JP2017124385A - Exhaust gas treatment device and exhaust gas treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、コンバインドサイクル発電が行われる発電所の排ガス処理技術に関する。 Embodiments of the present invention relate to an exhaust gas treatment technique for a power plant in which combined cycle power generation is performed.
コンバインドサイクル発電等が行われる火力発電所では、廃熱回収ボイラ内に脱硝装置が配置される。脱硝装置には、脱硝触媒が配置され、排ガス中に含有する窒素酸化物を水と窒素に無害化する役割がある。 In a thermal power plant where combined cycle power generation or the like is performed, a denitration device is disposed in a waste heat recovery boiler. The denitration apparatus is provided with a denitration catalyst and has a role of detoxifying nitrogen oxides contained in the exhaust gas to water and nitrogen.
近年、太陽光発電等の再生可能エネルギーによる電力が電力網に供給されることにより、電力の需給変動が生じ、火力発電所の出力調整による電力需給の調整が行われることがある。しかし、需給変動に応じた火力発電所の出力調整(定格外運転)に伴い、排ガスの温度が触媒の働きにくい低温となる。こうした低温での働きを改善した触媒がある(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, supply of electric power from renewable energy such as solar power generation is supplied to an electric power network, which causes fluctuations in the supply and demand of electric power, and the adjustment of electric power supply and demand by adjusting the output of a thermal power plant may be performed. However, with the output adjustment (non-rated operation) of the thermal power plant according to the supply and demand fluctuation, the temperature of the exhaust gas becomes a low temperature at which the catalyst does not work easily. There is a catalyst that has improved the function at such a low temperature (see, for example, Patent Document 1).
また、定格外の運転では低温化と同時に窒素酸化物中の二酸化窒素の比率が増加することにより、現行の脱硝装置による脱硝が十分行われないことが危惧される。そこで、低温の排ガスで高い二酸化窒素比率であっても対応可能な触媒がある(例えば、特許文献2参照)。 Moreover, in the operation outside the rating, there is a fear that the denitration by the current denitration apparatus is not sufficiently performed because the ratio of nitrogen dioxide in the nitrogen oxides increases at the same time as the temperature is lowered. Therefore, there is a catalyst that can cope with low-temperature exhaust gas even at a high nitrogen dioxide ratio (see, for example, Patent Document 2).
このような定格外運転の機会は、例えば、再生可能エネルギーの一つである太陽光発電の場合、太陽光の遮りが頻繁に起こるような限定された気象条件において増加するが、遮りが生じない場合は、通常の定格運転が主となる。従って、気象条件によって異なる温度及び異なる二酸化窒素比率での排ガスの脱硝の両立が必要となっている。 For example, in the case of photovoltaic power generation, which is one of renewable energies, such off-rated driving opportunities increase in limited weather conditions where sunlight is frequently blocked, but there is no blocking. In the case, normal rated operation is the main. Therefore, it is necessary to achieve both denitration of exhaust gas at different temperatures and different nitrogen dioxide ratios depending on weather conditions.
廃熱回収ボイラ内に脱硝装置が配置されると、排ガスの熱の一部が脱硝反応に消費される。そのため、廃熱回収ボイラにおいて廃熱回収が効率的に行えなくなる。 When the denitration device is disposed in the waste heat recovery boiler, a part of the heat of the exhaust gas is consumed for the denitration reaction. Therefore, waste heat recovery cannot be performed efficiently in the waste heat recovery boiler.
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、廃熱回収を効率的に行うことができる排ガス処理技術を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an exhaust gas treatment technique capable of efficiently performing waste heat recovery.
本発明の実施形態に係る排ガス処理装置は、排ガスが通過する排ガス経路と、前記排ガス経路に設けられ、前記排ガスの熱を回収して蒸気を生成する廃熱回収ボイラと、前記排ガス経路の前記廃熱回収ボイラよりも下流側に設けられ、前記廃熱回収ボイラにより熱が回収された後の前記排ガスに含まれる窒素酸化物を、アンモニア還元剤と脱硝触媒と用いたアンモニア接触還元によって、窒素と水とに変換する脱硝装置と、を備える排ガス処理装置とする。 An exhaust gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention includes an exhaust gas path through which exhaust gas passes, a waste heat recovery boiler that is provided in the exhaust gas path and recovers heat of the exhaust gas to generate steam, and the exhaust gas path Nitrogen oxides provided in the exhaust gas after the heat is recovered by the waste heat recovery boiler provided downstream from the waste heat recovery boiler are converted into nitrogen by ammonia catalytic reduction using an ammonia reducing agent and a denitration catalyst. And a denitration device that converts water into water.
