberschuß) und damit ein geringer Abgasverlust anzustreben.
Die besonderen Gegebenheiten der Verbrennung in Feuerungsanlagen sind darin zu sehen, daß insbesondere mit Kohlenstaub befeuerte Feuerungsanlagen üblicherweise mit einem Luftüberschuß von 15% bis 30% entsprechend einem Luftüberschußfaktor Lambda = 1,15 bis 1,30 arbeiten. Die aus der Kraftfahrzeugtechnik bekannten Abgaskatalysatoren können jedoch nur in der Nähe der stöchiometrischen Zusammensetzung der Abgase, in einem Bereich des Luftüberschußfaktors von 0,965 bis 1,01 arbeiten.
Die Lösung der vorerwähnten Aufgabe besteht nun darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß das Rauchgas der ersten Verbrennungsstufe entstaubt und in der zweiten Verbrennungsstufe fluider Brennstoff zugeführt wird, dessen Menge in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt des Rauchgases nach der zweiten Verbrennungsstufe auf eine nahstöchiometrische Verbrennung geregelt wird, und daß die Stickoxyde im Rauchgas der zweiten Verbrennungsstufe anschließend ohne den Zusatz von Chemikalien katalytisch reduziert werden.
Infolge der zweistufigen Verbrennung läßt sich der Sauerstoff in dem aus der ersten Verbrennungsstufe austretenden Rauchgas restlos umsetzen, so daß sich die aus der Kraftfahrzeugtechnik bekannten Abgaskatalysatoren zum Reduzieren der Stickoxyde verwenden lassen.
Die Aufteilung der in den Stufen erzeugten thermischen Leistung erfolgt vorteilhafterweise so, daß in der ersten Stufe bei einem Luftüberschuß von etwa 15% etwa 85% der erforderlichen thermischen Leistung und in der zweiten Stufe der Rest der thermischen Leistung erzeugt werden. Dies bedeutet, daß die erste Stufe in allen ihren Teilen nur entsprechend einer Leistung, die gleich 85% der gesamten geforderten Leistung ist, zu dimensionieren ist, so daß sich die Investitionskosten für die erste Stufe verringern. Weiterhin kann eine deutliche Wirkungsgradverbesserung erreicht werden, da wegen der insgesamt stöchiometrischen Fahrweise der Abgasstrom bei gleicher Gesamtwärmeleistung um den bei üblichen Feuerungsanlagen notwendigen Betrag des Luftüberschusses kleiner und der Abgasverlust entsprechend verringert wird. Hinzu kommt, daß eine verringerte Antriebsleistung für die Frischluft- und Saugzuggebläse erforderlich ist, da weniger Luft und Rauchgas zu fördern sind.
Die Regelung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Feuerungsanlagen erfolgt vorzugsweise so, daß die Brenstoffzufuhr in der ersten Stufe bei im wesentlichen gleichbleibendem Luftüberschuß in Abhängigkeit von der benötigten Leistung und die Brennstoffzufuhr zur zweiten Stufe in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt der Rauchgase geregelt wird. Dies bedeutet, daß bei einer Verminderung der benötigten Leistung die Brennstoffzufuhr und die Luftzufuhr zur ersten Stufe heruntergeregelt werden und daß dann nachfolgend die Brennstoffzufuhr zur zweiten Stufe so eingeregelt wird, daß der Sauerstoff in den Rauchgasen vollständig verbraucht wird.
Der Sauerstoffgehalt der Rauchgase wird vorzugsweise nach der zweiten Stufe mit Hilfe einer Lambda-Sonde gemessen.
Wenn die aus der ersten Stufe austretenden Rauchgase eine verhältnismäßig niedrige Temperatur von etwa 300° bis 350°C haben, erfolgt die Nachverbrennung in der zweiten Stufe vorteilhafterweise katalytisch.
