CN109196277A - 废气脱硝装置、焚烧炉和废气脱硝方法 - Google Patents

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Abstract

提供废气脱硝装置、焚烧炉和废气脱硝方法。废气脱硝装置(4)具备收容多个催化剂模块(439)并流入有废气的催化反应塔(43)，以及在废气的流动方向配置于催化反应塔(43)上游侧的废气加热器(41)。废气脱硝装置(4)在第一脱硝状态与第二脱硝状态之间切换，第一脱硝状态下，在催化反应塔(43)中使用多个催化剂模块(439)进行废气脱硝，第二脱硝状态一边采用废气加热器(41)使流入催化反应塔(43)的废气的温度高于第一脱硝状态，一边使用少于第一脱硝状态的催化剂模块(439)进行废气脱硝。通过提高流入催化反应塔(43)的废气的温度，在将多个催化剂模块(439)的一部分用于脱硝时实现了抑制脱硝性能降低。

Description

废气脱硝装置、焚烧炉和废气脱硝方法
技术领域
本发明涉及废气脱硝装置、焚烧炉和废气脱硝方法。
背景技术
公知的是，在采用催化剂的废气脱硝装置中，起因于催化反应塔的运转温度和/或废气中的水分、三氧化硫及氨的浓度，在催化剂表面析出作为反应生成物的硫酸铵和/或硫酸氢铵。催化剂的活性度因反应生成物的析出而降低，变得不能满足所要求的脱硝性能。因此，通过定期地将催化剂运到外部进行水洗处理或加热处理，从而使催化剂再生。可是，在进行上述作业时，需要使废气脱硝装置和设置有该废气脱硝装置的设备停止运转。因此，日本专利公开公报特开平10-192657号(文献1)公开了不必停止设备而进行催化剂的再生的方法。所述方法中，将催化剂塔(催化反应塔)的内部分割为两室以上，一室一室地进行催化剂的再生，并且使废气经过剩余的室来进行废气脱硝。
另外，在日本专利公开公报特开平10-15345号的燃烧废气净化方法中，将燃烧废气导入移动层式的脱硫层进行脱硫，并将脱硫处理后的燃烧气体划分为两部分，对划分后的废气分别根据脱硫状态进行升温调节，在脱硝层中进行氨接触还原脱硝。
可是，按照文献1的方法，在催化剂塔(催化反应塔)设置有多个催化剂模块的情况下，在一室一室地进行的催化剂的再生中，由于用于脱硝的催化剂模块的个数变少，所以脱硝性能会降低。
发明内容
本发明的目的是提供在将多个催化剂模块的一部分用于脱硝时能抑制脱硝性能降低的废气脱硝装置。
本发明的废气脱硝装置包括：催化反应器，收容多个催化剂模块并流入有废气；废气加热器，在所述废气的流动方向上配置于所述催化反应器的上游侧；以及控制单元，所述控制单元对第一脱硝状态和第二脱硝状态进行切换，在所述第一脱硝状态下，在所述催化反应器中使用所述多个催化剂模块进行所述废气的脱硝，在所述第二脱硝状态下，一边采用所述废气加热器使流入所述催化反应器的所述废气的温度高于所述第一脱硝状态，一边使用少于所述第一脱硝状态的催化剂模块进行所述废气的脱硝。
按照本发明，在多个催化剂模块的一部分用于脱硝时，可以抑制脱硝性能降低。
本发明的一个优选实施方式中，所述催化反应器具有相对于所述废气的气流并列设置的多个催化剂室，所述多个催化剂模块收容于所述多个催化剂室，从所述废气加热器至所述多个催化剂室的所述废气的多个流道能单独地开闭。
此时优选的是，废气脱硝装置还包括催化剂再生部，所述催化剂再生部能对所述多个催化剂室选择性供给催化剂再生用气体。
更优选的是，所述催化剂再生部包括：循环流道，供循环气体循环；以及循环气体加热器，设置于所述循环流道，用于加热所述循环气体，所述控制单元使所述多个催化剂室中的被选择的催化剂室包含于所述循环流道的一部分，所述催化剂再生用气体是通过循环而升温至预定温度以上的所述循环气体。
例如，在从所述废气的产生源排出所述废气的排出通道中，设置有脱硫装置，经过了被选择的催化剂室的所述催化剂再生用气体流入所述排出通道中的所述脱硫装置的上游侧。
本发明的另一优选实施方式中，所述催化反应器包括：催化剂室，流入有所述废气；以及催化剂再生室，与所述催化剂室相邻设置，被供给有催化剂再生用气体，所述控制单元将所述多个催化剂模块分别选择性配置于所述催化剂室和所述催化剂再生室。
本发明也涉及焚烧炉。本发明的焚烧炉包括：燃烧室，使废弃物燃烧；排出通道，将所述燃烧室中产生的废气从所述燃烧室排出；以及上述的废气脱硝装置，设置于所述排出通道。
本发明也涉及废气脱硝装置的废气脱硝方法。
参照附图并根据以下的本发明的详细说明，可以更清楚地了解上述目的和其他目的、特征、方式及优点。
附图说明
图1是表示焚烧炉的结构的图。
图2是表示控制单元的结构的图。
图3是表示脱硝的处理流程的图。
图4是表示脱硝的处理时序的图。
图5是表示脱硝时废气温度与必要催化剂量之间的关系的图。
图6是表示废气脱硝装置的另一例的图。
图7是表示废气脱硝装置的另一例的图。
图8是表示废气脱硝装置的另一例的图。
图9是表示废气脱硝装置的另一例的图。
图10是表示废气脱硝装置的另一例的图。
图11是催化反应塔的断面图。
图12是表示废气脱硝装置的另一例的图。
图13是表示焚烧炉的另一例的图。
附图标记说明
1 焚烧炉
2 燃烧室
3 排出通道
4、4a 废气脱硝装置
31 降温塔
32 药剂供给部
33 袋式除尘器
41 废气加热器
43 催化反应塔
44 催化剂再生部
45 循环流道
46 循环气体加热器
381～383 流入通道
400 控制单元
431～434 催化剂室
435 催化剂再生室
437 转动部
439 催化剂模块
S11～S16 步骤
具体实施方式
图1是表示本发明一个实施方式的焚烧炉1的结构的图。焚烧炉1例如是一边由多个炉排(机械炉排(stoker))输送作为废弃物的垃圾，一边使垃圾燃烧的机械炉排式的焚烧炉。焚烧炉1也可以是机械炉排式的焚烧炉以外的焚烧炉(例如流化床炉、窑炉等)。
焚烧炉1具备燃烧室2和排出通道3。在燃烧室2中进行垃圾的燃烧以及垃圾产生的可燃气体的燃烧。排出通道3将燃烧室2中产生的废气(燃烧气体)从燃烧室2排出，并导向烟囱35。即，以燃烧室2为产生源的废气在排出通道3内从燃烧室2朝向烟囱35流动。烟囱35将废气向大气释放。图1中用粗实线表示了排出通道3。
在排出通道3中，从燃烧室2朝向烟囱35亦即从废气的流动方向上的上游侧朝向下游侧，依次设置有降温塔31、药剂供给部32、袋式除尘器33、废气脱硝装置4和诱引通风机34。降温塔31向废气供水而降低废气的温度。药剂供给部32通过在袋式除尘器33入口侧的排出通道3中向排出通道3内流动的废气吹入用于脱盐和脱硫的药剂(例如消石灰的粉末)，从而在排出通道3的内部和袋式除尘器33中引起脱盐和脱硫反应，并将该反应生成物和/或废气中所含的粉尘除去。即，药剂供给部32和袋式除尘器33是脱盐装置，并且也是脱硫装置。袋式除尘器33还将废气所含的烟尘除去。废气脱硝装置4在入口侧以喷雾方式喷出氨，利用催化反应分解氮氧化物(NOx)，并且根据使用的催化剂而将由废弃物焚烧所产生的二恶英分解。诱引通风机34将排出通道3内的废气导向烟囱35。
废气脱硝装置4具备废气加热器41、氨供给部42、催化反应塔43、催化剂再生部44和图2的控制单元400。控制单元400负责废气脱硝装置4的整体控制。控制单元400具备废气温度控制部410、脱硝控制部420、切换控制部470和循环气体温度控制部460。
图1的废气加热器41设置于排出通道3。热源411借助阀412连接于废气加热器41。此外，在排出通道3中的废气加热器41的下游侧附近，设置有用于检测从废气加热器41排出的废气的温度的温度检测部413。温度检测部413的检测值被输入废气温度控制部410，利用基于所述检测值进行的阀412的开度控制，改变从热源411向废气加热器41供给的热介质的流量。热源411例如是设置在燃烧室2的上方的锅炉21，来自锅炉21的蒸汽作为热介质供给至废气加热器41。利用废气加热器41，将从袋式除尘器33排出的废气加热到预定的温度。
氨供给部42借助阀421连接于排出通道3，在比流入通道381～383更靠上游侧，向从废气加热器41排出的废气供给作为还原剂的氨，所述流入通道381～383与分路为多室的催化反应塔43连接。氨供给部42也可以设置在废气加热器41的上游侧，优选设置成比袋式除尘器33更靠下游侧。为了利用阀421的开度控制、或者氨水供给泵的行程和转速等的控制来控制供给量，氨供给部42连接有脱硝控制部420。脱硝控制部420具有根据来自NOx浓度检测部37的输入值来控制氨供给量的功能，所述NOx浓度检测部37检测从烟囱35排出的废气中的NOx浓度。有时袋式除尘器33的出口也设置有NOx浓度检测部，以提高控制性。作为催化反应器的催化反应塔43具有多个催化剂室431、432、433。多个催化剂室431～433分别收容有多个催化剂模块439。图1的示例中，各催化剂室431～433收容有一个催化剂模块439。本实施方式中，在多个催化剂室431～433中保持有等量的催化剂。
在催化反应塔43的上游侧附近，排出通道3分路为多个流入通道381～383，多个流入通道381～383分别连接于多个催化剂室431～433的流入口。各流入通道381～383设置有挡板4011～4013。排出通道3的多个流出通道391～393连接于多个催化剂室431～433的流出口，多个流出通道391～393汇合后连接于诱引通风机34。各流出通道391～393设置有挡板4021～4023。在废气脱硝装置4中，废气加热器41、氨供给部42和催化反应塔43在排出通道3中从上游侧朝向下游侧依次设置。图1的示例中设置有三个催化剂室431～433，在以下的说明中称为“第一催化剂室431”、“第二催化剂室432”和“第三催化剂室433”。
催化剂再生部44具有循环流道45、循环气体加热器46和循环气体送风机450。循环气体加热器46和循环气体送风机450设置于循环流道45。循环流道45具有多个第一辅助流道4511～4513和多个第二辅助流道4521～4523。多个第一辅助流道4511～4513分别连接于多个流入通道381～383。各第一辅助流道4511～4513设置有挡板4711～4713。多个第一辅助流道4511～4513在与流入通道381～383相反侧彼此结合成一个流道，并连接于循环气体送风机450。多个第二辅助流道4521～4523分别连接于多个流出通道391～393。各第二辅助流道4521～4523设置有挡板4721～4723。多个第二辅助流道4521～4523在与流出通道391～393相反侧彼此结合，作为一个流道连接于循环气体加热器46。
在催化剂再生部44中，第一至第三催化剂室431～433中的任意的催化剂室被选择性地包含于循环流道45。例如，在形成包含第一催化剂室431的循环流道45的情况下，与第一催化剂室431的流入通道381连接的第一辅助流道4511的挡板4711以及与第一催化剂室431的流出通道391连接的第二辅助流道4521的挡板4721打开，剩余的挡板4712、4713、4722、4723关闭。此外，第一催化剂室431的流入通道381的挡板4011以及流出通道391的挡板4021也关闭。由此，形成从第一催化剂室431经由流入通道381(的一部分)、第一辅助流道4511、循环气体送风机450、循环气体加热器46、第二辅助流道4521以及流出通道391(的一部分)并返回第一催化剂室431的循环流道45。包含第二催化剂室432的循环流道45的形成以及包含第三催化剂室433的循环流道45的形成也与上述相同。在废气脱硝装置4中，利用多个第一辅助流道4511～4513的挡板4711～4713(图2中统称为“挡板471”)以及多个第二辅助流道4521～4523的挡板4721～4723(图2中统称为“挡板472”)，实现了使多个催化剂室431～433中的被选择的催化剂室包含在循环流道45的一部分中的切换部，所述切换部由切换控制部470控制。切换控制部470也进行多个流入通道381～383的挡板4011～4013(图2中统称为“挡板401”)以及多个流出通道391～393的挡板4021～4023(图2中统称为“挡板402”)的控制。
