DE8810887U1

DE8810887U1 - Device for injecting a reaction gas into a gas stream

Info

Publication number: DE8810887U1
Application number: DE8810887U
Authority: DE
Original assignee: Deutsche Babcock Anlagen AG
Current assignee: Deutsche Babcock Anlagen AG
Priority date: 1988-03-08
Filing date: 1988-08-29
Publication date: 1988-10-20

Description

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- 4 - U802093- 4 - U802093

Krefeld, 24.08.88

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DEUTSCHE BABCOGK AMLASEN
AKTIENGESELLSCHAPlGERMAN BABCOGK AMLASEN
STOCK COMPANY

4200 Oberhausen 14200 Oberhausen-1

GasstromGas flow

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Eindüsen eines Reaktionsgases in einen Gasstrom, insbesondere zum Eindüsen von Ammoniak in einen Rauchgasstrom, gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
5The innovation relates to a device for injecting a reaction gas into a gas stream, in particular for injecting ammonia into a flue gas stream, according to the preamble of claim 1.
5

Bei der Entstickung von Rauchgasströmen ist wichtig, daß auf dem gesamten Querschnitt des Rauchgaskanals die Menge des zugegebenen Ammoniaks stöchiometrisch genau der Menge des durchfließenden Stickoxids entspricht. Entsteht örtlich ein Ammoniak-Überschuß, so wird dieser bei der katalytisch unterstützten Reaktion nicht völlig abgebaut. Die unerwünschte Folge ist, daß der gereinigte Rauchgasstrom noch Ammoniak enthält. Bei örtlichem Ammoniak-Unterschuß ist die Stickoxid-Minderungsrate entsprechend schlechter.When denitrifying flue gas streams, it is important that the amount of ammonia added across the entire cross-section of the flue gas duct corresponds stoichiometrically exactly to the amount of nitrogen oxide flowing through. If there is a local excess of ammonia, this is not completely broken down in the catalytically supported reaction. The undesirable consequence is that the cleaned flue gas stream still contains ammonia. If there is a local deficiency of ammonia, the nitrogen oxide reduction rate is correspondingly poorer.

^Aj Durch die DK-OS 27 33 356 ist schon eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 angegebenen Gattung bekannt geworden, die aus einem sinlagigen Gitter von Düsenronren besteht, das den Querschnitt des Rauchgaskanals gleichmäßig ausfüllt. Die Düsenrohre durchdringen eine Wand des annähernd quadratischen Rauchgaskanäls und sind gemeinsam an einen außerhalb des Rauchgaskanals liegenden Verteiler für das Reaktionsgas angeschlossen. ^Aj A device of the type specified in the preamble of claim 1 has already become known from DK-OS 27 33 356, which consists of a single-layer grid of nozzle tubes which evenly fills the cross-section of the flue gas channel. The nozzle tubes penetrate a wall of the approximately square flue gas channel and are jointly connected to a distributor for the reaction gas located outside the flue gas channel.

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- 5 - U802093- 5 - U802093

Obwohl die Düsen gleichmäßig über den ganzen Querschnitt verteilt sind, ist es mit dieser Vorrichtung in der Regel nicht möglich, auf dem ganzen Kanalquerschnitt das stöchiometrische Mengenverhältnis einzuhalten. Der erste Grund dafür besteht darin, daß die Geschwindigkeitsverteilung des Rauchgasstromes nicht gleichmäßig ist. An den Stellen des Querschnitts, an denen die Strömungsgeschwindigkeit besonders hoch ist, ist auch der Stickoxid-Mengenstrom und somit auch der Ammoniakbedarf besonders hoch. Der zweite Grund besteht darin, daß das Stickoxid im Rauchgasstrom ungleichmäßig verteilt ist. Stickoxidreiche Strähnen haben naturgemäß einen erhöhten Ammoniakbedarf. Selbst wenn der Rauchgasstrom hinsichtlich Geschwindigkeit und Stickoxidkonzentration völlig homogen wäre, so wäre es mit der bekannten Vorrichtung kaum möglich, das Ammoniak auf dem ganzen Querschnitt gleichmäßig zuzugeben. Denn das Ammoniakgas ändert auf dem Weg durch die einzelnen Düsenrohre erheblich seine Dichte. Die Folge ist, daß der pro Düse austretende Massenstrom am Ende des Düsenrohres wesentlich geringer ist als an der Eintrittsseite.Although the nozzles are evenly distributed over the entire cross-section, it is generally not possible to maintain the stoichiometric ratio across the entire channel cross-section using this device. The first reason for this is that the speed distribution of the flue gas flow is not even. At the points in the cross-section where the flow speed is particularly high, the nitrogen oxide flow and thus the ammonia requirement are also particularly high. The second reason is that the nitrogen oxide is unevenly distributed in the flue gas flow. Nitrogen oxide-rich strands naturally have a higher ammonia requirement. Even if the flue gas flow were completely homogeneous in terms of speed and nitrogen oxide concentration, it would hardly be possible to add the ammonia evenly across the entire cross-section using the known device. This is because the ammonia gas changes its density considerably on its way through the individual nozzle pipes. The result is that the mass flow exiting per nozzle at the end of the nozzle tube is significantly lower than at the inlet side.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Schutzanspruches 1 angegebenen Gattung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln die Einhaltung eines gleichmäßigen Mengenverhältnisses auf der ganzen Querschnittsfläche erleichtert.The innovation is based on the task of creating a device of the type specified in the preamble of claim 1, which facilitates the maintenance of a uniform quantity ratio over the entire cross-sectional area using simple means.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Schutzanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.This problem is solved by the features specified in the characterising part of claim 1.

