JP2008114115A - Harmful substance reduction system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a harmful substance reduction system which reduces a toxic substance efficiently without restriction to the function and combustion control of a gas generation source. <P>SOLUTION: The harmful substance reduction system is provided with a gas generation source 1 from which the composition of the gas to be discharged and the temperature are changed, a gaseous properties adjustment means 2 to adjust the composition and temperature of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide of the gas to a predetermined concentration ratio and a predetermined temperature respectively, which is installed at the downstream of the gas generation source 1 and a catalyst 3 to reduce the concentration of carbon monoxide and nitrogen oxide by a first reaction to oxidize the carbon monoxide and a second reaction to reduce the nitrogen oxide by the carbon monoxide, which is installed of the gaseous properties adjustment means 2. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、排ガスボイラなどのガス発生源から排出されるガス中の窒素酸化物および一酸化炭素を低減する有害物質低減システムに関する。   The present invention relates to a harmful substance reduction system that reduces nitrogen oxides and carbon monoxide in a gas discharged from a gas generation source such as an exhaust gas boiler.

この種の有害物質低減システムは、特許文献1にて知られている。この特許文献1のシステムは、一酸化炭素を酸化し、窒素酸化物を還元する触媒を用いて、焼却炉からの排出ガス中の一酸化炭素および窒素酸化物を低減するものである。そして、ガス発生源である焼却炉の燃焼を制御する,具体的には燃料過濃燃焼をさせて排気ガスのガス組成を調整するものである。   This kind of harmful substance reduction system is known from US Pat. The system of Patent Document 1 uses a catalyst that oxidizes carbon monoxide and reduces nitrogen oxides to reduce carbon monoxide and nitrogen oxides in the exhaust gas from the incinerator. Then, the combustion of the incinerator, which is a gas generation source, is controlled, specifically, fuel rich combustion is performed to adjust the gas composition of the exhaust gas.

特開2003−275543号公報JP 2003-275543 A

前記特許文献1に記載の技術は、ガス発生源の燃焼状態を制御するものであるために、ガス発生源の本来の機能に制約を受けたり、触媒が必要とするガス性状に対して望ましい燃焼制御ができないという課題がある。   Since the technique described in Patent Document 1 controls the combustion state of a gas generation source, it is restricted by the original function of the gas generation source, or is desirable for the gas properties required by the catalyst. There is a problem that it cannot be controlled.

この発明が解決しようとする課題は、ガス発生源の機能や燃焼制御に制約を受けることなく、有害物質を効率よく低減することである。   The problem to be solved by the present invention is to efficiently reduce harmful substances without being restricted by the function of the gas generation source and the combustion control.

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、排出するガスの組成および温度が変動するガス発生源と、このガス発生源の下流に設けられ、前記ガスの酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度をそれぞれ所定濃度比,所定温度に調整するガス性状調整手段と、このガス性状調整手段の下流に設けられ、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とにより、一酸化炭素および窒素酸化物濃度を低減する触媒とを備えたことを特徴としている。   This invention was made in order to solve the above-mentioned subject, and the invention according to claim 1 is provided downstream of this gas generation source, the gas generation source in which the composition and temperature of the gas to be discharged fluctuate, A gas property adjusting means for adjusting the composition and temperature of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the gas to a predetermined concentration ratio and a predetermined temperature, respectively, and provided downstream of the gas property adjusting means to oxidize carbon monoxide It is characterized by comprising a catalyst for reducing the concentration of carbon monoxide and nitrogen oxides by the first reaction and the second reaction of reducing nitrogen oxides with carbon monoxide.

請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記ガス性状調整手段は、前記ガス組成,前記ガス流量および前記ガス温度を検出するガス性状検出手段と、前記ガスの酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度を調整する調整器と、前記ガス性状検出手段の検出値に基づき前記調整器を制御して前記ガスの組成および温度をそれぞれ所定濃度比,所定温度に制御する制御器とを備えることを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the gas property adjusting unit includes a gas property detecting unit that detects the gas composition, the gas flow rate, and the gas temperature, and oxygen, nitrogen oxides of the gas, and An adjuster for adjusting the composition and temperature of carbon monoxide, and a controller for controlling the adjuster based on the detection value of the gas property detecting means to control the composition and temperature of the gas to a predetermined concentration ratio and a predetermined temperature, respectively. It is characterized by comprising.

請求項1および請求項2に記載の発明によれば、前記ガス発生源の機能や燃焼制御に制限を加えることなく、前記ガスの性状を制御でき、しかも前記触媒の機能を最大限発揮させるように前記ガスの性状を制御することが可能となり、有害物質を効果的に低減することができる。   According to the first and second aspects of the invention, it is possible to control the properties of the gas without limiting the function of the gas generation source and the combustion control, and to maximize the function of the catalyst. In addition, it is possible to control the properties of the gas and effectively reduce harmful substances.

請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2において、前記ガス性状調整手段は、前記ガスに含まれる一酸化炭素、窒素酸化物および酸素の濃度比が下記の式(1)を満足するよう調整することを特徴としている。
([NOx]+2[O2])/[CO]≦2.0 …(1)
(式(1)において、[CO]、[NOx]および[O2]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒
素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O2]>0の条件を満たす。)
According to a third aspect of the present invention, the gas property adjusting means according to the first or second aspect is such that the concentration ratio of carbon monoxide, nitrogen oxide and oxygen contained in the gas is expressed by the following formula (1): It is characterized by adjusting to satisfy.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] ≦ 2.0 (1)
(In the formula (1), [CO], [NOx] and [O 2 ] indicate the carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration and oxygen concentration, respectively, and satisfy the condition [O 2 ]> 0.)

請求項3に記載の発明によれば、請求項1または請求項2に記載の効果に加えて、前記触媒通過後のガス中の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減することができるという効果を奏する。   According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the first or second aspect, the nitrogen oxide concentration in the gas after passing through the catalyst is substantially zero, and the carbon monoxide concentration is There exists an effect that it can reduce.

