JP4167039B2 - ガスタービン単独プラントの改造方法、触媒の再利用方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン単独プラントを、そのガスタービンと排熱回収ボイラ及び蒸気タービンとを組み合わせたコンバインドサイクルプラントへ改造する方法、ならびにガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力の突発の需要に対処するため、運用性に優れて投資額の小さいガスタービン単独プラントを短納期で建設することが行なわれる。しかし、ガスタービン単独プラントは長期的にみるとプラント効率が良くないので、最初にガスタービン単独プラントとして建設し、将来、プラント効率に優れたコンバインドサイクルプラントに改造するリパワリング工事を行なうのが有用である。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
一方、発電設備等における排ガス脱硝のために設置されている脱硝装置にはＴｉＯ2 （酸化チタン）を主成分とし、これにＷＯ3 （酸化タングステン）及びＭ0 Ｏ3 （酸化モリブデン）の内少なくとも１成分を含み、更にＶ2 Ｏ5 （酸化バナジウム）を含む触媒が使用されている。
ガスタービン単独プラントでは脱硝処理対象の排ガス温度が４５０〜６００℃と高いので、高温に弱いＶ2 Ｏ5 成分を微量、もしくはＶ2 Ｏ5 無添加の高温脱硝用触媒が使用されている。（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
このようにＶ2 Ｏ5 成分が微量もしくは無添加の脱硝触媒は高温用に最適化された触媒であり、この高温脱硝用触媒を使用しているガスタービン単独プラントを前記したようにコンバインドサイクルプラントにリパワリングした後は、この高温用脱硝触媒を処理対象の排ガス温度が２００〜４５０℃の中温となるコンバインドサイクルプラントでは利用できない。
【０００５】
以上説明したような事情によってガスタービン単独プラントをコンバインドサイクルプラントにリパワリングするときは、ガスタービン単独プラントで使用されていた高温用脱硝触媒は廃棄し、コンバインドサイクルプラントのための中温用脱硝触媒を新規に製造しなければならず、設備投資コストが嵩むこととなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２６０９１２号公報（段落〔０００４〕〜〔０００５〕、〔０００９〕〜〔００１８〕を参照。）
【特許文献２】
特開平６−０７９１３９号公報（段落〔００１３〕〜〔００１８〕を参照。）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガスタービン単独プラントをコンバインドサイクルプラントへ改造する場合、そのガスタービン単独プラントにおける使用済の高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒に再生し、コンバインドサイクルプラントにおける脱硝触媒として再利用するようにコンバインドサイクルプラントへ経済的に改造する方法、ならびに使用済高温用脱硝触媒を再利用する方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、ガスタービン単独プラントのコンバインドサイクルプラントへの改造において、ガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒に再調製し、その再調製された中温用脱硝触媒を、改造後のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用するようにした、ガスタービン単独プラントのコンバインドサイクルプラントへの改造方法を提供する。
【０００９】
この改造方法によれば、ガスタービン単独プラントでの使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒に再調製の上、コンバインドサイクルプラントで再利用するので、リパワリング工事における設備コストを大幅に削減することができる。
このように、本発明の改造方法によれば、使用済高温用脱硝触媒の廃棄費用を削減するとともに、再利用することによって廃棄による環境への負担を軽減することができる。
【００１０】
また、本発明は、ガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を、中温用脱硝触媒に再調製し、その再調製された中温用脱硝触媒を、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用するようにした使用済高温用脱硝触媒の再利用方法を提供する。
