DK161869B - Luftforvarmer til forvarmning af forbraendingsluften til en forbraendingsproces med nox-reducerende katalytiske varmeveksleroverflader - Google Patents

Description

DK 161869 B

Den foreliggende opfindelse angår en indretning af luftforvarmertypen til forvarmning af forbrændingsluften til en forbrændingsproces ved varmeoverføring med hede, NO -holdige røggasser fra en egen eller en anden forbræn- Λ 5 dingsproces under samtidig formindskelse af det i røggasserne indholdte NO .

X

Til forvarmning af forbrændingsluften til en forbrændingsproces indsættes såkaldte luftvarmere. Ved denne forvarmning opnås bl.a. fyringstekniske fordele, såsom frem-10 skyndet tænding og mere fuldstændig forbrænding som følge af højere forbrændingstemperatur. Som varmeafgivende stofstrøm til forbrændingsluften, der skal opvarmes, tjener i reglen røggas fra fyrets egen forbrændingsproces. Det er imidlertid også muligt at udnytte røggas fra en anden for-15 brændingsproces.

Indretninger til forvarmning af forbrændingsluften er ret kendte. Som luftforvarmere kendes såkaldte rekuperato-rer og regeneratorer. I det første tilfælde opvarmes luften af røggas ved hjælp af varmeoverførsel via faste vægge. Her-20 til hører f.eks. luf tforvarmere af plade- eller rørvarmer· vekslertypen. Ved regenerative luftvarmere optager lager-masserne røggasvarmen og afgiver den senere til luften. Til kontinuerlig drift kommer i det væsentlige to konstruktionstyper med cylindrisk lagermasse på tale, nemlig en med 25 roterende lagermasse og stationær luft- og røggastilslutning (Ljungstrom-Luftforvarmere), og en med stationær lagermasse og roterende lufttilslutning inden for den faste røggastilslutning, der dækker hele lagermassen (Rothemuhle-luftforvarmere). Ved begge udførelsesformer er varmelager-30 masserne udformet som stationære pladepakker. Ved en anden udformning af varmelagermassen er der i stedet for den faste pladepakke indsat separat bevægelige varmelagerlegemer, som det f.eks. er beskrevet i tysk fremlæggelsesskrift nr. 2.951.279.

DK 161869 B

2

Ved store fyringsanlæg opstår der foruden andre skadelige stoffer det særdeles miljøskadelige Ν0χ. Med henblik på reduktion af NO -emissionen skelner man mellem primære og sekundære foranstaltninger. I første tilfælde foretages 5 indgreb inde i forbrændingsrummet. Således opnås f.eks. ved indsætning af specielt hertil udviklede brændere eller ved trinvis tilsætning af forbrændingsluft en reduktion af NO -

X

dannelsen allerede under forbrændingsprocessen.

Ved de sekundære foranstaltninger foretages fremgangs-10 mådetekniske indgreb uden for kedlen. Blandt disse kan opregnes røggasbehandlingsmetoder, ved hvilke der under tilsætning af et reduktionsmiddel, såsom NH^ under tilstedeværelse af en katalysator, såsom vanadiumforbindelser på bærere af titanoxid, kan foregå en reduktion af NO til mole-15 kylært nitrogen og vanddamp. Denne proces gennemføres i en separat, hertil indrettet og med katalysatorer forsynet reaktor. Denne reaktor er for det meste anbragt mellem kedelenhed og luftforvarmer. Ved mange· anlæg er et højtemperatur-elektrofilter indskudt strømningsmæssigt før reaktoren.

20 Denne kendte anbringelse af NO -reaktoren mellem luft-

X

forvarmer og kedelenhed er imidlertid behæftet med en række ulemper. For det første optræder der et røggastryktab ved gennemstrømning gennem katalysatorlejet. For det andet må der tilvejebringes et tilsvarende rum til denne reaktor.

25 Desuden må systemets bærekonstruktion udføres forstærket som følge af NO -reaktorens vægt. Derudover må katalysato-

X

rerne på grund af røggassernes støvindhold renses intermitterende, f.eks. ved hjælp af sodblæsere, hvilket påvirker driftsudgifterne tilsvarende ugunstigt.

