CN107708842A - 脱硝装置及脱硝方法 - Google Patents

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CN107708842A CN201680036164.7A CN201680036164A CN107708842A CN 107708842 A CN107708842 A CN 107708842A CN 201680036164 A CN201680036164 A CN 201680036164A CN 107708842 A CN107708842 A CN 107708842A
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增田具承
矶部知昭
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Abstract

脱硝装置(1)具备脱硝反应器(10)、热交换器(15)和加热器(20)。在脱硝反应器(10)中填充有使废气(EX)中含有的NOx还原的含有Ir的催化剂(11)。热交换器(15)使向脱硝反应器(10)流入的脱硝前气体(EXb)与从脱硝反应器(10)流出的脱硝完成气体(EXa)进行热交换，从而将脱硝完成气体(EXa)冷却，另一方面将脱硝前气体(EXb)加热。加热器(20)对通过热交换器(15)后的脱硝前气体(EXb)进行加热，加热器(20)的加热量能够调节。

Description

脱硝装置及脱硝方法
技术领域
本发明涉及对废气中的氮氧化物进行处理的脱硝装置及脱硝方法。
本申请基于2015年6月24日在日本申请的特愿2015-126821号而主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
在对废气中的氮氧化物(以下称为NOx)进行处理的情况下，通常将该NOx还原而生成N2和H2O。作为还原NOx的方法，广泛已知有氨催化还原法。
在该氨催化还原法中，作为还原剂的氨的费用、用于提升废气的温度的加热费用增加。即，在氨催化还原法中，运行成本增加。因此，在以下的专利文献1中，提出了使用含有Ir的催化剂并利用废气中的CO及HC来还原NOx的方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-033989号公报
发明内容
发明要解决的课题
通过使用上述专利文献1所记载的催化剂并利用废气中的CO及HC，由此能够抑制用于还原NOx的运行成本。
在氮氧化物的处理中，期望在废气开始向处理装置流入时，在该处理装置中立刻对氮氧化物进行处理，并且这之后也稳定地对氮氧化物进行处理。而且，在氮氧化物的处理中，期望抑制运行成本。
因此，本发明的目的在于提供如下技术，该技术能够抑制运行成本并抑制从废气的流入开始至氮氧化物的处理开始为止的时间延迟，并且在这之后也能够稳定地对氮氧化物进行处理。
用于解决课题的方案
作为用于实现上述目的的发明的第一方案的脱硝装置具备：脱硝反应器，在所述脱硝反应器中填充有使废气中含有的氮氧化物还原的含有Ir的催化剂；热交换器，其使向所述脱硝反应器流入前的废气即脱硝前气体与从所述脱硝反应器流出的废气即脱硝完成气体进行热交换，从而将所述脱硝完成气体冷却，另一方面将所述脱硝前气体加热；以及加热量可调节的加热器，其能够对通过所述热交换器后的所述脱硝前气体进行加热。
在该脱硝装置中，不使用氨而使用含有Ir的催化剂来还原NOx，因此能够抑制运行成本。
另外，在该脱硝装置中，在向脱硝反应器流入的气体的温度低的情况下，利用加热器对该气体进行加热，因此即便在废气开始向脱硝装置流入时，也能够抑制从流入开始至该废气中含有的NOx的还原开始为止的时间延迟。进而，在该脱硝装置中，还利用热交换器对脱硝前气体进行加热，因此能够抑制对脱硝前气体进行加热的加热器中的热能的消耗。
作为用于达成上述目的的发明的第二方案的脱硝装置设计成，
在所述第一方案的所述脱硝装置的基础上，所述脱硝装置在比所述加热器靠所述脱硝反应器侧的位置具备对向所述脱硝反应器流入前的气体的温度进行检测的温度计，所述加热器具备：对向所述脱硝反应器流入的气体进行加热的加热部；以及以使由所述温度计检测出的温度落入目标温度范围内的方式对所述加热部的加热量进行调节的加热量调节部。
在该脱硝装置中，根据由温度计检测出的温度来调节加热部中的加热量，因此能够使向脱硝反应器流入的脱硝前气体的温度稳定，使该脱硝前气体含有的NOx持续稳定地还原。进而，能够抑制加热部的不必要的加热，抑制运行成本。
在具备所述加热量调节部的上述任一方案的所述脱硝装置中，可以构成为，所述加热部具备喷射可燃性流体的燃烧器，所述加热量调节部具备对向所述燃烧器供给的所述可燃性流体的流量进行调节的流量调节阀、以及根据由所述温度计检测出的温度来控制所述流量调节阀的阀开度的控制器。
作为用于达成上述目的的发明的第三方案的脱硝装置设计成，
在所述第二方案的所述脱硝装置的基础上，所述加热量调节部在来自开始运转了的气体产生源的所述废气向所述脱硝反应器流入前，以使由所述温度计检测出的温度落入所述目标温度范围内的方式对所述加热部的加热量进行调节。
在该脱硝装置中，在废气开始向脱硝反应器流入前，在向脱硝反应器流入的气体的温度低的情况下，利用加热器对该气体进行加热，因此能够在废气开始流入后立刻使该废气中含有的NOx还原。
作为用于达成上述目的的发明的第四方案的脱硝装置设计成，
在所述第二方案或所述第三方案的所述脱硝装置的基础上，所述目标温度范围处于200～300℃的范围内。
作为用于达成上述目的的发明的第五方案的脱硝装置设计成，
在所述第二方案至所述第四方案中的任一方案的所述脱硝装置的基础上，所述脱硝装置具备：第一浓度计，其对所述脱硝前气体中的氮氧化物的浓度进行检测；以及第二浓度计，其对所述脱硝完成气体中的氮氧化物的浓度进行检测，所述加热量调节部具备：脱硝率运算部，其根据由所述第一浓度计检测出的氮氧化物的浓度和由所述第二浓度计检测出的氮氧化物的浓度来求解所述脱硝反应器中的脱硝率；目标变更部，其以使所述脱硝率升高的方式变更所述目标温度范围；以及指示部，其以使由所述温度计检测出的温度落入目标温度范围内的方式向所述加热部指示所述加热部的加热量。
这里，可以是，所述目标变更部针对马上要流入所述脱硝反应器的气体的温度范围来寻找使所述脱硝率升高的温度范围，并将使所述脱硝率升高的温度范围设为所述目标温度范围。
就含有Ir的催化剂而言，随着时间经过，成为最高脱硝率的脱硝反应器的入口处的气体温度升高。另外，在废气中的氢浓度、一氧化碳浓度发生变化时，在脱硝反应器内能进行脱硝反应的温度范围发生变化。在该脱硝装置中，以使由脱硝率运算部求出的脱硝率升高的方式变更目标温度范围。其结果是，即便在催化剂随着时间经过而发生了劣化的情况下、废气中的氢浓度、一氧化碳浓度发生了变化的情况下，由加热量调节部调节过的脱硝前气体的温度也会变化，从而能够抑制脱硝反应器中的脱硝率的降低。
作为用于达成上述目的的发明的第六方案的脱硝装置设计成，
在所述第五方案的所述脱硝装置的基础上，所述目标变更部以使所述脱硝率成为预先确定的值以上的方式变更所述目标温度范围。
在该脱硝装置中，即便随着时间经过而催化剂发生了劣化，也能够将脱硝反应器中的脱硝率维持为预先确定的值以上。
作为用于达成上述目的的发明的第七方案的脱硝装置设计成，
在所述第二方案至所述第六方案中的任一方案的所述脱硝装置的基础上，所述脱硝装置具备将含有氢和一氧化碳中的至少一方的脱硝性能提高气体向所述脱硝前气体中供给的性能提高气体供给器。
在该脱硝装置中，通过将脱硝性能提高气体向脱硝前气体中供给，由此能够扩宽在脱硝反应器内能进行脱硝反应的温度范围，并且能够促进脱硝反应器内的脱硝反应。进而，在该脱硝装置中，由于脱硝性能提高气体中含有的氢或一氧化碳在脱硝反应器内发生氧化的过程中会发热，因此通过供给脱硝性能提高气体，能够提高脱硝反应器内的发热量。因此，在该脱硝装置中，在热交换器中对脱硝前气体进行加热的加热量增加，能够抑制加热器中的加热量。进而，在该脱硝装置中，能够回收加热量的增加量，能够有效地利用加热量的增加量。
作为用于达成上述目的的发明的第八方案的脱硝装置设计成，
在所述第七方案的所述脱硝装置的基础上，所述脱硝装置具备对所述脱硝完成气体中的氮氧化物的浓度进行检测的浓度计，所述性能提高气体供给器具备：用于调节向所述脱硝前气体中供给的所述脱硝性能提高气体的流量的性能提高气体流量调节阀；以及根据由所述浓度计检测出的所述氮氧化物的浓度来控制所述性能提高气体流量调节阀的阀开度的控制器。
作为用于达成上述目的的发明的第九方案的脱硝装置设计成，
在所述第七方案或所述第八方案的所述脱硝装置的基础上，所述目标温度范围处于170～300℃的范围内。
作为用于达成上述目的的发明的第十方案的脱硝装置设计成，
在所述第一方案至所述第九方案中的任一方案的所述脱硝装置的基础上，所述脱硝反应器具备：反应容器；沿着所述反应容器内的所述废气的流动方向分布配置的所述催化剂；以及以使所述流动方向上的所有位置处的所述催化剂的温度落入规定温度范围内的方式调节所述催化剂的温度分布的温度分布调节器。
在该脱硝装置中，脱硝反应器是所谓的等温反应器。因此，废气的流动方向上的所有位置、例如反应器的废气流动的上流侧的位置及下流侧的位置处的催化剂的温度落入规定温度范围内。其结果是，能够提高脱硝反应器的出口处的脱硝率。
作为用于达成上述目的的发明的第十一方案的脱硝装置设计成，
在所述第十方案的所述脱硝装置的基础上，所述温度分布调节器具备使所述催化剂或所述反应容器内的所述废气与制冷剂进行热交换的热交换器。
作为用于达成上述目的的发明的第十二方案的脱硝装置设计成，
在所述第一方案至所述第十一方案中的任一方案的所述脱硝装置的基础上，所述脱硝装置具备废热回收器，所述废热回收器使从所述脱硝反应器流出且向所述热交换器流入前的所述脱硝完成气体与制冷剂进行热交换，从而将所述脱硝完成气体冷却，另一方面将所述制冷剂加热。
作为用于达成上述目的的发明的第十三方案的脱硝装置设计成，
在所述第一方案至所述第十一方案中的任一方案的所述脱硝装置的基础上，所述脱硝装置具备：旁通线路，其使从所述脱硝反应器流出且向所述热交换器流入前的所述脱硝完成气体绕开所述热交换器；以及旁通流量调节器，其对在所述旁通线路中流动的所述脱硝完成气体的流量进行调节。
作为用于达成上述目的的发明的第十四方案的脱硝装置设计成，
在所述第十三方案的所述脱硝装置的基础上，所述脱硝装置具备旁通废热回收器，所述旁通废热回收器在所述旁通线路中配置在比所述旁通流量调节器靠所述脱硝完成气体的流动的下流侧的位置，所述旁通废热回收器使所述脱硝完成气体与制冷剂进行热交换，从而将所述脱硝完成气体冷却，另一方面将所述制冷剂加热。
