DK161675B - Fremgangsmaade og indretning til selektiv katalytisk fjernelse af nitrogenoxider fra fyringsanlaegs roeggasser - Google Patents

Description

i

DK 161675 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til selektiv fjernelse af nitrogenoxider fra fyringsanlægs røggasser ved hjælp af reduktion med udefra tilført ammoniak, og reaktionsfremkaldelse ved hjælp af en katalysator, der i en zone bliver gennemstrømmet af røggasserne og i en 5 anden zone bliver gennemstrømmet af den friskluft, der skal tilføres fyringsanlægget som forbrændingsluft, idet beliggenheden af de af røggasserne henholdsvis friskluften gennemstrømmede zoner bliver således kontinuerligt eller trinvis ændret, at de først af røggasserne gennemstrømmede afsnit derefter 10 bliver gennemstrømmet af friskluft og omvendt. Opfindelsen angår endvidere en indretning til brug ved udøvelsen af fremgangsmåden.

Det er kendt ved selektiv reduktion af de f.eks. i kedel-røg-15 gasser indeholdte nitrogenoxider at indføre dampformet ammo niak (NH^) under tryk eller ikke under tryk stående i, vand opløst ammoniak i den røggasstrøm, som forlader et fyringsanlæg, idet der ved hjælp af en blandestrækning med passende installationer tilstræbes opnåelsen af en så jævn ammoniak-20 og temperaturfordeling som muligt i røggasstrømmen i de til sluttede røggaskanaler. Dernæst bliver blandingen gennem en katalysator tilført til en roterende regenerativ varmeveksler til overføring af røggasvarme til den til fyringen tilførte forbrændingsluft. Katalysatoren er udformet som en fastieje-25 reaktor med fortrinsvis skråt nedadløbende strømning. Reakto ren indeholder en cellestruktur, der er forsynet med et katalytisk virkende stof i form af en krystallinsk vanadium-titan forbindelse. Ved dimensioneringen af røggasblæseren tages der hensyn til den sammenbyggede reaktors tryktab. Ved en skråt gø nedadforløbende strømning i reaktoren skal aflejringen af fa ste partikler inden i katalysatoren undgås eller skal holdes inden for visse grænser. Belægningerne fjernes ikke-kontinu-erligt ved blæsning med trykluft eller damp. Levetiden for katalysatoren inden i reaktoren andrager, afhængig af kedlen, 35 driftformen og sammensætningen af de som brændstof benyttede kul, mere end to år.

2

DK 161675 B

En forbedring af katalysatorens levetid opnås ifølge tysk patentansøgning nr. 34 06 657 .Al ved, at katalysatoren i forskellige zoner dels bliver gennemstremmet af røggasserne samt den først tilblandede ammoniak og dels i modstrøm bliver gennemstrømmet af son forbræn-5 dingsluft til fyringsanlægget beregnet friskluft, idet beliggenheden af de gennemstrønmede zoner bliver således kontinuerligt eller trinvis ændret, at den først af røggasserne gennemstrømmede zone dernæst bliver gennemstrømmet af friskluft og omvendt. På grund af den til stadighed indvirkende friskluftsstrøm opnås en i forhold 10 til den tidligere praktiserede ikke kontinuerlige rensning ved hjælp af blæselanser en forlænget virkning af katalysatorens katalytisk virksomme forbindelse, dvs., en forlængelse af levetiden. Hertil kommer en nedsættelse af fremstillingsomkostningerne for indretningen, idet det er muligt at sammenkob-15 le katalysatoren med den til fyringsanlægget knyttede roterende regenerative varmeveksler til forvarmning af forbrændingsluften eller endog at integrere katalysatoren i den regenerative varmeveksler, idet eksempelvis overfladerne af den regenerative varmevekslers lagerelementer belægges med den katalytisk virk-20 somme forbindelse.

Det .har imidlertid vist sig, at katalysatorens levetid samt funktionen af en evt. herefter indkoblet regenerativ varmeveksler bl.'a. også i væsentlig grad afhænger af dannelsen og aflejringen 25 af ammoniumhydrogensulfat (NH^ HSO^) på de katalytisk virksomme overflader af katalysatorelementerne henholdsvis den regenerative varmevekslers varmevekslende overflade. Nærmere bestemt dannes dette salt, som danner klæbrige aflejringer, af det normalt i fyringsrøggasserne indeholdte svovl i forbindelse 30 med den til reduktionen af nitrogenoxiderne tilblandede ammoniak og af det i røggasserne indeholdte vand og oxygen.

Formålet med opfindelsen er i stor udstrækning at nedsætte dannelsen af ammoniumhydrogensulfat ved den katalytiske reduk-35 3

DK 161675 B

tion af nitrogenoxider i forbrændingsrøggassen ved hjælp af ammoniak, og derved væsentligt forlænge katalysatorens virkeevne, dvs. levetid, samt at forhindre en forringelse af varmeover-førelsesevnen af en evt. benyttet regenerativ varmeveksler.

5

Med udgangspunkt i det faktum, at de til katalysatoren benyttede katalytisk virksomme forbindelser, f.eks. de ovenfor nævnte krystallinske vanadium-titan forbindelser har en tydelig evne til at binde dampformet ammoniak, er fremgangsmåden ifølge 10 opfindelsen til opnåelse af nævnte formål ejendommelig ved, at ammoniakken tilsættes friskluften, inden denne strømmer ind i katalysatoren. Indføringen af den til reduktion af nito-genoxiderne nødvendige ammoniak i røggasserne sker altså ikke længere i det foran katalysatoren liggende afsnit af røggas-15 ledningen, men ved en tilblanding til den til katalysatoren tilførte friskluft, hvorved ammoniakken p.g.a. sin evne til at binde sig til det katalytisk virksomme stof, bliver trukket ud af friskluftstrømmen og bundet til katalysatoren overført til den af røggasserne gennemstrømmede zone, hvor ammoniakken 20 dernæst fremkalder den tilstræbte katalytiske reduktion af de her i røggasserne indeholdte nitrogenoxider og derved bliver spaltet i molekylært nitrogen og vand.

Ifølge opfindelsen kan ammoniakken tilsættes i sådan mængde 25 til friskluften, at den i den af friskluft gennemstrømmede zone af katalysatoren i størst mulig udstrækning bliver bunden til det katalytisk virksomme materiales overflade og ved den efterfølgende gennemstrømning med fyringsrøggasserne i hovedsagen fuldstændigt bliver forbrugt til reduktionen af 30 de i disse indeholdte nitrogenoxider. I den til katalysatoren tilstremmende røggas kan der p.g.a. den manglende ammoniak overhovedet ikke dannes ammoniumhydrogensulfat, og den i selve katalysatoren fra friskluftsiden tilførte ammoniak bliver i hovedsagen fuldstændig forbrugt til reduktion af nitrogenoxiderne 35 således, at dette skadelige salt overhovedet ikke kan dannes i selve katalysatoren. I denne forbindelse skal opmærksomhe- 4

DK 161675 B

den henledes på, at selv når tilsætningen af ammoniak til friskluftstrømmen sker i sådanne mængder, at en del af ammoniakken forbliver i friskluften og dernæst bliver tilført til fyringsanlægget, betyder dette ikke, at der med røggasserne _ også stammer ammoniak ud af fyringsanlægget. Den ved hjælp 5 af friskluft tilførte ammoniak bliver nemlig spaltet ved den i fyringsanlægget herskende temperatur således, at der højst i røggasserne kan være en let forøget mængde af molekylært nitrogen, som imidlertid er uskadeligt.

10

En indretning til brug ved udøvelsen af fremgangsmåden og ved hvilken katalysatoren er dannet af et antal i et bæreorgan anbragte katalysatorelementer, og bæreorganet og tilslutningerne med henblik på den zonevis gennemstrømning af katalysatoren 15 med røggasserne henholdsvis friskluften er indrettet drejeligt i forhold til hinanden, idet der benyttes et drev til tilvejebringelsen af en trinvis eller kontinuerlig drejning af bæreorganet i forhold til tilslutningerne,er ejendommelig ved, at der i en set i strømningsretningen foran katalysatoren 2Q liggende og til katalysatortilslutningen for friskluft førende friskluft-ledning er anbragt et udløb for en ammoniaktilblan-dingsledning, der fødes fra et ammoniakforråd. Den i friskluften indsprøjtede ammoniak kan i denne forbindele fordeles i friskluften ved hjælp af en af passende installationer i friskluft-25 ledningen dannet blandestrækning, eller alternativt kan der foretages en forblanding af ammoniakken med en i et bypass til hovedstrømmen af friskluft strømmende friskluft-delstrøm, som inden katalysatoren bliver ført tilbage i friskluft-led-ningen.