30 Den foreliggende opfindelse har derfor til formål at tilvejebringe en indretning til reduktion af NO i røggas-

X

sen under bibeholdelse af de kendte reaktorers virkningsgrad på en sådan måde, at røggassens tryktab såvel som pladsbehovet for anlægget minimeres ved samtidig reduktion 35 af det til rensning nødvendige energibehov.

DK 161869 B

3

Dette formål er ifølge den foreliggende opfindelse ved en indretning af luftforvarmertypen af den i krav 1 indledningsvisangivne art opnået ved anvendelse af en luftforvarmer af regenerativ eller rekuperativ art, ved hvilken de overfla-5 der på varmevekslerelementerne, der befinder sig på røggas-siden, er forsynet med en som katalysator for NO -reduktio-nen virkende belægning, og ved, at varmevekslerelementerne kun er forsynet med katalysatorbelægninger i de områder, hvor røggastemperaturen er højere end kondensationstempera-10 turen for reaktionsprodukterne, der dannes ved reaktioner mellem i røggassen indeholdte stoffer og det tilsatte reduktionsmiddel.

Det er således for at opnå, at der ikke skal danne sig afsætninger på katalysatoroverfladerne, når røggassernes 15 temperatur er lavere end kondensationstemperaturen for dem, og idet røggaserne afkøles ved passeren igennem varmeveksleren, at der kun udformes belægninger på varmevekslerelementerne alene i de områder, hvor røggastemperaturen overstiger kondensationstemperaturen for reaktionsprodukterne, 20 som dannes af stoffer indeholdt i røggassen og det tilsatte reduktionsmiddel.

Ifølge en anden udførelsesform ifølge opfindelsen er den med katalysatorbelægning på varmevekslerelementerne forsynede luftforvarmer indrettet til en røggasudgangstem-25 peratur, der er højere end kondensationstemperaturen for reaktionsprodukterne fra de i røggassen indeholdte stoffer og det tilsatte reduktionsmiddel, og at der efter denne luftforvarmer er tilsluttet en anden luftforvarmer med en i drift i et hvirvellag holdt, selvrensende varmelagermasse 30 bestående af et antal separat bevægelige enkeltelementer.

Ved en videreudformning ifølge opfindelsen kan der på nedstrøms på hinanden følgende særskilte elementer findes udformet en katalysatorbelægning, der i hvert enkelt tilfælde er tilpasset til optimale reaktionsforhold ved den på 35 det pågældende sted rådende røggastemperatur.

DK 161869 B

- 4-

De med den foreliggende opfindelse opnåede fordele består i, at pladsbehovet for systemet reduceres betydeligt ved integrationen af NO -reaktoren i luftforvarmeren. Lige-ledes undgås de ellers i en NO -reaktor optrædende tryktab.

5 Ved Udeladelsen af et separat hus for katalysatorerne kan der vælges enklere og dermed prisbilligere bærekonstruktioner. Da såvel katalysatorerne som varmevekslerfladerne skal renses med bestemte tidsintervaller, f.eks. ved hjælp . af sodblæsere, behøves ved indretningen ifølge opfindelsen 10 kun én sådan anordning. En afgørende fordel ved opfindelsen viser sig også ved belægningen af de varmevekslende elementer nedenstrøms med forskellige katalysatormaterialer, som i henseende til deres aktivitet for den i dette område .. fremherskende røggastemperatur yder optimale reaktionsbe-15 tingelser. Derved opnås en høj virkningsgrad for NO -reduk-tionen. Såvel katalysatorerne som va-rmevekslerelementerne er som følge af støvafgnidning og korrosion systemets slidelementer og må udskiftes fra tid til anden. Da varmevekslerelementerne er forsynet med et katalysatorlag, behøves 20 imidlertid kun en ekstra arbejdsgang ved deres .udskiftning ved indretningen ifølge opfindelsen.

Udførelsesformer ifølge opfindelsen beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor:

Fig. 1 viser en luftforvarmer af rørvarmevekslertypen 25 ifølge krydsmodstrømsprincippet med en kataly satorbelægning på varmevekslerelementerne, fig. 2 viser et udsnit af et varmevekslerelement i.form af et med en katalysatorbelægning forsynet ribber0¾.