【００１１】
本発明のこの再利用方法によれば、ガスタービン単独プラントのリパワリング工事において、使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒として有効に再利用することができ、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再販売するビジネスに、使用量やプラントの地理的位置等を考慮して適切に対応することができる。
【００１２】
本発明が対象とするガスタービン単独プラントで使用されている高温用脱硝触媒の代表的なものとしては、ＴｉＯ２を主成分とし、これにＷＯ３及びＭ０Ｏ３の内少なくとも１成分を含み、Ｖ２Ｏ５を０．５ｗｔ％以下しか含有しない組成のものがある。
【００１３】
前記の改造方法や再利用方法において、使用済高温用脱硝触媒が上記の組成を有する場合には、本発明は再利用される量も多く、きわめて有効である。
また、本発明は、使用済高温用脱硝触媒に対し、Ｖ２ Ｏ５ 成分を０．５ｗｔ％以上含ませてコンバインドサイクルプラントのための中温用脱硝触媒に再調製し、それを再利用した前記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００１４】
また、本発明は、高温用脱硝触媒が４５０〜６００℃の範囲で利用できるように最適化された触媒であって、使用済高温用脱硝触媒にＶ（バナジウム）成分を付与処理し再調製された中温用脱硝触媒の使用温度域が、２００〜４５０℃として最適化された、前記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００１５】
また、本発明は、Ｖ成分の付与処理を、Ｖ含有水溶液に含浸して乾燥及び／又は焼成した、上記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００１６】
このように、本発明は、ガスタービン単独プラントをコンバインドサイクルプラントにリパワリング改造する場合に、ＴｉＯ２ 系の脱硝触媒における温度特性に関する知見と、脱硝触媒の再生技術とをうまく組み合わせることによって設備改造コストを大幅に削減し、併せて環境へ与える影響を軽減した改造方法又は再利用方法を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明する。
図４は、本発明によってコンバインドサイクルプラントに改造しようとするガスタービン単独プラントを示している。
【００１８】
本発明を適用してコンバインドサイクルプラントに改造する前のガスタービン単独プラントを示す図４において、１はガスタービン設備で、２はコンプレッサ、３はガスタービンを示している。ガスタービン３の排ガスはダクト４を通して脱硝装置６へ導かれ、脱硝処理を施したのちダクト５を経て煙突７から大気中に排出されるように構成されている。
【００１９】
脱硝装置６に流れるガスタービン３からの排ガスの温度は４５０〜６００℃と高温であり、これを脱硝処理する脱硝装置６には、この高温に耐えて脱硝反応を行う高温用脱硝触媒が用いられている。
【００２０】
その脱硝触媒としては、ＴｉＯ2 を主成分とし、ＷＯ3 又はＭ0 Ｏ3 などの活性成分を含んでいるが、対象ガスが前記したように高温であるため、熱に弱いＶ2 Ｏ5 は０．５ｗｔ％以下、好ましくは０．２ｗｔ％以下、又は全く含有しないといったようにＶ成分含有は少ないか、又は含有しない触媒となっている。
【００２１】
このように脱硝触媒を用いた脱硝装置６では、脱硝処理する排ガスにＮＨ3 （アンモニア）が注入された上で前記した触媒に接触させ、４ＮＯ＋４ＮＨ3 ＋Ｏ2 →４Ｎ2 ＋６Ｈ2 Ｏ、ＮＯ＋ＮＯ2 ＋２ＮＨ3 →２Ｎ2 ＋３Ｈ2 Ｏという反応によってＮＯ，ＮＯ2 を無害な窒素と水に分解する。
【００２２】
図１は、本発明を適用して改造したコンバインドサイクルプラントを示しており、９は排ガスボイラで、ガスタービン設備１の排ガスを熱源としている。１０はスチームタービンで、排ガスボイラ９が発生するスチームの供給を受けて稼動する。排ガスボイラ９を出た排ガスは、排ガスボイラ９による熱回収で温度が中温の４５０〜２００℃となっている。
【００２３】
この中温の排ガスは脱硝装置８によって脱硝処理された上で煙突７から大気中に排出される。
この４５０〜２００℃の中温の排ガスを処理する脱硝装置８には、本発明によって得られた中温用脱硝触媒が用いられている。
すなわち、この脱硝装置８に用いられる中温用脱硝触媒は、図４に示すガスタービン単独プラントにおける脱硝装置６で用いられていた使用済高温用脱硝触媒から再調製する。
【００２４】
