Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrom einer Feuerungsanlage mit einem SCR-Katalysator

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden in dem Abgasstrom einer Feuerungs anlage mit einem SCR-Katalysator .

Hintergrund der Erfindung

SCR-Katalysatoren in Kraftwerken (Kohle, Gas, Öl) und anderen Verbrennungsanlagen benötigen Ammoniak (NH ₃₎ zur Reduktion der Stickoxide. Im Folgenden werden diese Anlagen auch als Feuerungsanlagen bezeichnet. Ammoniak wird über ein Ammoni akeindüsegitter (Englisch: Ammonia Injection Grid, AIG) in den Abgasstrom vor dem SCR-Katalysatoren eingedüst. Die Di mension des Abgaskanalquerschnitts bestimmt dabei die Auftei lung des Eindüsegitters in mehrere individuelle Segmente.

Der Grund für die Aufteilung in mehrere Segmente besteht da rin, dass an den jeweiligen Positionen im Abgaskanal unter schiedliche NO _x -Konzentrationen herrschen können, die dann auch lokal unterschiedliche Ammoniakmengen zur optimalen Be triebsweise der Feuerungsanlage benötigen. Die lokale Anpas sung der eingedüsten Ammoniakmenge an die lokal vorhandene NO _x -Konzentration im Abgas ist insbesondere wichtig, wenn sehr hohe NO _x -Konversionsraten und niedrige NO _x - bzw. NH ₃ - Schlupfkonzentrationen erreicht werden müssen, wie zunehmend gefordert wird.

Dazu wird jedes der Segmente des AIG individuell über eine Leitung mit dem Reduktionsmittel Ammoniak versorgt. In jeder dieser Leitungen befindet sich ein Ventil, das in den meisten Fällen als einfaches manuelles Stellventil ausgeführt ist. Im Zuge der Inbetriebnahme der Feuerungsanlage werden die ein- zelnen Stellventile so justiert, dass über den Gesamtquer- schnitt des Abgaskanals die erforderlichen NO _x - Grenzwerte und die NH ₃ -Schlupfwerte erreicht werden. Nachdem die optima le Einstellung gefunden ist, werden die Stellventile in der „optimalen" Einstellung fixiert.

Problematisch dabei ist, dass eine optimierte manuelle Ein stellung der Ventile nur für einen einzigen Lastfall vorge nommen wird (in den häufigsten Fällen der Volllastfall ) , die Ungleichverteilung der NO _x -Konzentration über den Abgaskanal querschnitt jedoch von dem Betriebszustand (Volllast - Teil last - Minimallast) der Anlage abhängig ist. Weiterhin ist problematisch, dass die Ungleichverteilung der NO _x - Konzentration über den Abgasquerschnitt mit zunehmender Be triebsdauer, z.B. aufgrund von Alterung des SCR-Katalysators , sich verändert.

Somit kann eine manuelle, einmalige Einstellung den optimalen Betrieb des SCR-Katalysators nicht dauerhaft gewährleisten, wodurch ein Ansteigen der Emissionen von NO _x und Ammoniak über die Betriebszeit zu erwarten ist.

SCR (selektive katalytische Reduktion, englisch selective ca- talytic reduction) bezeichnet eine katalytische Technik zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von Feuerungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Gasturbinen, Industrieanlagen und Verbrennungsmotoren. Die chemische Reaktion an einem SCR- Katalysator ist selektiv, das heißt, dass bevorzugt die

Stickoxide (NO, NO ₂₎ reduziert werden, während unerwünschte Nebenreaktionen wie beispielsweise die Oxidation von Schwe feldioxid zu Schwefeltrioxid weitgehend unterdrückt werden.

Als Möglichkeit die Einstellung des Ammoniakgitters (d.h. die Ammoniakmassenströme zu den individuellen Segmenten) den über der Zeit geänderten Betriebszuständen anzupassen, wird eine regelmäßige Nachj ustierung der Stellventile in Intervallen von mehreren Jahren vorgenommen. Dies ist aber aus folgenden Gründen nicht optimal: - Der Aufwand für die Nachj ustierung ist sehr hoch, da eine sogenannte Netzmessung der NO _x -Konzentration über den Abgas kanalquerschnitt durchzuführen ist. In einigen Fällen ist zu diesem Zweck ein Messgitter vor und/oder nach dem SCR- Katalysator installiert. In vielen Fällen ist eine solche Netzmessung wegen der baulichen Besonderheiten nicht möglich.