图1的示例中，利用循环气体送风机450的驱动，循环流道45内的气体(以下称为“循环气体”)按照循环气体加热器46、任意的第二辅助流道4521～4523、催化剂室、任意的第一辅助流道4511～4513的顺序(图1中的逆时针方向)循环。循环气体也可以在图1的循环流道45中沿着顺时针方向循环。循环气体加热器46利用来自热源461的热介质等来加热循环流道45内流动的循环气体。在循环流道45中，在循环气体加热器46的下游侧附近(循环气体加热器46与第二辅助流道4521～4523之间)，设置有用于检测循环气体的温度的温度检测部462。温度检测部462的检测值被输入循环气体温度控制部460，以控制循环气体加热器46的热量。
在循环流道45中，空气导入部48连接在多个第一辅助流道4511～4513与循环气体送风机450之间的位置453(以下称为“导入位置453”)。空气导入部48具有挡板481。利用挡板481的打开操作，外部空气由循环气体送风机450导入循环流道45内。在循环流道45中，连接流道49的一端连接在循环气体送风机450与循环气体加热器46之间。连接流道49的另一端连接在排出通道3中的降温塔31与药剂供给部32(的药剂供给位置)之间的位置。连接流道49设置有挡板491。通过打开挡板491，从而在循环流道45内流动的循环气体的一部分经由连接流道49流入排出通道3内。
图3是表示焚烧炉1中的脱硝的处理流程的图，图4是表示脱硝的处理时序的图。在图4的上层中，用粗实线表示了将各催化剂室用于脱硝的期间，用白色矩形表示了不使用的期间。在图4的下层中，表示了废气加热器41加热废气的加热温度，即催化反应塔43的运转温度。图1的焚烧炉1中，在燃烧室2中燃烧垃圾的期间，由废气脱硝装置4持续进行废气脱硝。在废气脱硝装置4的通常运转中，从袋式除尘器33排出的废气由废气加热器41加热到恒定的通常时催化反应塔运转设定温度(图4中为170℃)。图4中，将废气脱硝装置4进行通常运转的期间用带有附图标记P1的箭头表示。
此外，在通常运转中，全部的流入通道381～383的挡板4011～4013以及全部的流出通道391～393的挡板4021～4023打开。由此，流经排出通道3的废气经由多个流入通道381～383持续地流入第一至第三催化剂室431～433，并由多个催化剂模块439脱硝。优选废气脱硝装置4设置有省略图示的流量计和/或差压计，以使流入第一至第三催化剂室431～433的废气的流量相等的方式，控制多个流入通道381～383的挡板4011～4013的开度等。脱硝后的废气经由多个流出通道391～393被导向烟囱35，并向大气排出。如此，在废气脱硝装置4的通常运转中，一边将流入催化反应塔43的废气的温度保持为通常时催化反应塔运转设定温度，一边维持使用第一至第三催化剂室431～433内的催化剂模块439进行废气脱硝的状态(以下称为“第一脱硝状态”)(步骤S11)。另外，在第一脱硝状态下，全部的第一辅助流道4511～4513的挡板4711～4713以及全部的第二辅助流道4521～4523的挡板4721～4723关闭。
如果通常运转持续了预定时间，则进行使一个催化剂室431～433内的催化剂模块439再生的高温运转。图4中，将废气脱硝装置4进行高温运转的期间用带有附图标记P2的箭头表示。在高温运转中，首先利用废气温度控制部410的控制，使废气加热器41加热废气的加热温度从通常时催化反应塔运转设定温度逐渐升高(步骤S12)。如果废气的加热温度(即催化反应塔运转温度)达到预定的再生时催化反应塔运转设定温度(图4中为200℃)，则恒定地保持为再生时催化反应塔运转设定温度。
接下来，确定多个催化剂室431～433中的作为应使内部的催化剂模块439再生的催化剂室而被选择的催化剂室(在此是持续通气时间最长的催化剂室，以下称为“选择催化剂室”)，并且将与选择催化剂室连接的流入通道的挡板(一个流入通道381～383的挡板4011～4013)以及流出通道的挡板(一个流出通道391～393的挡板4021～4023)关闭。由此，在废气脱硝装置4中，选择催化剂室内的催化剂模块439不再用于废气脱硝。另一方面，在用于废气脱硝的催化剂室亦即除了选择催化剂室以外的全部的催化剂室中，持续流入有再生时催化反应塔运转设定温度的废气，所述再生时催化反应塔运转设定温度高于通常时催化反应塔运转设定温度。如此，在废气脱硝装置4中，实现了如下的状态(以下称为“第二脱硝状态”)：一边采用废气加热器41使流入催化反应塔43的废气的温度高于第一脱硝状态，一边使用少于第一脱硝状态的催化剂模块439进行废气脱硝。第二脱硝状态维持预定的期间。
在催化剂再生部44中，利用切换控制部470的控制，与选择催化剂室连接的第一辅助流道的挡板(一个第一辅助流道4511～4513的挡板4711～4713)以及第二辅助流道的挡板(一个第二辅助流道4521～4523的挡板4721～4723)打开，形成包含选择催化剂室的循环流道45。即，利用切换控制部470，选择催化剂室被包含于循环流道45的一部分。接下来，通过开始驱动循环气体送风机450，从而使存在于循环流道45内的气体亦即循环气体开始循环。在第二脱硝状态的期间并行地进行循环气体的循环。如后所述，循环气体主要是空气。
在循环流道45内流动的循环气体被循环气体加热器46加热，循环气体逐渐升温。此时，通过使选择催化剂室自身的温度成为再生时催化反应塔运转设定温度附近，从而循环气体的温度上升变得快速。如果循环气体升温至预定的催化剂再生温度(例如300℃左右)，则选择催化剂室内的催化剂模块439上附着的无用之物(在此是硫酸铵和硫酸氢铵)开始热分解(步骤S13)。例如，硫酸铵和硫酸氢铵分解为SO3(三氧化硫)和NH3(氨)，并混入循环气体。在催化剂再生部44中，预定温度以上的循环气体被视为用于催化剂再生的气体。
