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    公开号:WO1985003645A1
    申请号:PCT/EP1985/000063
    申请日:1985-02-21
    公开日:1985-08-29
    发明作者:Wolfgang Fetzer
    申请人:Srm Svenska Rotor Maskiner Aktiebolag；
    IPC主号:B01D53-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Feuerungsanlagen
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Beseitigung der Stickoxyde in den Abgasen von Feuerungsanlagen durch Einleiten chemischer Verbindungen in die aus der Feuerungaanlage austretenden Abgase zur Reaktion mit den Stickoxyden und anschließende Führung der Abgase durch einen Katalysator zur Beschleunigung und/oder Einleitung der Reaktion sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
    [0003] Es ist bereits bekannt, zur selektiven Reduktion der Stickoxyde dampfförmiges Ammoniak (NH3) in Mischung mit Luft, tonter Druck oder drucklos in Wasser gelöst in den aus der Feuerungsanläge austretenden Abgasström einzudosieren, wobei durch eine Mischatrecke mit entsprechenden Einbauten die Ausbildung einer strähnenfreien Ammoniak- und Temperatur-Verteilung im Abgasström innerhalb der anschließenden Rauchgaskanäle angestrebt wird. Anschließend wird das Gemisch durch einen einem umlaufenden Regenerativ-Wärmetaueeher zur Übertragung der Abgasvärme an die der Feuerung zugeführte Verbrennungaluft vorgeschalteten Katalysator geführt. Der Katalysator ist als Festbett-Reaktor mit vorzugsweise vertikal nach unten gerichteter
    [0004] Strömung ausgebildet. In dem Reaktor ist eine Wabenstruktur enthalten, die als katalytisch wirkenden Stoff eine Vanadium—Verbindung aufweist. Der Druckverlust des Festbett-Reaktors wird bei der Bemessung des Rauchgasgebläses berücksichtigt. Durch eine vertikal nach unten gerichtete Strömung im Reaktor soll der Ablagerung fester Verunreinigungen innerhalb des Katalysators begegnet bzw. diese in Grenzen gehalten werden. Die auftretenden Beläge werden durch Blasen mittels Druckluft bzw. Dampf diskontinuierlich beseitigt. Die Stand- zeit der Katalysatoren innerhalb dea Reaktors beträgt - je nach Kessel, Fahrweise und Zusammensetzung der als Brennstoff eingesetzten Kohle - mehr als 2 Jahre.
    [0005] Ausgehend von der Erkenntnis, daß die Umwandlung der Stickoxyde, die sich zu ca. 95 % aus Stickatoffmonoxyd und zu ca. 5 % aus Stickstoffdioxyd zusammensetzen, in molekularen Stickstoff und Wasser nicht allein vom
    [0006] Verhältnis der Menge des eingeleiteten Ammoniaks zum Gehalt an Stickoxyden in den Abgasen, sowie dem Temperaturzxiveau der Abgase abhängt, sondern wesentlich auch von der Wirksamkeit des Katalysators beeinflußt wird, liegt derErfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Beseitigung der Stickoxyde in Feuerungsabgasen unter Verwendung eines Katalysators zu schaffen, bei dem die katalytischen Eigenschaften der verwendeten Katalysatorelemente über längere Betriebazeiten erhalten bleiben.
    [0007] Ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwännten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Katalysator in unterschiedlichen Zonen von den katalytisch zu behandelnden Abgasen und von wenigstens einem Reinigungs-Gasstrom, vorzugsweise im Gegenstrom, durchströmt wird, und daß die Lage der von den Abgasen bzw. dem Reinigungs-Gasstrom durchströmten Katalysator-Abschnitte kontinuierlich oder schrittweise geändert wird. Durch den ständig einwirkenden Reingasström werden die aus dem eintretenden Abgasstrom auf den Oberflächen der Katalysatorelemente, insbesondere im Bereich des Eintritts ausgeschiedenen, vom Abgasstrom mitgeführten Verunreinigungen laufend wieder entfernt, wodurch die Wirksamkeit des Katalysators über wesentlich längere Reisezeiten hinweg erhalten bleibt. Besonders wirksam ist hierbei eine Verfahrensweise, bei welcher der Reinigungs-Gasstrom im Gegenstrom zu den in den Katalysator eintretenden Abgasen geführt wird. Die
    [0008] Erhaltung der Wirksamkeit der katalytisehen Verbindung beruht offenbar darauf, daß die Vergiftung der Katalysatoren von der Zeit des Kontakts der Verunreinigung mit den Katalysatorelementen direkt abhängt und durch die vorgeschlagene ständige Abreinigung derselben durch die laufend einwirkenden Reinigungs-Gase gegenüber der früher praktizierten diskontinuierlichen Reinigung mittels Blaslanzen die Kontaktzeiten mit den Katalysatorgiften wesentlich herabgesetzt werden.
