DE3854271T3

DE3854271T3 - Vorrichtung und verfahren zur reinigung von gasen.

Info

Publication number: DE3854271T3
Application number: DE3854271T
Authority: DE
Inventors: Inc Herndon Noell
Original assignee: Noell Inc
Current assignee: Noell Inc
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2008-11-01
Also published as: DE3854271D1; EP0440604A1; EP0440604B2; WO1990005000A1; DE3854271T2; EP0440604B1; EP0440604A4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen von Strömungsmitteln und zum Einspritzen der sich ergebenden Mischung in einen Verbrennungs-Abgasstrom, wie es in der Präambel von Anspruch 1 beschrieben ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Entfernen von Stickoxiden aus einem Abgasstrom des Typs, wie es in der Präambel von Anspruch 26 beschrieben ist.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren des oben definierten Typs sind in DE- A-33 35 543 offenbart. Die bekannte Vorrichtung ist für das Mischen eines Gases und eines Gemisches einer Flüssigkeit mit Aktivkohleteilchen geeignet und ist zum Einspritzen dieses Gemischs in einen Rauchgasstrom zur Entfernung von Oxiden von Stickstoff oder Schwefel oder dergleichen geeignet. Der Mischbereich der bekannten Vorrichtung umfaßt Einrichtungen, um das Gas in eine Wirbelbewegung zu zwingen, was zu einem Geschwindigkeitsverlust führt.
DE-A-26 27 880 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit Hilfe von Gasen oder Dämpfen und zum Verteilen von Gasen in kleinen Bläschen mit Hilfe einer Flüssigkeit.
US-A-1,653,297 beschreibt eine Düse zum Zerstäuben von Brennstoff mit Hilfe von Dampf und Einsprühen des zerstäubten Brennstoffs in die im wesentlichen bewegungslose Atmosphäre innerhalb eines Ofens.
FR-A-2,373,327 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden aus einem Rauchgas durch Einspritzen eines Reduktionsmittels, insbesondere Ammoniak, und Wasserstoffperoxid in vorbestimmten Verhältnissen der Mittel zueinander und in einem vorbestimmten Temperaturbereich. Die Geschwindigkeit oder Verhältnisse der Geschwindigkeiten der Mittel und des Rauchgasstroms werden nicht als relevant beschrieben.
Diese Erfindung bezieht sich auf Techniken und damit verbundene Systeme, die für die Entfernung von Stickoxiden (NO und NO&sub2;, im folgenden NOx genannt) aus Verbrennungs-Abgasen. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf Techniken und Systeme, die zum Mischen von Strömungsmitteln und zum Einspritzen der Mischung in einen Verbrennungs- Abgasstrom verwendet werden, der durch einen Kanal mit hoher Temperatur und einer großen Querschnittsfläche strömt. Ein solches System umfaßt eine einzige Düse sowie Einrichtungen zum Einleiten eines Trägergases und einer Einspritzchemikalie in die Düse, um sie miteinander zu mischen. Das Gemisch wird aus der Düse in den Kanal eingeblasen, so daß man ein hohes Maß an Querschnittsabdeckung und eine innige Durchmischung zwischen der Einspritzchemikalie und den NOx-haltigen Verbrennungs-Abgasen erhält, was zu einer Entfernung von Stickoxiden führt, bevor das Rauchgas in die Atmosphäre abgelassen wird. Für einige Anwendungen kann die Erfindung auch verwendet werden, um die Temperatur des Rauchgases zu steuern, was gewöhnlich auch in gewissem Ausmaß zu einer Reduktion von NOx durch das wohlbekannte "Reburning"-Verfahren führt.
Diese Patentanmeldung bezieht sich auf WO 89/07004, eingereicht am 2. Februar 1988 und veröffentlicht am 10. August 1989, mit dem Titel "Process and Apparatus Using Two-Stage Boiler Injection for Reduction of Oxides of Nitrogen", worauf hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Kohlebefeuerte Nutzboiler und andere Verbrennungssysteme, wie städtische Festmüllverbrennungsanlagen, erzeugen Emissionen, die Oxide von Stickstoff (NOx) und Oxide von Schwefel (SO&sub2;) enthalten, die sich beide als Ursache von saurem Regen erwiesen haben. Untersuchungen haben gezeigt, daß der auf NOx zurückgehende Anteil des sauren Regens ausgedehnte Schäden an Bäumen und Wäldern verursachen kann. Es ist also wichtig, NOx-Emissionen aus solchen Verbrennungssystemen so weit wie möglich zu reduzieren. Während es wünschenswert ist, für eine Reduktion von NOx-Emissionen aus Verbrennungssystemen zu sorgen, gibt es zur Zeit keine nichtkatalytische Technologie, die nachweislich in der Lage ist, mehr als 60% bis 70% des NOx zu entfernen.
Ein zur Zeit bekanntes katalytisches System zur Entfernung von NOx, genannt das selektive katalytische Reduktionssystem (SCR), sorgt für eine Einspritzung von Ammoniakgas in ein NOx-haltiges Rauchgas, um dadurch das Ammoniak über einen Katalysator bei Temperaturen von etwa 370ºC (700ºF) mit NOx umzusetzen, wobei Stickstoffgas und Wasserdampf als Nebenprodukte entstehen. Typische Werte für die NOx-Reduktion bei Verwendung des SCR-Systems sind 80%, wobei die angegebenen Kosten je nach den Bedingungen vor Ort zwischen etwa 60$/kW und 120$/kW variieren. Die Betriebskosten der SCR-Technologie sind hoch, zum Teil aufgrund der hohen Kosten für den Katalysatorersatz, der etwa einmal alle zwei Jahre erforderlich ist. Die SCR-Technologie gilt wegen der Kontamination und Vergiftung des Katalysators als auf Verbrennungsanlagen nicht anwendbar.
Ein weiteres zur Zeit bekanntes NOx-Kontrollsystem, genannt das selektive nichtkatalytische Reduktionssystem (SNCR), sorgt für eine Einspritzung von gasförmigem Ammoniak oder Harnstoff in flüssiger Phase in ein Rauchgas bei Temperaturen von über 760ºC (1400ºF), um NO zu Stickstoff zu reduzieren. Die SNCR-Systeme leiden unter dem Nachteil, daß es beim Einspritzen von genügend Ammoniak oder Harnstoff zum Erreichen einer hohen Effizienz der NOx-Entfernung zu einem unannehmbar hohen Grad Ammoniakverlust kommen kann. (Der hier verwendete Ausdruck "Ammoniakverlust" bedeutet die Konzentration von Ammoniakgas, das im Rauchgasauslaß des NOx-Kontrollverfahrens enthalten ist.) Durch den Ammoniakverlust entstehen in Kombination mit SO&sub2;, SO&sub3;, HCl und HF bei Temperaturen, die typischerweise kleiner als 260ºC (500ºF) sind, Ammoniumsalze. Wenn diese Salze kondensieren, bilden sich feste Teilchen, was zu Ablagerungen in kritischen Zonen führen kann, wie den Luftvorerhitzersystemen bei herkömmlichen Boilern. Um dieses Problem zu verhindern, wird weniger Ammoniak oder Harnstoff eingespritzt, und die gesamte NOx-Reduktionsfähigkeit von SNCR-Systemen ist im allgemeinen auf 30% bis 60% beschränkt. Dieser Grad der Leistungsfähigkeit ist unannehmbar gering.
Um die mit dem SCR- und dem SNCR-System verbundenen Probleme zu überwinden, erdachte und entwickelte ich mehrere alternative NOx-Reduktionsverfahren und die zu ihrer Durchführung geeigneten Systeme. Ein erstes solches Verfahren arbeitet vorzugsweise zwischen 427ºC (800ºF) und 760ºC (1400ºF) und verwendet einen Peroxyl-Initiator (eine Einspritzchemikalie), wie Methanol, das in einem in ein Rauchgas eingespritzten Trägergas dispergiert oder diesem zugemischt ist, so daß es mit in dem Rauchgas enthaltenem NO in Kontakt kommt und dieses in NO&sub2; umwandelt. NO&sub2; wird dann mittels eines trockenen teilchenförmigen Absorbens und/oder durch Naßwaschung oder dergleichen aus dem Rauchgas entfernt, bevor dieses in die Atmosphäre entlassen wird. (Der hier verwendete Ausdruck "Peroxyl-Initiator" bedeutet ein Material, das mit Sauerstoff (O&sub2;) unter Bildung des Peroxylradikals (HO&sub2;) reagiert. Zu diesen Stoffen gehören Kohlenwasserstoffe, wie Propan, Methan und dergleichen, sauerstoffsubstituierte Kohlenwasserstoffe, wie Methanol und Ethanol, sowie Wasserstoff und Wasserstoffperoxid.)
Ein zweites solches alternatives Verfahren, das ich erdachte und entwickelte, ist dargelegt in WO 89/07004 mit dem Titel "Process and Apparatus Using Two-Stage Boiler Injection for Reduction of Oxides of Nitrogen". Diese Anmeldung, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, offenbart ein Verfahren, bei dem ein NHi-Vorläufermaterial (eine Einspritzchemikalie) in ein Trägergas eingemischt wird, das in einer ersten Einspritzzone bei einer Temperatur von über 760ºC (1400ºF) in einen Rauchgasstrom eingespritzt wird, um NO zu Stickstoff zu reduzieren, und anschließend ein Peroxyl-Initiator in ein Trägergas eingemischt wird und dieses zweite Gemisch in einer zweiten Einspritzzone, die hinter der ersten Einspritzzone liegt, bei einer Temperatur von weniger als 760ºC (1400ºF) in das Rauchgas eingespritzt wird, um restliches NO zu NO&sub2; zu oxidieren. Das NO&sub2; kann dann mit herkömmlichen Mitteln aus dem Rauchgas entfernt werden, bevor dieses in die Atmosphäre abgelassen wird. (Der hier verwendete Ausdruck "NHi-Vorläufer" bedeutet Materialien, wie Ammoniak, Harnstoff, Cyanursäure, Biuret, Triuret, Ammelid oder Gemische davon, die unter Bildung von NHi-Radikalen reagieren, d. h. kurzlebigen Molekülen, die eine Stickstoffatom und ein oder mehrere Wasserstoffatome umfassen, wie NH, NH&sub2; und NH&sub3;.)
