JP5881545B2 - 石炭焚きボイラに用いられる脱硝装置 - Google Patents

Description

本発明は、石炭焚きボイラに用いられる脱硝装置に関し、特に、プラント全体の効率低下をさせることなく、脱硝装置を追設する場合のコストを低減することができる脱硝装置に関する。

石炭焚きボイラに用いられる従来の脱硝装置は、図２乃至図４に示すように、節炭器１の前流側及び後流側に、それぞれ排気ダクト（前流ダクト）７，８を備え、排気ダクト（前流ダクト）７，８にそれぞれ第１の空気予熱器２−１及び第２の空気予熱器２−２を備える。また、石炭焚きボイラに用いられる従来の脱硝装置は、図４に示すように、空気予熱器２の後流に、集塵機３及びＩＤファン４が設けられる場合がある。

従来の脱硝装置を石炭焚きボイラに設置する場合、以下のような問題点がある。まず、図２に示すように、各排気ダクト（前流ダクト）７，８に脱硝反応器６をそれぞれ設置する方法が、一般的な脱硝装置の設置方法であるが、この場合、排気ダクト毎に、脱硝反応器６、鉄骨、灰除去装置、及び排ガス分析計等を設置する必要があり、コストがかかる。

また、図３に示すように、節炭器１の後流側の排気ダクト（後流ダクト）８に脱硝反応器６を設置し、部分脱硝を行う方法がある。これは、第２の空気予熱器２−２に流れる排ガスを高脱硝することで、出口側のNOｘ規制値を達成する方法である。また、触媒を用いた選択的触媒還元法では、還元剤であるアンモニアを投入する際に、所定の温度（脱硝可能温度）にしなければ、アンモニアと排ガス中のＳＯ_３が反応し、酸性硫安（ＮＨ_４ＨＳＯ_４）が生成されることにより、触媒性能が低下することが知られている。図２及び図３の脱硝システムでは、石炭焚きボイラ５の負荷が下がると、節炭器１の後流側の排気ダクト（後流ダクト）８に流れる排ガスの温度が、脱硝可能温度を下回る場合があるので、触媒性能が低下し、脱硝することができなくなる。

この問題を改善するために、図２及び図３に示すように、節炭器１の前流側の排気ダクト（前流ダクト）７と節炭器１の後流側の排気ダクト（後流ダクト）８を接続するバイパスダクト９を、脱硝反応器６の前流側に設け、節炭器１の後流側の排気ダクト（後流ダクト）８に高温の排ガスを流すことで、排ガス温度を脱硝可能温度まで上昇させることが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平６−１１１３２号公報

図４は、一般的な空気予熱器２の配置を示したものである。図４に示すような脱硝システム構成では、空気予熱器２に流入する排ガス量は、排気ダクト（前流ダクト）７と排気ダクト（後流ダクト）８を接続するバイパスダクトを設置するか否かにかかわらず、空気予熱器２に流入する排ガス量は異ならないため、空気予熱器２での熱回収の効率が低下することはない。しかしながら、図２及び図３に示すような脱硝システム構成では、バイパスダクト９を使用して節炭器１の前流側の排気ダクト（前流ダクト）７からの排気ガスを利用して脱硝反応器６の入口温度を昇温させるので、第１の空気予熱器２−１に流れる排ガス量が低下し、熱回収量が減ることで、第１の空気予熱器２−１による加熱空気温度が低下してしまう。この結果、プラント全体の効率が低下することになる。

本発明の目的は、プラント全体の効率低下をさせることなく、脱硝装置を追設する場合のコストを低減することができる脱硝装置を提供することである。

本発明の脱硝装置は、石炭焚きボイラと、前記石炭焚きボイラに設けられる節炭器と、前記節炭器の前流側から排ガスを導く前流ダクトと、前記節炭器の後流側から排ガスを導く後流ダクトと、前記前流ダクトの後流側に設けられる第１の空気予熱器と、前記後流ダクトの後流側に設けられる第２の空気予熱器と、前記第１の空気予熱器又は前記第２の空気予熱器の前流側に設けられる脱硝反応器と、前記脱硝反応器の前流側に設けられ、前記前流ダクトと前記後流ダクトとを接続する第１のバイパスダクトと、前記脱硝反応器の後流側に設けられ、前記前流ダクトと前記後流ダクトとを接続する第２のバイパスダクトとを備える。

