SE459040B - Foerfarande foer foervaermning av foerbraenningsluft och foer katalytisk reduktion av skadliga aemnen i roekgaser samt anordning foer utoevande av foerfarandet - Google Patents

Description

459 040 2 möjliggöra drift av ett kraftverk med ekonomiskt försvar- bar livslängd, exempelvis upp till tre âr. Så uppnår t ex en i tre skikt uppdelad katalysator per skikt endast en genomsnittlig livslängd på ca 1,3 år trots att den upp- visar en beläggningsmassa som ligger ca 35% över det teo- retiska behovet. Förutom denna överdimensionering till- kommer vidare att hela systemet efter uppnående av den undre aktivitetsgränsen måste tas ur drift för byte respek- tive partiellt byte av de katalysatorbelagda elementen.

Utgående från ovannämnda teknikens ståndpunkt har uppfinningen fått till uppgift att åstadkomma ett för- faringssätt och en därtill lämpad anordning, medelst vil- ken en minskning av den katalytiska aktiviteten i an- läggningen under drifttiden praktiskt taget förhindras och varigenom utrymmesbehovet för dylika anläggningar ytterligare kan reduceras.

Beträffande förfarandet löses denna uppgift medelst de i patentkravets 1 kännetecknande del upptagna åtgär- derna. En anordning för utövande av detta förfarande be- skrives i krav 6. Underkraven avser hithörande fördel- aktiga utföringsformer och vidareutvecklingar.

Med uppfinningen uppnås att värmeväxlarens av rök- gasen påverkade del endast behöver dimensioneras obetyd- ligt över det teoretiska värdet för erforderlig kataly- satormassa. Sjunker katalysatoraktiviteten något, er- sättes begagnade, katalytiskt belagda värmeväxlarele- ment utan driftavbrott med nya till dess att den ursprung- liga totalaktiviteten âteruppnátts. Genom klassifice- ring efter storlek, form eller vikt ser man till att alltid endast begagnade element av en bestämd sort ut- tages, medan färska nya element av annan sort tillsättes.

Styrningen av dessa förlopp sker lämpligen i en- lighet med resterande halten skadliga ämnen såsom NOX och NH3 i rökgasen när denna lämnar anläggningen.

Därigenom säkerställes att denna resthalt av skadliga 1 i 459 04Û_ 3 ämnen förblir så liten som möjligt och i vart fall under givna gränsvärden. De begagnade värmeväxlarelemen- ten kan efter uttagningen regenereras och därefter användas på nytt. Vidare kan inom ramen för cirkulationen de enskilda elementen, när de lämnat värmeväxlardelen för rökgaspåverkan, underkastas en reningsprocess, t ex genom vibrering.

Ett utföringsexempel av uppfinningen skall förklaras närmare nedan i anslutning till ritningsfigurerna och nedanstående beskrivning. Därvid visar: Fig 1 en anordning för förvärmning av förbränningsluft och katalytisk reduktion av skadliga ämnen i kombination med en cirkulationsanordning för värmeväxlarelementen enligt uppfinningen; Fig 2 en hittiUs konventionell koppling av luftförvärmare och katalysator efter en pannanläggning; Fig 3 ett föredraget kopplingsschema enligt fig 2 under tillämpning av uppfinningen enligt fig 1 och Fig 4 ett diagram som visar den katalytiska aktiviteten under drifttiden.

