JP3727128B2

JP3727128B2 - アンモニア注入装置

Info

Publication number: JP3727128B2
Application number: JP02370197A
Authority: JP
Inventors: 敏通和田; 富久石川; 達雄村高; 芳郎稲恒; 喜通森
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2017-02-06
Also published as: JPH10216475A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガス脱硝装置用のアンモニア注入装置に係り、特に、導入するアンモニアの分配調整が容易で、均一に、かつ精度良くアンモニアの注入分散を行うことができる構造のアンモニア注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラントの大容量化に伴い、プラントの大型化が図られている。これに対して、プラント建設用地のスペースは、ますます制限を受ける情勢下にあるため、プラントのコンパクト設計が求められている。このことは、取りも直さずプラントを構成する機器類をスペース的に効率良く配置することであり、各構成機器間を連結する煙道（排ガスダクト）等の長さを短くしたプラントが要求されている。
図５に、排ガス発生源（例えばボイラ等）９に、環境設備として排煙脱硝装置を設けた煙道系統の一例を示す。排ガス発生源９から排出された排ガスは、まず、脱硝反応器１０に導かれる。途中、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元ガスであるアンモニア（ＮＨ₃）を、アンモニア注入管５から排ガスダクト（煙道）６内に注入する。ここで、上記ＮＯｘは、脱硝反応器１０内に充填されている脱硝触媒層８の働きによって無害な窒素ガスと水とに分解され除去される。以後、排ガスは空気予熱器１１で熱回収された後、集塵器１２により除塵され、さらに必要に応じて、脱硫装置１３によって硫黄酸化物（ＳＯｘ）が取り除かれ、煙突１４から大気に放出される。ここで、煙道６内へのアンモニアの注入に際しては、アンモニアガス１５と、アンモニアガスを希釈する空気１６とが混合器１７に導かれ、アンモニア混合空気１として煙道６内に注入される。
図６は、アンモニア注入装置の部分構造を示す模式図で、アンモニア混合空気１の煙道（Ｈ：ダクト高さ、Ｗ：ダクト幅）６内への注入は、煙道６内にできるだけ均一に注入できるように、アンモニア注入管（注入管の間隔）５を多数本煙道６内に差し込み、さらに、アンモニア注入管５には、多数個のアンモニアの吹き出し孔（Ａ：吹き出し孔間隔）２３が設けられている。煙道６内に、アンモニアを注入する際には、通常、脱硝反応器１０に設けられたＮＯｘ計１８の計測上の安定性を得るために、脱硝反応器１０の出口煙道内でのＮＯｘ濃度のばらつきが極力小さくなるように、分配弁２０（V-1〜V-5）を開閉操作し、煙道内へのアンモニア注入の分配調整を行う。この操作は、脱硝反応器１０の性能の面からも重要で、図７の脱硝率（％）と〔ＮＨ₃〕／〔ＮＯｘ〕モル比との関係図に示したように、モル比が高くなるにしたがい脱硝率の向上度合は頭打ちとなることから、脱硝性能を、より高い状態で運用するためには、脱硝触媒層８に流入する排ガス中に、より均一な〔ＮＨ₃〕／〔ＮＯｘ〕モル比となるようにアンモニアの注入を行う必要がある。この傾向は、脱硝反応器１０から排出される未反応アンモニア濃度を低濃度に抑える設計とした場合に、より顕著となる。これに対応する方法としては、アンモニアの注入位置から脱硝反応器１０の間隔（図５のＬで示す寸法）を長くとり、アンモニアの混合距離を十分に大きくする必要があるが、上記したようにプラントのコンパクト化が要望されている関係上、Ｌ寸法を大きくすることは難しい状況にあるため、通常、多数本の注入管を設け、できるだけアンモニアを均等に分散し注入する設計となっている。