在以上的任一方案的所述脱硝装置的基础上，在所述脱硝反应器中填充有含有Ir及W的Ir-W系催化剂或者含有Ir但不含有W的Ir系催化剂来作为所述催化剂。
在该情况下，可以在所述脱硝反应器中填充所述Ir系催化剂。
作为用于达成上述目的的发明的第十五方案的脱硝装置设计成，
在以上的任一方案的所述脱硝装置的基础上，所述脱硝装置具备：旁通线路，其使所述脱硝前气体绕开所述脱硝反应器而与所述脱硝完成气体合流；以及旁通流量调节器，其对在所述旁通线路中流动的所述脱硝前气体的流量进行调节。
作为用于达成上述目的的发明的一方案的废气处理设备具备以上的任一方案的所述脱硝装置以及从向所述脱硝装置流入前的所述废气中除去灰尘的集尘器。
这里，在所述废气处理设备中，具备从向所述脱硝装置流入前的所述废气中除去硫磺氧化物的脱硫装置。
作为用于达成上述目的的发明的第十六方案的脱硝方法执行如下工序：
脱硝工序，在所述脱硝工序中，在脱硝反应器内利用含有Ir的催化剂来使废气中含有的氮氧化物还原；热交换工序，在所述热交换工序中，使通过所述脱硝工序进行处理前的废气即脱硝前气体与通过所述脱硝工序进行处理后的废气即脱硝完成气体进行热交换，从而将所述脱硝完成气体冷却，另一方面将所述脱硝前气体加热；以及温度调节工序，在所述温度调节工序中，以使所述脱硝前气体的温度落入目标温度范围内的方式对所述脱硝前气体的温度进行调节。
在该脱硝方法中，不使用氨而使用含有Ir的催化剂来还原NOx，因此能够抑制运行成本。
另外，在该脱硝方法中，在向脱硝反应器流入的气体的温度低的情况下，通过温度调节工序将该废气的温度调节到目标温度范围，因此，即便在废气开始向脱硝反应器流入时，也能够抑制从该废气的流入开始至该废气中含有的NOx的还原开始为止的时间延迟。进而，在该脱硝方法中，还通过热交换工序对脱硝前气体进行加热，因此能够抑制存在对脱硝前气体进行加热的情况的温度调节工序中的热能的消耗。
这里，在所述脱硝方法中，在所述温度调节工序中，使可燃性流体燃烧来加热所述脱硝前气体，并且根据所述脱硝前气体的温度来调节要燃烧的可燃性流体的流量。
作为用于达成上述目的的发明的第十七方案的脱硝方法设计成，
在所述第十六方案的所述脱硝方法的基础上，在所述温度调节工序中，在来自开始运转了的气体产生源的所述废气向所述脱硝反应器流入前，以使向所述脱硝反应器流入的气体的温度落入所述目标温度范围内的方式对向所述脱硝反应器流入的所述气体的温度进行调节。
作为用于达成上述目的的发明的第十八方案的脱硝方法设计成，
在所述第十六或所述第十七方案的所述脱硝方法的基础上，所述目标温度范围处于200～300℃的范围内。
作为用于达成上述目的的发明的第十九方案的脱硝方法设计成，
在所述第十六方案至所述第十八方案中的任一方案的所述脱硝方法的基础上，在所述温度调节工序中，对所述脱硝前气体中的氮氧化物的浓度和所述脱硝完成气体中的氮氧化物的浓度进行检测，根据所述脱硝前气体中的氮氧化物的浓度和所述脱硝完成气体中的氮氧化物的浓度来求解所述脱硝反应器中的脱硝率，以使所述脱硝率升高的方式变更所述目标温度范围，以使所述脱硝前气体的温度落入所述目标温度范围内的方式对所述脱硝前气体的温度进行调节。
这里，在所述温度调节工序中，针对马上要流入所述脱硝反应器的气体的温度范围来寻找使所述脱硝率升高的温度范围，并将使所述脱硝率升高的温度范围设为所述目标温度范围。
作为用于达成上述目的的发明的第二十方案的脱硝方法设计成，
在所述第十九方案的所述脱硝方法的基础上，在所述温度调节工序中，以使所述脱硝率成为预先确定的值以上的方式变更所述目标温度范围。
作为用于达成上述目的的发明的第二十一方案的脱硝方法设计成，
在所述第十六方案至所述第二十方案中的任一方案的所述脱硝方法的基础上，执行将含有氢和一氧化碳中的至少一方的脱硝性能提高气体向所述脱硝前气体中供给的性能提高气体供给工序。
作为用于达成上述目的的发明的第二十二方案的脱硝方法设计成，
在所述第二十一方案的所述脱硝方法的基础上，在所述性能提高气体供给工序中，对所述脱硝完成气体中的氮氧化物的浓度进行检测，并根据所述氮氧化物的浓度来调节向所述脱硝前气体中供给的所述脱硝性能提高气体的流量。
作为用于达成上述目的的发明的第二十三方案的脱硝方法设计成，
在所述第二十一或所述第二十二方案的所述脱硝方法中，所述目标温度范围处于170～300℃的范围内。
作为用于达成上述目的的发明的第二十四方案的脱硝方法设计成，
在所述十六方案至所述第二十三方案中的任一方案的所述脱硝方法的基础上，所述脱硝反应器具备反应容器、以及沿着所述反应容器内的所述废气的流动方向分布配置的所述催化剂，在所述脱硝方法中，执行以使所述流动方向上的所有位置处的所述催化剂的温度落入规定温度范围内的方式调节所述催化剂的温度分布的温度分布调节工序。
作为用于达成上述目的的发明的第二十五方案的脱硝方法设计成，
在所述第十六方案至所述第二十四方案中的任一方案的所述脱硝方法的基础上，所述温度调节工序包括废热回收工序，在所述废热回收工序中，使通过所述脱硝工序进行了处理且通过所述热交换工序进行热交换前的所述脱硝完成气体与制冷剂进行热交换，从而将所述脱硝完成气体冷却，另一方面将所述制冷剂加热。
作为用于达成上述目的的发明的第二十六方案的脱硝方法设计成，
在所述第十六方案至所述第二十五方案中的任一方案的所述脱硝方法的基础上，所述温度调节工序包括旁通工序，在所述旁通工序中，使通过所述热交换工序与所述脱硝前气体进行热交换前的所述脱硝完成气体的至少一部分不与所述脱硝前气体进行热交换。
作为用于达成上述目的的发明的第二十七方案的脱硝方法设计成，
在所述十六方案至所述二十五方案中的任一方案的脱硝方法的基础上，所述温度调节工序包括使所述脱硝前气体的至少一部分与所述脱硝完成气体合流的旁通工序。
另外，在以上的任一方案的所述脱硝方法中，所述催化剂是含有Ir及W的Ir-W系催化剂或者含有Ir但不含有W的Ir系催化剂。
发明效果
在本发明的一方案中，能够抑制从废气的流入开始至氮氧化物的处理开始为止的时间延迟，并且这之后也稳定地对氮氧化物进行处理。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的脱硝装置的系统图。
图2是表示本发明的一实施方式中的催化剂的入口温度与脱硝率的关系的图表。
图3是本发明的第一实施方式的脱硝装置的序列图。
图4是本发明的第二实施方式的脱硝装置的系统图。
图5是表示使用Ir-W系催化剂、未向脱硝前气体中添加脱硝性能提高气体的情况以及向脱硝前气体中添加了各种脱硝性能提高气体的情况下的催化剂的入口温度与脱硝率的关系的图表。
图6是表示使用Ir系催化剂、未向脱硝前气体中添加脱硝性能提高气体的情况以及向脱硝前气体中添加了各种脱硝性能提高气体的情况下的催化剂的入口温度与脱硝率的关系的图表。
图7是本发明的第二实施方式的脱硝装置的序列图。
图8是表示相对于含有SOx的废气而言为初始状态的Ir-W系催化剂的入口温度与脱硝率的关系、以及相对于该废气而言经过规定时间后的Ir-W系催化剂的入口温度与脱硝率的关系的图表。
图9是表示相对于含有SOx的废气而言为初始状态的Ir系催化剂的入口温度与脱硝率的关系、以及相对于该废气而言经过规定时间后的Ir系催化剂的入口温度与脱硝率的关系的图表。
图10是本发明的第三实施方式的脱硝装置的系统图。
图11是表示本发明的第三实施方式中的控制器的动作的流程图。
图12是本发明的第四实施方式的脱硝装置的系统图。
图13是本发明的第四实施方式的脱硝装置的序列图。
图14是本发明的第五实施方式的脱硝装置的系统图。
图15是表示本发明的脱硝反应器的第一变形例的结构的图。
图16是表示本发明的脱硝反应器的第二变形例的结构的图。
图17是表示本发明的第一变形例的脱硝反应器及不具有温度分布调节器的脱硝反应器中的入口温度与脱硝率的关系的图表。
图18是本发明的一实施方式中的废气处理设备的系统图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各种实施方式详细进行说明。
[脱硝装置的第一实施方式]
参照图1～图3对本发明的脱硝装置的第一实施方式进行说明。
在本实施方式的脱硝装置中进行处理的废气中，含有氮氧化物(以下称为NOx)、CO等。
如图1所示，本实施方式的脱硝装置1具备脱硝反应器10、热交换器15、加热器20及温度计29。脱硝反应器10使废气EX中含有的NOx还原。热交换器15使向脱硝反应器10流入前的废气EX即脱硝前气体EXb与从脱硝反应器10流出的废气EX即脱硝完成气体EXa进行热交换。加热器20对废气EX进行加热。温度计29检测废气EX的温度。
在脱硝反应器10的反应容器内填充有用于使废气EX中含有的氮氧化物还原的含有Ir的催化剂11。在脱硝反应器10的反应容器形成有供脱硝前气体EXb流入的脱硝前气体入口12以及供脱硝完成气体EXa流出的脱硝完成气体出口13。
作为填充在脱硝反应器10中的含有Ir的催化剂11，例如有含有Ir及W的Ir-W系催化剂或者含有Ir但不含有W的Ir系催化剂等。作为这些催化剂11的载体，有SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2/Al2O3等。Ir系催化剂例如通过在以上的载体中含浸氯化铱酸水溶液来制作。另外，Ir-W系催化剂例如通过如下方式制作：首先，在以上的载体中含浸偏钨酸铵水溶液，然后，在担载有钨的载体中含浸氯化铱酸水溶液。以上的催化剂的制作方法均是公知的技术，例如在“羽田政明、其他两人、将H2及CO作为还原剂的SO2共存下的NO选择还原反应、Journal of the Japan Petroleum Institute、公益社团法人石油学会、2006年、vol.49，No.5，p.220」等中有详细记载。
以下，对Ir系催化剂及Ir-W系催化剂的具体的制造顺序进行说明。
对Ir系催化剂的制造顺序进行说明。
首先，准备SiO2的粉体作为载体。接着，将该载体浸入氯化铱酸(H2IrCl6)水溶液中。之后，使该水溶液中的水分蒸发，之后使作为残留物的催化剂粉末干燥。该催化剂粉末是在载体上担载有铱的物质。接着，对该催化剂粉末、即搭载有铱的载体进行烧成。接着，向通过该烧成而得到的一次中间产物加入水及粘合剂等，而生成含有该一次中间产物的浆料。接着，将该浆料涂敷于基材表面。基材例如是以SiO2Al2O3为主成分的烧结蜂窝结构体。接着，对涂敷有浆料的基材进行烧成。最后，对通过该烧成而得到的二次中间产物中的铱实施活化处理。在该活化处理中，将二次中间产物置于含有氢气体的气氛中的高温环境下，对二次中间产物中的氧化铱进行氢还原。以上，作为Ir系催化剂，例如制成在基材上以100g/m2涂敷而成的1wt％Ir/SiO2。
