WO2009021699A2 - Verfahren zur reduzierung der stickoxide aus stickoxid-haltiger abluft mittels der verwendung der abluft als brennluft für brenner - Google Patents
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
Definitions
- the invention relates to a method for reducing the nitrogen oxides from nitrogen oxide-containing exhaust air.
- the invention has for its object to provide a method for reducing the nitrogen oxides from nitrogen oxide-containing exhaust air, which does not have at least one disadvantage of the prior art.
- the invention is based on the basic idea of using the nitrogen oxide-containing exhaust air as combustion air for a burner of a firing device.
- the invention makes use of the fact that in stoichiometric (lack of air)
- Zones of a flame Nitric oxide molecules that have already formed in this flame can be reduced to nitrogen (N2). This mechanism is used in the inventive method to reduce the already contained in the exhaust air used as combustion air NOx in the flame.
- the inventive method provides in particular:
- the nitrogen oxide-containing exhaust air of a device is used as primary air for an air-stepped burner of a firing device.
- An air-staged burner is understood in particular to mean a burner in which the oxidizer is supplied in stages, at different positions, to the combustion zone. This will make at least two or more in the flame
- Oxygen concentration (of the oxygen partial pressure). Furthermore, the already cooled exhaust gas is heated up again in the flame area, thus removing heat from the flame and thus cooling it. Since the nitrogen oxide formation decreases with decreasing oxygen partial pressure and decreasing combustion temperature, the formation of nitrogen oxides is reduced.
- a pre-cleaning of the exhaust air take place before the exhaust air is supplied as combustion air to a burner.
- This pre-cleaning can be carried out in particular in the case of the presence of other exhaust air constituents, which are not nitrogen oxides and which can be harmful when using the exhaust air as combustion air.
- the pre-cleaning is designed in particular such that it reduces these further exhaust air components at least to the extent that they are no longer harmful to the use of the exhaust air as combustion air.
- Exhaust air components that are not nitrogen oxides can be harmful to the use of the exhaust air as combustion air, both by exceeding legal limits and thus by withdrawing the approval of the firing device as well as material damage to the firing device and its periphery.
- a further device is provided behind the firing device, in which a denitrification process is carried out.
- denitrification processes can be operated, for example, by the selective catalytic reduction (SCR) process. This allows the achievement of particularly low nitrogen oxide emission levels.
- SCR selective catalytic reduction
- the method can be used advantageously in particular if the firing device (eg furnace, annealing furnace) is required or already present in an overall device for a heating purpose anyway.
- the method is also advantageously applicable if the system in which the nitrogen oxide-containing exhaust air is produced and the firing device in which the exhaust air is to be used are generally simultaneously in operation and the air volume flows are similar.
- the method can be particularly preferred for the exhaust air of a pickling and their
- Supply for a burner of a (for example, the pickling upstream) annealing furnace can be used.
- the process can also be used for the treatment of exhaust air from artificial zinc plate, nitric and adipic acid production, fertilizer production and / or petroleum refining.
- the reduction of NOx is achieved by adding an additive (eg ammonia, NH3) which takes over the oxygen from the NOx are nitrogen (N2) and water (H2O).
- an additive eg ammonia, NH3 which takes over the oxygen from the NOx are nitrogen (N2) and water (H2O).
- FIG. 1 shows a flowchart of a first embodiment of the method according to the invention
- Fig. 2 is a flowchart of another embodiment of the method according to the invention
- Fig. 3 shows the flowchart of a third embodiment of a method according to the invention.
- a nitrogen oxide-containing exhaust-generating device (1) is shown.
- the raw exhaust air withdrawn from this device is fed to a firing device (2).
- the raw exhaust air is used as combustion air for at least one burner of the firing device (2).
- Fig. 2 shows, while maintaining the same reference numerals for the same components that a system (3) between the device (1) and the combustion device (2) can be switched, which causes a pre-cleaning of the raw exhaust air.
- FIG. 3 shows that the burner device (2) is followed by a device (4) for carrying out a denitrification method, for example an SCR method.
- the exhaust gas of the firing device (2) is supplied to the device (4).
- the cleaned raw exhaust air is the, the stain (10) upstream, annealing furnace (12) z. B. supplied as primary air.
- the nitrogen oxides are reduced to form nitrogen and carbon dioxide and degraded.
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Abstract
Verfahren zur Reduzierung der Stickoxide aus Stickoxid-haltiger Abluft einer Vorrichtung wobei die Stickoxid-haltige Abluft als Brennluft für Brenner einer Feuerungsvorrichtung verwendet wird.
Description
"Verfahren zur Reduzierung der Stickoxide aus Stickoxid-haltiqer Abluft mittels der Verwendung der Abluft als Brennluft für Brenner"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Stickoxide aus Stickoxid- haltiger Abluft.
