NL8402970A - Inrichting op basis van een luchtvoorverwarmer ter voorverwarming van de verbrandingslucht voor een verbrandingsproces onder gelijktijdige vermindering van de hoeveelheid nox in de rookgassen. - Google Patents

Description

if- rtt VO 6578

Titel: Inrichting op basis van een luchtvoorverwarmér ter voorverwar-ming van-de verbrandingslucht voor een verbrandingsproces onder gelijktijdige vermindering van de hoeveelheid Ν0χ in dé rookgassen.

'De uitvinding heeft betrekking op een inrichting op basis van een luchtvoorverwarmér ter voorverwarming van de verbrandingslucht voor een verbrandingsproces, door toevoer van hete NO houdende rookgassen uit het eigen of een ander verbrandingsproces met gelijktijdige vermindering 5 van de hoeveelheid Ν0χ die in de rookgassen aanwezig is.

Voor het voorverwarmen van de verbrandingslucht voor een verbrandingsproces worden zogenaamde luchtvoorverwarmers toegepast. Door deze voorverwarming worden onder andere verbrandingstechnische voordelen verkregen, zoals versnelde ontbranding en betere verbranding vanwege 10 de hoge vuurkamertemperatuur. Als warmteafgevende stofstroom voor de op te warmen verbrandingslucht dient als regel rookgas uit hetzelfde verbrandingsproces. Het is echter ook mogelijk rookgas uit een ander verbrandingsproces toe te passen.

Inrichtingen voor het voorverwarmen van de verbrandingslucht zijn 15 bekend. Men kent daarbij de zogenaamde recuperatoren en regeneratoren.

In het eerste geval wordt de lucht door het rookgas door middel van warmteoverdracht door vaste wanden opgewarmd. Hieronder vallen bijvoorbeeld luchtvoorverwamers op basis van platen- of buizenwarmtewisse-laars.

20 Bij regeneratieve luchtvoorverwarmers nemen opslagmasSa's de rookgaswarmte op, en geven deze later aan de lucht af. Voor continue toepassing komen in hoofdzaak twee constructietypen met cilindrische opslagmassa in aanmerking, namelijk één met roterende opslagmassa en vast staande lucht- en rookgasaansluitingen (Ljungström-Luvo), en een 25 andere met vaststaande opslagmassa en een roterende luchtaansluiting binnen der de gehele opslagmassa bedekkende, vaste rookgasaansluitingen (Rothemühle-Luvo). In beide uitvoeringsvormen zijn de warmteopslagmassa's als vaststaande platenpakketten uitgevoerd. Bij een andere uitvoeringsvorm van de warmteopslagmassa kan men in plaats van de vaste platen-50 pakketten afzonderlijk beweegbare warmteopslaglichamen toepassen, zoals bijvoorbeeld beschreven in DE-OS 29 51 2796.

84 0 2 S 7 0 - 2 -

Bij grote verbrandingsinstallaties ontstaan naast andere schadelijke stoffen het in hoge mate milieuonvriendelijke Ν0χ. Ten aanzien van de vermindering van de NO^-emissie kan men onderscheid maken tussen primaire en secundaire maatregelen. In het eerste geval worden de maat-5 regelen bij de voorverbranding zelf genomen. Zo kan men bijvoorbeeld door toepassing van speciaal hiervoor ontwikkelde verbranders of door stapsgewijze toevoer van de verbrandingslucht een vermindering van de NO -vorming al gedurende het verbrandingsproces bereiken.

Bij de secundaire maatregelen wordt in de werkwijze buiten de 10 ketel ingegrepen. Hieronder rekent men rookgasbehandelingswerkwijzen, waarbij onder toepassing van een reductiemiddel, bijvoorbeeld NH^, in aanwezigheid van een katalysator, bijvoorbeeld vanadiumverbindingen op titaanoxydedragers, een reductie van Ν0χ tot moleculaire stikstof en waterdamp plaatsvindt. Deze werkwijze wordt in een afzonderlijke, hier-15 voor bedoelde en van de katalysatoren voorziene reactor uitgevoerd.

Deze reactor is in het algemeen tussen de keteleenheid en de luchtvoor-verwarmer aangebracht. Bij veel inrichtingen is voor de reactor ook nog een hoge temperatuur-electrofilter aangebracht.

Deze bekende volgorde van NO^-reaktor tussen luchtvoorverwarmer 20 en keteleenheid heeft echter een aantal nadelen. In de eerste plaats treedt er een drukval van het rookgas op bij het doorstromen van het katalysatorbed. In de tweede plaats moet er plaats ingeruimd worden voor deze reactor. Ook moeten de dragerconstructies van het systeem vanwege het gewicht van de NOx~reactor versterkt uitgevoerd worden. Ten-25 slotte moeten de katalysatoren vanwege het stofgehalte van het rookgas, intermitterend, bijvoorbeeld door middel van roetventilatoren gereinigd worden, hetgeen een negatief effect heeft op de bedrijfskosten.

