JP4565281B2

JP4565281B2 - 高ダスト脱硝反応器

Info

Publication number: JP4565281B2
Application number: JP2005247008A
Authority: JP
Inventors: 哲男小玉
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2025-08-29
Also published as: JP2007061667A

Description

本発明は、石炭焚きボイラ等、多量のダストを含む排ガスに還元剤アンモニアを注入し、触媒の存在下に排ガス中の窒素酸化物を選択的に還元除去する脱硝方法に用いられる高ダスト脱硝反応器に関するものである。

石炭焚きボイラ用脱硝反応器では、排ガス中に含まれる石炭灰のため、下記理由により排ガス流速の上下限値が設定されている。

ｉ）脱硝触媒が灰により閉塞をきたす恐れが有り、これを防ぐため流速の下限値がおよそ１．０［Ｎｍ／ｓ］程度に設定されている。

ｉｉ）灰の衝突による触媒磨耗の恐れがあるため、流速の上限値はおよそ２．５［Ｎｍ／ｓ］程度に設定されている。

このため、通常の脱硝装置付き石炭焚きボイラでは、その負荷率を最小でも４０％程度と高くせざるを得なかった。

昨今の経済情勢より、石炭焚きボイラであってもピークロード対応を迫られており、これによって夜間の負荷率を１５〜２０％程度あるいはそれ以下まで下げることが望まれている。

本発明はこのような点に鑑み、ボイラ低負荷時でも触媒閉塞および触媒劣化のいずれも生じることなく、脱硝運転を継続できるようにした高ダスト脱硝反応器を提供するものである。

請求項１に係る発明は、排ガス煙道の脱硝反応器（１）内に脱硝触媒層（２）（３）が設けられ、脱硝触媒層（２）の直上流に上部ダンパが配され、脱硝反応器（１）内には脱硝触媒層（２）（３）を左右に分ける隔壁（６）が設けられ、隔壁（６）の直下流に下部ダンパが配され、下部ダンパは、上部ダンパの全閉状態と同期して全閉となり、かつ上部ダンパの全開状態と同期して全開となるようにし、上下ダンパの全閉状態では、脱硝触媒層（２）（３）の右側流路は排ガス流路から遮断され、排ガスは左側流路だけを流れ、上下ダンパの全開状態では、排ガスは脱硝触媒層（２）（３）の左右両側に流れるようになされており、上記構成の脱硝反応器において、通常は上下ダンパを全開状態にしておき、ボイラ負荷が低くなり、かつ脱硝反応器（１）内のガス流速が規定値以下となった際に、上下ダンパを全閉状態にし、全閉状態では、脱硝触媒層（２）（３）の排ガス通過断面積が減少した状態になり、この状態でボイラおよびその脱硝反応器の運転を継続することを特徴とする、高ダスト脱硝反応器である。

請求項２に係る発明は、ダンパが、スイング式ダンパ、ルーバー式ダンパまたはギロチン式ダンパであることを特徴とする請求項１記載の高ダスト脱硝反応器における流速制御装置である。

何れのダンパを用いる場合も、脱硝触媒層の閉鎖側部分の温度低下により、下記のような不具合が生じる恐れがある。

（１）数十ｐｐｍ以下のＳＯを含む排ガスの一部が脱硝触媒層の閉鎖側部分に混入し、同部分にて局所的な硫酸腐食が発生する（温度約１７０℃以下）。

（２）同じく排ガスの一部が脱硝触媒層の閉鎖側部分に混入する状況下で、温度が水分凝縮温度（排ガス中の水分量が１０％の場合で約８０℃）以下になり、局所的な水分凝縮が生じる。

（３）（２）の凝縮水分により触媒活性が劣化する。

このような点を解消するため、脱硝触媒層の閉鎖側部分へ圧縮空気、窒素あるいは脱硫装置通過後の清浄排ガスなど、脱硝触媒へ悪影響を及ぼさない不活性ガスを供給し、この部分の圧を脱硝触媒層の通ガス側部分より僅かに高くする（１０ｍｍＡｑ以上）。

本発明によれば、排ガス煙道の脱硝反応器（１）内に脱硝触媒層（２）（３）が設けられ、脱硝触媒層（２）の直上流に上部ダンパが配され、脱硝反応器（１）内には脱硝触媒層（２）（３）を左右に分ける隔壁（６）が設けられ、隔壁（６）の直下流に下部ダンパが配され、下部ダンパは、上部ダンパの全閉状態と同期して全閉となり、かつ上部ダンパの全開状態と同期して全開となるようにし、上下ダンパの全閉状態では、脱硝触媒層（２）（３）の右側流路は排ガス流路から遮断され、排ガスは左側流路だけを流れ、上下ダンパの全開状態では、排ガスは脱硝触媒層（２）（３）の左右両側に流れるようになされており、上記構成の脱硝反応器において、通常は上下ダンパを全開状態にしておき、ボイラ負荷が低くなり、かつ脱硝反応器（１）内のガス流速が規定値以下となった際に、上下ダンパを全閉状態にし、全閉状態では、脱硝触媒層（２）（３）の排ガス通過断面積が減少した状態になり、この状態でボイラおよびその脱硝反応器の運転を継続することで、低負荷時には排ガス通過断面積を減少させてガス流速を高め、触媒閉塞を防止することができる。こうして、ボイラ負荷率に応じて脱硝反応器の排ガス通過断面積を変化させることによって、触媒の耐ダスト磨耗性維持と耐ダスト閉塞性を両立させることができる。