Den tvádelade värmeväxlaren 1 med gasgenomsläppliga innerväggar la enligt fig 1 passeras uppifrån och ned av ett stort antal separat rörliga värmemagasinerings- element 2, vilka exempelvis kan ha kulliknande form och varav åtminstone en del är belagda med ett katalysa- torskikt. Värmeväxlarens l övre del 3 genomströmmas enkelt på tvären av förbränningsluften 4, vilken därvid uppvärmes exempelvis från 20°C till 200°C under motsvarande nedkylning av värmeväxlarelementen. Därefter hamnar värmeväxlarelementen 2 via en tät sluss 5, som förhindrar läckageströmmar mellan förbränningsluften 4 och rökgasen 6, i värmeväxlarens l undre del 7, där de i rökgasen ingående skadliga ämnena (NOX) reduce- ras under tillsats av ammoniak 8, och rökgasen 6 nedkyles därvid exempelvis från 350°C till l80°C motsvarande uppvärmning av värmeväxlarelementen. under samtidig Genom att pâströmningen sker flera gånger - här 459 640 lO 4 t ex två gånger på tvären - i värmeväxlarens 1 undre del 7 kan reduktionen av skadliga ämnen i motsvarighet till de olika temperaturnivâerna 7a, 7b tillsammans med olika till temperaturnivàerna 7a, 7b anpassade katalytiska beläggningar på värmeväxlarele- menten 2 optimeras till den därpå avstämda ammoniakindose- ringen 8. Rökgasen 6 tillförs när den lämnat den undre värmeväxlaren 7 de övriga rengöringsstegen, såsom elektrofilter, rökgasavsvavling (ej visad) o s v.

När värmeväxlaren l passerats tillföres värmeväxlar- elementen 2 vid dess undre ände via en uttagningsanord- ning 9 och en rengöringsanordning 10 med dammutmatning lOa en sorteringsanordning ll med gallerrost lla förbi uttagningsarmaturerna 12.1 - 12.n och via en cirkulerings- anordning 13 áter uppåt samt tillförs på nytt värmeväxla- ren 1 i dess övre del 3 via en påfyllningsanordning 15.

Temperaturnivâns stabilisering i värmeväxlarens undre del 7 kan även ske med en värmeanordning 14 medelst direkt eller indirekt uppvärmning av värmeväxlar- elementen 2 även vid dellast och igångkörning av pannan- läggningen 18 (fig 3). Tillsammans med en bypass 17 kan, också företrädesvis vid dellast eller igàngkörning, trots överförande av lika stora värmemängder i 3 och 7 temperaturnivàerna i 3 och 7 varieras, i 7a, så att t ex 7b erhålles optimala temperaturer för katalytisk reduktion även vid lastvariationer. För detta tillförs en del av värmeväxlarelementen 2 via bypassen 17 slussen mellan värmeväxlarens l övre del 3 och undre del 7, medan elementens 2 andra del tillförs vid 15. Även om de belagda värmeväxlarelementens 2 kataly- tiska effekt p g a den genom den ständiga cirkulationen i värmeväxlarna àstadkomna självreningseffekten redan av den anledningen kvarstår längre än vid statiska system erfordras en ständig partiell förnyelse av värmeväxlarelementen för att behålla en konstant reduktion av de skadliga ämnena medan tiden går. För att undvika att vid den ständiga cirkulationen av värmeväxlarele- 459 040 menten - vid genomsnittliga förhållanden räknar man med att värmeväxlarelementen per timme cirkulerar 1 till 3 gånger i systemet - nya värmeväxlarelement direkt åter tas ut, tillsättes alltid vid 16, där även påfyllning sker för kompensation av abrasion eller liknande via en nivâreglering, en värmeväxlarelement- klass, vilken skiljer sig från den klass som skall uttagas vid en uttagningsarmatur 12.1...12.n. I enklaste fall har värmeväxlarelementen 2 kulform, varvid de enskilda klasserna genom olika kuldiametrar skiljer sig från varandra. Sorteringsanordningen 11 innehåller en eller flera gallerroster lla, som skiljer kulor av olika diameter från varandra och sålunda klassificerat tillför dem motsvarande uttagningsarmatur 12.l...12.n, genom vilka de kan uttagas. Uttagningsförloppets styrning vid armaturerna 12.1...l2.n och tillsatsen av nya kulor vid 16 styres från en mätpunkt M, som mäter den resterande halten skadliga ämnen i rökgasen 6, när denna lämnat värmeväxlardelen 7.

