DE4027040C1

DE4027040C1 - Non-catalytic removal of nitric oxide from waste gases - by injecting reducing agent into gases via nozzles

Info

Publication number: DE4027040C1
Application number: DE19904027040
Authority: DE
Inventors: Klaus 5060 Bergisch Gladbach De Limper
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1991-12-12
Anticipated expiration: 2010-08-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven nicht katalytischen Entstickung von Abgasen, insbesondere Rauchgasen aus Abfallverbrennungsanlagen, bei dem dem Abgasstrom ein Reduktionsmittel bei einer Abgastemperatur von 700 bis 1100°C, vorzugsweise 850 bis 1050°C, über eine Menge von Eindüsstellen zugeführt wird, um eine vorgegebene NO-Konzentration im Abgas einzuhalten.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-PS 24 11 672 bekannt. Durch die Zugabe des Reduktionsmittels, wie z. B. gasförmiges Ammoniak, wäßrige Lösungen von Ammoniak, Harnstoff od. dergl., werden die NO_x, insbesondere NO, in die unschädlichen Substanzen N₂ und H₂O umgewandelt. Das Einhalten des Reaktionstemperaturbereichs ist für die Wirksamkeit des Verfahrens ausschlaggebend. Unterhalb des Temperaturbereichs ist die Reduktion unzureichend und das Reduktionsmittel wird zum Teil ungenutzt als erhöhter Ammoniakschlupf mit dem Abgasstrom abgeführt. Oberhalb des Temperaturbereiches wird das Verfahren zunehmend wirkungslos, da das Reduktionsmittel teilweise zu zusätzlichen Stickoxiden aufoxidiert wird.

Als Eindüsstellen sind in der Wand der Feuerungsanlage im Bereich des Feuerraumendes an bestimmten Stellen Wanddüsen und/oder weiter in den Feuerraum vorragende Injektorlanzen angeordnet, durch die das Reduktionsmittel durch seinen Eigenimpuls oder durch den Impuls eines zusätzlichen Trägermediums, wie z. B. Dampf oder Luft, in die Reaktionszone eingebracht wird.

Bei der Entstickung von Abgasen ist es nun erforderlich, die Eindüsstellen mit Reduktionsmittel zu beaufschlagen, die gerade im Bereich der optimalen Reaktionsbedingungen liegen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Eindüslanzen einzeln ein- und abzuschalten. Dabei ist neben der örtlichen Rauchgastemperatur auch das örtliche NO_x- Angebot zu beachten, wobei sich dieses aus dem Produkt des örtlichen Rauchgasmassenstromes und der örtlichen NO_x- Konzentration ergibt. Bei großtechnischen Anlagen sind diese Größen aber nicht kontinuierlich meßbar. Man könnte sich daher damit behelfen, daß man näherungsweise nur eine integrale Rauchgastemperatur als Kriterium für das Einschalten von Eindüsebenen oder Gruppen von Eindüslanzen wählt.

Andererseits ist es bekannt, daß eine Temperaturmessung in dem gewünschten Temperaturbereich nur dann die für die Entstickung erforderliche Genauigkeit aufweist, wenn Strahlungseinflüsse vermieden werden, z. B. durch Absaugmessungen. Bekannt ist auch, Temperaturen optisch oder akustisch zu messen. Dies ist mit hohem gerätetechnischen und somit nachfolgend hohem wartungstechnischen Aufwand verbunden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Entstickung in Abhängigkeit von der gemessenen NO-Konzentration unter Berücksichtigung von Änderungen des örtlichen NO_x-Angebots geführt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei konstanter Zufuhr des Reduktionsmittels die Menge der Eindüsstellen oder verschiedene Teilmengen der Eindüsstellen mit vorgegebenen Teilströmen des Reduktionsmittels zyklisch beaufschlagt werden und für jeden Zyklusschritt die NO- Konzentration im Abgasstrom stromab der Eindüsstellen gemessen wird und die Eindüsstellen- und/oder Reduktionsmittelteilstromverteilung bestimmt wird, die während der zyklischen Beaufschlagung zur niedrigsten NO- Konzentration geführt hat, und danach zur Fortführung der Entstickung diese Eindüsstellen- und/oder Teilstromverteilung in Abhängigkeit von der gemessenen NO- Konzentration mit Reduktionsmittel beaufschlagt wird, und daß der Optimierungszyklus in Abhängigkeit von der Änderung einer die Entstickung beeinflussenden Größe in einem vorgebenen Umfang und/oder über eine vorgebenene Zeit automatisch eingeleitet wird.