对Ir-W系催化剂的制造顺序进行说明。
首先，准备Ir系催化剂的SiO2的粉体，按照与Ir系催化剂的制造顺序同样的顺序而形成一次中间产物。接着，将该一次中间产物、即担载有铱的载体浸入偏钨酸铵水溶液中。之后，使该水溶液中的水分蒸发，之后使作为残留物的催化剂粉末干燥。该催化剂粉末是在载体上担载有铱及钨的物质。接着，对该催化剂粉末、即担载有铱及钨的载体进行烧成。接着，向通过该烧成而得到的二次中间产物(与在Ir系催化剂的制造过程中得到的二次中间产物不同)添加水及粘合剂等，而生成含有该二次中间产物的浆料。接着，将该浆料涂敷于基材表面。基材例如是之前例示过的烧结蜂窝结构体。接着，对涂敷有浆料的基材进行烧成。最后，对通过该烧成而得到的三次中间产物中的铱实施活化处理。在该活化处理中，将三次中间产物置于含有氢气体的气氛中的高温环境下，对三次中间产物中的氧化铱进行氢还原。以上，作为Ir-W系催化剂，例如制成在基材上以100g/m2涂敷而成的1wt％Ir/10wt％WO3/SiO2。
热交换器15使脱硝完成气体EXa与脱硝前气体EXb进行热交换，从而将脱硝完成气体EXa冷却，另一方面将热脱硝前气体EXb加热。这种情况下，可以使脱硝完成气体EXa与脱硝前气体EXb直接进行热交换，但也可以借助中间介质来使脱硝完成气体EXa与脱硝前气体EXb进行热交换。热交换器15形成有供脱硝前气体EXb流入的脱硝前气体入口16、供脱硝前气体EXb流出的脱硝前气体出口17、供脱硝完成气体EXa流入的脱硝完成气体入口18以及供脱硝完成气体EXa流出的脱硝完成气体出口19。
在热交换器15的脱硝前气体入口16连接有第一脱硝前气体线路41，在热交换器15的脱硝前气体出口17连接有第二脱硝前气体线路42。在第一脱硝前气体线路41例如连接有废气EX的产生源。第二脱硝前气体线路42上连接有脱硝反应器10的脱硝前气体入口12。在脱硝反应器10的脱硝完成气体出口13连接有第一脱硝完成气体线路43。在该第一脱硝完成气体线路43连接有热交换器15的脱硝完成气体入口18。在热交换器15的脱硝完成气体出口19连接有第二脱硝完成气体线路44。在该第二脱硝完成气体线路44例如连接有烟囱。
加热器20是对通过热交换器15后的脱硝前气体EXb进行加热且能够调节脱硝前气体EXb的加热量的设备。具体而言，加热器20具备对脱硝前气体EXb进行加热的加热部21及调节加热部21的加热量的加热量调节部22。加热部21具备喷射可燃性流体的一种、即例如焦炉气(以下，称为COG(Coke Oven Gas))的燃烧器(以下，称为燃烧器21)。另外，加热量调节部22具备对可燃性流体的一种即COG的流量进行调节的COG流量调节阀(可燃性流体调节阀)23、以及根据温度计29所检测出的温度来控制COG流量调节阀23的阀开度的控制器24。
燃烧器21设置于第二脱硝前气体线路42，向该线路42中喷射COG。温度计29在第二脱硝前气体线路42中设置在比燃烧器21靠脱硝反应器10侧的位置。控制器24以使由该温度计29检测出的温度、即马上要流入脱硝反应器10的脱硝前气体EXb的温度处于目标温度范围内的方式控制COG流量调节阀23的阀开度。
在脱硝反应器10内，通过催化剂11来进行以下的反应。具体而言，是以下的式(1)所示的将CO作为还原剂来还原NO的还原反应和以下的式(2)所示的CO的基于O2进行的氧化反应。
NO+CO→1/2N2+CO2········(1)
CO+1/2O2→CO2··········(2)
接着，参照图2对催化剂11的脱硝率进行说明。需要说明的是，图2所示的图表的横轴表示脱硝反应器10的入口处的废气EX的温度，纵轴表示脱硝率。另外，图2所示的图表在以下的条件下获得。
废气流量：201.6[N1/h-wet]
催化剂的每单位气体接触面的处理气体量：9.6[Nm3/(m2·hr)]
NO：160[ppmvd]
CO：8000[ppmvd]
H2：0[ppmvd]
SO2：30[ppmvd]
O2：14.7[％vd]
CO2：7.9[％vd]
H2O：6.9[％]
N2：其余
如图2所示，无论是在催化剂11为r系催化剂(Ir/SiO2)的情况下(图中的标绘为◇)，还是在催化剂11为Ir-W系催化剂(Ir/WO3/SiO2)的情况下(图中的标绘为□)，均在脱硝反应器10的入口处的废气EX的温度为200～300℃的范围内进行脱硝反应。而且，在脱硝反应器10的入口处的废气EX的温度为220～290℃的范围内能得到高的脱硝率(脱硝率为20％以上)。进而，在脱硝反应器10的入口处的废气EX的温度为230～280℃的范围内能得到更高的脱硝率(脱硝率为30％以上)。脱硝反应基本上是气体温度越高反应越加剧，但若气体温度过高，则同时还会进行作为还原剂的一氧化碳的自氧化反应。因此，废气EX的温度如前所述优选220～290℃的范围，更优选230～280℃的范围。另外，在使用Ir系催化剂作为催化剂11的情况下，若将脱硝反应器10的入口处的废气EX的温度设为200℃以上，则能够使脱硝率为10％以上。
因此，在本实施方式中，控制器24以使由温度计29检测出的温度、即马上要流入脱硝反应器10的脱硝前气体EXb的温度落入200～300℃的温度范围内、优选落入220～290℃的温度范围内、更优选落入230～280℃的温度范围内的方式，对COG流量调节阀23的阀开度进行控制。换言之，本实施方式中的马上要流入脱硝反应器10的脱硝前气体EXb的目标温度范围优选为200～300℃的范围内，更优选为220～290℃的范围内，进一步优选为230～280℃的范围内。
接着，按照图3所示的脱硝装置1的序列图来说明脱硝装置1的动作。
在向控制器24输入表示废气EX的产生源的运转开始的运转开始信号SS时(S1)，控制器24打开COG流量调节阀23。该COG流量调节阀23打开的时机是在产生源运转且来自运转后的产生源的废气EX实际向脱硝反应器10流入之前。在COG流量调节阀23打开时，从燃烧器21向第二脱硝前气体线路42内喷射COG，该COG在第二脱硝前气体线路42中燃烧。因COG的燃烧而生成的燃烧气体在第二脱硝前气体线路42中通过而对要向脱硝反应器10内流入的气体进行加热。
废气EX的产生源的运转开始前的催化剂11的温度小于200℃，通常为常温。另一方面，COG流量调节阀23的阀开度如前所述以使由温度计29检测出的温度、即马上要流入脱硝反应器10的脱硝前气体EXb的温度落入目标温度范围内的方式被调节(S2：温度调节工序)。因此，在废气EX的产生源的运转刚开始后，COG流量调节阀23的阀开度变大，从燃烧器21喷射的COG流量变多，由温度计29检测出的温度急速升高。换言之，在废气EX的产生源的运转刚开始后，催化剂11的温度急速升高。
作为表示废气EX的产生源的运转开始的运转开始信号SS，例如有操作者与废气EX的产生源的运转一并地向控制器24输入的控制信号、用于使废气EX的产生源运转的控制信号、表示该产生源出口处的废气EX的流量的流量信号、表示该产生源出口处的废气EX的NOx浓度等的浓度信号等。在使用表示产生源出口处的废气EX的流量的流量信号来作为运转开始信号SS的情况下，在该流量信号所表示的流量成为预先确定的值以上时，当作产生源开始了运转来处理。另外，在使用表示产生源出口处的NOx浓度等的浓度信号来作为运转开始信号SS的情况下，在该浓度信号所表示的NOx浓度等成为预先确定的值以上时，当作产生源开始了运转来处理。
来自产生源的废气EX即脱硝前气体EXb经由第一脱硝前气体线路41而从热交换器15的脱硝前气体入口16向热交换器15内流入。另外，来自脱硝反应器10的气体经由第一脱硝完成气体线路43而从热交换器15的脱硝完成气体入口18向热交换器15内流入。在热交换器15中，脱硝前气体EXb与来自脱硝反应器10的气体进行热交换，脱硝前气体EXb被加热，另一方面，来自脱硝反应器10的气体被冷却(S3：热交换工序)。由热交换器15冷却后的来自脱硝反应器10的气体经由第二脱硝完成气体线路44而从烟囱等向大气放出。另外，由热交换器15加热后的脱硝前气体EXb经由第二脱硝前气体线路42向脱硝反应器10流入。
由热交换器15加热后的脱硝前气体EXb在通过第二脱硝前气体线路42的过程中通过COG的燃烧热而被进一步加热。因此，脱硝前气体EXb由热交换器15和加热器20加热后向脱硝反应器10流入。
若流入到脱硝反应器10中的脱硝前气体EXb的温度假设落入200～300℃的范围内，则在脱硝反应器10内，进行如前述的式(1)及式(2)所示的反应，废气EX中的NOx成为N2(S4：脱硝工序)。
由于脱硝反应器10内的反应是伴有发热的反应，因此从脱硝反应器10流出的脱硝完成气体EXa的温度比马上要流入脱硝反应器10的脱硝前气体EXb的温度升高。该脱硝完成气体EXa经由第一脱硝完成气体线路43而从热交换器15的脱硝完成气体入口18向热交换器15内流入。在热交换器15中，如前所述，该脱硝完成气体EXa与脱硝前气体EXb进行热交换，脱硝前气体EXb被加热，另一方面，脱硝完成气体EXa被冷却(S3：热交换工序)。由热交换器15冷却后的脱硝完成气体EXa经由第二脱硝完成气体线路44而从烟囱等向大气放出。
在脱硝反应器10内的反应进行时，随着反应的进行，从该脱硝反应器10流出的脱硝完成气体EXa的温度升高。因此，在热交换器15中，从脱硝完成气体EXa向脱硝前气体EXb传递的热量增加，通过COG的燃烧热来加热之前的脱硝前气体EXb的温度升高。在通过COG的燃烧热来加热的量为同等程度的情况下，若是通过COG的燃烧热来加热之前的脱硝前气体EXb的温度升高，则由温度计29检测出的温度也升高。
控制器24在由温度计29检测出的温度逐渐升高时，与该温度上升相应地逐渐减小COG流量调节阀23的阀开度(S2：温度调节工序)。因此，在由温度计29检测出的温度逐渐升高时，通过COG的燃烧热对脱硝前气体EXb进行加热的加热量减少。在脱硝反应器10内持续进行反应，当由热交换器15加热后的脱硝前气体EXb的温度例如处于200～300℃的范围内时，COG流量调节阀23几乎成为关闭状态，当由热交换器15加热后的脱硝前气体EXb的温度例如成为230℃左右时，COG流量调节阀23完全关闭。在该情况下，不从燃烧器21喷射COG，脱硝前气体EXb不通过COG的燃烧热而被加热。即，在该情况下，仅通过在脱硝反应器10内的反应中产生的热量来将脱硝前气体EXb的温度维持在例如200～300℃的范围内。