本発明の実施形態に係る排ガス処理方法は、排ガス経路を通過する排ガスの熱を回収して蒸気を生成する廃熱回収工程と、前記廃熱回収工程により熱が回収された後の前記排ガスに含まれる窒素酸化物を、アンモニア還元剤と脱硝触媒と用いたアンモニア接触還元によって、窒素と水とに変換する脱硝工程と、を含む排ガス処理方法とする。 An exhaust gas treatment method according to an embodiment of the present invention includes a waste heat recovery step of recovering heat of exhaust gas passing through an exhaust gas path to generate steam, and the exhaust gas after heat is recovered by the waste heat recovery step. The exhaust gas treatment method includes a denitration step of converting contained nitrogen oxides into nitrogen and water by ammonia catalytic reduction using an ammonia reducing agent and a denitration catalyst.
本発明の実施形態により、廃熱回収を効率的に行うことができる排ガス処理技術が提供される。 The embodiment of the present invention provides an exhaust gas treatment technology capable of efficiently performing waste heat recovery.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施形態の脱硝装置が適用された火力発電所の構成を示す図である。本実施形態の火力発電所では、ガスタービンを用いた内燃力発電が行われるとともに、その排熱で汽力発電が行われるコンバインドサイクル発電方式が適用されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a thermal power plant to which the denitration apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied. In the thermal power plant of the present embodiment, a combined cycle power generation system is employed in which internal combustion power generation using a gas turbine is performed and steam power generation is performed with the exhaust heat.
図1に示すように、本実施形態の火力発電所には、内燃機関としてのガスタービン1が設けられている。このガスタービン1は、空気を圧縮するコンプレッサと、燃料を燃焼する燃焼室と、燃焼室に燃料を供給する燃料供給器と、コンプレッサで圧縮された空気とともに燃料が燃焼されることで回転されるタービンと、を有している。そして、タービンの回転力が第1発電機10に伝達されて内燃力発電が行われる。火力発電所が定格運転を行っているときには、排ガスの温度が300℃から400℃となる。一方、火力発電所が定格外運転を行っているときや、火力発電所の起動時などにおいては、ガスタービン1の出力が抑えられるので、排ガスの温度が250℃以下となる。
As shown in FIG. 1, the thermal power plant of this embodiment is provided with a gas turbine 1 as an internal combustion engine. The gas turbine 1 is rotated by combustion of fuel together with a compressor that compresses air, a combustion chamber that burns fuel, a fuel supply that supplies fuel to the combustion chamber, and air compressed by the compressor. And a turbine. And the rotational force of a turbine is transmitted to the
ガスタービン1から排出された排ガスは、第1煙道2を介して廃熱回収ボイラ3に送られる。この廃熱回収ボイラ3は、水が導通される水管5を有している。水管5は、廃熱回収ボイラ3の内部で複数箇所が屈曲された細い管であり、屈曲されることで排ガスが当たる表面積が増大されている。廃熱回収ボイラ3の内部の水管5を流れる水が排ガスと熱交換を行うことにより蒸気が発生する。この工程が排ガスの熱を回収して蒸気を生成する廃熱回収工程となっている。なお、後述するように、廃熱回収ボイラ3に送られた排ガスは、第2煙道4に進入する。そして、排ガスは、第2煙道4に設けられた脱硝装置6の脱硝触媒8により脱硝がなされた後に、煙突9から大気中に排出される。
The exhaust gas discharged from the gas turbine 1 is sent to the waste heat recovery boiler 3 through the
また、廃熱回収ボイラ3から延びる水管5は、蒸気タービン12に接続されている。排ガスと熱交換により水管5の内部で発生した蒸気は、蒸気タービン12に送られる。この蒸気の圧力により蒸気タービン12が回転される。そして、蒸気タービン12の回転力が第2発電機11に伝達されて汽力発電が行われる。
A
さらに、蒸気タービン12は、復水器13に接続されている。蒸気タービン12を回転させた蒸気は、復水器13で凝縮されて水に戻される。さらに、復水器13から延びる水管5は、廃熱回収ボイラ3に接続されている。そして、復水器13の水は、給水ポンプ(図示略)により再び廃熱回収ボイラ3の内部の水管5に送られる。
Further, the
このように、内燃力発電に用いるガスタービン1から排出された排ガスの熱を、汽力発電に再利用することで効率的な発電を行うことができる。なお、廃熱回収ボイラ3にて熱交換が行われた後の排ガスの温度は、70℃から100℃程度になる。廃熱回収ボイラ3を通過後の排ガスは、火力発電所が定格運転または定格外運転(起動時等を含む)のいずれの運転状態にあるときでも、常に170℃以下の温度となる。ここで、排ガスの温度が170℃以下であるときを低温であるものとする。 Thus, efficient power generation can be performed by reusing the heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine 1 used for internal combustion power generation for steam power generation. In addition, the temperature of the exhaust gas after heat exchange is performed in the waste heat recovery boiler 3 is about 70 ° C. to 100 ° C. The exhaust gas after passing through the waste heat recovery boiler 3 is always at a temperature of 170 ° C. or lower, regardless of whether the thermal power plant is in a rated operation or an unrated operation (including during startup). Here, the temperature when the temperature of the exhaust gas is 170 ° C. or lower is assumed to be a low temperature.
