EP3428534A1 - Highly heat resistant, highly erosion resistant lance system, reaction space containing the lance system and method for reducing the concentration of pollutants in combustion gases - Google Patents

Highly heat resistant, highly erosion resistant lance system, reaction space containing the lance system and method for reducing the concentration of pollutants in combustion gases Download PDF

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Publication number
EP3428534A1
EP3428534A1 EP18183552.1A EP18183552A EP3428534A1 EP 3428534 A1 EP3428534 A1 EP 3428534A1 EP 18183552 A EP18183552 A EP 18183552A EP 3428534 A1 EP3428534 A1 EP 3428534A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
lance system
reaction space
lance
combustion gases
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18183552.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rüdiger Dr. Heidrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Steinmueller Engineering GmbH
Original Assignee
Steinmueller Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Steinmueller Engineering GmbH filed Critical Steinmueller Engineering GmbH
Publication of EP3428534A1 publication Critical patent/EP3428534A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/003Arrangements of devices for treating smoke or fumes for supplying chemicals to fumes, e.g. using injection devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids

Definitions

  • the present invention relates to a high heat resistant, high erosion resistant lance system, a reaction space containing the lance system and a method for reducing the concentration of pollutants in combustion gases
  • NO x The formation of NO x is subject to complex reaction mechanisms, the most important NO x sources being the oxidation of the nitrogen of the combustion air (thermal NO x ) and the oxidation of the fuel nitrogen (fuel NO x ).
  • Thermal NO x is formed essentially at temperatures greater than about 1200 ° C to 1500 ° C, because only at these temperatures, the molecular oxygen present in the air changes significantly into atomic oxygen (thermal oxidation) and with the nitrogen of the air combines. The rate of formation of the thermal NO x depends exponentially on the temperature and is proportional to the oxygen concentration.
  • the primary nitrogen compounds contained in the fuel first disintegrate into secondary nitrogen compounds (simple amines and cyanides), which are competitively converted to either NO x or N 2 in the course of combustion.
  • secondary nitrogen compounds simple amines and cyanides
  • NO x is competitively converted to either NO x or N 2 in the course of combustion.
  • N 2 is preferred or the formation of NO x is suppressed or even reversed.
  • the formation of fuel NO x is only slightly dependent on temperature and proceeds even at low temperatures.
  • the invention relates to a method and devices including reaction chambers for the reduction of undesirable substances by injecting a reagent in an exhaust gas or flue gas, in particular in the exhaust gas of cement plants, in which the reagent is injected by means of lances in the flue gas. Furthermore, the invention relates to a lance or a lance system for the injection of reagent for the reduction of undesirable substances in the flue gas. In addition, the invention also relates to a suitable reaction space, which is equipped with such a device according to the invention in order to carry out the method can.
  • the reactants are, for example, ammonia and / or urea, which can reduce the proportion of nitrogen oxides in the flue gas.
  • Corresponding methods are referred to as selective non-catalytic reduction (SNCR).
  • SNCR selective non-catalytic reduction
  • reducing agents in aqueous solution typically ammonia water, urea
  • gaseous ammonia
  • the optimum temperature range for the execution of the reactions described is dependent on the flue gas composition between 900 and 1100 ° C.
  • SNCR technology is successfully used in small and medium sized boilers and especially in waste incineration plants and cement plants.
  • the advantage lies in the small cross sections of the reaction or fire chambers, so that the SNCR technology is effective and optimized applicable.
  • cement In cement plants, cement is produced in a continuous dry process process in rotary kilns.
  • the raw materials such as limestone, clay, sand, etc. are ground and dried at the same time then warmed up and then fired into cement clinker.
  • the burning of the cement clinker takes place in rotary kilns, which are slightly inclined.
  • the preheated raw meal which is at the upper end, runs against a pulverized coal, oil or gas flame which burns at the lower end of the furnace.
  • kiln temperatures 1,350 to 1,500 ° C are reached.
  • the preheating and the calcination of the raw meal takes place either in the rotary kiln itself or in a separate preheater, which is usually constructed from a device consisting of several cyclones, or in a separate calciner (calcination reactor).
  • the hot exhaust gases of the rotary kiln flow through the calciner and the preheater from bottom to top, and the dry raw meal is added to the exhaust gases before the top cyclone stage, separated in the individual cyclones from the gas and resuspended in the gas stream before the next cyclone stage.
  • the raw meal is preheated in the preheater usually to a temperature of about 800 ° C.
  • the cyclone preheater can already be carried out a partial calcination of the raw meal.
  • the further calcination of the raw meal then takes place in the calciner before it enters the rotary kiln.
  • the central areas of the flue gas streams in flue gas ducts and large-diameter combustion chambers in cross-section can be achieved, if at all, only by a high quantitative use of the reagents through wall-mounted nozzles.
  • NO x eg ⁇ 200 or even 150 mg / Nm 3 dry, based on 6% O 2
  • the middle of the channel or combustion chamber must also be better achieved with reagent, with disproportionately high quantities for the SNCR be used on ammonia or urea solution.
  • German Patent Application P 41 25 004.4 a process for denitrification of the resulting in the production of cement exhaust gases, in which the raw-laden exhaust gases are reacted at 300 to 450 ° C with NH 3 in the presence of a catalyst, wherein as the catalytically active substance iron sulfate or a mixture of iron sulfate and Manganese sulfate is used.
  • the NH 3 and the catalyst particles are introduced into a line through which the combustion gas flows. The reaction takes place in said line and in the downstream cyclone.
  • the injection nozzle for the ammonia is not described in detail in the document.
  • the DE 43 13 479 describes a method for denitrification of the resulting in the production of cement exhaust gases, wherein the exhaust gas after leaving the rotary kiln at a temperature of 750 to 950 ° C ammonia is added, and that the exhaust gas at a temperature of 300 to 450 ° C with a catalyst is contacted, containing as the active substance iron sulfate or a mixture of iron sulfate and manganese sulfate.
  • the injection nozzle for the ammonia is not described in detail in the document.
  • the EP 0 854 339 also describes a process for denitrification of the resulting in the production of cement combustion gases, wherein the exhaust gas after leaving the rotary kiln in the reaction chamber of the calcination zone, an ammonia solution is added.
  • the injection nozzle or an injection lance for the ammonia solution will not be described in detail.
  • the WO 93/19837 discloses a process for denitrification of the exhaust gases which arise in the production of cement.
  • an ammonia solution is added to the exhaust gas via nozzles.
  • compressed air nozzles Application comprising a tubular channel for supplying the ammonia water, a surrounding annular channel which is closed at the end and serves for supplying compressed air, an outlet opening, and a number of connection openings between the two channels.
  • the WO 2014/114320 describes a process for the treatment of exhaust gases containing nitrogen oxides from industrial processes, such as flue gases, for reducing the nitrogen oxide content by means of chemical reduction of the nitrogen oxides.
  • the injection of the reducing agent in the reaction space through which the exhaust gases pass is effected via nozzles arranged in the wall of the reaction space.
  • the DE 197 81 750 T1 ( WO 97/41947 A1 ) discloses an injection lance for injecting anhydrous NH 3 and air into a furnace.
  • the lance consists of three tubes which are arranged one inside the other, wherein the ammonia is placed in the inner tube, at the inner end in the gap between the inner and middle tube passes where it coincides with separately supplied air and mixed with it. Through a plurality of openings, the ammonia / air mixture flows from the interior of the middle tube through radial channels, which bridge the gap between the middle and outer tube, in the flue gas of the boiler.
  • the document DE 10 2004 026 697 A1 discloses a method of injecting reductant together with the upper air.
  • a part of the Ausbandluft is introduced with a second nozzle within which is simultaneously the injection nozzle for introducing nitrogen oxide reducing agent.
  • the EP 2 962 743 A1 discloses the introduction of reducing agent into a kettle.
  • the reducing agent is injected by means of lances, in which one or more injectors for reducing agent are introduced, wherein these lances also, for example, burnout air is supplied.
  • the reductant is injected into the ABL lance and exits the lance through the nearest exit ports of the lance into the flue gas.
  • the document proposes several injectors with different ones Introduce penetration into the lances, which can then inject different amounts of reducing agent based on the present measurement data.
  • the US 5,342,592 discloses an injection lance having an outer tubular sheath with a plurality of openings and a cooling circuit.
  • This tubular casing has an inner channel into which an injection lance is inserted.
  • This in turn consists of an inner tube and an outer tube, wherein a gap is formed.
  • the reducing agent is passed through the inner tube and the propellant through the gap.
  • the reducing agent passes from the inner tube and branching over the gap bridging channels directly into the flue gas stream.
  • the propellant meets at the outlet of these channels with the reducing agent and enters the flue gas stream.
  • the US 5,281,403 describes an injection lance system having an inner tube and an outer tube forming a gap through which the reducing agent is passed.
  • the reducing agent is fed into a conduit located in the inner cavity of the inner tube, the conduit being provided with a plurality of nozzles.
  • a carrier gas is introduced in this inner cavity.
  • the nozzles of the conduit located within the internal cavity inject the reactant into the flue gas through a respective respective exit aperture in the injection lance system, the reagent being mixed simultaneously with the carrier gas which is directed into the internal cavity and the lance system also through said exit aperture leaves.
  • Injection lances in particular for the injection of reagents for SNCR or other reagents or gases for use in reaction chambers (calcinators, flue gas ducts, boilers or fire chambers), which are flowed through by about 1000 ° C hot flue gases with high dust load and in some cases high speeds, have not been described so far.
  • the object of the present invention was therefore to achieve a more effective flue gas cleaning effect, in particular with respect to SO x and NO x , in particular with moderate use of appropriate reagents, and in particular in reaction chambers such as calciners, flue gas ducts, boilers or fire chambers, of about 1000 ° C. hot flue gases are traversed with high dust load and sometimes high speeds, the corresponding reagents can be mixed into the combustion gas as evenly distributed.
  • reaction chambers through which combustion gases pass are preferably calciners or calcining reactors, flue gas channels, boilers or fire chambers.
  • the support tube of the lance system according to the invention consists of a high temperature, heat and scale resistant, sintered, oxide dispersion strengthened metallic material, i. a steel or a superalloy.
  • the oxide dispersion strengthened (ODS) steel or alloy consists of a mixture of a refractory refractory alloy powder and a very finely ground refractory ceramic powder, preferably yttria (Y 2 O 3 ), zirconia ( ZrO 2. ) Or hafnium oxide (HfO 2 ), particularly preferably yttrium oxide (Y 2 O 3 ).
  • ODS oxide dispersion strengthened
  • These oxide dispersion-strengthened materials therefore consist essentially of metallic base materials in which highly stable or inert oxides are incorporated in the finest distributed manner. These inert particles do not change until the melting point of the metallic matrix and are also insoluble in the melt.
  • the refractory oxide prevents the migration of dislocations in the metallic material and therefore contributes to the high creep resistance, especially at high temperatures, for example, gases above 1000 ° C up to 1250 ° C.
  • Both components - the powder of a heat-resistant, heat-resistant alloy and the very finely ground powder of a high-melting ceramic - are intimately mixed, pressed and sintered at high temperatures, but without melting, during the manufacturing process. The result is a material with a sufficiently high strength at very high temperatures.
  • the high temperature, heat and scale resistant sintered metallic material is an oxide dispersion strengthened steel or an oxide dispersion strengthened superalloy.
  • a suitable and preferred oxide dispersion strengthened steel contains 70.0 to 80.0 wt% Fe, 0.0 to 10.0 wt% Al, 10.0 to 25.0 wt% Cr, 0.0 to 1.0% by weight of Ti and 0.05 to 1.5% by weight of oxides of one or more elements selected from the group Y, Zr, Hf, preferably Y.
  • the refractory, refractory, and refractory sintered oxide dispersion strengthened superalloy contains 65.0 to 80.0 wt% Ni, 10.0 to 20 wt% Cr, 0.5 to 10.0 % By weight of Al, up to 0.1% by weight of C, up to 0.5 Ti and up to 1.5% by weight of oxides of one or more elements selected from the group Y, Zr, Hf, preferably Y.
  • the lance system according to the present invention is also highly resistant to erosion. This is achieved by the outer coating.
  • the outer highly wear resistant coating applied to the support tube comprises (i) hard particles, wherein the hard particles comprise at least one of carbides, nitrides, borides, silicides and oxides and solid solutions thereof, and (ii ) a binder that binds the hard particles together.
  • the hard particles may comprise at least one transition metal carbide selected from carbides of titanium, chromium, zirconium, hafnium, tantalum, molybdenum, niobium and tungsten or solid solutions thereof.
  • the hard particles may be present as single or mixed carbides and / or sintered cemented carbides.
  • the outer highly wear resistant coating applied to the support tube comprises hard particles containing one or more transition metal carbides or solid solutions thereof and a binder selected from the group consisting of cobalt, nickel, iron, and a binder heat-resistant alloy of iron, chromium and nickel with a content of cobalt.
  • the hard particles contain carbides of titanium, chromium, zirconium, hafnium, tantalum, molybdenum, niobium and tungsten or solid solutions thereof, wherein the binder is selected from the group consisting of cobalt, nickel, iron, preferably cobalt, and a refractory alloy Iron, chromium and nickel with a content of cobalt.
  • the carbides are tungsten carbide and optionally molybdenum carbide or solid solutions thereof, and the binder is cobalt or a refractory alloy of iron, chromium and nickel having a content of cobalt.
  • a particularly suitable and preferred highly wear-resistant coating or coating comprises or consists of tungsten carbide and optionally molybdenum carbide in a binder or a matrix consisting essentially of cobalt or a heat-resistant alloy of iron, chromium and nickel with a proportion of cobalt.
  • the coating comprises 40 to 50 wt% tungsten carbide and 40 to 60 wt% at least one of iron, cobalt and nickel, more preferably cobalt or a refractory alloy of iron, chromium and nickel in an amount Cobalt.
  • the outer highly wear-resistant coating is applied by build-up welding and preferably has a thickness of at least 2.0 mm, more preferably 2.0 to 10.0 mm, and even more preferably a thickness of 2.0 to 3.5 mm up.
  • the refractory, heat, and scale resistant, sintered, oxide dispersion strengthened metallic material has very good properties for the construction of a cantilevered lance projecting into spaces swept by hot gases.
  • the made of this metallic material support tube of the lance system provides thus ensuring the required strength properties and ensures that the self-supporting lance does not permanently bend or even break off over a length of for example 5 m over time due to their own weight and the attacking flow forces. In normal operation, this support tube is cooled by the constantly flowing inside the nozzle envelope air and does not even approach the temperature of the surrounding flue gas.
  • this cooling nozzle shroud fails, for example, if the associated fan fails, the sheath of an original flue gas temperature is exposed at the point at which the lance system injects reagents, eg, 870-1000 ° C for a period of at least several days, and thereby decreases no harm.
  • Reaction chambers such as calciners, flue gas ducts or boilers or fire chambers, some of which have large cross sections, must be loaded with appropriate reagents completely over the entire cross section for optimal emission reduction.
  • a much more effective flue gas cleaning effect can be achieved with the lance system according to the invention and thus a smaller pollutant clean gas value with moderate use of reagents.
  • the reagents can now also be reached the central regions of the cross-section of reaction chambers, which hitherto could not yet be supplied with reagent.
  • the lance system according to the invention can also be used in dust-laden and z.T. flowing at high speeds, just under 1,000 ° C hot combustion gases are used because it is resistant to erosion over long periods in dusty environments, thermally-mechanically resistant and at the same time corrosion resistant to flue gas components and the remaining residual oxygen.
  • this object is achieved in that the tube is constructed of two layers - the support tube and the coating applied to the support tube as described above.
  • the lance system is constructed of combustion gases having a dust loading of 1 g / m 3 up to 800 g / m 3 at a volume flow of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably from 30 g / m 3 up to 800 g / m 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / m 3 to 800 g / m 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h to flow around.
  • the dust load of combustion gas streams in the furnace of power plants is typically from 1 g / m 3 up to 10 g / m 3 , while the dust load, for example in calcination reactors of cement works in the range of 100 g / m 3 up to 800 g / m 3 .
  • the lance system is constructed of combustion gases with a dust load of 1 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably 30 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h flows around become.
  • the dust load of combustion gas streams in the furnace of power plants is typically from 1 g / Nm 3 to 10 g / Nm 3 , while the dust loading is, for example in calcining reactors of cement works in the range of 100 g / Nm 3 to 1000 g / Nm 3 .
  • the measure according to b), according to which enveloping air is fed separately into the intermediate space between the inner tube and the cladding tube, means that air is not supplied here or not only via the inner tube, but rather via a feed which is inherent to the cladding tube.
  • this envelope air supply be located in the outer portion of the lance system, which is constructed to supply the space between the inner tube and the cladding tube with the cladding air.
  • the cladding tube has an inner end and an outer end, the outer end being in fluid communication with a supply for introducing the cladding air into the interspace.
  • the enveloping air introduced via the intermediate space between the cladding tube and the inner tube of the lance system serves, as mentioned above, for cooling the lance system.
  • the sheath air is introduced in the outer portion of the lance system in the cladding tube and forwarded in the space between the inner tube and cladding tube.
  • the cladding air finally passes through the outlet openings in the cladding tube to the outside (into the interior of the reaction space), wherein the cladding air surrounds the reductant injected at these outlet openings with this optionally mixed and finally hits the combustion gas.
  • the enveloping air also prevents caking at the outlet opening or at the nozzle of the inner tube, by keeping possibly moistened and agglomerated dust particles.
  • reagents such as nitrogen oxide reducing agents or sulfur dioxide absorption agents, can be mixed into a combustion gas as evenly as possible.
  • the cladding tube may have one or more inner tube (s).
  • the inner tube preferably runs substantially over the entire length of the cladding tube in the inner portion.
  • the end of the inner tube (inner end) located in the inner portion of the lance system, which is preferably closed, can touch the end of the cladding tube, which is also located in the inner portion, but will generally have a certain distance therefrom.
  • At least one or more or even a plurality of outlet openings is arranged in the peripheral wall of the cladding tube along the cladding tube.
  • the number and positioning of the outlet openings of the cladding tube depends on the flow conditions, the flow form of and the volume flow of the combustion gas in the reaction chamber (calciner, boiler or furnace, flue gas tube) and at what point in the cross section of the reaction space which amounts of reagent (reducing agent; ) is needed. Accordingly, the number, arrangement and size of the outlet openings may vary.
  • the peripheral wall of the cladding tube has an outlet opening. The outlet opening or nozzle of the inner tube is arranged so that the reagent injects directly through the outlet opening in the cladding tube into the interior of the reaction space.
  • the one or more inner tubes arranged inside the cladding tube are preferably connected to the cladding tube. More preferably, the inner tube (s) will, at some locations within the cladding tube, be connected thereto by fixed connections, e.g. Fins connected to hold the inner tube (s) in place.
  • the cladding tube has a round or circular cross-section.
  • the diameter of the cladding tube decreases in the direction of the inner end. This measure serves to maintain the velocity of the mass flow in the gap and to reduce the weight of the lance system. This measure will usually be necessary only for longer lances.
  • the rejuvenation of the cladding tube can be carried out continuously or in stages.
  • the diameter of the inner tube or of the inner tubes can also be reduced in the direction of the inner end.
  • a gap between the inner tube and cladding tube is defined, which extends over the entire circumference of the inner tube. Furthermore, it is preferable that the gap between the outer wall of the inner tube and the inner wall of the cladding tube extends over the entire length of the inner tube.
  • the inner end of the inner tube is firmly and liquid-tightly connected to the nozzle head or the nozzle, in particular screwed.
  • the supply of the reducing agent may be carried out as a single-fluid nozzle when only the reducing agent is introduced or as two-fluid nozzles when the reducing agent is introduced together with a propellant (preferably compressed air).
  • inner tube has a central conduit for the supply of the reducing agent, and a gap between the central conduit and the inner wall of the inner tube, via which a propellant (compressed air) is passed separately from the supply of the reducing agent to in the Outlet or nozzle of the inner tube to be mixed with the reducing agent and to atomize this.
  • the axes of the outlet openings of the cladding tube are aligned in the direction of the combustion gas flow or inclined at most by an angle of 20 ° to 30 °.
  • a further preferred embodiment of the lance system is designed so that the distance between inner tube and cladding tube is maintained by spacers, wherein these spacers are preferably selected from the group consisting of fins, pins, rods, webs or baffles.
  • the present invention further provides a reaction space designed to be passed through combustion gases, wherein the reaction space contains at least one lance system as described above according to the invention; wherein the inner portion of the lance system is disposed within the reaction space, and the outer portion of the lance system is disposed outside the reaction space.
  • Reaction chambers such as calciners, flue gas channels or boilers or fire chambers, which in some cases have large cross sections, can now be subjected to appropriate reagents over the entire cross section with the device according to the invention.
  • the reagents required for pollutant reduction can now also reach the central regions of the cross section of these reaction chambers as well as in dust-laden and z.T. flowing at high speeds, about 1000 ° C hot combustion gases are injected.
  • the inner portion of the at least one lance system cantilevers into the interior of the reaction space and preferably has a length of at least 0.5 m, preferably a length of at least 1.0 m, more preferably a length of at least 2 , 0 m, even more preferably a length of at least 3.0 m, and more preferably a length of at least 4.0 m. Furthermore, it is preferred that a length of 5.0 m is not exceeded.
  • the reaction space is a calciner of a cement plant designed to allow the combustion gas passed directly or indirectly from a rotary kiln to flow through the calciner and in the opposite direction to feed raw meal through the calciner for calcining towards the rotary kiln.
  • the rotary kiln then produces the cement clinker.
  • the lance systems can be arranged horizontally or vertically in the boiler.
  • the lances are arranged horizontally, as calciner is usually flowed through vertically. Due to the strength of the lance systems according to the invention, the lance systems according to the invention can be mounted cantilevered.
  • the reducing agent is guided into the interior of the inner tube and passes through the outlet openings or nozzles of the inner tube to the outside. Furthermore, enveloping air is also supplied via the lance system by directing it into the cladding tube, i. is passed into the space between the inner tube and cladding tube.
  • the reducing agent is injected from the outlet openings or nozzles of the inner tube through the outlet openings in the cladding tube in the combustion gas stream, wherein the reducing agent is also surrounded by cladding air flowing from the space between the inner tube and cladding tube through the outlet openings in the cladding tube in the combustion gas stream.
  • the calciner or calcination reactor has at least one own fuel supply and at least one own combustion air supply.
  • the reaction space is a boiler or a firebox, in particular of power plants and plants for steam generation and waste incineration plants, which furthermore contains at least one feed for fuel and at least one feed for combustion air.
  • the boiler contains, in addition to at least one supply for fuel, at least one supply for combustion air according to the invention, at least one of the lance systems described above; wherein the inner portion of the lance system is disposed within the vessel, and the outer portion of the lance system is located outside the vessel.
  • the inner portion of the at least one lance system projects into the interior of the vessel in a cantilevered manner and preferably has a length of at least 0.5 m, preferably a length of at least 1.0 m, more preferably a length of at least 2.0 m more preferably one Length of at least 3.0 m, and more preferably a length of at least 4.0 m. Furthermore, it is preferred that a length of 5.0 m is not exceeded.
  • the furnace In the boiler or combustion chamber, fuel and combustion air are brought together to carry out the combustion.
  • the resulting flue gas or combustion gas flows through the furnace and then through the subsequently arranged in the flue gas flow heating surfaces.
  • the furnace is operated with air staging, so that the combustion air added to the burner is not sufficient for complete conversion of the fuel but substoichiometric.
  • combustion air is added, for example, below the convective heating surfaces by means of wall nozzles for further combustion.
  • one or more lance systems according to the invention is or are arranged, which supply the nitrogen oxide reducing agent.
  • the lance systems can be arranged horizontally or vertically in the boiler.
  • the lance systems Due to the strength of the lance systems according to the invention, these can be mounted self-supporting.
  • the reducing agent is guided into the interior of the inner tube and passes through the outlet openings or nozzles in the inner tube to the outside.
  • enveloping air is also supplied via the lance system to the combustion gas by passing it directly into the cladding tube i. is passed into the space between the inner tube and cladding tube.
  • the reducing agent passes through the outlet openings in the cladding tube in the flue gas stream.
  • the reducing agent is also surrounded by enveloping air, which flows from the space between the inner tube and cladding tube through the outlet openings in the cladding tube in the combustion gas stream.
  • the supply for the reducing agent and the supply for the introduction of the air (sheath air) in the space between the inner tube and the cladding tube outside the reaction space (calciner, boiler, furnace, flue) are arranged.
  • a supply for a propellant (compressed air) is preferably arranged in order to atomize the reducing agent at the outlet opening or nozzle of the inner tube.
  • reaction space in particular boiler, combustion chamber, flue gas channel
  • baffles or swirl body are arranged upstream of the injection point, in particular baffles or swirl body to improve the mixing of the reducing agent with the combustion gas stream.
  • baffles or swirl bodies are arranged upstream of the injection point, since they would otherwise be charged with the liquid droplets and would crust.
  • these baffles or swirl body can be arranged downstream, so generally above the injection point, but they should then be at least 4 m, preferably at least 6 m away from the injection point, so that it can be safely assumed that all injected liquid is evaporated before the flow reaches the baffles.
  • the advantage of the latter variant is that occasionally falling ash slabs from the ceiling of the firebox do not fall directly onto the nozzle lances.
  • the baffles must also consist of heat-resistant and wear-resistant materials, such as the lances.
  • the arrangement of the lance system according to the invention in the reaction chamber depends on the prevailing temperatures of the combustion gas, in which the nitrogen oxide is to be reduced.
  • the optimum temperature for the conversion of NO x by the selective non-catalytic process is in the range of 870 ° C to 1100 ° C.
  • the orientation of the lance systems in the reaction space can be horizontal or vertical.
  • one or more lance systems according to the invention may be arranged.
  • a plurality of lance systems are distributed uniformly over the inner cross section of the reaction space, so that each area of the combustion gas flow is achieved with the reducing agent.
  • the lance systems can also be arranged one above the other in one or more horizontal planes, in particular in the case of horizontal alignment of the lance systems.
  • a plurality of lance systems are arranged parallel to one another.
  • the lance systems can be arranged horizontally or vertically in the reaction space.
  • the respective axis of an outlet opening in the cladding tube is also aligned horizontally or preferably upwardly with respect to the horizontal, i. in the flow direction of the combustion gas stream.
  • the axes of the outlet opening are preferably aligned in the direction of the combustion gas flow.
  • the technical object is further achieved by a method for the injection of reagents in the form of fluids in combustion gases within a reaction chamber through which these combustion gases, wherein the reagents are injected by means of at least one lance system as described above in combustion gases which flow through the reaction space.
  • reaction spaces such as calciners, flue gas channels or boilers or fire chambers, which in some cases have large cross sections, can be subjected to appropriate reagents over the entire cross section.
  • the reagents required for pollutant reduction can now reach the central areas of the cross section of these reaction spaces and these reagents also in dust-laden and z.T. flowing at high speeds, about 1,000 ° C hot combustion gases can inject.
  • a method is preferred, wherein the combustion gases or the lance system (s) with a dust loading of 1 g / m 3 up to 800 g / m 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably 30 g / m 3 up to 800 g / m 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / m 3 flow up to 800 g / m 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h.
  • the combustion gases, the or lance system (e) with a dust loading of 1 g / Nm 3 to 1000 g / Nm 3 at a volume flow rate from 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably from 30 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h to be flowed around.
  • the combustion gases circulate the lance system at a temperature in the range of 870 ° C to 1100 ° C, more preferably in the range of 870 ° C to 1000 ° C.
  • the injected reagent is a reducing agent for reducing the concentration of nitrogen oxides in the combustion gas.
  • the reducing agent is injected into the combustion gas within a calciner of a cement plant, which is passed directly or indirectly from a rotary kiln and flows through the calciner, in the opposite direction raw meal through the calciner for calcination towards rotary kiln promoted becomes.
  • the rotary kiln then produces the cement clinker.
  • further combustion gas is produced in the calciner by combustion of a fuel.
  • the reducing agent is introduced via one or more lance systems in the reaction chamber, preferably in a calciner or calcining reactor of a cement plant, in a boiler or firebox of a power plant or a plant for generating steam or in a flue gas duct, wherein the reducing agent in about the inner tube of the respective lance system is supplied, then the reducing agent from the inner tube via nozzles or outlet openings of the inner tube is passed directly through the outlet openings of the cladding tube to the outside.
  • compressed air for atomizing the reducing agent is supplied separately via the inner tube into the nozzle or outlet opening of the inner tube, in which the atomization of the reducing agent and thus the injection takes place.
  • cladding air air is guided into the intermediate space between the inner tube and the cladding tube (cladding air), where the cladding air surrounds the injected reaction medium at the outlet openings of the cladding tube. If necessary, it is mixed with the reactant and finally reaches the reaction space via the outlet openings of the cladding tube.
  • a nitrogen-containing compound is used, selected from the group consisting of urea, ammonia, cyanuric acid, hydrazine, ethanolamine, biuret, triuret, ammelides, ammonium salts of organic and inorganic acids (for example, ammonium acetate, ammonium sulfate, ammonium bisulfite, ammonium bisulfite, Ammonium formate, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, ammonium nitrate, ammonium oxalate), preferably urea or ammonia.
  • the reducing agent is preferably fed into the lance system, in particular into the inner tube, in aqueous solution (for example ammonia water or urea dissolved in water) or in gaseous form (ammonia).
  • the reducing agent is mixed at or in the outlet opening or nozzle of the inner tube with separately supplied compressed air for atomizing.
  • the additional air (shell air) supplied separately through the intermediate space between the inner tube and the cladding tube has a temperature of 200 ° C. to 400 ° C.
  • the reducing agent reducing agent in the reaction space is preferably mixed with the combustion gas by means of appropriately arranged baffles and spin bodies.
  • the reducing agent when exiting the cladding tube of the lance system, encounters combustion gas having a temperature in the range from 870 ° C. to 1100 ° C., more preferably in the range from 870 ° C. to 1000 ° C.
  • the injected reagent is a flue gas desulfurization absorbent for reducing the concentration of sulfur dioxide in the combustion gas.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a reaction chamber 2 in the design of a calciner.
  • a rotary kiln (not shown) of a cement plant combustion gas 3 passes from below into the calciner 2.
  • nitrogen oxide reducing agent 15 possibly together with propellant 14 (eg compressed air) in outside of the calciner 2 feeds (not explicitly shown) out into the interior of the inner tube 7 via two inventive horizontally extending, cantilevered lance systems.
  • Further air (enveloping air) 13 is also supplied via the lance system 1 to the combustion gas 3 by being conducted in the outer portion 5 of the lance system 1 in the cladding tube 6 and finally in the gap 8 between the inner tube 7 and sheath 6.
  • the nitrogen oxide reducing agent finally exits via nozzles from the inner tube 7.
  • the ducted air 13 conducted via the intermediate space 8 between the inner tube 7 and the jacket tube 6 surrounds this injected stream of reducing agent 15 at the outlet opening 9 in the jacket tube 6, possibly causing mixing.
  • the reducing agent 15 and the enveloping air 13 pass through the outlet openings 9 in the cladding tube 6 into the interior 19 of the calciner and impinge on the combustion gas 3.
  • FIG. 2 represents a longitudinal section through the lance system according to the invention.
  • lance systems 1 shown here only a lance system
  • the lance system 1 protrude horizontally and cantilevered into the interior of the reaction chamber, the (inner) wall is denoted by 16.
  • the lance system 1 has an inner portion and an outer portion 5.
  • the inner portion of the lance system 1 projects through the wall 16 of the calciner into its interior.
  • the lance system has an inner tube 7 and a cladding tube 6. According to the in FIG. 2 shown type, only a single inner tube 7 is housed in the cladding tube 6. Depending on the design, however, several differently long inner tubes 7 can be arranged in a cladding tube 6.
  • the inner tube 7 includes a central conduit 17 which carries the reducing agent 15 (or a reducing agent / propellant mixture). Between the central conduit 17 and the inner wall of the inner tube 7, a gap 18 is formed, is passed through the compressed air 14, which later serves for sputtering of the reducing agent in the nozzle 10. In the nozzle 10, reducing agent 15 and the compressed air 14 introduced separately via 18 are mixed and injected into the intermediate space 8 between inner tube 7 and jacket tube 6 or directly through the opening 9 in the jacket tube 6 into the interior of the calciner.
  • the lance system 1 More air u.a. supplied for cooling the lance system by being guided in the outer portion 5 of the lance system 1 in the cladding tube 6 and finally in the gap 8 between the inner tube 7 and sheath 6.
  • the enveloping air finally passes through the outlet openings 9 in the cladding tube 6 in the interior 19 and surrounds at these outlet openings 9, the injected reducing agent and is optionally mixed with this and finally meets the combustion gas 3.
  • the envelope air also serves to caking to prevent the nozzle 10 and the cladding tube 6 by keeping possibly moistened and agglomerated dust particles.
  • the cladding tube 6 an inner support tube 11, which is made of a high heat, heat and scale resistant, sintered, oxide dispersion strengthened metallic material. Furthermore, at least one outer highly wear-resistant coating 12 is applied to the support tube 11 by means of build-up welding.
  • the oxide dispersion strengthened (ODS) steel or alloy consists of a mixture of a powder of a conventional high temperature refractory alloy and a very finely ground high melting ceramic powder, preferably yttria (Y 2 O 3 ).
  • These oxide dispersion-strengthened materials consist essentially of metallic base materials, in which highly stable or inert oxides are finely dispersed become. These inert oxide particles do not change up to the melting point of the metallic matrix, are also insoluble in the melt and prevent the migration of dislocations in the metallic material and therefore contribute to high creep resistance especially at high temperatures, for example gases above 1000 ° C up to 1,250 ° C at.
  • the outer highly wear-resistant coating 12 applied to the support tube 11 by build-up welding contains hard particles comprising one or more transition metal carbides, such as titanium, chromium, zirconium, hafnium, tantalum, molybdenum, niobium and tungsten carbides, in a matrix or binder of cobalt, nickel or iron.
  • a particularly suitable coating 12 contains or consists of tungsten carbide and optionally molybdenum carbide in a binder or a matrix consisting essentially of cobalt or else a heat-resistant alloy of iron, chromium and nickel with a certain amount of cobalt.
  • This combination of a high temperature, sintered, oxide dispersion strengthened metallic material for the support tube 11 and the highly wear resistant coating 12 has very good properties for the construction of a cantilevered lance system 1 which projects into spaces through which hot gases 3 flow.
  • the support tube 11 of the lance system 1 thus ensures the required strength properties and ensures that the self-supporting lance system 1 does not permanently bend or tear.
  • the lance system 1 according to the invention can also be used in dust-laden and z. T. flowing at high speeds, just under 1,000 ° C hot combustion gases 3 are used because it is thermally-mechanically resistant and at the same time corrosion resistant to flue gas components and the remaining residual oxygen over long periods of time.
  • the lance system 1 in particular the cladding tube 6 is cooled by the nozzle enveloping air flowing in the intermediate space 8, the atomizing compressed air 14 flowing in the intermediate space 18 and the liquid in the central conduit 17, so that in normal operation only a temperature of up to a few hundred degrees C, for example, 300 ° C or 400 ° C is expected.
  • the high temperatures are normally critical to the cladding tube 6.
  • the lance system 1 and the cladding tube 6 can withstand the very high temperatures of 870 ° C to 1100 ° C for a long time.
  • FIG. 3 shows a cross section through a calciner in the plane of the nozzles or lances.
  • the left-hand illustration shows a cross section through a calciner in the plane of the nozzles according to the conventional technique.
  • the nozzles either substantially complete with the reactor or duct wall or protrude no more than a few decimeters in the flow of hot combustion gases interior. From the left-hand illustration it can be seen that due to the wall-mounted arrangement of the nozzles, the spray cones can only adequately cover or treat the flue gas flow.
  • the self-supporting lance according to the present invention can be made longer in length so as to protrude into spaces through which hot gases flow (see right-hand illustration of FIGS FIG. 3 ).
  • four lance systems each with a 1.0 m length end nozzle, were placed on a horizontal plane into the calciner of a cement works having an inside diameter of about 3.6 m attached.
  • the right-hand illustration shows that with the aid of the lance according to the invention, calciners for the optimal reduction of pollutants can be charged completely with appropriate reagents over the entire cross-section.
  • Example 1 Use of the lance system according to the invention in the calciner of a cement works and investigation with regard to its stability
  • the calciner of a cement works with an inside diameter of approx. 3.6 m was equipped with four injection lances arranged on a horizontal plane. They were so dimensioned that the inner lance section, which protruded into the interior of the calciner, had a length of 1.0 m. The nozzle was located at the end of the lance.
  • the lance system used had an outer cladding tube with a diameter of 69 mm with a total wall thickness of 7.5 mm, which was constructed for wear protection reasons of two layers.
  • the inner support tube of the cladding tube had a thickness of 5 mm and consisted of the heat-resistant, heat-resistant, sintered, oxide-dispersion strengthened metallic material Kanthal APMT from Sandvik (FeCrAIMo alloy, nominal chemical composition in weight%: 21, 0 Cr, 5.0 Al, 3.0 Mo, 0.5 Y 2 O 3 , balance Fe).
  • the outside of the support tube had a 2.5 mm thick outer high-wear coating called Co-800-T from Eipa (4% C, 16% Cr, 4.5% Co, 4.5% Mo, 4% Nb, 1.5% W, 0.7% V, 0.9% B, remainder Fe) applied by build-up welding.
  • the lance systems were pulled out of the calciner and the cladding tube was measured.
  • the cladding tube showed no changes in dimensions or damage. Furthermore, no distortion and no curvature of the cladding tube was detected.
  • On the outside of the cladding deposits were measured with a thickness of about 1 cm. It should be noted that this did not correspond to the actual thickness of the deposits, because when pulling out of the lances through the narrow nozzle opening of the protruding part of the deposits was stripped.
  • the lance system has proved extremely stable despite the extreme conditions in the calciner and a length of 1 m.
  • Example 2 NOx reduction by injecting an aqueous ammonia solution into the combustion gas in a calciner of a cement plant
  • the cantilevered lance according to the present invention could be made longer for use in cement works calciners (see right hand illustration of FIGS FIG. 3 ).
  • the lance according to the invention the calciner of a cement plant as described in Example 1 was subjected to optimum pollutant reduction completely over the entire cross section with appropriate reagents (ammonia water in this example).
  • Table 1 summarizes the results obtained with regard to the reduction of NO x levels in the flue gas and the amounts of reagent used to achieve the corresponding NO x levels and the conditions. The results show that the consumption of reagents could be reduced by injection via the lance systems according to the invention, as well as the NO x content in the flue gas could be further reduced.
  • Table 1 ⁇ / b> Experimentation with highest NOx values from the furnace, caused by pure hard coal fire, without fluidized bed operation or lean gas Long-term test under normal cement plant conditions, ie with fluidized bed operation plus lean addition of gas and lignite as a supporting fire Ammonia water consumption l / h 24.9% sol.
  • Raw gas value approx.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lanzensystem (1) zur Einführung von Reagenzien (15) in Form von Fluiden in von Verbrennungsgasen (3) durchströmte Reaktionsräume (2), wie Kalzinatoren, Rauchgaskanäle oder Kessel bzw. Feuerräume, wobei das Lanzensystem (1) umfasst:
einen inneren Abschnitt (4) konstruiert, um innerhalb des Reaktionsraums (2) angeordnet zu werden, und einen äußeren Abschnitt (5) konstruiert, um außerhalb des Reaktionsraums (2) angeordnet zu werden,
wobei das Lanzensystem (1) ein Hüllrohr (6) und mindestens ein Innenrohr (7) aufweist, und wobei zumindest entlang des inneren Abschnitts (4) des Lanzensystems (1) das mindestens ein Innenrohr (7) innerhalb des Hüllrohrs (6) angeordnet ist, wodurch ein Zwischenraum (8) zwischen der äußeren Wand des mindestens einen Innenrohrs (7) und der inneren Wand des Hüllrohrs (6) ausgebildet wird,
wobei entlang des Hüllrohrs (6) mindestens eine Austrittsöffnung (9) in der Umfangswand des Hüllrohrs (6) angeordnet ist,
wobei das mindestens eine Innenrohr (7) Austrittsöffnungen oder Düsen (10) zum Eindüsen des Reagenz direkt durch die mindestens eine Austrittsöffnung (9) des Hüllrohrs (6) hindurch nach außen aufweist,
wobei der Zwischenraum (8) über die mindestens eine Austrittsöffnung (9) des Hüllrohrs (6) mit der Außenseite in fluider Kommunikation steht,
wobei gemäß der Erfindung
das Hüllrohr (6) ein inneres Tragrohr (11) aufweist, das aus einem hochwarmfesten, hitze- und zunderbeständigen, gesinterten, Oxid-dispersionsverfestigten metallischen Werkstoff gefertigt ist, und dass auf das Tragrohr (11) mindestens eine äußere hochverschleißbeständige Beschichtung (12) mittels Auftragschweißen aufgebracht ist.
The invention relates to a lance system (1) for introducing reagents (15) in the form of fluids into reaction spaces (2) through which combustion gases (3) flow, such as calciners, flue gas ducts or boilers, the lance system (1) comprising:
an inner portion (4) constructed to be disposed within the reaction space (2), and an outer portion (5) constructed to be located outside the reaction space (2),
wherein the lance system (1) comprises a cladding tube (6) and at least one inner tube (7), and wherein at least along the inner portion (4) of the lance system (1) the at least one inner tube (7) is disposed within the cladding tube (6) whereby a gap (8) is formed between the outer wall of the at least one inner tube (7) and the inner wall of the cladding tube (6),
wherein at least one outlet opening (9) is arranged in the peripheral wall of the jacket tube (6) along the jacket tube (6),
wherein the at least one inner tube (7) has outlet openings or nozzles (10) for injecting the reagent directly through the at least one outlet opening (9) of the jacket tube (6) outwards,
wherein the intermediate space (8) is in fluid communication with the outside via the at least one outlet opening (9) of the cladding tube (6),
according to the invention
the cladding tube (6) has an inner support tube (11) which is made of a heat resistant, heat and scale resistant, sintered, oxide dispersion strengthened metallic material, and that on the support tube (11) at least one outer highly wear resistant coating (12) Cladding is applied.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Reaktionsraum (2) enthaltend das erfindungsgemäße Lanzensystem (1) sowie ein Verfahren zur Eindüsung von Reagenzien in Verbrennungsgase innerhalb eines von diesen Verbrennungsgasen durchströmten Reaktionsraums (2) mit Hilfe des erfindungsgemäßen Lanzensystems (1).