如果利用温度检测部462确认到循环气体升温至第一设定温度(例如300℃)，则利用空气导入部48将外部空气从导入位置453导入循环流道45内。空气导入部48导入空气的导入流量配合预先设定的循环气体的升温速度来决定。此外，通过打开连接流道49的挡板491，从而循环气体的一部分经由连接流道49流入排出通道3中的药剂供给部32的上游侧附近。由此，循环气体所含的SO3与废气中的硫氧化物(SOx)一起在排出通道3和袋式除尘器33中被除去。此外，循环气体所含的NH3用于设置在比药剂供给部32更靠下游侧的催化反应塔43中的脱硝反应(选择催化剂室以外的催化剂室内的催化剂模块439中的脱硝反应)。另外，在循环流道45中，优选以使从连接流道49流出的循环气体的流量与利用空气导入部48而流入循环流道45内的空气的流量相等的方式，调整挡板481、491的开度等。与流经排出通道3的废气的流量相比，从连接流道49向排出通道3内流出的循环气体的流量足够低，所以不会因循环气体的混合而导致废气的温度过度变化。
在循环气体加热器46中，如果确认到循环气体达到比第一设定温度高的第二设定温度(例如370℃)，则在预定时间的期间使循环气体恒定地保持在第二设定温度。如上所述，一边维持第二脱硝状态，一边以一定时间除去选择催化剂室内的催化剂模块439上附着的无用之物，即进行催化剂模块439的加热再生(步骤S14)。图4的示例中，确认了催化剂模块439的活性度恢复至95％以上。
随后，停止驱动循环气体送风机450，停止循环流道45中的循环气体的循环。另外，优选连接流道49设置有SO3浓度计和/或NH3浓度计，在确认到从循环流道45朝向排出通道3的循环气体的SO3浓度和/或NH3浓度降低到预定值以下之后，停止循环气体的循环。在循环气体的温度为370℃以上的情况下，由于催化剂模块439上附着的无用之物在短时间内升华，所以省略上述浓度计也不会产生问题。当然，可以根据使用的催化剂的种类等，来决定循环气体的温度和/或再生所需的时间。
如果停止循环流道45中的循环气体的循环，则与选择催化剂室连接的第一辅助流道4511～4513的挡板4711～4713以及第二辅助流道4521～4523的挡板4721～4723关闭，包含选择催化剂室的循环流道45被切断(催化剂再生部44停止)。而且，与选择催化剂室连接的流入通道381～383的挡板4011～4013以及流出通道391～393的挡板4021～4023打开，在排出通道3内流动的废气流入全部的催化剂室431～433内(步骤S15)。即，全部的催化剂室431～433切换为废气通气状态。在废气加热器41中，废气的加热温度从再生时催化反应塔运转设定温度逐渐降低(步骤S16)。如果从废气加热器41排出的废气达到通常时催化反应塔运转设定温度，则恒定地保持在通常时催化反应塔运转设定温度。由此，催化反应塔43返回第一脱硝状态(步骤S11)。
实际上，各催化剂室431～433每隔一定时间依次被选择为选择催化剂室，并执行步骤S12～S16，由此进行所述催化剂室431～433内的催化剂模块439的再生。图4的示例中，以进行高温运转的期间P2成为一定间隔(均等分配)的方式亦即再生间隔一定的方式，使第一至第三催化剂室431～433被选择为选择催化剂室的时期错开。具体而言，在各催化剂室431～433中，催化剂模块439的再生每1500小时进行一次，在催化反应塔43整体中，催化剂模块439的再生每500小时进行一次。作为再生间隔的1500小时仅仅是例示，实际的再生间隔根据设计条件和/或试运转中的确认等，针对每个设备来决定。
在此，说明流入催化反应塔43的废气的温度(与废气加热器41加热废气的加热温度相同，以下简称为“脱硝时废气温度”)与催化反应塔43中必要的催化剂量(以下简称为“必要催化剂量”)之间的关系。图5是表示脱硝时废气温度与必要催化剂量之间的关系的图。在各脱硝时废气温度下的必要催化剂量的计算中，将催化剂的种类、流入催化反应塔43的废气流量、废气中的氮氧化物浓度(或二恶英浓度)、氮氧化物的除去率(或二恶英的除去率)、漏氨量等设定为预定条件。
图5的示例中，在脱硝时废气温度始终为170℃时，必要催化剂量为26.8m3。在催化反应塔43中设置有三个催化剂室的情况下，如果考虑到为了催化剂的再生而不使用一个催化剂室的期间(以下称为“部分使用期间”)，则填充两个催化剂室所必要的催化剂量为26.8m3。实际上，由于催化剂活性度因无用之物的析出而逐渐降低，所以需要估计到一定程度的余量(以下相同)。另一方面，通过将通常运转中的脱硝时废气温度设为170℃，并在即将进入部分使用期间之前将脱硝时废气温度提高至200℃，从而填充两个催化剂室所必要的催化剂量为18.6m3。
换句话说，在将脱硝时废气温度设为始终恒定(脱硝时废气温度在部分使用期间不提高)的情况下，在设置有两个催化剂室和三个催化剂室的催化反应塔43中，在全部的催化剂室中进行填充所必要的总催化剂量(以下称为“填充催化剂量”)分别为必要催化剂量的2倍和1.5倍。对此，在部分使用期间将脱硝时废气温度从通常运转时提高的情况下，可以削减填充催化剂量。具体而言，在将脱硝时废气温度设为始终恒定在170℃的情况下，在设置有三个催化剂室的催化反应塔43中，填充催化剂量最小为40.2m3。另一方面，在部分使用期间将脱硝时废气温度提高到200℃的情况下，填充催化剂量变为27.9m3，与将脱硝时废气温度设为始终恒定在170℃且仅设置一个催化剂室的情况相比，填充催化剂量为大致等量。在废气脱硝装置4中，将催化剂室的个数设为n(n为2以上的整数)，在(n-1)个催化剂室中，以在再生时催化反应塔运转设定温度下持续地满足所要求的脱硝性能的方式，决定填充催化剂量。实际上，填充催化剂量的决定还考虑再生间隔中的催化剂活性度的降低量。