請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3において、前記触媒通過後のガスが排ガスボイラへ導かれて熱回収が行われることを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the gas after passing through the catalyst is guided to an exhaust gas boiler to perform heat recovery.

請求項4に記載の発明によれば、請求項1〜請求項3に記載の効果に加えて、前記ガス性状調整手段および前記触媒にて発生した熱を前記排ガスボイラにて回収できるので、省エネルギーのシステムを提供できるという効果を奏する。   According to the invention of claim 4, in addition to the effects of claims 1 to 3, the heat generated by the gas property adjusting means and the catalyst can be recovered by the exhaust gas boiler, so energy saving There is an effect that the system can be provided.

この発明によれば、前記ガス発生源の機能や燃焼制御に制限を加えることなく、有害物質を効果的に低減することができる。   According to the present invention, harmful substances can be effectively reduced without limiting the function of the gas generation source and the combustion control.

この発明の実施の形態を説明する前に、本願において使用する用語について説明する。ガスは、燃焼反応中(燃焼過程)のガスと燃焼反応が完結したガスとを含み、燃焼ガスと称することができる。そして、燃焼反応中ガスは燃焼反応中のガスを意味し、燃焼完結ガスは燃焼反応が完結したガスを意味し、本願では排ガスと称する。また、有害物質とは、少なくとも窒素酸化物および一酸化炭素を含む概念である。   Before describing embodiments of the present invention, terms used in the present application will be described. The gas includes a gas in the combustion reaction (combustion process) and a gas in which the combustion reaction is completed, and can be referred to as a combustion gas. The combustion-in-combustion gas means a gas in the combustion reaction, and the combustion-completed gas means a gas in which the combustion reaction is completed, and is referred to as exhaust gas in the present application. Further, the harmful substance is a concept including at least nitrogen oxide and carbon monoxide.

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、特に、ディーゼルエンジンなどのガス発生源から排出されるガス中に含まれる窒素酸化物および一酸化炭素を低減する有害物質低減システムに好適に実施される。   Next, an embodiment of the present invention will be described. The present invention is particularly preferably implemented in a harmful substance reduction system that reduces nitrogen oxides and carbon monoxide contained in a gas discharged from a gas generation source such as a diesel engine.

この発明の実施の形態は、排出するガスの組成および温度が変動するガス発生源と、このガス発生源の下流に設けられ、前記ガスの酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度をそれぞれ所定濃度比,所定温度に調整するガス性状調整手段と、このガス性状調整手段の下流に設けられ、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とにより、一酸化炭素および窒素酸化物濃度を低減する触媒とを備えたことを特徴とする有害物質処理システムである。   An embodiment of the present invention includes a gas generation source in which the composition and temperature of a gas to be discharged vary, and a composition and temperature of oxygen, nitrogen oxide, and carbon monoxide of the gas provided downstream of the gas generation source. Gas property adjusting means for adjusting to a predetermined concentration ratio and a predetermined temperature, respectively, a first reaction for oxidizing carbon monoxide and a second reaction for reducing nitrogen oxide with carbon monoxide provided downstream of the gas property adjusting means And a catalyst for reducing the concentration of carbon monoxide and nitrogen oxides.

この発明の実施の形態においては、前記ガス発生源からガスが排出される。このガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度は、前記ガス発生源の負荷の変動などにより変動するが、前記ガス性状調整手段により、前記組成を所定濃度比に調整し、前記温度を所定温度に調整する。この調整により、前記触媒は、高い効率で窒素酸化物を還元し、一酸化炭素を酸化する。その結果、前記触媒通過後のガス中の窒素酸化物濃度を5ppm以下の零に近い値に低減することが可能となる。また、前記触媒通過後のガス中の一酸化炭素濃度を低減することができる。   In an embodiment of the present invention, gas is discharged from the gas generation source. The composition and temperature of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the gas vary depending on the load of the gas generation source, etc., but the gas property adjusting means adjusts the composition to a predetermined concentration ratio, The temperature is adjusted to a predetermined temperature. By this adjustment, the catalyst reduces nitrogen oxide and oxidizes carbon monoxide with high efficiency. As a result, the nitrogen oxide concentration in the gas after passing through the catalyst can be reduced to a value close to zero of 5 ppm or less. In addition, the concentration of carbon monoxide in the gas after passing through the catalyst can be reduced.

ここで、この発明の実施の形態の構成要素を説明する。前記ガス発生源は、好ましくは、排出するガスの酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度が変動する装置,すなわち発電装置のためのガスタービン,ディーゼルエンジン,ガスエンジンなどとするが、これに限定されない。たとえば、前記ガス発生源をバーナ有するボイラなどの燃焼装置,焼却炉などとすることができる。なお、前記ガス発生源から排出されるガス中には、通常、酸素,一酸化炭素を含むが、仮に含まないガス発生源もこの実施の形態に含まれる。   Here, components of the embodiment of the present invention will be described. The gas generation source is preferably a device in which the composition and temperature of the oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide of the exhaust gas varies, that is, a gas turbine for a power generation device, a diesel engine, a gas engine, etc. It is not limited to this. For example, a combustion apparatus such as a boiler having a burner as the gas generation source, an incinerator, or the like can be used. It should be noted that the gas discharged from the gas generation source usually contains oxygen and carbon monoxide, but a gas generation source that does not include it is also included in this embodiment.

