JP4381881B2 - 排煙脱硝装置とその起動方法 - Google Patents

Description

本発明は排煙脱硝装置に係り、尿素水脱硝装置の信頼性を向上させ、特に起動時における副生成物の発生を低減させる排煙脱硝装置とその起動方法に関する。

コンバインドサイクルプラント等に設置される排煙脱硝装置は、ガスタービン排ガス中から窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するために、脱硝触媒の上流側の排ガスダクト中に脱硝反応の還元剤であるアンモニアを注入し排ガスと充分に混合させた後、脱硝触媒上において脱硝反応を行っている。

近年、液化アンモニア及びアンモニア水に比べて保管及び取扱いが容易なことから、尿素が用いられるケースが増加している。尿素を用いる場合には固体粒状の尿素を溶解槽にて水溶液に調合したものを４００−６００℃の高温排ガスを有す排ガスダクト内に噴射して蒸発・分解を行う直接噴霧方式と、一旦、排ガスダクト外部にて蒸発・分解させたものを排ガスダクト内部に噴射する間接噴霧方式の２通りの方法が知られている。

上記いずれの方法においても、尿素水は高温排ガス中にて以下化学式に示す反応によりアンモニアに分解される。
（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ → ２ＮＨ₃＋ＣＯ₂

特開平１０−１１８４５６号公報に示すように上記反応過程において、アンモニアの他に副生成物であるシアヌル酸が生成されるが、シアヌル酸は金属酸化物触媒上にてアンモニアに分解されることが確認されている。また、雰囲気温度が３００℃以下ではシアヌル酸などの副生成物の生成量が急増することから、反応中のガス温度を好ましくは３５０℃以上に維持し、且つ脱硝触媒でシアヌル酸をアンモニアへ完全に分解する方法が行われている。

図４に示すように、前記間接噴霧方式により排熱回収ボイラの排ガスの一部を抽出して尿素反応器内に導入して、該排ガスで尿素水の蒸発と尿素の分解が行われるが、尿素反応器の後流側に尿素分解触媒としての脱硝触媒の耐用温度の制限から、排熱回収ボイラの起動時における尿素反応器内の充分な暖気が困難となり、尿素水噴射開始直後にシアヌル酸などの副生成物が多量に発生し、また、排ガス温度が低いために脱硝触媒上においても充分なアンモニア分解が起こらず、結果として起動時においては脱硝反応に必要なアンモニアが供給されず排煙脱硝プラントとしての性能が達成されない等の問題が生じていた。

尿素を用いる前記間接噴霧方式では、これまでは図３に示されるように排熱回収ボイラ１より抽出された４５０−６００℃の排ガスを連絡配管２ａにてアンモニア注入装置３まで搬送し、尿素反応器７まで送られる。通常、図示しない尿素溶解槽にて所定濃度に調合された尿素水がポンプによりアンモニア注入装置３まで搬送され、尿素水流量制御弁８により必要流量に調整された尿素水が尿素反応器７内に注入・蒸発される。

尿素反応器７では前述の化学反応に際し、吸熱反応によりガス温度が低下し、通常運転時では３５０℃まで低下する。尿素反応器７を出た排ガスは脱硝触媒層１０を通過することにより副生成物のシアヌル酸がアンモニアに分解される。なお、脱硝触媒入口温度計１５により脱硝触媒層１０を通過する排ガス温度が計測される。

脱硝触媒層１０を通過したアンモニア含有ガスはエゼクタ４により配管機器の圧力損失を打勝つ程度に昇圧された後、アンモニア注入装置３を出た後、連絡配管２ｂを通じてアンモニア注入ノズル９から排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１内部の脱硝触媒層１１上流へ注入される。
特開平１０−１１８４５６号公報

上記従来技術に対して、尿素反応器７の後流側に設置される脱硝触媒層１０は４５０℃を超える排ガス中においては、触媒表面の細孔が焼結するシンタリングにより性能劣化が起こることから排ガス量を常に４５０℃以下に保つような流量にすることが要求される。

