DE3825958A1 - Katalysatormodul fuer wabenartige katalysatorelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Katalysatormodul für waben­ artige Katalysatorelemente mit mehreren mit ihren Kanälen pa­ rallel zueinander ausgerichteten und unter Zwischenlage ela­ stischer Abstandshalter zusammengespannter Katalysatorelemente.

Insbesondere zur Verminderung der Stickoxide in Rauchgasen ist es bekannt, keramische Katalysatorelemente zu verwenden, die von parallelen Kanälen durchzogen sind und aus katalytisch ak­ tivem, keramischem Material bestehen. Solche bekannte Kataly­ satorelemente haben im allgemeinen einen quadratischen Quer­ schnitt von ca. 60 bis 200 mm Kantenlänge und in Längsrichtung der Kanäle eine Länge bis zu 1,5 m. Mehrerer solcher Katalysa­ torelemente werden in sogenannten Katalysatormoduln zusammen­ gespannt. Die Katalysatormodule werden dann so in den Rauchgas­ kanal eingebaut, daß der gesamte Querschnitt des Rauchgaskanals lückenlos ausgefüllt ist. Die Abmessungen der Katalysatormodule sind gemäß einer in Deutschland getroffenen Absprache einheit­ lich festgelegt. Damit können die für die Aufnahme der Kataly­ satormodule bestimmten Querschnitte der Rauchgaskanäle mit ihren Abmessungen so abgestuft werden, daß eine bestimmte Anzahl von nebeneinander angeordneten Katalysatormoduln den gesamten Rauch­ gasquerschnitt lückenlos ausfüllt. Bei DeNO _x -Anlagen werden in Strömungsrichtung der Rauchgase mehrere Querschnittsebenen hin­ tereinander mit Katalysatormoduln bestückt.

Für die Ermittlung der Desaktivierung der Katalysatorelemente und zur Abschätzung der verbleibenden katalytischen Aktivität ist es wünschenswert, von Zeit zu Zeit eines dieser Katalysa­ torelemente aus einem Katalysatormodul herauszuziehen und es zu untersuchen. Dies ist auch zur Erprobung neuer oder anders zu­ sammengesetzter Katalysatorelemente erwünscht. Diesem Bedürfnis wird bereits dadurch Rechnung getragen, daß man in eines der Katalysatormodule weniger Katalysatorelemente einbaut und stattdessen einen leeren Schacht einsetzt, indem man ein Kata­ lysatorelement zur Probe einschieben und auch wieder heraus­ ziehen kann. Um Platz für diesen zusätzlichen Schacht zu be­ kommen, muß im Katalysatormodul sowohl in Längsrichtung als quer dazu mindestens eine Reihe Katalysatorelemente weniger eingesetzt werden, als ohne Probeschacht möglich wäre. Die dabei entstehenden leeren Zwischenräume müssen abgedeckt werden. Das hat zur Folge, daß der gesamte Strömungsquerschnitt des Rauch­ gaskanals durch dieses Katalysatormodul mit dem Probeschacht verringert und daher auch der Gesamtströmungswiderstand erhöht wird. Auch ist dadurch die gesamte katalytische Effektivität vermindert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie ohne Verringerung der katalytischen Aktivität der Anlage einzelne Katalysatorelemente leicht auswechselbar in Ka­ talysatormoduln eingebaut werden können. Dabei sollten auch die Strömungsverhältnisse so wenig wie möglich geändert werden, um aussagekräftige Meßergebnisse zu bekommen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen 2 bis 7 zu entnehmen.

