EP3650756B1 - Zerlegbares lanzensystem - Google Patents

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EP3650756B1
EP3650756B1 EP18205032.8A EP18205032A EP3650756B1 EP 3650756 B1 EP3650756 B1 EP 3650756B1 EP 18205032 A EP18205032 A EP 18205032A EP 3650756 B1 EP3650756 B1 EP 3650756B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lance
end plate
nozzle
sheath tube
tube
Prior art date
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Active
Application number
EP18205032.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3650756A1 (de
Inventor
Rüdiger Heidrich
Stefan Binkowski
Wolfgang Bloss
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Steinmueller Engineering GmbH filed Critical Steinmueller Engineering GmbH
Priority to EP18205032.8A priority Critical patent/EP3650756B1/de
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Publication of EP3650756B1 publication Critical patent/EP3650756B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/003—Arrangements of devices for treating smoke or fumes for supplying chemicals to fumes, e.g. using injection devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/10—Nitrogen; Compounds thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2219/00—Treatment devices
    • F23J2219/20—Non-catalytic reduction devices

Definitions

  • the present invention relates to a lance system that can be dismantled, 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 sources of NO x being the oxidation of the nitrogen in the combustion air (thermal NO x ) and the oxidation of the fuel nitrogen (fuel NO x ).
  • Thermal NO x essentially arises at temperatures that are greater than around 1,200 ° C to 1,500 ° C, because only at these temperatures does the molecular oxygen present in the air noticeably change into atomic oxygen (thermal oxidation) and mix with the nitrogen in the air connects.
  • the rate of formation of thermal NO x depends exponentially on the temperature and is proportional to the oxygen concentration.
  • the primary nitrogen compounds contained in the fuel first break down into secondary nitrogen compounds (simple amines and cyanides), which are converted to either NO x or N 2 in the course of combustion. If there is a lack of oxygen, the formation of N 2 is preferred or the NO x formation is suppressed or even reversed.
  • the formation of fuel NO x is only slightly temperature-dependent and also takes place at low temperatures.
  • NO x is reduced in power plants by means of primary measures such as air staging at the burner and above the furnace height.
  • the air staging above the combustion chamber height is carried out in such a way that the burner belt area is mostly operated substoichiometrically. In this way, the burners only receive part of the amount of air required for complete combustion.
  • This procedure is known as the OFA method (Over-Fire-Air). It is added using so-called ABL nozzles.
  • the two basic types of ABL nozzles are wall nozzles and ABL lances.
  • the invention relates to a method and devices including reaction chambers for reducing undesirable substances by injecting a reactant into an exhaust gas or flue gas, in particular into the exhaust gas from cement works, in which the reactant is injected into the flue gas by means of lances.
  • the invention also relates to a lance or a lance system for injecting reactants to reduce undesirable substances in the flue gas.
  • the invention also relates to a suitable reaction chamber which is equipped with such a device according to the invention in order to be able to carry out the method.
  • the reactants are, for example, ammonia and / or urea, which can reduce the proportion of nitrogen oxides in the flue gas.
  • Corresponding processes are called selective non-catalytic reduction (SNCR; selective non-catalytic reduction).
  • SNCR selective non-catalytic reduction
  • reducing agents are injected in an aqueous solution (typically ammonia water, urea) or in gaseous form (ammonia) into the hot flue gases of a combustion system.
  • the reaction of the reducing agent with nitrogen oxide and oxygen produces molecular nitrogen, water and carbon dioxide.
  • the optimum temperature range for the reactions described is between 850 and 1,000 ° C, depending on the composition of the flue gas.
  • SNCR technology is mixing the reducing agent into the flue gas in the correct temperature window.
  • the SNCR technology is successfully used in small and medium-sized boilers and especially in waste incineration plants and cement works.
  • the advantage here is the small cross-sections of the reaction or combustion chambers, so that the SNCR technology can be used effectively and optimally.
  • cement is produced in a continuous process using the dry process in rotary kilns.
  • the raw materials such as limestone, clay, sand, but also often residues such as "fluff” or “bram”, etc. are ground and dried at the same time, then heated and then burned to cement clinker.
  • the cement clinker is burned in rotary kilns that are slightly inclined.
  • the preheated raw meal placed at the upper end runs towards a coal dust, oil or gas flame that burns at the lower end of the furnace.
  • fuel temperatures 1,350 to 1,500 ° C are reached.
  • the raw meal is preheated and calcined 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 (Calcining reactor).
  • the hot exhaust gases from 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 from the gas in the individual cyclones and resuspended in the gas flow before the next cyclone stage.
  • the raw meal is usually preheated to a temperature of approx. 800 ° C in the preheater. Partial calcination of the raw meal can already take place in the cyclone preheater.
  • the raw meal is then further calcined in the calciner before it enters the rotary kiln.
  • the middle of the channel or combustion chamber can be better reached with reagent, with disproportionately high amounts of ammonia or urea solution being used for the SNCR, which also remain in not inconsiderable amounts without a reaction partner being found have unreacted as so-called ammonia slip in the flue gas. Part of this ammonia slip burns as a result, and part of it leaves the gas space via the chimney. In addition, there is also the risk that large amounts of unreacted ammonia will end up in the filter ash, which is undesirable due to the odor and toxicity. In any case, the input costs increase significantly due to the non-earmarked contribution of the input material not involved in the reaction.
  • the WO 93/19837 discloses a method for denitrifying the exhaust gases that are generated during the production of cement. After leaving the rotary kiln, an ammonia solution is added to the exhaust gas through nozzles located on the wall.
  • the WO 2014/114320 describes a method for treating exhaust gases containing nitrogen oxides from industrial processes, such as flue gases, to reduce the nitrogen oxide content by means of chemical reduction of the nitrogen oxides.
  • the reducing agent is injected into the reaction space through which the exhaust gases flow via nozzles arranged in the wall of the reaction space.
  • the EP 2 962 743 A1 discloses the introduction of reducing agent into a boiler.
  • the reducing agent is injected with the aid of lances into which one or more injectors for reducing agents are inserted.
  • Burnout air for example, is also supplied to the lances.
  • the reducing agent is injected into the lance and leaves the lance together with the burnout air through the nearest outlet openings of the lance into the flue gas.
  • the U.S. 5,342,592 discloses an injection lance having an outer tubular jacket 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, with an intermediate space being formed.
  • the reducing agent is passed through the inner tube and the propellant is passed through the space.
  • the reducing agent enters the flue gas flow directly from the inner pipe and via radial channels branching off from it and bridging the intermediate space.
  • the propellant meets the reducing agent at the outlet of these channels and enters the flue gas flow.
  • the U.S. 5,281,403 describes an injection lance system with an inner tube and an outer tube, which form a space through which the reducing agent is fed into a boiler.
  • the reducing agent is introduced into the inner tube, which is provided with a plurality of nozzles along the longitudinal direction of the inner tube.
  • a carrier gas is introduced into the cavity of the outer tube.
  • the nozzles of the inner tube inject the reactant into the flue gas through a correspondingly arranged outlet opening in the outer tube, the reactant being mixed at the same time with the carrier gas, which is directed into the cavity of the outer tube and also leaves the lance system through the said outlet opening.
  • the AT 515821 A1 discloses a lance system and method for injecting a liquid reactant into a flue gas stream.
  • a jacket tube through which cooling air flows, the central tube for the liquid reactant and a tube concentrically surrounding this for the atomizing medium are arranged.
  • At least the two inner tubes are cranked at the top.
  • lances were also used for this, such as, for example, two-substance nozzles spraying downwards through which an ammonia-water-air mixture is finely atomized in the direction of the flue gas flow.
  • the nozzle of such a conventional lance is surrounded by an annular gap through which a cone of enveloping air or curtain air is generated around the nozzle by means of a high overpressure, which is intended to protect the nozzles from caking from the cement raw meal flying past in the calciner.
  • the object of the present invention was therefore to provide lance systems, in particular for the injection of reagents for flue gas cleaning, such as with regard to NO x , and in particular in reaction spaces such as calciners, flue gas ducts, boilers or fireplaces, these reaction spaces being traversed by hot flue gases with a high dust load and the These hot smoke gases flow around lance systems, the lance systems allowing longer maintenance intervals and, in particular, maintenance and repair work can be carried out more quickly and with less effort.
  • reaction chambers through which combustion gases flow are preferably calciners or calcining reactors, flue gas ducts, boilers or combustion chambers of the reaction chamber protruding end of the lance system, beveled.
  • the “distal end” of the lance system is the end which protrudes into the interior of the reaction space.
  • the angle of the longitudinal axis of the nozzle to the longitudinal axis of the cladding tube is in a range from 25 to 65 °.
  • the angle of the longitudinal axis of the nozzle to the longitudinal axis of the cladding tube is preferably in the range from 30 to 60 °, more preferably in the range from 35 to 55 °, and particularly preferably around 45 °.
  • the end plate can be flat or concave or convex. If the end plate is arched, the plane of the end plate refers to the imaginary plane that is defined by the edge of the end plate.
  • the nozzle of the injection lance is arranged and aligned in relation to the inner opening of the end plate so that the nozzle sits in the inner opening of the end plate, a gap running completely around the nozzle remaining or being able to remain around the nozzle.
  • the "inner opening" of the end plate is an opening or a corresponding through hole arranged within the surface of the end plate. This opening or this through hole can be arranged essentially centered with respect to the surface of the end plate. Due to the arrangement of the end plate inclined to the longitudinal axis of the cladding tube, it has an oval shape.
  • the nozzle of the injection lance in the installed state passes at least partially through the inner opening of the closing plate, with a completely circumferential or uninterrupted gap particularly preferably remaining between the nozzle of the injection lance and the edge of the inner opening of the closing plate.
  • the nozzle of the injection lance protrudes through the internal opening of the closing plate in the installed state, preferably 2 to 10 mm and particularly preferably 4 to 8 mm through the internal opening of the closing plate.
  • a completely circumferential or uninterrupted gap remains between the nozzle of the injection lance and the edge of the inner opening of the closing plate.
  • the end plate of the cladding tube is dimensioned such that a completely circumferential or uninterrupted gap is provided between the edge of the end plate and the inner wall of the cladding tube.
  • two concentric enveloping air ring gaps are now provided around the nozzle instead of just one enveloping air ring gap, as was previously the case in the prior art.
  • the outer one The gap runs uninterruptedly around the inclined end plate and flushes the gap between the outer area of this plate and the inner area of the lance tube. If cement dust gets through this outer veil of the enveloping air despite the repellent outer enveloping air curtain, the cement dust is then finally prevented from reaching the nozzle itself and its liquid droplets by the inner enveloping air curtain that directly surrounds the nozzle.
  • the end plate of the jacket tube has further through holes or jacket air holes. These serve to keep the inclined end plate free of cement dust with enveloping air that flows out of the interior of the enveloping tube. 3 to 10 enveloping air holes, preferably 4 to 6, particularly preferably 5 enveloping air holes, are preferred around the inner opening of the end plate, ie in the installed state, around the nozzle or around the gap between the nozzle and the edge of the inner opening of the end plate are arranged.
  • the supply for the reducing agent is preferably designed as a two-substance nozzle, the reducing agent being introduced together with a propellant (preferably compressed air).
  • a propellant preferably compressed air
  • the injection lance has a central line for introducing the reducing agent (liquid reagent feed pipe), as well as an interspace between the central line and the inner wall of the injection lance, through which a propellant (compressed air) is passed separately from the reducing agent feed is to be mixed in the nozzle with the reducing agent and atomized this.
  • the injection lance has a liquid reagent feed pipe and a compressed air feed pipe, the liquid reagent feed pipe preferably running in the compressed air feed pipe.
  • the angled nozzle which is firmly connected to the supply tube for reagent and to the supply tube for compressed air, is automatically returned to its end position, ideally centrally in the inner opening, by means of lateral guide lugs or ramp-like bevelled rails when inserted into the cladding tube the end plate pushed in. Correct positioning is important because the gap between the nozzle and the edge of the inner opening should be approximately the same width all around.
  • the gap around the nozzle can also be provided somewhat wider in the axial direction, ie forwards and backwards along the insertion direction, since here the different temperature expansion between the outer jacket tube and the injection lance requires a certain amount of leeway.
  • Reaction spaces such as calciners, flue gas ducts or boilers or fireplaces, some of which have large cross-sections, must be supplied with appropriate reagents over the entire cross-section for optimal pollutant reduction.
  • reagents with nozzles arranged directly in the wall of these reaction spaces, as is usually done in the prior art, a far more effective flue gas cleaning effect can be achieved with the lance system according to the invention and thus a lower pollutant clean gas value with moderate use of reagents .
