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Dokumentenidentifikation DE69511482T2 13.04.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0690266
Titel Anlage und Verfahren zur Reduzierung von NOx-Emissionen bei einem Wirbelschichtreaktor
Anmelder Foster Wheeler Energy Corp., Clinton, N.J., US
Erfinder Abdulally, Iqbal Fazaleabas, Randolph, New Jersey 07869, US
Vertreter Patentanwälte Reichel und Reichel, 60322 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69511482
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 12.06.1995
EP-Aktenzeichen 953040458
EP-Offenlegungsdatum 03.01.1996
EP date of grant 18.08.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2000
IPC-Hauptklasse F23J 15/00
IPC-Nebenklasse F23C 11/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Verminderung von Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) aus einem Wirbelschichtreaktor. Insbesondere betrifft die Erfindung das selektive Einblasen eines Reaktionsteilnehmers in den Reaktor zur Verminderung der NOx-Gehalte in den gasförmigen Verbrennungsprodukten im Reaktor.

Wirbelschicht-Verbrennungssysteme sind wohlbekannt und umfassen einen Ofenabschnitt, in dem ein sauerstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise Luft, durch eine Schicht aus teilchenförmigem Material geleitet wird, das stickstoffhaltigen Kohlebrennstoff, wie beispielsweise Kohle, enthält. Absorbierende Teilchen, wie beispielsweise Kalkstein, Kalk oder Dolomit, können zum Abfangen von Oxiden des Schwefels, die während der Verbrennung erzeugt werden, zugesetzt werden. Das sauerstoffhaltige Gas wirbelt das teilchenförmige Material im Ofenabschnitt auf und fördert die Verbrennung des teilchenförmigen Brennstoffes bei verhältnismäßig niedriger Temperatur. Diese Arten von Verbrennungssystemen werden häufig bei Wasserdampferzeugern angewandt, bei denen ein Kühlfluid, wie beispielsweise Wasser, durch einen Fluidströmungskreislauf in Wärmeaustausch mit dem Wirbelschichtreaktor geführt wird, um Wasserdampf zu erzeugen und eine hohe Verbrennungswirksamkeit, Brennstoffflexibilität, Schwefelabsorption und verhältnismäßig niedrige NOx-Emissionen zu ermöglichen.

Ein typischer Wirbelschichtreaktor, wie er zur Erzeugung von Wasserdampf verwendet wird, wird üblicherweise als brodelnde Wirbelschicht bezeichnet, bei der das aufgewirbelte teilchenförmige Material eine Schicht oder ein Bett mit verhältnismäßig hoher Dichte und einer wohldefinierten oder diskreten oberen Oberfläche bildet. Ein häufiger verwendeter Wirbelschichtreaktor wird als zirkulierendes Wirbelbett bezeichnet, bei dem das aufgewirbelte teilchenförmige Material ein unteres, dichtes Bett mit einer Dichte unterhalb derjenigen eines typischen brodelnden Wirbelbettes bildet und bei dem das Primärgas eine Aufwirbelungsgeschwindigkeit aufweist, die gleich groß wie die oder größer ist als die eines brodelnden Bettes. Das Primärgas, welches durch das untere, dichte Bett strömt, reißt eine beträchtliche Menge von feinem teilchenförmigen Material mit, wobei es ein oberes, disperses Bett aus teilchenförmigem Material bildet, häufig in dem Ausmaß, daß das Primärgas praktisch mit dem teilchenförmigen Material in dem dispersen Bett gesättigt ist.

Es wird allgemein als wünschenswert angesehen, diese zirkulierenden Wirbelschichten mit verhältnismäßig starkem inneren und äußeren Zurückführen von Feststoffen zu betreiben, so daß sie unempfindlich gegenüber Wärmeabgabemustern der Brennstoffe sind und dadurch Temperaturänderungen auf ein Minimum herabgedrückt und Schwefelemissionen auf einem niedrigen Wert gehalten werden. Das starke äußere Zurückführen von Feststoffen wird durch Anordnung eines Abscheiders, wie beispielsweise eines Zyklonabscheiders, am Auslaß des Ofenabschnittes erreicht, wo er die Abgase und das durch sie mitgerissene teilchenförmige Material aus dem dispersen Bett des Ofenabschnittes aufnimmt. Das mitgerissene teilchenförmige Material wird von den Abgasen in dem Abscheider abgetrennt, und die gereinigten Abgase werden einem Wärmewiedergewinnungsabschnitt zugeführt, während das abgetrennte teilchenförmige Material in den Ofenabschnitt zurückgeführt wird. Dieses Zurückführen verbessert die Wirksamkeit des Abscheiders, und die erhöhten Verweilzeiten des Brennstoffes und der absorbierenden Teilchen führen zu einer wirksameren Verwertung des Brennstoffes und der Absorptionsmittelteilchen und daher zu einem verminderten Verbrauch an diesen.

