NO175953B - Fremgangsmåte til fjerning av nitrogenoksider fra rökgasser - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fjerning av nitrogenoksider fra røkgasser som dannes ved forbrenning, ved inn-sprøyting av en væske som inneholder minst ett reduksjons-

middel, i kjeledelen av et forbrenningsanlegg ved hjelp av et gassformet forstøvingsmiddel som står under trykk. Videre angår oppfinnelsen en innretning til utførelse av fremgangsmåten.

Nitrogenoksider dannes ved forbrenning av fossile brennstoffer, husholdningsavfall, industrielt avfall etc. Av miljøverngrunner kan de ikke avgis fritt til omgivelsene.

Fra f.eks. US-PS 3 900 554 og US-PS 4 507 269 er det allerede kjent forskjellige fremgangsmåter hvor nitrogenoksider i røkgasser blir redusert til nitrogen ved innsprøytning av en ammoniakkoppløsning eller andre egnede reduksjonsmidler i nærvær av det oksygen som på forhånd finnes i røkgassen.

Innsprøytningen av ammoniakk eller en annen egnet oppløsning på

et eller annet sted i et forbrenningsanlegg skjer ifølge kjent teknikk ved hjelp av såkalte tostoffsdyser (Zweistoffdiisen) ,

dvs. dyser hvor forstøvningsmiddelet blandes med væsken umiddelbart før innsprøytningen. Tostoffsdyser sikrer en jevn fordeling og en jevn inntrengningsdybde for dråpene og anordnes i serie. Hver enkelt dyse må da ha sin egen væske- og forstøv-ningsmiddeltilførsel med tilhørende reguleringsorganer. Fremgangsmåten er derfor kostbar. Dessuten er tostoffsdyser forholdsvis store, noe som gjør innbyggingen i et forbrenningsanlegg vanskeligere. Spesielt er det meget vanskelig og av og til umulig å utstyre allerede eksisterende forbrenningsan-

legg med slike dyser for å tilpasse anleggene til de nye miljøvernkrav. I US-PS 4 507 269 henvises det til disse vanskeligheter.

Ved hjelp av tostoffsdysene, hvor forstøvningsmiddelet og

væsken blandes sammen umiddelbart før sprøytingen, blir det oppnådd meget små dråper, riktignok under anvendelse av store mengder drivmiddel, men en stråleinntrengningsdybde for dråpene på flere meter inn i kjeledelen, noe som er nødvendig for å

oppnå en tilfredsstillende reaksjon, er likevel ikke sikret. Spesielt blir fremgangsmåten uøkonomisk på grunn av den forstøvningsmiddelmengde som er nødvendig til oppnåelse av en stor inntrengningsdybde.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe en fremgangsmåte til innsprøyting av en væske i kjeledelen av forbrenningsanlegg, hvor de anvendte dyser er mindre plasskrevende enn de kjente tostoffsdyser.

Med kjeledelen blir det område av et forbrenningsanlegg betegnet hvor de røkgasser som forlater flammene blir avkjølt av en avkjølt vegg, av rør som gjennomstrømmes av et kjølemid-del eller av en annen kjent innretning. I kjeledelen består det således alltid en temperaturgradient hvis verdi avtar i røkgassenes strømningsretning. Kjeledelen kan være fortløpende tilsluttet forbrenningsrommet eller utgjøre et separat rom som er forbundet med forbrenningsrommet via ett eller flere ledningsrør.

Denne hensikt oppnås ved de trekk som er angitt i karakteri-stikken av krav 1.

Det ble overraskende funnet at forstøvningsmiddelet ikke behøver å tilføres umiddelbart før innsprøytningen av den væske som skal sprøytes, dvs. at det ikke er nødvendig å anvende tostoffsdyser, dersom forstøvningsmiddelet tilføres allerede i det sentrale tilførselsrør for den væske som skal sprøytes. Ifølge oppfinnelsen blir således en blanding av forstøvnings-middel og væske transportert allerede i et parti av det sentrale tilførselsrør. Etter avgrening av det sentrale tilførselsrør strømmer denne blanding da i mindre rør. Disse leder til sprøytestedene og disse rørs endepartier er utformet som ettstoffsdyser, f.eks. konusformede. Ifølge oppfinnelsen kan det som sprøyteinnretninger således benyttes enkle rør i stedet for de kompliserte tostoffsdyser. Da disse rør er forholdsvis små, kan de innbygges på alle ønskede steder, også i allerede eksisterende kjeler. Eksempelvis kan de stikkes igjennom plater, såkalte finner eller ribber, som forbinder to kjølerør med hverandre, uten at kjølerørene må bøyes fra hverandre, noe som er tungvint.