  • the reagents can now also be reached in the central areas of the cross-section of reaction spaces which previously could not be supplied with reagent.
  • a more stringent limit value e.g. ⁇ 200 or even ⁇ 150 NO x mg / Nm 3 dry, based on 6% O 2
  • the lance system according to the invention can also be used in dust-laden combustion gases, especially in calciners in cement works, because the invention provides measures for quick and easy dismantling and dismantling of the lance system for subsequent maintenance and cleaning, and preferably means to protect the nozzles from caking.
  • this supply for the enveloping air for the intermediate space is arranged in an outer section of the lance system, which is designed to supply the intermediate space between the injection lance and the enveloping tube with the enveloping air.
  • the cladding tube has an inner end (which protrudes into the reaction space) and an outer end, the outer end being in fluid communication with a supply for introducing the enveloping air into the intermediate space.
  • the enveloping air introduced via the space between the cladding tube and the injection lance of the lance system serves to cool the lance system and to avoid deposits on the nozzle.
  • the enveloping air is introduced into the enveloping tube in the outer section of the lance system and passed on into the space between the injection lance and the enveloping tube.
  • the enveloping air finally passes through the gap around the nozzle (or through the inner opening of the end plate of the cladding tube), through the gap between the outer edge of the end plate and the cladding tube and possibly through further through holes in the end plate to the outside, ie into the interior of the reaction chamber.
  • the enveloping air in the form of two enveloping air veils lying one inside the other surrounds the reducing agent / air mixture injected through the nozzle and finally meets the combustion gas.
  • the enveloping air or the enveloping air curtain also prevents caking on the nozzle or on the outlet openings by keeping away any moistened and agglomerated dust particles.
  • reagents such as nitrogen oxide reducing agents can be mixed into a combustion gas, distributed as uniformly as possible.
  • the lance system is designed to introduce reducing agents for the selective non-catalytic reduction of nitrogen oxides in combustion gases into the reaction spaces through which combustion gases flow.
  • the lance system has an inner section which is designed to be arranged within the reaction space, and an outer section designed to be arranged outside of the reaction space, wherein a quick release coupling is provided to connect the injection lance through the im Insert the outer section arranged opening of the cladding tube into the cladding tube and fasten by means of the quick release coupling.
  • the quick release coupling enables the injection lance to be installed and removed quickly and easily. With the quick release coupling, the connection between the two lance parts "cladding tube” and “injection lance” can be made quickly and also released again.
  • a flange with several screws was provided at this point, which, however, means a much higher effort for maintenance and repair work on the lance system.
  • the lance system is also preferably designed to remove combustion gases with a dust load of 1 g / Nm 3 to 1000 g / Nm 3 at a volume flow of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably from 30 g / Nm 3 to 1000 g / Nm 3 at a volume flow of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / Nm 3 to 1000 g / Nm 3 with a volume flow of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h.
  • the dust load of combustion gas streams in the combustion chamber of power plants is typically in the range from 1 g / Nm 3 to 10 g / Nm 3
  • the dust load in, for example, calcining reactors of cement works is in the range from 100 g / Nm 3 to 1000 g / Nm 3 .
  • the cladding tube has a round or circular cross section.
  • the diameter of the cladding tube decreases in the direction of the end protruding into the reaction space, i.e. in the direction of the inner (distal) end. This measure serves to maintain the speed of the mass flow in the space and to reduce the weight of the lance system. This measure is usually only necessary for longer lances.
  • the tapering of the cladding tube can take place continuously or in stages.
  • a protective hood is formed as an extension of the cladding tube, which partially surrounds the end plate and protrudes beyond the end plate.
  • the protective hood preferably extends over a distance along the circumference of 1/3 to 1 ⁇ 2 of the circumference of the cladding tube.
  • the protective hood is arranged on the side from which the flow of the combustion gases or the dust particles, in particular the cement dust particles, comes. This protective hood serves to ensure that the nozzle is not directly exposed to the combustion gases or the dust particles, in particular the cement dust particles.
  • the cladding tube is made of a highly heat-resistant, heat-resistant and scaling-resistant, sintered, oxide-dispersion-strengthened metallic material, i.e. from a steel or a superalloy.
  • At least one outer, highly wear-resistant coating is applied to the cladding tube by means of build-up welding.
  • the oxide dispersion strengthened (ODS: oxide dispersion strengthened) steel or such an alloy consists of a mixture of a powder of a high-temperature, heat-resistant alloy and a very finely ground powder of a high-melting ceramic, preferably yttrium oxide (Y 2 O 3 ), zirconium oxide ( ZrO 2 ) or hafnium oxide (HfO 2 ), particularly preferably yttrium oxide (Y 2 O 3 ).
  • These oxide-dispersion-strengthened materials therefore essentially consist of metallic base materials in which highly stable or inert oxides are embedded in finely distributed form. These inert particles do not change up to the melting point of the metallic matrix and are also insoluble in the melt.
  • the high-melting oxide prevents dislocations from migrating in the metallic material and therefore contributes to the high creep resistance, especially at high temperatures, for example of gases above 1,000 ° C up to 1,250 ° C.
  • Both components - the powder of a high-temperature, heat-resistant alloy and the very finely ground powder from a high-melting ceramic - are intimately mixed with one another during the manufacturing process, pressed and sintered at high temperatures, but without melting. The result is a material with a sufficiently high strength at very high temperatures.
  • the highly heat-resistant, heat-resistant and scaling-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% by weight Fe, 0.0 to 10.0% by weight Al, 10.0 to 25.0% by weight 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 consisting of Y, Zr, Hf, preferably Y.
  • the highly heat-resistant, heat-resistant and scaling-resistant, sintered, oxide-dispersion-strengthened superalloy contains 65.0 to 80.0% by weight Ni, 10.0 to 20.0% by weight Cr, 0.5 to 10.0% by weight Al, up to 0.1% by weight C, up to 0.5% by weight Ti and up to 1.5% by weight oxides of one or more elements selected from the group Y, Zr, Hf, preferably Y.
  • the high temperature, heat and scale resistant, sintered, oxide dispersion strengthened superalloy contains 55.0 to 70.0 wt.% Ni, 18.0 to 25.0 wt.% Cr, 6.0 to 12.0% by weight Mo, 3.0 to 6.0% by weight Fe, 2.5 to 4.5% by weight Nb / Cb, up to 0.1% by weight C, up to 0, 5 wt% Al, up to 0.5 wt% Ti and up to 1.5 wt% 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 preferably designed to be highly resistant to erosion. This is achieved by an outer coating.
  • the outer, highly wear-resistant coating which is applied to the cladding tube comprises (i) hard particles, the hard particles comprising at least one of carbides, nitrides, borides, silicides and oxides and solid solutions thereof, and (ii ) a binding agent that binds the hard particles together.
  • the hard particles can 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 can be present as single or mixed carbides and / or as sintered cemented carbides.
  • the outer, highly wear-resistant coating which is applied to the cladding tube, has 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 Heat-resistant alloy of iron, chromium and nickel with a proportion of cobalt.
  • the hard particles preferably contain carbides of titanium, chromium, zirconium, hafnium, tantalum, molybdenum, niobium and tungsten or solid solutions thereof, the binder being selected from the group consisting of cobalt, nickel, iron, preferably cobalt, and a heat-resistant alloy Iron, chromium and nickel with a proportion of cobalt.
  • the carbides are more preferably tungsten carbide and optionally molybdenum carbide or solid solutions thereof, and the binder is cobalt or a heat-resistant alloy of iron, chromium and nickel with a proportion of cobalt.
  • a particularly suitable and preferred highly wear-resistant coating or armouring contains or consists of tungsten carbide and optionally molybdenum carbide in a binder or a matrix essentially consisting of cobalt or a heat-resistant alloy of iron, chromium and nickel with a proportion of cobalt.
  • the coating comprises 40.0 to 50.0% by weight of tungsten carbide and 40.0 to 60.0% by weight of at least one of iron, cobalt and nickel, particularly preferably cobalt or a heat-resistant alloy of iron , Chrome and nickel with a proportion of cobalt.
  • the outer, highly wear-resistant coating or armoring is applied by surfacing 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 on.
  • the highly heat-resistant, heat-resistant and scaling-resistant, sintered, oxide-dispersion-strengthened metallic material has very good properties for the construction of a cantilevered lance that protrudes into rooms through which hot gases flow.
  • the cladding tube of the lance system made from this metallic material represents thus the required strength properties and ensures that the self-supporting lance does not permanently bend or even tear off even with a length of, for example, 5 m in the course of time due to its own weight and the attacking flow forces.
  • this cladding tube is cooled by the enveloping air flowing continuously inside and does not even come close to the temperature of the surrounding flue gas. However, if this cooling enveloping air fails, e.g.
  • the enveloping tube is at the original flue gas temperature at the point where the lance system injects reagents from, for example 850 to 1,000 ° C for a period of at least a few days and is therefore not damaged.
  • the present invention further provides a reaction space which is designed to have combustion gases flowing through it, the reaction space containing at least one lance system as described above according to the invention.
  • the inner section of the lance system is arranged inside the reaction space and the outer section of the lance system is arranged outside the reaction space.
  • reaction spaces such as calciners, flue gas ducts or boilers or fireplaces, some of which have large cross-sections, can be acted upon with appropriate reagents over the entire cross-section.
  • the reagents required to reduce pollutants can now also reach the central areas of the cross-section of these reaction chambers, as well as being injected into combustion gases that are dust-laden and, in some cases, flowing at high speeds and have a temperature of about 1,000 ° C.
  • reaction spaces can now be equipped with lance systems that can be quickly and easily dismantled and dismantled and reassembled and reassembled, thus enabling faster and easier maintenance and cleaning of the individual parts (injection lance and cladding tube).
  • preferred measures ensure that the nozzles are protected from caking.
  • the lance system projects self-supporting into the interior of the reaction space, this self-supporting section of the lance system projecting into the interior of the reaction space preferably having a length of 15% to 50%, preferably 20% to 40% of the diameter of the interior of the reaction chamber.
  • the interior of the reaction space is defined as the inner free space of the reaction space, i.e. within any linings on the inner wall of the reaction space.
  • the lance system projects self-supporting into the interior of the reaction space, this self-supporting section of the lance system projecting into the interior of the reaction space preferably having 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 particularly preferably a length of at least 4.0 m. It is also preferred that a length of 5.0 m is not exceeded.
  • the reaction space is a calciner of a cement works, which is designed to allow the combustion gas, which is fed directly or indirectly from a rotary kiln, to flow through the calciner and to convey raw meal in the opposite direction through the calciner for calcination in the direction of the rotary kiln.
  • the cement clinker is then produced in the rotary kiln.
  • the lance systems can be arranged horizontally or vertically in the boiler depending on the type of calciner or calcining reactor.
  • the lances are preferably arranged horizontally since the flow through the calciner is usually perpendicular.
  • the reagent or the reducing agent for NO x is introduced via the injection lance and reaches the reaction chamber via the nozzles of the injection lance.
  • Farther enveloping air is also supplied via the lance system in that it is passed directly into the enveloping tube, ie into the space between the injection lance and the enveloping tube.
  • the reagent or the reducing agent is injected from the nozzle through the outlet opening (internal opening) in the end plate of the cladding tube directly into the combustion gas flow, the reducing agent also being surrounded by enveloping air, which is drawn from the space between the injection lance and the cladding tube through the inside opening of the closing plate and flows into the combustion gas stream through the gap between the edge of the end plate and the inside of the cladding tube.
  • the calciner or calcining reactor has at least one separate fuel supply and at least one separate combustion air supply.
  • the reaction space is a boiler or a furnace, in particular of power plants and systems for steam generation and waste incineration systems, which furthermore contains at least one supply for fuel and at least one supply for combustion air.
  • the boiler contains, in addition to at least one feed for fuel, at least one feed 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 arranged inside the vessel and the outer portion of the lance system is arranged outside the vessel.
  • the inner section of the at least one lance system protrudes into the interior of the vessel in a self-supporting manner and preferably has a length of 15% to 50%, preferably 20% to 40% of the diameter of the interior of the reaction space.
  • the inner section of the at least one lance system protrudes into the interior of the tank in a self-supporting 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 , even more preferably has a length of at least 3.0 m, and particularly preferably a length of at least 4.0 m. It is also preferred that a length of 5.0 m is not exceeded.
  • the feed for the reagent or the reducing agent and the feed for the introduction of the air (enveloping air) into the space between the injection lance and the enveloping tube are advantageously arranged outside the reaction space (calciner, boiler, furnace, flue gas duct). Furthermore, a supply for a propellant (compressed air) is preferably arranged in order to atomize the reagent or the reducing agent at the nozzle.