即便在脱硝反应器10内的反应持续进行的情况下，在来自产生源的废气EX的流量发生变动时，有时也会打开COG流量调节阀23。例如，在刚刚发生因来自产生源的废气EX的流量减少而导致脱硝反应器10内的发热量减少之后，即使紧接着发生来自产生源的废气EX的流量增加并在热交换器15中对该废气EX进行加热，也会存在由温度计29检测出的温度低于200℃的情况。在该情况下，打开COG流量调节阀23，通过COG的燃烧热对向脱硝反应器10流入前的废气EX进行加热(S2：温度调节工序)。
如上所述，在本实施方式中，不使用氨而使用含有Ir的催化剂11来还原NOx，因此能够抑制运行成本。另外，在本实施方式中，由于不使用氨，因此在脱硝反应器10中，不会因氨与硫磺氧化物的反应而生成酸性硫酸铵。因此，在本实施方式中，能够避免因酸性硫酸铵而导致的设备的堵塞、腐蚀。
另外，在本实施方式中，在向脱硝反应器10流入的气体的温度低的情况下，通过加热器20对该气体进行加热，因此，即便在废气EX开始向脱硝装置1流入了时，也能够抑制从流入开始至该废气EX中含有的NOx的还原开始为止的时间延迟。并且，在本实施方式中，在废气EX开始向脱硝反应器10流入之前，利用加热器20对向脱硝反应器10流入的气体进行加热，因此能够在废气EX开始流入之后马上对该废气EX中含有的NOx进行还原。
另外，在本实施方式中，根据由温度计29检测出的温度来控制加热器20的加热量，因此能够持续稳定地使NOx还原。进而，在本实施方式中，根据由温度计29检测出的温度来控制加热器20的加热量、换言之控制COG流量调节阀23的阀开度，因此，若向脱硝反应器10流入的气体的温度升高，则COG的流量减少。因此，在本实施方式中，从该观点来说也能够抑制运行成本。
[脱硝装置的第二实施方式]
参照图4～图7对本发明的脱硝装置的第二实施方式进行说明。
如图4所示，本实施方式的脱硝装置1a是在第一实施方式的脱硝装置1中追加了性能提高气体供给器30、浓度计39和废热回收器35的装置。性能提高气体供给器30将后述的脱硝性能提高气体PIG向脱硝前气体EXb中供给。浓度计39对脱硝完成气体EXa中的NOx浓度进行检测。
废热回收器35是如下的热交换器：使要在热交换器15中进行热交换之前的脱硝完成气体EXa与制冷剂进行热交换，从而将脱硝完成气体EXa冷却，另一方面将制冷剂加热。该废热回收器35设置于第一脱硝完成气体线路43。本实施方式的脱硝装置1a还具备对废热回收器35中的脱硝完成气体EXa与制冷剂的热交换进行限制的热交换限制器。该热交换限制器具备对在与废热回收器35连接的制冷剂线路中通过的制冷剂的流量进行调节的制冷剂流量调节阀36、以及根据由温度计29检测出的温度来控制制冷剂流量调节阀36的阀开度的控制器37。
性能提高气体供给器30具备性能提高气体线路31、性能提高气体流量调节阀32和控制器33。性能提高气体线路31从脱硝性能提高气体PIG的产生源向第二脱硝前气体线路42内引导脱硝性能提高气体PIG。性能提高气体流量调节阀32对在性能提高气体线路31中流动的脱硝性能提高气体PIG的流量进行调节。控制器33根据由浓度计39检测出的NOx浓度来控制性能提高气体流量调节阀32的阀开度。
性能提高气体线路31在第二脱硝前气体线路42中连接到燃烧器21所设置的位置与温度计29所设置的位置之间。需要说明的是，该性能提高气体线路31只要设置在比温度计29靠废气EX的产生源侧的位置即可，也可以连接到其它位置。浓度计39设置于第一脱硝完成气体线路43。
脱硝性能提高气体PIG是含有氢和一氧化碳中的至少一方的气体。在本实施方式中，作为脱硝性能提高气体PIG，使用高炉气体(以下，称为BFG(Blast Furnace Gas)、转炉气体(以下，称为LDG(Linz-Donawitz Gas))、BFG与LDG的混合气体中的任一种气体。
氢、一氧化碳成为NOx的还原剂，具有促进脱硝反应器10内的脱硝反应的效果。并且，氢、一氧化碳具有扩宽在脱硝反应器10内能进行脱硝反应的温度范围的效果。
图5是表示使用Ir-W系催化剂(Ir/WO3/SiO2)作为催化剂11、未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况以及向脱硝前气体EXb中添加了各种脱硝性能提高气体PIG的情况下的脱硝反应器10的入口处的气体温度与脱硝率的关系的图表。需要说明的是，在该图中，未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况以及向脱硝前气体EXb中添加了各种脱硝性能提高气体PIG的情况下的气体条件如下所述。
(1)未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况(图中的标绘为◇)
脱硝前气体EXb中的CO浓度：8000[ppmvd]
脱硝前气体EXb中的H2浓度：0[ppmvd]
(2)向脱硝前气体EXb中添加了相对于100vol％的废气量而言为2vol％的作为脱硝性能提高气体PIG的BFG相当气体的情况(图中的标绘为□)
添加后的脱硝前气体EXb中的CO浓度：12000[ppmvd]
添加后的脱硝前气体EXb中的H2浓度：1000[ppmvd]
(3)向脱硝前气体EXb中添加了相对于100vol％的废气量而言为1.8vol％的作为脱硝性能提高气体PIG的LDG相当气体的情况(图中的标绘为△)
添加后的脱硝前气体EXb中的CO浓度：20000[ppmvd]
添加后的脱硝前气体EXb中的H2浓度：3500[ppmvd]
如该图所示，未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况下的能进行脱硝反应的下限温度为200℃左右。另一方面，向脱硝前气体EXb中添加了2vol％的BFG的情况下的能进行脱硝反应的下限温度为160℃左右。因此，与未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况相比，在向脱硝前气体EXb中添加了2vol％的BFG的情况下，能够降低能进行脱硝反应的下限温度。进而，与未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况相比，在向脱硝前气体EXb中添加了2vol％的BFG的情况下，能够提高各温度区域中的脱硝率。需要说明的是，在向脱硝前气体EXb中添加了2vol％的BFG的情况下，通过使脱硝反应器10的入口处的废气EX的温度处于180℃～300℃的范围内(脱硝率10％以上)、优选处于180～290℃的范围内、更优选处于200～290℃范围内(脱硝率30％以上)、进一步优选处于210～240℃的范围内(脱硝率60％以上)，由此能够提高脱硝率。这里，示出了向脱硝前气体EXb中添加2vol％的BFG的例子，但即便是改变BFG的添加率，废气EX的温度范围与脱硝率的关系也基本上是同样的。但是，在改变了BFG的添加率的情况下，脱硝率与上述的例子有所不同。
另外，向脱硝前气体EXb中添加1.8vol％的LDG的情况下的能进行脱硝反应的下限温度为150℃左右。由此，与未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况相比，在向脱硝前气体EXb中添加了1.8vol％的LDG的情况下，也能够降低能进行脱硝反应的下限温度。进而，与未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况相比，在向脱硝前气体EXb中添加了1.8vol％的LDG的情况下，能够提高大部分的温度区域中的脱硝率。需要说明的是，在向脱硝前气体EXb中添加1.8vol％的LDG的情况下，通过使脱硝反应器10的入口处的废气EX的温度处于160℃～320℃的范围内(脱硝率10％以上)、优选处于170～300℃的范围内、更优选处于170～290℃范围内(脱硝率30％以上)、进一步优选处于170～210℃的范围内(脱硝率60％以上)，由此能够提高脱硝率。这里，示出了向脱硝前气体EXb中添加1.8vol％的LDG的例子，但即便是改变LDG的添加率，废气EX的温度范围与脱硝率的关系也基本上是同样的。但是，在改变了LDG的添加率的情况下，脱硝率与上述的例子有所不同。
图6是表示使用Ir系催化剂(Ir/SiO2)作为催化剂11、未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况以及向脱硝前气体EXb中添加了各种脱硝性能提高气体PIG的情况下的脱硝反应器10的入口处的气体温度与脱硝率的关系的图表。需要说明的是，在该图中，未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况以及向脱硝前气体EXb中添加了各种脱硝性能提高气体PIG的情况下的气体条件如下所述。
(1)未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况(图中的标绘为◇)
脱硝前气体EXb中的CO浓度：8000[ppmvd]
脱硝前气体EXb中的H2浓度：0[ppmvd]
(2)向脱硝前气体EXb中添加了相对于100vol％的废气量而言为1.8vol％的作为脱硝性能提高气体PIG的LDG相当气体的情况(图中的标绘为△)
添加后的脱硝前气体EXb中的CO浓度：20000[ppmvd]
添加后的脱硝前气体EXb中的H2浓度：3500[ppmvd]
如该图所示，未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况下的能进行脱硝反应的下限温度为200℃左右。另一方面，向脱硝前气体EXb中添加了1.8vol％的LDG的情况下的能进行脱硝反应的下限温度为160℃左右。因此，与未向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG的情况相比，在向脱硝前气体EXb中添加了1.8vol％的LDG的情况下，能够降低能进行脱硝反应的下限温度。需要说明的是，在脱硝前气体EXb中添加1.8vol％的LDG的情况下，通过使脱硝反应器10的入口处的废气EX的温度处于160℃～300℃的范围内、优选处于180～300℃的范围内(脱硝率10％以上)、更优选处于200～250℃范围内(脱硝率30％以上)、进一步优选处于200～220℃的范围内(脱硝率60％以上)，由此能够提高脱硝率。这里，示出了向脱硝前气体EXb中添加1.8vol％的LDG的例子，但如前所述，即便改变LDG的添加率，废气EX的温度范围与脱硝率的关系也基本上同样。但是，在改变了LDG的添加率的情况下，脱硝率与上述的例子有所不同。
