[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampfkessel mit mehreren, insbesondere drei
Zügen (3, 4, 15) für mittlere Leistungen und mit einer DeNO
x-Anlage in Form eines Katalysators und einer NH₃-Einspritzeinrichtung zur Reduzierung
der NO
x-Anteile (Entstickung) im Rauchgas, wobei der Katalysator in Strömungsrichtung der
Rauchgase gesehen vor dem dritten Zug des Dampfkessels in einem die Rauchgase abwärts
führenden Kesselabschnitt angeordnet ist und der diesem Kesselabschnitt vorgeschaltete
Kesselabschnitt in Abhängigkeit der vor dem Katalysator herrschenden Rauchgastemperatur
hinsichtlich seines Durchlaßquerschnittes regelbar ist, und zur Steuerung des Durchlaßquerschnittes
ein Temperaturfühler vorgesehen ist, der vorzugsweise zwischen der NH₃-Einspritzeinrichtung
und dem Katalysator liegt, wobei dieser Durchlaßquerschnitt mit sinkender Rauchgastemperatur
vergrößerbar ist.
[0002] Es ist bekannt, bei Dampfkesselanlagen die Rauchgase unter anderem zu entsticken,
den Gehalt der Stickoxyde im Rauchgas zu verringern, wozu Katalysatoren eingesetzt
werden. Die Wirkungsweise dieses bekannten Verfahrens beruht auf der Reaktion der
Stickoxyde mit dem in die Rauchgase eingebrachten NH₃ unter Einwirkung des erwähnten
Katalysators. Die Effizienz des Katalysators ist dabei temperaturabhängig, die optimale
Reaktionstemperatur liegt dabei bei ca. 350° C. Bekannt ist in diesem Zusammenhang
ein Verfahren (AT-PS 379 677), bei welchem die Rauchgase durch zwei in Reihe geschaltete
Rauchgasnachbehandlungseinrichtungen geführt werden, wobei die Rauchgastemperatur
in der zweiten Rauchgasnachbehandlungseinrichtung höher ist als jene in der ersten.
Dabei wird die Wärme der Rauchgase zur Wiederaufheizung der Rauchgase und auch zur
Luftvorwärmung verwendet. Solche Anlagen sind zwar durchaus geeignet, das in den Katalysator
eintretende Rauchgas auf die hier notwendige Reaktionstemperatur zu erhitzen, doch
ist der damit verbundene apparative Aufwand außerordentlich groß und damit teuer,
so daß solche Einrichtungen nur für große Anlagen überhaupt in Frage kommen. Bei Dampfkesseln
für mittlere Leistung, also für Leistungen etwa zwischen 10 bis 30 MW sind solche
Anlagen nicht verwendbar, weil sie zu aufwendig und zu kostspielig sind.
[0003] Eine andere bekannte Dampfkesselanlage der eingangs erwähnten Art ist in der DE-OS
27 33 408 beschrieben und gezeigt. Bei dieser vorbekannten Konstruktion ist vorgesehen,
zum Sekundärvorwärmer eine Nebenschlußleitung anzuordnen, deren Querschnitt temperaturabhängig
geregelt wird. Diese Konstruktion wird für nicht zweckmäßig erachtet: die konstruktive
Ausführung eines solchen Nebenschlußkanales ist sehr aufwendig und teuer. Vor allem
aber fällt auch ein funktioneller Nachteil hier besonders ins Gewicht. Die Nebenschlußleitung
ist unmittelbar vor dem Katalysator in den Rauchgaskanal eingeleitet, so daß unmittelbar
vor dem Katalysator und über dem Querschnitt des Rauchgaskanales ein starkes Temperaturgefälle
herrscht, ist doch davon auszugehen, daß im Sekundärvorwärmer der Rauchgasstrom ein
Temperaturgefälle von mehreren hundert Graden erfährt. Der Katalysator wird also über
seinen Querschnitt von einem Rauchgasstrom getroffen, der über seinen Querschnitt
eine sehr unterschiedliche Temperatur aufweist, wobei nur seitlich noch relativ heißes
Rauchgas zuströmt. Um diesen Rauchgasstrom mit über seinen Querschnitt unterschiedlichen
Temperaturen vor dem Kondensator durchzumischen, sind hier weder Einrichtungen vorgesehen,
noch - unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit - ist dafür ausreichend
Zeit vorhanden.
