JP2013017934A - Denitration device and denitration method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種燃焼設備から流れる二酸化窒素(NO2)を含む排ガス中の窒素酸化物(NOX)を無害化するのに用いられる脱硝装置及び脱硝方法に関するものである。 The present invention relates to a denitration apparatus and a denitration method that are used for detoxifying nitrogen oxides (NO x ) in exhaust gas containing nitrogen dioxide (NO 2 ) flowing from various combustion facilities.
上記した脱硝装置としては、例えば、特許文献1に記載されたものがある。
この脱硝装置は、ボイラに続く煙道に配置される脱硝触媒と、この脱硝触媒の上流側に位置するアンモニア注入部を備えている。
An example of the above-described denitration apparatus is described in
The denitration apparatus includes a denitration catalyst disposed in a flue following the boiler, and an ammonia injection portion located on the upstream side of the denitration catalyst.
アンモニア注入部は、煙道を脱硝触媒に向って流れる二酸化窒素を含む排ガスに対してアンモニアを注入するようになっており、脱硝触媒では、アンモニアが注入された排ガスと反応することで、窒素酸化物を窒素と水に分解して無害化するようになっている。 The ammonia injection part injects ammonia into the exhaust gas containing nitrogen dioxide flowing toward the denitration catalyst in the flue, and the denitration catalyst reacts with the exhaust gas into which ammonia has been injected, thereby oxidizing nitrogen. Decomposes things into nitrogen and water to make them harmless.
この脱硝装置において、排ガスに含まれる窒素酸化物中に占める二酸化窒素の比率を求め、この比率から算出した理論脱硝率が得られる排ガス温度を脱硝触媒の温度特性カーブより求めて、この温度に基づいてアンモニア注入開始及び注入停止の各排ガス温度を設定するようになっている。 In this denitration device, the ratio of nitrogen dioxide in the nitrogen oxides contained in the exhaust gas is obtained, the exhaust gas temperature at which the theoretical denitration rate calculated from this ratio is obtained from the temperature characteristic curve of the denitration catalyst, and based on this temperature Thus, the exhaust gas temperatures for starting and stopping ammonia injection are set.
上記した脱硝装置では、排ガス温度が低い場合でも煙道から排出される窒素酸化物の量を低減することができるものの、反応速度が遅い二酸化窒素の窒素酸化物中に占める比率が極めて高い排ガスの場合には、例えば、ガスタービンや硝酸製造プラントで生じるような高い比率(80%以上の比率)で二酸化窒素が含まれる排ガスの場合には、この二酸化窒素に関わる触媒脱硝反応に影響されて反応速度及び応答性が低下するといった理由から、効率の良い脱硝反応システムを構築することができないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。 Although the above-described denitration apparatus can reduce the amount of nitrogen oxides discharged from the flue even when the exhaust gas temperature is low, the ratio of nitrogen dioxide with a very high rate of nitrogen dioxide with a slow reaction rate to the exhaust gas. In this case, for example, in the case of exhaust gas containing nitrogen dioxide at a high ratio (a ratio of 80% or more) as occurs in a gas turbine or nitric acid production plant, the reaction is influenced by the catalytic denitration reaction related to nitrogen dioxide. There is a problem that an efficient denitration reaction system cannot be constructed because the speed and responsiveness are lowered, and it has been a conventional problem to solve this problem.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、排ガスに含まれる窒素酸化物中に占める二酸化窒素の割合が高い場合であったとしても、効率良く窒素酸化物を無害化することが可能である脱硝装置及び脱硝方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and even if the ratio of nitrogen dioxide in the nitrogen oxide contained in the exhaust gas is high, the nitrogen oxide is efficiently rendered harmless. An object of the present invention is to provide a denitration apparatus and a denitration method that are possible.
上記目的を達成するために、本発明者らは、排ガスに含まれる窒素酸化物(以下、NOXと記す)の成分である一酸化窒素(以下、NOと記す)及び二酸化窒素(以下、NO2と記す)の各反応速度の違いに着目した。 In order to achieve the above object, the inventors of the present invention are nitrogen monoxide (hereinafter referred to as NO) and nitrogen dioxide (hereinafter referred to as NO) which are components of nitrogen oxides (hereinafter referred to as NO X ) contained in the exhaust gas. 2 ), the difference in each reaction rate was noted.