- Wie auch bei der Inbetriebnahme gilt die Einstellung der Stellventile immer nur für einen eingeschränkten Betriebsbe reich (in den häufigsten Fällen der Volllastfall ) . Zunehmend wird die Einhaltung niedriger Schlupfwerte jedoch auch in an deren Lastfällen (Teillast, Anfahren) gefordert, bei denen sich ein signifikant anderes NO _x -Konzentrationsprofil über den Kesselquerschnitt ausbilden kann. Eine Einhaltung dieser niedrigen Schlupfwerte (NO _x und NH ₃₎ ist dann für die anderen Lastfälle nicht gegeben.

Eine kontinuierliche Messung der lokalen NO _x -Konzentration in SCR-Systemen und eine kontinuierliche Nachj ustierung indivi dueller Segmente des Ammoniakeindüsegitters wird derzeit aus Kostengründen nicht durchgeführt. Der Grund besteht darin, dass üblicherweise zur Messung von NO _x -Konzentrationen sehr teure Messgeräte eingesetzt werden, die eine Messung an nur wenigen Stellen im Abgaskanal und/oder im Abgaskamin zulassen (z.B. laserbasierte Infrarotmesstechnik, Chemilumineszenz- Analysatoren) .

Ständige Netzmessungen können damit nicht kostengünstig durchgeführt werden. Eine Nachj ustierung bzw. Regelung in Ab hängigkeit sich teilweise rasch ändernder Betriebszustände (Laständerungen) ist bei der zurzeit eingesetzten Messtechnik daher nicht wirtschaftlich möglich. Neben der lokalen NO _x - Konzentration hat natürlich auch die an der jeweiligen Stelle herrschende Strömungsgeschwindigkeit einen Einfluss auf die erforderliche einzudüsende Ammoniakmenge. Die lokal einzudü sende Ammoniakmenge ist letztlich das Produkt aus der lokalen NO _x -Konzentration und der lokalen Gasgeschwindigkeit. Eine sogenannte Netzmessung der Abgasgeschwindigkeit über den Ab gaskanalquerschnitt ist in den meisten Fällen nicht durch führbar .

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung anzugeben, mit de ren Hilfe Stickoxide im Abgasstrom einer Feuerungsanlage mit einem SCR-Katalysator bei allen Lastzuständen reduziert wer den können.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Vorgeschlagen wird eine automatische Regelung der Stellventi le des Ammoniakeindüsegitters mit über den Kesselquerschnitt verteilten Low-Cost-Sensoren . Die Messung der NO _x - Konzentrationen kann mit solchen Low-Cost-Sensoren (wie sie unter anderem im Automobilbereich in großen Stückzahlen An wendung finden) im Gegensatz zu herkömmlichen Messungen als Netzmessung an einer Vielzahl von Positionen im Abgaskanal querschnitt einfach, schnell und kostengünstig erfolgen.

Durch die kontinuierliche Messung der NO _x -Konzentration und die Ansteuerung der Ammoniak-Stellventile als Regelung bleibt der Einfluss der lokalen Strömungsgeschwindigkeit zudem ohne Auswirkung. Zum Beispiel wird bei relativ hoher lokaler Strö mungsgeschwindigkeit der eingedüste Ammoniakmassenstrom zwar entsprechend stärker verdünnt, die Messung zeigt dies jedoch an und führt damit dann zu einer entsprechend höheren NH ₃ - Eindüsung bis die Konzentration der Sollkonzentration ent spricht .