Reaktoren mit brodelnder und zirkulierender Wirbelschicht bieten auch hinsichtlich der Verminderung der Umweltverschmutzung Vorteile. Beispielsweise sind die NOx-Emissionen aus Wirbelschichtreaktoren verhältnismäßig niedrig im Vergleich zu Emis sionen von anderen herkömmlichen Systemen, wie beispielsweise gasbefeuerten Systemen und Kohlekraftwerken. Um noch niedrigere NOx-Emissionswerte zu erzielen, werden die selektive nicht katalytische Reduktion ('SNCR') und die selektive katalytische Reduktion ('SCR') angewandt. Bei den SNCR-Verfahren wird ein Reaktionsteilnehmer, wie Harnstoff oder Amoniak, in den Reaktor eingeblasen, damit er mit dem NOx unter Bildung von N&sub2; und H&sub2;O reagiert. Der Reaktionsteilnehmer wird typischerweise durch zahlreiche Öffnungen an verschiedenen Stellen quer über den Reaktor einschließlich des Ofenabschnittes, des Abscheiders und der Leitung, die Ofenabschnitt und Abscheider miteinander verbindet, eingeblasen. SNCR-Methoden gestatten es dadurch, sogar niedrigere NOX-Emissionswerte zu erzielen.

Jedoch sind die SNCR-Verfahren nicht problemlos. Beispielsweise verhindert eine ineffiziente Verwertung des zugesetzten Reagenzes bei den SNCR-Verfahren die Erzielung des gewünschten Ausmaßes der Erniedrigung der NOx-Werte. Zur wirksameren Ausnutzung des Reaktionsteilnehmers sind eine hohe Verweilzeit des Reaktionsteilnehmers in dem System, ein hohes Ausmaß der Vermischung zwischen Reaktionsteilnehmer und NOx-haltigen Abgasen und ein niedriges Ausmaß der Vermischung des Reaktionsteilnehmers mit dem in dem System zirkulierenden teilchenförmigen Material zweckmäßig. Die gegenwärtig betriebenen Systeme leiden häufig unter der ineffizienten Ausnutzung des Reaktionsteilnehmers. Beispielsweise können Systeme, bei denen der Reaktionsteilnehmer in den Ofenabschnitt eingeblasen wird, und Systeme, bei denen der Reaktionsteilnehmer an verschiedenen Stellen quer über die Leitung eingeblasen wird, darunter leiden, daß eine zu starke Vermischung des Reaktionsteilnehmers mit dem teilchenförmigen Material und ein unzureichendes Vermischen des Reaktionsteilnehmers mit den NOx-haltigen Abgasen erfolgen. In ähnlicher Weise können Systeme, bei denen der Reaktionsteilnehmer in den Abscheider eingeblasen wird, unter einer unzureichenden Verweilzeit und unzureichender Vermischung des Reaktionsteilnehmers mit den NOx-haltigen Abgasen leiden.

Eine ineffiziente Ausnutzung des Reaktionsteilnehmers führt zu einem übermäßigen Verbrauch des Reaktionsteilnehmers, was die Kosten für das SNCR-Verfahren erhöht. Außerdem kann die Zugabe übermäßiger Mengen des Reaktionsteilnehmers neue Umweltverschmutzungsprobleme erzeugen.

Aus JP-A-50-07731 ist ein Verbrennungssystem bekannt, bei dem zwischen dem Oberteil eines Verbrennungsgehäuses und einem Abscheider eine Leitung vorgesehen ist, wobei in die Leitung NH&sub3; eingeblasen wird.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors vorzusehen, bei dem die Werte für die NOx-Emission verringert werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Systems und eines Verfahrens zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors, bei denen die NOx-Emissionswerte unter Anwendung einer selektiven, nicht katalytischen Reduktionsmethode erniedrigt werden. Weiter ist es ein Ziel der Erfindung, ein System und ein Verfahren zu schaffen, bei dem ein Reaktionsteilnehmer in wirksamer Weise dazu verwendet wird, die NOx-Emissionswerte in gasförmigen Verbrennungsprodukten zu erniedrigen.