Die Untermengen der Eindüsstellen werden hinsichtlich ihrer Elementanzahl und/oder der Position der Elemente im Abgasstrom nach einem festgelegten Folgeschema variiert. Ebenso kann die Beaufschlagung der Menge der Eindüsstellen oder die Beaufschlagung von Untermengen mit unterschiedlichen Teilströmen an Reduktionsmittel nach einem festgelegten Folgeschema variiert werden. Die zu variierenden Untermengen und/oder die zu variierenden Teilströme und die Variationsabfolge können durch Versuche, insbesondere durch die bei der Inbetriebnahme gewonnen Erfahrungen bestimmt werden.

Die konstante Reduktionsmittelmenge kann zur Vereinfachung des Verfahrens auf die Eindüsstellen gleichverteilt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Reduktionsmittelmenge auf die Eindüsstellen ungleich zu verteilen.

Unabhängig davon, ob nur die Anzahl und der Ort der Eindüsstellen bei Gleichverteilung der Reduktionsmittelmenge variiert wird oder ob zusätzlich oder alleine die Reduktionsmittelmenge pro Eindüsstelle variiert wird, sollen in dem automatischen Variationszyklus nach einem festgelegten-Folgeschema-Anzahl, Position und/oder Beaufschlagungsstrom der einzelnen Eindüsstellen bei konstanter Reduktionsmittelgesamtmenge variiert werden. Die Eindüsstellen- und/oder Reduktionsmittelteilmengen verteilungen werden miteinander verglichen und es wird die Verteilung festgehalten, die zur niedrigsten NO- Konzentration im Reingas führt.

Die Anzahl der während des Optimierungszyklus zu durchlaufenden Eindüsstellen und/oder Teilmengenverteilungen sollte wegen der erforderlichen Zykluslänge auf eine geringere Schrittzahl beschränkt werden. Die Reihenfolge der Optimierungsschritte und die Verteilungen müssen bei Inbetriebnahme und ggfls. bei nachfolgenden Versuchsläufen festgelegt und der Steuerung für den Zyklusablauf eingegeben werden.

Der Optimierungszyklus wird automatisch eingeleitet, wenn sich die Betriebsbedingungen für die selektive nicht katalytische Entstickung in vorgegebenem Umfang und/oder über vorgegebene Zeit geändert haben. Hierzu gehören z. B. Änderungen der Referenztemperatur am Feuerraumende, Änderungen der erzeugten Dampfmenge, Änderungen der Rauchgasmenge, eine Überschreitung der vorgebenen Reduktionsmittelmenge, die für die Einhaltung der geforderten NO-Konzentration im Abgas erforderlich ist, oder ein anhaltendes Überschreiten der NO-Konzentration im Abgas. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Regelverfahrens ist darin zu sehen, daß das Verfahren am Entstickungseffekt, d. h. am Reduktionsgrad der Entstickung orientiert ist. Das Verfahren eignet sich insbesondere für Abfallverbrennungsanlagen, da bei diesen die Reaktionsbedingungen für ein SNCR-Verfahren überwiegend zufälligen und häufig nicht erfaßbaren Einflüssen unterliegen, weil sich das der Verbrennungsanlage aufgegebene Gut in starkem Maße ändern kann. Für die Verfahrensführung ist es von Vorteil, wenn während des Optimierungszyklus als konstante Reduktionsmittelmenge im wesentlichen die bei Einleitung des Optimierungszyklus zugeführte Menge eingesetzt wird; es ist jedoch auch möglich, eine geringere Menge für die Durchführung der Optimierung einzusetzen.

Es ist möglich, daß während der zyklischen Beaufschlagung die Beaufschlagungszeiten für die verschiedenen Untermengen der Eindüsstellen gleich lang oder unterschiedlich sind. Unterschiedliche Beaufschlagungszeiten können sich ergeben, wenn die Meßanordnung in der Lage ist, festzustellen, daß sich der einzelne NO-Konzentrationswert nicht mehr ändert, und danach die Messung beendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand der beigefügten Figuren genauer erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Müllverbrennungsanlage mit zwei Eindüsebenen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung verschiedener Teil- oder Untermengen von Einzeldüsen, die bei Gleichbeaufschlagung der Düsen während eines Optimierungszyklus beaufschlagt werden,

Fig. 3 eine zeitliche Abfolge der Reduktionsmittelzugabe und der NO-Konzentrationsmessung für den Optimierungszyklus gem. Fig. 2 und

Fig. 4 einen Optimierungszyklus, bei der nicht die Zahl und die Lage der Eindüsstellen, sondern deren Beaufschlagung variiert wird.

