JP5284722B2 - 排煙脱硝装置 - Google Patents
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本発明は、石炭、重油等の高ダスト含有排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する排煙脱硝技術に係わり、脱硝反応にて使用される還元剤であるアンモニア水をダクト内に微粒化噴霧するアンモニア水注入ノズルが設置される水平排煙ダクトの下部に溜まった灰分と未蒸発のアンモニア水との接触によって生成される析出物の堆積を抑制するために効果的な排煙脱硝技術に関するものである。
火力発電所や各種工場から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）は、光化学スモッグや酸性雨の原因物質であり、その除去技術としてアンモニア（ＮＨ3）を還元剤とする選択的接触還元反応による排煙脱硝法が広く用いられている。この選択的接触還元反応は下記式（３）に示すように、排ガス中に含まれるＮＯｘに対してＮＨ3を注入して脱硝触媒により還元するものである。
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ （３）
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ （３）
火力発電所内設備において石炭を燃料とするボイラの排ガスは灰分を多量に含み、水平部に設置される排ガスダクトの底部において灰の堆積を生じる。
近年米国では、還元剤であるアンモニアを安全に輸送するため、アンモニア水の形態で輸送を行うケースが多く見られる。アンモニア水を還元剤として使用する場合、一旦アンモニア水をヒーター等の熱源により気化させた後に排ガスダクト中に噴霧注入し、上記反応を行うケースが多いが、この場合熱源によるアンモニア水の気化には相当のエネルギーが必要となる。
近年米国では、還元剤であるアンモニアを安全に輸送するため、アンモニア水の形態で輸送を行うケースが多く見られる。アンモニア水を還元剤として使用する場合、一旦アンモニア水をヒーター等の熱源により気化させた後に排ガスダクト中に噴霧注入し、上記反応を行うケースが多いが、この場合熱源によるアンモニア水の気化には相当のエネルギーが必要となる。
一方、最近アンモニア水を直接ダクト内の排ガス中に微粒化噴霧し、排ガスの持つ高温の熱により直接気化させるというシステムを採用した設備が設置され始めている。
上記新しいシステムにおいてはアンモニア水をダクト中に微粒化して噴霧する必要があるため、通常、アンモニア水およびアンモニア水噴霧のための圧縮空気を噴出させる二流体ノズルを具備したアンモニア水注入ノズルが使用されている。また排ガス中に多量のダストを含む設備においてはアンモニア水を噴霧するノズル部周辺でのダストの付着、堆積を防止するためノズル外周部に保護空気を流す構造を使用している。
上記新しいシステムにおいてはアンモニア水をダクト中に微粒化して噴霧する必要があるため、通常、アンモニア水およびアンモニア水噴霧のための圧縮空気を噴出させる二流体ノズルを具備したアンモニア水注入ノズルが使用されている。また排ガス中に多量のダストを含む設備においてはアンモニア水を噴霧するノズル部周辺でのダストの付着、堆積を防止するためノズル外周部に保護空気を流す構造を使用している。
このアンモニア水注入ノズルが水平流れダクト部に設置される場合に、ダクト底部に灰が堆積していると、その灰と未蒸発のアンモニア水とが接触、反応し、セメント状の固形物が生成することがある。
この固形物は大変強固なものであり、一旦発生してしまうと、その除去には多大な苦労を要する場合が多い。基本的にボイラ設備においてはダクト内に灰が溜まらないような流速となるよう設計されているが、低負荷運転時においてはダクト内排ガス流速が低くなり水平ダクト部において灰が堆積する可能性が高くなる。
特開平１−２６０２０８号公報には火炉の燃焼用空気を予熱する空気予熱系で排ガスと燃焼用空気が熱交換される際に、排ガス中の灰分が燃焼用空気側にリークして火炉の風箱など空気予熱系の底部に堆積することがあるので、該底部に堆積する灰分を圧縮空気により飛散させることが開示されている。
また、特開平１−１２１６１８号公報には排ガスダクトの水平部に灰が堆積しないように、排ガスの流れ方向に向けて複数の突出体を設けることが開示されている。
特許文献１記載の発明は、排ガス中の灰分が堆積し易い部位に圧縮空気を噴霧して灰の堆積を防ぐものであるが、アンモニア水と灰の反応性に着目したものではない。
また、特許文献２にはダストの堆積し難い突出部を設けたに過ぎない。