In der ersten Stufe kann ein preiswerter aschehaltiger Brennstoff z. B. Kohlenstaub, verbrannt werden, da die Rauchgase danach entstaubt werden, um den Oxydationskatalysator und Reduktionskatalysator in der zweiten Stufe nicht zu beeinträchtigen. In der zweiten Stufe wird dann praktisch aschefreier Brennstoff, vorzugsweise Brenngas, verbrannt. Der Einsatz von Brenngas in der zweiten Stufe erfordert keine zusätzlichen Investitionen im Vergleich zu einer herkömmlichen, mit Kohlenstaub betriebenen Feuerungsanlage, da bei dieser stets eine Zündfeuerung, die in der Regel mit Erdgas oder aber auch mit Heizöl arbeitet, vorhanden ist. Selbstverständlich können auch andere fallweise vorteilhaftere Brenngase, wie z. B. Koksgas oder Vergasungsgas eingesetzt werden, und es kann sich als vorteilhaft erweisen, dafür einen separaten Kohlevergaser vorzusehen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Anlage weist eine erste, mit Luftüberschuß betriebene Verbrennungsstufe, eine zweite, den Restsauerstoff in den Rauchgasen der ersten Verbrennungsstufe verbrauchende zweite Verbrennungsstufe und einen Reduktionskatalysator für die Stickoxyde auf. Die Verbrennungsstufen können Teil eines Dampfkraftwerks sein oder aber für Prozeßdampferzeuger oder Fernheizanlagen eingesetzt werden.
Wenn der die erste Stufe bildende Kesselteil mit einer Kohlenstaubfeuerung versehen ist, muß ein heißliegender Entstauber für die Rauchgase im Rauchgasabzug angeordnet sein.
Der die zweite Verbrennungsstufe bildende Kesselteil weist im vom ersten Kesselteil kommenden Rauchgasstrom eine Brenngaszuführung, einen Oxydationskatalysator und einen Reduktionskatalysator auf. Ferner ist eine vom Dampfdruck abhängige Regelvorrichtung für die Kohlenstaubfeuerung und eine von einer zwischen dem Oxydationskatalysator und dem Reduktionskatalysator angeordneten Lambda-Sonde abhängige Regelvorrichtung für die Brenngaszufuhr vorgesehen.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines multifunktionellen, auf unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyd oxydierend und auf Stickoxyde reduzierend wirkenden Platin-Rhodium-Katalysators, wie er als Kraftfahrzeugabgaskatalysatoren bekannt ist. Es ist durchaus möglich, Kraftfahrzeugabgas-Dreiwege-Katalysatoren in einer großen Anzahl parallel zueinander anzuordnen, wodurch eine preisgünstige Möglichkeit gegeben ist, die Stickoxyde in Kraftwerksabgasen zu vermindern, da diese Kraftfahrzeugabgaskatalysatoren als Großserienteile preisgünstig herstellbar sind. In diesen multifunktionellen Dreiwegkatalysatoren werden gleichzeitig alle 3 Schadstoffkomponenten - Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyd und Stickoxyde - in CO₂, H₂O und N ₂ verwandelt, d. h. die Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxyd werden oxydiert, während die Stickoxyde reduktiv beseitigt werden.
Das Anspringverhalten der multifunktionellen Dreiwegkatalysatoren ist sehr gut und die in Kraftfahrzeugen bewiesene hervorragende Alterungsbeständigkeit ermöglicht lange Betriebszeiten. Das Gleiche gilt für den Oxydationskatalysator, der als Platin-Palladium-Katalysator ausgebildet ist. Vor diesem Oxydationskatalysator kann gegebenenfalls eine Zündhilfe in Form eines Zündbrenners zur Einleitung der Zündung angeordnet sein.
Nach dem Entstauber enthält das Rauchgas noch einen Staubanteil von maximal 50 mg/m³ (Normzustand). Dieser Reststaub kann sich über einen längeren Zeitraum auf denKatalysatoren und den benachbarten Wandflächen ablagern. Um diese Ablagerungen beseitigen zu können, sind vor, zwischen und/oder hinter den Katalysatoren angeordnete Reinigungsbläser vorgesehen.
