DE3723852A1

DE3723852A1 - Verfahren zum anfahren von anlagen zur entstickung von feststoff-beladenen rauchgasen sowie zugehoerige vorrichtung

Info

Publication number: DE3723852A1
Application number: DE19873723852
Authority: DE
Inventors: Manfred Schesack
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1987-07-18
Filing date: 1987-07-18
Publication date: 1989-01-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren von Anlagen zur Entstickung von feststoff-beladenen Rauchgasen, insbesondere von mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugern, durch Zugabe von Ammoniak vor im Rauchgasstrom angeordneten Katalysa toren, die bei Stillstand der Entstickungsanlage vom Rauchgas strom umgangen werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Nachdem durch die Großfeuerungsanlagenverordnung festgelegt worden ist, welche maximalen Schadstoffmengen künftig von Kraft werken abgegeben werden dürfen, ist es erforderlich geworden, vorhandene Kraftwerke mit Rauchgasreinigungsanlagen nachzurüsten, um die festgelegten Emissionsgrenzwerte einzu halten. Hierbei ist es nicht nur erforderlich, die Rauchgase zu entschwefeln, sondern auch ihren Stickoxidgehalt zu verringern. Die Anlagen zur Stickoxidminderung müssen hierbei mit den Rauch gasentschwefelungsanlagen kompatibel sein.

Für die Stickoxidminderung bietet sich insbesondere das SCR-Ver fahren (Selective Catalytic Reduction) an, bei dem dem Rauchgas zur Reduktion der Stickoxide Ammoniak zugegeben wird, so daß Stickstoff und Wasser entstehen. Da diese Reaktion unterhalb einer Temperatur von 850°C sehr langsam verläuft und sich eine Aufheizung der Rauchgase aus wirtschaftlichen Gründen verbietet, werden Katalysatoren verwendet, die eine großtechnische Anwendung ermöglichen. Die Betriebstemperatur dieser Katalysa toren liegt im allgemeinen in einem Temperaturbereich zwischen 320 und 400°C. Als Katalysatorelemente wurden Wabenkatalysa toren aus keramischem Material und Metallträger-Katalysatoren in Plattenform entwickelt.

Unabhängig von der jeweiligen Ausbildung der Katalysatorelemente neigen die bekannten Katalysatoren zur Verschmutzung oder gar Verstopfung, wenn sie zur Entstickung von feststoff-beladenen Rauchgasen, insbesondere von mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugern eingesetzt werden. Es wurden deshalb Einrichtungen entwickelt, die in vorgegebenen Zeitabständen die Katalysatorelemente von anhaftenden Feststoffen befreien, vorzugsweise dadurch, daß die Katalysatorelemente von der Ober- und Unterseite her mit kalter Luft freigeblasen werden.

Während dieses mit kalter Luft durchgeführte Freiblasen der Katalysatorelemente die Wirksamkeit der Katalysatoren während des normalen Betriebes der Entstickungsanlage sicherstellt, hat es sich herausgestellt, daß die Katalysatorelemente besonders stark verschmutzen, wenn die Entstickungsanlage aus dem kalten Zustand angefahren wird. Aus diesem Grunde werden bei kurz zeitigem Stillstand der Entstickungsanlage warme Rauchgase im Katalysator festgehalten, um ein Abkühlen der Katalysator elemente zu verhindern.