図４の脱硝装置６で用いられていた高温用脱硝触媒はＴｉＯ2 を主成分とし、これに活性成分としてＷＯ3 又はＭ0 Ｏ3 などを含むものであるが、高温に弱いＶ成分は含有量が少ないか或いは含有されていない。
この脱硝装置６における使用済の高温用脱硝触媒から、脱硝装置８のための中温用脱硝触媒を再調製するため、使用済高温用脱硝触媒に対しＶ2 Ｏ5 を０．５ｗｔ％以上、好ましくは１．０ｗｔ％以上含有させる。
【００２５】
ＴｉＯ2 ・ＷＯ3 系高温用脱硝触媒にＶ2 Ｏ5 を含有させるには、Ｖ2 Ｏ5 のシュウ酸溶液に浸漬して乾燥及び／又は焼成を行う。
乾燥のみの触媒は、稼働後に排ガスによって焼成状態にされる。
ＴｉＯ2 ・ＷＯ3 系の高温用脱硝触媒にＶ2 Ｏ5 を含有させる手順の一例を示すと次のとおりである。
【００２６】
（１）触媒の含水量の測定
触媒を水に浸漬して、浸漬前後の重量を測定して以下の式から含水量を決定する。含水量ａ（リットル／ｋｇ）＝（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１（リットル／ｋｇ）、ここでＷ１は含水前の触媒重量（ｋｇ）、Ｗ２は含水後の触媒重量（ｋｇ）。
【００２７】
（２）浸漬液のＶ2 Ｏ5 濃度の決定
次式によって浸漬液のＶ2 Ｏ5 濃度を決定する。
Ｖ2 Ｏ5 濃度Ｘ（ｋｇ／リットル）＝Ｂ×０．０１／ａ、ここでＢは目的とする触媒中のＶ2 Ｏ5 濃度（ｗｔ％）、ａは含水量（リットル／ｋｇ）。
【００２８】
（３）浸漬液の調整
２．５Ｘｋｇのシュウ酸（Ｈ2 Ｃ2 Ｏ4 ）を約０．９リットルの温水に溶解させる。その溶液にＶ2 Ｏ5 粉末Ｘｋｇを除々に加えて溶解させたのち、水を加えて１リットルの溶液とする。
この含浸溶液に使用済高温用脱硝触媒を約１分間浸漬したのち、乾燥させ５５０°Ｃで３時間焼成する。
【００２９】
以上、本発明を実施の一形態に基づいて具体的に説明したが、本発明がこの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、再利用する高温用脱硝触媒は、ＴｉＯ2 ・ＷＯ3 系のものに限らない。
高温用脱硝触媒の基本的な構成比率は、ＴｉＯ2：６０〜８０ｗｔ％、ＷＯ3（Ｍ0 Ｏ3）：５〜２５ｗｔ％、Ｖ2 Ｏ5：０〜１０ｗｔ％であり、Ｍ0 Ｏ3はＷＯ3の代替という位置づけであるが、構成比率は、燃焼燃料、処理ガス温度等により最適化されている。
また、これにＶ成分を付与処理するやり方も、シュウ酸溶液を使うものに限定されるものではなく、例えば、クエン酸水溶液、メタバナジウム酸アンモニウムのメチルアミン水溶液、スルファミン酸水溶液等を、洗浄媒体として使用することができる。
【００３０】
また、前記した実施形態では、図１に示すように、排ガスボイラ９の後に脱硝装置８を設けた構成のコンバインドサイクルプラントに改造した例を示しているが、ガスタービン単独プラントにおいて、脱硝装置８の上流にあらかじめスペースを確保しておき、将来のコンバインド化において脱硝装置８の上流に排ガスボイラ９を追設し得るような配置構成としておくと、コンバインド化においては最も簡単で改造コストもかからない。
但し、この場合には脱硝装置の後流には排ガスボイラを設置せず、低温域の廃熱回収をしないので、プラント運用の面では更に効率化を図り得る余地がある。
【００３１】
また、図２に示すように、排ガスボイラ９−１と排ガスボイラ９−２の間に脱硝装置８を設けた構成は、脱硝装置８の上流並びに下流にあらかじめスペースを確保しておき、将来のコンバインド化において脱硝装置８挟んで排ガスボイラを２基追設したものである。
この場合には、コンバインド化において図１に示す構成より改造コストが大きくなるが、廃熱回収がより多くできるので、プラント運用の面で一段と効率的である。
【００３２】
また、図３に示すように排ガスボイラ９の中に脱硝装置８を組み込んだ構成は、脱硝装置８の構造を、あらかじめ排ガスボイラに組み込めるような構造にしておき、将来のコンバインド化において、脱硝装置８を内臓した形態で改造工事を実施することとなる。
但し、この場合には、装置構造、改造工事は多少複雑化するが、プラント運用の面では図２に示す構成と同様、効率的で、設置スペースが低減でき、コンパクト化を図ることができる。
なお、上記の図示したもの以外に、種々の構成のコンバインドサイクルプラントに改造する場合にも本発明を適用し得ること言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ガスタービン単独プラントのコンバインドサイクルプラントへの改造において、ガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒に再調製し、その再調製された中温用脱硝触媒を、改造後のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用するようにした、ガスタービン単独プラントのコンバインドサイクルプラントへの改造方法を提供するもので、これによれば、ガスタービン単独プラントでの使用済高温用脱硝触媒を、中温用脱硝触媒に再調製の上、コンバインドサイクルプラントで再利用するので、リパワリング工事における設備コストを大幅に削減することができ、使用済高温用脱硝触媒の廃棄費用を削減すると共に、再利用することによって廃棄による環境への負担を軽減することができる。
