Stickoxidreduzierung (SNCR-Verfahren) in Verbrennungsprozessen

Klimafreundliche und normgerechte Abgasreinigung in Verbrennungsprozessen mittels HEITRONICS Infrarot (IR) Strahlungsthermometern. Hocheffiziente und SNCR-konforme Modellreihe KT19.69 II / KT16.67 II.

Das SNCR-Verfahren

Der Bericht befasst sich mit der Stickoxidminderung (SNCR-Verfahren) in Müllverbrennungsanlagen. Kennzeichnend für dieses Verfahren ist die Notwendigkeit der Injektion eines Reduktionsmittels wie Ammoniakwasser oder Harnstoff in einem Temperaturfenster zwischen 900 °C und 1.000 °C. Unterhalb dieses Temperaturfensters ist die Reaktionsgeschwindigkeit der NOx-Reduktion langsam und nicht effizient, und der Ammoniakschlupf (nicht umgesetztes Ammoniak) am Kaminaustritt ist relativ hoch. Oberhalb dieser Temperatur wird das Reduktionsmittel selbst oxidiert und zusätzliches NOx im Rauchgas gebildet. Dies führt zu unnötig hohen Betriebskosten für die SNCR-Anlagen. Daher kommt der Überwachung des Temperaturfensters in diesen Verfahren eine besondere Rolle zu. Durch HEITRONICS Infrarot Strahlungsthermometer der Modellreihen KT19.69 II oder KT19.67 II ist es möglich, die Temperatur berührungslos über die CO₂-Absorptionsbande des Rauchgases exakt und präzise zu erfassen.

Für die Steuerung der SNCR wird ein Temperaturprofil des Kesselquerschnitts benötigt. Dazu werden mehrere Infrarot Thermometer an der Kesselwand montiert. Idealerweise erfolgt die Messung in Lanzennähe oder zwischen den Injektionsebenen. In der einfachsten Version werden die Temperatursignale der einzelnen Infrarot Thermometer der/den nächstliegenden Lanze/n zugeordnet. Oftmals wird allerdings mit Hilfe einer geeigneten Software ein Falschfarbenbild des Temperaturprofils (siehe Bild 1) erzeugt, die Temperaturwerte an Zwischenpunkten berechnet und an das Prozessleitsystem übergeben. Die visuelle Darstellung der Temperaturverteilung erlaubt dem Operator, auf einen Blick Bereiche überhöhter Temperaturen zu erkennen und entsprechende regelungstechnische Eingriffe vorzunehmen.

Der Vorteil der Infrarotmessung besteht darin, dass die Geräte außerhalb des Brennraumes montiert werden und nicht dem Einfluss der hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzt sind. Weitere Vorteile sind die leichte Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten und die einfache Austauschbarkeit.

Kesselgröße und Sichtweite

Bei Verbrennungsprozessen bietet sich CO₂ als Absorptionsbande an. Da der Sauerstoffüberschuss gemessen und geregelt wird, ist die CO2-Konzentration vergleichsweise konstant. Dieses CO₂-Band ändert seine Abstrahlungseigenschaften im infraroten Spektralbereich mit der Temperatur. Bei höheren Temperaturen verschiebt sich die langwellige Kante nach rechts in Richtung längerer Wellenlängen (siehe Bild 2). Für Temperaturen um 300 °C ist CO₂ bei einer Wellenlänge von 4,6 μm transparent, während es bei 1.100 °C die Strahlung fast vollständig absorbiert. Man kann daher bei der richtigen Auswahl der Messwellenlänge durch die kälteren äußeren Gasschichten hindurchmessen und erfasst im Wesentlichen die Kerntemperatur der Gasschicht.

Wählt man die Wellenlänge allerdings falsch, werden nur die äußeren Schichten erfasst und man misst eine deutlich zu geringe Temperatur.

Diese Eigenschaft der CO₂-Linie ermöglicht es, die Sichtweite entsprechend der Prozessbedingungen einzustellen. Die Sichtweite hängt dabei von folgenden Parametern ab:

• CO₂-Konzentration
• Druck
• Temperatur
• Wellenlänge

Die IR Strahlungsthermometer der Serie KT19.67 II eignen sich zur Messung von kleineren Querschnitten, wohingegen die IR Strahlungsthermometer der Serie KT19.69 II für größere Abmessungen gedacht sind.

HEITRONICS empfiehlt daher folgende Konfiguration:

Die Montage

Die Infrarot Strahlungsthermometer werden außerhalb des Brennraums montiert. Hierfür benötigt man einen Sichtkanal mit einem Durchmesser von 40 bis 60 mm. Die Länge des Kanals ist im Prinzip unerheblich. Am Heizkessel befindet sich in der Regel ein DIN-Flansch, an dem Infrarot Strahlungsthermometer mit einem Adapterset montiert werden. Um die Optik des IR Strahlungsthermometers vor Ablagerungen zu schützen, wird eine luftdurchströmte Schutzscheibe vor das IR Strahlungsthermometer gesetzt. Sinnvoll ist die Verwendung von Schnellverschlüssen, die ein werkzeugloses Lösen des IR-Strahlungsthermometers und der Schutzscheibe für Wartungsarbeiten ermöglichen (siehe Bild 3). Um die Ablagerung von Asche oder Schlacke im Kanal zu reduzieren, kann ein Shock-Blower genutzt werden. Dieser wird über ein Rohr an den Adaptersatz angeschlossen und reinigt mit einem Druckstoß in festgelegten Intervallen den Messkanal.

HEITRONICS KT19.69 II und KT19.67 II Gerätekonfiguration: