DE3534845A1

DE3534845A1 - Verfahren zum reduzieren von stickoxiden im rauchgasstrom eines dampferzeugers und dampferzeuger insbesondere fuer dieses verfahren

Info

Publication number: DE3534845A1
Application number: DE19853534845
Authority: DE
Inventors: Roland Prof Dr Meyer-Pittroff; Gerald Dipl Ing Falgenhauer; Bert Dr Ing Rukes
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1987-04-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren von Stickoxiden NO_x im Rauchgasstrom eines mit fossilem Brennstoff wie Kohle oder Erdöl beschickten Dampferzeugers mit Reduziergas in Gegenwart eines Katalysators und einem Dampferzeuger insbesondere für dieses Verfahren.

Die Stickoxide NO_x im Rauchgasstrom des Dampferzeugers entstehen durch Oxidation des in der Verbrennungluft und im fossilen Brennstoff enthaltenen Stickstoffs. Zwar ist der Oxidationsgrad des in der Verbrennungsluft enthaltenen Stickstoffe abhängig von der Flammentemperatur im Feuerraum, auf den Oxidationsgrad des Stickstoffs im fossilen Brennstoff hat diese Flammentemperatur jedoch nahezu keinen Einfluß. Deshalb kann durch Wahl einer verhältnismäßig niedrigen Flammentemperatur im Feuerraum des Dampferzeugers beispielsweise durch Wirbelschichtfeuerung der Anteil der Stickoxide im Rauchgasstrom des Dampferzeugers nur in begrenztem Umfang herabgesetzt werden.

Als Reduziergas für Stickoxide im Rauchgasstrom eines Dampferzeugers kann Ammoniak NH₃ verwendet werden, das als Endprodukte des Reduktionsvorganges umweltneutrales N₂ und H₂O liefert. Das erforderliche Ammoniak fällt jedoch in den Kraftwerken, in denen Dampferzeuger betrieben werden, nicht an und muß deshalb z. B. in Kesselwagen herantransportiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Abtransport eines nicht im Kraftwerk anfallenden Reduziergases zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß als Reduziergas Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff verwendet werden.

Beide Reduziergase können in einem Kraftwerk kontinuierlich erzeugt werden. Kohlenmonoxid reagiert mit Stickstoffmonoxid, das 80 bis 90% der Stickoxide im Rauchgasstrom eines Dampferzeugers ausmacht, nach der chemischen Gleichung 2 NO+2 CO → N₂+2CO₂ und Wasserstoff nach der chemischen Gleichung 2 NO+2 H₂ → N₂+2 H₂O. Es ergeben sich also beide Male umweltneutrale Endprodukte.

Das Reduziergas kann günstigerweise durch unterstöchiometrisches Verbrennen von fossilem Brennstoff wie Kohle oder Erdöl gewonnen werden. Das unterstöchiometrische Verbrennen mit einem Luftverhältnis kleiner als 1 kann z. B. in einem Generator erfolgen, der durch eine abgesonderte, aber integrierte Verbrennungskammer im Feuerraum des Dampferzeugers gebildet ist und in der die Verbrennung des fossilen Brennstoffes mit gedrosselter Luftzufuhr abläuft, während die Verbrennung im restlichen Feuerraum des Dampferzeugers überstöchiometrisch betrieben wird.

Besonders geringer Einsatz an fossilem Reduktionsbrennstoff wird erzielt, wenn das Reduziergas durch Vergasen von fossilem Brennstoff wie Kohle oder Erdöl mit Wasserdampf gewonnen wird. Dieser Vergasungsvorgang verläuft endotherm, und die Energiezufuhr kann durch Verbrennen von fossilem Brennstoff erfolgen. Die Vergasungsprodukte sind hauptsächlich die erwünschten Reduktionsgase Kohlenmonoxid und Wasserstoff.

Beim erfindunsgemäßen Dampferzeuger ist vorteilhafterweise an einem Rauchgaszug ein Generator für das Reduziergas angeschlossen. Der Katalysator befindet sich im Rauchgaszug in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter der Anschlußstelle.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Dampferzeuger.

Fig. 2 zeigt den Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Regeleinrichtung zum Dampferzeuger nach Fig. 1.

