JP5931506B2 - 脱硝装置及び脱硝装置の還元剤分配調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば石炭、バイオマス燃料、重質油燃料等を燃料として用いるボイラに設置される脱硝装置及び脱硝装置の還元剤分配調整方法に関する。

従来、ボイラ等から排出される排ガス中には、光化学スモッグや酸性雨等の環境負荷を引き起こす窒素酸化物が含まれている。そこで、窒素酸化物が大気中に放出されることを防止するため、窒素酸化物を除去する手段として、脱硝装置が用いられている。
脱硝装置に用いられる脱硝法としては、排ガス中の窒素酸化物を還元剤のアンモニアと反応させ、触媒により主として水と窒素に分解するＳＣＲ法（乾式アンモニア選択接触還元法）がある。

以下、従来の脱硝装置について、図４から図６を参照して簡単に説明する。
図示の脱硝装置１０は、ボイラ装置１のボイラ本体２に接続された煙道３に設置されている。煙道３は、ボイラ本体２から排出される燃焼排ガスを、最終的に煙突４から大気へ放出するための流路である。図示の構成例では、煙道３の出口に熱交換器の空気予熱器５が設置されている。なお、ボイラ本体１の内部や煙道３の内部には、図示を省略した熱交換器等の機器類が設置されている。

ＳＣＲ法の脱硝装置１０は、図５に示すように、煙道３の直管部に設置されてアンモニアを注入するアンモニア注入装置１１と、注入したアンモニアを燃焼排ガスと混合させる混合器２０と、窒素酸化物とアンモニアとを反応させた後に水と窒素とに分解する脱硝触媒３０と、アンモニア注入量等の制御を行う開度設定部４０と、を備えている。図示の脱硝触媒３０は、上流側から順に、上層触媒３０Ａ、中層触媒３０Ｂ及び下層触媒３０Ｃの３層構造とされ、たとえば図７に示すように、触媒各層は複数（たとえば８個）の触媒パック３１により構成されている。

アンモニア注入装置１１は、たとえば図６に示すように、煙道３の流路断面に複数の注入ノズル１２を格子状に配置し、複数のアンモニア供給系統１３毎に供給元弁１４の開閉操作及び開度調整を行うことで、系統毎のアンモニア供給量の調整可能となっている。図示の構成例では、煙道３の上下方向に５個の注入ノズル１２を配置したアンモニア供給系統１３の配管が、ヘッダ１５に接続されて幅方向に５列設けられているが、これに限定されることはない。

また、アンモニア注入装置１１のヘッダ１５は、流量制御弁１６を備えたアンモニア主系統１７に接続されている。従って、アンモニア注入装置１１は、ＮＯｘ計５０で監視されるアンモニア注入前の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度と、ＮＯｘ計５１で監視される脱硝後のＮＯｘ濃度に基づいて、開度設定部４０が流量制御弁１６の開度調整を行ってアンモニアの総供給量（総流量）を調整する。
なお、アンモニア注入装置１１には、アンモニア水を気化器により気化させたアンモニアガスを噴射するアンモニア注入グリッド（ＡＩＧ）方式や、アンモニア水の液滴を煙道２内に噴射し、煙道２内で気化させるアンモニア水液滴噴霧方式がある。

下記の特許文献１には、エンジンまたはガスタービンの窒素酸化物含有排気ガスを脱硝処理する方法として、排気ガス中の窒素酸化物を検出してアンモニアガス注入量を制御することが記載されている。また、特許文献１での脱硝処理方法では、脱硝処理領域の下流側で排気ガス中のリークアンモニア濃度を検出し、設定濃度を超えた場合にのみ、窒素酸化物濃度に基づくアンモニアガス注入量制御に優先して、リークアンモニア濃度に基づいてアンモニア注入量を制限制御することが行われている。

下記の特許文献２では、通常の運転データをベースに、脱硝性能の把握を可能とし、触媒寿命予測を行って触媒取り替えまたは積増し時期の予測を可能にすることが提案されている。また、下記の特許文献３には、脱硝触媒が経時的に劣化しても、脱硝反応器の出口ＮＯｘ濃度が常に一定の変動幅に入る安定した値に保つ技術を開示している。

