DK170607B1 - Apparat til katalytisk fjernelse af kvælstofilte fra kraftværksrøggasser - Google Patents

Description

i DK 170607 B1

Opfindelsen angår et apparat til katalytisk fjernelse af kvælstofil-te (NO) fra kraftværksrøggasser (rågasser), der fortrinsvis kommer fra et røggasafsvovlingsanlæg, og hvor røggasserne før indsprøjtning af ammoniak er blevet opvarmet til den for en katalysatorproces 5 krævede temperatur ved varmeveksling med de for kvæl stofi 1te rensede gasser (rengas) og gennem en ekstra varmetilførsel.

Ved et kendt apparat til fjernelse af kvæl stofi 1te fra kraftværksrøggasser sker opvarmningen af rågasserne i en regenereringsvarme-10 veksler, hvis varmeoverførende flader opvarmes af de rengasser, som har passeret katalysatoren. De rensede rågasser, som forlader regenereringsvarmeveksleren gennem en tilslutningstuds, føres via en rågasledning til et ekstra opvarmningsapparat, i hvilket røggasserne bringes op på den til drift af katalysatoren nødvendige temperatur.

15 Efter at være strømmet igennem opvarmningsapparatet, tilsættes ammoniak til rågasserne, hvorefter gasserne efter den tilsvarende blanding med ammoniakken når frem til katalysatoren. De for kvæl-stofilte rensede gasser ledes herefter gennem en rengasledning til regenereringsvarmeveksleren, som de strømmer igennem under opvarm-20 ning af varmefladerne.

Ulemperne ved dette kendte apparat er, at der opstår spalte- og læktab i regenereringsvarmeveksleren, hvilket fører til begrænsninger i den opnåelige kvæl stofilterensningsgrad (NO-rensningsgrad) og 25 dermed i apparatets virkningsgrad. Endvidere kræver det kendte apparat, at den fornødne igangsætningsenergi til regenereringsmassen og den ekstra energi til drift af en spærreluftventilator er til stede. Pladsbehovet for NO-rensningsapparatet er stort, hvilket især skyldes en forskelligartet og derfor en udligningskrævende tempera-30 turprofil over gasstrømstværsnittet ved regenereringsvarmevekslerens udgang. Desuden kræver de rågasledninger, der fører bort fra regenereringsvarmeveksleren, og de rengasledninger, der fører tilbage til katalysatoren, også megen plads. Endelig kræver de frie overflader på NO-rensningsanlægget tilsvarende varmeisoleringsforholdsregi er, 35 således at der ikke gennem varmetab opstår nogen forringelse af virkningsgraden.

Det er derfor opfindelsens formål at tilvejebringe et energibesparende apparat til katalytisk fjernelse af kvæl stofi1te fra DK 170607 B1 2 kraftværksrøggasser, og som besidder en god NO-rensningsgrad, og som ved et lille pladsbehov muliggør en let adgang til de anlægsdele, som kræver vedligeholdelsesarbejder.

5 Til den tekniske løsning af denne opgave foreslås, at apparatet til varmevekslingen mellem rågas og rengas er forsynet med en pladevarmeveksler, hvis såvel ved siden af hinanden som efter hinanden * anbragte, sammenkoblede varmevekslerelementer aktiveres i kryds-modstrøm, at pladevarmevekslerens udløbskanal med anordninger i 10 denne tilføres den ekstra varme, og at ammoniakindsprøjtningen derefter følger, og at der ved enden af denne udløbskanal er anbragt en omløbshætte, idet der imellem udløbet fra kanalen og genindløbet for dfe NO-rensede gasser i pladevarmeveksleren i kanaler dannet i hætten er anbragt katalysatorerne.

15

Et apparat af denne konstruktion fremviser den fordel, at det trods et ringe byggevolumen og korte ledninger til rå- og rengas giver en let tilgængelighed til de anlægsdele, som kræver vedligeholdelsesarbejder. På grund af det lille byggevolumen har apparatet kun små 20 frie overflader, således at man undgår varmetab, og således at den energetiske virkningsgrad forbedres. Hertil bidrager også anvendelsen af en pladevarmeveksler, der ikke kræver nogen igangsætningsenergi, og som desuden sammenlignet med en regenereringsforvarmer ikke har nogen spalter, og dermed lækager, således at der fås en forbed- 25 ret NO-rensningsgrad og dermed en forbedret virkningsgrad ved apparatet.

Det fra den kendte regenereringsforvarmer optrædende slid og støjemissionen kendt fra tilsvarende varmevekslere undgås; endvidere 30 bortfalder behovet for energi til en spærreluftventi lator.

Temperaturprofilen, som aftegnes ved pladevarmevekslerens udgang, udjævnes i alt væsentligt, hvorfor ekstra blandingsstrækninger kan * udgås, og en omstyring af gasstrømmen inden for et lille rum bliver 35 derfor mulig. *

Den i apparatet anvendte pladevarmeveksler kan opbygges af enkelte moduler, hvilket muliggør en simpel tilpasning til den til enhver tid krævede ydelse og størrelse af NO-rensningsanlægget. På grund af DK 170607 B1 3 den kompakte opbygning af NO-rensningsanlægget, er det ikke nødvendigt at indbygge dette i et særligt hus, således at anlægget i sin helhed kan opstilles i det fri.

5 i en yderligere udformning af opfindelsen er apparatet opdelt i flere byggegrupper, som enkeltvis kan kobles til og fra. På denne måde bliver NO-rensningsanlægget ved afspærring af enkelte kamre også anvendeligt med kun nogle områder af apparatet i brug. Afspærringen af enkelte kamre letter også gennemførelsen af reparationer, 1° vedligeholdelses- og rensningsarbejder.

Ifølge et yderligere træk ved opfindelsen tilføres der rågassen ekstra varme ved hjælp af en dampopvarmet gasforvarmer, som er anbragt foran ammoniakindsprøjtningen i pladevarmevekslerens ud-15 gangskanal. Derved fås ved udgangskanalens ende og før indføringen i katalysatoren en ensartet temperaturprofil over strømningstværsnittet. I modsætning til anvendelsen af ekstra brændere opstår der ingen ekstra afgangsgasser, hvorved NO-rensningsgraden forbedres.

20 Til homogenisering af den omstyrede rågasstrøm er det desuden fordelagtigt at anbringe blandingsanordninger i omstyringshætten, for eksempel ved indbygning af hvirvelstyreflader.

En særlig god adgang til de enkelte apparatdele fås eksempelvis ved 25 hjælp af en på højde med disse anbragte fælles arbejdsplatform, idet den dampopvarmede gasforvarmer og katalysatorerne ifølge en yderligere udformning af opfindelsen er anbragt i samme niveau.

I endnu en udførelsesform for opfindelsen er omløbshætten udformet 30 med et tværsnit svarende til katalysatorernes strømningstværsnit og har mindst en længde, der svarer til den dobbelte indløbsbredde. På denne måde fås trods den kompakte opbygning en tilstrækkelig lang blandingsstrækning, ligesom tryktabene, som følge af at indsnævringer udgås, bliver ringe.

35

Endelig foreslås der ifølge opfindelsen, at tilbageløbsledningerne fra rengas inde i pladevarmeveksleren er udformet til retlinet gennemløb. Derved bliver rengasledningerne lettere at rense, især til den fra tid til anden nødvendige fjernelse af ammoniakbi sul fat.

DK 170607 B1 4 På tegningen er angivet udførelseseksempler på et apparat ifølge opfindelsen, idet figur 1 viser, delvist i snit, et perspektivisk billede af et 5 apparat til fjernelse af kvælstofilte (NO) fra kraftværksrøggasser i en første udførelsesform, og figur 2 viser, delvist i snit, et perspektivisk billede af et apparat til fjernelse af kvælstofilte fra kraftværksrøggasser i en 10 anden udførelsesform.

Det på figur 1 afbillede apparat er beregnet til fjernelse af kvælstofilte fra kraftværksrøggasser, der især kommer fra et røggasafsvovlingsanlæg, og består af to byggegrupper: en opvarmningsdel 1 15 og en over denne anbragt NO-rensningsdel 2. Såvel opvarmningsdelen 1 som NO-rensningsdelen 2 består i udførelseseksemplet hver for sig af fire byggegrupper, hvorved altid to byggegrupper, således som det ses på den nederste del af figur 1, gennem en fælles studs 3 fra et kraftværk tilføres rågas, som skal renses for kvælstofilte. Til de 20 to studse 3 er koblet hver sin fordeler 11. Via yderligere to på tegningen kun delvist viste opsamlingsenheder 12 med på bagsiden af apparatet udformede studse forlader den NO-rensede gas, i det følgende betegnet som "rengas", apparatets opvarmningsdel 1.