Eine mit der erfindungsgemäßen zweistufigen Verbrennung versehene Dampfkesselanlage besteht aus einem mit Kohlenstaub befeuerten Kesselteil mit auf etwa 85% der erforderlichen Kesselleistung ausgelegten Speisewasservorwärmer-, Verdampfer- und Überhitzerheizflächengruppen, einer vor den Speisewasservorwärmerheizflächen angeordneten Bypass-Regelklappe für die Rauchgase und einer im Rauchgaskanal vor dem Eintritt der durch die Bypass-Regelklappe strömenden Rauchgase angeordneten Rauchgasregelklappe, einem daran anschließenden heißliegenden Elektrofilter als Entstauber, einem weiteren mit Brenngas beheizten Kesselteil mit auf etwa 15% der erforderlichen Kesselleistung ausgelegten Speisewasservorwärmer-, Verdampfer- und Überhitzerheizflächengruppen, einer am Eingang des Kesselteils angeordneten Brenngaszufuhr, einem nachgeschalteten Zündbrenner, einem Oxydationskatalysator und einem multifunktionellen Katalysator und einem von den Rauchgasen durchströmten, für die benötigte Verbrennungsluft und zusätzlich für den Rauchgasen nach Verlassen einer Rauchgasentschwefelungsanlage beigemischter erwärmter Luft ausgelegten Luftvorwärmer. Die Größe dieses Luftvorwärmers entspricht derjenigen einer herkömmlichen auf 100% der erforderlichen Leistung ausgelegten Dampfkesselanlage, so daß der bei der erfindungsgemäßen Dampfkesselanlage kleinere Abgasstrom tiefer abgekühlt wird. Es wird somit mehr Wärme aus den Abgasen zurückgewonnen, was zu einer Wirkungsgradverbesserung der Gesamtanlage führt. Da nur etwa 80% der durch den Luftvorwärmer geführten Frischluft für die Verbrennung des Kohlenstaubs und des Brenngases benötigt wird, läßt sich etwa 20% der erwärmten Luft abzweigen und den aus der Rauchgasentschwefelungsanlage austretenden kalten Rauchgasen zumischen. Auf diese Weise kann das Rauchgas, bevor es in den Kamin gelangt, auf die erforderliche Mindesttemperatur von z. B. ca. 90°C gebracht werden, ohne daß für die Wiedererwärmung der Rauchgase zusätzliche Energie aufgebracht werden muß.
Um unnötige Drosselverluste zu vermeiden, die dadurch bedingt sind, daß die Druckhöhe der Verbrennungsluft höher liegt als die Druckhöhe der den Rauchgasen nach Verlassen der Rauchgasentschwefelungsanlage zuzumischenden erwärmten Luft, wenn diese erwärmte Luft aus dem Gesamtstrom der durch den Luftvorwärmer geleiteten Luft abgezweigt wird, sind vorzugsweise getrennte Wege im Luftvorwärmer für die Verbrennungsluft und für die den Rauchgasen beizumischende Luft angeordnet, sowie dazugehörige getrennte Gebläse mit entsprechend angepaßter Leistung und Druckhöhe.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert, und es zeigt
Fig. 1 ein schematisches Blockbild einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Anlage,
Fig. 2 eine Darstellung einer Kraftwerksdampfkesselanlage mit erfindungsgemäßer zweistufiger Verbrennung und
Fig. 3 ein Schnittbild des in der Kraftwerksanlage gemäß Fig. 2 verwendeten zweiten Kesselteiles.
Das in Fig. 1 dargestellte Schema gilt für die in Fig. 2 dargestellte Dampferzeugungsanlage für ein Dampfkraftwerk. Prinzipiell ist eine Anlage nach dem Schema gemäß Fig. 1 jedoch auch als Prozeßdampferzeugungsanlage oder auch als Anlage zur Erzeugung von Fernwärme geeignet.
Einer ersten Feuerungsanlage 1 wird Brennstoff, z. B. als Kohlenstaub über eine Kohlenstaubzufuhr 2 zugeführt. Die Feuerungsanlage 1 wird, wie bei derartigen Feuerungsanlagen üblich, mit einem Luftüberschußfaktor λ gleich 1,15 betrieben. In der Feuerungsanlage 1 werden etwa 85% der benötigten thermischen Leistung erzeugt. Bei einem Dampfkraftwerk wird die Brennstoffzufuhr üblicherweise in Abhängigkeit vom Dampfverbrauch geregelt. Zu diesem Zweck ist ein Regler 3 vorgesehen, der über die Kohlenstaubzufuhr 2 den Dampfdruck in der Anlage konstant hält. Der zugeführte Kohlenstaub wird mit über einen Verbrennungsluftkanal 17 zugeführter vorgewärmter Verbrennungsluft verbrannt, und die Rauchgase gelangen über einen Rauchgaskanal 4 in einen Entstauber 5. Vom Entstauber 5 gelangen die noch etwa 3% Sauerstoff enthaltenden Rauchgase in eine zweite Feuerungsanlage 6 über einen Rauchgaskanal 7. In der zweiten Feuerungsanlage wird zusätzlicher, weitgehend aschefreier Brennstoff in einer solchen Menge zugeführt, daß der im Rauchgas noch vorhandene Sauerstoff vollständig verbraucht wird. Zu diesem Zweck ist am Eingang der Feuerungsanlage 6 eine Brenngaszufuhr 8 vorgesehen. Statt Brenngas kann jedoch ebensogut ein flüssiger Brennstoff, z. B. Heizöl, eingesetzt werden. Eine Lambda-Sonde 10 ist mit einem Regler 9 verbunden, der die zugeführte Brenngasmenge stets so einstellt, daß der gesamte noch im von der ersten Feuerungsanlage 1 kommenden Rauchgas enthaltene Sauerstoff verbraucht wird. Gegebenenfalls kann im Anschluß an die Brenngaszufuhr 8 ein ebenfalls mit Brenngas betriebener Zündbrenner 11 vorgesehen sein.