特開昭６３−４４９２５号公報 特開平１０−１０９０１８号公報 特開平１１−１９４６９号公報

ところで、上述した脱硝装置１０のアンモニア注入量は、アンモニア注入装置１１の上流側に設置したＮＯｘ計５０の濃度計測値に基づくフィードフォワード制御と、煙突４の入口に設置したＮＯｘ計５１の濃度計測値に基づくフィードバック制御とにより総量を制御している。しかし、アンモニア分配系統１３毎の分配調整については、定期検査時などに開度調整を実施した供給元弁１４の開度に固定した状態のまま運転されているのが実情である。

一般に、ＮＯｘ計５０，５１によるＮＯｘ濃度の計測値は時定数が長いため、細かな制御には向いていない。
また、供給元弁１４の開度を固定した分配調整は、調整後の変化がない固定故に、ボイラ装置１の運転状態が炭種や運転パラメータ等の違いにより変化した場合や、脱硝触媒３０が経時的に変化した場合等には対応できないという技術的な制約を有している。なお、ボイラ装置１の運転状態が変化すると、燃焼排ガスのガス分布にも変化が生じることとなる。

図７は、ボイラ装置１の運転時間経過に伴うリークアンモニア分布と、脱硝触媒３０の更新との関係を示した説明図であり、紙面の左側から右側へ時間が経過している。また、このリークアンモニアは脱硝反応としては未反応のアンモニアであり、脱硝触媒３０の性能低下を示すものである。
脱硝触媒３０の更新及びアンモニア分配調整直後は、リークアンモニア分布が更新目安の基準値（たとえば３ＰＰＭ）以下であり、しかも、分配調整により均一になっている。しかし、運転時間が増加していくと、脱硝触媒３０は徐々に劣化していく。

この結果、各触媒パックの劣化、アンモニア注入ノズル１２への硫安灰付着、または、ガス分布（ＮＯｘ分布）の変化等により、リークアンモニアが全体的に増加し、また、その均一な分布も崩れる。すなわち、リークアンモニア分布の値は全体が基準値に近づき、しかも、リークアンモニアの値が基準値を超えた高い値となるＮＯｘ負荷の高い領域も生じて、リークアンモニア分布が悪化（不均一化）する。

従って、煙道３の流路断面積においては、リークアンモニアの高い領域が積算されるため、特に、ＮＯｘ負荷及びリークアンモニア分布の高い領域に対応した空気予熱器５の部分に酸性硫安が付着する。
このため、ボイラ装置１の運転を停止し、最も早く劣化している脱硝触媒３０の層、たとえば上層触媒３０Ａの全体を更新してから分配調整を行うことでリセットされる。

すなわち、従来の脱硝装置１０は、ボイラ装置１の運転時間が長くなり、たとえば４年程度の長期間が経過した場合には、リークアンモニア（未反応アンモニア）が局所的に増大し、空気予熱器５に酸性硫安が付着して詰まりなどの問題を引き起こすことがあった。
また、上述した問題を起こさないようにするためには、脱硝触媒３０を早い段階で層毎交換することが必要になるため、ランニングコストを増大させることとなる。なお、上述した分配調整は、ボイラ装置１を点検する運転停止状態において、供給元弁１４の開閉操作及び開度調整を手動で行うことにより、アンモニア供給系統１３毎に実施するものであるから、手間暇を要する面倒な作業となる。

このような背景から、アンモニア注入の分配最適化による脱硝触媒の寿命延長や脱硝触媒更新の効率化を達成することにより、脱硝触媒の更新に伴うコストの低減やアンモニア消費量の最適化を可能にした脱硝装置及び脱硝装置の還元剤分配調整方法を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、脱硝触媒の更新に伴うコストの低減やアンモニア消費量の最適化を実現できる脱硝装置及び脱硝装置の還元剤分配調整方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る脱硝装置は、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、還元剤主系統に設けた総流量制御弁の下流から分岐させた複数の還元剤供給系統が各々少なくとも１個の注入ノズルと該注入ノズルの上流側に位置する流量制御元弁とを備え、前記排ガスを流す流路内に設置されて前記注入ノズルから前記排ガス中に前記還元剤を注入する還元剤注入装置と、前記還元剤と前記排ガスとを混合させる流体混合装置と、前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させた後に主として水と窒素とに分解する脱硝触媒と、前記流路断面内の前記脱硝触媒下流側の所定の複数位置から入手したサンプリングガスそれぞれに対してレーザ光を照射して還元剤濃度を順次計測する還元剤濃度計測装置と、前記脱硝触媒の下流側で脱硝後の窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、前記還元剤濃度及び前記窒素酸化物濃度の計測値が入力され、前記窒素酸化物濃度に基づいて前記総流量制御弁の開度の設定を行うとともに、複数個所の前記還元剤濃度と複数個所の前記流量制御元弁毎の開度との相関関係に基づいて複数個所の前記流量制御元弁毎の開度の設定を行う開度設定部と、を備えることを特徴とするものである。

