JP2724176B2

JP2724176B2 - 排ガス脱硝装置

Info

Publication number: JP2724176B2
Application number: JP63244562A
Authority: JP
Inventors: 正吾長峯; 俊二柄本; 喜通森; 正人向井; 敏通和田; 譲司溝口
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1998-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JPH0295415A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は燃焼排ガスの脱硝装置に係り、特に排ガス中
に含まれるスラグ（溶融灰）やクリンカ（未燃分と溶融
灰の混合物）などの大粒径ダストによる触媒層の目詰ま
りおよび性能低下を防止するのに好適なダクト構造を有
する排ガス脱硝装置に関する。

〔従来の技術〕

石炭などの燃焼排ガス中の窒素酸化物（NOx）を除去
する方法として、アンモニアを排ガス中に注入し、しか
る後に、アンモニアを含む排ガスを脱硝触媒に接触させ
てNOxを還元し、無害な窒素と水に変換する方法、いわ
ゆる選択的接触還元法は、今日では国内外を問わず燃焼
排ガスの乾式脱硝技術の主流をなしている。

この従来の排ガス脱硝装置にセットされている脱硝反
応器は、例えば第９図に示すごとく、下降流式のものが
多く採用されており、この脱硝反応器３に充填されるNO
x還元用触媒は、例えば第11図または第12図に示すごと
く、板状もしくはハニカム状の、いわゆるパラレルフロ
ー型の触媒充填層がよく知られている。このパラレルフ
ロー型の触媒充填層は、圧力損失が小さく、また排ガス
中に高濃度のダスト（灰など）を含む石炭焚ボイラ、木
材チップ焚ボイラなどの脱硝系において、ダストによる
触媒層の目詰まりによる閉塞のトラブルが生じないの
で、通常の場合、長期間の運転が可能である。しかしな
がら、このパラレルフロー型触媒充填層は、目開きが５
〜6mm程度のパラレルフロー型触媒充填物を用いている
ので、通常の大きさの灰あるいはスラグやクリンカなど
のダストであれば特に問題は生じないが、例えばスート
ブロワによる伝熱管の清掃操作時に、ボイラチューブな
どの伝熱管に付着し堆積したスラグまたはクリンカの剥
離によって、直径が５〜10mm程度の大粒径のダストが生
じ、この大粒径ダストが排ガス中に飛散し混入される結
果、これがパラレルフロー型触媒充填層の目開きよりも
大きいため、触媒層の表面部に大粒径ダストが堆積し、
排ガス流を妨げ脱硝反応を阻害するという問題が生じ
る。

このため、脱硝反応器の上流側の水平ダクト部に簡易
集塵機を設ける排ガス処理法（特公昭58−24174号公
報）、脱硝反応器の上流で排ガスの流速を制限して堆積
したダストを水平ダクトの底部から抜き出す排ガス処理
法（特開昭58−6235号公報）あるいは脱硝触媒充填層の
上流側に所定メッシュの金網を設けて大粒径のスラグや
クリンカなどの焼塊を濾過する排ガス脱硝装置（特開昭
55−84525号公報）などが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したごとく、例えば石炭焚ボイラでは、定期的に
スートブロワによるボイラの伝熱チューブに付着したス
ラグまたはクリンカなどの剥離が生じ、数mmオーダ以上
の粒径を持つ大粒径ダストが排ガス中に混入し、この大
粒径ダストによってパラレルフロー型触媒充填層の目詰
まりを引き起こすという問題が生じる。この触媒充填層
の目詰まりが起こると、触媒充填層内の脱硝処理ガス流
に偏流が生じて、排ガスが触媒に有効に接触しなくな
り、脱硝性能が低下したり、触媒充填層の圧力損失が増
大することになり、ボイラの効率的、かつ経済的な運転
ができなくなるというトラブルが発生する。また、木材
チップを燃料とするボイラにおいては、数mmオーダの粒
径を持ち、しかも未燃分を多く含む大粒径ダストが排ガ
ス中に含まれる。このため、上記石炭焚ボイラと同様の
問題が生ずると共に、触媒充填層の目詰まりを起こした
未燃分を含む灰が触媒充填層内で燃焼し、そのため触媒
を焼損させて、脱硝性能の低下および火災の危険性が生
じるという問題があった。

