Beschreibung Einrichtung zur katalytischen Abgasreinigung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für die kata- lytische Beseitigung eines Schadstoffs aus dem Abgas einer Verbrennungsanlage, wie eines mit fossilem Brennstoff betrie- benen Kraftwerks oder eines Verbrennungsmotors, mit einem Ab- gaskanal zur Leitung des Abgases, mit einer Eindüseinrich- tung, die zur Einbringung eines Reaktionsmittels in das Abgas in einem Eindüsraum des Abgaskanals vorgesehen ist, und mit einem in dem Abgaskanal eingebauten Katalysator.

Bei der Verbrennung eines fossilen Brennstoffs in einer Ver- brennungsanlage entstehen in nicht unerheblichem Umfang Schadstoffe, wie Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe, Koh- lenmonoxid und Schwefeloxide. Bei entsprechenden Verbren- nungstemperaturen entstehen auch Dioxine und Furane. Diese Schadstoffe können über das Abgas der Verbrennungsanlage in die Umwelt gelangen. Eine derartige Verbrennungsanlage kann z. B. eine Kesselanlage, ein Fossilkraftwerk, aber auch ein Verbrennungsmotor sein.

Aufgrund strenger gesetzlicher Vorschriften, welche die Ab- gabe der obengenannten Schadstoffe limitieren, ist für Ver- brennungsanlagen eine Behandlung des Abgases zur Verminderung der darin enthaltenen Schadstoffe erforderlich. Hierzu sind in der Vergangenheit eine Vielzahl von Katalysatoren entwik- kelt worden. So sind zur Verringerung von Stickoxiden die so- genannten DeNOx-Katalysatoren bekannt, welche die im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) mit einem Reduktionsmittel, meist Ammoniak oder Harnstoff, nach dem Verfahren der Selek- tiven Katalytischen Reduktion (SCR) zu umweltneutralem Stick- stoff und zu Wasser umsetzen. Das Reduktionsmittel wird in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator in das Ab- gas eingebracht. Es tritt dann in nach Möglichkeit homogener Vermischung mit den im Abgas enthaltenen. Stickoxiden in den

Katalysator ein. Dabei können auch mehrere Katalysatoren hin- tereinander geschaltet sein.

Für die Verringerung der Schadstoffe im Abgas eines Otto-Mo- tors sind beispielsweise edelmetallhaltige Katalysatoren be- kannt, an denen Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid mit Stickoxiden zu Kohlendioxid, Stickstoff und/oder Wasser umge- wandelt werden.

Zur Stickoxidentfernung aus dem Abgas eines Dieselmotors kann der bereits erwähnte DeNOx-Katalysator verwendet werden. Hier arbeitet man vorzugsweise mit Harnstoff. Dieser Harnstoff wird anforderungsgerecht in den Abgasstrom eingedüst. Mit ei- nem solchen geregelten Diesel-Katalysator ist es möglich, den Stickoxidgehalt im Abgas des Dieselmotors erheblich zu sen- ken.

Von einer SCR-Einrichtung für die katalytische Beseitigung von NOx im Abgas einer Verbrennungsanlage wird zunächst ein- mal eine deutliche und effektive Reduzierung der NOx-Emission verlangt. Daneben wird in der Regel auch eine Reduzierung der Schallemissionen gefordert. Dieser Schall entsteht durch den Betrieb der Verbrennungsanlage und stellt ein Problem für die Umwelt dar. Dabei besteht die Forderung, den Platzaufwand möglichst gering zu halten. Bisher hat man zur Reduzierung der Schallemission den Einbau eines separaten Schalldämpfers im Abgaskanal vorgesehen. Dadurch konnte die Schallemission unter die zulässigen Grenzwerte abgesenkt werden. Allerdings machen sich bei dieser Lösng zusätzliche Kosten, ein gestie- gener Druckverlust und ein größerer Platzbedarf nachteilig bemerkbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß kein unnötiger Platzbe- darf für einen separaten Schalldämpfer entsteht.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß sich diese Auf- gabe lösen läßt, wenn sich verschiedene Funktionen in einem bereits vorhandenen Bauteil zusammenfassen lassen.

Die genannte Aufgabe wird demgemäß erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Eindüsraum und ein gegebenenfalls nachge- schalteter Mischraum, der zur Vermischung des eingebrachten Reaktionsmittels mit dem Abgas vorgesehen ist, als Schall- dämpfer ausgebildet ist/sind.

Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß sich aufgrund der Ausgestaltung des Eindüs- und/oder Mischraums als Schall- dämpfer eine SCR-Katalysator-Anlage für das Abgas einer Ver- brennungsanlage sehr kompakt und kostengünstig aufbauen läßt.

Zwecks Schalldämpfung können/kann der Eindüsraum und/oder der Mischraum mit einem Lochblech oder einem flexiblen, dünnen, ein- oder doppelschichtigen Blech ausgekleidet sein. Bevor- zugt sind/ist der Eindüsraum und/oder der Mischraum mit einer schalldämmenden Auskleidung versehen.

