DE3633214A1 - Rauchgasleitung mit einer einrichtung zur minderung der stickoxide - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rauchgasleitung mit einer Einrichtung zur Minderung der Stickoxide in Gegenwart eines Reduktionsmittels mit einer Staubfilteranlage, einer Rauchgasentschwefelungsanlage und einer Wärmetauscheranlage.

Es ist allgemein bekannt, die Rauchgase von Kraftwerksfeuerungsanlagen vor der Einleitung in den Kamin einer Staubfilteranlage, einer Rauchgasentschwefelungsanlage, einer Wärmetauscheranlage und einer Anlage zur Minderung der Stickoxide, auch DENOX-Anlage genannt, zuzuleiten, um den Emissionsbestimmungen gerecht zu werden. Dabei ist der Platzbedarf für diese zusätzlichen Anlagen beachtlich und bringt insbesondere bei der Nachrüstung bestehender Kraftwerksanlagen oft kaum oder gar nicht lösbare Probleme.

Darüber hinaus sind die DENOX-Anlagen, die die Stickoxide in Gegenwart eines Reduktionsmittels, wie NH₃ katalytisch reduzieren, in ihrer Aktivität stark temperaturabhängig. Bekannte DENOX-Anlagen entfalten ihre größte Aktivität bei Rauchgastemperaturen von 300-400°C. Das führt dazu, daß beim Anfahren der Verbrennungsanlage oder bei Laständerungen, wenn die Rauchgastemperatur nicht die erforderliche Höhe hat, vermehrt Stickoxide ausgestoßen werden. Außerdem besteht bei solchen DENOX-Anlagen immer die Gefahr, daß es in nachgeschalteten Wärmetauschern zwischen Ammoniakresten und den schwefeligen Rauchgasbestandteilen zur Bildung von Ammoniumsulfat oder Ammoniumbisulfat kommt, welche die Wärmetauscher mit der Zeit verkleben und zusetzen.

Um solche Probleme zu vermeiden, ist es bereits vorgeschlagen worden, die DENOX-Anlage in Strömungsrichtung der Rauchgase hinter der Rauchgasentschwefelungsanlage anzuordnen. Solche Konstruktionen erfordern aber einen zusätzlichen Aufwand für die Wiederaufheizung der Rauchgase nach der Rauchgasentschwefelungsanlage und für die Rückgewinnung der Abwärme der Rauchgase hinter der DENOX-Anlage.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie sich die Stickoxide in den Rauchgasen mit geringstmöglichem baulichen Aufwand vermindern lassen. Insbesondere sollte es dieser Weg ermöglichen, bestehende Kraftwerksanlagen mit möglichst geringem Aufwand mit einer DENOX-Anlage nachzurüsten. Diese Nachrüstung sollte auch bei bestehenden Kraftwerksanlagen mit beengten räumlichen Gegebenheiten möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen 2 bis 9 zu entnehmen.

Infolge der erfindungsgemäßen Verwendung einer Tuchfilteranlage zur Entstaubung der Rauchgase, bei der die Filterschläuche Katalysatormaterial enthalten, kann eine separate Entstickungsanlage eingespart werden. Die Stickoxide lassen sich so in der ohnehin vorhandenen Entstaubungsanlage abbauen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn die Filterschläuche mehrlagig ausgeführt sind und das Katalysatormaterial zwischen den Lagen deponiert ist. In diesem Fall kann die Schichtdicke des Katalysatormaterials der Strömungsgeschwindigkeit und somit der Wechselwirkungszeit mit dem Rauchgas angepaßt werden.

In Weiterbildung der Erfindung wäre es auch möglich, das Katalysatormaterial in das Gewebe der Filterschläuche einzuarbeiten. Diese Lösung vermeidet das Zusammenbacken des Katalysatormaterials und gibt sehr gleichmäßige Belegungen. Die Haftung des Katalysatormaterials am Gewebe läßt sich verbessern, wenn das Katalysatormaterial vor der Einarbeitung in das Gewebe mit einem Binder vermischt wurde.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann die Filteranlage vor der Rauchgasentschwefelungsanlage in die Rauchgasleitung eingebaut werden. Damit ist nicht nur der Vorteil verbunden, daß die größte Staubmenge vor der Rauchgasentschwefelungsanlage aus dem Rauchgas entfernt wird und somit die Rauchgasentschwefelungsanlage nicht mehr belastet. Vielmehr entfällt auf diese Weise auch die Wiederaufheizung der die Rauchgasentschwefelungsanlage mit ca. 65°C verlassenden Rauchgase auf die bei 350°C liegende Betriebstemperatur der DENOX-Anlage.