また、従来技術において、マルチサイクロンや簡易集
塵機を設ける方法は、装置が大型化し高価になること、
および圧力損失が増大するなどの問題があり、さらに脱
硝触媒層の上流側に金網を設ける方式は、大粒径ダスト
を濾過する点では効果があるが、長期間運転の場合に、
金網が目詰まりを起こしたり、濾過された大粒径ダスト
のダクト外部への連続的排出が困難であって、定期的に
プラントを停止し、金網部に堆積したダストの除去作業
を行う必要があるなどの問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、簡
単なダクト構造で、燃焼排ガス中に含まれるスラグやク
リンカなどの大粒径ダストを連続的に、かつ効果的に分
離除去し得るダクト構造となし、脱硝触媒充填層の目詰
まりおよび性能低下を防止することによって、長期にわ
たり連続して安定運転が可能な排ガス脱硝装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明の目的は、排ガス脱硝装置において、脱硝
触媒層が設けられている反応器の上流側において、燃焼
炉からの排ガスの煙道を、排ガスの流れが水平から垂直
方向に変わる立ち上がりダクト構造となし、水平部のダ
クト（水平ダクト）の断面積もしくは水力直径を、垂直
部のダクト（垂直ダクト）の断面積もしくは水力直径よ
りも小さくして、垂直ダクト部における排ガスの流れを
遅くして、排ガス中に含まれるスラグやクリンカなどの
脱硝触媒層の目開きよりも大きい大粒径のダストが落下
し易い構造となし、上記垂直ダクトの下部には、上記大
粒径ダストを捕集するホッパ部と、該ホッパ部で捕集し
た大粒径ダストをダクト系外に排出する手段を設ける
か、もしくは上記脱硝反応器の下流側のダクトに設けら
れているダスト排出系に、大粒系ダストを抜き出すため
の流量制御手段を有するダスト抜出し管路を設けること
により、達成される。

そして、上記本発明の排ガス脱硝装置において、さら
に、必要に応じて、下記に示す（１）〜（３）の大粒径
ダストの落下手段のうちの少なくとも１種の手段を設け
たことを特徴とするものである。

（１）垂直ダクト部に、脱硝触媒層の目開きよりも大き
い大粒径ダストを濾過分級する金網状もしくはスリット
状の網目状スクリーンを設けて、大粒径ダストをホッパ
部へ落下させる手段。

（２）水平ダクト部に、脱硝触媒層の目開きよりも大き
い大粒径ダストの飛散を抑制する網目状スクリーンを、
上記水平ダクトの垂直断面に対してダクト内の上部側に
のみ設けて下部側を開放し、大粒径のダストを垂直ダク
トの下部に設けられているホッパ部へ落下誘導する手
段。

（３）垂直ダクトに接続されている水平ダクトの排ガス
流が、垂直ダクトの内壁部に衝突する位置近傍に、水平
ダクトの排ガス流に対し所定の角度の傾斜を持って配列
された複数枚の板状部材よりなるルーバー状板を配置
し、上記垂直ダクトの下部に設けられているホッパ部へ
大粒径のダストを衝突落下させる手段。