ここで、
NO系の反応式は、 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O … 反応1
NO-NO2系の反応式は、 NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O … 反応2
NO2系の反応式は、 6NO2+8NH3→7N2+12H2O … 反応3
であり、反応速度の序列は、速いものから順に反応2、反応1、反応3である。
here,
The NO-based reaction formula is 4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2
The reaction formula of the NO-NO 2 system is NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2
The reaction formula of the NO 2 system is 6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O ... Reaction 3
The order of reaction rate is
NO及びNO2の双方を成分とするNOXを含む排ガスの脱硝反応は、上記した反応速度の序列通り進行する。まず、同量のNO及びNO2が反応2に従って速やかに反応し、次いで、残っているNOが反応1に従って速やかに反応し、最後に、残っているNO2が反応3に従ってゆっくりと反応する。
The denitration reaction of exhaust gas containing NO X containing both NO and NO 2 as a component proceeds according to the order of the reaction rate described above. First, the same amount of NO and NO 2 react rapidly according to
この反応構造を把握したうえで、本発明者らは、NO及びNO2の双方を成分とするNOXを含む排ガスの脱硝反応が効率良く行われるようにするためには、反応2に従って進行する反応条件を作り出すこと、すなわち、NOとNO2との比率が1:1つまりNOX中に占めるNO2の割合(NO2/NOX)が0.5程度の条件を作り出すことが有効であることを見出し、本発明をするに至った。
After grasping this reaction structure, the present inventors proceed according to the
すなわち、本発明の請求項1に係る発明は、二酸化窒素を含む排ガスが流れる煙道に配置される脱硝触媒と、この煙道における前記脱硝触媒の上流側に位置して、前記排ガスに対してアンモニアを注入するアンモニア注入ノズルと、前記脱硝触媒の出口窒素酸化物濃度に応じて前記アンモニア注入ノズルからのアンモニア注入量をコントロールする制御部を備えた脱硝装置において、前記アンモニア注入ノズルの排ガス流れ上流側又は該アンモニア注入ノズルに続くアンモニア供給路に対して一酸化窒素を注入する一酸化窒素注入系統を設けると共に、前記脱硝触媒の入口側に窒素酸化物計測手段及び一酸化窒素計測手段を設け、前記制御部は、前記窒素酸化物計測手段及び一酸化窒素計測手段で得られる窒素酸化物及び一酸化窒素の各実測値から前記排ガス中の二酸化窒素濃度を算出して、該排ガス中における窒素酸化物中に占める二酸化窒素の割合を常時0.25以上0.75以下とするべく、前記一酸化窒素注入系統からの一酸化窒素の注入量を制御する構成としたことを特徴としており、この脱硝装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
That is, the invention according to
一方、本発明の請求項2に係る発明は、煙道を流れる二酸化窒素を含む排ガスにアンモニアを注入して、前記煙道に配置した脱硝触媒により窒素酸化物を接触還元する脱硝方法において、前記脱硝触媒の出口窒素酸化物濃度に応じて前記アンモニアの注入量をコントロールすると共に、前記脱硝触媒の入口側における窒素酸化物及び一酸化窒素の各実測値から前記排ガス中の二酸化窒素濃度を算出して、該排ガス中における窒素酸化物中に占める二酸化窒素の割合を常時0.25以上0.75以下とするべく、一酸化窒素を注入する構成としたことを特徴としており、この脱硝方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
On the other hand, the invention according to
本発明に係る脱硝装置及び脱硝方法において、アンモニア注入ノズルの上流側又はアンモニア供給路にNOを注入する際には、図2のNO2/NOX比率と脱硝率との関係を表すグラフにおける好適範囲に示すように、排ガス中のNOX中に占めるNO2の割合が常時0.25以上0.75以下となるようにNOの注入量を決めれば良いが、より効率良く脱硝率を高めるために、NOX中に占めるNO2の割合が常時0.4以上0.6以下となるようにNOを注入することが望ましく、NO2の割合が可能な限り0.5に近づくようにNOを注入することがより望ましい。 In the denitrification device and a denitration method according to the present invention, when injecting the NO on the upstream side or the ammonia supply path of the ammonia injection nozzle, preferably in the graph representing the relationship between the NO 2 / NO X ratio and the denitration rate of 2 As shown in the range, the injection amount of NO may be determined so that the ratio of NO 2 in NO X in the exhaust gas is always 0.25 or more and 0.75 or less, but in order to increase the denitration rate more efficiently. In addition, it is desirable to inject NO so that the ratio of NO 2 in the NO X is always 0.4 or more and 0.6 or less, and NO should be adjusted so that the ratio of NO 2 is as close to 0.5 as possible. It is more desirable to inject.
