DE3642612C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mischungsintensiven Einbringen eines Reduktionsmittels, insbesondere von Ammoniak, in einem Abgasstrom zur katalytischen Entfernung von NO _X aus dem Abgas, die in einem Abgaskanal vor einem Katalysatorbett angeordnet ist, und die mindestens aus einer Querschnittsfläche des Abgaskanales über die ganze Kanalbreite und zueinander parallel angeordneten Düsenlanzen besteht, und wobei sich im Abgaskanal zueinander parallel angeordnete Strömungselemente befinden, die sich parallel zu den ihnen zugeordneten Düsenlanzen erstrecken und den Abgasstrom im Eindüsbereich der Düsenlanzen beeinflussen.

Eine solche Vorrichtung ist aus der Veröffentlichung "NO _X -Symposium Karlsruhe 1985" vom 21. und 22. Februar 1985 an der Universität Karlsruhe, Seite H 9 und H 13 bekannt. Diese Vorrichtung ist derart ausgestaltet, daß in zwei parallelen Querschnittsflächen eines zu einem Reaktor führenden Abgaskanales Düsenlanzen zum Einbringen von Ammoniak als Reduktionsmittel für die Minderung von NO _X im Abgas angeordnet sind. Als Reduktionsmittel kommen außer Ammoniak auch ammoniakalische Lösungen und Ammoniak-Vorstufen in Frage. Die Düsenlanzen liegen dabei in einer Ebene parallel zu einander. Ihre Lage in einer Querschnittsfläche ist gegenüber der anderen um 90° verdreht. Trotz des hohen apparativen Aufwandes bezüglich des Einbringens des Reduktionsmittels bestehen in verfahrensmäßiger wie auch konstruktiver Hinsicht Probleme. Ein häufig auftretendes verfahrenstechnisches Problem ist die Bereitstellung einer genügend langen geraden Kanalstrecke, innerhalb der sich das Reduktionsmittel mit dem Gas homogen über den Strömungsquerschnitt vor Eintritt in den Reaktor vermischen kann. Besondere Schwierigkeiten hinsichtlich der Bereitstellung einer geraden Kanalstrecke ergeben sich, wenn der Abgaskanal geknickt ist, d.h. wenn ein Kanalteilstück in ein unter einem Winkel, meist unter einem rechten Winkel, zu diesem angeordnetes Kanalteilstück übergeht. Eine derartige Kanalführung liegt beispielsweise dann vor, wenn das Abgas aus einem horizontal geführten Kanal von rundem oder rechteckigem Querschnitt, in dem sich die Vorrichtung zum Einbringen des Reduktionsmittels befindet, in einen vertikal durchströmten Reaktor einströmt. Bei nicht ausreichend vorhandener Mischstrecke wird die weitere Durchmischung durch die Abgasumlenkung stark behindert. Ähnliche Probleme treten auf, wenn der Abgasstrom aus einem vertikalen, runden oder rechteckigen Kanalteilstück in ein horizontales, häufig rechteckiges Kanalteilstück einmündet, in dem sich gleichfalls die Vorrichtung zum Einbringen des Reduktionsmittels meist unmittelbar nach der Kanalumlenkung oder -abzweigung befindet. Auch hier besteht die Behinderung darin, daß ein aufgrund der Umlenkung hervorgerufenes, über den Kanalquerschnitt inhomogenes Strömungsprofil eine strähnenfreie Vermischung von Reduktionsmittel und Abgas verzögert.