Ziel der Erfindung ist es weiter, ein System und ein Verfahren der oben erwähnten Art zu schaffen, das eine erhöhte Verweilzeit des Reaktionsteilnehmers, ein verbessertes Vermischen zwischen Reaktionsteilnehmer und gasförmigen Verbrennungsprodukten und eine verringerte Vermischung des Reaktionsteilnehmers mit teilchenförmigem Material gestattet, um eine hochwirksame Ausnutzung des Reaktionsteilnehmers zu ermöglichen.

Schließlich ist es Ziel der Erfindung, ein System und ein Verfahren der oben genannten Art zu schaffen, bei denen ein Reaktionsteilnehmer selektiv an einer bestimmten Stelle in das Sy stem zur wirksamen Verringerung der NOX-Emissionswerte in gasförmigen Verbrennungsprodukten eingeblasen wird.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verbrennungssystem mit vermindertem NOx-Emissionen einen geschlossenen Behälter zur Aufnahme eines teilchenförmigen, stickstoffhaltigen Brennstoffs;

ein Mittel zum Einführen eines sauerstoffhaltigen Wirbelgases in den geschlossenen Behälter zum Aufwirbeln des Brennstoffes und zur Unterstützung seiner Verbrennung sowie zum Ausbilden eines Gemisches aus Gas und teilchenförmigem Material;

eine Leitung mit einem Oberteil, einem Innenwandteil und einem Außenwandteil, wobei die Leitung an einem Ende mit dem oberen Abschnitt des geschlossenen Behälters in Gasströmungsverbindung mit dem geschlossenen Behälter derart verbunden ist, daß der gasförmige Anteil des Gemisches vorzugsweise in Richtung auf den oberen Abschnitt der Leitung nahe dem Innenwandteil der Leitung strömt; und

eine Einblasedüse zum selektiven Einblasen eines Reaktionsteilnehmers in die Leitung in Richtung auf den oberen Abschnitt der Leitung nahe dem Innenwandteil der Leitung zur Herbeiführung einer Umsetzung mit dem gasförmigen Anteil des Gemisches und zur Verminderung der NOx-Gehalte in dem gasförmigen Anteil. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verbrennungsverfahren mit verminderten NOx-Emissionen vorgesehen, bei dem man

in einem geschlossenen Behälter ein teilchenförmiges, stickstoffhaltiges Brennmaterial vorsieht und verbrennt;

in den abgeschlossenen Behälter ein Wirbelgas einführt, so daß sich das Wirbelgas mit den gasförmigen Verbrennungsprodukten unter Ausbildung von Abgasen vereinigt und einen Teil des teilchenförmigen Materials mitreißt, die Anteile des Abgases und mitgerissenen Materials durch eine Leitung mit einem Oberteil, einem Innenwandteil und einem Außenwandteil hindurchtreten, wobei die Leitung in Gasströmungsverbindung mit dem oberen Teil des geschlossenen Behälters steht und der gasförmige Anteil des Gemisches vorzugsweise in Richtung auf den oberen Abschnitt der Leitung nahe dem Innenwandteil der Leitung strömt und;

einen Reaktionsteilnehmer in die Leitung in Richtung auf den oberen Abschnitt der Leitung nahe dem Innenwandteil der Leitung, längs dessen vorzugsweise der gasförmige Anteil des Gemisches strömt, einbläst, wobei der Reaktionsteilnehmer mit dem gasförmigen Anteil des Gemisches reagiert, um den NOx-Gehalt in dem gasförmigen Anteil zu vermindern.