本発明に係る脱硝装置及び脱硝方法において、NO2を含む排ガスが流れる煙道の脱硝触媒の上流側に対して、この脱硝触媒の出口NOX濃度に応じて算出された量のアンモニアを注入する。 In the denitrification device and a denitration method according to the present invention, the upstream side of the denitration catalyst of the flue through which exhaust gas containing NO 2, injecting a quantity of ammonia which is calculated in accordance with the outlet concentration of NO X the denitration catalyst .
これと併せて、脱硝触媒の入口側におけるNOX及びNOの各濃度を計測して、NOXの実測値からNOの実測値を減じて排ガス中のNO2濃度を算出する。 At the same time, the concentrations of NO X and NO on the inlet side of the denitration catalyst are measured, and the NO 2 concentration in the exhaust gas is calculated by subtracting the measured NO value from the measured NO X value.
そして、この算出結果によるNO2濃度に基づいて、排ガス中におけるNOX中に占めるNO2の割合を常時0.25以上0.75以下、望ましくは0.4以上0.6以下、より望ましくは0.5程度とするべく、排ガス中にNOを注入すると、NOとNO2との比率が1:1に近づくこととなって、上記した反応2に従って速やかに反応することとなり、その結果、効率良くNOXの無害化が成されることとなる。
And based on the NO 2 concentration by this calculation result, the proportion of NO 2 in the NO X in the exhaust gas is always 0.25 or more and 0.75 or less, preferably 0.4 or more and 0.6 or less, more preferably When NO is injected into the exhaust gas so as to be about 0.5, the ratio of NO and NO 2 approaches 1: 1, and the reaction proceeds promptly according to the above-described
本発明に係る脱硝装置では、上記した構成としているので、排ガスに含まれるNOX中に占めるNO2の比率が高い場合であったとしても、NOXの無害化を高効率で行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。 Since the denitration apparatus according to the present invention has the above-described configuration, even if the ratio of NO 2 in the NO X contained in the exhaust gas is high, it is possible to detoxify NO X with high efficiency. This is a very good effect.
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態による脱硝装置を示しており、この実施形態では、本発明の脱硝装置をボイラで生じる排ガス中に含まれるNOXを無害化するのに適用した場合を示す。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a denitration apparatus according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the denitration apparatus of the present invention is applied to detoxify NO X contained in exhaust gas generated in a boiler. .
図1に示すように、この脱硝装置10は、図外のボイラで生じたNO2を含む排ガスが流れる煙道1に配置される脱硝触媒11と、この煙道1における脱硝触媒11の上流側に位置して、排ガスに対してアンモニアを注入するアンモニア注入ノズル12と、脱硝触媒11の出口側に配置したNOX濃度計13で計測されたNOX濃度に応じてアンモニア注入ノズル12からのアンモニア注入量をコントロールする制御部14を備えており、アンモニア注入ノズル12からのアンモニアの注入は、アンモニア供給源16に対する制御部14からの注入指令により成されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