Bei verschiedenen industriellen Prozessen, z.B. bei bestimmten Beizprozessen bei der Edelstahlherstellung, entstehen hohe Stickoxid-Mengen (NOx). Diese werden aus den
Anlagen und Arbeitsbereichen abgesaugt. Die Stickoxid-haltige Abluft muss zur Unterschreitung gesetzlicher Grenzwerte gereinigt werden. Dazu kommen in der Regel teure katalytische Verfahren (SCR-Verfahren) mit zusätzlicher Vorwärmung der Abluft zum Einsatz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung der Stickoxide aus Stickoxid-haltiger Abluft vorzuschlagen, das zumindest einen Nachteil des Standes der Technik nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die Stickoxid-haltige Abluft als Brennluft für einen Brenner einer Feuerungsvorrichtung zu verwenden. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, dass in unterstöchiometrischen (Luftmangel)
Zonen einer Flamme Stickoxid-Moleküle, die bereits in dieser Flamme gebildet wurden, zu Stickstoff (N2) reduziert werden können. Dieser Mechanismus wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dazu genutzt, das in der als Brennluft verwendeten Abluft bereits enthaltene NOx in der Flamme zu reduzieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht insbesondere vor:
Es wird eine Abluft (mit hohem Sauerstoffgehalt, i.d.R. rund 21% Sauerstoff in der Luft/Abluft) und kein Abgas (mit geringer Sauerstoffkonzentration, i. a. zwischen 1% und 5%, bei Sonderverfahren auch bis zu 11% Sauerstoff im Abgas) in die Verbrennungszone zugeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Stickoxid-haltige Abluft einer Vorrichtung als Primärluft für einen luftgestuften Brenner einer Feuerungsvorrichtung verwendet. Unter einem luftgestuften Brenner wird insbesondere ein Brenner verstanden, bei dem der Oxidator stufenweise, an unterschiedlichen Positionen, der Verbrennungs- zone zugeführt wird. Dadurch werden in der Flamme mindestens zwei oder mehrere
Reaktionszonen mit unterschiedlichem Sauerstoffpartialdruck und unterschiedlicher Verweilzeit geschaffen. In der brennstotffreichen Primärzone findet eine unterstöchio- metrische Verbrennung statt, in der die Stickoxidkonzentration vermindert wird. Es erfolgt eine Wärmeabgabe an die Umgebung und somit findet eine Absenkung der Flammentemperatur statt. In der Sekundärzone erfolgt die Zugabe des restlichen Oxi- dators um eine vollständige Verbrennung zu erreichen.
Die Rezirkulation eines Abgases (welches sich insbesondere durch eine geringe Sauerstoffkonzentration auszeichnet) führt in der Flamme durch die Vermischung mit der Brennluft (i.d.R. mit rund 21% Sauerstoff) zu einer Verminderung der lokalen
Sauerstoffkonzentration (des Sauerstoffpartialdruckes). Weiterhin wird das bereits abgekühlte Abgas im Flammenbereich wieder aufgeheizt, entzieht der Flamme also Wärme und kühlt diese damit. Da die Stickoxidbildung mit sinkendem Sauerstoffpartialdruck und sinkender Verbrennungstemperatur sinkt, wird die Stickoxidbildung vermindert.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Vorreinigung der Abluft erfolgen, bevor die Abluft als Brennluft einem Brenner zugeführt wird. Diese Vorreinigung kann insbesondere im Falle des Vorhandenseins weiterer Abluftbestandsteile, die keine Stickoxide sind und die bei der Nutzung der Abluft als Brennluft schädlich sein können, erfolgen. Die Vorreinigung ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie diese weiteren Abluftbestandteile zumindest soweit reduziert, dass sie für die Nutzung der Abluft als Brennluft nicht mehr schädlich sind. Abluftbestandteile, die keine Stickoxide sind, können sowohl durch das Überschreiten gesetzlicher Grenzwerte und damit durch den Entzug der Genehmigung der Feuerungsvorrichtung als auch durch Materialschädigung an der Feuerungsvorrichtung und deren Peripherie schädlich für die Nutzung der Abluft als Brennluft sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist hinter der Feuerungsvorrichtung eine weitere Vorrichtung vorgesehen, in der ein Entstickungs-Verfahren durchgeführt wird. Derartige Entstickungs-Verfahren können beispielsweise nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Verfahren) betrieben werden. Dies erlaubt das Erzielen besonders niedriger Stickoxid-Emissionswerte.
Das Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft anwendbar, wenn die Feuerungsvorrichtung (z.B. Ofen, Glühofen) ohnehin in einer Gesamtvorrichtung für einen Beheizungszweck erforderlich oder bereits vorhanden ist.
Das Verfahren ist insbesondere auch dann vorteilhaft anwendbar, wenn die Anlage, in der die Stickoxid-haltige Abluft entsteht und die Feuerungsvorrichtung, in dem die Abluft genutzt werden soll, in der Regel gleichzeitig in Betrieb sind und die Luft- Volumenströme ähnlich groß sind.