  • the arrangement of the lance system according to the invention in the reaction space 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 according to the selective non-catalytic process is in the range from 850 ° C to 1,000 ° C.
  • the alignment of the lance systems in the reaction space can be horizontal or vertical.
  • one or more lance systems according to the invention can be arranged.
  • a plurality of lance systems are particularly preferably arranged distributed uniformly over the inner cross-section of the reaction space so that each area of the combustion gas flow is reached with the reagent or reducing agent. By arranging several lances, a uniform distribution of the reagent or reducing agent is achieved.
  • the lance systems can also be arranged one above the other in one or more horizontal planes, in particular when the lance systems are aligned horizontally.
  • reaction space In a particularly preferred embodiment of the reaction space, several lance systems are arranged parallel to one another.
  • the lance systems can be arranged horizontally or vertically in the reaction space.
  • the nozzle which is inclined to the longitudinal axis of the cladding tube as described above, is aligned in the flow direction of the combustion gas flow.
  • a lateral enveloping air supply connection is also arranged in order to be able to blow the intermediate gap between the enveloping tube and the wall of the reaction chamber by means of the enveloping air, and in this way to prevent the cladding tube from sticking due to penetrated dust if the dew point is possibly below the dew point avoid.
  • the technical problem is also achieved by a method for injecting reagents in the form of fluids into combustion gases within a reaction space through which these combustion gases flow, the reagents being injected into combustion gases as described above by means of at least one lance system, which flow through the reaction space.
  • reaction spaces such as calciners, flue gas ducts or boilers or fireplaces, some of which have large cross-sections
  • the reagents required to reduce pollutants can also reach the central areas of the cross-section of these reaction spaces and these reagents can also be injected into dust-laden combustion gases, some of which are flowing at high speeds and have a temperature of around 1,000 ° C.
  • the lance construction according to the invention and the special alignment of the nozzle to the longitudinal axis of the cladding tube easier installation and removal of the injection lance is now made possible, the cladding tube remaining in place in the reaction space. In this way, maintenance work and repairs are made much easier.
  • two concentric enveloping air ring gaps are preferably provided around the nozzle.
  • the outer gap runs around the inclined end plate without interruption and flushes the gap between the outer area of this plate and the inner area of the lance tube.
  • Another inner air curtain created by the gap directly surrounding the nozzle prevents cement dust from reaching the nozzle itself and its liquid droplets.
  • Enveloping air can be passed from the cladding tube into the combustion gas via further through holes of the cladding tube, which are preferably arranged in the end plate, and the inclined end plate can thereby be kept free of cement dust.
  • a method is particularly preferred in which the combustion gases use the lance system (s) with a dust load of 1 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 at a volume flow of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, preferably 30 g / Nm 3 up to 1000 g / Nm 3 with a volume flow of 10,000 to 2,000,000 m 3 / h, more preferably from 100 g / Nm 3 to 1000 g / Nm 3 with a volume flow of 10,000 to 2,000,000 m 3 / flow around h.
  • the combustion gases flow around the lance system at a temperature in the range from 850 ° C to 1,000 ° 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 or calcining reactor of a cement works, which is passed directly or indirectly from a rotary kiln and flows through the calciner, with raw meal being conveyed in the opposite direction through the calciner for calcination in the direction of the rotary kiln will.
  • the cement clinker is then produced in the rotary kiln.
  • further combustion gas is produced in the calciner by burning a fuel.
  • the reducing agent is introduced into the reaction space via one or more lance systems, preferably in a calciner or calcining reactor of a cement plant, in a boiler or furnace of a power plant or a system for generating steam, or in a flue gas duct, the reducing agent in via the injection lance of the respective lance system is fed, then the reducing agent is fed out of the injection lance via the nozzle directly through the inner opening of the end plate of the cladding tube to the outside.
  • compressed air for atomizing the reducing agent is fed separately into the nozzle via the injection lance.
  • air is fed into the space between the injection lance and the cladding tube (enveloping air), with the enveloping air emerging from the cladding tube through the opening (or through the gap directly surrounding the nozzle) and through the gap between the end plate and the cladding tube and the Injected reactant surrounds and finally meets the combustion gases in the reaction chamber.
  • a nitrogen-containing compound is used as the reducing agent for reducing nitrogen oxides, selected from the group consisting of urea, ammonia, cyanuric acid, hydrazine, ethanolamine, biuret, triuret, ammelide, ammonium salts of organic and inorganic acids (for example ammonium acetate, ammonium sulfate, ammonium bisulfate, ammonium bisulfite, Ammonium formate, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, ammonium nitrate, ammonium oxalate), preferably urea or ammonia.
  • the reducing agent is preferably fed in an aqueous solution (e.g. ammonia water, or urea dissolved in water) or in gaseous form (ammonia) into the lance system, in particular into the injection lance, preferably into the liquid reagent feed pipe.
  • the reducing agent is mixed on or in the nozzle of the injection lance with separately supplied compressed air for atomization.
  • the reagent or the reducing agent meets combustion gas with a temperature in the range from 850 ° C. to 1,000 ° C. when it emerges from the jacket tube of the lance system.
  • the Figure 1 shows a schematic longitudinal section through the lance system 1 according to the invention.
  • the lance system is used to introduce reagents into reaction spaces 2 through which combustion gases 3 flow, such as calciners in cement works.
  • the lance system 1 shown in the figure comprises a cladding tube 6 which contains an injection lance 7 with a nozzle 8 on the inside.
  • the injection lance 7 has a feed pipe for a liquid reagent 19 and a feed pipe for compressed air 18.
  • the liquid reagent supply pipe 19 lies within the compressed air supply pipe 18.
  • the cladding tube 6 has an end plate 9 which delimits the interior of the cladding tube 6 towards the outside.
  • the end plate 9 has an internal opening into which the nozzle 8 of the injection lance 7 is inserted in such a way that a circumferential gap 11 remains between the nozzle 8 and the edge of the internal opening of the end plate 9.
  • the plane of the end plate 9 is inclined to the longitudinal axis of the cladding tube 6 so that the injection lance 7 with the nozzle 8 can be pulled out of the cladding tube 6 without the likewise inclined nozzle 8 getting stuck in the opening of the end plate 9.
  • the longitudinal axis of the nozzle 8 is inclined at an angle of 45 ° to the longitudinal axis of the cladding tube and the plane of the end plate 9 is also inclined at an angle of 45 ° to the longitudinal axis of the cladding tube.
  • the longitudinal axis of the nozzle 8 comes to lie at an angle of 90 ° to the plane of the end plate 9.
  • the construction according to the invention allows the nozzle 8 or the nozzle head to protrude a little, for example 6 to 8 mm, beyond the end plate 9 in the direction of the reaction chamber 2, which is the case with a 90 ° deflection of the nozzle 8 to the longitudinal axis of the Cladding tube 6 would not be possible.
  • This offers the advantage that the risk of caking due to liquid droplets spraying directly from the nozzle onto the surrounding protective hood 22 is greatly reduced.
  • a completely circumferential or uninterrupted gap 12 is also provided between the edge of the end plate 9 and the inner wall of the cladding tube 6.
  • the end plate 9 is attached to the cladding tube 6 with the aid of fastenings 10 attached inside the cladding tube 6.
  • These fastenings 10 are attached to the inside of the end plate 9 and in particular at a distance from the edge of the end plate 9 as well as on the inside of the cladding tube that a completely circumferential or uninterrupted gap 12 remains between the edge of the end plate 9 and the inner wall of the cladding tube 6 , through which the enveloping air can flow to the outside without hindrance.
  • the lance system 1 shown in the figure has two concentric enveloping air ring gaps around the nozzle 8.
  • the outer gap 12 runs without interruption around the edge of the inclined end plate 9.
  • the Enveloping air exiting through this gap 12 clears the gap between the outer area of the end plate 9 and the inner area of the cladding tube 6.
  • there is a further inner enveloping air curtain which is generated by the gap 11 which directly surrounds the nozzle 8.
  • the two enveloping air curtains prevent cement dust from reaching the nozzle 8 itself and its liquid droplets.
  • the figure shows one of several further through holes 13 in the end plate 9, which serve to keep the inclined end plate 9 free of cement dust with the air flowing out of the jacket tube 6.
  • These additional through holes 13 or enveloping air holes are arranged around the inner opening 11 of the end plate 9, ie around the gap between the nozzle 8 and thus also around the edge of the inner opening of the end plate 9.
  • the figure also shows guide lugs 14 which are attached to the injection lance 7 and rails 15 which are beveled in the manner of a ramp and which are arranged on the inner wall of the cladding tube 6.
  • guide lugs 14 engage in the rails 15, so that the injection lance 7 is correctly aligned and detachably fixed within the cladding tube 6.
  • the guide lugs 14 and ramp-like beveled rails 15 are constructed and arranged in such a way that when the injection lance 7 is pushed in, the nozzle 8 comes to rest in the opening of the end plate 9 so that a gap 11 remains around the nozzle 8 and the axis of the nozzle 8 is essentially perpendicular to the plane of the end plate 9.
  • the one in the Figure 1 The embodiment shown of the lance system 1 has an inner section 4, which is arranged inside the reaction space 2, and an outer section 5, which is arranged outside the reaction space.
  • the injection lance 7 is inserted through the outer end of the cladding tube 6 arranged in the outer section 5 into the cladding tube 6 and fastened by means of a quick-release coupling 21.
  • the quick release coupling 21 is used to be able to install and remove the injection lance 7 easily and quickly.
  • the embodiment shown is in the outer section 5, the supply for enveloping air 17, the enveloping air in the space 16 between the injection lance 7 and the cladding tube 6, the supply for compressed air 23 and the supply for the liquid reagent 24 are arranged.
  • Figure 2 shows a detailed area of the nozzle 8 and the end plate 9 in longitudinal section.
  • the end of the cladding tube 6 which projects into the reaction space has an end plate 9. This delimits the interior 16 of the cladding tube 6 to the outside.
  • An internal opening is arranged in the middle area of the end plate 9.
  • the nozzle 8 of the injection lance 7 is inserted into this opening in such a way that a complete circumferential gap 11 remains between the nozzle 8 and the edge of the inner opening of the closing plate 9. Enveloping air passes through this gap 11 from the interior 16 of the cladding tube into the reaction space. In this way, an enveloping air curtain is generated which (completely) encloses the nozzle 8 and the fluid injected by this nozzle.
  • the detailed view shows that the plane of the end plate 9 is inclined to the longitudinal axis of the cladding tube 6.
  • the longitudinal axis of the nozzle 8 is inclined at an angle of 45 ° to the longitudinal axis of the cladding tube 6 in the direction of the end plate 9.
  • the view also shows the possibility that the nozzle 8 or the nozzle head can protrude somewhat beyond the closing plate 9 in the direction of the reaction space 2. This would not be possible with a lance with a 90 ° deflection of the nozzle head 8 in relation to the longitudinal direction of the cladding tube 6.
  • the figure also shows the gap 12 which is provided between the edge of the end plate 9 and the inner wall of the cladding tube 6 all around the end plate 9.
  • the end plate 9 is fastened to the inside of the cladding tube 6 with fastenings 10.
  • the fastenings 10 are on the one hand on the inside of the end plate 9 at a distance from the edge of the end plate 9 and attached to the inside of the cladding tube, so that a completely circumferential or uninterrupted gap 12 remains between the edge of the end plate 9 and the inner wall of the cladding tube 6, through which the enveloping air can flow to the outside without hindrance.
  • the figure also shows one of several further through holes 13 in the end plate 9.
  • These through holes 13 serve to keep the inclined end plate 9 and the nozzle 8 and surrounding areas free of cement dust with the aid of the enveloping air flowing out of the cladding tube 6.
  • These additional through holes 13 or enveloping air holes are arranged around the inner opening of the end plate 9, i.e. around the gap between the nozzle 8 and thus also around the edge of the inner opening of the end plate 9.
  • Figures 3 and 4 show a view of the end plate 9.
  • Figure 4 shows the same view as a longitudinal section.
  • the end of the cladding tube 6 protruding into the reaction space has, as explained above, an end plate 9 which delimits the interior 16 of the cladding tube 6 towards the outside.
  • An internal opening is arranged in the middle area of the end plate 9.
  • the nozzle 8 of the injection lance 7 is inserted into this opening in such a way that a complete circumferential gap 11 remains between the nozzle and the edge of the inner opening of the closing plate 9.
  • a gap 12 is arranged which runs completely around the end plate 9 between the edge of the end plate 9 and the inner wall of the cladding tube 6.