前記ガス性状調整手段は、好ましくは、前記ガスの組成および温度を検出して、前記ガス発生源からのガスに含まれる一酸化炭素、窒素酸化物および酸素の濃度比が下記の式(1)を満足するように調整するとともに、前記ガスの温度を所定温度に調整するように構成される。
([NOx]+2[O2])/[CO]≦2.0 …(1)
(式(1)において、[CO]、[NOx]および[O2]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O2]>0の条件を満たす。)
The gas property adjusting means preferably detects the composition and temperature of the gas, and the concentration ratio of carbon monoxide, nitrogen oxide and oxygen contained in the gas from the gas generation source is represented by the following formula (1): And the temperature of the gas is adjusted to a predetermined temperature.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] ≦ 2.0 (1)
(In the formula (1), [CO], [NOx] and [O 2 ] indicate the carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration and oxygen concentration, respectively, and satisfy the condition [O 2 ]> 0.)

このガス性状調整手段は、前記ガス発生源から排出されるガスの組成および温度を検出するガス性状検出手段と、前記ガスの一酸化炭素、窒素酸化物および酸素の濃度比および温度を調整する調整器と、前記ガス性状検出手段による検出値に基づき、前記調整器を制御して、前記濃度比が前記式(1)を満たし、かつ前記温度が所定温度となるように制御する制御器とを含んで構成されている。   The gas property adjusting means includes a gas property detecting means for detecting the composition and temperature of the gas discharged from the gas generation source, and an adjustment for adjusting the concentration ratio and temperature of the carbon monoxide, nitrogen oxide and oxygen of the gas. And a controller that controls the regulator based on the detection value by the gas property detection means so that the concentration ratio satisfies the equation (1) and the temperature becomes a predetermined temperature. It is configured to include.

前記ガス性状検出手段は、ガス組成の調整ための、酸素濃度センサ,一酸化炭素センサ,窒素酸化物センサを含む。前記窒素酸化物センサは、窒素酸化物濃度が一酸化炭素および酸素濃度と比較して桁数が低い場合は、これを省略することができる。これらのセンサは、公知のセンサを用いることができる。   The gas property detection means includes an oxygen concentration sensor, a carbon monoxide sensor, and a nitrogen oxide sensor for adjusting the gas composition. The nitrogen oxide sensor can be omitted when the nitrogen oxide concentration is lower than the carbon monoxide and oxygen concentrations. As these sensors, known sensors can be used.

また、ガス温度の調整のための、前記ガス性状検出手段は、前記ガス発生源からの単位時間当たりのガス量(風量)を検出する流量センサと、ガス温度センサとを含んで構成される。これらのセンサは、公知のセンサを用いることができる。   The gas property detection means for adjusting the gas temperature includes a flow rate sensor for detecting a gas amount (air volume) per unit time from the gas generation source, and a gas temperature sensor. As these sensors, known sensors can be used.

このガス性状検出手段は、好ましくは、前記ガス発生源および前記調整器の間と前記調整器および前記触媒の間との二箇所に設けるが、前記ガス発生源および前記調整器の間だけとすることができる。また、この検出手段を前記触媒の下流側に設け、窒素酸化物濃度,一酸化炭素濃度および温度の設定値を定め、これらの設定値となるように、前記調整器を制御することができる。この場合、制御の応答遅れを考慮した制御とする。   The gas property detection means is preferably provided at two locations, between the gas generation source and the regulator and between the regulator and the catalyst, but only between the gas generation source and the regulator. be able to. In addition, the detecting means is provided on the downstream side of the catalyst, and the set values of the nitrogen oxide concentration, the carbon monoxide concentration and the temperature are determined, and the adjuster can be controlled so that these set values are obtained. In this case, control is performed in consideration of control response delay.

前記調整器は、一酸化炭素、窒素酸化物および酸素の濃度比および温度を調整する機能を有する。前記濃度比の調整は、一酸化炭素、窒素酸化物および酸素の濃度比を調整するが、好ましくは、一酸化炭素と酸素の濃度比を調整することによって行う。特に、前記調整器に流入するガス中の一酸化炭素および酸素濃度に対する窒素酸化物濃度が1桁以上低い場合、一酸化炭素と酸素の二者の濃度比調整は、容易に行える。この好ましい濃度比の調整と温度の調整は、不完全燃焼により一酸化炭素濃度を上昇させ(一酸化炭素濃度調整)、高O2燃焼によりO2濃度を上昇させる(酸素濃度調整)ことができるバーナにより実現可能である。 The regulator has a function of regulating the concentration ratio and temperature of carbon monoxide, nitrogen oxide and oxygen. The concentration ratio is adjusted by adjusting the concentration ratio of carbon monoxide, nitrogen oxide, and oxygen, and is preferably adjusted by adjusting the concentration ratio of carbon monoxide and oxygen. In particular, when the concentration of nitrogen oxide with respect to the concentration of carbon monoxide and oxygen in the gas flowing into the regulator is lower by one digit or more, the concentration ratio adjustment between the carbon monoxide and oxygen can be easily performed. This preferable concentration ratio adjustment and temperature adjustment can increase carbon monoxide concentration by incomplete combustion (carbon monoxide concentration adjustment) and increase O 2 concentration by high O 2 combustion (oxygen concentration adjustment). It can be realized by a burner.

この調整器と濃度調整機能と温度調整機能とをそれぞれ別の手段により行うように構成することができる。たとえば、温度調整機能を電気ヒータなどの加熱機構により行い、濃度調整機能を一酸化炭素ボンベなどの一酸化炭素供給器と、酸素ボンベなどの酸素供給手段とにより行うように構成することができる。また、前記ガス発生源からの排出ガスの温度が安定していて、前記温度調整不要な場合は、前記調整器の温度調整機能を省略することができる。   The adjuster, the density adjustment function, and the temperature adjustment function can be configured to be performed by different means. For example, the temperature adjustment function can be performed by a heating mechanism such as an electric heater, and the concentration adjustment function can be performed by a carbon monoxide supplier such as a carbon monoxide cylinder and an oxygen supply means such as an oxygen cylinder. Further, when the temperature of the exhaust gas from the gas generation source is stable and the temperature adjustment is unnecessary, the temperature adjustment function of the regulator can be omitted.