Aus der Veröffentlichung von H. Schmelz "Katalytische Reduktion von Stickoxiden in Rauchgasen", Siemens-Zeitschrift 6/86, S. 39-41, ist eine Kraftwerksanlage mit einer nachgeschalteten katalytischen Entstickungsanlage bekannt, in der sich in einem horizontalen Rauchgaskanalstück vor dem vertikal durchströmten Katalyse-Reaktor eine Eindüsvorrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels, insbesondere Ammoniak, und der Eindüsvorrichtung nachgeschaltete Strömungselemente in Form von Verteilereinbauten befinden. Aufgrund der Hintereinanderanordnung kann auf einem relativ kurzen Kanalstück keine Homogenisierung des Rauchgas-Reduktionsmittelgemisches herbeigeführt werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum mischungsintensiven Einbringen von Reduktionsmittel der genannten Art so zu verbessern, daß eine homogene Mischung von Reduktionsmittel und Abgas auf einem bereits relativ kurzen Kanalstück im Bereich der Vorrichtung zum Einbringen des Reduktionsmittels unbeeinflußt vom Strömungsprofil erzielt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß den Düsenlanzen wesentlichen parallel zu diesen angeordnete Strömungselemente zugeordnet sind.

Durch die Zuordnung von Strömungselementen wird der Abgasstrom im Bereich der Düsenlanzen hinsichtlich seiner Strömungsrichtung und/oder -geschwindigkeit derart beeinflußt, daß sich der aus der Eindüsung des Reduktionsmittels an der Düsenlanze hervorgerufene Mischvorgang wesentlich intensiviert.

Zweckmäßig ist es dabei, daß jeweils zwischen zwei Düsenlanzen parallel zu diesen ein über die ganze Kanalbreite reichendes Strömungselement angeordnet ist.

Diese besondere Anordnung der Strömungselemente bewirkt, daß der Abgasstrom im Bereich der Düsenlanze eingeengt wird, wodurch in der Folge durch den Einfluß der Strömungselementform unter Ausbildung einer Wirbelströmung bzw. von Rezirkulationsströmen der Mischvorgang zwischen Reduktionsmittel und Abgas beschleunigt wird.

Besonders zweckmäßig ist es, daß das Strömungselement ein Staukörper von symmetrischem Profil ist, aus dem sich eine in Strömungsrichtung diffusorartige Querschnittserweiterung für das zwischen zwei Strömungselementen hindurchströmende Abgas ergibt.

Der Einsatz eines Staukörpers von symmetrischem Profil als Strömungselement, der zwischen zwei Elementen zu einer diffusorartigen, beispielsweise querschnittsmäßig trichter-, trompeten- oder auch andersförmigen Querschnittserweiterung führt, ermöglicht es, gezielt sowohl eine die Vermischung begünstigende optimale Verwirbelung oder Rezirkulation der Strömung als auch eine Vergleichmäßigung der Strömung über den Kanalquerschnitt herbeizuführen.

Dabei ist es weiterhin zweckmäßig, daß die Düsenlanze innerhalb der diffusorartigen Querschnittserweiterung angeordnet ist.

Die Anordnung der Düsenlanze innerhalb der diffusorartigen Querschnittserweiterung gestattet es, den Eindüsvorgang für das Reduktionsmittel an der Düsenlanze in energetischer Hinsicht optimal der mischungsbegünstigenden Abgasströmung auszurichten bzw. anzupassen, wobei je nach den konstruktiven Gegebenheiten ein fließender Übergang der Vorgänge von Eindüsung und Mischung im Bereich der Düsenlanze und einer Mischung im Bereich der Strömungselemente angestrebt wird.

Derart gestaltete Vorrichtungen lassen sich in vorteilhafter Weise in einem horizontalen oder vertikalen, geraden oder geknickten Abgaskanal von rundem oder rechteckigem Querschnitt vor einem Reaktor in einer oder mehreren Querschnittsflächen anordnen. Dabei kann die Vorrichtung von Fläche zu Fläche parallel oder gekreuzt oder in anderer Winkellage ausgerichtet sein. Bei einem Abgaskanal, bei dem aus einem Kanalteilstück in Strömungsrichtung ein unter einem Winkel zu diesem angeordnetes Kanalteilstück abzweigt, ist es zweckmäßig, daß die Strömungselemente und die Düsenlanzen im unmittelbaren Bereich der Schnittflächen der beiden sich im Winkel durchdringenden Kanalstücke angeordnet sind.