Ich fand jedoch, daß die chemischen Reaktionen zwischen den Einspritzchemikalien und den NOx-Molekülen in dem Rauchgas bei erhöhten Temperaturen so rasch erfolgen, daß die zur Zeit verfügbaren Einspritzsysteme einschließlich verfügbarer Mischdüsen in großen Rauchgaskanälen nicht den gewünschten Grad an Querschnittsabdeckung und Vermischung der Einspritzchemikalie in einer ausreichend kurzen Zeit liefern, um wünschenswerterweise höhere Grade der NOx-Entfernung zu erhalten. Zum Beispiel haben zur Zeit verfügbare Düsensysteme das Ziel, hochgradig zerstäubte Flüssigkeitströpfchen unter Verwendung einer minimalen Menge an Zerstäubungsmedium, wie Druckluft, zu erzeugen. Eine solche hochgradig zerstäubte Wolke von Tröpfchen ist nur schwierig mit ausreichender Geschwindigkeit, so daß sie einen großen Rauchgaskanal durchdringt, einzuspritzen. Es ist auch wichtig, daß diese Durchdringung so rasch wie möglich erfolgt, so daß die Einspritzchemikalien miteinander in Kontakt treten und mit der maximalen Menge Rauchgas reagieren und dadurch NO in N&sub2; umwandeln (wie im Falle des NHi-Vorläufers) oder NO in NO&sub2; umwandeln, wie im Falle des Peroxyl-Initiators.
Es werden also Techniken und dazugehörige Systeme benötigt, die erstens für eine ausreichende Dispersion von Einspritzchemikalien in einem Trägergas und zweitens für eine Einspritzung des resultierenden Gemischs mit ausreichend hoher Geschwindigkeit in das Rauchgas sorgen, um den raschen Kontakt zwischen den Einspritzchemikalien und den NOx- Molekülen im Rauchgas zu maximieren.
Außerdem werden Techniken und dazugehörige Systeme benötigt, die eine Steuerung der Temperatur von Rauchgas bewirken. Wenn zum Beispiel ein Überschuß an Peroxyl-Initiatormaterial eingespritzt wird, können die resultierenden exothermen Reaktionen die Temperatur des Rauchgases erhöhen. Diese Technik wird als "Reburning-" oder "Zweistufenverbrennungsverfahren" zur Reduktion von NO zu Stickstoff beschrieben. Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung werden jedoch Mittel bereitgestellt, um den Brennstoff der zweiten Stufe, d. h. den Peroxyl- Initiator, mit hoher Geschwindigkeit und in einer einzigartigen Weise einzuspritzen, so daß die Rauchgastemperatur gesteuert werden kann. Wenn man in einem Verbrennungssystem zum Beispiel wünscht, die Temperatur des Rauchgases auf 982ºC (1800ºF), d. h. auf über 760ºC (1400ºF) zu steuern, werden keine Peroxylradikale in großen Mengen gebildet, und NO wird durch das "Reburning-Verfahren" vorzugsweise zu N&sub2; reduziert, da die oben definierten Peroxyl-Initiatoren alle als "saubere" Brennstoffe gelten würden, die nur geringe Mengen an Stickstoff im Brennstoff enthalten.
Gemäß den Ansprüchen 1 und 26 bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, die zur Entfernung von Stickoxiden (NOx) aus einem Verbrennungs-Abgasstrom (Rauchgasstrom) geeignet sind. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte des Mischens eines Trägergases und einer Einspritzchemikalie, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasser, einem NHi-Vorläufermaterial, einem Peroxyl-Initiatormaterial und Mischungen davon besteht, in einer Düse, um dadurch eine Einspritzmischung zu erzeugen. Die Einspritzmischung wird aus der Düse in den Rauchgasstrom eingeleitet, während das Verhältnis des Drucks in der Einspritzmischung stromaufwärts der Düsenöffnung zum Druck im Rauchgas in der Nähe der Düse vorzugsweise größer als etwa 1,28 ist, so daß die Geschwindigkeit der Einspritzmischung wenigstens 0,6mal der Schallgeschwindigkeit in dem Gemisch entspricht (Mach 0,6). In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Einspritzmischung ungefähr mit der Schallgeschwindigkeit in dem Gemisch (Mach 1,0) in den Rauchgasstrom eingeleitet, wobei Luft als Trägergas verwendet wird.
In einer Ausführungsform umfaßt die zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignete Vorrichtung eine längliche Düse zum Mischen von Strömungsmitteln und zum Einspritzen des Gemischs durch die Wände eines Gaskanals in den Verbrennungs-Abgasstrom (Rauchgasstrom). Die Düse umfaßt einen Körperbereich und einen Mischbereich, wobei der Körperbereich derart ausgestaltet ist, daß er außerhalb der Wandung des Gaskanals angeordnet werden kann und eine Kammer umfaßt, die an einem Ende geschlossen und am anderen Ende für die Ausgabe von Strömungsmitteln offen ist. Ein Einlaß erstreckt sich in die Kammer für den Eintritt eines ersten Strömungsmittels, und eine Einspritzeinheit, die ein Einspritzrohr umfaßt, erstreckt sich in die Kammer für den Eintritt eines zweiten Strömungsmittels. Das Ausgabeende des Einspritzrohres ist stromabwärts des ersten Strömungsmitteleinlasses angeordnet. Der Mischbereich umfaßt eine Kammer, die derart ausgebildet ist, daß sie sich durch die Wandung des Gaskanals erstreckt und ein Auslaßende umfaßt, das derart ausgebildet ist, daß es sich in den Gasstrom hinein erstreckt, und ein Einlaßende, das derart ausgebildet ist, daß es sich außerhalb der Wandung des Gaskanals erstreckt. Einrichtungen werden bereitgestellt, um das Ausgabeende des Körperbereichs lösbar mit dem Einlaßende des Mischbereichs zu koppeln.
Diese und weitere Merkmaie, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn man sie anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung, der beigefügten Ansprüche und der Begleitzeichnungen betrachtet:
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Boilereinheit, die ein oder mehrere dazugehörige Einspritzsysteme umfaßt, die im Einklang mit der praktischen Durchführung dieser Erfindung zum Mischen von Strömungsmitteln und zum Einspritzen des Strömungsmittelgemischs durch die Wandungen eines Verbrennungs-Abgaskanals angeordnet sind;
Fig. 2 ist eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Düseneinheit, die im Einklang mit der praktischen Durchführung dieser Erfindung angeordnet ist und sich durch die Wandung eines Gaskanals erstreckt, und eines dazugehörigen Trägergassystems, Einspritzzufuhrsystems und Bewegungssteuerungssystems;
Fig. 2a ist eine fragmentarische geschnittene Seitenansicht einer Düseneinheit, die der Düseneinheit von Fig. 2 ähnlich ist, aber eine Gasstromöffnung aufweist, die dem durch die Öffnung strömenden Strömungsmittel Überschallgeschwindigkeit verleihen kann;
Fig. 3 ist eine halbschematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Düseneinheit, die im Einklang mit der praktischen Durchführung dieser Erfindung angeordnet ist;
Fig. 4 ist eine schematische, geschnittene Draufsicht eines Rauchgaskanals mit vier Düseneinheiten, die im Einklang mit dieser Erfindung angeordnet sind und sich in einer Konfiguration, die ein tangentiales Gasstrommuster ergibt, durch die Wandungen des Gaskanals erstrecken;
Fig. 5 ist eine halbschematische, teilweise geschnittene Seitenansicht noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Düseneinheit, die im Einklang mit der praktischen Durchführung dieser Erfindung angeordnet ist.
In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Boilereinheit 10 gezeigt, die ein oder mehrere dazugehörige Einspritzsysteme 12 umfaßt, die im Einklang mit der praktischen Durchführung dieser Erfindung angeordnet sind. Die Einspritzsysteme sind zum Mischen von Strömungsmitteln und zum Einspritzen der Strömungsmittelmischung durch die Wände 14 eines Verbrennungs-Abgaskanals 16 in ein Rauchgas, das durch den Gaskanal strömt, zur Reduktion der Menge an NOx in dem Rauchgas angeordnet.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das System 12 für ein zweistufiges NOx-Reduktionsverfahren geeignet, wie das Verfahren, das in WO 89/07004 offenbart ist, auf das hier ausdrücklich Bezug genommen wird. In der ersten Stufe des Verfahrens wird eine erste Einspritzchemikalie in einem solchen System 12 mit einem Trägergas, wie Luft, gemischt und in einer ersten Einspritzzone 18, wo die Temperatur des Rauchgases größer als etwa 760ºC (1400ºF) ist, in das Rauchgas eingespritzt. In der ersten Stufe ist die Einspritzchemikalie ein NHi-Vorläufer, wie eine wäßrige Lösung von Harnstoff, die mit dem Rauchgas unter Reduktion von NO zu N&sub2; reagiert. In der zweiten Stufe des Verfahrens wird eine zweite Einspritzchemikalie in einem zweiten solchen System 12 mit einem Trägergas, wie Luft, gemischt und in einer zweiten Einspritzzone 20, wo die Temperatur des Rauchgases kleiner als etwa 760ºC (1400ºF) ist, in das Rauchgas eingespritzt. In der zweiten Stufe ist die Einspritzchemikalie ein Peroxyl-Initiatormaterial, wie Methanol, das mit dem Rauchgas unter Umwandlung von NO in NO&sub2; reagiert. Das behandelte Rauchgas tritt von der zweiten Einspritzzone 20 durch einen Auslaßkanal 22 und durch Geräte wie einen Naßwäscher (nicht gezeigt), der NO&sub2; aus dem Rauchgas entfernt, bevor es in die Atmosphäre abgelassen wird.