さらに、アンモニアの注入方法を改善する方法として、特公昭５９‐３９１７６号公報に、図８に示すようなアンモニア分散調整を外部からバルブの操作で行う方法が提案されている。この方法は、アンモニア注入管を排ガスダクト６内に、縦型アンモニア注入管２４と横型アンモニア注入管２５を設け、均等なアンモニアの注入分散を試みているが、この方式においても、例えば、弁V-1を操作してアンモニアの注入調整作業を行うと、弁V−2〜V−ｎを介して流れるアンモニアの量が変動するため、アンモニア注入量の微調整を十分に行うことは難しい。
また、特公平２‐５１６５７号に開示されている方式においても、図６に示す場合と同様に、個々のバルブ操作を繰り返していたのでは、アンモニア注入量の調整を粗調整まで行うことは可能であるが、アンモニア注入量の微調整まで行うことは事実上不可能であり、折角多数の注入管、ノズル、分配弁等を設けても十分に活用することができない状況にあった。
この傾向は、特に、上記したように、アンモニア注入管の本数を多くし、これに伴う流量分配弁の数を多くした場合に、アンモニアの注入調整作業は急激に困難となる。すなわち、最適なアンモニア注入量の分散状態を得るためには、分配調整弁を個々に操作することが必要となるが、この分配調整弁の数が増えれば増えるだけ、その分配調整操作に対する組み合わせは階乗的に増加する（１個のバルブの操作によって他のすべてのバルブが影響を受ける）ことから考えても、よりきめの細かいアンモニア分散調整が行えるように多数の注入管、分配弁を設けても、実際には、その分配調整作業が当初の期待通りには行い得ないという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、脱硝装置にアンモニアをできるだけ均等に分散注入するために、排ガスダクト（煙道）内に多数のアンモニア注入管が設けられる傾向にあるが、脱硝装置入口煙道中での排ガス流速、ＮＯｘ濃度分布（ＮＯｘ量分布）に応じて、煙道中へのアンモニア注入分布を決める必要がある。この際、出口ダクト内のＮＯｘ濃度分布状態を確認しつつ、例えば、図６に示す分配弁２０（V−1〜V−5）の開閉操作を行う。このときの分配弁２０の操作は、オリフィス２１（F1〜F5）の差圧をマノメータ２２で確認して実施することになるが、分配弁２０（V−1〜V−5）のいずれかを操作（例えば、分配弁２０のV−1を操作）すると、その影響が、その他のアンモニア注入管５へのアンモニア流量（F2〜F5）の変動要因となる。この変動は、アンモニア混合空気１の母管に取付けられたアンモニア混合空気１の分配管の取付け順序によって若干の差が生じる（例えば、V−1操作による変動量と、V−5操作による変動量とは異なる）。そこで、図８に示すように、縦型アンモニア注入管２４および横型アンモニア注入管２５を配置したアンモニア注入装置においては、縦・横アンモニア注入管用のヘッダ部を分離するなどの工夫をしているが、上記アンモニア分配弁の操作に伴う変動を小さく抑えることはできても、それをほとんど無くすことはできず、アンモニアの分配調整操作をますます複雑、かつ困難なものとしていた。
上記アンモニアの分配調整操作は、小型ダクトで、アンモニア注入管の本数が少ないプラントでは、試行錯誤によって比較的短時間でアンモニアの分配調整操作が行えるが、大型プラントで、かつアンモニア注入管の取付けピッチが小さいプラント（アンモニア注入管本数が多いプラント）においては、最終的な微調整まで十分に行うことは極めて難しく、時間、経費等を考慮しても事実上不可能な状態にあった。