  • five through holes 13 are also provided in the end plate 9, which are arranged around the inner opening of the end plate 9 and thus around the nozzle 8.
  • a protective hood 22 is designed as an extension of the cladding tube 6, which is arranged on the side from which the flow of combustion gases or the flow of cement dust particles comes. This protective hood 22 serves to ensure that the nozzle 8 and surrounding areas are not directly exposed to the combustion gases or the cement dust particles.
  • the guide inside the cladding tube 6 is also shown in longitudinal section in order to correctly position the end of the injection lance 7 and in particular the nozzle 8 so that the nozzle 8 comes to rest in the inner opening of the end plate 9 and a gap 11 around the nozzle 8 remains.
  • the figure shows one of the guide lugs 14 arranged on the injection lance 7, which when the injection lance 7 is pushed into the cladding tube 6 into the rail 15 (see also FIG Figures 1 and 3 ) intervenes.
  • further ramp-like beveled rails 15 at the end of the cladding tube 6 are shown in the figure, which serve for the exact positioning of the nozzle 8.
  • corresponding guide lugs 14 or spacers 14 are also arranged in the area of the nozzle 8, which, when installed, are in contact with the ramp-like beveled rails.
  • the rails 15, guide lugs 14 and spacers 14 are constructed and arranged in such a way that when the injection lance 7 is pushed in, the nozzle 8 comes to rest in the opening of the end plate 9 in such a way that a gap 11 remains around the nozzle 8 and the axis of the The nozzle 8 is essentially perpendicular to the plane of the end plate 9.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein zerlegbares Lanzensystem, einen Reaktionsraum enthaltend das Lanzensystem und ein Verfahren zur Verringerung der Konzentration von Schadstoffen in Verbrennungsgasen.
    • Technisches Gebiet
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
    • Anwendung SNCR als Sekundärmaßnahme zur Stickoxidreduktion
  • 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.
  • 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

  • Der optimale Temperaturbereich zum Ablauf der beschriebenen Reaktionen liegt abhängig von der Rauchgaszusammensetzung zwischen 850 und 1.000 °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.
  • In Zementwerken wird Zement in einem kontinuierlichen Prozess nach dem Trockenverfahren in Drehrohröfen hergestellt. Dabei werden die Rohmaterialien wie Kalkstein, Ton, Sand, aber auch oft Reststoffe, wie "Fluff" oder "Bram", 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.
  • Im Drehrohrofen bilden sich bei den hohen Temperaturen der Brennflamme in erheblicher Menge Stickoxide, die aus den Abgasen entfernt werden müssen.
  • 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 850 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 Bildung von Ablagerungen oder einer Erosionsbelastung ausgesetzt wären.
  • 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 je nach Anwendung auf unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen (z.B. bezogen auf 10% O2 bei Zementwerken und bezogen auf 6% O2 bei Kohlekraftwerken) 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 und der Giftigkeit unerwünscht ist. In jedem Fall steigen die Einsatzkosten aufgrund des nicht zweckgebundenen Beitrages des nicht an der Reaktion beteiligten Einsatzstoffes deutlich an.
  • So beschreibt die deutsche Patentanmeldung DE 43 13 479 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 katalytisch aktiven Substanzen in Kontakt gebracht wird. Die Injektionsdüse für das Ammoniak wird in dem Dokument nicht näher beschrieben.
  • 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 wandständige Düsen zugegeben.
  • 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.
  • 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. Den Lanzen wird zudem beispielsweise Ausbrandluft zugeführt. Das Reduktionsmittel wird in die Lanze eingedüst und verlässt die Lanze zusammen mit der Ausbrandluft durch die nächstgelegenen Austrittsöffnungen der Lanze in das Rauchgas.
  • 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 radiale Kanäle direkt in den Rauchgasstrom. Das Treibmittel trifft am Austritt dieser Kanäle mit dem Reduktionsmittel zusammen und gelangt in den Rauchgasstrom.
  • Die US 5,281,403 beschreibt ein Injektionslanzensystem mit einem Innenrohr und einem Außenrohr, die einen Zwischenraum bilden, durch die das Reduktionsmittel in einen Kessel geführt wird. Das Reduktionsmittel wird in das innere Rohr eingeführt, das mit einer Vielzahl von Düsen entlang der Längsausrichtung des inneren Rohrs versehen ist. In den Hohlraum des Außenrohrs wird ein Trägergas eingeführt. Die Düsen des inneren Rohrs düsen durch eine jeweils entsprechend angeordnete Austrittsöffnung in dem Außenrohr das Reaktionsmittel in das Rauchgas ein, wobei das Reaktionsmittel gleichzeitig mit dem Trägergas vermischt wird, welches in den Hohlraum des Außenrohrs geleitet wird und das Lanzensystem ebenfalls durch die genannte Austrittsöffnung verlässt.
  • Die AT 515821 A1 offenbart ein Lanzensystem und Verfahren zum Eindüsen einer Flüssigreaganz in einen Rauchgasstrom. In einem Hüllrohr, welches mit Kühlluft durchströmt ist, ist das zentrale Rohr für die Flüssigreaganz und ein dieses konzentrisch umgebende Rohr für Zerstäubungsmedium angeordnet. An der Spitze sind zumindest die beiden inneren Rohre gekröpft.
  • Wie oben erläutert, waren im Stand der Technik verschiedene Einrichtungen zur Eindüsung von Reagenzien zur Verringerung der NOx-Konzentration in Kalzinatoren von Zementwerken bereits bekannt. Neben den beschriebenen Wanddüsen wurden hierfür auch Lanzen verwendet, wie z.B. nach unten sprühende Zweistoffdüsen, durch die ein Ammoniakwasser-Luftgemisch in Rauchgasströmungsrichtung fein zerstäubt eingedüst wird. Die Düse einer solchen herkömmlichen Lanze ist von einem Ringspalt umgeben, durch den mittels eines hohen Überdrucks ein Hüll- oder Schleierluftkegel um die Düse herum erzeugt wird, die die Düsen vor Anbackungen durch das vorbeifliegende Zement-Rohmehl im Kalzinator schützen soll.
  • Diese Düsen des Standes der Technik erwiesen sich im Realbetrieb eines Zementwerkes jedoch als wenig geeignet, weshalb das Umfeld um die Düsen und auch die Düsen selbst schon nach kurzer Betriebszeit von lediglich einigen Stunden von dicken Krusten und Anbackungen aus Rohmehl bedeckt waren. Der Grund für dieses schnelle Anwachsen stabiler Verkrustungen liegt zum einen in dem außergewöhnlich hohen Staubgehalt im Kalzinator-Gasvolumenstrom von ca. 900 g/Nm3 begründet und zum anderen in der Tatsache, dass dieser Staub (d.h. das Zementrohmehl) naturbedingt die Eigenschaft besitzen muss, miteinander und auf Wandungen gut kleben zu bleiben. So kann mit den herkömmlichen Düsen bzw. Lanzensystemen ein gleichmäßiges Sprühbild in alle Raumrichtungen schon nach einigen Stunden Einsatzbetrieb nicht mehr aufrechterhalten werden. Weiterhin kommt eine so häufige Reinigung der Düsen, wie hierfür nötig wäre, für den Betrieb eines Zementwerkes nicht in Betracht. Daher war es wünschenswert, Eindüslanzen und Systeme bereitzustellen, die höchstens einmal pro Woche oder weniger oft gereinigt werden müssen.
  • Ein weiteres Problem der Eindüslanzen gemäß des Standes der Technik war es, dass auf dem innerhalb des Reaktonsraumes bzw. des Kalzinators angeordneten Abschnitt der Eindüslanze schon nach kurzer Zeit des Betriebs dicke und gut anhaftenden Anbackungen von Rohmehl auftreten, so dass sich die kompletten Lanzen nur äußerst mühsam und unter großem Kraftaufwand komplett wieder herausziehen lassen. Daher sind Wartungs- und Reparaturarbeiten an solchen herkömmlichen Lanzen sehr mühsam und zeit- bzw. kostenaufwändig.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher Lanzensysteme bereitzustellen, insbesondere zur Eindüsung von Reagenzien zur Rauchgasreinigung, wie etwa hinsichtlich NOx, und insbesondere in Reaktionsräumen wie Kalzinatoren, Rauchgaskanälen, Kesseln bzw. Feuerräumen, wobei diese Reaktionsräume von heißen Rauchgasen mit hoher Staubbeladung durchströmt und die Lanzensysteme von diesen heißen Rauchgasen umströmt werden, wobei die Lanzensysteme größere Wartungsintervalle ermöglichen und insbesondere Wartungs- und Reparaturarbeiten schneller und unter geringerem Aufwand durchgeführt werden können.
  • Die technische Aufgabe wird gelöst durch ein Lanzensystem zur Einbringung von Reagenzien mittels Düse in von Verbrennungsgasen durchströmte Reaktionsräume, wobei das Lanzensystem umfasst:
    • ein Hüllrohr, das konfiguriert ist mindestens zum Teil innerhalb des Reaktionsraumes angeordnet zu werden;
    • eine Eindüslanze mit einem Zuführrohr für ein Flüssigreagenz, ggf. einem Zuführrohr für Druckluft, und mit der Düse zum Eindüsen des Reagenz, wobei die Eindüslanze in das Hüllrohr eingeschoben werden kann;
    wobei erfindungsgemäß
    das Hüllrohr an seinem distalen Ende eine Abschlussplatte aufweist, die den Innenraum des Hüllrohrs nach außen hin begrenzt, wobei die Abschlussplatte eine innenliegende Öffnung zur Anordnung der Düse aufweist und die Ebene der Abschlussplatte des Hüllrohrs in einem Winkel von 25 bis 65° zur Längsachse des Hüllrohrs angeordnet ist,
    die Längsachse der Düse der Eindüslanze im eingebauten Zustand in einem Winkel von 25 bis 65° zur Längsachse des Hüllrohrs abgewinkelt ist und zur Abschlussplatte hin geneigt ist; und
    die Düse der Eindüslanze im Verhältnis zur innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte so angeordnet und ausgerichtet ist, so dass die Düse das Reagenz durch die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte hindurch eindüsen kann.
  • Wie oben erwähnt, werden zur Verringerung der Schadstoffbelastung Reagenzien insbesondere 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. Gemäß der Erfindung ist nun der Einstrahlwinkel der Düse, die sich am distalen Ende bzw. am Lanzenkopf befindet, d.h. an dem in das von Verbrennungsgasen durchströmte Innere des Reaktionsraums hineinragenden Ende des Lanzensystems, abgeschrägt. Das "distale Ende" des Lanzensystems ist dabei das Ende, welches in das Innere des Reaktionsraumes hineinragt.
  • Gemäß der Erfindung liegt der Winkel der Längsachse der Düse zu Längsachse des Hüllrohrs in einem Bereich von 25 bis 65°. Die Definition, wonach die Längsachse der Düse der Eindüslanze im eingebauten Zustand in einem Winkel von 25 bis 65° zur Längsachse des Hüllrohrs abgewinkelt ist und zur Abschlussplatte hin geneigt ist, bedeutet, dass die Längsachse der Düse in einem Winkel von 90°+/-10° zur Ebene der Abschlussplatte liegt. Der Winkel der Längsachse der Düse zur Längsachse des Hüllrohrs liegt vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60°, weiter bevorzugt im Bereich von 35 bis 55°, und besonders bevorzugt um 45°.
  • Die Abschlussplatte kann flach oder konkav oder konvex gewölbt sein. Ist die Abschlussplatte gewölbt, bezieht sich die Ebene der Abschlussplatte auf die gedachte Ebene, die durch den Rand der Abschlussplatte definiert wird.
  • Gemäß der Erfindung ist die Düse der Eindüslanze im Verhältnis zur innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte so angeordnet und ausgerichtet, so dass die Düse in der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte sitzt, wobei ein vollständig um die Düse herum verlaufender Spalt um die Düse verbleibt oder verbleiben kann. Die "innenliegende Öffnung" der Abschlussplatte ist eine innerhalb der Fläche der Abschlussplatte angeordnete Öffnung bzw. ein entsprechendes Durchgangsloch. Diese Öffnung oder dieses Durchgangsloch kann bezogen auf die Fläche der Abschlussplatte im Wesentlichen zentriert angeordnet sein. Aufgrund der zur Längsachse des Hüllrohrs geneigten Anordnung der Abschlussplatte weist diese eine ovale Form auf. In einer bevorzugten Ausführungsform tritt die Düse der Eindüslanze im eingebauten Zustand mindestens teilweise durch die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte hindurch, wobei insbesondere bevorzugt ein vollständig umlaufender bzw. unterbrechungsloser Spalt zwischen der Düse der Eindüslanze und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte verbleibt.
