DE4301760A1 - Verfahren und Vorrichtung für einen Regenerativ-Wärmetauscher zur Behandlung schadstoffhaltiger Abgase - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung für einen Regenerativ-Wärmetauscher zur Behandlung schadstoffhaltiger AbgaseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen
Regenerativ-Wärmetauscher zur Behandlung schadstoffhaltiger, sich
mit einem anderen Medium im Wärmetausch befindender Abgase, mit
feststehenden oder umlaufenden Speichermassen, die zumindest teil
weise aus katalytischem Material bestehen, und dem ein Reduktions
mittel von der heißen Seite her zugeführt wird. Der Regenerativ-
Wärmetauscher läßt sich hierbei sowohl für Luftvorwärmer (Luvos)
als auch für Gasvorwärmer (Gavos) einsetzen.
Bei Kraftwerks- und Industriefeuerungsanlagen werden die Abgase in
einem Regenerativ-Wärmetauscher zur Vorwärmung der Verbrennungsluft
genutzt. Bei diesem Prozeß können bspw. die im Abgas enthaltenen
Stickoxide (NOx) weitgehend reduziert werden, indem in diesem Ball
die Speichermassen - die feststehend oder umlaufend ausgebildet sein
können - des Regenerativ-Luftvorwärmers ganz oder teilweise als
katalytisch wirksam ausgeführt sind und bspw. vor allem Ammoniak
(NH3) als Reduktionsmittel zugegeben wird. Somit geht es um die
katalytische Stickoxidminderung, bei der die Reduktion (Desoxida
tion) der Stickoxide durch Zugabe des NH3 in Anwesenheit eines in
einem Regenerativ-Luftvorwärmer bzw. Regenerativ-Wärmetauscher
integrierten Katalysators stattfindet. In der Regel ist das NOx
haltige Abgas das Rauchgas einer Feuerung, das am Ende eines Dampf
erzeugers zur Vorwärmung der Verbrennungsluft den Regenerativ
wärmetauscher durchströmt.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, zur selektiven Reduktion von Stick
oxiden in den Abgasen von Feuerungsanlagen das NH3 dampfförmig, in
Mischung mit Luft als Trägergas unter Druck oder in Wasser gelöst
drucklos in die aus der Feuerungsanlage austretenden Abgase ein
zuleiten. Durch Mischstrecken mit entsprechenden Einbauten innerhalb
der weiterführenden Abgaskanäle wird versucht, im Abgasstrom bis
zum Eintritt in den Katalysator eine strähnenfreie Ammoniak- und
Temperaturverteilung zu erhalten. Der Katalysator bzw. die Speicher
massen sind unter Berücksichtigung optimaler Reaktionstemperaturen
innerhalb der Abgasführung dem umlaufenden Regenerativ-Wärmetauscher
zur Übertragung der Abgaswärme an die der Feuerung zuzuführende
Verbrennungsluft vorgeschaltet. Als Katalysatoren haben sich ins
besondere Festbett-Katalysatoren mit vertikal nach unten gerichteter
Abgasströmung bewährt, von denen mehrere von den zu entstickenden
Abgasen im Wechsel beaufschlagt werden. Die in Wabenstruktur ausge
führten Festbett-Katalysatoren enthalten als katalytisch wirkende
Stoffe Vanadiumverbindungen, die die Umsetzung der Stickoxide mit
den zuvor in den Abgasstrom eingeleiteten und auf dem Weg bis zum
Katalysator unter feiner Aufteilung eingemischten NH3 begünstigen.
Die Reaktion mit den in den Abgasen enthaltenen Stickoxiden führt
im wesentlichen zu molekularen Stickstoff und Wasser als Reaktions
produkte, die sich dann unschädlich in die Umgebung ableiten lassen.