この構成によれば、第１のバイパスダクトを流れる排ガスの流量を制御して、脱硝反応器に流入する排ガスを脱硝可能温度に保つことで、脱硝反応器の脱硝性能を維持しつつ、第２のバイパスダクトを流れる排ガスの流量を制御することで、脱硝反応器が設けられていない空気予熱器に流入する排ガスの流量を調節して加熱空気温度を所定の温度に保つことにより、低負荷である場合でもプラント効率の低下を防ぎ、脱硝性能を維持することができる。

本発明の脱硝装置では、前記第１のバイパスダクトは、前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器の前流側から前記脱硝反応器に前記排ガスを導き、前記第２のバイパスダクトは、前記脱硝反応器の後流側から前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器に前記排ガスを導く。

この構成によれば、脱硝反応器が設けられていない空気予熱器の前流側から脱硝反応器に排ガスを導くことで、脱硝反応器に流入する排ガスを脱硝可能温度に保つことができ、脱硝反応器の後流側から脱硝反応器が設けられていない空気予熱器に排ガスを導くことで、脱硝反応器が設けられていない空気予熱器に流入する排ガスの流量を調節して加熱空気温度を所定の温度に保つことができる。

本発明の脱硝装置は、前記脱硝反応器に流入する前記排ガスの温度が所定の温度以下である場合に、前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器の前流側を流れる前記排ガスの全量を前記脱硝反応器に導く第１の排ガス流量調節器と、前記脱硝反応器の後流側を流れる前記排ガスの一部を前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器に導く第２の排ガス流量調節器とを備える。

この構成によれば、脱硝反応器に流入する排ガスの温度が脱硝可能温度に達しているか否かに応じて、脱硝反応器が設けられていない空気予熱器の前流側から脱硝反応器に排ガスを全量導くことで、脱硝反応器に流入する排ガスを脱硝可能温度に保つことができる。

本発明の脱硝装置では、前記脱硝反応器に流入する前記排ガスの温度が所定の温度以下である場合に、前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器の前流側から前記脱硝反応器に導かれる前記排ガスの流量が多くなるように前記排ガスの流量を調節する第１の排ガス流量調節器と、前記脱硝反応器の後流側を流れる前記排ガスの一部を前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器に導く第２の排ガス流量調節器とを備える。

この構成によれば、脱硝反応器に流入する排ガスの温度が脱硝可能温度に達しているか否かに応じて、脱硝反応器が設けられていない空気予熱器の前流側から脱硝反応器への排ガス流量が多くなるように調節することで、脱硝反応器に流入する排ガスを脱硝可能温度に保つことができる。

本発明の脱硝装置は、前記脱硝反応器における前記排ガスの差圧に応じて、前記脱硝反応器に流入する前記排ガスの流量を調節する第３の排ガス流量調節器を備える。

この構成によれば、第１のバイパスダクトを流れる排ガスの流量を制御して、脱硝反応器に流入する排ガスを脱硝可能温度に保つことで、脱硝反応器の脱硝性能を維持しつつ、脱硝反応器が設けられていないダクトを流れる排ガスの流量を制御して、脱硝反応器が設けられていない空気予熱器に流入する排ガスの流量を調節することにより、空気予熱器に流れる排ガスの流量のアンバランスを防止することができる。

本発明の脱硝装置は、前記第１の空気予熱器及び前記第２の空気予熱器の後流側にそれぞれ設けられ、前記排ガスを吸気するファンと、前記ファンの吸気量を調節するファン流量調節器とを備える。

この構成によれば、空気予熱器の後流側に設けられたファンが吸気量を調整することで、脱硝反応器の後流側から脱硝反応器が設けられていない空気予熱器に導かれる排ガスの流量を制御することができる。

本発明の脱硝装置では、前記ファン流量調節器は、前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器によって加熱される空気の温度に応じて、前記ファンの吸気量を調節する。

この構成によれば、空気予熱器の加熱空気の温度を監視し、加熱空気の温度に応じた排ガス流量を、第２のバイパスダクトを介して空気予熱器に導くことにより、プラント効率に影響を与えることを防止できる。

本発明は、プラント全体の効率低下をさせることなく、脱硝装置を追設する場合のコストを低減することができる脱硝装置を提供する。

本発明の脱硝装置の一例を示した系統図である。 複数の空気予熱器ダクトに脱硝反応器をそれぞれ設置した系統図である。 第１の空気予熱器又は第２の空気予熱器に脱硝反応器を設置した系統図である。 ボイラの後流側に脱硝設備を含む系統図である。

