DE4306765A1

DE4306765A1 - Reducing emissions e.g. from boiler furnace - by spraying cold additive esp. urea soln. into furnace

Info

Publication number: DE4306765A1
Application number: DE4306765A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: BAUR PETER 71723 GROSSBOTTWAR DE
Current assignee: BAUR PETER 71723 GROSSBOTTWAR DE
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2013-03-05
Also published as: DE4306765C2

Abstract

In the redn. of noxious emissions from a heavy oil-fired furnace by using a nozzle to spray an aq. additive soln. into the furnace, the novelty is that the soln. is cooled to below 15 deg.C in a refrigeration unit before supply to the nozzle. The additive is pref. urea. Appts. for carrying out the above process is also claimed. USE/ADVANTAGE - For reducing e.g., boiler furnace emissions. Cooling of the soln. delays evapn. so that small soln. droplets can contact the entire flue gas cross-section to improve redn. of emissions, allows a stationary nozzle to be used and provides nozzle cooling to avoid thermal damage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren von Schad stoffemissionen einer mit Schweröl betriebenen Feuerungsanlage, bei welchem mittels wenigstens einer in einen Feuerraum gerich teten Düse eine wäßrige Lösung eines Additivs zugeführt wird, das mittels der Düse als Sprühnebel ausgesprüht wird, und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for reducing damage emissions from a fuel system operated with heavy oil, in which by means of at least one in a furnace an aqueous solution of an additive is fed into the nozzle, which is sprayed out as a spray by means of the nozzle, and a Device for performing the method.

Es ist bekannt (EP 01 90 463 B1), Ammoniak in flüssiger NH₄OH- oder gasförmiger NH₃-Form in die Brenngas/Abgasführung in einem Bereich unmittelbar vor Beendigung des Brennvorganges einzudü sen, um dadurch die Schadstoffemission zu reduzieren. Bei der bekannten Bauart wird angestrebt, das Eindüsen innerhalb eines "Temperaturfensters" vorzunehmen. Hierzu ist vorgesehen, daß die Düse Bestandteil einer wassergekühlten oder wärmeisolierten Sonde ist, deren Position mittels einer von einer Temperatur meßeinrichtung gesteuerten Antriebseinrichtung verändert werden kann. Die Düse soll mithin ihre Position abhängig von der "Kes sellast" einnehmen.It is known (EP 01 90 463 B1) to inject ammonia in liquid NH ₄ OH or gaseous NH ₃ form into the fuel gas / exhaust gas duct in an area immediately before the end of the combustion process, in order to thereby reduce the pollutant emission. In the known design, the aim is to carry out the injection within a "temperature window". For this purpose, it is provided that the nozzle is part of a water-cooled or heat-insulated probe, the position of which can be changed by means of a drive device controlled by a temperature measuring device. The nozzle should therefore take its position depending on the "Kes sellast".

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das ein verbessertes Redu zieren von Schadstoffemissionen erlaubt.The invention has for its object a method of to create the type mentioned that an improved Redu adornment of pollutant emissions allowed.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die wäßrige Lösung vor dem Zuführen zur Düse mittels einer Kälteanlage auf eine Tempe ratur von weniger als 15°C gekühlt wird.This object is achieved in that the aqueous solution before the supply to the nozzle by means of a refrigeration system on a tempe is cooled to less than 15 ° C.

