DE3637861A1

DE3637861A1 - Vorrichtung zum katalytischen entsticken von rauchgasen

Info

Publication number: DE3637861A1
Application number: DE19863637861
Authority: DE
Inventors: Willi Steffens
Original assignee: LENTJES AG
Current assignee: LENTJES AG
Priority date: 1986-11-06
Filing date: 1986-11-06
Publication date: 1988-05-19

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kataly tischen Entsticken von Rauchgasen, bei der im Rauchgaszug eines Feuerungskessels in Reihe eine von mindestens zwei Stufen eines Speisewasservorwärmers, ein Entstickungsreak tor und ein Luftvorwärmer angeordnet sind.

Beim Verbrennen fossiler Brennstoffe enthält das Rauchgas neben Schwefeldioxyd auch Stickoxyde, die zu etwa 96 Vol.-% aus Stickstoffmonoxyd und zu etwa 5 Vol.-% aus Stickstoffdi oxyd bestehen und nach den gesetzlichen Vorschriften zur Reinerhaltung der Luft bis zu einem festgelegten Restgehalt aus dem Rauchgas entfernt werden müssen. Dies ist u.a. im Wege einer selektiven katalytischen Reduktion mit einem Ammoniak/Luft-Gemisch möglich, bei der die Stickoxyde mit Hilfe eines Katalysators in Anwesenheit von Sauerstoff zu molekularem Stickstoff und Wasserdampf umgesetzt werden. Der für die Umsetzung der Stickoxyde erforderliche Sauer stoff ist mit etwa 3 bis 8 Vol.-% im Rauchgas ausreichend enthalten. Probleme ergeben sich jedoch hinsichtlich der Reaktionstemperatur; denn nur im Temperaturbereich von etwa 300 bis 400°C läßt sich ein hinreichend hoher Reduktions grad, d.h. ein Rauchgas mit dem gesetzlich vorgeschriebenen Höchstgehalt an Stickoxyden erreichen. Während es bei Vollastbetrieb zumeist keine Schwierigkeiten bereitet, die notwendige Reaktionstemperatur in dem im Rauchgaszug hinter dem Speisewasservorwärmer angeordneten Entstickungsreaktor einzustellen, kommt es bei Teillastbetrieb mit Lasten unter etwa 50% häufig zu einer Unterschreitung der für die kataly tische Entstickung erforderlichen Mindesttemperatur von etwa 300°C und demgemäß zu einer nicht ausreichenden Ent stickung des Rauchgases sowie zum Entstehen von Ammonium salzen, die sich an der Katalysatoroberfläche abscheiden und die Wirksamkeit des Katalysators beeinträchtigen.

Um dem zu begegnen, wird bei einem in der deutschen Offen legungsschrift 33 32 663 beschriebenen Verfahren das im Speisewasservorwärmer abgekühlte Rauchgas wieder erhitzt bzw. dem Rauchgas vor dem Katalysator Heißgas beigemischt, dies kann über eine By-Pass-Leitung unter Umgehung des Speisewasservorwärmers mit Hilfe von direkt aus dem Feue rungsraum stammenden heißen Rauchgases geschehen, ist je doch bei Schwachlastbetrieb mit einem höheren Brennstoffver brauch verbunden und daher unwirtschaftlich.

In ähnlicher Weise vermindert ein schwächeres Erwärmen des Speisewassers im Speisewasservorwärmer und ein Anheben der Speisewasserendtemperatur mittels Heißdampfes vor dem Ein tritt in den Kessel den Kesselwirkungsgrad, so daß sich der Brennstoffverbrauch entsprechend erhöht.

Ein weiterer Vorschlag geht dahin, den Speisewasservorwär mer zu verkleinern und demgemäß den Temperaturabfall des Rauchgases im Speisewasservorwärmer zu verringern. Das be dingt jedoch eine entsprechend höhere Rauchgastemperatur hinter dem Entstickungskatalysator bzw. ein zu hohes Wärme angebot im Rauchgas-Luftvorwärmer und damit eine Überhit zung der Verbrennungsluft.

Die vorerwähnten Schwierigkeiten lassen sich mit Hilfe ei nes zweistufigen Speisewasservorwärmers vermeiden, dessen erste Stufe hinter dem Entstickungsreaktor bzw. vor dem Rauchgas-Luftvorwärmer und dessen zweite Stufe in üblicher weise im Rauchgaszug hinter dem Kessel angeordnet ist. Bei Verwendung eines solchen zweistufigen Speisewasservorwär mers ist die Wärmeaufnahme der zweiten Stufe so gering, daß sich im Entstickungsreaktor eine hinreichend hohe Rauchgas temperatur ergibt, die anschließend infolge der Wärmeaufnah me in der nachgeschalteten ersten Stufe des Speisewasservor wärmers so weit verringert wird, daß es im Luftvorwärmer nicht zu einer Überhitzung der Verbrennungsluft kommt. In diesem Falle beträgt beispielsweise die Rauchgastemperatur am Reaktoreintritt etwa 320°C und hinter der ersten Stufe des Speisewasservorwärmers bzw. am Luftvorwärmereintritt etwa 280°C, womit eine Verbrennungslufttemperatur von etwa 255°C am Luftvorwärmeraustritt bzw. Kesseleintritt gewähr leistet ist.