廃熱回収ボイラ3にて熱交換が行われた排ガスは、第2煙道4を介して煙突9に送られる。本実施形態では、第1煙道2と廃熱回収ボイラ3と第2煙道4とで排ガスが通過する排ガス経路が形成されている。さらに、第2煙道4には、排ガスに含まれる窒素酸化物を、アンモニア還元剤と脱硝触媒8と用いたアンモニア接触還元によって、窒素と水とに変換する脱硝を行う脱硝装置6が設けられている。
The exhaust gas subjected to heat exchange in the waste heat recovery boiler 3 is sent to the chimney 9 through the second flue 4. In the present embodiment, an exhaust gas path through which exhaust gas passes is formed by the
脱硝装置6は、脱硝触媒8を有するとともに、アンモニア還元剤を脱硝触媒8に向けて噴霧する噴霧手段としてのインジェクタ7を有する。インジェクタ7は、排ガス経路において脱硝触媒8よりも上流側に設けられる。インジェクタ7から噴霧されたアンモニア還元剤は、脱硝触媒8に到達するまでに排ガスと充分に混合される。なお、インジェクタ7は、脱硝触媒8から所定の距離を空けて配置しても良いし、脱硝触媒8の直前に配置しても良い。アンモニア還元剤と混合された排ガスは、脱硝触媒8の脱硝触媒層に達し、以下の反応式(1)〜(3)により窒素と水に変換される。この工程が排ガスの脱硝を行う脱硝工程となっている。 The denitration device 6 has a denitration catalyst 8 and an injector 7 as spraying means for spraying an ammonia reducing agent toward the denitration catalyst 8. The injector 7 is provided upstream of the denitration catalyst 8 in the exhaust gas path. The ammonia reducing agent sprayed from the injector 7 is sufficiently mixed with the exhaust gas before reaching the denitration catalyst 8. The injector 7 may be disposed at a predetermined distance from the denitration catalyst 8 or may be disposed immediately before the denitration catalyst 8. The exhaust gas mixed with the ammonia reducing agent reaches the denitration catalyst layer of the denitration catalyst 8 and is converted into nitrogen and water by the following reaction formulas (1) to (3). This process is a denitration process for denitrating exhaust gas.
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O…反応式(1)
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O…反応式(2)
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O…反応式(3)
4NO + 4NH 3 + O 2 →
NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O ... Reaction formula (2)
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O ... Reaction formula (3)
なお、脱硝反応は、NOx中のNOとNO2の比率に応じて、主反応が変わる。反応式(1)および反応式(2)は、NOx中のNO2比率(NO2/NOx比率)が0.5以下で主反応となり、反応速度が比較的速いため高い脱硝率が得られやすい。一方、反応式(3)は、NO2/NOx比率が0.6以上の高NO2条件下にて主反応となる。 In the denitration reaction, the main reaction changes depending on the ratio of NO to NO 2 in NOx. In the reaction formulas (1) and (2), the main reaction occurs when the NO 2 ratio (NO 2 / NOx ratio) in NOx is 0.5 or less, and a high denitration rate is easily obtained because the reaction rate is relatively fast. . On the other hand, the reaction formula (3) becomes a main reaction under high NO 2 conditions in which the NO 2 / NOx ratio is 0.6 or more.
本実施形態の脱硝触媒8は、アルミニウム酸化物の担体に対し、銀およびルテニウムからなる金属を含有成分とした触媒となっている。また、脱硝触媒8には、銀の金属酸化物やルテニウムの金属酸化物を含有成分として用いても良い。このような脱硝触媒8を用いることで、170℃以下の低温の排ガスの脱硝を行うことができる。 The denitration catalyst 8 of the present embodiment is a catalyst containing a metal composed of silver and ruthenium as a component with respect to an aluminum oxide carrier. The denitration catalyst 8 may contain silver metal oxide or ruthenium metal oxide as a component. By using such a denitration catalyst 8, denitration of low temperature exhaust gas at 170 ° C. or lower can be performed.
脱硝装置6は、排ガス経路における煙突9の直前の位置に設けられている。つまり、脱硝装置6は、排ガスが煙突9に進入する直前の位置で脱硝を行う。このように、排ガスが最も低温となっている煙突9に進入する直前の位置で、インジェクタ7からアンモニア還元剤が噴霧される。そのため、アンモニア還元剤の酸化反応を抑制することができ、アンモニア還元剤の消費量が削減される。 The denitration device 6 is provided at a position immediately before the chimney 9 in the exhaust gas path. That is, the denitration device 6 performs denitration at a position immediately before the exhaust gas enters the chimney 9. In this way, the ammonia reducing agent is sprayed from the injector 7 at a position immediately before the exhaust gas enters the chimney 9 having the lowest temperature. Therefore, the oxidation reaction of the ammonia reducing agent can be suppressed, and the consumption amount of the ammonia reducing agent is reduced.