  • Die erfindungsgemäße Einstellung des Winkels der Längsachse der Düse zur Längsachse des Hüllrohrs, im Vergleich zu einem rechten Winkel, erlaubt im Zusammenspiel mit der ebenfalls geneigten Abschlussplatte, dass die Eindüslanze durch das Hüllrohr hindurch, welches an Ort und Stelle im Reaktionsraum verbleibt, zurückgezogen werden kann. Auf diese Weise wird zudem ermöglicht, dass die Düse bzw. der Düsenkopf ein Stück, vorzugsweise 6 bis 8 mm, über die Abschlussplatte hinaus in Richtung des Reaktionsraumes hervorstehen kann, was bei einer 90°-Umlenkung nicht möglich wäre. Dies bietet den Vorteil, dass die Gefahr von Anbackungen durch direkt von der Düse auf die die Düse umgebenden Teile des Hüllrohrs spritzende Flüssigkeitströpfchen stark vermindert wird. Daher ist weiterhin ist bevorzugt, dass die Düse der Eindüslanze im eingebauten Zustand durch die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte hindurch ragt, vorzugsweise 2 bis 10 mm und besonders bevorzugt 4 bis 8 mm durch die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte hindurch ragt. Eine Ausrichtung der Düse entlang der Längsachse des Hüllrohrs (Winkel 0°) entsprechend den Wanddüsen des Standes der Technik hat dagegen den Nachteil der geringeren Abdeckung des Querschnittes des Reaktionsraumes mit Reagenz.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verbleibt im eingebauten Zustand ein vollständig umlaufender bzw. unterbrechungsloser Spalt zwischen der Düse der Eindüslanze und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abschlussplatte des Hüllrohrs so dimensioniert, dass ein vollständig umlaufender bzw. unterbrechungsloser Spalt zwischen dem Rand der Abschlussplatte und der Innenwand des Hüllrohrs vorgesehen ist.
  • In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform verbleibt im eingebauten Zustand ein vollständig umlaufender bzw. unterbrechungsloser Spalt zwischen der Düse der Eindüslanze und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte, sowie ein vollständig umlaufender bzw. unterbrechungsloser Spalt zwischen dem Rand der Abschlussplatte und der Innenwand des Hüllrohrs. Gemäß dieser Ausführungsform wird im Betrieb erreicht, dass die durch die beiden Spalten aus dem Hüllrohr austretende Hüllluft in Form von zwei ineinander liegenden Hüllluftschleiern das durch die Düse eingedüste Reduktionsmittel-/Luftgemisch umgibt.
  • Mit diesen Maßnahmen sind gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nun zwei konzentrische Hüllluftringspalte um die Düse herum vorgesehen statt wie zuvor im Stand der Technik nur ein Hüllluftringspalt. Der äußere Spalt verläuft unterbrechungslos rings um die schräge Abschlussplatte herum und spült den Spalt zwischen dem Außenbereich dieser Platte und dem inneren Bereich des Lanzenrohres frei. Gelangt Zementstaub trotz des abweisenden äußeren Hüllluftschleiers durch diesen äußeren Schleier der Hüllluft hindurch, so wird der Zementstaub dann doch schließlich vom inneren Hüllluftschleier, der die Düse direkt umgibt, davon abgehalten, direkt an die Düse selbst und ihre Flüssigkeitströpfchen zu gelangen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Lanzensystems weist die Abschlussplatte des Hüllrohrs weitere Durchgangslöcher oder Hüllluftlöcher auf. Diese dienen dazu, die schräge Abschlussplatte mit Hüllluft, die aus dem Inneren des Hüllrohrs strömt, von Zementstaub freizuhalten. Bevorzugt sind 3 bis 10 Hüllluftlöcher, vorzugsweise 4 bis 6, besonders bevorzugt 5 Hüllluftlöcher, die um die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte, d.h. im eingebauten Zustand, um die Düse bzw. um den Spalt zwischen der Düse und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte herum angeordnet sind.
  • Daher weist in einer weiteren Ausführungsform das Lanzensystem einen Zwischenraum auf, der zwischen der äußeren Wand der Eindüslanze und der inneren Wand des Hüllrohrs ausgebildet ist, wobei der Zwischenraum mindestens über folgende Austrittsöffnungen mit der Außenseite in fluider Kommunikation steht:
    • über den Spalt zwischen der Düse der Eindüslanze und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte des Hüllrohrs;
    • über den Spalt zwischen dem Rand der Abschlussplatte und der Innenwand des Hüllrohrs;
    • über ggf. weitere vorhandene Durchgangslöcher in der Abschlussplatte.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass das Lanzensystem so konstruiert ist, dass
    • die Eindüslanze mittels an der inneren Wand des Hüllrohrs angeordneten rampenartig abgeschrägten Schienen, in die seitlich an der Eindüslanze angeordnete Führungsnasen eingreifen, in das Hüllrohr eingeschoben und innerhalb des Hüllrohr ausgerichtet und lösbar fixiert werden kann, oder
    • die Eindüslanze mittels an der inneren Wand des Hüllrohrs angeordneten Führungsnasen, die in seitlich an der Eindüslanze angeordnete rampenartig abgeschrägte Schienen eingreifen, in das Hüllrohr eingeschoben und innerhalb des Hüllrohr ausgerichtet und lösbar fixiert werden kann. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Lanzensystems ist so ausgestaltet, dass der Abstand zwischen der Eindüslanze und Hüllrohr durch zusätzliche Abstandhalter aufrechterhalten wird, wobei diese Abstandhalter vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Flossen, Stiften, Stangen, Stegen oder Leitblechen.
  • Die Zuführung für das Reduktionsmittel ist vorzugsweise als Zweistoffdüse ausgeführt, wobei das Reduktionsmittel zusammen mit einem Treibmittel (vorzugsweise Druckluft) eingeleitet wird. In vorteilhafter und bevorzugter Weise, weist die Eindüslanze eine zentrale Leitung zur Einleitung des Reduktionsmittels (Flüssigreagenz-Zuführrohr) auf, sowie einen Zwischenraum zwischen der zentralen Leitung und der Innenwand der Eindüslanze, über die ein Treibmittel (Druckluft) getrennt von der Zuführung des Reduktionsmittels geleitet wird, um in der Düse mit dem Reduktionsmittel vermischt zu werden und dieses zu zerstäuben. Daher ist in einer weiteren Ausführungsform bevorzugt, dass die Eindüslanze ein Flüssigreagenz-Zuführrohr und ein Druckluftzuführrohr aufweist, wobei vorzugsweise das Flüssigreagenz-Zuführrohr in dem Druckluftzuführrohr verläuft.
  • Für den Zusammenbau des erfindungsgemäßen Lanzensystems wird die abgewinkelte Düse, die mit dem Zuführrohr für Reagenz und mit dem Zuführrohr für Druckluft fest verbunden ist, mittels seitlicher Führungsnasen bzw. rampenartig abgeschrägter Schienen beim Hineinstecken in das Hüllrohr automatisch in ihre Endposition idealerweise zentrisch in die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte hineingeschoben. Die korrekte Positionierung ist wichtig, da der Spalt zwischen der Düse und dem Rand der innenliegenden Öffnung ringsum überall in etwa die gleiche Breite besitzen sollte.
  • Optional kann in axialer Richtung, d.h. nach vorne und hinten entlang der Einschubrichtung, der Spalt um die Düse herum auch etwas breiter vorgesehen sein, da hier die unterschiedliche Temperaturausdehnung zwischen dem äußeren Hüllrohr und der Eindüslanze einen gewissen Spielraum erforderlich macht.
  • 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 meist erfolgt, kann dem gegenüber 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 der Giftigkeit und des Geruchs unerwünscht ist.
  • Weiterhin kann das erfindungsgemäße Lanzensystem auch in staubbeladenen Verbrennungsgasen, insbesondere in Kalzinatoren von Zementwerken eingesetzt werden, weil die Erfindung Maßnahmen zur schnellen und einfachen Zerlegung und Demontage des Lanzensystems für die anschließende Wartung und Reinigung, sowie vorzugsweise Mittel zum Schutz der Düsen vor Anbackungen bereitstellt.
  • Weiterhin ist bevorzugt, dass das Lanzensystem konstruiert ist,
    1. a) Reagenzien in Form eines fluiden Gemisches enthaltend Reduktionsmittel durch ein in der Eindüslanze verlaufendes Flüssigreagenz-Zuführrohr zuzuführen und von dort über die Düse direkt durch die innenliegende Öffnung der Abdeckplatte des Hüllrohrs hindurch nach außen zu leiten;
    2. b) Hüllluft in den Zwischenraum zwischen der Eindüslanze und der inneren Wand des Hüllrohrs getrennt zuzuführen;
    3. c) einen Teil der Hüllluft aus b) über den Spalt zwischen der Düse der Eindüslanze und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte aus dem Hüllrohr austreten zu lassen, wodurch ein innerer Hüllluftschleier gebildet wird; und
    4. d) einen anderen Teil der Hüllluft aus b) durch den Spalt zwischen dem Rand der Abschlussplatte und der Innenwand des Hüllrohrs aus dem Hüllrohr austreten zu lassen, wodurch ein äußerer Hüllluftschleier gebildet wird.
  • Weiterhin ist bevorzugt, dass diese Zufuhr für die Hüllluft für den Zwischenraum in einem äußeren Abschnitt des Lanzensystems angeordnet ist, die so konstruiert ist, um den Zwischenraum zwischen der Eindüslanze und dem Hüllrohr mit der Hüllluft zu versorgen. So weist das Hüllrohr ein inneres Ende (das in den Reaktionsraum hineinragt) und ein äußeres Ende auf, wobei das äußere Ende mit einer Zufuhr zur Einführung der Hüllluft in den Zwischenraum in fluider Kommunikation steht.
  • Die über den Zwischenraum zwischen Hüllrohr und Eindüslanze des Lanzensystems eingeführte Hüllluft dient zur Kühlung des Lanzensystems und zur Vermeidung von Ablagerungen an der Düse. Die Hüllluft wird im äußeren Abschnitt des Lanzensystems in das Hüllrohr eingeführt und in den Zwischenraum zwischen Eindüslanze und Hüllrohr weitergeleitet. Die Hüllluft tritt schließlich durch die um die Düse herum gelegene Spalte (bzw. durch die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte des Hüllrohrs), durch die Spalte zwischen dem äußeren Rand der Abschlussplatte und dem Hüllrohr und ggf. durch weitere Durchgangslöcher in der Abschlussplatte nach außen, d.h. in das Innere des Reaktionsraums. Dabei umgibt die Hüllluft in Form von zwei ineinander liegenden Hüllluftschleiern (dem innerern und dem äußeren Hüllluftschleier) das durch die Düse eingedüste Reduktionsmittel-/Luftgemisch und trifft schließlich auf das Verbrennungsgas. Insbesondere verhindert die Hüllluft bzw. die Hüllluftschleier auch Anbackungen an der Düse bzw. an den Austrittsöffnungen, indem eventuell angefeuchtete und agglomerierte Staubpartikel ferngehalten werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Lanzensystem können Reagenzien, wie etwa Stickoxid-Reduktionsmittel, in ein Verbrennungsgas möglichst gleichmäßig verteilt eingemischt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Lanzensystem konstruiert Reduktionsmittel zur selektiven nichtkatalytischen Reduktion von Stickoxiden in Verbrennungsgasen in die von Verbrennungsgasen durchströmten Reaktionsräume einzuführen.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Lanzensystem einen inneren Abschnitt auf, der konstruiert ist, um innerhalb des Reaktionsraums angeordnet zu werden, und einen äußeren Abschnitt konstruiert, um außerhalb des Reaktionsraums angeordnet zu werden, wobei eine Schnellspannkupplung vorgesehen ist, um die Eindüslanze durch die im äußeren Abschnitt angeordnete Öffnung des Hüllrohrs in das Hüllrohr einzuführen und mittels der Schnellspannkupplung zu befestigen. Die Schnellspannkupplung dient dazu, die Eindüslanze leicht und rasch ein- und ausbauen zu können. Mit der Schnellspannkupplung kann die Verbindung zwischen den beiden Lanzenteilen "Hüllrohr" und "Eindüslanze" schnell erfolgen und auch wieder gelöst werden. Bisher war an dieser Stelle ein Flansch mit mehreren Schrauben vorgesehen, was jedoch einen viel höheren Aufwand bei Wartungs- und Reparaturarbeiten an dem Lanzensystem bedeutet.