【００３４】
また、本発明は、ガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を、中温用脱硝触媒に再調製し、その再調製された中温用脱硝触媒を、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用するようにした使用済高温用脱硝触媒の再利用方法を提供するもので、これによれば、ガスタービン単独プラントのリパワリング工事において使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒として有効に再利用することができ、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再販売する新しいビジネスに、使用量やプラントの地理的位置等を考慮して適切に対応することができる。
【００３５】
また、本発明は、ガスタービン単独プラントで使用されている高温用脱硝触媒が、ＴｉＯ２を主成分とし、これにＷＯ３及びＭ０Ｏ３の内少なくとも１成分を含み、Ｖ２Ｏ５を０．５ｗｔ％以下しか含有しない組成のものの場合、前記の改造方法や再利用方法において、使用済高温用脱硝触媒が上記の組成を有する場合には、本発明は再利用される量も多く、きわめて有効である。
【００３６】
また、本発明は、使用済高温用脱硝触媒に対し、Ｖ２ Ｏ５ 成分を０．５ｗｔ％以上含ませてコンバインドサイクルのための中温用脱硝触媒に再調製し、それを再利用した前記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００３７】
また、本発明は、高温用脱硝触媒が４５０〜６００℃の範囲で利用できるように最適化された触媒であって、使用済高温用脱硝触媒にＶ（バナジウム）成分を付与処理し再調製された中温用脱硝触媒の使用温度域が、２００〜４５０℃として最適化された、前記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００３８】
また、本発明は、Ｖ成分の付与処理を、Ｖ含有水溶液に含浸して乾燥及び／又は焼成した上記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００３９】
このように、本発明は、ガスタービン単独プラントをコンバインドサイクルプラントにリパワリング改造する場合に、設備改造コストを大幅に削減し、併せて環境へ与える影響を軽減した改造方法又は再利用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図４のガスタービン単独プラントを改造したコンバインドサイクルプラントの構成を示す説明図。
【図２】図１のコンバインドサイクルプラントの変形構成例を示す説明図。
【図３】図１のコンバインドサイクルプラントの他の変形構成例を示す説明図。
【図４】本発明を適用してコンバインドサイクルプラントへ改造する前のガスタービン単独プラントの構成を示す説明図。
【符号の説明】
１ ガスタービン設備
２ コンプレッサ
３ ガスタービン
４ ダクト
５ ダクト
６ 脱硝装置
７ 煙突
８ 脱硝装置
９ 排ガスボイラ
９−１ 排ガスボイラ
９−２ 排ガスボイラ
１０ スチームタービン
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン単独プラントを、そのガスタービンと排熱回収ボイラ及び蒸気タービンとを組み合わせたコンバインドサイクルプラントへ改造する方法、ならびにガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力の突発の需要に対処するため、運用性に優れて投資額の小さいガスタービン単独プラントを短納期で建設することが行なわれる。しかし、ガスタービン単独プラントは長期的にみるとプラント効率が良くないので、最初にガスタービン単独プラントとして建設し、将来、プラント効率に優れたコンバインドサイクルプラントに改造するリパワリング工事を行なうのが有用である。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
