УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЫМОВОГО ГАЗА
FLUE GAS CLEANER

Изобретение относится к установке для очистки дымовых газов печи с, по меньшей мере, одним селективным катализатором восстановления для восстановления содержащихся в дымовом газе окислов азота и/или с, по меньшей мере, одним катализатором для восстановления окисла углерода, в частности пахучих углеводородов, или для удаления аммиака, а также улавливанием пыли, и к способу очистки дымовых газов печи с помощью селективного каталитического восстановления окислов азота восстанавливающим средством и катализатором восстановления, а также улавливанием пыли.
x
Очистка от азота в дымовых газах обычно осуществляется восстановительным способом. При этом различают селективное не каталитическое восстановление (SNCR) и селективное каталитическое восстановление (SKR). С помощью этих способов, как известно, содержащиеся в дымовом газе окислы азота (NO), т.е. моноксид азота и диоксид азота путем добавления восстанавливающего средства, в общем в качестве восстанавливающего средства применяется аммиак, разлагаются на элементарный азот и воду, которые в результате в виде веществ, не представляющих опасность для окружающей среды, через дымовую трубу уходят из установки для сжигания.
Селективное не каталитическое восстановление осуществляется обычно при температурах от 900° до 1100°С, причем восстанавливающее средство подается непосредственно в печь.
Селективное каталитическое восстановление осуществляется при существенно более низких температурах, так как катализатор существенно снижает энергию активации, необходимую для реакций восстановления. К тому же расход каталитического средства при этом способе уменьшается в сравнении с очисткой от азота с помощью SNGR, при которой восстанавливающее средство применяется сверх стехиометрически, так как практически не наступает каких-либо побочных реакций.
При селективном каталитическом восстановлении различают так называемые схемы при высоком содержании пыли и схемы при низком содержании пыли. При схемах с высоким содержанием пыли удаление азота из дымовых газов осуществляется перед улавливанием пыли, вследствие чего катализатор находится при повышенной нагрузке. Это приводит, как правило, к уменьшению срока службы катализатора, вследствие чего должны применяться требующие затрат мероприятия, например применение специальных катализаторов с соответствующей геометрией каналов, проходящих через слой катализатора, как это, например, описано в DE 29623503 или U1 DE 19635383 A1, или должны применяться катализаторы, способные выдерживать более высокие механические нагрузки, вызываемые периодическим стряхиванием пыли с катализаторных частиц.
2
При схеме с низким содержанием пыли селективное каталитическое восстановление осуществляется после удаления серы из дымовых газов, так что здесь отсутствует дополнительная нагрузка от SO и пыли и вследствие этого катализатор имеет более длительный срок службы. Однако это имеет тот недостаток, что температура дымовых газов находится всего только ниже 200°С, так что дымовой газ для каталитического удаления азота снова должен нагреваться. Для этого требуется соответственно высокий дополнительный расход энергии.
В уровне техники, например DE 19612240 и A1 DE 19612240 A2 также предлагались решения, в которых катализатор в виде порошка добавляется в поток дымового газа и улавливается вместе с пылью в рукавном фильтре. Восстановление при этом осуществляется при движении потока дымовых газов к рукавному фильтру. Катализатор впоследствии периодически сдувается горячим воздухом с рукавного фильтра и при этом регенерируется. Это приводит к дополнительной пылевой нагрузке на фильтр, так что его приходится чистить чаще.
Задача настоящего изобретения состоит в создании установки для удаления азота из дымовых газов способом селективного каталитического восстановления (SCR), а также способа, которые в сравнении со схемами работы с низким содержанием пыли имеют более низкий расход энергии и в сравнении с установками, работающими при высоком содержании пыли, имеют более длительный срок службы.
Задача предлагаемого изобретения решается с помощью установки, в которой пылеулавливание образуется с помощью, по меньшей мере, первого и второго фильтровального устройства и катализатор восстановления расположен между первым и вторым фильтровальными устройствами, а также с помощью способа для очистки дымового газа печи, при котором дымовые газы, прежде чем они вступят в контакт с катализатором восстановления, подводятся к первому пылеулавливанию, и тонкая очистка от пыли дымовых газов осуществляется после восстановления окислов азота.