Die Anordnung der ersten Stufe des Speisewasservorwärmers zwischen Entstickungskatalysator und Luftvorwärmer ist je doch mit dem Nachteil verbunden, daß das beim katalytischen Entsticken entstehende Ammoniumbisulfat bei Wandflächentem peraturen von 150 bis 250°C auf den Kühlflächen der zweiten Stufe des Speisewasservorwärmers kondensiert und stark korrodierend wirkt. Die Sulfatkondensation führt in Abhän gigkeit von der Kondensatmenge zu einem erhöhten Druckver lust bei der Strömung des Rauchgases durch den Speisewasser vorwärmer und zu einer Verminderung des Wärmeaustauschs zwischen Rauchgas und Speisewasser.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähn ten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Vorrich tung zu schaffen, die einerseits einen hohen Reduktionsgrad beim Entsticken gewährleistet und andererseits ein Über hitzen der Verbrennungsluft vermeidet, ohne daß es dabei zu einer Korrosion der Kühlflächen des Speisewasservorwärmers kommt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem Ver fahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß eine von mindestens zwei Stufen, vorzugsweise die erste Stufe eines zweistufigen Speisewasservorwärmers in der Verbrennungsluft leitung zwischen dem Rauchgas-Luftvorwärmer und dem Kessel angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich infolge der geringeren Wärmeaufnahme in der zweiten Stufe des Speisewas servorwärmers am Kesselaustritt auch bei Schwachlast eine hinreichend hohe Rauchgastemperatur am Reaktoreintritt, allerdings auch eine im Hinblick auf die gewünschte Verbren nungslufttemperatur zu hohe Rauchgastemperatur am Luftvor wärmereintritt. Im Luftvorwärmer wird die Verbrennungsluft daher zunächst überhitzt; dem kommt jedoch insofern keine Bedeutung zu, als die Lufttemperatur infolge der Wärmeauf nahme durch die zweite Stufe des Speisewasservorwärmers in der Verbrennungsluftleitung verringert wird. Demzufolge ge langt die Verbrennungsluft mit optimaler Temperatur in den Kessel und kommt es nicht zu einer Störung der Kesselthermo dynamik.

Zwar kondensiert bei der erfindungsgemäßen Anordnung der ersten Stufe des Speisewasservorwärmers das Ammoniumbisul fat an den Kühlflächen des Luftvorwärmers; das ist jedoch nicht so problematisch, weil diese Kühlflächen im Gegensatz zu den Kühlflächen eines Speisewasservorwärmers emailliert sein können und im wesentlichen glatt sind, so daß sie sich leichter reinigen lassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich nung als Schaltschema dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert:

Das den Feuerungsraum 1 eines Kessels 2 mit Verdampferflä chen 3 und einem Dampfüberhitzer 4 verlassende Rauchgas strömt hinter dem Kessel durch einen Rauchgaszug 5 zu einem Entstickungsreaktor 6 mit mehreren Katalysatorbühnen 7. Von dem Entstickungsreaktor 6 gelangt das Rauchgas durch einen Rauchgas Luftvorwärmer 8 über einen Elektrofilter 9 zu ei nem Rauchgaskamin. Mit Hilfe eines Gebläses 10 wird Verbren nungsluft durch den Luftvorwärmer 8 gedrückt und gelangt über eine Verbrennungsluftleitung 11 in den Feuerungsraum 1.

Eine Speisewasserleitung 12 führt zu der in der Verbren nungsluftleitung 11 angeordneten ersten Stufe 13 eines zwei stufigen Speisewasservorwärmers, dessen zweite Stufe 14 im Rauchgaszug 5 zwischen dem Kessel 1 und einem Sprühsystem 15 zum Eindüsen des Ammoniak/Luft-Gemischs für das katalyti sche Entsticken des Rauchgases angeordnet ist.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt sich im Rauchgaszug 5 hinter der zweiten Stufe 14 des Speisewas servorwärmers beispielsweise eine Rauchgastemperatur von 320°C ein, die beim Verlassen des Luftvorwärmers 8 etwa 130°C beträgt. Die Verbrennungslufttemperatur am Auslaß des Luftvorwärmers bzw. in Strömungsrichtung vor der ersten Stufe 13 des Speisewasservorwärmers beträgt in diesem Falle etwa 290°C; sie liegt damit für einen optimalen Kesselbe trieb zu hoch. Dem kommt jedoch keine Bedeutung zu, weil die Wärmeaufnahme der ersten Stufe 13 des Speisewasservor wärmers zu einer Verringerung der Verbrennungslufttemperatur am Kesseleintritt auf etwa 255°C führt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es somit, mit Hil fe eines geteilten Speisewasservorwärmers bzw. mit Hilfe einer Stufe des Speisewasservorwärmers die Verbrennungsluft temperatur am Kesseleintritt und mit Hilfe des restlichen Teils des Speisewasservorwärmers die Rauchgastemperatur am Reaktoreintritt unabhängig voneinander jeweils optimal ein zustellen, ohne daß dies auf Kosten der Lebensdauer der Kühlflächen des Speisewasservorwärmers geht und mit erhöh ten Investitionskosten verbunden ist. Dabei spielt es keine Rolle, ob die erste Stufe des Speisewasservorwärmers im Rauchgaszug oder in der Verbrennungsluftleitung zwischen dem Luftvorwärmer und dem Kessel angeordnet ist.

Claims

Vorrichtung zum katalytischen Entsticken von Rauchga sen, bei der im Rauchgaszug (5) eines Feuerungskessels (1) in Reihe eine von mindestens zwei Stufen (14) eines Speisewasservorwärmers (13, 14), ein Entstickungs reaktor (6) und ein Luftvorwärmer (8) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die eine Stufe (13) des Speisewasservorwärmers in der Verbrennungsluftlei tung (11) zwischen dem Luftvorwärmer und dem Kessel befindet.