  • Weiterhin bevorzugt ist das Lanzensystem konstruiert, um 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 von 10.000 bis 2.000.000 m3/h, weiter bevorzugt von 100 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom von 10.000 bis 2.000.000 m3/h umströmt zu werden. Die Staubbeladung von Verbrennungsgasströmen im Feuerraum von Kraftwerken liegt typischerweise im Bereich 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.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Hüllrohr einen runden bzw. kreisrunden Querschnitt auf.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Lanzensystems verringert sich der Durchmesser des Hüllrohrs in Richtung des in den Reaktionsraum ragenden Endes, d.h. in Richtung des inneren (distalen) 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 bevorzugten Ausführungsform des Lanzensystems ist an dem in den Reaktionsraum ragenden Ende eine Schutzhaube als Verlängerung des Hüllrohrs ausgebildet, die die Abschlussplatte teilweise umläuft und über die Abschlussplatte hinausragt. Die Schutzhaube erstreckt sich vorzugsweise über eine Strecke entlang des Umfangs von 1/3 bis ½ des Umfangs des Hüllrohrs. Die Schutzhaube ist auf der Seite angeordnet, aus der der Strom der Verbrennungsgase bzw. der Staubpartikel, insbesondere der Zementstaubpartikel, kommt. Diese Schutzhaube dient dazu, dass die Düse nicht direkt den Verbrennungsgasen bzw. den Staubpartikeln, insbesondere den Zementstaubpartikeln, ausgesetzt ist.
    • Materialien
  • In einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Hüllrohr aus einem hochwarmfesten, hitze- und zunderbeständigen, gesinterten, Oxid-dispersionsverfestigten metallischen Werkstoff gefertigt, d.h. aus einem Stahl oder einer Superlegierung.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf das Hüllrohr mindestens eine äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung mittels Auftragschweißen aufgebracht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.-% Al, 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.
  • 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 20,0 Gew.-% Cr, 0,5 bis 10,0 Gew.-% Al, bis 0,1 Gew.-% C, bis 0,5 Gew.-% Ti und bis 1,5 Gew.-% Oxide eines oder mehrerer Elemente ausgewählt aus der Gruppe Y, Zr, Hf, bevorzugt Y.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die hochwarmfeste, hitze- und zunderbeständige, gesinterte, Oxid-dispersionsverfestigte Superlegierung 55,0 bis 70,0 Gew.-% Ni, 18,0 bis 25,0 Gew.-% Cr, 6,0 bis 12,0 Gew.-% Mo, 3,0 bis 6,0 Gew.-% Fe, 2,5 bis 4,5 Gew.-% Nb/Cb, bis 0,1 Gew.-% C, bis 0,5 Gew.-% Al, bis 0,5 Gew.-% Ti und bis 1,5 Gew.-% Oxide eines oder mehrerer Elemente ausgewählt aus der Gruppe Y, Zr, Hf, bevorzugt 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;
    • FeCrAlMo-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;
    • Legierung (chemische Zusammensetzung in Gewichts-%): 58,0 Gew.-% Ni, 20,0 bis 23,0 Gew.-% Cr, 8,0 bis 10,0 Gew.-% Mo, 5,0 Gew.-% Fe, 3,15 bis 4,15 Gew.-% Nb/Cb, bis 0,5 Gew.-% Cu, bis 0,1 Gew.-% C, bis 0,4 Gew.-% Al, bis 0,4 Gew.-% Ti, bis 0,5 Si, bis 0,5 Mn, und 0,5 bis bis 1,5 Gew.-% Oxide eines oder mehrerer Elemente ausgewählt aus der Gruppe Y, Zr, Hf, bevorzugt Y.
  • Das Lanzensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist zudem bevorzugt hoch erosionsbeständig ausgelegt. Dies wird durch eine äußere Beschichtung erreicht. In einer bevorzugten Ausführungsform des Lanzensystems umfasst die äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung, welche auf dem Hüllrohr 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.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Lanzensystems weist die äußere hoch-verschleißbeständige Beschichtung, welche auf dem Hüllrohr 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.
  • 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.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beschichtung 40,0 bis 50,0 Gew.-% Wolframcarbid und 40,0 bis 60,0 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.
  • 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.
  • 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 Hüllrohr 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 Hüllrohr durch die im Inneren dauernd strömende Hüllluft gekühlt und nimmt nicht, noch nicht einmal annähernd die Temperatur des umgebenden Rauchgases an. Falls jedoch diese kühlende Hüllluft ausfällt, z.B. wenn das zugehörige Gebläse ausfällt oder während die Eindüslanze zu Wartungszwecken aus dem Hüllrohr herausgezogen oder anschließend in dieses wieder hineingeschoben wird, ist das Hüllrohr einer originalen Rauchgastemperatur an der Stelle, an der das Lanzensystem Reagenzien eindüst, von z.B. 850 bis 1.000°C über einen Zeitraum von zumindest einigen Tagen ausgesetzt und nimmt daher dadurch keinen Schaden.
  • 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. Dabei ist der innere Abschnitt des Lanzensystems innerhalb des Reaktionsraums angeordnet und der äußere Abschnitt des Lanzensystems außerhalb des Reaktionsraums angeordnet. 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.
  • Insbesondere ist vorteilhaft, dass Reaktionsräume nun mit Lanzensystemen ausgestattet werden können, die schnell und einfach zerlegt und demontiert und wieder zusammengebaut und montiert werden können und somit eine schnellere und einfachere Wartung und Reinigung der einzelnen Teile (Eindüslanze und Hüllrohr) möglich ist. Weiterhin stellen bevorzugte Maßnahmen einen Schutz der Düsen vor Anbackungen sicher.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Reaktionsraumes ragt das Lanzensystem freitragend in das Innere des Reaktionsraums hinein, wobei dieser freitragende in das Innere des Reaktionsraumes hineinragende Abschnitt des Lanzensystems vorzugsweise eine Länge von 15% bis 50%, vorzugsweise von 20% bis 40% des Durchmessers des Inneren des Reaktionsraumes aufweist. Das Innere des Reaktionsraumes ist hierbei als der innere freie Raum des Reaktionsraumes definiert, d.h. innerhalb eventuell vorhandener Auskleidungen an der Innenwand des Reaktionsraumes.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Reaktionsraumes ragt das Lanzensystem freitragend in das Innere des Reaktionsraums hinein, wobei dieser freitragende in das Innere des Reaktionsraumes hineinragende Abschnitt des Lanzensystems 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. Weiterhin ist bevorzugt, dass eine Länge von 5,0 m nicht überschritten wird.
  • 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.
  • 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 der Kalzinator in aller Regel senkrecht durchströmt wird.
  • Das Reagenz bzw. das Reduktionsmittel für NOx wird über die Eindüslanze eingebracht und gelangt über die Düsen der Eindüslanze in den Reaktionsraum. Weiterhin wird Hüllluft ebenfalls über das Lanzensystem zugeführt, indem sie direkt in das Hüllrohr d.h. in den Zwischenraum zwischen Eindüslanze und Hüllrohr geleitet wird. Das Reagenz bzw. das Reduktionsmittel wird von der Düse durch die Austrittsöffnung (innenliegende Öffnung) in der Abschlussplatte des Hüllrohrs direkt in den Verbrennungsgasstrom eingedüst, wobei das Reduktionsmittel gleichfalls von Hüllluft umgeben ist, die vom Zwischenraum zwischen Eindüslanze und Hüllrohr durch die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte und durch den Spalt zwischen dem Rand der Abschlussplatte und der Innenseite des Hüllrohrs in den Verbrennungsgasstrom strömt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kalzinator bzw. Kalzinierreaktor mindestens eine eigene Brennstoffzufuhr und mindestens eine eigene Verbrennungsluftzufuhr auf.
  • 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 15% bis 50%, vorzugsweise von 20% bis 40% des Durchmessers des Inneren des Reaktionsraumes auf. Weiterhin ist bevorzugt, dass der innere Abschnitt des mindestens einen Lanzensystems freitragend in das Innere des Kessels 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. Weiterhin ist bevorzugt, dass eine Länge von 5,0 m nicht überschritten wird.
  • 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. Im Bereich der Heizflächen, unterhalb, dazwischen oder oberhalb, ist bzw. sind eine oder mehrere erfindungsgemäße Lanzensysteme angeordnet, die das Stickoxid-Reduktionsmittel zuführen.
  • In vorteilhafter Weise ist die Zufuhr für das Reagenz bzw. das Reduktionsmittel und die Zufuhr für die Einführung der Luft (Hüllluft) in den Zwischenraum zwischen der Eindüslanze und dem Hüllrohr außerhalb des Reaktionsraumes (Kalzinator, Kessel, Feuerraum, Rauchgaskanal) angeordnet. Weiterhin ist bevorzugt eine Zufuhr für ein Treibmittel (Druckluft) angeordnet, um das Reagenz bzw. das Reduktionsmittel an der Düse zu zerstäuben.
  • 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 850°C bis 1.000°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 Reagenz bzw. Reduktionsmittel erreicht wird. Durch Anordnung von mehreren Lanzen wird eine gleichmäßige Verteilung des Reagenz bzw. Reduktionsmittels erreicht. Die Lanzensysteme können auch in einer oder mehreren horizontalen Ebenen übereinander angeordnet sein, insbesondere bei horizontaler Ausrichtung der Lanzensysteme.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Reaktionsraums werden mehrere Lanzensysteme parallel zueinander angeordnet.
  • Wie oben bereits erläutert, können die Lanzensysteme im Reaktionsraum horizontal oder vertikal angeordnet werden. Bei einer horizontalen Anordnung des Lanzensystems wird die Düse, die wie oben beschrieben zur Längsachse des Hüllrohrs geneigt ist, in Strömungsrichtung des Verbrennungsgasstroms ausgerichtet.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Reaktionsraums ist weiterhin ein seitlicher Hüllluftzufuhr-Anschluss angeordnet, um den Zwischenspalt zwischen Hüllrohr und der Wand des Reaktionsraumes mittels der Hüllluft freigeblasen zu können, und um auf diese Weise ein Festbacken des Hüllrohrs durch eingedrungene Stäube bei ggf. möglicher Taupunktunterschreitung zu vermeiden.
  • 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.
  • In einem bevorzugten Verfahren wird Hüllluft in den Zwischenraum des Lanzensystems geführt, der zwischen der äußeren Wand der Eindüslanze und der inneren Wand des Hüllrohrs ausgebildet ist, und von dort mindestens über folgende Austrittsöffnungen in das Verbrennungsgas eingeführt:
    • über den Spalt zwischen der Düse der Eindüslanze und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte des Hüllrohrs;
    • über den Spalt zwischen dem Rand der Abschlussplatte und der Innenwand des Hüllrohrs;
    • über ggf. weitere vorhandene Durchgangslöcher in der Abschlussplatte.
  • In einem weiteren bevorzugten Verfahren werden bzw. wird:
    1. a) Reagenzien in Form eines fluiden Gemisches enthaltend Reduktionsmittel durch ein in der Eindüslanze verlaufendes Flüssigreagenz-Zuführrohr zugeführt und von dort über die Düse direkt durch die innenliegende Öffnung der Abdeckplatte des Hüllrohrs hindurch in das Verbrennungsgas geleitet;
    2. b) Hüllluft in den Zwischenraum zwischen der Eindüslanze und der inneren Wand des Hüllrohrs getrennt zugeführt;
    3. c) ein Teil der Hüllluft aus b) über den Spalt zwischen der Düse der Eindüslanze und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte aus dem Hüllrohr austreten lassen, wodurch ein innerer Hüllluftschleier gebildet wird; und
    4. d) ein anderer Teil der Hüllluft aus b) durch den Spalt zwischen dem Rand der Abschlussplatte und der Innenwand des Hüllrohrs aus dem Hüllrohr austreten lassen und in das Verbrennungsgas geleitet, wodurch ein äußerer Hüllluftschleier gebildet wird.
  • 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 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. Mit der Lanzenkonstruktion gemäß der Erfindung und dem speziellen Ausrichtung der Düse zur Längsachse des Hüllrohrs wird nun ein leichterer Ein- und Ausbau der Eindüslanze ermöglicht, wobei das Hüllrohr an Ort und Stelle im Reaktionsraum verbleibt. Auf diese Weise werden Wartungsarbeiten und Reparaturen enorm erleichtert.