Поразительным образом смогли установить, что при применении существующих катализаторных засыпок, которые не предназначены специально для режима с высоким содержанием пыли, не требуется, по меньшей мере, приблизительно полностью улавливать пыль из дымовых газов, а для работы катализаторного слоя достаточно, если перед каталитическим восстановлением проводится предварительное улавливание или осаждение крупной пыли, чтобы это не вело к существенному сокращению длительности срока службы катализатора.
В качестве пояснения в этом месте следует заметить, что «осаждение крупной пыли» и «осаждение тонкой пыли» не обязательно должно связываться с величиной частиц, эти данные относятся к пылевой нагрузке дымового газа, т.е. к доле пылевых частиц в дымовом газе.
Предложенное согласно изобретению включение катализатора для удаления азота имеет то преимущество, что дымовые газы не должны дополнительно нагреваться для реакции удаления азота, а эти дымовые газы имеют еще достаточно энергии, т.е. достаточную температуру, чтобы привести в действие катализатор. Таким образом, в сравнении с режимом работы при низком содержании пыли может экономиться топливо.
Первое фильтровальное устройство в направлении потока дымовых газов может быть расположено непосредственно после печи или после блока теплообменника, так что дымовые газы в первый фильтровальный блок поступают с очень высокой температурой, вследствие чего снижение температуры в этом фильтровальном блоке может быть относительно небольшим, и дымовые газы уходят из фильтровального устройства при температуре, которая удовлетворяет восстановлению окислов азота на катализаторе.
Предполагается, что при этом температура составляет, по меньшей мере, 250°С.
Но также возможно, что в направлении потока дымовых газов между первым фильтровальным устройством и печью и установленным после нее блоком теплообменника расположена установка для удаления серы, содержание серы снижается, по меньшей мере, соразмерно доле участия, и таким образом снижается опасность отложения соединений серы на катализаторе.
Особенно предпочтительно, если первым фильтровальным устройством является электрофильтр. Это, во-первых, имеет преимущество в том, что этот фильтр может работать при высокой температуре, и, во-вторых, что эта фильтровальная техника уже прошла длительную проверку, например, электрофильтры и без того имеются в установке для производства цемента - улавливание пыли раньше очень часто осуществлялось с помощью электрофильтров, однако эти электрофильтры большей частью были заменены на тканевые фильтры по причине более жестких норм в отношении окружающей среды, и кроме того не возникает никаких дополнительных инвестиционных затрат.
Далее возможно, что в направлении потока дымовых газов между первым фильтровальным устройством и вторым фильтровальным устройством, в частности, между вторым фильтровальным устройством и катализатором расположена сушильная установка для исходного материала или установка для сухого размола исходного материала, так что остаточная энергия дымовых газов может использоваться для сушки исходных материалов, которые, например, применяются при производстве цемента. Кроме того, благодаря этому достигается, что дымовые газы, выходящие из катализаторного слоя, еще больше охлаждаются, прежде чем они окажутся во втором фильтровальном устройстве, которое предпочтительно образуется тканевым фильтром, вследствие чего это второе фильтровальное устройство находится под небольшой тепловой нагрузкой и без применения дополнительных охлаждающих устройств.
3
3
3
3
Предпочтительно содержание пыли в дымовых газах при первом пылеулавливании уменьшается максимум до 3 г/нм, в частности максимум 2,5 г/нм, например, максимум 1 г/нм, или максимум 30 г/нм, если в качестве первого фильтровального устройства применяется другой фильтр грубой очистки, т.е. не электрофильтр, так как было установлено, что эффективность установки может повышаться при этом максимальном содержании пыли в дымовых газах.