このことは当然のことながら、以下のことを意味している。すなわち、運用上から要求されるアンモニア注入分散の許容ばらつき内に入るように、アンモニアの注入ノズルピッチを小さくするなどの混合特性の面を考慮したアンモニア注入装置の設計を行っても、実際に限られた調整時間内で、当初予想したレベルにまで調整を行うことができないアンモニア注入装置となっていた場合、すなわち机上では、アンモニア注入分散の微調整を行うことを前提として、高性能の脱硝装置を設計しても、分散調整操作を上記のように試行錯誤で最適状態に調整する方法としていた場合、装置の潜在能力、例えば充填脱硝触媒量を多くした高性能装置として設計しても、アンモニアの注入分散を実際に微調整することができない装置となっている場合は、事実上性能が劣ったアンモニア注入分散装置と評価されることになる。
特に、脱硝装置において、アンモニア注入装置は、上記したように脱硝装置入口部の排ガス流の偏流、あるいはＮＯｘ濃度のばらつきなど、各プラントごとに千差万別の状態にある。これに対して、自在に対応できるアンモニア注入装置を実現することは、当初計画通りの高性能脱硝装置を提供できることを意味する。換言すれば、いかに高性能の脱硝プラントを設計しても、試運転段階でのアンモニア分散調整による微調整ができなければ、当初の設計値を満足するプラントを実現することはできない。
このように、従来の排ガス脱硝装置におけるアンモニア注入装置の調整操作を容易に、しかも高精度に行うことができるアンモニア注入装置の実現が重要な技術的課題であった。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を達成するものであって、排ガス脱硝装置におけるアンモニア注入装置の調整操作が容易で、しかも高精度にアンモニアの注入分散微調整を行うことが可能な構造のアンモニア注入装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
本発明は請求項１に記載のように、排ガスダクトに設けられた脱硝装置のアンモニア注入装置であって、上記排ガスダクトに、該ダクト内を２区画以上の複数の大区分に分割して、該大区分のアンモニア供給量を分配制御し得る大区分分配制御弁を少なくとも２個以上配設し、該大区分分配制御弁の後流に、該大区分分配制御弁１個当り、少なくとも２本以上のアンモニア注入配管を接続し、該アンモニア注入配管が該大区分の出口ダクト内ＮＯｘ濃度に合わせて該大区分分配制御弁にてアンモニア注入分散調整後アンモニア供給量を分配制御し得るアンモニア注入配管である排ガス脱硝装置のアンモニア注入装置とするものである。
また、本発明は請求項２に記載のように、請求項１に記載の排ガス脱硝装置のアンモニア注入装置であって、大区分分配制御弁の後流に、該大区分分配制御弁１個当り、排ガスダクト内を中区分に分割し、該中区分のアンモニア供給量を分配制御し得る中区分分配制御弁を少なくとも２個以上接続し、該中区分分配制御弁の後流に、該中区分分配制御弁１個当り、排ガスダクト内を小区分に分割し、少なくとも２本以上のアンモニア注入配管を接続し、該アンモニア注入配管が該中区分の出口ダクト内ＮＯｘ濃度に合わせて該中区分分配制御弁にてアンモニア注入分散調整後アンモニア供給量を分配制御し得るアンモニア注入配管である排ガス脱硝装置のアンモニア注入装置とするものである。
本発明の排煙脱硝装置用アンモニア注入装置は、請求項１に記載のように、排ガスダクト内を大区分に分割した領域に注入するアンモニアの大区分分配弁を少なくとも２個以上設け、該大区分分配弁のそれぞれの後流に、アンモニア注入管を少なくとも２本以上設け、該アンモニア注入管のそれぞれにアンモニア流量調整用分配弁および流量計を配設した構造としているので、他のアンモニア注入管へのアンモニアの流量配分に影響を与えることなく、それぞれのアンモニア注入管ごとに独立してアンモニア注入量の微調整を行うことができ、脱硝装置の脱硝効率の向上効果がある。