如上所述，图1的废气脱硝装置4设置有：催化反应塔43，收容多个催化剂模块439并流入有废气；以及废气加热器41，在废气的流动方向上配置于催化反应塔43的上游侧。而且，由控制单元400对第一脱硝状态和第二脱硝状态进行切换，在所述第一脱硝状态下，在催化反应塔43中使用多个催化剂模块439进行废气脱硝，在所述第二脱硝状态下，一边采用废气加热器41使流入催化反应塔43的废气的温度高于第一脱硝状态，一边使用少于第一脱硝状态的催化剂模块439进行废气脱硝。如此，通过提高流入催化反应塔43的废气的温度，从而在将多个催化剂模块439的一部分用于脱硝时能够抑制脱硝性能降低。
在利用催化剂的脱硝中，在将来自袋式除尘器等的废气利用废气加热器再次加热为200～230℃并使其流入催化反应塔的情况下，能够抑制硫酸铵和/或硫酸氢铵的析出导致的催化剂劣化的速度，可以抑制脱硝性能降低。另一方面，在焚烧炉的锅炉中生成的蒸汽一般大多用于发电，抑制焚烧炉自身的所述蒸汽的消耗量会带来发电效率的提高。因此，优选利用来自锅炉的蒸汽的废气加热器加热废气的加热温度较低。例如，在使用消石灰作为用于脱盐和脱硫的药剂的情况下，由于袋式除尘器中的废气的温度设定在150℃左右，所以为了抑制硫酸铵和/或硫酸氢铵的析出导致的催化剂劣化的速度而越提高加热温度，则蒸汽的消耗量越高。
对此，在废气脱硝装置4中，由于能够使通常运转中的脱硝时废气温度比较低(图4的例子中为170℃)，所以通过降低废气加热器41的加热温度，可以抑制蒸汽的消耗量。其结果，可以提高焚烧炉1中的发电效率。例如，与为了抑制无用之物的析出而加热到一定的温度(200℃)的情况相比，在通常运转时由废气加热器41把150℃的废气加热到170℃的情况下，能提高1.5％左右的发电效率。图4的示例中，尽管每500小时将脱硝时废气温度设为200℃而临时增加焚烧炉1内的蒸汽消耗量，但是即使焚烧炉1每年运转8000小时，临时的蒸汽消耗量的增加也仅为16次。由于催化剂模块439的加热再生例如在12小时左右就会结束，所以不会带来较大损失。
图1的废气脱硝装置4中，催化反应塔43具有相对于废气的气流并列设置的多个催化剂室431～433，从废气加热器41至多个催化剂室431～433的废气的多个流道(即流入通道381～383)能单独地开闭。由此，在废气脱硝装置4中，可以在不使用一部分的催化剂室内的催化剂模块439的状态下，持续进行脱硝。由此，焚烧炉1可以确保所要求的运转时间(焚烧量)。
在催化剂再生部44中，能对多个催化剂室431～433选择性供给用于催化剂再生的气体(上文中是加热后的循环气体)。由此，可以在催化剂室431～433内(即在线)使催化剂模块439容易地再生。此外，利用切换控制部470，使选择催化剂室包含于循环流道45的一部分，由循环气体加热器46加热循环流道45中循环的循环气体。由此，可以容易地准备(生成)预定温度以上的循环气体亦即催化剂再生用气体。
另外，图4的示例中，通过在即将加热再生之前使脱硝时废气温度成为200℃，从而使选择催化剂室自身蓄热，所以加热再生时的循环气体加热器46的加热温度例如达到120～170℃左右。作为加热再生的一例，通常时催化反应塔运转设定温度为180℃，在即将加热再生之前活性度降低至80％的催化剂模块439中，通过使320℃的循环气体循环两小时左右，从而活性度大致恢复至100％。
如上所述，催化剂模块的加热再生所使用的气体含有有害的SO 3和/或NH3。在此，假定排出的废气中混合少量的SO3和/或NH3并向大气排出的比较例的废气脱硝装置。比较例的废气脱硝装置中，将用于加热再生的气体的温度设为小于硫酸铵和/或硫酸氢铵的升华温度，在延缓硫酸铵和/或硫酸氢铵的分解速度的同时进行催化剂的加热再生。可是，此时需要一边确认SO3的浓度和/或NH3的浓度，一边控制硫酸铵和/或硫酸氢铵的分解速度，处理繁琐。此外，尽管也可以考虑由专用的除去装置除去用于加热再生的气体中的SO3和/或NH3，但是此时，因追加所述除去装置而导致废气脱硝装置的制造成本增加。
对此，图1的废气脱硝装置4中，在从燃烧室2至废气加热器41的排出通道3中设置有脱硫装置，经过了选择催化剂室的循环气体在排出通道3中流入所述脱硫装置的上游侧。由此，能够将经过了选择催化剂室的循环气体所含的SO3等除去，不必进行控制硫酸铵和/或硫酸氢铵的分解速度等繁琐的处理，就可以将废气适当地向大气释放。此外，在焚烧炉1中，由于通常设置有脱硫装置，所以也抑制了焚烧炉1和废气脱硝装置4的制造成本增加。如上所述，循环气体所含的NH3用于催化反应塔43的脱硝中的催化剂室(选择催化剂室以外的催化剂室)的脱硝反应。
图1的废气脱硝装置4中，利用药剂供给部32向排出通道3内以喷雾方式喷出用于脱盐和脱硫的药剂，但是例如在省略药剂供给部32且降温塔31是以雾化或喷雾方式喷出消石灰浆料的半干式反应塔等的情况下，降温塔31可被视为脱硫装置。此时，如图1中用附图标记49a标注的虚线所示，连接流道的端部连接于降温塔31的上游侧附近，循环气体所含的SO3等在降温塔31中被除去。
在焚烧炉1中，由于垃圾成分的变动而导致废气的性状也不稳定，所以催化剂劣化的速度也并不是一定的。因此，也可以根据设置在烟囱35的上游侧的NOx浓度检测部37检测出的氮氧化物浓度来计算各时刻的催化剂性能，并根据所述催化剂性能来决定进行催化剂模块439的加热再生的时机。图1的废气脱硝装置4中，由于能在焚烧炉1运转的同时进行催化剂模块439的加热再生，所以能自如地决定进行加热再生的时机。
图6是表示废气脱硝装置4的另一例的图。图6的废气脱硝装置4中，对图1的废气脱硝装置4追加了废气导入部48a，能向催化剂再生部44的循环流道45导入废气。其他结构与图1相同，对相同结构标注相同附图标记。
废气导入部48a具备废气导入流道482和挡板483。废气导入流道482的一端连接在排出通道3中的废气加热器41与氨供给部42之间的位置。废气导入流道482的另一端连接在循环流道45中的多个第一辅助流道4511～4513与循环气体送风机450之间的位置。挡板483设置于废气导入流道482。