Durch die europäischen Patentschriften 0 195 075 und 0 257 024 ist
es bekanntgeworden, das Reduktionsmittel auf der Roh-, Rauch- oder
Abgasseite bzw. auf der Reingas- oder Luftseite oder auch sowohl
auf der Gas- als auch auf der Luftseite zuzugeben. Das NH3 wird
somit entweder dem Rauchgas vor dessen Eingang in den Katalysator
oder der zu erwärmenden Frischluft vor deren Eintritt in den Kataly
sator bzw. in Kombination beiden Seiten zugemischt. Auf jeden Fall
werden die im Rauchgas enthaltenen Stoffkomponenten, nämlich NOx,
in unschädliche Komponenten katalytisch umgesetzt.
Bei den bekannten Wärmetauschern tritt sowohl bei der luftseitigen
als auch bei der rauchgasseitigen Zugabe von NH3 eine Leckage auf.
Trotz vorhandener Dichtungen läßt sich bei der luftseitigen Zugabe
nicht verhindern, daß ein gewisser Anteil des Reduktionsmittels von
der Seite des Reingases auf die Seite des gereinigten Rauchgases
gelangt. Dieser Anteil geht somit verloren und belastet die nach
geschalteten Anlagenteile. Schließlich sind bei der luftseitigen,
d. h. von der kalten Luftseite des Wärmetauschers her vorgesehenen
Zuführung auch die nicht katalytisch wirksamen, im niedrigeren
Temperaturbereich liegenden Heizflächen betroffen. Dabei kann das
NH3 in diesen Heizflächenzonen teilweise über Kompensation und/oder
Absorption bspw. bei der Verbrennungsluftvorwärmung von der Luft-
auf die Rauchgasseite übertragen werden. Einhergehend damit können
sich als unerwünschte Begleiterscheinungen der NH3-Überschuß im
Abgas und gleichzeitig auch die NH3-Beladung des im Rauchgas mit
geführten Flugstaubes stark erhöhen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen
sich die vorgenannten Nachteile vermeiden lassen, um im Sinne einer
maximalen NOx-Minderung einerseits einen hohen Reaktionsgrad zu
erreichen, andererseits aber weitestgehend zu verhindern, daß das
Reduktionsmittel in den Rauchgasstrom übertritt und damit in die
Umwelt gelangt.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß das Reduk
tionsmittel dem Katalysator getrennt vom schadstoffhaltigen Abgas
direkt, ohne mit den übrigen Heizflächen in Kontakt zu kommen,
zugeführt wird. Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde,
das von der heißen Seite des Wärmetauschers her eingeleitete Reduk
tionsmittel den Katalysator-Heizflächen auf kürzestem Wege direkt
zuzuführen und nur soweit in die Speichermassenpakete einzublasen,
wie die Katalysator-Heizflächen in ihrer Tiefe reichen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das
Reduktionsmittel dem Katalysator im Rauchgas- bzw. Luftstrom über
ein Freistrahldüsensystem zugeführt wird. Bei bspw. einem Luftvor
wärmer bedeutet das, daß die Reduktionsmittel-Eindüsung auf der mit
Katalysator-Elementen bestückten heißen Seite der Speichermassen
entgegen dem austretenden Luftstrom im Freistrahl durchgeführt wird.
Mit dem Begriff Freistahl wird hierbei die Strömungsform eines aus
der Düse austretenden Mediums beschrieben, das sich aufgrund seiner
kinetischen Energie frei durch die umgehende Atmosphäre bewegt, d. h.
es strömt ohne besondere Kanäle oder lenkende Einbauten zu den
Katalysator-Elementen.
Nach einer bevorzugten alternativen Ausgestaltung des erfindungs
gemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das Reduktionsmittel dem
Katalysator innerhalb des die wärmetauschenden Medien trennenden
Dichtungssystems beim Wechsel von Luft auf Rauchgas bzw. von Rein-
auf Rohgas zugeführt wird. Im Unterschied zum Freistrahlverfahren
strömt das Reduktionsmittel dem Katalysator in diesem Fall in einem
separaten Kanal zu, wozu vorteilhaft die Düsenrichtung als ein in
den radialen Dichtleisten angeordneter Strömungskanal ausgebildet
sein kann.
