JP2003112015A - 脱硝反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ユニバーサル型反応器に適応した低圧力損失の
触媒反応器を提供すること。 【解決手段】排ガス流路を形成するケーシング１内に、
触媒ブロックサポート梁３を多段に設け、その上に触媒
ブロック２を配設する脱硝反応器であって、各触媒サポ
ート梁上には前記触媒ブロック２が間隙を隔てて配置さ
れ、かつ該間隙をシールするようにガス整流機能を有す
る灰堆積防止装置４′が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脱硝反応装置に係
り、特に排ガス中の窒素酸化物を低減するのに好適で、
しかも少ない触媒量で所定の性能を得ることができる脱
硝反応装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の窒素酸化物による大気汚染防止策
として脱硝装置が広く設置されるようになってきた。ま
た、それに応じて触媒のタイプもハニカム状、板状等、
さまざまな触媒が開発され、それらの触媒は、形状の差
異によりその特徴も異なる。例えばハニカム触媒は格子
状の形状をしており、単位体積当たりの表面積を多くと
ることができるため、触媒量は少なくて済むがその反
面、触媒の圧力損失が増大する。そのため、触媒層通過
排ガスの流速を低減して圧力損失の上昇を押さえている
が、触媒を設置する反応器の断面を広くとらなければな
らないという問題がある。一方、板状触媒は、板を並べ
た構造になっているので、単位体積当たりの表面積はハ
ニカム触媒に較べて劣るものの、触媒の圧力損失はハニ
カム触媒に較べ低いという特性を持っている。

【０００３】一方、処理する排ガスの性状によって触媒
の選択の幅を広げ、またそれまで使用していた触媒と異
なったタイプの触媒を使用するために、種々の触媒の設
置が可能なユニバーサル型反応器が増加しつつある。図
２は、従来のユニバーサル型反応器における触媒ブロッ
クの配置を示した断面図である。この脱硝反応器は、排
ガス流路を形成するケーシング内に、触媒ブロックサポ
ート梁３を多段に設けられ、その上に触媒ブロック２が
密接して配設されている。触媒ブロック２が配置されて
いるサポート梁の段は複数段設けられ、当該段の梁３と
上部の段の梁３との間の寸法、すなわち高さＨはメンテ
ナンススペースの確保のための最小限の高さ（約２・３
ｍ）となっている。また反応器の内壁に近い触媒ブロッ
クとケーシング内壁間にはシール兼灰堆積防止板４が設
けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ユニバーサル型反応器
はどのようなタイプの触媒も設置可能というのがその特
徴であるため、反応器の断面は、ハニカム触媒用の広い
断面にせざるを得ない。このユニバーサル型反応器に、
例えば板状触媒を設置する場合は、次のような問題点が
あった。 １）断面積が広いことにより通過排ガスの流速が低く、
触媒ブロックへの灰堆積の可能性が高くなる。このため
設備費、運転費の高いスートブロー等の設置が必要であ
る。 ２）通過排ガスの流速が低いため、触媒の活性が低くな
り、触媒量が増加し、結果として過剰な触媒を設置しな
ければない。 ３）反応器の広い断面にわたって触媒を配置する必要が
あるため、触媒ブロック数が増加し、触媒充填作業時間
も増加する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願で特許請求される発明は下記のとおりである。 （１）排ガス流路を形成するケーシング内に、触媒ブロ
ックサポート梁を多段に設け、その上に触媒ブロックを
配設した脱硝反応器であって、各触媒サポート梁上に前
記触媒ブロックを間隙を隔てて配置し、かつ該間隙をシ
ールするようにガス整流機能を有する灰堆積防止装置を
設けたことを特徴とする脱硝反応装置。 （２）前記灰堆積防止装置が反応器断面をシールする割
合（灰堆積防止装置による閉塞面積／反応器全断面積）
が１０〜３５％であることを特徴とする（１）記載の脱
硝反応装置。 （３）ガス整流機能を有する灰堆積防止装置は、ガス上
流側に頂点を有する断面逆Ｖ字状平板からなり、かつ該
逆Ｖ字の水平面に対する角度が、４５度以上になるよう
に、前記触媒ブロック間の間隙の寸法を設定したことを
特徴とする（１）または（２）記載の脱硝反応装置。却
炉発電ボイラ過熱器。

【０００６】（４）触媒ブロック間の間隙を、反応器断
面で均等に振り分けるように触媒ブロックを配置したこ
とを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の
脱硝反応装置。 （５）触媒ブロック間の間隙に設けたガス整流機能を有
する灰堆積防止板に対応させて、該触媒ブロック間にさ
らにガスシールプレートを設けたことを特徴とする
（１）ないし（４）のいずれかに記載の脱硝反応装置。 （６）前記脱硝反応器がユニバーサル型反応器であるこ
とを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかに記載の
脱硝反応装置。