    [0009] Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist vorzugsweise so ausgebildet, daß der Katalysator von in einem Träger angeordneten Katalysatorelementen gebildet ist, daß der Träger und die Gasanschlüsse relativ zueinander verdrehbar ausgebildet sind, und daß eine Antriebsvorrichtung zur schrittweisen oder kontinuierlichen Verdrehung des Trägers oder der Gasanschlüsse vorgesehen ist.
    [0010] Der Katalysator kann dabei der Speichermasse eines umlaufenden Regenerativ-Wärmetauschers zur Übertragung der Abgaswärme an die der Feuerungsanlage zuzuführende Verbrennungsiuft im Abgaaatrom vor- und/oder nachgeschaltet sein, wobei der Katalysator also gegebenenfalls auch in die Verbrennungaluft-Vorwärmung in der Funktion als Wärmetauscher einbezogen werden kann.
    [0011] Dem Träger der Katalysatorelemente und dem der Speicherelemente des Regenerativ-Wärmetauschers wird zweckmäßig ein gemeinsamer Antrieb zugeordnet, wobei der Träger der Katalysatorelemente und der Träger der Speieherelemente beispielsweise durch eine gemeinsame Welle gekoppelt sein können. Alternativ können die Katalysatorelemente und die Speicherelemente des
    [0012] Regenerativ-Wärmetauschers auch in einem gemeinsamen Träger angeordnet sein, der dann innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses umläuft. Katalysator und Regenerativ-Wärmetauscher sind dann also zu einer einzigen Baugruppe vereinigt.
    [0013] Dabei kann die Ausgestaltung dann auch so getroffen werden, daß die Speieherelemente des Regenerativ-Wärmetauschers zumindest teilweise zugleich selbst als Katalysatorelemente ausgebildet sind. Praktisch wird der Katalysator dann also in den Regenerativ-Wärmetauecher integriert, in-dem die im Betrieb des Wärmetauschers von den Abgasen und der Verbrennungsluft überströmten Oberflächen der Speichermasse mit einer oder mehreren katalytisch wirkenden Verbindung(en) beschichtet sind.
    [0014] Die Kataiysatorenelemente können also mit katalytisch wirkenden Verbindungen beschichtete, vorzugsweise metallische Platten oder Gitter sein, wobei unter der katalytisch wirkenden Beschichtung noch ein Zwisehenträger als Haftungsvermittler vorgesehen sein kann.
    [0015] Andererseits besteht die Möglichkeit, die Katalysatorelemente oder den Zwischenträger aus einem offenporigen, insbesondere keramischen Substrat auszubilden, welches mit einer oder mehreren katalytisch wirkenden Verbindung(en) versehen ist.
    [0016] Anstelle flächenförmiger Katalysatorelemente können diese auch als Schüttkörper ausgebildet sein, welche in einem geeignet ausgebildeten Träger dea Katalysators ein von den zu reinigenden Abgasen bzw. dem Reinigungs-Gasstrom durchatr-ömbares Schüttungsbett bilden.
    [0017] Anstelle einer Beschichtung können die Katalysatorelemente die katalytisch wirkende (n) Verbindung(en) auch als Legierungsbestandteil (e) enthalten.