〔作用〕

上述したごとく、本発明の排ガス脱硝装置のダクト構
造において、水平方向のダクトの断面積あるいは水力直
径を、垂直方向のダクトよりも小さくすることにより、
水平方向のダクト内の排ガス流速よりも、垂直方向のダ
クト内の排ガス流速の方が遅くなる。したがって、排ガ
ス中に含まれるダストの流速も垂直方向のダクト部分で
遅くなる。このため、直径数mmオーダの大粒径ダストに
ついては、飛散するエネルギよりも重力によって落下し
ようとするエネルギの方が強く作用する。したがって、
大粒径ダストは後流側に設けられている脱硝反応器に到
る前に落下し、垂直方向のダクト下部に設けられたホッ
パ内に堆積される。そしてホッパ内に落下して溜った大
粒径ダストを定期的に抜出し、ダクト系外に排出するこ
とにより、脱硝操作を長期にわたり安定して継続させる
ことができる。また、燃焼炉が木材チップ焚ボイラのよ
うな場合、発生するダストは、嵩比重が小さく、上記し
た垂直ダクト内の排ガス流速を遅くするようなダクト構
造のみでは、大粒径ダストを十分に除去することができ
ない場合もあり得る。そのような場合には、垂直方向の
ダクトの途中に金網状、スリット状などの網目状スクリ
ーンを設けて、大粒径ダストが通過しないようにすれば
よい。

また、水平ダクトから垂直ダクトに立ち上がる部分
で、大粒径のダストの動きは、例えば第10図に示すよう
に、水平ダクト１の下部を流れる大粒径のダスト5bは、
垂直ダクト２に衝突した後、この部分（第10図の斜線部
分）では、上向きのガス流速が遅いため、大粒径のダス
ト5bはホッパ６内に落下するが、水平ダクト１の上部を
飛散している大粒径のダスト5aは、垂直ダクト２に衝突
後、速い上向きのガス流に乗り飛散する。そこで、第５
図に示すごとく、水平ダクト１内の上部のみに、大粒径
ダスト5aの飛散を抑制する網目状スクリーン４を設置
し、排ガス流を妨げずに大粒径のダストのみ水平ダクト
１の下部に集め、最終的には、垂直ダクト２の下部のホ
ッパ６内に落下させることで、大粒径のダスト5aを分離
除去することができる。

さらに、水平ダクトから垂直ダクトに立ち上がる部分
で、大粒径のダストの動きは、第10図に示すごとく、慣
性力により燃焼排ガスから分離し、垂直ダクト２の内壁
面に衝突した後、大粒径ダスト5a,5bが垂直ダクト２の
内壁面に衝突した角度、または衝突位置により、ホッパ
６内に落下するものと、再び上向きの燃焼排ガス流に乗
って飛散するものとに分かれる。したがって、第７図お
よび第８図に示すように、ホッパ６の上部で、垂直ダク
ト２の内壁に水平ダクト１の排ガス流が衝突する位置近
傍に、ルーバー状板14を設置することで、ダクト立ち上
がり部で、燃焼ガスから分離した大粒径ダスト5a,5b
は、その飛散の方向により、上記ルーバー状板14に衝突
するものと、ルーバー状板14を通過するものとに分かれ
る。この時、ルーバー状板14がガスの流れに対し、所定
の角度を持って設置されているため、ルーバー状板14に
衝突した大粒径ダスト5bには下向きの力が作用し、ホッ
パ６内に落下する。また、ルーバー状板14を通過した大
粒径ダスト5aも垂直ダクト２の内壁面に下向きの角度で
衝突するため、ホッパ６内に落下することになる。

〔実施例〕

以下に、本発明の一実施例を挙げ、図面に基づいて、
さらに詳細に説明する。

第１図に、本発明による排ガス脱硝装置の構造の一例
を示す。燃焼炉16より排出された排ガス17は、まず水平
ダクト１を通り、次に垂直ダクト２へ流れる。そして、
ダクト内の排ガス17中に、アンモニア注入ノズル９によ
って、アンモニアが注入された後、排ガスはパラレルフ
ロー型の触媒充填層８によって脱硝される。上記排ガス
17の流れにおいて、垂直ダクト２内のガスの流速は水平
ダクト１内のガス流速よりも遅いため、大粒径ダストは
垂直ダクト２内を降下してホッパ６に集められる。この
ため、大粒径ダストが、パラレルフロー型の触媒充填層
８に達することがない。また、ホッパ６に集められた大
粒径ダストはダスト抜出し器７によって定期的に排出す
ることができる。