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- 6 - U802093- 6 - U802093

Das im Rauchgaskanal stromaufwärts von den Düeenrohreü angeordnete System der Zuleitungsrohre hat zusammen mit dem von den Düsenrohren gebildeten Gitter eine vergleichmäßigende Wirkung auf den Rauchgasstrom. Dabei tritt zwar ein an sich unerwünschter Druckverlust auf. überraschenderweise hat sich aber gezeigt, daß bei gleichem Gesamtdruckverlust die Vergleichmäßigung der Rauchgasgeschwindigkeit weit besser ist, als bei einem einlagigen Gitter aus Düsenrohren. Da das Reaktionsgas zuerst die Zuleitungerohre passieren muß, wird es aufgeheizt, so daß das in den Düserrohren auftretende Temperaturgefälle nahezu ausgeschaltet wird.The system of supply pipes arranged in the flue gas duct upstream of the nozzle pipes, together with the grid formed by the nozzle pipes, has an equalizing effect on the flue gas flow. This does result in an undesirable pressure loss. Surprisingly, however, it has been shown that with the same total pressure loss, the equalization of the flue gas velocity is far better than with a single-layer grid of nozzle pipes. Since the reaction gas must first pass through the supply pipes, it is heated up so that the temperature gradient occurring in the nozzle pipes is almost eliminated.

In den Ansprüchen 2 bis 4 sind bevorsugte bauliche Merkmale der Neuerung angegeben.Claims 2 to 4 specify preferred structural features of the innovation.

Gemäß den Ansprüchen 5 und 6 wird vor allem für den Einsatz in staubbeladenen Rauchgasströmen empfehlen, die Rohre mit einem Verschleißschutz zu versehen.
20According to claims 5 and 6, it is recommended to provide the pipes with wear protection, especially for use in dust-laden flue gas streams.
20

Die Merkmale der Ansprüche 7 und 8 verbessern die Gleichrichtung .The features of claims 7 and 8 improve the rectification.

Das Merkmal des Anspruchs 9 trägt zur Erhöhung der Stabilitat bei und ermöglicht eine einfache, leicht lösbare Aufhängung in einem Rauchgaskanal.The feature of claim 9 contributes to increasing stability and enables simple, easily removable suspension in a flue gas duct.

Das Korkmal des Anspruchs 10 ermöglicht in einfacher Weise eine Anpassung der Reaktionsgasmengenströme an eine inhomogene Verteilung des Stickoxide, Dieses Merkmal ist auch i,-— herkömmlichen Vorrichtungen zum Eindüsen von Reak^s,icr yas mit Vorteil anwendbar. Daher wird für dieses Merkmal auch selbständiger Schutz beansprucht.The feature of claim 10 enables the reaction gas flow rates to be easily adapted to an inhomogeneous distribution of the nitrogen oxides. This feature can also be used with advantage in conventional devices for injecting ^reactants . Independent protection is therefore also claimed for this feature.

- 7 - U802093- 7 - U802093

Die Ansprüche 11 und 12 betreffen-zweckmäßige Ausgestaltungen. Claims 11 and 12 relate to expedient embodiments.

The drawing serves to explain the innovation based on

eines vereinfacht dargestellten Ansfuhrungsbeispiels. 5a simplified example. 5

Figure 1 shows a side view. Figure 2 shows a section along line II/II of Figure 1. Figure 3 shows a Drarf view.