そして、上下ダンパの全閉状態では、脱硝触媒層（２）（３）の右側流路は排ガス流路から遮断され、排ガスは左側流路だけを流れるが、このとき、脱硝触媒層の閉鎖側部分へ圧縮空気、窒素あるいは脱硫装置通過後の清浄排ガスなど、脱硝触媒へ悪影響を及ぼさない不活性ガスを供給し、この部分の圧を脱硝触媒層の通ガス側部分より僅かに高くする（１０ｍｍＡｑ以上）ことができるという効果を奏する。

つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例をいくつか挙げる。

実施例１
図１において、石炭焚きボイラの排ガス煙道の垂直の脱硝反応器（１）内に上下２段の脱硝触媒層（２）（３）が設けられている。上流側の脱硝触媒層（２）の直上流に上部スイング式ダンパ（４）が配され、その上端が排ガス煙道の水平部頂壁に上部水平支軸（５）を介して揺動自在に取付けられている。脱硝反応器（１）内には上下２段の脱硝触媒層（２）（３）を左右に２分する垂直隔壁（６）が設けられている。垂直隔壁（６）は、脱硝反応器（１）の材料と同じ材料（ＳＳ４００など一般用炭素鋼材相当材あるいはそれ以上の高温強度を有する鋼材）で構成され、厚さは６ｍｍ程度である。

上部スイング式ダンパ（４）はその下端が垂直隔壁（６）の上端に当たる全閉状態（図１中に実線で示す垂直に近い状態）から、下端が垂直隔壁（６）の上端から離れて上昇した全開状態（図１中に鎖線で示す状態）までの間の角度をスイングする。上部スイング式ダンパ（４）の全閉状態では、上下２段の脱硝触媒層（２）（３）の右側流路は遮断され、排ガスは左側流路だけを流れる。上部スイング式ダンパ（４）の全開状態では、排ガスは上下２段の脱硝触媒層（２）（３）の左右両側に流れる。スイング式ダンパ（４）を全閉と全開で切り替えることにより、脱硝触媒層の排ガス通過断面積を可変とすることができる。該隔壁により各区画間の排ガス流通が遮断される。

垂直隔壁（６）の直下流に下部スイング式ダンパ（７）が配され、その上端が垂直隔壁（６）の下端に下部水平支軸（８）を介して揺動自在に取付けられている。下部スイング式ダンパ（７）は、上部スイング式ダンパ（４）の全閉状態と同期して全閉（図１中に実線で示す状態）となり、かつ上部スイング式ダンパ（４）の全開状態と同期して全開（図１中に鎖線で示す状態）となるようにスイングする。

脱硝触媒層（２）（３）では、図６に示すように、排ガスのリークが生じないよう、触媒枠（１９）相互の隙間、反応器内壁（１８）、垂直隔壁と触媒枠（１９）との隙間および、垂直隔壁と梁（２１）との隙間にそれぞれ、無機繊維質材料からなるガスシール機構（２３）が触媒枠（１９）の上部あるいは下部に設けられている。

上記構成の脱硝反応器において、通常は上下スイング式ダンパ（４）（７）を全開状態にしておく。ボイラ負荷が低くなり、かつ脱硝反応器（１）内のガス流速が規定値以下となった際に、上下スイング式ダンパ（４）（７）を全閉状態にする。全閉状態では、上下２段の脱硝触媒層（２）（３）の排ガス通過断面積が減少した状態になる。この状態でボイラおよびその脱硝反応器の運転を継続する。

実施例２
図２において、この実施例では、ルーバー式ダンパを用いた場合を示す。垂直隔壁（６）の上端と排ガス煙道の水平部頂壁とに亘って、複数のルーバー（９）を備えた上部仕切板（１０）が設けられている。各ルーバー（９）は水平支軸（１１）を介して上部仕切板（１０）の開口部に取り付けられ、開口を開閉するように設けられている。垂直隔壁（６）の下端と排ガス煙道の側壁とに亘って、複数のルーバー（１２）を備えた下部仕切板（１３）が設けられている。各ルーバー（１２）は水平支軸（２３）を介して下部仕切板（１３）の開口部に取り付けられ、開口を開閉するように設けられている。