Bei Inbetriebnahme von Entstickungsanlagen nach längeren Still standszeiten, beispielsweise durch Reparaturen oder längere Wartungsarbeiten, lässt es sich bisher nicht vermeiden, daß die zu Beginn des Anfahrvorganges die noch kalten Katalysator elemente passierenden Rauchgase unter den Wassertaupunkt der Rauchgase abgekühlt werden, so daß sich Kondenswasser in den Reaktorelementen niederschlägt. Dieses Kondenswasser führt in Verbindung mit den im Rauchgas enthaltenen Feststoffen zu Anbackungen, die mehr oder weniger große Flächen des Katalysators unwirksam machen und aufgrund der mit Fortsetzung des Anfahrvorganges steigenden Temperatur derart fest werden, daß sie zu einem späteren Zeitpunkt auch durch das periodische Ausblasen mit Kaltluft nicht entfernt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen das Entstehen von Anbackungen der Feststoffteile während der Inbetriebnahme der Entstickungs anlage aus dem kalten Zustand verhindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird mit dem erfindungs gemäßen Verfahren vorgeschlagen, bei einem Anfahren der Entstickungsanlage aus dem kalten Zustand die Rauchgase an den Katalysatoren vorbeizuleiten und die Katalysatoren mit aufgeheizter Frischluft (Heißluft) soweit vorzuwärmen, daß ihre Temperatur über der des Wassertaupunktes der Rauchgase liegt, bevor die Rauchgase zur Inbetriebnahme der Entstickungsanlage über die Katalysatoren geleitet werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird sichergestellt, daß die Katalysatorelemente eine ausreichend oberhalb des Wassertau punktes der Rauchgase liegende Temperatur erreicht haben, bevor bei einem Anfahren der Entstickungsanlage aus dem kalten Zustand die Rauchgase auf die Katalysatoren geleitet werden. Es wird somit sichergestellt, daß auch bei einem Kaltstart sich keine Feuchtigkeit an den Katalysatorelementen niederschlägt, die zu einem verstärkten Anbacken der im Rauchgasstrom enthaltenen Feststoffteilchen führt. Insbesondere das Einbrennen feuchter Anbackungen, die auch durch späteres Anblasen mit kalter Luft nicht beseitigt werden können, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeschlossen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Heißluft durch aus der Umgebungsluft angesaugte und mittels eines Wärme tauschers aufgeheizte Frischluft erzeugt werden. Der Wärmetauscher kann hierbei fremdbeheizt oder durch einen Wärme träger des Dampferzeugers beheizt sein, wobei dieser Wärmeträger aus dem Dampferzeuger als Wasser, Siedewasser oder Dampf, vorzugsweise im geschlossenen Kreislauf abgezogen wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird als Heißluft in einem vorhandenen Luftvorwärmer aufgeheizte Frischluft verwendet, wobei es besonders wirt schaftlich ist, als Heißluft in einem vorhandenen Drehluftvor wärmer aufgeheizte Frischluft zu verwenden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entstickung von fest stoff-beladenen Rauchgasen durch Zugabe von Ammoniak vor im Rauchgasstrom angeordneten Katalysatoren sind die Katalysatoren in einem Katalysatorgehäuse angeordnet, das in einen von zwei zueinander parallelen und wahlweise das Rauchgas führenden Rauchgaskanälen eingebaut ist. Die erfindungsgemäße Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß an das Katalysatorgehäuse eine Heißluftleitung zur Zufuhr von aufge heizter Frischluft angeschlossen ist. Durch diese Heißluftleitung werden bei einem Anfahren der Entstickungsanlage aus dem kalten Zustand während die Rauchgase an den Katalysatoren vorbeigeleitet werden die Katalysatoren mit auf geheizter Frischluft (Heißluft) soweit vorgewärmt, daß ihre Temperatur über der des Wassertaupunktes der Rauchgase liegt.

Erst wenn diese Temperatur erreicht ist, werden die Rauchgase zur Inbetriebnahme der Entstickungsanlage über die Katalysatoren geleitet.

In einer erfindungsgemäßen Heißluftleitung ist ein Wärmetauscher zur Aufheizung der Frischluft angeordnet, die jeweils von einem Gebläse gefördert wird. Hierbei handelt es sich entweder um ein unmittelbar in der Heißluftleitung angeordnetes zusätzliches Gebläse oder um ein bereits vorhandenes Gebläse, dessen Saug wirkung ausgenutzt ist.

Der in der Heißluftleitung angeordnete Wärmetauscher kann entweder fremdbeheizt sein oder durch den Wärmeträger des Dampf erzeugers beheizt werden, der in Form von Wasser, Siedewasser oder Dampf aus dem Dampferzeuger abgezogen wird, wobei der Wärmeträger vorzugsweise nach Passieren des Wärmetauschers im geschlossenen Kreislauf in den Dampferzeuger zurückgeführt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Heißluftleitung an eine von einem Luftvorwärmer kommende Frisch luftleitung angeschlossen, wobei es sich bei dem Luftvorwärmer um einen rekuperativen oder regenerativen Vorwärmer handeln kann. Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, die Heißluftleitung mit mindestens einem Absperrorgan zu versehen, damit sie nach Beendigung des Anfahrvorganges abgesperrt werden kann.

Auf der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der erfindungs gemäßen Vorrichtung dargestellt, anhand denen das erfindungs gemäße Verfahren nachfolgend erläutert werden soll; es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungs form der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entstickung der Rauchgase eines Dampferzeugers;

Fig. 2 ein Schaltbild einer zweiten Aus führungsform und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform anhand eines weiteren Schaltbildes.