前記触媒は、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とにより、一酸化炭素および窒素酸化物濃度を低減する機能を有する触媒で、通気性を有する基材に触媒活性物質を塗布した構成とする。前記基材としては、ステンレスなどの金属,セラミックが用いられ、ガスとの接触面積を広くするような表面処理が
施される。触媒活性物質としては、一般的に白金が用いられるが、実施に応じて、白金に代表される貴金属(Ag,Au,Rh,Ru,Pt,Pd)または金属酸化物を用いることができる。
The catalyst is a catalyst having a function of reducing the concentration of carbon monoxide and nitrogen oxides by a first reaction for oxidizing carbon monoxide and a second reaction for reducing nitrogen oxides by carbon monoxide. It is set as the structure which apply | coated the catalytically active substance to the base material which has. As the substrate, a metal such as stainless steel or ceramic is used, and a surface treatment is performed to increase the contact area with the gas. As the catalytically active substance, platinum is generally used, but noble metals represented by platinum (Ag, Au, Rh, Ru, Pt, Pd) or metal oxides can be used depending on the implementation.

この触媒による有害物質の低減作用は、つぎのようにして行われると考えられる。前記触媒では、主反応として、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とが生じている。そして、前記触媒における反応(触媒反応)おいて、酸素存在下では、前記第一反応が前記第二反応よりも優位であり、前記第一反応に基づき一酸化炭素は、酸素により消費されて、濃度調整された後、前記第二反応により窒素酸化物を還元する。この説明は、簡略化したものである。実際は、前記第一反応は、前記第二反応と競合反応であるが、一酸化炭素と酸素との反応が酸素存在下において前記第二反応と比較し見かけ上速く起こるため、第一段階で一酸化炭素(第一反応)が行われ、第二段階で窒素酸化物が還元(第二反応)されると考えられる。   It is considered that the action of reducing harmful substances by this catalyst is performed as follows. In the catalyst, as a main reaction, a first reaction for oxidizing carbon monoxide and a second reaction for reducing nitrogen oxide with carbon monoxide are generated. In the reaction in the catalyst (catalytic reaction), in the presence of oxygen, the first reaction is superior to the second reaction, and based on the first reaction, carbon monoxide is consumed by oxygen, After the concentration is adjusted, nitrogen oxides are reduced by the second reaction. This description is simplified. Actually, the first reaction is a competitive reaction with the second reaction. However, since the reaction between carbon monoxide and oxygen occurs apparently faster than the second reaction in the presence of oxygen, the first reaction is performed in the first stage. It is considered that carbon oxide (first reaction) is performed and nitrogen oxides are reduced (second reaction) in the second stage.

要するに、前記触媒において、酸素の存在下では、CO+1/2O2→CO2なる前記第一反応により、酸素が消費され、残りのCOを用いて、2CO+2NO→N2+2CO2なる前記第二反応により、窒素酸化物を還元して、排出窒素酸化物濃度を低減する。 In short, in the catalyst, in the presence of oxygen, oxygen is consumed by the first reaction of CO + 1 / 2O 2 → CO 2, and by the second reaction of 2CO + 2NO → N 2 + 2CO 2 using the remaining CO. Reduce nitrogen oxides by reducing nitrogen oxides.

ここで、前記式(1)における[NOx]は、一酸化窒素濃度:[NO]と二酸化窒素濃度:[NO2]との合計濃度である。前記の反応式の説明において、NOxを用いることなく、NOを用いているのは、高温度場での生成窒素酸化物の組成は、主成分がNOであり、NO2は、数%に過ぎないので、近似的に説明することができるからである。NO2は、存在してもNOと同様にCOにより還元されると考えられる。 Here, [NOx] in formula (1) is nitric oxide: [NO] and nitrogen dioxide concentration is the total concentration of the [NO 2]. In the description of the above reaction formula, NO is used without using NOx. The composition of the produced nitrogen oxide in the high temperature field is NO as the main component, and NO 2 is only a few percent. This is because it can be described approximately. Even if NO 2 is present, it is considered that it is reduced by CO in the same manner as NO.

前記([NOx]+2[O2])/[CO]の値(濃度比の値)1の場合は、理論上は、前記触媒から排出される酸素濃度,窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を零とすることができる。しかしながら、実験上は、僅かに一酸化炭素が排出されることが分かっている。そして、([NOx]+2[O2])/[CO]=1は、実験結果に基づき、前記第一反応および第二反応から理論的に導き出したものである。 In the case of the value of ([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] (concentration ratio value) 1, theoretically, the oxygen concentration, nitrogen oxide concentration and carbon monoxide concentration discharged from the catalyst Can be zero. However, experiments have shown that a small amount of carbon monoxide is emitted. ([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] = 1 is theoretically derived from the first reaction and the second reaction based on the experimental results.

前記濃度比の値が1よりも小さい場合は、一酸化炭素の濃度が前記窒素酸化物の還元に必要な濃度以上に存在するので、排出酸素濃度が零で、前記触媒通過後のガス中に一酸化炭素が残留する。この残留一酸化炭素を酸化する酸化手段を更に設けることが好ましい。この酸化手段は、前記触媒と別個の触媒を設け、酸素を投入して一酸化炭素を酸化するように構成することができる。   When the value of the concentration ratio is smaller than 1, the concentration of carbon monoxide is higher than the concentration necessary for the reduction of the nitrogen oxides, so the exhaust oxygen concentration is zero and the gas after passing through the catalyst Carbon monoxide remains. It is preferable to further provide an oxidizing means for oxidizing the residual carbon monoxide. This oxidation means can be configured to provide a catalyst separate from the catalyst and oxidize carbon monoxide by introducing oxygen.