Das Verfahren kann insbesondere bevorzugt für die Abluft einer Beize und deren
Zufuhr für einen Brenner eines (beispielsweise der Beize vorgeschalteten) Glühofens verwendet werden.
Das Verfahren kann auch für die Behandlung von Abluft aus der künstlichen Bewit- terung von Zinkblech, der Salpetersäure- und Adipinsäurenherstellung, der Düngermittelherstellung und/oder der Erdöl-Raffinierung eingesetzt werden.
Es wird insbesondere bevorzugt nicht das Abgas einer Anlage (zusätzlich zu der als Brennluft zugeführten Abluft) in dieselbe Anlage wieder zurückgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von Verfahren der thermischen Abluftreinigung mit Verbrennung (dort: als Maßnahmen zur Minderung brennbarer Schadstoffe in einer Abluft, z.B. Kohlenwasserstoffe in der Abluft einer Lackiererei) insbesondere dadurch, dass Stickoxide nicht durch Oxidation (i.d.R. Verbrennung mit Luft) vermindert werden können. Erforderlich ist eine Reduzierung (chemisch: Wegnahme von Sauerstoff = Gegenteil der Oxidation), die in der Regel nicht mit einer Verbrennung (=Oxidation) erreicht werden kann.
Bei dem Entstickungsverfahren der „selektiven katalytischen Reduktion" (SCR-Ver- fahren) gemäß dem Stand der Technik wird beispielsweise die Reduzierung des NOx durch Zugabe eines Additivs (z.B. Ammoniak, NH3) erreicht, das den Sauerstoff vom NOx übernimmt. Produkte der chemischen Reaktionen sind Stickstoff (N2) und Wasser (H2O).
Nachfolgend wir die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufschema einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 ein Ablaufschema einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 3 das Ablaufschema einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 4 ein Ablaufschema einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
In der Fig. 1 ist eine Stickoxid-haltige Abluft erzeugende Vorrichtung (1) dargestellt. Die dieser Vorrichtung entzogene Roh-Abluft wird einer Feuerungsvorrichtung (2) zugeführt. Dabei wird die Roh-Abluft als Brennluft für mindestens einen Brenner der Feuerungsvorrichtung (2) verwendet.
Die Fig. 2 zeigt unter Beibehaltung gleicher Bezugszeichen für gleiche Bauteile, dass eine Anlage (3) zwischen die Vorrichtung (1) und die Feuerungsvorrichtung (2) geschaltet werden kann, die eine Vorreinigung der Roh-Abluft bewirkt.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform zeigt unter Beibehaltung gleicher Bezugszeichen für gleiche Bauteile, dass der Feuerungsvorrichtung (2) eine Vorrichtung (4) zur Durchführung eines Entstickungs-Verfahrens, beispielsweise eines SCR-Ver- fahrens, nachgeschaltet ist. Das Abgas der Feuerungsvorrichtung (2) wird der Vorrichtung (4) zugeführt.
In der Fig. 4 ist beispielsweise das Ablaufschema einer gängigen Variante einer Edelstahlbeizlinie dargestellt. In der Beize (10) entstehen durch die chemische Reaktion von Salpetersäure mit dem Zunder und der Edelstahloberfläche Stickoxide. Aus Gründen der Arbeitssicherheit wird die Luft oberhalb der Beize zur Entfernung der Stickoxide abgesaugt (Roh-Abluft). Üblicherweise wird Edelstahl in einem Gemisch aus Salpeter- und Flusssäure gebeizt. Die Abluft enthält entsprechend auch noch Fluorwasserstoff. Um die Grenzwerte für Fluorwasserstoff einhalten zu können und um Materialschädigungen zu verhindern, wird die Abluft über einen Wäscher (13) geleitet, der die Konzentrationen an Fluorwasserstoff unterhalb der kritischen Werte bzgl. Grenzwerten und Materialbeständigkeiten hält. Die gereinigte Roh-Abluft wird dem, der Beize (10) vorgeschalteten, Glühofen (12) z. B. als Primärluft zugeführt. Durch die unterstöchiometrische Verbrennung in der ersten Verbrennungszone werden die Stickoxide unter Bildung von Stickstoff und Kohlendioxid reduziert und abgebaut.
Claims
1. Verfahren zur Reduzierung der Stickoxide aus Stickoxid-haltiger Abluft einer Vorrichtung (1 , 10) dadurch gekennzeichnet, dass die Stickoxid-haltige Abluft als Brennluft für einen Brenner einer Feuerungsvorrichtung (2, 12) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Stickoxid-haltige Abluft einer Vorrichtung (1 , 10) als Primärluft für einen luftgestuften Brenner einer Feuerungsvorrichtung (2, 12) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet durch, eine Vorreinigung der Abluft.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerungsvorrichtung (2, 12) nachgeschaltet ein Entstickungs- Verfahren für das Abgas der Feuerungsvorrichtung vorgesehen ist.
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