Dadurch, daß ein Katalysatorelement durch einen Einbaurahmen für ein weiteres Katalysatorelement ausgetauscht ist, wobei der Einbaurahmen mit seinen Außenabmessungen innerhalb der durch die Außenabmessungen eines Katalysatorelements inklusive der dieses umgebenden Dichtungen vorgegebenen Abmessungen liegt und eine lichte Weite hat, die etwas größer ist als die Außen­ abmessungen eines Katalysatorelements, wird der Platz, der sonst durch die elastischen Dichtungen zwischen den Kataly­ satorelementen verbraucht wird, für den Einsatz des Einbaurah­ mens mit herangezogen. Weil dieser Einbaurahmen außerdem mit seinen inneren Abmessungen an die Außenabmessungen eines Ka­ talysatorelements angepaßt ist, können Katalysatormodule mit einem auswechselbaren Katalysatorelement hergestellt werden, die die gleiche Anzahl Katalysatorelemente und den gleichen Strömungswiderstand für die Rauchgase haben wie ein Katalysa­ tormodul ohne Einbaurahmen. Das hat zur Folge, daß es erstmals auch möglich ist, in allen über den Querschnitt eines Rauch­ gaskanals hinweg verteilten Katalysatormoduln solche Einbau­ rahmen einzusetzen. Das erlaubt es, Untersuchungen über den Rauchgasquerschnitt verteilt anzustellen. Auch wird es so erst­ mals wegen der vielen auswechselbaren Katalysatorelemente mög­ lich, diese nach einem Zeitplan auszuwechseln und den Ablauf der Desaktivierung in Abhängigkeit von der Zeit zu untersuchen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann ein Kata­ lysatorelement mittels eines Probenhalters in den Einbaurahmen einschiebbar sein. Das hat zur Folge, daß das auszuwechselnde Katalysatorelement durch den Probehalter geschützt zusammen mit diesem herausgezogen werden kann. Das ist zugleich die Voraus­ setzung dafür, um die Handhabung beim Auswechseln des Proben­ elementes weiter zu verbessern.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann die lichte Weite des Einbaurahmens an den Außenabmessungen eines ein Katalysatorelement tragenden Probenhalters angepaßt sein. Das führt dazu, daß der Einbaurahmen die benachbarten Kataly­ satorelemente bei der Entnahme des Probeelements vor Beschädi­ gungen schützt.

Eine besonders platzsparende Bauweise für den Probenhalter er­ gibt sich, wenn dieser aus zwei die beiden Ebenen des Kataly­ satorelements umfassenden Manschetten und mehreren, diese Man­ schetten im Abstand haltenden Metallbändern besteht. Diese Konstruktionsweise erfordert die geringste Vergrößerung der Außenabmessungen des Probeschachts, da ein solcher Probebehäl­ ter nur um die Blechstärke aufträgt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Katalysatormodul mit einem eingesetzten leeren Probenhalter,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 mit einem vergrößerten Ausschnitt A,

Fig. 3 einen teilweise aufgeschnittenen Einbaurahmen mit einge­ schobenem Probenhalter und Probenelement,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Einbaurahmen der Fig. 3 mit eingesetztem Probenhalter und Katalysatorelement und

Fig. 5 einen Haltebügel zur Entnahme des Probenhalters aus dem im Katalysatormodul eingespannten Einbaurahmen.

Wie der Längsschnitt und der Querschnitt durch das Katalysator­ modul 1 in den Fig. 1 und 2 zeigen, enthält das Katalysatormo­ dul 6 × 6 Katalysatorelemente 2, von denen eines durch einen in der Fig. 3 dargestellten Einbaurahmen 3 ersetzt ist. In die­ sem Einbaurahmen ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ein lee­ rer Probenhalter 4 eingeschoben dargestellt. In einem Durch­ bruch 5 ist der Verlauf der Strömungskanäle 6 der Katalysator­ elemente zu erkennen. Das Katalysatormodul 1 besteht aus einem Blechgestell 7 mit einem oberen und unteren versteifenden Rah­ men 8, 9 sowie einem im unteren Drittel angeordneten Stützra­ ster 10. Die einzelnen Katalysatorelemente sind - was in der Ausschnittsvergrößerung A zu erkennen ist - mit Dichtstreifen 14, im Ausführungsbeispiel temperaturbeständiges Fasermaterial, das die Zwischenräume zwischen ihnen abdichtet, gegeneinander abge­ stützt. Der Einbaurahmen ist mit seinen äußeren Abmessungen an den lichten Raum angepaßt, den ein Katalysatorelement 2 ein­ schließlich der an ihm anliegenden Dichtstreifen 14 ausfüllt. Die lichte Weite des Einbaurahmens 3 ist um etwas mehr als 2 mm größer gehalten als die Außenabmessungen eines Katalysatorele­ mentes 2. In den Darstellungen der Fig. 1, 2, 2a ist in dem Katalysatormodul 1 ein in den Einbaurahmen 3 eingeschobener,

leerer Probenhalter 4 dargestellt. Er ist etwas länger als ein Katalysatorelement 2 und steht daher in Längsrichtung über die Stirnflächen der im Katalysatormodul 1 eingesetzten Katalysator­ elemente 2 vor. Er steht auf den Zwischenrahmen auf.