Aufgrund des Kühlens der eingesprühten Lösung ist es möglich, einen Sprühnebel zu erzeugen, der den gesamten Rauchgasquer schnitt beaufschlagt. Aufgrund der relativ geringen Temperatur der Lösung bleiben die einzelnen Tropfen des Sprühnebels über einen relativ großen Weg erhalten, ohne von dem heißen Rauchgas sofort verdampft zu werden. Dadurch ist es möglich, daß auch relativ kleine Tropfen mit einer im Verhältnis großen Reak tionsoberfläche einzusprühen und dennoch den gesamten Rauchgas querschnitt zu beaufschlagen. In der Regel wird es deshalb auch nicht notwendig sein, die Position der Düse an die Brennerlast anzupassen, so daß die Düse stationär angeordnet werden kann. Die Kühlung der zugeführten wäßrigen Lösung hat auch noch den vorteilhaften Nebeneffekt, daß auch die Düse selbst gekühlt wird, so daß eine thermische Schädigung des Düsenmaterials ver mieden wird.Because of the cooling of the sprayed solution, it is possible to generate a spray that crosses the entire flue gas cut acted upon. Because of the relatively low temperature The individual drops of the spray remain in the solution get a relatively large way without the hot flue gas to be vaporized immediately. This makes it possible for that too relatively small drops with a relatively large reak sprayed surface and yet the entire flue gas cross section. As a rule, it will not be necessary the position of the nozzle to the burner load adjust so that the nozzle can be arranged stationary. The cooling of the aqueous solution supplied also has the advantageous side effect that the nozzle itself is cooled is, so that thermal damage to the nozzle material ver is avoided.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß als Additiv Harnstoff verwendet wird. Es hat sich gezeigt, daß eine wäßri ge Lösung mit einem Gewichtsverhältnis von Harnstoff zu Wasser von etwa 1 : 10 zu einer sehr deutlichen Reduzierung der Stick oxide führt, so daß Werte erzielt werden, die unter den Werten liegen, die von den gesetzlichen Vorschriften zugelassen werden.In an embodiment of the invention it is provided that as an additive Urea is used. It has been shown that a water solution with a weight ratio of urea to water from about 1:10 to a very significant reduction in stick oxide leads so that values are achieved which are below the values lie, which are permitted by the legal regulations.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die eingesprühte Lösungsmenge abhängig von der Brennerlast ge regelt wird. Es hat sich gezeigt, daß diese vereinfachte Rege lung, bei welcher nicht die Anteile der Lösung von der Brenner last abhängig geregelt werden, zu guten Ergebnissen in der Praxis führt.In a further embodiment of the invention it is provided that the amount of solution sprayed depends on the burner load is regulated. It has been shown that this simplified rule lung, in which not the proportions of the solution from the burner be regulated dependent on good results in the Practice leads.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens vorgesehen, die in der Einrich tung zum Zuführen der Lösung einen Verdampfer einer Kälteanlage enthält.In a further embodiment of the invention, a device to perform the method provided in the Einrich device for supplying the solution an evaporator of a refrigeration system contains.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung darge stellten Ausführungsform.Further features and advantages of the invention result from the following description of a Darge in the drawing presented embodiment.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung den Bereich eines Flammrohres einer mit Schweröl betriebenen Feuerung und eine Einrichtung zum Zuführen einer wäßrigen Lösung eines Additivs.The drawing shows the area in a schematic representation a flame tube of a furnace operated with heavy oil and a device for supplying an aqueous solution of a Additives.

Von einer Feuerungsanlage, beispielsweise einer Industrie-Kes selanlage, ist lediglich der Bereich eines als Feuerraum die nenden Flammrohres (1) dargestellt, in welches ein Brenner (2) hineinragt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Brenners (2) ist eine Kesselrückwand (3) vorgesehen, in deren Bereich das Flammrohr (1) in einen Rauchgasabzug übergeht. Dem Brenner (2), der zur Verbrennung von Schweröl dient, ist eine Brennerrege lung zugeordnet, die lastabhängig die Luftmenge und die Ölmenge regelt.From a combustion system, for example an industrial boiler system, only the area of the fire tube ( 1 ) is shown as a combustion chamber, into which a burner ( 2 ) protrudes. A boiler rear wall ( 3 ) is provided on the opposite side of the burner ( 2 ), in the area of which the flame tube ( 1 ) merges into a flue gas outlet. The burner ( 2 ), which is used to burn heavy oil, is assigned a burner control that regulates the air volume and the oil volume depending on the load.

In der Kesselrückwand ist eine lanzenartige Düse (4) angeord net, die einen Sprühkopf aufweist, der in dem Bereich der Mün dung des Flammrohrs (1) einen Sprühnebel aus einer wäßrigen Lösung eines Additivs erzeugt. Der Sprühnebel bildet eine Art Vorhang, der den gesamten Mündungsquerschnitt (Rauchgasquer schnitt) des Flammrohres (1) beaufschlagt. Die Position der Düse (4) ist einstellbar. Während des Betriebs der Feuerungsan lage ist die Düse (4) stationär. In the rear wall of the boiler, a lance-like nozzle ( 4 ) is arranged, which has a spray head which, in the region of the mouth of the flame tube ( 1 ), generates a spray mist from an aqueous solution of an additive. The spray forms a kind of curtain that acts on the entire mouth cross section (flue gas cross section) of the flame tube ( 1 ). The position of the nozzle ( 4 ) is adjustable. The nozzle ( 4 ) is stationary during operation of the furnace system.