De uitvinding heeft ten doel een inrichting te verschaffen voor de reductie van ΝΟχ uit het rookgas onder behoud van de werkingsgraad 30 .van de bekende reactoren, waarbij het drukverlies van het rookgas evenals de benodigde ruimte voor de inrichting, bij gelijktijdige vermindering van de voor de reiniging aan te wenden energie, geminimaliseerd wordt.

Teneinde dit doel te bereiken wordt voorgesteld een op zichzelf 35 bekende luchtvoorverwarmer van het regeneratieve of recuperatieve type 8402970 3* - 3 - toe te passen waarbij de oppervlakken van de wanntewisselaarelementen aan de rookgaszijde voorzien zijn van een laag die als katalysator werkt voor de NO -reductie, x

Ter vermijding van afzettingen op de katalysatorcontactvlakken 5 vanwege een onderschrijding van de condensatietemperatuur van de bij het doorstromen van de warmtewisselaar afkoelende rookgas, wordt volgens de uitvinding de laag op de warmtewisselelementen uitsluitend aangebracht in het gebied waar een rookgastemperatuur heerst die ligt boven de condensatietemperatuur van de reaktieproducten uit de in het rookgas 10 aanwezige stoffen en de toegevoegde reductiemiddelen.

In een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding is de lucht-voorverwarmer die voorzien is van een katalysatorlaag op de warmtewisselelementen, berekend op een rookgasuittredetemperatuur boven de condensatietemperatuur van de reactieproducten van de in het rookgas 15 aanwezige stoffen en de toegevoegde reductiemiddelen, en is achter deze luchtvoorverwarmer een tweede op zichzelf bekende luchtvoorverwarmer aangebracht met een tijdens bedrijf in een wervelbed gehouden, zelf reinigende warmteopslagmassa die uit een groot aantal afzonderlijk beweegbare afzonderlijke elementen bestaat.

20 Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding zijn op afzonderlijke elementen stroomafwaarts achter elkaar katalysa-torlagen aangebracht, waarbij iedere laag optimale reactieomstandigheden voor de in het betreffende bereik heersende rookgastemperatuur schept.

Een belangrijk voordeel van de uitvinding bestaat daaruit, dat 25 door de integratie van de NO^-reactor in de luchtvoorverwarmer aanzienlijk minder ruimte nodig is voor het systeem. Bovendien worden de anders in een NQx-reactor optredende drukverliezen vermeden. Door het wegvallen van een separate behuizing voor de katalysatoren kunnen eenvoudige en daardoor goedkopere dragerconstructies gekozen worden, aangezien zowel 30 de katalysatoren alsook de warmtewisselaaroppervlakten van tijd tot tijd bijvoorbeeld door middel van een roetventilator gereinigd moeten worden, is bij de inrichting volgens de uitvinding slechts één dergelijk apparaat nodig. Een belangrijk voordeel van de uitvinding wordt gevormd door het aanbrengen van verschillende katalysatormaterialen op verschil-35 lende wanntewisselaarelementen, welke materialen met betrekking tot hun 8402970 * % - 4 - activiteit voor de in het betreffende bereik heersende rookgastempera-tuur steeds optimale reactievoorwaarden geven- Daardoor wordt een hogere efficiency voor de NO^-reductie bereikt. Zowel de katalysatoren alsook de warmtewisselaarelementen zijn tengevolge van erosie en corrosie, 5 slijtageëlementen van het systeem, en moeten van tijd tot tijd uitgewisseld worden. Aangezien de warmtewisselaarelementen van een katalysator-laag voorzien zijn, is echter voor de uitwisseling bij de inrichting volgens de uitvinding nog slechts één handeling nodig.

De uitvinding wordt hierbij aan de hand van de in de tekeningen 10 aangegeven uitvoeringsvoorbeelden nader beschreven.

In fig. 1 is een luchtvoorverwarmer op basis van een buizen-warmtewisselaar volgens het kruistegenstroomprincipe aangegeven met een katalysatorlaag op de warmtewisselaarelementen.

In fig. 2 is een doorsnede van een warmtewisselaarelement gegeven 15 in de vorm van een, van een katalysatorlaag voorziene ribbenbuis.

In fig. 3 is een doorsnede gegeven aan een warmtewisselaarelement in de vorm van een, van een katalysatorlaag voorziene ribbenplaat voor een platenluchtvoorverwarmer.

