JP4079414B2 - 窒素酸化物の処理装置及び窒素酸化物の処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス、特にボイラー等の固定燃焼源から排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物の処理方法及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス中の窒素酸化物（ＮＯx）は、人体に直接影響を及ぼすだけでなく、酸性雨、光化学スモッグの原因となる化学物質として各種排ガス中の排出濃度が規制されており、排ガス中のＮＯxを除去する必要がある。
排ガス中のＮＯxを除去する方法としては、例えば、排ガス中にアンモニア（ＮＨ3）を供給し、これを触媒上で排ガス中のＮＯxと反応させて無害な窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）にする方法がある。
具体的には、ハニカム材に坦持させた触媒を用意し、このハニカム材上の触媒に排ガスを流すとともに触媒の上流側に設置した複数のＮＨ3供給ノズルからアンモニアを噴霧供給し、触媒上でＮＨ3とＮＯxを反応させてることによりＮ2とＨ2Ｏを生成し、これらがハニカム材の下流側に流出するようになっている。
通常は、環境、コストを考慮して未反応のＮＨ3を出さないように、ＮＯxに対してＮＨ3を少な目に供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＮＨ3供給ノズルの配置によっては触媒上においてアンモニア濃度に濃淡が生じ、ＮＨ3濃度の高い部分では比較的高効率でＮＯxの処理が行われるが、その一方で未反応のＮＨ3が触媒の後段側に流出するおそれがある。この流出したＮＨ3が排ガス中の微量の硫黄酸化物と反応すると腐食性の酸性硫安が生成し、この酸性硫安によって触媒の後段側の配管や熱交換器などが腐食したり、配管詰まり等のトラブルが生じる場合があった。
このようなトラブルを防止するには、ＮＨ3の供給量を細かく制御すべく、ＮＨ3の供給量をＮＨ3供給ノズル毎に個別制御すればよいが、それには、触媒の流出側の排ガス成分を測定し、その結果をフィードバックする必要がある。
【０００４】
しかし、従来の排ガス成分の測定は、サンプリングを１ヶ所で行う場合が多く、そのためＮＨ3供給ノズル毎にＮＨ3の供給量を個別に制御することは行われていなかった。
また、排ガス成分の測定する際には、配管内の適当な位置にサンプリング管を差し込み、このサンプリング管を介して配管内の排ガスを取り出す必要があるが、サンプリング管の内部で未反応のアンモニアが消費されて硫安が生成する場合があり、排ガス成分の正確な測定が困難な状況にあった。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、アンモニアの供給をノズル毎に個別に制御するとともに、排ガス成分の測定を正確に行うことで、未反応のアンモニアの流出を少なくして硫安の析出を防止することが可能な窒素酸化物の処理方法及びその処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の窒素酸化物の処理装置は、燃焼源からの煙道に接続された脱硝触媒と、脱硝触媒の上流側の煙道内に配置された複数のアンモニア供給ノズルと、該アンモニア供給ノズルに接続されたアンモニア供給装置と、前記アンモニア供給ノズルの上流側の煙道内に配置された１または複数の入口側センサと、前記脱硝触媒の下流側の煙道内に配置された１または複数の出口側センサと、前記入口側センサの測定値と出口側センサの測定値に基づいてアンモニア供給量を決定してアンモニア供給装置を制御する制御部を具備してなり、前記入口側センサ及び前記出口側センサは、前記煙道内に挿入されるサンプリング管と、センサ本体とを具備してなり、前記サンプリング管の温度が、前記出口側センサのアンモニア濃度の測定結果によって制御されるように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
係る窒素酸化物の処理装置によれば、各センサの測定値に基づいてアンモニア供給量を決定してアンモニア供給装置を制御する制御部が備えられているので、未反応のアンモニアの流出を少なくして硫安の析出を防止することができる。
また複数のセンサによって煙道内の複数箇所で窒素酸化物及びアンモニアを測定する場合に、各測定値に基づいてＮＨ3供給ノズル毎にＮＨ3の供給量を個別に制御することが可能になり、アンモニア濃度の濃淡による未反応のアンモニアが流出したり、窒素酸化物の脱硝が不十分となるおそれがない。
更に、係る窒素酸化物の処理装置によれば、サンプリング管内で硫安が析出するおそれがなく、サンプリング管の詰まりを防止できる。また、硫安の析出温度は排ガス中のアンモニア濃度に依存するため、アンモニア濃度の測定結果によって温度制御を行うことで、センサの運転の省力化を実現できる。
【０００８】
また、本発明の窒素酸化物の処理装置は、先に記載の窒素酸化物の処理装置であり、前記入口側センサが、排ガス中の窒素酸化物濃度を前記脱硝触媒の上流側において測定するものであり、前記出口側センサが、排ガス中の窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を前記脱硝触媒の下流側において測定するものであることを特徴とする。
【０００９】
係る窒素酸化物の処理装置によれば、上流側及び下流側の窒素酸化物濃度を監視しつつ、下流側のアンモニア濃度を検知することができる。
【００１０】
また、本発明の窒素酸化物の処理装置は、先に記載の窒素酸化物の処理装置であり、前記制御部は、予め設定された窒素酸化物の排出制御値と、出口側センサで計測された窒素酸化物の測定値とを比較し、前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値よりも低いと判断した場合に前記アンモニア供給装置に対してアンモニア供給量を削減させる指示をし、前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値を超えると判断した場合に、前記アンモニア供給装置に対してアンモニア供給量を増加させる指示をするように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
係る窒素酸化物の処理装置によれば、制御部がアンモニア供給量を的確に制御するので、脱硝処理が不完全で排出規制量を超える窒素酸化物が排出されたり、未反応のアンモニアが過剰に流出するおそれがない。
【００１２】