このような脱硝装置によれば、流路断面内の脱硝触媒下流側の所定の複数位置から入手したサンプリングガスに対してレーザ光を照射して還元剤濃度を順次計測する還元剤濃度計測装置を設け、還元剤濃度及び窒素酸化物濃度の計測値が入力される開度設定部が、窒素酸化物濃度に基づいて総流量制御弁の開度設定を行うとともに、複数個所の還元剤濃度に基づいて複数個所の流量制御元弁毎の開度設定を行うようにしたので、脱硝装置の運転を継続しながら、時定数の短い還元剤濃度の計測値に応じて、複数の還元剤供給系統毎に分配される還元剤注入量を自動的に調整することが可能になる。
この場合、前記流量制御元弁の開度の設定は、予め定めた前記還元剤濃度と前記流量制御元弁毎の開度とのマップに基づいて行われることが望ましい。

本発明に係る脱硝装置の還元剤分配調整方法は、排ガスを流す流路内に還元剤を注入し、前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元剤と反応させた後、脱硝触媒を用いて水と窒素とに分解して除去する脱硝装置の還元剤分配調整方法であって、前記流路に設けられた前記脱硝触媒の下流側で、脱硝後の窒素酸化物濃度を計測するとともに、同一流路断面内の所定の複数位置から順次入手したサンプリングガスにレーザ光を照射して脱硝後の還元剤濃度を複数個所で計測し、前記窒素酸化物濃度の計測値に基づいて前記流路内に注入された前記還元剤の総流量を調整し、かつ、複数個所の前記還元剤濃度と、前記還元剤の総流量を調整した下流で分岐した複数の還元剤供給系統の各々少なくとも１個の注入ノズルの上流側に位置する複数個所の流量制御元弁毎の開度との相関関係に基づいて流路断面の複数個所から注入する前記還元剤の分配流量を調整することを特徴とするものである。

このような脱硝装置の還元剤分配調整方法によれば、排ガスを流す流路に設けられた脱硝触媒の下流側で、脱硝後の窒素酸化物濃度を計測するとともに、同一流路断面内の複数位置から順次入手したサンプリングガスにレーザ光を照射して脱硝後の還元剤濃度を複数箇所で計測し、窒素酸化物濃度の計測値に基づいて流路内に注入された還元剤の総流量を調整し、かつ、複数個所の還元剤濃度に基づいて流路断面の複数箇所から注入する還元剤の分配流量を調整するので、脱硝装置の運転を継続しながら、時定数の短い還元剤濃度の計測値に応じて、複数の還元剤供給系統毎に分配される還元剤注入量を自動的に調整することが可能になる。
この場合、前記還元剤の分配流量は、予め定めた前記還元剤濃度と前記分配流量とのマップに基づいて行われることが望ましい。

上述した本発明によれば、脱硝装置の運転を継続しながら、時定数の短い還元剤濃度の計測値に応じて、複数の還元剤供給系統毎に分配される還元剤注入量を自動的に調整することが可能になるので、還元剤注入の分配最適化による脱硝触媒の寿命延長や脱硝触媒更新の効率化を達成することができる。この結果、脱硝装置においては、脱硝触媒の更新に伴うコストの低減やアンモニア消費量の最適化を実現できる。

本発明に係る脱硝装置及び脱硝装置の還元剤分配調整方法について、一実施形態としてボイラの煙道に設置された脱硝装置の構成例を示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はサンプリングノズルの配置例を示す平面図である。 レーザ光を用いてアンモニア（ＮＨ_３）濃度を計測するアンモニア濃度計測装置の概要を示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はサンプリングノズルの概要を示す断面図である。 図１に示したアンモニア注入装置の概略構成例を示す系統図であり、（ａ）は複数の注入ノズルを１グループにしてアンモニアの注入を制御する図、（ｂ）は各１個の注入ノズルで個別にアンモニアの注入を制御する図である。 従来の脱硝装置をボイラの煙道に設置した状態を示す概略構成図である。 脱硝装置の概要を示す縦断面図である。 アンモニア注入装置の概要を示す系統図である。 ボイラ装置の運転時間経過に伴うリークアンモニア分布と、脱硝触媒の更新との関係を示した説明図である。

