JP3276158B2 - 脱硝装置 - Google Patents

脱硝装置

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
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  • Chimneys And Flues (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は脱硝装置に関し、さらに
詳しくはディーゼルエンジンやガスタービンなどの都市
近郊で用いられる発電装置で発生した排ガス中の窒素酸
化物を安全かつ取扱いが容易な固体還元剤を用いて脱硝
反応を行うのに好適な脱硝装置に関する。
【0002】
【従来の技術】発電所、各種工場、自動車などから排出
される排煙中のNOx(窒素酸化物)は、光化学スモッ
グの原因物質であり、その効果的な除去方法として、ア
ンモニア(NH3 )を還元剤とした選択的接触還元法に
よる排煙脱硝装置が火力発電所を中心に幅広く用いられ
ている。
【0003】最近は、ディーゼルエンジン、ガスタービ
ン等を利用したコージェネレーションシステムが都心部
を中心として増加しており、これらシステムに対しても
NOxの排出規制が適用され、かつ地域によっては強化
されているため、大型プラント同様に排煙脱硝装置の設
置が急務となっている。このような小規模施設用脱硝装
置はビル等人口密集地で使用されるため、液化NH3
使用は困難であり、液化NH3 の代わりに取扱いが容易
でかつ安全な尿素、シアヌル酸、メラミン、炭酸水素ア
ンモニウム等の固体還元剤を使用する方法が注目されて
いる。この場合、排ガス中の窒素酸化物と固体還元剤と
を反応させるためには、固体還元剤を充分に気化して排
ガスと均一に混合することが必要となる。
【0004】固体還元剤を使用する方法の一つとして、
還元剤の水溶液を直接排ガス中に噴霧して蒸発させる方
法が知られている(特開昭53−62772号公報、特
開昭53−64102号公報、特開昭53−11227
3号公報、特開昭53−115658号公報等)。しか
しながら、この方法では、水溶液の完全蒸発の点につい
て配慮されていないため、例えば尿素水溶液の場合、該
水溶液を煙道に投入すると排ガス温度が低下し、排ガス
中に硫黄酸化物が存在する場合には、これが尿素の分解
により生じたNH3 と反応して酸性硫安が析出し、後流
機器に悪影響を与えるという問題があった。さらにドレ
インが煙道に溜まったり、後流側に設置する脱硝触媒層
まで水分が飛散し、触媒性能への悪影響が無視できない
という問題があった。
【0005】また固体還元剤を直接排ガスダクト内に噴
霧して気化させる方法が知られている。この方法では、
尿素などの固体還元剤を固体状態で供給するため、排ガ
スとの接触混合が悪く、また固体還元剤の完全気化が困
難であり、気化しない尿素が煙道内に残留するという問
題点があった。従って上記の方法では、還元剤の水溶液
の液滴や粉体を完全に気化または蒸発させるために加熱
手段を併設する必要があり、また排ガス温度が一定の温
度に達するまで還元剤の注入をすることができなかっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の問題を解決し、液体アンモニアより取扱いが
容易な固体還元剤を使用して安全にかつ小スペースで充
分な脱硝性能を得ることができる都市近郊に設置するの
に好適なコージェネレーションシステムにおける排ガス
脱硝装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒素酸化物を
含む排ガスの煙道に還元剤を注入する還元剤注入装置
と、その後流に排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触
媒層とを備えた脱硝装置であって、上記還元剤注入装置
が、第1成分のアンモニア鉱酸塩と第2成分のアルカリ
金属および/またアルカリ土類金属の水酸化物または
炭酸塩とを反応させて排ガス中の窒素酸化物を還元する
のに必要なアンモニアガスを発生させる反応槽と、該ア
ンモニアが発生するように前記第1成分および/または
第2成分の該反応槽への供給量を調整する調整手段と、
発生したアンモニアガスを排ガス煙道に搬送する搬送手
段と、該アンモニアガスを排ガス煙道に放出する放出ノ
ズルとを備えたことを特徴とするコージェネレーション
システムにおける排ガスの脱硝装置に関するものです。
【0008】本発明において、第1成分としては、塩化
アンモニウム(NH4 Cl)、硫酸アンモニウム((N