また、本発明の窒素酸化物の処理装置は、先に記載の窒素酸化物の処理装置であり、前記サンプリング管の内面がアルミニウムまたは石英ガラスより構成されることを特徴とする。
【００１３】
係る窒素酸化物の処理装置によれば、サンプリング管の内面がアルミニウムまたは石英ガラスにより構成されるので、サンプリング管の内部で未反応のアンモニアが窒素酸化物と還元反応をするおそれがなく、アンモニア及び窒素酸化物の濃度がサンプリング管内で変動することがなく、煙道中の排ガス中の各成分の濃度を正確に測定できる。
【００１４】
また、本発明の窒素酸化物の処理装置は、先に記載の窒素酸化物の処理装置であり、前記サンプリング管が硫安の析出温度以上の温度に保温されていることを特徴とする。
【００１５】
係る窒素酸化物の処理装置によれば、サンプリング管内で硫安が析出するおそれがなく、サンプリング管の詰まりを防止できる。
【００１６】
次に、本発明の窒素酸化物の処理方法は、排ガス中に供給したアンモニアを脱硝触媒上で該排ガス中の窒素酸化物と反応させて脱硝処理を行う際に、前記脱硝触媒の上流側と下流側の窒素酸化物濃度と下流側のアンモニア濃度を煙道内の複数箇所でそれぞれ測定し、予め設定された窒素酸化物の排出制御値と、前記下流側の窒素酸化物の測定値とを比較し、前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値よりも低いと判断した場合に、アンモニア供給量を削減し、前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値を超えると判断した場合に、アンモニア供給量を増加し、予め設定されたアンモニアの排出制御値と、前記下流側のアンモニア濃度とを比較し、前記アンモニア濃度が前記排出制御値を超えると判断した場合に、アンモニア供給量を削減する窒素酸化物の処理方法であって、前記下流側のアンモニア濃度を測定する出口側センサを備え、該出口側センサは前記煙道内に配置されたサンプリング管を具備しており、該サンプリング管の温度が前記出口側センサのアンモニア濃度の測定結果によって制御されることを特徴とする。
【００１７】
係る窒素酸化物の処理方法によれば、窒素酸化物の測定値に基づいてアンモニア供給量を決定するので、未反応のアンモニアの流出を少なくして硫安の析出を防止することができ、また、脱硝処理が不完全で排出規制量を超える窒素酸化物が排出されるおそれがない。
また、アンモニアの測定値が前記排出制御値を超えると判断した場合にアンモニア供給量を削減するので、未反応のアンモニアが過剰に流出するおそれがない。
更に、複数箇所で窒素酸化物及びアンモニアを測定し、各測定値に基づいてＮＨ 3 供給ノズル毎にＮＨ 3 の供給量を個別に制御することができ、アンモニア濃度の濃淡による未反応のアンモニアが流出したり、窒素酸化物の脱硝が不十分となるおそれがない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態である窒素酸化物の処理装置について説明する。
本実施形態の窒素酸化物の処理装置１は、アンモニアを還元剤として窒素酸化物を窒素と水蒸気とに分解する選択接触還元法（ＳＣＲ）によるもので、図１及び図２に示すように、燃料を燃焼するボイラ２（燃焼源）の下流側に設置されており、ボイラ２からの煙道３に接続された脱硝触媒４と、脱硝触媒４の上流側の煙道内に配置された複数のアンモニア供給ノズル５…と、アンモニア供給ノズル５…に接続されたアンモニア供給装置６と、アンモニア供給ノズル５…の上流側の煙道３内に配置された複数の入口側センサ７と、脱硝触媒４の下流側の煙道３内に配置された出口側センサ８と、入口側センサ７の測定値と出口側センサ８の測定値に基づいてアンモニア供給量を決定してアンモニア供給装置を制御する制御部９とを主体として構成されている。
また、出口側センサ８の下流側には、脱硝触媒４からの排ガスの熱を熱交換する空気予熱器１０と、排ガス中の煤塵を除去する集塵装置１１とが備えられ、集塵装置１１の下流側に煙突１２が配置されている。
【００１９】
脱硝触媒４は、図３に示すように、ハニカム状の支持体４ａの内壁に担持されており、例えば、Ｖ2 Ｏ5 をＴｉＯ2 に担持させたものを例示でき、例えば３００〜４００℃の反応温度で動作する。この触媒４上で、排ガス中の窒素酸化物がアンモニアにより還元されて窒素と水蒸気とに分解される。なお、脱硝触媒４を通過した排ガスには、多量の二酸化炭素及び上記の窒素並びに水蒸気の他に、未分解の微量の窒素酸化物及び未反応のアンモニア並びにボイラ２での燃焼により生成した硫黄酸化物が含まれる。
【００２０】
また図３に示すように、アンモニア供給ノズル５…は、ハニカム状の支持体４ａに対向して配置されており、各アンモニア供給ノズル５…は支持体４ａに対してほぼ等間隔に分散配置されている。
また、アンモニア供給ノズル５…にはアンモニア供給装置６が接続されている。アンモニア供給装置６は、制御部９により制御されており、制御部９の指示に基づいてアンモニアをアンモニア供給ノズル５…から脱硝触媒４に供給する。
アンモニア供給ノズル５…をほぼ等間隔で分散配置することにより、脱硝触媒４の全体にわたって均一にアンモニアを供給することができ、これにより脱硝触媒４における脱硝反応が均一に行われて窒素酸化物の分解を充分に行うことができる。
【００２１】
また、図１〜図３に示すように、入口側センサ７には複数のサンプリング管７ａが接続されており、図３に示すように、各サンプリング管７ａの先端が煙道３内に配置されている。各サンプリング管７ａは、アンモニア供給ノズル５と同様に、煙道３内にて等間隔に分散配置されている。
また、出口側センサ８についても、図１〜図３に示すように、出口側センサ８に複数のサンプリング管８ａが接続され、図３に示すように、各サンプリング管８ａの先端が煙道３内に配置されている。各サンプリング管８ａは、アンモニア供給ノズル５と同様に、煙道３内にて等間隔に分散配置されている。
サンプリング管７ａ、８ａを煙道３内に等間隔で分散配置することにより、煙道３内の排ガスに含まれる窒素酸化物やアンモニアの濃度の分布を把握することができる。
尚、サンプリング管７ａ、８ａをそれぞれ１つずつ配置しても良い。この場合、サンプリング管７ａ、８ａの位置は、排ガスに含まれる窒素酸化物やアンモニアの平均的な濃度を測定できる位置とするのが好ましい。
【００２２】
図４には出口側センサ８の詳細な構造を示す。尚、入口側センサ７は出口側センサ８と同じ構成なので、その説明を省略する。
図４に示すように、出口側センサ８は、サンプリング管８ａと、アンモニア及び窒素酸化物の濃度を同時計測可能なセンサ本体８ｂと、排気管８ｃとから構成されている。
【００２３】