Figure imgaf001
The invention further relates to a reaction space (2) containing the lance system (1) according to the invention and to a method for injecting reagents into combustion gases within a reaction space (2) through which these combustion gases flow with the aid of the lance system (1) according to the invention.
Figure imgaf001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hochwarmfestes, hoch erosionsbeständiges Lanzensystem, einen Reaktionsraum enthaltend das Lanzensystem und ein Verfahren zur Verringerung der Konzentration von Schadstoffen in VerbrennungsgasenThe present invention relates to a high heat resistant, high erosion resistant lance system, a reaction space containing the lance system and a method for reducing the concentration of pollutants in combustion gases

Technisches GebietTechnical area

Bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Materialien und fossilen Brennstoffen beispielsweise in Kraftwerken und Anlagen zur Dampferzeugung, Müllverbrennungsanlagen, oder Zementwerken entstehen Schwefeldioxide (SOx) und Stickstoffoxide (NOx). Entsprechend den gesetzlichen Vorgaben müssen Maßnahmen zur Steuerung des Verbrennungsprozesses bzw. zur Reinigung von Rauchgasen bzw. Verbrennungsgasen etabliert werden, so dass nur wenig NOx entsteht bzw. in Verbrennungsgasen vorhandenes NOx sowie SOx verringert wird, um den Eintrag in die Atmosphäre zu reduzieren.In the combustion of carbonaceous materials and fossil fuels, for example, in power plants and plants for steam generation, waste incineration plants, or cement plants sulfur dioxide (SOx) and nitrogen oxides (NO x ). In accordance with the legal requirements, measures must be established to control the combustion process or to purify flue gases or combustion gases so that only little NO x is produced or NO x and SO x present in combustion gases are reduced in order to reduce the input into the atmosphere ,

Die Bildung von NOx unterliegt komplexen Reaktionsmechanismen, wobei die wichtigsten NOx-Quellen die Oxidation des Stickstoffs der Verbrennungsluft (thermisches NOx) und die Oxidation des Brennstoffstickstoffs (Brennstoff-NOx) sind.The formation of NO x is subject to complex reaction mechanisms, the most important NO x sources being the oxidation of the nitrogen of the combustion air (thermal NO x ) and the oxidation of the fuel nitrogen (fuel NO x ).