この実施の形態における式(1)の濃度比の値2.0は、実験的に得られた値であるが、つぎの理由によると考えられる。前記触媒中で生じている反応は、完全に解明されておらず、前記第一反応および前記第二反応の主反応以外に、副反応が生じていることが考えられる。この副反応の一つとして、一酸化炭素濃度が高い場合に、蒸気と一酸化炭素との反応により水素が生じ、この水素により窒素酸化物および酸素が還元される反応が考えられる。   The concentration ratio value 2.0 in equation (1) in this embodiment is an experimentally obtained value, which is considered to be due to the following reason. The reaction occurring in the catalyst has not been completely elucidated, and it is considered that a side reaction occurs in addition to the main reaction of the first reaction and the second reaction. As one of the side reactions, when the carbon monoxide concentration is high, hydrogen is generated by the reaction between the steam and carbon monoxide, and the nitrogen oxide and oxygen are reduced by this hydrogen.

このように、前記濃度比の値は、前記触媒中の主反応以外の反応により、若干の変動を生ずることが考えられる。したがって、生じていることが確実な前記主反応をベースに考えると、前記ガス性状調整手段の機能は、つぎのように表現することができる。   As described above, the value of the concentration ratio may be slightly changed due to a reaction other than the main reaction in the catalyst. Therefore, considering the main reaction that is surely occurring, the function of the gas property adjusting means can be expressed as follows.

すなわち、前記ガス性状調整手段は、前記ガスに含まれる一酸化炭素,窒素酸化物および酸素の各濃度を所定の関係に調節する機能を有し、前記触媒の一次側の一酸化炭素濃度が前記第一反応により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記第二反応により前記
触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上とする。
That is, the gas property adjusting means has a function of adjusting the concentrations of carbon monoxide, nitrogen oxide and oxygen contained in the gas to a predetermined relationship, and the carbon monoxide concentration on the primary side of the catalyst is The carbon monoxide concentration reduced in the catalyst by the first reaction and the carbon monoxide concentration reduced in the catalyst by the second reaction are approximately equal to or higher than the value.

この表現においては、前記主反応のみに注目して、「前記触媒の一次側の一酸化炭素濃度が前記第一反応により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記第二反応により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上とする」と表現している。したがって、仮に前記式(1)において、副反応により濃度比の値が若干変動して前記式(1)を満たさない実施の形態もこの表現によってこの発明実施の形態に包含されるものである。   In this expression, paying attention only to the main reaction, “the concentration of carbon monoxide on the primary side of the catalyst is reduced in the catalyst by the first reaction and the catalyst by the second reaction. Is approximately equal to or greater than the sum of the carbon monoxide concentration reduced within the range. " Therefore, in the above formula (1), an embodiment in which the value of the concentration ratio slightly fluctuates due to a side reaction and does not satisfy the above formula (1) is also included in the embodiment of the present invention by this expression.

また、この実施の形態においては、前記触媒を通過し、有害物質が低減されたガスは、好ましくは熱回収手段としての、排ガスボイラへ供給される。この排ガスボイラとは、前記触媒通過後のガスから熱を回収する水管などの熱交換器を少なくとも有する。そして、この排ガスボイラは、好ましくは、前記ガスを前記熱交換器へ強制的に流す送風機,回収熱量では必要とする熱量が得られない場合に燃焼させる追い焚きバーナなどを備えることができる。前記熱回収手段は、排ガスボイラに替えてエコノマイザーとすることができる。   In this embodiment, the gas that has passed through the catalyst and has reduced harmful substances is preferably supplied to an exhaust gas boiler as a heat recovery means. This exhaust gas boiler has at least a heat exchanger such as a water pipe for recovering heat from the gas after passing through the catalyst. The exhaust gas boiler can preferably include a blower that forcibly flows the gas to the heat exchanger, a reheating burner that burns when the required amount of heat cannot be obtained by the recovered heat amount, and the like. The heat recovery means may be an economizer instead of an exhaust gas boiler.

さらに、この実施の形態においては、前記ガス発生源,前記排ガスボイラ,前記ガス性状調整手段,前記触媒,前記エコノマイザーの順に配置したり、前記ガス発生源,前記ガス性状調整手段,前記排ガスボイラ,前記触媒,前記エコノマイザーの順に配置したりすることができる。この場合、前記エコノマイザーは、必要に応じて省略することができる。   Further, in this embodiment, the gas generation source, the exhaust gas boiler, the gas property adjusting means, the catalyst, the economizer are arranged in this order, or the gas generation source, the gas property adjusting means, the exhaust gas boiler are arranged. , The catalyst, and the economizer. In this case, the economizer can be omitted if necessary.

ついで、この発明の有害物質低減システムの実施例1を図面に従い説明する。図1は、同実施例1の有害物質低減システムの概略構成図である。   Next, Embodiment 1 of the hazardous substance reduction system of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hazardous substance reduction system according to the first embodiment.

この実施例1の有害物質低減システムは、排出するガスの組成および温度が変動する排ガス発生源としてのガスタービン1と、このガスタービン1の下流に設けられ、前記排ガスの酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度をそれぞれ所定濃度比,所定温度に調整するガス性状調整手段2と、このガス性状調整手段2の下流に設けられ、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とにより、一酸化炭素および窒素酸化物濃度を低減する触媒3と、この触媒3の下流側に設けられる排ガスボイラ4とを主要部として備える。以下に、この実施例1の構成要素を説明する。   The harmful substance reduction system according to the first embodiment includes a gas turbine 1 serving as an exhaust gas generation source in which the composition and temperature of exhaust gas vary, and a downstream of the gas turbine 1. A gas property adjusting means 2 for adjusting the composition and temperature of carbon monoxide to a predetermined concentration ratio and a predetermined temperature, respectively, and a first reaction and nitrogen oxide provided downstream of the gas property adjusting means 2 for oxidizing carbon monoxide As a main part, a catalyst 3 for reducing the concentration of carbon monoxide and nitrogen oxides and an exhaust gas boiler 4 provided on the downstream side of the catalyst 3 are provided. The components of the first embodiment will be described below.