Die durch die geregelte Brenngaszufuhr erzeugte stöchiometrische Mischung aus Rauchgas mit Sauerstoff und Brenngas wird über einen Oxydationskatalysator 12 geleitet und verbrennt hier vollständig zu CO₂ und H₂O. Der Oxydationskatalysator ist vorzugsweise auf der Basis Platin-Palladium erstellt. Die Lambda-Sonde 10 ist nach dem Oxydationskatalysator 12 in einem Bereich, wo die Verbrennung des Brenngases abgeschlossen ist, angeordnet. Die im Rauchgas enthaltenen Schadstoffkomponenten - unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyd und Stickoxyde werden katalytisch in einem Reduktionskatalysator in Kohlendioxyd, Wasserdampf und Stickstoff umgewandelt. Hierzu ist der Reduktionskatalysator 13 als multifunktioneller Platin-Rhodium-Dreiwegkatalysator ausgebildet.
Entsprechend der in den Rauchgasen aus der ersten Feuerungsanlage 1 enthaltenen Sauerstoffmenge kann in der zweiten Feuerungsanlage 6 etwa 15% der gesamten thermischen Leistung erzeugt werden. Das sauerstofffreie Rauchgas aus der Feuerungsanlage 6 gelangt über einen Rauchgaskanal 14 in einen Luftvorwärmer 15. Durch diesen Luftvorwärmer wird durch ein erstes Gebläse 16 die für die Feuerungsanlage 1 und 6 benötigte Frischluft hindurchgefördert und über den Verbrennungsluftkanal 17 der ersten Feuerungsanlage 1 zugeführt. Ein weiteres Frischluftgebläse 18 fördert ebenfalls Luft durch den Luftvorwärmer 15, die über einen Frischluftkanal 24 abgeführt wird. Die Wege der mittels der Frischluftgebläse 16 und 18 durch den Luftvorwärmer 15 geförderten Luft sind so voneinander getrennt, daß keine Verbindung zwischen diesen Kanälen besteht, so daß die Frischluftgebläse 16 und 18 unabhängig voneinander mit verschiedenen Förderleistungen und Druckhöhen arbeiten.
Vom Luftvorwärmer 15 führt ein Rauchgaskanal 19 über ein Saugzuggebläse 20 und einen weiteren Rauchgaskanal 21 in eine Rauchgasentschwefelungsanlge 22. In dieser Rauchgasentschwefelungsanlge 22 werden die Rauchgase so stark abgekühlt, daß eine Wiedererwärmung vor Eingabe in einen Kamin 25 erforderlich ist. Zu diesem Zweck mündet der Mischluftkanal 24 in einen zwischen der Rauchgasentschwefelungsanlage 22 und dem Kamin 25 angeordneten Rauchgaskanal 23. Durch die hier zugeführte Mischluft werden die Rauchgase auf eine ausreichende Temperatur wiedererwärmt.
Eine Dampfkraftanlage zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Fig. 2 und 3 im einzelnen dargestellt. Die erste Feuerungsanlage wird durch ein Kesselteil 1 gebildet mit einer Kohlenstaubzufuhr 2 zur Brennkammer dieses Kesselteils 1. Der Kesselteil 1 ist in üblicher Weise mit Verdampferheizflächen 26, Überhitzerheizflächen 27 und Speisewasservorwärmerheizflächen 28 versehen. Oberhalb des Kesselteils 1 befindet sich eine Dampftrommel 29. Die Rauchgase werden aus dem Kesselteil 1 über den Rauchgaskanal 4 abgeführt. Eine Bypass-Regelklappe 30 für die Rauchgase erlaubt es, einen Teil der Rauchgase im Bereich zwischen den Überhitzerheizflächen 27 und den Speisewasservorwärmerheizflächen 28 in den Rauchgaskanal 4 zu leiten. Eine Rauchgasregelklappe 31 ist zu diesem Zwecke zusätzlich im Rauchgaskanal 4 vor der Einmündung der durch die Bypass-Regelklappe 30 strömenden Rauchgase angeordnet.