本発明の課題は、上記従来技術において排ガスダクト内のアンモニア水注入ノズル下流付近において発生する未蒸発アンモニアとダクト底部に堆積した灰との化合物の堆積を抑制し、安定的な脱硝装置の運用を実現することである。
本発明の課題は、上記従来技術において排ガスダクト内のアンモニア水注入ノズル下流付近において発生する未蒸発アンモニアとダクト底部に堆積した灰との化合物の堆積を抑制し、安定的な脱硝装置の運用を実現することである。
上記本発明の課題は次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、アンモニアの存在下に排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒を備えた触媒反応器を排ガスの入口煙道に配置し、該触媒反応器の上流側の水平方向に排ガスが流れる入口煙道領域に複数のアンモニア水注入ノズルを配置した排煙脱硝装置において、アンモニア水注入ノズルの後流部で、且つ最下部のアンモニア水注入ノズルから噴出されるアンモニア水の水平煙道上への水平方向の到達距離（Ｌ）より短い距離の水平煙道領域の下部壁面上にスートブロワを設置する排煙脱硝装置である。
請求項１記載の発明は、アンモニアの存在下に排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒を備えた触媒反応器を排ガスの入口煙道に配置し、該触媒反応器の上流側の水平方向に排ガスが流れる入口煙道領域に複数のアンモニア水注入ノズルを配置した排煙脱硝装置において、アンモニア水注入ノズルの後流部で、且つ最下部のアンモニア水注入ノズルから噴出されるアンモニア水の水平煙道上への水平方向の到達距離（Ｌ）より短い距離の水平煙道領域の下部壁面上にスートブロワを設置する排煙脱硝装置である。
請求項２記載の発明は、スートブロワの排ガス流れ方向の前後に整流板を設置する請求項１記載の排煙脱硝装置である。
請求項１記載の発明によれば、ボイラ低負荷運転時においても触媒反応器の上流側の水平方向に排ガスが流れる入口煙道領域に複数のアンモニア水注入ノズルを配置し、該アンモニア水注入ノズルの後流部で、且つ最下部のアンモニア水注入ノズルから噴出されるアンモニア水の水平煙道上への水平方向の到達距離（Ｌ）より短い距離の水平煙道領域の下部壁面上にスートブロワを設置したので灰の堆積を抑止することができ、これにより灰と未蒸発アンモニア水とによる化合物の堆積を防止し、安定的な脱硝装置の運用を維持することが可能となる。
請求項２記載の発明により、請求項１記載の発明の効果に加えて、スートブロワの排ガス流れ方向の前後に整流板を設置することで、さらに灰の堆積を抑止することができ、これにより灰と未蒸発アンモニア水とによる化合物の堆積を防止し、安定的な脱硝装置の運用を維持することが可能となる。
以下具体例を用いて本発明を詳細に説明する。
本発明が適用される排煙脱硝装置の概略構成図を図４に示す。図４において、脱硝装置は、アンモニアの存在下で排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒４を備えた触媒反応器２と該触媒反応器２に排ガスを導く入口煙道６と該触媒反応器２で処理されたガスを導く出口煙道７と前記入口煙道６内に設けられたアンモニア注入ノズル８と連結するアンモニア注入ライン３とから構成される。
本発明が適用される排煙脱硝装置の概略構成図を図４に示す。図４において、脱硝装置は、アンモニアの存在下で排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒４を備えた触媒反応器２と該触媒反応器２に排ガスを導く入口煙道６と該触媒反応器２で処理されたガスを導く出口煙道７と前記入口煙道６内に設けられたアンモニア注入ノズル８と連結するアンモニア注入ライン３とから構成される。
上記脱硝装置には図示しない焼却炉などで発生した排ガスが入口煙道６から導入され、さらに、アンモニア注入ライン３からのアンモニアがアンモニア注入ノズル８から入口煙道６に供給される。アンモニアと排ガスは入口煙道６から触媒反応器２に導かれ、該触媒反応器２内の触媒４と接触して脱硝反応に供され、排ガス中のＮＯｘが除去され、処理ガスとして出口煙道７に導かれる。
図４に示す脱硝装置は焼却炉や石炭焚きボイラなどで発生したダストの多い排ガスに適用されるものであり、鉛直方向にガス流路を有する触媒反応器２が使用される。これは触媒反応器２に出来るだけダストが堆積しないようにするためである。
図１には実施例１におけるアンモニア水注入ノズル８の後流部の入口煙道６にスートブロワ１０を設置する構成を示す。本実施例においては高さ約３ｍの入口煙道６内の下部ダクト壁６ａ上にスートブロワ１０を設置する。