[0004] Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus und sie zielt darauf ab, die
Anlage bzw. Einrichtung von ihrem konstruktiven Aufwand her zu vereinfachen und sie
hinsichtlich ihrer Effizienz zu verbessern und vor allem dafür Sorge zu tragen, daß
der Katalysator über seinen gesamten Querschnitt mit Rauchgas mit einheitlicher Temperatur
angeströmt wird, was gemäß der Erfindung dadurch gelingt, daß der dem Katalysator
vorgeschaltete Kesselabschnitt als Rauchrohrzug ausgebildet ist und mindestens einer
der diesen Rauchrohrzug bildenden Rauchrohre einen gegenüber den anderen Rauchrohren
dieses Zuges vergrößerten Durchmesser aufweist, und der Durchlaßquerschnitt dieses
Rauchrohres mittels einer Drosselklappe regelbar ist.
[0005] Dank dieses erfindungsgemäßen Vorschlages ist es möglich, den Katalysator nicht nur
in den Dampfkessel als solchen konstruktiv zu integrieren, sondern ihn auch unabhängig
von der jeweils gerade gefahrenen Last auf seiner optimalen Betriebstemperatur zu
halten, wobei die Konstruktion als Ganzes erheblich vereinfacht ist, und dennoch erreicht
werden kann, daß der Katalysator über seinen gesamten Querschnitt mit Rauchgas von
im wesentlichen einheitlicher Temperatur angeströmt wird.
[0006] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drosselklappe an
dem katalysatorseitigen Ende des Rauchrohres angeordnet ist. Dadurch liegt die Drosselklappe
und der ihr zugehörende Stellmechanismus in einem Bereich, in dem das heiße Rauchgas
schon relativ weit abgekühlt ist, was vor allem für die Auswahl der Materialien dieser
Bauteile und deren eventuellen Kühlung wichtig ist. Damit sichergestellt wird, daß
das den Katalysator anströmende Rauchgas über seinen gesamten Querschnitt eine möglichst
einheitliche Temperatur aufweist, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen,
daß der dem Katalysator vorgeschaltete Zug als Rauchrohrzug mit Rauchrohren vom im
wesentlichen gleichem Durchmesser ausgebildet ist und mehrere dieser Rauchrohre durchlaßquerschnittsverengende,
temperaturgesteuerte Verschlußglieder, beispielsweise Drosselklappen aufweisen.
[0007] Um die Konstruktion platz- und raumsparend zu gestalten ist vorgesehen, daß sowohl
der dem Katalysator vorgeschaltete wie auch der diesem nachgeschaltete Zug liegend
angeordnet sind, die Hauptströmungsrichtung der Rauchgase in diesen Zügen im wesentichen
horizontal verläuft.
[0008] Ebenso dient diesem Ziel die Maßnahme, wonach die beiden Züge im wesentlichen parallel
zueinander liegen und die Hauptströmungsrichtungen der Rauchgase in diesen Zügen in
einander entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
[0009] Um die wesentlichen und wichtigen Einrichtungsteile warten zu können und um die damit
verbundenen Servicearbeiten ohne besonderen Aufwand durchführen zu können ist vorgesehen,
daß das katalysatorseitige Ende des im Durchlaßquerschnitt regelbaren Zuges in eine
mittels einer Tür oder Klappe verschließbare Kammer mündet, wobei vorzugsweise die
Kammer stirnseitig am Kessel vorgesehen ist.
[0010] Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, ohne sie darauf
einzuschränken. Es zeigen: Fig. 1 die stirnseitige Ansicht eines drei Züge aufweisenden
Dampfkessels mittlerer Leistung (15 MW); Fig. 2 einen horizontalen Schnitt nach der
Linie II - II in Fig. 1; Fig. 3 das katalysatorseitige Ende des Rauchrohrzuges bei
geöffneter Kesseltüre in einem gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößerten Maßstab; Fig.
4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV in Fig. 3; Fig. 5 die Stirnansicht eines Kessels
mit zwei Flammrohren.
