DE3415682A1

DE3415682A1 - Verfahren zur no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts)-entfernung aus rauchgasen

Info

Publication number: DE3415682A1
Application number: DE19843415682
Authority: DE
Inventors: Ullrich Dr. 6450 Hanau Neumann; Manfred 8750 Aschaffenburg Weigel
Original assignee: Davy McKee AG
Current assignee: Davy McKee AG
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1985-10-31
Also published as: DE3415682C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur NO -Entfernung aus Rauchgasen durch selektive katalytische Reduktion unter Zugabe von Ammoniak nach erfolgter Rauchgasabkühlung und -entstaubung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur NO -Entfernung aus nicht entschwefelten Rauchgasen, die danach noch einer Entschwefelung, vorzugsweise einer Naßentschwefelung bei tiefen Temperaturen unterzogen werden.

Zur NO -Entfernung aus Rauchgas findet überwiegend die

selektive katalytische Reduktion des NO mit Ammoniak unter Bildung von elementarem Stickstoff bei Temperaturen von z.B. 300 bis 400 'C Anwendung. Um eine Wiederaufheizung der Rauchgase zu vermeiden, erfolgt die Reduktion nach Verlassen des Kessels ohne vorherige Entstaubung der Gase, d.h. bei Staubbeladungen in der Größenordnung von 20-60 g/Nn³. Bei Verwendung besonderer Katalysatoranordnungen (Parallelstrom-Katelysatorbett; bewegtes Katalysatorbett) ist die katalytische Reduktion trotz der hohen Staubbeladung möglich. Bei Rauchgasen aus Schmelzfeuerungen treten jedoch auf Grund der höheren NO -Gehalte und der speziellen, insbesondere abrasiven Eigenschaften des Staubes erhebliche Probleme auf, die sich in einer verminderten Lebensdauer und eineir· erhöhten Verbrauch des Katalysators (im allgemeiner, Vanadiumverbindungen auf einem Ti0₂ ^:-Träger) zeigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur NO -Entfernung aus Rauchgasen, insbesondere durch selektive kai;-lytische Reduktion des NO unter Zugabe von Ammoniak, zu schaffen, b-i dem der Reduktionskatalysator nicht oder nur in sehr geringer, MaSe

durch vom Rauchgas mitgeführten Staub beeinträchtigt wird, so daß die NO -Entfernung bei einer verlängerten Katalysatorlebensdauer und

mit verringerten Katalysatorverlusten möglich ist. Insbesondere soll ein Verfahren zur NO -Entfernung aus Rauchgas nach erfolgter Abkühlung-

und elektrostatischer Entstaubung geschaffen werden, bei dem die für die selektive katalytische Reduktidn erforderliche Wiedererwärmung des Rauchgases mit geringen Betriebs- und Investitionskosten möglich ist. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur NO -Entfernung aus Rauch-

gasen geschaffen werden, das nach der üblichen kraftwerkseitigen Rauchgasabkühlung und -entstaubung angewandt werden kann, so daß NO auch aus Rauchgasen einer bestehenden Kesselanlage, die auch schon mit einer Rauchgasentschwefelung ausgerüstet sein kann, entfernbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man die entstaubten Rauchgase vor der katalytischen NO'-Reduktion durch Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger in einer ersten Wärmeaustauschstufe erwärmt und nach erfolgter katalytischer Reduktion in einer zweiten Wärmeaustauschstufe durch Wärmeaustausch mit dem durch die beiden Stufen zirkulierenden Wärmeträger wieder abkühlt, die Temperatur der Rauchgase auf dem Wege von der ersten zur zweiten Wärmeaustauschstufe und/oder die Temperatur des Wärmeträgers auf dem Wege von der zweiten zur ersten Wärmeaustauschstufe durch Wärmezufuhr von außen weiter erhöht und die Temperatur des Rauchgases nach der zweiten Wärmeaustauschstufe und/oder die Tempera-, tür des Wärmeträgers auf dem Wege von der ersten zur zweiten Wärmeaustauschstufe durch Wärmeabgabe nach außen wieder herabsetzt. Die