Die als Brennstoff benötigte Kohle wird über eine Bekohlungsanlage 32 einem Kohlebunker 33 zugeführt. Von diesem Kohlebunker 33 gelangt die Kohle in der jeweils benötigten Menge über Zuteiler 34 in Mühlen 35, von wo die Kohle als Kohlenstaub in die Kohlenstaubzufuhr 2 gelangt.
Im Rauchgaskanal 4 sind die Rauchgase auf etwa 330°C abgekühlt und durchströmen den als Elektrofilter ausgebildeten Entstauber 5. Im Elektrofilter 5 wird derFlugstaub abgeschieden bis auf einen Reingasstaubgehalt von maximal 50 mg/m³ ( Normzustand). Vom Elektrofilter 5 gelangen die Rauchgase durch einen Rauchgaskanal 7 in einen zweiten Kesselteil 6, der die zweite Feuerunganlage für die zweistufige Verbrennung enthält. Den Rauchgasen wird das Brenngas über die Brenngaszufuhr 8 in Form von über den gesamten Eintrittsquerschnitt des Kesselteils 6 angeordneten Verteilerrohren so zugeführt, daß eine gründliche Durchmischung der Rauchgase und des Brenngases erfolgt. Die zugeführte Brenngasmenge wird so geregelt, daß eine stöchiometrische Mischung mit dem Rauchgas erreicht wird. Dieses Gemisch verbrennt katalytisch beim Durchströmen des Oxydationskatalysators 12, wobei die Gastemperatur auf 680°C steigt, wenn als Brenngas Erdgas verwendet wird und der Restsauerstoffgehalt im vom ersten Kesselteil 1 kommenden Rauchgas 3% beträgt.
Bei diesen Temperaturen findet eine vollständige Umsetzung der einzelnen Gaskomponenten am aus Platin und Palladium bestehenden Oxydationskatalysator statt. Die Umsetzungstemperaturen sind für die einzelnen Gaskomponenten die folgenden:
H₂ bei unter 100°C, CO bei 20° bis 200°C, C₂ H ₂ bei 140° bis 240°C, C₂H₄ bei 175° bis 300°C usw. Selbst das am schwersten umzusetzende CH₄ wird im Bereich von 300° bis 450°C vollständig umgesetzt.
Am Austritt des Oxydationskatalysators 12 erfüllt das Rauchgas die Bedingungen, um im nachgeschalteten multifunktionellen Platin-Rhodium-Dreiwegkatalysator 13 behandelt zu werden. Hier werden gleichzeitig alle 3 Schadstoffkomponenten - unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyd und Stickoxyde - in CO₂, H₂O und N₂ verwandelt. Der multifunktionelle Katalysator 13 bewirkt somit eine Oxydation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds und eine Reduktion der Stickoxyde zu N₂.
Falls erforderlich, kann zur Einleitung der Zündung vor dem Oxydationskatalysator 12 , der an sich ein hervorragendes Anspringen und gutes Dauerstandverhalten aufweist, eine Zündhilfe in Form eines Zündbrenners 11 vorgesehen sein.
Die Notwendigkeit eines solchen Zündbrenners 11 hängt von der Rauchgastemperatur am Austritt des Kesselteils 1 ab. Diese Rauchgastemperatur kann durch kesselinterne Maßnahmen, z. B. über eine Bypass-Regelung mittels der Bypass-Regelklappe 30 und der Rauchgasregelklappe 31 über den gesamten Lastbreich auf die niedrigst zulässige Temperatur eingeregelt werden. Der Temperaturanstieg der Rauchgase im Oxydationskatalysator 12 wird weiterhin durch den Restsauerstoffgehalt im Rauchgas, d. h. durch den Luftüberschuß beim Betrieb des ersten Kesselteiles 1 beeinflußt.
Beim Austritt aus dem multifunktionellen Katalysator 13 ist der Rauchgasstrom vollständig ausgebrannt und enthält lediglich noch SO₂ und SO₃ als Schadstoffe. Dieses Rauchgas mit einer Temperatur von etwa 680°C wird nun im Kesselteil 6 mit Verdampferheizflächen 36, Überhitzerheizflächen 37 und Speisewasservorwärmerheizflächen 38 auf die prozeßintern gewünschte Rauchgastemperatur vor demEintritt in den Luftvorwärmer 15 abgekühlt. Der Kesselteil 6 ist über eine Dampfleitung 39 mit der Dampftrommel 29 und über eine Siedewasserleitung 40 mit einer nicht dargestellten Falleitung zur Dampftrommel 29 verbunden.