なお、煙突9とは、排ガスを上昇気流の原理で上方へ導くための長い筒状の装置であり、下部から導入された排ガスを上部の開口から大気中に放出するものである。脱硝装置6は、煙突の内側に設けられても良いし、煙突内の下方に設けられても良い。さらに、排ガスが煙突に進入する直前の位置とは、脱硝装置6から煙突9までの間に他の装置がなく、排ガス経路のみとなっている状態を言い、脱硝装置6から煙突9までの間に一定の距離が設けられていても良い。また、煙突9の直前の排ガス経路には、他の装置がないので、このスペースが最も脱硝装置6を設けやすい箇所となっている。そして、脱硝装置6により脱硝された排ガスは、煙突9を介して大気中に放出される。 The chimney 9 is a long cylindrical device for guiding the exhaust gas upward based on the principle of ascending current, and discharges the exhaust gas introduced from the lower part into the atmosphere through the upper opening. The denitration device 6 may be provided inside the chimney, or may be provided below the chimney. Further, the position immediately before the exhaust gas enters the chimney refers to a state in which there is no other device between the denitration device 6 and the chimney 9 and only the exhaust gas path, and between the denitration device 6 and the chimney 9. A certain distance may be provided. Further, since there is no other device in the exhaust gas path immediately before the chimney 9, this space is the place where the denitration device 6 is most easily provided. The exhaust gas denitrated by the denitration device 6 is released into the atmosphere via the chimney 9.
また、従来技術では、脱硝触媒8の機能する温度の制約から、廃熱回収ボイラ3と脱硝装置6とを一体的に設ける必要があった。これに対して、本実施形態では、廃熱回収ボイラ3から脱硝装置6を独立させ、分離して設けることができる。そのため、廃熱回収ボイラ3や脱硝装置6の運用性やメンテナンス性の向上を図ることが可能となる。 Further, in the prior art, the waste heat recovery boiler 3 and the denitration device 6 have to be provided integrally because of the restriction of the temperature at which the denitration catalyst 8 functions. On the other hand, in this embodiment, the denitration device 6 can be made independent from the waste heat recovery boiler 3 and provided separately. Therefore, it becomes possible to improve the operability and maintainability of the waste heat recovery boiler 3 and the denitration device 6.
本実施形態では、脱硝装置6が廃熱回収ボイラ3よりも下流側に設けられる。そして、廃熱回収ボイラ3により熱が回収された後の170℃以下の排ガスに含まれる窒素酸化物を、アンモニア還元剤と脱硝触媒と用いたアンモニア接触還元によって、窒素と水とに変換する脱硝を行う。そのため、本実施形態では、脱硝のためのアンモニア接触還元の反応に熱が奪われる前の排ガスを用いて廃熱回収が行えるので、廃熱回収が効率的に行える。また、廃熱回収がされた後の排ガスは、常に170℃以下の温度となるため、アンモニア還元剤の投入量を頻繁に変更する必要もなくなるので、安定的な脱硝を行うことができる。 In the present embodiment, the denitration device 6 is provided on the downstream side of the waste heat recovery boiler 3. Then, denitration for converting nitrogen oxides contained in the exhaust gas of 170 ° C. or lower after heat is recovered by the waste heat recovery boiler 3 into nitrogen and water by ammonia catalytic reduction using an ammonia reducing agent and a denitration catalyst. I do. Therefore, in the present embodiment, waste heat recovery can be performed using exhaust gas before heat is taken away by the ammonia catalytic reduction reaction for denitration, so that waste heat recovery can be performed efficiently. Further, since the exhaust gas after the waste heat recovery is always at a temperature of 170 ° C. or less, it is not necessary to frequently change the amount of the ammonia reducing agent input, so that stable denitration can be performed.