Thermisches NOx entsteht im Wesentlichen bei Temperaturen, die größer sind als etwa 1.200°C bis 1.500°C, weil erst bei diesen Temperaturen der in der Luft vorhandene molekulare Sauerstoff merklich in atomaren Sauerstoff (thermische Oxidation) übergeht und sich mit dem Stickstoff der Luft verbindet. Die Bildungsrate des thermischen NOx hängt exponentiell von der Temperatur ab und ist proportional zur Sauerstoffkonzentration.Thermal NO x is formed essentially at temperatures greater than about 1200 ° C to 1500 ° C, because only at these temperatures, the molecular oxygen present in the air changes significantly into atomic oxygen (thermal oxidation) and with the nitrogen of the air combines. The rate of formation of the thermal NO x depends exponentially on the temperature and is proportional to the oxygen concentration.

Die im Brennstoff enthaltenen primären Stickstoffverbindungen zerfallen zunächst in sekundäre Stickstoffverbindungen (einfache Amine und Cyanide), die im Verlauf der Verbrennung konkurrierend entweder zu NOx oder zu N2 umgewandelt werden. Bei Sauerstoffmangel wird die Bildung von N2 bevorzugt bzw. die NOx-Bildung unterdrückt oder sogar rückgängig gemacht. Die Bildung von Brennstoff NOx ist nur wenig temperaturabhängig und läuft auch bei niedrigen Temperaturen ab.The primary nitrogen compounds contained in the fuel first disintegrate into secondary nitrogen compounds (simple amines and cyanides), which are competitively converted to either NO x or N 2 in the course of combustion. In the case of an oxygen deficiency, the formation of N 2 is preferred or the formation of NO x is suppressed or even reversed. The formation of fuel NO x is only slightly dependent on temperature and proceeds even at low temperatures.

In Kraftwerken erfolgt die Reduktion von NOx im Stand der Technik mittels Primärmaßnahmen wie die Luftstufung am Brenner und über der Feuerraumhöhe. Die Luftstufung über der Feuerraumhöhe wird so ausgeführt, dass der Brennergürtelbereich meist unterstöchiometrisch betrieben wird. So erhalten die Brenner nur einen Teil der zur vollständigen Verbrennung notwendigen Luftmenge. Die zum Ausbrand benötigte verbleibende Luft (=ABL = Ausbrandluft) wird dann in der Regel mit deutlichem Abstand oberhalb des Brennergürtels zugegeben. Diese Vorgehensweise wird als OFA-Verfahren (Over-Fire-Air) bezeichnet. Die Zugabe erfolgt mittels sogenannter ABL-Düsen. Die zwei grundsätzlichen Typen von ABL-Düsen sind Wanddüsen und ABL-Lanzen.In power plants, the reduction of NO x in the prior art by means of primary measures such as the air grading takes place at the burner and above the furnace height. The air grading above the combustion chamber height is carried out in such a way that the burner belt area is usually operated under stoichiometry. Thus, the burners receive only part of the amount of air necessary for complete combustion. The remaining air needed for burnout (= ABL = burnout air) is then usually added at a considerable distance above the burner belt. This procedure is referred to as OFA (Over-Fire-Air). The addition takes place by means of so-called ABL nozzles. The two basic types of ABL nozzles are wall nozzles and ABL lances.

Anwendung SNCR als Sekundärmaßnahme zur StickoxidreduktionApplication SNCR as a secondary measure for nitrogen oxide reduction

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen einschließlich Reaktionsräume zur Reduktion unerwünschter Substanzen durch Eindüsen eines Reaktionsmittels in ein Abgas bzw. Rauchgas, insbesondere in das Abgas von Zementwerken, bei dem das Reaktionsmittel mittels Lanzen in das Rauchgas eingedüst wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lanze bzw. ein Lanzensystem für das Eindüsen von Reaktionsmittel zur Reduktion unerwünschter Substanzen im Rauchgas. Zudem betrifft die Erfindung auch einen geeigneten Reaktionsraum, der mit einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist, um das Verfahren durchführen zu können.The invention relates to a method and devices including reaction chambers for the reduction of undesirable substances by injecting a reagent in an exhaust gas or flue gas, in particular in the exhaust gas of cement plants, in which the reagent is injected by means of lances in the flue gas. Furthermore, the invention relates to a lance or a lance system for the injection of reagent for the reduction of undesirable substances in the flue gas. In addition, the invention also relates to a suitable reaction space, which is equipped with such a device according to the invention in order to carry out the method can.

Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen der zuvor genannten Art bekannt. Bei den Reaktionsmitteln handelt es sich beispielsweise um Ammoniak und/oder Harnstoff, welche den Anteil an Stickoxiden im Rauchgas mindern können. Entsprechende Verfahren werden als selektive nichtkatalytische Reduktion (SNCR; selective non-catalytic reduction) bezeichnet. Bei der selektiven nichtkatalytischen Reduktion (SNCR) von Stickoxiden werden Reduktionsmittel in wässriger Lösung (typischerweise Ammoniakwasser, Harnstoff) oder gasförmig (Ammoniak) in die heißen Rauchgase einer Verbrennungsanlage eingedüst. Durch die Reaktion des Reduktionsmittels mit Stickoxid und Sauerstoff entstehen molekularer Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid. Dabei läuft beispielsweise für Ammoniak oder Harnstoff als Reduktionsmittel die folgende vereinfacht dargestellte Reaktion ab:

         4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O

         2NH2CONH2 + 4NO + O2 → 4N2 + 2CO2 + 4H2O

There are already known methods and devices of the aforementioned type. The reactants are, for example, ammonia and / or urea, which can reduce the proportion of nitrogen oxides in the flue gas. Corresponding methods are referred to as selective non-catalytic reduction (SNCR). In the selective non-catalytic reduction (SNCR) of nitrogen oxides, reducing agents in aqueous solution (typically ammonia water, urea) or gaseous (ammonia) are injected into the hot flue gases of an incinerator. The reaction of the reducing agent with nitrogen oxide and oxygen produces molecular nitrogen, water and carbon dioxide. In this case, for example, for ammonia or urea as a reducing agent, the following simplified reaction takes place:

4NH 3 + 4NO + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O

2NH 2 CONH 2 + 4NO + O 2 → 4N 2 + 2CO 2 + 4H 2 O

Der optimale Temperaturbereich zum Ablauf der beschriebenen Reaktionen liegt abhängig von der Rauchgaszusammensetzung zwischen 900 und 1.100 °C.The optimum temperature range for the execution of the reactions described is dependent on the flue gas composition between 900 and 1100 ° C.

Eine der Hauptschwierigkeiten der SNCR-Technologie ist es, das Reduktionsmittel in das Rauchgas im richtigen Temperaturfenster einzumischen. Grundsätzlich wird die SNCR-Technologie erfolgreich bei kleinen und mittleren Kesseln und insbesondere auch in Abfallverbrennungsanlagen und Zementwerken angewendet. Hier besteht der Vorteil in den kleinen Querschnitten der Reaktions- bzw. Feuerräume, so dass die SNCR-Technologie effektiv und optimiert anwendbar ist.One of the main difficulties of SNCR technology is to mix the reducing agent into the flue gas in the correct temperature window. Basically, the SNCR technology is successfully used in small and medium sized boilers and especially in waste incineration plants and cement plants. Here, the advantage lies in the small cross sections of the reaction or fire chambers, so that the SNCR technology is effective and optimized applicable.

In Zementwerken wird Zement in einem kontinuierlichen Prozess nach dem Trockenverfahren in Drehrohröfen hergestellt. Dabei werden die Rohmaterialien wie Kalkstein, Ton, Sand etc. vermahlen und gleichzeitig getrocknet danach aufgewärmt und anschließend zu Zementklinker gebrannt. Das Brennen des Zementklinkers erfolgt in Drehrohröfen, die leicht geneigt sind. Infolge Neigung und Drehung des Ofens läuft das am oberen Ende aufgegebene vorgewärmte Rohmehl einer Kohlenstaub-, Öl-oder Gasflamme entgegen, die am unteren Ende des Ofens brennt. Im Bereich der Flamme mit Gastemperaturen von 1.800 bis 2.000°C werden Brennguttemperaturen von 1.350 bis 1.500°C erreicht. Die Vorwärmung und die Kalzinierung des Rohmehls erfolgt entweder im Drehrohrofen selbst oder aber in einem separaten Vorwärmer, der in der Regel aus einer Vorrichtung konstruiert ist, die aus mehreren Zyklonen besteht, bzw. in einem getrennten Kalzinator (Kalzinierreaktor). Die heißen Abgase des Drehrohrofens durchströmen den Kalzinator und den Vorwärmer von unten nach oben, und das trockene Rohmehl wird den Abgasen vor der obersten Zyklonstufe zugegeben, in den einzelnen Zyklonen wieder aus dem Gas abgeschieden und vor der nächsten Zyklonstufe erneut im Gasstrom suspendiert. Das Rohmehl wird im Vorwärmer in der Regel auf eine Temperatur von ca. 800°C vorgewärmt. Im Zyklonvorwärmer kann bereits eine teilweise Kalzinierung des Rohmehls erfolgen. Die weitere Kalzinierung des Rohmehls erfolgt dann im Kalzinator bevor es in den Drehrohrofen gelangt.In cement plants, cement is produced in a continuous dry process process in rotary kilns. The raw materials such as limestone, clay, sand, etc. are ground and dried at the same time then warmed up and then fired into cement clinker. The burning of the cement clinker takes place in rotary kilns, which are slightly inclined. As a result of inclination and rotation of the furnace, the preheated raw meal, which is at the upper end, runs against a pulverized coal, oil or gas flame which burns at the lower end of the furnace. In the area of the flame with gas temperatures of 1,800 to 2,000 ° C, kiln temperatures of 1,350 to 1,500 ° C are reached. The preheating and the calcination of the raw meal takes place either in the rotary kiln itself or in a separate preheater, which is usually constructed from a device consisting of several cyclones, or in a separate calciner (calcination reactor). The hot exhaust gases of the rotary kiln flow through the calciner and the preheater from bottom to top, and the dry raw meal is added to the exhaust gases before the top cyclone stage, separated in the individual cyclones from the gas and resuspended in the gas stream before the next cyclone stage. The raw meal is preheated in the preheater usually to a temperature of about 800 ° C. In the cyclone preheater can already be carried out a partial calcination of the raw meal. The further calcination of the raw meal then takes place in the calciner before it enters the rotary kiln.

Im Drehrohrofen bilden sich bei den hohen Temperaturen der Brennflamme in erheblicher Menge Stickoxide, die aus den Abgasen entfernt werden müssen.In the rotary kiln form at the high temperatures of the combustion flame in a considerable amount of nitrogen oxides, which must be removed from the exhaust gases.

SNCR-Anlagen für Kraftwerke, Müllverbrennungsanlagen und Zementwerke sind bereits im Stand der Technik beschrieben worden. Dabei werden in der Regel nur sehr kurze Eindüslanzen verwendet, wobei die Düsen entweder im Wesentlichen mit der Reaktor- oder Kanalwand abschließen oder nicht mehr als wenige Dezimeter in den heißen Raum hineinragen. Der Grund dafür ist, dass für das Funktionieren einer SNCR eine Temperatur von 870 bis 1.000°C benötigt wird und eine lange in den Raum hineinragende Lanze dieser Temperatur und vor allem bei der Anwendung in Zementanlagen extrem hohen Staubbeladungen im Rauchgas und damit auch einer starken Erosionsbelastung ausgesetzt wären.SNCR plants for power plants, waste incineration plants and cement plants have already been described in the prior art. As a rule, only very short injection lances are used, with the nozzles either closing substantially with the reactor wall or channel wall or not projecting more than a few decimeters into the hot space. The reason for this is that a temperature of 870 to 1,000 ° C is required for the functioning of a SNCR and a long lance of this temperature and especially for use in cement plants extremely high dust loadings in the flue gas and thus a strong Erosionsbelastung would be exposed.

Die zentralen Bereiche der Rauchgasströme in Rauchgaskanälen und Feuerräumen mit großen Abmessungen im Querschnitt können durch in der Wand angeordnete Düsen, wenn überhaupt, nur mit mengenmäßig hohem Einsatz der Reagenzien erreicht werden. Bei immer strenger werdenden Grenzwerten für NOx (z.B. <200 oder gar 150 mg/Nm3 trocken, bezogen auf 6% O2) muss auch die Mitte des Kanals bzw. Feuerraums besser mit Reagenz erreicht werden, wobei für die SNCR unverhältnismäßig hohe Mengen an Ammoniak oder Harnstofflösung eingesetzt werden. Diese verbleiben zudem in nicht unbeträchtlichen Mengen anschließend, ohne einen Reaktionspartner gefunden zu haben, unreagiert als sogenannter Ammoniak-Schlupf im Rauchgas. Teilweise verbrennt dieser Ammoniakschlupf in der Folge, teilweise verlässt dieser den Gasraum über den Kamin. Zusätzlich besteht auch die Gefahr, dass größere Mengen nicht reagierten Ammoniaks in die Filterasche gelangen, was aufgrund der Geruchsbelastung unerwünscht ist. In jedem Fall steigen die Einsatzkosten aufgrund des nicht zweckgebundenen Beitrages des nicht an der Reaktion beteiligten Einsatzstoffes deutlich an.The central areas of the flue gas streams in flue gas ducts and large-diameter combustion chambers in cross-section can be achieved, if at all, only by a high quantitative use of the reagents through wall-mounted nozzles. With increasingly stringent limit values for NO x (eg <200 or even 150 mg / Nm 3 dry, based on 6% O 2 ), the middle of the channel or combustion chamber must also be better achieved with reagent, with disproportionately high quantities for the SNCR be used on ammonia or urea solution. These remain in not inconsiderable amounts then, without having found a reactant, unreacted as so-called ammonia slip in the flue gas. Partly burns this ammonia slip in the episode, some of it leaves the gas chamber over the chimney. In addition, there is also the danger that larger amounts of unreacted ammonia get into the filter ash, which is undesirable due to the odor. In any case, the deployment costs increase significantly due to the non-earmarked contribution of non-input material involved in the reaction.

So beschreibt die deutsche Patentanmeldung P 41 25 004.4 ein Verfahren zur Entstickung der bei der Herstellung von Zement anfallenden Abgase, bei dem die mit Rohmehl beladenen Abgase bei 300 bis 450°C mit NH3 in Gegenwart eines Katalysators zur Reaktion gebracht werden, wobei als katalytisch aktive Substanz Eisensulfat oder eine Mischung aus Eisensulfat und Mangansulfat verwendet wird. Das NH3 und die Katalysatorpartikel werden in eine vom Verbrennungsgas durchströmte Leitung eingebracht. Die Reaktion findet in der genannten Leitung und im nachgeschalteten Zyklon statt. Die Injektionsdüse für das Ammoniak wird in dem Dokument nicht näher beschrieben.Thus, German Patent Application P 41 25 004.4 a process for denitrification of the resulting in the production of cement exhaust gases, in which the raw-laden exhaust gases are reacted at 300 to 450 ° C with NH 3 in the presence of a catalyst, wherein as the catalytically active substance iron sulfate or a mixture of iron sulfate and Manganese sulfate is used. The NH 3 and the catalyst particles are introduced into a line through which the combustion gas flows. The reaction takes place in said line and in the downstream cyclone. The injection nozzle for the ammonia is not described in detail in the document.

Die DE 43 13 479 beschreibt ein Verfahren zur Entstickung der bei der Herstellung von Zement anfallenden Abgase, wobei dem Abgas nach Verlassen des Drehrohrofens bei einer Temperatur von 750 bis 950°C Ammoniak zugegeben wird, und dass das Abgas bei einer Temperatur von 300 bis 450°C mit einem Katalysator in Kontakt gebracht wird, der als aktive Substanz Eisensulfat oder eine Mischung aus Eisensulfat und Mangansulfat enthält. Die Injektionsdüse für das Ammoniak wird in dem Dokument nicht näher beschrieben.The DE 43 13 479 describes a method for denitrification of the resulting in the production of cement exhaust gases, wherein the exhaust gas after leaving the rotary kiln at a temperature of 750 to 950 ° C ammonia is added, and that the exhaust gas at a temperature of 300 to 450 ° C with a catalyst is contacted, containing as the active substance iron sulfate or a mixture of iron sulfate and manganese sulfate. The injection nozzle for the ammonia is not described in detail in the document.

Die EP 0 854 339 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Entstickung der bei der Herstellung von Zement anfallenden Verbrennungsgase, wobei dem Abgas nach Verlassen des Drehrohrofens in den Reaktionsraum der Kalzinationszone eine Ammoniaklösung zugegeben wird. Die Injektionsdüse oder eine Injektionslanze für die Ammoniaklösung wird nicht näher beschrieben.The EP 0 854 339 also describes a process for denitrification of the resulting in the production of cement combustion gases, wherein the exhaust gas after leaving the rotary kiln in the reaction chamber of the calcination zone, an ammonia solution is added. The injection nozzle or an injection lance for the ammonia solution will not be described in detail.

Die WO 93/19837 offenbart ein Verfahren zur Entstickung der Abgase, die bei der Herstellung von Zement entstehen. Dabei wird dem Abgas nach Verlassen des Drehrohrofens eine Ammoniaklösung über Düsen zugegeben. Dabei finden Druckluftdüsen Anwendung mit einen rohrförmigen Kanal zum Zuführen des Ammoniakwassers, einem umgebenden ringförmigen Kanal, der am Ende geschlossen ist und zum Zuführen von Druckluft dient, einer Auslassöffnung, und einer Anzahl von Verbindungsöffnungen zwischen den beiden Kanälen.The WO 93/19837 discloses a process for denitrification of the exhaust gases which arise in the production of cement. In this case, after leaving the rotary kiln, an ammonia solution is added to the exhaust gas via nozzles. There are compressed air nozzles Application comprising a tubular channel for supplying the ammonia water, a surrounding annular channel which is closed at the end and serves for supplying compressed air, an outlet opening, and a number of connection openings between the two channels.

Die WO 2014/114320 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Stickoxide enthaltenden Abgasen aus technischen Prozessen, wie Rauchgasen, zur Verringerung des Stickoxidgehalts mittels chemischer Reduktion der Stickoxide. Die Eindüsung des Reduktionsmittels in den von den Abgasen durchströmten Reaktionsraum erfolgt über in der Wand des Reaktionsraums angeordnete Düsen.The WO 2014/114320 describes a process for the treatment of exhaust gases containing nitrogen oxides from industrial processes, such as flue gases, for reducing the nitrogen oxide content by means of chemical reduction of the nitrogen oxides. The injection of the reducing agent in the reaction space through which the exhaust gases pass is effected via nozzles arranged in the wall of the reaction space.

Die DE 197 81 750 T1 ( WO 97/41947 A1 ) offenbart eine Injektionslanze zur Eindüsung von wasserfreiem NH3 und Luft in einen Feuerraum. Die Lanze besteht aus drei Rohren, die ineinander liegend angeordnet sind, wobei das Ammoniak in das innenliegende Rohr gegeben wird, am inneren Ende in den Spalt zwischen innerem und mittlerem Rohr gelangt, dort mit getrennt zugeführter Luft zusammentrifft und mit dieser gemischt wird. Durch eine Vielzahl von Öffnungen strömt das Ammoniak/Luft-Gemisch vom Innenraum des mittleren Rohrs über radiale Kanäle, die den Spalt zwischen mittlerem und äußerem Rohr überbrücken, in das Rauchgas des Kessels.The DE 197 81 750 T1 ( WO 97/41947 A1 ) discloses an injection lance for injecting anhydrous NH 3 and air into a furnace. The lance consists of three tubes which are arranged one inside the other, wherein the ammonia is placed in the inner tube, at the inner end in the gap between the inner and middle tube passes where it coincides with separately supplied air and mixed with it. Through a plurality of openings, the ammonia / air mixture flows from the interior of the middle tube through radial channels, which bridge the gap between the middle and outer tube, in the flue gas of the boiler.

Das Dokument DE 10 2004 026 697 A1 offenbart ein Verfahren zum Injizieren von Reduktionsmittel gemeinsam mit der Oberluft. Dazu wird ein Teil der Ausbandluft mit einer zweiten Düse eingebracht innerhalb der sich gleichzeitig die Injektionsdüse zum Einbringen von Stickoxid-Reduktionsmittel befindet.The document DE 10 2004 026 697 A1 discloses a method of injecting reductant together with the upper air. For this purpose, a part of the Ausbandluft is introduced with a second nozzle within which is simultaneously the injection nozzle for introducing nitrogen oxide reducing agent.

Die EP 2 962 743 A1 offenbart die Einbringung von Reduktionsmittel in einen Kessel. Das Reduktionsmittel wird mit Hilfe von Lanzen eingedüst, in denen ein oder mehrere Injektoren für Reduktionsmittel eingeführt sind, wobei diesen Lanzen zudem beispielsweise Ausbrandluft zugeführt wird. Das Reduktionsmittel wird in die ABL-Lanze eingedüst und verlässt die Lanze durch die nächstgelegenen Austrittsöffnungen der Lanze in das Rauchgas. In dem Dokument wird vorgeschlagen, mehrere Injektoren mit unterschiedlicher Eindringtiefe in die Lanzen einzuführen, die dann anhand der vorliegenden Messdaten auch unterschiedliche Mengen an Reduktionsmittel eindüsen können.The EP 2 962 743 A1 discloses the introduction of reducing agent into a kettle. The reducing agent is injected by means of lances, in which one or more injectors for reducing agent are introduced, wherein these lances also, for example, burnout air is supplied. The reductant is injected into the ABL lance and exits the lance through the nearest exit ports of the lance into the flue gas. The document proposes several injectors with different ones Introduce penetration into the lances, which can then inject different amounts of reducing agent based on the present measurement data.