3)2 SO4)、酸性硫酸アンモニウム(NH4 HSO4)
などのアンモニアの鉱酸塩が用いられる。また第2成分
としては、水酸化ナトリウム(NaOH)、炭酸ナトリ
ウム(Na2 CO3)、炭酸水素ナトリウム(NaHCO
3)、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)、水酸化カルシ
ウム(Ca(OH)2)、炭酸カルシウム(CaCO3)な
どのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の水
酸化物または炭酸塩が用いられる。
【0009】第1成分と第2成分は、反応槽において例
えば下記に示す反応を行ってNH3 ガスを発生する。 NH4 Cl + NaOH → NH3 +NaCl+H2 O (NH4)2 SO4 + Ca(OH)2→ 2NH3 +CaSO4 +2H2 O 2NH4 Cl + Na2 CO3 → 2NH3 +2NaCl+CO2 (NH4)2 SO4 + 2NaOH → 2NH3 +Na2 SO4 +2H2 O 発生したアンモニアの大半はガスとして放出され、一
部は反応槽内の液相に溶存する。液相中に溶存するアン
モニアは、液相中に吹き込まれる窒素、空気などの搬送
ガスで抜気されてアンモニアガスとされる。これらのア
ンモニアガスは搬送ガスとともに煙道中に搬送され、煙
道に設置された、200〜600℃に保持された酸化チ
タン系触媒などが充填された公知の脱硝触媒層に導かれ
て排ガス中のNOxを還元する。以下、本発明を図面に
より詳しく説明する。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の一実施例を示す脱硝装置の
説明図である。この装置は、第1成分が溶解された第1
成分溶解槽1と、第2成分が溶解された第2成分溶解槽
2と、該第1成分と第2成分を反応させてアンモニアガ
スを発生させる反応槽5と、反応液を攪拌する攪拌機1
0と、反応液中の溶解アンモニアを抜気するとともに発
生したアンモニアガスを排ガス煙道11に搬送する搬送
ガスを反応槽5に注入する搬送ガス注入管9と、アンモ
ニアガスを搬送ガスとともに排ガス煙道11に放出する
放出ノズル7と、該放出ノズル7の後流に設置された触
媒層8とから主としてなる。なお12は排ガス発生装
置、13は煙突、14は廃液抜出口である。
【0011】このような構成において、第1成分および
第2成分は、それぞれの溶解槽1、2で諸定量の水に溶
解または懸濁され、液体ポンプ3、4により反応槽5に
送られる。これらの反応液は攪拌機10で攪拌されて反
応し、アンモニアガスを発生する。液相中の溶解アンモ
ニアは、搬送ガス注入管9の先端の注入口から微細な気
泡として反応液中に吹き込まれる搬送ガス(窒素ガスま
たは空気)によって抜気されてアンモニアガスとされ
る。発生したアンモニアガスは、搬送ガスとともに配管
6を経て放出ノズル7から煙道11に放出され、煙道中
の排ガスと均一に混合して後流の触媒層8に導かれて触
媒と接触し、排ガス中のNOxを還元する。NOxが除
去された排ガスは煙道の先端に設けられた煙突13から
系外に排出される。
【0012】第1成分および第2成分はそれぞれ水溶液
またはスラリ状で液体ポンプにより反応槽に送られる
が、その注入量は、排ガス中のNOxを還元するのに必
要なアンモニアガスが発生するようにコントロールされ
る。コントロールは第1成分と第2成分の両者をする必
要はなく、どちらか一方はバッチ式で投入してもよい。
またどちらか一方が粉体状で投入されてもよい。アンモ
ニア発生後の反応液は、そのまま、または濾過により固
形物を除去した後、廃液抜出口14から廃棄される。
【0013】第1成分と第2成分の組合わせは、どのよ
うなものであってもいいが、生成物が塩化ナトリウムで
ある点で、塩化アンモニウムと炭酸ナトリウムまたは水
酸化ナトリウムの組合わせが、また石膏として回収が容
易である点で硫酸アンモニウムと水酸化カルシウムとの
組合わせが好ましい。反応槽5はアンモニアの発生を容
易にするため加熱することもできる。
【0014】図2は、本発明の他の実施例を示す脱硝装
置の説明図である。この装置では、炭酸カルシウム、水
酸化カルシウムなどの難溶性化合物(第2成分成形体)
15を充填した反応器5Aに、硫酸アンモニウム水溶液
(第1成分)を注入してアンモニアを発生させるととも
に、この反応により生成する石膏を固形物の形で回収す
る。この反応器をカートリジ状に構成して小容量脱硝装
置の還元剤注入装置として用いることが可能である。
【0015】このように本発明においては、水溶液状還
元剤や固体状還元剤を直接排煙中に吹込まないため、従