以下、本発明の実施の形態の脱硝装置について、図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態の脱硝装置の一例を含む図である。図１に示すように、脱硝装置は、石炭焚きボイラ５に設けられる節炭器１と、節炭器１の前流側から排ガスを導く前流ダクト７と、節炭器１の後流側から排ガスを導く後流ダクト８と、前流ダクト７の後流側に設けられる第１の空気予熱器２−１と、後流ダクト８の後流側に設けられる第２の空気予熱器２−２と、第１の空気予熱器２−１又は第２の空気予熱器２−２の前流側に設けられる脱硝反応器６と、脱硝反応器６の前流側に設けられ、前流ダクト７と後流ダクト８とを接続する第１のバイパスダクト９−１と、脱硝反応器６の後流側に設けられ、前流ダクト７と後流ダクト８とを接続する第２のバイパスダクト９−２とを備える。

節炭器１の前流側及び後流側にそれぞれ排気ダクト（前流ダクト）７，８が設けられ、排気ダクト（前流ダクト）７，８に第１の空気予熱器２−１及び第２の空気予熱器２−２がそれぞれ設けられる。第１の空気予熱器２−１及び第２の空気予熱器２−２の後流側には、集塵機３及びＩＤファン４がそれぞれ設けられる。これらの構成要素を含む石炭焚きボイラ５において、節炭器１の前流側の排気ダクト（前流ダクト）７から第１の空気予熱器２−１へ高温の排ガスが流れ、第１の空気予熱器２−１によって加熱された空気は、一般的に石炭乾燥のために使用される。また、節炭器１の後流側の排気ダクト（後流ダクト）８から第２の空気予熱器２−２へ排ガスが流れ、第２の空気予熱器２−２によって加熱された空気は、一般的に燃焼空気のために使用される。

また、石炭焚きボイラ５を運用する際、必要以上の電力又は加熱用の蒸気を発生させる必要がない場合、通常運転時より負荷を下げて運用されることがある。この場合、前流ダクト７から流れてくる排ガス温度が、脱硝可能温度を下回ることがある。また、既設のボイラは、脱硝反応器６などを追設することが事前に考慮されていないので、既設のボイラに脱硝反応器６及びその他周辺設備を追設した場合、ボイラの通常運転時においても後流ダクト８の排ガス温度が脱硝可能温度に達しない場合ある。

このような石炭焚きボイラ設備において、ボイラから排気される排ガスを部分脱硝及び全量脱硝する場合、排ガス温度を脱硝可能温度にまで上昇させるために、脱硝反応器６の前流側に設けられる前流ダクト７及び後流ダクト８を結ぶ第１のバイパスダクト９−１を使用する。

ただし、第１のバイパスダクト９−１を介して前流ダクト７を流れる排ガスの一部を後流ダクト８に流すと、第１の空気予熱器２−１に流入する排ガス量が変動して、プラント効率に影響を与えてしまう。そこで、本実施の形態では、脱硝反応器６に流入する入口排ガスの温度が、アンモニア注入可能温度（脱硝可能温度）以下である場合は、第１のバイパスダクト９−１を介して前流ダクト７を流れる排ガスの全量を後流ダクト８に流して、脱硝反応器６に導くとともに、第２のバイパスダクト９−２を介して後流ダクト８を流れる排ガスの一部を前流ダクト７に流して、第１の空気予熱器２−１に導く。この際、第１のバイパスダクト９−１を使用しない場合の流量と略同じ流量の排ガスを、第２のバイパスダクト９−２を介して第１の空気予熱器２−１に導くことにより、プラント効率に影響を与えることを防止できる。若しくは、空気予熱器２−１の加熱空気の温度を監視し、加熱空気の温度に応じた排ガス流量を、第２のバイパスダクト９−２を介して第１の空気予熱器２−１に導くことにより、プラント効率に影響を与えることを防止できる。

このように、第１のバイパスダクト９−１は、脱硝反応器６が設けられていない空気予熱器（本実施の形態では、第１の空気予熱器２−１）の前流側から脱硝反応器６に排ガスを導き、第２のバイパスダクト９−２は、脱硝反応器６の後流側から脱硝反応器６が設けられていない空気予熱器（本実施の形態では、第１の空気予熱器２−１）に排ガスを導く。

また、本実施の形態の脱硝装置は、脱硝反応器６に流入する排ガスの温度が所定の温度（脱硝可能温度）以下である場合に、脱硝反応器６が設けられていない空気予熱器（本実施の形態では、第１の空気予熱器２−１）の前流側を流れる排ガスの全量を脱硝反応器６に導く第１のバイパスダクトダンパ（第１の排ガス流量調節器）１７と、脱硝反応器６の後流側を流れる排ガスの一部を脱硝反応器６が設けられていない空気予熱器（本実施の形態では、第１の空気予熱器２−１）に導く第２のバイパスダクトダンパ（第２の排ガス流量調節器）１８とを備えることにより、前流ダクト７を流れる排ガスの全量を後流ダクト８に流す。