Eine derartige Anordnung läßt sich vorteilhaft anwenden, wenn die Querschnitte der beiden zu einander in einem Winkel liegenden Kanalteilstücke sowohl rund oder rechteckig sind als auch von rund auf rechteckig oder umgekehrt wechseln. Durch die Wahl der Schnittfläche als Anordnungsfläche lassen sich alle Überlegungen, die auf eine ideale Führung des Abgasstromes im Bereich der Umlenkung, auf eine rasche Durchmischung von Reduktionsmittel im Abgasstrom und auf eine ortsmäßige und statisch günstige Lage im Abgaskanal ausgerichtet sind, in vorteilhafter Weise verbinden.

Dabei kann es zweckmäßig sein, daß die Strömungselemente und die Düsenlanzen achsparallel zu einem vertikalen Kanalteilstück ausgerichtet sind. Durch die vertikale Ausrichtung der Strömungselemente lassen sich diese auch als Stützelemente einsetzen.

Ferner ist es zweckmäßig, daß in dem Strömungselement mindestens eine der Düsenlanzen integriert ist. Aufgrund der Integration wird das Reduktionsmittel, ähnlich wie bei den Düsenlanzen innerhalb der Strömungselemente geführt und tritt über als Düsen ausgebildete Durchtrittsöffnungen unter einer gegenüber der Hauptrichtung des Abgasstromes abweichenden Richtung in den Abgasstrom aus.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Anlagenschema einer Dampferzeugeranlage mit einer mit einem Abgaskanal verbundenen Abgasreinigungsanlage zur katalytischen Entfernung von NO _X mit einem in den Abgaskanal eingebrachten Reduktionsmittel,

Fig. 2 eine Detailansicht einer Vorrichtung zum Einbringen des Reduktionsmittels mit Düsenlanzen und diesen zugeordneten Strömungselementen,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung in Verbindung der in Fig. 1 dargestellten Kanalabzweigung von einem vertikalen Kanalteilstück mit rechteckigem Querschnitt einer Bypass-Leitung in ein horizontales Kanalteilstück mit gleichfalls rechteckigem Querschnitt und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer zu Fig. 2 ähnlichen Vorrichtung im Bereich einer Kanalabzweigung von einem vertikalen Kanalteilstück mit rundem Querschnitt in ein horizontales Kanalteilstück mit rechteckigem Querschnitt.

In einem Abgaskanal (1), der eine mit fossilen Brennstoffen befeuerte Dampferzeugeranlage (2) und einen Reaktor (3) zur Entfernung von NO _X aus einem Abgas mittels katalytischer Reduktion verbindet, ist unmittelbar vor dem Reaktor (3) eine Vorrichtung (4) zum Einbringen eines Reduktionsmittels, insbesondere Ammoniak angeordnet. Eine Bypass-Leitung (1′) stellt sicher, daß der Abgasstrom in der Anfahrphase um den Reaktor (3) geführt wird, solange bis der Reaktor (3) die gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat. Die Anordnung der Vorrichtung (4) und des Reaktors (3) sowie der Bypass-Leitung (1′) ist gemäß Fig. 1 vor einem Luftvorwärmer (5) vorgesehen. Die gleiche Anordnung kann auch nach einem Luftvorwärmer vorgenommen werden. Der Abgaskanal (1), in dem sich die Vorrichtung (4) befindet, kann hinsichtlich seiner Achslage sowohl horizontal als auch vertikal geführt, sowie hinsichtlich seines Querschnittes rund oder rechteckig ausgeführt sein. Die Vorrichtung (4) ist dabei diesen konstruktiven Gegebenheiten des Abgaskanales angepaßt bzw. ausgestaltet.

Gemäß Fig. 2 besteht die Vorrichtung (4) aus Düsenlanzen (6) und diesen zugeordneten Strömungselementen (7), wobei ein Strömungselement gemäß Fig. 2 ein Staukörper von symmetrischem Profil ist, aus dem sich eine in Strömungsrichtung diffusorartige Querschnittserweiterung (8) für das zwischen zwei Strömungselementen hindurchströmende Abgas (A) ergibt. Die Form der Querschnittserweiterung (8) kann dabei querschnittsmäßig trichter- oder trompeten- oder aber auch andersförmig ausgestaltet sein, wodurch die Abgasströmung hinsichtlich ihrer Richtung und/oder ihrer Geschwindigkeit beeinflußt und die Durchmischung des in das Abgas eingedüsten Reduktionsmittels (R) günstig wird. Die Düsenlanze (6) ist innerhalb der diffusorartigen Querschnittserweiterung (8) angeordnet, wobei sich jeweils zwischen zwei Düsenlanzen (6) ein parallel zu diesen über die ganze Kanalbreite reichendes Strömungselement (7) befindet.