Der Dampferzeuger nach Fig. 1 ist ein Durchlaufdampferzeuger mit einem Feuerraum 2, in dem sich nicht näher dargestellte Kohlebrenner befinden. Diesem Feuerraum 2 ist rauchgasseitig ein Rauchgaszug 3 nachgeschaltet. Feuerraum 2 und Rauchgaszug 3 haben eine gasdichte Wand 4, die aus miteinander verschweißten Rohren gebildet ist. Diese Wand 4 bildet im wesentlichen die Verdampferheizfläche des Durchlaufdampferzeugers.

Im Rauchgaszug 3 sind Überhitzerheizflächen 5 und 6, eine Zwischenüberhitzerheizfläche 7 sowie eine Economiserheizfläche 8 angeordnet. Am Rauchgaszug 3 ist über einen Luftvorwärmer 9 zum Vorwärmen der Verbrennungsluft für die Kohlebrenner im Feuerraum 2, über einen Elektrofilter 10 und eine Rauchgasentschwefelungsanlage 11 ein Saugzug 12 angeschlossen.

Im Rauchgaszug 3 in der Strömungsrichtung des Rauchgases gesehen sind die Hochdruckvorüberhitzerheizfläche 5, die Zwischenüberhitzerheizfläche 7, die Hochdruckendüberhitzerheizfläche 6 und die Economiserheizfläche 8 in dieser Reihenfolge nacheinander angeordnet. Zwischen der Hochdruckendüberhitzerheizfläche 6 und der Economiserheizfläche 8 mündet ein Zuführrohr 13 in den Rauchgaszug 3, das über einen Gaskühler 14 an einem Generator 15 für Reduziergas angeschlossen ist. Dieser Generator 15 kann entweder eine Vergasungsanlage zum Vergasen von Kohle (vergl. "Rohstoff Kohle", Verlag Chemie, Weinheim, New York, 1978, Seite 87 ff.) oder von Erdöl mit Wasserdampf oder ein Zusatzdampferzeuger zum unterstöchiometrischen Verbrennen von fossilem Brennstoff wie Kohle oder Erdöl mit einer eigenen Verdampferheizfläche sein. Das Zuführrohr 13 mündet zwischen der Hochdruckendüberhitzerheizfläche 6 und der Economiserheizfläche 8 an einer Stelle in den Rauchgaszug 3, an der das Rauchgas eine Temperatur im Bereich 500°C bis hinab zu 400°C hat, so daß das Kohlenmonoxid- und Wasserstoffgas des Reduziergases nicht mehr mit dem Restsauerstoff im Rauchgas reagieren kann.

Zwischen dem Elektrofilter 10 und der Rauchgasentschwefelungsanlage 11 ist im Rauchgaszug ein Katalysator 16 angeordnet, der mindestens ein Metall und/oder Metalloxid der Gruppe Pt, Rh bzw. CuO, CoO, V₂O₅ ist, das sich als Belag auf einem Träger aus Silizium-, Aluminium- und/oder Titanoxid befindet und das die chemische Reaktion zwischen dem Kohlenmonoxid bzw. dem Wasserstoff des Reduziergases mit den Stickoxiden NO_x im Rauchgas beschleunigt. Dieser Katalysator 16 kann auch an einer anderen Stelle im Rauchgaszug 3 in Strömungsrichtung des Rauchgases gesehen hinter der Mündungsstelle des Zuführungsrohres 13 angeordnet sein. Eine solche Stelle befindet sich beispielsweise zwischen der Mündungsstelle des Zuführungsrohres 13 und der Economiserheizfläche 8, wo in Fig. 1 gestrichelt ein Katalysator 16 angedeutet ist.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die im wesentlichen aus den Wänden 4 des Dampferzeugers nach Fig. 1 bestehende Verdampferheizfläche im Wasser-Dampf-Kreislauf eingangsseitig am Ausgang der Economiserheizfläche 8 und ausgangsseitig an einem Wasser-Dampf-Abschneider 17 angeschlossen. Vom Wasser-Dampf-Abschneider 17 führt eine mit einer Umwälzpumpe 18 versehene Speisewasserrückführleitung zum Eingang der Economiserheizfläche 8. Parallel zur Verdampferheizfläche 4 ist auch die im Generator 15 angeordnete Verdampferheizfläche 19 geschaltet. Am Dampfausgang des Dampf-Wasser-Abschneiders 17 ist die Hochdruckvorüberhitzerheizfläche 5 mit der durchströmungsmäßig in Serie geschalteten Hochdruckendüberhitzerheizfläche 6 angeschlossen. Ferner ist in Fig. 2 noch die Zwischenüberhitzerheizfläche 7 erkennbar. Die Economiserheizfläche 8 wird aus einem Speisewasserbehälter 20 mit einer Speisewasserpumpe 21 über zwei in Serie geschaltete Hochdruckvorwärmer 22 und 23 gespeist.

