JP2014102098A - 排ガス脱硝装置の触媒診断システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ボイラ101からの燃焼排ガス102中に還元剤を供給する還元剤供給手段であるアンモニア注入装置104と、還元剤が含まれた排ガス102中のNOxを脱硝する脱硝触媒106を備えた脱硝装置105と、前記脱硝装置105の入口側と出口側とに各々設けられ、脱硝装置105のガス流れに直交する区画された面領域における排ガス中のNOx濃度分布を計測する複数のプローブ手段を有し、レーザ計測手段により測定するNOx濃度分布測定装置110と、前記NOx濃度分布測定装置の計測結果より、NOx濃度分布と脱硝率とを求め、求めたNOx濃度分布と脱硝率より、区画された面領域に対応する脱硝触媒が劣化しているか否かを診断する診断手段30とを具備する。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、実施例1に係る排ガス脱硝システムを備えたボイラ装置100は、ボイラ101からの燃焼排ガス(以下「排ガス」という)102中に還元剤(例えばアンモニア:NH3)を供給する還元剤供給手段であるアンモニア注入装置104と、還元剤が含まれた排ガス102中のNOxを脱硝する脱硝触媒106を備えた脱硝装置105と、前記脱硝装置105の入口側と出口側とに各々設けられ、前記脱硝装置105のガスの流れに直交する区画された面領域における排ガス中のNOx濃度分布を計測する複数のプローブ手段を有し、レーザ計測手段により測定するNOx濃度分布測定装置110と、前記NOx濃度分布測定装置の計測結果より、NOx濃度分布と脱硝率とを求め、求めたNOx濃度分布と脱硝率より、区画された面領域に対応する脱硝触媒が劣化しているか否かを診断する診断手段30とを具備するものである。
ここで、レーザ計測手段は単分子計測法を用いる場合には、窒素酸化物(NOx)の内、NO(一酸化窒素)、NO2(二酸化窒素)のいずれかを計測して、判断している。
以下、本実施例では、NOx濃度分布測定装置110を用いてNO(一酸化窒素)を計測して脱硝触媒の劣化度合いを診断するようにしているが、NO2(二酸化窒素)を計測して、またはNO(一酸化窒素)、NO2(二酸化窒素)の両方を計測して判断するようにしてもよい。
図1中、符号107は空気予熱器、108は煙突を図示する。
この際、脱硝装置105の入口側と出口側とでNO濃度を計測しているので、脱硝率を同時に求めることができる。
図18は、触媒診断方法の運用手順を示す図である。
脱硝装置の各区分において、脱硝率が基準を全て満たしているかを判断し、脱硝触媒が適正か否かを判断する(ステップS108)。
よって、従来では、定期点検の際に、触媒ユニットの全てを交換していたが、本発明によれば、全てのユニットの交換することとならず、触媒交換の手間及びコストの低減を図ることができる。
すなわち、劣化していない触媒ユニットにおいては、次の定期点検まで延長して触媒を使用することができ。触媒交換のランニングコストの大幅な低減を図ることができる。
また、劣化した区画に対応する還元剤供給手段からの還元剤供給量を調節する際、アンモニアの供給と共に、又はアンモニアの供給とは別に溶剤(水溶液)を噴霧し、劣化した区画に対応する脱硝触媒の再生を行うことができる。
また、表示部31を備えた触媒診断手段30により、脱硝触媒の劣化の度合いを判断することができるので、脱硝触媒106の更新に伴うコストの低減やアンモニア消費量の最適化を実現できる。
この脱硝装置105の内部空間には、濃度測定領域Sが仮想的に設定されている。濃度測定領域Sは内部空間内に任意に設定される領域である。本実施例では、図5に示すように、脱硝装置105の煙道の壁面の面内方向に対して平行方向に5列に分割され、第1壁部103aから第2壁部103bにわたって3行に分割される場合、濃度測定領域Sには、仮想的に15個の区画された分割領域が形成される。この区画された分割領域ごとに、測定対象の平均濃度を測定することで、濃度測定領域Sにおける測定対象の濃度分布を得ることができる。