サンプリング管８ａの先端は煙道３内に配置されており、煙道３内を流れる排ガスをセンサ本体８ｂに導く。サンプリング管８ａは、アルミニウムからなる内挿管がステンレス鋼からなる外挿管に挿入され、サンプリング管８ａの内面がアルミニウムにより構成される。そして、排ガスが内挿管内を流れるように構成されている。またサンプリング管８ａは図示略のヒータによって硫安の析出温度以上の温度、すなわち常時２５０℃程度に保温され、更にセンサ本体８ｂのアンモニア濃度の測定結果によってサンプリング管８ａの温度を微調整できるように構成されている。
具体的には、アンモニア濃度が高いときは硫安が析出しやすいのでサンプリング管８ａの温度を高くし、アンモニア濃度が低いときは硫安が析出しずらいのでサンプリング管８ａの温度を低くする制御を行う。
【００２４】
アルミニウムからなる内挿管に排ガスを流すことで、排ガスに含まれる未反応のアンモニアの還元反応を防止することができ、アンモニア及び窒素酸化物の測定を正確に行うことができる。また、サンプリング管８ａを常時２５０℃程度に保温するので、アンモニアと硫黄酸化物との反応により生成する酸性硫安の析出を防止でき、サンプリング管８ａの詰まりを防止できる。また、アンモニア濃度によってサンプリング管８ａの温度を微調整するので、電力消費やヒータの消耗を低減できる。
【００２５】
次に、センサ本体８ｂは、酸化センサ部８ｂ1と、脱硝センサ部８ｂ2とから構成されている。排ガスは、酸化センサ部８ｂ1及び脱硝センサ部８ｂ2にそれぞれ導入され、酸化センサ部８ｂ1では窒素酸化物とアンモニアの合計量が測定され、脱硝センサ部８ｂ2では窒素酸化物とアンモニアの差分量が測定される。
即ち、酸化センサ部８ｂ1では、排ガス中のアンモニアを酸化して窒素酸化物とし、この酸化により得られた窒素酸化物と、排ガス中の窒素酸化物の合計量を測定する。また脱硝センサ部８ｂ2では、排ガスに含まれるアンモニアと窒素酸化物とにより脱硝反応を行って窒素酸化物を分解し、未分解の窒素酸化物を測定する。
各センサ部８ｂ1、８ｂ2における窒素酸化物の測定は、窒素酸化物を全て還元して一酸化窒素（ＮＯ）とし、得られたＮＯをジルコニアを電解質とする電気分解法により計測する。
窒素酸化物とアンモニアの合計量と、窒素酸化物とアンモニアの差分量から、窒素酸化物及びアンモニアの各濃度がそれぞれ測定される。
【００２６】
また図４に示すように、センサ本体８ｂから排出された排ガスは、排気管８ｃを経て煙道３に戻される。排気管８ｃの途中にはエジェクタ８ｄが設けられ、このエジェクタ８ｄには配管を介してパージエア流調弁８ｅが接続されており、排気管８ｃに空気を送り込んで排気管８ｃにおける排ガスの排気を促進する。
【００２７】
更に図５に示すように、別の例の出口側センサ８には、加熱逆洗空気タンク８ｆが設けられている。加熱逆洗空気タンク８ｆには、パージエア流調弁８ｅの上流側から分岐した空気が加熱状態で貯蔵され、この空気をサンプリング管８ａに導入できるようになっている。タンク８ｆ内の空気は、２５０〜４００℃程度にすることが好ましく、またタンク８ｆ内の圧力を煙道３内の排ガス圧よりも約０．１ＭＰａ程度高くしておくことが好ましい。このタンク８ｆからサンプリング管８ａ内に空気を導入することで、出口側センサ８の流路内に混入する煤塵を除去することができ、流路の詰まりを防止できる。
更に、図５に示すように、サンプリング管８ａの先端側にフィルタ８ｇを取り付けても良い。このフィルタ８ｇの設置によって出口側センサ８の流路内への煤塵の混入を防止できる。
【００２８】
入口側センサ７及び出口側センサ８で計測されたアンモニア及び窒素酸化物の測定値は制御部９に出力される。制御部９では、まず、予め設定された窒素酸化物の排出制御値と、出口側センサ８で計測された窒素酸化物の測定値とを比較する。つぎに、測定値が排出制御値よりも低いと制御部９が判断した場合、未反応のアンモニアの流出を防止すべく脱硝反応を抑制するためにアンモニア供給量を削減させる。また、測定値が排出制御値を超えると制御部９が判断した場合は、窒素酸化物を減らすべく脱硝反応を促進させるためにアンモニア供給量を増加させる。この制御部９の詳細な動作は、次の窒素酸化物の処理方法の説明にて述べる。
【００２９】
次に、本発明の実施形態である窒素酸化物の処理方法について説明する。
本発明の実施形態である窒素酸化物の処理方法は、排ガス中にアンモニアを供給して脱硝触媒上で排ガス中の窒素酸化物と反応させて無害な窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）にする脱硝処理を行う際に、脱硝触媒の上流側と下流側の窒素酸化物濃度と下流側のアンモニア濃度をそれぞれ測定し、これらの測定結果に基づいてアンモニア供給量を調整しようとするものである。
具体的には、図１で示した入口側センサ７及び出口側センサ８でアンモニア及び窒素酸化物の濃度を測定し、その測定値を制御部９に出力する。制御部９では、予め設定された窒素酸化物の排出制御値と、出口側センサ８で計測された窒素酸化物の測定値とを比較する。つぎに、測定値が排出制御値よりも低いと制御部９が判断した場合、未反応のアンモニアの流出を防止すべく脱硝反応を抑制するためにアンモニア供給量を削減させる。また、測定値が排出制御値を超えると制御部９が判断した場合は、窒素酸化物を減らすべく脱硝反応を促進させるためにアンモニア供給量を増加させる。
以上の動作を、図６を参照してより具体的に説明する。
【００３０】
図６に、制御部９の動作を説明するためのフローチャートを示す。
図６のステップＳＴ１では、入口側センサ７及び出口側センサ８で窒素酸化物の濃度を測定し、その測定値を制御部９に入力する。ここで、入口側の排ガス中の窒素酸化物濃度をNox1とし、出口側の窒素酸化物濃度をNox2とする。
次に、ステップＳＴ２では、窒素酸化物の制御値NoxSTDと出口側の窒素酸化物濃度をNox2との大小関係を比較する。即ち、（NoxSTD−Nox2）＞０が成立するか否かを判断する。ここで、窒素酸化物の制御値NoxSTDとは、脱硝触媒４を通過後の排ガス中の窒素酸化物濃度の目標値であり、安全を見て公定の窒素酸化物の排出濃度の規制値より低くする必要がある。
ここで、（NoxSTD−Nox2）＞０が成立する場合は、出口側の窒素酸化物の濃度が目標値より下回っているため、脱硝反応自体は順調だが、未反応のアンモニアが流出している可能性がある。
また、（NoxSTD−Nox2）＞０が成立しない場合は、出口側の窒素酸化物の濃度が目標値を上回っているため、脱硝反応が不十分で窒素酸化物濃度が排出規制値を超えるおそれがある。
【００３１】
