JP3590874B2

JP3590874B2 - 排ガス脱硝装置

Info

Publication number: JP3590874B2
Application number: JP23287295A
Authority: JP
Inventors: 善次堀田; 泰一朗須田; 吉輝米田; 鉄太西川; 芳郎稲恒; 富久石川; 正人向井
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JPH0975672A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス脱硝装置に係り、特に排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記す。）を高効率で除去するに好適な排ガス脱硝装置に関する。
【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ＮＯｘは、光化学スモッグや酸性雨の原因物質であり、その効果的な除去方法として、アンモニア（ＮＨ_３）を還元剤とした選択的接触還元による排煙脱硝法が火力発電所を中心に幅広く用いられている。近年の電力需要増加、特に夏期電力需要の増加に対応するため、ガスタービンの建設あるいは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の建設が都心部を中心に増加している。これらの設備は人工密集地域に隣接して設置されることが多いこととＮＯｘの排出規制が総量規制であることから、設備から排出される排ガス中のＮＯｘ量を極めて低いレベルに抑えることが望まれている。
【０００３】
図７は、従来の排ガス脱硝装置の構成を概念的に示している。同図において排ガス１は、アンモニア注入管３より注入されるアンモニアと混合され、排ガス・アンモニア混合気体４となり、これが脱硝触媒７を通過して接触還元反応により、排ガス中のＮＯｘが分解され、クリーン排ガス８としてダクト２より排出される。
【０００４】
上記従来装置によると、脱硝触媒７の上流側での排ガスの流速分布の変動係数（流速の標準偏差／平均流速）は、最大４０％程度あり、またモル比（ＮＨ_３／ＮＯｘ）分布の変動係数においても、ダクト２内に均一にアンモニアを注入した場合、やはり４０％程度の最大値が得られる。
【０００５】
図５は、排ガス・アンモニア混合気体のモル比（ＮＨ_３／ＮＯｘ）の変動係数と触媒活性との関係、図６は排ガス・アンモニア混合気体の流速の変動係数と触媒活性の関係をそれぞれ、示している。ここに触媒活性とは元来、触媒自体が有している性能がどの程度、有効に機能しているかを示す割合をいう。触媒活性をＱ、基準となる脱硝率をｘ_０（％／１００）、得られる脱硝率をｘ（％／１００）、脱硝率ｘ_０における反応速度をＫ_０、脱硝率ｘにおける反応速度をＫとすると、触媒活性Ｑは次式で表せる。
【０００６】
【数１】
Ｑ＝Ｋ／Ｋ_０＝ｌｎ（１／１−ｘ）／ｌｎ（１／１−ｘ_０）（１）
脱硝率が高い場合、例えば９５％の脱硝率のケースを考えると、モル比、流速の変動係数が共に、４０％の時、触媒活性はそれぞれ０．４、０．８５まで低下してしまい、これらを総合した触媒活性は０．４×０．８５＝０．３４となる。
【０００７】
必要触媒量は、脱硝率の上昇と共に対数的に上昇するが、上述の結果は、この理論触媒量よりもさらに約３倍の触媒量が必要なことを意味しており、反応器が大きくなり過ぎて、設置スペースがない場合、あるいは圧力損失が大き過ぎてプラント全体の効率が低下する場合等の問題が生じ実質上、高効率の排ガス脱硝装置の実用化は困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来装置では、脱硝触媒に導入される排ガス中のダクト断面におけるＮＨ_３／ＮＯｘモル比の均一化及び流速の均一化の点について配慮がされておらず、高効率の脱硝装置の実用化が困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、排ガス中のＮＯｘを高効率で除去し得る排ガス脱硝装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ダクト内に導かれた排ガスにアンモニア注入装置によりアンモニアを注入し、該排ガス・アンモニア混合ガスを脱硝触媒を通過させ接触還元により排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置において、前記ダクト内に排ガス上流側より順に、アンモニア注入装置、前記排ガス・アンモニア混合ガスを撹拌混合する平板状の排ガス混合装置、該排ガス混合装置により混合された排ガス・アンモニア混合ガス流を整流する排ガス整流装置、脱硝触媒を配置し、前記排ガス混合装置は、ダクト断面に開孔部と閉孔部を有し、該開孔部から噴出した排ガス・アンモニア混合ガスの流れ方向が交差するよう斜板が配置されたことにより、達成される。
【００１１】
アンモニア注入装置の下流側に設けられた排ガス混合装置は、排ガス中のＮＯｘとＮＨ_３を混合し、濃度を均一化するように作用する。
【００１２】
また、脱硝触媒の上流側に設けられた排ガス整流装置は、脱硝触媒へ流入する排ガスの流速分布を均一化するように作用する。
【００１３】
この排ガス混合装置と排ガス整流装置により、排ガス・アンモニア混合気体について均一なモル比分布及び均一な流速分布が得られ、脱硝触媒の触媒層断面における触媒活性を均一に発揮させることが可能となる。
【００１４】
したがって、装置全体の脱硝性能がむだなく利用でき、少ない触媒量で所定の高脱硝効率を得ることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１には、本発明にかかる排ガス脱硝装置の一実施形態の構成が示されている。同図において排ガス脱硝装置は、排ガス通路であるダクト２内において排ガス１の上流側に排ガス１にアンモニアを注入するアンモニア注入装置を構成するアンモニア注入管３と、排ガス１の下流側に脱硝触媒７を有している。