Bei allen drei Ausführungsbeispielen wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entstickung der feststoff-beladenen Rauchgase eines Dampferzeugers 1 verwendet, der mit mehreren Speisewasser vorwärmern 2 im Rauchgaszug ausgestattet ist. Im Rauchgashaupt kanal 3 ist eine Mischkammer 4 vorgesehen, in der die den Rauchgashauptkanal 3 durchströmenden Rauchgase mit Rauchgasen gemischt werden, die der Mischkammer 4 durch eine Zweigleitung 5 zugeführt werden. Diese Zweigleitung 5 ist vor den letzten beiden Speisewasservorwärmern 2 an den Rauchgaszug des Dampf erzeugers 1 angeschlossen und dient dazu, im Rauchgashauptkanal 3 hinter der Mischkammer 4 unabhängig vom Lastzustand des Dampf erzeugers 1 eine bestimmte Temperatur einzuhalten. Zu diesem Zweck werden motorbetriebene Regelklappen 6 und 7 gesteuert, die im Rauchgashauptkanal 3 bzw. der Zweigleitung 5 angeordnet sind.

Im Rauchgashauptkanal 3 ist ein Katalysatorgehäuse 8 angeordnet, das auf der Zeichnung nicht dargestellte Katalsysatorelemente in Waben- oder Plattenform enthält. In diesem Katalysatorgehäuse 8 findet in einem etwas zwischen 320 und 400°C liegenden Temperaturbereich eine Reaktion zwischen den im Rauchgas enthaltenen Stickoxiden und Ammoniak statt, das zuvor, beispielsweise in der Mischkammer 4 dem Rauchgas zugegeben worden ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird das in Katalysator gehäuse 8 entstickte Rauchgas über eine Rauchgasleitung 9 einem Luftvorwärmer 10 zugeführt, der vorzugsweise als Regenerativ- Luftvorwärmer ausgebildet ist. Die den Luftvorwärmer 10 verlassenden Rauchgase gelangen anschließend - vorzugsweise über eine Rauchgasentschwefelungsanlage - in einen Kamin zur Ableitung in die Atmosphäre.

Um bei einer Reparatur oder Wartung des Katalysators die Rauchgase am Katalysatorgehäuse 8 vorbeiführen zu können, ist hinter der Mischkammer 4 ein Rauchgasumgehungskanal 11 an den Rauchgashauptkanal 3 angeschlossen, der gemeinsam mit dem Rauch gashauptkanal 3 in der Rauchgasleitung 9 mündet. Auf diese Weise ist es möglich, auch bei einem Stillstand der Entstickungsanlage den Dampferzeuger weiterzubetreiben. Damit die Rauchgase gezielt nur einen der beiden Kanäle 3 bzw. 11 durchströmen, sind in diesen Kanälen Absperrorgane 12 angeordnet, die beim Aus führungsbeispiel als motorisch betriebene Doppelklappen mit zwischen den Klappen zugeführter Sperrluft ausgeführt sind.

Die im Luftvorwärmer 10 durch die Rauchgase aufgeheizte Speichermasse gibt ihre Wärme an Frischluft ab, die somit aufgeheizt über eine Frischluftleitung 13 dem Dampferzeuger 1 zugeführt wird. Die Zufuhr erfolgt beispielsweise unmittelbar zu der Brennkammer oder teilweise über die Kohlenmühle.

An diese Frischluftleitung 13 ist eine Heißluftleitung 14 ange schlossen, die beim Ausführungsbeispiel kurz vor dem Anschluß des Rauchgashauptkanals 3 an das Katalysatorgehäuse 8 im Rauch gashauptkanal 3 endet. Auch in dieser Heißluftleitung 14 ist ein Absperrorgan 15 vorgesehen.

Bei einem Anfahren der Entstickungsanlage aus dem kalten Zustand werden die feststoff-beladenen Rauchgase des Dampferzeugers 1 mittels des Rauchgasumgehungskanals 11 am Katalysatorgehäuse 8 vorbeigeleitet. Die im Katalysatorgehäuse 8 befindlichen Katalysatorelemente werden gleichzeitig durch im Luftvorwärmer 10 aufgeheizte Frischluft erwärmt, die dem Katalysatorgehäuse 8 über die Heißluftleitung 14 zugeführt wird. Die Vorwärmung wird erst abgeschlossen, wenn die Temperatur der Katalysatorelemente ausreichend über der des Wassertaupunktes der Rauchgase liegt. Dieser Wassertaupunkt liegt in einem Temperaturbereich zwischen 30 und oberhalb 75°C; er ist abhängig von der jeweiligen Zusammensetzung des Rauchgases, insbesondere aufgrund des im Dampferzeuger 1 verwendeten fossilen Brennstoffes.