次にステップＳＴ２で（NoxSTD−Nox2）＞０が成立すると判断された場合はステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ３では、窒素酸化物の制御値NoxSTDにα値を加えてNoxSTD’とし（図中式（１））、得られたNoxSTD’を新たな窒素酸化物の制御値NoxSTDとする（図中式（２））。即ち、制御値NoxSTDを高く設定する。
ステップＳＴ２において、（NoxSTD−Nox2）＞０が成立すると判断された場合は、未反応のアンモニアが流出するおそれがあるので、ステップＳＴ３にて制御値NoxSTDを高く設定することにより、窒素酸化物の脱硝反応を抑制して窒素酸化物の排出が増える方向に制御する。これにより、アンモニア供給量が削減する方向に制御される。制御値NoxSTDに加えるα値としては、どのような数値でも良いが、例えば０．５ｐｐｍ程度の値とすることができる。この後、ステップＳＴ５に進む。
【００３２】
次に、ステップＳＴ２で（NoxSTD−Nox2）＞０が成立しないと判断された場合はステップＳＴ４に進む。ステップＳＴ４では、窒素酸化物の制御値NoxSTDからβ値を差し引いてNoxSTD”とし（図中式（３））、得られたNoxSTD”を新たな窒素酸化物の制御値NoxSTDとする（図中式（４））。即ち、制御値NoxSTDを低く設定する。
ステップＳＴ２において、（NoxSTD−Nox2）＞０が成立しないと判断された場合は、窒素酸化物が排出規制値を超えるおそれがあると判断されるので、制御値NoxSTDを低く設定することにより、窒素酸化物の脱硝反応を促進して窒素酸化物の排出を減少する方向に制御する。これにより、アンモニア供給量が増加する方向に制御される。制御値NoxSTDから差し引くβ値としては、どのような数値でも良いが、例えば０．５ｐｐｍ程度の値とすることができる。この後、ステップＳＴ５に進む。
【００３３】
次にステップＳＴ５では、具体的なアンモニア供給量（ＮＨ3供給値）を決定する。即ち、入口側の窒素酸化物濃度Nox1から新たに設定した制御値NoxSTDを差し引き、これに排ガス量と係数γを乗ずる（式（５））。係数γは、単位量当たりの排ガス中の窒素酸化物濃度を一定の濃度に低下させるために必要なアンモニア量を算出するための係数であり、予め実験を行って決定されるものである。この後、ステップＳＴ６に進む。
ステップＳＴ６では、ステップＳＴ５で決定されたＮＨ3供給値をアンモニア供給装置６に出力し、指定量のアンモニアをアンモニア供給ノズル５から排ガスに供給して脱硝処理を行う。この後、ステップＳＴ７に進む。
【００３４】
ステップＳＴ７では、出口側センサ８でアンモニア濃度（ＮＨ3conc.）を測定し、その測定値を制御部９に入力する。この後、ステップＳＴ８に進む。
ステップＳＴ８では、ＮＨ3conc.と、アンモニアの排出制御値ＮＨ3STDとの大小関係を比較する。即ち、ＮＨ3conc.＜ＮＨ3STDが成立するか否かを判断する。ここで、アンモニアの排出制御値ＮＨ3STDとは、脱硝触媒を通過させた排ガス中のアンモニア濃度の目標値であり、安全を見て公定のアンモニアの排出濃度の規制値より低くする必要がある。
【００３５】
次にステップＳＴ８においてＮＨ3conc.＜ＮＨ3STDが成立すると判断した場合、即ち脱硝処理後の排ガス中のアンモニア濃度が制御値より低い場合は、脱硝処理が順調であると判断し、ステップＳＴ１に戻る。
また、ステップＳＴ８においてＮＨ3conc.＜ＮＨ3STDが成立しないと判断した場合、即ち脱硝処理後の排ガス中のアンモニア濃度が排出制御値を超えている場合は、未反応のアンモニアが過剰に流出している状態であるので、ステップＳＴ９に進む。
【００３６】
ステップＳＴ９では、窒素酸化物の制御値NoxSTDにα値を加えてNoxSTD”’とし（図中式（６））、得られたNoxSTD”’を新たな窒素酸化物の制御値NoxSTDとする（図中式（７））。即ち、制御値NoxSTDを高く設定する。
ステップＳＴ８において、未反応のアンモニアが過剰に流出していると判断された場合は、ステップＳＴ９にて制御値NoxSTDを高く設定することにより、窒素酸化物の脱硝反応を抑制して窒素酸化物の排出が増える方向に制御する。これにより、アンモニア供給量が削減する方向に制御される。制御値NoxSTDに加えるα値は、ステップＳＴ３のα値と同じである。この後、ステップＳＴ５にもどる。
【００３７】
尚、上述した制御手順は、複数の出口側センサ毎、入口側センサ毎、並びに複数のＮＨ3供給ノズル毎に個別に行うことが好ましい。即ち、出口側センサ、入口側センサ及びＮＨ3供給ノズルをそれぞれ同じ個数設けるとともに各ＮＨ3供給ノズルに対応する入口側、出口側センサをそれぞれ決めておき、各センサの測定値に基づいて当該対応するＮＨ3供給ノズルからアンモニアを供給することが好ましい。
これにより、複数箇所で窒素酸化物及びアンモニアを測定し、各測定値に基づいてＮＨ3供給ノズル毎にＮＨ3の供給量を個別に制御することができ、アンモニア濃度の濃淡による未反応のアンモニアが流出したり、窒素酸化物の脱硝が不十分となるおそれがない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の窒素酸化物の処理装置によれば、各センサの測定値に基づいてアンモニア供給量を決定してアンモニア供給装置を制御する制御部が備えられているので、未反応のアンモニアの流出を少なくして硫安の析出を防止できる。
また本発明の窒素酸化物の処理方法によれば、窒素酸化物の測定値に基づいてアンモニア供給量を決定するので、未反応のアンモニアの流出を少なくして硫安の析出を防止することができ、また、脱硝処理が不完全で排出規制量を超える窒素酸化物が排出されるおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態である窒素酸化物の処理装置を示す模式図。
【図２】 図１の窒素酸化物の処理装置の要部を示す模式図。
【図３】 図１の窒素酸化物の処理装置の要部を示す斜視図。
【図４】 図１の窒素酸化物の処理装置の出口側センサの一例を示す模式図。
【図５】 図１の窒素酸化物の処理装置の出口側センサの別の例を示す模式図。
【図６】 図１の窒素酸化物の処理装置の制御部の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 窒素酸化物の処理装置
２ ボイラ（燃焼源）
３ 煙道
４ 脱硝触媒
５ アンモニア供給ノズル
６ アンモニア供給装置
７ 入口側センサ
７ａ サンプリング管
７ｂ センサ本体
８ 出口側センサ
９ 制御部
NOx1 上流側の窒素酸化物の測定値（窒素酸化物濃度）
NOx2 下流側の窒素酸化物の測定値（窒素酸化物濃度）
NoxSTD 窒素酸化物の排出制御値
NH3conc.