25 Svarende til apparatets fire byggegrupper udgøres opvarmningsdelen 1 af fire pladevarmevekslere 4. Til forenkling af figurbeskrivelsen er de i det følgende anvendte henvisningsbetegnelser kun anført for den på figur 1 viste byggegruppe til højre; de gælder dog på samme måde for de øvrige tre byggegrupper.

30

Hver pladevarmeveksler 4 består af 3 ovenover hinanden anbragte varmevekslertrin 5', 5", 5'". Hvert varmevekslertrin 5', 5", 5"' består af to varmevekslerelementer 6a, 6b, som hver for sig parvist * er monteret på samme højde og med en indbyrdes afstand. For over-35 skuelighedens skyld er der på figur 1 kun angivet varmevekslerele- 7 menterne 6a, 6b i det øverste varmevekslertrin 5'".

Pladevarmeveksleren 4 gennemstrømmes i krydsmodstrøm, hvorved den lodret, nedadstrømmende, varme rengas retlinet gennemstrømmer de DK 170607 B1 5 hver for sig, over for hinanden anbragte varmevekslerelementer 6a henholdsvis 6b samtidig med, at den til opvarmning benyttede rågas gennemstrømmer varmevekslerelementerne 6a, 6b i en ret vinkel i forhold hertil. Den gennem studsen 3 indstrømmende rågas når først 5 til ydersiden af det nederste varmevekslertrin 5', gennemstrømmer dettes varmevekslerelement indad til et fælles samlekammer 7, stiger i dette samlekammer 7 opad, så gassen kommer på højde med det mellemste varmevekslertrin 5", og gennemstrømmer dettes varmevekslerelement udad. Røggassen, som forlader det midterste varmeveksler-10 trins 5" varmevekslerelement, løber ud i de udvendigt anbragte, derpå følgende samlekamre 8a, 8b, i hvilke røggassen stiger opad til området for det øverste varmevekslertrin 5'", og hvis varmevekslerelementer 6a, 6b gennemstrømmes i indadgående retning. Den opvarmede røggas, når derpå gennem en udgangskanal 9, der i udførelseseksemp-15 let er udformet som en indsnævrende trapez, til apparatets NO-rens-ningsdel 2.

På begge sider af udløbskanalen 9 er på samme måde tilsluttet tilbageløbskanaler 10a, 10b, gennem hvilke den fra NO-rensningsdelen 20 2 tilbagestrømmende rengas løber ind i pladevarmeveksleren 4 for i krydsmodstrøm at opvarme rågassen. Tilbageløbskanalerne 10a, 10b er anbragt i samme højde, i hvilken også varmevekslerelementerne på de forskellige varmevekslertrin 5', 5", 5'" befinder sig, således at den NO-rensede gas uden afbøjninger gennemstrømmer varmevekslere!e-25 menterne i vertikal retning. Rengassen, som kommer ud fra det nederste varmevekslertrin 5', føres ind i en for hver to byggegrupper anbragt, fælles samleenhed 12 og fra denne via en skorsten ud i det fri.

30 Temperaturen i den fra NO-rensningsdelen 2 i pladevarmeveksleren 4 tilbagestrømmende rengas er ved indløbet ca. 320°C og ved udløbet ca. 85 til 90eC. Tilsvarende bliver den i krydsmodstrøm tilførte, fra røggasafsvovlingsanlægget kommende rågas opvarmet fra en indgangstemperatur på ca. 55 til 60*C til en temperatur på ca. 290eC i 35 udløbskanalen 9.