Wird die Filteranlage in besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung in Strömungsrichtung der Rauchgase nach der Wärmetauscheranlage eingebaut, so kann die Lastabhängigkeit des Entstickungsgrades wesentlich gesenkt werden. Denn wenn die Rauchgase die Verbrennungsanlage bei Mindestlast mit niedrigerer Temperatur als bei Vollast verlassen, so wird auch weniger Wärme den Rauchgasen in der der DENOX-Anlage vorgeschalteten Wärmetauscheranlage entnommen. D. h., die Temperaturdifferenz am Eingang der DENOX-Anlage wird geringer. Außerdem ist so die Gefahr der Zusetzung des Wärmetauschers durch Ammoniumsulfat oder Ammoniumbisulfat behoben, weil das Ammoniak in Strömungsrichtung erst hinter dem Wärmetauscher eingedüst wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand zweier in Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Rauchgasleitung mit einem der Entstaubungsanlage nachgeschalteten Wärmetauscher,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem Filterschlauch der Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen erfindungsgemäßen Rauchgasleitung mit einem der Entstaubungsanlage vorgeschalteten Wärmetauscher.

In der Fig. 1 ist die von einer angedeuteten Feuerungsanlage 1 zu einem Kamin 2 führende Rauchgasleitung 3 schematisch dargestellt. Sie enthält in Strömungsrichtung hintereinander eine Eindüsvorrichtung 4 für das Reduktionsmittel, eine Staubfilteranlage 5, einen Rauchgas-Luftvorwärmer 6, ein Saugzuggebläse 7, eine Rauchgasentschwefelungsanlage 8 und einen Wärmetauscher 9. Als Staubfilteranlage 5 ist eine Tuchfilteranlage verwendet, bei der die Filterschläuche 10 mehrlagig ausgebildet sind und das Katalysatormaterial 11 als Granulat zwischen den einzelnen Lagen 12, 13 der Filterschläuche deponiert ist.

Dieses Katalysatormaterial besteht im Ausführungsbeispiel aus den Verbindungen TiO₂, V₂O₃WO, MoO₃, die miteinander vermahlen, zusammen gesintert und anschließend nochmals zu einem Granulat vermahlen sind, das gröber ist als die Maschenweite des für die Filterschläuche verwendeten Gewebes.

Wie die Fig. 2 andeutet, ist dieses Granulat 11 zwischen jeweils zwei konzentrisch ineinander gesteckte Filterschlauchlagen 12, 13 eingefüllt. Um ein Kollabieren zu verhindern, sind in die Filterschläuche 10 hinein Abstandsringe 14 (nur einer dargestellt) und eine untere Verankerungsplatte 15 gespannt.

Beim Betrieb der Feuerungsanlage 1 wird den Rauchgasen auf ihrem Weg von der Feuerungsanlage 1 zum Kamin 2 zunächst in der Eindüsvorrichtung 4 ein Reduktionsmittel, im vorliegenden Fall NH₃ - es könnte aber auch CO sein - zugemischt. Diese mit NH₃ vermischten Rauchgase treten in die Staubfilteranlage 5 ein. An deren Filterschläuchen 10 wird nahezu aller Staub abgeschieden. Die die Filterschläuche 10 durchströmenden, weitgehend entstaubten Rauchgase und das ihnen beigemischte Reduktionsmittel durchströmen dabei aber zugleich auch das zwischen den Filterschlauchlagen 12, 13 deponierte granulierte Katalysatormaterial 11. An dessen katalytisch aktiven Oberfläche werden die Stickoxide in Gegenwart des Reduktionsmittels nach den Formeln

I4 NO+4 NH₃+O₂→4 N₂+6 H₂O II6 NO+4 NH₃→5 N₂+6 H₂O III2 NO₂+4 NH₃+O₂→3 N₂+6 H₂O IV6 NO₂+8 NH₃→7 N₂+12 H₂O

zu N₂+H₂O reduziert.

Das die Staubfilteranlage 5 verlassende, nahezu staub- und stickoxidfreie Rauchgas durchströmt anschließend den Rauchgasluftvorwärmer 6, in den es auf etwa 120°C abgekühlt wird und dabei seine überschüssige Wärme in Gegenstrom an die zur Verbrennungsanlage 1 strömende Frischluft abgibt. Die diversen Strömungswiderstände der in der Rauchgasleitung 3 eingebauten Anlagen werden durch das nachgeschaltete Saugzuggebläse 7 überwunden. Dieses drückt die Rauchgase in die Rauchgasentschwefelungsanlage 8. Dort werden die Rauchgase in bekannter Weise von den Schwefelverbindungen befreit und werden auch noch restliche Staubteilchen und überschüssiges NH₃ ausgewaschen, bevor das gereinigte Rauchgas in den Kamin 2 entlassen wird. Unmittelbar vor dem Kamin 2 wird das Rauchgas in einen Wärmetauscher 9 wieder auf ca. 120°C aufgeheizt, damit im Kamin der nötige Zug aufrechterhalten wird.