前記ガスタービン1は、排出するガスの酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度が負荷により変動する。   In the gas turbine 1, the composition and temperature of the oxygen, nitrogen oxide, and carbon monoxide of the exhaust gas vary depending on the load.

前記ガス性状調整手段2は、前記ガスタービン1から排出される排ガスの組成および温度を検出する第一検出手段5と、前記触媒3流入前の排ガスの一酸化炭素、窒素酸化物および酸素の濃度比と温度とを調整するバーナ6と、このバーナ6により濃度および温度が調整された排ガスの組成および温度を検出する第二検出手段7と、前記第一検出手段5前記第二検出手段7による検出値に基づき、前記バーナ6の燃焼を制御して、前記濃度比が下記式(1)を満たし、前記排ガスの温度が前記触媒3が活性化する所定温度となるように制御する制御器8とを含んで構成されている。   The gas property adjusting means 2 includes a first detection means 5 for detecting the composition and temperature of the exhaust gas discharged from the gas turbine 1, and concentrations of carbon monoxide, nitrogen oxides and oxygen of the exhaust gas before flowing into the catalyst 3. By the burner 6 for adjusting the ratio and temperature, the second detection means 7 for detecting the composition and temperature of the exhaust gas whose concentration and temperature are adjusted by the burner 6, and the first detection means 5 by the second detection means 7 Based on the detected value, the controller 8 controls the combustion of the burner 6 so that the concentration ratio satisfies the following formula (1) and the temperature of the exhaust gas becomes a predetermined temperature at which the catalyst 3 is activated. It is comprised including.

より具体的には、前記触媒3流入前の排ガスに含まれる一酸化炭素、窒素酸化物および酸素の濃度比が下記の式(1)を満足するように調整するとともに、前記排ガスの温度を所定温度(この実施例1の触媒3の活性化温度である150℃〜500℃)に調整するよ
うに構成される。
([NOx]+2[O2])/[CO]≦2.0 …(1)
(式(1)において、[CO]、[NOx]および[O2]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O2]>0の条件を満たす。)
More specifically, the concentration ratio of carbon monoxide, nitrogen oxide and oxygen contained in the exhaust gas before flowing into the catalyst 3 is adjusted to satisfy the following formula (1), and the temperature of the exhaust gas is set to a predetermined value. It is comprised so that it may adjust to temperature (150 degreeC-500 degreeC which is the activation temperature of the catalyst 3 of this Example 1).
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] ≦ 2.0 (1)
(In the formula (1), [CO], [NOx] and [O 2 ] indicate the carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration and oxygen concentration, respectively, and satisfy the condition [O 2 ]> 0.)

前記第一検出手段5および前記第二検出手段7は、それぞれガス組成の調整ための酸素濃度センサ,一酸化炭素センサと、ガス温度の調整のため流量センサ,ガス温度センサと(いずれも図示省略)を含んで構成される。   The first detection means 5 and the second detection means 7 are respectively an oxygen concentration sensor and a carbon monoxide sensor for adjusting the gas composition, and a flow rate sensor and a gas temperature sensor for adjusting the gas temperature (both not shown). ).

前記バーナ6は、前記排ガスの一酸化炭素および酸素の濃度比および温度を調整する機能を有する予混合式バーナである。このバーナ6による一酸化炭素および酸素の調整は、前記バーナ6を不完全燃焼させることにより一酸化炭素濃度を上昇させ、高O2燃焼によりO2濃度を上昇させるように構成されている。また、前記バーナ6の燃焼量を変えることで、前記ガスの温度を調整するように構成されている。 The burner 6 is a premixed burner having a function of adjusting the concentration ratio and temperature of carbon monoxide and oxygen of the exhaust gas. The adjustment of carbon monoxide and oxygen by the burner 6 is configured to increase the carbon monoxide concentration by incomplete combustion of the burner 6 and to increase the O 2 concentration by high O 2 combustion. Further, the gas temperature is adjusted by changing the combustion amount of the burner 6.

このバーナ6には、ガス燃料供給量調整手段としての燃料弁9と燃焼空気供給量調整手段としての回転数制御可能な送風機10とが備えられ、前記制御器8により、前記燃料弁9と前記送風機10の回転数を制御することで、前記濃度比および温度の調整が実現されるように構成されている。   The burner 6 is provided with a fuel valve 9 as a gas fuel supply amount adjusting means and a blower 10 capable of rotating speed control as a combustion air supply amount adjusting means. By controlling the rotation speed of the blower 10, the concentration ratio and the temperature are adjusted.

前記制御器8による制御は、予め記憶したガス性状調整プログラムにより実現される。この調整プログラムは、前記第一検出手段5の第一検出値と前記濃度比の設定値(一例として、一酸化炭素濃度:4000ppm、酸素濃度:2000ppm)との差信号および前記第一検出器と所定温度との差信号に基づき、第一制御信号を前記燃料弁9および前記送風機10へ送り、粗い調整を行い、前記第二検出手段7の第二検出値と前記濃度比の設定値との差信号および前記第二検出値と前記温度の設定値との差信号に基づき、第二制御信号を前記燃料弁9および前記送風機10へ送り、微調制御を行うように構成している。すなわち、この制御は、前記バーナ6の上流側である前記第一検出手段5の検出値に基づき、前記バーナ6の燃焼を主制御し、前記バーナ6の下流側である前記第二検出手段7の検出値に基づき、前記主制御を補正する制御である。また、好ましくは、前記第二検出手段7を、前記第一検出手段6が故障した時などのバックアップ用のセンサとして機能させる。この場合、バックアップ用プログラムに基づき、前記バーナ6を制御するように構成する。   The control by the controller 8 is realized by a gas property adjustment program stored in advance. This adjustment program includes a difference signal between the first detection value of the first detection means 5 and the set value of the concentration ratio (for example, carbon monoxide concentration: 4000 ppm, oxygen concentration: 2000 ppm) and the first detector. Based on a difference signal from a predetermined temperature, a first control signal is sent to the fuel valve 9 and the blower 10 to perform rough adjustment, and a second detection value of the second detection means 7 and a set value of the concentration ratio are set. Based on the difference signal and the difference signal between the second detection value and the temperature set value, a second control signal is sent to the fuel valve 9 and the blower 10 to perform fine control. That is, this control mainly controls the combustion of the burner 6 based on the detection value of the first detection means 5 upstream of the burner 6, and the second detection means 7 downstream of the burner 6. The main control is corrected based on the detected value. Preferably, the second detection means 7 is made to function as a backup sensor when the first detection means 6 fails. In this case, the burner 6 is controlled based on a backup program.