Bei der Zuleitung des Reduktionsmittels über einen separaten Kanal
des Dichtungssystems läßt sich das Reduktionsmittel nach Art einer
Kammerteilspülung zugeben. Dabei wird die jeweilige Speichermassen
zelle auf der kalten Gegenseite von der entsprechenden Radialdicht
leiste nur soweit freigegeben, daß das einströmende Reduktionsmittel
die Rauchgasfüllung teilweise ausspült und bis zum Ende der Kataly
satorzone vordringt. Nach einer Übergangsphase, während derer die
vom Reduktionsmittel angeströmte Zelle an der kalten Seite völlig
abgeschlossen ist, gibt die Dichtleiste wieder einen Querschnitt
frei, so daß jetzt bspw. eintretende Luft im Gegenstrom das restli
che Rauchgas und überschüssige Reduktionsmittel ausspült. Dem
Reduktionsmittel tritt hierbei im Katalysator kein ausströmendes
Medium entgegen, und darüber hinaus ergibt sich für die Reduktions
mittel-Versorgung des Katalysators eine längere Verweilzeit.
Zur Freistrahl-Eindüsung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
in beiden Haubenflügeln eine mindestens einarmige, sich jeweils über
den gesamten Radius des Wärmetauschers erstreckende Düseneinrichtung
angeordnet ist. Diese läßt sich so ausbilden, daß der Arm bzw. die
Arme mit einer Schlitzdüse versehen ist bzw. sind; alternativ kann
der Arm bzw. können die Arme mit über den Radius des Wärmetauschers
verteilt angeordneten Einzeldüsen bestückt werden. Die Schlitzdüse
bzw. die Reihe von Einzeldüsen sind so ausgelegt, daß die Katalysa
toroberflächen an jeder Stelle spezifisch die gleiche Reduktions
mittelmenge angeboten bekommen.
Wenn die Düseneinrichtung vorteilhaft winkelverstellbar ist, läßt
sich innerhalb eines Haubenflügels oder auch beider Flügel der
oberen Haube die Einstellage entsprechend dem für die Reduktions
mittel-Absorption günstigsten Temperaturbereich anpassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der einige Aus
führungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert
sind. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Regenerativ-Wärmetauscher
mit dem Katalysator von der heißen Seite her vor
geschalteter Reduktionsmittel-Zuführung, die als
Freistrahldüseneinrichtung ausgebildet ist, entlang
der Linie I-I von Fig. 2 geschnitten und schematisch
dargestellt;
Fig. 2 den Regenerativ-Wärmetauscher gemäß Fig. 1 entlang
der Linie II-II geschnitten, schematisch darge
stellt;
Fig. 3 einen mit der Ansicht gemäß Fig. 2 vergleichbaren
Schnitt durch eine Haube eines Regenerativ-Wärmetau
schers mit einer Ausführung der Düseneinrichtung,
bei der Strömungskanäle in den zwischen den Luft-
und Gassektoren verlaufenden radialen Dichtleisten
angeordnet sind, schematisch dargestellt, und
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig.
3 durch den aus katalytisch wirksamen, oben liegen
den Speichermassen und einem unten liegenden Wärme
speicher bestehenden Katalysator.
Dem in Fig. 1 gezeigten, als Luftvorwärmer ausgebildeten Regenera
tiv-Wärmetauscher 1 strömt NOx-haltiges, heißes Abgas von einem
nicht dargestellten Dampferzeuger über einen Kanal 2 zu. Das heiße
Rohgas G - im folgenden kurz Gas genannt - strömt somit von oben
in den Regenerativ-Wärmetauscher 1 ein, der in seinem mittleren Teil
einen kontinuierlich oder schrittweise umlaufenden Katalysator
aufweist, der aus katalytischen Speichermassen 3 und einem diesen
unterhalb nachgeschalteten Wärmespeicher 4 besteht. Beidseitig bzw.
ober- und unterhalb des Katalysators, d. h. der Speichermassen 3 bzw.