Obwohl die Einspritzsysteme 12 im Hinblick auf ihre Verwendung im "zweistufigen" Verfahren beschrieben werden, das in der oben zitierten Patentanmeldung ausführlich dargelegt ist, können solche Systeme mit Vorteil bei jedem Verfahren verwendet werden, bei dem zwei oder mehr Strömungsmittel zur Einspritzung mit hoher Geschwindigkeit in einen querströmenden Gasstrom miteinander gemischt werden, um dadurch den raschen Kontakt zwischen den Komponenten des Einspritzgemischs und des Gasstroms zu maximieren. Wenn zum Beispiel fester Müll in kleineren, werkmontierten Verbrertnungssystemen verbrannt wird, beinhaltet die Verbrennungstechnik gewöhnlich eine primäre Zone, in der der Müll verbrannt wird. Diese primäre Zone kann unter substöchiometrischen Luft/Brennstoff-Bedingungen arbeiten, und der Verbrennungsvorgang wird dann in einer sekundären Zone beendet, wo zusätzliche Luft eingeblasen wird. Die Temperatur der sekundären Zone wird gewöhnlich auf oder über 982ºC (1800ºF) geregelt, wobei die Gasverweilzeit 1,0 oder 2,0 Sekunden beträgt, um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten. Unter Verwendung eines Einspritzsystems dieser Erfindung wäre es möglich, Einrichtungen zur Steuerung der Temperatur der sekundären Zone bereitzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich ein Einspritzdüsensystem zwischen der primären und der sekundären Zone einer solchen werkmontierten Verbrennungsanlage für festen Müll. Das Düsensystem spritzt Luft als Trägerströmungsmittel sowie einen Peroxyl-Initiator, wie Methan (oder Erdgas), als Einspritzchemikalie in ausreichenden Mengen ein, so daß die Gastemperatur in der sekundären Zone auf 982ºC (1800ºF) steigt, wenn sie nicht ausreichend hoch war. Die Einleitung eines "sauberen" Brennstoffs, wie eines Peroxyl-Initiators, wie Methan (oder Erdgas), bewirkt im allgemeinen eine Reduktion des NOx-Gehalts durch das "Reburning"- oder "zweistufige" Verbrennungsverfahren. Die Verwendung des Einspritzdüsensystems 12 dieser Erfindung bietet jedoch die zusätzlichen Vorteile, daß die Verbrennungs-Abgase, die zwischen der primären und der sekundären Zone strömen, gründlich gemischt werden, so daß sowohl der Grad der Verbrennung als auch NOx-Reduktionseffekte maximiert werden. Weitere Vorteile sind die Möglichkeit der Gewinnung von Nutzenergie aus den Wänden der sekundären Zone durch Übertragung von Wärmestrahlung, was bei kommerziellen Verbrennungssystemen noch nicht versucht wurde, da die Verbrennungs-Abgase, die von der primären zur sekundären Zone strömen, nicht gründlich durchmischt werden und ein Korrosionspotential (aufgrund von großen Mengen an CO und HCl in den Gasen) sowie hohe Mengen an unverbrannten Kohlenwasserstoffmaterialien existieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird mittels der Düsensysteme 12 dieser Erfindung gewöhnliches Wasser eingespritzt, um zu heißes Rauchgas abzukühlen. Daher kann durch Verwendung der Einspritzsysteme 12 dieser Erfindung das Rauchgas erhitzt oder abgekühlt werden, so daß man eine Temperatursteuerung erhält, wobei entweder Wasser oder Peroxyl-Initiatormaterialien auf einem oder mehreren Einspritzniveaus verwendet werden, die auf jedem Niveau eine oder mehrere Einspritzdüsen enthalten.
In einer Form der praktischen Ausführung dieser Erfindung möchte man das Rauchgas auf eine Temperatur von etwa 982ºC (1800ºF) regeln und es zwischen 1,0 und 2,0 Sekunden lang auf dieser Temperatur halten. In einem solchen Fall könnten durch Einspritzen eines NHi-Vorläufermaterials sehr hohe Werte der NOx-Entfernung über die im "Reburning"-Verfahren erreichte NOx-Entfernung hinaus erreicht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform könnte dies dadurch geschehen, daß man das NHi-Vorläufermaterial mittels einem oder mehreren der Düsensysteme 12 dieser Erfindung einspritzt.
Wir kehren nun zu Fig. 1 zurück. Jedes Einspritzsystem 12, das im Einklang mit der praktischen Durchführung dieser Erfindung angeordnet ist, umfaßt eine oder mehrere Einspritzdüseneinheiten 24, die sich durch die Wandung 14 des Gaskanals 16 erstrecken, ein Gaszufuhrsystem 26, um der Düseneinheit ein Trägergas zuzuführen, ein Zufuhrsystem für die Einspritzchemikalie 28, um eine Einspritzchemikalie in die Düseneinheit einzuführen, und ein Steuersystem 30, um die Düse so auszurichten, daß das Einspritzchemikalien/Trägergas-Gemisch an einer gewünschten Stelle in das Rauchgas eintritt.
Wir wenden uns nun Fig. 2 zu. Gezeigt ist eine halbschematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Düseneinheit 24, die im Einklang mit der praktischen Durchführung dieser Erfindung angeordnet ist und sich durch die Wandung 14 des Gaskanals 16 erstreckt. Zusammen mit der Düseneinheit enthält Fig. 2 auch schematische Darstellungen des Gaszufuhrsystems 26, des Einspritzchemikalienzufuhrsystems 28 und des Steuersystems 30.
Die Düseneinheit 24 umfaßt einen Körperbereich 32, der derart ausgestaltet ist, daß er außerhalb der Wandung 14 des Gaskanals angeordnet werden kann, und einen Mischbereich 34, der sich durch die Wandung des Kanals und in den Rauchgasstrom hinein erstreckt. Der Körperbereich 32 beinhaltet eine hohle zylindrische Kammer 36 und eine Einspritzeinheit 38, die sich in die hohle Kammer 36 hinein und in der gezeigten Ausführungsform durch diese hindurch erstreckt. Die Kammer 36 ist an einem Ende, d. h. ihrem stromaufwärtigen Ende 40, geschlossen und an ihrem anderen Ende, d. h. ihrem stromabwärtigen Ende 42, für die Ausgabe von Strömungsmitteln in den Mischbereich 34 offen. In der gezeigten Ausführungsform wird das geschlossene Ende 40 aus einem massiven zylindrischen Stab gebildet, der unter einem Winkel von etwa 45º geschnitten ist, so daß man eine Fläche 43 erhält, die zum stromabwärtigen Ende 42 gerichtet ist. Eine zylindrische Bohrung 44 verläuft längs durch die Mitte des Stabes und parallel zur Längsachse der Düseneinheit. Ein unter einem Winkel von 45º geschnittenes Rohr, das um den Umfang der gewinkelten Fläche 43 herum gelegt ist, bildet die hohle Kammer 36 des Körperbereichs 32.
Die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung bereitgestellte Einspritzeinheit 38 umfaßt ein zylindrisches Einspritzrohr 46, das in der Bohrung 44 montiert ist, wobei sich ein stromabwärtiges oder Ausgabeende 48 des Rohres 46 in die hohle Kammer 36 hinein erstreckt und sein stromaufwärtiges oder Einlaßende 50 außerhalb der Bohrung 44 liegt. Ein Stoppring 52 ist um den Umfang des Einspritzrohres 46 geschweißt, so daß man eine um 45º gewinkelte Fläche erhält, die auf die nach vorne zeigende gewinkelte Fläche 43 paßt. Das Einlaßende 50 des Einspritzrohrs hat ein Außengewinde, das zu den Gewinden einer Mutter 54 paßt, die das Einspritzrohr in der Bohrung 44 festhält. Eine ringförmige Furche 56 verläuft um die Öffnung der Bohrung 44 herum in der Fläche des Körperbereichs, die von der hohlen Kammer 36 wegzeigt. Ein Runddichtring 58 befindet sich in der Furche 56 und wird von der Mutter 54 in einer gasdichten Anordnung, gehalten, wenn die Mutter auf dem Ende des Einspritzrohrs festgezogen ist.
Ein Rohrverbindungsstück 59 ist mit Hilfe von Gewinden (nicht gezeigt) auf der Außenseite des Rohrverbindungsstücks, die in Gewinde (nicht gezeigt) auf der Innenfläche des Rohreinlasses 50 eingreifen, am Einlaß 50 des Einspritzrohrs befestigt. Das Zufuhrsystem 28 für die Einspritzchemikalie führt die Einspritzchemikalie mit Hilfe eines Schlauches (nicht gezeigt) oder dergleichen, der sich vom Zufuhrsystem 28 bis zum Rohrverbindungsstück 59 erstreckt, der Düseneinheit 24 zu.
Der Körperbereich 32 beinhaltet auch eine Einlaßöffnung. 62 durch die Wand der hohlen Kammer 36, wobei ein Rohrverbindungsstück 64 um den Umfang herum an die Öffnung 62 geschweißt ist. Das Gaszufuhrsystem 26 leitet das Trägergas mittels eines Schlauchs oder dergleichen (nicht gezeigt), der sich vom Zufuhrsystem 26 zum Einlaßrohrverbindungsstück 64 erstreckt, in die Düseneinheit.