EPO COPY

""^e- """ ^: "■■■ ■ 34 Ί 5682

Rauchgase, die nach der üblichen Abkühlung in einem Luftvorwärmer und elektrostatischer Entstaubung mit einem Staubgehalt in der Größenordnung von 50 mg/Nm³ und einer Temperatur oberhalb des Taupunktes von z.B. 150 ⁰C zur Verfugung stehen, werden durch einen Wärmeträger in der ersten Wärmeaustauschstufe erwärmt und in der zweiten Wärmeaustauschstufe wieder abgekühlt, wobei der Wärmeträger die in der zweiten Stufe vom Rauchgas abgegebene Wärme zur ersten Stufe transportiert und dort wieder auf das Rauchgas überträgt. Es erfolgt ein ständiger Wärmeflu3 im Kreislauf durch das Rauchgas und den Wärmeträger. Die Wärmezufuhr von außen hat im wesentlichen den Zweck, die für die Wärmeübergänge in der ersten und zweiten Wärmeaustauschstufe erforderlichen Temperaturdifferenzen zwischen den wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Medien zu schaffen. Die von außen zugeführte Wärme, die nur ein Bruchteil, z.B. 5 bis 25 % der in den Wärmeaustauschstufen übertragenen Wärme beträgt, wird aus dem in der zweiten Wärmeaustauschstufe wieder abgekühlten Rauchgas und/oder dem in der ersten Wärmeaustauschstufe wieder abgekühlten Wärmeträger zurückgewonnen. Die Wärmezufuhr kann z.B. durch einen Gasbrenner in der Rauchgasleitung oder durch Wärmeaustausch mittels Dampf oder heißerem Rauchgas erfolgen. Die Abkühlung des Rauchgases nach der zweiten Wärmeaustauschstufe erfolgt im wesentlichen wieder auf die Temperatur, mit der das NO -haltige Rauchgas in das erfindungsgemäße Verfahren eintrat. Da diese Temperatur, die beispielsweise bei 150 ⁰C liegen kann, oberhalb des Taupunktes ist. kann die gesamte Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in gewöhnlichem Stahl ausgeführt werden.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindu^gsgemä^er

Verfahrens erhöht man die Temperatur der Rauchgase zwischen der ersten Wärmeaustauschstufe und der katalytischen Reduktionsstufe auf die Eintrittstemperatur der Reduktionsstufe. Die Eintrittstemperatur der NO -Reduktion hängt von dem jeweiligen Katalysator ab und liegt im allgemeinen zwischen 300 und 400 ⁰C. Die Erhöhung der Temperatur des Rauchgases auf die Reduktionstemperatur kann beispielsweise durch Verbrennung von Erdgas in dem Rauchgasstrom erfolgen, v/obei bis zum Eintritt in die Reduktionsstufe für eine gute Mischung des Verbrennungsgases mit dem Rauchgas zu sorgen ist. Durch diese Brennerbeheizung oder ggfs. eine indirekte Rauchgasbeheizung kann auch die beim Anfahren der Anlage erforderliche Wärme zugeführt werden, und es ist eine Anpassung an die vom Katalysatortyp abhängige Reduktionstemperatur möglich, sofern die Austauschflächen der beiden Wärmeaustauschstufen genügend groß ausgelegt sind.

Vorzugsweise kühlt man die Rauchgase nach der zweiten Wärmeaustauschstufe und/oder den Wärmeträger auf seinem Wege von der ersten zur zweiten Wärmeaustauschstufe durch Dampferzeugung ab.· Auf diese Weise wird die dem Wärmekreislauf von außen zugeführte Wärme in nutzbarer Form zurückgewonnen. Es kann beispielsweise Sattdampf von 2,5 bar erzeugt werden, der bei einer nachgeschalteten Naßentschwefelung des Rauchgases zur Regeneration des Absorptionsmittels, z.B. einer NaHS0₃/Na₂S0₃-Lösung, dienen kann.

Vorzugsweise erwärmt man die entstaubten Rauchgase von einer Temperatur in dem Bereich von 120 bis 180 ⁰C, insbesondere 140 bis 160 °C, auf eine Reduktionstemperatur in dem Bereich von 220

EPO COPY

bis 420°C, insbesondere 300 bis 400 ⁰C, und kühlt die Rauchgase nach der NO -Reduktion um im wesentlichen die gleiche Temperatur-

spanne wieder ab. Es bedarf keiner Änderung in der Kraftwerksanlage einschließlich Rauchgaskühlung und -entstaubung. Bei einem Kraftwerk mit Rauchgasentschwefelung nach der Entstaubung kann das erfindungsgemäße Verfahren zwischen Entstaubung und Entschwefelung eingeschaltet werden.