Für die Low-Cost-Sensorik zur NO _x -Messung kommen die für die Überwachung der SCR-Systeme in Dieselmotoren entwickelten Sensoren in Betracht. Diese werden z.B. von den Firmen Bosch und Continental als Kfz-Zulieferer angeboten. Diese Sensoren sind von den Messeigenschaften prinzipiell für den erfin dungsgemäßen Einsatz geeignet. Die Messgenauigkeit ist typi scherweise mit ±10 ppm bei 90 ppm NO _x angegeben. In bestimm ten Anwendungen erreichen diese Sensoren jedoch eine Auflö sung <1 ppm und Nachweisgrenzen <1 ppm. Allerdings wird für den Kfz-Einsatz nur eine Lebensdauer von typischerweise

2000 h - 3000 h angegeben. Es ist jedoch auch bekannt, dass unter anderen Einsatzbedingungen eine Lebensdauer > 10000 h erreicht werden kann, wobei jedoch eine Veränderung der De tektionseigenschaften berücksichtigt werden muss. Bei dieser von der Anmelderin vorgeschlagenen Vorgehensweise ergeben sich folgende Herausforderungen:

- Die im Automobilbereich eingesetzten Low-Cost-Sensoren mes sen im Allgemeinen gleichermaßen NO _x und NH3. Sie liefern al so ein Summensignal beider Konzentrationen. Eine unabhängige Bestimmung und damit eine Einstellung beider Konzentrationen ist daher nicht ohne weitere Informationen (z.B. über den Be triebszustand der Anlage) möglich.

- Die existierenden Low-Cost-Sensoren sind für eine wesent lich geringere Einsatzdauer konzipiert, die unter Umständen nicht mit der im Kraftwerksbereich erforderlichen Lebensdauer bzw. Verfügbarkeit von Sensoren übereinstimmt.

- Die Sensoren besitzen laut Herstellerspezifikationen eine begrenzte absolute Genauigkeit, die im Bereich der geforder ten Emissionsgrenzwerte liegt bzw. schlechter ist.

- Die Sensoren besitzen im Verlauf Ihrer Lebensdauer eine Drift, die zu abweichenden Messsignalen mit der Zeit führt.

Zusätzlich wird vorgeschlagen, die Regelung (Sensorik, An steuerung der Stellventile) entsprechend den Ansätzen von In dustrie 4.0 / Digitalisierung in eine Cloud (= Cloud Compu ting) einzubinden. Durch die Anwendung von Maschinellem Ler- nen und Künstlicher Intelligenz können die genannten Heraus forderungen bewältigt werden:

1. Am Kamin wird üblicherweise durch hochgenaue Analysetech nik die Gesamt-NO _x - und -NH3-Konzentration getrennt gemessen. Diese Information soll mit den Messwerten des Low-Cost- Sensor-Gitters kombiniert werden und die aktuell eingesetzte Eindüse-Logik in dem Maße verändern, dass die Gesamt-NO _x - und -NH3-Konzentration am Kamin optimal minimiert wird und somit unter die einzuhaltenden Grenzwerte fällt. Dabei ist folgen des zu beachten: a) Aus dem zeitlichen Verlauf der NO _x /NH3-Konzentration des Low-Cost-Sensorgitters bei verschiedenen Lastzuständen lässt sich der Einfluss einzelner Segmente auf den Gesamt-NO _x - und -NH3-Konzentration am Kamin bestimmen. b) Durch die Auswertung der zeitlichen Änderung der aktuellen Messwerte einzelner Low-Cost-Sensoren lässt sich ein Trend für die Zukunft bei konstanter NH3-Eindüsung bestimmen. Die ser Trend kann herangezogen werden, um die lokale NH3- Eindüsung in dem Maße zu verändern, dass die Gesamt-NO _x - und -NH3-Konzentration am Kamin minimiert wird. c) Die räumliche Verteilung der Messwerte der Low-Cost- Sensoren kann zeitlich aufgelöst werden und zeigt ebenfalls einen räumlichen und zeitlichen Trend bei verschiedenen Last zuständen, die die räumliche NO _x -Konzentration verändern. Die räumliche und zeitliche Veränderung der Low-Cost Sensorwerte ist charakteristisch für den stationären und transienten Lastzustand, so dass eine optimierte räumliche NH3-Eindüsung daraus berechnet werden kann. Letztere wird so bestimmt, dass die Gesamt-NO _x - und -NH3-Konzentration am Kamin minimiert werden .