以下、本発明に係る脱硝装置及び脱硝装置の還元剤分配調整方法について、一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す脱硝装置１０Ａは、たとえば石炭を燃料とするボイラ装置１に設置され、石炭を燃焼させて生成された燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤のアンモニアと反応させた後、脱硝触媒を用いて主として水と窒素とに分解して除去する装置である。この脱硝装置１０Ａは、ボイラ本体２に接続されて燃焼排ガスを煙突４に導く煙道３に設置されており、煙道３の出口には、燃焼排ガス中の排熱を回収する熱交換器の空気予熱器５が設置されている。

脱硝装置１０Ａは、煙道３の直管部に設置されてアンモニアを注入するアンモニア注入装置１１Ａと、注入したアンモニアを燃焼排ガスと混合させる混合器（不図示）と、窒素酸化物とアンモニアとを反応させた後に水と窒素とに分解する脱硝触媒３０と、アンモニア注入量等の制御を行う開度設定部４０Ａと、脱硝後のＮＯｘ濃度を監視（計測）する窒素酸化物濃度計（ＮＯｘ計）５１及び脱硝後のアンモニア濃度を流路断面内の複数位置で順次計測するアンモニア（還元剤）濃度計測装置６０を備えている。

アンモニア注入装置１１Ａは、たとえば図３（ａ）に示すように、アンモニア供給源に接続された流路配管のアンモニア主系統１７Ａに総流量制御弁１６Ａを備えている。このアンモニア主系統１７Ａは、総流量制御弁１６Ａの下流において、ヘッダ１５から分岐させた複数本（図示の例では５本）のアンモニア供給系統１３Ａを備えている。

アンモニア供給系統１３Ａは、各々が流量制御元弁１４Ａ及び複数個（図示の例では５個）の注入ノズル１２を備えており、排ガスを流す流路である煙道３の内部に注入ノズル１２が格子状の配置となるように設置されている。注入ノズル１２は、流路配管のアンモニア主系統１７Ａ、ヘッダ１５及びアンモニア供給系統１３Ａを通ってアンモニア供給源から供給されたアンモニアを煙道３の内部に液滴またはガスの状態で流出させ、燃焼排ガス中に還元剤のアンモニアを注入するものである。なお、液滴の状態で注入されたアンモニアは、高温の燃焼排ガスから吸熱して気化する。

また、図３（ｂ）に示すアンモニア注入装置１１Ｂのように、各アンモニア供給系統１３Ｂが流量制御元弁１４Ｂ及び１個の注入ノズル１２を備えた構成とし、各注入ノズル１２が独立して煙道３の内部を流れる燃焼排ガス中に還元剤のアンモニアを注入可能としてもよい。この場合、アンモニア供給系統１３Ｂが備える注入ノズル１２は少なくとも１個あればよく、特に数量を限定するものではない。また、煙道３の内部における注入ノズル１２の配置についても、特に限定されることはなく、任意に設定してよい。

こうして煙道３の内部に注入されたアンモニアのガスは、混合器を通過することにより燃焼排ガスと撹拌混合される。
この結果、アンモニアは窒素酸化物と反応して脱硝触媒３０を通過するので、水と窒素とに分解されることで窒素酸化物が燃焼排ガス中から除去される。
図１（ａ）に示す脱硝触媒３０は、上流側から順に、上層触媒３０Ａ、中層触媒３０Ｂ及び下層触媒３０Ｃの３層構造とされる。また、各層の触媒３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、たとえば図７に示すように、各々が複数（たとえば８個）に分割された触媒パック３１により構成されている。なお、脱硝触媒３０は、層数や分割数が図示の構成に限定されることはない。