In der Regel werden der Eindüsraum und der Mischraum eine Baueinheit bilden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü- chen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von fünf Figuren näher erläutert. Dabei werden dieselben Be- zugszeichen für gleiche Bauteile verwendet. Es zeigen : FIG 1 eine SCR-Anlage in prinzipieller Darstellung, wobei ein kombinierter Eindüs- und Mischraum in gerader Richtung vor zwei SCR-Katalysatoren angeordnet ist, FIG 2 eine senkrecht stehende SCR-Anlage mit senkrechtem Eindüs- und Mischraum und 180°-Umlenkung für das Abgas,

FIG 3 eine gerade durchströmte SCR-Anlage mit Pfeifenre- sonatoren am Eindüs- und Mischraum, FIG 4 eine tonnenförmige SCR-Anlage mit senkrecht stehen- dem Eindüs- und Mischraum sowie 180°-Umlenkung und FIG 5 einen rohrförmigen Eindüs- und Mischraum mit ver- schiedenen Ausgestaltungen zur Schalldämmung.

In Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Einrichtung für die katalytische Beseitigung des Schadstoffs NOx aus dem Ab- gas A einer (nicht dargestellten) Verbrennungsanlage gezeigt.

Das Abgas A strömt hierbei zunächst in eine rohrförmige Bau- einheit 2 ein, die einen Eindüsraum 4 und einen nachgeschal- teten Mischraum 6 umfaßt. Die Baueinheit 2 ist Bestandteil eines allgemein mit 8 bezeichneten Abgaskanals, der zur Lei- tung des Abgases A vorgesehen ist. In den Eindüsraum 4 führt eine Eindüs-Einrichtung 10 mit einer Düse 12. Diese Eindüs- einrichtung 10 ist zur Einbringung eines Reduktions- oder Re- aktionsmittels R in das Abgas A, das sich im Eindüsraum 4 be- findet, vorgesehen. Der nachgeordnete oder nachgeschaltete Mischraum 6 dient zur Vermischung des eingebrachten Reakti- onsmittels R mit dem Abgas A. Als Reaktionsmittel R kann bei- spielsweise Ammoniak oder Harnstoff verwendet werden. Allge- mein gesprochen : Das Reduktions- oder Reaktionsmittel R kann in reiner Form (flüssig oder gasförmig) oder auch in Lösung (z. B. mit Wasser oder Wasserdampf) eingedüst werden.

An die Baueinheit 2 schließt sich ein rohrförmiger SCR-Reak- tor 14 an. Dieser enthält zwei hintereinander angeordnete SCR-Katalysatoren 16 und 18. Das in den Katalysatoren 16,18 vom Schadstoff NOx gereinigte Abgas A'verläßt den Abgaskanal 8 senkrecht nach oben.

Von Bedeutung ist nun, daß die kombinierte Baueinheit 2 eine Schalldämpferfunktion erfüllt. Zu diesem Zweck sind der Ein-

düsraum 4 und der Mischraum 6 mit einer schalldämmenden Aus- kleidung 20 versehen. Beide Räume 4,6 sind darüber hinaus mit einem dünnen Lochblech 22 ausgerüstet. Das Lochblech 22 dient der Halterung der Auskleidung 20.

Nach Figur 2 wird NOx-haltiges Abgas A im Abgaskanal 8 zu- nächst um 90° abgelenkt und von unten in eine Baueinheit 2 geleitet, die wiederum mit einer schalldämmenden Auskleidung 20 und einem Lochblech 22 versehen ist. Die den Eindüsraum 4 und den Mischraum 6 umfassende rohrförmige Baueinheit 2 steht also auch hier senkrecht. Am Ausgang dieser Baueinheit 2 er- fährt das Abgas A eine 180°-Umlenkung in einem Umlenkraum 23 und tritt in dem nachgeschalteten Raum 14 oder SCR-Reaktor in zwei hintereinander angeordnete SCR-Katalysatoren 16,18 ein.

Das gereinigte Abgas A'verläßt die Einrichtung nach einer 90 -Umlenkung. Am Eingang und am Ausgang der Baueinheit 2 sind Mischer 24 bzw. 26 angeordnet. Zwecks Erleichterung der 180°-Umlenkung sind im oberen Umlenkraum 23 Leitbleche 28 vorgesehen.

Im Ausführungsbeispiel von Figur 2 wird eine schalldämmende Wirkung erreicht durch verschiedene Maßnahmen : Zum ersten ist hier wiederum die erwähnte Auskleidung des Eindüs- und Mischraums 4,6 mit dem Lochblech 22 vorgesehen.

Anstelle dieses Lochbleches 22 kann auch ein flexibles, dün- nes Blech verwendet werden. Dieses Lochblech 22 ist mit einem absorbierenden Material, wie Stahlwolle, Keramikwolle, Stahlvlies oder Faservlies, als Auskleidung 20 hinterfüttert.

Zum zweiten ist eine Reflexionsdämpfung zwischen den Mischern 24,26 vorgesehen. Dies bedeutet, daß der Abstand der Mischer 24,26 auf die zu dämpfende Schallfrequenz abgestimmt ist.