    [0018] Wenn die zu reinigenden Abgase neben den Stickoxyden noch weitere katalytisch zersetzbare schädliche Bestandteile enthalten, kann es von Vorteil sein, wenn der Katalysator in axialer Richtung mehrere aufeinanderfolgende Lagen von Katalysatorelementen aufweist, die mit unterschiedlichen katalytisch wirkenden Verbindungen versehen sind, die jeweils spezifische Katalysatorwirkung für spezielle Verunreinigungen haben oder die bei dem jeweils herrschenden Temperaturniveau eine optimale katalytische Wirkung zeigen.
    [0019] Wenn der Reinigungs-Gasstrom nicht von der der Feuerungsanlage zuzuführenden Verbrennungsluft selbst, sondern geoxidet werden soll einem gesonderten Gasstrom/, der beispielsweise auch von den zuvor gereinigten Abgasen gebildet werden kann, empfiehlt es sich, den Träger der wärmetauschenden Elemente und der Katalysatorelemente innerhalb des umschließenden Gehäuses in Umfangsrichtung mit einem Abgas-, einem Luft- und einem Regenerationasektor zu versehen, in welchem die Reaktivierung der katalytischen Verbindung bzw. das Ausblaaen der abgesetzten Katalysatorgifte erfolgt.
    [0020] Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:
    [0021] Fig. 1 ein schematiaches Schaltbild einer
    [0022] Feuerungsanlage mit nachgeschaltetem Katalysator und Regenerativ-Wärmetauscher;
    [0023] Fig. 2 ein Schaltbild einer abgewandelten Feuerungsanlage, bei welcher der nachgeschaltete Katalysator und Regenerativ- Wärmetauscher zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefaßt sind; und Fig. 3 ein Schaltbild eines weiteren
    [0024] Ausführungsbeispiels, bei welchem als Reinigungs-Gasstrom für den getrennt vom Regenerativ-Wärmetauscher angeordneten Katalysator das gereinigte Abgas selbst verwendet wird.
    [0025] Bei der in Fig. 1 schematisch gezeigten Anlage gelangen die Abgase aus der Feuerungsanläge 1 über eine Leitung 3 zu einem Katalysator 5. Aue dieser Abgasleitung 3 wird ein Teiletrom der Abgase über eine Leitung 7 einer Mischstrecke 9 zugeleitet, in welche eine chemische Verbindung (z.B. NH3) aus einem Vorratsbehälter 11 über eine Leitung 13 zugeführt und in den Abgasteilström eindosiert wird. Anschließend wird der Abgas-Teilstrom über die Leitung 10 in den Hauptstrom der Abgase zurückgeführt und dem schrittweise oder kontinuierlich umlaufenden Katalysator 5 zugeführt. Die den Katalysator verlassenden, mit Wasser und Stickstoff beladenen Abgase gelangen über die Leitung 15 anschließend in den umlaufenden Regenerativ-Wärmetauscher 17 zur Übertragung der Abgaswärme an die der Feuerungsanlage 1 zuzuführende Verbrennungsluft. Im Anschluß an den umlaufenden Regenerativ-Wärmetauseher gelangen die Abgase über die Abgasleitung 19 in die - nicht dargestellte - Anlage zur Abscheidung der Schwefelverbindungen und Wiederaufheizung für den Eintritt in den Abgaskamin.
    [0026] Die der Feuerungsanlage 1 zugeführte Verbrennungsluft tritt über die Leitung 21 zunächst in den umlaufenden
    [0027] Regenerativ-Wärmetauscher 17 ein, wird in diesem im
    [0028] Gegenstrom zu den Abgasen vorgewärmt und einschließend und über die Leitung 23 zum Katalysator 5/- gleichfalls im Gegenstrom zu den Abgasen - durch den Katalysator hindurchgeführt, wo sie ständig die zuvor auf den Oberflächen der Katalysatorelemente niedergeschlagenen Verunreinigungen aus den Abgasen ausblasen und so einer Vergiftung der Katalysatorflachen vorbeugen. Von der der Eintrittsseite des Katalysators gegenüberliegenden Austrittsseite wird die Verbrennungsluft über die Leitung 25 der Feuerungsanlage unmittelbar zugeführt. Dem Katalysator 5 und dem Regenerativ-Wärmetauscher 17 können grundsätzlich gesonderte Antriebe zugeordnet sein. Zur Verringerung des konstruktiven Aufwände empfiehlt es sich jedoch, den beiden Einheiten einen gemeinsamen Antrieb zuzuordnen, indem beispielsweise der Regenerativ-Wärmetauscher in üblicher Weise motorisch angetrieben und der
    [0029] Katalysator mit dem Wärmetauscher über eine Welle gekoppelt wird.