- fig. 3 viser et udsnit af et varmevekslerelement i form 30 af en med en katalysatorbelægning forsynet rib beplade til en pladeluftforvarmer, fig. 4 viser et tværsnit af en luftforvarmer efter

Ljungstrom-princippet med en katalysatorbelagt varmelagermasse, 35 fig. 5 viser en rotationsluftforvarmer med radial gas-

DK 161869 B

5 tilstrømning og katalysatorbelagt varmelagermasse i form af enkeltelementer, og fig. 6 viser en kombination af en rør-luftforvarmer med katalysatorbelagte varmevekslerelementer og 5 en derefter indskudt luftforvarmer med selvren sende varmelagermasse.

I tegningens fig. 1 er vist en luftforvarmer 1 i form af en rørvarmeveksler, hvor røggas 2 og luft 3, der skal opvarmes, er ledt i krydsmodstrøm. Luftforvarmeren 1 er opdelt 10 i fire zoner 4, 5, 6, 7, der på luftsiden via omledningskanaler 8 er forbundet med hinanden. Her er varmevekslerelementerne kun i zoner 4-6 forsynet med en katalysatorbelægning. Da røggassen i modsætning til ved en separat reduktionsreaktor afkøles ved gennemstrømning af en varmeveksler, 15 sørges der ifølge opfindelsen for, at katalysatormaterialet i de enkelte zoner udvælges således, at det i henseende til sin aktivitet er afpasset til den i en zone fremherskende røggastemperatur. Derved opnås en høj reduktionsgrad.

Som varmevekslerelement for zonerne 4-6 kommer f.eks.

20 ribberør 9a ifølge fig. 2 på tale. Ved denne udførelsesform tilvejebringes der en særlig stor katalysatorkontaktflade. Betinget af den kendsgerning, at katalysatorlaget 10 i forhold til varmevekslerelementerne 9a 's materiale, som f.eks. stålrør 11 ifølge fig. 2, har en væsentlig lavere varmeled-25 ningsevne, muliggøres ved denne udførelsesform som følge af den større varmevekslerflade på røggassiden en kompakt konstruktion for en luftforvarmer. Zonen 7 i varmeveksleren 1 er i den i fig. 1 viste udførelsesform udstyret med glatte rør uden katalysatorbelægning. Grunden hertil er, at den 30 nedkølede røggas 2 ved gennemstrømning af varmeveksleren 1 i zonen 7 gennemløber et temperaturområde, hvor der kan danne sig aflejringer på varmevekslerelementerne som følge af kondensationen af reaktionsprodukter fra i røggassen indeholdte stoffer og det tilsatte reaktionsmiddel; således rea-35 gerer f.eks. SO^ fra røggassen med reduktionsmidlet NH^ til 6

DK f61869 B

ammoniumsulfit, hvis kondensationstemperatur ligger under ca. 250 °C. For fra tid til anden at befri varmevekslerelementerne fra disse aflejringer, er der anordnet en sodblæser 12. Sodblæsere til rensning af katalysatorkontaktfla-5 derne kan f.eks. være anbragt ved røggastilførslen.

I stedet for rør som varmevekslerelementer kan der naturligvis også indsættes plader eller såkaldte ribbeplader i luftforvarmeren. En principiel forskel i funktionsmåde i forhold til en luftforvarmer med rør er der ikke her tale 10 om. Et særlig egnet ribbepladeelement 9b er vist i tegningens fig. 3. Herved tilvejebringes som ved varmevekslerelementet ifølge fig. 2 ved hjælp af den på røggassiden forøgede overflade en større katalysatorkontaktflade samt en større varmevekslerflade.

15 I tegningens fig. 4 er der vist et tværsnit gennem en luftforvarmer udformet ifølge det såkaldte Ljungstrom-prin-cip med en cylindrisk og under drift roterende lagermasse.

Der er herved ligeledes sørget for opdeling af lagermassen i flere zoner 4, 5, 6, 7, hvor lagermassen i den nederste 20 zone 7 ikke er belagt med et katalysatormateriale. Som ved den i det foregående beskrevne udførelsesform er katalysatormaterialerne i de enkelte zoner i henseende til deres aktivitet afstemt til den på det pågældende sted fremherskende røggastemperatur, således at hvert lag yder optimale 25 reaktionsbetingelser ved den i den pågældende zone fremherskende røggastemperatur. Der er endvidere sørget for, at lagermassen mellem den nederste zone 7 og den derover beliggende zone 6 har en udsparing 13, hvori der er anbragt en renseindretning 12. Herved kan der valgfrit foretages en 30 rensning ved hjælp af trykluft 14 eller vand 15.