Zum dritten ist eine Reflexionsdämpfung an der 180°-Umlenkung des Abgases A zwischen der Baueinheit 2 und dem SCR-Reaktor 14 vorgesehen. Diese Reflexionsdämpfung ist in Form einer

schalldammenden Auskleidung 30 an der oberen Innenwand einge- zeichnet.

Bei dieser Ausführungsform sind weitere Umlenkungen im Be- reich des Eindüs- und Mischraums 4 bzw. 6 möglich. Dann soll- ten die Abstände zwischen diesen Umlenkungen so gewählt wer- den, daß sich eine dämpfende Wirkung durch Resonanz ergibt.

Zu Figur 2 ist noch folgendes anzumerken : Die Umlenkung muß nicht notwendigerweise genau 180° betragen. Jede Umlenkung, die eine Reflexion des Schalls in stromauf gelegene Anlagen- teile ermöglicht, ist verwendbar. Mit einer entsprechenden Auskleidung der Umlenkung ist sogar bei Umlenkungen kleiner als 90° eine Schallreflexion stromauf möglich.

Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend demjenigen von Figur 1. Von besonderer Bedeutung ist hier die Ausgestaltung der Einströmung 32 und der Aus- strömung 34 des Abgases A in die bzw. aus der Baueinheit 2 als Pfeifenresonator. Ein Pfeifenresonator ist eine Sonder- form des Interferenzdämpfers : bei ihm ragt ein Rohrstück von einer Seite in eine Kammer hinein, oder aber es ragen Rohr- stücke von beiden Seiten in eine Kammer hinein (N. Kiesewet- ter,"Larmschutz im industriellen Anlagenbau", l. Aufl., Düs- seldorf, ISBN 3-464-48503-x, Seiten 54 bis 57,1992). Es soll noch angemerkt werden, daß die Ein- und Ausströmung des SCR- Reaktors 14 ebenso ausgestaltet sein können.

Der konstruktive Aufbau der Ausführungsform nach Figur 4 ent- spricht weitgehend demjenigen von Figur 2. Allerdings ist hier eine weitgehend rotationssymmetrische Struktur gewählt, so daß sich eine Art tonnenförmiger Aufbau ("barrel") ergibt.

Der obere Umlenkraum 23 mit der 180°-Umlenkung ist wiederum mit einem schalldämmenden Material 30 ausgekleidet. Auch die Baueinheit 2 ist hier wiederum als Schalldämpfer ausgebildet, und zwar in der zuvor erläuterten Weise.

Wie gesagt, ist vorliegend ein tonnenförmiger Aufbau ("barrel") gewählt. Dies soll allerdings nicht notwendiger- weise Rotationssymmetrie bedeuten. Kennzeichnendes Merkmal ist, generell gesprochen, daß der Eindüs- und Mischraum vom Katalysator umgeben ist, daß sich am Ende des Eindüs- und Mischraums eine Umlenkung befindet, und daß die Strömungs- richtung im Eindüs- und Mischraum entgegen der Strömungsrich- tung im Katalysator ist.

Die Ausführungsform nach Figur 5 zeigt einige Möglichkeiten zur Ausführung der kombinierten Baueinheit 2, die den Eindüs- raum 4 und den Mischraum 6 beinhaltet. Es müssen nicht not- wendigerweise alle dargestellten Merkmale gleichzeitig vor- handen sein.

Bei der Baueinheit 2 sind die Einströmseite und die Ausström- seite wiederum als Pfeifenresonatoren 32 bzw. 34 ausgebildet.

Sie sind auf die zu dämpfende Schallfrequenz abgestimmt. Über die gesamte Rohrlänge ist die Baueinheit 2 mit einer schall- dämmenden Auskleidung 20 versehen. Deren Material und Dicke sind ebenfalls auf die zu dämpfende Schallfrequenz abge- stimmt. Im Bereich des Mischraums 6 befindet sich wiederum ein Lochblech 22. Hier sind die Lochgröße sowie die Länge der Strecke mit dem Lochblech 22 auf die zu dämpfende Schallfre- quenz abgestimmt. Innerhalb der Baueinheit 2 befindet sich ein inneres Rohr 38, das dünnwandig ausgeführt ist. Es könnte auch zweischichtig mit einem Luftspalt zwischen den beiden Schichten ausgebildet sein. Auch hier ist wiederum der Ab- stand zwischen den beiden Mischern 24 und 26 auf die Schall- frequenz abgestimmt.

Mit 37 ist eine Hinterfütterung des Lochblechs 22 bezeichnet.

Hierbei handelt es sich um ein abriebfestes Material, das temperaturbeständig ist und keinen Austrag durch das Loch- blech 22 hindurch zuläßt.

Bei der Ausführungsform von Figur 5 ist im Bereich der Düse 12 ein Hüllrohr 40 vorgesehen. Dieses ist dünnwandig ausge- führt. Es kann auch zweischichtig mit einem Luftspalt zwi- schen den Schichten ausgebildet sein. Dieses Hüllrohr 40 ist durch eine Halterung 42 im Innenraum gehalten. Das Hüllrohr ist in Strömungsrichtung des Abgases A ausgerichtet.