Figur 4 zeigt in größerem Haßstab eine Einzelheit. Figur 5 zeigt verschiedene Gruppierungen von Löchern unterschiedlicher Größe in einer Daxstellung ähnlich einer Abwicklung, jedoch nicht maßstäblich.Figure 4 shows a detail in a larger scale. Figure 5 shows various groupings of holes of different sizes in a Dax position similar to a development, but not to scale.

The device consists of several identical,

etwa haamadelförmigen Elementen aufgebaut, von denen jedes aus einem Dttsenrohr 1, einem dazu parallelen Zuleitungerohr 2 und einem Verbindungsrohr 3 besteht, das mit dem Düsenrohr 1 und dem Zuführungsrohr 2 rechtwinklig verschweißt ist. Das Düsenrohr ist auf der Seite, die dem Zuleitungsrohr 2 abgekehrt ist, mit einer Anzahl von Düsen 4 bestückt, die nahezu auf seiner ganzen Länge in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. Die Düsenachsen sind parallel gerichtet und rechtwinklig zur Achse des DUsenrohrs 1. Die Düsenrohre 1 und die Zuleitungarohre 2 durchdringen in der Mähe ihrer mit Flanschen 5, 6 versehenen freien Enden ein ebenes Blech 7 und sind mit diesem über eine Veretärkungsleiste 8 verschweißt. Das Dttsenrohr 1 ist auf der von den Düsen 4 abgewandten Seite von einem dachartig angeordnetenThe nozzle tube is constructed of roughly hairpin-shaped elements, each of which consists of a nozzle tube 1, a parallel feed pipe 2 and a connecting pipe 3, which is welded at right angles to the nozzle tube 1 and the feed pipe 2. The nozzle tube is equipped with a number of nozzles 4 on the side facing away from the feed pipe 2, which are arranged at equal intervals almost along its entire length. The nozzle axes are parallel and at right angles to the axis of the nozzle tube 1. The nozzle tubes 1 and the feed pipes 2 penetrate a flat sheet 7 near their free ends provided with flanges 5, 6 and are welded to this via a reinforcing strip 8. The nozzle tube 1 is covered on the side facing away from the nozzles 4 by a roof-like

Angle profile 9, which extends from the sheet 7 to the

Ende reicht, an dem das Verbindungerohr 3 angeschweißt ist. In der gleichen Welse ist das Zuleitungerohr 2 von einem Winkelprofil 10 abgedeckt, und zwar auf der Seite, die demend to which the connecting pipe 3 is welded. In the same way, the supply pipe 2 is covered by an angle profile 10, on the side facing the

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- 8 - U802093- 8 - U802093

Düsenrohr 1 abgekehrt ist. Die schmale Spalte, zwischen dem Blech 7 und den ihm zugekehrten Enden der Winkelprofile 9, 10 sind durch Winkel 11, 12 überdeckt, die an dem Blech 7 angeschweißt sind, um Erosion, an den ungeschützten Rohren 1, 2 zu vermeiden. Durch Querstangen 13 in Gestalt von dachartig angeordneten Winkelprofilen, die mit den Winkelprofilen 10 der Zuleitungsrohre 2 verschweißt sind, sind die haarnadelförmigen Elemente zu einer starren Einheit miteinander verbunden. Die Düsenrohre 1 und die Zuleitungsrohre 2 liegen in zueinander parallelen Sbenen. Dabei überdeckt das aus den Zuleitungsrohren 2 und den Querstangen 13 gebildete rechtwinklige Gitternetz die gesamte !Fläche des aus den Düsenrohren 1 bestehenden Gitters. Die Ebene der Zuleitungsrohre 2 hat von der Ebene der Düsenrohre 1 einen Abstand, der annähernd dem doppelten Abstand benachbarter Düsen 4 entspricht. Zwischen den Verbindungsrohren 3 sind Querstücke 14 eingeschweißt, die zum Beispiel aus massivem Rundstahl bestehen.The narrow gap between the sheet metal 7 and the ends of the angle profiles 9, 10 facing it is covered by angles 11, 12 which are welded to the sheet metal 7 in order to prevent erosion on the unprotected pipes 1, 2. The hairpin-shaped elements are connected to one another to form a rigid unit by crossbars 13 in the form of angle profiles arranged like a roof, which are welded to the angle profiles 10 of the supply pipes 2. The nozzle pipes 1 and the supply pipes 2 lie in planes parallel to one another. The rectangular grid formed by the supply pipes 2 and the crossbars 13 covers the entire surface of the grid consisting of the nozzle pipes 1. The level of the supply pipes 2 is at a distance from the level of the nozzle pipes 1 that is approximately twice the distance between adjacent nozzles 4. Crosspieces 14, which consist for example of solid round steel, are welded between the connecting pipes 3.