また、この脱硝装置10は、アンモニア注入ノズル12及びアンモニア供給源16を結ぶアンモニア供給路12aに接続する一酸化窒素注入系統15を備えており、この一酸化窒素注入系統15は、NO供給源17が制御部14からNO注入指令を受けた段階で、アンモニア注入ノズル12を介して煙道1にNOを注入するようになっている。
Further, the
この場合、脱硝触媒11の入口側には、窒素酸化物計測手段18及び一酸化窒素計測手段19が配置してあり、制御部14では、窒素酸化物計測手段18及び一酸化窒素計測手段19で得られるNOX及びNOの各実測値から排ガス中のNO2濃度を算出して、図2のグラフに示すNO2/NOX比率と脱硝率との関係に基づいて、この排ガス中におけるNOX中に占めるNO2の割合を常時0.25以上0.75以下、望ましくは0.4以上0.6以下、より望ましくは0.5程度とするべく、一酸化窒素注入系統15からのNOの注入量を制御するようになっている。
なお、図1における符号Aは、アンモニア供給路12aに接続する希釈用空気供給源である。
In this case, the nitrogen oxide measuring means 18 and the nitrogen monoxide measuring means 19 are arranged on the inlet side of the
In addition, the code | symbol A in FIG. 1 is the air supply source for dilution connected to the
上記した本実施形態に係る脱硝装置10によって、排ガスに含まれるNOXを無害化するに際しては、まず、NO2を含む排ガスが流れる煙道1の脱硝触媒11の上流側に対して、アンモニア注入ノズル12からアンモニアを注入する。
The
この際、アンモニアの注入量は、脱硝触媒11の出口側に位置するNOX濃度計13で計測されたNOX濃度に応じて、制御部14により適切な量にコントロールされる。
At this time, the injection amount of ammonia is controlled by the
このアンモニアの注入に併せて、脱硝触媒11の入口側におけるNOX及びNOの各濃度を窒素酸化物計測手段18及び一酸化窒素計測手段19でそれぞれ計測し、制御部14において、NOXの実測値からNOの実測値を減じて排ガス中のNO2濃度が算出される。
In conjunction with injection of ammonia, each concentration of the NO X and NO at the inlet side of the
そして、この算出結果によるNO2濃度に基づいて、同じく制御部14では、排ガス中におけるNOX中に占めるNO2の割合が、図2のグラフに示すNO2/NOX比率の好適範囲に収まるように、すなわち、排ガス中におけるNOX中に占めるNO2の割合が、常時0.25以上0.75以下、望ましくは0.4以上0.6以下、より望ましくは0.5程度となるように、一酸化窒素注入系統15のNO供給源17にNO注入指令を出力する。
Then, on the basis of the NO 2 concentration based on this calculation result, similarly, in the
このように、制御部14から一酸化窒素注入系統15のNO供給源17にNO注入指令が出されると、アンモニア注入ノズル12を介して煙道1の排ガス中にNOが必要量注入され、このNOの注入によりNOとNO2との比率が1:1に近づくことで、上記した反応2に従って速やかに反応することとなり、その結果、効率良くNOXの無害化が成されることとなる。
Thus, when a NO injection command is issued from the
したがって、上記した本実施形態に係る脱硝装置10では、排ガスに含まれるNOX中に占めるNO2の比率が高い場合であったとしても、NOXの無害化を高効率で行い得ることとなる。
Therefore, in the
そこで、排ガスに含まれるNOXを本実施形態に係る脱硝装置10により無害化するにあたって、排ガスに含まれるNOX中に占めるNO2の割合(NO2/NOX)が0.5(50%)程度となるように、一酸化窒素注入系統15から排ガス中にNOを注入したところ、図3に示すように、安定後における静定脱硝率は97.1%であった。
Therefore, when NO X contained in the exhaust gas is rendered harmless by the
これに対して、排ガスに含まれるNOX中に占めるNO2の割合(NO2/NOX)が0%の比較例1における排ガス、及び、排ガスに含まれるNOX中に占めるNO2の割合(NO2/NOX)が80%の比較例2における排ガスでは、安定後における静定脱硝率がそれぞれ92.2%及び80.5%であった。 In contrast, the ratio of NO 2 in NO X contained in the exhaust gas (NO 2 / NO X ) is 0%, and the ratio of NO 2 in NO X contained in the exhaust gas in Comparative Example 1 In the exhaust gas in Comparative Example 2 where (NO 2 / NO X ) was 80%, the static denitration rates after stabilization were 92.2% and 80.5%, respectively.