    [0030] Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 werden die die Feuerungsanlage 1 verlassenden, in die Abgasleitung 103 eintretenden Abgase in ihrer Gesamtheit einer Misehstrecke 109 zugeführt. Vor dieser Mischstrecke wird die chemische Verbindung aus einem Vorratsbehälter 111
    [0031] 113 über die Leitung/ eingeführt und innerhalb der Misch- strecke in den Abgasen weiter verteilt. Der Abgasstrom gelangt über die an die Misehstrecke angeschlossene Abgasleitung 110 zunächst in das Katalysatorbett 106 und nach Verlassen desselben unmittelbar in die
    [0032] Speichermasse 108 des Regenerativ-Wärmetauschers. Abweichend von der in Fig. 1 dargestellten Lösung ist der Speichermassenträger des kontinuierlich umlaufenden Regenerativ-Wärmetauschers also zugleich als Träger des Katalysatorbetts ausgebildet, 30 daß dieses und die Speichermasse innerhalb eines sie gemeinsam umschließenden Gehäuses angetrieben und von den Abgasen und der Verbrennungsluft im Gegenstrom beaufschlagt werden. Nach Verlassen der Speichermasse werden die Gase in der üblichen Weise über die Leitung 119 einer Abgas-Reinigungsanlage zur Beseitigung der Schwefelverbindungen, ggf. unter Vorsehaltung eines Filters zugeleitet und nach Wiederaufwärmung über den Kamin abgeführt.
    [0033] Die Verbrennungsluft wird über eine Leitung 121 im Gegenstrom zu den Abgasen durch die Speichermasse 108 und anschließend das Katalyaatorbett 106 geführt.
    [0034] Von der Verbrennungsluftleitung 121 wird vor Eintritt in die Speichermasse ein Teilstrom abgezweigt und über die Leitung 122 im Bypaß zum kombinierten Katalysator-Wärmetauscherin eine Leitung 125 geführt, in welcher der Hauptstrom der Verbrennungsluft vom Katalysator-Wärmetauscher zur Feuerungsanläge 1 strömt.
    [0035] Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung in gewisser Weise und gleiche Teile der Anlage sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß es genügt, nachstehend nur die getroffenen schaltungsmäßigen Unterschiede herauszuarbeiten. Der Katalysator 5 und der Regenerativ-Wärmetauseher 17 sind wiederum als getrennte Einheiten ausgebildet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird jedoch der aus dem Katalysator 5 in die Leitung 15 austretende Abgasstrom als Reinigungs-Gasstrom im Gegenstrom durch den Katalysator 5 zurückgeführt und erst dann zur Aufheizung der Verbrennungsluft dem Regenerativ-Wärmetauacher 17. Die über die Leitung 21 in den Wärmetauscher eingeführte Verbrennungsluft wird dagegen nach ihrer Aufheizung über die Leitung 25 direkt zur Feuerungsanlage 1 geführt, d.h. sie wird in diesem Falle nicht zur Reinigung oder Regenerierung des Katalysators 5 verwendet.
    [0036] Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklichbar sind. So kann beispielsweise der Katalysator des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 ebenso wie der gemäß Fig. 3 mit einem vom Antrieb des Wärmetauschers 17 unabhängigen gesonderten Schrittantrieb versehen sein, welcher die von den Abgasen und dem Reinigungs-Gasatrom durchatrömten Abschnitte jeweils in gewissen zeitlichen Abständen weiterschaltet.