ＨＲＳＧの通常運転時に、ある一定量の尿素水が注入されている際は脱硝触媒層１０の入口ガス温度は尿素分解反応により低く保たれている。しかしＨＲＳＧの起動時においては、脱硝触媒層１０のシンタリング防止のために、尿素反応器７入口の排ガス流量調整弁１２により脱硝触媒層１０入口ガス温度が触媒シンタリング温度を超えない範囲で暖気をする様に排ガス流量を調整し、尿素反応器７が充分に加熱された時点で尿素水の噴射を開始していた。

このとき尿素水注入直後は尿素反応器７内温度が急激に低下することから副生成物であるシアヌル酸が多量に発生し、後流側の脱硝触媒層１０へ流れる。しかし、排ガス温度が低いことから脱硝触媒層１０上で副生成物が分解されず、結果としてアンモニア注入装置３を出た混合ガス中には充分なアンモニアが含まれないことになる。この結果、ＨＲＳＧの起動時においては脱硝性能が十分発揮できず、プラントの信頼性を損なう問題を引起こしていた。

本発明の課題は、燃焼装置の起動時における尿素水を用いる脱硝装置の性能を損なわない方法と装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、排熱回収ボイラの排ガスの一部を抽出して抽出排ガス流路に設けた尿素反応器内に導入して、該尿素反応器内で排ガスにより尿素水の蒸発と尿素の分解を行ってアンモニアを生成させて排熱回収ボイラに配置された脱硝触媒層の上流側に供給する排煙脱硝装置において、尿素反応器の下流側の前記抽出排ガス流路にエゼクタを設け、該エゼクタにエゼクタ用空気を供給する空気配管を接続し、尿素反応器とエゼクタ間の前記抽出排ガス流路に副生成物分解用脱硝触媒層を設け、前記エゼクタ用作動空気配管から分岐して前記副生成物分解用脱硝触媒層の上流側の前記抽出排ガス流路へ接続したバイパス空気配管を設けた排煙脱硝装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の排煙脱硝装置の起動方法であって、副生成物分解用脱硝触媒層の入口ガス温度が該副生成物分解用脱硝触媒層のシンタリング温度を超えない範囲で副生成物分解用脱硝触媒層を暖気をする場合に、エゼクタへ供給される圧縮空気の一部を尿素反応器の下流側に流すことにより尿素反応器内のガス温度を下げることなく副生成物分解用脱硝触媒層に流れる排ガス温度を触媒シンタリング発生温度以下まで下げ、かつ尿素反応器内へ尿素水の注入を開始した後はバイパス空気配管を流れる空気量を調整若しくは遮断することで副生成物分解用脱硝触媒層において尿素水から生成する副生物を分解するために必要なガス温度を得る排煙脱硝装置の起動方法である。

（作用）
図２に示すように、本発明によればＨＲＳＧのガスタービンまたはディーゼルエンジン等の起動時において、図１に示す排煙脱硝触媒層１０入口ガス温度が触媒シンタリング温度を超えない範囲で暖気をするとき、アンモニア注入装置３内の圧搾空気ブロワ５からエゼクタ４へ供給される空気の一部が尿素反応器７の下流側に流れることにより、尿素反応器７内のガス温度を下げることなく副生成物分解用脱硝触媒層１０に流れる排ガス温度を触媒シンタリング発生温度以下まで下げることができる。

尿素水注入開始後はバイパス空気流量制御弁１３により空気量を調整若しくは遮断することで副生成物分解用脱硝触媒層１０においてシアヌル酸等の副生成物を分解するために必要なガス温度を得ることが可能となり、ボイラ起動時におけるアンモニア供給不安定による脱硝性能が達成されない問題を解消できる。

本発明により、ボイラ起動時における尿素水の取扱いに関る上記問題を解消した簡便なアンモニア注入装置とし、アンモニア供給不安定による脱硝性能未達の問題が容易に解消可能となる。

また、本発明により、アンモニアガス及びアンモニア水に比較して取扱いの容易なことから都市部におけるディーゼルエンジン又はＨＲＳＧのガスタービン等の自家発電への適用が更に普及することで環境改善の促進が図れる。