In einer Ausführungsform, die bevorzugt ist, wenn die Einspritzchemikalie als Flüssigkeit zugeführt wird, beinhaltet die Einspritzeinheit einen zentralen Körper 66, der am Ausgabeende 48 des Einspritzrohrs 46 montiert ist. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der zentrale Körper 66 tropfenförmig, abgerundet an einem Ende, d. h. seinem stromaufwärtigen Ende 68, und sich zu seinem gegenüberliegenden Ende, d. h. seinem stromabwärtigen Ende 70, hin verjüngend. Das abgerundete Ende 68 des zentralen Körpers ist am Ausgabeende 48 des Einspritzrohres 46 montiert, wobei die Längsachse des zentralen Körpers sich im wesentlichen entlang der Längsachse der Düseneinheit 24 erstreckt. Der Auslaß 48 des Einspritzrohrs 46 öffnet sich in einen kegelstumpfförmigen ausgeschnittenen Teil 71 im abgerundeten Ende des zentralen Körpers 68. Eine oder mehrere Bohrungen 72 erstrecken sich vom ausgeschnittenen Teil 71 durch den zentralen Körper zu seiner Oberfläche. Der Abstand zwischen dem zentralen Körper und den Wänden der Mischkammer hat seinen kleinsten Wert beim maximalen Durchmesser des zentralen Körpers. Somit hat die Geschwindigkeit des Trägergases in diesem Bereich ihr Maximum. Solche Bohrungen 72 treten daher vorzugsweise etwa an der Stelle des maximalen Durchmessers aus dem zentralen Körper aus, so daß die Einspritzchemikalie an der Stelle der maximalen Geschwindigkeit in das Trägergas eingeleitet wird. Dadurch wird die Durchmischung der Einspritzchemikalie mit dem Trägergas verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind acht solcher Bohrungen 72 vorgesehen, aber gewünschtenfalls können auch mehr oder weniger als acht Bohrungen verwendet werden. Die Bohrungen erstrecken sich vorzugsweise in einer imaginären Ebene, die im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse des zentralen Körpers verläuft, und sind radial in gleichen Abständen um den Umfang des zentralen Körpers herum angeordnet. Diese gleichen. Abstände sorgen für eine gleichmäßige Verteilung der Einspritzchemikalie vom zentralen Körper aus.
Der Mischbereich 34 der Düseneinheit ist so ausgestaltet, daß er sich durch die Wandung 14 des Gaskanals hindurch erstreckt, wobei sich sein Ausgabe- oder stromabwärtiges Ende 74 in den Rauchgasstrom hinein erstreckt, der durch den Kanal 16 strömt. Der Mischbereich umfaßt eine offene zylindrische Kammer 76 mit einem Einlaß- oder stromaufwärtigen Ende 78, das so ausgestaltet ist, daß es sich außerhalb der Wandung 14 des Gaskanals erstreckt. Das Einlaßende 78 ist so ausgestaltet, daß es in einer gasdichten Anordnung auf das offene Ausgabeende 42 des Körperbereichs 32 paßt.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Mittel bereitgestellt, um das Ausgabeende 42 des Körperbereichs 32 lösbar mit dem Einlaßende 78 des Mischbereichs 34 zu kuppeln. In der gezeigten Ausführungsform beinhaltet die Kupplungseinrichtung einen Flansch 80 um das Ausgabeende 42 des Körperbereichs herum und einen Flansch 84 um das Einlaßende 78 des Mischbereiches herum. Eine ringförmige Furche 82 verläuft um die nach vorne zeigende Fläche 34 des Flansches 80 herum. Ein Runddichtring 86 befindet sich in der Furche 82, und ein Kupplungsring 88 ist um den gesamten Umfang der Düse herum an die Flansche montiert, so daß die Flansche zusammengehalten werden und dafür gesorgt wird, daß der Runddichtring 86 einen gasdichten Abschluß zwischen dem Körperbereich 32 und dem Mischbereich 34 bildet. Bei diesen Kupplungsringen kann es sich zum Beispiel um Schnelltrennringe handeln, die von AeroQuip Company in Jackson, Michigan, geliefert werden. Dadurch, daß die Kupplungseinrichtung außerhalb des Gaskanals angeordnet ist, läßt sich der Mischbereich 34 zur Reinigung vom Körperbereich abkuppeln, ohne daß man den Körperbereich von seiner Montierung am Boiler lösen muß.
Wenigstens ein Verteilring 90 ist im Innern der Mischbereichskammer 76 montiert. Der Verteilring 90 ist so angeordnet, daß die Strömung von flüssiger Einspritzchemikalie, die noch nicht im Trägergas mitgeführt wird und die entlang der Wände des Mischbereichs strömt, zur Zerstäubung und Mitführung in den Trägergasstrom umgelenkt wird. Der Verteilring 90 hat einen ersten, größeren Durchmesser 92 an seinem stromaufwärtigen Ende, der ungefähr gleich dem Innendurchmesser des Mischbereichs ist. Der Verteilring verjüngt sich von seinem ersten Durchmesser auf einen zweiten, kleineren Durchmesser 94 an seinem stromabwärtigen Ende. Vorzugsweise liegt der zweite Durchmesser 94 des Verteilrings zwischen etwa 80% und 90% des ersten Durchmessers des Verteilrings. Wenn der zweite Durchmesser kleiner als etwa 80% des ersten Durchmessers 92 ist, kann der Fluß des Trägerströmungsmittels durch die Kammer 76 des Mischbereichs eingeschränkt sein. Der Zweck des Verteilrings ist es, flüssige Einspritzchemikalie in den Strom des Trägerströmungsmittels umzulenken. Wenn der zweite Durchmesser daher größer als etwa 90% ist, gibt es keinen nennenswerten Umlenkeffekt.
In einer beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich eine zylindrische Strahldüsenöffnung 96 durch das Ausgabeende 74 des Mischbereichs 34, die entlang der Längsachse der Mischkammer ausgerichtet ist. Vorzugsweise hat der Durchmesser der Öffnung 96 eine Größe, bei der die Geschwindigkeit des aus der Öffnung austretenden Gemischs größer ist als etwa das 0,6fache der Schallgeschwindigkeit in dem Gemisch. Besonders bevorzugt hat der Durchmesser der Öffnung eine ausreichende Abmessung, so daß die Geschwindigkeit des aus der Öffnung austretenden Gemischs etwa gleich der Schallgeschwindigkeit in dem Gemisch ist.
Wenn die Geschwindigkeit des aus der Öffnung austretenden Gemischs kleiner als etwa das 0,6fache der Schallgeschwindigkeit ist, sind der Grad des Vordringens des Gemischs in das querströmende Rauchgas und die Mischgeschwindigkeit kleiner als gewünscht. Wenn zum Beispiel Luft mit einer Schallgeschwindigkeit in der Größenordnung von 350 m/s (1150 ft/sec) als Trägerströmungsmittel verwendet wird und die Geschwindigkeit des eingespritzten Strahls kleiner ist als Mach 0,6 oder 210 m/s (690 ft/sec), überschreitet bei dem in einem typischen Boiler vom Strahl zu durchquerenden Abstand von 9,14 m (30 feet) die zum Durchqueren des Abstandes von 9,14 m (30 feet) erforderliche Zeit schätzungsweise 200 ms. Diese Schätzung berücksichtigt die Abnahme der Strahlgeschwindigkeit mit der zurückgelegten Strecke. Da die Reaktionszeiten für die Reaktion der Einspritzchemikalie mit NO im Rauchgas in der Größenordnung von 50 ms liegen können, wird das Ausmaß des Kontaktes zwischen der Einspritzchemikalie und dem Rauchgas kleiner als gewünscht, wenn die Machzahl des eingespritzten Strahls auf unter 0,6 gesenkt wird. Dies führt zu einem geringeren Kontakt zwischen den Einspritzchemikalien und dem NOx im Rauchgas als erwünscht und zu einer geringeren als der erwünschten Umwandlung von NO in N&sub2; (wenn die Einspritzchemikalie ein NHi-Vorläufer ist) bzw. NO in NO&sub2; (wenn die Einspritzchemikalie ein Peroxyl-Initiator ist).
Die Geschwindigkeit eines durch eine Öffnung strömenden Strömungsmittels ist eine Funktion des stromaufwärtigen und des stromabwärtigen Drucks des Strömungsmittels. Die Geschwindigkeit eines durch eine zylindrische Öffnung, wie Öffnung 96, strömenden Trägergases erreicht Schallgeschwindigkeit (Mach 1,0), wenn das Verhältnis des Drucks unmittelbar stromaufwärts der Öffnung zum Druck unmittelbar stromabwärts der Öffnung größer oder gleich 1,89 ist. Dies ist die maximale erreichbare Geschwindigkeit durch eine zylindrische Öffnung. Wenn das Trägergas Luft ist, muß sie also nur auf einen Druck komprimiert werden, der etwa 1,89mal so groß ist wie der Druck des Rauchgases im Kanal 16, um Schallgeschwindigkeit durch die Düse 96 zu erhalten. Die Druckluft muß nur auf einen Druck komprimiert werden, der 1,28mal so groß ist wie der Druck des Rauchgases im Kanal 16, um das 0,6fache der Schallgeschwindigkeit durch die Düse 96 zu erhalten. In beiden Fällen wird der Typ des erforderlichen Luftkompressors jedoch ein Verdrängungstyp sein, da zentrifugale Ventilatoren keinen ausreichenden Druck erzeugen.
Wir wenden uns nun Fig. 2a zu, Eine konvergierend-divergierende Öffnung 98, die die Geschwindigkeit eines hindurchtretenden Strömungsmittels auf eine Geschwindigkeit erhöhen kann, die größer als die Schallgeschwindigkeit ist, d. h. auf eine Überschallgeschwindigkeit, kann anstelle der zylindrischen Öffnung 96 durch das Ausgabeende 74 des Mischbereichs 34 verlaufen, falls gewünscht. Wir denken jedoch, daß das verstärkte Vordringen, das durch die Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit auf Überschall erhalten wird, nicht immer die erhöhte Gebläsegröße und Energie rechtfertigen kann, die erforderlich sind, um den Druck des Trägergases ausreichend zu erhöhen, so daß man eine solche Überschallgeschwindigkeit erhält. Wenn jedoch überschüssiges Trägergas mit hohem Druck schon zur Verfügung steht, zum Beispiel wenn Dampf unter hohem Druck aus einem Boiler zur Verfügung steht, kann eine Öffnung wie Öffnung 98 bevorzugt sein. Wenn daher Dampf als Trägerströmungsmittel verwendet werden soll, ist eine bevorzugte Ausführungsform die Verwendung von konvergierend-divergierenden Überschallstrahldüsen mit vergleichsweise kleineren Durchmessern, während eine bevorzugte Ausführungsform, wenn Luft als Trägerströmungsmittel verwendet werden soll, die Verwendung von Schallgeschwindigkeit liefernden Strahldüsen; wie der zylindrischen Öffnung 96, mit größeren Durchmessern ist.