Die US 5,342,592 offenbart eine Injektionslanze mit einer äußeren röhrenförmigen Ummantelung mit einer Vielzahl von Öffnungen sowie einem Kühlkreislauf. Diese röhrenförmige Ummantelung weist einen inneren Kanal auf, in die eine Injektionslanze eingeschoben wird. Diese besteht wiederum aus einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr, wobei ein Zwischenraum ausgebildet wird. Das Reduktionsmittel wird durch das innere Rohr geleitet und das Treibmittel durch den Zwischenraum. Das Reduktionsmittel gelangt vom inneren Rohr und über davon abzweigende den Zwischenraum überbrückende Kanäle direkt in den Rauchgasstrom. Das Treibmittel trifft am Austritt dieser Kanäle mit dem Reduktionsmittel zusammen und gelangt in den Rauchgasstrom.The US 5,342,592 discloses an injection lance having an outer tubular sheath with a plurality of openings and a cooling circuit. This tubular casing has an inner channel into which an injection lance is inserted. This in turn consists of an inner tube and an outer tube, wherein a gap is formed. The reducing agent is passed through the inner tube and the propellant through the gap. The reducing agent passes from the inner tube and branching over the gap bridging channels directly into the flue gas stream. The propellant meets at the outlet of these channels with the reducing agent and enters the flue gas stream.

Die US 5,281,403 beschreibt ein Injektionslanzensystem mit einem Innenrohr und einem Außenrohr, die einen Zwischenraum bilden, durch die das Reduktionsmittel geführt wird. Am inneren Ende des Lanzensystems wird das Reduktionsmittel in eine Leitung geführt, die im inneren Hohlraum des inneren Rohrs angeordnet ist, wobei die Leitung mit einer Vielzahl von Düsen versehen ist. In diesen inneren Hohlraum wird ein Trägergas eingeführt. Die Düsen der innerhalb des inneren Hohlraums angeordneten Leitung düsen durch eine jeweils entsprechende Austrittsöffnung in dem Injektionslanzensystem das Reaktionsmittel in das Rauchgas ein, wobei das Reaktionsmittel gleichzeitig mit dem Trägergas vermischt wird, welches in den inneren Hohlraum geleitet wird und das Lanzensystem ebenfalls durch die genannte Austrittsöffnung verlässt.The US 5,281,403 describes an injection lance system having an inner tube and an outer tube forming a gap through which the reducing agent is passed. At the inner end of the lance system, the reducing agent is fed into a conduit located in the inner cavity of the inner tube, the conduit being provided with a plurality of nozzles. In this inner cavity, a carrier gas is introduced. The nozzles of the conduit located within the internal cavity inject the reactant into the flue gas through a respective respective exit aperture in the injection lance system, the reagent being mixed simultaneously with the carrier gas which is directed into the internal cavity and the lance system also through said exit aperture leaves.

Injektionslanzen, insbesondere zur Eindüsung von Reagenzien zur SNCR oder anderen Reagenzien oder Gasen für den Einsatz in Reaktionsräumen (Kalzinatoren, Rauchgaskanäle, Kessel bzw. Feuerräume), die von mit etwa 1.000°C heißen Rauchgasen mit hoher Staubbeladung und zum Teil hohen Geschwindigkeiten durchströmt werden, sind bisher nicht beschrieben worden.Injection lances, in particular for the injection of reagents for SNCR or other reagents or gases for use in reaction chambers (calcinators, flue gas ducts, boilers or fire chambers), which are flowed through by about 1000 ° C hot flue gases with high dust load and in some cases high speeds, have not been described so far.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher eine effektivere Rauchgasreinigungswirkung, insbesondere hinsichtlich SOx und NOx zu erzielen, insbesondere bei moderatem Einsatz von entsprechenden Reagenzien, und insbesondere in Reaktionsräumen wie Kalzinatoren, Rauchgaskanälen, Kesseln bzw. Feuerräumen, die von mit etwa 1.000°C heißen Rauchgasen mit hoher Staubbeladung und zum Teil hohen Geschwindigkeiten durchströmt werden, wobei die entsprechenden Reagenzien in das Verbrennungsgas möglichst gleichmäßig verteilt eingemischt werden können.The object of the present invention was therefore to achieve a more effective flue gas cleaning effect, in particular with respect to SO x and NO x , in particular with moderate use of appropriate reagents, and in particular in reaction chambers such as calciners, flue gas ducts, boilers or fire chambers, of about 1000 ° C. hot flue gases are traversed with high dust load and sometimes high speeds, the corresponding reagents can be mixed into the combustion gas as evenly distributed.

Die technische Aufgabe wird gelöst durch ein Lanzensystem zur Einführung von Reagenzien in Form von Fluiden in von Verbrennungsgasen durchströmte Reaktionsräume, wie Kalzinatoren, Rauchgaskanäle, Kessel bzw. Feuerräume,wobei das Lanzensystem umfasst:

  • einen inneren Abschnitt konstruiert, um innerhalb des Reaktionsraums angeordnet zu werden, und einen äußeren Abschnitt konstruiert, um außerhalb des Reaktionsraums angeordnet zu werden,
  • wobei das Lanzensystem ein Hüllrohr und mindestens ein Innenrohr aufweist, und wobei zumindest entlang des inneren Abschnitts des Lanzensystems das mindestens ein Innenrohr innerhalb des Hüllrohrs angeordnet ist, wodurch ein Zwischenraum zwischen der äußeren Wand des mindestens einen Innenrohrs und der inneren Wand des Hüllrohrs ausgebildet wird,
  • wobei entlang des Hüllrohrs mindestens eine Austrittsöffnung in der Umfangswand des Hüllrohrs angeordnet ist,
  • wobei das mindestens eine Innenrohr Austrittsöffnungen oder Düsen zum Eindüsen des Reagenz direkt durch die mindestens eine Austrittsöffnung des Hüllrohrs hindurch nach außen aufweist,
  • wobei der Zwischenraum über die mindestens eine Austrittsöffnung des Hüllrohrs mit der Außenseite in fluider Kommunikation steht,
  • wobei erfindungsgemäß
  • das Hüllrohr ein inneres Tragrohr aufweist, das aus einem hochwarmfesten, hitze- und zunderbeständigen, gesinterten, Oxid-dispersionsverfestigten metallischen Werkstoff gefertigt ist, und
  • auf das Tragrohr mindestens eine äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung mittels Auftragschweißen aufgebracht ist.
The technical object is achieved by a lance system for the introduction of reagents in the form of fluids in reaction spaces through which combustion gases flow, such as calciners, flue gas channels, boilers or fire chambers, the lance system comprising:
  • constructed an inner portion to be disposed within the reaction space, and an outer portion constructed to be located outside the reaction space,
  • wherein the lance system comprises a cladding tube and at least one inner tube, and wherein at least along the inner portion of the lance system the at least one inner tube is disposed within the cladding tube, thereby forming a gap between the outer wall of the at least one inner tube and the inner wall of the cladding tube,
  • wherein at least one outlet opening is arranged in the peripheral wall of the cladding tube along the cladding tube,
  • wherein the at least one inner tube has outlet openings or nozzles for injecting the reagent directly through the at least one outlet opening of the cladding tube to the outside,
  • wherein the intermediate space is in fluid communication with the outside via the at least one outlet opening of the cladding tube,
  • according to the invention
  • the cladding tube has an inner support tube made of a high temperature, heat and scale resistant, sintered, oxide dispersion strengthened metallic material, and
  • on the support tube at least one outer highly wear-resistant coating is applied by buildup welding.

Wie oben erwähnt, werden zur Verringerung der Schadstoffbelastung Reagenzien in Form von Fluiden, d.h. insbesondere in Form von Gasen und/oder Flüssigkeiten, in Verbrennungsgase eingedüst. Die von Verbrennungsgasen durchströmten Reaktionsräume stellen vorzugweise Kalzinatoren bzw. Kalzinierreaktoren, Rauchgaskanäle, Kessel bzw. Feuerräume dar.As mentioned above, to reduce pollutant loading, reagents in the form of fluids, i. in particular in the form of gases and / or liquids, injected into combustion gases. The reaction chambers through which combustion gases pass are preferably calciners or calcining reactors, flue gas channels, boilers or fire chambers.

Das Tragrohr des Lanzensystems besteht erfindungsgemäß aus einem hochwarmfesten, hitze- und zunderbeständigen, gesinterten, Oxid-dispersionsverfestigten metallischen Werkstoff, d.h. einem Stahl oder einer Superlegierung.The support tube of the lance system according to the invention consists of a high temperature, heat and scale resistant, sintered, oxide dispersion strengthened metallic material, i. a steel or a superalloy.

Der Oxid-dispersionsverfestigte (ODS: oxide dispersion strengthened) Stahl oder eine solche Legierung besteht aus einem Gemisch von einem Pulver einer hochwarmfesten, hitzebeständigen Legierung und einem sehr fein gemahlenen Pulver aus einer hochschmelzenden Keramik, vorzugsweise Yttriumoxid (Y2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2.) oder Hafniumoxid (HfO2), besonders bevorzugt Yttriumoxid (Y2O3). Diese Oxid-dispersionsverfestigten Materialien bestehen daher im Wesentlichen aus metallischen Grundwerkstoffen, in welchen hoch stabile bzw. inerte Oxide feinst verteilt eingelagert werden. Diese inerten Teilchen verändern sich bis zum Schmelzpunkt der metallischen Matrix nicht und sind auch in der Schmelze unlöslich. Das hochschmelzende Oxid verhindert das Wandern von Versetzungen im metallischen Material und trägt daher zur hohen Kriechfestigkeit insbesondere bei hohen Temperaturen, beispielsweise von Gasen oberhalb 1.000°C bis zu 1.250°C bei.The oxide dispersion strengthened (ODS) steel or alloy consists of a mixture of a refractory refractory alloy powder and a very finely ground refractory ceramic powder, preferably yttria (Y 2 O 3 ), zirconia ( ZrO 2. ) Or hafnium oxide (HfO 2 ), particularly preferably yttrium oxide (Y 2 O 3 ). These oxide dispersion-strengthened materials therefore consist essentially of metallic base materials in which highly stable or inert oxides are incorporated in the finest distributed manner. These inert particles do not change until the melting point of the metallic matrix and are also insoluble in the melt. The refractory oxide prevents the migration of dislocations in the metallic material and therefore contributes to the high creep resistance, especially at high temperatures, for example, gases above 1000 ° C up to 1250 ° C.

Beide Komponenten - das Pulver einer hochwarmfesten, hitzebeständigen Legierung und das sehr fein gemahlene Pulver aus einer hochschmelzenden Keramik - werden beim Herstellungsprozess innig miteinander vermischt, gepresst und bei hohen Temperaturen, aber ohne zu schmelzen, gesintert. Es entsteht ein Werkstoff mit einer bei sehr hohen Temperaturen ausreichend hohen Festigkeit.Both components - the powder of a heat-resistant, heat-resistant alloy and the very finely ground powder of a high-melting ceramic - are intimately mixed, pressed and sintered at high temperatures, but without melting, during the manufacturing process. The result is a material with a sufficiently high strength at very high temperatures.

Dabei ist der hochwarmfeste, hitze- und zunderbeständige gesinterte metallische Werkstoff ein Oxid-dispersionsverfestigter Stahl oder eine Oxid-dispersionsverfestigte Superlegierung. Ein geeigneter und bevorzugter Oxid-dispersionsverfestigter Stahl enthält 70,0 bis 80,0 Gew.-% Fe, 0,0 bis 10,0 Gew.% AI, 10,0 bis 25,0 Gew.% Cr, 0,0 bis 1,0 Gew.% Ti und 0,05 bis 1,5 Gew.% Oxide eines oder mehrerer Elemente ausgewählt aus der Gruppe Y, Zr, Hf, bevorzugt Y.Here, the high temperature, heat and scale resistant sintered metallic material is an oxide dispersion strengthened steel or an oxide dispersion strengthened superalloy. A suitable and preferred oxide dispersion strengthened steel contains 70.0 to 80.0 wt% Fe, 0.0 to 10.0 wt% Al, 10.0 to 25.0 wt% Cr, 0.0 to 1.0% by weight of Ti and 0.05 to 1.5% by weight of oxides of one or more elements selected from the group Y, Zr, Hf, preferably Y.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die hochwarmfeste, hitze- und zunderbeständige, gesinterte, Oxid-dispersionsverfestigte Superlegierung 65,0 bis 80,0 Gew.-% Ni, 10,0 bis 20 Gew.% Cr, 0,5 bis 10,0 Gew.-% Al, bis 0,1 Gew.% C, bis 0,5 Ti und bis 1,5 Gew.% Oxide eines oder mehrerer Elemente ausgewählt aus der Gruppe Y, Zr, Hf, bevorzugt Y.In another preferred embodiment, the refractory, refractory, and refractory sintered oxide dispersion strengthened superalloy contains 65.0 to 80.0 wt% Ni, 10.0 to 20 wt% Cr, 0.5 to 10.0 % By weight of Al, up to 0.1% by weight of C, up to 0.5 Ti and up to 1.5% by weight of oxides of one or more elements selected from the group Y, Zr, Hf, preferably Y.

Besonders geeignete und bevorzugte metallische Werkstoffe sind folgende Werkstoffe mit der genannten chemischen Zusammensetzung:

  • PM 3000 (Nominale chemische Zusammensetzung in Gewichts-%): 67,0 Ni, 20,0 Cr, 6,0 Al, 3,5 W, 2,0 Mo, 0,15 Zr, 0,01 B, 0,05 C, 1,1 Y2O3;
  • FeCrAIMo-Legierung (chemische Zusammensetzung in Gewichts-%): 20,5 bis 23,5 Cr, 5,0 Al, 3,0 Mo, 0,0 bis 0,7 Si, 0,0 bis 0,4 Mn, 0,0 bis 0,08 C, 0,5 bis 1,5 Y2O3, Rest Fe, insbesondere: 21,0 Cr, 5,0 Al, 3,0 Mo, 0,5 Y2O3, Rest Fe.
Particularly suitable and preferred metallic materials are the following materials having the stated chemical composition:
  • PM 3000 (nominal chemical composition in weight%): 67.0 Ni, 20.0 Cr, 6.0 Al, 3.5 W, 2.0 Mo, 0.15 Zr, 0.01 B, 0.05 C, 1.1 Y 2 O 3 ;
  • FeCrAIMo alloy (chemical composition in weight%): 20.5 to 23.5 Cr, 5.0 Al, 3.0 Mo, 0.0 to 0.7 Si, 0.0 to 0.4 Mn, 0 , 0 to 0.08 C, 0.5 to 1.5 Y 2 O 3 , balance Fe, in particular: 21.0 Cr, 5.0 Al, 3.0 Mo, 0.5 Y 2 O 3 , remainder Fe ,

Das Lanzensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist zudem hoch erosionsbeständig. Dies wird durch die äußere Beschichtung erreicht. In einer bevorzugten Ausführungsform des Lanzensystems umfasst die äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung, welche auf dem Tragrohr aufgebracht ist, (i) Hartpartikel, wobei die Hartpartikel mindestens eines von Carbiden, Nitriden, Boriden, Siliciden und Oxiden und festen Lösungen davon umfassen, und (ii) ein Bindemittel, das die Hartpartikel miteinander verbindet. Die Hartpartikel können mindestens ein Übergangsmetallcarbid umfassen ausgewählt aus Carbiden aus Titan, Chrom, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Molybdän, Niob und Wolfram oder festen Lösungen davon. Die Hartpartikel können als einzelne oder gemischte Carbide und/oder als gesinterte Sintercarbide vorliegen.The lance system according to the present invention is also highly resistant to erosion. This is achieved by the outer coating. In a preferred embodiment of the lance system, the outer highly wear resistant coating applied to the support tube comprises (i) hard particles, wherein the hard particles comprise at least one of carbides, nitrides, borides, silicides and oxides and solid solutions thereof, and (ii ) a binder that binds the hard particles together. The hard particles may comprise at least one transition metal carbide selected from carbides of titanium, chromium, zirconium, hafnium, tantalum, molybdenum, niobium and tungsten or solid solutions thereof. The hard particles may be present as single or mixed carbides and / or sintered cemented carbides.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Lanzensystems weist die äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung, welche auf dem Tragrohr aufgebracht ist, Hartpartikel auf enthaltend ein oder mehrere Übergangsmetallcarbide oder feste Lösungen davon und ein Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Nickel, Eisen, und einer hitzebeständigen Legierung aus Eisen, Chrom und Nickel mit einem Anteil an Kobalt. Bevorzugt enthalten die Hartpartikel Carbide aus Titan, Chrom, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Molybdän, Niob und Wolfram oder feste Lösungen davon, wobei das Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Nickel, Eisen, vorzugsweise Kobalt, und einer hitzebeständigen Legierung aus Eisen, Chrom und Nickel mit einem Anteil an Kobalt.In a further preferred embodiment of the lance system, the outer highly wear resistant coating applied to the support tube comprises hard particles containing one or more transition metal carbides or solid solutions thereof and a binder selected from the group consisting of cobalt, nickel, iron, and a binder heat-resistant alloy of iron, chromium and nickel with a content of cobalt. Preferably, the hard particles contain carbides of titanium, chromium, zirconium, hafnium, tantalum, molybdenum, niobium and tungsten or solid solutions thereof, wherein the binder is selected from the group consisting of cobalt, nickel, iron, preferably cobalt, and a refractory alloy Iron, chromium and nickel with a content of cobalt.

Weiter bevorzugt sind die Carbide Wolframcarbid und optional Molybdäncarbid oder feste Lösungen davon, und das Bindemittel ist Kobalt oder eine hitzebeständige Legierung aus Eisen, Chrom und Nickel mit einem Anteil an Kobalt. Eine besonders geeignete und bevorzugte hoch-verschleißbeständige Beschichtung bzw. Aufpanzerung enthält oder besteht aus Wolframcarbid und optional Molybdäncarbid in einem Bindemittel bzw. einer Matrix im Wesentlichen bestehend aus Kobalt oder einer hitzebeständigen Legierung aus Eisen, Chrom und Nickel mit einem Anteil an Kobalt.More preferably, the carbides are tungsten carbide and optionally molybdenum carbide or solid solutions thereof, and the binder is cobalt or a refractory alloy of iron, chromium and nickel having a content of cobalt. A particularly suitable and preferred highly wear-resistant coating or coating comprises or consists of tungsten carbide and optionally molybdenum carbide in a binder or a matrix consisting essentially of cobalt or a heat-resistant alloy of iron, chromium and nickel with a proportion of cobalt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beschichtung 40 bis 50 Gew.-% Wolframcarbid und 40 bis 60 Gew.-% mindestens eines von Eisen, Kobalt und Nickel, besonders bevorzugt Kobalt oder eine hitzebeständige Legierung aus Eisen, Chrom und Nickel mit einem Anteil an Kobalt.In a further preferred embodiment, the coating comprises 40 to 50 wt% tungsten carbide and 40 to 60 wt% at least one of iron, cobalt and nickel, more preferably cobalt or a refractory alloy of iron, chromium and nickel in an amount Cobalt.

Die äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung bzw. Aufpanzerung wird durch Auftragschweißen aufgebracht und weist vorzugsweise eine Stärke von mindestens 2,0 mm, weiter bevorzugt 2,0 bis 10,0 mm, und noch weiter bevorzugt eine Stärke von 2,0 bis 3,5 mm auf.The outer highly wear-resistant coating is applied by build-up welding and preferably has a thickness of at least 2.0 mm, more preferably 2.0 to 10.0 mm, and even more preferably a thickness of 2.0 to 3.5 mm up.

Der hochwarmfeste, hitze- und zunderbeständige, gesinterte, Oxid-dispersionsverfestigte metallische Werkstoff weist für die Konstruktion einer freitragenden Lanze, die in von heißen Gasen durchströmte Räume hineinragen, sehr gute Eigenschaften auf. Das aus diesem metallischen Werkstoff gefertigte Tragrohr des Lanzensystems stellt somit die erforderlichen Festigkeitseigenschaften sicher und sorgt dafür, dass sich die freitragende Lanze selbst bei einer Länge von beispielsweise 5 m im Laufe der Zeit infolge ihres Eigengewichtes und der angreifenden Strömungskräfte nicht dauerhaft verbiegt oder gar abreißt. Im Normalbetrieb wird dieses Tragrohr durch die im Inneren dauernd strömende Düsenhüllluft gekühlt und nimmt nicht, noch nicht einmal annähernd die Temperatur des umgebenden Rauchgases an. Falls jedoch diese kühlende Düsenhüllluft ausfällt, z.B. wenn das zugehörige Gebläse ausfällt, ist das Hüllrohr einer originalen Rauchgastemperatur an der Stelle, an der das Lanzensystem Reagenzien eindüst, von z.B. 870 bis 1.000°C über einen Zeitraum von zumindest einigen Tagen ausgesetzt und nimmt daher dadurch keinen Schaden.The refractory, heat, and scale resistant, sintered, oxide dispersion strengthened metallic material has very good properties for the construction of a cantilevered lance projecting into spaces swept by hot gases. The made of this metallic material support tube of the lance system provides thus ensuring the required strength properties and ensures that the self-supporting lance does not permanently bend or even break off over a length of for example 5 m over time due to their own weight and the attacking flow forces. In normal operation, this support tube is cooled by the constantly flowing inside the nozzle envelope air and does not even approach the temperature of the surrounding flue gas. However, if this cooling nozzle shroud fails, for example, if the associated fan fails, the sheath of an original flue gas temperature is exposed at the point at which the lance system injects reagents, eg, 870-1000 ° C for a period of at least several days, and thereby decreases no harm.