その他の構成は実施例１のものと同じである。

上記構成の脱硝反応器において、ルーバー（９）（１２）による上下仕切板（１０）（１３）の開口を開閉する。開口の全閉状態では、上下２段の脱硝触媒層（２）（３）の右側流路は遮断され、排ガスは左側流路だけを流れる。開口の全開状態では、排ガスは上下２段の脱硝触媒層（２）（３）の左右両側に流れる。ルーバー（９）（１２）を全閉と全開で切り替えることにより、脱硝触媒層の排ガス通過断面積を可変とすることができる。通常は上下仕切板（１０）（１３）の開口を全開状態にしておく。ボイラ負荷が低くなり、かつ脱硝反応器（１）内のガス流速が規定値以下となった際に、上下仕切板（１０）（１３）の開口を全閉状態にする。

実施例３
図３〜図５において、この実施例では、排ガス煙道の水平部頂壁から垂直隔壁（６）の上端に達する上部ギロチン式ダンパ（１４）が設けられている。すなわち、排ガス煙道の水平部頂壁にスリット状の開口（１５）が開けられ、排ガス煙道の両側壁内面には開口（１５）から垂直隔壁（６）の上端に至る一対のガイド溝（１６）が設けられ（図４参照）、開口（１５）の外側にはヒンジ（１７）を介して一般用炭素鋼材製の突部付き蓋体（２２）が取付けられ（図５参照）、蓋体（２２）が開口（１５）を閉じる時に突部（２２ａ）が開口（１５）内に嵌まり込むようになされている。そして、上部ギロチン式ダンパ（１４）が排ガス流路の外から開口（１５）を経て同流路内に完全に入り込んだ後、開口（１５）が蓋体（２２）で閉じられる。石炭焚きボイラ用脱硝反応器は負圧下で運転されるため外気が排ガス流路内へ混入する恐れがあるが、上記のような構成の蓋体を用いることにより、外気混入が防止され、排ガスリークも防げる。

垂直隔壁（６）の下端と排ガス煙道の側壁とに亘って、下部ギロチン式ダンパ（２０）が設けられている。

その他の構成は実施例１にものと同じである。

上記構成の脱硝反応器において、通常は上下ギロチン式ダンパ（１４）（２０）を排ガス流路外へ引き出して同流路を全開状態にしておく。ボイラ負荷が低くなり、かつ脱硝反応器（１）内のガス流速が規定値以下となった際に、上下ギロチン式ダンパ（１４）（２０）を排ガス流路内へ導入してその先端を垂直隔壁（６）に当接させる。この状態では、上下２段の脱硝触媒層（２）（３）の右側流路は遮断され、排ガスは左側流路だけを流れる。

実施例１による、高ダスト脱硝反応器における流速制御装置を示す垂直断面図である。実施例２による、高ダスト脱硝反応器における流速制御装置を示す垂直断面図である。実施例３による、高ダスト脱硝反応器における流速制御装置を示す垂直断面図である。ギロチン式ダンパのガイド機構を示す断面図である。排ガス流路頂壁の開口およびその蓋体を示す斜視図である。脱硝反応器の垂直断面図である。

（１）脱硝反応器
（２）（３）脱硝触媒層
（４）（７）スイング式ダンパ
（５）上部水平支軸
（６）垂直隔壁
（１８）反応器内壁
（１９）触媒枠
（２１）梁
（９）（１２）ルーバー
（１０）（１３）仕切板
（１１）（２３）水平支軸
（１４）（２０）ギロチン式ダンパ
（１５）開口
（１６）ガイド溝
（１７）ヒンジ
（２２）蓋体
（２２ａ）突部
（２３）ガスシール機構

Claims

排ガス煙道の脱硝反応器（１）内に脱硝触媒層（２）（３）が設けられ、脱硝触媒層（２）の直上流に上部ダンパが配され、脱硝反応器（１）内には脱硝触媒層（２）（３）を左右に分ける隔壁（６）が設けられ、隔壁（６）の直下流に下部ダンパが配され、下部ダンパは、上部ダンパの全閉状態と同期して全閉となり、かつ上部ダンパの全開状態と同期して全開となるようにし、上下ダンパの全閉状態では、脱硝触媒層（２）（３）の右側流路は排ガス流路から遮断され、排ガスは左側流路だけを流れ、上下ダンパの全開状態では、排ガスは脱硝触媒層（２）（３）の左右両側に流れるようになされており、上記構成の脱硝反応器において、通常は上下ダンパを全開状態にしておき、ボイラ負荷が低くなり、かつ脱硝反応器（１）内のガス流速が規定値以下となった際に、上下ダンパを全閉状態にし、全閉状態では、脱硝触媒層（２）（３）の排ガス通過断面積が減少した状態になり、この状態でボイラおよびその脱硝反応器の運転を継続することを特徴とする、高ダスト脱硝反応器。
ダンパが、スイング式ダンパ、ルーバー式ダンパまたはギロチン式ダンパであることを特徴とする、請求項１記載の高ダスト脱硝反応器。