EP0502220B1

EP0502220B1 - Wasserrohrkessel

Info

Publication number: EP0502220B1
Application number: EP19910103143
Authority: EP
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. Schmidt; Otmar Dipl.-Ing. Bertsch
Original assignee: Josef Bertsch & Co GmbH
Current assignee: Josef Bertsch & Co GmbH
Priority date: 1991-03-02
Filing date: 1991-03-02
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2011-03-02
Also published as: EP0502220A1; DE59101872D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampfkessel mit mehreren, Zügen (3, 4, 15) für mittlere Leistungen und mit einer DeNO_x-Anlage in Form eines Katalysators und einer NH₃-Einspritzeinrichtung zur Reduzierung der NO_x-Anteile (Entstickung) im Rauchgas, wobei der Katalysator in Strömungsrichtung der Rauchgase gesehen vor dem letzten Zug des Dampfkessels in einem die Rauchgase abwärts führenden Kesselabschnitt angeordnet ist und der diesem Kesselabschnitt vorgeschaltete Kesselabschnitt in Abhängigkeit der vor dem Katalysator herrschenden Rauchgastemperatur hinsichtlich seines Durchlaßquerschnittes regelbar ist, und zur Steuerung des Durchlaßquerschnittes ein Temperaturfühler vorgesehen ist, der vorzugsweise zwischen der NH₃-Einspritzeinrichtung und dem Katalysator liegt, wobei dieser Durchlaßquerschnitt mit sinkender Rauchgastemperatur vergrößerbar ist.
Es ist bekannt, bei Dampfkesselanlagen die Rauchgase unter anderem zu entsticken, den Gehalt der Stickoxyde im Rauchgas zu verringern, wozu Katalysatoren eingesetzt werden. Die Wirkungsweise dieses bekannten Verfahrens beruht auf der Reaktion der Stickoxyde mit dem in die Rauchgase eingebrachten NH₃ unter Einwirkung des erwähnten Katalysators. Die Effizienz des Katalysators ist dabei temperaturabhängig, die optimale Reaktionstemperatur liegt dabei bei ca. 350° C. Bekannt ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren (AT-A- 379 677), bei welchem die Rauchgase durch zwei in Reihe geschaltete Rauchgasnachbehandlungseinrichtungen geführt werden, wobei die Rauchgastemperatur in der zweiten Rauchgasnachbehandlungseinrichtung höher ist als jene in der ersten. Dabei wird die Wärme der Rauchgase zur Wiederaufheizung der Rauchgase und auch zur Luftvorwärmung verwendet. Solche Anlagen sind zwar durchaus geeignet, das in den Katalysator eintretende Rauchgas auf die hier notwendige Reaktionstemperatur zu erhitzen, doch ist der damit verbundene apparative Aufwand außerordentlich groß und damit teuer, so daß solche Einrichtungen nur für große Anlagen überhaupt in Frage kommen. Bei Dampfkesseln für mittlere Leistung, also für Leistungen etwa zwischen 10 bis 30 MW sind solche Anlagen nicht verwendbar, weil sie zu aufwendig und zu kostspielig sind.
Eine andere bekannte Dampfkesselanlage der eingangs erwähnten Art ist in der DE-A- 27 33 408 beschrieben und gezeigt. Bei dieser vorbekannten Konstruktion ist vorgesehen, zum Sekundärvorwärmer eine Nebenschlußleitung anzuordnen, deren Querschnitt temperaturabhängig geregelt wird. Diese Konstruktion wird für nicht zweckmäßig erachtet: die konstruktive Ausführung eines solchen Nebenschlußkanales ist sehr aufwendig und teuer. Vor allem aber fällt auch ein funktioneller Nachteil hier besonders ins Gewicht. Die Nebenschlußleitung ist unmittelbar vor dem Katalysator in den Rauchgaskanal eingeleitet, so daß unmittelbar vor dem Katalysator und über dem Querschnitt des Rauchgaskanales ein starkes Temperaturgefälle herrscht, ist doch davon auszugehen, daß im Sekundärvorwärmer der Rauchgasstrom ein Temperaturgefälle von mehreren hundert Graden erfährt. Der Katalysator wird also über seinen Querschnitt von einem Rauchgasstrom getroffen, der über seinen Querschnitt eine sehr unterschiedliche Temperatur aufweist, wobei nur seitlich noch relativ heißes Rauchgas zuströmt. Um diesen Rauchgasstrom mit über seinen Querschnitt unterschiedlichen Temperaturen vor dem Kondensator durchzumischen, sind hier weder Einrichtungen vorgesehen, noch - unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit - ist dafür ausreichend Zeit vorhanden.
Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus und sie zielt darauf ab, die Anlage bzw. Einrichtung von ihrem konstruktiven Aufwand her zu vereinfachen und sie hinsichtlich ihrer Effizienz zu verbessern und vor allem dafür Sorge zu tragen, daß der Katalysator über seinen gesamten Querschnitt mit Rauchgas mit einheitlicher Temperatur angeströmt wird, was durch die Maßnahmen des kennzeichenden Teils des Anspruchs 1 erreicht wird.
Dank dieses erfindungsgemäßen Vorschlages ist es möglich, den Katalysator nicht nur in den Dampfkessel als solchen konstruktiv zu integrieren, sondern ihn auch unabhängig von der jeweils gerade gefahrenen Last auf seiner optimalen Betriebstemperatur zu halten, wobei die Konstruktion als Ganzes erheblich vereinfacht ist, und dennoch erreicht werden kann, daß der Katalysator über seinen gesamten Querschnitt mit Rauchgas von im wesentlichen einheitlicher Temperatur angeströmt wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drosselklappe an dem katalysatorseitigen Ende des Rauchrohres angeordnet ist. Dadurch liegt die Drosselklappe und der ihr zugehörende Stellmechanismus in einem Bereich, in dem das heiße Rauchgas schon relativ weit abgekühlt ist, was vor allem für die Auswahl der Materialien dieser Bauteile und deren eventuellen Kühlung wichtig ist.
Damit sichergestellt wird, daß das den Katalysator anströmende Rauchgas über seinen gesamten Querschnitt eine möglichst einheitliche Temperatur aufweist, ist der dem Katalysator vorgeschaltete Zug als Rauchrohrzug mit Rauchrohren vom im wesentlichen gleichem Durchmesser ausgebildet und mehrere dieser Rauchrohre weisen durchlaßquerschnittsverengende, temperaturgesteuerte Verschlußglieder, beispielsweise Drosselklappen auf.
Um die Konstruktion platz- und raumsparend zu gestalten ist vorgesehen, daß sowohl der dem Katalysator vorgeschaltete wie auch der diesem nachgeschaltete Zug liegend angeordnet sind, die Hauptströmungsrichtung der Rauchgase in diesen Zügen im wesentichen horizontal verläuft.
Ebenso dient diesem Ziel die Maßnahme, wonach die beiden Züge im wesentlichen parallel zueinander liegen und die Hauptströmungsrichtungen der Rauchgase in diesen Zügen in einander entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
Um die wesentlichen und wichtigen Einrichtungsteile warten zu können und um die damit verbundenen Servicearbeiten ohne besonderen Aufwand durchführen zu können ist vorgesehen, daß das katalysatorseitige Ende des im Durchlaßquerschnitt regelbaren Zuges in eine mittels einer Tür oder Klappe verschließbare Kammer mündet, wobei vorzugsweise die Kammer stirnseitig am Kessel vorgesehen ist.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 die stirnseitige Ansicht eines drei Züge aufweisenden Dampfkessels mittlerer Leistung (15 MW); Fig. 2 einen horizontalen Schnitt nach der Linie II - II in Fig. 1; Fig. 3 das katalysatorseitige Ende des Rauchrohrzuges bei geöffneter Kesseltüre in einem gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößerten Maßstab; Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV in Fig. 3; Fig. 5 die Stirnansicht eines Kessels mit zwei Flammrohren.