Ved en i tegningens fig. 5 vist regenerativ luftforvarmer med en roterende tromle 16 og radial gastilstrømning består lagermassen af et antal bevægelige enkeltelementer 17 i form af kugler, hulkugler, saddelformede legemer, som 35 ligeledes er forsynet med en katalysatorbelægning. Ifølge

DK 161869 B

7 denne udførelsesform er der sørget for opdeling af tromlen 16 i radial retning i enkelte kamre 18, hvorved varmeleder-elementerne 17 i de enkelte kamre 18 er forsynet med til røggastemperaturen tilpassede katalysatorbelægninger. Ved 5 en luftforvarmer af denne type med separat bevægelige enkeltelementer 17 som varmelagermasse er foranstaltninger til rensning ikke nødvendige, da disse elementer ved gensidig gnidning og hvirvlende bevægelser befrier sig selv for aflejringer.

10 En anden mulighed for til stadighed at holde varmevek slerfladerne fri for aflejringer er vist i tegningens fig.

6. Det, som det her drejer sig om, er at tilvejebringe seriekobling af en rør- eller pladeluftforvarmer 1 ifølge fig. 1 med en luftforvarmer af kolonnevarmevekslertypen 19 15 med en lagermasse i form af et antal separat bevægelige elementer 20, der holdes i cirkulation af en transportanordning 21. Her er kun varmevekslerelementerne 9 i pladeeller rørvarmeveksleren 1 forsynet med en katalysatorbelægning. For at undgå aflejringer på katalysatorkontaktflader-20 ne er denne luftforvarmer 1 således udformet, at den udstrømmende røggas 22 * s temperatur ligger over kondensationstemperaturen for reaktionsprodukterne, der dannes ved reaktioner mellem i røggassen indeholdte stoffer og det tilsatte reaktionsmiddel. I den efterfølgende kolonnevarme-25 veksler 19 undgås aflejringer derimod ved, at varmelager-elementerne 20 til stadighed holdes i et hvirvellag ved, at røggassen 22 og den forbrændingsluft 3, der skal opvarmes, strømmer mod varmelagerelementerne nedefra og opad. Herved er der opnået en selvrensningseffekt for den efterkoblede 30 luftforvarmer 19.

Claims (3)

1. Indretning af luftforvarmertypen til forvarmning af forbrændingsluften til en forbrændingsproces ved varmeover-føring med hede, NO -holdige røggasser fra en egen eller en 5 anden forbrændingsproces under samtidig formindskelse af det i røggasserne indeholdte NO kendetegnet ved anvendelse af en luftforvarmer af regenerativ eller rekuperativ art, ved hvilken de overflader på varmevekslerelementerne, der befinder sig på røggassiden, er forsynet 10 med en som katalysator for NO -reduktionen virkende belæg-ning, og ved, at varmevekslerelementerne kun er forsynet med katalysatorbelægning i de områder, hvor røggastemperaturen er højere end kondensationstemperaturen for reaktionsprodukterne, der dannes ved reaktioner mellem i røggassen 15 indeholdte stoffer og det tilsatte reduktionsmiddel.

2. Indretning ifølge krav 1 kendetegnet ved , at den med katalysatorbelægning på varmevekslerelementerne forsynede luftforvarmer er indrettet til en røggasudgangstemperatur, der er højere end kondensations- 20 temperaturen for reaktionsprodukterne fra de i røggassen indeholdte stoffer og det tilsatte reduktionsmiddel, og at der efter denne luftforvarmer er tilsluttet en anden luftforvarmer med en Selvrensende varmelagermasse bestående af et antal separat bevægelige enkeltelementer, der i drift 25 holdes i et hvirvellag.

3. Indretning ifølge krav 1 eller 2 k e n d e -tegnet ved , at der nedstrøms på hinanden følgende særskilte elementer findes udformet en katalysatorbe-lægriing, der i hvert enkelt tilfælde er tilpasset til opti- 30 male reaktionsforhold ved den på det pågældende sted rådende røggastemperatur.