30

Opfindelsen beskrives nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et diagram af et fyringsanlæg, hvor der er ind-35 koblet en katalysator og en regenerativ varmeveksler, og fig. 2 et diagram af et andet fyringsanlæg hvor den indkob- 5

DK 161675 B

lede katalysator og den regenerative varmeveksler er sammenbygget til en enkelt enhed.

Ved det i figur 1 skematisk viste anlæg når røggassen fra fy-5 ringsanlægget 10 via en ledning 12 frem til en katalysator 14, som kan udgøres af katalysatorelementer, der er anbragt i et til gennemførelse af en kontinuerlig drejning drevet bæreorgan. De via ledningen 12 tilførte røggasser strømmer gennem katalysatoren 14, dvs. igennem den i figur 1 øverst liggende 10 zone, hvor der sker en katalytisk reduktion af de i røggasserne indeholdte nitrogenoxider. De røggasser, som forlader katalysatoren, og som er beriget med molekylært nitrogen og vand, når dernæst via en ledning 16 ind i den roterende regenerative varmeveksler 18 til overføring af røggasvarme til den friskluft, 15 der skal tilføres fyringsanlægget 10 som forbrændingsluft.

Røggassen når dernæst via en i forbindelse med den roterende regenerative varmeveksler stående røggasledning 20 ind i et ikke vist anlæg til udskillelse af svovlforbindelserne og genopvarmning med henblik på at strømme ind i røggasskorstenen.

20

Den friskluft, der skal tilføres fyringsanlægget 10 som forbrændingsluft, strømmer via en ledning 22 først ind i den roterende regenerative varmeveksler 18, bliver her i modstrøm til røggasserne forvarmet og strømmer dernæst via en ledning 25 24 frem til katalysatoren 14 og - ligeledes i modstrøm til røggassen - i .den i figur 1 nederst liggende zone gennem katalysatoren. Fra den modsat katalysatorens 14 indløbside liggende udløbsside strømmer friskluften dernæst via en ledning 26 frem til fyringsanlægget 10.

30

Indsprøjtningen af den for reduktionen af nitrogenoxiden i katalysatoren 14 nødvendige ammoniak sker i den mellem den regenerative varmevekslers 18 udløb og katalysatorens 14 indløb forløbende friskluftledning 24, idet en delstrøm af frisk-3 5 luft bag varmeveksleren 18 fra ledningen 24 og i en ledning e

DK 161675 B

28 bliver ledt ind i en blandestrækning 30, i hvilken ammoniak (NH^) bliver tilført fra en forrådsbeholder 32 og doseret ind i friskluftdelstrømmen. Dernæst bliver friskluftdel-strømmen via ledningen 34 ført ind i hovedstrømmen af frisk-5 luft og derved trinvist eller kontinuerligt tilført den roterende katalysator 14. I katalysatorens af friskluft gennemstrømmede zone bliver den i friskluften indeholdte ammoniak bundet til den på de gennemstrømmede overflader af katalysatorelementerne fritliggende katalytisk virksomme forbindelse og dernæst ved ændringen af 10 zonebeliggeriheden overført til den af røggasser gennemstrømmede zone, hvor den tilstræbte reduktion af nitrogenoxid til nitrogen og vand dernæst finder sted.

Katalysatoren 14 og den regenerative varmeveksler 18 kan i 15 princippet have separate drev. Med henblik på at nedsætte fremstillingsomkostningerne er det imidlertid anbefalelsesværdigt, at de to enheder er forbundet med et fælles drev, idet den regenerative varmeveksler eksempelvis på sædvanlig måde drives ved hjælp af en motor, og katalysatoren er sam-20 menkoblet med varmeveksleren ved hjælp af en aksel.

Ved den i figur 2 viste alternative udførelsesform for indretningen er den i figur 1 viste katalysator 14 og regenerative varmeveksler 18 sammenbygget i en enkelt funktionsenhed 114, 25 idet lagerelementerne, der danner den regenerative varmevekslers lagermasse, er anbragt på et fælles til drejning drevet bæreorgan, og tagerelementerne i det mindste på en del af deres overflade- er forsynet med den katalytisk virksomme forbindelse, f.eks. en krystallinsk vanadium-titan forbindelse, hvorved 30 disse lagerelementer således er indrettet til både at tilvejebringe varmeoverførslen fra røggassen til friskluften og stå til rådighed for de katalytisk virksomme flader i røggasstrømmen. På grund af at katalysatoren er forenet med den regenerative varmeveksler, bortfalder ved den i figur 2 viste udførelsesform 35 de i den tidligere beskrevne udførelsesform mellem katalysatoren 14 og varmeveksleren 15 anbragte røggas - henholdsvis frisk- 7

DK 161675 B

luftførende ledninger 16 henholdsvis 24, mens de to udførelsesformer herudover i hovedsagn stemmer overens.

