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Title:
EXHAUST GAS SYSTEM HAVING AN EXHAUST GAS CHANNEL AND HAVING CATALYTICALLY ACTIVE INSULATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/005425
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an exhaust gas system (1), comprising: an exhaust gas channel (4), which is provided with insulation (3) on the inner face (2) of the exhaust gas channel; and a catalyst (5) for reducing emissions, which is arranged in the exhaust gas channel (4); wherein the insulation (3) has a catalytically active substance (6). The invention also relates to a gas and steam turbine system (9).

Inventors:
SIGLING RALF (DE)
Application Number:
EP2016/062531
Publication Date:
January 12, 2017
Filing Date:
June 02, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
B01D53/88; F01N3/28; F01N13/10; F02C7/24
Domestic Patent References:
WO1997040266A21997-10-30
Foreign References:
EP0718027A11996-06-26
DE10341668A12004-08-26
JPH08224445A1996-09-03
US4122673A1978-10-31
US20040177609A12004-09-16
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Claims:
Patentansprüches

1. Abgasanlage (1) mit einem an seiner Innenseite (2) mit einer Isolierung (3) versehenen Abgaskanal (4) und einem im Abgaskanal (4) angeordneten Katalysator (5) zur Emissionsverringerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Iso¬ lierung (3) eine katalytisch aktive Substanz (6) aufweist.

2. Abgasanlage (1) nach Anspruch 1, wobei die Isolierung (3) ein Grundmaterial (7) umfasst, das mit der katalytisch aktiven Substanz (6) beschichtet ist.

3. Abgasanlage (1) nach Anspruch 2, wobei das Grundmaterial (7) ein keramischer Körper, eine Metallfolie, eine Fasermatte oder ein Körper aus Metallschaum ist.

4. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der im Abgaskanal (4) angeordnete Katalysator (5) und die katalytisch aktive Substanz (6) Katalysatoren zur Verringerung von Kohlenmonoxid-Emissionen sind.

5. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgasanlage (1) ein Abhitzedampferzeuger (8) ist .

6. Gas-und-Dampfturbinenanlage (9) mit einer Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Beschreibung

ABGASANLAGE MIT ABGASKANAL UND KATALYTISCH AKTIVER ISOLIERUNG Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage sowie ein Gas-und- Dampfturbinen-Kraftwerk

In Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerken wird von Genehmigungsbehörden in zunehmendem Maße die Einhaltung von CO-Emissions- grenzwerten gefordert. Dies betrifft insbesondere auch die Einhaltung von Grenzwerten bei Teillast der Gasturbine. Um entsprechende CO-Grenzwerte einzuhalten, ist der Einsatz von CO-Oxidationskatalysatoren erforderlich. Diese Katalysatoren werden üblicherweise im Abhitzedampferzeuger angeordnet.

Mittels der Katalysatoren lassen sich üblicherweise CO- Oxidationsraten von 95% erreichen, unter idealen Bedingungen auch etwas mehr. Ideale Bedingungen sind dabei u.a. die völ ¬ lige Vermeidung von Bypass-Strömungen um den Katalysator her- um. Diese lassen sich in kleinen Anlagen (Industrieanlagen oder ähnliches) auch realisieren. In Abhitzedampferzeugern, wie sie in Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerken üblich sind, sind derartige ideale Bedingungen nicht gegeben.

Abhitzedampferzeuger in Gas-und-Dampfturbinen-Anlagen haben eine innenliegende thermische Isolierung die aus funktions ¬ technischen Gründen nicht gasdicht ausgeführt werden kann. Weiterhin

befinden sich in einem Abhitzedampferzeuger Sektionen für die Zusammenführung von Wärmetauscherrohren (Sammler) , welche ei- nen gewissen Freiraum für Montage und Inspektion benötigen, und die ebenfalls einer Abgasströmung um die CO-Katalysatoren herum Platz bieten.

Die Auswirkung einer Bypass-Strömung um die CO-Katalysatoren herum in Zahlen:

Bei einem CO-Rohgaswert von 2000ppmvd und einem erforderli ¬ chen Grenzwert von 80ppmvd (dahin, bzw. zu noch niedrigeren Werten geht die Gesetzgebung) , ist ein Abscheidegrad von 96% am CO-Katalysator erforderlich. Mit nur 3% Bypass-Strömung würde sich bereits ein Reingaswert von nur ca. 140ppmvd erreichen lassen. Um der Wirkung des Bypass-Stromes entgegenzuwirken, ist theoretisch ein CO-Abscheidegrad von 99% an den Katalysatoren erforderlich, was weit außerhalb der üblichen Garantiewerte von Katalysatorlieferanten liegt.