本実施形態では、脱硝触媒8は、アルミニウム酸化物の担体に対し、銀およびルテニウムからなる金属または金属酸化物を含有成分とした触媒であることで、低温であっても触媒としての活性が高くなるので、標準気圧において170℃以下の低温の排ガスの脱硝を行うことができる。また、低温の排ガスとは、170℃以下の温度であればいずれの温度でも良い。例えば、150℃以下や130℃以下や125℃以下や110℃以下や100℃以下や90℃以下の温度であっても良い。なお、従来技術の脱硝触媒では、170℃以下の低温の排ガスの脱硝を行うことができないという課題があるが、本実施形態はこのような課題を解決することができる。また、本実施形態の脱硝触媒8は、低温になることで生じる高NO2条件下にある排ガスの脱硝を行うことができる。 In the present embodiment, the denitration catalyst 8 is a catalyst having a metal or metal oxide composed of silver and ruthenium as a component with respect to an aluminum oxide carrier, and thus has high activity as a catalyst even at low temperatures. Therefore, the denitration of the low temperature exhaust gas at 170 ° C. or less at the standard pressure can be performed. The low temperature exhaust gas may be any temperature as long as it is 170 ° C. or lower. For example, the temperature may be 150 ° C. or lower, 130 ° C. or lower, 125 ° C. or lower, 110 ° C. or lower, 100 ° C. or lower, or 90 ° C. or lower. In addition, the conventional denitration catalyst has a problem that denitration of low-temperature exhaust gas at 170 ° C. or lower cannot be performed, but this embodiment can solve such a problem. In addition, the denitration catalyst 8 of the present embodiment can denitrate exhaust gas under a high NO 2 condition that occurs due to a low temperature.
次に、第2実施形態に係る脱硝装置6Aにつき、図2から図3を参照して説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。
Next, a
図2に示すように、脱硝装置6Aは、前述した実施形態と同様に第2煙道4に設けられている。この脱硝装置6Aは、複数枚(n枚)の触媒カートリッジ801,802,…80nからなる脱硝触媒8Aを有する。各触媒カートリッジ801,802,…80nは、同一構成をなしており、四角形状をなす板状の部材として形成される。これらの触媒カートリッジ801,802,…80nは、第2煙道4内における排ガスの流れる方向に対して直交するように設けられ、一方の面から排ガスが進入して他方の面から排出されるようになっている。なお、第2煙道4は、断面視で四角形状をなす角管形状をなし、この第2煙道4の内部を仕切るように、各触媒カートリッジ801,802,…80nが着脱自在に取り付けられている。
As shown in FIG. 2, the denitration device 6 </ b> A is provided in the second flue 4 as in the above-described embodiment. The
また、各触媒カートリッジ801,802,…80nは、排ガスが進入する側の面が同一方向を向き、第2煙道4の内部において排ガスの通過方向に沿って順次並んで配置されている。例えば、1の触媒カートリッジ801を通過した排ガスが他の触媒カートリッジ802を通過するようになっている。
In addition, the
なお、排ガスには、窒素酸化物のほか、微量の煤塵や蒸気(湿分)などの脱硝を阻害する阻害成分が含まれている。そのため使用期間が長くなるほど触媒カートリッジ801,802,…80nの脱硝性能が低下する。例えば、排ガスの通過方向に対して上流側に配置される1枚目の触媒カートリッジ801は、排ガスに含まれる阻害成分の影響を受けやすく、耐使用期間は短くなり、交換頻度が増加する。
In addition to nitrogen oxides, the exhaust gas contains an inhibitory component that inhibits denitration such as a small amount of dust and vapor (humidity). Therefore catalyst cartridge 80 1 as the use period becomes longer, 80 2, ... 80 n denitration performance is lowered. For example, the first sheet of the
触媒カートリッジ801,802,…80nが消耗したときには、新しい触媒カートリッジ801,802,…80nに交換することができる。特に図示はしないが、第2煙道4に開閉されるメンテナンス口を設けるようにし、このメンテナンス口を介して触媒カートリッジ801,802,…80nの交換作業が行えるようにしても良い。なお、メンテナンス口を第2煙道4の側方位置に設け、触媒カートリッジ801,802,…80nの交換作業を第2煙道4の側方から行うようにしている。
The
第2実施形態の脱硝触媒8Aが複数枚の触媒カートリッジ801,802,…80nからなるので、消耗度合に応じて個別に触媒カートリッジ801,802,…80nを交換できる。また、交換作業も容易に行うことができる。また、排ガスが最初に当たる触媒カートリッジ801は消耗が激しくなり、排ガスが最後に当たる触媒カートリッジ80nが消耗し難くなるので、各触媒カートリッジ801,802,…80nの交換時には、消耗の激しい触媒カートリッジ801を交換し、殆ど消耗していない触媒カートリッジ80nは使用を継続できるので、脱硝触媒8Aの消費量を低減できる。
The
また、触媒カートリッジ801,802,…80nの配列を定期的に変更しても良い。例えば、1枚目の触媒カートリッジ801をn枚目の触媒カートリッジ80nの下流側に入れ替えて、2枚目の触媒カートリッジ802を最初に排ガスが当たるようにしても良く、これを定期的に繰り返すことで、触媒カートリッジ801,802,…80nの使用期間を延ばしても良い。
Further, the arrangement of the