Med henblik på at undgå unødige gentagelser vil i det følgen-g de kun afvigelserne mellem den foreliggende og den tidligere beskrevne udførelsesform blive forklaret, idet det er tilstrækkeligt herudover at henvise til beskrivelsen hørende til den i figur 1 viste udførelsesform. De i figur 1 og 2 viste og til hinanden svarende funktionselementer har samme henvisnings-2Q tal, idet der dog til de til udførelsesformen i figur 2 hørende henvisningstal er foranstillet et ét-tal.

Da den til friskluftledningen 24 svarende ledning mangler i den i figur 2 viste udførelsesfornv bliver ammoniakken ved den 15 anden udførelsesform fra ammoniak-forrådsbeholderen 132 via en ledning 134 ført ind i den ved hjælp af ledningen 122 tilførte friskluft, der dernæst i sin helhed bliver ført gennem blandestrækningen 130, inden den strømmer ind i funktionsenheden 114 i hvilken den regenerative varmeveksler og katalysatoren 20 er integreret.

Opfindelsen kan ændres på mange måder, uden at der derved afviges fra dens idé; således kan katalysatoren 14 i den i figur 1 viste udførelsesform også have et af den regenerative 25 varmevekslers 18 drev uafhængigt separat drev således, at katalysatoren uafhængigt af varmevekslerens drev kan drives kontinuerligt eller trinvist. Tilførslen af ammoniak i den i figur 2 viste udførelsesform kan, som det er tilfældet ved den i figur 1 viste udførelsesform, ske i en fra friskluftstrøm-30 men afgrenet delstrøm, som efter en fuldstændig blanding med ammoniak dernæst føres tilbage til hovedstrømmen af friskluft.

Det er udelukkende væsentligt, at ammoniakken bliver tilført til katalysatoren ved hjælp af den tilstrømmende friskluft og ved at blive bundet til den katalytisk virksomme forbin-35 del se dernæst indeholdt i selve katalysatoren bliver overført til den af røggas gennemstrømmede zone.

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til selektiv fjernelse af nitrogenoxider fra fyringsanlægs røggasser ved hjælp af reduktion med udefra tilført ammoniak og reaktionsfremskyndelse ved hjælp af en katalysator, der i én zone bliver gennemstrømmede af røggasserne og i en anden zone bliver gennemstremmet af den friskluft, der skal 10 tilføres fyringsanlægget som forbrændingsluft, idet beliggenheden af de af røggasserne henholdsvis friskluften gennemstrømmede katalysatorzoner bliver således kontinuerligt eller trinvis ændret, at de først af røggasser gennemstrømmede afsnit derefter bliver gennemstrømmet af friskluft og omvendt, kendetegnet 15 ved, at ammoniakken tilsættes friskluften, inden denne strømmer ind i katalysatoren.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ammoniakken tilsættes i en sådan mængde til friskluften, 20 at den i den af friskluft gennemstrømmede zone af katalysato ren i størst mulig udstrækning bliver bundet til det katalytisk virksomme materiales overflade og ved den efterfølgende gennemstrømning med røggasser bliver brugt til reduktionen af de i disse indeholdte nitrogenoxider. 25

3. Indretning til brug ved udførelsen af fremgangsmåden ifølge krav 1 og 2 med en af et antal i en bæreorgan anbragte katalysatorelementer dannet katalysator, ved hvilken bæreorganet og tilslutningerne med henblik på den zonevise gennemstrømning 30 af katalysatoren med røggasserne henholdsvis friskluften er indrettet drejeligt i forhold til hinanden, idet der benyttes et drev til tilvejebringelsen af en trinvis eller kontinuerlig drejning af bæreorganet i forhold til tilslutningerne, kendetegnet ved, at der i den set i strømningsret-35 ningen foran katalysatoren (14* 114) liggende og til katalysator tilslutningen for friskluft førende friskluft-ledning (24* 122) DK 161675 B ' 9 er anbragt et udløb for en ammoniak-tilblandingsledning (34;134), der fødes fra et ammoniakforråd (32;132). 5 10 15 20 25 30 35