Sobald die im Katalysatorgehäuse 8 angeordneten Katalysator elemente eine ausreichend über dem Wassertaupunkt des Rauchgases liegende Temperatur erreicht haben, wird die Zufuhr von Heißluft durch Schließen des in der Heißluftleitung 14 angeordneten Absperrorgans 15 beendet. Anschließend werden das im Rauchgasumgehungskanal 11 befindliche Absperrorgan 12 geschlossen und die im Rauchgashauptkanal 3 befindlichen Absperrorgane 12 vollständig geöffnet, so daß die die Mischkammer 4 mit vorgegebener Temperatur verlassenden Rauchgase zur Stickoxidminderung in das Katalysatorgehäuse 8 gelangen.

Durch die voranstehend beschriebene Aufwärmung der Katalysator elemente mittels aufgeheizter Frischluft wird verhindert, daß sich im Rauchgas enthaltene Feuchtigkeit an den Katalysator elementen niederschlägt und verstärkt zu Ablagerungen der im Rauchgas enthaltenen Feststoffe auf den Katalysatorflächen führt, wenn die Entstickungsanlage aus dem kalten Zustand angefahren wird. Auf diese Weise wird die Funktions- und Leistungsfähigkeit der Katalysatorelemente auch nach einem Kalt start gewährleistet.

Die beiden weiteren Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 und 3 unterscheiden sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die zur Aufwärmung der Katalysatorelemente verwendete Frischluft nicht in einem Luftvorwärmer, sondern von einem Wärmetauscher 16 erzeugt wird, der in der Heißluftleitung 14 angeordnet ist. Während der Wärmetauscher 16 nach Fig. 2 fremdbeheizt ist, erfolgt die Beheizung des Wärmetauschers 16 gemäß Fig. 3 mit Hilfe des Wärmeträgers des Dampferzeugers 1, der über Leitungen 17 dem Dampferzeuger an geeigneter Stelle entnommen und wieder in den Dampferzeuger 1 zurückgeführt wird. Der Wärmeträger kann hierbei als heißes Wasser, Siedewasser oder Dampf in beliebigem Zustand vorliegen.

Bezugsziffernliste: 1 Dampferzeuger
2 Speisewasservorwärmer
3 Rauchgashauptkanal
4 Mischkammer
5 Zweigleitung
6 Regelklappe
7 Regelklappe
8 Katalysatorgehäuse
9 Rauchgasleitung
10 Luftvorwärmer
11 Rauchgasumgehungskanal
12 Absperrorgan
13 Frischluftleitung
14 Heißluftleitung
15 Absperrorgan
16 Wärmetauscher
17 Leitung

Claims

1. Verfahren zum Anfahren von Anlagen zur Entstickung von feststoff-beladenen Rauchgasen, insbesondere von mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugern, durch Zugabe von Ammoniak vor im Rauchgasstrom angeordneten Katalysatoren, die bei Stillstand der Entstickungsanlage vom Rauchgasstrom umgangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Anfahren der Entstickungsanlage aus dem kalten Zustand die Rauchgase an den Katalysatoren vorbeigeleitet und die Katalysatoren mit aufgeheizter Frischluft (Heißluft) soweit vorgewärmt werden, daß ihre Temperatur über der des Wassertaupunktes der Rauchgase liegt, bevor die Rauchgase zur Inbetriebnahme der Entstickungsanlage über die Katalysatoren geleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißluft durch aus der Umgebungsluft angesaugte und mittels eines Wärmetauschers aufgeheizte Frischluft erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Heißluft in einem vorhandenen Luftvorwärmer aufgeheizte Frischluft verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Heißluft in einem Drehluftvorwärmer aufgeheizte Frischluft verwendet wird.

5. Vorrichtung zur Entstickung von feststoff-beladenen Rauchgasen, insbesondere von mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugern, durch Zugabe von Ammoniak vor im Rauchgasstrom angeordneten Katalysatoren, die in einem Kata lysatorgehäuse angeordnet sind, das in einen von zwei zueinander parallelen und wahlweise das Rauchgas führenden Rauchgaskanälen eingebaut ist, vorzugsweise den Speisewasser vorwärmern eines Dampferzeugers nachgeschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß an das Katalysatorgehäuse (8) eine Heißluftleitung (14) zur Zufuhr von aufgeheizter Frischluft angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Heißluftleitung (14) ein Wärmetauscher (16) zur Aufheizung der von einem Gebläse geförderten Frischluft angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (16) fremdbeheizt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (16) durch den Wärmeträger des Dampf erzeugers beheizt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißluftleitung (14) an eine von einem Luftvorwärmer (10) kommende Frischluftleitung (13) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißluftleitung (14) mit mindestens einem Absperrorgan (15) versehen ist.