来のように排ガス温度の低下、排ガスとの混合低下、還
元剤の煙道壁への析出などの問題を生じることがなく、
加熱手段を設置することなく起動時直後からアンモニア
ガスを注入することができ、また液滴や粉体の慣性が大
きいために起こる排ガスとの混合の不均一さが生じな
い。また定量性に富んだ第1成分および第2成分を定量
ポンプを用いて高精度に測定することにより、アンモニ
アガスの発生量を高精度に制御することが可能である。
【0016】さらに還元剤として安定な塩類を用いるこ
とができ、アンモニア水のように蒸散して臭気を発する
恐れがなく、また尿素を用いる場合のように保管時に潮
解して粉体として吹込みが困難になったり、排ガスとの
混合が悪化して脱硝率の低下につながるような問題もな
い。さらに触媒として、事業用ボイラの排煙脱硝などに
多くの実績のある酸化チタン系脱硝用触媒などを用いて
信頼性の高い脱硝装置を構成することが可能である。
【0017】
【発明の効果】本発明の脱硝装置によれば、固体還元剤
を煙道に注入する前段で完全にNH3 に分解することが
できるため、従来の液化NH3 利用脱硝法と同等に取扱
うことができ、液滴や粉体で注入する場合に問題となる
気化、蒸発のための熱源を必要とせず、脱硝装置の起動
直後から還元剤の注入を可能にできる。またガス状態で
吹込むため、粉体や液滴で吹込む場合に発生する還元剤
の偏流を大幅に改善し、均一な排ガスとの混合が可能で
あり、脱硝性能が向上する。さらに液化NH3 貯蔵用高
圧容器を設ける必要がないので、脱硝装置の小型化が図
れ、かつ安全性が向上する。本発明の脱硝装置は、ディ
ーゼルエンジンやガスタービンなどの都市近郊で用いら
れる、起動停止の多い発電装置用として特に有用であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施例を示す脱硝装置の説
明図である。
【図2】図2は、本発明の他の実施例を示す脱硝装置の
説明図である。
【符号の説明】
1…第1成分溶解槽、2…第2成分溶解槽、3、4…液
体ポンプ、5…反応槽、6…配管、7…放出ノズル、8
…触媒層、9…搬送ガス注入管、10…攪拌機、11…
煙道、12…排ガス発生装置、13…煙突、14…廃液
抜出口、15…第2成分成形体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−181523(JP,A) 特開 昭61−185319(JP,A) 特開 昭61−185320(JP,A) 特開 昭57−48331(JP,A) 特開 昭58−45721(JP,A) 特開 昭58−45722(JP,A) 特開 昭58−45723(JP,A) 特開 昭52−11167(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/56,53/86 F23J 15/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素酸化物を含む排ガスの煙道に還元剤
    を注入する還元剤注入装置と、その後流に排ガス中の窒
    素酸化物を除去する脱硝触媒層とを備えた脱硝装置であ
    って、上記還元剤注入装置が、第1成分のアンモニア鉱
    酸塩と第2成分のアルカリ金属および/またアルカリ
    土類金属の水酸化物または炭酸塩とを反応させて排ガス
    中の窒素酸化物を還元するのに必要なアンモニアガスを
    発生させる反応槽と、該アンモニアが発生するように前
    記第1成分および/または第2成分の該反応槽への供給
    量を調整する調整手段と、発生したアンモニアガスを排
    ガス煙道に搬送する搬送手段と、該アンモニアガスを排
    ガス煙道に放出する放出ノズルとを備えたことを特徴と
    するコージェネレーションシステムにおける排ガスの
    硝装置。
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CN109395581B (zh) * 2018-12-17 2024-03-22 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司 船舶废气脱硝系统
CN113819477B (zh) * 2021-10-12 2023-08-29 贵州大学 一种辅助火电燃煤机组的宽负荷脱硝稳燃系统
CN115463531A (zh) * 2022-10-12 2022-12-13 济南国能环境工程有限公司 生物质锅炉尾部烟气硫硝尘超低排放净化处理系统及方法

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