Reaktionsräume, wie Kalzinatoren, Rauchgaskanäle oder Kessel bzw. Feuerräume, die teilweise große Querschnitte aufweisen, müssen zur optimalen Schadstoffreduzierung vollständig über den gesamten Querschnitt hinweg mit entsprechenden Reagenzien beaufschlagt werden. Im Vergleich zur Eindüsung von Reagenzien mit direkt in der Wand dieser Reaktionsräume angeordneten Düsen, wie dies im Stand der Technik bisher erfolgt, kann mit dem erfindungsgemäßen Lanzensystem eine weitaus effektivere Rauchgasreinigungswirkung erzielt werden und somit ein kleinerer Schadstoff-Reingaswert bei moderatem Einsatz von Reagenzien. Mit dem erfindungsgemäßen Lanzensystem können die Reagenzien nun auch die zentralen Bereiche des Querschnitts von Reaktionsräumen erreicht werden, die bisher noch nicht mit Reagenz versorgt werden konnten. Bei dem Beispiel der SNCR heißt dies, dass durch die bessere Erreichbarkeit auch der Mitte des Reaktionsraums ein niedrigerer Reingas-Endwert beispielsweise an NOx und damit die Einhaltung eines schärferen Grenzwertes (z.B. <200 oder gar <150 NOx mg/Nm3 trocken, bezogen auf 6% O2) erreicht werden kann, ohne dafür unverhältnismäßig viel an Ammoniak oder Harnstofflösung einsetzen zu müssen, die dann zudem in nicht unbeträchtlichen Mengen nachher, ohne einen Reaktionspartner gefunden zu haben, unreagiert als sogenannter Ammoniak-Schlupf im Rauchgas am Kamin verbleibt. Auch besteht die Gefahr, dass größere Mengen nicht reagierten Ammoniaks in die Filterasche gelangen, was aufgrund des Geruchs unerwünscht ist.Reaction chambers, such as calciners, flue gas ducts or boilers or fire chambers, some of which have large cross sections, must be loaded with appropriate reagents completely over the entire cross section for optimal emission reduction. In comparison to the injection of reagents with nozzles arranged directly in the wall of these reaction chambers, as hitherto carried out in the prior art, a much more effective flue gas cleaning effect can be achieved with the lance system according to the invention and thus a smaller pollutant clean gas value with moderate use of reagents. With the lance system according to the invention, the reagents can now also be reached the central regions of the cross-section of reaction chambers, which hitherto could not yet be supplied with reagent. In the example of the SNCR, this means that due to the better accessibility also the center of the reaction space has a lower clean gas end value, for example NO x and thus compliance with a stricter limit value (eg <200 or even <150 NO x mg / Nm 3 dry, based on 6% O 2 ) can be achieved without disproportionately having to use ammonia or urea solution, which then also in not inconsiderable amounts afterwards, without having found a reactant, unreacted as so-called ammonia slip in the flue gas remains at the fireplace , There is also the danger that larger amounts of unreacted ammonia get into the filter ash, which is undesirable because of the odor.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Lanzensystem auch in staubbeladenen und z.T. mit hohen Geschwindigkeiten strömenden, knapp 1.000°C heißen Verbrennungsgasen eingesetzt werden, weil es über längere Zeiträume erosionsbeständig in staubhaltigen Umgebungen, thermisch-mechanisch beständig und gleichzeitig auch korrosionsresistent gegenüber Rauchgasbestandteilen und dem verbliebenen Restsauerstoff ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Rohr aus zwei Schichten aufgebaut wird - dem Tragrohr und der auf dem Tragrohr aufgebrachten Beschichtung wie oben beschrieben.Furthermore, the lance system according to the invention can also be used in dust-laden and z.T. flowing at high speeds, just under 1,000 ° C hot combustion gases are used because it is resistant to erosion over long periods in dusty environments, thermally-mechanically resistant and at the same time corrosion resistant to flue gas components and the remaining residual oxygen. According to the invention, this object is achieved in that the tube is constructed of two layers - the support tube and the coating applied to the support tube as described above.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Lanzensystems ist das Lanzensystem konstruiert

  1. a) Absorptionsmittel zur Rauchgasentschwefelung von Verbrennungsgasen, oder
  2. b) Reduktionsmittel zur selektiven nichtkatalytischen Reduktion von Stickoxiden in Verbrennungsgasen,
in die von Verbrennungsgasen durchströmten Reaktionsräume einzuführen.In a further preferred embodiment of the lance system, the lance system is constructed
  1. a) absorbent for flue gas desulfurization of combustion gases, or
  2. b) reducing agents for the selective non-catalytic reduction of nitrogen oxides in combustion gases,
to introduce into the reaction chambers through which combustion gases pass.

Weiterhin bevorzugt ist das Lanzensystem konstruiert, von Verbrennungsgasen mit einer Staubbeladung von 1 g/m3 bis zu 800 g/m3 bei einem Volumenstrom von 10.000 bis 2.000.000 m3/h, vorzugsweise von 30 g/m3 bis zu 800 g/m3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h, weiter bevorzugt von 100 g/m3 bis zu 800 g/m3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h umströmt zu werden. Die Staubbeladung von Verbrennungsgasströmen im Feuerraum von Kraftwerken ist typischerweise von 1 g/m3 bis zu 10 g/m3, während die Staubbeladung beispielsweise in Kalzinierreaktoren von Zementwerken im Bereich von 100 g/m3 bis zu 800 g/m3 liegt. Bezogen auf Normkubikmeter (Nm3) ist das Lanzensystem konstruiert, von Verbrennungsgasen mit einer Staubbeladung von 1 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom von 10.000 bis 2.000.000 m3/h, vorzugsweise von 30 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h, weiter bevorzugt von 100 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h umströmt zu werden. Die Staubbeladung von Verbrennungsgasströmen im Feuerraum von Kraftwerken ist typischerweise von 1 g/Nm3 bis zu 10 g/Nm3, während die Staubbeladung beispielsweise in Kalzinierreaktoren von Zementwerken im Bereich von 100 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 liegt.Further preferably, the lance system is constructed of combustion gases having a dust loading of 1 g / m 3 up to 800 g / m 3 at a volume flow of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably from 30 g / m 3 up to 800 g / m 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / m 3 to 800 g / m 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h to flow around. The dust load of combustion gas streams in the furnace of power plants is typically from 1 g / m 3 up to 10 g / m 3 , while the dust load, for example in calcination reactors of cement works in the range of 100 g / m 3 up to 800 g / m 3 . Based on standard cubic meters (Nm 3 ), the lance system is constructed of combustion gases with a dust load of 1 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably 30 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h flows around become. The dust load of combustion gas streams in the furnace of power plants is typically from 1 g / Nm 3 to 10 g / Nm 3 , while the dust loading is, for example in calcining reactors of cement works in the range of 100 g / Nm 3 to 1000 g / Nm 3 .

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Lanzensystem konstruiert,

  1. a) Reagenzien in Form eines fluiden Gemisches enthaltend Reduktionsmittel durch den Innenraum des mindestens einen Innenrohrs zuzuführen und von dort über Austrittsöffnungen oder Düsen direkt durch die Austrittsöffnung(en) des Hüllrohrs hindurch nach außen zu leiten; sowie
  2. b) Hüllluft in den Zwischenraum zwischen dem mindestens einen Innenrohr und dem Hüllrohr getrennt zuzuführen;
  3. c) das Gemisch enthaltend Reduktionsmittel aus a) und die Hüllluft aus b) durch die Austrittsöffnungen im Hüllrohr aus dem Hüllrohr austreten zu lassen.
In a further preferred embodiment, the lance system is constructed,
  1. a) reagents in the form of a fluid mixture containing reducing agent through the interior of the at least one inner tube supply and from there via outlet openings or nozzles directly through the outlet opening (s) of the cladding tube to pass through to the outside; such as
  2. b) supplying enveloping air into the intermediate space between the at least one inner tube and the cladding tube separately;
  3. c) to let the mixture containing reducing agent from a) and the sheath air from b) through the outlet openings in the cladding tube from the cladding tube.

Die Maßnahme nach b), wonach Hüllluft in den Zwischenraum zwischen Innenrohr und Hüllrohr getrennt zugeführt wird, bedeutet, dass Luft hier nicht oder nicht nur über das Innenrohr zugeführt wird, sondern über eine dem Hüllrohr eigene Zufuhr.The measure according to b), according to which enveloping air is fed separately into the intermediate space between the inner tube and the cladding tube, means that air is not supplied here or not only via the inner tube, but rather via a feed which is inherent to the cladding tube.

Weiterhin ist bevorzugt, dass diese Zufuhr für die Hüllluft für den Zwischenraum im äußeren Abschnitt des Lanzensystems angeordnet ist, die so konstruiert ist, um den Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und dem Hüllrohr mit der Hüllluft zu versorgen. So weist das Hüllrohr ein inneres Ende und ein äußeres Ende auf, wobei das äußere Ende mit einer Zufuhr zur Einführung der Hüllluft in den Zwischenraum in fluider Kommunikation steht.It is further preferred that this envelope air supply be located in the outer portion of the lance system, which is constructed to supply the space between the inner tube and the cladding tube with the cladding air. Thus, the cladding tube has an inner end and an outer end, the outer end being in fluid communication with a supply for introducing the cladding air into the interspace.

Die über den Zwischenraum zwischen Hüllrohr und Innenrohr des Lanzensystems eingeführte Hüllluft dient wie oben erwähnt zur Kühlung des Lanzensystems. Die Hüllluft wird im äußeren Abschnitt des Lanzensystems in das Hüllrohr eingeführt und in den Zwischenraum zwischen Innenrohr und Hüllrohr weitergeleitet. Die Hüllluft tritt schließlich durch die Austrittsöffnungen im Hüllrohr nach außen (in das Innere des Reaktionsraums), wobei die Hüllluft das an diesen Austrittsöffnungen eingedüste Reduktionsmittel umgibt mit diesem ggf. vermischt wird und schließlich auf das Verbrennungsgas trifft. Die Hüllluft verhindert auch Anbackungen an der Austrittsöffnung bzw. an der Düse des Innenrohrs, indem eventuell angefeuchtete und agglomerierte Staubpartikel ferngehalten werden.The enveloping air introduced via the intermediate space between the cladding tube and the inner tube of the lance system serves, as mentioned above, for cooling the lance system. The sheath air is introduced in the outer portion of the lance system in the cladding tube and forwarded in the space between the inner tube and cladding tube. The cladding air finally passes through the outlet openings in the cladding tube to the outside (into the interior of the reaction space), wherein the cladding air surrounds the reductant injected at these outlet openings with this optionally mixed and finally hits the combustion gas. The enveloping air also prevents caking at the outlet opening or at the nozzle of the inner tube, by keeping possibly moistened and agglomerated dust particles.

Mit dem erfindungsgemäßen Lanzensystem können Reagenzien, wie etwa Stickoxid-Reduktionsmittel oder Absorptionsmittel für Schwefeldioxid, in ein Verbrennungsgas möglichst gleichmäßig verteilt eingemischt werden.With the lance system according to the invention, reagents, such as nitrogen oxide reducing agents or sulfur dioxide absorption agents, can be mixed into a combustion gas as evenly as possible.

Das Hüllrohr kann ein oder mehrere Innenrohr(e) aufweisen. Das Innenrohr verläuft dabei vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Länge des Hüllrohrs im inneren Abschnitt. Das im inneren Abschnitt des Lanzensystems liegende Ende des Innenrohrs (inneres Ende), welches vorzugsweise geschlossen ist, kann das ebenfalls im inneren Abschnitt liegende Ende des Hüllrohrs berühren, wird aber in der Regel einen gewissen Abstand davon aufweisen.The cladding tube may have one or more inner tube (s). The inner tube preferably runs substantially over the entire length of the cladding tube in the inner portion. The end of the inner tube (inner end) located in the inner portion of the lance system, which is preferably closed, can touch the end of the cladding tube, which is also located in the inner portion, but will generally have a certain distance therefrom.

Wie oben bereits erläutert, ist entlang des Hüllrohrs mindestens ein oder mehrere oder gar eine Vielzahl von Austrittsöffnungen in der Umfangswand des Hüllrohrs angeordnet.As already explained above, at least one or more or even a plurality of outlet openings is arranged in the peripheral wall of the cladding tube along the cladding tube.

Die Anzahl und Positionierung der Austrittsöffnungen des Hüllrohrs richtet sich nach den Strömungsverhältnissen, der Strömungsform des und dem Volumenstrom des Verbrennungsgases im Reaktionsraum (Kalzinator, Kessel bzw. Feuerraum, Rauchgasrohr) und an welcher Stelle im Querschnitt des Reaktionsraums welche Mengen an Reagenz (Reduktionsmittel; Absorptionsmittel) benötigt wird. Entsprechend kann die Zahl, Anordnung und die Größe der Austrittsöffnungen variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Umfangswand des Hüllrohrs eine Austrittsöffnung auf. Die Austrittsöffnung oder Düse des Innenrohrs ist dabei so angeordnet, dass das Reagenz direkt durch die Austrittsöffnung im Hüllrohr in das Innere des Reaktionsraumes eindüst.The number and positioning of the outlet openings of the cladding tube depends on the flow conditions, the flow form of and the volume flow of the combustion gas in the reaction chamber (calciner, boiler or furnace, flue gas tube) and at what point in the cross section of the reaction space which amounts of reagent (reducing agent; ) is needed. Accordingly, the number, arrangement and size of the outlet openings may vary. In a preferred embodiment, the peripheral wall of the cladding tube has an outlet opening. The outlet opening or nozzle of the inner tube is arranged so that the reagent injects directly through the outlet opening in the cladding tube into the interior of the reaction space.

Das oder die innerhalb des Hüllrohrs angeordneten Innenrohre werden vorzugsweise mit dem Hüllrohr verbunden. Besonders bevorzugt wird das oder die Innenrohre an einigen Stellen innerhalb des Hüllrohrs mit diesem über feste Verbindungen, wie z.B. Flossen verbunden, um das oder die Innenrohre in Position zu halten.The one or more inner tubes arranged inside the cladding tube are preferably connected to the cladding tube. More preferably, the inner tube (s) will, at some locations within the cladding tube, be connected thereto by fixed connections, e.g. Fins connected to hold the inner tube (s) in place.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Hüllrohr einen runden bzw. kreisrunden Querschnitt auf.In a preferred embodiment, the cladding tube has a round or circular cross-section.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Lanzensystems verringert sich der Durchmesser des Hüllrohrs in Richtung des inneren Endes. Diese Maßnahme dient dazu, die Geschwindigkeit des Massenstroms im Zwischenraum zu erhalten, und das Gewicht des Lanzensystems zu verringern. Diese Maßnahme wird in der Regel lediglich bei längeren Lanzen notwendig sein. Dabei kann die Verjüngung des Hüllrohrs kontinuierlich oder in Stufen erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltung kann sich auch der Durchmesser des Innenrohrs oder der Innenrohre in Richtung des inneren Endes verringern.In a preferred embodiment of the lance system, the diameter of the cladding tube decreases in the direction of the inner end. This measure serves to maintain the velocity of the mass flow in the gap and to reduce the weight of the lance system. This measure will usually be necessary only for longer lances. The rejuvenation of the cladding tube can be carried out continuously or in stages. In a further embodiment, the diameter of the inner tube or of the inner tubes can also be reduced in the direction of the inner end.

Aufgrund der Anordnung des mindestens einen Innenrohrs in dem Hüllrohr zumindest entlang des inneren Abschnitts des Lanzensystems, wird ein Zwischenraum zwischen Innenrohr und Hüllrohr definiert, der sich über den ganzen Umfang des Innenrohrs erstreckt. Weiterhin ist bevorzugt, dass sich der Zwischenraum zwischen der äußeren Wand des Innenrohrs und der inneren Wand des Hüllrohrs über die gesamte Länge des Innenrohrs erstreckt. Das innere Ende des Innenrohrs ist fest und flüssigkeitsdicht mit dem Düsenkopf bzw. der Düse verbunden, insbesondere verschraubt.Due to the arrangement of the at least one inner tube in the cladding tube at least along the inner portion of the lance system, a gap between the inner tube and cladding tube is defined, which extends over the entire circumference of the inner tube. Furthermore, it is preferable that the gap between the outer wall of the inner tube and the inner wall of the cladding tube extends over the entire length of the inner tube. The inner end of the inner tube is firmly and liquid-tightly connected to the nozzle head or the nozzle, in particular screwed.

Die Zufuhr für das Reduktionsmittel kann als Einstoffdüse ausgeführt werden, wenn nur das Reduktionsmittel eingeleitet wird, oder als Zweistoffdüsen, wenn das Reduktionsmittel zusammen mit einem Treibmittel (vorzugsweise Druckluft) eingeleitet wird. In vorteilhafter und bevorzugter Weise, weist Innenrohr eine zentrale Leitung für die Zufuhr des Reduktionsmittels auf, sowie einen Zwischenraum zwischen der zentralen Leitung und der Innenwand des Innenrohrs, über die ein Treibmittel (Druckluft) getrennt von der Zuführung des Reduktionsmittels geleitet wird, um in der Austrittsöffnung oder Düse des Innenrohrs mit dem Reduktionsmittels vermischt zu werden und dieses zu zerstäuben.The supply of the reducing agent may be carried out as a single-fluid nozzle when only the reducing agent is introduced or as two-fluid nozzles when the reducing agent is introduced together with a propellant (preferably compressed air). In an advantageous and preferred manner, inner tube has a central conduit for the supply of the reducing agent, and a gap between the central conduit and the inner wall of the inner tube, via which a propellant (compressed air) is passed separately from the supply of the reducing agent to in the Outlet or nozzle of the inner tube to be mixed with the reducing agent and to atomize this.

In bevorzugten Ausführungsformen sind die Achsen der Austrittsöffnungen des Hüllrohrs in Richtung des Verbrennungsgasstroms ausgerichtet oder höchstens um einen Winkel von 20° bis 30° geneigt.In preferred embodiments, the axes of the outlet openings of the cladding tube are aligned in the direction of the combustion gas flow or inclined at most by an angle of 20 ° to 30 °.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Lanzensystems ist so ausgestaltet, dass der Abstand zwischen Innenrohr und Hüllrohr durch Abstandhalter aufrechterhalten wird, wobei diese Abstandhalter vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Flossen, Stiften, Stangen, Stegen oder Leitblechen.A further preferred embodiment of the lance system is designed so that the distance between inner tube and cladding tube is maintained by spacers, wherein these spacers are preferably selected from the group consisting of fins, pins, rods, webs or baffles.

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin einen Reaktionsraum bereit, der konstruiert ist, von Verbrennungsgasen durchströmt zu werden, wobei der Reaktionsraum mindestens ein Lanzensystem enthält wie oben gemäß der Erfindung beschrieben wurde; wobei der innere Abschnitt des Lanzensystems innerhalb des Reaktionsraums angeordnet ist, und der äußere Abschnitt des Lanzensystems außerhalb des Reaktionsraums angeordnet ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können nun Reaktionsräume, wie Kalzinatoren, Rauchgaskanäle oder Kessel bzw. Feuerräume, die teilweise große Querschnitte aufweisen, über den gesamten Querschnitt hinweg mit entsprechenden Reagenzien beaufschlagt werden. So können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die zur Schadstoffreduzierung erforderlichen Reagenzien nun auch die zentralen Bereiche des Querschnitts dieser Reaktionsräume erreichen sowie auch in staubbeladene und z.T. mit hohen Geschwindigkeiten strömende, etwa 1.000°C heiße Verbrennungsgase eingedüst werden.The present invention further provides a reaction space designed to be passed through combustion gases, wherein the reaction space contains at least one lance system as described above according to the invention; wherein the inner portion of the lance system is disposed within the reaction space, and the outer portion of the lance system is disposed outside the reaction space. Reaction chambers, such as calciners, flue gas channels or boilers or fire chambers, which in some cases have large cross sections, can now be subjected to appropriate reagents over the entire cross section with the device according to the invention. Thus, with the device according to the invention, the reagents required for pollutant reduction can now also reach the central regions of the cross section of these reaction chambers as well as in dust-laden and z.T. flowing at high speeds, about 1000 ° C hot combustion gases are injected.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Reaktionsraumes ragt der innere Abschnitt des mindestens einen Lanzensystems freitragend in das Innere des Reaktionsraums hinein und weist vorzugsweise eine Länge von mindestens 0,5 m, bevorzugt eine Länge von mindestens 1,0 m, weiter bevorzugt eine Länge von mindestens 2,0 m, noch weiter bevorzugt eine Länge von mindestens 3,0 m, und besonders bevorzugt eine Länge von mindestens 4,0 m auf. Weiterhin ist bevorzugt, dass eine Länge von 5,0 m nicht überschritten wird.In a preferred embodiment of the reaction space, the inner portion of the at least one lance system cantilevers into the interior of the reaction space and preferably has a length of at least 0.5 m, preferably a length of at least 1.0 m, more preferably a length of at least 2 , 0 m, even more preferably a length of at least 3.0 m, and more preferably a length of at least 4.0 m. Furthermore, it is preferred that a length of 5.0 m is not exceeded.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Reaktionsraum ein Kalzinator eines Zementwerkes, der konstruiert ist, um das direkt oder indirekt aus einem Drehrohrofen geleitete Verbrennungsgas durch den Kalzinator strömen zu lassen und in entgegengesetzter Richtung Rohmehl durch den Kalzinator zur Kalzinierung in Richtung Drehrohrofen zu fördern. Im Drehrohrofen erfolgt dann die Herstellung des Zementklinkers.In another preferred embodiment, the reaction space is a calciner of a cement plant designed to allow the combustion gas passed directly or indirectly from a rotary kiln to flow through the calciner and in the opposite direction to feed raw meal through the calciner for calcining towards the rotary kiln. The rotary kiln then produces the cement clinker.

Die Lanzensysteme können je nach Typ des Kalzinators bzw. Kalzinierreaktor horizontal oder vertikal verlaufend im Kessel angeordnet sein. In bevorzugter Weise werden die Lanzen horizontal angeordnet, da Kalzinator in aller Regel senkrecht durchströmt wird. Aufgrund der Festigkeit der erfindungsgemäßen Lanzensysteme können die erfindungsgemäßen Lanzensysteme freitragend angebracht werden.Depending on the type of calciner or calcining reactor, the lance systems can be arranged horizontally or vertically in the boiler. Preferably, the lances are arranged horizontally, as calciner is usually flowed through vertically. Due to the strength of the lance systems according to the invention, the lance systems according to the invention can be mounted cantilevered.

Das Reduktionsmittel wird in den Innenraum des Innenrohrs geführt und gelangt über die Austrittsöffnungen oder Düsen des Innenrohrs nach außen. Weiterhin wird Hüllluft ebenfalls über das Lanzensystem zugeführt, indem sie direkt in das Hüllrohr d.h. in den Zwischenraum zwischen Innenrohr und Hüllrohr geleitet wird. Das Reduktionsmittel wird von den Austrittsöffnungen oder Düsen des Innenrohrs durch die Austrittsöffnungen im Hüllrohr in den Verbrennungsgasstrom eingedüst, wobei das Reduktionsmittel gleichfalls von Hüllluft umgeben ist, die vom Zwischenraum zwischen Innenrohr und Hüllrohr durch die Austrittsöffnungen im Hüllrohr in den Verbrennungsgasstrom strömt.The reducing agent is guided into the interior of the inner tube and passes through the outlet openings or nozzles of the inner tube to the outside. Furthermore, enveloping air is also supplied via the lance system by directing it into the cladding tube, i. is passed into the space between the inner tube and cladding tube. The reducing agent is injected from the outlet openings or nozzles of the inner tube through the outlet openings in the cladding tube in the combustion gas stream, wherein the reducing agent is also surrounded by cladding air flowing from the space between the inner tube and cladding tube through the outlet openings in the cladding tube in the combustion gas stream.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kalzinator bzw. Kalzinierreaktor mindestens eine eigene Brennstoffzufuhr und mindestens eine eigene Verbrennungsluftzufuhr auf.In a preferred embodiment, the calciner or calcination reactor has at least one own fuel supply and at least one own combustion air supply.