第２図に、本発明による排ガス脱硝装置の他の実施例
を示す。本実施例では、垂直ダクト２の内部に金網状あ
るいはスリット状の網目状スクリーン４を設け、大粒径
ダストを濾過分級し、下部に設けられているホッパ６に
落下するように構成されている。本実施例においては、
木材チップ焚ボイラの排ガス中のダストのように、嵩比
重が比較的小さい場合に適している。また、排ガス脱硝
装置の設置スペースが十分に取れず、垂直ダクト２の断
面積あるいは水力直径を十分に大きくすることができな
い場合でも、本実施例に示す構造のダクト装置を用いれ
ば、十分に大粒径ダストを排ガス中から容易に除去する
ことができる。

上記２つの実施例は、いずれも本発明の主要部の構成
を示す一例であって、第３図に、本発明のさらに実用的
に望ましい構造の一例を示す。第３図に示す実施例で
は、第２図のダスト抜出し器７の代わりに、第３図に示
すようにダスト抜出し管路11を設け、さらにダスト抜出
し管路11に、抵抗ダンパ10を設置している。ダスト抜出
し管路11は、ホッパ６部から脱硝反応器３の下部までの
間を連通して設けられている。通常、ホッパ６内部の圧
力と、脱硝反応器３の内部の圧力差は約50mm水柱程度あ
って、特別な搬送装置を使用しなくても、大粒径ダスト
は、抵抗ダンパ10を開けるのみで圧力差によってホッパ
６から脱硝反応器３側に向かって流れる。その際、排ガ
ス17の一部も上記の方向に流れるため、その流量を制御
する装置が必要であり、本実施例においては、抵抗ダン
パ10を設けている。また、本実施例では、灰の抜出しが
自動的に行えるため、人手があまり必要でないという効
果がある。なお、第３図のように、垂直ダクト２とパラ
レルフロー型の触媒充填層８の位置が真横に配置される
ものは少なく、通常の場合は、垂直ダクト２よりも下部
位置に、パラレルフロー型の触媒充填層８が位置する場
合が多い。そうすると、ダスト抜出し管路11は斜めに接
続し連通されることになる。

また、本発明の他の実施例として、第４図に示すごと
く、燃焼炉16から導かれた排ガス17は、水平ダクト１か
ら、垂直ダクト２に導かれ、その後、脱硝反応器３に入
る。この時、水平ダクト１のサイズは、高さ約3m、幅約
5mであるが、水平ダクト１の上部、約半分の部分、すな
わち約1.5mの部分にまで、ピッチ5mm、線径1mm（目開き
4mm）の網目状スクリーン４を、後流側に傾斜角度θ
（例えば45゜）傾けて設置している。水平ダクト１内の
上部を飛散する直径4mm以上のスラグまたはクリンカな
どの大粒径ダスト５は、網目状スクリーン４に妨げら
れ、斜めに配置した網目状スクリーン４に衝突してダク
トの下側に移動し、網目状スクリーン４の下部の空間を
通過して、水平ダクト１内を飛散する。しかし、この大
粒径ダクト５は、垂直ダクト２の内壁面に慣性力で衝突
後、この部分の上向きガス流が遅いため、下部に設けら
れているホッパ６部に落下する。ホッパ６内に溜まった
灰および大粒径ダスト５は、定期的にダスト抜出し器７
により、ダクトの外部に排出される。

脱硝反応器３に充填されている触媒充填層８は、目開
き5mmの板状触媒であり、したがって網目状スクリーン
４を通過する粒径4mm以下のダストでは、触媒充填層８
の目詰まりは生じないことになり安定運転を継続するこ
とができる。

第５図は、第４図に示した網目状スクリーン４の下部
に、ピッチ20mm、線径4mmの目開きの大きいガス流緩衝
網12を、水平ダクト１の底部まで連続して斜めに設置し
た場合を示す。