【０００７】

【発明の実施の形態】脱硝反応装置において、低圧力損
失の触媒ブロックを設置し、触媒ブロック間の隙間を設
け、その触媒ブロック間の隙間のガス流れ上流側にガス
整流機能を有する灰堆積防止装置を設置することによ
り、触媒ブロックへ偏流や渦巻き流を起こすことなく、
排ガスを板状触媒のような低圧力損失の触媒ブロックに
高いガス流速で接触させ、高効率の脱硝を行うことがで
きる。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す排ガス脱硝
反応装置の部分断面図である。ユニバーサル型反応器１
内の触媒ブロックサポート梁３の上に触媒ブロック２が
配置され、最外側の触媒ブロック２とユニバーサル型反
応器１のケーシング間にはガス整流機能を有する灰堆積
防止板４が設置されている。従来装置と異なる点は、触
媒ブロック２同士に所定の間隙をとり、かつ該触媒ブロ
ック２間の上端に追加の灰堆積防止板４′を設けた点で
ある。この間隙の大きさは、ユニバーサル型反応器の大
きさと必要触媒量によって異なってくるが、おおよそ間
隙の総面積が反応器全体の断面積の１０〜３５％、好ま
しくは１５〜３０％になるように設定し、反応器断面に
可及的均等に配置されるように数個所に分割して設ける
ことが好ましい。またこれらの間隙には排ガス７のバイ
パス通過を防ぐため、追加触媒間ガスシールプレート
６′が設けられる。触媒ブロックの上端に設けられた追
加灰堆積防止板４′は、ガスをリークさせることなく完
全に触媒と接触させるため、流れを触媒ブロックへ導く
ガス整流機能を有するとともに、間隙への灰の堆積を防
止する機能も有する。追加灰堆積防止板４′が水平面と
なす角度は、ガスの整流作用および灰の堆積を防止する
ため、４５度以上とすることが望ましい。なお、本図で
は、追加触媒間ガスシールプレート６′は、触媒ブロッ
ク２の間隙底部に設置されているが、他の位置でもよ
く、また上部のガス整流機能を有する追加灰堆積防止板
４′をシール構造を兼ねたものにすれば、設置を省略す
ることができる。

【０００９】図３は、本発明の触媒反応装置における触
媒ブロックの配置を示す鳥瞰図である。触媒ブロック２
の長手２１方向の両端部は、水平梁３の上に支持されて
いるため、触媒ブロック２長手２１方向の隙間ｌは梁幅
より若干狭い程度になる。一方、梁３の長手方向の触媒
ブロック２間の隙間Ｌは、大きな隙間（３００〜１００
０mm程度）となっている。図４は、図３に示す触媒ブロ
ック２を配置した後、ガスシールプレート５′、６′お
よび灰堆積防止板４、４′を施工した鳥瞰図である。構
造を理解し易くするために、一部に切り欠きを入れた図
になっている。

【００１０】図３および４に示すように、触媒ブロック
２の設置した断面において、触媒ブロック間の隙間をカ
バーするガス整流機能を有する灰堆積防止板４、４′が
複数点在し、図１に示すような段が複数段重ねられて脱
硝反応装置を形成している。この段の断面は、例えば縦
１２ｍ×横２７ｍの大きさである。触媒ブロック２上面
に設置された灰堆積防止板４、４′により、反応器の断
面積が縮小されるため、触媒間を通過するガス流速は、
従来のハニカム触媒の４〜５ｍ／ｓに較べ、６〜８ｍ／
ｓになる。

【００１１】もしガス整流機能を有する灰堆積防止板
４、４′を設置していないと、触媒ブロック２間の隙間
はガス流れを阻止する作用となり、ガス流れを乱すこと
になる。その結果、触媒ブロック２間の隙間の上部には
渦巻き流が起き、その部分はダストを巻き込むため触媒
ブロックを摩耗させ脱硝性能に悪影響を及ぼす。したが
って、ガス整流機能を有する灰堆積防止板４、４′をガ
ス流れの断面に配置することにより、縦１２ｍ×横２７
ｍのような大きな断面であっても、さらにガス流速が６
〜８ｍ／ｓと速くなっても、ダストによる摩耗を発生さ
せることなく、また整流作用により触媒ブロック２間の
隙間に影響されることなく脱硝性能を維持することがで
きる。

【００１２】さらに、触媒ブロック２間の隙間を断面に
おいて可及的に均等に振り分けることによりガス流れの
偏流が防止できることから、偏流によるダストを同伴す
ることによる触媒への摩耗や、脱硝性能の低下をも防止
できる効果が得られる。また、触媒ブロック２を設ける
段が図１に示すように複数段ある場合、上段でのガス流
れの影響がガス流れの下流にある下段側に大きく及ぶの
であるが、本発明では、ガス整流機能を有する灰堆積防
止板を各段に設けることにより、乱流、偏流を防止でき
るので、各段においてのさらなる脱硝性能の安定化、脱
硝効率の向上を図ることができる。