Wie Fig. 3 zeigt, ist dem Saugzug 12 nach Fig. 1 ein Schornstein 24 nachgeschaltet, in dem ein Meßfühler 25 für den Gehalt an Kohlenmonoxid und ein Meßfühler 26 für den Gehalt an Stickoxiden NO_x im durchströmenden Rauchgas vorhanden ist. Diese beiden Meßfühler 25 und 26 sind an einer Regeleinrichtung 27 zum Regeln des NO_x-Gehaltes im den Schornstein 24 durchströmenden Rauchgas angeschlossen. Dieser Regeleinrichtung 27 ist noch ein Grenzwertgeber 28 für den CO-Gehalt und ein Sollwertgeber 29 für den NO_x-Gehalt im den Schornstein 24 durchströmenden Rauchgas zugeordnet.

Das Zuführungsrohr 13 des Generators 15 für Reduziergas ist in Fig. 3 anders als in Fig. 1 zwischen dem Elektrofilter 10 und der Rauchgasentschwefelungsanlage 11 in den Rauchgaszug 3 geführt. Mit einer Kohleförderanlage 30 mit einer einen Stellmotor 31 aufweisenden Dosiereinrichtung 32 wird Kohle dem Generator 15 zugeführt. Dieser Generator 15 weist ferner eine Frischluftzuleitung 33 mit einer Meßvorrichtung 34 für den Frischluftdurchsatz auf, die sich zwischen dem Generator 15 und einem Zusatzfrischlüfter 35 befindet. Dieser Zusatzfrischlüfter 35 ist mit einem Stellmotor 36 versehen, der auf Lüftungsklappen 37 einwirkt, mit denen die Frischluftzufuhr zum Zusatzfrischlüfter 35 mehr oder weniger gedrosselt werden kann.

Dem Stellmotor 36 ist ein Luftmengenregler 38 zugeordnet, der unter Einwirkung der Regeleinrichtung 27 und der Frischluftdurchsatzmeßvorrichtung 34 steht. Durch mehr oder weniger starkes Drosseln der Frischluftzufuhr zum Generator 15 kann ein durch den Sollwertgeber 29 vorgegebener Gehalt an Stickoxiden im den Schornstein 24 verlassenden Rauchgasstrom eingehalten werden, ohne daß der Gehalt an Kohlenmonoxid in diesem Rauchgasstrom den durch den Grenzwertgeber 28 vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Claims

1. Verfahren zum Reduzieren von Stickoxiden NO_x im Rauchgasstrom eines mit fossilem Brennstoff wie Kohle oder Erdöl beschickten Dampferzeugers mit Reduziergas in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduziergas Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduziergas durch unterstöchiometrisches Verbrennen von fossilem Brennstoff wie Kohle oder Erdöl gewonnen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduziergas durch Vergasen von fossilem Brennstoff wie Kohle oder Erdöl mit Wasserdampf gewonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduziergas Rauchgas im Rauchgasstrom zugesetzt wird, das eine Temperatur im Bereich von 500°C bis hinab zu 400°C hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator mindestens ein Metall und/oder Metalloxid der Gruppe Pt, Rh bzw. CuO, CoO, V₂O₅ verwendet wird, das sich als Belag auf einem Träger aus Silizium-, Aluminium- und/oder Titanoxid befindet.

6. Dampferzeuger, insbesondere für ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Rauchgaszug (3) ein Generator (15) für das Reduziergas angeschlossen ist und daß sich der Katalysator (16) im Rauchgaszug (3) in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter der Anschlußstelle befindet.

7. Dampferzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (15) für das Reduziergas eine Vergasungsanlage zum Vergasen von Kohle oder Erdöl mit Wasserdampf ist.

8. Dampferzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (15) für das Reduziergas ein Zusatzdampferzeuger zum unterstöchiometrischen Verbrennen von fossilem Brennstoff wie Kohle oder Erdöl mit einer eigenen Verdampferheizfläche (19) ist.