Bei der Gestaltung von Düseneinspritzsystemen, wie dem gemäß dieser Erfindung bereitgestellten System 12 zur Einleitung eines eingespritzten Strömungsmittels in einen im allgemeinen querströmenden Rauchgasstrom, wird ein Parameter, der für die Beschreibung der Form der Mittellinie des Strahls des eingespritzten Strömungsmittels geeignet ist, bekanntlich der Impulskoeffizient genannt. Dieser dimensionslose Parameter ist wie folgt definiert:
Impulskoeffizient = J = (PJ/P&sub0;) (VJ/V&sub0;)²
wobei
PJ = die Dichte des eingespritzten Strömungsmittelgemischs
P&sub0; = die Dichte des Gases im Gaskanal
VJ = die Anfangsgeschwindigkeit des eingespritzten Gemischs beim Verlassen der Düsenöffnung
V&sub0; = die Geschwindigkeit des Rauchgases im Gaskanal.
Die Mittellinie eines Strahls des eingespritzten Strömungsmittels kann aus empirischen Experimenten mathematisch modelliert werden, und mehrere Forscher geben eine Korrelation an wie:
Y/Do = (l/J)A (X/Do)B
wobei
Y/Do = die Ablenkung der Mittellinie des Strahls stromabwärts in die Richtung des Rauchgasstroms in Öffnungsdurchmessern
Do = Strahlöffnungsdurchmesser
X/Do = die vom Strahl zurückgelegte Strecke in Öffnungsdurchmessern
J = der oben definierte Impulskoeffizient des Strahls
A = Exponent zwischen 1,0 und 1,5, zum Beispiel 1,25
B = Exponent zwischen 2,0 und 4,0, zum Beispiel 3,00.
Für das frühere Beispiel eines 9,14 m (30 feet) breiten Boilerkanals, wobei Luft als Trägerströmungsmittel verwendet wird, die Strahlgeschwindigkeit des eingespritzten Strömungsmittels 350 m/s (1150 ft/sec) beträgt und eine typische Rauchgasdichte und -geschwindigkeit von 0,3 kg/m³ (0,018 lbs/ft³) bzw. 6,1 m/s (20 ft/sec) vorliegt, wäre der Impulskoeffizient etwa J = 12 000. Bei Verwendung eines Strahlöffnungsdurchmessers von 3,8 cm (1,5 inch) und von Exponenten A und B gleich 1,25 bzw. 3,00 kann die Ablenkung der Mittellinie des Strahls in einem Abstand von 100 Öffnungen stromabwärts (3,81 m oder 12,5 feet) zu 8 Durchmessern (0,3 m oder 1,0 feet) und in einem Abstand von 200 Öffnungen stromabwärts (7,62 m oder 25 feet) zu 64 Durchmessern (2,45 m oder 12,5 feet) berechnet werden. Daher ist die Stromabwärtsablenkung der Mittellinie des Strahls zum Zeitpunkt, wenn der Strahl die gegenüberliegende Wand des Kanals erreicht, kleiner als etwa 3 m (10 feet).
Wenn der Wert von J niedrig ist, kann das resultierende Einspritzgemisch, das aus der Düsenöffnung strömt (der Einspritzstrahl), nicht sehr weit in den Gaskanal vordringen, und die Mittellinie des Einspritzstrahls wird bald abgebogen, so daß sie mit der Strömungsrichtung des Rauchgases durch den Kanal übereinstimmt. Wenn die Geschwindigkeit des eingespritzten Strahls, der aus der Öffnung 96 austritt, das 0,6fache der Schallgeschwindigkeit in dem eingespritzten Gemisch überschreitet, ist der J-Wert vorzugsweise größer als etwa 1000 und besonders bevorzugt größer als 2000. In einer bevorzugten Form der praktischen Ausführung dieser Erfindung hat das eingespritzte Gemisch beim Austritt aus der Düseneinheit 24 eine Geschwindigkeit von mehr als dem 0,6fachen der Schallgeschwindigkeit in dem eingespritzten Strömungsmittelgemisch und einen Impulskoeffizient von mehr als etwa 1000.
Um eine Strahlgeschwindigkeit des eingespritzten Gemischs von mehr als dem 0,6fachen der Schallgeschwindigkeit zu erhalten, wobei der Druck des durch den Gaskanal strömenden Rauchgases Atmosphärendruck ist (1 bar absolut oder 14,7 psia), muß das eingespritzte Gemisch unter einem Druck von mehr als etwa 0,3 bar (4,1 psig) stehen. Da die meisten zentrifugalen Ventilatoren nur auf 0,1 bar (40 inch Wassersäulendruck) oder weniger eingestuft werden und sogar zentrifugale Hochdruckventilatoren auf weniger als 0,2 bar (80 inch Wasser) eingestuft werden, beinhaltet eine bevorzugte Ausführungsform des im Einklang mit dieser Erfindung bereitgestellten Trägergaszufuhrsystems 26 einen Verdrängungskompressor, wenn Luft als Trägergas verwendet wird. Zu den Trägergasen, die für die praktische Durchführung dieser Erfindung geeignet sind, gehören Luft, Dampf, in den Kreislauf zurückgeführtes Rauchgas oder Gemische davon.
Bei der Entwicklung des Aufbaus des im Einklang mit dieser Erfindung bereitgestellten Einspritzsystems 12 ist es wünschenswert, das Verhältnis der Abmessung des Rauchgaskanals, in den das Gemisch aus Trägergas/Einspritzchemikalie eingespritzt wird, zum Durchmesser der zylindrischen Öffnung 96 zu betrachten. Dieser dimensionslose Parameter definiert die Zahl der Öffnungsdurchmesser stromabwärts der Düsenöffnung, die das Einspritzchemikaliengemisch im allgemeinen durchqueren muß, um bis zur gegenüberliegenden Wand des Gaskanals zu gelangen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Einspritzdüsensystems 12 dieser Erfindung wird das Gemisch aus Trägergas/Einspritzchemikalie in von einem Boiler erzeugtes Rauchgas eingespritzt. Boiler haben im allgemeinen Wärmeaustauschflächen, die aus senkrechten Rohren bestehen, die so gestaltet sind, daß sie Dampf-Wasser-Gemische unter hohem Druck enthalten können. Wenn ein Einspritzsystem 12 dieser Erfindung an einem vorhandenen Boiler installiert werden soll, ist es wünschenswert, daß die Zahl der Düseneinheiten 24 und die Größe der Düsen klein gehalten werden, um die Kosten sowie die Schwierigkeit des Einschneidens in die Boilerrohre und des Neuschweißens speziell geformter Rohrabschnitte zur Schaffung von Zutrittsöffnungen durch die Boilerwände zu minimieren. Aus diesen Gründen wird der Durchmesser der von dieser Erfindung bereitgestellten zylindrischen Düsenöffnungen der Einspritzdüseneinheiten 24 vorzugsweise kleiner als 2,0% der größten Abmessung des Boilers gehalten. Mit anderen Worten, eine bevorzugte Ausführungsform erfordert, daß das Verhältnis der Strecke, um die der Strahl des Gemischs aus Trägergas/Einspritzchemikalie in den querströmenden Rauchgasstrom vordringen kann, zum Durchmesser der Öffnung, durch die das Gemisch hindurchtritt, größer als etwa 50 und besonders bevorzugt größer als 100 ist.
Aus der oben für die Stromabwärtsablenkung der Mittellinie des Strahls angegebenen Korrelation geht hervor, daß der Grad dieser Ablenkung sowohl vom Impulskoeffizient (J) des Strahls als auch von der als Zahl der Strahlöffnungsdurchmesser (X/Do) ausgedrückten maximalen zu durchquerenden Strecke abhängt. Obwohl es schwierig ist, solche Parameter für jede denkbare Anwendung zu verallgemeinern, überschreitet J vorzugsweise 1000, d. h. eine ausreichende Strahlgeschwindigkeit, und X/Do überschreitet 50, d. h. ein ausreichend kleiner Düsendurchmesser, um von praktischem Interesse zu sein. Unter diesen Umständen wird die Strahlablenkung etwa 22 Öffnungsdurchmesser betragen, könnte jedoch größer sein, wenn die Strahlöffnung für eine gegebene Abmessung des Boilers kleiner gemacht wird; in diesem Fall könnte es notwendig sein, den Impulskoeffizienten des Strahls zu erhöhen, um die Abnahme der Abmessung der Strahlöffnung zu kompensieren.
Um eine vollständige Charakterisierung des im Einklang mit dieser Erfindung bereitgestellten Einspritzstrahlsystems zu erhalten, muß auch ein dritter Parameter berücksichtigt werden, und zwar das Verhältnis des Massendurchsatzes des in jedem Strahl eingespritzten Gemisches zum Massendurchsatz des Rauchgases. Dieses Verhältnis liefert eine Vorstellung davon, wieviel Leistung erforderlich ist, um das Einspritzsystem zu betreiben, und wieviel Rauchgas während der Zeit, in der sich der Strahl des eingespritzten Gemischs zur gegenüberliegenden Boilerwand bewegt, mitgeschleppt und in diesen eingemischt wird.
Wenn das Einspritzsystem mit einer ausreichenden Energiemenge versorgt wird, wird das Verbrennungs-Abgas rasch mit dem Einspritzgemisch, das eine hohe Geschwindigkeit hat, in Kontakt kommen und gemischt werden. Dies bedeutet wiederum, daß wünschenswert hohe Grade an NOx-Entfernung erreicht werden können.
Um eine ausreichende Querschnittsabdeckung des Gaskanals 16 mit Einspritzdüseneinheiten 24 dieser Erfindung zu erreichen und um den erwünschten Grad der Durchmischung zu erreichen, ist der Massendurchsatz des eingespritzten Strömungsmittelgemischs, das aus jeder Einspritzdüse in den Rauchgaskanal eingeleitet wird, vorzugsweise größer als etwa 0,1% des Massendurchsatzes des Verbrennungsabgases. In einer bevorzugten Ausführungsform des Einspritzsystems 12 dieser Erfindung werden vier Einspritzstrahleinheiten 24 verwendet, wobei aus jeder Düse gleiche Mengen des Einspritzgemischs zugeführt werden und der gesamte Massendurchsatz des eingespritzten Strömungsmittels größer ist als 0,4% des Massendurchsatzes des Verbrennungsabgases. Wenn die Menge des eingespritzten Strömungsmittelgemischs kleiner als etwa 0,1% ist, sind der Grad der Durchmischung und die Querschnittsabdeckung unzureichend. Wenn vier Düseneinheiten verwendet werden, würde der Durchsatz des eingespritzten Strömungsmittels daher also mehr als 0,4% der Menge des Rauchgasdurchsatzes betragen.