2. Zudem können Aussagen über die Alterung einzelner Kataly satorsegmente im Sinne von „predictive maintenance" getroffen werden . 3. Lokalen NH3- und NO _x -Konzentrationen können durch Auswer tung großer Datenmengen getrennt voneinander bestimmt werden.

4. Ein Ausfall oder eine Drift einzelner Sensoren kann durch Auswertung von zeitlichen Verläufen erkannt und in der Rege lung berücksichtigt werden. Somit kann die Lebensdauer der Sensoren optimal genützt werden und ein zuverlässiger Betrieb des Systems auch bei Ausfall einzelner Sensoren erreicht wer den .

An die Cloud werden nicht nur einzelne Sensoren einer Feue rungsanlage, sondern alle Sensoren mehrerer Anlagen angebun den. Dies ermöglicht Rückschlüsse aus Daten anderer

Kraftwerke. Die gemeinsame Auswertung dieser Daten ermöglicht weiterführende Rückschlüsse auf das Optimierungspotential ei ner einzelnen Anlage und einer Analgenflotte . Letzteres stellt für die Anmelderin als Anlagenbauer einen erheblichen Mehrwert dar, da damit optimierte Lösungen basierend auf his torischen Daten angeboten werden können, die aus Mangel an vorhandener Historie und Daten bisher nicht möglich sind.

Mit der Anbindung der Low-Cost-Sensorik an eine Cloud und die Anwendung von Maschinellem Lernen und Künstlicher Intelligenz wird der Einsatz von Low-Cost-Sensoren für die Überwachung und Optimierung der Ammoniak-Einspritzung zuverlässig mög lich. Eine Netzmessung wird hiermit wirtschaftlich sinnvoll und damit kann eine automatische Regelung der Stellventile des Ammoniakeindüsegitters überhaupt erst realisiert werden. Hierdurch ist eine Einhaltung niedriger Emissionswerte (NO _x und NH3) im gesamten Lastbereich und während der Lastwechsel des Kraftwerks möglich. Ein Tuning der Regelung erfolgt kon tinuierlich und mit minimalem Aufwand.

Darüber hinaus ergeben sich noch folgende Vorteile:

- Durch entsprechendes „Training" der Algorithmen kann auf zukünftige Ereignisse wie Ausfall einzelner Sensoren oder Al- terung des SCR-Katalysators geschlossen werden. Entsprechende Maßnahmen, wie der Wechsel des SCR-Katalysators, müssen nicht mehr regelmäßig, sondern können nach Bedarf ausgeführt wer den .

- Durch Anwendung von Maschinellem Lernen kann von einigen mit der vorgeschlagenen Technik (verteilte Sensoren) ausge statteten Feuerungsanlagen auf die Ansteuerung des NH ₃ - Gitters von Anlagen ohne diese Technik geschlossen werden (über z.B. Ersatz-Messgrößen wie Umgebungstemperatur, Luft feuchte, Last) .

- Der Ausfall einzelner Sensoren kann durch z.B. Messwerte weiterer Sensoren des Gitters oder auch mittels Daten von Sensoren aus anderen Anlagen kompensiert werden.

- Durch die Minimierung des Ammoniak-Schlupfs können gegen über einem herkömmlichen Betrieb von SCR-Katalysatoren erheb liche Mengen an Betriebsmittel (Ammoniak) eingespart werden.

Die Erfindung beansprucht eine Anordnung zur Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrom einer Feuerungsanlage, aufweisend: mindestens einen SCR-Katalysator,

mindestens ein in Abgasstromrichtung vor dem SCR- Katalysator angeordnetes und in mehrere Segmente geteiltes Ammoniakeindüsegitter,

die Ammoniakzufuhr zu dem Ammoniakeindüsegitter steuernde Drosselvorrichtungen, wobei jeweils eine der Drosselvor richtungen eines der Segmente mit Ammoniak versorgt, ein in Abgasstromrichtung nach dem SCR-Katalysator ange ordneter Abgaskamin,