図7に示すように、基本の1セットを構成する3種類の異なる計測領域Lを形成するプローブ手段は、レーザ光を通過する中空の送光筒112A(112B、112C)と、該送光筒112A(112B、112C)の一部が所定距離112a、112bの間区切られ、計測場に晒される計測領域Lを有している。
この区切られた計測領域Lに排ガス102が通過することとなるので、排ガス中のNOを計測することができる。
この計測領域Lは、1mの間途切れており、レーザ光路長を1mとしている。
また、送光筒112Bは、第1列I、第2列II、第3列III、第4列IV、第5列Vの分割領域(P2、P5、P8、P11、P14)に対応するように、所定距離112a、112bの間区切られた計測場に晒される計測領域Lが設けられている。
また、送光筒112Cは、第1列I、第2列II、第3列III、第4列IV、第5列Vの分割領域(P3、P6、P9、P12、P15)に対応するように、所定距離112a、112bの間区切られた計測場に晒される計測領域Lが設けられている。
なお、図6では、計測領域Lの図示は省略している。
レーザ光の光強度と測定対象の濃度との関係を示す関係式として、ランベルト・ベール(Lambert−Beer)の法則が知られている。
I(L)=I0exp(−kC0L) ……(1)
ここで、kは測定対象の吸光度に応じて設定される比例係数である。
I(L)=I0exp(−kC1L1) ……(2)
図17は、排ガス中の煤塵濃度とレーザ光透過率との関係を示す図である。
図17では、波長が1.5μmの場合、煤塵濃度が6g/Nm3程度の石炭灰中に2mの光路長で計測が可能であることを確認している。
よって、煤塵濃度がそれ以上の場合には、1.5m、より好適には1m前後の光路長で計測することが良好である。
このようにして得られた濃度測定領域Sの濃度分布は、例えば、制御装置20と接続された表示装置(図示略)に表示されることによって、ユーザに提示される。
よって、脱硝装置の出口側において、例えばリークアンモニアを計測する場合には、この脱硝に寄与しないアンモニアを計測することとなり、適切な脱硝がなされたかの否かの判断の指標とはならない。
これに対して、本発明のように、脱硝装置105の入口側と出口側とでNO濃度を、NOx濃度分布測定装置110により直接計測することにより、確実に脱硝がなされていることを確認することができる。
図1に示す脱硝装置105においては、その入口側と出口側とにNOx濃度分布測定装置110を各々設置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、脱硝装置105の脱硝触媒が層状に複数段(2段以上)設置される場合には、この層の間にNOx濃度分布測定装置110を設置するようにしてもよい。
本実施例では、上流側脱硝触媒層106Aの入口側にNOx濃度分布測定装置(入口)110を設置し、上流側脱硝触媒層106Aと下流側脱硝触媒層106Bとの間にNOx濃度分布測定装置(中間)110を設置し、下流側脱硝触媒層106Bの出口側にNOx濃度分布測定装置(出口)110を設置し、それぞれの層の間における空間のNOの濃度分布を計測し、このNOの濃度分布の計測結果に基づき、アンモニア注入を調整するようにしている。
実施例1のNOx濃度分布測定装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図6に示す実施例1に係る脱硝装置に設置するNOx濃度分布測定装置100では、プローブ手段の各々に送光器11と受光器12とを設置しているが、本実施例では、全てのプローブ手段に窓部15A(15B)を設け、この窓部に対応する反射部である反射ミラー13A(13B)を設け、一台の送光器11と受光器12とでレーザ光の送光及び受光を行うようにしている。
まず、測定を行うレーザ経路に対応するように、ガイドレール14上にて反射ミラー13が載置された可動台14aを移動させ、反射ミラー13の角度を調整する。そして、制御装置20によって送光器11が起動され、更に、レーザ光の出力が安定した後に、レーザ経路における測定が行われる。