また、請求項２に記載のように、排ガスダクト内を大区分に分割した領域に注入するアンモニアを分配する大区分分配弁を少なくとも２個以上設け、該大区分分配弁のそれぞれの後流に、該大区分分配弁の個々に、排ガスダクト内を中区分に分割した領域に注入するアンモニアの中区分分配弁を少なくとも２個以上設け、さらに、該中区分分配弁のそれぞれの後流に、排ガスダクト内を小区分に分割した領域にアンモニアを注入する小区分分配弁を設けたアンモニア注入管を少なくとも２本以上設けた構造のアンモニア注入装置とすることにより、排ガスダクトの大型化、アンモニア注入管の取付けピッチの細分化により、多数本の注入管を取付ける場合においても、他のアンモニア注入管へのアンモニアの流量配分に影響を与えることなく、それぞれのアンモニア注入管ごとに独立してアンモニア注入量の微調整を行うことができ、脱硝装置の脱硝効率の向上効果がある。
本発明のアンモニア注入装置の運用方法として、例えば、まず、排ガスダクトの大区分におけるアンモニア注入分散調整を行い、この大区分内の出口ダクトにおけるＮＯｘ濃度の平均値が、他の大区分における平均値とほぼ等しくなるように調整する。次に、排ガスダクトの中区分分配弁の調整は、他の大区分とは無関係に、それぞれの中区分分配弁の調整を単独に行い、排ガスダクトの中区分内で、単独に各々アンモニア注入管のアンモニアの注入分散調整を行う。次いで、排ガスダクトの小区分分配弁の調整は、他の大区分、中区分とは無関係に、それぞれの小区分分配弁の調整を単独で行い、アンモニア注入管から注入するアンモニア注入量の調整を行うことにより、操作している分配弁以外のアンモニア分配弁へのアンモニア流量配分に影響を与えることなく、アンモニア注入量の微調整を行うことが可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
〈実施の形態１〉
本発明のアンモニア注入装置の構造の一例を挙げ、図面を用いて具体的に説明する。
図１は、本発明のアンモニア注入装置の構成を示す模式図、図２は、図１のＡ部の詳細を示す拡大図である。
図において、アンモニア混合空気１を、排ガスダクト（煙道）６内の大区分（図１のＡ部）に対応する大区分分配弁２（VV−1〜VV−n）が設けられている。また、この大区分分配弁２に対応して、流量計であるオリフィス３ａが設けられている。
また、これら大区分分配弁２の１個当り、少なくとも２本以上のアンモニア注入管５が設けてあり、このアンモニア注入管５の１本ごとに、中区分分配弁４が設けてある。上記大区分分配弁２の数と、大区分分配弁２の１個当りの中区分分配弁４の数は、排ガスダクト６の大きさと、アンモニア注入管５の本数等によって決定される。
次に、上記図１、図２に示す構成のアンモニア注入装置を用いて、アンモニアの注入分散の調整を行う際の操作手順について、図３および図４を用いて説明する。まず、大区分分配弁２（VV−1〜VV−3）を用いて、脱硝装置出口のＮＯｘ濃度分布を、出口ダクトのａゾーン、ｂゾーン、ｃゾーンのそれぞれの区分に分けて、そのＮＯｘ濃度の平均値が等しくなるように調整する。大区分分配弁２の数は少ないので、アンモニアの注入分散の調整操作は比較的容易に行うことができる。次に、例えば、ダクトの大区分内で、ばらついているＮＯｘ濃度の調整は、中区分分配弁４（V−1〜V−4）によって行う。この中区分分配弁４の操作について注意すべき点は、中区分分配弁４のバルブのいずれかを開方向に操作した場合、必ず区分内の他のいずれかのバルブを閉方向に操作して、大区分分配弁２（VV−1）を介して流れるアンモニア量が変わらないように操作することが必要である。このような操作をすることによって、大区分分配弁２（VV−1）に属する中区分分配弁４（V−1〜V−4）の操作による影響は、他の大区分分配弁に対して影響を与えることなく操作することができる。
同様の操作を（VV−2〜VV−3）に属する他の中区分分配弁４についても行うことにより、アンモニアの注入分散の調整を容易に、しかも精度良く行うことができる。