Der über einen Ölbrenner 1 mit Öl befeuerte Heizkessel besitzt ein Flammrohr 2, das endseitig in einen ersten als Wasserrohrzug ausgebildeten Umlenkzug 3 übergeht. An diesen Umlenkzug 3 schließt ein zweiter als Rauchrohrzug 4 ausgebildeter Zug an, wobei die Rohre 5 dieses Zuges 4 im wesentlichen parallel zur Längsachse des Flammrohres 2 verlaufen. Eines dieser Rauchrohre, nämlich das Rauchrohr 6 besitzt einen Durchmesser, der um ein Mehrfaches, beispielsweise um das 6-fache des Durchmessers der anderen Rauchrohre 5 des Rauchrohrzuges 4 beträgt. Dieser Rauchrohrzug 4 mündet in eine stirnseitig am Dampfkessel angeordnete Kammer 7, die hier mit einer Kesseltüre 8 verschließbar ist. Am kammerseitigen Ende des Rauchrohres 6 mit dem vergrößerten Durchmesser ist eine Drosselklappe 9 drehbar gelagert, die über einen kesselaußenseitigen Stellmotor 10 betätigbar ist. Die Kammer 7 geht über in einen ersten ansteigenden Kesselabschnitt 11 und einen daran anschließenden fallenden Kesselabschnitt 12, wobei im fallenden Kesselabschnitt 12 eine NH₃-Einspritzeinrichtung angeordnet ist und mit Abstand darunter der eigentliche Katalysator 14, auf welchen der dritte Kesselzug 15 folgt, der in den Schornstein 16 mündet. Die dem Katalysator 14 vorgeschalteten und nachgeschalteten Züge 4 und 15 sind liegend angeordnet und im wesentlichen parallel zueinander.
Im fallenden Kesselabschnitt 12 zwischen der NH₃-Einspritzeinrichtung 13 und dem Katalysator 14 ist ein Temperaturfühler 17 vorgesehen, der über einen Regler 18, der mit einer Temperaturanzeigeeinrichtung ausgestattet sein kann, mit dem Stellmotor 10 der Drosselklappe 9 in Wirkverbindung steht.
Die Funktion der vorstehend beschriebenen Teile des Dampfkessels ergibt sich unmittelbar aus dem Gesagten. Fährt der Kessel auf voller Last, so erreichen die Rauchgase bei geschlossener Drosselklappe 9 den Katalysator 14 mit ca. 350° C. Fährt der Kessel hingegen im Teillastbereich, so sinkt die Rauchgastemperatur erheblich ab und liegt erheblich unterhalb der Betriebstemperatur für den Katalysator, der dann nicht mehr seine optimale Leistungsfähigkeit besitzt. Dank der Erfindung wird nun über den Temperaturfühler 17 dieser Temperaturrückgang über den Regler 18 in der Weise wirksam, daß der Regler 18 den Stellmotor 10 aktiviert, und zwar im Sinne einer Öffnung der Drosselklappe 9. Durch das Öffnen der Drosselklappe 9 wird der Durchlaßquerschnitt des dem Katalysator 14 vorgeschalteten Rauchrohrzuges 4, der ja den Strömungswiderstand dieses Zuges bestimmt, verringert, so daß das heiße Rauchgas rascher und mit geringerer Abkühlung den Katalysator 14 erreicht, so daß dessen Betriebstemperatur im wesentlichen konstant gehalten werden kann. Wird der Dampfkessel wieder auf höhere Last gefahren, so wird wegen des dadurch bedingten Anstieges der Rauchgastemperatur im Abschnitt 12 über den Temperaturfühler 17, den Regler 18 und den Stellmotor 10 die Drossel im Sinne einer Schließbewegung betätigt.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der zweite, dem Katalysator vorgeschaltete Rauchrohrzug 4 mit einem Rauchrohr mit vergrößertem Durchmesser ausgestattet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, in diesem Zug eventuell mehrere Rauchrohre mit vergrößertem Durchmesser vorzusehen und dabei jedem dieser Rauchrohre eine temperaturgesteuerte Drosselklappe zuzuordnen, wobei dann diese mit diesen Drosselklappen bestückten Rauchrohre stufenweise zu- bzw. abgeschaltet werden können.
Dank des erfindungsgemäßen Vorschlages ist es möglich, den Katalysator 14 unmittelbar in den Dampfkessel konstruktiv zu integrieren, und darüberhinaus diesen auf seiner optimalen Betriebstemperatur zu betreiben, ohne daß zusätzliche und kostenaufwendige Heizeinrichtungen und Wärmetauscher zur Beeinflussung der Rauchgastemperatur eingesetzt werden müssen.
Wurde vorstehend als Regelorgan eine Drosselklappe 9 gezeigt und beschrieben, so ist es im Grunde möglich, auch andere den Durchlaßquerschnitt verändernde Regelorgane einzusetzen, beispielsweise in Form von Irisblenden.