    [0037] Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 kann die Integration des Katalysators in den Wärmetauscher dadurch noch weitergetrieben werden, daß die Speicherelemente des Wärmetauschers selbst mit einer katalytisch wirkenden Verbindung beschichtet werden, d.h. die Speieherelemente selbst gleichzeitig als Katalysatorelemente wirken. Desweiteren kann der Katalysator - abweichend von den beschriebenen Ausführungsbeispielen dem Wärmetauscher auch nachgeschalt et werden, wenn dies zur Vermeidung von zu hohen Reaktionstemperaturen im Katalysator erwünscht ist.
    [0038] Festzuhalten ist auch, daß der Begriff der "katalytisch wirkenden Verbindung" nicht auf Verbindungen im chemischen Sinne beschränkt zu verstehen ist, sondern auch reine Elemente und Gemische solcher Elemente umfaßt, soweit diese die geforderte Katalysatorwirkung erbringen.
    权利要求:
    ClaimsP a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Verfahren zur selektiven Beseitigung der Stickoxyde in den Abgasen von Feuerungsanlagen durch Einleiten chemischer Verbindungen in die aus der Feuerungsanlage austretenden Abgase zur Reaktion mit den Stickoxyden und anschließende Führung der Abgase durch einen Katalysator zur Beschleunigung und/oder Einleitung der Reaktion, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in unterschiedlichen Zonen von den katalytisch zu behandelnden Abgasen und von wenigstens einem Reinigungs-Gasstrom, vorzugsweise im Gegenstrom, durchströmt wird, und daß die Lage der von den Abgasen bzw. dem Reingasstrom durchströmten Katalysator-Abschnitte kontinuierlich oder schrittweise geändert wird.
    2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (5; 106) von in einem Träger angeordneten Katalysatorelementen gebildet ist, daß der Träger und die Gasanschlüsse relativ zueinander verdrehbar ausgebildet sind, und daß eine Antriebsvorrichtung zur schrittweisen oder kontinuierlichen Drehung des Trägers oder der Gasanschlüsse vorgesehen ist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (5; 106) der Speichermasse eines umlaufenden Regenerativ-Wärmetauschers (17; 108) zur Übertragung der Abgaswärme an die der Feuerungsanläge zuzuführende Verbrennungsluft im Abgasstrom vor- und/oder nachgeschaltet ist.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Träger der Katalysatorelemente und dem der Speicherelemente des Regenerativ-Wärmetauschers (17; 108) ein gemeinsamer Antrieb zugeordnet ist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger der Katalysatorelemente und der der Speicherelemente des Regenerativ-Wärmetauschers (17) durch eine gemeinsame Welle gekoppelt sind.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorelemente und die Speicherelemente des Regenerativ-Wärmetauschers (108) in einem gemeinsamen Träger angeordnet sind.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereiemente des Regenerativ-Wärmetauschers zumindest teilweise zugleich als Katalysatorelemente ausgebildet sind.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorelemente mit katalytisch wirkenden Verbindungen beschichtete Platten oder Gitter sind.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den metallischen Platten oder Gittern und der katalytisch wirkenden Beschichtung ein Zwischenträger vorgesehen ist.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorelemente oder der Zwischenträger von einem offenporigen, insbesondere keramischen Substrat gebildet werden, welches mit einer oder mehreren katalytisch wirkenden Verbindung(en) versehen ist.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalyaatorelemente Schüttkörper sind.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttkörper aus Metall hergestellt und mittels eines auf ihrer Oberfläche aufgebrachten Zwischenträgers mit der katalytisch wirkenden Beschichtung versehen sind.
    13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorelemente die katalytisch wirkende(n) Verbindung(en) als Legierungsbestandteil (e) enthalten.
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (17; 108) in axialer Richtung mehrere aufeinanderfolgende Lagen von Katalysatorelementen aufweist, und daß diese Lagen mit unterschiedlichen katalytisch wirkenden Verbindungen versehen sind.
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger der wärmetauschenden Elemente und der Katalysatorelemente innerhalb des umschließenden Gehäuses in Umfangsrichtung einen Abgas-, einen Luft- und einen Regenerationssektor aufweist.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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