Wir wenden uns nun Fig. 3 zu. Gezeigt ist eine schematische, teilweise geschnittene Draufsicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Düseneinheit 124, die im Einklang mit der praktischen Umsetzung von Prinzipien dieser Erfindung bereitgestellt wird und sich durch die Wand 114 des Gaskanals 116 erstreckt. Die Komponenten der Düse 124 sind dieselben wie die Komponenten der Düseneinheit 24, mit der Ausnahme, daß die Öffnung 196 nicht entlang der Längsachse der Düseneinheit, sondern in einem Winkel zu dieser verläuft. Vorzugsweise überschreitet der Winkel zwischen der Achse der Öffnung und der Längsachse der Düseneinheit einen Wert von etwa 70º nicht. Ebenfalls in Fig. 3 gezeigt (aber nicht in den anderen Figuren gezeigt) ist eine im Einklang mit dieser Erfindung bereitgestellte flexible gasdichte Schutzkappe 102, um zu verhindern, daß Gase aus dem Rauchgaskanal 116 durch die Öffnung in der Wand 114 des Boilers strömen. Die Verbindung der Schutzkappe 102 wird durch geeignete Mittel zwischen dem Mischbereich 134 und der Öffnung durch die Wand 114 hergestellt.
Wir wenden uns nun Fig. 4 zu. Gezeigt ist eine schematische, geschnittene Draufsicht eines Rauchgaskanals 116 mit zwei Düseneinheiten 124, die sich durch eine seiner Wände 125 erstrecken, und zwei zusätzlichen Düseneinheiten 124, die sich durch eine gegenüberliegende Wand 127 erstrecken. Die Gasstromöffnungen 196 sind im allgemeinen zur Mittellinie des Kanals 116 hin ausgerichtet, so daß das eingespritzte Gemisch, das aus den Düsen 124 in den Kanal eintritt, ein tangential verwirbeltes Strömungsmuster erreicht, das dem durch den Kanal strömenden Rauchgas bis zu einem gewissen Grade eine Volumenströmungsverwirbelung verleiht. Das Erzeugen eines solchen Verwirbelungsmusters mit Hilfe der Düsenausrichtung ist ein ausgezeichnetes Mittel, um ein hohes Maß an Querschnittsabdeckung und Durchmischung des eingespritzten Strömungsmittels mit dem Rauchgas in kürzestmöglicher Zeit zu: erhalten, wenn alle anderen Strahleinspritzparameter gleich sind.
Ein Beispiel für die praktische Durchführung dieser Erfindung ist ihre Anwendung auf ein Brennsystem für ein städtisches Verbrennungssystem für festen Müll, das für die Verbrennung von etwa 300 Tonnen festem Müll pro Tag eingestuft ist und zu einer Rauchgas-Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1416 m³/min (50 000 scfm) führt. Im Einklang mit dieser Erfindung bereitgestellte Einspritzdüsen wurden im Boiler des Verbrennungssystems installiert, wobei Luft als Trägergas verwendet wurde und die berechnete Geschwindigkeit des eingespritzten Gemischs etwa 366 m/s (1200 ft/sec) betrug. Der Impulskoeffizient des Strahls betrug etwa 13 000. Die größte Boilerabmessung war etwa 4,8 m (15 feet). Strahlöffnungen wurden in zwei Größen bereitgestellt: 2,8 cm (1,1 inch), was einem X/Do von etwa 160 entspricht, und 1,8 cm (0,7 inch), was einem X/Do von etwa 260 entspricht. Der Massendurchsatz des eingespritzten Gemischs betrug etwa 0,75% des Durchsatzes des Rauchgases pro Strahl für die großen Düsen und etwa 0,35% des Durchsatzes des Rauchgases pro Strahl für die kleineren Düsen. Die Zahl der für das Einspritzsystem verwendeten Düsen (wie in den Figuren von WO 89/07004 gezeigt) betrug 16, wobei sich auf vier Einspritzniveaus jeweils vier Düsen befanden. Der Durchmesser des zentralen Körpers betrug etwa 6,35 cm (2,5 inch), und der Innendurchmesser des Mischbereichs betrug in diesen Düsen etwa 7,62 cm (3,0 inch). Alle zentralen Körper enthielten acht Bohrungen in gleichen Abständen mit einem Bohrungsdurchmesser von 0,16 cm (1/16 inch).
In Fig. 5 ist noch eine andere Ausführungsform einer Düseneinheit 224 gezeigt, die im Einklang mit der praktischen Umsetzung von Prinzipien dieser Erfindung bereitgestellt wird und sich durch eine Wand 214 des Gaskanals 216 erstreckt. (Die Komponenten der in Fig. 5 gezeigten Düseneinheit 224 sind mit den Komponenten der Einheit 24 von Fig. 1 identisch, abgesehen von den Komponenten der Einspritzeinheit.) Die Düseneinheit 224 wird vorzugsweise verwendet, wenn die Einspritzchemikalie als Gas zugeführt wird. In dieser Ausführungsform umfaßt die Einspritzeinheit 238 ein zylindrisches Einspritzrohr 246 mit einer Öffnung 247 in seinem Ausgabeende 248, so daß die über das Rohrverbindungsstück 259 in das Einspritzrohr eingeführte Einspritzchemikalie aus der Öffnung 247 direkt in die Mischkammer 276 und damit durch die Düsenöffnung 296 in das Rauchgas austritt.
Wir wenden uns nochmals Fig. 2 zu. Um die Leistungsfähigkeit des im Einklang mit dieser Erfindung bereitgestellten Einspritzsystems 12 zu optimieren, ist es wichtig, daß sich die Düseneinheiten 24 an gewünschten Stellen im Rauchgaskanal befinden und daß Einrichtungen bereitgestellt werden, um die Düsen in geeigneten Richtungen auszurichten und dadurch den Grad der Durchmischung zu maximieren und die zur Versorgung des Einspritzsystems mit Trägergas benötigte Energiemenge zu minimieren. Im allgemeinen würde man den bevorzugten Ort und die bevorzugte Orientierung der Düseneinheiten 24 in einem Rauchgaskanal vor der Installation mit Hilfe von Tests im Windkanal oder mit anderen Mitteln einschließlich mathematischer Strömungsmodellrechnungen vorbestimmen. Diese Verfahren sind im allgemeinen viel billiger als die Durchführung von Feldmodifikationen bei einem bereits installierten Einspritzdüsensystem.
Während des Anfahrens eines Einspritzsystems 12 ist es im allgemeinen wünschenswert, Optimierungstests durchzuführen, um die beste Düsenöffnungsgröße und die beste Ausrichtung für jede solche Einspritzdüse endgültig festzulegen. Bei einigen Anwendungen kann es jedoch wün schenswert sein, eine oder mehrere der Einspritzdüsen auf einen Drehzapfen oder einen Drehkopf zu montieren, so daß die Strahlrichtung des aus jeder solchen Düse 24 eingespritzten Gemischs manuell oder automatisch in die gewünschte Richtung gelenkt werden kann.
Die Temperatur des Verbrennungs-Abgases ändert sich als Funktion der Zeit gemäß den Arbeitsbedingungen, der Brennstoffzusammensetzung und Zufuhrgeschwindigkeit und anderen Variablen. Der Vorgang der NOx- Entfernung ist sehr empfindlich gegenüber der Temperatur der Verbrennungs-Abgase, und es gibt nur ein relativ schmales Temperaturfenster, um hohe Grade der NOx-Entfernung zu erreichen. Es ist daher wünschenswert, die Ausrichtung der Einspritzdüseneinheiten 24 automatisch gemäß der Temperatur des Verbrennungs-Abgases, der NOx-Konzentration im Abgas oder einem anderen Verfahrensparameter anpassen zu können. Da die Düseneinheiten dieser Erfindung in der Lage sind, eine Durchdringung des gesamten Querschnitts von Boilern zu erreichen, kann durch eine Anpassung der Ausrichtung bewirkt werden, daß das Gemisch von Einspritzchemikalie und Trägergas in kältere oder heißere Zonen des Boilers eindringt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Düsensystems 12 dieser Erfindung ist der Körperbereich 32 der Düseneinheit 24 auf einem Drehzapfen oder Drehkopf 99 montiert, so daß die Düse bewegt werden kann und dadurch der Strahl des eingespritzten Gemischs, das durch die Öffnung 96 in den Kanal eingespritzt wird, ausgerichtet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Einspritzsystems 12 dieser Erfindung ist das Steuersystem 30 geeignet, Verfahrensparameter zu überwachen und die Düse auf dem Drehzapfen oder Drehkopf 99 mittels eines Schiebers 97 oder dergleichen zu bewegen und dadurch die Düsenöffnung automatisch in die gewünschte Richtung auszurichten. Vorzugsweise kann die Düse in jede gewünschte Richtung ausgerichtet werden.
Wir wenden uns nun Fig. 3 zu. Ein ähnlicher Drehkopf 199 ist auf der Düseneinheit 124 angeordnet, damit diese durch das System 30 in geeigneter Weise bewegt werden kann. Wenn weiterhin eine Düseneinheit wie die Einheit 124 verwendet wird, kann die Düsenöffnung 196 manuell in verschiedene Richtungen ausgerichtet werden, indem man einfach den Klemmring 188 löst, die Dichtungsschutzkappe 102 löst und den Mischbereich 134 verdreht, bis die Düsenöffnung 196 in die gewünschte Richtung zeigt. Wenn die Düsenöffnung in der gewünschten Richtung liegt, kann der Ring 188 wieder befestigt werden, um den Mischbereich 134 sicher auf dem Körperbereich 132 zu halten, und die Dichtungsschutzkappe 102 kann wieder eingesetzt werden.
Die obige Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtungen zur Entfernung von NOx aus Rauchgasströmen dienen nur zur Veranschaulichung. Aufgrund von Variationen, die dem Fachmann einfallen werden, soll die vorliegende Erfindung nicht auf oben beschriebene spezielle Ausführungsformen beschränkt sein. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Ansprüchen definiert.