Über den Rauchgaskanal 14 gelangen die Rauchgase durch den Luftvorwärmer 15 hindurch und treten aus diesem mit einer Temperatur von 90°C in einen Rauchgaskanal 19 ein und werden mittels eines Saugzuggebläses 20 und eines Rauchgaskanals 21 in die Rauchgasentschwefelungsanlage 22 gefördert. Die vom Frischluftgebläse 16 geförderte Frischluft tritt in den Luftvorwärmer 15 mit etwa 45°C ein und wird im Luftvorwärmer 15 auf ca. 320°C erwärmt. Der größte Teil der durch den Luftvorwärmer 15 geförderten Frischluft gelangt über denVerbrennungsluftkanal 17 in die Brennkammer des ersten Kesselzuges 1, während ein kleiner Teil der erwärmten Frischluft über den Mischluftkanal 24 zum Rauchgaskanal 23 hinter der Rauchgasentschwefelungsanlage 22 gefördert wird und dort das die Rauchgasentschwefelungsanlage 22 verlassende Rauchgas auf 90°C wiedererwärmt. Die Abkühlung der Rauchgase im Luftvorwärmer 15 auf etwa 90°C ist durchführbar, ohne daß die gefürchteten Verkrustungen auftreten, da die Rauchgase praktisch staubfrei sind.

Claims

1. Verfahren zum Vermindern der Stickoxydemission im Rauchgas von Feuerungsanlagen, bei dem in einer ersten Verbrennungsstufe festerBrennstoff mit Luftüberschuß und in einer zweiten Verbrennungsstufe Brennstoff im stöchiometrischen Bereich mit dem Restsauerstoff der ersten Stufe verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas entstaubt und in der zweiten Stufe fluider Brennstoff zugeführt wird, dessen Menge in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt des Rauchgases nach der zweiten Stufe auf eine nahstöchiometrische Verbrennung geregelt wird, und daß die Stickoxyde im Rauchgas der zweiten Stufe anschließend ohne den Zusatz von Chemikalien katalytisch reduziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe ein Luftüberschuß von 15% eingestellt wird.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bei der in einer ersten Verbrennungsstufe fester Brennstoff mit Luftüberschuß und in einer zweiten Verbrennungsstufe Brennstoff im stöchiometrischen Bereich mit dem Restsauerstoff der ersten Stufe verbrannt wird, gekennzeichnet durch einen für den überwiegenden Teil der geforderten Leistung ausgelegten ersten Kesselteil (1) eines Dampfkraftwerks mit einer Kohlenstaubfeuerung (2), einer vom Dampfdruck abhängigen Regelvorrichtung (3) für die Brennstoffzufuhr der ersten Stufe, einen auf den Rest der geforderten Leistung ausgelegten zweiten Kesselteil (6) des Dampfkraftwerks mit einer vom Sauerstoffgehalt des Rauchgases abhängigen Regelvorrichtung (9) für die Brennstoffzufuhr der zweiten Stufe und einen im Rauchgasstrom nach der zweiten Stufe angeordneten Reduktionskatalysator (13) für Stickoxyde sowie einen heißliegenden Entstauber (5) für die Rauchgase im Rauchgasabzug (4, 7) des ersten Kesselteils.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kesselteil (6) eine Brenngaszufuhr (8) im vom ersten Kesselteil (1) kommenden Rauchgasstrom einen Oxydationskatalysator (12) und den Reduktionskatalysator (13) aufweist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sauerstoffgehalt der Rauchgase abhängige Regelvorrichtung (9) durch eine zwischen dem Oxydationskatalysator (12) und dem Reduktionskatalysator (13) angeordnete λ-Sonde (10) gesteuert, die Brenngaszufuhr (8) regelt.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen multifunktionellen Platin-Rhodium-Katalysator (13).

7. Anlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter Kraftfahrzeugabgas-Katalysatoren (13).

8. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch einen hinter der Brenngaszufuhr (8) angeordneten Zündbrenner (11).

9. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch vor, zwischen und/oder hinter den Katalysatoren (12, 13) angeordnete Reinigungsbläser (41).