Mittels der Düse (4) wird eine wäßrige Lösung von Harnstoff versprüht. Über eine Zuführleitung (14) wird Wasser und über eine Zuführeinrichtung (15) Harnstoff in einen Mischbehälter (13) eingegeben. Die in dem Mischbehälter (13) gebildete wäß rige Lösung des Harnstoffs wird mittels einer Dosierpumpe (5) der Düse (4) zugeführt. Die Dosierpumpe (5) besitzt einen An triebsmotor (16), der mittels eines Signals der Brennerregelung, das der Regelung (11) zugeführt wird, gemeinsam mit dem Brenner ein- oder ausgeschaltet wird. Zusätzlich enthält die Dosierpum pe (5) einen Stellmotor (17) für eine die Fördermenge der Do sierpumpe (5) einstellende Einrichtung. Der Stellmotor (17) wird lastabhängig mit dem Brenner gesteuert, d. h. bei kleiner Brennerlast wird die Förderleistung der Dosierpumpe (5) verrin gert und bei hoher Brennerlast entsprechend erhöht. Die Rege lung (11) regelt lastabhängig die Menge der zugeführten Lösung ohne das Mischungsverhältnis von Wasser und Harnstoff zu ändern. Es hat sich gezeigt, daß eine derart einfache Regelung (11) in der Praxis in ausreichender Weise wirksam ist.An aqueous solution of urea is sprayed by means of the nozzle ( 4 ). Water is introduced via a feed line ( 14 ) and urea into a mixing container ( 13 ) via a feed device ( 15 ). The aqueous solution of urea formed in the mixing container ( 13 ) is fed to the nozzle ( 4 ) by means of a metering pump ( 5 ). The metering pump ( 5 ) has a drive motor ( 16 ) which is switched on or off together with the burner by means of a signal from the burner control which is fed to the control ( 11 ). In addition, the metering pump ( 5 ) contains a servomotor ( 17 ) for a device which adjusts the delivery rate of the metering pump ( 5 ). The servomotor ( 17 ) is controlled depending on the load with the burner, ie the delivery rate of the metering pump ( 5 ) is reduced when the burner load is low and increased accordingly when the burner load is high. The regulation ( 11 ) regulates the amount of the supplied solution depending on the load without changing the mixing ratio of water and urea. It has been shown that such a simple regulation ( 11 ) is sufficiently effective in practice.

Zwischen der Dosierpumpe (5) und der Düse (4) ist ein Verdamp fer (6) einer nicht weiter dargestellten Kälteanlage angeord net, der von der wäßrigen Lösung durchströmt wird. Der Lei tungsverlauf nach diesem Verdampfer (6) zu der Düse (4) hin ist wärmeisoliert. In diesem Leitungsverlauf sitzt eine Einrichtung (10) zur Durchlaufkontrolle und ein Absperrventil (12), das als ein von der Regelung (11) gesteuertes Magnetventil ausgebildet ist. Mittels des Verdampfers (6) wird die wäßrige Lösung auf eine niedrige Temperatur gekühlt. Aufgrund der niedrigen Temperatur der versprühten Lösung läßt sich ein Sprühnebel mit relativ feinen Tropfen erzeugen, die einen relativ großen Weg zurücklegen können, ohne zu verdampfen. Dadurch ist es mög lich, den Rauchgasquerschnitt vorhangartig gesamt zu beaufschla gen, so daß eine wirksame Reduzierung der Schadstoffe und ins besondere der Stickoxyde möglich ist. Die relativ feinen Tropfen des Sprühnebels bieten den Vorteil einer im Vergleich zu ihrer Größe relativ großen aktiven Reaktionsoberfläche. Grundsätzlich läßt sich sagen, daß die Feinheit der Tropfen und/oder die Größe des zurücklegbaren Weges um so mehr gesteigert werden können, je tiefer die Temperatur ist, auf die die Lösung gekühlt wird. Die Grenze bildet dabei der Gefrierpunkt der Lösung. Bei rela tiv großen Anlagen ist es daher zweckmäßig, möglichst dicht bis zu dem Gefrierpunkt herunterzukühlen, während bei kleineren An lagen höhere Temperaturen zulässig sind, die zwischen 5°C und 15°C liegen.Between the metering pump ( 5 ) and the nozzle ( 4 ) an evaporator fer ( 6 ) of a refrigeration system, not shown, is net, which is flowed through by the aqueous solution. The line course after this evaporator ( 6 ) to the nozzle ( 4 ) is thermally insulated. A device ( 10 ) for flow control and a shut-off valve ( 12 ), which is designed as a solenoid valve controlled by the control ( 11 ), is located in this line course. The aqueous solution is cooled to a low temperature by means of the evaporator ( 6 ). Due to the low temperature of the sprayed solution, a spray can be generated with relatively fine droplets that can travel a relatively long way without evaporating. As a result, it is pos sible to apply the total curtain to the flue gas cross section, so that an effective reduction of the pollutants and in particular the nitrogen oxides is possible. The relatively fine drops of the spray mist offer the advantage of a relatively large active reaction surface in comparison to their size. Basically, it can be said that the finer the drops and / or the size of the distance covered, the more the lower the temperature to which the solution is cooled, the more it can be covered. The limit is the freezing point of the solution. In relatively large systems, it is therefore advisable to cool down as close as possible to the freezing point, while in smaller systems higher temperatures are permitted, which are between 5 ° C and 15 ° C.