具体的には、酸性硫安が生成する温度は通常約３００℃以下と知られているため、アンモニアを注入するアンモニア注入口１５の前流側に、硝酸反応器入口温度計１６を設置し、排ガス温度が酸性硫安生成温度域（脱硝可能温度未満）まで低下した場合、脱硝反応器６の前流側の第１のバイパスダクトダンパ１７を開き、前流ダクトダンパ（第３の排ガス流量調節器）１１を閉じ、脱硝反応器６の後流側の第２のバイパスダクトダンパ１８を開く。本実施の形態では、第１のバイパスダクトダンパ１７及び第２のバイパスダクトダンパ１８は、第１のバイパスダクト９−１及び第２のバイパスダクト９−２にそれぞれ設けられている。

脱硝反応器６にて脱硝された排ガスの一部は、脱硝反応器６の後流側に設置された第２のバイパスダクト９−２を通じて、第１の空気予熱器２−１の前流側に戻される。この際、第１の空気予熱器２−１が十分な熱量を回収できるように、石炭乾燥に用いられる加熱空気の温度を温度計１４で監視し、加熱空気温度が一定（又は所定）となるように、第１の空気予熱器２−１及び第２の空気予熱器２−２の後流側にそれぞれ設けられるＩＤファン入口ダンパ１２の開度を制御することで、第２のバイパスダクト９−２を流れる排ガスの流量が調節される。

つまり、本実施の形態の脱硝装置では、排ガスを吸気するＩＤファン４が、第１の空気予熱器２−１及び第２の空気予熱器２−２の後流側にそれぞれ設けられ、ＩＤファン入口ダンパ（ファン流量調節器）１２が、ＩＤファン４の吸気量を調節する。そして、ＩＤファン入口ダンパ１２は、脱硝反応器６が設けられていない空気予熱器（本実施の形態では、第１の空気予熱器２−１）によって加熱される空気の温度に応じて、ＩＤファン４の吸気量を調節する。

次に、脱硝反応器６の入口排ガスの温度が、アンモニア注入可能温度（脱硝可能温度）以上になった場合、第１のバイパスダクトダンパ１７を閉じ、前流ダクトダンパ１１を開き、第２のバイパスダクトダンパ１８を閉じる。この操作により、前流ダクト７の排ガスは脱硝せずに、後流ダクト８の排ガスを脱硝する。

このように、本実施の形態の脱硝装置によれば、第１のバイパスダクト9−１を流れる排ガスの流量を制御して、脱硝反応器６に流入する排ガスを脱硝可能温度に保つことで、脱硝反応器６の脱硝性能を維持しつつ、第２のバイパスダクト９−２を流れる排ガスの流量を制御することで、第１の空気予熱器２−１に流入する排ガスの流量を調節して加熱空気温度を所定の温度に保つことにより、低負荷である場合でもプラント効率の低下を防ぎ、脱硝性能を維持することができる。

以上、本発明にかかる実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において変更・変形することが可能である。

既設のボイラに脱硝反応器６などを追設する場合、第１の空気予熱器２−１及び第２の空気予熱器２−２に流れる排ガスは、脱硝設備を設置したことによって圧力差が生じ、第１の空気予熱器２−１及び第２の空気予熱器２−２に流入する排ガス量に差異が生じる。この問題を解決するために、脱硝反応器６に設置された脱硝反応器差圧計１０の差圧と前流ダクト７に設置されたダクト差圧計１９の圧力とを監視し、それぞれが一定（又は所定）となるように前流ダクトダンパ（第３の排ガス流量調節器）１１の開度を調節することで、第１の空気予熱器２−１及び第２の空気予熱器２−２に流れる排ガスの流量のアンバランスを防止する。

本実施形態の脱硝装置は、脱硝反応器６に流入する排ガスの温度が所定の温度（脱硝可能温度）以下である場合に、脱硝反応器６が設けられていない前記空気予熱器（本実施の形態では、第１の空気予熱器２−１）の前流側から脱硝反応器６に導かれる排ガスの流量が多くなるように排ガスの流量を調節する第１のバイパスダクトダンパ（第１の排ガス流量調節器）１７と、脱硝反応器６の後流側を流れる排ガスの一部を脱硝反応器６が設けられていない空気予熱器（本実施の形態では、第１の空気予熱器２−１）に導く第２のバイパスダクトダンパ（第２の排ガス流量調節器）１８とを備える。そして、前流ダクトダンパ（第３の排ガス流量調節器）１１は、脱硝反応器６における排ガスの差圧に応じて、脱硝反応器６に流入する前記排ガスの流量を調節する。