eine Messvorrichtung, die ausgebildet ist, im Abgaskamin die Ammoniakkonzentration und die Stickoxidkonzentration des Abgasstroms getrennt zu ermitteln,

mehrere nach dem SCR-Katalysator angeordnete und über den Abgasquerschnitt verteilte Sensoren, die angeordnet und ausbildet sind, die lokale Verteilung der Summenkonzentra tion aus Ammoniak und Stickoxid zu ermitteln, wobei für jedes der Segmente mindestens ein räumlich korrespondie render Sensor vorhanden ist, und

eine Rechen- und Steuereinheit, die ausgebildet und pro grammiert ist, in Abhängigkeit der lokalen Verteilung der Summenkonzentration unter Einbeziehung der ermittelten Am moniakkonzentration und der Stickoxidkonzentration im Ab gaskamin die Ammoniakzufuhr durch die Drosselvorrichtungen derart zu steuern, dass vorgegebene Sollwerte für die Am moniakkonzentration und die Stickoxidkonzentration er reicht werden.

Bevorzugt weist die Rechen- und Steuereinheit ein Neuronales Netz auf, das aus historischen Messwerten und/oder Messwerten weiterer Feuerungsanlagen trainiert wurde.

In einer Weiterbildung kann die Drosselvorrichtung ein Ventil oder eine Klappe aufweisen. Dadurch ist eine genaue Einsprit zung von Ammoniak gewährleistet.

In einer Weiterbildung kann die Rechen- und Steuereinheit ausgebildet und programmiert sein, aus dem zeitlichen Verlauf der Summenkonzentration der Sensoren bei verschiedenen Last zuständen der Feuerungsanlage den Einfluss der Segmente auf die Ammoniakkonzentration und die Stickoxidkonzentration im Abgaskamin zu ermitteln.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Rechen- und Steuer einheit ausgebildet und programmiert sein, aus der zeitlichen Änderung der Summenkonzentration eines der Sensoren einen Trend für die zukünftige Ammoniakkonzentration und die zu künftige Stickoxidkonzentration bei einer konstanten Ammoni ak-Eindüsung zu ermitteln.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Rechen- und Steuer einheit ausgebildet und programmiert sein, auf Basis des er mittelten Trends die Ammoniak-Eindüsung in die Segmente der art zu verändern, dass die Ammoniakkonzentration und die Stickoxidkonzentration im Abgaskamin minimiert werden. In einer weiteren Ausprägung kann die Rechen- und Steuerein heit ausgebildet und programmiert sein, aus der räumlichen Verteilung und zeitlichen Auflösung der Summenkonzentrationen der Sensoren ein räumlicher und zeitlicher Trend bei ver schiedenen die räumliche Ammoniakkonzentration verändernden Lastzuständen der Feuerungsanlage zu ermitteln und aus dem räumlichen und zeitlichen Trend die Ammoniakeindüsung in die Segmente derart zu verändern, dass die Ammoniakkonzentration und die Stickoxidkonzentration im Abgaskamin minimiert wer den .

In einer weiteren Ausprägung können der SCR-Katalysator aus Katalysatorsegmenten gebildet sein, die zu den Segmenten des Ammoniakeindüsegitter räumlich korrespondierend angeordnet sind, und die Rechen- und Steuereinheit ausgebildet und pro grammiert sein, aus der Summenkonzentration ein Maß für die Alterung eines Katalysatorsegments im Sinne von vorbeugender Wartung zu ermitteln.

In einer Weiterbildung kann die Rechen- und Steuereinheit ausgebildet und programmiert sein, aus den Summenkonzentrati onen, den Ammoniakkonzentrationen und den Stickoxidkonzentra tionen im Abgaskamin einer Vielzahl von Lastzuständen die lo kale Verteilung der Ammoniakkonzentration und die lokale Stickoxidkonzentration am SCR-Katalysator näherungsweise zu ermitteln .

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Rechen- und Steuer einheit ausgebildet und programmiert sein, aus den zeitlichen Verläufen der Summenkonzentrationen einen Ausfall oder eine Drift einzelner Sensoren zu ermitteln und bei der Regelung der Ammoniakeindüsung zu berücksichtigen.