Claims

1. Vorrichtung (12) zum Mischen von Strömungsmitteln und zum Einspritzen der sich ergebenden Mischung durch die Wände (14, 114, 214) eines Gaskanals (16, 116, 216) in einen Verbrennungs- Abgasstrom, wobei die Vorrichtung (12) enthält:

(a) mindestens eine Düse (24, 124, 224), wobei die Düse (24, 124, 224) umfaßt:

(i) einen Körperbereich (32), der derart ausgestaltet ist, daß er außerhalb der Wandung des Gaskanals (16, 116, 216) angeordnet werden kann, wobei der Körperbereich (32) umfaßt:

eine Kammer (36) mit stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden (40, 42), wobei die Kammer (36)· an ihrem stromaufwärtigen Ende (40) geschlossen und an ihrem stromabwärtigen Ende (42) für die Ausgabe von Strömungsmitteln offen ist;

einen Einlaß (62), der sich in die Kammer (36) für einen Eintritt eines ersten Strömungsmittels am stromaufwärtigen Ende (40) erstreckt; und

eine Einspritzeinheit (38) umfassend ein Einspritzrohr (46), das sich in die Kammer (36) für einen Eintritt eines zweiten Strömungsmittels in die Düse (24, 124, 224) erstreckt, wobei das Einspritzrohr (46) ein Einlaßende (50) und ein Ausgabeende (48) umfaßt, wobei das Ausgabeende (48) des Ein spritzrohres stromabwärts des ersten Strömungsmitteleinlasses (62) angeordnet ist;

(ii) einen Mischbereich (34), der eine Kammer (76) umfaßt, die derart ausgebildet ist, daß sie sich durch die Wandung des Gaskanals (16, 116, 216) erstreckt und eine Auslaßöffnung (96, 98, 196, 296) umfaßt, die derart ausgebildet ist, daß sie eine Einspritzmischung in den Verbrennungs-Abgasstrom abgibt, wobei ein Einlaßende (78) des Mischbereichs mit dem Ausgabeende (42) des Körperbereichs (32) verbunden ist;