下流側のアンモニア濃度
ＮＨ3STD アンモニアの排出制御値
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス、特にボイラー等の固定燃焼源から排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物の処理方法及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス中の窒素酸化物（ＮＯx）は、人体に直接影響を及ぼすだけでなく、酸性雨、光化学スモッグの原因となる化学物質として各種排ガス中の排出濃度が規制されており、排ガス中のＮＯxを除去する必要がある。
排ガス中のＮＯxを除去する方法としては、例えば、排ガス中にアンモニア（ＮＨ3）を供給し、これを触媒上で排ガス中のＮＯxと反応させて無害な窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）にする方法がある。
具体的には、ハニカム材に坦持させた触媒を用意し、このハニカム材上の触媒に排ガスを流すとともに触媒の上流側に設置した複数のＮＨ3供給ノズルからアンモニアを噴霧供給し、触媒上でＮＨ3とＮＯxを反応させてることによりＮ2とＨ2Ｏを生成し、これらがハニカム材の下流側に流出するようになっている。
通常は、環境、コストを考慮して未反応のＮＨ3を出さないように、ＮＯxに対してＮＨ3を少な目に供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＮＨ3供給ノズルの配置によっては触媒上においてアンモニア濃度に濃淡が生じ、ＮＨ3濃度の高い部分では比較的高効率でＮＯxの処理が行われるが、その一方で未反応のＮＨ3が触媒の後段側に流出するおそれがある。この流出したＮＨ3が排ガス中の微量の硫黄酸化物と反応すると腐食性の酸性硫安が生成し、この酸性硫安によって触媒の後段側の配管や熱交換器などが腐食したり、配管詰まり等のトラブルが生じる場合があった。
このようなトラブルを防止するには、ＮＨ3の供給量を細かく制御すべく、ＮＨ3の供給量をＮＨ3供給ノズル毎に個別制御すればよいが、それには、触媒の流出側の排ガス成分を測定し、その結果をフィードバックする必要がある。
【０００４】
しかし、従来の排ガス成分の測定は、サンプリングを１ヶ所で行う場合が多く、そのためＮＨ3供給ノズル毎にＮＨ3の供給量を個別に制御することは行われていなかった。
また、排ガス成分の測定する際には、配管内の適当な位置にサンプリング管を差し込み、このサンプリング管を介して配管内の排ガスを取り出す必要があるが、サンプリング管の内部で未反応のアンモニアが消費されて硫安が生成する場合があり、排ガス成分の正確な測定が困難な状況にあった。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、アンモニアの供給をノズル毎に個別に制御するとともに、排ガス成分の測定を正確に行うことで、未反応のアンモニアの流出を少なくして硫安の析出を防止することが可能な窒素酸化物の処理方法及びその処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の窒素酸化物の処理装置は、燃焼源からの煙道に接続された脱硝触媒と、脱硝触媒の上流側の煙道内に配置された複数のアンモニア供給ノズルと、該アンモニア供給ノズルに接続されたアンモニア供給装置と、前記アンモニア供給ノズルの上流側の煙道内に配置された１または複数の入口側センサと、前記脱硝触媒の下流側の煙道内に配置された１または複数の出口側センサと、前記入口側センサの測定値と出口側センサの測定値に基づいてアンモニア供給量を決定してアンモニア供給装置を制御する制御部を具備してなり、前記入口側センサ及び前記出口側センサは、前記煙道内に挿入されるサンプリング管と、センサ本体とを具備してなり、前記サンプリング管の温度が、前記出口側センサのアンモニア濃度の測定結果によって制御されるように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
係る窒素酸化物の処理装置によれば、各センサの測定値に基づいてアンモニア供給量を決定してアンモニア供給装置を制御する制御部が備えられているので、未反応のアンモニアの流出を少なくして硫安の析出を防止することができる。
また複数のセンサによって煙道内の複数箇所で窒素酸化物及びアンモニアを測定する場合に、各測定値に基づいてＮＨ3供給ノズル毎にＮＨ3の供給量を個別に制御することが可能になり、アンモニア濃度の濃淡による未反応のアンモニアが流出したり、窒素酸化物の脱硝が不十分となるおそれがない。
更に、係る窒素酸化物の処理装置によれば、サンプリング管内で硫安が析出するおそれがなく、サンプリング管の詰まりを防止できる。また、硫安の析出温度は排ガス中のアンモニア濃度に依存するため、アンモニア濃度の測定結果によって温度制御を行うことで、センサの運転の省力化を実現できる。
【０００８】
また、本発明の窒素酸化物の処理装置は、先に記載の窒素酸化物の処理装置であり、前記入口側センサが、排ガス中の窒素酸化物濃度を前記脱硝触媒の上流側において測定するものであり、前記出口側センサが、排ガス中の窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を前記脱硝触媒の下流側において測定するものであることを特徴とする。
【０００９】
係る窒素酸化物の処理装置によれば、上流側及び下流側の窒素酸化物濃度を監視しつつ、下流側のアンモニア濃度を検知することができる。
【００１０】
また、本発明の窒素酸化物の処理装置は、先に記載の窒素酸化物の処理装置であり、前記制御部は、予め設定された窒素酸化物の排出制御値と、出口側センサで計測された窒素酸化物の測定値とを比較し、前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値よりも低いと判断した場合に前記アンモニア供給装置に対してアンモニア供給量を削減させる指示をし、前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値を超えると判断した場合に、前記アンモニア供給装置に対してアンモニア供給量を増加させる指示をするように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
係る窒素酸化物の処理装置によれば、制御部がアンモニア供給量を的確に制御するので、脱硝処理が不完全で排出規制量を超える窒素酸化物が排出されたり、未反応のアンモニアが過剰に流出するおそれがない。
【００１２】
また、本発明の窒素酸化物の処理装置は、先に記載の窒素酸化物の処理装置であり、前記サンプリング管の内面がアルミニウムまたは石英ガラスより構成されることを特徴とする。
【００１３】
係る窒素酸化物の処理装置によれば、サンプリング管の内面がアルミニウムまたは石英ガラスにより構成されるので、サンプリング管の内部で未反応のアンモニアが窒素酸化物と還元反応をするおそれがなく、アンモニア及び窒素酸化物の濃度がサンプリング管内で変動することがなく、煙道中の排ガス中の各成分の濃度を正確に測定できる。
【００１４】
また、本発明の窒素酸化物の処理装置は、先に記載の窒素酸化物の処理装置であり、前記サンプリング管が硫安の析出温度以上の温度に保温されていることを特徴とする。
【００１５】
係る窒素酸化物の処理装置によれば、サンプリング管内で硫安が析出するおそれがなく、サンプリング管の詰まりを防止できる。
【００１６】