Die Fig. 3 zeigt eine andere von einer Feuerungsanlage 16 zu einem Kamin 17 führende Rauchgasleitung 18. An diese sind in Strömungsrichtung nacheinander ein Rauchgas-Luftvorwärmer 19, eine Eindüsvorrichtung 20 für das Reduktionsmittel, im vorliegenden Fall NH₃, eine Staubfilteranlage 21, ein Saugzuggebläse 22, eine Rauchgasentschwefelungsanlage 23 und ein Wärmetauscher 24 angeschlossen. In diesem Fall ist das Katalysatormaterial am Gewebe der Filterschläuche 25 verankert. Hierzu ist das Katalysatormaterial zuvor mit einem geeigneten Binder, wie z. B. Calciumaluminat, vermischt und auf das Gewebematerial aufgetragen worden. Das so beschichtete Filtergewebe ist dann auf ca. 400°C aufgeheizt und in die Staubfilteranlage 21 eingebaut worden.

Beim Betrieb dieser Feuerungsanlage 11 strömen in diesem Ausführungsbeispiel die heißen Rauchgase anders als beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 noch vor der Eindüsung des Reduktionsmittels - für das auch in diesem Fall NH₃ gewählt ist - in den Rauchgas-Luftvorwärmer 14 und gibt dort einen Teil seiner überschüssigen Wärme an die durch die Frischluftleitung 26 der Feuerungsanlage 11 zuströmende Frischluft ab. Weil dieser Rauchgas-Luftvorwärmer 19 anders als beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 nicht von NH₃ durchströmt wird, kann hier keine Verschmutzung mit Ammoniumsulfat oder Ammoniumbisulfat eintreten. Hinter dem Rauchgas-Luftvorwärmer wird in der Eindüsvorrichtung 20 das Reduktionsmittel, d. h. NH₃, in das hier auf ca. 320°C abgekühlte Rauchgas eingedüst und dieses NH₃-Rauchgasgemisch der Staubfilteranlage 21 zugeleitet. In der Staubfilteranlage wird der Staub abgeschieden und zugleich beim Durchströmen des Gewebes der Filterschläuche 25 an dem dort über einen Binder am Gewebe verankerten Katalysatormaterial die Stickoxide entsprechend den bereits eingangs genannten chemischen Gleichungen zu N₂ und H₂O reduziert. Aus der Staubfilteranlage 21 wird das Rauchgas über das Saugzuggebläse 22 herausgesaugt und in die Rauchgasentschwefelungsanlage 23 gedrückt. Dort wird das Rauchgas von Schwefelbestandteilen befreit. Zugleich werden dort restliche Staubteilchen und restliche NH₃-Mengen ausgewaschen. Das gereinigte Rauchgas wird dann über den Wärmetauscher 24, in dem es auf ca. 120°C wieder aufgeheizt wird, in den Kamin 17 entlassen.

Gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hat diese Bauweise den Vorteil, daß die Effektivität der katalytischen Reduktion der Stickoxide auch im Anfahrbereich und bei Minderlast relativ konstant ist, weil bei verminderter Rauchgastemperatur auch weniger Wärme über den Rauchgas-Luftvorwärmer 19 entnommen wird und die Rauchgastemperatur am Eingang der Staubfilteranlage 21 weniger stark schwankt.

Es ist ein besonderer Vorteil dieser beiden Lösungen, daß man bei Altanlagen mit Rauchgasentschwefelungsanlagen praktisch keine Umbauten vornehmen muß. Es genügt, in die in der Rauchgasleitung ohnehin vorhandene Staubfilteranlage Filterschläuche einzusetzen, die in der angegebenen Art mit Katalysatormaterial versehen sind. Lediglich die Eindüsvorrichtung, die relativ klein baut, ist zusätzlich in der Rauchgasleitung einzubauen.

Claims (9)

1. Rauchgasleitung mit einer Einrichtung zur Minderung der Stickoxide in Gegenwart eines Reduktionsmittels, einer Staubfilteranlage, einer Rauchgasentschwefelungsanlage und einer Wärmetauscheranlage, dadurch gekennzeichnet, daß zur Staubabscheidung eine Tuchfilteranlage (5, 21) verwendet ist, deren Filterschläuche (10, 12, 25) Katalysatormaterial (11) zur Reduktion von Stickoxiden enthalten.

2. Rauchgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschläuche (10) mehrlagig ausgeführt sind und das Katalysatormaterial (11) zwischen den Lagen deponiert ist.

3. Rauchgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatormaterial in das Gewebe der Filterschläuche (25) eingearbeitet ist.

4. Rauchgasleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatormaterial mit einem Binder vermischt am Gewebe des Filtermaterials (25) verankert ist.

5. Rauchgasleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Katalysatormaterial (11) einer Körnung verwendet ist, die etwa doppelt so groß ist wie die Maschenweite des verwendeten Gewebes.

6. Rauchgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubfilteranlage (5, 21) in Strömungsrichtung vor der Rauchgasentschwefelungsanlage (8, 23) eingebaut ist.

7. Rauchgasleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubfilteranlage (21) in Strömungsrichtung nach der Wärmetauscheranlage (19) eingebaut ist.

8. Rauchgasleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubfilteranlage (5) in Strömungsrichtung vor der Wärmetauscheranlage (6) eingebaut ist.

9. Rauchgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel in Strömungsrichtung unmittelbar vor der Staubfilteranlage (5, 21) eingedüst wird.