In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform ist der Reaktionsraum ein Kessel bzw. ein Feuerraum, insbesondere von Kraftwerken und Anlagen zur Dampferzeugung und Müllverbrennungsanlagen, der weiterhin mindestens eine Zufuhr für Brennstoff und mindestens eine Zufuhr für Verbrennungsluft enthält. Als Kessel bzw. Feuerraum enthält der Kessel neben mindestens einer Zufuhr für Brennstoff, mindestens einer Zufuhr für Verbrennungsluft gemäß der Erfindung mindestens eines der oben beschriebenen Lanzensysteme; wobei der innere Abschnitt des Lanzensystems innerhalb des Kessels angeordnet ist, und der äußere Abschnitt des Lanzensystems außerhalb des Kessels angeordnet ist. Dabei ragt der innere Abschnitt des mindestens einen Lanzensystems freitragend in das Innere des Kessels hinein und weist vorzugsweise eine Länge von mindestens 0,5 m, bevorzugt eine Länge von mindestens 1,0 m, weiter bevorzugt eine Länge von mindestens 2,0 m, noch weiter bevorzugt eine Länge von mindestens 3,0 m, und besonders bevorzugt eine Länge von mindestens 4,0 m auf. Weiterhin ist bevorzugt, dass eine Länge von 5,0 m nicht überschritten wird.In a preferred alternative embodiment, the reaction space is a boiler or a firebox, in particular of power plants and plants for steam generation and waste incineration plants, which furthermore contains at least one feed for fuel and at least one feed for combustion air. As a boiler or combustion chamber, the boiler contains, in addition to at least one supply for fuel, at least one supply for combustion air according to the invention, at least one of the lance systems described above; wherein the inner portion of the lance system is disposed within the vessel, and the outer portion of the lance system is located outside the vessel. In this case, the inner portion of the at least one lance system projects into the interior of the vessel in a cantilevered manner and preferably has a length of at least 0.5 m, preferably a length of at least 1.0 m, more preferably a length of at least 2.0 m more preferably one Length of at least 3.0 m, and more preferably a length of at least 4.0 m. Furthermore, it is preferred that a length of 5.0 m is not exceeded.

Im Kessel bzw. Feuerraum werden Brennstoff und Verbrennungsluft zur Durchführung der Verbrennung zusammengebracht. Das entstehende Rauchgas bzw. Verbrennungsgas strömt durch die Feuerung und anschließend durch die nachfolgend angeordneten im Rauchgasstrom liegenden Heizflächen. Die Feuerung wird dabei mit Luftstufung betrieben, so dass die am Brenner zugegebene Verbrennungsluft nicht ausreichend zur vollständigen Umsetzung des Brennstoffs sondern unterstöchiometrisch ist. Oberhalb der Brenner werden zur weiteren Verbrennung Ausbrandluft beispielsweise unterhalb der konvektiven Heizflächen mittels Wanddüsen zugegeben. Im Bereich der Heizflächen, unterhalb, dazwischen oder oberhalb, ist bzw. sind eine oder mehrere erfindungsgemäße Lanzensysteme angeordnet, die das Stickoxid-Reduktionsmittel zuführen. Die Lanzensysteme können je nach Kesseltyp horizontal oder vertikal verlaufend im Kessel angeordnet sein. Aufgrund der Festigkeit der erfindungsgemäßen Lanzensysteme können diese freitragend angebracht werden. Das Reduktionsmittel wird in den Innenraum des Innenrohrs geführt und gelangt über die Austrittsöffnungen bzw. Düsen im Innenrohr nach außen. Weiterhin wird Hüllluft ebenfalls über das Lanzensystem dem Verbrennungsgas zugeführt, indem es direkt in das Hüllrohr d.h. in den Zwischenraum zwischen Innenrohr und Hüllrohr geleitet wird. Schließlich gelangt das Reduktionsmittel durch die Austrittsöffnungen im Hüllrohr in den Rauchgasstrom. Dabei ist das Reduktionsmittel gleichfalls von Hüllluft umgeben, die vom Zwischenraum zwischen Innenrohr und Hüllrohr durch die Austrittsöffnungen im Hüllrohr in den Verbrennungsgasstrom strömt.In the boiler or combustion chamber, fuel and combustion air are brought together to carry out the combustion. The resulting flue gas or combustion gas flows through the furnace and then through the subsequently arranged in the flue gas flow heating surfaces. The furnace is operated with air staging, so that the combustion air added to the burner is not sufficient for complete conversion of the fuel but substoichiometric. Above the burners, combustion air is added, for example, below the convective heating surfaces by means of wall nozzles for further combustion. In the area of the heating surfaces, below, in between or above, one or more lance systems according to the invention is or are arranged, which supply the nitrogen oxide reducing agent. Depending on the type of boiler, the lance systems can be arranged horizontally or vertically in the boiler. Due to the strength of the lance systems according to the invention, these can be mounted self-supporting. The reducing agent is guided into the interior of the inner tube and passes through the outlet openings or nozzles in the inner tube to the outside. Furthermore, enveloping air is also supplied via the lance system to the combustion gas by passing it directly into the cladding tube i. is passed into the space between the inner tube and cladding tube. Finally, the reducing agent passes through the outlet openings in the cladding tube in the flue gas stream. In this case, the reducing agent is also surrounded by enveloping air, which flows from the space between the inner tube and cladding tube through the outlet openings in the cladding tube in the combustion gas stream.

In vorteilhafter Weise ist die Zufuhr für das Reduktionsmittel und die Zufuhr für die Einführung der Luft (Hüllluft) in den Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und dem Hüllrohr außerhalb des Reaktionsraumes (Kalzinator, Kessel, Feuerraum, Rauchgaskanal) angeordnet. Weiterhin ist bevorzugt eine Zufuhr für ein Treibmittel (Druckluft) angeordnet, um das Reduktionsmittel an der Austrittsöffnung oder Düse des Innenrohrs zu zerstäuben.Advantageously, the supply for the reducing agent and the supply for the introduction of the air (sheath air) in the space between the inner tube and the cladding tube outside the reaction space (calciner, boiler, furnace, flue) are arranged. Furthermore, a supply for a propellant (compressed air) is preferably arranged in order to atomize the reducing agent at the outlet opening or nozzle of the inner tube.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Reaktionsraumes (Kalzinator, Kessel, Feuerraum, Rauchgaskanal) sind stromaufwärts von der Eindüsstelle Mittel angeordnet, insbesondere Leitbleche oder Drallkörper, um die Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Verbrennungsgasstrom zu verbessern. Diese zusätzlichen im Reaktionsraum angeordneten Mittel, wie etwa Leitbleche oder Drallkörper, erhöhen die Turbulenz und führen zu einer verbesserten und schnelleren Vermischung. Diese Leitbleche oder Delta Wings dürfen aber nur stromaufwärts von der Eindüsstelle angeordnet werden, da sie sonst mit den Flüssigkeitströpfchen beaufschlagt würden und verkrusten würden. Alternativ können diese Leitbleche oder Drallkörper auch strömungsabwärts angeordnet werden, also im allgemeinen oberhalb der Eindüsstelle, allerdings sollten sie dann mindesten 4 m, bevorzugt mindestens 6 m von der Eindüsstelle entfernt angeordnet sein, damit sicher davon ausgegangen werden kann, dass alle eingedüste Flüssigkeit verdampft ist, bevor die Strömung die Leitbleche erreicht. Der Vorteil der letztgenannten Variante ist, dass von der Decke des Feuerraums gelegentlich herabfallende Aschebrocken nicht direkt auf die Düsenlanzen stürzen. Dabei müssen die Leitbleche ebenso aus hochwarmfesten und verschleißbeständigen Materialien bestehen, wie die Lanzen.In a further preferred embodiment of the reaction space (calciner, boiler, combustion chamber, flue gas channel) means are arranged upstream of the injection point, in particular baffles or swirl body to improve the mixing of the reducing agent with the combustion gas stream. These additional means located in the reaction space, such as baffles or swirlers, increase turbulence and result in improved and faster mixing. However, these baffles or delta wings may only be arranged upstream of the injection point, since they would otherwise be charged with the liquid droplets and would crust. Alternatively, these baffles or swirl body can be arranged downstream, so generally above the injection point, but they should then be at least 4 m, preferably at least 6 m away from the injection point, so that it can be safely assumed that all injected liquid is evaporated before the flow reaches the baffles. The advantage of the latter variant is that occasionally falling ash slabs from the ceiling of the firebox do not fall directly onto the nozzle lances. The baffles must also consist of heat-resistant and wear-resistant materials, such as the lances.

Die Anordnung des erfindungsgemäßen Lanzensystems im Reaktionsraum richtet sich nach den herrschenden Temperaturen des Verbrennungsgases, in dem das Stickoxid reduziert werden soll. Die optimale Temperatur für die Umsetzung von NOx nach dem selektiven nichtkatalytischen Verfahren liegt im Bereich von 870°C bis 1.100°C.The arrangement of the lance system according to the invention in the reaction chamber depends on the prevailing temperatures of the combustion gas, in which the nitrogen oxide is to be reduced. The optimum temperature for the conversion of NO x by the selective non-catalytic process is in the range of 870 ° C to 1100 ° C.

Die Ausrichtung der Lanzensysteme im Reaktionsraum kann horizontal oder vertikal sein. In den bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Reaktionsraums können ein oder mehrere erfindungsgemäße Lanzensysteme angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind mehrere Lanzensysteme gleichmäßig über den Innenquerschnitt des Reaktionsraums verteilt angeordnet, damit jeder Bereich des Verbrennungsgasstroms mit dem Reduktionsmittel erreicht wird. Durch Anordnung von mehreren Lanzen und ggf. mehreren Austrittsöffnungen entlang des Hüllrohrs der Lanzensysteme wird eine gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels erreicht. Die Lanzensysteme können auch in einer oder mehreren horizontalen Ebenen übereinander angeordnet sein, insbesondere bei horizontaler Ausrichtung der Lanzensysteme.The orientation of the lance systems in the reaction space can be horizontal or vertical. In the preferred embodiments of the reaction space according to the invention, one or more lance systems according to the invention may be arranged. Particularly preferably, a plurality of lance systems are distributed uniformly over the inner cross section of the reaction space, so that each area of the combustion gas flow is achieved with the reducing agent. By arranging a plurality of lances and optionally a plurality of outlet openings along the cladding tube of the lance systems, a uniform distribution of the reducing agent is achieved. The lance systems can also be arranged one above the other in one or more horizontal planes, in particular in the case of horizontal alignment of the lance systems.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Reaktionsraums werden mehrere Lanzensysteme parallel zueinander angeordnet.In a particularly preferred embodiment of the reaction space, a plurality of lance systems are arranged parallel to one another.

Wie oben bereits erläutert, können die Lanzensysteme im Reaktionsraum horizontal oder vertikal angeordnet werden. Bei einer horizontalen Anordnung des Lanzensystems wird die jeweilige Achse einer Austrittsöffnung im Hüllrohr ebenfalls horizontal oder vorzugsweise bezüglich der Horizontalen nach oben ausgerichtet, d.h. in Strömungsrichtung des Verbrennungsgasstroms.As already explained above, the lance systems can be arranged horizontally or vertically in the reaction space. In a horizontal arrangement of the lance system, the respective axis of an outlet opening in the cladding tube is also aligned horizontally or preferably upwardly with respect to the horizontal, i. in the flow direction of the combustion gas stream.

In beiden Ausführungsformen sind die Achsen der Austrittsöffnung vorzugsweise in Richtung des Verbrennungsgasstroms ausgerichtet.In both embodiments, the axes of the outlet opening are preferably aligned in the direction of the combustion gas flow.

Die technische Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Eindüsung von Reagenzien in Form von Fluiden in Verbrennungsgase innerhalb eines von diesen Verbrennungsgasen durchströmten Reaktionsraums, wobei die Reagenzien mittels mindestens einem Lanzensystem wie oben beschrieben in Verbrennungsgase eingedüst werden, die den Reaktionsraum durchströmen.The technical object is further achieved by a method for the injection of reagents in the form of fluids in combustion gases within a reaction chamber through which these combustion gases, wherein the reagents are injected by means of at least one lance system as described above in combustion gases which flow through the reaction space.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können nun Reaktionsräume, wie Kalzinatoren, Rauchgaskanäle oder Kessel bzw. Feuerräume, die teilweise große Querschnitte aufweisen, über den gesamten Querschnitt hinweg mit entsprechenden Reagenzien beaufschlagt werden. Dies bedeutet, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die zur Schadstoffreduzierung erforderlichen Reagenzien nun auch die zentralen Bereiche des Querschnitts dieser Reaktionsräume erreichen kann und diese Reagenzien auch in staubbeladene und z.T. mit hohen Geschwindigkeiten strömende, etwa 1.000°C heiße Verbrennungsgase eindüsen kann.With the method according to the invention, reaction spaces, such as calciners, flue gas channels or boilers or fire chambers, which in some cases have large cross sections, can be subjected to appropriate reagents over the entire cross section. This means that with the method according to the invention, the reagents required for pollutant reduction can now reach the central areas of the cross section of these reaction spaces and these reagents also in dust-laden and z.T. flowing at high speeds, about 1,000 ° C hot combustion gases can inject.

Dabei ist insbesondere ein Verfahren bevorzugt, wobei die Verbrennungsgase das oder die Lanzensystem(e) mit einer Staubbeladung von 1 g/m3 bis zu 800 g/m3 bei einem Volumenstrom von 10.000 bis 2.000.000 m3/h, vorzugsweise von 30 g/m3 bis zu 800 g/m3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h, weiter bevorzugt von 100 g/m3 bis zu 800 g/m3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h umströmen. Bezogen auf Normkubikmeter (Nm3) ist insbesondere ein Verfahren bevorzugt, wobei die Verbrennungsgase das oder die Lanzensystem(e) mit einer Staubbeladung von 1 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom von 10.000 bis 2.000.000 m3/h, vorzugsweise von 30 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h, weiter bevorzugt von 100 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h umströmt zu werden.In particular, a method is preferred, wherein the combustion gases or the lance system (s) with a dust loading of 1 g / m 3 up to 800 g / m 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably 30 g / m 3 up to 800 g / m 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / m 3 flow up to 800 g / m 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h. Based on standard cubic meter (Nm 3) is in particular a method is preferred wherein the combustion gases, the or lance system (e) with a dust loading of 1 g / Nm 3 to 1000 g / Nm 3 at a volume flow rate from 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably from 30 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h to be flowed around.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren umströmen die Verbrennungsgase das Lanzensystem mit einer Temperatur im Bereich von 870°C bis 1.100°C, weiter bevorzugt im Bereich von 870°C bis 1.000°C.In another preferred method, the combustion gases circulate the lance system at a temperature in the range of 870 ° C to 1100 ° C, more preferably in the range of 870 ° C to 1000 ° C.

Insbesondere ist ein Verfahren bevorzugt, wobei das eingedüste Reagenz ein Reduktionsmittel zur Verringerung der Konzentration von Stickoxiden in dem Verbrennungsgas ist.In particular, a method is preferred, wherein the injected reagent is a reducing agent for reducing the concentration of nitrogen oxides in the combustion gas.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das Reduktionsmittel in das Verbrennungsgas innerhalb eines Kalzinators bzw. Kalzinierreaktor eines Zementwerkes eingedüst, das direkt oder indirekt aus einem Drehrohrofen geleitetet wird und durch den Kalzinator strömt, wobei in entgegengesetzter Richtung Rohmehl durch den Kalzinator zur Kalzinierung in Richtung Drehrohrofen gefördert wird. Im Drehrohrofen erfolgt dann die Herstellung des Zementklinkers.In another preferred method, the reducing agent is injected into the combustion gas within a calciner of a cement plant, which is passed directly or indirectly from a rotary kiln and flows through the calciner, in the opposite direction raw meal through the calciner for calcination towards rotary kiln promoted becomes. The rotary kiln then produces the cement clinker.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird weiteres Verbrennungsgas im Kalzinator durch Verbrennung eines Brennstoffes produziert.In another preferred method, further combustion gas is produced in the calciner by combustion of a fuel.

Ein weiteres bevorzugtes Verfahren zur Verringerung der Konzentration von Stickoxiden in einem Verbrennungsgas enthält die folgenden Schritte:

  1. a) Erzeugen eines Verbrennungsgases in einer Verbrennungszone wobei das Verbrennungsgas Stickoxide enthält;
  2. b) Injizieren eines selektiven Reduktionsmittels in den Verbrennungsgasstrom innerhalb des Reaktionsraumes stromabwärts der Verbrennungszone gemäß a);
  3. c) Reaktion des Reduktionsmittels mit den Stickoxiden unter Bildung von N2.
Another preferred method for reducing the concentration of nitrogen oxides in a combustion gas includes the following steps:
  1. a) generating a combustion gas in a combustion zone wherein the combustion gas contains nitrogen oxides;
  2. b) injecting a selective reducing agent into the combustion gas stream within the reaction space downstream of the combustion zone according to a);
  3. c) reaction of the reducing agent with the nitrogen oxides to form N 2 .

Gemäß der Erfindung wird das Reduktionsmittel über ein oder mehrere Lanzensysteme in den Reaktionsraum, vorzugsweise in einen Kalzinator bzw. Kalzinierreaktor eines Zementwerkes, in einen Kessel bzw. Feuerraum eines Kraftwerkes bzw. einer Anlage zur Dampferzeugung oder in einen Rauchgaskanal eingebracht, wobei das Reduktionsmittel in über das Innenrohr des jeweiligen Lanzensystems zugeführt wird, anschließend das Reduktionsmittel aus dem Innenrohr über Düsen bzw. Austrittsöffnungen des Innenrohrs direkt durch die Austrittsöffnungen des Hüllrohrs nach außen geführt wird. Bevorzugt wird Druckluft zum Zerstäuben des Reduktionsmittels getrennt über das Innenrohr in die Düse bzw. Austrittsöffnung des Innenrohrs zugeführt, in der die Zerstäubung des Reduktionsmittels und damit die Eindüsung erfolgt. Zudem wird Luft in den Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und dem Hüllrohr geführt (Hüllluft), wobei die Hüllluft an den Austrittsöffnungen des Hüllrohrs das eingedüste Reaktionsmittel umgibt dort ggf. mit dem Reaktionsmittel gemischt wird und schließlich über die Austrittsöffnungen des Hüllrohrs in den Reaktionsraum gelangt.According to the invention, the reducing agent is introduced via one or more lance systems in the reaction chamber, preferably in a calciner or calcining reactor of a cement plant, in a boiler or firebox of a power plant or a plant for generating steam or in a flue gas duct, wherein the reducing agent in about the inner tube of the respective lance system is supplied, then the reducing agent from the inner tube via nozzles or outlet openings of the inner tube is passed directly through the outlet openings of the cladding tube to the outside. Preferably, compressed air for atomizing the reducing agent is supplied separately via the inner tube into the nozzle or outlet opening of the inner tube, in which the atomization of the reducing agent and thus the injection takes place. In addition, air is guided into the intermediate space between the inner tube and the cladding tube (cladding air), where the cladding air surrounds the injected reaction medium at the outlet openings of the cladding tube. If necessary, it is mixed with the reactant and finally reaches the reaction space via the outlet openings of the cladding tube.

Als Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden wird eine stickstoffhaltige Verbindung verwendet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus, Harnstoff, Ammoniak, Cyanursäure, Hydrazin, Ethanolamin, Biuret, Triuret, Ammelide, Ammoniumsalze organischer und anorganischer Säuren (beispielsweise Ammoniumacetat, Ammoniumsulfat, Ammoniumbisulfat, Ammoniumbisulfit, Ammoniumformiat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumbicarbonat, Ammoniumnitrat, Ammoniumoxalat), vorzugsweise Harnstoff bzw. Ammoniak. Das Reduktionsmittel wird vorzugsweise in wässriger Lösung (z.B. Ammoniakwasser, oder in Wasser gelöster Harnstoff) oder gasförmig (Ammoniak) in das Lanzensystem, insbesondere in das Innenrohr zugeführt.As a reducing agent for the reduction of nitrogen oxides, a nitrogen-containing compound is used, selected from the group consisting of urea, ammonia, cyanuric acid, hydrazine, ethanolamine, biuret, triuret, ammelides, ammonium salts of organic and inorganic acids (for example, ammonium acetate, ammonium sulfate, ammonium bisulfite, ammonium bisulfite, Ammonium formate, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, ammonium nitrate, ammonium oxalate), preferably urea or ammonia. The reducing agent is preferably fed into the lance system, in particular into the inner tube, in aqueous solution (for example ammonia water or urea dissolved in water) or in gaseous form (ammonia).

In einem bevorzugten Verfahren wird das Reduktionsmittel an bzw. in der Austrittsöffnung oder Düse des Innenrohrs mit getrennt zugeführter Druckluft zum Zerstäuben vermischt.In a preferred method, the reducing agent is mixed at or in the outlet opening or nozzle of the inner tube with separately supplied compressed air for atomizing.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren weist die getrennt durch den Zwischenraum zwischen Innenrohr und Hüllrohr zugeführte weitere Luft (Hüllluft) eine Temperatur von 200°C bis 400°C auf.In a further preferred method, the additional air (shell air) supplied separately through the intermediate space between the inner tube and the cladding tube has a temperature of 200 ° C. to 400 ° C.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das Reduktionsmittel Reduktionsmittel in dem Reaktionsraum vorzugsweise mittels entsprechend angeordneter Leitbleche und Drallkörper mit dem Verbrennungsgas vermischt.In a further preferred method, the reducing agent reducing agent in the reaction space is preferably mixed with the combustion gas by means of appropriately arranged baffles and spin bodies.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens trifft das Reduktionsmittel bei Austritt aus dem Hüllrohr des Lanzensystems auf Verbrennungsgas mit einer Temperatur im Bereich von 870°C bis 1.100°C, weiter bevorzugt im Bereich von 870°C bis 1.000°C.In a preferred embodiment of the method, the reducing agent, when exiting the cladding tube of the lance system, encounters combustion gas having a temperature in the range from 870 ° C. to 1100 ° C., more preferably in the range from 870 ° C. to 1000 ° C.