[0011] Der über einen Ölbrenner 1 mit Öl befeuerte Heizkessel besitzt ein Flammrohr 2, das
endseitig in einen ersten als Wasserrohrzug ausgebildeten Umlenkzug 3 übergeht. An
diesen Umlenkzug 3 schließt ein zweiter als Rauchrohrzug 4 ausgebildeter Zug an, wobei
die Rohre 5 dieses Zuges 4 im wesentlichen parallel zur Längsachse des Flammrohres
2 verlaufen. Eines dieser Rauchrohre, nämlich das Rauchrohr 6 besitzt einen Durchmesser,
der um ein Mehrfaches, beispielsweise um das 6-fache des Durchmessers der anderen
Rauchrohre 5 des Rauchrohrzuges 4 beträgt. Dieser Rauchrohrzug 4 mündet in eine stirnseitig
am Dampfkessel angeordnete Kammer 7, die hier mit einer Kesseltüre 8 verschließbar
ist. Am kammerseitigen Ende des Rauchrohres 6 mit dem vergrößerten Durchmesser ist
eine Drosselklappe 9 drehbar gelagert, die über einen kesselaußenseitigen Stellmotor
10 betätigbar ist. Die Kammer 7 geht über in einen ersten ansteigenden Kesselabschnitt
11 und einen daran anschließenden fallenden Kesselabschnitt 12, wobei im fallenden
Kesselabschnitt 12 eine NH
3-Einspritzeinrichtung angeordnet ist und mit Abstand darunter der eigentliche Katalysator
14, auf welchen der dritte Kesselzug 15 folgt, der in den Schornstein 16 mündet. Die
dem Katalysator 14 vorgeschalteten und nachgeschalteten Züge 4 und 15 sind liegend
angeordnet und im wesentlichen parallel zueinander.
[0012] Im fallenden Kesselabschnitt 12 zwischen der NH₃-Einspritzeinrichtung 13 und dem
Katalysator 14 ist ein Temperaturfühler 17 vorgesehen, der über einen Regler 18, der
mit einer Temperaturanzeigeeinrichtung ausgestattet sein kann, mit dem Stellmotor
10 der Drosselklappe 9 in Wirkverbindung steht.
[0013] Die Funktion der vorstehend beschriebenen Teile des Dampfkessels ergibt sich unmittelbar
aus dem Gesagten. Fährt der Kessel auf voller Last, so erreichen die Rauchgase bei
geschlossener Drosselklappe 9 den Katalysator 14 mit ca. 350° C. Fährt der Kessel
hingegen im Teillastbereich, so sinkt die Rauchgastemperatur erheblich ab und liegt
erheblich unterhalb der Betriebstemperatur für den Katalysator, der dann nicht mehr
seine optimale Leistungsfähigkeit besitzt. Dank der Erfindung wird nun über den Temperaturfühler
17 dieser Temperaturrückgang über den Regler 18 in der Weise wirksam, daß der Regler
18 den Stellmotor 10 aktiviert, und zwar im Sinne einer Öffnung der Drosselklappe
9. Durch das Öffnen der Drosselklappe 9 wird der Durchlaßquerschnitt des dem Katalysator
14 vorgeschalteten Rauchrohrzuges 4, der ja den Strömungswiderstand dieses Zuges bestimmt,
verringert, so daß das heiße Rauchgas rascher und mit geringerer Abkühlung den Katalysator
14 erreicht, so daß dessen Betriebstemperatur im wesentlichen konstant gehalten werden
kann. Wird der Dampfkessel wieder auf höhere Last gefahren, so wird wegen des dadurch
bedingten Anstieges der Rauchgastemperatur im Abschnitt 12 über den Temperaturfühler
17, den Regler 18 und den Stellmotor 10 die Drossel im Sinne einer Schließbewegung
betätigt.
[0014] Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der zweite, dem Katalysator
vorgeschaltete Rauchrohrzug 4 mit einem Rauchrohr mit vergrößertem Durchmesser ausgestattet.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, in diesem Zug eventuell mehrere Rauchrohre mit vergrößertem
Durchmesser vorzusehen und dabei jedem dieser Rauchrohre eine temperaturgesteuerte
Drosselklappe zuzuordnen, wobei dann diese mit diesen Drosselklappen bestückten Rauchrohre
stufenweise zu- bzw. abgeschaltet werden können.
[0015] Dank des erfindungsgemäßen Vorschlages ist es möglich, den Katalysator 14 unmittelbar
in den Dampfkessel konstruktiv zu integrieren, und darüberhinaus diesen auf seiner
optimalen Betriebstemperatur zu betreiben, ohne daß zusätzliche und kostenaufwendige
Heizeinrichtungen und Wärmetauscher zur Beeinflussung der Rauchgastemperatur eingesetzt
werden müssen.
[0016] Wurde vorstehend als Regelorgan eine Drosselklappe 9 gezeigt und beschrieben, so
ist es im Grunde möglich, auch andere den Durchlaßquerschnitt verändernde Regelorgane
einzusetzen, beispielsweise in Form von Irisblenden.