Exempel: Anläggningen antages vid igàngkörning vara fylld med värmeväxlarelement på keramisk eller metallisk bas med enhetlig diameter x i storleksordningen 15 till mm. Då kompletteras förrådet vid 16 med värmeväxlar- element med diametern x+y och vid behov uttages endast värmeväxlarelement med diametern x vid 12. Har innehållet med x fullständigt uttagits bytes, d v s x+y uttages och x tillsättes ur förrådet. Vid tvâ eller fler olikarta- de värmeväxlarelement 2 förfares analogt härmed, t ex uttagning av x och x+y och inmatning av x+a och x+b vid senare omkastning. Exemplet visar hur stora varia- tionsmöjligheterna är vid förfarandet enligt uppfinningen.

Fig 2 visar en hittilkabruklig koppling av kataly- sator 19 och luftförvärmare (lufö) 20 efter pannanlägg- ningen 18. Som man ser är en ändring av temperaturniván i lufön 20 utan inverkan på katalysatorn 19 eftersom lufön 20 ligger bakom katalysatorn 19 i rökgasströmmen 459 040 6 6. Nàgon påverkan av drifttemperaturerna vid dellast och vid igângkörningstillstánd är endast möjlig genom bypassen 22 under kringgàende av ekonomisern 21 och/eller bypass 23 under kringgáende av katalysatorn 19.

Av fig 3 framgår hur vid användning av anordningen enligt uppfinningen, här värmeväxlare 1 istället för katalysator 19 och lufö 20, förutom mindre utrymmesbehov även möjligheterna för påverkan av temperaturniván för katalytisk reduktion vid dellast och igångkörnings- tillstànd breddas och därmed förbättras. Medan detta hittfils, såsom visas i fig 2, endast varit möjligt via ekonomiserbypass 22 och katalysatorbypass 23, tillkommer nu de ytterligare möjligheterna med lufö-bypass 24, värmeväxlarelement - bypass 17 och uppvärmningsanord- ningen 14 för värmevâxlarelementen såsom alternativ var för sig eller i kombination.

I fig 4 visar kurvan A minskningen av katalysator- aktiviteten i % i en anläggning enligt fig 2. Kurva B visar katalysatoraktiviteten under drifttiden vid uppfinningens tillämpning. Genom det kvasikontinuerliga utbytet av förbrukad katalysatormassa i form av med katalysator belagda värmeväxlarelement 2 och ersättning av dessa medelst nya eller regenererade element förblir anläggningens aktivitet i det närmaste konstant. 459 040 Hänvisningsbeteckningar: la LO flfifilfldä 7a, 7b , l0a ll, lla 12.1 - l2.n 13 l4 16 17 18 19 21 22 23 24 Värmeväxlare Gasgenomsläppliga innerväggar Värmeväxlarelement Värmeväxlarens övre del - lufö Förvärmare för förbränningsluft Förbränningsluft 1 Sluss f Rökgas Värmeväxlarkatalysatorns undre del Temperaturområden i 7 Ammoniaktillsatts Uttagningsstation Reningsanordnng med dammutmatning Sorteringsanordning med gallerroster Uttagningsarmaturer Cirkulationsanordning Uppvärmningsanordning för värmeväxlarelement -alternativt direkt eller indirekt Pàfyllningsanordning för cirkulerande värmeväxlarelement Pàfyllningsanordning för nya resp. regenere- rade värmeväxlarelement Bypass för värmeväxlarelement för kringgàen- de av 3 Pannanläggning Katalysator - statiskt system LUFÖ (luftförvärmare - konventionell konstruktion) Ekonomiser (matarvattenförvärmare) Bypass ekonomiser Bypass katalysator Bypass lufö enligt 3 Mätställe för resterande skadliga ämnen i rökgasen

Claims (8)