In einem weiteren bevorzugten alternativen Verfahren ist das eingedüste Reagenz ein Absorptionsmittel zur Rauchgasentschwefelung zur Verringerung der Konzentration von Schwefeldioxid in dem Verbrennungsgas.In another preferred alternative method, the injected reagent is a flue gas desulfurization absorbent for reducing the concentration of sulfur dioxide in the combustion gas.

Die Verringerung der Konzentration von Schwefeldioxid (Entschwefelung) in dem Verbrennungsgas erfolgt indem das Verbrennungsgas mit einem Gemisch aus Wasser und Kalkstein (Absorptionsmittel) beregnet wird, wodurch das Schwefeldioxid durch chemische Reaktionen weitgehend absorbiert wird. Dabei geht das gasförmige Schwefeldioxid zunächst in der Absorptionsflüssigkeit in Lösung. Durch die Reaktion von Schwefeldioxid mit Kalkstein entsteht schließlich Kalziumsulfit und CO2. Die mit Kalziumsulfit beladene Wasch- bzw. Absorptionsmittelsuspension wird in einem Behälter oder Absorptionsmittelsumpf gesammelt und durch Einblasen von Luft entsteht eine Gipssuspension, die zur Vermeidung von Ablagerungen mittels Rührwerken suspendiert werden kann und zur Weiterverarbeitung abgezogen wird.The reduction of the concentration of sulfur dioxide (desulfurization) in the combustion gas takes place by the combustion gas is sprinkled with a mixture of water and limestone (absorbent), whereby the sulfur dioxide is largely absorbed by chemical reactions. The gaseous sulfur dioxide first goes into solution in the absorption liquid. The reaction of sulfur dioxide with limestone finally produces calcium sulphite and CO 2 . The loaded with calcium sulfite wash or absorbent suspension is collected in a container or Absorptionsmittelsumpf and by blowing air creates a gypsum suspension, which can be suspended by means of agitators to avoid deposits and withdrawn for further processing.

Die Erfindung wird in anhand der Figuren näher beschrieben.

  • Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Reaktionsraum in der Bauart eines Kalzinators.
  • Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Lanzensystem.
  • Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Kalzinator in der Ebene der Düsen bzw. Lanzen.
The invention will be described in more detail with reference to FIGS.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a reaction space in the design of a calciner.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the lance system according to the invention.
  • FIG. 3 shows a cross section through a calciner in the plane of the nozzles or lances.

Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Reaktionsraum 2 in der Bauart eines Kalzinators. Das aus einem Drehrohrofen (nicht gezeigt) eines Zementwerkes stammende Verbrennungsgas 3 gelangt von unten in den Kalzinator 2. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird über zwei erfindungsgemäße horizontal verlaufende, freitragende Lanzensysteme 1 Stickoxid-Reduktionsmittel 15 ggf. zusammen mit Treibmittel 14 (z.B. Druckluft) in außerhalb des Kalzinators 2 liegende Zuführungen (nicht explizit dargestellt) in den Innenraum des Innenrohrs 7 geführt. Weitere Luft (Hüllluft) 13 wird ebenfalls über das Lanzensystem 1 dem Verbrennungsgas 3 zugeführt, indem es im äußeren Abschnitt 5 des Lanzensystems 1 in das Hüllrohr 6 und schließlich in den Zwischenraum 8 zwischen Innenrohr 7 und Hüllrohr 6 geleitet wird. Das Stickoxid-Reduktionsmittel tritt schließlich über Düsen aus dem Innenrohr 7 aus. Die über den Zwischenraum 8 zwischen Innenrohr 7 und Hüllrohr 6 geleitete Hüllluft 13 umgibt diesen eingedüsten Strom an Reduktionsmittel 15 an der Austrittsöffnung 9 im Hüllrohr 6 wobei es ggf. zur Vermischung kommt. Schließlich tritt das Reduktionsmittel 15 und die Hüllluft 13 durch die Austrittsöffnungen 9 im Hüllrohr 6 in den Innenraum 19 des Kalzinators aus und trifft auf das Verbrennungsgas 3. FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a reaction chamber 2 in the design of a calciner. Coming from a rotary kiln (not shown) of a cement plant combustion gas 3 passes from below into the calciner 2. In the in FIG. 1 1, nitrogen oxide reducing agent 15 possibly together with propellant 14 (eg compressed air) in outside of the calciner 2 feeds (not explicitly shown) out into the interior of the inner tube 7 via two inventive horizontally extending, cantilevered lance systems. Further air (enveloping air) 13 is also supplied via the lance system 1 to the combustion gas 3 by being conducted in the outer portion 5 of the lance system 1 in the cladding tube 6 and finally in the gap 8 between the inner tube 7 and sheath 6. The nitrogen oxide reducing agent finally exits via nozzles from the inner tube 7. The ducted air 13 conducted via the intermediate space 8 between the inner tube 7 and the jacket tube 6 surrounds this injected stream of reducing agent 15 at the outlet opening 9 in the jacket tube 6, possibly causing mixing. Finally, the reducing agent 15 and the enveloping air 13 pass through the outlet openings 9 in the cladding tube 6 into the interior 19 of the calciner and impinge on the combustion gas 3.

Figur 2 stellt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Lanzensystem dar. Innerhalb eines Reaktionsraumes, beispielsweise eines Kalzinators oder Kessels, ragen Lanzensysteme 1 (hier nur ein Lanzensystem gezeigt) horizontal verlaufend und freitragend in den Innenraum des Reaktionsraumes, dessen (Innen-)Wand mit 16 bezeichnet wird. Das Lanzensystem 1 weist einen inneren Abschnitt und einen äußeren Abschnitt 5 auf. Der innere Abschnitt des Lanzensystems 1 ragt durch die Wand 16 des Kalzinators in dessen Innenraum hinein. Das Lanzensystem weist ein Innenrohr 7 und ein Hüllrohr 6 auf. Gemäß der in Figur 2 gezeigten Bauart ist lediglich ein einziges Innenrohr 7 in dem Hüllrohr 6 untergebracht. Je nach Bauweise können jedoch auch mehrere verschieden lange Innenrohre 7 in einem Hüllrohr 6 angeordnet werden. Mit Hilfe des Innenrohrs 7 wird Reduktionsmittel 15 durch das Lanzensystem 1 geleitet und über eine oder mehrere Düsen 10 in das Verbrennungsgas 3 eingedüst. In der dargestellten Bauweise enthält das Innenrohr 7 eine zentrale Leitung 17, die das Reduktionsmittel 15 (bzw. ein Reduktionsmittel/Treibmittel-Gemisch) transportiert. Zwischen der zentralen Leitung 17 und der Innenwand des Innenrohrs 7 ist ein Zwischenraum 18 ausgebildet, durch den Druckluft 14 geleitet wird, die später zum Zerstäuben des Reduktionsmittels in der Düse 10 dient. In der Düse 10 werden Reduktionsmittel 15 und die getrennt über 18 eingeführte Druckluft 14 gemischt und in den Zwischenraum 8 zwischen Innenrohr 7 und Hüllrohr 6 oder direkt durch die Öffnung 9 im Hüllrohr 6 in den Innenraum des Kalzinators eingedüst. FIG. 2 represents a longitudinal section through the lance system according to the invention. Within a reaction chamber, such as a calciner or boiler, lance systems 1 (shown here only a lance system) protrude horizontally and cantilevered into the interior of the reaction chamber, the (inner) wall is denoted by 16. The lance system 1 has an inner portion and an outer portion 5. The inner portion of the lance system 1 projects through the wall 16 of the calciner into its interior. The lance system has an inner tube 7 and a cladding tube 6. According to the in FIG. 2 shown type, only a single inner tube 7 is housed in the cladding tube 6. Depending on the design, however, several differently long inner tubes 7 can be arranged in a cladding tube 6. With the help of the inner tube 7 reducing agent 15 is passed through the lance system 1 and injected via one or more nozzles 10 in the combustion gas 3. In the illustrated construction, the inner tube 7 includes a central conduit 17 which carries the reducing agent 15 (or a reducing agent / propellant mixture). Between the central conduit 17 and the inner wall of the inner tube 7, a gap 18 is formed, is passed through the compressed air 14, which later serves for sputtering of the reducing agent in the nozzle 10. In the nozzle 10, reducing agent 15 and the compressed air 14 introduced separately via 18 are mixed and injected into the intermediate space 8 between inner tube 7 and jacket tube 6 or directly through the opening 9 in the jacket tube 6 into the interior of the calciner.

Über das Lanzensystem 1 wird weitere Luft u.a. zur Kühlung des Lanzensystems zugeführt, indem sie im äußeren Abschnitt 5 des Lanzensystems 1 in das Hüllrohr 6 und schließlich in den Zwischenraum 8 zwischen Innenrohr 7 und Hüllrohr 6 geleitet wird. Die Hüllluft tritt schließlich durch die Austrittsöffnungen 9 im Hüllrohr 6 in den Innenraum 19 über und umgibt an diesen Austrittsöffnungen 9 das eingedüste Reduktionsmittel und wird mit diesem ggf. gemischt und trifft schließlich auf das Verbrennungsgas 3. Neben der Kühlung dient die Hüllluft auch dazu, Anbackungen an der Düse 10 und an dem Hüllrohr 6 zu verhindern, indem eventuell angefeuchtete und agglomerierte Staubpartikel ferngehalten werden.About the lance system 1 more air u.a. supplied for cooling the lance system by being guided in the outer portion 5 of the lance system 1 in the cladding tube 6 and finally in the gap 8 between the inner tube 7 and sheath 6. The enveloping air finally passes through the outlet openings 9 in the cladding tube 6 in the interior 19 and surrounds at these outlet openings 9, the injected reducing agent and is optionally mixed with this and finally meets the combustion gas 3. In addition to cooling the envelope air also serves to caking to prevent the nozzle 10 and the cladding tube 6 by keeping possibly moistened and agglomerated dust particles.

Gemäß der Erfindung weist das Hüllrohr 6 ein inneres Tragrohr 11 auf, das aus einem hochwarmfesten, hitze- und zunderbeständigen, gesinterten, Oxid-dispersionsverfestigten metallischen Werkstoff gefertigt ist. Weiterhin ist auf das Tragrohr 11 mindestens eine äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung 12 mittels Auftragschweißen aufgebracht.According to the invention, the cladding tube 6 an inner support tube 11, which is made of a high heat, heat and scale resistant, sintered, oxide dispersion strengthened metallic material. Furthermore, at least one outer highly wear-resistant coating 12 is applied to the support tube 11 by means of build-up welding.

Der Oxid-dispersionsverfestigte (ODS: oxide dispersion strengthened) Stahl oder eine solche Legierung besteht aus einem Gemisch von einem Pulver einer üblichen hochwarmfesten, hitzebeständigen Legierung und einem sehr fein gemahlenen Pulver aus einer hochschmelzenden Keramik, vorzugsweise Yttriumoxid (Y2O3). Diese Oxid-dispersionsverfestigten Materialien bestehen im Wesentlichen aus metallischen Grundwerkstoffen, in welchen hoch stabile bzw. inerte Oxide feinst verteilt eingelagert werden. Diese inerten Oxid-Teilchen verändern sich bis zum Schmelzpunkt der metallischen Matrix nicht, sind auch in der Schmelze unlöslich und verhindert das Wandern von Versetzungen im metallischen Material und tragen daher zur hohen Kriechfestigkeit insbesondere bei hohen Temperaturen, beispielsweise von Gasen oberhalb 1.000°C bis zu 1.250°C bei.The oxide dispersion strengthened (ODS) steel or alloy consists of a mixture of a powder of a conventional high temperature refractory alloy and a very finely ground high melting ceramic powder, preferably yttria (Y 2 O 3 ). These oxide dispersion-strengthened materials consist essentially of metallic base materials, in which highly stable or inert oxides are finely dispersed become. These inert oxide particles do not change up to the melting point of the metallic matrix, are also insoluble in the melt and prevent the migration of dislocations in the metallic material and therefore contribute to high creep resistance especially at high temperatures, for example gases above 1000 ° C up to 1,250 ° C at.

Die äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung 12, die durch Auftragschweißen auf das Tragrohr 11 aufgebracht ist, enthält Hartpartikel, die ein oder mehrere Übergangsmetallcarbide, wie Carbide aus Titan, Chrom, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Molybdän, Niob und Wolfram, auf in einer Matrix oder Bindemittel aus Kobalt, Nickel oder Eisen. Eine besonders geeignete Beschichtung 12 enthält oder besteht aus Wolframcarbid und optional Molybdäncarbid in einem Bindemittel bzw. einer Matrix im Wesentlichen bestehend aus Kobalt oder auch einer hitzebeständigen Legierung aus Eisen, Chrom und Nickel mit einem gewissen Anteil an Kobalt.The outer highly wear-resistant coating 12 applied to the support tube 11 by build-up welding contains hard particles comprising one or more transition metal carbides, such as titanium, chromium, zirconium, hafnium, tantalum, molybdenum, niobium and tungsten carbides, in a matrix or binder of cobalt, nickel or iron. A particularly suitable coating 12 contains or consists of tungsten carbide and optionally molybdenum carbide in a binder or a matrix consisting essentially of cobalt or else a heat-resistant alloy of iron, chromium and nickel with a certain amount of cobalt.

Diese Kombination eines hochwarmfesten, gesinterten, Oxid-dispersionsverfestigten metallischen Werkstoffes für das Tragrohr 11 und der hoch-verschleißbeständigen Beschichtung 12 weist für die Konstruktion eines freitragenden Lanzensystems 1, das in von heißen Gasen 3 durchströmte Räume hineinragt, sehr gute Eigenschaften auf. Das Tragrohr 11 des Lanzensystems 1 stellt somit die erforderlichen Festigkeitseigenschaften sicher und sorgt dafür, dass sich das freitragende Lanzensystem 1 nicht dauerhaft verbiegt oder abreißt. Das erfindungsgemäße Lanzensystem 1 kann auch in staubbeladenen und z. T. mit hohen Geschwindigkeiten strömenden, knapp 1.000°C heißen Verbrennungsgasen 3 eingesetzt werden, weil es über längere Zeiträume thermisch-mechanisch beständig und gleichzeitig auch korrosionsresistent gegenüber Rauchgasbestandteilen und dem verbliebenen Restsauerstoff ist. Im Normalfall wird das Lanzensystem 1 insbesondere das Hüllrohr 6 von der im Zwischenraum 8 strömenden Düsen-Hüllluft, der im Zwischenraum 18 strömenden Zerstäuber-Druckluft 14 und der Flüssigkeit in der zentralen Leitung 17 gekühlt, so dass im Normalbetrieb lediglich eine Temperatur bis einige hundert °C beispielweise 300°C oder 400°C zu erwarten ist. Im Falle eines Ausfalls dieser Kühlung sind die hohen Temperaturen normalerweise kritisch für das Hüllrohr 6. Gemäß der Maßnahmen der vorliegenden Erfindung kann das Lanzensystem 1 und das Hüllrohr 6 den sehr hohen Temperaturen von 870°C bis 1.100°C für längere Zeit widerstehen.This combination of a high temperature, sintered, oxide dispersion strengthened metallic material for the support tube 11 and the highly wear resistant coating 12 has very good properties for the construction of a cantilevered lance system 1 which projects into spaces through which hot gases 3 flow. The support tube 11 of the lance system 1 thus ensures the required strength properties and ensures that the self-supporting lance system 1 does not permanently bend or tear. The lance system 1 according to the invention can also be used in dust-laden and z. T. flowing at high speeds, just under 1,000 ° C hot combustion gases 3 are used because it is thermally-mechanically resistant and at the same time corrosion resistant to flue gas components and the remaining residual oxygen over long periods of time. In the normal case, the lance system 1 in particular the cladding tube 6 is cooled by the nozzle enveloping air flowing in the intermediate space 8, the atomizing compressed air 14 flowing in the intermediate space 18 and the liquid in the central conduit 17, so that in normal operation only a temperature of up to a few hundred degrees C, for example, 300 ° C or 400 ° C is expected. In the event of failure of this cooling, the high temperatures are normally critical to the cladding tube 6. According to the measures of the present invention Invention, the lance system 1 and the cladding tube 6 can withstand the very high temperatures of 870 ° C to 1100 ° C for a long time.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Kalzinator in der Ebene der Düsen bzw. Lanzen. FIG. 3 shows a cross section through a calciner in the plane of the nozzles or lances.

Die linke Darstellung zeigt einen Querschnitt durch einen Kalzinator in der Ebene der Düsen entsprechend der herkömmlichen Technik. Für SNCR-Anlagen wurden bisher nur sehr kurze Eindüslanzen verwendet, wobei die Düsen entweder im Wesentlichen mit der Reaktor- oder Kanalwand abschließen oder nicht mehr als wenige Dezimeter in den von heißen Verbrennungsgasen durchströmten Innenraum hineinragen. Aus der linken Darstellung ist zu erkennen, dass aufgrund der wandständigen Anordnung der Düsen der Sprühkegel diese den Rauchgasstrom nur unzureichend abdecken bzw. behandeln können.The left-hand illustration shows a cross section through a calciner in the plane of the nozzles according to the conventional technique. For SNCR systems so far only very short injection lances have been used, the nozzles either substantially complete with the reactor or duct wall or protrude no more than a few decimeters in the flow of hot combustion gases interior. From the left-hand illustration it can be seen that due to the wall-mounted arrangement of the nozzles, the spray cones can only adequately cover or treat the flue gas flow.

Die freitragende Lanze gemäß der vorliegenden Erfindung kann dagegen mit größerer Länge ausgeführt werden, so dass sie in von heißen Gasen durchströmte Räume hineinragt (siehe rechte Darstellung der Figur 3). Im vorliegenden Beispiel (siehe auch Beispiel 1 und 2) wurden vier Lanzensysteme, wobei der innere Abschnitt jeweils eine Länge von 1,0 m mit endständiger Düse aufwies, auf einer horizontalen Ebene in den Kalzinator eines Zementwerkes mit einem Innendurchmesser von ca. 3,6 m angebracht. Die rechte Darstellung zeigt, dass mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lanze Kalzinatoren zur optimalen Schadstoffreduzierung vollständig über den gesamten Querschnitt hinweg mit entsprechenden Reagenzien beaufschlagt werden können. Daher kann im Vergleich zur Eindüsung von Reagenzien mit direkt in der Wand dieser Reaktionsräume angeordneten Düsen, wie dies im Stand der Technik bisher erfolgt, mit dem erfindungsgemäßen Lanzensystem eine weitaus effektivere Rauchgasreinigungswirkung und somit ein kleinerer Schadstoff-Reingaswert bei moderatem Einsatz von Reagenzien erzielt werden. So können mit dem erfindungsgemäßen Lanzensystem die Reagenzien nun auch die zentralen Bereiche des Querschnitts von Reaktionsräumen erreicht werden, die bisher noch nicht mit Reagenz versorgt werden konnten.The self-supporting lance according to the present invention, on the other hand, can be made longer in length so as to protrude into spaces through which hot gases flow (see right-hand illustration of FIGS FIG. 3 ). In the present example (see also example 1 and 2), four lance systems, each with a 1.0 m length end nozzle, were placed on a horizontal plane into the calciner of a cement works having an inside diameter of about 3.6 m attached. The right-hand illustration shows that with the aid of the lance according to the invention, calciners for the optimal reduction of pollutants can be charged completely with appropriate reagents over the entire cross-section. Therefore, in comparison to the injection of reagents with arranged directly in the wall of these reaction chambers nozzles, as done in the art so far, with the lance system according to the invention a much more effective flue gas cleaning effect and thus a smaller pollutant clean gas value can be achieved with moderate use of reagents. Thus, the reagents can now be achieved with the lancet system according to the invention, the central regions of the cross section of reaction chambers, which could not yet be supplied with reagent.

Die Erfindung wird in anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the following examples.

BeispieleExamples Beispiel 1: Einsatz des erfindungsgemäßen Lanzensystems im Kalzinator eines Zementwerkes und Untersuchung hinsichtlich seiner StabilitätExample 1: Use of the lance system according to the invention in the calciner of a cement works and investigation with regard to its stability

Der Kalzinator eines Zementwerkes mit einem Innendurchmesser von ca. 3,6 m wurde mit vier auf einer horizontalen Ebene angeordneten Eindüslanzen ausgestattet. Dabei waren sie so bemessen, dass der innere Lanzenabschnitt, der in den Innenraum des Kalzinators hineinragte, eine Länge von 1,0 m aufwies. Die Düse war am Ende der Lanze angeordnet. Das eingesetzte Lanzensystem wies ein äußeres Hüllrohr mit einem Durchmesser von 69 mm mit einer gesamten Wandstärke von 7,5 mm auf, das aus Verschleißschutzgründen aus zwei Schichten aufgebaut war. Das innere Tragrohr des Hüllrohrs wies eine Dicke von 5 mm auf und bestand aus dem hochwarmfesten, hitze- und zunderbeständigen, gesinterten, Oxid-dispersionsverfestigten metallischen Werkstoff Kanthal APMT der Firma Sandvik (FeCrAIMo-Legierung, nominale chemische Zusammensetzung in Gewichts-%: 21,0 Cr, 5,0 Al, 3,0 Mo, 0,5 Y2O3, Rest Fe). Die Außenseite des Tragrohrs wies eine 2,5 mm starke äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung mit der Bezeichnung Co-800-T der Firma Eipa (4% C, 16% Cr, 4,5% Co, 4,5% Mo, 4% Nb, 1,5% W, 0,7% V, 0,9% B, Rest Fe) auf, die mittels Auftragschweißen aufgebracht wurde.The calciner of a cement works with an inside diameter of approx. 3.6 m was equipped with four injection lances arranged on a horizontal plane. They were so dimensioned that the inner lance section, which protruded into the interior of the calciner, had a length of 1.0 m. The nozzle was located at the end of the lance. The lance system used had an outer cladding tube with a diameter of 69 mm with a total wall thickness of 7.5 mm, which was constructed for wear protection reasons of two layers. The inner support tube of the cladding tube had a thickness of 5 mm and consisted of the heat-resistant, heat-resistant, sintered, oxide-dispersion strengthened metallic material Kanthal APMT from Sandvik (FeCrAIMo alloy, nominal chemical composition in weight%: 21, 0 Cr, 5.0 Al, 3.0 Mo, 0.5 Y 2 O 3 , balance Fe). The outside of the support tube had a 2.5 mm thick outer high-wear coating called Co-800-T from Eipa (4% C, 16% Cr, 4.5% Co, 4.5% Mo, 4% Nb, 1.5% W, 0.7% V, 0.9% B, remainder Fe) applied by build-up welding.