des Wärmespeichers 4 befindet sich jeweils eine segmentierte Haube
5, 6. Aufgrund der Drehbewegung des Katalysators sind immer andere
Teile bzw. Zellen der Speichermassen 3 und des Wärmespeichers 4 dem
schadstoffbelasteten, heißen Gas G ausgesetzt. Auf dem Weg des Gases
G durch die katalytisch wirksamen Speichermassen 3 wird durch
Adsorption durch NH3 eine NOx-Reduktion bewirkt. Gleichzeitig heizen
sich die Heizflächen der Speichermassen 3 und des Wärmespeichers
4 durch das Gas G auf, das sich dabei abkühlt und den Regenerativ-
Wärmetauscher 1 am unteren Ende in gereinigter Form über den Kanal 7
verläßt.
Vom unteren Ende des Regenerativ-Wärmetauschers 1 - bzw. des darge
stellten Luftvorwärmers - her ist an die Haube 6 eine Leitung 8
angeschlossen, über die saubere, kalte Verbrennungsluft L - nach
folgend kurz als Luft bezeichnet - im Gegenstrom zu dem Gas G über
die Haube 6 den von dem Gas G aufgeheizten Heizflächen der Speicher
massen 3 bzw. des Wärmespeichers 4 zugeführt wird. Die Luft L kühlt
die Heizflächen unter Wärmeaufnahme ab und strömt über die obere
Haube 5 als Heißluft durch einen Kanal 9 zur Feuerung.
Zur NOx-Reduktion wird als Reduktionsmittel NH3 mit vorgewärmter
Trägerluft über ein Zuführrohr 10 von der heißen Seite des Regenera
tiv-Wärmetauschers 1 über die obere Haube 5 eingeleitet und von dort
über eine Düseneinrichtung 11 zu den Heizflächen der Speichermassen
3 geführt. Die in Fig. 1 gezeigte Düseneinrichtung 11 besteht aus
sich von dem Zuführrohr 10 abzweigenden, jeweils in den Luftsektoren
12 (vgl. Fig. 2) in beiden Haubenflügeln 5a, 5b bis zum Außenumfang
des Regenerativ-Wärmetauschers 1 verlaufenden Armen 13, die mit
einer Reihe von Einzeldüsen 14 versehen sind. Alternativ können die
Arme 13 statt Einzeldüsen 14 eine durchgehende Schlitzdüse 15 (vgl.
Fig. 2) tragen. Die Luftsektoren 17 sind mit radialen Dichtleisten
16 gegen die Gassektoren 17 abgedichtet, und die Einzeldüsen 14 bzw.
die Schlitzdüsen 15 düsen das Reduktionsmittel mit der Trägerluft
im Freistrahl nur soweit in die Heizflächenpakete der Speichermassen
3 ein, wie die Katalysator-Heizflächen in ihrer Tiefe reichen; das
Reduktionsmittel gelangt damit nicht in die im niedrigeren Tempera
turbereich liegenden Heizflächen des Wärmespeichers 4.
Bei der Ausführung der Reduktionsmittel-Zuführung nach den Fig. 3
und 4 ist die Düseneinrichtung 11 als ein in den einander diametral
gegenüberliegenden radialen Dichtleisten 16a angeordneter Strömungs
kanal 18 ausgebildet, so daß sich eine geschlossene Zufuhr des
Reduktionsmittels ergibt. Mit der Zuführung des Reduktionsmittels
in separaten Strömungskanälen 18 der Dichtleisten 16a läßt sich eine
Kammerteilspülung durchführen, wie in Fig. 4 dargestellt. Hierbei
wird die jeweilige Wärmespeicherzelle 4a auf der kalten Seite des
Katalysators von der entsprechenden, d. h. dem Wärmespeicher 4
zugeordneten Radialdichtleiste 16b nur soweit freigegeben, daß das
über den Strömungskanal 18 zugeführte Reduktionsmittel unter
Ausspülung der Rauchgasfüllung bis zum Ende der Katalysatorzone
vordringt (vgl. Position I in Fig. 4). Nach einer Übergangsphase,
während derer die von NH3 angeströmte Wärmespeicherzelle 4a an der
kalten Seite 5 abgeschlossen ist (vgl. Position II in Fig. 4), gibt
die Dichtleiste 16b dann wieder einen Querschnitt der Wärmespeicher
zelle 4a frei (vgl. Position III in Fig. 4), so daß jetzt bspw. in
diese Zelle eintretende Luft im Gegenstrom das restliche Rauchgas
und überschüssiges NH3 ausspült und über den Kanal 11 (vgl. Fig.