Der Druck, mit welchem die wäßrige Lösung des Additivs in das Flammrohr eingesprüht wird, wird mittels eines Überströmventils (18) begrenzt, das in einer nach der Dosierpumpe angeschlosse nen Leitung liegt und zu dem Mischbehälter (13) zurückführt. Der Druck wird durch Wahl der Dosierpumpe (5) und der Düse (4) auf 3 bar oder mehr eingestellt.The pressure with which the aqueous solution of the additive is sprayed into the flame tube is limited by means of an overflow valve ( 18 ) which is in a line connected after the metering pump and leads back to the mixing container ( 13 ). The pressure is set to 3 bar or more by selecting the metering pump ( 5 ) and the nozzle ( 4 ).

Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird vorgesehen, daß ein Verdampfer (6′) einer Kälteanlage dem Mischbehälter (13) zugeordnet wird, wobei der Verdampfer (6) in der Leitung zwi schen Dosierpumpe (5) und Düse (4) entfällt. Dadurch ist es möglich, mittels des Verdampfers (6′) die Temperatur auf einen konstanten Wert einzustellen, der nicht von der von der Dosier pumpe (5) bestimmten Menge an Lösungsmittel abhängig ist, die von der Düse (4) versprüht wird.In a modified embodiment it is provided that an evaporator ( 6 ') of a refrigeration system is assigned to the mixing container ( 13 ), the evaporator ( 6 ) in the line between the metering pump ( 5 ) and the nozzle ( 4 ) being omitted. This makes it possible to set the temperature to a constant value by means of the evaporator ( 6 '), which is not dependent on the amount of solvent determined by the metering pump ( 5 ), which is sprayed by the nozzle ( 4 ).

Die Einrichtung (10) zur Durchflußkontrolle ist an eine Stör meldeanlage (8) angeschlossen, die bei einer Unterbrechung des Zuführens von Lösung zur Düse (4) anspricht und entweder eine Bedienungsperson ruft und/oder über die Brennerregelung (11) den Brenner (2) abschaltet.The device ( 10 ) for flow control is connected to a fault reporting system ( 8 ) which responds to an interruption in the supply of solution to the nozzle ( 4 ) and either calls an operator and / or the burner ( 2 ) via the burner control ( 11 ) switches off.

An die Düse (4) ist eine Druckluftversorgungsleitung (9) über ein als Magnetventil ausgebildetes Absperrventil (7) ange schlossen. Bei einem Abschalten der Zuführeinrichtung für die Lösung, was in Verbindung mit einem Abschalten des Brenners (2) geschieht, wird das Absperrventil (12) geschlossen, während das Absperrventil (7) freigegeben wird, so daß noch die im Bereich der Düse (4) befindliche Lösung ausgetragen wird. Dadurch wird mit Sicherheit ein Verstopfen der Düse (4) durch in diesem Be reich antrocknenden Harnstoff verhindert.At the nozzle ( 4 ), a compressed air supply line ( 9 ) is connected via a shut-off valve ( 7 ) designed as a solenoid valve. When the supply device for the solution is switched off, which occurs in connection with the burner ( 2 ) being switched off, the shut-off valve ( 12 ) is closed while the shut-off valve ( 7 ) is released, so that the area around the nozzle ( 4 ) located solution is discharged. As a result, clogging of the nozzle ( 4 ) is prevented by urea which dries in this area.

Wird die Erfindung bei Wasserrohrkesseln angewandt, so werden mehrere stationär angeordnete Düsen (4) vorgesehen, die derart verteilt sind, daß sich ein weitgehend gleichmäßig über den Querschnitt des Feuerraums erstreckender Sprühnebel erhalten wird.If the invention is applied to water tube boilers, several stationary nozzles ( 4 ) are provided, which are distributed in such a way that a spray mist is obtained which is largely uniform over the cross section of the combustion chamber.

Claims

1. A method for reducing pollutant emissions of a fuel system operated with heavy oil, in which an aqueous solution of an additive is supplied by means of a nozzle directed into a combustion chamber, which is sprayed out by means of the nozzle as a spray, characterized in that the aqueous solution before the Feed to the nozzle is cooled to a temperature of less than 15 ° C by means of a refrigeration system.

2. The method according to claim 1, characterized in that urea is used as an additive.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that the amount of solution sprayed depends on the Bren nerlast is regulated.

4. Apparatus for reducing pollutant emissions egg ner fueled fuel system, which contains a nozzle directed into the combustion chamber, which is connected to a device for supplying an aqueous solution of an additive, characterized in that the device ( 5 , 13 , 14 , 15 ) for supplying the solution contains an evaporator ( 6 , 6 ') of a refrigeration system.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the evaporator ( 6 ) is designed as a heat exchanger through which the solution ( 4 ) is conveyed to the nozzle ( 4 ).

6. The device according to claim 4, characterized in that the evaporator ( 6 ') is assigned to a mixing container ( 13 ) for the aqueous solution.