Mit den Lanzensystemen wurde eine Ammoniakwasser- und später auch eine Harnstofflösung in das Verbrennungsgas des Kalzinators für jeweils 6 bis 9 h versuchsweise zur Verringerung des NOx-Gehaltes eingedüst (Ergebnisse hierzu siehe Beispiel 2). Dabei waren die Lanzen einem Rauchgasstrom mit einer durchschnittlichen Staubbeladung von 900 g/Nm3, einem Volumenstrom von 120.000 m3/h und bei einer Temperatur im Bereich von 850 - 930 C ausgesetzt.With the lance systems, an ammonia water and later also a urea solution in the combustion gas of the calciner for each 6 to 9 h was experimentally injected to reduce the NO x content (results see example 2). The lances were exposed to a flue gas stream with an average dust load of 900 g / Nm 3 , a volume flow of 120,000 m 3 / h and at a temperature in the range of 850-930 C.

Nach dem Versuch wurden die Lanzensysteme aus dem Kalzinator herausgezogen und das Hüllrohr vermessen. Das Hüllrohr wies keinerlei Veränderungen in den Dimensionen oder Beschädigungen auf. Weiterhin wurde kein Verzug und keine Krümmung des Hüllrohrs nachgewiesen. Auf der Außenseite des Hüllrohrs wurden Ablagerungen mit einer Stärke von ca. 1 cm gemessen. Hierbei ist zu beachten, dass dies nicht der tatsächlichen Dicke der Ablagerungen entsprach, weil beim Herausziehen der Lanzen durch die enge Stutzenöffnung der überstehende Teil der Ablagerungen abgestreift wurde.After the test, the lance systems were pulled out of the calciner and the cladding tube was measured. The cladding tube showed no changes in dimensions or damage. Furthermore, no distortion and no curvature of the cladding tube was detected. On the outside of the cladding deposits were measured with a thickness of about 1 cm. It should be noted that this did not correspond to the actual thickness of the deposits, because when pulling out of the lances through the narrow nozzle opening of the protruding part of the deposits was stripped.

Gemäß den Untersuchungen hat sich das Lanzensystem trotz der extremen Bedingungen im Kalzinator und einer Länge von 1 m als außerordentlich stabil erwiesen.According to the investigations, the lance system has proved extremely stable despite the extreme conditions in the calciner and a length of 1 m.

Beispiel 2: NOx-Verringerung durch Eindüsen einer wässrigen Ammoniaklösung in das Verbrennungsgas in einem Kalzinator eines ZementwerkesExample 2: NOx reduction by injecting an aqueous ammonia solution into the combustion gas in a calciner of a cement plant

In diesem Beispiel wurde die Wirkung der Eindüsung mittels der erfindungsgemäßen Lanzen auf die NOx-Gehalte im Rauchgas sowie auf den Verbrauch von Ammoniakwasser im Vergleich zur Eindüsung mittels der herkömmlichen Technik gezeigt. Die Eindüsung mittels Wanddüsen wurde bereits in der Beschreibung zur Figur 3 (linke Abbildung) dargestellt. Für herkömmliche SNCR-Anlagen in Kalzinatoren wurden bisher sehr kurze Eindüslanzen verwendet, wobei die Düsen im Wesentlichen mit der Reaktor- oder Kanalwand abschließen oder nicht in den von heißen Verbrennungsgasen durchströmten Innenraum hineinragen. Die Eindüsung von Reagenz zur Verringerung von NOx in dieser Ausführungsform stellte das Vergleichsbeispiel dar.In this example, the effect of the injection by means of the lances according to the invention on the NO x content in the flue gas and on the consumption of ammonia water in comparison to the injection by means of the conventional technique was shown. The injection by means of wall nozzles was already in the description of FIG. 3 (left figure). For conventional SNCR plants in calciner very short injection lances have been used, the nozzles substantially complete with the reactor or duct wall or do not protrude into the flowed through by hot combustion gases interior. The injection of NO x reducing reagent in this embodiment was the comparative example.

Im Gegensatz zu herkömmlichen wandständigen Düsen konnte die freitragende Lanze gemäß der vorliegenden Erfindung für die Verwendung in Kalzinatoren von Zementwerken in größerer Länge ausgeführt werden (siehe rechte Darstellung der Figur 3). Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lanze wurde der Kalzinator eines Zementwerkes wie in Beispiel 1 beschrieben zur optimalen Schadstoffreduzierung vollständig über den gesamten Querschnitt hinweg mit entsprechenden Reagenzien (in diesem Beispiel Ammoniakwasser) beaufschlagt.In contrast to conventional walled nozzles, the cantilevered lance according to the present invention could be made longer for use in cement works calciners (see right hand illustration of FIGS FIG. 3 ). With the help of the lance according to the invention, the calciner of a cement plant as described in Example 1 was subjected to optimum pollutant reduction completely over the entire cross section with appropriate reagents (ammonia water in this example).

In Tabelle 1 werden die erhaltenen Ergebnisse hinsichtlich der Reduzierung der NOx-Gehalte im Rauchgas sowie die zur Erreichung der entsprechenden NOx-Gehalte aufgewendeten Mengen an Reagenz sowie die Bedingungen zusammengefasst. Die Ergebnisse zeigen, dass der Verbrauch an Reagenzien durch Eindüsung über die erfindungsgemäßen Lanzensysteme verringert werden konnte, sowie auch die NOx-Gehalte im Rauchgas weiter reduziert werden konnten. Tabelle 1: Versuch unter höchsten NOx-Werten aus der Feuerung, hervorgerufen durch reines Steinkohlefeuer, ohne Wirbelschichtbetrieb bzw. Schwachgas Langzeitversuch unter Zementwerk-Normalbedingungen, d.h. mit Wirbelschichtbetrieb plus Schwachgaszugabe und Braunkohle als Stützfeuer Ammoniakwasserverbrauch l/h 24,9%ige Lsg. Stickoxid-(NOx-) Gehalte im Roh- und Reingas, Bezug: Normbedingungen, d.h. 0°C, trocken, 10% O2 Ammoniakverbrauch und Effizienz (= Abscheidegrad in [%]) Stickoxid- (NOx-) Gehalte im Roh- und Reingas, Bezug: Normbedingungen, d.h. 0°C, trocken, 10% O2 Effizienz = Abscheidegrad [%] bestehende SNCR-Anlage (Stand der Technik; 4 Wanddüsen) > 1000 l/h (maximale Fördermenge) Rohgaswert: ca. 700-800 mg/Nm3 608 l/h (hoher Verbrauch) Rohgaswert gemessen: 480 mg/Nm3 (Grenzwert wird sicher eingehalten) Effizienz: 59% 310 mg/Nm3 Effizienz: 60% 190 mg/Nm3 Steinmüller Engineering - Versuchsanlage (erfindungsgemäß; 4 Lanzen mit je 1,0 m Länge) 749 l/h Rohgaswert: ca. 700-800 mg/Nm3 380 l/h (sehr moderater Verbrauch) Rohgaswert gemessen: 480 mg/Nm3 Effizienz: 75% 185 mg/Nm3 (der neue Grenzwert wird sicher unterschritten) Effizienz: 61% 185 mg/Nm3 (Grenzwert wird sicher eingehalten) Table 1 summarizes the results obtained with regard to the reduction of NO x levels in the flue gas and the amounts of reagent used to achieve the corresponding NO x levels and the conditions. The results show that the consumption of reagents could be reduced by injection via the lance systems according to the invention, as well as the NO x content in the flue gas could be further reduced. <b> Table 1: </ b> Experimentation with highest NOx values from the furnace, caused by pure hard coal fire, without fluidized bed operation or lean gas Long-term test under normal cement plant conditions, ie with fluidized bed operation plus lean addition of gas and lignite as a supporting fire Ammonia water consumption l / h 24.9% sol. Nitrogen oxide (NOx) contents in raw and clean gas, reference: standard conditions, ie 0 ° C, dry, 10% O 2 Ammonia consumption and efficiency (= degree of separation in [%]) Nitrogen oxide (NOx) contents in raw and clean gas, reference: standard conditions, ie 0 ° C, dry, 10% O 2 Efficiency = degree of separation [%] existing SNCR system (prior art, 4 wall nozzles) > 1000 l / h (maximum flow) Raw gas value: approx. 700-800 mg / Nm 3 608 l / h (high consumption) Raw gas value measured: 480 mg / Nm 3 (limit value is reliably maintained) Efficiency: 59% 310 mg / Nm 3 Efficiency: 60% 190 mg / Nm 3 Steinmüller Engineering - test facility (according to the invention, 4 lances each with 1.0 m length) 749 l / h Raw gas value: approx. 700-800 mg / Nm 3 380 l / h (very moderate consumption) Raw gas value measured: 480 mg / Nm 3 Efficiency: 75% 185 mg / Nm 3 (the new limit value will definitely be undercut) Efficiency: 61% 185 mg / Nm 3 (limit value will be met safely)

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Lanzensystemlance system
22
Reaktionsraum (Kalzinator, Kessel/Feuerraum, Rauchgaskanal)Reaction space (calciner, boiler / firebox, flue gas duct)
33
Verbrennungsgascombustion gas
44
innerer Abschnitt des Lanzensystemsinner section of the lance system
55
äußerer Abschnitt des Lanzensystemsouter section of the lance system
66
Hüllrohrcladding tube
77
Innenrohrinner tube
88th
Zwischenraum zwischen Hüllrohr und InnenrohrInterspace between cladding tube and inner tube
99
Austrittsöffnung des HüllrohrsOutlet opening of the cladding tube
1010
Austrittsöffnungen/Düsen des InnenrohrsOutlet openings / nozzles of the inner tube
1111
Tragrohrsupport tube
1212
Beschichtungcoating
1313
Zufuhr Hüllluft innerhalb des Hüllrohrs (Zwischenraum zwischen Innenrohr und Hüllrohr)Supply of sheath air within the cladding tube (gap between inner tube and cladding tube)
1414
Zufuhr Druckluft innerhalb des InnenrohrsSupply of compressed air inside the inner tube
1515
Reagenz (Reduktionsmittel oder Absorptionsmittel)Reagent (reducing agent or absorbent)
1616
Wand des ReaktionsraumsWall of the reaction chamber
1717
Zentrale LeitungCentral management
1818
Zwischenraum zwischen Innenrohr und zentraler LeitungInterspace between inner tube and central line
1919
Innenraum des ReaktionsraumsInterior of the reaction chamber

Claims (15)

Ein Lanzensystem (1) zur Einführung von Reagenzien (15) in Form von Fluiden in von Verbrennungsgasen (3) durchströmte Reaktionsräume (2), wobei das Lanzensystem (1) umfasst: einen inneren Abschnitt (4) konstruiert, um innerhalb des Reaktionsraums (2) angeordnet zu werden, und einen äußeren Abschnitt (5) konstruiert, um außerhalb des Reaktionsraums (2) angeordnet zu werden, wobei das Lanzensystem (1) ein Hüllrohr (6) und mindestens ein Innenrohr (7) aufweist, und wobei zumindest entlang des inneren Abschnitts (4) des Lanzensystems (1) das mindestens ein Innenrohr (7) innerhalb des Hüllrohrs (6) angeordnet ist, wodurch ein Zwischenraum (8) zwischen der äußeren Wand des mindestens einen Innenrohrs (7) und der inneren Wand des Hüllrohrs (6) ausgebildet wird, wobei entlang des Hüllrohrs (6) mindestens eine Austrittsöffnung (9) in der Umfangswand des Hüllrohrs (6) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Innenrohr (7) Austrittsöffnungen oder Düsen (10) zum Eindüsen des Reagenz direkt durch die mindestens eine Austrittsöffnung (9) des Hüllrohrs (6) hindurch nach außen aufweist, wobei der Zwischenraum (8) über die mindestens eine Austrittsöffnung (9) des Hüllrohrs (6) mit der Außenseite in fluider Kommunikation steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (6) ein inneres Tragrohr (11) aufweist, das aus einem hochwarmfesten, hitze- und zunderbeständigen, gesinterten, Oxid-dispersionsverfestigten metallischen Werkstoff gefertigt ist, und dass auf das Tragrohr (11) mindestens eine äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung (12) mittels Auftragschweißen aufgebracht ist. A lance system (1) for introducing reagents (15) in the form of fluids in reaction spaces (2) through which combustion gases (3) flow, wherein the lance system (1) comprises: an inner portion (4) constructed to be disposed within the reaction space (2), and an outer portion (5) constructed to be located outside the reaction space (2), wherein the lance system (1) comprises a cladding tube (6) and at least one inner tube (7), and wherein at least along the inner portion (4) of the lance system (1) the at least one inner tube (7) is disposed within the cladding tube (6) whereby a gap (8) is formed between the outer wall of the at least one inner tube (7) and the inner wall of the cladding tube (6), wherein at least one outlet opening (9) is arranged in the peripheral wall of the jacket tube (6) along the jacket tube (6), wherein the at least one inner tube (7) has outlet openings or nozzles (10) for injecting the reagent directly through the at least one outlet opening (9) of the jacket tube (6) outwards, wherein the intermediate space (8) is in fluid communication with the outside via the at least one outlet opening (9) of the cladding tube (6), characterized in that the cladding tube (6) has an inner support tube (11) which is made of a heat-resistant, heat and scale resistant, sintered, oxide dispersion-strengthened metallic material, and in that on the support tube (11) at least one outer highly wear-resistant coating (12 ) is applied by cladding. Das Lanzensystem (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung (12) Hartpartikel aufweist enthaltend mindestens eines von Carbiden, Nitriden, Boriden, Siliciden und Oxiden, insbesondere Übergangsmetallcarbiden, und festen Lösungen davon, und ein Bindemittel, das die Hartpartikel miteinander verbindet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Nickel, Eisen und einer hitzebeständigen Legierung aus Eisen, Chrom und Nickel mit einem Anteil an Kobalt.The lance system (1) according to claim 1, characterized in that the outer highly wear resistant coating (12) comprises hard particles containing at least one of carbides, nitrides, borides, silicides and oxides, especially transition metal carbides, and solid solutions thereof, and a binder, which combines the hard particles selected from the group consisting of cobalt, nickel, iron and a refractory alloy of iron, chromium and nickel with a content of cobalt. Das Lanzensystem (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lanzensystem (1) konstruiert ist a) Absorptionsmittel (15) zur Rauchgasentschwefelung von Verbrennungsgasen (3), oder b) Reduktionsmittel (15) zur selektiven nichtkatalytischen Reduktion von Stickoxiden in Verbrennungsgasen (3), in die von Verbrennungsgasen (3) durchströmten Reaktionsräume (2) einzuführen.The lance system (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the lance system (1) is constructed a) absorbent (15) for flue gas desulfurization of combustion gases (3), or b) reducing agent (15) for the selective non-catalytic reduction of nitrogen oxides in combustion gases (3), to introduce into the reaction chambers (2) through which combustion gases (3) flow. Das Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lanzensystem (1) konstruiert ist von Verbrennungsgasen (3) mit einer Staubbeladung von 1 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom von 10.000 bis 2.000.000 m3/h, vorzugsweise von 30 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h, weiter bevorzugt von 100 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h umströmt zu werden.The lance system (1) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the lance system (1) is constructed of combustion gases (3) with a dust load of 1 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably from 30 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 flows around at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h. Das Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lanzensystem (1) konstruiert ist, a) Reagenzien (15) in Form eines fluiden Gemisches enthaltend Reduktionsmittel durch den Innenraum des mindestens einen Innenrohrs (7) zuzuführen und von dort über Austrittsöffnungen oder Düsen (10) direkt durch die Austrittsöffnung(en) (9) des Hüllrohrs (6) hindurch nach außen zu leiten; sowie b) Hüllluft (13) in den Zwischenraum (8) zwischen dem mindestens einen Innenrohr (7) und dem Hüllrohr (6) getrennt zuzuführen; c) das Gemisch enthaltend Reduktionsmittel aus a) und die Hüllluft (13) aus b) durch die Austrittsöffnungen (9) im Hüllrohr (6) aus dem Hüllrohr (6) austreten zu lassen. The lance system (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the lance system (1) is constructed a) reagents (15) in the form of a fluid mixture containing reducing agent through the interior of the at least one inner tube (7) and from there via outlet openings or nozzles (10) directly through the outlet opening (s) (9) of the cladding tube (6) therethrough to lead to the outside; such as b) supplying separated air (13) into the intermediate space (8) between the at least one inner tube (7) and the cladding tube (6) separately; c) the mixture containing reducing agent from a) and the sheath air (13) from b) through the outlet openings (9) in the cladding tube (6) to emerge from the cladding tube (6). Ein Reaktionsraum (2), der konstruiert ist, von Verbrennungsgasen durchströmt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (2) mindestens ein Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 enthält; wobei der innere Abschnitt (4) des Lanzensystems innerhalb des Reaktionsraums (2) angeordnet ist, und der äußere Abschnitt (5) des Lanzensystems (1) außerhalb des Reaktionsraums (2) angeordnet ist.A reaction space (2) designed to be passed through combustion gases, characterized in that the reaction space (2) contains at least one lance system (1) according to any one of claims 1 to 5; wherein the inner portion (4) of the lance system is disposed within the reaction space (2), and the outer portion (5) of the lance system (1) is disposed outside the reaction space (2). Der Reaktionsraum (2) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Abschnitt (4) des mindestens einen Lanzensystems (1) freitragend in das Innere (19) des Reaktionsraums (2) hineinragt und vorzugsweise eine Länge von mindestens 0,5 m, bevorzugt eine Länge von mindestens 1,0 m, weiter bevorzugt eine Länge von mindestens 2,0 m, noch weiter bevorzugt eine Länge von mindestens 3,0 m, und besonders bevorzugt eine Länge von mindestens 4,0 m aufweist.The reaction space (2) according to claim 6, characterized in that the inner portion (4) of the at least one lance system (1) cantilevered into the interior (19) of the reaction space (2) protrudes, and preferably a length of at least 0.5 m, preferably has a length of at least 1.0 m, more preferably a length of at least 2.0 m, even more preferably a length of at least 3.0 m, and particularly preferably a length of at least 4.0 m. Der Reaktionsraum (2) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (2) ein Kalzinator eines Zementwerkes ist, der konstruiert ist, um das direkt oder indirekt aus einem Drehrohrofen geleitete Verbrennungsgas (3) durch den Kalzinator strömen zu lassen und in entgegengesetzter Richtung Rohmehl durch den Kalzinator zur Kalzinierung in Richtung Drehrohrofen zu fördern.The reaction space (2) according to claim 6 or 7, characterized in that the reaction space (2) is a calciner of a cement plant which is designed to allow the combustion gas (3) passed directly or indirectly from a rotary kiln to flow through the calciner and in the opposite direction raw meal through the calciner to promote calcination in the direction of rotary kiln. Der Reaktionsraum (2) gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (2) ein Kessel ist, weiterhin enthaltend mindestens eine Zufuhr für Brennstoff und mindestens eine Zufuhr für Verbrennungsluft.The reaction space (2) according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the reaction space (2) is a boiler, further comprising at least one feed for fuel and at least one feed for combustion air. Verfahren zur Eindüsung von Reagenzien (15) in Form von Fluiden in Verbrennungsgase (3) innerhalb eines von diesen Verbrennungsgasen (3) durchströmten Reaktionsraums (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Reagenzien (15) mittels mindestens einem Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 in Verbrennungsgase (3) eingedüst werden, die den Reaktionsraum (2) durchströmen.Method for injecting reagents (15) in the form of fluids into combustion gases (3) within a reaction space (2) through which these combustion gases (3) pass, characterized in that the reagents (15) are produced by means of at least one lance system (1) according to any one of Claims 1 to 5 are injected into combustion gases (3), which flow through the reaction space (2). Das Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsgase (3) das oder die Lanzensystem(e) (1) mit einer Staubbeladung von 1 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom von 10.000 bis 2.000.000 m3/h, vorzugsweise von 30 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h, weiter bevorzugt von 100 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom 10.000 bis 2.000.000 m3/h umströmen.The method according to claim 10, characterized in that the combustion gases (3) or the lance system (s) (1) with a dust load of 1 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably from 30 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a flow rate 10,000 to 2,000,000 m 3 / h flow around. Das Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsgase (3) das Lanzensystem (1) mit einer Temperatur im Bereich von von 870°C bis 1.100°C, weiter bevorzugt im Bereich von 870°C bis 1.000°C umströmen.The method of claim 10 or 11, characterized in that the combustion gases (3) flow around the lance system (1) at a temperature in the range of 870 ° C to 1100 ° C, more preferably in the range of 870 ° C to 1000 ° C , Das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das eingedüste Reagenz (15) ein Reduktionsmittel zur Verringerung der Konzentration von Stickoxiden in dem Verbrennungsgas (3) ist.The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the injected reagent (15) is a reducing agent for reducing the concentration of nitrogen oxides in the combustion gas (3). Das Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel (15) in das Verbrennungsgas (3) innerhalb eines Kalzinators (2) eines Zementwerkes eingedüst wird, das direkt oder indirekt aus einem Drehrohrofen geleitetet wird und durch den Kalzinator (2) strömt, wobei in entgegengesetzter Richtung Rohmehl durch den Kalzinator (2) zur Kalzinierung in Richtung Drehrohrofen gefördert wird.The method according to claim 13, characterized in that the reducing agent (15) is injected into the combustion gas (3) within a calciner (2) of a cement plant which is directly or indirectly passed from a rotary kiln and flows through the calciner (2), in the opposite direction raw meal through the calciner (2) is promoted for calcination in the direction of rotary kiln. Das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das eingedüste Reagenz (15) ein Absorptionsmittel zur Rauchgasentschwefelung zur Verringerung der Konzentration von Schwefeldioxid in dem Verbrennungsgas (3) ist.The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the injected reagent (15) is a flue gas desulfurization absorbent for reducing the concentration of sulfur dioxide in the combustion gas (3).
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