如上所述，在向脱硝前气体EXb中添加含有氢、一氧化碳的脱硝性能提高气体PIG时，能够扩宽在脱硝反应器10内能进行脱硝反应的温度范围，并且能够促进脱硝反应器10内的脱硝反应。
需要说明的是，这里，作为脱硝性能提高气体PIG，是BFG、LDG、BFG与LDG的混合气体中的任一种气体。然而，脱硝性能提高气体PIG只要含有氢和一氧化碳中的任一方，就能够获得与以上所说明的效果同样的效果。在利用Ir系催化剂或Ir-W系催化剂来还原废气EX中的NOx的情况下，通过将氢、一氧化碳向脱硝前气体EXb中添加，由此提高这些催化剂11的脱硝性能，关于该技术例如在“羽田政明、其他两人、将H2及CO作为还原剂的SO2共存下的NO选择还原反应、Journal ofthe Japan Petroleum Institute、公益社团法人石油学会、2006年、vol.49，No.5，p.221-222”中有详细记载。
接着，按照图7所示的脱硝装置1a的序列图来说明脱硝装置1a的动作。
在本实施方式的脱硝装置1a中，也与第一实施方式的脱硝装置1同样，在运转开始信号SS向COG流量调节阀23的控制器24输入时(S1)，COG流量调节阀23打开，开始温度调节工序(S2)。进而，在本实施方式的脱硝装置1a中，也能与第一实施方式的脱硝装置1同样地执行基于热交换器15进行的热交换工序(S3)、基于脱硝反应器10进行的脱硝工序(S4)。
另外，由于本实施方式的脱硝装置1a是在第一实施方式的脱硝装置1中增加了性能提高气体供给器30的装置，因此能执行基于该性能提高气体供给器30进行的性能提高气体供给工序(S5)。
在性能提高气体供给工序(S5)中，性能提高气体供给器30的控制器33根据由浓度计39检测出的NOx浓度来控制性能提高气体流量调节阀32的阀开度。具体而言，在例如由浓度计39检测出的NOx浓度为预先确定的值以上的情况下，控制器33打开性能提高气体流量调节阀32。此时，例如根据由浓度计39检测出的NOx浓度与预先确定的值的偏差来设定性能提高气体流量调节阀32的阀开度。在由浓度计39检测出的NOx浓度与预先确定的值的偏差大的情况下，性能提高气体流量调节阀32的阀开度变大，在由浓度计39检测出的NOx浓度与预先确定的值的偏差小的情况下，性能提高气体流量调节阀32的阀开度变小。
在性能提高气体流量调节阀32打开时，从脱硝性能提高气体PIG的产生源向第二脱硝前气体线路42内供给脱硝性能提高气体PIG，向在该第二脱硝前气体线路42内通过的脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG。若向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG，则如前所述，能够扩宽在脱硝反应器10内能进行脱硝反应的温度范围，并且能够促进脱硝反应器10内的脱硝反应。因此，例如在向脱硝反应器10流入的气体的温度不是在第一实施方式中作为适当温度范围而例示的200～300℃，而是小于200℃的温度的情况下，也能够还原NOx。
因此，在本实施方式中，在温度调节工序(S2)中，以使由温度计29检测出的温度、即马上要流入脱硝反应器10的脱硝前气体EXb的温度落入170～300℃、优选落入180～290℃的温度范围内的方式对COG流量调节阀23的阀开度进行调节。
另外，在本实施方式中，若向脱硝前气体EXb中添加脱硝性能提高气体PIG，则系统内的发热量增加。因此，存在马上要流入脱硝反应器10的脱硝前气体EXb的温度变得比规定的温度(例如290℃)高的情况。在该情况下，作为温度调节工序(S2)中的一工序，执行热回收工序(S2a)。在该热回收工序(S2a)中，在由温度计29检测出的温度高于规定的温度(例如290℃)时，控制器37打开制冷剂流量调节阀36，将制冷剂流量调节阀36的阀开度设为与该规定的温度对应的阀开度。其结果是，制冷剂向废热回收器35内流入，脱硝完成气体EXa与制冷剂进行热交换，脱硝完成气体EXa被冷却，另一方面，制冷剂被加热。被加热了的制冷剂的热量根据需要而在系统外被利用。
虽然与上述记载重复，但还是要说明的是，在本实施方式中，能够扩宽在脱硝反应器10内能进行脱硝反应的温度范围，并且能够促进脱硝反应器10内的脱硝反应。进而，在本实施方式中，由于脱硝性能提高气体PIG中含有的氢或一氧化碳在脱硝反应器10内发生氧化的过程中会发热，因此通过供给脱硝性能提高气体PIG，能够使脱硝反应器10内的发热量比第一实施方式提高。因此，在本实施方式中，在热交换器15中对脱硝前气体EXb进行加热的加热量增加，能够抑制加热器20中的加热量，换言之，能够抑制COG的流量。另外，在本实施方式中，由于具备废热回收器35，因此也能够在脱硝反应中回收多余的热量。
以上的第一实施方式及第二实施方式的脱硝装置1、1a的加热器20均是喷射COG且通过该COG的燃烧热来加热气体的加热器。然而，加热器也可以是喷射除了COG以外的其它可燃性流体并通过该可燃性流体的燃烧热来加热气体的加热器。进而，可以是不使用可燃性流体而通过电热器中的发热来加热气体的加热器。
“相对于含有硫磺氧化物的废气EX的催化剂的实施方式”
参照图8及图9来说明相对于含有硫磺氧化物(以下，称为SOx)的废气EX的催化剂的实施方式。
图8及图9均是表示相对于含有SOx的废气EX而言为初始状态的催化剂11中的脱硝反应器10的入口处的气体温度与脱硝率的关系、以及相对于含有SOx的废气EX而言经过规定时间后的催化剂11中的脱硝反应器10的入口处的气体温度与脱硝率的关系的图表。另外，图8及图9所示的图表在以下的条件下获得。
废气EX流量：187.7[N1/h-dry]
催化剂的每单位气体接触面的处理气体量：9.6[Nm3/(m2·hr)]
NO：160[ppm-dry]
CO：20000[ppm-dry]
H2：3500[ppm-dry]
SO2：27[ppm-dry]
O2：14.7[％-dry]
CO2：7.9[％-dry]
H2O：6.9[％-wet]
N2：其余
如图8所示，在使用Ir-W系催化剂(Ir/WO3/SiO2)作为催化剂11的情况下，与催化剂为初始状态的脱硝率(在该图中的标绘为□)相比，使上述废气EX通过催化剂85.5小时后的脱硝率(在该图中的标绘为△)在各温度区域大幅降低。另外，就成为最高脱硝率的脱硝反应器10的入口处的气体温度而言，使上述废气EX通过85.5小时后的催化剂比初始状态的催化剂高。
另一方面，如图9所示，在使用Ir系催化剂(Ir/SiO2)作为催化剂11的情况下，与催化剂为初始状态的脱硝率(在该图中的标绘为□)相比，使上述废气EX通过催化剂85.5小时后的脱硝率(在该图中的标绘为△)在各温度区域降低，但是脱硝率的降低量极其小。需要说明的是，在该催化剂中，就成为最高脱硝率的脱硝反应器10的入口处的气体温度而言，使上述废气EX通过85.5小时后的催化剂比初始状态的催化剂高。
由此，在对含有SOx的废气EX进行脱硝的情况下，优选使用因SOx引起的劣化小的Ir系催化剂。
[脱硝装置的第三实施方式]
参照图10及图11对本发明的脱硝装置的第三实施方式进行说明。
如前所述，就催化剂11而言，随着时间经过，脱硝率降低且成为最高脱硝率的脱硝反应器10的入口处的气体温度升高。在本实施方式中，即便如上所述那样随着时间经过而催化剂11发生劣化，也会抑制脱硝反应器10中的脱硝率的降低。
本实施方式的脱硝装置1b具备第一实施方式的脱硝装置1的各构成要件、检测废气中的NOx的浓度的第一浓度计39a及第二浓度计39b。本实施方式的加热器20b的控制器24b伴随着第一浓度计39a及第二浓度计39b的追加而与第一实施方式的加热器20的控制器24不同。
第一浓度计39a检测脱硝前气体EXb中的NOx的浓度。因此，第一浓度计39a设置于第二脱硝前气体线路42。另外，第二浓度计39b检测脱硝完成气体EXa中的NOx的浓度。因此，第二浓度计39b设置于第一脱硝完成气体线路43。
加热器20b的控制器24b具备脱硝率运算部25、目标变更部26和指示部27。脱硝率运算部25根据由第一浓度计39a检测出的脱硝前气体EXb中的NOx的浓度和由第二浓度计39b检测出的脱硝完成气体EXa中的NOx的浓度，来求解脱硝反应器10中的脱硝率。目标变更部26以使由脱硝率运算部25求出的脱硝率成为预先确定的值以上的方式变更目标温度范围。与脱硝率有关的预先确定的值例如为50％。另外，目标温度范围是与马上要流入脱硝反应器10的气体温度、换言之脱硝反应器10的入口处的气体温度有关的目标温度范围。指示部27以使由温度计29检测出的温度落入目标温度范围内的方式向加热部指示由加热部对脱硝前气体EXb进行加热的加热量。具体而言，指示部27确定能够使由温度计29检测出的温度落入目标温度范围的COG流量调节阀23的阀开度，并将该阀开度向COG流量调节阀23指示。
需要说明的是，这里的目标温度范围是使脱硝率成为50％以上的范围，例如230～250℃。该目标温度范围是为了使脱硝率成为50％以上而确定的温度范围，因此与第一实施方式及第二实施方式中的能够进行脱硝的目标温度范围相比，本实施方式中的目标温度范围较窄。然而，在第一实施方式或第二实施方式中，也可以与本实施方式同样地将目标温度范围设定为较窄。
对控制器24b的动作进行说明。
在本实施方式中，与以上的各实施方式同样，在表示废气EX的产生源的运转开始的运转开始信号SS向控制器24b输入时，控制器24b的指示部27将表示打开的阀开度向COG流量调节阀23指示。之后，指示部27确定能够使由温度计29检测出的温度落入目标温度范围内的阀开度，并将该阀开度向COG流量调节阀23指示。
控制器24b在输入运转开始信号SS后经过规定时间时，开始进行包括目标温度范围的变更处理在内的处理。这里，规定时间是指从运转开始信号SS输入后至假设脱硝反应器10内的催化剂11整体的温度已经稳定为止的时间。该时间根据脱硝反应器10的尺寸、各线路的线路长度等而有所不同，例如是1小时。
按照图11所示的流程图来说明基于控制器24b进行的包括目标温度范围的变更处理在内的处理。
控制器24b的脱硝率运算部25判断是否在控制器24b的指示部27接收运转开始信号SS后经过了规定时间(S20)。脱硝率运算部25在由指示部27判断为接收运转开始信号SS后经过了规定时间时，根据由第一浓度计39a检测出的脱硝前气体EXb中的NOx的浓度和由第二浓度计39b检测出的脱硝完成气体EXa中的NOx的浓度来求解脱硝反应器10中的脱硝率(S21)。需要说明的是，这里求解的脱硝率可以不是脱硝率本身，而是与脱硝率具有关联性的参数。例如，作为参数，有从NOx向N2的转换率。