Die Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung einen in einen Einbaurahmen 3 eingeschobenen Probenhalter 4. Dieser besteht aus einer unteren und einer oberen 1 mm starken Manschette 16, 17, die beide auf allen vier Seiten durch ein 0,5 mm starkes Metallband 18, 19, 20, 21 miteinander verbunden sind. Die Me­ tallbänder sind im Ausführungsbeispiel stirnseitig stumpf mit den Kanten der Manschette verschweißt, so daß sie in der Ebene der Manschette liegen. Die Manschetten 16, 17 des Probenhalters 4 passen in den Spalt zwischen dem im Probenhalter eingesetzten Katalysatorelements 2, welches sich mit seinen Abmessungen nicht von den übrigen Katalysatorelementen unterscheidet. und dem Einbaurahmen 3. Dies ist auch aus der Schnittdarstellung der Fig. 4 zu erkennen. Beim Einschieben des Probenhalters 4 in einen Einbaurahmen 3 läßt sich der Probenhalter nur soweit einschieben, bis die unteren Manschette 16 des Probenhalters auf den nach innen vorspringenden Rand 20 des Einbaurahmens aufsteht. Die untere Manschette 16 des Probenhalters 4 hat ihrerseits wiederum einen kleinen nach innen vorstehenden Rand 22, auf dem sich das eingeschobene Katalysatorelement 2 im Bereich seines Randes 12 abstützt. Die obere Manschette 17 des Probenhalters, die im eingeschobenen Zustand aus dem Einbau­ rahmen 3 vorsteht, trägt auf zwei gegenüberliegenden Seiten ein Durchgangsloch 24, 25. In der Darstellung der Fig. 1 erkennt man, wie der in den Einbaurahmen des Katalysatormoduls einge­ schobene Probenhalter 4 mit seiner oberen Manschette 17 und den Durchgangslöchern 24, 25 über die Ebene der Stirnflächen der übrigen Katalysatorelemente 2 vorsteht.

Die Fig. 5 zeigt einen U-förmigen Tragbügel 28 mit einem in der Mitte angebrachten Handgriff 29 und an den beiden Enden umgebogene Zapfen 30, 31. Die beiden Enden der Zapfen sind in ihrem Abstand so gewählt, daß sie gleichzeitig in die bei­ den Durchgangslöcher 24, 25 der oberen Manschette 17 eines Probenhalters 4 eingreifen können.

Beim Zusammensetzen eines aus 6 × 6 Elementen 2 bestehenden Katalysatormoduls 1 wird der Einbaurahmen 3 auf das Stütz­ raster 10 des Katalysatormoduls 1 gestellt und zusammen mit den 35 Katalysatorelementen 2 sowie den zwischenliegenden Dicht­ streifen 14 im Blechgestell zusammengespannt. Das Stützraster sowie die oberen und unteren Rahmen 8, 9 des Katalysatormoduls 1 werden anschließend verschraubt. Sodann kann in den Proben­ halter 4 das sechsunddreißigste Katalysatorelement 2 eingescho­ ben werden, bis es mit seinem Randbereich 12 an den vorstehen­ den Rand 22 der unteren Manschette 16 anstößt. Nun wird der Tragbügel 28 mit seinen zwei umgebogenen Zapfen 30, 31 in die Durchgangslöcher 24, 25 der oberen Manschette 17 des Proben­ halters 4 in Eingriff gebracht. Mit dem Handgriff 29 kann der Probenhalter mitsamt dem Katalysatorelement 2 in den Einbau­ rahmen 3 des Katalysatormoduls 1 eingeschoben werden, bis er am unteren Rand 20 des Einbaurahmens 3 anstößt. Nach dem Entfernen des Tragbügels 28 kann das Katalysatormodul 1 mit den 36 Kata­ lysatorelementen in an sich bekannter Weise in das hier nicht dargestellte Gehäuse des Rauchgaskanals einer Verbrennungsanla­ ge gestellt werden. Dabei ist die lichte Weite des Gehäuses des Rauchgaskanals so gewählt, daß der gesamte Querschnitt durch eine bestimmte Anzahl solcher Katalysatormodule 1 vollständig abgedeckt wird.