Nach der bevorzugten Ausführungsform hält man die Temperatur des Wärmeträgers am Eintritt in die erste Wärmeaustauschstufe durch die Wärmezufuhr von außen um 10 bis 80 ⁰C, insbesondere um 20 bis 50 'C über der Rauchgastemperatur am Austritt dieser Wärmeaustauschstufe. Zweckmäßigerweise wird der Wärmeträger in den Wärmeaustauschstufen in Gegenstrom zum Rauchgas geführt. Als Wärmeträger setzt man vorzugsweise ein unter Normaldruck im Temperaturbereich von 140 bis 380 ^CC flüssiges Mittel ein. Der Wärmeträgerkreislauf kann in diesem Falle drucklos arbeiten. Geeignete Wärmeträgerflüssigkeiten sind in oer Technik bekannt. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine in dem genannten Temperaturbereich verdampfbare Wärmeträqerflüssigkeit einzusetzen. Darüber hinaus sind auch nichtflüssige Wärmeträger einsetzbar, z.B. fließfähige feste Wärmeträger. Schließlich kann die Wärme auch durch einen Drehwärmetauscher, insbesondere einen Ljungström-Regenerator, von dem heißen abströmenden Rauchgas auf das abgekühlte anströmende Rauchgas übertragen werden.

Zweckmäßigerweise setzt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein entstaubtes, nicht entschwefeltes Rauchgas ein, das man

EPO COPY

nach der NO -Entfernung auf die Temperatur der Naßentschwefelung abkühlt und dann entschwefelt. Diese weitere Abkühlung auf die Temperatur der Naßentschwefelung, die z.B. bei 50 bis 55 ⁰C liegen kann, muß im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Rauchgaskühlung nach der NO-Entfernung in korrosionsfesten Wärmeaustauschern erfolgen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 das Fließbild einer Anlage zur NO -Entfernung

aus Rauchgas nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Figur 2 das Fließbild einer Anlage zur NO -Entfernung aus Rauchgas nach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren mit anschließender Rauchgasentschwefelung.

Nach Figur 1 wird das in üblicher Weise in einem Lüftvorwärmer (nicht dargestellt) auf etwa 150 ⁰C abgekühlte und dann in einem Elektrofilter auf 50 mg/Nm³ entstaubte Rauchgas in einem ersten Wärmeaustauscher 1 durch eine in der Leitung 2 durch Pumpe 3 zirkulierte Wärmeträgerflüssigkeit auf 325 ⁰C erwärmt. Der Rauchgasstrom wird anschließend durch Erdgasverbrennung in dem Brenner 4 weiter auf 350 ^CC erwärmt und tritt mit dieser Temperatur in die summarisch dargestellte selektive katalytische Reduktionsstufe 5 ein. In der Stufe 5 tritt durch die Reaktionswärme eine weitere geringe Temperaturerhöhung des Rauchgases ein. Das von NO befreite Rauchgas wird an-

EPOCOPY £

schließend in dem zweiten Wärmeaustauscher 6 durch den in Leitung 2 zirkulierenden flüssigen Wärmeträger auf 180 ⁰C zurückgekühlt. Anschließend erfolgt eine weitere Abkühlung auf 150 ^CC in dem Dampferzeuger 7, der Sattdampf von 2,5 bar (128 ⁰C) liefert. Der überwiegende Teil der durch den Brenner 4 erzeugten Wärme wird so noch in nutzbarer Form zurückgewonnen.

Nach Figur 2 wird das in dem Luftvorwärmer (nicht dargestellt) auf etwa 150 ⁰C abgekühlte Rauchgas in dem Elektrofilter 8 weitgehend, d.h. auf einen Reststaubgehalt von etwa 40 mg/Nm³ entstaubt. Das Rauchgas wird dann von dem Gebläse 9 durch die angeschlossenen Gasreinigungsanlagen gedruckt, welche die selektive katalytische NO -Reduktionsstufe 5 und die Rauchgasentschwefelung 12 mit wässriger Na₂S0,-Lösung (Wellman-Lord-Verfahren) umfassen. Bei dieser Ausführungsform wird das Rauchgas bereits im ersten Wärmeaustauscher 1 auf die Eint>-ittstemperatur der NO -Reduktionsstufe 5, nämlich etwa 350 °C. erwägt. Die Stufe 5 umfaßt im wesentlichen die Eindüsung eines Ammoniak/Luft-Gemisches in den Rauchgasstrom und die anschließende katalytische Umsetzung von NO mit NH₃ unter Bildung von elementarem Stickstoff. Des dadurch geringfügig weiter erwärmte Rauchgas wird dann in dem zweiter Wärmeaustauscher 6 durch den in der Leitung 2 zirkulierenden flüssigen Wärmeträger von etwa 355 ⁰C auf 180 ^CC abgekühlt. Der Wärmeträge^r tritt in den Austauscher 6 mit 140 ⁰C ein und wird in ihm auf 3*' ^rC erwärmt. Die Temperatur des Wärmeträgers wird dann in der Austsuschstufe 10 durch überhitzten Dampf aus der kessel anlage auf 365 'C angehoben. In dem Austauscher 1 kühlt sich der Wärmeträger im Gene-^s ic ^- zum Rauchgas wieder auf 165 ⁰C ab; in dem Dampferzeuger 11 wire ^te-'