Dadurch kann die Lebensdauer der Sensoren optimal genützt werden und ein zuverlässiger Betrieb der Anordnung auch bei einem Ausfall einzelner Sensoren erreicht werden. In einer weiteren Ausprägung der Erfindung kann die Feue rungsanlage eine Gasturbine aufweisen.

Unter Gasturbine wird eine Verbrennungskraftmaschine verstan den, in der ein Treibstoff verbrannt wird, um (mechanische) Leistung zu erzeugen.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Rechen- und Steuer einheit mit einer Cloud verbunden sein.

Cloud bzw. Cloud Computing (deutsch Rechnerwolke oder Daten wolke) ist eine IT-Infrastruktur, die beispielsweise über das Internet verfügbar gemacht wird. Sie beinhaltet in der Regel Speicherplatz, Rechenleistung oder Anwendungssoftware als Dienstleistung .

In einer weiteren Ausgestaltung können das Ammoniakeindü segitter, der SCR-Katalysator und die Sensoren in einem Ab hitzekessel angeordnet sein.

Die Erfindung beansprucht auch ein automatisiertes Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrom einer Feuerungs anlage, mit einer Anordnung, die aufweist:

mindestens einen SCR-Katalysator,

mindestens ein in Abgasstromrichtung vor dem SCR- Katalysator angeordnetes und in mehrere Segmente geteiltes Ammoniakeindüsegitter,

die Ammoniakzufuhr zu dem Ammoniakeindüsegitter steuernde Drosselvorrichtungen, wobei jeweils eine der Drosselvor richtungen eines der Segmente mit Ammoniak versorgt, ein in Abgasstromrichtung nach dem SCR-Katalysator ange ordneter Abgaskamin,

eine Messvorrichtung, die ausgebildet ist, im Abgaskamin die Ammoniakkonzentration und die Stickoxidkonzentration des Abgasstroms getrennt zu ermitteln, und

nach dem SCR-Katalysator angeordnete und über den Abgas querschnitt verteilte Sensoren, die angeordnet und ausbil det sind, die lokale Verteilung der Summenkonzentration aus Ammoniak und Stickoxid zu ermitteln, wobei für jedes der Segmente mindestens ein räumlich korrespondierender Sensor vorhanden ist,

wobei in Abhängigkeit der lokalen Verteilung der Summenkon zentration unter Einbeziehung der ermittelten Ammoniakkon zentration und der Stickoxidkonzentration im Abgaskamin die Ammoniakzufuhr durch die Drosselvorrichtungen derart gesteu ert wird, dass vorgegebene Sollwerte für die Ammoniakkonzent ration und die Stickoxidkonzentration erreicht werden.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 Blockschaltbild einer Feuerungsanlage,

Fig. 2 eine gittertörmige Anordnung der Sensoren in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 eine gitterförmige Anordnung der Sensoren in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Feuerungsanlage in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Feuerungsanlage in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Feuerungsanlage in einer dritten Ausführungsform,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Feuerungsanlage in einer vierten Ausführungsform, Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Feuerungsanlage in einer fünften Ausführungsform,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Feuerungsanlage in einer sechsten Ausführungsform und

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Feuerungsanlage in einer siebten Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig . 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Feuerungsanlage, wel ches das allgemeine Prinzip der Funktionsweise angibt. Von der Gasturbine 6 gelangt der Abgasstrom 9 in den Abhitzekes sel 7. Der Abgasstrom 9 verlässt gereinigt den Abhitzekessel 7 durch den Abgaskamin 7.1. In Richtung des Abgasstroms 9 sind in dem Abhitzekessel 7 ein Ammoniakeindüsegitter 2, ein SCR-Katalysator 1 und ein Sensorgitter 4 hintereinander ange ordnet. Das Ammoniakeindüsegitter 2 ist in mehrere Segmente aufgeteilt, wobei jedem Segment über eine Drosselvorrichtung 3 Ammoniak zum Einspritzen in den Abhitzekessel 7 zugeführt wird .