このように、本実施形態に係る脱硝装置10では、排ガス中におけるNOX中に占めるNO2の割合をNO2/NOX比率の好適範囲である50%程度とすることで、比較例1,2と比べて、NOXの無害化を高効率で行い得ることが実証できた。
Thus, in the
本発明に係る脱硝装置及び脱硝方法の構成は、上記した実施形態に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、NOを注入する一酸化窒素注入系統15をアンモニア注入ノズル12の排ガス流れ上流側における煙道1に接続するようにしてもよい。
The configurations of the denitration apparatus and the denitration method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments. As another configuration, for example, a nitrogen
また、本発明に係る脱硝装置及び脱硝方法は、ボイラのバーナによる燃焼により生じる排ガスに対する脱硝に用いることができるほか、ガスタービンで生じる排ガスに対する脱硝に用いることができる。 The denitration apparatus and the denitration method according to the present invention can be used for denitration of exhaust gas generated by combustion by a boiler burner, and can be used for denitration of exhaust gas generated by a gas turbine.
1 煙道
10 脱硝装置
11 脱硝触媒
12 アンモニア注入ノズル
12a アンモニア供給路
14 制御部
15 一酸化窒素注入系統
18 窒素酸化物計測手段
19 一酸化窒素計測手段
DESCRIPTION OF
Claims (2)
この煙道における前記脱硝触媒の上流側に位置して、前記排ガスに対してアンモニアを注入するアンモニア注入ノズルと、
前記脱硝触媒の出口窒素酸化物濃度に応じて前記アンモニア注入ノズルからのアンモニア注入量をコントロールする制御部を備えた脱硝装置において、
前記アンモニア注入ノズルの排ガス流れ上流側又は該アンモニア注入ノズルに続くアンモニア供給路に対して一酸化窒素を注入する一酸化窒素注入系統を設けると共に、前記脱硝触媒の入口側に窒素酸化物計測手段及び一酸化窒素計測手段を設け、
前記制御部は、前記窒素酸化物計測手段及び一酸化窒素計測手段で得られる窒素酸化物及び一酸化窒素の各実測値から前記排ガス中の二酸化窒素濃度を算出して、該排ガス中における窒素酸化物中に占める二酸化窒素の割合を常時0.25以上0.75以下とするべく、前記一酸化窒素注入系統からの一酸化窒素の注入量を制御する
ことを特徴とする脱硝装置。 A denitration catalyst disposed in a flue through which exhaust gas containing nitrogen dioxide flows,
An ammonia injection nozzle for injecting ammonia into the exhaust gas, located upstream of the denitration catalyst in the flue;
In a denitration apparatus comprising a control unit for controlling the ammonia injection amount from the ammonia injection nozzle according to the outlet nitrogen oxide concentration of the denitration catalyst,
A nitrogen monoxide injection system for injecting nitrogen monoxide into an upstream side of the exhaust gas flow of the ammonia injection nozzle or an ammonia supply path following the ammonia injection nozzle, and a nitrogen oxide measuring means on the inlet side of the denitration catalyst; Nitric oxide measuring means is provided,
The control unit calculates a nitrogen dioxide concentration in the exhaust gas from each measured value of nitrogen oxide and nitrogen monoxide obtained by the nitrogen oxide measuring unit and the nitric oxide measuring unit, and oxidizes nitrogen in the exhaust gas. A denitration apparatus, wherein the amount of nitrogen monoxide injected from the nitrogen monoxide injection system is controlled so that the ratio of nitrogen dioxide occupying in the object is always 0.25 or more and 0.75 or less.
前記脱硝触媒の出口窒素酸化物濃度に応じて前記アンモニアの注入量をコントロールすると共に、前記脱硝触媒の入口側における窒素酸化物及び一酸化窒素の各実測値から前記排ガス中の二酸化窒素濃度を算出して、該排ガス中における窒素酸化物中に占める二酸化窒素の割合を常時0.25以上0.75以下とするべく、一酸化窒素を注入する
ことを特徴とする脱硝方法。 In a denitration method in which ammonia is injected into exhaust gas containing nitrogen dioxide flowing through a flue and nitrogen oxides are catalytically reduced by a denitration catalyst disposed in the flue,
The ammonia injection amount is controlled in accordance with the outlet nitrogen oxide concentration of the denitration catalyst, and the nitrogen dioxide concentration in the exhaust gas is calculated from the measured values of nitrogen oxide and nitrogen monoxide on the inlet side of the denitration catalyst. Then, nitrogen monoxide is injected so that the ratio of nitrogen dioxide in the nitrogen oxide in the exhaust gas is always 0.25 or more and 0.75 or less.
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