開度設定部４０Ａには、後述するアンモニア濃度計測装置６０で計測したアンモニア濃度、及び後述したＮＯｘ計５１で計測した窒素酸化物濃度の計測値が入力される。このようなアンモニア濃度及び窒素酸化物濃度の入力を受けた開度設定部４０Ａは、窒素酸化物濃度に基づいて総流量制御弁１６Ａの開度の設定（開度制御）を行うとともに、複数個所のアンモニア濃度に基づいて各流量制御元弁１４Ａの開度の設定（開度制御）を行う。すなわち、開度設定部４０Ａは、窒素酸化物濃度に基づく総流量制御弁１６Ａや、複数個所のアンモニア濃度に基づく流量制御元弁１４Ａの開度制御信号を出力する。

この場合、開度設定部４０Ａによる流量制御元弁１４Ａの開度制御は、予め定めたアンモニア濃度と流量制御元弁１４Ａ毎の開度との相関関係を定めた制御マップに基づいて行われる。すなわち、脱硝装置１０Ａは、ボイラ装置１毎に諸条件（煙道３の流路系統や流路断面積、燃料の種類等）が異なるため、事前に相関関係のデータを実験等により入手して制作した制御マップを開度設定部４０Ａに記憶しておく。なお、この制御マップでは、煙道３内のアンモニア濃度を同一流路断面内で計測した複数位置のアンモニア濃度に対して、複数系統のアンモニア供給系統１３Ａ毎に異なる流量制御元弁１４Ａの開度を個別に設定するものである。

ＮＯｘ計５１Ａは、煙道３において脱硝触媒３０の下流側で脱硝後の窒素酸化物濃度を計測する。すなわち、ＮＯｘ計５１Ａは、脱硝装置１０Ａによる脱硝効果を監視するセンサであり、所望の脱硝が行われるように、開度設定部４０Ａからアンモニア供給量を増減するように総流量制御弁１６Ａの開度信号を出力する。

アンモニア濃度計測装置６０は、たとえば図２に示すように、煙道３において脱硝触媒３０の下流側から入手したサンプリングガスにレーザ光を照射し、脱硝後のアンモニア濃度を同一流路断面内の複数位置で順次計測する装置である。すなわち、アンモニア濃度計測装置６０は、煙道３の流路断面内において、脱硝触媒３０の下流側で所定の複数位置から入手したサンプリングガスに対してレーザ光を照射し、還元剤濃度を順次計測する装置である。
本実施形態のアンモニア濃度計測装置６０は、複数のサンプリングノズル６１と、サンプリングガスにレーザ光を照射してアンモニア濃度を計測するレーザＮＨ_３濃度自動計測部（以下、「ＮＨ_３濃度計測部」呼ぶ）７０と、を具備して構成される。

サンプリングノズル６１は、各々が煙道３の壁面を貫通するサンプリング配管６２の煙道内先端部に取り付けられている。このサンプリング配管６２は、煙道３のガスサンプリング座３ａまたは覗き窓を貫通し、煙道３の外部に元弁６３を備えている。なお、サンプリングノズル６１は、燃焼排ガスの流れ方向において下向きに開口し、ガス中の粒子が流入しにくい構造となっている。

サンプリングノズル６１は、たとえば図１（ｂ）に示すように、煙道３の同一流路断面に複数（図示の例では格子状に配置された１８個）が格子状に配置されている。
サンプリングガスの流れ方向において元弁６３の下流側には、保温配管６６にサンプリングガスを導くガス導入管６５が接続される。なお、サンプリングガスの吸引には、排気配管６７に設けた吸引ポンプ６８が使用され、保温配管６６と吸引ポンプ６８との間には吸引元弁６９が設置されている。

この場合、複数のサンプリングノズル６１からサンプリングしたサンプリングガスを１台（または数台）のアンモニア濃度計測装置６０で計測するため、図示省略のカップリング等を介して、サンプリング配管６２／ガス導入管６５間の連結を容易に着脱可能とすることが望ましい。
なお、ガス導入管６５には、燃料によって異なる燃焼排ガスの状態（含有する粒子成分等）を考慮し、必要に応じて除塵ユニット６４を設けておくとよい。

ＮＨ_３濃度計測部７０は、照射部本体７１から出力したレーザ光を光ファイバー７２により発振部７３に導く。このレーザ光は、発振部７３から受光部７４へ向けて照射され、サンプリングガスを導入した保温配管６６を通って受光部７４に受光される。
この結果、発振部７３から照射されたレーザ光を受光する受光部７４は、サンプリングガスのアンモニア濃度に応じて受光に変化が生じるので、この受光信号が入力された照射部本体７１では、アンモニア濃度を検出して開度設定部４０Ａへ入力する。
発信部７２に導く。