Eine weitere Möglichkeit zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Gedankens liegt darin, im Rauchrohrzug 4 mehrere Rauchrohre mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern vorzusehen und diese Rauchrohre mit temperaturabhängig zu betätigenden Verschlußorganen zu bestücken.
Schlußendlich wäre noch eine Lösungsmöglichkeit zu bedenken, bei welcher die Rauchrohre 5 des Rauchrohrzuges 4 zwar alle denselben Durchmesser besitzen, aber eine größere Zahl dieser Rohre jeweils mit temperaturabhängig zu betätigenden Verschlußorganen bestückt sind. Diese könnten dann gemeinsam von einem Stellmotor betätigt werden oder aber die einzelnen Verschlußorgane können einzeln und in gestufter Folge aktiviert werden.
In den Fig. 1 und 2 bedeutet die strichpunktierte Linie 19 die den Dampfkessel umschließende Wärmeisolierungshülle.
Fig. 5 veranschaulicht nun die Stirnansicht eines Kessels mit zwei Flammrohren und zwei getrennten Rauchgaszügen, wobei jeder Rauchgaszug in der Weise ausgebildet ist, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 beschrieben und erläutert wurde, aus welchem Grund auch gleiche Teile hier mit denselben Hinweisziffern ausgestattet worden sind. Jedem der beiden Katalysatoren 14 ist dabei eine eigene Rauchgastemperaturregelung zugeteilt.

Claims

Dampfkessel mit mehreren Zügen (3, 4, 15) für mittlere Leistungen und mit einer DeNO_x-Anlage in Form eines Katalysators (14) und einer NH₃-Einspritzeinrichtung (13) zur Reduzierung der NO_x-Anteile (Entstickung) im Rauchgas, wobei der Katalysator (14) in Strömungsrichtung der Rauchgase gesehen vor dem letzten Zug (15) des Dampfkessels in einem die Rauchgase abwärts führenden Kesselabschnitt (12) angeordnet ist und der diesem Kesselabschnitt (12) vorgeschaltete Kesselabschnitt in Abhängigkeit der vor dem Katalysator (14) herrschenden Rauchgastemperatur hinsichtlich seines Durchlaßquerschnittes regelbar ist, und zur Steuerung des Durchlaßquerschnittes ein Temperaturfühler (17) vorgesehen ist, der vorzugsweise zwischen der NH₃-Einspritzeinrichtung (13) und dem Katalysator (14) liegt, wobei dieser Durchlaßquerschnitt mit sinkender Rauchgastemperatur vergrößerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Katalysator (14) vorgeschaltete Kesselabschnitt als Rauchrohrzug (4) ausgebildet ist und entweder mindestens einer der diesen Rauchrohrzug bildenden Rauchrohre (6) einen gegenüber den anderen Rauchrohren (5) dieses Zuges vergrößerten Durchmesser aufweist, und der Durchlaßquerschnitt dieses Rauchrohres (6) mittels einer Drosselklappe (9) regelbar ist oder der als Rauchrohrzug (4) mit Rauchrohren von im wesentlichen gleichem Durchmesser ausgebildet ist und mehrere dieser Rauchrohre durchlaßquerschnittsverengende, temperaturgesteuerte Verschlußglieder, beispielsweise Drosselklappen (9) aufweisen.
Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (9) an dem katalysatorseitigen Ende des Rauchrohres (6) angeordnet ist.
Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des hinsichtlich seines Durchlaßquerschnitt regelbaren Rauchrohres (6) ein Mehrfaches, beispielsweise das 5- bis 6-fache des Durchmessers der anderen Rauchrohre (5) des Rauchrohrzuges beträgt.
Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der dem Katalysator (14) vorgeschaltete wie auch der diesem nachgeschaltete Zug (4, 15) liegend angeordnet sind, die Hauptströmungsrichtung der Rauchgase in diesen Zügen (4, 15) im wesentlichen horizontal verläuft.
Dampfkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Züge (4, 15) im wesentlichen parallel zueinander liegen und die Hauptströmungsrichtungen der Rauchgase in diesen Zügen (4, 15) in einander entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
Dampfkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das katalysatorseitige Ende des im Durchlaßquerschnitt regelbaren Zuges (4) in eine mittels einer Tür oder Klappe (8) verschließbare Kammer (7) mündet.
Dampfkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (7) stirnseitig am Kessel vorgesehen ist.