Selbst wenn man die CO-Oxidationskatalysatoren überdimensionieren würde, hätte das zum einen den Nachteil, dass dadurch der Druckverlust der Katalysatoren entsprechend hoch wird, mit der nachteiligen Konsequenz eines Wirkungsgradverlustes der Gasturbine. Weiterhin würden selbst entsprechend überdi ¬ mensionierte Katalysatoren, die an den Kesselseitenwänden, an dem Kesselboden und an der Kesseldecke auftretenden Bypass- Strömungen nicht erreichen, da diese „Randströmungen" sich nicht ausreichend mit der „Kernströmung" vermischen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasanlage bereitzustel ¬ len, die einen verbesserten Abscheidegrad ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Gas-und- Dampfturbinen-Anlage mit verbessertem Abscheidegrad.

Die Erfindung löst die auf eine Abgasanlage gerichtete Aufga ¬ be, indem sie vorsieht, dass bei einer Abgasanlage mit einem an seiner Innerseite mit einer Isolierung versehenen Abgaskanal und einem im Abgaskanal angeordneten Katalysator zur Emissionsverringerung, die Isolation eine katalytisch aktive Substanz aufweist. Katalysatoren, beispielsweise CO-Oxidationskatalysatoren, können zwar als Vollkatalysatoren hergestellt werden, wobei das katalytisch aktive Material als Vollkeramik ausgebildet ist und die keramischen Körper so ausgebildet werden, dass das Abgas die Katalysatoren durchströmt und dabei die Oxida- tionsreaktion an der Oberfläche stattfindet. Katalysatoren können aber auch auf andere Art hergestellt werden, so dass es möglich ist, dass auch die Isolation katalytisch aktive Substanzen aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Isolierung ein Grundmaterial, das mit der katalytisch aktiven Substanz beschichtet ist. Verfahren zur Beschichtung können dabei Tauch- oder Sprühverfahren sein.

Zweckmäßiger Weise ist das Grundmaterial ein keramischer Körper, eine Metallfolie, eine Fasermatte aus verschiedenen Ma ¬ terialien, mineralisch oder z. B. Glasfaser, oder ein Körper aus Metallschaum. Somit besteht auch die Möglichkeit, Materi ¬ alien, welche als thermisches Isoliermaterial in eine Abgas ¬ anlage zum Einsatz kommen mit katalytisch aktiven Substanzen zu beschichten. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Katalysator und die katalytisch aktive Substanz Katalysatoren zur Verringerung von Kohlenmonoxid-Emissionen sind.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Abgasanlage ein

Abhitzedampferzeuger ist. Die mit einer katalytisch aktiven Substanz beschichtete Isolierung kann dann in Bereichen des Abhitzedampferzeugers zum Einsatz kommen, in denen eine Ab ¬ dichtung zur Vermeidung von Bypass-Strömungen nötig ist. Damit werden zum einen Bypass-Strömungen vermieden oder zumin- dest verringert, und zum anderen werden die in einer eventu ¬ ell auftretenden Bypass-Strömung mitgetragenen CO-Emissionen verringert. Da für die CO-Oxidation keine weiteren Reaktions ¬ partner als diejenigen erforderlich sind, welche im Gasturbinen-Abgas vorhanden sind, kann die Reaktion an den dann kata- lytisch wirkenden Isolierungen stattfinden.

Die auf eine Gas-und-Dampfturbinen-Anlage gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Gas- und Dampfturbinenanlage eine Abgasanlage wie zuvor beschrieben aufweist.

Das Einsatzgebiet einer erfindungsgemäßen Abgasanlage be ¬ schränkt sich jedoch nicht auf den Kraftwerksbereich. Auch eine Verwendung beispielsweise im Automobilbereich ist denk- bar. Generell kann die Erfindung überall da zu Einsatz kommen, wo innenisolierte Abgaskanäle vorhanden sind und eine Verbesserung der Emissionswerte notwendig ist. Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Figur näher erläu ¬ tert. Die Figur zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Gas-und-Dampfturbinen-Anlage 9 nach der Erfindung. Eine Gas ¬ turbine 10 dient dabei als Wärmequelle für einen nachgeschal ¬ teten Abhitzedampferzeuger 8, in dem Dampf für eine nachge- schaltete Dampfturbine 11 erzeugt wird.

Der Abhitzedampferzeuger 8 ist als eine Abgasanlage 1 nach der Erfindung ausgeführt, mit einem an seiner Innenseite 2 mit einer Isolierung 3 versehenen Abgaskanal 4 und einem im Abgaskanal 4 angeordneten Katalysator 5 zur Emissionsverringerung. Gemäß der Erfindung weist die Isolierung 3 eine kata- lytisch aktive Substanz 6 auf.

Bei der Abgasanlage 1 der Figur weist die Isolierung 3 ein Grundmaterial 7 auf, das mit der katalytisch aktiven Substanz 6 beschichtet ist, welche zur Verringerung von Kohlenmonoxid- Emissionen geeignet ist.