[0017] Eine weitere Möglichkeit zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Gedankens liegt
darin, im Rauchrohrzug 4 mehrere Rauchrohre mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern
vorzusehen und diese Rauchrohre mit temperaturabhängig zu betätigenden Verschlußorganen
zu bestücken.
[0018] Schlußendlich wäre noch eine Lösungsmöglichkeit zu bedenken, bei welcher die Rauchrohre
5 des Rauchrohrzuges 4 zwar alle denselben Durchmesser besitzen, aber eine größere
Zahl dieser Rohre jeweils mit temperaturabhängig zu betätigenden Verschlußorganen
bestückt sind. Diese könnten dann gemeinsam von einem Stellmotor betätigt werden oder
aber die einzelnen Verschlußorgane können einzeln und in gestufter Folge aktiviert
werden.
[0019] In den Fig. 1 und 2 bedeutet die strichpunktierte Linie 19 die den Dampfkessel umschließende
Wärmeisolierungshülle.
[0020] Fig. 5 veranschaulicht nun die Stirnansicht eines Kessels mit zwei Flammrohren und
zwei getrennten Rauchgaszügen, wobei jeder Rauchgaszug in der Weise ausgebildet ist,
wie dies vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 beschrieben und erläutert
wurde, aus welchem Grund auch gleiche Teile hier mit denselben Hinweisziffern ausgestattet
worden sind. Jedem der beiden Katalysatoren 14 ist dabei eine eigene Rauchgastemperaturregelung
zugeteilt.
1. Dampfkessel mit mehreren, insbesondere drei Zügen (3, 4, 15) für mittlere Leistungen
und mit einer DeNOx-Anlage in Form eines Katalysators (14) und einer NH₃-Einspritzeinrichtung (13) zur
Reduzierung der NOx-Anteile (Entstickung) im Rauchgas, wobei der Katalysator (14) in Strömungsrichtung
der Rauchgase gesehen vor dem dritten Zug (15) des Dampfkessels in einem die Rauchgase
abwärts führenden Kesselabschnitt (12) angeordnet ist und der diesem Kesselabschnitt
(12) vorgeschaltete Kesselabschnitt in Abhängigkeit der vor dem Katalysator (14) herrschenden
Rauchgastemperatur hinsichtlich seines Durchlaßquerschnittes regelbar ist, und zur
Steuerung des Durchlaßquerschnittes ein Temperaturfühler (17) vorgesehen ist, der
vorzugsweise zwischen der NH3-Einspritzeinrichtung (13) und dem Katalysator (14) liegt, wobei dieser Durchlaßquerschnitt
mit sinkender Rauchgastemperatur vergrößerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
dem Katalysator (14) vorgeschaltete Kesselabschnitt als Rauchrohrzug (4) ausgebildet
ist und mindestens einer der diesen Rauchrohrzug bildenden Rauchrohre (6) einen gegenüber
den anderen Rauchrohren (5) dieses Zuges vergrößerten Durchmesser aufweist, und der
Durchlaßquerschnitt dieses Rauchrohres (6) mittels einer Drosselklappe (9) regelbar
ist.
2. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (9) an
dem katalysatorseitigen Ende des Rauchrohres (6) angeordnet ist.
3. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des hinsichtlich
seines Durchlaßquerschnitt regelbaren Rauchrohres (6) ein Mehrfaches, beispielsweise
das 5- bis 6-fache des Durchmessers der anderen Rauchrohre (5) des Rauchrohrzuges
beträgt.
4. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Katalysator (14)
vorgeschaltete Zug als Rauchrohrzug (4) mit Rauchrohren von im wesentlichen gleichem
Durchmesser ausgebildet ist und mehrere dieser Rauchrohre durchlaßquerschnittsverengende,
temperaturgesteuerte Verschlußglieder, beispielsweise Drosselklappen (9) aufweisen.
5. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der dem Katalysator
(14) vorgeschaltete wie auch der diesem nachgeschaltete Zug (4, 15) liegend angeordnet
sind, die Hauptströmungsrichtung der Rauchgase in diesen Zügen (4, 15) im wesentlichen
horizontal verläuft.
6. Dampfkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Züge (4, 15) im
wesentlichen parallel zueinander liegen und die Hauptströmungsrichtungen der Rauchgase
in diesen Zügen (4, 15) in einander entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
7. Dampfkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das katalysatorseitige Ende
des im Durchlaßquerschnitt regelbaren Zuges (4) in eine mittels einer Tür oder Klappe
(8) verschließbare Kammer (7) mündet.
8. Dampfkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (7) stirnseitig
am Kessel vorgesehen ist.