  • Die weiteren bevorzugten Maßnahmen speziell im Düsenbereich verringern die Wahrscheinlichkeit von Anbackungen im Düsenbereich, so dass Wartungs- und Reinigungsintervalle verlängert werden können. So sind bevorzugt zwei konzentrische Hüllluftringspalte um die Düse herum vorgesehen. Der äußere Spalt verläuft ohne Unterbrechung um die schräge Abschlussplatte herum und spült den Spalt zwischen dem Außenbereich dieser Platte und dem inneren Bereich des Lanzenrohres frei. Ein weiterer von dem die Düse direkt umgebenden Spalt erzeugter innerer Hüllluftschleier verhindert, dass Zementstaub an die Düse selbst und ihre Flüssigkeitströpfchen gelangt.
  • Über weitere vorzugsweise in der Abschlussplatte angeordnete Durchgangslöcher des Hüllrohrs kann Hüllluft aus dem Hüllrohr in das Verbrennungsgas geleitet werden und dadurch die schräge Abschlussplatte von Zementstaub freigehalten werden.
  • Dabei 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 umströmen.
  • In einem weiteren bevorzugten Verfahren umströmen die Verbrennungsgase das Lanzensystem mit einer Temperatur im Bereich von 850°C bis 1.000°C.
  • Insbesondere ist ein Verfahren bevorzugt, wobei das eingedüste Reagenz ein Reduktionsmittel zur Verringerung der Konzentration von Stickoxiden in dem Verbrennungsgas ist.
  • 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 einem weiteren bevorzugten Verfahren wird weiteres Verbrennungsgas im Kalzinator durch Verbrennung eines Brennstoffes produziert.
  • 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 und H2O.
  • 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 die Eindüslanze des jeweiligen Lanzensystems zugeführt wird, anschließend das Reduktionsmittel aus der Eindüslanze über die Düse direkt durch die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte des Hüllrohrs nach außen geführt wird. Bevorzugt wird Druckluft zum Zerstäuben des Reduktionsmittels getrennt über die Eindüslanze in die Düse zugeführt. Zudem wird Luft in den Zwischenraum zwischen der Eindüslanze und dem Hüllrohr geführt (Hüllluft), wobei die Hüllluft durch die Öffnung (bzw. durch den die Düse direkt umgebenden Spalt) und durch den Spalt zwischen der Abschlussplatte und dem Hüllrohr aus dem Hüllrohr austritt und das eingedüste Reaktionsmittel umgibt und schließlich auf die Verbrennungsgase im Reaktionsraum trifft.
  • 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 die Eindüslanze, bevorzugt in das Flüssigreagenz-Zuführrohr zugeführt.
  • In einem bevorzugten Verfahren wird das Reduktionsmittel an bzw. in der Düse der Eindüslanze mit getrennt zugeführter Druckluft zum Zerstäuben vermischt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens trifft das Reagenz bzw. das Reduktionsmittel bei Austritt aus dem Hüllrohr des Lanzensystems auf Verbrennungsgas mit einer Temperatur im Bereich von 850°C bis 1.000°C.
  • Die Erfindung wird in anhand der Figuren näher beschrieben.
    • Figuren
    • Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Lanzensystem.
    • Figur 2 zeigt einen Detailbereich der Düse und der Abschlussplatte im Längsschnitt.
    • Figur 3 zeigt eine Ansicht der Abschlussplatte.
    • Figur 4 zeigt einen Längsschnitt durch das Ende des Lanzensystems mit einer Teilansicht der Abschlussplatte.
  • Die Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Lanzensystem 1. Das Lanzensystem dient zur Einbringung von Reagenzien in von Verbrennungsgasen 3 durchströmte Reaktionsräume 2, wie etwa Kalzinatoren von Zementwerken. Das in der Figur gezeigte Lanzensystem 1 umfasst ein Hüllrohr 6, das innenliegend eine Eindüslanze 7 mit einer Düse 8 enthält. Die Eindüslanze 7 weist ein Zuführrohr für ein Flüssigreagenz 19 und ein Zuführrohr für Druckluft 18 auf. In der gezeigten Ausführungsform liegt das Flüssigreagenz-Zuführrohr 19 innerhalb des Druckluftzuführrohrs 18.
  • Das Hüllrohr 6 besitzt an seinem in den Reaktionsraum 2 ragenden distalen Ende eine Abschlussplatte 9, die den Innenraum des Hüllrohrs 6 nach außen hin begrenzt. Die Abschlussplatte 9 weist eine innenliegende Öffnung auf, in die die Düse 8 der Eindüslanze 7 so eingeführt wird, dass ein umlaufender Spalt 11 zwischen der Düse 8 und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte 9 verbleibt.
  • Gemäß der Erfindung ist die Ebene der Abschlussplatte 9 zur Längsachse des Hüllrohrs 6 so geneigt, dass die Eindüslanze 7 mit der Düse 8 aus dem Hüllrohr 6 herausgezogen werden kann, ohne dass die ebenfalls geneigte Düse 8 in der Öffnung der Abschlussplatte 9 hängen bleibt. Dadurch ist es nun möglich die Eindüslanze 7 zur Reinigung und Wartung aus dem Hüllrohr 6 herauszuziehen, welches an Ort und Stelle im Reaktionsraum 2 verbleibt. So können beide Teile gewartet und gereinigt werden. In der Figur ist eine Ausführungsform dargestellt, wobei die Längsachse der Düse 8 in einem Winkel von 45° zur Längsachse des Hüllrohrs geneigt ist und die Ebene der Abschlussplatte 9 ebenfalls in einem Winkel von 45° zur Längsachse des Hüllrohrs geneigt ist. Dadurch kommt die Längsachse der Düse 8 in einem Winkel von 90° zur Ebene der Abschlussplatte 9 zu liegen.
  • Weiterhin erlaubt die erfindungsgemäße Konstruktion, dass die Düse 8 bzw. der Düsenkopf ein Stück weit, z.B. 6 bis 8 mm, über die Abschlussplatte 9 hinaus in Richtung des Reaktionsraumes 2 hervorstehen kann, was bei einer 90°-Umlenkung der Düse 8 zur Längsachse des Hüllrohrs 6 nicht möglich wäre. Dies bietet den Vorteil, dass die Gefahr von Anbackungen durch direkt von der Düse auf die umgebende Schutzhaube 22 spritzende Flüssigkeitströpfchen stark vermindert wird.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist zudem ein vollständig umlaufender bzw. unterbrechungsloser Spalt 12 zwischen dem Rand der Abschlussplatte 9 und der Innenwand des Hüllrohrs 6 vorgesehen. Die Abschlussplatte 9 ist mit Hilfe von innerhalb des Hüllrohrs 6 angebrachten Befestigungen 10 an dem Hüllrohr 6 befestigt. Diese Befestigungen 10 sind so an der Innenseite der Abschlussplatte 9 und insbesondere beabstandet vom Rand der Abschlussplatte 9 sowie so an der Innenseite des Hüllrohrs angebracht, dass ein vollständig umlaufender bzw. unterbrechungsloser Spalt 12 zwischen dem Rand der Abschlussplatte 9 und der Innenwand des Hüllrohrs 6 verbleibt, durch den Hüllluft ohne Behinderung nach außen strömen kann.
  • Das in der Figur gezeigte Lanzensystem 1 weist zwei konzentrische Hüllluftringspalte um die Düse 8 herum auf. Wie oben erläutert, verläuft der äußere Spalt 12 unterbrechungslos um den Rand der schrägen Abschlussplatte 9 herum. Im Betrieb hält die durch diesen Spalt 12 austretende Hüllluft den Spalt zwischen dem Außenbereich der Abschlussplatte 9 und dem inneren Bereich des Hüllrohres 6 frei. Neben diesem äußeren Hüllluftschleier ist ein weiterer innerer Hüllluftschleier vorhanden, der von dem Spalt 11 erzeugt wird, der die Düse 8 direkt umgibt. Die beiden Hüllluftschleier verhindern, dass Zementstaub an die Düse 8 selbst und ihre Flüssigkeitströpfchen gelangt. Die Figur zeigt eines von mehreren weiteren Durchgangslöchern 13 in der Abschlussplatte 9, die dazu dienen, die schräge Abschlussplatte 9 mit aus dem Hüllrohr 6 strömende Hüllluft von Zementstaub freizuhalten. Diese zusätzlichen Durchgangslöcher 13 oder Hüllluftlöcher sind um die innenliegende Öffnung 11 der Abschlussplatte 9, d.h. um den Spalt zwischen der Düse 8 und damit auch um den Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte 9 herum angeordnet.
  • Die Figur zeigt weiterhin Führungsnasen 14, die an der Eindüslanze 7 angebracht sind und rampenartig abgeschrägte Schienen 15, die an der inneren Wand des Hüllrohrs 6 angeordnet sind. Die Führungsnasen 14 greifen beim Einschieben der Eindüslanze 7 in das Hüllrohr 6 in die Schienen 15 ein, so dass die Eindüslanze 7 innerhalb des Hüllrohrs 6 korrekt ausgerichtet und lösbar fixiert wird. Die Führungsnasen 14 und rampenartig abgeschrägten Schienen 15 sind so konstruiert und angeordnet, dass beim Einschieben der Eindüslanze 7 die Düse 8 in der Öffnung der Abschlussplatte 9 so zu liegen kommt, dass rings um die Düse 8 herum ein Spalt 11 verbleibt und die Achse der Düse 8 im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Abschlussplatte 9 steht.
  • Die in der Figur 1 gezeigte Ausführungsform des Lanzensystems 1 weist einen inneren Abschnitt 4 auf, der innerhalb des Reaktionsraums 2 angeordnet wird, und einen äußeren Abschnitt 5, der außerhalb des Reaktionsraums angeordnet wird. Wie bereits erläutert, wird die Eindüslanze 7 durch das im äußeren Abschnitt 5 angeordnete äußere Ende des Hüllrohrs 6 in das Hüllrohr 6 eingeführt und mittels einer Schnellspannkupplung 21 befestigt. Die Schnellspannkupplung 21 dient dazu, die Eindüslanze 7 leicht und rasch ein- und ausbauen zu können.
  • Gemäß der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsform sind im äußeren Abschnitt 5 die Zufuhr für Hüllluft 17, die Hüllluft in den Zwischenraum 16 zwischen der Eindüslanze 7 und dem Hüllrohr 6 leitet, die Zufuhr für Druckluft 23 und die Zufuhr für das Flüssigreagenz 24 angeordnet.
  • Figur 2 zeigt einen Detailbereich der Düse 8 und der Abschlussplatte 9 im Längsschnitt. Das Ende des Hüllrohrs 6, das in den Reaktionsraum hineinragt, weist wie oben erläutert eine Abschlussplatte 9 auf. Diese begrenzt den Innenraum 16 des Hüllrohrs 6 nach außen hin. Im mittleren Bereich der Abschlussplatte 9 ist eine innenliegende Öffnung angeordnet. In diese Öffnung wird die Düse 8 der Eindüslanze 7 so eingeführt, dass ein vollständiger umlaufender Spalt 11 zwischen der Düse 8 und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte 9 verbleibt. Durch diesen Spalt 11 gelangt Hüllluft aus dem Inneren 16 des Hüllrohrs in den Reaktionsraum. Auf diese Weise wird ein Hüllluftschleier erzeugt, der die Düse 8 und das von dieser Düse eingedüste Fluid (vollständig) umschließt.
  • Die Detailansicht zeigt, dass die Ebene der Abschlussplatte 9 zur Längsachse des Hüllrohrs 6 geneigt ist. Zudem ist die Längsachse der Düse 8 in einem Winkel von 45° zur Längsachse des Hüllrohrs 6 in Richtung der Abschlussplatte 9 geneigt. Die Bauweise erlaubt, dass die Eindüslanze 7 mit der Düse 8 aus dem Hüllrohr 6 herausgezogen werden kann, ohne dass die Düse 8 in der Öffnung der Abschlussplatte 9 hängen bleibt. Auf diese Weise kann die Eindüslanze 7 zur Reinigung und Wartung derselben sowie des Hüllrohrs 6 aus dem Hüllrohr herausgezogen werden, wobei das Hüllrohr 6 an Ort und Stelle in den Reaktionsraum hineinragend verbleibt.
  • Die Ansicht zeigt weiterhin die Möglichkeit, dass die Düse 8 bzw. der Düsenkopf etwas über die Abschlussplatte 9 hinaus in Richtung des Reaktionsraumes 2 hervorstehen kann. Dies wäre bei einer Lanze mit einer 90°-Umlenkung des Düsenkopfes 8 bezogen auf die Längsrichtung des Hüllrohrs 6 nicht möglich.