次に、本発明の窒素酸化物の処理方法は、排ガス中に供給したアンモニアを脱硝触媒上で該排ガス中の窒素酸化物と反応させて脱硝処理を行う際に、前記脱硝触媒の上流側と下流側の窒素酸化物濃度と下流側のアンモニア濃度を煙道内の複数箇所でそれぞれ測定し、予め設定された窒素酸化物の排出制御値と、前記下流側の窒素酸化物の測定値とを比較し、前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値よりも低いと判断した場合に、アンモニア供給量を削減し、前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値を超えると判断した場合に、アンモニア供給量を増加し、予め設定されたアンモニアの排出制御値と、前記下流側のアンモニア濃度とを比較し、前記アンモニア濃度が前記排出制御値を超えると判断した場合に、アンモニア供給量を削減する窒素酸化物の処理方法であって、前記下流側のアンモニア濃度を測定する出口側センサを備え、該出口側センサは前記煙道内に配置されたサンプリング管を具備しており、該サンプリング管の温度が前記出口側センサのアンモニア濃度の測定結果によって制御されることを特徴とする。
【００１７】
係る窒素酸化物の処理方法によれば、窒素酸化物の測定値に基づいてアンモニア供給量を決定するので、未反応のアンモニアの流出を少なくして硫安の析出を防止することができ、また、脱硝処理が不完全で排出規制量を超える窒素酸化物が排出されるおそれがない。
また、アンモニアの測定値が前記排出制御値を超えると判断した場合にアンモニア供給量を削減するので、未反応のアンモニアが過剰に流出するおそれがない。
更に、複数箇所で窒素酸化物及びアンモニアを測定し、各測定値に基づいてＮＨ 3 供給ノズル毎にＮＨ 3 の供給量を個別に制御することができ、アンモニア濃度の濃淡による未反応のアンモニアが流出したり、窒素酸化物の脱硝が不十分となるおそれがない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態である窒素酸化物の処理装置について説明する。
本実施形態の窒素酸化物の処理装置１は、アンモニアを還元剤として窒素酸化物を窒素と水蒸気とに分解する選択接触還元法（ＳＣＲ）によるもので、図１及び図２に示すように、燃料を燃焼するボイラ２（燃焼源）の下流側に設置されており、ボイラ２からの煙道３に接続された脱硝触媒４と、脱硝触媒４の上流側の煙道内に配置された複数のアンモニア供給ノズル５…と、アンモニア供給ノズル５…に接続されたアンモニア供給装置６と、アンモニア供給ノズル５…の上流側の煙道３内に配置された複数の入口側センサ７と、脱硝触媒４の下流側の煙道３内に配置された出口側センサ８と、入口側センサ７の測定値と出口側センサ８の測定値に基づいてアンモニア供給量を決定してアンモニア供給装置を制御する制御部９とを主体として構成されている。
また、出口側センサ８の下流側には、脱硝触媒４からの排ガスの熱を熱交換する空気予熱器１０と、排ガス中の煤塵を除去する集塵装置１１とが備えられ、集塵装置１１の下流側に煙突１２が配置されている。
【００１９】
脱硝触媒４は、図３に示すように、ハニカム状の支持体４ａの内壁に担持されており、例えば、Ｖ2 Ｏ5 をＴｉＯ2 に担持させたものを例示でき、例えば３００〜４００℃の反応温度で動作する。この触媒４上で、排ガス中の窒素酸化物がアンモニアにより還元されて窒素と水蒸気とに分解される。なお、脱硝触媒４を通過した排ガスには、多量の二酸化炭素及び上記の窒素並びに水蒸気の他に、未分解の微量の窒素酸化物及び未反応のアンモニア並びにボイラ２での燃焼により生成した硫黄酸化物が含まれる。
【００２０】
また図３に示すように、アンモニア供給ノズル５…は、ハニカム状の支持体４ａに対向して配置されており、各アンモニア供給ノズル５…は支持体４ａに対してほぼ等間隔に分散配置されている。
また、アンモニア供給ノズル５…にはアンモニア供給装置６が接続されている。アンモニア供給装置６は、制御部９により制御されており、制御部９の指示に基づいてアンモニアをアンモニア供給ノズル５…から脱硝触媒４に供給する。
アンモニア供給ノズル５…をほぼ等間隔で分散配置することにより、脱硝触媒４の全体にわたって均一にアンモニアを供給することができ、これにより脱硝触媒４における脱硝反応が均一に行われて窒素酸化物の分解を充分に行うことができる。
【００２１】
また、図１〜図３に示すように、入口側センサ７には複数のサンプリング管７ａが接続されており、図３に示すように、各サンプリング管７ａの先端が煙道３内に配置されている。各サンプリング管７ａは、アンモニア供給ノズル５と同様に、煙道３内にて等間隔に分散配置されている。
また、出口側センサ８についても、図１〜図３に示すように、出口側センサ８に複数のサンプリング管８ａが接続され、図３に示すように、各サンプリング管８ａの先端が煙道３内に配置されている。各サンプリング管８ａは、アンモニア供給ノズル５と同様に、煙道３内にて等間隔に分散配置されている。
サンプリング管７ａ、８ａを煙道３内に等間隔で分散配置することにより、煙道３内の排ガスに含まれる窒素酸化物やアンモニアの濃度の分布を把握することができる。
尚、サンプリング管７ａ、８ａをそれぞれ１つずつ配置しても良い。この場合、サンプリング管７ａ、８ａの位置は、排ガスに含まれる窒素酸化物やアンモニアの平均的な濃度を測定できる位置とするのが好ましい。
【００２２】
図４には出口側センサ８の詳細な構造を示す。尚、入口側センサ７は出口側センサ８と同じ構成なので、その説明を省略する。
図４に示すように、出口側センサ８は、サンプリング管８ａと、アンモニア及び窒素酸化物の濃度を同時計測可能なセンサ本体８ｂと、排気管８ｃとから構成されている。
【００２３】
サンプリング管８ａの先端は煙道３内に配置されており、煙道３内を流れる排ガスをセンサ本体８ｂに導く。サンプリング管８ａは、アルミニウムからなる内挿管がステンレス鋼からなる外挿管に挿入され、サンプリング管８ａの内面がアルミニウムにより構成される。そして、排ガスが内挿管内を流れるように構成されている。またサンプリング管８ａは図示略のヒータによって硫安の析出温度以上の温度、すなわち常時２５０℃程度に保温され、更にセンサ本体８ｂのアンモニア濃度の測定結果によってサンプリング管８ａの温度を微調整できるように構成されている。
具体的には、アンモニア濃度が高いときは硫安が析出しやすいのでサンプリング管８ａの温度を高くし、アンモニア濃度が低いときは硫安が析出しずらいのでサンプリング管８ａの温度を低くする制御を行う。
【００２４】
アルミニウムからなる内挿管に排ガスを流すことで、排ガスに含まれる未反応のアンモニアの還元反応を防止することができ、アンモニア及び窒素酸化物の測定を正確に行うことができる。また、サンプリング管８ａを常時２５０℃程度に保温するので、アンモニアと硫黄酸化物との反応により生成する酸性硫安の析出を防止でき、サンプリング管８ａの詰まりを防止できる。また、アンモニア濃度によってサンプリング管８ａの温度を微調整するので、電力消費やヒータの消耗を低減できる。
【００２５】
次に、センサ本体８ｂは、酸化センサ部８ｂ1と、脱硝センサ部８ｂ2とから構成されている。排ガスは、酸化センサ部８ｂ1及び脱硝センサ部８ｂ2にそれぞれ導入され、酸化センサ部８ｂ1では窒素酸化物とアンモニアの合計量が測定され、脱硝センサ部８ｂ2では窒素酸化物とアンモニアの差分量が測定される。
即ち、酸化センサ部８ｂ1では、排ガス中のアンモニアを酸化して窒素酸化物とし、この酸化により得られた窒素酸化物と、排ガス中の窒素酸化物の合計量を測定する。また脱硝センサ部８ｂ2では、排ガスに含まれるアンモニアと窒素酸化物とにより脱硝反応を行って窒素酸化物を分解し、未分解の窒素酸化物を測定する。