一方、発電設備等における排ガス脱硝のために設置されている脱硝装置にはＴｉＯ2 （酸化チタン）を主成分とし、これにＷＯ3 （酸化タングステン）及びＭ0 Ｏ3 （酸化モリブデン）の内少なくとも１成分を含み、更にＶ2 Ｏ5 （酸化バナジウム）を含む触媒が使用されている。
ガスタービン単独プラントでは脱硝処理対象の排ガス温度が４５０〜６００℃と高いので、高温に弱いＶ2 Ｏ5 成分を微量、もしくはＶ2 Ｏ5 無添加の高温脱硝用触媒が使用されている。（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
このようにＶ2 Ｏ5 成分が微量もしくは無添加の脱硝触媒は高温用に最適化された触媒であり、この高温脱硝用触媒を使用しているガスタービン単独プラントを前記したようにコンバインドサイクルプラントにリパワリングした後は、この高温用脱硝触媒を処理対象の排ガス温度が２００〜４５０℃の中温となるコンバインドサイクルプラントでは利用できない。
【０００５】
以上説明したような事情によってガスタービン単独プラントをコンバインドサイクルプラントにリパワリングするときは、ガスタービン単独プラントで使用されていた高温用脱硝触媒は廃棄し、コンバインドサイクルプラントのための中温用脱硝触媒を新規に製造しなければならず、設備投資コストが嵩むこととなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２６０９１２号公報（段落〔０００４〕〜〔０００５〕、〔０００９〕〜〔００１８〕を参照。）
【特許文献２】
特開平６−０７９１３９号公報（段落〔００１３〕〜〔００１８〕を参照。）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガスタービン単独プラントをコンバインドサイクルプラントへ改造する場合、そのガスタービン単独プラントにおける使用済の高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒に再生し、コンバインドサイクルプラントにおける脱硝触媒として再利用するようにコンバインドサイクルプラントへ経済的に改造する方法、ならびに使用済高温用脱硝触媒を再利用する方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、ガスタービン単独プラントのコンバインドサイクルプラントへの改造において、ガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒に再調製し、その再調製された中温用脱硝触媒を、改造後のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用するようにした、ガスタービン単独プラントのコンバインドサイクルプラントへの改造方法を提供する。
【０００９】
この改造方法によれば、ガスタービン単独プラントでの使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒に再調製の上、コンバインドサイクルプラントで再利用するので、リパワリング工事における設備コストを大幅に削減することができる。
このように、本発明の改造方法によれば、使用済高温用脱硝触媒の廃棄費用を削減するとともに、再利用することによって廃棄による環境への負担を軽減することができる。
【００１０】
また、本発明は、ガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を、中温用脱硝触媒に再調製し、その再調製された中温用脱硝触媒を、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用するようにした使用済高温用脱硝触媒の再利用方法を提供する。
【００１１】
本発明のこの再利用方法によれば、ガスタービン単独プラントのリパワリング工事において、使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒として有効に再利用することができ、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再販売するビジネスに、使用量やプラントの地理的位置等を考慮して適切に対応することができる。
【００１２】
本発明が対象とするガスタービン単独プラントで使用されている高温用脱硝触媒の代表的なものとしては、ＴｉＯ２を主成分とし、これにＷＯ３及びＭ０Ｏ３の内少なくとも１成分を含み、Ｖ２Ｏ５を０．５ｗｔ％以下しか含有しない組成のものがある。
【００１３】
前記の改造方法や再利用方法において、使用済高温用脱硝触媒が上記の組成を有する場合には、本発明は再利用される量も多く、きわめて有効である。