NO-rensningsdelen 2 i hver af de fire byggegrupper består af tre parallelt med hinanden løbende kanaler. Den midterste, for oven åbne kanal danner en forlængelse af udløbskanalen 9 og er blandt andet DK 170607 B1 6 forsynet med en varmeanordning 13 dannet af to ovenover hinanden monterede varmeflader, ved hjælp af hvilken varmeanordning pladevarmeveksleren 4 opvarmer den ca. 290*C varme, udløbende røggas til den for en katalysatordrift nødvendige temperatur på ca. 320eC. Ovenover 5 varmeanordningen 13 er anbragt en ammoniaktilførselsledning 14 med enkeltmonterede indsprøjtningsdyser, gennem hvilke den opstigende røggas får tilsat ammoniak. Ammoniaktilførelsen kan også ske neden ^ under eller inde i opvarmningsanordningen 13. Ovenover hver af udgangsdyserne i ammoniaktilførselsledningen 14 sørger dertil 10 monterede hvirvel indbygninger 15 for en god fordeling af ammoniakken over strømningstværsnittet.

Den øvre afslutning på NO-rensningsdelen 2 i hver byggegruppe danner hver for sig en omløbshætte 16. Den omtrentligt som et nedad åbent U 15 udformede omløbshætte 16 omslutter med en vis afstand den øvre åbning 17 på udløbskanalen 9, således at røggassen, der kommer ud af udløbskanalen 9, omstyres ca. 180* i nedadgående retning og føres ind i to udvendigt liggende, som forlængelse af tilbageløbskanalerne 10a, 10b dannede NO-rensningskanaler 18a, 18b, der udvendigt be-20 grænses af omløbshættens 16 sidevægge.

I NO-rensningskanalerne 18a, 18b er anbragt katalysatorer 19a, 19b til NO-rensning af den varme, med ammoniak berigede røggas. Til forøgelse af virkningen fra hvirvel indbygningerne 15 kan der oven-25 over katalysatorerne 19a, 19b være anbragt yderligere blandings indretninger for at opnå en homogenisering af den i omløbshætten 16 omstyrede røggasstrøm. Den NO-rensede røggas, som kommer ud fra katalysatorerne 19a og 19b, føres derpå gennem tilbageløbskanalerne 10a, 10b tilbage til varmeveksleren 4.

30

Varmeanordningerne 13 er fortrinsvis udført som dampopvarmede gasforvarmere og anbragt på højde med katalysatorerne 19a, 19b. På denne måde gøres disse vedligeholdelseskrævende byggedele let tilgængelige, især når der i samme højde er monteret arbejdsplat-35 forme 20 rundt om omløbshætterne 13. *

Det gennem bredden af omløbshætten 16 bestemte strømningstværsnit af NO-rensningskanalerne 18a, 18b er afstemt med tværsnittet af katalysatorerne 19a, 19b, hvorved længden af omløbshætten 16 mindst svarer DK 170607 B1 7 til det dobbelte tværsnit af den øverste åbning 17 i udløbskanalen 9 for at opnå en tilstrækkelig lang blandingsstrækning før katalysatorerne 19a, 19b og for at holde et tryktab på grund af indsnævringer lavt.

5 I den på figur 2 viste, yderligere udførelsesform for et apparat til fjernelse af kvæl stofi 1te fra kraftværkrøggasser er opvarmningsdelen 1 opbygget på tilsvarende måde som i det foregående udførelseseksempel ifølge figur 1. Røggasgennemløbet i NO-rensningsdelen 2 sker 10 dog på en anden måde, hvis afgørende forskel består i, at hver af de to byggegrupper i opvarmningsdelen 1 er tilkoblet en fælles NO-rens-ningsdel 2 med hver en omløbshætte 16. Fordelingen af den fra pladevarmeveksleren 4 opstigende rågas i en med en opvarmningsindretning 13 forsynet varmekanal 21 såvel som tilbageføringen af 15 den fra katalysatorerne 19 kommende NO-rensede rengas til pladevarmeveksleren 4 sker gennem en mellem opvarmningsdelen 1 og NO-rensningsdelen 2 indført strømningsfordeler 22. Strømningsfordeleren 22 består af et system af for det meste tetraederformige fordelerhætter 23, hvis udadvendende flader leder rågassen ind i NO-rensningsdelen 20 2, og hvis indadvendende flader fører den NO-rensede rengas tilbage til opvarmningsdelen 1.