BAD ORIGINAL

EPQ COPY <Ά

weiterer Abkühlung auf 140 ⁰C Sattdampf von 2,5 erzeugt, der zur Regeneration der Absorptionslösung in der Rauchgasentschwefelungsanlage 12 eingesetzt werden kann. Das aus der zweiten Wärmeaustauschstufe 6 mit 180 ⁰C abströmende Rauchgas wird zunächst in dem Dampferzeuger 7 noch oberhalb seines Taupunktes auf etwa 150 ⁰C abgekühlt. Anschließend erfolgt die weitere Abkühlung des Rauchgasstroms auf die Eintrittstemperatur der Rauchgasentschweflungsanlage 12, z.B. auf 55 ^CC, in dem zweistufigen Wärmeaustauscher 13. Die dabei von dem Wärmeträgerkreis 15 aufgenommene Wärme wird in dem Wärmeaustauscher an das aus der Rauchgasentschwefelungsani age 12, z.B. einer Wellman-Lord-Anlage, kommende entschwefelte Gas übertragen. Das dabei auf 80 °C erwärmte Rauchgas wird dann an den Kamin 16 abgegeben.

Claims

Davy McKee AG 6000 Frankfurt Verfahren zur NO -Entfernung aus Rauchgasen Patentansprüche

1. Verfahren zur NO -Entfernung aus Rauchgasen durch selektive katalytische Reduktion unter Zugabe von Ammoniak nach erfolgter Rauchgasabkühlung und -entstaubung, dadurch gekennzeichnet, daß man die entstaubten Rauchgase vor der katalytischen Reduktion durch Wärmeaustausch mit einem Wärmeträger in einer ersten Wärmeaustauschstufe erwärmt und nach erfolgter katalytischer Reduktion in einer zweiten Wärmeaustauschstufe durch Wärmeaustausch mit dem durch die beiden Wärmeaustauschstufen zirkulierenden Wärmeträger wieder abkühlt, die Temperatur der Rauchgase auf .dem Wege von der ersten zur zweiten Wärmeaustauschstufe und/oder die Temperatur des Wärmeträgers auf dem Wege von der zweiten zur ersten Wärmeaustauschstufe durch Wärmezufuhr von außen weiter erhöht und die Temperatur des Rauchgases nach der zweiten Wärmeaustauschstufe und/oder die Temperatur des Wärmeträgers auf dem Wege von der ersten zur zweiten Wärmeaustauschstufe durch Wärmeabführung nach außen wieder herabsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man die Temperatur der Rauchgase zwischen der ersten Wärmeaustauschstufe und der katalytischen Reduktionsstufe auf die Eintrittstemperadieser Stufe weiter erhöht.

COPY jgß

3. Verfahren nach Anspruch 1 öder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als zirkulierenden Wärmeträger einen Drehwärmetauscher nach dem Ljungström-Prinzip einsetzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rauchgase nach der zweiten Wärmeaustauschstufe und/oder den Wärmeträger auf dem Wege von der ersten zur zweiten Wärmeaustauschstufe durch Dampferzeugung abkühlt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die entstaubten Rauchgase von einer Temperatur in dem Bereich von 120 bis 18 0 ⁰C auf eine Reduktionstemperatur in dem Bereich von 220 bis 420 C erwärmt und nach der Reduktion um im wesentlicher. die gleiche Temperaturspanne wieder abkühlt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet-, daß man die Temperatur des Wärrneträgers am Eintritt in die erste Wärmeaustauschstufe durch die 'Wärmezufuhr von außen um 10 bis 80 ⁰C über der Temperatur der Rauchgase am Austritt dieser Warmeaustauschstufe hält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Wärmeträger ein im Temperaturbereich von 140 bis 38C ⁰C unter Kormsl-

bru

druck flüssiges Mittel einsetzt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ein entstaubtes, nicht entschwefeltes Rauchgas einsetzt, das man nach der NO -Entfernung auf die Temperatur einer Naßentschwefelung abkühlt und dann entschwefelt.

EPO COPY M