Die obige Kurzbeschreibung sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden ausführlicher in Verbindung mit der folgenden Einzelbeschreibung der gegenwärtig bevorzugten, jedoch nichtsdestoweniger nur erläuternden Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gewürdigt, worin darstellen:

Fig. 1

eine schematische Ansicht eines Teils eines Wirbelschichtverbrennungssystems zur Durchführung der Erfindung;

Fig. 2

eine schematische Seitenansicht eines Wirbelschicht- Verbrennungssystems zur Durchführung der Erfindung;

Fig. 3

eine vergrößerte schematische Draufsicht längs der Linie 3-3 von Fig. 2 und

Fig. 4

eine Ansicht des Systems gemäß Fig. 2 und 3 längs der Linie 4-4 von Fig. 3.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 bezeichnet die Bezugszahl 10 allgemein einen Wirbelschichtreaktor, der für die Erzeugung von Wasserdampf verwendet wird. Der Reaktor 10 umfaßt einen geschlossenen Behälter 12 mit einer Vorderwand 14, einer im Abstand angeordneten, parallelen Rückwand 16, zwei im Abstand angeordne ten Seitenwänden 18 und 20 (Fig. 3), die sich senkrecht zu der Vorder- und der Rückwand erstrecken, einem Oberteil 22 und einem Boden 24, die zusammen einen praktisch rechtwinkligen geschlossenen Behälter bilden.

Ein unterer Abschnitt des geschlossenen Behälters 12 wird durch eine perforierte Verteilerplatte 26 in einen Ofenabschnitt 28 und eine Luftkammer 30 aufgeteilt. Die Verteilerplatte 26 wird am unteren Abschnitt des geschlossenen Behälters 12 in geeigneter Weise gehaltert und haltert ihrerseits eine Schicht aus teilchenförmigem Material, welches stickstoffhaltige Kohlebrennstoffteilchen, wie beispielsweise Kohle, zur Verbrennung, sowie Absorptionsmittelteilchen, typischerweise einen calciumhaltigen Schwefelaufnehmer, wie beispielsweise Kalkstein, Kalk oder Dolomit, für das Abfangen von SOx, das während der Verbrennung der Brennstoffteilchen in Freiheit gesetzt wird und feste Verbrennungsprodukte enthalten kann.

Eine Leitung 31 versorgt die Luftkammer 30 mit einem aufwirbelnden, sauerstoffhaltigen Gas, wie beispielsweise Luft, aus einer herkömmlichen, geeigneten (nicht dargestellten) Quelle, wie beispielsweise einem Druckluftgebläse oder dergleichen. Das aufwirbelnde Gas, welches in die Luftkammer 30 eingeführt worden ist, strömt aufwärts durch die Verteilerplatte 26, um die Verbrennung zu unterhalten und das teilchenförmige Material in dem Ofenabschnitt 28 aufzuwirbeln.

Eine Leitung 32 beliefert den Ofenabschnitt 28 mit teilchenförmigem Material, das stickstoffhaltig ist, teilchenförmiges Brennstoffmaterial, wie beispielsweise Kohle, und absorbierende Teilchen enthalten kann. Es versteht sich, daß mehr als eine Leitung 32 sowie jede beliebige Anzahl von Anordnungen zur Versorgung des Ofenabschnittes 28 des geschlossenen Behälters 12 mit Brennstoff und Absorptionsmittelteilchen verwendet werden können. Beispiele einiger Anordnungen, die verwendet werden können, sind aus der eigenen USA-Patentschrift 4936770 bekannt, deren Offenbarung hiermit zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.

Eine Leitung 34 ist mit der Rückwand 16 des abgeschlossenen Behälters 12 nahe am Oberteil 22 und der Seitenwand 18 verbunden. Wie am besten aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen, besitzt die Leitung eine Abdeckung oder Oberwand 36, einen Boden oder eine Unterwand 38, eine Außenwand 40 und eine Innenwand 42. Die Leitung 34 ist derart angeordnet, daß die Außenwand 40 mit der Seitenwand 18 des geschlossenen Behälters 12 fluchtet und in dieselbe vertikale Ebene wie diese fällt, so daß die Oberwand 36 mit dem Oberteil 22 des geschlossenen Behälters 12 fluchtet und indessen horizontale Ebene fällt. Eine Öffnung 44 in der Rückwand 16 des geschlossenen Behälters 12 setzt die Leitung 34 in Gasströmungsverbindung mit dem Ofenabschnitt 28 des abgeschlossenen Behälters 12. Aus noch zu erörtenden Gründen ist ein Einlaß 46 zum Einblasen eines Reaktionsteilnehmers in einen oberen Abschnitt der Leitung 34 durch die Oberwand 36 der Leitung hindurch vorgesehen. Der Einlaß 46 ist in der Nähe der Öffnung 44 in der Rückwand 16 des abgeschlossenen Behälters 12 angeordnet und liegt näher an der Innenwand 42 der Leitung 34 als an deren Außenwand 40. Wenngleich die Leitung 34 praktisch als rechteckig beschrieben und dargestellt ist, kann die Leitung 34 auch jede beliebige andere Form besitzen einschließlich einer zylindrischen.

