Angesichts einer von der „Clean Air Interstate Rule“ (CAIR) der Umweltschutzbehörde (EPA) festgelegten Frist musste ein Kraftwerk im Mittleren Westen der USA ein NOx-Kontrollsystem finden, mit dem sich die Emissionen um 30 bis 50 % senken ließen. Das Kraftwerkspersonal forderte ein Angebot von einem führenden Hersteller von Luftreinhaltungsanlagen an. Die empfohlene Lösung war ein maßgeschneidertes System mit einem Preis von 1.000.000 US-Dollar. Die Anlagenverantwortlichen beschlossen, weitere Optionen zu prüfen. Auf Empfehlung eines anderen Kraftwerks in der Region wandten sie sich an Spraying Systems Co. und baten um ein Angebot. Der Energieversorger stellte die Ofenparameter und -geometrien zur Verfügung, und Spraying Systems Co. erfasste Temperaturmesswerte.
AutoJet®-NOx-Kontrollsystem
Auf der Grundlage eigener Berechnungen zur Gaskühlung, in den eigenen Testlabors erfasster Daten zur Tröpfchengröße sowie jahrzehntelanger Erfahrung entwickelte Spraying Systems Co. eine Lösung:
- Acht Luftspül-Injektoren, installiert auf drei Ebenen
- Jede Einspritzdüse ist mit einer hydraulischen Hohlkegeldüse ausgestattet, die ein Wasser-Harnstoff-Gemisch senkrecht zur Ofenwand versprüht
- Die Injektoren sind für Temperaturen von bis zu 954 °C ausgelegt
- Luftspülung, um den Harnstoff ausreichend kühl zu halten und so Verdampfung und Verstopfung der Düsen zu verhindern.
Konstruktionsvalidierung
Spraying Systems Co. empfahl die CFD-Modellierung (Computational Fluid Dynamics), um das Design zu validieren und etwaige unvorhergesehene Probleme aufzudecken, die durch die Betriebsbedingungen im Ofen verursacht werden könnten.
Ergebnis
Die CFD-Studie bestätigte das Design, und es waren keine Änderungen erforderlich. Die Injektoren wurden innerhalb von 12 Wochen gefertigt und installiert.
- Die NOx-Emissionen wurden um 45 % reduziert
- Der Harnstoff-Mitreißanteil ist vernachlässigbar und liegt innerhalb akzeptabler Grenzen
- Die Düsen sind verstopfungsfrei und die Injektoren arbeiten gemäß den Spezifikationen
- Die Vermischung des Harnstoffs im Gasstrom ist ausreichend, und die gewünschte Reaktion findet statt
- Die von den Hohlkegeldüsen erzeugten Tröpfchen verdampfen noch vor dem Kontakt mit den Ofenwänden, wodurch Schäden und übermäßiger Wartungsaufwand durch Benetzung vermieden werden
- Durch den Einsatz von Hydraulikdüsen entfällt der Bedarf an kostspieliger Druckluft, was dazu beiträgt, die Betriebskosten niedrig zu halten
- Die Lösung von Spraying Systems Co. kostete nur ein Drittel des Preises eines anderen Anbieters, wodurch das Kraftwerk mehrere hunderttausend US-Dollar einsparen konnte
- Das Projekt wurde mehrere Monate vor Ablauf der Frist zur Einhaltung der Vorschriften abgeschlossen. Das Kraftwerk erwarb Emissionsgutschriften, die in Zukunft verkauft werden können.