1) zur Feuerung transportiert, was bedeutet, daß kein NH3-belastetes
Abgas in die Umwelt gelangt.
Bezugszeichenliste
1 Regenerativ-Wärmetauscher
2 Kanal
3 Speichermasse
4 Wärmespeicher
5 Haube
6 Haube
7 Kanal
8 Leitung
9 Kanal
10 Zuführrohr
11 Düseneinrichtung
12 Luftsektor
13 Arm
14 Einzeldüse
15 Schlitzdüse
16 Dichtleiste
17 Gassektor
18 Strömungskanal
4a Wärmespeicherzelle
5a, 5b Haubenflügel
16a, 16b Dichtleiste
2 Kanal
3 Speichermasse
4 Wärmespeicher
5 Haube
6 Haube
7 Kanal
8 Leitung
9 Kanal
10 Zuführrohr
11 Düseneinrichtung
12 Luftsektor
13 Arm
14 Einzeldüse
15 Schlitzdüse
16 Dichtleiste
17 Gassektor
18 Strömungskanal
4a Wärmespeicherzelle
5a, 5b Haubenflügel
16a, 16b Dichtleiste
Claims (8)
1. Verfahren für einen Regenerativ-Wärmetauscher zur Behandlung
schadstoffhaltiger, sich mit einem anderen Medium im Wärme
tausch befindender Abgase, mit feststehenden oder umlaufenden
Speichermassen, die zumindest teilweise aus katalytischem
Material bestehen, und dem ein Reduktionsmittel von der heißen
Seite her zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Reduktionsmittel dem Katalysator getrennt vom schad
stoffhaltigen Abgas direkt, ohne mit den übrigen Heizflächen
in Kontakt zu kommen, zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Reduktionsmittel dem Katalysator im Rauchgas- bzw.
Luftstrom über ein Freistrahldüsensystem zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Reduktionsmittel dem Katalysator innerhalb des die
wärmetauschenden Medien trennenden Dichtungssystems beim
Wechsel von Luft auf Rauchgas bzw. von Rein- auf Rohgas zu
geführt wird.
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in beiden Haubenflügeln (5a, 5b) eine mindestens einarmige,
sich jeweils über den gesamten Radius des Wärmetauschers (1)
erstreckende Düseneinrichtung (11) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Arm (13) mit einer Schlitzdüse (15) versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Arm (13) mit über den Radius des Wärmetauschers (1)
verteilt angeordneten Einzeldüsen (14) versehen ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düseneinrichtung (11) winkelverstellbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düseneinrichtung (11) als ein in den radialen Dicht
leisten (16a) angeordneter Strömungskanal (18) ausgebildet ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4301760A DE4301760A1 (de) | 1993-01-23 | 1993-01-23 | Verfahren und Vorrichtung für einen Regenerativ-Wärmetauscher zur Behandlung schadstoffhaltiger Abgase |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4301760A1 true DE4301760A1 (de) | 1994-08-11 |
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ID=6478766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4301760A Withdrawn DE4301760A1 (de) | 1993-01-23 | 1993-01-23 | Verfahren und Vorrichtung für einen Regenerativ-Wärmetauscher zur Behandlung schadstoffhaltiger Abgase |
Country Status (8)
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JP (1) | JPH07765A (de) |
CZ (1) | CZ287723B6 (de) |
DE (1) | DE4301760A1 (de) |
GB (1) | GB2275001B (de) |
NL (1) | NL9400104A (de) |
RU (1) | RU2121867C1 (de) |
UA (1) | UA27800C2 (de) |
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