Ein Zyklonenabscheider 48 erstreckt sich neben dem geschlossenen Behälter 12 und wird mit diesem durch die Leitung 34 verbunden, die sich zu dem oberen Teil des Abscheiders 48 erstreckt. Eine Öffnung 49 in der Außenwand des Abscheiders 48 bringt die Leitung 34 in Gasströmungsverbindung mit dem Abscheider 48, so daß Abgase und teilchenförmiges Material von dem Behälter 12 durch die Leitung 34 in den Abscheider 48 strömen können. Der untere Teil des Abscheiders 48 umfaßt einen konisch geformten Trichterabschnitt 50, der an seinem unteren Ende mit einer Leitung 52 verbunden ist, die sich in eine in den abgeschlossenen Behälter 12 zurückführende Leitung 52a und in eine sich vom Abscheider nach außen erstreckende Leitung 52b verzweigt.

Der Abscheider 48 empfängt Abgase und mitgerissenes teilchenförmiges Material aus dem Ofenabschnitt 28 und arbeitet in herkömmlicher Weise, indem er das mitgerissene teilchenförmige Material aus den Abgasen entfernt. Das abgetrennte teilchenförmige Material fällt auf den Trichterabschnitt 50 des Abscheiders 48 und gelangt zur Leitung 52 zur Rückführung über die Zweigleitung 52a in den Ofenabschnitt 28 oder zum Verwerfen über die Zweigleitung 52b. Wenngleich von einem einzigen Abscheider 48 gesprochen wird, kann selbstverständlich auch ein weiterer oder können mehrere weitere (nicht dargestellte) Abscheider bei dem Reaktor 10 verwendet werden. Die Anzahl und Größe der Abscheider 48, die zum Einsatz gelangen, wird durch die Auslegung des Wasserdampferzeugers und wirtschaftliche Gesichtspunkte bestimmt.

Die abgetrennten Abgase, die praktisch frei von teilchenförmigem Material sind, strömen über eine Leitung 54, die unmittelbar oberhalb des Abscheiders 48 angeordnet ist, in einen Wärmerückgewinnungsabschnitt, der allgemein durch die Bezugszahl 56 gekennzeichnet ist. Eine Anzahl Wärmeaustauschflächen, 58 A, 58 B und 58 C sind in dem Wärmerückgewinnungsabschnitt 56 angeordnet, die sämtlich durch eine Anzahl von Wärmeaustauschrohren gebildet werden, die sich in den Weg der abgetrennten Abgase hineinerstrecken, auf dem die abgetrennten Abgase durch den Wärmewiedergewinnungsabschnitt 56 hindurchströmen. Die Wärmeaustausch-oberflächen 58 A, 58 B und 58 C können gewünschtenfalls als Nacherhitzer, Überhitzer, Vorwärmer oder dergleichen dienen.

Nach dem Strömen über die Wärmeaustauschoberflächen 58 A, 58 B und 58 C gelangen die abgetrennten Abgase durch den Auslaß 16 aus dem Wärmewiedergewinnungsabschnitt 56 nach außen.

Die Wände des abgeschlossenen Behälters 12, der Leitung 34, des Abscheiders 48 und des Wärmewiedergewinnungsabschnitt 56 werden vorzugsweise durch eine Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten, parallelen Röhren gebildet, die durch Zwischenbleche miteinander verbunden sind, so daß sie aneinandergrenzende luftdichte Strukturen bilden. Da diese Art von Struktur herkömmlich ist, wird sie nicht weiter im einzelnen dargestellt oder beschrieben. Die Enden jeder dieser mit Zwischenblechen versehenen Röhren sind zu einer Anzahl (nicht dargestellter) horizontal angeordneter oberer bzw. unterer Abdeckungen verbunden.