各センサ部８ｂ1、８ｂ2における窒素酸化物の測定は、窒素酸化物を全て還元して一酸化窒素（ＮＯ）とし、得られたＮＯをジルコニアを電解質とする電気分解法により計測する。
窒素酸化物とアンモニアの合計量と、窒素酸化物とアンモニアの差分量から、窒素酸化物及びアンモニアの各濃度がそれぞれ測定される。
【００２６】
また図４に示すように、センサ本体８ｂから排出された排ガスは、排気管８ｃを経て煙道３に戻される。排気管８ｃの途中にはエジェクタ８ｄが設けられ、このエジェクタ８ｄには配管を介してパージエア流調弁８ｅが接続されており、排気管８ｃに空気を送り込んで排気管８ｃにおける排ガスの排気を促進する。
【００２７】
更に図５に示すように、別の例の出口側センサ８には、加熱逆洗空気タンク８ｆが設けられている。加熱逆洗空気タンク８ｆには、パージエア流調弁８ｅの上流側から分岐した空気が加熱状態で貯蔵され、この空気をサンプリング管８ａに導入できるようになっている。タンク８ｆ内の空気は、２５０〜４００℃程度にすることが好ましく、またタンク８ｆ内の圧力を煙道３内の排ガス圧よりも約０．１ＭＰａ程度高くしておくことが好ましい。このタンク８ｆからサンプリング管８ａ内に空気を導入することで、出口側センサ８の流路内に混入する煤塵を除去することができ、流路の詰まりを防止できる。
更に、図５に示すように、サンプリング管８ａの先端側にフィルタ８ｇを取り付けても良い。このフィルタ８ｇの設置によって出口側センサ８の流路内への煤塵の混入を防止できる。
【００２８】
入口側センサ７及び出口側センサ８で計測されたアンモニア及び窒素酸化物の測定値は制御部９に出力される。制御部９では、まず、予め設定された窒素酸化物の排出制御値と、出口側センサ８で計測された窒素酸化物の測定値とを比較する。つぎに、測定値が排出制御値よりも低いと制御部９が判断した場合、未反応のアンモニアの流出を防止すべく脱硝反応を抑制するためにアンモニア供給量を削減させる。また、測定値が排出制御値を超えると制御部９が判断した場合は、窒素酸化物を減らすべく脱硝反応を促進させるためにアンモニア供給量を増加させる。この制御部９の詳細な動作は、次の窒素酸化物の処理方法の説明にて述べる。
【００２９】
次に、本発明の実施形態である窒素酸化物の処理方法について説明する。
本発明の実施形態である窒素酸化物の処理方法は、排ガス中にアンモニアを供給して脱硝触媒上で排ガス中の窒素酸化物と反応させて無害な窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）にする脱硝処理を行う際に、脱硝触媒の上流側と下流側の窒素酸化物濃度と下流側のアンモニア濃度をそれぞれ測定し、これらの測定結果に基づいてアンモニア供給量を調整しようとするものである。
具体的には、図１で示した入口側センサ７及び出口側センサ８でアンモニア及び窒素酸化物の濃度を測定し、その測定値を制御部９に出力する。制御部９では、予め設定された窒素酸化物の排出制御値と、出口側センサ８で計測された窒素酸化物の測定値とを比較する。つぎに、測定値が排出制御値よりも低いと制御部９が判断した場合、未反応のアンモニアの流出を防止すべく脱硝反応を抑制するためにアンモニア供給量を削減させる。また、測定値が排出制御値を超えると制御部９が判断した場合は、窒素酸化物を減らすべく脱硝反応を促進させるためにアンモニア供給量を増加させる。
以上の動作を、図６を参照してより具体的に説明する。
【００３０】
図６に、制御部９の動作を説明するためのフローチャートを示す。
図６のステップＳＴ１では、入口側センサ７及び出口側センサ８で窒素酸化物の濃度を測定し、その測定値を制御部９に入力する。ここで、入口側の排ガス中の窒素酸化物濃度をNox1とし、出口側の窒素酸化物濃度をNox2とする。
次に、ステップＳＴ２では、窒素酸化物の制御値NoxSTDと出口側の窒素酸化物濃度をNox2との大小関係を比較する。即ち、（NoxSTD−Nox2）＞０が成立するか否かを判断する。ここで、窒素酸化物の制御値NoxSTDとは、脱硝触媒４を通過後の排ガス中の窒素酸化物濃度の目標値であり、安全を見て公定の窒素酸化物の排出濃度の規制値より低くする必要がある。
ここで、（NoxSTD−Nox2）＞０が成立する場合は、出口側の窒素酸化物の濃度が目標値より下回っているため、脱硝反応自体は順調だが、未反応のアンモニアが流出している可能性がある。
また、（NoxSTD−Nox2）＞０が成立しない場合は、出口側の窒素酸化物の濃度が目標値を上回っているため、脱硝反応が不十分で窒素酸化物濃度が排出規制値を超えるおそれがある。
【００３１】
次にステップＳＴ２で（NoxSTD−Nox2）＞０が成立すると判断された場合はステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ３では、窒素酸化物の制御値NoxSTDにα値を加えてNoxSTD’とし（図中式（１））、得られたNoxSTD’を新たな窒素酸化物の制御値NoxSTDとする（図中式（２））。即ち、制御値NoxSTDを高く設定する。
ステップＳＴ２において、（NoxSTD−Nox2）＞０が成立すると判断された場合は、未反応のアンモニアが流出するおそれがあるので、ステップＳＴ３にて制御値NoxSTDを高く設定することにより、窒素酸化物の脱硝反応を抑制して窒素酸化物の排出が増える方向に制御する。これにより、アンモニア供給量が削減する方向に制御される。制御値NoxSTDに加えるα値としては、どのような数値でも良いが、例えば０．５ｐｐｍ程度の値とすることができる。この後、ステップＳＴ５に進む。
【００３２】
次に、ステップＳＴ２で（NoxSTD−Nox2）＞０が成立しないと判断された場合はステップＳＴ４に進む。ステップＳＴ４では、窒素酸化物の制御値NoxSTDからβ値を差し引いてNoxSTD”とし（図中式（３））、得られたNoxSTD”を新たな窒素酸化物の制御値NoxSTDとする（図中式（４））。即ち、制御値NoxSTDを低く設定する。
ステップＳＴ２において、（NoxSTD−Nox2）＞０が成立しないと判断された場合は、窒素酸化物が排出規制値を超えるおそれがあると判断されるので、制御値NoxSTDを低く設定することにより、窒素酸化物の脱硝反応を促進して窒素酸化物の排出を減少する方向に制御する。これにより、アンモニア供給量が増加する方向に制御される。制御値NoxSTDから差し引くβ値としては、どのような数値でも良いが、例えば０．５ｐｐｍ程度の値とすることができる。この後、ステップＳＴ５に進む。
【００３３】
次にステップＳＴ５では、具体的なアンモニア供給量（ＮＨ3供給値）を決定する。即ち、入口側の窒素酸化物濃度Nox1から新たに設定した制御値NoxSTDを差し引き、これに排ガス量と係数γを乗ずる（式（５））。係数γは、単位量当たりの排ガス中の窒素酸化物濃度を一定の濃度に低下させるために必要なアンモニア量を算出するための係数であり、予め実験を行って決定されるものである。この後、ステップＳＴ６に進む。
ステップＳＴ６では、ステップＳＴ５で決定されたＮＨ3供給値をアンモニア供給装置６に出力し、指定量のアンモニアをアンモニア供給ノズル５から排ガスに供給して脱硝処理を行う。この後、ステップＳＴ７に進む。
【００３４】
ステップＳＴ７では、出口側センサ８でアンモニア濃度（ＮＨ3conc.）を測定し、その測定値を制御部９に入力する。この後、ステップＳＴ８に進む。