前記触媒3は、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とにより、一酸化炭素および窒素酸化物濃度を低減する機能を有するCO酸化触媒から構成され、通気性を有する基材に触媒活性物質を塗布した構成とする。この実施例1では、前記基材としては、ステンレスを用い、ガスとの接触面積を広くするような表面処理を施している。触媒活性物質としては、白金を用いている。   The catalyst 3 is composed of a CO oxidation catalyst having a function of reducing the concentration of carbon monoxide and nitrogen oxides by a first reaction for oxidizing carbon monoxide and a second reaction for reducing nitrogen oxides by carbon monoxide. The catalytically active material is applied to a base material having air permeability. In the first embodiment, stainless steel is used as the base material, and surface treatment is performed to increase the contact area with the gas. Platinum is used as the catalytically active substance.

前記ガスタービン1と前記触媒3とは、第一ガス通路11にて接続される。前記触媒3と前記排ガスボイラ4とは、第二ガス通路12にて接続される。   The gas turbine 1 and the catalyst 3 are connected by a first gas passage 11. The catalyst 3 and the exhaust gas boiler 4 are connected by a second gas passage 12.

以上の構成の実施例1の動作を説明する。まず、前記ガスタービン1が運転され、排ガスが排出される。このガスタービン1は、負荷変動などにより、前記排ガス中の酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度が変化する。今、高負荷運転時における前記排ガスの酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度をそれぞれ1900ppm,100ppm,2000ppm,300℃とする。この排ガス条件においては、前記式(1)の左辺を計算すると、1.95となる。したがって、前記式(1)を満たし、かつ前記触媒3の設定温度を満たすので、前記排ガス性状調整手段2による調整は、不要である。   The operation of the first embodiment having the above configuration will be described. First, the gas turbine 1 is operated and exhaust gas is discharged. In the gas turbine 1, the composition and temperature of oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide in the exhaust gas change due to load fluctuations and the like. Now, the composition and temperature of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide in the exhaust gas during high load operation are set to 1900 ppm, 100 ppm, 2000 ppm and 300 ° C., respectively. Under this exhaust gas condition, the left side of the equation (1) is calculated to be 1.95. Therefore, since the formula (1) is satisfied and the set temperature of the catalyst 3 is satisfied, the adjustment by the exhaust gas property adjusting means 2 is unnecessary.

前記ガスタービン1の負荷変動などにより、酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度がそれぞれ3000ppm,100ppm,2000ppm,100℃になったとする。この排ガス条件においては、前記式(1)の左辺を計算すると、3.05となる。前記式(1)を満たさず、かつ前記触媒3の設定温度を満たさないので、前記排ガス性状調整手段2による調整を行う。   It is assumed that the composition and temperature of oxygen, nitrogen oxide, and carbon monoxide become 3000 ppm, 100 ppm, 2000 ppm, and 100 ° C., respectively, due to the load fluctuation of the gas turbine 1. Under this exhaust gas condition, the left side of the equation (1) is calculated to be 3.05. Since the equation (1) is not satisfied and the set temperature of the catalyst 3 is not satisfied, the adjustment by the exhaust gas property adjusting means 2 is performed.

この調整は、酸素濃度を減少して、一酸化炭素濃度を増加させ、かつガス温度が上昇して前記設定温度となるように、前記バーナ6の燃焼を制御する。酸素濃度を減少させるには、前記ガス発生源からのガス中の酸素を用いて、前記バーナ6を燃焼させる。一酸化炭素濃度を増加させるには、不完全燃焼させる。前記ガスの温度は、これらの組成調整に伴う前記バーナ6の燃焼により行う。これらの具体的な制御は、燃焼状態と酸素および一酸化炭素の濃度の変化特性を予め実験により求めておき、この変化特性に基づき行うことができる。   This adjustment controls the combustion of the burner 6 such that the oxygen concentration is decreased, the carbon monoxide concentration is increased, and the gas temperature is increased to the set temperature. In order to reduce the oxygen concentration, the burner 6 is burned using oxygen in the gas from the gas generation source. To increase the carbon monoxide concentration, incomplete combustion is performed. The temperature of the gas is determined by combustion of the burner 6 accompanying the composition adjustment. These specific controls can be performed based on experimentally obtained change characteristics of the combustion state and oxygen and carbon monoxide concentrations in advance by experiments.

前記ガス性状調整手段2による調整がなされた排ガスは、前記触媒3へ流入して接触することで、有害物質低減作用を受ける、この触媒3では、主反応として、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とが生じている。そして、前記第一反応に基づき一酸化炭素は、酸素により消費されて、濃度調整された後、前記第二反応により窒素酸化物を還元する。その結果、前記触媒3通過後の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする。   The exhaust gas adjusted by the gas property adjusting means 2 is in contact with the catalyst 3 by flowing into and contacting the catalyst 3. In this catalyst 3, as the main reaction, the first oxidation of carbon monoxide is performed. A reaction and a second reaction in which the nitrogen oxides are reduced with carbon monoxide occur. Based on the first reaction, carbon monoxide is consumed by oxygen and the concentration is adjusted, and then the nitrogen oxide is reduced by the second reaction. As a result, the nitrogen oxide concentration and the carbon monoxide concentration after passing through the catalyst 3 are made substantially zero.