  • Die Figur stellt zudem den Spalt 12 dar, der zwischen dem Rand der Abschlussplatte 9 und der Innenwand des Hüllrohrs 6 vollständig die Abschlussplatte 9 umlaufend vorgesehen ist. Die Abschlussplatte 9 ist wie oben bereits erläutert mit Befestigungen 10 an der Innenseite des Hüllrohrs 6 befestigt. Die Befestigungen 10 sind einerseits an der Innenseite der Abschlussplatte 9 beabstandet vom Rand der Abschlussplatte 9 sowie an der Innenseite des Hüllrohrs angebracht, so dass ein vollständig umlaufender bzw. unterbrechungsloser Spalt 12 zwischen dem Rand der Abschlussplatte 9 und der Innenwand des Hüllrohrs 6 verbleibt, durch den Hüllluft ohne Behinderung nach außen strömen kann.
  • Die Abbildung zeigt zudem eines von mehreren weiteren Durchgangslöchern 13 in der Abschlussplatte 9. Diese Durchgangslöcher 13 dienen dazu, die schräge Abschlussplatte 9 und die Düse 8 sowie umliegende Bereiche mit Hilfe der aus dem Hüllrohr 6 strömenden Hüllluft von Zementstaub freizuhalten. Diese zusätzlichen Durchgangslöcher 13 oder Hüllluftlöcher sind um die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte 9, d.h. um den Spalt zwischen der Düse 8 und damit auch um den Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte 9 herum angeordnet.
  • Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Ansicht der Abschlussplatte 9. Figur 4 zeigt die gleiche Ansicht als Längsschnitt. Das in den Reaktionsraum ragende Ende des Hüllrohrs 6 weist wie oben erläutert eine Abschlussplatte 9 auf, die den Innenraum 16 des Hüllrohrs 6 nach außen hin begrenzt. Im mittleren Bereich der Abschlussplatte 9 ist eine innenliegende Öffnung angeordnet. In diese Öffnung wird die Düse 8 der Eindüslanze 7 so eingeführt, dass ein vollständiger umlaufender Spalt 11 zwischen der Düse und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte 9 verbleibt.
  • Zudem ist ein Spalt 12 angeordnet, der zwischen dem Rand der Abschlussplatte 9 und der Innenwand des Hüllrohrs 6 vollständig die Abschlussplatte 9 umläuft. In der Abschlussplatte 9 sind in der gezeigten Ausführungsform weiterhin fünf Durchgangslöcher 13 vorgesehen, die um die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte 9 und damit um die Düse 8 herum angeordnet sind. Am Ende des Lanzensystems ist eine Schutzhaube 22 als Verlängerung des Hüllrohrs 6 ausgebildet, die auf der Seite angeordnet ist, aus der der Strom der Verbrennungsgase bzw. der Strom der Zementstaubpartikel kommt. Diese Schutzhaube 22 dient dazu, dass die Düse 8 und umgebende Bereiche nicht direkt den Verbrennungsgasen bzw. den Zementstaubpartikeln ausgesetzt ist.
  • Darüber hinaus sind in Figur 3 der Verlauf der Eindüslanze 7 und die Anordnung der Führungsnase 14 und der Schiene 15 angedeutet.
  • In der Figur 4 ist zudem im Längsschnitt die Führung innerhalb des Hüllrohrs 6 dargestellt, um das Ende der Eindüslanze 7 und insbesondere die Düse 8 korrekt zu positionieren, damit die Düse 8 in der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte 9 zu liegen kommt und ein Spalt 11 um die Düse 8 herum verbleibt.
  • In der Figur sind ist eine der an der Eindüslanze 7 angeordneten Führungsnasen 14 zu sehen, die beim Einschieben der Eindüslanze 7 in das Hüllrohr 6 in die Schiene 15 (siehe auch Figuren 1 und 3) eingreift. Zudem sind in der Figur weitere rampenartig abgeschrägte Schienen 15 am Ende des Hüllrohrs 6 dargestellt, die zur exakten Positionierung der Düse 8 dienen. Zu diesem Zweck sind auch entsprechende Führungsnasen 14 oder Abstandhalter 14 im Bereich der Düse 8 angeordnet, die im eingebauten Zustand in Kontakt mit den rampenartig abgeschrägten Schienen stehen. Die Schienen 15, Führungsnasen 14 und Abstandhalter 14 sind so konstruiert und angeordnet, dass beim Einschieben der Eindüslanze 7 die Düse 8 in der Öffnung der Abschlussplatte 9 so zu liegen kommt, dass rings um die Düse 8 herum ein Spalt 11 verbleibt und die Achse der Düse 8 im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Abschlussplatte 9 steht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Lanzensystem
    2
    Reaktionsraum (Kalzinator, Kessel/Feuerraum, Rauchgaskanal)
    3
    Verbrennungsgas
    4
    innerer Abschnitt des Lanzensystems
    5
    äußerer Abschnitt des Lanzensystems
    6
    Hüllrohr
    7
    Eindüslanze
    8
    Düse
    9
    Abschlussplatte
    10
    Befestigung für die Abschlussplatte
    11
    umlaufender Spalt um Düse
    12
    Spalt zwischen Rand der Abschlussplatte und Innenwand des Hüllrohrs
    13
    Durchgangsloch
    14
    Führungsnase
    15
    Schiene
    16
    Zwischenraum zwischen Hüllrohr und Eindüslanze
    17
    Zufuhr für Hüllluft
    18
    Zuführrohr für Druckluft
    19
    Zuführrohr für Flüssigreagenz (Reduktionsmittel oder Absorptionsmittel)
    20
    Wand des Reaktionsraums
    21
    Schnellspannkupplung
    22
    Schutzhaube
    23
    Zufuhr für Druckluft
    24
    Zufuhr für Flüssigreagenz (Reduktionsmittel oder Absorptionsmittel)

Claims (14)

  1. Ein Lanzensystem (1) zur Einbringung von Reagenzien mittels Düse (8) in von Verbrennungsgasen (3) durchströmte Reaktionsräume (2), wobei das Lanzensystem (1) umfasst:
    - ein Hüllrohr (6), das konfiguriert ist mindestens zum Teil innerhalb des Reaktionsraumes (2) angeordnet zu werden;
    - eine Eindüslanze mit einem Zuführrohr für ein Flüssigreagenz, ggf. einem Zuführrohr für Druckluft, und mit der Düse zum Eindüsen des Reagenz, wobei die Eindüslanze in das Hüllrohr eingeschoben werden kann;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Hüllrohr (6) an seinem distalen Ende eine Abschlussplatte (9) aufweist, die den Innenraum des Hüllrohrs (6) nach außen hin begrenzt, wobei die Abschlussplatte (9) eine innenliegende Öffnung zur Anordnung der Düse (8) aufweist und die Ebene der Abschlussplatte (9) des Hüllrohrs (6) in einem Winkel von 25 bis 65° zur Längsachse des Hüllrohrs angeordnet ist,
    die Längsachse der Düse (8) der Eindüslanze (7) im eingebauten Zustand in einem Winkel von 25 bis 65° zur Längsachse des Hüllrohrs (6) abgewinkelt ist und zur Abschlussplatte (9) hin geneigt ist; und
    die Düse (8) der Eindüslanze (7) im Verhältnis zur innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte (9) so angeordnet und ausgerichtet ist, so dass die Düse (8) das Reagenz durch die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte (9) hindurch eindüsen kann.
  2. Das Lanzensystem (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im eingebauten Zustand die Düse (8) der Eindüslanze (7) zumindest teilweise durch die innenliegende Öffnung der Abschlussplatte (9) hindurch ragt.
  3. Das Lanzensystem (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im eingebauten Zustand ein vollständig umlaufender bzw. unterbrechungsloser Spalt (11) zwischen der Düse (8) der Eindüslanze (7) und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte (9) verbleibt.
  4. Das Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussplatte (9) des Hüllrohrs (6) so dimensioniert ist, dass ein vollständig umlaufender bzw. unterbrechungsloser Spalt (12) zwischen dem Rand der Abschlussplatte (9) und der Innenwand des Hüllrohrs (6) vorgesehen ist.
  5. Das Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussplatte (9) des Hüllrohrs (6) weitere Durchgangslöcher (13) aufweist.
  6. Das Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lanzensystem (1) einen Zwischenraum (16) aufweist, der zwischen der äußeren Wand der Eindüslanze (7) und der inneren Wand des Hüllrohrs (6) ausgebildet ist, wobei der Zwischenraum (16) mindestens über folgende Austrittsöffnungen mit der Außenseite in fluider Kommunikation steht:
    - über den Spalt (11) zwischen der Düse (8) der Eindüslanze (7) und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte (9) des Hüllrohrs (6);
    - über den Spalt (12) zwischen dem Rand der Abschlussplatte (6) und der Innenwand des Hüllrohrs (6);
    - über ggf. weitere vorhandene Durchgangslöcher (13) in der Abschlussplatte.
  7. Das Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, welches so konstruiert ist, so dass die Eindüslanze (7) mittels an der inneren Wand des Hüllrohrs (6) angeordneten rampenartig abgeschrägten Schienen (15), in die seitlich an der Eindüslanze (7) angeordnete Führungsnasen (14) eingreifen, in das Hüllrohr (6) eingeschoben und innerhalb des Hüllrohrs (6) ausgerichtet und lösbar fixiert werden kann, oder
    die Eindüslanze (7) mittels an der inneren Wand des Hüllrohrs (6) angeordneten Führungsnasen (14), die in seitlich an der Eindüslanze (7) angeordnete rampenartig abgeschrägte Schienen (15) eingreifen, in das Hüllrohr (6) eingeschoben und innerhalb des Hüllrohr ausgerichtet und lösbar fixiert werden kann.
  8. Das Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüslanze (7) ein Flüssigreagenz-Zuführrohr (19) und ein Druckluftzuführrohr (18), aufweist, wobei vorzugsweise das Flüssigreagenz-Zuführrohr (19) in dem Druckluftzuführrohr (18) verläuft.
  9. Das Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lanzensystem (1) konstruiert ist,
    a) Reagenzien in Form eines fluiden Gemisches enthaltend Reduktionsmittel durch ein in der Eindüslanze (7) verlaufendes Flüssigreagenz-Zuführrohr (19) zuzuführen und von dort über die Düse (8) direkt durch die innenliegende Öffnung der Abdeckplatte (9) des Hüllrohrs (6) hindurch nach außen zu leiten;
    b) Hüllluft in den Zwischenraum (16) zwischen der Eindüslanze (7) und der inneren Wand des Hüllrohrs (6) getrennt zuzuführen;
    c) einen Teil der Hüllluft aus b) über den Spalt (11) zwischen der Düse (8) der Eindüslanze (7) und dem Rand der innenliegenden Öffnung der Abschlussplatte (9) aus dem Hüllrohr (6) austreten zu lassen, wodurch ein innerer Hüllluftschleier gebildet wird; und
    d) einen anderen Teil der Hüllluft aus b) durch den Spalt (12) zwischen dem Rand der Abschlussplatte (9) und der Innenwand des Hüllrohrs (6) aus dem Hüllrohr (6) austreten zu lassen, wodurch ein äußerer Hüllluftschleier gebildet wird.
  10. Das Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lanzensystem (1) einen inneren Abschnitt (4) aufweist, der konstruiert ist, um innerhalb des Reaktionsraums (2) angeordnet zu werden, und einen äußeren Abschnitt (5) konstruiert, um außerhalb des Reaktionsraums (2) angeordnet zu werden, wobei eine Schnellspannkupplung (21) vorgesehen ist, um die Eindüslanze (7) durch die im äußeren Abschnitt (5) angeordnete Öffnung des Hüllrohrs (6) in das Hüllrohr (6) einzuführen und mittels der Schnellspannkupplung (21) zu befestigen.
  11. 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 10 enthält.
  12. Der Reaktionsraum (2) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lanzensystem (1) freitragend in das Innere des Reaktionsraums (2) hineinragt und dieser freitragende in das Innere des Reaktionsraums (2) hineinragende Abschnitt des Lanzensystems (1) vorzugsweise eine Länge von mindestens 15% bis 50% des Durchmessers des Inneren des Reaktionsraumes aufweist.
  13. Ein Verfahren zur Eindüsung von Reagenzien in Form von Fluiden in Verbrennungsgase (3) innerhalb eines von diesen Verbrennungsgasen (3) durchströmten Reaktionsraums (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Reagenzien mittels mindestens einem Lanzensystem (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10 in Verbrennungsgase (3) eingedüst werden, die den Reaktionsraum (2) durchströmen.
  14. Das Verfahren gemäß Anspruch 13, 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 von 10.000 bis 2.000.000 m3/h, weiter bevorzugt von 100 g/Nm3 bis zu 1000 g/Nm3 bei einem Volumenstrom von 10.000 bis 2.000.000 m3/h umströmen.
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