459 040 _ u 10 15 20 25 30 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för förvärmning av förbränningsluft och för katalytisk reduktion av skadliga ämnen i rökgaser under användning av en tvådelad värmeväxlare (1), vilken uppifrån och nedåt passeras av ett stort antal separat rörliga värmeväxlarelement (2), vilka tvärs sin rörelseriktning i en del (3) av värmeväxlaren (l) kontaktas med den förbränningsluft (4) som skall förvärmas och i en annan del (7) av värmeväxlaren (1) påverkas av rökgasen (6), samt med en cirkulations- anordning (13) för återföring av de cirkulerade värmeväx- larelementen (2), k ä n n e t e c k n a t därav, att a) värmeväxlarelement (2) användes, av vilka åtminstone en del är försedda med en katalysatorbeläggning, att b) de med katalysatorbeläggningen försedda värmeväxlarele- menten (2) utväljes bland flera klasser, vilka skiljer sig från varandra till storlek eller andra signifikan- ta egenskaper, så att de p g a dessa olika egenskaper kan skiljas från varandra, och att c) med lednflxïav halten skadliga ämnen i rökgasen med katalysatorbeläggning försedda värmeväxlarelement (2) av en klass uttages ur cirkulationen och ersättes med oförbrukade eller regenererade värmeväxlarelement av någon annan klass.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n e t e c k n a t av, att åtminstone en del av värmevâxlarelementen (2) rengöres från avlagringar efter att ha passerat värmeväxlaren (1).

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t därav, att under igàngkörning eller vid temperatur- variation i rökgasen, t ex vid dellastdrift, värmeväxlar- elementen (2) för den katalytiska reduktionen uppvärmes direkt eller indirekt till reaktionstemperatur.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att inom ramen för cirkulationen de cirkulerade 10 15 20 25 30 35 459 040 9 värmeväxlarelementen (2) uppdelas och en del därav tillförs den av rökgasen pâströmmade värmeväxlardelen (7) direkt och den andra delen tillförs den av förbrän- ningsluften pàströmmade värmeväxlardelen (3).

5. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att med ledning av en given halt av resterande skadliga ämnen, såsom NOX och NH3, i rökgasen efter den katalytiska reduktionen elementens (2) utbyte sker enligt steg c) i krav 1. 7

6. Anordning för utövande av förfarandet enligt krav l, med ett tvádelat värmeväxlarhus (l) med gasgenom- släppliga innerväggar (la) för upptagande och genomledning av separat rörliga värmeväxlarelement (2), speciellt i form av kulor, och med anslutningar för till- och avledning av förbränningsluft (4) som skall förvärmas resp. rökgas (6) som skall behandlas, samt med en cirkulationsanordning (13), vilken uttar värmeväxlarele- menten (2) vid värmeväxlarhusets (l) undre ände och åter tillför dem värmeväxlarhuset, k ä n n e t e c k - n a d därav, att a) vid värmeväxlarhusets (1) undre ände är anordnad en uttagningsstation (9) för elementen med en sorte- ringsanordning (ll, lla), vilken skiljer värme- växlarelement (2) av olika storlek eller med andra karakteristiska egenskaper från varandra, och att b) de sålunda från varandra skilda elementen med olika storlek etc är uttagbara ur kretsloppet via uttagningsarmaturer (l2.l, l2.n) eller är åter tillförbara värmeväxlaren (1) via en cirkuleringsanord- ning (13).

7. Anordning krav 6, k ä n n e t e c k n a d där- av, att - sett i värmeväxlarelementens rörelseriktning - efter värmeväxlardelen (7) för rökgastillförsel är anordnad en reningsanordning (10) med utmatning (lOa) för avskiljande och avlägsnande av avlagringar pá elementen inklusive bortnött material.

8. Anordning krav 6, k ä n n e t e C k n a d 459 040 10 därav att a) för rökgasen är anordnat ett korsmotströmsvärmeväxlar- hus (7) med åtminstone två olika temperaturområden (7a, 7b), och att element (2) med minst två olika katalysatorbeläggnin- gar kommer till användning, vilkas reaktionstemperatu- rer svarar mot de olika temperaturområdena (7a, 7b).