煙道の外壁回りにおける複数のレーザビーム窓15A、15Bや、プローブ手段における送光筒112の配置位置は、上述した実施例と同様である。また、濃度分布測定方法も上述した実施例と同様であり、詳細な説明は省略する。
図11は、実施例2係る他の脱硝装置に設置するNOx濃度分布測定装置の全体構成を示す概略図である。
図10を用いて説明した濃度分布測定装置100Bは、送光器11及び受光器12が固定されており、第1及び第2の反射ミラー13A、13Bが、第1及び第2の可動台14a、14bに各々載置され、第1及び第2の反射ミラー13A、13Bがガイドレール14上を移動するとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図11に示す濃度分布測定装置100Cのように、送光器11及び受光器12が第1及び第2の可動台14a、14bに載置され、送光器11及び受光器12がガイドレール14上を移動するとしてもよい。
図12に示すように、本実施例に係るNOx濃度分布測定装置のプローブ手段は、レーザ光を通過する送光筒121と、該送光筒121を回転する回転手段122と、回転する送光筒121の長手方向に沿って全体を覆う固定外枠123と、
該送光筒121に形成され、その長手方向の一部に所定距離をもって且つ時計方向で長手方向に異なる箇所で複数個所(本実施例では3箇所)開口される第1の長孔124a、124b、124cと、前記固定外枠123に形成され、その長手方向の一部が所定距離をもって複数開口される第2の長孔125a、125b、125cと、前記送光筒が回転した際、送光筒の第1の長孔124aと、固定外枠の第2の長孔125aとが一致し、計測場に晒される計測領域Lを形成する。
この第1の長孔124a、124b、124cは、その周方向の対向する同一箇所(180度位相がずれた箇所)にも同様な孔が形成され、ガスの流通を可能としている。
この第2の長孔125a、125b、125cは、図14に示すように、その周方向の対向する同一箇所にも形成され、図中上下方向でのガスの流通を可能としている。
12 受光器
13 反射ミラー
14 移動部
15 窓部
19 シールエア
20 制御装置
21 制御ケーブル
S 濃度測定領域
100 ボイラ装置
101 ボイラ
102 燃焼排ガス(排ガス)
103 煙道
104 アンモニア注入装置
105 脱硝装置
106 脱硝触媒
110、110A〜110C NOx濃度分布測定装置
Claims (10)
- 燃焼排ガス中のNOxを脱硝する脱硝触媒を備えた脱硝装置と、
前記脱硝装置の入口側と出口側とに設けられ、前記脱硝装置のガス流れに直交する区画された面領域における排ガス中のNOx濃度分布を計測する複数のプローブ手段を有し、レーザ計測手段により測定するNOx濃度分布測定装置と、
前記NOx濃度分布測定装置の計測結果より、NOx濃度分布と脱硝率とを求め、
求めたNOx濃度分布と脱硝率より、区画された面領域に対応する脱硝触媒が劣化しているか否かを診断する診断手段とを具備することを特徴とする排ガス脱硝装置の触媒診断システム。 - 請求項1において、
前記脱硝装置の脱硝触媒が複数の層から構成され、
各脱硝触媒層の間に、前記NOx濃度分布測定装置を設け、
各脱硝触媒層ごとに、NOx濃度分布測定装置によりNOx濃度を計測し、
前記NOx濃度分布測定装置の計測結果より、核脱硝触媒層ごとの脱硝触媒の診断を行うことを特徴とする排ガス脱硝装置の触媒診断システム。 - 請求項1において、
前記プローブ手段が、レーザ光を通過する送光筒と、
該送光筒の一部が所定距離区切られ、計測場に晒される計測領域を有することを特徴とする排ガス脱硝装置の触媒診断システム。 - 請求項3において、
前記計測領域が送光筒の長手方向に沿って異なり、前記区画された面領域の一部に位置することを特徴とする排ガス脱硝装置の触媒診断システム。 - 請求項1において、
前記プローブ手段が、レーザ光を通過する送光筒と、
該送光筒を回転する回転手段と、
回転する送光筒の長手方向に沿って全体を覆う固定外枠と、
該送光筒に形成され、その長手方向の一部に所定距離をもって且つ時計方向で長手方向に異なる箇所で複数開口される第1の長孔と、
前記固定外枠に形成され、その長手方向の一部が所定距離をもって複数開口される第2の長孔と、