ステップＳＴ８では、ＮＨ3conc.と、アンモニアの排出制御値ＮＨ3STDとの大小関係を比較する。即ち、ＮＨ3conc.＜ＮＨ3STDが成立するか否かを判断する。ここで、アンモニアの排出制御値ＮＨ3STDとは、脱硝触媒を通過させた排ガス中のアンモニア濃度の目標値であり、安全を見て公定のアンモニアの排出濃度の規制値より低くする必要がある。
【００３５】
次にステップＳＴ８においてＮＨ3conc.＜ＮＨ3STDが成立すると判断した場合、即ち脱硝処理後の排ガス中のアンモニア濃度が制御値より低い場合は、脱硝処理が順調であると判断し、ステップＳＴ１に戻る。
また、ステップＳＴ８においてＮＨ3conc.＜ＮＨ3STDが成立しないと判断した場合、即ち脱硝処理後の排ガス中のアンモニア濃度が排出制御値を超えている場合は、未反応のアンモニアが過剰に流出している状態であるので、ステップＳＴ９に進む。
【００３６】
ステップＳＴ９では、窒素酸化物の制御値NoxSTDにα値を加えてNoxSTD”’とし（図中式（６））、得られたNoxSTD”’を新たな窒素酸化物の制御値NoxSTDとする（図中式（７））。即ち、制御値NoxSTDを高く設定する。
ステップＳＴ８において、未反応のアンモニアが過剰に流出していると判断された場合は、ステップＳＴ９にて制御値NoxSTDを高く設定することにより、窒素酸化物の脱硝反応を抑制して窒素酸化物の排出が増える方向に制御する。これにより、アンモニア供給量が削減する方向に制御される。制御値NoxSTDに加えるα値は、ステップＳＴ３のα値と同じである。この後、ステップＳＴ５にもどる。
【００３７】
尚、上述した制御手順は、複数の出口側センサ毎、入口側センサ毎、並びに複数のＮＨ3供給ノズル毎に個別に行うことが好ましい。即ち、出口側センサ、入口側センサ及びＮＨ3供給ノズルをそれぞれ同じ個数設けるとともに各ＮＨ3供給ノズルに対応する入口側、出口側センサをそれぞれ決めておき、各センサの測定値に基づいて当該対応するＮＨ3供給ノズルからアンモニアを供給することが好ましい。
これにより、複数箇所で窒素酸化物及びアンモニアを測定し、各測定値に基づいてＮＨ3供給ノズル毎にＮＨ3の供給量を個別に制御することができ、アンモニア濃度の濃淡による未反応のアンモニアが流出したり、窒素酸化物の脱硝が不十分となるおそれがない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の窒素酸化物の処理装置によれば、各センサの測定値に基づいてアンモニア供給量を決定してアンモニア供給装置を制御する制御部が備えられているので、未反応のアンモニアの流出を少なくして硫安の析出を防止できる。
また本発明の窒素酸化物の処理方法によれば、窒素酸化物の測定値に基づいてアンモニア供給量を決定するので、未反応のアンモニアの流出を少なくして硫安の析出を防止することができ、また、脱硝処理が不完全で排出規制量を超える窒素酸化物が排出されるおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態である窒素酸化物の処理装置を示す模式図。
【図２】 図１の窒素酸化物の処理装置の要部を示す模式図。
【図３】 図１の窒素酸化物の処理装置の要部を示す斜視図。
【図４】 図１の窒素酸化物の処理装置の出口側センサの一例を示す模式図。
【図５】 図１の窒素酸化物の処理装置の出口側センサの別の例を示す模式図。
【図６】 図１の窒素酸化物の処理装置の制御部の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 窒素酸化物の処理装置
２ ボイラ（燃焼源）
３ 煙道
４ 脱硝触媒
５ アンモニア供給ノズル
６ アンモニア供給装置
７ 入口側センサ
７ａ サンプリング管
７ｂ センサ本体
８ 出口側センサ
９ 制御部
NOx1 上流側の窒素酸化物の測定値（窒素酸化物濃度）
NOx2 下流側の窒素酸化物の測定値（窒素酸化物濃度）
NoxSTD 窒素酸化物の排出制御値
NH3conc.
下流側のアンモニア濃度
ＮＨ3STD アンモニアの排出制御値
Claims (6)
- 燃焼源からの煙道に接続された脱硝触媒と、脱硝触媒の上流側の煙道内に配置された複数のアンモニア供給ノズルと、該アンモニア供給ノズルに接続されたアンモニア供給装置と、前記アンモニア供給ノズルの上流側の煙道内に配置された１または複数の入口側センサと、前記脱硝触媒の下流側の煙道内に配置された１または複数の出口側センサと、前記入口側センサの測定値と出口側センサの測定値に基づいてアンモニア供給量を決定してアンモニア供給装置を制御する制御部を具備してなり、前記入口側センサ及び前記出口側センサは、前記煙道内に挿入されるサンプリング管と、センサ本体とを具備してなり、前記サンプリング管の温度が、前記出口側センサのアンモニア濃度の測定結果によって制御されるように構成されていることを特徴とする窒素酸化物の処理装置。
- 前記入口側センサが、排ガス中の窒素酸化物濃度を前記脱硝触媒の上流側において測定するものであり、前記出口側センサが、排ガス中の窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を前記脱硝触媒の下流側において測定するものであることを特徴とする請求項１に記載の窒素酸化物の処理装置。
- 前記制御部は、予め設定された窒素酸化物の排出制御値と、出口側センサで計測された窒素酸化物の測定値とを比較し、前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値よりも低いと判断した場合に前記アンモニア供給装置に対してアンモニア供給量を削減させる指示をし、前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値を超えると判断した場合に、前記アンモニア供給装置に対してアンモニア供給量を増加させる指示をするように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒素酸化物の処理装置。
- 前記サンプリング管の内面がアルミニウムまたは石英ガラスより構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の窒素酸化物の処理装置。
- 前記サンプリング管が硫安の析出温度以上の温度に保温されていることを特徴とする請求項４に記載の窒素酸化物の処理装置。
- 排ガス中に供給したアンモニアを脱硝触媒上で該排ガス中の窒素酸化物と反応させて脱硝処理を行う際に、前記脱硝触媒の上流側と下流側の窒素酸化物濃度と下流側のアンモニア濃度を煙道内の複数箇所でそれぞれ測定し、
予め設定された窒素酸化物の排出制御値と、前記下流側の窒素酸化物の測定値とを比較し、
前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値よりも低いと判断した場合に、アンモニア供給量を削減し、
前記窒素酸化物の測定値が前記排出制御値を超えると判断した場合に、アンモニア供給量を増加し、
予め設定されたアンモニアの排出制御値と、前記下流側のアンモニア濃度とを比較し、
前記アンモニア濃度が前記排出制御値を超えると判断した場合に、アンモニア供給量を削減する窒素酸化物の処理方法であって、
前記下流側のアンモニア濃度を測定する出口側センサを備え、該出口側センサは前記煙道内に配置されたサンプリング管を具備しており、該サンプリング管の温度が前記出口側センサのアンモニア濃度の測定結果によって制御されることを特徴とする窒素酸化物の処理方法。
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