上記したような操作手順で、大区分分配弁２で、ａゾーン、ｂゾーン、ｃゾーンの区分内でのダクト出口ＮＯｘ濃度の平均値を合わせるということは、その区分（ａ、ｂ、ｃゾーン）内でのアンモニア注入量の増減はなく、単に中区分分配弁４の開閉操作のみで、上記区分内の最適なアンモニア分散調整を行うことが可能となる。このことにより、従来のアンモニア注入装置では難しかった、他のアンモニア注入管の注入量に影響を与えることなく、アンモニア注入分散の微調整を容易に行うことが可能となる。
【０００７】
〈実施の形態２〉
排ガスダクトが大型化され、さらにアンモニア注入管の取付けピッチが小さくなる場合は、図２に示すように、大区分分配弁２に、中区分分配弁４を取り付け、さらに小区分分配弁７を取り付ける方法が考えられる。
なお、必要に応じて、中区分分配弁４に流量計を取り付けることもできる。また、小区分分配弁７を設けたアンモニア注入管５の各々に流量計を取り付けることも可能である。これによって、アンモニアの注入分散の調整を、より容易に、かつ高精度に行うことができる。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアンモニア注入装置は、従来技術における問題点を解消して、脱硝装置用のアンモニア注入装置のアンモニア注入分散の調整を容易に、かつ高精度に行うことができるので、排ガス脱硝効率を向上することが可能となり、かつ、アンモニア注入装置の運転操作が容易となり、脱硝作業能率の向上がはかられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で例示したアンモニア注入装置の構成を示す模式図。
【図２】図１のＡ部の詳細図。
【図３】本発明の実施の形態で例示した脱硝装置出口のＮＯｘ濃度のばらつきを示す説明図。
【図４】図３に示す構成のアンモニア注入装置を実際の脱硝装置にアレンジした場合の配置図。
【図５】従来の脱硝装置を組み込んだ煙道系の系統図。
【図６】従来のアンモニア注入装置の構成を示す模式図。
【図７】従来の脱硝率と〔ＮＨ₃〕／〔ＮＯｘ〕モル比との関係を示す図。
【図８】従来のアンモニア注入装置の構成を示す模式図。
【符号の説明】
１…アンモニア混合空気
２…大区分分配弁
３ａ…オリフィス
３ｂ…オリフィス
３ｃ…オリフィス
４…中区分分配弁
５…アンモニア注入管
６…排ガスダクト（煙道）
７…小区分分配弁
８…脱硝触媒層
９…排ガス発生源
１０…脱硝反応器
１１…空気予熱器
１２…集塵器
１３…脱硫装置
１４…煙突
１５…アンモニアガス
１６…空気
１７…混合器
１８…ＮＯｘ計
１９…ガス分析用座
２０…分配弁
２１…オリフィス
２２…マノメータ
２３…吹き出し孔
２４…縦型アンモニア注入管
２５…横型アンモニア注入管
２６…操作床

Claims

排ガスダクトに設けられた脱硝装置のアンモニア注入装置であって、上記排ガスダクトに、該ダクト内を２区画以上の複数の大区分に分割して、該大区分のアンモニア供給量を分配制御し得る大区分分配制御弁を少なくとも２個以上配設し、該大区分分配制御弁の後流に、該大区分分配制御弁１個当り、少なくとも２本以上のアンモニア注入配管を接続し、該アンモニア注入配管が該大区分の出口ダクト内ＮＯｘ濃度に合わせて該大区分分配制御弁にてアンモニア注入分散調整後アンモニア供給量を分配制御し得るアンモニア注入配管であることを特徴とする排ガス脱硝装置のアンモニア注入装置。
請求項１に記載の排ガス脱硝装置のアンモニア注入装置であって、大区分分配制御弁の後流に、該大区分分配制御弁１個当り、排ガスダクト内を中区分に分割し、該中区分のアンモニア供給量を分配制御し得る中区分分配制御弁を少なくとも２個以上接続し、該中区分分配制御弁の後流に、該中区分分配制御弁１個当り、少なくとも２本以上のアンモニア注入配管を接続し、該アンモニア注入配管が該中区分の出口ダクト内ＮＯｘ濃度に合わせて該中区分分配制御弁にてアンモニア注入分散調整後アンモニア供給量を分配制御し得るアンモニア注入配管であることを特徴とする排ガス脱硝装置のアンモニア注入装置。