在进行选择催化剂室内的催化剂模块439的加热再生时，形成包含选择催化剂室的循环流道45。接下来，通过打开废气导入流道482的挡板483，从而经过了袋式除尘器33且被废气加热器41加热的废气被导入循环流道45内。如上所述，在催化剂模块439的加热再生时，从废气加热器41排出的废气的温度成为比通常时高的再生时催化反应塔运转设定温度(例如200℃)。如此，预先成为高温的气体被导入循环流道45内。所述废气利用循环气体送风机450的驱动而作为循环气体在循环流道45中循环，同时被循环气体加热器46加热。废气导入流道482的挡板483仅打开一定时间，如果必要量的废气导入循环流道45，则关闭挡板483。
如果利用温度检测部462确认到循环气体升温至第一设定温度(例如300℃)，则打开挡板483、491。由此，废气导入部48a再次开始废气的导入，并且包含加热再生中的生成物(SO3等)的循环气体的一部分经由连接流道49，流入排出通道3中的药剂供给部32的上游侧附近。如上所述，流入排出通道3的循环气体中的SO3等在排出通道3和袋式除尘器33中被除去。如果结束了催化剂模块439的加热再生，则关闭挡板483，并打开空气导入部48的挡板481。由此，外部空气被导入循环流道45，循环流道45内的气体被置换为空气。随后关闭挡板481、491，停止循环气体送风机450的驱动。而后，返回使用全部的催化剂室431～433内的催化剂模块439进行废气脱硝的第一脱硝状态。
如上所述，图6的废气脱硝装置4中，由废气加热器41加热的废气被导入催化剂再生部44的循环流道45，所述废气作为循环气体在循环流道45中循环，同时被循环气体加热器46加热。由此，与向循环流道45内导入外部空气的图1的示例相比，能够减少循环气体加热器46中的热消耗，同时将循环气体在短时间内加热至预定的催化剂再生温度。另外，图6的废气脱硝装置4与图1的废气脱硝装置4相同，也能加热外部空气而用于催化剂模块439的加热再生。
将废气导入循环流道45的方法也能由其他结构实现。图7是表示废气脱硝装置4的另一例的图。图7的废气脱硝装置4中，将循环气体送风机450安装成与图1的情况反向，以使循环气体在循环流道45中顺时针循环。此外，在循环流道45中，连接流道49连接在循环气体送风机450与多个第一辅助流道4511～4513之间的位置，空气导入部48连接在多个第二辅助流道4521～4523与循环气体加热器46之间的位置。而且，温度检测部462设置在循环气体加热器46与循环气体送风机450之间。
在图7的废气脱硝装置4的第一脱硝状态下，通过将多个第二辅助流道4521～4523的挡板4721～4723以及多个第一辅助流道4511～4513的挡板4711～4713少许打开，从而形成包含全部的催化剂室431～433的循环流道45。而且，经过了催化剂室431～433的废气的一部分依次经由第二辅助流道4521～4523、循环气体加热器46、循环气体送风机450和第一辅助流道4511～4513，并返回催化剂室431～433。由此，循环流道45大致整体为通常时催化反应塔运转设定温度(例如170～200℃)附近，在循环流道45中抑制了腐蚀(低温腐蚀)的产生。另外，循环气体加热器46关闭，不进行循环流道45中的气体的加热。经过了催化剂室431～433的废气的大部分经由流出通道391～393被导向烟囱35。在第一脱硝状态下，通过将连接流道49的挡板491也少许打开，从而使循环流道45内的废气的一部分经由连接流道49，流入排出通道3中的药剂供给部32的上游侧附近。由此，也抑制了连接流道49中的腐蚀的产生。
在进行选择催化剂室内的催化剂模块439的加热再生时，形成包含选择催化剂室的循环流道45。例如，在第一催化剂室431为选择催化剂室的情况下，形成包含第一催化剂室431的循环流道45。此时，来自废气加热器41的废气不流入第一催化剂室431，仅流入第二和第三催化剂室432、433。此外，与第二和第三催化剂室432、433连接的第二辅助流道4522、4523的挡板4722、4723也打开。由此，经过了第二和第三催化剂室432、433的废气的一部分被导入包含第一催化剂室431的循环流道45。图7中用粗实线表示了循环流道45和第二辅助流道4522、4523。废气利用循环气体送风机450的驱动而作为循环气体在循环流道45中循环，同时被循环气体加热器46加热。如果必要量的废气导入循环流道45，则关闭挡板4722、4723。另外，也可以仅打开两个第二辅助流道4522、4523中的一方的挡板4722、4723来向循环流道45导入废气。
与图6的示例相同，如果利用温度检测部462确认到循环气体升温至第一设定温度(例如300℃)，则打开挡板491、4722、4723。由此，再次开始从第二辅助流道4522、4523导入废气，并且包含SO3等的循环气体的一部分经由连接流道49，流入排出通道3中的药剂供给部32的上游侧附近。如果结束了催化剂模块439的加热再生，则关闭循环气体加热器46。而后，在经过一定时间后，关闭挡板491，并且使催化反应塔43返回到使用全部的催化剂室431～433内的催化剂模块439进行废气脱硝的第一脱硝状态。此外，使多个第二辅助流道4521～4523的挡板4721～4723以及多个第一辅助流道4511～4513的挡板4711～4713成为少许打开的状态，形成包含全部的催化剂室431～433的循环流道45。
在此，在第一脱硝状态下循环流道45为冷态的图6的废气脱硝装置4中，当进行催化剂模块439的加热再生时，需要慢慢地进行暖管。对此，图7的废气脱硝装置4中，通过在第一脱硝状态下使经过了催化剂室431～433的废气在循环流道45内流动，从而循环流道45始终被加温(暖机)。由此，能够提高循环气体的升温速度，能缩短催化剂模块439的加热再生所需的时间。