以下に本発明の実施例を図１を用いて説明する。
排熱回収ボイラ１からの排ガスは連絡配管２ａを通じて尿素反応器７へ搬送される。尿素反応器７において所定量の尿素水が噴射され、蒸発すると共にアンモニアへの分解が起こる。アンモニアを含む排ガス中の副生物は尿素反応器７の後流側の副生成物分解用脱硝触媒層１０上で完全にアンモニアへ分解された後、エゼクタ４にて吸引される。エゼクタ４において圧搾空気ブロワ５から供給された空気と混合され、且つ配管機器の圧力損失に打勝つ程度に昇圧された後、連絡配管２ｂを通じて排熱回収ボイラ１内の脱硝触媒層１１上流に設置されたアンモニア注入ノズル９から排ガス中へ注入される。

排熱回収ボイラの起動時は、バイパス空気流量制御弁１３により脱硝触媒層１０への排ガス温度が４５０℃以下（脱硝触媒層１０のシンタリング防止のため）になるようにバイパス空気配管１４内の空気流量が調整される。

尿素反応器７内の温度は尿素水噴射直後の排ガス温度低下時においてもシアヌル酸などの副生成物の発生を抑制すべく加熱されるが、バイパス空気配管１４からの空気により脱硝入口排ガスは触媒シンタリング温度になることはない。尿素水注入開始と共に空気バイパス流量制御弁１３を閉じることで今度は排ガス温度の低下を防ぎ、シアヌル酸などの副生物の分解に貢献する。

本実施例により排熱回収ボイラの起動時おける副生物の発生を防ぐことができシステムの簡素化と信頼性の向上が図ることができる。

本発明は，主にガスタービン排ガスを処理するコンバインドサイクル及びディーゼルエンジン排ガスを処理するディーゼルエンジン用の脱硝装置として用いることができる。

本発明の実施例１を示す排煙脱硝装置のフロ−図である。 本発明の実施例１における系の温度変化を示す図である。 従来技術を示す排煙脱硝装置のフロ−図である。 従来技術における系の温度変化を示す図である。

符号の説明

１ 排熱回収ボイラ ２ａ，２ｂ 連絡配管
３ アンモニア注入装置 ４ エゼクタ
５ 圧搾空気ブロワ ７ 尿素反応器
８ 尿素水流量制御弁 ９ アンモニア注入ノズル
１０ 脱硝触媒（副生成物分解用）
１１ 脱硝触媒 １２ 排ガス流量調整弁
１３ バイパス空気制御弁 １４ バイパス空気配管
１５ 脱硝触媒入口温度計

Claims (2)

1. 排熱回収ボイラの排ガスの一部を抽出して抽出排ガス流路に設けた尿素反応器内に導入して、該尿素反応器内で排ガスにより尿素水の蒸発と尿素の分解を行ってアンモニアを生成させて排熱回収ボイラに配置された脱硝触媒層の上流側に供給する排煙脱硝装置において、
   尿素反応器の下流側の前記抽出排ガス流路にエゼクタを設け、該エゼクタにエゼクタ用空気を供給する空気配管を接続し、尿素反応器とエゼクタ間の前記抽出排ガス流路に副生成物分解用脱硝触媒層を設け、前記エゼクタ用作動空気配管から分岐して前記副生成物分解用脱硝触媒層の上流側の前記抽出排ガス流路へ接続したバイパス空気配管を設けたことを特徴とする排煙脱硝装置。
2. 請求項１記載の排煙脱硝装置の起動方法であって、副生成物分解用脱硝触媒層の入口ガス温度が該副生成物分解用脱硝触媒層のシンタリング温度を超えない範囲で副生成物分解用脱硝触媒層を暖気をする場合に、エゼクタへ供給される圧縮空気の一部を尿素反応器の下流側に流すことにより尿素反応器内のガス温度を下げることなく副生成物分解用脱硝触媒層に流れる排ガス温度を触媒シンタリング発生温度以下まで下げ、かつ尿素反応器内へ尿素水の注入を開始した後はバイパス空気配管を流れる空気量を調整若しくは遮断することで副生成物分解用脱硝触媒層において尿素水から生成する副生物を分解するために必要なガス温度を得ることを特徴とする排煙脱硝装置の起動方法。

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