また、本発明は、使用済高温用脱硝触媒に対し、Ｖ２ Ｏ５ 成分を０．５ｗｔ％以上含ませてコンバインドサイクルプラントのための中温用脱硝触媒に再調製し、それを再利用した前記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００１４】
また、本発明は、高温用脱硝触媒が４５０〜６００℃の範囲で利用できるように最適化された触媒であって、使用済高温用脱硝触媒にＶ（バナジウム）成分を付与処理し再調製された中温用脱硝触媒の使用温度域が、２００〜４５０℃として最適化された、前記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００１５】
また、本発明は、Ｖ成分の付与処理を、Ｖ含有水溶液に含浸して乾燥及び／又は焼成した、上記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００１６】
このように、本発明は、ガスタービン単独プラントをコンバインドサイクルプラントにリパワリング改造する場合に、ＴｉＯ２ 系の脱硝触媒における温度特性に関する知見と、脱硝触媒の再生技術とをうまく組み合わせることによって設備改造コストを大幅に削減し、併せて環境へ与える影響を軽減した改造方法又は再利用方法を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明する。
図４は、本発明によってコンバインドサイクルプラントに改造しようとするガスタービン単独プラントを示している。
【００１８】
本発明を適用してコンバインドサイクルプラントに改造する前のガスタービン単独プラントを示す図４において、１はガスタービン設備で、２はコンプレッサ、３はガスタービンを示している。ガスタービン３の排ガスはダクト４を通して脱硝装置６へ導かれ、脱硝処理を施したのちダクト５を経て煙突７から大気中に排出されるように構成されている。
【００１９】
脱硝装置６に流れるガスタービン３からの排ガスの温度は４５０〜６００℃と高温であり、これを脱硝処理する脱硝装置６には、この高温に耐えて脱硝反応を行う高温用脱硝触媒が用いられている。
【００２０】
その脱硝触媒としては、ＴｉＯ2 を主成分とし、ＷＯ3 又はＭ0 Ｏ3 などの活性成分を含んでいるが、対象ガスが前記したように高温であるため、熱に弱いＶ2 Ｏ5 は０．５ｗｔ％以下、好ましくは０．２ｗｔ％以下、又は全く含有しないといったようにＶ成分含有は少ないか、又は含有しない触媒となっている。
【００２１】
このように脱硝触媒を用いた脱硝装置６では、脱硝処理する排ガスにＮＨ3 （アンモニア）が注入された上で前記した触媒に接触させ、４ＮＯ＋４ＮＨ3 ＋Ｏ2 →４Ｎ2 ＋６Ｈ2 Ｏ、ＮＯ＋ＮＯ2 ＋２ＮＨ3 →２Ｎ2 ＋３Ｈ2 Ｏという反応によってＮＯ，ＮＯ2 を無害な窒素と水に分解する。
【００２２】
図１は、本発明を適用して改造したコンバインドサイクルプラントを示しており、９は排ガスボイラで、ガスタービン設備１の排ガスを熱源としている。１０はスチームタービンで、排ガスボイラ９が発生するスチームの供給を受けて稼動する。排ガスボイラ９を出た排ガスは、排ガスボイラ９による熱回収で温度が中温の４５０〜２００℃となっている。
【００２３】
この中温の排ガスは脱硝装置８によって脱硝処理された上で煙突７から大気中に排出される。
この４５０〜２００℃の中温の排ガスを処理する脱硝装置８には、本発明によって得られた中温用脱硝触媒が用いられている。
すなわち、この脱硝装置８に用いられる中温用脱硝触媒は、図４に示すガスタービン単独プラントにおける脱硝装置６で用いられていた使用済高温用脱硝触媒から再調製する。
【００２４】
図４の脱硝装置６で用いられていた高温用脱硝触媒はＴｉＯ2 を主成分とし、これに活性成分としてＷＯ3 又はＭ0 Ｏ3 などを含むものであるが、高温に弱いＶ成分は含有量が少ないか或いは含有されていない。
この脱硝装置６における使用済の高温用脱硝触媒から、脱硝装置８のための中温用脱硝触媒を再調製するため、使用済高温用脱硝触媒に対しＶ2 Ｏ5 を０．５ｗｔ％以上、好ましくは１．０ｗｔ％以上含有させる。
【００２５】
ＴｉＯ2 ・ＷＯ3 系高温用脱硝触媒にＶ2 Ｏ5 を含有させるには、Ｖ2 Ｏ5 のシュウ酸溶液に浸漬して乾燥及び／又は焼成を行う。
乾燥のみの触媒は、稼働後に排ガスによって焼成状態にされる。
ＴｉＯ2 ・ＷＯ3 系の高温用脱硝触媒にＶ2 Ｏ5 を含有させる手順の一例を示すと次のとおりである。
【００２６】
（１）触媒の含水量の測定
触媒を水に浸漬して、浸漬前後の重量を測定して以下の式から含水量を決定する。含水量ａ（リットル／ｋｇ）＝（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１（リットル／ｋｇ）、ここでＷ１は含水前の触媒重量（ｋｇ）、Ｗ２は含水後の触媒重量（ｋｇ）。