第４図の構造では、設置した網目状スクリーン４によ
る抵抗のため、水平ダクト１の下部の流速が速くなり、
大粒径ダスト５が垂直ダクト２の内壁部に衝突した後、
ホッパ６内に落下しにくくなる場合がある。そこで、第
５図に示すごとく、水平ダクト１の下部にもガス流に抵
抗を与えるガス流緩衝網12を設置したものである。ただ
し、水平ダクト１の下部で、大粒径ダスト５がガス流緩
衝網12で捕獲されるようでは、この部分で目詰まりを生
じプラントの運転が不能となるため、大粒径ダスト５が
100％通過する目開き（この場合16mm）の金網よりなる
ガス流緩衝網12を設置したものである。

第６図は、本発明のダクト装置に使用する網目状スク
リーン４として、金網の代わりに用いられる、同一目開
きのスリット状の網目状スクリーン４の一例を示すもの
で、線径（Ｄ）が約1mm、隙間の幅（Ｗ）が約5mm、隙間
の長さ（Ｌ）が約25mmのものである。なお本発明のダク
ト装置に使用する網目状スクリーンは、その網目の形状
を特定するものではなく、任意の形状のものを用いるこ
とができる。

さらに、本発明の他の実施例を第７図および第８図に
示す。図に示すごとく、石炭などの燃焼炉から導かれた
排ガス17は、水平ダクト１から、垂直ダクト２に導か
れ、その後、脱硝反応器３に導入される。この時、水平
ダクト１の口径は約2m×6mで、垂直ダクト２の口径は約
2.5m×7mとした。また、この時の垂直ダクト２内の平均
流速は10m/sであった。図に示すごとく、垂直ダクト２
の下部にホッパ６を設置し、ホッパ６の上部にルーバー
状板14を設置してある。この時、ルーバー状板14の形状
は、幅500mmの薄板を９枚、350mmピッチで垂直ダクト２
の壁面より200mmの位置に並べ、各々の薄板は、水平の
排ガス流に対して、45゜の角度をなしている。

大粒径ダスト5a,5bを含んだ排ガス17は、水平ダクト
１から垂直ダクト２に立ち上がる部分で、慣性力により
排ガス17から分離し、ルーバー状板14に衝突、またはル
ーバー状板14を通過後、垂直ダクト２の内壁面に衝突す
る。その後、再び上向きの排ガス流に乗り飛散するもの
もあるが、直径が約4mm〜5mm程度以上の大粒径のダスト
5a,5bは、ほとんど下部に設けられているホッパ６内に
落下する。ホッパ６に溜まった灰および大粒径ダスト5
a,5bは、定期的にダスト抜出し器７により、ダクト外に
排出される。