このように、本実施の形態の脱硝装置によれば、第１のバイパスダクト９−１を流れる排ガスの流量を制御して、脱硝反応器６に流入する排ガスを脱硝可能温度に保つことで、脱硝反応器６の脱硝性能を維持しつつ、脱硝反応器６が設けられていないダクト（本実施の形態では、前流ダクト７）を流れる排ガスの流量を制御して、第１の空気予熱器２−１に流入する排ガスの流量を調節することにより、第１の空気予熱器２−１及び第２の空気予熱器２−２に流れる排ガスの流量のアンバランスを防止することができる。

本発明に係る脱硝装置は、プラント全体の効率低下をさせることなく、脱硝装置を追設する場合のコストを低減することができ、石炭焚きボイラに用いられる脱硝装置などとして有用である。

１ 節炭器
２−１ 第１の空気予熱器
２−２ 第２の空気予熱器
３ 集塵機
４ ＩＤファン
５ 石炭焚きボイラ
６ 脱硝反応器
７ 前流ダクト
８ 後流ダクト
９−１ 第１のバイパスダクト
９−２ 第２のバイパスダクト
１０ 脱硝反応器差圧計
１１ 前流ダクトダンパ（第３の排ガス流量調節器）
１２ ＩＤファン入口ダンパ（ファン流量調節器）
１３ 空気ダクト
１４ 温度計
１５ アンモニア注入口
１６ 脱硝反応器入口温度計
１７ 第１のバイパスダクトダンパ（第１の排ガス流量調節器）
１８ 第２のバイパスダクトダンパ（第２の排ガス流量調節器）
１９ ダクト差圧計
２０ ミル
２１ 煙突

Claims (7)

1. 石炭焚きボイラと、
   前記石炭焚きボイラに設けられる節炭器と、
   前記節炭器の前流側から排ガスを導く前流ダクトと、
   前記節炭器の後流側から排ガスを導く後流ダクトと、
   前記前流ダクトの後流側に設けられる第１の空気予熱器と、
   前記後流ダクトの後流側に設けられる第２の空気予熱器と、
   前記第１の空気予熱器又は前記第２の空気予熱器の前流側に設けられる脱硝反応器と、
   前記脱硝反応器の前流側に設けられ、前記前流ダクトと前記後流ダクトとを接続する第１のバイパスダクトと、
   前記脱硝反応器の後流側に設けられ、前記前流ダクトと前記後流ダクトとを接続する第２のバイパスダクトと
   を備えることを特徴とする脱硝装置。
2. 前記第１のバイパスダクトは、前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器の前流側から前記脱硝反応器に前記排ガスを導き、
   前記第２のバイパスダクトは、前記脱硝反応器の後流側から前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器に前記排ガスを導くことを特徴とする請求項１に記載の脱硝装置。
3. 前記脱硝反応器に流入する前記排ガスの温度が所定の温度以下である場合に、前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器の前流側を流れる前記排ガスの全量を前記脱硝反応器に導く第１の排ガス流量調節器と、
   前記脱硝反応器の後流側を流れる前記排ガスの一部を前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器に導く第２の排ガス流量調節器と
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の脱硝装置。
4. 前記脱硝反応器に流入する前記排ガスの温度が所定の温度以下である場合に、前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器の前流側から前記脱硝反応器に導かれる前記排ガスの流量が多くなるように前記排ガスの流量を調節する第１の排ガス流量調節器と、
   前記脱硝反応器の後流側を流れる前記排ガスの一部を前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器に導く第２の排ガス流量調節器と
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の脱硝装置。
5. 前記脱硝反応器における前記排ガスの差圧に応じて、前記脱硝反応器に流入する前記排ガスの流量を調節する第３の排ガス流量調節器を備えることを特徴とする請求項４に記載の脱硝装置。
6. 前記第１の空気予熱器及び前記第２の空気予熱器の後流側にそれぞれ設けられ、前記排ガスを吸気するファンと、
   前記ファンの吸気量を調節するファン流量調節器と
   を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の脱硝装置。
7. 前記ファン流量調節器は、前記脱硝反応器が設けられていない前記空気予熱器によって加熱される空気の温度に応じて、前記ファンの吸気量を調節することを特徴とする請求項６に記載の脱硝装置。

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