なお、排ガスが低温であると排ガスに含まれる水分が凝縮されやすくなる。第2実施形態では、排ガスに含まれる水分(湿分)を除去するために、脱硝触媒8Aの上流側に金属フィルタ20(デミスタ)が設けられている。本例では、インジェクタ7と脱硝触媒8Aとの間に金属フィルタ20が設けられている。なお、インジェクタ7よりも上流側に金属フィルタ20を設けるようにしても良い。
When the exhaust gas is at a low temperature, moisture contained in the exhaust gas is likely to be condensed. In the second embodiment, a metal filter 20 (demister) is provided upstream of the
この金属フィルタ20は、第2煙道4の内周に沿って取り付けられる外枠23と、この外枠23により保持されるワイヤメッシュ24などの金属繊維の集合体と、で構成される。ワイヤメッシュ24は、排ガス(流体)との接触面積を増やすために繊維状となっている。なお、外枠23は、排ガスの流れに対してワイヤメッシュ24の形状を維持するために設けられる。
The
この金属フィルタ20(ワイヤメッシュ24)により第2煙道4が仕切られている。第2煙道4を通過する排ガスは、必ず金属フィルタ20を通過した後に、脱硝触媒8Aに当たるようになっている。なお、排ガスは酸性成分を含むため、金属フィルタ20は、耐腐食性に優れる材料、例えば、SUS317などの材料で形成することが望ましい。
The second flue 4 is partitioned by the metal filter 20 (wire mesh 24). The exhaust gas that passes through the second flue 4 always passes through the
第2煙道4に進入した排ガスは、インジェクタ7から噴霧されるアンモニア還元剤と混合された後に、金属フィルタ20を通過する。なお、排ガスは、アンモニア還元剤と混合される前に、金属フィルタ20を通過しても良い。そして、金属フィルタ20によって、排ガスの除湿または除塵がなされる。
The exhaust gas that has entered the second flue 4 passes through the
また、金属フィルタ20は、外枠23の内側にワイヤメッシュ24とともに設けられる金属配管25を有している。この金属配管25は、複数箇所が屈曲された細い管であり、その内部に冷却媒体が導通される。なお、冷却媒体は、冷却水や冷却用のガス等であれば良い。冷却媒体によりワイヤメッシュ24が冷却されて、排ガスに含まれる蒸気が凝縮され、水となってワイヤメッシュ24を伝って流れ落ちる。さらに、金属フィルタ20の下部には、凝縮された水をためる貯蔵タンク21が設けられる。さらに、貯蔵タンク21に溜まった水を排水するためも排水ドレン22が設けられる。貯蔵タンク21の満水時には、排水ドレン22から適宜排水がなされる。
Further, the
第2実施形態では、冷却された金属フィルタ20によって排ガスに含まれる水分を凝縮し、排水ドレン22によってスムーズ(継続的)に排水することができるので、脱硝触媒8Aに水分が当たることを防ぐことができる。
In the second embodiment, moisture contained in the exhaust gas is condensed by the cooled
第2実施形態では、金属フィルタ20により水分(湿分)を除去できるので、脱硝触媒8Aを保護することができる。また、金属フィルタ20が繊維状のワイヤメッシュ24をゆすることで、排ガスとの接触面積を増加させることができ、湿分の除去を効率的に行うことができる。また、冷却媒体が導通される金属配管25によりワイヤメッシュ24が冷却されるので、排ガスに含まれる湿分の凝縮性を高めることができる。また、貯蔵タンク21に金属フィルタ20から流れた落ちた水を貯めることで、第2煙道4の内部で水が他に移動されることを防ぐことができる。
In the second embodiment, moisture (humidity) can be removed by the
次に、本実施形態で用いた脱硝触媒の脱硝性能の評価例について図4に示すグラフを参照して説明する。本実施形態の脱硝触媒は、銀(Ag)およびルテニウム(Ru)を含むアルミニウム酸化物(アルミナ)の触媒となっている。この脱硝性能の評価は、前述の第2煙道4の内部の温度を模擬する100℃前後の環境で行う。本例では、97℃と125℃の環境で行う。また、反応ガスとしては、NO2比率の高い排ガスの組成を模擬し、180ppmNOx(NO2/NOx比率0.76)+234ppmNH3(NH3/NOx比率1.3)+模擬燃焼後空気(16%O2+84%N2)を設定した。
Next, an evaluation example of the denitration performance of the denitration catalyst used in this embodiment will be described with reference to the graph shown in FIG. The denitration catalyst of this embodiment is a catalyst of aluminum oxide (alumina) containing silver (Ag) and ruthenium (Ru). The evaluation of the denitration performance is performed in an environment around 100 ° C. that simulates the temperature inside the second flue 4 described above. In this example, the temperature is 97 ° C. and 125 ° C. As the reaction gas, simulating the composition of high NO 2 ratio exhaust gas,
脱硝評価装置の構成は、NO/N2とNO2/N2とNH3/N2とO2とN2の各ガスボンベを使って反応ガスを生成する反応ガス調製部と、反応ガスを所定の温度に加熱する反応ガス加熱部と、触媒サンプルを投入する触媒層と、触媒層を通過した後のNO,NO2,NH3濃度を分析するガス分析部より構成される。 The configuration of the denitration evaluation apparatus includes a reaction gas preparation unit that generates a reaction gas using gas cylinders of NO / N 2 , NO 2 / N 2 , NH 3 / N 2 , O 2, and N 2 , and a predetermined reaction gas. A reaction gas heating unit that heats the catalyst sample, a catalyst layer into which the catalyst sample is introduced, and a gas analysis unit that analyzes the NO, NO 2 , and NH 3 concentrations after passing through the catalyst layer.