图8是表示废气脱硝装置4的另一例的图。图8的废气脱硝装置4的不同点在于，对图6的废气脱硝装置4追加两个追加流道455、456。具体而言，在循环流道45中，在空气导入部48的导入位置453与循环气体送风机450之间设置有挡板457，在循环气体送风机450与循环气体加热器46之间设置有挡板458。第一追加流道455的一端连接在空气导入部48的导入位置453与挡板457之间，第一追加流道455的另一端连接在循环气体送风机450与挡板458之间。第一追加流道455设置有两个挡板4551、4552。第二追加流道456的一端连接在挡板457与循环气体送风机450之间，第二追加流道456的另一端连接在挡板458与循环气体加热器46之间。第二追加流道456设置有一个挡板4561。
在进行选择催化剂室内的催化剂模块439的加热再生时，打开在循环流道45中分别设置于循环气体送风机450两侧的挡板457、458，并关闭第一和第二追加流道455、456的挡板4551、4552、4561。由此，与图6的废气脱硝装置4相同，形成包含选择催化剂室的循环流道45。此外，被废气加热器41加热的废气经由废气导入流道482导入循环流道45内。图8中用粗实线表示了包含第一催化剂室431的循环流道45和废气导入流道482。催化剂模块439的加热再生的动作与图6的情况相同。
另一方面，在废气脱硝装置4的第一脱硝状态下，对包含接下来应进行加热再生的催化剂室的循环流道45进行暖机。例如，在接下来应进行加热再生的催化剂室为第二催化剂室432的情况下，将图9所示的第二辅助流道4522的挡板4722以及第一辅助流道4512的挡板4712少许打开。此外，关闭在循环流道45中设置于循环气体送风机450两侧的挡板457、458，并打开第一和第二追加流道455、456的挡板4551、4552、4561。由此，经过了第二催化剂室432的废气的一部分依次经由第二辅助流道4522、循环气体加热器46、第二追加流道456、循环气体送风机450、第一追加流道455和第一辅助流道4512，并返回第二催化剂室432(参照图9中的粗实线)。另外，循环气体加热器46关闭，不进行循环流道45中的气体的加热。
如此，废气脱硝装置4中，在第一脱硝状态下将包含第二催化剂室432的循环流道45加温。其结果，在第二催化剂室432内的催化剂模块439的加热再生时，能够提高循环气体的升温速度，能缩短加热再生所需的时间。第一和第三催化剂室431、433为接下来应进行加热再生的催化剂室时同样如此。
接下来，说明仅具有一个催化剂室的废气脱硝装置。图10是表示废气脱硝装置的另一例的图，并且表示了废气脱硝装置4a的一部分。图11是废气脱硝装置4a的催化反应塔43的断面图，表示了与催化反应塔43内的气体的流动方向垂直的断面。
废气脱硝装置4a中，催化反应塔43具有一个催化剂室434和一个催化剂再生室435。具体而言，催化反应塔43是以预定的中心轴J1为中心的大致圆筒形，在催化反应塔43的内部空间设置有与中心轴J1平行的板状的隔壁部436。在所述内部空间中，由隔壁部436分隔的一方的空间为催化剂室434，另一方的空间为催化剂再生室435。即，催化剂室434和催化剂再生室435彼此相邻设置。隔壁部436具有沿着中心轴J1排列的多个转动部437，各转动部437安装有半圆且板状的催化剂模块439。转动部437使催化剂模块439以中心轴J1为中心转动，将催化剂模块439选择性配置于催化剂室434和催化剂再生室435。催化剂再生室435包含于循环流道45的一部分。循环流道45具有循环气体送风机450和循环气体加热器46。
在废气脱硝装置4a的通常运转中，多个(全部)催化剂模块439配置在催化剂室434内。催化剂室434流入有废气，使用所述多个催化剂模块439进行废气脱硝。此外，在对多个催化剂模块439中的一个催化剂模块439进行加热再生时，所述催化剂模块439利用转动部437而配置在催化剂再生室435内。催化剂再生室435被供给有由循环气体加热器46加热的循环气体(催化剂再生用气体)，进行所述催化剂模块439的再生。与图1的废气脱硝装置4相同，用于催化剂模块439的再生的循环气体经由连接流道(省略图示)流入排出通道3。另一方面，在催化剂室434中，使用除了所述催化剂模块439以外的剩余的催化剂模块439进行废气脱硝。此时，废气加热器41(参照图1)加热废气的加热温度比使用全部的催化剂模块439时升高。
如上所述，图10的废气脱硝装置4a中，也在第一脱硝状态与第二脱硝状态之间切换，在所述第一脱硝状态下，在催化反应塔43中使用多个催化剂模块439进行废气脱硝，在所述第二脱硝状态下，一边采用废气加热器41使流入催化反应塔43的废气的温度高于第一脱硝状态，一边使用少于第一脱硝状态的催化剂模块439进行废气脱硝。如此，在多个催化剂模块439的一部分用于脱硝的情况下，通过提高流入催化反应塔43的废气的温度，从而能抑制脱硝性能降低。
此外，在催化反应塔43中，多个转动部437作为位置切换部进行动作，所述位置切换部将多个催化剂模块439分别选择性(且单独地)配置于催化剂室434和催化剂再生室435。位置切换部由控制单元400的位置切换控制部(省略图示)控制。由此，在将一个催化剂模块439再生时，可以仅把所述催化剂模块439配置于催化剂再生室435，并与第二脱硝状态并行地进行所述催化剂模块439的再生。
上述焚烧炉1和废气脱硝装置4、4a中能进行各种变形。
图10的废气脱硝装置4a中，在一个催化剂室434内配置有多个催化剂模块439，但是如图12所示，在设置有多个催化剂室431、432的情况下，也可以在各催化剂室431、432内设置多个催化剂模块439。催化剂模块439也可以是大致连续的催化剂的集合，例如将能处理的最小的催化剂的块作为催化剂单元(或催化剂要素)，各催化剂模块439由彼此相邻的多个催化剂单元构成。