在由脱硝率运算部25求解脱硝率时，控制器24b的目标变更部26判断该脱硝率是否在阈值以上(S22)。脱硝率的阈值例如为50％。在脱硝率为阈值以上的情况下，返回S21的处理。另外，在脱硝率不为阈值以上的情况下，即，在脱硝率小于阈值的情况下，目标变更部26判断是否先进行了降低目标温度范围的下降处理(S23)。若没有先进行下降处理，则进行升高目标温度范围的上升处理(S24a)。在该上升处理中，例如将目标温度范围升高5℃。这里，将目标温度范围升高5℃是指，例如在目标温度范围为230～250℃的情况下，将目标温度范围设为235～255℃。即，在上升处理中，使目标温度范围平移上升规定温度。
指示部27确定能使由温度计29检测出的温度落入变更后的目标温度范围的COG流量调节阀23的阀开度，并将该阀开度向COG流量调节阀23指示(S25a)。
脱硝率运算部25在指示部27向COG流量调节阀23指示阀开度后经过规定时间时，根据由第一浓度计39a检测出的脱硝前气体EXb中的NOx的浓度和由第二浓度计39b检测出的脱硝完成气体EXa中的NOx的浓度来求解脱硝反应器10中的脱硝率(S26a)。
在由脱硝率运算部25求解脱硝率时，目标变更部26判断该脱硝率是否比之前求出的脱硝率上升(S27a)。目标变更部26在判断为该脱硝率比之前求出的脱硝率上升的情况下，返回S22，判断该脱硝率是否为阈值以上(S22)。在该脱硝率为阈值以上的情况下，返回S21的处理。另一方面，在该脱硝率不为阈值以上的情况下，即，在脱硝率小于阈值的情况下，反复执行以上所说明的S23、S24a～S27a、S22的处理直至脱硝率成为阈值以上为止。即，在脱硝率小于阈值的情况下，反复进行目标温度范围的上升处理直至脱硝率成为阈值以上为止。
另一方面，目标变更部26在S27a的处理中判断为由脱硝率运算部25求出的脱硝率没有比先求出的脱硝率上升的情况下，进行降低目标温度范围的下降处理(S24b)。在该下降处理中，例如将目标温度范围降低5℃。这里，将目标温度范围降低5℃是指，例如在目标温度范围为260～280℃的情况下，将目标温度范围设为255～275℃。即，在下降处理中，使目标温度范围下降规定温度。
指示部27确定能使由温度计29检测出的温度落入变更后的目标温度范围的COG流量调节阀23的阀开度，并将该阀开度向COG流量调节阀23指示(S25b)。
脱硝率运算部25在指示部27向COG流量调节阀23指示阀开度后经过规定时间时，根据由第一浓度计39a检测出的脱硝前气体EXb中的NOx的浓度和由第二浓度计39b检测出的脱硝完成气体EXa中的NOx的浓度来求解脱硝反应器10中的脱硝率(S26b)。
在由脱硝率运算部25求解脱硝率时，目标变更部26判定该脱硝率是否比先求出的脱硝率上升(S27b)。目标变更部26在判断为该脱硝率比先求出的脱硝率上升的情况下，返回S22，判定该脱硝率是否为阈值以上(S22)。在该脱硝率为阈值以上的情况下，返回S21的处理。另一方面，在该脱硝率不为阈值以上的情况下，即在脱硝率小于阈值的情况下，如前所述，目标变更部26判断是否先进行了降低目标温度范围的下降处理(S23)。在该情况下，由于先进行了目标温度范围的下降处理，因此目标变更部26进行目标温度范围的下降处理(S24b)。之后，反复进行以上所说明的S25b、S26b、S27b、S22、S23、S24b的处理直至脱硝率成为阈值以上为止。即，在即便进行了目标温度范围的上升处理但脱硝率没有上升的情况下，反复进行目标温度范围的下降处理直至脱硝率成为阈值以上为止。
另一方面，目标变更部26在S27b的处理中判断为由脱硝率运算部25求出的脱硝率没有比先求出的脱硝率上升的情况下，发出警报(S28)。在该情况下，无论是对目标温度范围进行上升处理还是进行下降处理，脱硝率都没有上升，因此目标变更部26判断为催化剂11到了使用寿命、某浓度计39a、39b发生了故障、或者废气EX的产生源中的废气EX的气体组成大幅改变，发出警报。另外，在脱硝率小于阈值的情况下，在反复进行S22、S23、S24a～S27a的处理的过程中，尽管脱硝率没有成为阈值以上，但有时还是会在S27a的处理中判断为脱硝率没有上升。在该情况下，也是无论对目标温度范围进行上升处理还是进行下降处理，脱硝率都没有成为阈值以上，因此，最终目标变更部26判断为催化剂11到了使用寿命或者某浓度计39a、39b发生了故障，发出警报。
在本实施方式中，着眼于随着时间经过而成为最高脱硝率的脱硝反应器10的入口处的气体温度升高这一情况，在脱硝率降低而小于阈值时，对与脱硝反应器10的入口处的气体温度有关的目标温度范围进行变更。因此，在本实施方式中，即便随着时间经过而催化剂11发生了劣化，也能够将脱硝反应器10中的脱硝率确保为阈值以上。
如在第二实施方式中所说明的那样，在废气EX中的氢浓度、一氧化碳浓度发生变化时，在脱硝反应器10内能进行脱硝反应的温度范围发生变化。在本实施方式中，即便在废气EX的产生源中的废气EX的氢浓度、一氧化碳浓度发生了变化的情况下，也随着脱硝反应器10中的脱硝率的变化来变更目标温度范围。因此，在本实施方式中，即便在废气EX的产生源中的废气EX的氢浓度、一氧化碳浓度稍微发生了变化的情况下，即，在该废气EX中的气体组成稍微发生了变化的情况下，也能够将脱硝反应器10中的脱硝率确保为阈值以上。
在本实施方式中，在脱硝率小于阈值时，变更目标温度范围，在脱硝率成为阈值以上时，脱硝率成为阈值以上时的目标温度范围成为暂时确定的目标温度范围，在该目标温度范围内进行运转直至脱硝率小于阈值为止。然而，在脱硝率小于阈值而对目标温度范围进行上升处理最终使得脱硝率上升的情况下，也可以反复进行上升处理直至脱硝率下降为止，在脱硝率马上要下降的目标温度范围内进行运转。在该情况下，进而在脱硝率小于阈值而对目标温度范围进行下降处理最终使得脱硝率上升的情况下，反复进行下降处理直至脱硝率下降为止，在脱硝率马上要下降的目标温度范围内进行运转。即，在该例中，寻找包括使脱硝率成为最高的温度在内的温度范围，将该温度范围设为目标温度范围。需要说明的是，在该例中，在脱硝率小于阈值时，开始寻找包括使脱硝率成为最高的温度在内的温度范围，但也可以与脱硝率是否小于阈值无关而每隔一定时间地寻找包括使脱硝率成为最高的温度在内的温度范围。进而，也可以每隔一定时间地寻找仅是使脱硝率升高的温度范围，将该温度范围设为目标温度范围。
另外，本实施方式是第一实施方式的变形例，但在第二实施方式及以下的第三实施方式中，也可以与本实施方式同样地基于脱硝率来变更目标温度范围。
[脱硝装置的第四实施方式]
参照图12及图13对本发明的脱硝装置的第四实施方式进行说明。
如图12所示，本实施方式的脱硝装置1c是第二实施方式的脱硝装置1a的变形例。本实施方式的脱硝装置1c在第二实施方式的脱硝装置1a中追加了旁通线路45、旁通流量调节部46及旁通废热回收器35c，另一方面，省略了第二实施方式中的废热回收器35。
旁通线路45将第一脱硝完成气体线路43与第二脱硝完成气体线路44连接，而使脱硝完成气体EXa绕开热交换器15。
旁通流量调节部46具备旁通阀47和旁通控制器48。旁通阀47设置于旁通线路45，对在该旁通线路45中流动的脱硝完成气体EXa的流量进行调节。旁通控制器48根据由温度计29检测出的温度来控制旁通阀47的阀开度。
旁通废热回收器35c设置于旁通线路45。该旁通废热回收器35c是如下的热交换器：使在旁通线路45中流动的脱硝完成气体EXa与制冷剂进行热交换，从而将脱硝完成气体EXa冷却，另一方面将制冷剂加热。本实施方式的脱硝装置1c还具备限制旁通废热回收器35c中的脱硝完成气体EXa与制冷剂的热交换的热交换限制器。该热交换限制器具备对在与旁通废热回收器35c连接的制冷剂线路中通过的制冷剂的流量进行调节的制冷剂流量调节阀36c、以及根据由温度计29检测出的温度来控制制冷剂流量调节阀36c的阀开度的控制器37c。
接着，按照图13所示的脱硝装置1c的序列图来说明脱硝装置1c的动作。
在本实施方式的脱硝装置1c中，也与第二实施方式的脱硝装置1a同样，在运转开始信号SS向COG流量调节阀23的控制器24输入时(S1)，COG流量调节阀23打开，开始温度调节工序(S2)。进而，在本实施方式的脱硝装置1c中，也与第二实施方式的脱硝装置1a同样，执行基于热交换器15进行的热交换工序(S3)、基于脱硝反应器10进行的脱硝工序(S4)、基于性能提高气体供给器30进行的性能提高气体供给工序(S5)。
在本实施方式中，作为温度调节工序(S2)中的一工序，取代第二实施方式中的热回收工序(S2a)而执行旁通/热回收工序(S2b)。在该旁通/热回收工序(S2b)中，在由温度计29检测出的温度比规定的温度(例如290℃)高时，旁通控制器48打开旁通阀47，将该旁通阀47的阀开度设为与由温度计29检测出的温度对应的阀开度。进而，控制器37c打开制冷剂流量调节阀36，将制冷剂流量调节阀36的阀开度设为与由温度计29检测出的温度对应的阀开度。其结果是，来自脱硝反应器10的脱硝完成气体EXa的一部分经由旁通线路45而向第二脱硝完成气体线路44流入。另外，制冷剂向旁通废热回收器35c内流入，在旁通线路45中流动的脱硝完成气体EXa与制冷剂进行热交换，脱硝完成气体EXa被冷却，另一方面，制冷剂被加热。被加热了的制冷剂的热量根据需要而在系统外被利用。
如上所述，在本实施方式中，能够将脱硝反应中多余的热量向系统外排出并回收该排出的热量。另外，与第二实施方式相比，本实施方式在脱硝装置完成后，在发现了脱硝反应中产生多余的热量的情况下、脱硝前气体EXb的气体组成发生变化而导致在脱硝反应中产生了多余的热量的情况下，能够减少用于回收脱硝反应中多余的热量的第一脱硝完成气体线路43的改造工程量。
需要说明的是，在本实施方式中，在旁通线路45设置有旁通废热回收器35c，但只要是用于将脱硝反应中多余的热量排出即可，也可以不设置该旁通废热回收器35c。另外，本实施方式是第二实施方式的变形例，但也可以在第一实施方式中与本实施方式同样地设置旁通线路45和旁通流量调节部46，并且根据需要来设置旁通废热回收器35c。
[脱硝装置的第五实施方式]
参照图14来说明本发明的脱硝装置的第五实施方式。
如图14所示，本实施方式的脱硝装置1d是第一实施方式的脱硝装置1的变形例。本实施方式的脱硝装置1d是在第一实施方式的脱硝装置1中追加了旁通线路45d及旁通流量调节部46d的装置。
旁通线路45d将第二脱硝前气体线路42与第一脱硝完成气体线路43连接，而使脱硝前气体EXb绕开脱硝反应器10。