Ein (nicht dargestellter) Dampfoberkessel ist oberhalb des geschlossenen Behälters 12, der Leitung 34, des Abscheiders 48 und des Wärmewiedergewinnungsabschnittes 56 angeordnet: Der Oberkessel erhält ein Kühlfluid, wie beispielsweise Wasser, aus einer Beschickungsleitung, und eine Anzahl Fallrohre und Röhren erstrecken sich von dem Oberkessel und werden gemeinsam mit verbindenden Beschickungsleitungen, Steigleitungen, Kopfleitungen usw. dazu verwendet, um einen Fluidströmungskreislauf herzustellen, der die mit Blechen versehenen Röhren, die die oben erwähnten Wände bilden, und die Wärmeaustauschoberflächen 58 A, 58 B und 58 C in dem Wärmewiedergewinnungsabschnitt 56 einschließt. Durch diesen Fluidströmungskreislauf kann in einer vorherbestimmten Abfolge Wasser geleitet werden, um das Wasser in Dampf umzuwandeln und den Dampf durch die Hitze, die durch die Verbrennung der Brennstoffteilchen erzeugt wird, zu erhitzen.

Im Betrieb wird das teilchenförmige Material einschließlich der stickstoffhaltigen Kohlebrennstoffteilchen, wie beispielsweise Kohle selbst, und der Absorptionsmittelteilchen, typischerweise eines calciumhaltigen Schwefelakzeptors, wie beispielsweise Kalkstein, Kalk oder Dolomit, über die Leitung 32 (Fig. 2) in den Ofenabschnitt 28 eingeführt. Ein sauerstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise Luft, wird aus einer äußeren Quelle mit verhältnismäßig hohem Druck über die Leitung 31 in die Luftkammer 30 eingeleitet und durch die Verteilerplatte 26 mit einer verhältnismäßig hohen Aufwirbelungsgeschwindigkeit nach oben geführt, um das teilchenförmige Material in dem Ofenabschnitt 28 aufzuwirbeln. Ein (nicht dargestellter) Light-off-Brenner oder dergleichen entzündet die Brennstoffteilchen, wonach die Brennstoffteilchen durch die Wärme im Ofenabschnitt 28 von selbst verbrannt werden, wobei sie gasförmige und feste Verbrennungsprodukte bilden.

Die Geschwindigkeit des aufwirbelnden Gases wird dann vermindert, um in einem unteren Teil des Ofenabschnittes 28 ein dichtes Bett aus teilchenförmigem Material zu halten und eine Menge des teilchenförmigen Materials von dem dichten Bett nach oben zu leiten oder mitzureißen, um so über dem dichten Bett ein dispergiertes Bett zu bilden.

Das aufwirbelnde Gas vermischt sich mit den gasförmigen Verbrennungsprodukten unter Ausbildung von Abgasen, die nach oben durch den oberen Bereich des Ofenabschnittes 28 zusammen mit dem mitgerissenen teilchenförmigen Material strömen. Die Abgase und mindestens ein Teil des mitgerissenen teilchenförmigen Materials strömen aus dem Ofenabschnitt 28 durch die Leitung 34 zum Abscheider 48. Im Abscheider 48 wird das teilchenförmige Material von den Abgasen abgetrennt und fällt in den Trichterabschnitt 50 des Abscheiders 48, bevor es in die Leitung 52 zur Rückführung in den Ofenabschnitt 28 über Zweigleitung 52a oder zum Ausbringen über Zweigleitung 52b gelangt.

Die abgetrennten Abgase verlassen den Abscheider 48 über die Leitung 54 und gelangen in den Wärmewiedergewinnungsabschnitt 56. In dem Wärmewiedergewinnungsabschnitt 56 strömen die abgetrennten Abgase über die Wärmeaustauschoberflächen 58 A, 58 B und 58 C, bevor sie über den Auslaß 60 nach außen gelangen.

Wasser wird durch die Beschickungsleitung dem Oberkessel zugeführt und anschließend durch den Fluidströmungskreislauf geleitet, so daß die durch Verbrennung erzeugte Wärme dazu verwendet wird, das Wasser in Dampf umzuwandeln und den Dampf zu überhitzen.

Wenn die Abgase mit dem mitgerissenen teilchenförmigen Material von dem Ofenabschnitt 28 durch die Öffnung 44 in die Leitung 34 strömen, bewegt sich das teilchenförmige Material eher in Richtung auf einen oberen äußeren Abschnitt der Leitung 34, während die Abgase einschließlich des unerwünschten NOx eher in einem oberen inneren Teil der Leitung konzentriert werden. Zufolge dieser Wirkung bildet sich im oberen inneren Abschnitt ein an Gas reicher Bereich aus.