【００１３】さらに、各段において触媒ブロック２間の
隙間を断面において均等に振り分けることは、偏流を防
止し、脱硝効率を向上させる点においてさらに効果があ
る。すなわち、均等に振り分けず、例えば触媒ブロック
を反応器断面の中央部に寄せ集めた場合には、器外部の
触媒ブロックと内壁をシールするシールプレート４、
４′の長さが大きく、水平となす角度が小さくなって灰
堆積防止の機能が不充分になったり、サポート梁の中央
部と側部の温度差により、熱応力差を生じ、構造上不安
定になる。

【００１４】図５は、ガス流速と触媒活性、およびガス
流速と触媒層の圧力損失との関係を示す図である。ガス
流速が増加するほど触媒活性も上昇することがわかる。
一方、圧力損失についてもガス流速が増加するほど上昇
するので、ファン喉等の運転費も増大し、あまり好まし
くない。したがって、装置によって決まる圧力損失の許
容値範囲内で、しかも排ガスがダストを含む場合は触媒
の摩耗防止の流速許容範囲内で、適切な流速を決定する
ことになる。このようにして決定した触媒の最適断面積
は、ユニバーサル型反応器の場合、その断面の約６５〜
９０％程度となり、したがって、上述したように触媒ブ
ロック間の間隙の総面積は反応器全体の断面積の約１０
〜３５％程度になるが最適であることが分る。

【００１５】

【発明の効果】請求項１〜５記載の本発明によれば、以
下のような効果が期待でき、安価で高性能のユニバーサ
ル型反応器に適応した低圧力損失の触媒反応器の設計が
可能となる。 １）高流速のガス流れによるダスト除去効果が期待でき
るので、触媒ブロックまたは反応器内への灰堆積がなく
なる。このため、通常ユニバーサル型反応器に設置され
ているスートブローの運転頻度を少なくすることがで
き、場合によっては省略することが可能となる。運転の
信頼性が上がり、運転コストも低減できる。 ２）通過排ガスの流速を高くすることができるため、触
媒の活性が高くなり、結果として触媒量を数％低減する
ことができる。

【００１６】３）触媒ブロック数を低減することがで
き、また触媒充填作業時間も短縮することができるの
で、製造価格、据付価格が安価になる。 ４）反応器の触媒ブロック設置断面において、触媒ブロ
ック間に大きな隙間が複数あっても、ガス整流機能を有
する灰堆積防止板を設けることにより、ガスの流れが整
流でき、安定した脱硝効率を得ることができる。本発明
は、既設のハニカム触媒を板状触媒に交換する改造にも
当然適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ユニバーサル型反応器に板状触媒ブロックを設
置した、本発明の触媒反応装置の部分断面図。

【図２】ユニバーサル型反応器に板状触媒ブロックを設
置した、従来の触媒反応装置の部分断面図。

【図３】本発明の触媒反応装置における触媒ブロックの
配置を示す鳥瞰図。

【図４】図３に示した装置に、ガスシールプレートおよ
び灰堆積防止装置を設けた、本発明の触媒反応装置の一
部切欠鳥瞰図。

【図５】ガス流速と触媒活性、およびガス流速と触媒層
の圧力損失の関係図。

【符号の説明】

１：ユニバーサル型反応器（脱硝反応器）、２：触媒ブ
ロック、３：触媒ブロックサポート梁、４′：整流機能
を有する灰堆積防止板、５、６′：ガスシールプレー
ト。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排ガス流路を形成するケーシング内に、触
   媒ブロックサポート梁を多段に設け、その上に触媒ブロ
   ックを配設した脱硝反応器であって、各触媒サポート梁
   上に前記触媒ブロックを間隙を隔てて配置し、かつ該間
   隙をシールするようにガス整流機能を有する灰堆積防止
   装置を設けたことを特徴とする脱硝反応装置。
2. 【請求項２】前記灰堆積防止装置が反応器断面をシール
   する割合（灰堆積防止装置による閉塞面積／反応器全断
   面積）が１０〜３５％であることを特徴とする請求項１
   記載の脱硝反応装置。
3. 【請求項３】ガス整流機能を有する灰堆積防止装置は、
   ガス上流側に頂点を有する断面逆Ｖ字状平板からなり、
   かつ該逆Ｖ字の水平面に対する角度が、４５度以上にな
   るように、前記触媒ブロック間の間隙の寸法を設定した
   ことを特徴とする請求項１または２記載の脱硝反応装
   置。却炉発電ボイラ過熱器。
4. 【請求項４】触媒ブロック間の間隙を、反応器断面で均
   等に振り分けるように触媒ブロックを配置したことを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の脱硝反応
   装置。
5. 【請求項５】触媒ブロック間の間隙に設けたガス整流機
   能を有する灰堆積防止板に対応させて、該触媒ブロック
   間にさらにガスシールプレートを設けたことを特徴とす
   る請求項１ないし４のいずれかに記載の脱硝反応装置。
6. 【請求項６】前記脱硝反応器がユニバーサル型反応器で
   あることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記
   載の脱硝反応装置。