旁通流量调节部46d具备旁通阀47d和旁通控制器48d。旁通阀47d设置于旁通线路45d，对在该旁通线路45d中流动的脱硝前气体EXb的流量进行调节。旁通控制器48d根据由温度计29检测出的温度来控制旁通阀47d的阀开度。
接着，说明本实施方式的脱硝装置1d的动作。
在本实施方式的脱硝装置1d中，与使用图3所说明的第一实施方式的脱硝装置1的动作同样，在运转开始信号SS向COG流量调节阀23的控制器24输入时(S1)，COG流量调节阀23打开，开始温度调节工序(S2)。进而，在本实施方式的脱硝装置1d中，也与第一实施方式的脱硝装置1同样，执行基于热交换器15进行的热交换工序(S3)、基于脱硝反应器10进行的脱硝工序(S4)。
在本实施方式中，作为温度调节工序(S2)中的一工序，执行旁通工序。在该旁通工序中，在由温度计29检测出的温度比规定的温度(例如290℃)高时，旁通控制器48d打开旁通阀47d，将该旁通阀47d的阀开度设为与由温度计29检测出的温度对应的阀开度。其结果是，脱硝前气体EXb的一部分经由旁通线路45d而向第一脱硝完成气体线路43流入。在该情况下，脱硝前气体EXb的一部分不向脱硝反应器10流入。因此，脱硝反应器10内的脱硝反应所产生的发热量降低。因此，经由第一脱硝完成气体线路43而向热交换器15流入的气体的温度降低。其结果是，在热交换器15中对脱硝前气体EXb进行加热的热量降低，而使向脱硝反应器10流入的脱硝前气体EXb的温度降低。即，由温度计29检测出的温度成为规定的温度(例如290℃)以下。
与第二实施方式相比，在本实施方式中，在脱硝装置完成后，在发现了脱硝反应中产生多余的热量的情况下、脱硝前气体EXb的气体组成发生变化而导致在脱硝反应中产生了多余的热量的情况下，能够减少用于排出脱硝反应中多余的热量的改造工程量。
需要说明的是，在本实施方式中，也可以设置用于回收在旁通线路45d或第一脱硝完成气体线路43中流动的气体的热量的废热回收器。另外，本实施方式是第一实施方式的变形例，但在第二实施方式中，也可以与本实施方式同样地设置旁通线路45d、旁通流量调节部46d。
[脱硝反应器的变形例]
参照图15～图17来说明以上的各实施方式中的脱硝反应器的变形例。
以下所说明的第一变形例的脱硝反应器及第二变形例的脱硝反应器均是等温反应器。
如图15所示，第一变形例的脱硝反应器10a具备反应容器14a、催化剂11、温度分布调节器60和出口温度调节器65。在反应容器14a形成有供脱硝前气体EXb流入的脱硝前气体入口12a和供脱硝完成气体EXa流出的脱硝完成气体出口13a。催化剂11沿着反应容器14a内的废气EX的流动方向分布配置。在本变形例中，多个催化剂11a～11d沿着废气EX的流动方向隔开间隔地排列配置。由此，催化剂11沿着废气EX的流动方向分布配置。反应容器14a内的废气EX的流动方向在本变形例中是从脱硝前气体入口12a朝向脱硝完成气体出口13a侧的方向。温度分布调节器60以使废气EX的流动方向上的所有位置处的催化剂11a～11d的温度落入规定温度范围内的方式调节催化剂11的温度分布。该温度分布调节器60具备热交换器61、温度计62和制冷剂流量调节阀63。热交换器61在反应容器14a内配置于多个催化剂11a～11d的彼此之间，使在多个催化剂11a～11d的彼此之间流动的废气EX与制冷剂进行热交换。温度计62配置在多个催化剂11a～11d的彼此之间且配置在比热交换器61靠废气EX的流动的下流侧的位置，对该废气EX的温度进行检测。制冷剂流量调节阀63基于由温度计62检测出的温度来调节向热交换器61流入的制冷剂的流量。具体而言，制冷剂流量调节阀63以使由温度计62检测出的温度例如落入目标温度范围的方式对向热交换器61流入的制冷剂的流量进行调节(温度分布调节工序)。出口温度调节器65与温度分布调节器60同样地具备热交换器66、温度计67和制冷剂流量调节阀68。热交换器66在反应容器14a内配置在多个催化剂11a～11d中的最下流侧的催化剂11d的下流侧，使通过最下流侧的催化剂11d后的废气EX与制冷剂进行热交换。温度计67对通过热交换器66后的废气EX的温度进行检测。制冷剂流量调节阀68基于由温度计67检测出的温度来调节向热交换器66流入的制冷剂的流量。具体而言，制冷剂流量调节阀68以使由温度计67检测出的温度例如成为290℃以下的方式对向热交换器66流入的制冷剂的流量进行调节(出口温度调节工序)。
如上所述，在本变形例中，在多个催化剂11a～11d的彼此之间配置有热交换器61，因此能够减小多个催化剂11a～11d的彼此之间的废气EX的温度差，从而能够在多个催化剂11a～11d的彼此之间减小温度差。换言之，使多个催化剂11a～11d的温度落入规定温度范围内。其结果是，如图17所示，与没有设置温度分布调节器60的情况(图中用虚线表示)相比，本变形例(图中用实线表示)更能提高脱硝反应器10a的出口处的脱硝率。如图17所示，在脱硝反应器10a的入口处的废气温度比成为最高脱硝率的废气温度低的状态下，没有设置温度分布调节器60的情况下的脱硝率与本变形例的脱硝率不存在大的差异。另一方面，在脱硝反应器10a的入口处的废气温度比成为最高脱硝率的废气温度高时，与没有设置温度分布调节器60的情况下的脱硝率相比，本变形例的脱硝率更高。
在反应容器14a的入口的位置处，与从脱硝前气体入口12a朝向脱硝完成气体出口13a的第一方向垂直的假想面内的实际的温度存在偏差。例如以刚流入反应容器14a后的脱硝前气体的平均温度、即平均入口气体温度为基准，该假想面内的实际的温度存在±10～20℃这种程度的偏差。在平均入口气体温度为260℃(比成为最高脱硝率的废气温度高)且所述假想平面内的实际的温度存在±10～20℃这种程度的偏差的情况下，若没有设置温度分布调节器60，则如图17所示，脱硝反应器10a的出口处的脱硝率小于50％。另一方面，同样在平均入口气体温度为260℃且所述假想平面内的实际的温度存在±10～20℃这种程度的偏差的情况下，若设置有温度分布调节器60，则脱硝反应器10a的出口处的脱硝率成为50％以上。
需要说明的是，在图17中，设置有温度分布调节器60的情况下的脱硝率是具有规定的规格的热交换器61且使规定的流量的制冷剂流过了该热交换器61时得到的脱硝率。因此，设置有温度分布调节器60的情况下的脱硝率在改变热交换器61的规格或制冷剂的流量时成为与图17所示的脱硝率不同的脱硝率。但是，即便是改变热交换器61的规格等也还是存在这样的倾向：在脱硝反应器10a的入口处的废气温度比成为最高脱硝率的废气温度高时，与没有设置温度分布调节器60的情况下的脱硝率相比，设置有温度分布调节器60的情况下的脱硝率更高。
进而，在本变形例中，能够将脱硝反应器10a的出口处的废气温度抑制为规定温度以下。
如图16所示，第二变形例的脱硝反应器10b具备反应容器14b、传热构件61b、催化剂11和温度分布调节器60b。在反应容器14b形成有供脱硝前气体EXb流入的脱硝前气体入口12b和供脱硝完成气体EXa流出的脱硝完成气体出口13b。传热构件61b是传热管或传热板。该传热构件61b配置在反应容器14b内，将反应容器14b内分隔为供制冷剂流动的制冷剂空间与供废气EX流动的废气空间。传热构件61b沿着反应容器14b内的废气EX的流动方向较长地延伸。催化剂11形成在传热构件61b的表面且形成在废气空间侧的表面。因此，催化剂11沿着废气EX的流动方向分布配置。制冷剂从制冷剂空间的下流侧流入，且从该制冷剂空间的上流侧流出。温度分布调节器60b以使废气EX的流动方向上的所有位置处的催化剂11的温度落入规定温度范围内的方式调节催化剂11的温度分布。该温度分布调节器60b具备作为热交换器的传热构件61b、温度计62b和制冷剂流量调节阀63b。温度计62b对通过了催化剂11后的废气EX的温度进行检测。制冷剂流量调节阀63b基于由温度计62b检测出的温度来调节向反应容器14b内的制冷剂空间流入的制冷剂的流量。具体而言，制冷剂流量调节阀63b以使由温度计62b检测出的温度例如落入目标温度范围的方式对向制冷剂空间流入的制冷剂的流量进行调节(温度分布调节工序)。
如上所述，在本变形例中，废气EX的流动方向上的所有位置处的催化剂11的温度落入规定温度范围内。其结果是，在本变形例中，与第一变形例同样能够提高脱硝反应器10b的出口处的脱硝率。
需要说明的是，在本变形例中，使催化剂11与制冷剂进行热交换来调节催化剂11的温度分布。另一方面，在第一变形例中，通过使废气EX与制冷剂进行热交换来调节废气EX的温度分布，由此间接地对催化剂11的温度分布进行调节。即，在调节催化剂11的温度分布的情况下，也可以直接地对催化剂11的温度分布进行调节，还可以间接地对催化剂11的温度分布进行调节。
另外，在以上的各实施方式及各变形例中，使用各种制冷剂。以上，作为制冷剂，有第二实施方式的在废热回收器35中流动的第一制冷剂、第三实施方式的在旁通废热回收器35c中流动的第二制冷剂、第一变形例的在热交换器61中流动的第三制冷剂、第二变形例的在传热构件61b内的制冷剂空间中流动的第四制冷剂等。这些制冷剂可以是相同的制冷剂(例如水)，也可以是彼此不同的制冷剂。
[废气处理设备的实施方式]
参照图18对本发明的废气处理设备的一实施方式进行说明。
大多的制铁厂具备在作为原料的铁矿石中混合石灰成分来生成矿石的块状物即烧结矿55的烧结炉51、对煤进行烘焙来生成焦炭56的焦炭炉52、在烧结矿55中放入焦炭56来取出烧结矿55中的铁成分的高炉53、以及对来自烧结炉51的废气EX进行处理的废气处理设备。本实施方式的废气处理设备100是该制铁厂中的废气处理设备。
本实施方式的废气处理设备100具备上述第二实施方式的脱硝装置1a、将来自烧结炉51的废气EX向该脱硝装置1a引导的废气线路101、设置在该废气线路101中的集尘器102及脱硫装置103。
废气线路101与脱硝装置1a中的第一脱硝前气体线路41连接。集尘器102可以是湿式集尘器、干式集尘器中的任一种。另外，作为集尘器102，可以设置湿式集尘器和干式集尘器这两方。
脱硫装置103是如下装置：例如将石灰石作为吸收材料来对废气EX进行湿式处理，并将与石灰石发生了反应的硫磺氧化物(以下，称为SOx)作为石膏来取出。
在本实施方式的废气处理设备100中，利用集尘器102从废气EX中除去灰尘，并利用脱硫装置103除去废气EX中的SOx成分，之后，利用脱硝装置1a对废气EX中的NOx进行还原。NOx被还原后的废气EX从烟囱104向大气中放出。
向本实施方式的脱硝装置1a的燃烧器21供给由焦炭炉52产生的COG。另外，向本实施方式的脱硝装置1a的性能提高气体线路31供给由高炉53产生的BFG来作为脱硝性能提高气体PIG。