このようなサンプリングガスのアンモニア濃度検出は、１箇所のサンプリングノズル６１において検出が終了した後、ガス導入管６５の連結先を他のサンプリングノズル６１のサンプリング配管６２に切り換え、同様のアンモニア濃度検出が順次実施される。
なお、保温配管６６でのアンモニア濃度検出が終了したサンプリングガスは、排気配管６７を通って外部へ排出される。

このような脱硝装置１０Ａによれば、煙道３における脱硝触媒３０の下流側から入手したサンプリングガスにレーザ光を照射して脱硝後のアンモニア濃度を同一流路断面内の複数位置で順次計測するアンモニア濃度計測装置６０を設け、アンモニア濃度及び窒素酸化物濃度の計測値が入力される開度設定部４０Ａが、窒素酸化物濃度に基づいて総流量制御弁１６Ａの開度制御を行い、かつ、複数個所のアンモニア濃度に基づいて流量制御元弁１４Ａの開度制御を行うようにしたので、脱硝装置１０Ａの運転を継続しながら、時定数の短いアンモニア濃度の計測値に応じ、複数のアンモニア供給系統１３Ａ毎に分配されるアンモニア注入量を自動的に調整することができる。

このとき、流量制御元弁１４Ａの開度制御は、予め定めたアンモニア濃度と流量制御元弁１４Ａ毎の開度とのマップに基づいて行われるので、窒素酸化物濃度により総供給量が規定されたアンモニアは、流量制御元弁１４Ａの開度に応じてアンモニア供給系統１３Ａに対するアンモニア分配量が調整される。
アンモニア濃度の検出値が高いことは、すなわち、リークアンモニア（未反応アンモニア）が増大したことは、脱硝触媒３０の触媒性能が劣化したことを意味するので、格子状に配置したサンプリングノズル６１に対応したアンモニア濃度検出値から、煙道３の流路断面位置に対応した脱硝触媒３０の劣化状況を把握できる。

従って、アンモニア濃度検出値（リークアンモニア）の分布が脱硝触媒３０の性能劣化と関連しているので、アンモニア濃度検出に基づいてアンモニア注入装置１１Ａによるアンモニア注入量の分布制御を実施すれば、リークアンモニアの分布をコントロールすることができる。また、リークアンモニアは、空気予熱器５を閉塞させる原因でもあるから、アンモニア濃度検出に基づいてアンモニア注入装置１１Ａによるアンモニア注入量の分布制御を実施すれば、空気予熱器５の閉塞防止も可能になる。
なお、上述した実施形態は、アンモニア濃度及び窒素酸化物濃度の計測値により、総流量制御弁１６Ａ及び流量制御元弁１４Ａの開度を自動調整するものであるが、たとえば定期的にアンモニア濃度及び窒素酸化物濃度を計測し、マニュアル操作にて各弁の開度を調整（設定）してもよい。従って、本実施形態の開度設定部４０Ａは、アンモニア濃度及び窒素酸化物濃度の計測値に基づいたマニュアル操作による開度の設定も包含する。

このような脱硝装置１０Ａにより、下記の還元剤分配調整方法が可能となる。
すなわち、排ガスを流す流路の煙道３に設けられた脱硝触媒３０の下流側で、脱硝後の窒素酸化物濃度を計測するとともに、同一流路断面内の複数位置から順次入手したサンプリングガスにレーザ光を照射して脱硝後のアンモニア濃度を複数箇所で計測する。次に、窒素酸化物濃度の計測値に基づいてアンモニアの総流量が調整され、かつ、複数個所のアンモニア濃度に基づいて流路断面の複数箇所から注入するアンモニアの分配流量が調整される。

この場合、アンモニアの分配流量は、予め定めたアンモニア濃度と分配流量とのマップに基づいて行われ、通常の制御においては、アンモニア濃度の検出値が高かった領域に対応するアンモニア供給系統１３Ａのアンモニア分配量を低減し、その分をアンモニア濃度の検出値が高かった領域に分配すればよい。