In jedem Düsenrohr 1 liegt mit geringem Spiel ein Innenrohr 15. Dieses ist mit insgesamt acht achsenparallelen Lochreihen versehen, die in gleichmäßigen Winkelabständen von 45° angeordnet sind. Jede Lochreihe hat eine mit der Anzahl der Düsen 4 libereinetimmende Anzahl von Löchern 16. Die Abstände der Lochmittelpunkte stimmen genau mit den Acheabständen der Düsen 4 überein. In den einzelnen Lochreihen sind Löcher verschiedener Größe in unterschiedlicher Reihenfolge gruppiert:. Dies wird durch Figur 5 veranschaulicht. In der obersten Reihe sind an beiden Enden große Löcher erkennbar; zur Mitte hin nimmt der Lochdurchmesser ab. In der zweiten Reihe nimmt dagegen der Lochdurchmesser von den beiden Enden zur Mitte hin zu. In der dritten und vierten Reihe sind Gruppierungen dargestellt, bei denen die Lochgröße von demAn inner tube 15 is located in each nozzle tube 1 with a small amount of play. This is provided with a total of eight rows of holes parallel to the axis, which are arranged at equal angular intervals of 45°. Each row of holes has a number of holes 16 that corresponds to the number of nozzles 4. The distances between the hole centers correspond exactly to the axial distances of the nozzles 4. In the individual rows of holes, holes of different sizes are grouped in different orders: This is illustrated in Figure 5. In the top row, large holes can be seen at both ends; the hole diameter decreases towards the middle. In the second row, however, the hole diameter increases from the two ends towards the middle. In the third and fourth rows, groupings are shown in which the hole size varies from the

- 9 - U802093- 9 - U802093

einen zum anderen Side hin zu- bzw. abnimmt. In der fünften Reihe sind alle Löcher gleich groß, ebenso¹ in der sechsten ' Reihe. Es versteht: sich, daß noch weitere Gruppierungen ; . möglich sind. Auf dem Innenrohr 15 sitzen an den Stellen _r an denen die Löcher 16 angebracht sind, Ringe 17. Die Ringe 17 haben die Aufgabe, einerseits als Versteifungselemente eine einfache Bearbeitung (Bohrung) zu ermöglichen, andererseits als Dichtungsringe Durchmessertoleranzen der Düsenrohre 1 auszugleichen. Das freie. Ende des Innenrohres ist durch eine Platte 18 verschlossen, deren Durchmesser mit dem Durchmesser des Flansches 6 übereinstimmt. Flansch 6 und Platte 18 sind je mit einem Kranz von Bohrungen 19 versehen, die ebenso wie die Lochreihen des Innenrohres 15 in Winkelabständen von 45° angeordnet sind.one side increases or decreases towards the other. In the fifth row all the holes are the same size, as are ¹ in the sixth row. It goes without saying that further groupings ; . are possible. Rings 17 are located on the inner tube 15 at the points _r where the holes 16 are made. The rings 17 have the task of allowing simple machining (drilling) as stiffening elements on the one hand, and of compensating for diameter tolerances of the nozzle tubes 1 as sealing rings on the other. The free end of the inner tube is closed by a plate 18 whose diameter corresponds to the diameter of the flange 6. Flange 6 and plate 18 are each provided with a ring of holes 19 which, like the rows of holes in the inner tube 15, are arranged at angular intervals of 45°.

Die Vorrichtung kann nach Art einer Schublade in einen Rauchgaskanal eingeschoben werden. Im eingebauten Zustand bildet das Blech 7 einen Teil der Wand des Rauchgaskanals. Die Querstücke 14 sind - wie in Figur 1 angedeutet. - in gabelartigen Befestigungsorganen 20 eingehängt, die an der Wand 21 des Rauchgaskanal? befestigt sind. Die Zuleitungsrohre 2 sind an einer Ammoniakleitung angeflanscht. Die Richtung des Rauchgasstromes wird durch einen Pfeil 22 symbolisiert. The device can be inserted into a flue gas duct like a drawer. When installed, the sheet metal 7 forms part of the wall of the flue gas duct. The crosspieces 14 are - as indicated in Figure 1 - suspended in fork-like fastening elements 20 which are attached to the wall 21 of the flue gas duct. The supply pipes 2 are flanged to an ammonia line. The direction of the flue gas flow is symbolized by an arrow 22.