反応ガスは、浮き子式流量計を用いて流量を計測し、マスフローコントローラーにより流量が3L/minとなるように制御する。また、触媒量は、10gとし、空間流量は、約15000h−1とした。反応ガス加熱部の下流側と触媒層とには、温度計を設置し、所定の温度となることを確認する。さらに、分析部では、排ガスを採取して分析を行う。この分析は、NO、NO2分離測定用のGASTEC社製ガス検知管を用いて測定を行った。また、脱硝触媒の担体に対する含有成分は、含有率が0.5〜5%程度であることが望ましい。 The reaction gas is measured so that the flow rate becomes 3 L / min with a mass flow controller by measuring the flow rate using a float type flow meter. The catalyst amount was 10 g, and the space flow rate was about 15000 h −1 . A thermometer is installed on the downstream side of the reaction gas heating unit and the catalyst layer to confirm that the temperature reaches a predetermined temperature. Further, the analysis unit collects the exhaust gas for analysis. This analysis was performed using a gas detector manufactured by GASTEC for NO and NO 2 separation measurement. In addition, the content of the component contained in the denitration catalyst carrier is desirably about 0.5 to 5%.
各ガスボンベから供給されるNO/N2、NO2/N2、NH3/N2、O2、N2ガスは、スタティックミキサーにより混合され、反応温度まで加熱される。加熱後の排ガスは、触媒層に到達し、前述した反応式(1)〜(3)の反応が進行される。触媒層を通過した排ガスは、分析部を経て排ガス処理後排気される。 NO / N 2 , NO 2 / N 2 , NH 3 / N 2 , O 2 and N 2 gas supplied from each gas cylinder are mixed by a static mixer and heated to the reaction temperature. The heated exhaust gas reaches the catalyst layer, and the reactions of the above-described reaction formulas (1) to (3) proceed. The exhaust gas that has passed through the catalyst layer is exhausted after the exhaust gas treatment through the analysis unit.
図4は、反応温度97℃および125℃における脱硝後に反応ガス中に含まれるNH3濃度、NOx濃度、NO濃度、NO2濃度、および脱硝率の結果を示すグラフある。97℃では、触媒層通過後のNOx濃度は、15ppm(14ppmNO+1ppmNO2)、脱硝率91.67%となっている。125℃では、触媒層通過後のNOx濃度は、12ppm(9ppmNO+3ppmNO2)、脱硝率93.56%となっている。本結果により、100℃前後の温度領域であっても脱硝機能が有効に働くことが確認できる。 FIG. 4 is a graph showing the results of NH 3 concentration, NOx concentration, NO concentration, NO 2 concentration, and denitration rate contained in the reaction gas after denitration at reaction temperatures of 97 ° C. and 125 ° C. At 97 ° C., the NOx concentration after passing through the catalyst layer is 15 ppm (14 ppm NO + 1 ppm NO 2 ), and the denitration rate is 91.67%. At 125 ° C., the NOx concentration after passing through the catalyst layer is 12 ppm (9 ppm NO + 3 ppm NO 2 ) and the denitration rate is 93.56%. From this result, it can be confirmed that the denitration function works effectively even in a temperature range of around 100 ° C.
なお、本実施形態では、銀(Ag)およびルテニウム(Ru)を含むアルミニウム酸化物(アルミナ)の触媒を脱硝触媒として用いているが、脱硝触媒は、この構成に限らずその他の成分を含んでいても良い。例えば、セリウム酸化物、チタン酸化物、およびマグネシウム酸化物のうちの少なくとも1つの担体に対し、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、ロジウム、および鉄のうちの少なくとも1つの金属または金属酸化物を含んだ触媒であっても良い。これらの物質については、熱的に安定性があり、低温での活性が高いという性質があるので、低温の排ガスの脱硝を行うことができる。 In this embodiment, an aluminum oxide (alumina) catalyst containing silver (Ag) and ruthenium (Ru) is used as a denitration catalyst. However, the denitration catalyst is not limited to this configuration and includes other components. May be. For example, for at least one support of cerium oxide, titanium oxide, and magnesium oxide, at least one metal or metal oxide of copper, nickel, palladium, cobalt, rhodium, and iron was included. It may be a catalyst. Since these substances are thermally stable and have a high activity at low temperatures, it is possible to perform denitration of low-temperature exhaust gas.