すなわち、ＮＯｘとリークアンモニアを監視し、アンモニア注入の分配を最適化することができるので、商業運転中の空気予熱器閉塞を回避（定期検査毎に洗浄）可能となり、結果として脱硝触媒３０の寿命も延びる。
また、脱硝触媒３０の劣化傾向を詳細に把握することにより、定期検査のたびに少量ずつ（たとえば触媒パック３１毎に）細かく脱硝触媒３０を更新することで、触媒更新に要するコストを大幅に低減することができる。
さらに、アンモニア消費量の最適化が可能になるので、これにより過剰なアンモニア注入を防止してランニングコストを低減することができる。

上述した本発明によれば、脱硝装置の運転を継続しながら、時定数の短い還元剤濃度の計測値に応じて、複数の還元剤供給系統毎に分配される還元剤注入量を自動的に調整することが可能になるので、還元剤注入の分配最適化による脱硝触媒の寿命延長や脱硝触媒更新の効率化を達成することができる。この結果、脱硝装置においては、脱硝触媒の更新に伴うコストの低減やアンモニア消費量の最適化を実現できる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１ ボイラ装置
１０，１０Ａ 脱硝装置
１１，１１Ａ，１１Ｂ アンモニア注入装置（還元剤注入装置）
１２ 注入ノズル
１３，１３Ａ，１３Ｂ アンモニア供給系統
１４Ａ，１４Ｂ 流量制御元弁
１５ ヘッダ
１６Ａ 総流量制御弁
１７，１７Ａ アンモニア主系統
３０ 脱硝触媒
４０，４０Ａ 開度設定部
５０，５１ 窒素酸化物濃度計（ＮＯｘ計）
６０ アンモニア濃度計測装置（還元剤濃度計測装置）
６１ サンプリングノズル
６６ 保温配管
７０ レーザＮＨ_３濃度自動計測部（ＮＨ_３濃度計測部）
７１ 照射部本体
７３ 発振部
７４ 受光部

Claims (4)

1. 排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、
   還元剤主系統に設けた総流量制御弁の下流から分岐させた複数の還元剤供給系統が各々少なくとも１個の注入ノズルと該注入ノズルの上流側に位置する流量制御元弁とを備え、
   前記排ガスを流す流路内に設置されて前記注入ノズルから前記排ガス中に前記還元剤を注入する還元剤注入装置と、
   前記還元剤と前記排ガスとを混合させる流体混合装置と、
   前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させた後に主として水と窒素とに分解する脱硝触媒と、
   前記流路断面内の前記脱硝触媒下流側の所定の複数位置から入手したサンプリングガスそれぞれに対してレーザ光を照射して還元剤濃度を順次計測する還元剤濃度計測装置と、
   前記脱硝触媒の下流側で脱硝後の窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、
   前記還元剤濃度及び前記窒素酸化物濃度の計測値が入力され、前記窒素酸化物濃度に基づいて前記総流量制御弁の開度の設定を行うとともに、複数個所の前記還元剤濃度と複数個所の前記流量制御元弁毎の開度との相関関係に基づいて複数個所の前記流量制御元弁毎の開度の設定を行う開度設定部と、
   を備えることを特徴とする脱硝装置。
2. 前記流量制御元弁の開度の設定は、予め定めた前記還元剤濃度と前記流量制御元弁毎の開度とのマップに基づいて行われることを特徴とする請求項１に記載の脱硝装置。
3. 排ガスを流す流路内に還元剤を注入し、前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元剤と反応させた後、脱硝触媒を用いて水と窒素とに分解して除去する脱硝装置の還元剤分配調整方法であって、
   前記流路に設けられた前記脱硝触媒の下流側で、脱硝後の窒素酸化物濃度を計測するとともに、同一流路断面内の所定の複数位置から順次入手したサンプリングガスにレーザ光を照射して脱硝後の還元剤濃度を複数個所で計測し、
   前記窒素酸化物濃度の計測値に基づいて前記流路内に注入された前記還元剤の総流量を調整し、かつ、複数個所の前記還元剤濃度と、前記還元剤の総流量を調整した下流で分岐した複数の還元剤供給系統の各々少なくとも１個の注入ノズルの上流側に位置する複数個所の流量制御元弁毎の開度との相関関係に基づいて流路断面の複数個所から注入する前記還元剤の分配流量を調整することを特徴とする脱硝装置の還元剤分配調整方法。
4. 前記還元剤の分配流量は、予め定めた前記還元剤濃度と前記分配流量とのマップに基づいて行われることを特徴とする請求項３に記載の脱硝装置の還元剤分配調整方法。

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