スートブロワ１０の位置を、微粒化噴霧されるアンモニア水の噴霧角度（α）、最下部のアンモニア水注入ノズル８から噴出されるアンモニア水の水平煙道上への水平方向の到達距離（Ｌ）と最下部のアンモニア水注入ノズル８の水平煙道上の設置高さ（Ｈ）から予め求めた余裕分のマージン（β）を差し引いた最下部のアンモニア水注入ノズル設置部からの水平煙道上への水平方向の距離（Ｌ’）以上とすると良い。
アンモニア水注入ノズル８からのアンモニア噴出角度は約３０度、アンモニア水の下部ダクト壁６ａへの到達位置からの余裕分となるマージン（β）を０．５ｍと設定し、これらの条件および式（１）と式（２）よりスートブロワの設置位置を下記のように決定した。
（式１）Ｌ＝Ｈ／（ｔａｎ（α／２））＝０．５／（ｔａｎ（３０／２））＝１．８７（ｍ）
（式２）Ｌ’≧Ｌ−β＝１．８７−０．５＝１．３７（ｍ）
なお、前記マージン（β）は、アンモニア水注入ノズル８から噴出するアンモニア水の噴出速度から実験的に求めた値である。
アンモニア水注入ノズル８からのアンモニア噴出角度は約３０度、アンモニア水の下部ダクト壁６ａへの到達位置からの余裕分となるマージン（β）を０．５ｍと設定し、これらの条件および式（１）と式（２）よりスートブロワの設置位置を下記のように決定した。
（式１）Ｌ＝Ｈ／（ｔａｎ（α／２））＝０．５／（ｔａｎ（３０／２））＝１．８７（ｍ）
（式２）Ｌ’≧Ｌ−β＝１．８７−０．５＝１．３７（ｍ）
なお、前記マージン（β）は、アンモニア水注入ノズル８から噴出するアンモニア水の噴出速度から実験的に求めた値である。
このように下部ダクト壁６ａに設定した位置にスートブロワ１０を設置することにより、アンモニア水注入ノズル８の後流付近の下部ダクト壁６ａ上への灰の堆積を防止することができ、これにより未蒸発のアンモニア水と堆積灰との析出物が下部ダクト壁６ａへ堆積することを防止できる。
図２にはアンモニア水注入ノズル８の後流側に設置されるスートブロワ１０に付随する整流板１１ａ，１１ｂを設置する例を示す。
実施例１においてはアンモニア水注入ノズル６の後流側付近の下部ダクト壁６ａの灰堆積を防止することができるが、設置したスートブロワ１０自体の影響により、排ガスが入口煙道６内の排ガス流れが乱れ、スートブロワ１０の前後に灰堆積部が発生する。このため、このような灰堆積を防止するためにスートブロワ１０の排ガス流れの前後位置に下部ダクト壁６ａの平面に対してそれぞれ３０°の傾斜角度を有する整流板１１ａ，１１ｂを設置する。整流板１１ａ，１１ｂを設置することによりスートブロワ１０の設置による排ガス流の不均一化の影響を低減することができ、スートブロワ１０の直前、直後における灰堆積を抑制することが可能となる。
[比較例１]
図３に従来のアンモニア水注入ノズル８付近の配置を示す。本配置においてはボイラ低負荷運用時において、下部ダクト壁６ａに灰５が堆積し、アンモニア水注入ノズル８の後流付近において微粒化噴霧されたアンモニア水と灰５とが接触し、除去困難な化合物が堆積するおそれがある。
図３に従来のアンモニア水注入ノズル８付近の配置を示す。本配置においてはボイラ低負荷運用時において、下部ダクト壁６ａに灰５が堆積し、アンモニア水注入ノズル８の後流付近において微粒化噴霧されたアンモニア水と灰５とが接触し、除去困難な化合物が堆積するおそれがある。
本発明によりダストの多い排ガスの脱硝装置に還元剤としてアンモニア水を使用することができるので、排煙脱硝技術としての産業上の利用可能性が高い。
２ 触媒反応器
３ アンモニア水注入ライン
４ 触媒
５ ダクト下部堆積ダスト
６ 入口煙道
６ａ 水平下部ダクト壁
８ アンモニア水注入ノズル
９ 噴霧アンモニア水
１０ ダクト下部灰堆積防止用スートブロワ
１１ａ、１１ｂ 整流板
３ アンモニア水注入ライン
４ 触媒
５ ダクト下部堆積ダスト
６ 入口煙道
６ａ 水平下部ダクト壁
８ アンモニア水注入ノズル
９ 噴霧アンモニア水
１０ ダクト下部灰堆積防止用スートブロワ
１１ａ、１１ｂ 整流板
Claims (2)
- アンモニアの存在下に排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒を備えた触媒反応器を排ガスの入口煙道に配置し、該触媒反応器の上流側の水平方向に排ガスが流れる入口煙道領域に複数のアンモニア水注入ノズルを配置した排煙脱硝装置において、
アンモニア水注入ノズルの後流部で、且つ最下部のアンモニア水注入ノズルから噴出されるアンモニア水の水平煙道上への水平方向の到達距離（Ｌ）より短い距離の水平煙道領域の下部壁面上にスートブロワを設置することを特徴とする排煙脱硝装置。 - スートブロワの排ガス流れ方向の前後に整流板を設置することを特徴とする請求項１記載の排煙脱硝装置。
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