以上説明した実施形態の排ガス処理装置によれば、脱硝装置が廃熱回収ボイラよりも下流側に設けられる。そして、廃熱回収ボイラにより熱が回収された後の170℃以下の排ガスに含まれる窒素酸化物を、アンモニア還元剤と脱硝触媒とを用いたアンモニア接触還元によって、窒素と水とに変換する脱硝を行う。そのため、本実施形態では、脱硝のためのアンモニア接触還元の反応に熱が奪われる前の排ガスを用いて廃熱回収が行えるので、廃熱回収が効率的に行うことができる。 According to the exhaust gas treatment apparatus of the embodiment described above, the denitration apparatus is provided on the downstream side of the waste heat recovery boiler. Then, denitration for converting nitrogen oxides contained in the exhaust gas at 170 ° C. or lower after heat is recovered by the waste heat recovery boiler into nitrogen and water by ammonia catalytic reduction using an ammonia reducing agent and a denitration catalyst. I do. Therefore, in the present embodiment, waste heat recovery can be performed using exhaust gas before heat is taken away by the ammonia catalytic reduction reaction for denitration, so that waste heat recovery can be performed efficiently.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…ガスタービン、2…第1煙道、3…廃熱回収ボイラ、4…第2煙道、5…水管、6,6A…脱硝装置、7…インジェクタ、8,8A…脱硝触媒、9…煙突、10…発電機、11…発電機、12…蒸気タービン、13…復水器、20…金属フィルタ、21…貯蔵タンク、22…排水ドレン、23…外枠、24…ワイヤメッシュ、25…金属配管、80…触媒カートリッジ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas turbine, 2 ... 1st flue, 3 ... Waste heat recovery boiler, 4 ... 2nd flue, 5 ... Water pipe, 6, 6A ... Denitration device, 7 ... Injector, 8, 8A ... Denitration catalyst, 9 ... Chimney, 10 ... Generator, 11 ... Generator, 12 ... Steam turbine, 13 ... Condenser, 20 ... Metal filter, 21 ... Storage tank, 22 ... Drain drain, 23 ... Outer frame, 24 ... Wire mesh, 25 ... Metal piping, 80 ... catalyst cartridge.
Claims (9)
前記排ガス経路に設けられ、前記排ガスの熱を回収して蒸気を生成する廃熱回収ボイラと、
前記排ガス経路の前記廃熱回収ボイラよりも下流側に設けられ、前記廃熱回収ボイラにより熱が回収された後の前記排ガスに含まれる窒素酸化物を、アンモニア還元剤と脱硝触媒と用いたアンモニア接触還元によって、窒素と水とに変換する脱硝装置と、
を備える排ガス処理装置。 An exhaust gas path through which the exhaust gas passes;
A waste heat recovery boiler which is provided in the exhaust gas path and recovers heat of the exhaust gas to generate steam;
Ammonia that is provided downstream of the waste heat recovery boiler in the exhaust gas path and uses nitrogen oxides contained in the exhaust gas after heat is recovered by the waste heat recovery boiler, using an ammonia reducing agent and a denitration catalyst A denitration device that converts nitrogen and water by catalytic reduction;
An exhaust gas treatment apparatus comprising:
前記脱硝装置は、前記排ガスが前記煙突に進入する直前の位置に設けられる請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の排ガス処理装置。 Connected to the exhaust gas path downstream from the waste heat recovery boiler, comprising a chimney in which the exhaust gas is discharged to the atmosphere,
The exhaust gas treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the denitration apparatus is provided at a position immediately before the exhaust gas enters the chimney.
前記廃熱回収工程により熱が回収された後の前記排ガスに含まれる窒素酸化物を、アンモニア還元剤と脱硝触媒と用いたアンモニア接触還元によって、窒素と水とに変換する脱硝工程と、
を含む排ガス処理方法。 A waste heat recovery process for recovering heat of exhaust gas passing through the exhaust gas path to generate steam;
A denitration step of converting nitrogen oxides contained in the exhaust gas after heat is recovered by the waste heat recovery step into nitrogen and water by ammonia catalytic reduction using an ammonia reducing agent and a denitration catalyst;
An exhaust gas treatment method comprising:
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CN114660225A (en) * | 2022-03-18 | 2022-06-24 | 合肥丰德科技股份有限公司 | Detection system for denitration efficiency of ceramic filter element catalyst |
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- 2016-01-15 JP JP2016006373A patent/JP2017124385A/en active Pending
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