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Zuführen einer Einspritzströmungsmittelmischung durch den Mischbereich (34), so daß die Ausgabegeschwindigkeit an der Auslaßöffnung mindestens 210 m/s beträgt, was dem 0,6fachen der Schallgeschwindigkeit in der Einspritzmischung entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einspritzeinheit (38) zusätzlich einen zentralen Körper (66) enthält, der am Ausgabeende (48) des Einspritzrohrs (46) montiert ist, wobei mindestens eine Bohrung (72) sich durch den zentralen Körper (66) zu seiner Oberfläche vom Ausgabeende (48) des Einspritzrohres erstreckt, so daß das vom Ausgabeende (48) des Einspritzrohres fließende, zweite Strömungsmittel durch die Bohrung (72) des zentralen Körpers und aus dem zentralen Körper (66) heraustritt, wodurch es mit dem ersten Strömungsmittel gemischt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der zentrale Körper (66) tropfenförmig ist, abgerundet an einem Ende (68) und sich zu seinem gegenüberliegenden Ende (70) hin verjüngend, wobei das abgerundete Ende (68) des zentralen Körpers am Ausgabeende (48) des Einspritzrohres (46) montiert ist, wobei die Längsachse des zentralen Körpers (66) sich im wesentlichen entlang der Längsachse der Düse (24, 124, 224) erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei mindestens vier Bohrungen (72) sich vom Ausgabeende (48) des Einspritzrohres im wesentlichen zum maximalen Durchmesser des zentralen Körpers (66) erstrecken, wobei die Bohrungen (72) in einer imaginären Ebene liegen, die im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse des zentralen Körpers (66) verläuft, und gleichmäßig voneinander beabstandet um den zentralen Körper (66) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Kammer (76) des Mischbereiches eine zylindrische Form aufweist und das sich verjüngende Ende (70) des zentralen Körpers (66) sich in den Mischbereich (34) erstreckt, wenn das Ausgabeende (42) des Körperbereichs (32) mit dem Einlaßende (78) des Mischbereichs (34) gekoppelt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zusätzlich umfassend eine Einrichtung zum lösbaren Kuppeln des Ausgabeendes (42) des Körperbereichs (32) mit dem Einlaßende (78) des Mischbereiches (34), wobei die lösbare Kupplungseinrichtung einen Flansch (80) um das Ausgabeende (42) des Körperbereichs (32), einen Flansch (84) um das Einlaßende (78) des Mischbereiches (34) und einen Kupplungsring (88) enthält, der derart ausgebildet ist, daß er die Flansche (80, 84) in einer gasabdichtenden Anordnung zusammenhält.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens ein Flüssigkeitsverteilring (90) an der Innenfläche der Kammer (76) des Mischbereiches angeordnet ist, wobei der Verteilring (90) einen ersten, relativ größeren Durchmesser (92) an seinem stromaufwärtigen Ende aufweist und sich auf einen zweiten, relativ kleineren Durchmesser (94) an seinem stromabwärtigen Ende verjüngt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der zweite Durchmesser (94) des Verteilringes nicht kleiner als etwa 80% des ersten Durchmessers (92) des Verteilringes ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine im wesentlichen zylindrische Öffnung (96, 196, 296) sich durch das Auslaßende (74) des Mischbereiches (34) erstreckt, wobei der Durchmesser der Öffnung (96, 196, 296) von einer Abmessung ist, die ausreicht, um zu bewirken, daß die Geschwindigkeit der die Öffnung (96, 196, 296) verlassenden Mischung größer als etwa das 0,6fache der Schallgeschwindigkeit in der Mischung ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Durchmesser der im wesentlichen zylindrischen Öffnung (96, 196, 296) von einer Dimension ist, die ausreicht, um zu bewirken, daß die Geschwindigkeit der die Öffnung (96, 196, 296) verlassenden Mischung etwa der Schallgeschwindigkeit in der Mischung entspricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Verhältnis der größten Abmessung des Gaskanals (16, 116, 216) in der Nähe der Düse (24, 124, 224) zum Durchmesser der Öffnung mindestens etwa 50 zu 1 beträgt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Öffnung (98) mit einer konvergierend-divergierenden Querschnittsfläche sich durch das Auslaßende (74) des Mischbereichs (34) erstreckt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend eine Einrichtung zum Einleiten des ersten Strömungsmittels in die Düse (24, 124, 224) bei einem derartigen Druck, daß das Verhältnis des Gasdruckes unmittelbar stromaufwärts der Düsenöffnung (96, 98, 196, 296) zum Druck unmittelbar stromabwärts der Düsenöffnung (96, 98, 196, 296) mindestens etwa 1, 28 beträgt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, zusätzlich enthaltend eine Einrichtung (99, 199) zum Ausrichten einer derartigen Düse (24, 124, 224) in eine gewünschte Richtung.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei mindestens vier Düsen (24, 124, 224) vorgesehen sind, wobei die Düsen (24, 124, 224) um den Umfang des Kanals (16, 116, 216) voneinander beabstandet angeordnet sind und etwa an der gleichen Stelle relativ zu ihrer Position entlang des Gasflußweges sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei vier Düsen (124) vorgesehen sind, die etwa an den vier Ecken eines im wesentlichen rechtwinkligen Gaskanals angeordnet sind, wobei jede der vier Düsen (124) im wesentlichen in Richtung auf das Zentrum des Kanals ausgerichtet sind, um dem Verbrennungs-Abgas, das im Gaskanal strömt, einen tangentialen Wirbel zu verleihen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Ausrichteinrichtung (99, 199) eine schwenkbare Einheit enthält und flexible Verbindungsmittel zwischen der Einleiteinrichtung (62) für das erste Strömungsmittel und der Kammer (36) des Körperbereichs vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Ausrichtmittel (99, 199) eine automatische Ausrichtung einer derartigen Düse (24, 124, 224) ermöglichen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die automatische Ausrichteinrichtung (99, 199) auf Temperaturen des Verbrennungsabgases im Inneren des Gaskanals (16, 116, 216) reagiert.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Ausrichteinrichtung (99, 199) eine Düsenöffnung (196) umfaßt, die unter einem Winkel von 70º oder weniger zur Längsachse des Mischbereichs (134) der Düse ausgerichtet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei Einrichtungen (199) vorgesehen sind, um den Mischbereich (134) am Körperbereich zu drehen und dadurch die Ausrichtung der Düsenöffnung (196) zu ändern.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Einrichtung zum Zuführen der Einspritzströmungsmittelmischung durch den Mischbereich (34, 134, 234) eine Gesamtdurchflußrate durch die Auslaßöffnungen (96, 98, 196, 296) bewirkt, die größer als 0,1% der Durchflußrate des Verbrennungsabgases ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Einrichtung zum Zuführen der Einspritzströmungsmittelmischung durch den Mischbereich (34, 134, 234) eine Durchflußrate durch die Düse (24, 124, 224) bewirkt, die größer als 0,1% der Durchflußrate des Abgases ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die Einrichtung zum Zuführen der Einspritzströmungsmittelmischung zusätzlich bewirkt, daß der Impulskoeffizient der Einspritzmischung, wenn sie aus den Auslaßöffnungen (96, 98, 196, 296) ausgegeben wird, größer als 1000 ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Strahldüsenöffnung (96, 196, 296) am Auslaßteil (74) des Mischbereichs (34, 134, 234) einen Durchmesser aufweist, der geringer als 2% der Breite des Gaskanals (16, 116, 216) an der Stelle der Düse (24, 124, 224) ist.

26. Verfahren zum Entfernen von Stickoxiden aus einem Rauchgasstrom, wobei das Verfahren die Schritte des Mischens eines Trägergases und einer Einspritzchemikalie in einer Düse (24, 124, 224), um dadurch eine Einspritzmischung in der Düse (24, 124, 224) zu erzeugen, und das Einleiten der Einspritzmischung aus der Düse (24, 124, 224) in einen Rauchgasstrom umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzchemikalie aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasser, einem NHi-Vorläufermaterial, einem Peroxyl- Initiatormaterial oder Mischungen davon besteht, und daß das Verhältnis des Drucks unmittelbar stromaufwärts der Düsenöffnung (96, 98, 196, 296) zum Druck im Rauchgas in der Nähe der Düse (24, 124, 224) während des Einspritzschrittes größer als etwa 1, 28 gehalten wird, was zu einer Abgabegeschwindigkeit von wenigstens 210 m/s führt, was Mach 0,6 entspricht.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Einspritzchemikalie ein NHi- Vorläufermaterial ist und die Einspritzmischung in den Rauchgasstrom bei im wesentlichen Schallgeschwindigkeit in der Mischung eingeleitet wird, wobei Luft als Trägergas verwendet wird.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Einspritzchemikalie ein NHi-Vorläufermaterial ist und die Mischung in den Rauchgasstrom an einer Stelle des Rauchgasstromes eingeleitet wird, wo das Rauchgas eine Temperatur von über etwa 760ºC (1400ºF) aufweist.

29. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Einspritzchemikalie ein Peroxyl-Initiatormaterial ist und die Einspritzmischung dort in den Rauchgasstrom eingeleitet wird, wo der Rauchgasstrom eine Temperatur von etwa 427ºC (800ºF) bis etwa 760ºC (1400ºF) aufweist.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei das Trägergas und die Einspritzchemikalie in einer langgestreckten Düse (24, 124, 224) zusammengemischt werden, wobei die Einspritzchemikalie in das Trägergas an einer Stelle eingeleitet wird, an der das Trägergas seine maximale Geschwindigkeit innerhalb der Einspritzdüse (24, 124, 224) aufweist.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, wobei das Trägergas Dampf mit einem Druck zwischen etwa 3,5 bar (50 psig) und etwa 17,6 bar (250 psig) ist und die Düse (24) eine konvergierenddivergierende Ausgabeöffnung (98) umfaßt, um die Einleitung der Einspritzmischung in den Rauchgasstrom bei einer Geschwindigkeit zu gestatten, die die Schallgeschwindigkeit in der Einspritzmischung übersteigt.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 31, wobei der Impulskoeffizient der Einspritzmischung größer als etwa 1000 ist.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 32, wobei die Massendurchflußrate der von jeder dieser Düsen (24, 124, 224) eingeleiteten Einspritzmischung größer als etwa 0,1% der Massendurchflußrate des Rauchgases im Rauchgasstrom ist.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, wobei das Trägergas ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Luft, Dampf, rückgeführtem Rauchgas oder Mischungen davon besteht, und wobei die Einspritzchemikalie ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus NHi- Vorläufern, Peroxyl-Initiatoren oder Mischungen davon besteht.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 34, wobei die Temperatur des Rauchgasstromes überwacht wird und die Düse (24, 124, 224) automatisch so ausgerichtet wird, daß die Einspritzmischung aus der Düse (24, 124, 224) dort in den Rauchgasstrom eingeleitet wird, wo das Rauchgas sich auf einer gewünschten Temperatur befindet.

36. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Massendurchflußrate der Einspritzchemikalie automatisch als Funktion der Rauchgastemperatur eingeregelt wird.

37. Verfahren nach Ansprüchen 26 bis 36, ferner enthaltend den Schritt des Steuerns der Temperatur des Rauchgasstroms.

38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Rauchgastemperatur auf eine Temperatur von etwa 982ºC (1800ºF) eingeregelt wird, indem der Anteil des verwendeten Einspritzströmungsmittels eingestellt wird, indem zusätzliches Wasser dem Einspritzströmungsmittel zugefügt wird, wenn die Temperatur zu hoch ist, und indem ein zusätzliches Peroxyl-Initiatormaterial dem Einspritzströmungsmittel zugefügt wird, wenn die Temperatur zu niedrig ist.

39. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die NOx-Entfernung gesteigert wird, indem ein NHi-Vorläufermaterial als Teil des Einspritzströmungsmittels eingeleitet wird.