【００２７】
（２）浸漬液のＶ2 Ｏ5 濃度の決定
次式によって浸漬液のＶ2 Ｏ5 濃度を決定する。
Ｖ2 Ｏ5 濃度Ｘ（ｋｇ／リットル）＝Ｂ×０．０１／ａ、ここでＢは目的とする触媒中のＶ2 Ｏ5 濃度（ｗｔ％）、ａは含水量（リットル／ｋｇ）。
【００２８】
（３）浸漬液の調整
２．５Ｘｋｇのシュウ酸（Ｈ2 Ｃ2 Ｏ4 ）を約０．９リットルの温水に溶解させる。その溶液にＶ2 Ｏ5 粉末Ｘｋｇを除々に加えて溶解させたのち、水を加えて１リットルの溶液とする。
この含浸溶液に使用済高温用脱硝触媒を約１分間浸漬したのち、乾燥させ５５０°Ｃで３時間焼成する。
【００２９】
以上、本発明を実施の一形態に基づいて具体的に説明したが、本発明がこの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、再利用する高温用脱硝触媒は、ＴｉＯ2 ・ＷＯ3 系のものに限らない。
高温用脱硝触媒の基本的な構成比率は、ＴｉＯ2：６０〜８０ｗｔ％、ＷＯ3（Ｍ0 Ｏ3）：５〜２５ｗｔ％、Ｖ2 Ｏ5：０〜１０ｗｔ％であり、Ｍ0 Ｏ3はＷＯ3の代替という位置づけであるが、構成比率は、燃焼燃料、処理ガス温度等により最適化されている。
また、これにＶ成分を付与処理するやり方も、シュウ酸溶液を使うものに限定されるものではなく、例えば、クエン酸水溶液、メタバナジウム酸アンモニウムのメチルアミン水溶液、スルファミン酸水溶液等を、洗浄媒体として使用することができる。
【００３０】
また、前記した実施形態では、図１に示すように、排ガスボイラ９の後に脱硝装置８を設けた構成のコンバインドサイクルプラントに改造した例を示しているが、ガスタービン単独プラントにおいて、脱硝装置８の上流にあらかじめスペースを確保しておき、将来のコンバインド化において脱硝装置８の上流に排ガスボイラ９を追設し得るような配置構成としておくと、コンバインド化においては最も簡単で改造コストもかからない。
但し、この場合には脱硝装置の後流には排ガスボイラを設置せず、低温域の廃熱回収をしないので、プラント運用の面では更に効率化を図り得る余地がある。
【００３１】
また、図２に示すように、排ガスボイラ９−１と排ガスボイラ９−２の間に脱硝装置８を設けた構成は、脱硝装置８の上流並びに下流にあらかじめスペースを確保しておき、将来のコンバインド化において脱硝装置８挟んで排ガスボイラを２基追設したものである。
この場合には、コンバインド化において図１に示す構成より改造コストが大きくなるが、廃熱回収がより多くできるので、プラント運用の面で一段と効率的である。
【００３２】
また、図３に示すように排ガスボイラ９の中に脱硝装置８を組み込んだ構成は、脱硝装置８の構造を、あらかじめ排ガスボイラに組み込めるような構造にしておき、将来のコンバインド化において、脱硝装置８を内臓した形態で改造工事を実施することとなる。
但し、この場合には、装置構造、改造工事は多少複雑化するが、プラント運用の面では図２に示す構成と同様、効率的で、設置スペースが低減でき、コンパクト化を図ることができる。
なお、上記の図示したもの以外に、種々の構成のコンバインドサイクルプラントに改造する場合にも本発明を適用し得ること言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ガスタービン単独プラントのコンバインドサイクルプラントへの改造において、ガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒に再調製し、その再調製された中温用脱硝触媒を、改造後のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用するようにした、ガスタービン単独プラントのコンバインドサイクルプラントへの改造方法を提供するもので、これによれば、ガスタービン単独プラントでの使用済高温用脱硝触媒を、中温用脱硝触媒に再調製の上、コンバインドサイクルプラントで再利用するので、リパワリング工事における設備コストを大幅に削減することができ、使用済高温用脱硝触媒の廃棄費用を削減すると共に、再利用することによって廃棄による環境への負担を軽減することができる。
【００３４】
また、本発明は、ガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を、中温用脱硝触媒に再調製し、その再調製された中温用脱硝触媒を、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用するようにした使用済高温用脱硝触媒の再利用方法を提供するもので、これによれば、ガスタービン単独プラントのリパワリング工事において使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒として有効に再利用することができ、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再販売する新しいビジネスに、使用量やプラントの地理的位置等を考慮して適切に対応することができる。