Det ses af figur 2, at hver omløbshætte 16 omslutter en med opvarmningsindretningen 13 og med ammoniaktilførselsledningen 14 forsynet 25 varmekanal 21 og de fra disse gennem en lodret væg 24 adskilte katalysatorer 19. Til forbedring af den 180#'s omstyring mellem kanalen 21 og NO-rensningskanalen 18 er der i omløbshætten 16 monteret omløbsstyreflader 25, der udformede som vinkler på 90e ud over en omstyring af røggasstrømmen også bevirker dennes homogenis-30 ering over tværsnittet af katalysatorerne 19. Ligesom ved udførelseseksemplet ifølge figur 1 er den som dampopvarmet gasforvarmer udformede opvarmningsanordning 13 anbragt i samme niveau som katalysatorerne 19.

35 DK 170607 B1 8

Henvisninasbeteanelser: 1 Opvarmningsdel 2 Kvæl stofrensningsdel 3 Studse 4 Pladevarmeveksler 5' Varmevekslertrin * 5" Varmevekslertrin 5"' Varmevekslertrin 6a Varmevekslerelement 6b Varmevekslerelement 7 Samlekammer 8a Samlekammer 8b Samlekammer 9 Udløbskanal 10a Tilbageløbsledning 10b Tilbageløbsledning 11 Fordeler 12 Samler 13 Opvarmningsanordning 14 Ammoniaktilførselsledning 15 Hvirvel indbygninger 16 Omløbshætte 17 Øvre åbning 18a Kvæl stofrensningskanal 18b Kvæl stofrensningskanal 19 Katalysator 19a Katalysator 19b Katalysator 20 Arbejdsplatform 21 Opvarmningskanal 22 Strømningsfordeler 23 Fordelerhætte 24 Væg 25 Omløbsstyreflade ?

Claims (8)

1. Apparat til katalytisk fjernelse af kvæl stofi 1te (NO) fra kraftværksrøggasser (rågas), som fortrinsvis kommer fra et røggasaf- 5 svovlinganlæg, og som før indsprøjtning af ammoniak opvarmes ved varmeveksling med de for kvælstofilte (NO) rensede gasser (rengas) samt ved tilførsel af ekstra varme til den for katalysatorprocessen nødvendige temperatur, idet rengassen føres fra katalysen tilbage til varmevekslingen, kendetegnet ved, at det til varme-10 vekslingen mellem rågas og rengas er forsynet med en pladevarmeveksler (4), hvis såvel ved siden af hinanden som efter hinanden anbragte, sammenkoblede varmevekslerelementer (6a, 6b) aktiveres i kryds-modstrøm, at pladevarmevekslerens (4) udløbskanal (9) med anordninger (13) i denne tilføres den ekstra varme, og at ammoniakind-15 sprøjtningen derefter følger, og at der ved enden af denne udløbskanal (9) er anbragt en omløbshætte (16), idet der imellem udløbet fra kanalen (9) og genindløbet for de NO-rensede gasser i pladevarmeveksleren (4) i kanaler (18, 18a, 18b) dannet i hætten (16) er anbragt katalysatorerne (19, 19a, 19b). 20

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, en opdeling i flere byggegrupper, som enkeltvis kan til- og frakobles.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at 25 der tilføres rågassen ekstra varme ved hjælp af en dampopvarmet gasforvarmer (13), som er anbragt foran ammoniakindsprøjtningen (14) i udløbskanalen (9, 21) på pladevarmeveksleren (4).

4. Apparat ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at der i 30 omløbshætten (16) er anbragt blandingsindbygninger (15, 25) til homogenisering af den omstyrede rågasstrøm.

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at blandingsindbygningen (15) udgøres af hvirvel dannende flader. 35

6. Apparat ifølge mindst et af kravene 1-5, kendetegnet ved, at den dampopvarmede gasforvarmer (13) og katalysatorerne (19, 19a, 19b) er anbragt i samme højde. DK 170607 B1 10

7. Apparat ifølge mindst et af kravene 1-6, kendetegnet ved, at omløbshætten (16) har et tværsnit, der svarer til strømningstværsnittet af katalysatorerne (19a, 19b), og har en længde, der svarer til mindst den dobbelte indløbsbredde. 5

8. Apparat ifølge mindst et af kravene 1-7, kendetegnet ved, at tilbageløbsledningerne (10a, 10b) for rengas inde i plade- > varmeveksleren (4) er udformede til et retlinet gasgennemløb i forlængelse af kanalerne (18a, 18b). 10 15 20 25 30 4. 35 *