Fig. 4 geeft een doorsnede van een luchtvoorverwarmer volgens 20. het Ljungström-principe, met een warmteopslagmassa die voorzien is van een katalysator.

Fig. 5 geeft een rotatieluchtvoorverwarmer met radiale gasaan-stroming en een warmteopslagmassa waarop een katalysatorlaag aangebracht is in de vorm van afzonderlijke elementen.

25 Fig. 6 geeft een combinatie van een buisluchtvoorverwarmer met warmtewisselaarelementen voorzien van een katalysatorlaag en een daarachter aangebrachte luchtverwarmer met een zelfreinigende warmteopslagmassa.

Bij de in fig. 1 aangegeven luchtvoorverwarmer 1 gaat het om een 30 buizenwarmtewisselaar, waarbij het rookgas 2 en de op te warmen lucht '3 in kruistegenstroom geleid worden. De luchtvoorverwarmer 1 is in vier zones, 4, 5, 6, 7 opgedeeld die aan de luchtzijde via leikanalen 8 met elkaar verbonden zijn. Daarbij zijn alleen de warmtewisselaarelementen in de zones 4 tot 6 van een katalysatorlaag voorzien. In tegenstelling 35 tot een aparte reductiereactor, treedt bij doorstromen van een warmte- 8402970 - 5 - wisselaar afkoeling van het rookgas op, zodat volgens de uitvinding het katalysatormateriaal in de afzonderlijke zones zo te kiezen is dat het met betrekking tot zijn activiteit op de in iedere zone heersende rook-gastemperatuur afgesteld is. Daardoor wordt een hogere · reductiegraad 5 verkregen. Als warmtewisselaarelement voor de zones 4 tot 6 komen bijvoorbeeld ribbenbuizen 9a volgens fig. 2 in aanmerking. Bij een dergelijke uitvoeringsvorm is een bijzonder groot contactoppervlak van de katalysator verkregen. Vanwege het feit dat de katalysatorlaag 10 tegenover het materiaal van het warmtewisselaarelement 9a, bijvoorbeeld een 10 staalbuis 11 volgens fig. 2, een aanzienlijk geringere warmtegeleidbaar-heid bezit, wordt bij deze uitvoeringsvorm vanwege de grotere warmte-wisselaaroppervlakken aan de rookgaszijde een zeer compacte bouwwijze van een luchtvoorverwarmer mogelijk gemaakt. De zone 11 in warmtewisselaar 1 is in de in fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm met gladde buizen 15 zonder katalysatorlaag uitgerust. De reden hiervoor is, dat het afkoelende rookgas 2 bij doorstroming door de warmtewisselaar 1 in zone 7 een tempe-ratuurbereik doorloopt, waarbij zich afzettingen kunnen vormen op de warmtewisselaarelementen tengevolge van de condensatie van reactiepro-ducten van de in het rookgas aanwezige stoffen en de toegevoegde reduc-20 tiemiddelen; het SO^ uit het rookgas reageert bijvoorbeeld met het reductiemiddel NH^ tot ammoniumsulfiet waarvan de condensatietemperatuur onder ca. 250°C ligt. Teneinde de warmtewisselaarelementen van tijd tot tijd van deze afzettingen te bevrijden is een roetventilator 12 aanwezig. Roetventilatoren ter reiniging van de katalysatorcontactoppervlakken 25 kunnen bijvoorbeeld bij de rookgasintrede aangebracht worden. In plaats van buizen als warmtewisselaarelementen kunnen natuurlijk ook platen of zogenaamde ribbenplaten in de luchtvoorverwarmer toegepast worden. Er bestaat geen principieel verschil in de werkingswijze tussen een luchtvoorverwarmer met buizen en met platen. Een bijzonder geschikt ribben-30 platenelement 9b is in fig. 3 getoond. Hierbij worden eveneens zoals bij hd:warmtewisselaarelement volgens fig. 2 door de aan de roökgaszijde vergrote oppervlakten een groter katalysatorcontactoppervlak evenals een groter warmtewisselaaroppervlak verkregen.

In fig. 4 is een doorsnede van een luchtvoorverwarmer volgens het 35 zogenaamde Ljungstrom-principe getoond, met een cilindrische en in 8402970 * o «1 - δ - bedrijf roterende opslagmassa. Hierbij is eveneens voorzien dat de opslagmassa in verschillende zones 4, 5, 6, 7 opgedeeld is, waarbij de opslagmassa in de onderste zone 7 niet van een katalysatormateriaal voorzien is. Net zoals in de voorgaande uitvoeringsvorm zijn de kataly-5 satormaterialen in de afzonderlijke zones met betrekking tot hun activiteit afgestemd op de daarbij heersende rookgastemperatuur. zodat iedere laag optimale reactieomstandigheden schept voor de in de betreffende zone heersende rookgastemperatuur. Aanvullend is hier voorzien, dat de opslagmassa tussen de onderste 7 en de daarboven liggende zone 6 een 10 uitsparing 13 heeft waarin een reinigingsinrichting 12 aangebracht is. Hierbij kan naar keuze een reiniging door middel van perslucht 14 of water 15 uitgevoerd worden.