In diesen gasreichen Bereich der Leitung wird ein Reaktionsmittel zur Erniedrigung des NOx-Gehaltes, wie beispielsweise Amoniak oder Harnstoff, eingeblasen. Der Reaktionsteilnehmer wird typischerweise wegen seiner Fähigkeit ausgesucht, ein NH&sub2;- Radikal zu liefern, welches über eine Reihe komplexer Reaktionen mit dem NOx zu N&sub2; und H&sub2;O reagiert. Der Reaktionsteilnehmer wird in einem oberen Abschnitt der Leitung mehr zur Innenwand 42 der Leitung 34 als in Richtung auf die Außenwand 40 der Leitung 34 in den gasreichen Bereich der Leitung 34 eingeblasen, um ein gutes Durchmischen des Reaktionsteilnehmers mit den Abgasen, einschließlich NOx, zu ermöglichen und gleichzeitig eine hohe Durchmischung des Reaktionsteilnehmers mit dem teilchenförmigen Material in dem oberen äußeren Abschnitt der Leitung 34 zu verhindern. Die Einblasestelle des Reaktionsteilnehmers in die Leitung 34 befindet sich auch an einer Stelle in der Nähe der Öffnung 44, um eine erhöhte Verweilzeit des Reaktionsteilnehmers zu ermöglichen. Das hohe Ausmaß an Durchmischung zwischen Reaktionsteilnehmer und Abgasen, das niedrige Ausmaß der Durchmischung zwischen Reaktionsteilnehmer und Abgasen, das niedrigere Ausmaß der Durchmischung des Reaktionsteilnehmers mit dem teilchenförmigen Material und die hohe Verweilzeit des Reaktionsteilnehmers in dem System gestatten einen wirksamen Verbrauch des Reaktionsteilnehmers unter gleichzeitiger Erzielung einer hohen Abnahme der NOx-Gehalte in den Abgasen.

Mehrere Vorteile ergeben sich aus dem beschriebenen System und dem beschriebenen Verfahren. Beispielsweise werden die NOX- Emissionen erniedrigt, wobei teure Reaktionsteilnehmer wirksam eingesetzt werden. Ebenfalls werden Schwierigkeiten, die mit der Verwendung einer übermäßigen Menge an Reaktionsteilnehmer verbunden sind, vermieden. Das selektive Einblasen des Reaktionsteilnehmers ist auch vom Gesichtspunkt der Leichtigkeit und der Kosten von Herstellung und Betrieb aus von Vorteil.

Es versteht sich, daß Abweichungen bei dem System und dem Verfahren gemäß der Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß vom Gedanken der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise kann die Einblasestelle des Reaktionsteilnehmers an einer beliebigen Anzahl von Stellen längs der Leitung 34 liegen, solange der Reaktionsteilnehmer in eine gasreiche Region der Leitung 34 in der Nähe eines oberen inneren Abschnittes der Leitung 34 eingeblasen wird. In dieser Beziehung kann die Einblasedüse 46 durch die Oberwand 36, die Unterwand 38, die Außenwand 40 oder die Innenwand 42 der Leitung 34 hindurchgehen und sich in die Leitung 34 erstrecken oder in einer Leitungswand enden. Wenngleich es bevorzugt ist, daß die Leitung 34 durch mit Flächen versehene Kühlrohre gebildet wird, kann die Leitung 34 auch jeden beliebigen herkömmlichen Bau aufweisen. Außerdem kann der Abscheider 48 ein Zyklonabscheider sein, muß es aber nicht, und es können einer oder mehrere Abscheider mit dem Ofenabschnitt verknüpft sein. Wenngleich in der Einzelbeschreibung lediglich eine einzige Quelle für das aufwirbelnde Gas erörtert wird, versteht es sich von selbst, daß das Verfahren und das System gemäß der Erfindung auch in Verbindung mit einer mehrstufigen Verbrennung angewandt werden können, bei der aufwirbelnde und Brenngase in den Ofenabschnitt an verschiedenen Stellen und in unterschiedlichen Mengen in den Ofenabschnitt eingeblasen werden können.