前記触媒3により有害物質が低減された排ガスは、前記排ガスボイラ4にて熱回収が行われる。すなわち、前記バーナ6による燃焼熱と前記触媒3における酸化に伴い生成される熱が回収される。この排ガスボイラ4を通過後の排ガスは、温度が低く、有害物質を殆ど含まないガスとされる。   The exhaust gas whose harmful substances have been reduced by the catalyst 3 is recovered by the exhaust gas boiler 4. That is, the combustion heat generated by the burner 6 and the heat generated by the oxidation in the catalyst 3 are recovered. The exhaust gas after passing through the exhaust gas boiler 4 has a low temperature and contains almost no harmful substances.

この実施例1によれば、窒素酸化物および一酸化炭素を殆ど含まない低公害であって、しかも無駄に熱を捨てない省エネルギーのシステムを提供することができる。   According to the first embodiment, it is possible to provide an energy saving system which is low in pollution and hardly contains nitrogen oxides and carbon monoxide and which does not waste heat wastefully.

ついで、この発明の実施例2を図2に従い説明する。図2は、本実施例2の有害物質低減システムの概略構成図である。以下の説明において、実施例1と同一の構成要素は、同じ符号を付して説明を省略する。   Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the hazardous substance reduction system according to the second embodiment. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

この実施例2において、前記実施例1と異なるのは、前記実施例1が第一検出手段5および前記第二検出手段6を用いて、前記濃度比と温度の調整を行っているのに対して、この実施例2では、前記第二検出手段7を用いることなく、前記第一検出手段5のみで制御している点である。   The second embodiment is different from the first embodiment in that the first embodiment uses the first detection means 5 and the second detection means 6 to adjust the concentration ratio and temperature. In the second embodiment, the second detection means 7 is not used, and the first detection means 5 is used for control.

この実施例2の動作は、基本的には、前記実施例1と同様であるので、その説明を省略する。   Since the operation of the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

この発明の実施例1の概略構成図である。It is a schematic block diagram of Example 1 of this invention. この発明の実施例2の概略構成図である。It is a schematic block diagram of Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガス発生源
2 ガス性状調整手段
3 触媒
4 排ガスボイラ
5 第一検出手段(ガス性状検出手段)
6 バーナ(調整器)
7 第二検出手段(ガス性状検出手段)
8 制御器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas generation source 2 Gas property adjustment means 3 Catalyst 4 Exhaust gas boiler 5 First detection means (gas property detection means)
6 Burner (regulator)
7 Second detection means (gas property detection means)
8 Controller

Claims (4)

排出するガスの組成および温度が変動するガス発生源と、
このガス発生源の下流に設けられ、前記ガスの酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度をそれぞれ所定濃度比,所定温度に調整するガス性状調整手段と、
このガス性状調整手段の下流に設けられ、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とにより、一酸化炭素および窒素酸化物濃度を低減する触媒とを備えたことを特徴とする有害物質低減システム。
A gas generation source in which the composition and temperature of the gas to be discharged fluctuate;
A gas property adjusting means which is provided downstream of the gas generation source and adjusts the composition and temperature of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide of the gas to a predetermined concentration ratio and a predetermined temperature, respectively;
A catalyst that is provided downstream of the gas property adjusting means and that reduces the concentration of carbon monoxide and nitrogen oxides by a first reaction that oxidizes carbon monoxide and a second reaction that reduces nitrogen oxides by carbon monoxide; A hazardous substance reduction system characterized by comprising:
前記ガス性状調整手段は、前記ガス組成,前記ガス流量および前記ガス温度を検出するガス性状検出手段と、前記ガスの酸素,窒素酸化物および一酸化炭素の組成および温度を調整する調整器と、前記ガス性状検出手段の検出値に基づき前記調整器を制御して前記ガスの組成および温度をそれぞれ所定濃度比,所定温度に制御する制御器とを備えることを特徴とする請求項1に記載の有害物質低減システム。   The gas property adjusting means includes: a gas property detecting means for detecting the gas composition, the gas flow rate and the gas temperature; a regulator for adjusting the composition and temperature of oxygen, nitrogen oxide and carbon monoxide of the gas; 2. The controller according to claim 1, further comprising a controller that controls the regulator based on a detection value of the gas property detection means to control the composition and temperature of the gas to a predetermined concentration ratio and a predetermined temperature, respectively. Hazardous substance reduction system. 前記ガス性状調整手段は、前記ガスに含まれる一酸化炭素、窒素酸化物および酸素の各濃度比が下記の式(1)を満足するよう調整することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有害物質低減システム。
([NOx]+2[O2])/[CO]≦2.0 …(1)
(式(1)において、[CO]、[NOx]および[O2]はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、[O2]>0の条件を満たす。)
The gas property adjusting means adjusts the concentration ratios of carbon monoxide, nitrogen oxide, and oxygen contained in the gas so as to satisfy the following formula (1). The hazardous substance reduction system described in 1.
([NOx] +2 [O 2 ]) / [CO] ≦ 2.0 (1)
(In the formula (1), [CO], [NOx] and [O 2 ] indicate the carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration and oxygen concentration, respectively, and satisfy the condition [O 2 ]> 0.)
前記触媒通過後のガスが排ガスボイラへ導かれて熱回収が行われることを特徴とする請求項1〜請求項3に記載の有害物質低減システム。   The harmful substance reduction system according to claim 1, wherein the gas after passing through the catalyst is guided to an exhaust gas boiler to perform heat recovery.
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