Bij de in fig. 5 getoonde regeneratieve luchtvoorverwarmer met een roterende trommel 16 en radiale gasaanvoer, bestaat de warmteopslag-15 massa uit een groot aantal beweegbare elementen 17 in de vorm van kogeltjes, holle kogeltjes, zadelvormige lichamen, die eveneens met een katalysatorlaag bekleed zijn. Volgens de uitvoeringsvorm is de trommel 16 in radiale richting in afzonderlijke kamers 18 onderverdeeld waarbij de warmtegeleidingselementen 17 in de afzonderlijke kamers 18 met steeds 20 aan de rookgastemperatuur aangepaste katalysatorlaag voorzien zijn. Bij een dergelijke luchtvoorverwarmer met afzonderlijk beweegbare afzonderlijke elementen 17 als warmteopslagmassa zijn maatregelen ter reiniging niet noodzakelijk aangezien deze elementen door wrijving tegen elkaar en wervelende bewegingen zichzelf van afzettingen bevrijden.

25 Een andere mogelijkheid om de warmtewisselaaroppervlakten con tinu van afzettingen bevrijd te houden is in fig. 6 getoond. Hierbij gaat het om de achter elkaar schakeling van een buizen- of platenlucht-voorverwarmer 1 volgens fig. 1 en een luchtvoorverwarmer van het type van een kolommenwarmtewisselaar 19 met een opslagmassa bestaande uit een 30 groot aantal afzonderlijk beweegbare elementen 20, die via een transportinrichting 21 getransporteerd worden. Daarbij zijn alleen de warmte-wisselaarelementen 9 van de platen- of buizenwarmtewisselaar 1 van een katalysatorlaag voorzien. Teneinde afzettingen op het katalysatoropper-vlak te vermijden is deze luchtvoorverwarmer 1 zo uitgevoerd dat de 35 temperatuur van het uitstromende rookgas 22 nog boven de condensatie- 8402970 - 7 - temperatuur van de reactieprodukten van de in het rookgas aanwezige stoffen en het toegevoerde reductiemiddel. Afzettingen worden echter in de achtergeschakelde kolommenwarmtewisselaar 19 daardoor vermeden, dat de warmteops 1 agelementen 20 door toevoer van het rookgas 22 en de op te 5 warmen verbrandingslucht 3 van onderen naar boven voortdurend in werveling gehouden worden. Daardoor wordt een zelfreinigingseffeet van de achtergeschakelde luchtvoorverwarmer 19 bereikt.

8402970

Claims (4)

1. Luchtvoorverwarmer ter voorverwarming van de verbrandingslucht voor een verbrandingsproces door toevoer van hete Ν0χ houdende rookgassen uit het eigen of vreemd verbrandingsproces onder gelijktijdige vermindering van de hoeveelheid in de rookgassen aanwezige ΝΟχ, gekenmerkt 5 door de toepassing van een op zichzelf bekende luchtvoorverwarmer van een regeneratief of recuperatief type, waarbij de oppervlakken van de warmtewisselaarelementen aan de rookgaszijde voorzien zijn van een als katalysator voor de NOx-reductie werkende laag.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laag op 10 de warmtewisselaarelementen uitsluitend aangebracht is in het gebied met een rookgas temperatuur boven de condensatietemperatuur van de reactieprodukten van de in het rookgas aanwezige stoffen en het toegevoerde reductieraiddel.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de van een 15 katalysatorlaag op de warmtewisselaarelementen voorziene luchtvoorverwarmer berekend is op een rookgasuitredetemperatuur boven de condensatietemperatuur van de reactieprodukten van de in het rookgas aanwezige stoffen en het toegevoegde reductiemiddel, en dat na deze luchtverwarmer een tweede op zichzelf bekende luchtverwarmer aangebracht is met een 20 warmteopslagffiassa die bij bedrijf in werveling gehouden wordt welke massa bestaat uit een groot aantal apart beweegbare afzonderlijke elementen.

4. Inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat een katalysatorlaag aangebracht is op afzonderlijke elementen die achter 25 elkaar stroomafwaarts geschakeld zijn, waarbij iedere laag optimale reactiecondities geeft voor de in het betreffende gebied heersende rookgastemperatuur. 8402970