Anspruch[de]

1. Verbrennungssystem mit verminderten NOx-Emissionen, umfassend einen geschlossenen Behälter (12) zur Aufnahme eines teilchenförmigen stickstoffhaltigen Brennstoffs;

ein Mittel zum Einführen eines sauerstoffhaltigen Wirbelgases in den geschlossenen Behälter (12) zum Aufwirbeln des Brennstoffes und zur Unterstützung seiner Verbrennung sowie zum Ausbilden eines Gemisches aus Gas und teilchenförmigem Material;

eine Leitung (34) mit einem Oberteil, einem Innenwandteil (42) und einem Außenwandteil (40), wobei die Leitung (34) an einem Ende mit dem oberen Abschnitt des geschlossenen Behälters (12) in Gasströmungsverbindung mit dem geschlossenen Behälter (12) derart verbunden ist, daß der gasförmige Anteil des Gemisches vorzugsweise in Richtung auf den oberen Abschnitt der Leitung (34) nahe dem Innenwandteil (42) der Leitung (34) strömt; und

eine Einblasedüse zum selektiven Einblasen eines Reaktionsteilnehmers in die Leitung (34) in Richtung auf den oberen Abschnitt der Leitung (34) nahe dem Innenwandteil (42) der Leitung (34) zur Herbeiführung einer Umsetzung mit dem gasförmigen Anteil des Gemisches und zur Verminderung der NOx-Gehalte in dem gasförmigen Anteil.

2. System gemäß Anspruch 1, außerdem umfassend einen Abscheider (48), wobei das Ende der Leitung (34) gegenüber demjenigen, das mit dem geschlossenen Behälter (12) verbunden ist, mit dem Abscheider (48) verbunden ist, so daß der geschlossene Behälter (12), die Leitung (34) und der Abscheider (48) in Gasströmungsverbindung stehen.

3. System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Einblasedüse zum selektiven Einblasen eines Reaktionsteilnehmers in die Leitung (34) durch die Oberwand (36) der Leitung (34) hindurchtritt.

4. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einblasedüse in die Leitung (34) näher an demjenigen Ende der Leitung (34) mündet, das mit dem abgeschlossenen Behälter (12) verbunden ist, als an deren anderen Ende.

5. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der abgeschlossene Behälter (12) ein Oberteil (22), eine Rückwand (16) und eine Seitenwand (18) aufweist und das Ende der Leitung (34) mit der Rückwand (16) des geschlossenen Behälters (12) nahe am Oberteil (22) und der Seitenwand (18) des geschlossenen Behälters (12) verbunden ist.

6. Verbrennungsverfahren mit verminderten NOx-Emissionen, wobei man in einem geschlossenem Behälter (12) ein teilchenförmiges, stickstoffhaltiges Brennmaterial vorsieht und verbrennt;

in den abgeschlossenen Behälter (12) ein Wirbelgas einführt, so daß sich das Wirbelaas mit den gasförmigen Verbrennungsprodukten unter Ausbildung von Abgasen vereinigt und ein Teil des Abgases einen Teil des eilchenförmigen Materials mitreißt, die Anteile des Abgases und mitgerissenen Materials durch eine Leitung (34) mit einem Oberteil, einem Innenwandteil und einem Außenwandteil hindurchtreten, wobei die Leitung (34) in Gasströmungsverbindung mit dem oberen Teil des geschlossenen Behälters (12) steht und der gasförmige Anteil des Gemisches vorzugsweise in Richtung auf den oberen Abschnitt der Leitung (34) nahe dem Innenwandteil (42) der Leitung (34) strömt; und

einen Reaktionsteilnehmer in die Leitung (34) in Richtung auf den oberen Abschnitt der Leitung (34) nahe dem Innenwandteil (42) der Leitung (34), längs dessen vorzugsweise der gasförmige Anteil des Gemisches strömt, einbläst, wobei der Reaktionsteilnehmer mit dem gasförmigen Anteil des Gemisches-reagiert, um den NOx-Gehalt in dem gasförmigen Anteil zu vermindern.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Reaktionsteilnehmer ein Material enthält, das einen NH&sub2;-Rest enthält.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Reaktionsteilnehmer in den Oberteil (36) der Leitung (34) eingeblasen wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 6, 7 oder 8, wobei das Gemisch der Abgase und des mitgerissenen teilchenförmigen Materials aus der Leitung (34) in einen Abscheider (48) überführt wird, der den gasförmigen Anteil und das teilchenförmige Material voneinander trennt, wobei der Abscheider (48) mit demjenigen Ende der Leitung (34) verbunden ist, das von dem geschlossenen Behälter entfernt ist.







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