Gemäß Fig. 3, die in Verbindung mit der in Fig. 1 wiedergegebenen Darstellung zu sehen ist, sind bei einem Abgaskanal (1), bei dem aus einem vertikalen Kanalteilstück (9) von rechteckigem Querschnitt in Strömungsrichtung ein unter einem Winkel zu diesem, vorzugsweise horizontal, angeordnetes und zu dem vertikal durchströmten Reaktor (3) führendes Kanalteilstück (10) abzweigt, die Düsenlanzen (6) und die Strömungselemente (7) im unmittelbaren Bereich der Schnittfläche (11) der beiden sich im Winkel durchdringenden Kanalstücke (9, 10) angeordnet. Eine ähnliche Lösung bietet sich gemäß Fig. 4 an, wenn von einem vertikalen Kanalteilstück (12) von rundem Querschnitt ein horizontales Kanalteilstück (13) von rechteckigem Querschnitt abzweigt und sich aus der Durchdringung der beiden Kanalteilstücke eine Schnittfläche (14) ausbildet. Die Achsen der horizontalen Kanalteilstücke (10; 13) liegen parallel zur Figurenebene (Fig. 3 u. Fig. 4), die Achsen von den vertikalen Kanalteilstücken (9; 12) und dem Reaktor (3) sind senkrecht auf die Figurenebene gerichtet. In beiden Fällen (Fig. 3 u. Fig. 4) sind die Düsenlanzen (6) und die Strömungselemente (7) zur Unterstützung der Statik des Abgaskanales jeweils achsparallel zum vertikalen Kanalteilstück (9; 12) ausgerichtet. Aus strömungstechnischen Überlegungen ist es jedoch auch denkbar, daß eine andere Ausrichtung gewählt wird.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum mischungsintensiven Einbringen eines Reduktionsmittels, insbesondere von Ammoniak, in einen Abgasstrom zur katalytischen Entfernung von NO _X aus dem Abgas, die in einem Abgaskanal vor einem Katalysatorbett angeordnet ist, und die mindestens aus in einer Querschnittsfläche des Abgaskanales über die ganze Kanalbreite und zueinander parallel angeordneten Düsenlanzen besteht, und wobei sich im Abgaskanal zueinander parallel angeordnete Strömungselemente befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenlanzen (6) sich parallel zu den ihnen zugeordneten Strömungselementen (7) erstrecken, die den Abgasstrom im Eindüsbereich der Düsenlanzen (6) beeinflussen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei Düsenlanzen (6) parallel zu diesen ein über die ganze Kanalbreite reichendes Strömungselement (7) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungselement (7) ein Staukörper von symmetrischem Profil ist, aus dem sich eine in Strömungsrichtung diffusorartige Querschnittserweiterung (8) für das zwischen zwei Strömungselementen (7) hindurchströmende Abgas ergibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenlanze (6) innerhalb der diffusorartigen Querschnittserweiterung (8) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Abgaskanal (1), bei dem aus einem Kanalteilstück (9; 12) in Strömungsrichtung ein unter einem Winkel zu diesem angeordnetes Kanalteilstück (10; 13) abzweigt, die Strömungselemente (7) und die Düsenlanzen (6) im unmittelbaren Bereich der Schnittflächen (11; 14) der beiden sich im Winkel durchdringenden Kanalstücke (9, 10; 12, 13) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungselemente (7) und die Düsenlanzen (6) achsparallel zu einem vertikalen Kanalteilstück (9; 12) ausgerichtet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungselement mindestens eine der Düsenlanzen integriert ist.