前記送光筒が回転した際、送光筒の第1の長孔と、固定外枠の第2の長孔とが一致し、計測場に晒される計測領域を形成することを特徴とする排ガス脱硝装置の触媒診断システム。 - 請求項1乃至5のいずれか一つにおいて、
前記複数のプローブ手段の一端側の各々に、計測場の外部からレーザ光を出射させるレーザ送光器と、
他端側の各々に、計測場の外部で計測領域を通過したレーザ光を受光し、前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光器と、を具備することを特徴とする排ガス脱硝装置の触媒診断システム。 - 請求項1乃至5のいずれか一つにおいて、
NOx濃度分布測定装置が、
レーザ光を前記プローブ手段内に出射させる一台のレーザ送光器と、
前記プローブ手段の計測領域を通過したレーザ光を受光し、前記レーザ光の光強度を検出する一台のレーザ受光器と、
前記レーザ送光器からのレーザ光を反射する第1の反射部と、
前記プローブ手段内の計測領域を通過したレーザ光を反射する第2の反射部と、
前記複数のプローブ手段の一端側の各々に設けられ、計測場の外部からレーザ光が通過する送光用窓部と、
前記複数のプローブ手段他端側の各々に設けられ、計測場の外部で計測領域を通過したレーザ光が通過する受光用窓部と、
前記第1の反射部が載置され、計測場の外部において前記第1の反射部を移動する第1の移動部と、
前記第2の反射部が載置され、計測場の外部において前記第2の反射部を移動する第2の移動部と、
前記プローブ手段の内部におけるレーザ経路に基づいて、前記第1及び第2の複数の窓部から二つの窓部が選択され、選択された一の前記第1の窓部から他の前記第2の窓部に向けて前記レーザ光が照射されて前記レーザ光がプローブ手段を通過するように、前記第1及び第2の移動部によって前記第1及び第2の反射部を移動させる制御部と、を具備することを特徴とする排ガス脱硝装置の触媒診断システム。 - 請求項1乃至5のいずれか一つにおいて、
NOx濃度分布測定装置が、
レーザ光を前記プローブ手段内に出射させる一台のレーザ送光器と、
前記プローブ手段の計測領域を通過したレーザ光を受光し、前記レーザ光の光強度を検出する一台のレーザ受光器と、
前記複数のプローブ手段の一端側の各々に設けられ、計測場の外部からレーザ光が通過する送光用窓部と、
前記複数のプローブ手段他端側の各々に設けられ、計測場の外部で計測領域を通過したレーザ光が通過する受光用窓部と、
前記レーザ送光器が載置され、計測場の外部において前記レーザ送光器を移動する第1の移動部と、
前記レーザ受光器が載置され、計測場の外部において前記レーザ受光器を移動する第1の移動部と、
前記プローブ手段の内部におけるレーザ経路に基づいて、前記第1及び第2の複数の窓部から二つの窓部が選択され、選択された一の前記第1の窓部から他の前記第2の窓部に向けて前記レーザ光が照射されて前記レーザ光がプローブ手段を通過するように、前記第1及び第2の移動部によって前記レーザ送光器及びレーザ受光器を移動させる制御部と、を具備することを特徴とする排ガス脱硝装置の触媒診断システム。 - 燃焼排ガス中のNOxを脱硝する脱硝触媒の劣化を診断する排ガス脱硝装置の触媒診断方法であって、
前記脱硝装置の入口側と出口側とに設けられ、前記脱硝装置のガス流れに直交する区画された面領域における排ガス中のNOx濃度分布を計測する複数のプローブ手段を有し、レーザ計測手段により測定するNOx濃度分布測定装置を用い、
前記NOx濃度分布測定装置の計測結果より、NOx濃度分布と脱硝率とを求め、
求めたNOx濃度分布と脱硝率より、区画された面領域に対応する脱硝触媒が劣化しているか否かを診断することを特徴とする排ガス脱硝装置の触媒診断方法。 - 請求項9において、
NOx濃度の検出値が高い場合、
区画された面領域に対応するアンモニア注入装置からのアンモニアを供給し、アンモニアの注入によっても、脱硝率が改善されない場合には、脱硝触媒が劣化していると診断する排ガス脱硝装置の触媒診断方法。
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