Далее возможно, что первое улавливание пыли осуществляется при температуре дымового газа, составляющей, по меньшей мере, 250°С или максимум 450°С, например, максимум 350°С, вследствие чего, как уже отмечено выше, можно отказаться от специальных мероприятий для уменьшения снижения температуры в первом фильтровальном устройстве и таким образом оно может быть более экономным.
Для лучшего понимания изобретение ниже более подробно поясняется с помощью приведенной ниже фигуры. В сильно схематичном упрощенном изображении показывает:
фиг.1 предложенную согласно изобретению установку в виде блок-схемы.
В качестве преамбулы следует установить, что выбранные в описании данные положения, как, например, вверху, внизу, сбоку, относятся непосредственно к описываемой и также изображенной фигуре и при изменении положения могут по смыслу переноситься на новое положение.
Фиг.1 представляет установку 1 для изготовления цементного клинкера.
Вначале надо отметить, что предложенная согласно изобретению установка для удаления азота не ограничивается применением в цементной промышленности, хотя это является предпочтительным вариантом осуществления. Такой установкой могут оборудоваться установки для сжигания мусора, тепловые электростанции и т.п.
Установка 1 имеет печь 2 в форме вращающейся трубчатой печи, которая приводится в действие огневым отоплением, благодаря чему из известного исходного материала образовывается клинкер.
Выходящие из печи дымовые газы - стрелка 4 - направляются в блок 5 теплообменника, который в этом варианте осуществления образован в форме циклонного теплообменника с 4 циклонами, чтобы использовать энергию, содержащуюся в дымовых газах для предварительного нагрева используемой только что размолотой муки.
Выходящий из блока 5 теплообменника дымовой газ - стрелка 6 - затем поступает в установку для очистки газа. Эта установка для очистки газа включает первое фильтровальное устройство 7, катализатор восстановления 8, а также второе фильтровальное устройство 9.
Первое фильтровальное устройство 7 образовано в виде электрофильтра. Дымовой газ, поступающий в электрофильтр, может при необходимости предварительно кондиционироваться водой, чтобы повысить эффективность электрофильтра. Для этого в подводящем к первому фильтровальному устройству 7 трубопроводе 10 может быть расположено устройство 11 для распыления воды.
Далее возможно, что дымовой газ с помощью трубопровода 12 для свежего воздуха, в котором расположен клапан 13, разбавляется свежим воздухом, вследствие чего может повышаться эффективность грубой очистки от пыли в электрофильтре. В качестве альтернативы или дополнительно для этого к дымовому газу через трубопровод 14 для смешиваемого газа может подводиться смешиваемый газ, например, газ, имеющий своим происхождением печь 2, так называемый обводной газ, который может отбираться в зоне блока 5 теплообменника.
Как в трубопроводе 14 для смешиваемого газа, так и в подводящем трубопроводе 10, могут располагаться соответствующие транспортные устройства 15, например, воздуходувки для отходящих газов.
3
3
3
3
3
С помощью первого фильтровального устройства содержание пыли в дымовом газе или неочищенном газе уменьшается от 200-300 г/нм или от 60-70 г/нм до величины максимум 3 г/нм, преимущественно до максимум 1 г/м. Также возможно уменьшить содержание пыли только до максимум 30 г/м, если в качестве первого фильтровального устройства применяется не электрофильтр, а другое устройство для улавливания пыли.
Первое фильтровальное устройство 7 может быть снабжено тепловой изоляцией, которая пригодна для этих высоких температур, так что это может уменьшать снижение температуры дымовых газов.
Затем дымовой газ поступает в катализатор 8 восстановления, где осуществляется удаление азота, т.е. после известных реакций превращение окислов азота в азот и воду. При этом предусмотрено, что к предварительно очищенному дымовому газу с помощью подвода 16 восстанавливающего средства подводится восстанавливающее средство. В качестве восстанавливающего средства обычно применяется аммиак, как это известно из уровня техники. Но могут также применяться аммиаксодержащие соединения или восстанавливающие средства, которые выделяют аммиак при повышенной температуре.