Bei der in der Fig. 1 schematisch dargestellten Müllverbrennungsanlage 1 wird der Müll auf einem Stufenrost 2 verbrannt. Am oberen Ende des auf den Stufenrost 2 folgenden Feuerraum 3 sind in einer ersten Düsenebene 4 vier Eindüslanzen 5 angeordnet. Am oberen Ende des auf den Feuerraum 3 folgenden fallenden Rauchgaszuges 6 ist eine weitere Eindüsebene 7 mit ebenfalls vier Eindüslanzen 5 angeordnet. Die Lage der Düsenebenen 4 und 7 ist so gewählt, daß die Düsen noch in dem Temperaturfenster von 700 bis 1100°C liegen, vorzugsweise zwischen 850-1050°C. Eine beispielhafte Temperaturverteilung ist durch die strichpunktierte Isotherme für 900°C und 1000°C dargestellt.

Die Eindüslanzen 5 sind über Ventile 8 mit einem Reduktionsmittelvorrat 9 ein- und ausschaltbar verbunden und werden von einer Steuereinheit 10 her angesteuert. Der Einfachheit halber ist in der Fig. 1 nur für eine Eindüslanze einer jeden Ebene das Ventil 8 und die Ansteuerung dargestellt.

Der Steuereinrichtung 10 wird das Ausgangssignal einer schematisch dargestellten Meßeinrichtung 11 für die Messung der NO-Konzentration im Reingas zugeführt. Weiterhin können der Steuereinheit ein der Rauchgasmenge entsprechendes Signal 12, ein einer Temperatur am Feuerraumende entsprechendes Signal 13 zugeführt werden. Weiterhin wird ein dem Reduktionsmittelgesamtstrom entsprechendes Signal 14 zugeführt. Den Ventilen 8 ist ein dem Reduktionsmittelgesamtstrom einstellendes Regelventil 15 vorgeschaltet. Der Steuereinrichtung 10 werden Sollwerte S11-S14 für die Signale 11-14 und das Folgeschema für die Untermengenverteilung des Optimierungszyklus vorgegeben. Im folgenden wird ein Optimierungsverfahren in Abhängigkeit von S11 (NO-Konzentration) und S14 (Reduktionsmittelgesamtmenge) und mit einem Folgeschema für gleichverteilt beaufschlagte Lanzenkombinationen beschrieben. Unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 2 soll nun das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren erläutert werden.

Es wird davon ausgegangen, daß die Steuereinrichtung 10 unter der Führung durch das Signal 11 für die NO- Konzentration im Reingas die in der Fig. 2 als schwarze Kreise gekennzeichneten Düsen 5 der Kombination S in Gleichverteilung beaufschlagt. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, wächst der Reduktionsmittelstrom an und überschreitet zum Zeitpunkt t1 einen vorgegebenen Wert S14 für den Reduktionsmittelstrom. Hierdurch wird der Optimierungszyklus eingeleitet. Dies bedeutet, daß der Reduktionsmittelstrom konstant auf dem Wert S14 oder etwas darüber gehalten wird. Nach vorgegebenem Folgeschema steuert nun die Steuereinrichtung 10 nacheinander die Lanzenkombinationen A-F an, wobei jeweils die NO- Konzentration für die einzelne Lanzenkombination gemessen wird. Dies ist in der Fig. 3 durch die den einzelnen Kombinationen zugeordneten Buchstaben gekennzeichnet. Zum Zeitpunkt t2 ist der Optimierungszyklus beendet. Die Steuereinrichtung hat die gemessenen NO-Konzentrationswerte miteinander verglichen und festgestellt, daß die Lanzenkombination E zur geringsten NO-Konzentration im Abgasstrom führt. Für den nachfolgenden automatischen Betrieb werden nun die Lanzen der Kombination E eingeschaltet und es wird von der Steuereinrichtung über das dem Reduktionsmittelvorrat 9 nachgeschaltete Regelventil 15 den eingeschalteten Lanzen 5 so viel Reduktionsmittel zugeführt, daß der vorgegebene NO-Sollwert eingehalten wird. Im Zusammenhang mit der Fig. 2 ist von einer Gleichverteilung der konstanten Reduktionsmittelmenge während des Optimierungszyklus und während des Betriebs mit automatischer Regelung ausgegangen worden. Im Optimierungszyklus sind die Zahl und die Lage der Lanzen 5 in den einzelnen Ebenen 4 und 7 variiert worden.