Bei jedem DUsenrohr 1 wird das Innenrohr 15 durch Drehen der Platte 18 in die Stellung gebracht, bei der die mit den Düsen 4 fluchtende Lochreihe an besten der durch Messungen ermittelten Verteilung des Stickoxids entspricht. Wenn zumFor each nozzle tube 1, the inner tube 15 is brought into the position by rotating the plate 18 in which the row of holes aligned with the nozzles 4 best corresponds to the distribution of the nitrogen oxide determined by measurements.

Example: the distribution of nitrogen oxides is completely uniform

- 10 - U802093- 10 - U802093

1st:, werden sämtliche Innenrohre 15 lh di.e Stellung gebracht, bei der die aus gleich grofien Löchern bestehenden Lochreihen sich mit den Düsen 4 decken. Wenn aber ein Konzentrationsgefälle von der einen Seite zur anderen Seite festgestellt wird, dann kann dem dadurch Rechnung getragen werden, daß für einige oder alle Innenrohre 15 die Lochreihen gemäß Reihe 3 der Figur 5 mit den Düsen 4 zur Deckung gebracht wird. Die Innenrohre 15 werden in der optimalen Stellung fixiert, indem man die Platte 13 mit dem Flansch 6 verschraubt.1st:, all the inner pipes 15 are brought into the position in which the rows of holes consisting of holes of equal size coincide with the nozzles 4. However, if a concentration gradient is found from one side to the other, this can be taken into account by bringing the rows of holes in accordance with row 3 of Figure 5 into line with the nozzles 4 for some or all of the inner pipes 15. The inner pipes 15 are fixed in the optimal position by screwing the plate 13 to the flange 6.

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Claims

»· * · · · • · · · &diams; ·den 24 PL/Pe.08. --A88 88/04GM-iP7-• in &igr;&igr; ··U802093 Krefeld, 97-PAT -DEUTSCHE BABCOCK ANLAGEN AKTXENGESETfXtSCHAFT Oberhausen 1 Protection claims

1. Device for injecting a reaction gas into a gas stream, in particular for injecting ammonia into a flue gas stream for the purpose of selective catalytic reduction of nitrogen oxides,

with several nozzle tubes arranged parallel and evenly spaced in a plane, each of which is equipped with a number of aligned nozzles distributed over the length of the nozzle tube and aligned perpendicular to the plane,

characterized in that on the side of the plane facing away from the nozzles (4) there is arranged a system of parallel supply pipes (2) which are connected to the nozzle pipes (1) via connecting pipes (3).

2. Device according to claim 1, characterized in that the supply pipes (2) lie in a plane parallel to the plane of the nozzle pipes (1).

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- 2 - U802093

3. Device according to claim 2, characterized in that the plane of the supply pipes (2) has a distance (a) from the plane of the nozzle pipes (1) which corresponds to one to eight times, preferably two to four times, the distance between two adjacent nozzles (4).

4. Device according to one of claims 1 to ? characterized in that each nozzle pipe (1) is welded to a supply pipe (2) and a connecting pipe (3) to form a hair-shaped element.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the nozzle tube (1) is arranged on the nozzle

(4) facing away is covered with a roof-like angle profile (9).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the supply pipe (2) is covered with a roof-like angle profile (10) on the side facing away from the nozzle pipes (1).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized by crossbars (13) which are connected to the supply pipes (2) feet and form a rectangular grid with them.

8. Device according to claim 7, characterized in that the cross bars (13) are angle profiles.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized by a cross piece (14) between each two connecting pipes (3).

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10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that an inner tube (15) is seated in each nozzle tube (1) and that the inner tube (15) is provided with several rows of holes arranged at regular angular intervals and parallel to the axis, in which holes (16) of different sizes are grouped in different orders according to the number and the distance between the nozzles (4).

11. Device according to claim 10, characterized in that rings (17) are seated on the inner tube (15) at the locations where the holes (16) are provided.

12. Device according to claim 10 or 11, characterized in that a flange (5) is welded to the free end of the nozzle tube (1) and a plate (18) is welded to the corresponding end of the inner tube (15), and that the flange (5) and the plate (18) have holes (19) for screws at angular intervals that correspond to the angular intervals of the rows of holes.