Det er uventet at det til og med blir oppnådd bedre resultater

i kjeledelen når det forstøvningsmiddel som bevirker dråpedan-nelsen og dråpetransporten på enkel måte tilføres den samlede mengde, dvs. den ennå ikke fordelte væske enn ved bruk av kompliserte tostoffdyser. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og den derav følgende anvendelse av ettstoffsdyser, blir det innsprøytet større enkeltdråper. Herunder blir væsken generelt innsprøytet på tvers av røkgassenes strømningsretning. Da den væske som sprøytes i større dråper har en betraktelig mindre spesifikk overflate enn de mindre dråper fra tostoffsdysene, har de også en mindre spesifikk luftmotstand. For en viss inntrengningsdybde trengs det derved en mindre mengde forstøvningsmiddel enn for de små dråper. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det med den samme mengde drivmiddel tilsvarende oppnås en større inntrengningsdybde for dråpene i kjeledelen. Inntrengningsdybden for dråpene i kjelerommet blir også større fordi fullstendig fordampning av større dråper tar lengre tid. og disse har således en lengre levetid og opp-holdstid.

På grunn av enkeltdråpenes større volum unngås dessuten faren

for overoppvarming og den dermed forbundne kjemiske forandring av reduksjonsmiddelet, f.eks. forbrenningen av ammoniakk til nitrogenoksid, slik at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppviser en større temperaturtoleranse, fremfor alt ved den øvre temperaturgrense, enn de hittil kjente fremgangsmåter. Innsprøytningsstedene kan derfor være anordnet lenger fremme i kjeledelen hvor temperaturen er høyere. Temperaturer på 700-llOO°C, fortrinnsvis 850-950°C blir ansett å være det optimale temperaturområde til kjemisk omvandling med ammoniakk, idet disse temperaturer ikke er kritiske og kan overskrides så vel som underskrides.

Foruten at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen medfører et

mindre sprøytemiddelbehov, medfører den også en billigere apparatur, fordi det i tillegg til de kostbare tostoffsdyser også gis avkall på disses tilførselsledninger med de tilhørende reguleringsorganer.

De karakteristiske trekk ved innretningen til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremgår av krav 7.

Ved denne innretning blir det benyttet vanlige rør, ledninger, stengeorganer og styringsinnretninger. Ved ettstoffsdysene blir det hovedsakelig benyttet rør med spesielt utformede endeområder. Rørenes endeområder kan være avsmalnet konusformet, slik at det sprøytes ut en rund stråle. De kan også være utformet som spalteformede viftedyser (Fåcherdiisen) . Den samme innretning kan ha rundstråledyser så vel som viftedyser. Fortrinnsvis blir rundstråledysene og viftedysene anordnet vekselvis.

Mellom det sentrale tilførselsrør, hvori det strømmer en større væskemengde, og de enkelte sprøytesteder kan det finnes flere avgreninger. Dessuten kan det være anordnet stengeorganer som kan betjenes enkelt- eller gruppevis, f.eks. i særskilte plan. Derved kan det ved valg av sprøytesteder tas hensyn til de ulike temperaturer i kjeledelen, f.eks. ved skifting av det materiale som skal brennes eller ved forandring av forbren-ningsbetingelsene.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir det vanligvis benyttet en ammoniakkoppløsning, f.eks. 25 %, som finnes i handelen. Det kan også benyttes andre stoffer som ved kjeletem-peraturene utvikler ammoniakk, f.eks. forskjellige kjente ammoniumsalter, såsom ammoniumkarbonat, ammoniumformiat, ammoniumoksalat eller urea.

Som forstøvningsmiddel som bevirker dannelse av de enkelte dråper og transporterer disse, blir det benyttet trykkluft eller trykkdamp. Eksempelvis kan det benyttes damp med trykk på ca. 3,5-4 bar og luft med trykk på ca. 6 bar.

Etter utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, kan den utviklede damp kondenseres og den samlede væske som kan inneholde reduksjonsmiddel som ennå ikke er omsatt, kan viderebearbeides med kjente fremgangsmåter eller tilføres kretsløpet i forbrenningsanlegget på ny.

Tegningen og eksemplene tjener til skjematisk anskueliggjørelse

av oppfinnelsen.

Fig. la er et oppriss av en delvis gjennomskåret ettstoffsdyse til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fig. lb er et grunnriss av ettstoffsdysen ifølge fig. la.

Fig. 2a er et oppriss av en ytterligere, delvis gjennomskåret ettstoffsdyse til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2b er et grunnriss av ettstoffsdysen ifølge fig. 2a.

Fig. 3 viser et snitt gjennom en ettstoffsdyse som er anordnet i kjeledelen av et forbrenningsanlegg.

På fig. la og lb er det vist en ettstoffsdyse 1 som er

tildannet som en rundstråledyse og omfatter et rør 5 med en aksial boring 3, hvor det ved rørets innløpsende 7 er anordnet en flens 9 og rørets utløpsende 11 har en rund utløpsåpning 13

for den i kjeledelen utstrømmende væskestråle. Den aksiale boring 3 har tre partier: et første, lengre, sylindrisk parti 15 i tilknytning til flensen 9, et etterfølgende, i strømnings-retnigen avsmalnende, konisk parti 17 og deretter et annet, sylindrisk parti 19. Det siste er kortere enn det første sylindriske parti 15 og lengre enn det koniske parti 17.