脱硝反応器３に設けられている触媒充填層８は、目開
き5mmの板状触媒であるので、４〜5mm以下の細粒径のス
ラグ、クリンカおよび灰などのダストによっては触媒充
填層８の目詰まりは生じることなく安定運転が可能とな
る。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、燃焼排ガスの脱硝装置に
おいて、本発明の排ガス中に含まれる大粒径ダストを分
離除去するダクト装置を用いることにより、脱硫反応器
に設置されている触媒充填層の目詰まりを効率的に防止
することができるので、脱硝反応器の圧力損失の上昇あ
るいは脱硝反応の性能低下を招くことなく、長期間安定
して高能率の排ガス脱硝運転を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、および第７図は本発
明の実施例において例示した排ガス脱硝装置の構造を示
す模式図、第５図は第４図の要部拡大図、第６図は本発
明の排ガス脱硝装置に用いるスリット状スクリーンの構
成の一例を示す模式図、第８図は第７図の要部拡大図、
第９図は従来の排ガス脱硝装置の構造を示す模式図、第
10図は従来のダクト装置における大粒径ダストの飛散状
況の一例を示す説明図、第11図および第12図は板状およ
びハニカム状のパラレルフロー型の触媒充填物の形状を
示す斜視図である。１……水平ダクト、２……垂直ダクト３……脱硝反応器、４……網目状スクリーン 5,5a,5b……大粒径ダスト６……ホッパ、７……ダスト抜出し器８……触媒充填層９……アンモニア注入ノズル 10……抵抗ダンパ、11……ダスト抜出し管路 12……ガス流緩衝網 13……スリット状スクリーン 14……ルーバー状板、15……マルチサイクロン 16……燃焼炉、17……排ガス 18……アンモニア、Ｄ……線径Ｗ……隙間の幅、Ｌ……隙間の長さ θ……傾斜角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者向井正人広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者和田敏通広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者溝口譲司広島県呉市宝町６番９号バブ日立エンジニアリング株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元して無害
な窒素と水に変換する触媒層を内蔵する脱硝反応器を備
えた排ガス脱硝装置において、上記脱硝反応器の上流に
おける排ガスの煙道を、排ガスの流れがほぼ水平方向に
流れる水平ダクトと、排ガスの流れがほぼ垂直方向に流
れる垂直ダクトによって構成し、該垂直ダクトの断面積
を水平ダクトの断面積よりも大きくしたことを特徴とす
る排ガス脱硝装置。
【請求項２】請求項１記載の排ガス脱硝装置において、
上記脱硝反応器の上流側における排ガスの煙道を、上記
排ガスの流れがほぼ水平方向から垂直方向に変わる立ち
上がり部を有するダクト構造となし、上記水平部のダク
ト（水平ダクト）の断面積もしくは水力直径を、上記垂
直部のダクト（垂直ダクト）の断面積もしくは水力直径
よりも小さくして、垂直ダクトにおける排ガスの流れを
遅くして、排ガス中に含まれるスラグやクリンカなどの
上記触媒層の目開きよりも大きい大粒径ダストが落下し
易い構造となし、上記垂直ダクトの下部には、上記大粒
径ダストを補集するホッパ部と、該ホッパ部で補集した
大粒径ダストをダクト系外に排出する手段を設けるか、
もしくは上記脱硝反応器の下流側のダクトに設けられて
いるダスト排出系に、大粒径ダストを抜き出すための流
量制御手段を有するダスト抜出し管路を設けたことを特
徴とする排ガス脱硝装置。
【請求項３】請求項２記載の排ガス脱硝装置において、
垂直ダクト部に、脱硝反応器に設けられている触媒層の
目開きよりも大きい大粒径ダストを濾過分級する金網状
もしくはスリット状の網目状スクリーンを設け、大粒径
ダストをホッパ部に落下させる手段を有することを特徴
とする排ガス脱硝装置。
【請求項４】請求項２記載の排ガス脱硝装置において、
水平ダクト部に、脱硝反応器に設けられている触媒層の
目開きよりも大きい大粒径ダストの飛散を抑制する網目
状スクリーンを、上記水平ダクトの垂直断面に対してダ
クト内の下部側にのみ設置し、上記水平ダクト内の下部
側を開放するか、もしくは上記水平ダクト内の下部側
に、上記大粒径ダストが通過するガス流緩衝部材を設け
て、大粒径ダストを垂直ダクトの下部に設けられている
ホッパ部へ落下誘導させる手段を有することを特徴とす
る排ガス脱硝装置。
【請求項５】請求項２記載の排ガス脱硝装置において、
垂直ダクトに接続されている水平ダクトの排ガス流が、
上記垂直ダクトの内壁部に衝突する位置近傍に、上記水
平ダクトの排ガス流の流れ方向に対し所定の角度傾斜さ
せて配列した複数枚の板状部材よりなるルーバー状板を
配置し、上記垂直ダクトの下部に設けられているホッパ
部へ大粒径ダストを衝突落下させる手段を有することを
特徴とする排ガス脱硝装置。
【請求項６】請求項２記載の排ガス脱硝装置において、（１）請求項３記載の垂直ダクト部に大粒径ダストを濾
過分級する網目状スクリーンを設ける手段、（２）請求項４記載の大粒径ダストの飛散を抑制する網
目状スクリーンを、水平ダクトの上部側にのみ設ける手
段、（３）請求項５記載の水平ダクトの排ガス流が、垂直ダ
クトの内壁部に衝突する位置近傍に、大粒径ダストを衝
突落下させる複数のルーバー状板を設ける手段、上記
（１）ないし（３）の大粒径ダストの落下手段のうち少
なくとも２種の手段を備えたことを特徴とする排ガス脱
硝装置。