Der SCR-Katalysator 1 kann ebenfalls in zu den Segmenten des Ammoniakeindüsegitters 2 korrespondierende Segmente aufge teilt. Das Sensorgitter 4 weist zu den Segmenten räumlich korrespondierend angeordnete Sensoren 4.1 zur Messung der Summenkonzentration aus Ammoniak und Stickoxid auf. Die Sen soren sind bevorzugt Low-Cost-Sensoren, wie oben ausführlich beschrieben, und aus der Abgasreinigung bei Kraftfahrzeugen bekannt. In dem Abgaskamin 7.1 befindet sich eine Messvor richtung 8 zur getrennten und sehr genauen Bestimmung der Am moniakkonzentration und der Stickoxidkonzentration im Ab gasstrom 9.

Zu der Rechen- und Steuereinheit 5 werden die Messignale der Sensoren 4.1, die Messignale der Messvorrichtung 8 und die Betriebsdaten der Gasturbine 6 übertragen. Von der Rechen- und Steuereinheit 5 können die Drosselvorrichtungen 3 gesteu ert werden, so dass lastabhängig weniger oder mehr Ammoniak räumlich selektiv in den Abhitzekessel 7 gespritzt wird. Die Regelung erfolgt so, dass in Abhängigkeit der lokalen Vertei lung der Summenkonzentration unter Einbeziehung der ermittel ten Ammoniakkonzentration und der Stickoxidkonzentration im Abgaskamin 7.1 die Ammoniakzufuhr durch die Drosselvorrich tungen 3 derart gesteuert wird, dass vorgegebene Sollwerte für die Ammoniakkonzentration und die Stickoxidkonzentration erreicht werden

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine gitterför mige Anordnung der Sensoren 4.1 in einer ersten Ausführungs form. Die auf einem Sensorgitter 4 angeordneten Sensoren 4.1 ermitteln räumlich aufgelöst in einer dem nicht dargestellten SCR-Katalysator 1 im Abgasstrom nachgeschalteten Ebene die Summenkonzentrationen aus Ammoniak und Stickoxid. Über die Sensorsignalleitungen 4.2 werden die Messwerte der Sensoren 4.1 der nicht dargestellten Rechen- und Steuereinheit 5 zuge führt. Sie kann für die Auswertung der Messwerte und zur Steuerung der Drosselvorrichtungen 3 ein Neuronales Netz auf weisen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine gitterför mige Anordnung der Sensoren 4.1 in einer zweiten Ausführungs form. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform nach

Fig. 2 werden von einem oder mehreren Sensor 4.1 mehrere räumliche verteilte Summenkonzentrationen ermittelt. Dazu sind die Sensoren 4.1 mit Rohrleitungen 4.3 verbunden, wodurch die Summenkonzentration am fernen Ende der Rohrlei tungen 4.3 bestimmt werden kann. Über die Sensorsignalleitu- nen 4.2 sind die Sensoren 4.1 wiederum mit der nicht darge stellten Rechen- und Steuereinheit 5 verbunden.

Fig. 4 bis Fig. 10 zeigen Blockschaltbilder einer Feuerungs anlage in sieben verschiedenen Ausführungsformen . Gemeinsam ist allen sieben Ausführungsformen, dass in der Feuerungsan lage von einer Gasturbine 6 der Abgasstrom 9 einem Abhitze- kessel 7 zugeführt wird. Durch den Abgaskamin 7.1 verlässt der gereinigte Abgasstrom 9 den Abhitzekessel 7. Im Abgaska min 7.1 ist eine Messvorrichtung 8 zur getrennten und sehr genauen Ermittlung der Stickoxidkonzentration und der Ammoni akkonzentration angeordnet.

Im Abhitzekessel 7 befinden sich in Abgasstromrichtung vor dem Abgaskamin 7.1 das in Segmente geteilte Ammoniakeindü segitter 2, der SCR-Katalysator 1 und das Sensorgitter 4 mit den nicht dargestellten auf dem Sensorgitter 4 räumlich ver teilten Sensoren 4.1, die eine Summenkonzentration aus Ammo niak und Stickoxid ermitteln können. Die Steuerung der Eindü semengen in das Ammoniakeindüsegitter 2 erfolgt durch zu den Segmenten korrespondierenden Drosselvorrichtungen 3, bei spielsweise durch Ventile oder Drosselklappen.

Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 werden die Signale von der Messvorrichtung 8 und den Sensoren 4.1 sowie zu und von den Drosselvorrichtungen 3 zu bzw. von der Rechen- und Steuereinheit 5 der Feuerungsanlagensteuerung 12 übertragen. Auch die Gastrubine 6 ist steuerungstechnisch mit der Feue rungsanlagensteuerung 12 verbunden. In der Rechen- und Steu ereinheit 5 erfolgt wie unter Fig. 1 beschrieben die Auswer tung der Messwerte und die daraus resultierende Steuerung der Drosselvorrichtungen 3.

Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 werden die Signa le von der Messvorrichtung 8 und den Sensoren 4.1 sowie zu und von den Drosselvorrichtungen 3 zu bzw. von der Rechen- und Steuereinheit 5 der Feuerungsanlagensteuerung 12 übertra gen. Auch die Gastrubine 6 ist steuerungstechnisch mit der Feuerungsanlagensteuerung 12 verbunden. In der Rechen- und Steuereinheit 5 erfolgt wie unter Fig. 1 beschrieben die Aus wertung der Messwerte und die daraus resultierende Steuerung der Drosselvorrichtungen 3.

Die Feuerungsanlagensteuerung 12 ist mit einer Cloud 11 ver bunden. Der Anschluss der Feuerungsanlagensteuerung 12 in ei- ne Cloud-basierte Datenbank liefert langfristige Vorhersagen aus historischen Daten und erlaubt eine vorausschauende War tung mit einem SC-Katalysator-Managementplan .

Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 werden die Signa le von der Messvorrichtung 8 und den Sensoren 4.1 an das Edge-Device 10 übertragen. Das Edge-Device berechnet die Gas konzentrationen aus den Sensorsignalen und überträgt die Gas konzentrationen an die Feuerungsanlagensteuerung 12. Die Sig nale zu und von den Drosselvorrichtungen 3 werden zu bzw. von der Rechen- und Steuereinheit 5 der Feuerungsanlagensteuerung 12 übertragen. Auch die Gastrubine 6 ist steuerungstechnisch mit der Feuerungsanlagensteuerung 12 verbunden. In der Re chen- und Steuereinheit 5 erfolgt wie unter Fig. 1 beschrie ben die Auswertung der Konzentrationswerte und die daraus re sultierende Steuerung der Drosselvorrichtungen 3.

Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist gleich dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6. Zusätzlich ist die Feuerungsanlagensteuerung 12 mit einer Cloud 11 verbunden.

Der Anschluss der Feuerungsanlagensteuerung 12 in eine Cloud- basierte Datenbank liefert langfristige Vorhersagen aus his torischen Daten und erlaubt eine vorausschauende Wartung mit einem SCR-Katalysator-Managementplan .

Das fünfte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 ist ähnlich dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7. Im Unterschied zum vierten Ausführungsbeispiel ist die Rechen- und Steuereinheit 5 in dem Edge Device 10 ausgebildet.

Das sechste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ist ähnlich dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8. Im Unterschied zum fünften Ausführungsbeispiel ist das Edge Device 10 mit der Cloud 11 verbunden und nicht die Feuerungsanlagensteuerung 11.

Das siebte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 ist ähnlich dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8. Im Unterschied zum sechsten Ausführungsbeispiel fehlt eine zentrale Feuerungsan lagensteuerung 11.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und ande re Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 SCR-Katalysator

2 Ammoniakeindüsegitter

3 Drosselvorrichtung

4 Sensorgitter

4.1 Sensor

4.2 Sensorsignalleitung

4.3 Rohrleitung

5 Rechen- und Steuereinheit

6 Gasturbine

7 Abhitzekessel

7.1 Abgaskamin

8 Messvorrichtung

9 Abgasstrom

10 Edge Device

11 Cloud

12 Feuerungsanlagensteuerung