图10的废气脱硝装置4a中，也可以省略催化剂再生室435，并取下利用转动部437而配置于催化剂室434外部的催化剂模块439，在外部的催化剂再生装置中再生。此外，在图1的废气脱硝装置4中，也可以使各催化剂室431～433能够开闭，并取下被选择的催化剂室431～433内的催化剂模块439，在外部的催化剂再生装置中再生。而且，也可以将取下的催化剂模块439更换为新的催化剂模块439。在废气脱硝装置4、4a中，在一部分催化剂模块439的再生或更换过程中，通过提高流入催化反应塔43的废气的温度，从而能抑制脱硝性能降低。
图10、图12和图1中，催化剂室的个数为一至三个，但是催化剂室的个数也可以是四个以上。此外，在催化剂室的个数为三个以上时，根据装置的设计，也可以同时选择少于催化剂室的总数的多个催化剂室作为选择催化剂室。但是，为了减少催化反应塔43中的填充催化剂量，优选选择催化剂室为一个。
废气加热器41也可以利用锅炉21的蒸汽以外的热源来加热废气。此外，循环气体加热器46也可以利用气体等其他能源来加热循环气体。
也可以仅在根据流入废气脱硝装置4、4a的废气的温度而将多个催化剂模块439中的一部分用于脱硝的情况下，由废气加热器41加热废气。
上述实施方式中，由循环气体加热器46加热的高温的空气被用作催化剂再生用气体，但是催化剂再生用气体只要能将降低催化剂模块439的脱硝性能的附着物(析出物)除去即可，例如也可以是特定种类的气体。
在循环流道45中，也可以设置将循环气体中的SO3和/或NH3除去的除去装置。此外，在排出通道3中，在脱硫装置设置成比催化反应塔43更靠下游侧等情况下，在催化剂再生部44中，从选择催化剂室排出的催化剂再生用气体的全部或一部分也可以直接流入排出通道3。按照表示焚烧炉1的一部分的图13的示例，在排出通道3中，在催化反应塔43的下游侧设置有气体气体热交换器361和湿式洗烟塔362。湿式洗烟塔362设置有药剂供给部363。从催化反应塔43排出的废气经过气体气体热交换器361并流入湿式洗烟塔362内。在湿式洗烟塔362的内部，由药剂供给部363进行药剂(苛性钠等)喷雾，进行脱盐和脱硫。即，由湿式洗烟塔362实现了脱硫装置。经过了湿式洗烟塔362的废气由气体气体热交换器361再次升温，并经由烟囱35向大气排出。另外，在设置于袋式除尘器33的上游侧的药剂供给部32中，以喷雾方式喷出消石灰等药剂。
图13的催化反应塔43中，在进行一个催化剂室、例如图1中的第一催化剂室431的催化剂模块439的加热再生时，通过将挡板4021少许打开，从而用于催化剂模块439的加热再生的气体被导向图13中的湿式洗烟塔362。由此，在湿式洗烟塔362中，能将经过了选择催化剂室(在此为第一催化剂室431)的气体所含的SO3等除去。图13的废气脱硝装置4也可以省略图1的连接流道49。
废气脱硝装置4、4a也可以应用于焚烧炉1以外的设备和柴油发动机等装置。
上述实施方式和各变形例中的结构只要不相互矛盾就可以适当地组合。
对发明进行了详细的描述和说明，但是上述的说明仅仅是例示性说明而非限定性说明。因此，只要不脱离本发明的范围，就可以采用多种变形和多种方式。

Claims (8)

1.一种废气脱硝装置，其特征在于，包括：
催化反应器，收容多个催化剂模块并流入有废气；
废气加热器，在所述废气的流动方向上配置于所述催化反应器的上游侧；以及
控制单元，
所述控制单元对第一脱硝状态和第二脱硝状态进行切换，在所述第一脱硝状态下，在所述催化反应器中使用所述多个催化剂模块进行所述废气的脱硝，在所述第二脱硝状态下，一边采用所述废气加热器使流入所述催化反应器的所述废气的温度高于所述第一脱硝状态，一边使用少于所述第一脱硝状态的催化剂模块进行所述废气的脱硝。
2.根据权利要求1所述的废气脱硝装置，其特征在于，
所述催化反应器具有相对于所述废气的气流并列设置的多个催化剂室，
所述多个催化剂模块收容于所述多个催化剂室，
从所述废气加热器至所述多个催化剂室的所述废气的多个流道能单独地开闭。
3.根据权利要求2所述的废气脱硝装置，其特征在于，还包括催化剂再生部，所述催化剂再生部能对所述多个催化剂室选择性供给催化剂再生用气体。
4.根据权利要求3所述的废气脱硝装置，其特征在于，
所述催化剂再生部包括：
循环流道，供循环气体循环；以及
循环气体加热器，设置于所述循环流道，用于加热所述循环气体，
所述控制单元使所述多个催化剂室中的被选择的催化剂室包含于所述循环流道的一部分，
所述催化剂再生用气体是通过循环而升温至预定温度以上的所述循环气体。
5.根据权利要求3或4所述的废气脱硝装置，其特征在于，
在从所述废气的产生源排出所述废气的排出通道中，设置有脱硫装置，
经过了被选择的催化剂室的所述催化剂再生用气体流入所述排出通道中的所述脱硫装置的上游侧。
6.根据权利要求1所述的废气脱硝装置，其特征在于，
所述催化反应器包括：
催化剂室，流入有所述废气；以及
催化剂再生室，与所述催化剂室相邻设置，被供给有催化剂再生用气体，
所述控制单元将所述多个催化剂模块分别选择性配置于所述催化剂室和所述催化剂再生室。
7.一种焚烧炉，其特征在于，包括：
燃烧室，使废弃物燃烧；
排出通道，将所述燃烧室中产生的废气从所述燃烧室排出；以及
权利要求1至6中任意一项所述的废气脱硝装置，设置于所述排出通道。
8.一种废气脱硝装置的废气脱硝方法，其特征在于，
所述废气脱硝装置包括：
催化反应器，收容多个催化剂模块并流入有废气；以及
废气加热器，在所述废气的流动方向上配置于所述催化反应器的上游侧，
所述废气脱硝方法包括：
a)在所述催化反应器中使用所述多个催化剂模块进行所述废气的脱硝的工序；以及
b)一边采用所述废气加热器使流入所述催化反应器的所述废气的温度高于所述a)工序，一边使用少于所述a)工序的催化剂模块进行所述废气的脱硝的工序。
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