【００１６】
またダクト２内におけるアンモニア注入管３と脱硝触媒７との間に、排ガス上流側より順に排ガス・アンモニア混合気体４を撹拌混合する平板状排ガス混合装置５、該排ガス混合装置５により混合された排ガス・アンモニア混合気体４の流れを整流する排ガス整流装置６が配置されている。
【００１７】
上記構成において、排ガス脱硝装置内に導入された排ガス１は、アンモニア注入管３により注入されるアンモニアと混合され、排ガス・アンモニア混合気体４となる。この排ガス・アンモニア混合気体４は、アンモニア注入管３の下流側に配置された平板状排ガス混合器５にて、撹拌混合されて、ＮＨ_３／ＮＯｘモル比の均一化が図られる。
【００１８】
次いで、平板状排ガス混合器５を通過した排ガス・アンモニア混合気体４は、平板状排ガス混合器５の更に下流側に設けられた排ガス整流器６にて、整流され、脱硝触媒７の触媒層前面部における排ガス・アンモニア混合気体の流速分布の均一化が促進される。
【００１９】
排ガス整流器６は、排ガス・アンモニア混合気体４の流速の均一化に伴って、流速の速いガスと遅いガスとを混合するので、排ガス・アンモニア混合気体４のモル比（ＮＨ_３／ＮＯｘ）の均一化効果も期待できる。
【００２０】
図２は、図１中に示される平板状排ガス混合器５の正面図である。同図に示すようにダクト２の断面を、小区画に分割して、開孔部９から噴出した排ガス・アンモニア混合気体の流れの方向が交差するよう斜板が配置された構造となっている。尚、１０は閉孔部である。
【００２１】
図３は、図１に示される排ガス整流器６の正面図であり、円形状の開孔部１１を有する多孔板である。多孔板の開孔率は小さい程、整流効果は大となるが、同時に圧力損失が増大し、プラント性能の低下につながるので両者のバランスを考慮して通常２０〜８０％、好ましくは３０〜５０％の範囲の開孔率を有するものを選定する。尚、図３において１２は閉孔部である。
【００２２】
本実施形態において、アンモニア注入管３、平板状排ガス混合器５、排ガス整流器６、脱硝触媒７との位置関係については、互いに距離が離れる程、排ガス・アンモニア混合気体のモル比（ＮＨ_３／ＮＯｘ）及び流速の均一化の効果は大きくなるので望ましいが、距離の制限がある場合は、少なくともダクト２の代表径の３倍以上の距離を確保すれば相当の効果が得られる。
【００２３】
本実施形態により、通常の脱硝触媒直前においてモル比変動係数を１０％以下、流速変動係数を１０％以下にすることができた。
【００２４】
図５に示した特性曲線より、脱硝率９５％の場合においてモル比変動係数４０％で従来装置と比較して本実施例では触媒活性が、０．４０（従来例）から０．８５に向上する。
【００２５】
一方、図６より、排ガス・アンモニア混合気体の流速分布の改善による触媒活性は本実施例では従来（流速変動係数４０％）に比較して０．８５（従来例）から０．９８に向上する。
【００２６】
この両者の触媒活性の向上は、相乗効果として表われ、総合触媒活性は、０．３４（＝０．４０×．８５）から０．８３（＝０．８５×０．９８）に向上し、触媒量として、従来に比べ６０％の低減が図れることになる。
【００２７】
また、この触媒活性の向上の結果として、従来は、触媒量の増大により、実際上、困難であった９５％以上の高脱硝効率を達成することが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒活性を有効に利用することができるため従来不可能であった高効率の脱硝が可能になると共に、触媒量の大幅な低減が図れる。ちなみに脱硝率９５％のケースにおける試算では、触媒量を６０％低減することができ、経済性においても有利な排ガス脱硝装置を提供できる。
【００３１】
また、反応器内の排ガス混合距離を短縮できることから、コンパクトな排ガス脱硝装置を実現でき、装置の設置スペースの縮小、反応器製作費の低減等の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス脱硝装置の一実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す排ガス脱硝装置における平板状排ガス混合器の構造を示す正面図である。
【図３】図１に示す排ガス脱硝装置における多孔板状排ガス整流器の構造を示す正面図である。
【図４】排ガス・アンモニア混合気体のモル比変動係数と触媒活性との関係を示す特性図である。
【図５】排ガス・アンモニア混合気体の流速の変動係数と触媒活性との関係を示す特性図である。
【図６】従来の排ガス脱硝装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１排ガス
２ダクト
３アンモニア注入管
４排ガス・アンモニア混合気体
５平板状排ガス混合器
６排ガス整流器
７脱硝触媒
８クリーン排ガス
９開孔部
１０閉孔部
１１開孔部
１２閉孔部

Claims

ダクト内に導かれた排ガスにアンモニア注入装置によりアンモニアを注入し、該排ガス・アンモニア混合ガスを脱硝触媒を通過させ接触還元により排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置において、前記ダクト内に排ガス上流側より順に、アンモニア注入装置、前記排ガス・アンモニア混合ガスを撹拌混合する平板状の排ガス混合装置、該排ガス混合装置により混合された排ガス・アンモニア混合ガス流を整流する排ガス整流装置、脱硝触媒を配置し、前記排ガス混合装置は、ダクト断面に開孔部と閉孔部を有し、該開孔部から噴出した排ガス・アンモニア混合ガスの流れ方向が交差するよう斜板が配置されたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
前記排ガス整流装置を、開孔率２０〜８０％の多孔板としたことを特徴とする請求項１に記載の排ガス脱硝装置。
前記排ガス整流装置を、開孔率３０〜５０％の多孔板としたことを特徴とする請求項１に記載の排ガス脱硝装置。