Flensen 9 er forbundet med et (ikke vist) tilførselsrør.

Under drift strømmer blandingen av væske og forstøvningsmiddel

som strømmer gjennom tilførselsrøret og inn i etstoffsdysen 1, gjennom det første, sylindriske parti 15, blir akselerert i det

korte, koniske parti 17 og strømmer etter gjennomstrømning av det annet, sylindriske parti 19 ut av den runde utløpsåpning .13 og inn i kjeledelen (ikke vist) som en rund stråle, som består av mange enkeltdråper.

Den på fig. 2a og 2b viste ettstoffsdyse 21 som er utformet som en viftedyse, har likeledes et rør 5 med en aksial boring 3 og en flens 9. De to første partier 15 og 17 av boringen 3 stemmer overens med de tilsvarende partier på fig. la og lb. Det tredje, dvs. det annet, sylindriske parti er utformet som en blindboring 23. Ettstoffsdysen 21 ender i en spalteformet utløpsåpning 25 via hvilken væsken strømmer inn i kjeledelen som en vifteformet stråle, som består av mange enkeltdråper.

Rundstråledyser og viftedyser kan være kombinert på en hvilken som helst måte, men fortrinnsvis er de anordnet vekselvis. Selvfølgelig er andre enn de to viste dyseformer egnet i forbindelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

På fig. 3 er det vist to kjelerør 27,29 som gjennomstrømmes av et kjølemiddel, og som er innbyrdes forbundet ved hjelp av en metallplate 31 som også betegnes som en ribbe eller finne. Gjennom metallplaten 31 er det ført en ettstoffsdyse 33 hvis utløpsåpning 35 rager inn i det her ikke mer utførlig viste innerrom 37 av kjeledelen. Ved anvendelse av ettstoffsdyser ifølge oppfinnelsen kan også allerede det eksisterende forbrenningsanlegg drives miljøvennelig, fordi ettstoffsdysene uten vanskelighet kan innbygges i det eksisterende, smale rom mellom kjelerørene.

De enkelte prosessparametre så vel som den konstruktive utforming kan varieres av fagfolk innenfor rammen av disses kunnskaper. Spesielt kan ammoniakkoppløsningen for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen frembringes først innenfor anlegget ved innføring av ammoniakk i vannet eller en vandig løsning.

I de følgende eksempler som er gjengitt i tabellform, ble fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen benyttet til fjerning av nitrogenoksider (N0X) fra den røkgass som oppstod under forbrenning av husholdningsavfall.

Innsprøytningen fant sted i fyrrommet i den såkalte første kanal (1. Zug). Innsprøytningen kan selvfølgelig også foretas på et annet sted.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til fjerning av nitrogenoksider fra røkgasser som dannes ved forbrenning, ved innsprøyting av en væske som inneholder minst ett reduksjonsmiddel, i kjeledelen av et forbrenningsanlegg ved hjelp av et gassformet forstøv-ningsmiddel som står under trykk, karakterisert ved at forstøvningsmiddelet som står under overtrykk, bringes inn i det sentrale væsketil-førselsrør, før dettes avgrening til de enkelte sprøytesteder.

2. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at væsken innsprøytes i kjeledelen på tvers av røkgassenes strømningsretning.

3. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det innsprøytes en ammoniakkoppløsning og/eller en oppløsning av en forbindelse som ved kjeletemperaturen frigjør ammoniakk.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det som forstøvningsmid-del benyttes trykkluft eller -damp.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at stedet for innsprøytin-gen i kjeledelen fastlegges avhengig av det der foreliggende temperaturprofil.

6. Innretning til utførelse av fremgangsmåten som angitt i et av kravene 1-5, med et sentralt tilførselsrør for den væske som skal sprøytes, hvor røret er avgrenet til de enkelte sprøyte-steder, og en rørledning for det gassformede forstøvningsmiddel som står under trykk, karakterisert ved at rørledningen for forstøvningsmiddelet munner ut i det sentrale tilførselsrør for væsken, og de enkelte sprøytesteder er utformet som ettstof f sdyser (Einstof fdiisen) .

7. Innretning som angitt i krav 6, karakterisert ved at ettstoffsdysene er utformet som koniske eller trinnvis innsnevrede rør (5), dvs. rundstråledyser (13).

8. Innretning som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert ved at etstoffsdysene er utformet som viftestråledyser (25) (Facherdiisen) .

9. Innretning som angitt i et av kravene 6-8, karakterisert ved at det i grenrørene mellom det sentrale tilførselsrør og sprøytestedene er anordnet stengeorganer som kan betjenes enkeltvis eller i grupper.