制铁厂大多情况下除了具备前述的烧结炉51、焦炭炉52、高炉53以外，还具备从由高炉53取出的烧结矿中的铁成分即生铁除去碳成分、杂质的转炉。在该情况下，在脱硝装置1a的性能提高气体线路31中，可以使用由转炉产生的LDG来作为脱硝性能提高气体PIG，还可以使用BFG与LDG的混合气体来作为脱硝性能提高气体PIG。
需要说明的是，本实施方式的废气处理设备100所具备的脱硝装置是上述第二实施方式的脱硝装置1a。然而，该脱硝装置也可以是上述第一实施方式的脱硝装置1、第三实施方式的脱硝装置1b、第四实施方式的脱硝装置1c中的任一方的脱硝装置。
本实施方式的废气处理设备100是对来自制铁厂的烧结炉51的废气EX进行处理的设备。然而，在废气EX中含有CO及NOx的情况下，脱硝装置1a(或脱硝装置1、1b、1c)及包括该装置的废气处理设备100可以对来自烧结炉51以外的气体来自产生源的废气EX进行处理。
工业实用性
根据本发明的一方式，能够抑制从废气的流入开始至氮氧化物的处理开始为止的时间延迟，并且能够在这之后也稳定地对氮氧化物进行处理。
附图标记说明
1、1a、1b、1c、1d：脱硝装置
10、10a、10b：脱硝反应器
11、11a、11b、11c、11d：催化剂
12、12a、12b：脱硝前气体入口
13、13a、13b：脱硝完成气体出口
14a、14b：反应容器
15：热交换器
20、20b：加热器
21：加热部或燃烧器
22、22b：加热量调节部
23：COG流量调节阀
24、24b：控制器
25：脱硝率运算部
26：目标变更部
27：指示部
29：温度计
30：性能提高气体供给器
31：性能提高气体线路
32：性能提高气体流量调节阀
33：控制器
35：废热回收器
35c：旁通废热回收器
39：浓度计
39a：第一浓度计
39b：第二浓度计
41：第一脱硝前气体线路
42：第二脱硝前气体线路
43：第一脱硝完成气体线路
44：第二脱硝完成气体线路
45、45d：旁通线路
46、46d：旁通流量调节部
47、47d：旁通阀
48、48d：旁通控制器
60、60b：温度分布调节器
61：热交换器
61b：传热构件(热交换器)
62、62b：温度计
63、63b：制冷剂流量调节阀
65：出口温度调节器
66：热交换器
67：温度计
68：制冷剂流量调节阀
100：废气处理设备
101：废气线路
102：集尘器
103：脱硫装置
104：烟囱
EX：废气
EXa：脱硝完成气体
EXb：脱硝前气体
PIG：脱硝性能提高气体
SS：运转开始信号

Claims (27)

1.一种脱硝装置，其具备：
脱硝反应器，在所述脱硝反应器中填充有使废气中含有的氮氧化物还原的含有Ir的催化剂；
热交换器，其使向所述脱硝反应器流入前的废气即脱硝前气体与从所述脱硝反应器流出的废气即脱硝完成气体进行热交换，从而将所述脱硝完成气体冷却，另一方面将所述脱硝前气体加热；以及
加热量可调节的加热器，其对通过所述热交换器后的所述脱硝前气体进行加热。
2.根据权利要求1所述的脱硝装置，其中，
所述脱硝装置在比所述加热器靠所述脱硝反应器侧的位置具备对向所述脱硝反应器流入前的气体的温度进行检测的温度计，
所述加热器具备：对向所述脱硝反应器流入的气体进行加热的加热部；以及以使由所述温度计检测出的温度落入目标温度范围内的方式对所述加热部的加热量进行调节的加热量调节部。
3.根据权利要求2所述的脱硝装置，其中，
所述加热量调节部在来自开始运转了的气体产生源的所述废气向所述脱硝反应器流入前，以使由所述温度计检测出的温度落入所述目标温度范围内的方式对所述加热部的加热量进行调节。
4.根据权利要求2或3所述的脱硝装置，其中，
所述目标温度范围处于200～300℃的范围内。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的脱硝装置，其中，
所述脱硝装置具备：
第一浓度计，其对所述脱硝前气体中的氮氧化物的浓度进行检测；以及
第二浓度计，其对所述脱硝完成气体中的氮氧化物的浓度进行检测，
所述加热量调节部具备：
脱硝率运算部，其根据由所述第一浓度计检测出的氮氧化物的浓度和由所述第二浓度计检测出的氮氧化物的浓度来求解所述脱硝反应器中的脱硝率；
目标变更部，其以使所述脱硝率升高的方式变更所述目标温度范围；以及
指示部，其以使由所述温度计检测出的温度落入目标温度范围内的方式向所述加热部指示所述加热部的加热量。
6.根据权利要求5所述的脱硝装置，其中，
所述目标变更部以使所述脱硝率成为预先确定的值以上的方式变更所述目标温度范围。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的脱硝装置，其中，
所述脱硝装置具备将含有氢和一氧化碳中的至少一方的脱硝性能提高气体向所述脱硝前气体中供给的性能提高气体供给器。
8.根据权利要求7所述的脱硝装置，其中，
所述脱硝装置具备对所述脱硝完成气体中的氮氧化物的浓度进行检测的浓度计，
所述性能提高气体供给器具备：用于调节向所述脱硝前气体中供给的所述脱硝性能提高气体的流量的性能提高气体流量调节阀；以及根据由所述浓度计检测出的所述氮氧化物的浓度来控制所述性能提高气体流量调节阀的阀开度的控制器。
9.根据权利要求7或8所述的脱硝装置，其中，
所述目标温度范围处于170～300℃的范围内。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的脱硝装置，其中，
所述脱硝反应器具备：
反应容器；
沿着所述反应容器内的所述废气的流动方向分布配置的所述催化剂；以及
以使所述流动方向上的所有位置处的所述催化剂的温度落入规定温度范围内的方式调节所述催化剂的温度分布的温度分布调节器。
11.根据权利要求10所述的脱硝装置，其中，
所述温度分布调节器具备使所述催化剂或所述反应容器内的所述废气与制冷剂进行热交换的热交换器。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的脱硝装置，其中，
所述脱硝装置具备废热回收器，所述废热回收器使从所述脱硝反应器流出且向所述热交换器流入前的所述脱硝完成气体与制冷剂进行热交换，从而将所述脱硝完成气体冷却，另一方面将所述制冷剂加热。
13.根据权利要求1～11中任一项所述的脱硝装置，其中，
所述脱硝装置具备：
旁通线路，其使从所述脱硝反应器流出且向所述热交换器流入前的所述脱硝完成气体绕开所述热交换器；以及
旁通流量调节器，其对在所述旁通线路中流动的所述脱硝完成气体的流量进行调节。
14.根据权利要求13所述的脱硝装置，其中，
所述脱硝装置具备旁通废热回收器，所述旁通废热回收器在所述旁通线路中配置在比所述旁通流量调节器靠所述脱硝完成气体的流动的下流侧的位置，所述旁通废热回收器使所述脱硝完成气体与制冷剂进行热交换，从而将所述脱硝完成气体冷却，另一方面将所述制冷剂加热。
15.根据权利要求1～12中任一项所述的脱硝装置，其中，
所述脱硝装置具备：
旁通线路，其使所述脱硝前气体绕开所述脱硝反应器而与所述脱硝完成气体合流；以及
旁通流量调节器，其对在所述旁通线路中流动的所述脱硝前气体的流量进行调节。
16.一种脱硝方法，其执行下述工序：
脱硝工序，在所述脱硝工序中，在脱硝反应器内利用含有Ir的催化剂来使废气中含有的氮氧化物还原；
热交换工序，在所述热交换工序中，使通过所述脱硝工序进行处理前的废气即脱硝前气体与通过所述脱硝工序进行处理后的废气即脱硝完成气体进行热交换，从而将所述脱硝完成气体冷却，另一方面将所述脱硝前气体加热；以及
温度调节工序，在所述温度调节工序中，以使所述脱硝前气体的温度落入目标温度范围内的方式对所述脱硝前气体的温度进行调节。
17.根据权利要求16所述的脱硝方法，其中，
在所述温度调节工序中，在来自开始运转了的气体产生源的所述废气向所述脱硝反应器流入前，以使向所述脱硝反应器流入的气体的温度落入所述目标温度范围内的方式对向所述脱硝反应器流入的所述气体的温度进行调节。
18.根据权利要求16或17所述的脱硝方法，其中，
所述目标温度范围处于200～300℃的范围内。
19.根据权利要求16～18中任一项所述的脱硝方法，其中，
在所述温度调节工序中，
对所述脱硝前气体中的氮氧化物的浓度和所述脱硝完成气体中的氮氧化物的浓度进行检测，
根据所述脱硝前气体中的氮氧化物的浓度和所述脱硝完成气体中的氮氧化物的浓度来求解所述脱硝反应器中的脱硝率，
以使所述脱硝率升高的方式变更所述目标温度范围，
以使所述脱硝前气体的温度落入所述目标温度范围内的方式对所述脱硝前气体的温度进行调节。
20.根据权利要求19所述的脱硝方法，其中，
在所述温度调节工序中，以使所述脱硝率成为预先确定的值以上的方式变更所述目标温度范围。
21.根据权利要求16～20中任一项所述的脱硝方法，其中，
在所述脱硝方法中，执行将含有氢和一氧化碳中的至少一方的脱硝性能提高气体向所述脱硝前气体中供给的性能提高气体供给工序。
22.根据权利要求21所述的脱硝方法，其中，
在所述性能提高气体供给工序中，对所述脱硝完成气体中的氮氧化物的浓度进行检测，并根据所述氮氧化物的浓度来调节向所述脱硝前气体中供给的所述脱硝性能提高气体的流量。
23.根据权利要求21或22所述的脱硝方法，其中，
所述目标温度范围处于170～300℃的范围内。
24.根据权利要求16～23中任一项所述的脱硝方法，其中，
所述脱硝反应器具备反应容器、以及沿着所述反应容器内的所述废气的流动方向分布配置的所述催化剂，
在所述脱硝方法中，执行以使所述流动方向上的所有位置处的所述催化剂的温度落入规定温度范围内的方式调节所述催化剂的温度分布的温度分布调节工序。
25.根据权利要求16～24中任一项所述的脱硝方法，其中，
所述温度调节工序包括废热回收工序，在所述废热回收工序中，使通过所述脱硝工序进行了处理且通过所述热交换工序进行热交换前的所述脱硝完成气体与制冷剂进行热交换，从而将所述脱硝完成气体冷却，另一方面将所述制冷剂加热。
26.根据权利要求16～25中任一项所述的脱硝方法，其中，
所述温度调节工序包括旁通工序，在所述旁通工序中，使通过所述热交换工序与所述脱硝前气体进行热交换前的所述脱硝完成气体的至少一部分不与所述脱硝前气体进行热交换。
27.根据权利要求16～25中任一项所述的脱硝方法，其中，
所述温度调节工序包括使所述脱硝前气体的至少一部分与所述脱硝完成气体合流的旁通工序。
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