Im Laufe der Betriebszeit der Verbrennungsanlage kann nun je­ derzeit einer der Probenhalter 4 mit dem darin befindlichen Katalysatorelement 2 herausgezogen und durch einen anderen Pro­ benhalter mit einem frischen Katalysatorelement 2 ersetzt wer­ den. Das aus dem Probenhalter herausgenommene Katalysatorele­ ment 2 kann dann auf Verschleiß und Restaktivität untersucht werden. Dadurch daß der Strömungswiderstand und die katalyti­ sche Aktivität eines Katalysatormoduls 1 ohne und mit Einbau­ rahmen sowie Probenhalter und Katalysatorelement gleich sind, können viele oder auch alle Katalysatormodule mit einem oder mehreren Einbaurahmen ausgerüstet werden. Das hat wiederum zur Folge, daß während der Betriebszeit der DeNO _x -Anlage durch Ziehen eines immer neuen Probenhalters und Untersuchen des darin befindlichen Katalysatorelementes die Desaktivierung im Verlauf der Betriebszeit kontrolliert werden kann. Auch lassen sich auf diese Weise unterschiedliche Belastungen im Querschnitt des Rauchgaskanals untersuchen. Dabei ist es ein großer Vorteil dieser Anordnung, daß die Entnahme eines Katalysatorelementes ohne Umbauten in kürzester Zeit erfolgen kann. Durch die Ver­ wendung von Einbaurahmen 3 sind die benachbarten fixen Kataly­ satorelemente 2 vor Beschädigungen geschützt.

Claims (7)

1. Katalysatormodul für wabenartige Katalysatorelemente mit mehreren mit ihren Kanälen parallel zueinander ausgerichteten und unter Zwischenlage elastischer Dichtungen zusammengespann­ ter Katalysatorelemente, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Katalysatorelement (2) gegen einen Einbaurah­ men (3) für ein weiteres Katalysatorelement (2) ausgetauscht ist, wobei der Einbaurahmen mit seinen Außenabmessungen inner­ halb der durch die Außenabmessungen eines Katalysatorelements (2) inklusive der dieses umgebenden Dichtungen (14) vorgegebe­ nen Abmessungen liegt und eine lichte Weite hat, die etwas größer ist als die Außenabmessungen eines Katalysatorelementes.

2. Katalysatormodul nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Katalysatorelement (2) mittels eines Probenhalters (4) in den Einbaurahmen (3) ein­ schiebbar ist.

3. Katalysatormodul nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des Ein­ baurahmens (3) an die Außenabmessungen eines ein Katalysator­ element (2) tragenden Probenhalters (4) angepaßt ist.

4. Katalysatormodul nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Probenhalter (4) aus zwei die beiden Enden eines Katalysatorelements (2) umfassenden Manschetten (16, 17) und mehreren, die Manschetten im Abstand haltenden Metallbändern (18, 19, 20, 21) besteht.

5. Katalysatormodul nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Metallbänder (18, 19, 20, 21) mit ihren Stirnseiten stumpf mit den Manschetten (16, 17) verschweißt sind.

6. Katalysatormodul nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Metallbänder (18, 19, 20, 21) mit den Manschetten (16, 17) überlappend punktgeschweißt sind.

7. Katalysatormodul nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Probenhal­ ters (4) so bemessen ist, daß die in Einschubrichtung rück­ wärtige Manschette (17) über das eingeschobene Katalysatorele­ ment vorsteht und im vorstehenden Bereich zur Entnahme aus dem Probenhalter (4) mittels eines Hakens (28, 30, 31) mit minde­ stens einer Bohrung (24, 25) versehen ist.