Подвод 16 восстанавливающего средства может не понадобиться, если в исходящем из установки 1 дымовом газе имеется избыточный аммиак или при недостаточном аммиаке может через подвод 16 восстанавливающего средства подводиться только недостающая часть аммиака.
В качестве катализатора могут применяться, например, диоксид титана, или пентаоксид ванадия, или оксид титана в качестве подложки с пентаоксидом ванадия в качестве активной массы, при необходимости в виде смеси с оксидом вольфрама или оксидами других металлов. В принципе эти катализаторы известны из уровня техники, так что дальнейшее обсуждение их геометрии или пористой структуры и т.д. в этом месте излишне.
Подвод восстанавливающего средства осуществляется, например, с помощью распыляющих форсунок.
Само восстанавливающее средство может перед катализатором подмешиваться к дымовому газу, однако предпочтительно это восстанавливающее средство подается в или на катализаторный слой.
Исполнение катализаторного слоя точно также соответствует уровню техники, так что нужно сослаться на литературу по данному вопросу. В частности, возможно, что катализатор восстановления расположен на нескольких расположенных друг над другом плоскостях, через которые последовательно пропускается дымовой газ.
x
Дымовой газ, из которого удален азот, - в этом месте следует отметить, под дымовым газом, из которого удален азот, понимается дымовой газ, который соответствует нормам токсичности относительно содержания NO, например, австрийским нормам токсичности, - по трубопроводу 17 поступает во второе фильтровальное устройство 9. Второе фильтровальное устройство выполнено в виде рукавного фильтра с фильтровальной тканью или фильтровальными рукавчиками. Эти рукавные фильтры также известны и применяются в цементной промышленности, так что их дальнейшее обсуждение в этом месте излишне. С помощью этой фильтровальной ткани содержание пыли в дымовом газе уменьшается, по меньшей мере, до значений, которые соответствуют нормам токсичности.
При необходимости перед вторым фильтровальным устройством 9 может располагаться устройство 18 для распылительного охлаждения, чтобы охладить дымовой газ перед поступлением во второе фильтровальное устройство 9 до температуры, например, максимум 250°С, которая снижает тепловую нагрузку на фильтровальную ткань от дымового газа.
После второго фильтровального устройства 9 очищенные таким образом дымовые газы через дымовую трубу 19 направляются из установки 1 в воздух.
Опять же для этого между дымовой трубой 1 и вторым фильтровальным устройством может располагаться транспортирующее устройство 15.
Предпочтительно остаточная энергия дымовых газов, выходящих из восстановительного катализатора 8, однако, применяется для сушки исходных материалов, используемых при производстве цемента. Для этого на фиг.1 изображены две сушильные мельницы 20, расположенные в направлении потока дымовых газов между восстановительным катализатором и вторым фильтровальным устройством 9. В частности, эти обе сушильные мельницы 20 установлены параллельно, так что через них одновременно или попеременно могут пропускаться дымовые газы, очищенные от азота. Для соответствующего переключения потоков дымового газа на фиг.1 изображены клапаны 21-24. Далее представлено, что сушильные мельницы 20 могут включаться параллельно прямому впуску дымовых газов через трубопровод 17 во второе фильтровальное устройство 9, для чего в этом трубопроводе 17 опять же расположен клапан 25, чтобы иметь возможность переключения направления потока через трубопровод 17 соответственно, по меньшей мере, к одной из сушильных мельниц 20.
Сами сушильные мельницы 20 выполнены в соответствии с уровнем техники.
Дальше существует возможность подвода к одной из сушильных мельниц 20 свежего воздуха через трубопровод 26 для свежего воздуха, причем также и в этом случае в трубопроводе для свежего воздуха 26 расположен соответствующий клапан 27.
Далее существует возможность подмешивания части дымовых газов после выхода из сушильных мельниц 20 для дальнейшего использования остаточной энергии в этих дымовых газов в качестве циркуляционного воздуха через трубопровод 28 для циркуляционного воздуха, в котором расположен клапан 29 для циркуляционного воздуха, к дымовому газу, подведенному к сушильной мельнице 20 от катализатора 8 восстановления.
При этом так называемом «мельничном режиме» дымовой газ, очищенный от азота, при температуре около 150°С поступает во второе фильтровальное устройство 9.
В рамках изобретения также существует возможность применять более двух фильтровальных устройств 7, 9 или устанавливать также несколько катализаторов 8 восстановления последовательно или параллельно. Далее согласно изобретению может приводиться в действие более двух или также только одна из сушильных мельниц.
2
Хотя не показано, существует возможность того, что, как уже было описано выше, между печью 2 и первым фильтровальным устройством 7 или между блоком 5 теплообменника и первым фильтровальным устройством 7 расположена установка для удаления серы, которая может соответствовать уровню техники, чтобы уменьшить, по меньшей мере, частично содержание серы, т.е. SO-содержание, в дымовом газе.
При работе установки 1 с помощью соответствующих датчиков на соответствующих местах были установлены следующие измеренные величины:
3
содержание пыли в дымовом газе, выходящем из печи 2 или теплообменника 5, от 60 до 120 г/нм,
3
содержание пыли в дымовом газе, выходящем из электрофильтра максимум 2 г/нм,
x
2
3
содержание NO после восстановительного катализатора: менее 100 мг NO на нм,
температура дымовых газов после электрофильтра: от 300 до 340°С,
температура дымовых газов после восстановительного катализатора 8: от 280 до 320°С,
температура дымовых газов на входе в рукавный фильтр: максимум 250°С,
3
3
содержание дымового газа на входе в рукавный фильтр: менее 3 г/нм при прямом впуске и около 100 г/нм при «мельничном режиме»,
3
содержание пыли в дымовом газе на выходе из рукавного фильтра: максимум 10 мг/нм.
Как, в частности, видно из измеренных величин, содержание пыли в дымовых газах в катализаторе 8 восстановления практически не уменьшается. Однако если в катализаторе 8 восстановления должно осуществляться осаждение пыли, он может соответственно периодически очищаться или обдуваться сжатым воздухом.
Согласно варианту осуществления в качестве альтернативы или дополнительно к окислам азота, а также окиси углерода, в частности, установки 1 могут применяться для удаления пахучих углеводородов или удаления аммиака из отходящих газов из печей для сжигания. При этом может, если необходимо, перед или после катализатора для удаления азота располагаться собственный катализатор, например, содержащий титан-ванадиевые соединения, которые могут смешиваться с палладием и/или платиной. Подобного рода катализаторы известны из уровня техники, так что следует обратиться к литературе по данному вопросу. Катализатор восстановления для этого может быть образован в виде слоистого катализатора с несколькими слоями для отдельных катализаторов или существует возможность располагать отдельно в установке 1 или соответствующей установке для очистки дымового газа несколько катализаторов, например, в направлении потока дымовых газов друг за другом в собственных емкостях.
Ради порядка в заключение следует указать на то, что для лучшего понимания устройства установки 1 она или ее составные части были изображены частично не в масштабе, и/или увеличенными, и/или уменьшенными.
Перечень позиций
1.
Установка
2.
Печь
3.
Отопление
4.
Стрелка
5.
Блок теплообменника
6.
Стрелка
7.
Фильтровальное устройство
8.
Катализатор восстановления
9.
Фильтровальное устройство
10.
Подводящий трубопровод
11.
Устройство для распыления
12.
Трубопровод для свежего воздуха
13.
Клапан
14.
Устройство для смешиваемого газа
15.
Транспортирующее устройство
16.
Восстанавливающее средство
17.
Трубопровод
18.
Устройство для охлаждения распылением
19.
Дымовая труба
20.
Сушильная мельница
21.
Клапан
22.
Клапан
23.
Клапан
24.
Клапан
25.
Клапан
26.
Трубопровод для свежего воздуха
27.
Клапан для свежего воздуха
28.
Трубопровод для циркуляционного воздуха
29.
Клапан для циркуляционного воздуха