【００３５】
また、本発明は、ガスタービン単独プラントで使用されている高温用脱硝触媒が、ＴｉＯ２を主成分とし、これにＷＯ３及びＭ０Ｏ３の内少なくとも１成分を含み、Ｖ２Ｏ５を０．５ｗｔ％以下しか含有しない組成のものの場合、前記の改造方法や再利用方法において、使用済高温用脱硝触媒が上記の組成を有する場合には、本発明は再利用される量も多く、きわめて有効である。
【００３６】
また、本発明は、使用済高温用脱硝触媒に対し、Ｖ２ Ｏ５ 成分を０．５ｗｔ％以上含ませてコンバインドサイクルのための中温用脱硝触媒に再調製し、それを再利用した前記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００３７】
また、本発明は、高温用脱硝触媒が４５０〜６００℃の範囲で利用できるように最適化された触媒であって、使用済高温用脱硝触媒にＶ（バナジウム）成分を付与処理し再調製された中温用脱硝触媒の使用温度域が、２００〜４５０℃として最適化された、前記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００３８】
また、本発明は、Ｖ成分の付与処理を、Ｖ含有水溶液に含浸して乾燥及び／又は焼成した上記の改造方法又は再利用方法とすることができる。
【００３９】
このように、本発明は、ガスタービン単独プラントをコンバインドサイクルプラントにリパワリング改造する場合に、設備改造コストを大幅に削減し、併せて環境へ与える影響を軽減した改造方法又は再利用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図４のガスタービン単独プラントを改造したコンバインドサイクルプラントの構成を示す説明図。
【図２】図１のコンバインドサイクルプラントの変形構成例を示す説明図。
【図３】図１のコンバインドサイクルプラントの他の変形構成例を示す説明図。
【図４】本発明を適用してコンバインドサイクルプラントへ改造する前のガスタービン単独プラントの構成を示す説明図。
【符号の説明】
１ ガスタービン設備
２ コンプレッサ
３ ガスタービン
４ ダクト
５ ダクト
６ 脱硝装置
７ 煙突
８ 脱硝装置
９ 排ガスボイラ
９−１ 排ガスボイラ
９−２ 排ガスボイラ
１０ スチームタービン
Claims (6)
- ガスタービン単独プラントのコンバインドサイクルプラントへの改造において、ガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を中温用脱硝触媒に再調製し、その再調製された中温用脱硝触媒を、改造後のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用することを特徴とする、ガスタービン単独プラントのコンバインドサイクルプラントへの改造方法。
- ガスタービン単独プラントにおける使用済高温用脱硝触媒を、中温用脱硝触媒に再調製し、その再調製された中温用脱硝触媒を、改造、既設又は新設のコンバインドサイクルプラントの脱硝用触媒として再利用することを特徴とする使用済高温用脱硝触媒の再利用方法。
- 前記使用済高温用脱硝触媒が、ＴｉＯ２を主成分とし、これにＷＯ３及びＭ０Ｏ３の内少なくとも１成分を含み、Ｖ２Ｏ５を０．５ｗｔ％以下しか含有しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の改造方法又は再利用方法。
- 前記中温用脱硝触媒が、前記使用済高温用脱硝触媒にＶ２Ｏ５成分を０．５ｗｔ％以上含ませて再調製されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の改造方法又は再利用方法。
- 前記高温用脱硝触媒が、４５０〜６００℃の範囲で利用できるように最適化された触媒であって、前記使用済高温用脱硝触媒にＶ成分を付与処理し再調製された中温用脱硝触媒の使用温度域が、２００〜４５０℃として最適化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の改造方法又は再利用方法。
- 前記Ｖ成分の付与処理を、Ｖ含有水溶液に含浸して乾燥及び／又は焼成することを特徴とする請求項５に記載の改造方法又は再利用方法。
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