Es ist jedoch auch möglich, die Zahl und die Lage der Lanzen beizubehalten und diese jedoch nicht gleichmäßig zu beaufschlagen. Der Einfachheit halber ist in Fig. 4 eine Anordnung mit nur einer Eindüsebene dargestellt. Wie in der Fig. 1 im Zusammenhang mit der Düsenebene 7 gestrichelt dargestellt, müßte für eine ungleichmäßige Beaufschlagung jeder Eindüslanze ein Einstellventil 16 vorgeschaltet sein; übernimmt dies auch die Ein-Aus-Funktion, kann das zugeordnete Schaltventil 8 in Fortfall kommen. Zunächst ist der Schaltzustand S vor dem Optimierungszyklus dargestellt. Alle vier Eindüslanzen sind gleich verteilt beaufschlagt. Im nachfolgenden der Einfachheit halber nur zwei Zyklusschritte umfassenden Optimierungszyklus werden die vier Lanzen unterschiedlich beaufschlagt:.

Schritt A 10, 40, 40, 10% im Schritt B: 0, 33%, 34%, 33% und es wird festgestellt, welche Kombination zur kleinsten NO-Konzentration führt. Wie in der Beschreibungseinleitung bereits erläutert wurde, sind auch eine Variation von verschiedenen Teil- bzw. Untermengen der Eindüsstellen mit gleichzeitiger Variation der Beaufschlagungsteilströme der Eindüsstellen denkbar. Solche Kombinationen fallen ebenfalls unter die vorliegende Erfindung.

Auslöser für den Optimierungszyklus war das Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes S14 des Reduktionsmittelstromes. Es ist denkbar, daß die in der Beschreibungseinleitung erwähnten anderen die Entstickung beeinflussenden Größen alleine, in Kombination miteinander oder in Kombination mit dem Wert S14 den Optimierungszyklus auslösen. Ein Überschreiten der NO-Konzentration für einen vorgegebenen Zeitraum kann die Steuereinrichtung 10 aus dem Meßsignal ableiten.

Claims

1. Verfahren zur selektiven nicht-katalytischen Entstickung von Abgasen, insbesondere Rauchgasen aus Abfallverbrennungsanlagen, bei dem dem Abgasstrom ein Reduktionsmittel bei einer Abgastemperatur von 700 bis 1100°C über eine Menge von Eindüsstellen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanter Zufuhr des Reduktionsmittels die Menge der Eindüsstellen oder verschiedene Teilmengen der Eindüsstellen mit vorgegebenen Teilströmen des Reduktionsmittel zyklisch beaufschlagt werden und für jeden Zyklusschritt die NO-Konzentration im Abgasstrom stromab der Eindüsstellen gemessen wird und die Eindüsstellen- und/oder Reduktionsmittelteilstrom verteilung bestimmt wird, die während der zyklischen Beaufschlagung zur niedrigsten NO-Konzentration geführt hat, und danach diese Eindüsstellen und Teilstromverteilung in Abhängigkeit von der gemessenen NO-Konzentration mit Reduktionsmittel beaufschlagt werden, und daß der Optimierungszyklus in Abhängigkeit von der Änderung einer die Entstickung beeinflussenden Größe in einem vorgegebenen Umfang und/oder über eine vorgegebene Zeit automatisch eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Optimierungszyklus das zugeführte Reduktionsmittel auf die Eindüsstellen gleichverteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Optimierungszyklus das zugeführte Reduktionsmittel auf die Eindüsstellen ungleich verteilt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Optimierungszyklus als konstante Reduktionsmittelmenge im wesentlichen die bei Einleitung des Optimierungszyklus zugeführte Menge eingeführt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der zyklischen Beaufschlagung die Beaufschlagungszeiten, die einzelnen Eindüsstellen- und/oder Reduktionsmittelteilstromverteilung gleich lang oder unterschiedlich lang sind.