JP6156628B2

JP6156628B2 - 排煙脱硝装置及び排煙脱硝方法

Info

Publication number: JP6156628B2
Application number: JP2013086549A
Authority: JP
Inventors: 幸村　明憲; 明憲幸村
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: JP2014211249A

Description

本発明は、石炭などの化石燃料をボイラ（燃焼器）で燃焼させる際に排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X）を除去するのに用いられる排煙脱硝装置及び排煙脱硝方法に関するものである。

上記したような排煙脱硝装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
この排煙脱硝装置は、ボイラから排出された排ガスが流れる垂直煙道に続いて配置されており、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒と、この脱硝触媒のガス流れ上流側で排ガスにアンモニアを注入する複数のアンモニア注入ノズルを備えている。

この排煙脱硝装置において、複数のアンモニア注入ノズルの各分配調整弁を操作して、アンモニアの注入量のバランス調整を行うことで、脱硝触媒の出口におけるＮＯ_Xの濃度分布（脱硝出口ＮＯ_X濃度分布）を平準化するようにしているが、この際、アンモニア注入部の排ガスの流れを整えて脱硝出口ＮＯ_X濃度分布を平準化し易くするために、複数のアンモニア注入ノズルのガス流れ上流側に１０ｍｍＡｑ程度の圧損を生じさせる整流板を設置している。

特開2010-264400号公報

ところが、上記した排煙脱硝装置において、複数のアンモニア注入ノズルの各分配調整弁を操作して行うアンモニアの注入量のバランス調整は、通常、ボイラの常用負荷条件（１００％定格負荷）の状態で成されるのが一般的である。

つまり、例えば、ワイドレンジバーナを採用したボイラのように、１００％定格負荷を下回って運用する部分負荷の状態では、ボイラからの排ガスの流れパターンが大きく変化したとしても、１００％定格負荷の状態における脱硝出口ＮＯ_X濃度分布に対応したアンモニアの注入量及びバランスのまま運用しなければならない、すなわち、脱硝出口ＮＯ_X濃度分布の平準化が成されないまま運用しなければならないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、１００％定格負荷での運用及び１００％定格負荷を下回る運用、すなわち、運用時の負荷の大小にかかわらず、平準化した脱硝出口ＮＯ_X濃度分布を確保することが可能な排煙脱硝装置及び排煙脱硝方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、石炭などの化石燃料をボイラなどの燃焼器から排出された排ガスを導く煙道に配置されて、前記排ガス中の窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置であって、窒素酸化物を除去する脱硝処理を行う脱硝触媒と、前記脱硝触媒のガス流れ上流側で前記排ガスにアンモニアを注入する複数のアンモニア注入ノズルと、前記複数のアンモニア注入ノズルのガス流れ上流側に配置されて、１００％定格負荷時における前記排ガスの流れを整える多数の孔を有する高負荷用整流板と、前記排ガスの流れの中で前記高負荷用整流板と前後して配置されて、１００％定格負荷を下回る負荷時における前記排ガスの流れを整える多数の孔を有する低負荷用整流板を備え、前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板の二種類の整流板は、負荷状況に応じて切り替えて使用され、１００％定格負荷時には前記高負荷用整流板のみによる前記排ガスの整流が行われ、１００％定格負荷を下回る負荷時には前記低負荷用整流板のみによる前記排ガスの整流が行われる構成としたことを特徴としており、この排煙脱硝装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係る排煙脱硝装置は、前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板の各駆動源と、負荷状況に応じて前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板の各駆動源をそれぞれ動作させる制御部を備えている構成としている。

この際、本発明の請求項３に係る排煙脱硝装置のように、前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板の各駆動源が、前記煙道を閉塞解放するべく前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板をそれぞれ回動させるアクチュエータである構成とすることができる。

一方、本発明の請求項４に係る排煙脱硝方法は、燃焼器から排出されて煙道を流れる排ガス中の窒素酸化物を除去するに際して、前記煙道に、窒素酸化物を除去する脱硝処理を行う脱硝触媒と、前記脱硝触媒のガス流れ上流側で前記排ガスにアンモニアを注入する複数のアンモニア注入ノズルと、前記複数のアンモニア注入ノズルのガス流れ上流側で１００％定格負荷時における前記排ガスの流れを整える多数の孔を有する高負荷用整流板と、前記複数のアンモニア注入ノズルのガス流れ上流側で１００％定格負荷を下回る負荷時における前記排ガスの流れを整える多数の孔を有する低負荷用整流板を配置し、前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板の二種類の整流板を負荷状況に応じて切り替えて使用し、１００％定格負荷時には前記高負荷用整流板のみに前記排ガスの整流を行わせ、１００％定格負荷を下回る負荷時には前記低負荷用整流板のみに前記排ガスの整流を行わせる構成としている。

本発明に係る排煙脱硝装置及び排煙脱硝方法において、脱硝触媒としては、ハニカム状に形成されたものを使用することができるが、他の方式の触媒を使用することができるのは言うまでもない。また、高負荷用整流板及び低負荷用整流板の二種類の整流板には、パンチングメタルを採用することが望ましく、パンチングメタルの孔は、円孔に限定されることはなく、角孔や長孔であってもよい。さらに、パンチングメタルの孔径は、塊状の灰が通過するのを防ぐために１０〜５０ｍｍとすることが望ましく、パンチングメタルの開孔率は、孔径を１０〜５０ｍｍとしたうえで、１０ｍｍＡｑ程度の圧損を生じさせるのに適した２０〜８０％とすることが望ましい。

さらにまた、高負荷用整流板及び低負荷用整流板の排ガスの流れに対する位置関係は、互いに上流側及び下流側を逆にしてもよいが、高負荷運用時に圧損が大きくなり過ぎるのを回避するうえで、低負荷用整流板を高負荷用整流板の排ガスの流れ上流側に位置させることが望ましい。

本発明に係る排煙脱硝装置及び排煙脱硝方法では、ボイラ等の燃焼器の通常運用に先立つ試験運用において、まず、常用負荷条件（１００％定格負荷の状態）にしたうえで、複数のアンモニア注入ノズルの各分配調整弁を操作して、排ガスに注入するアンモニアの量のバランス調整を行って、脱硝出口ＮＯ_X濃度分布を平準化させる。

この際、高負荷用整流板を複数のアンモニア注入ノズルのガス流れ上流側に設置すると、排ガスの流れが整えられて適度な（例えば１０ｍｍＡｑ程度の）圧損が生じるので、脱硝出口ＮＯ_X濃度分布の平準化が容易に成されることとなる。

一方、燃焼器の通常運用に入った段階において、例えば、１００％定格負荷を下回る部分負荷の状態で運用する事態が生じた場合には、高負荷用整流板に替えて低負荷用整流板を複数のアンモニア注入ノズルのガス流れ上流側に設置すると、燃焼器からの排ガスの流れパターンが大きく変化して排ガスの流速が減少したとしても、低負荷用整流板により排ガスの流れが整えられて、１００％定格負荷時と同様に適度な圧損が生じるので、脱硝出口ＮＯ_X濃度分布の平準化が保たれることとなる。

つまり、運用時の負荷の大小にかかわらず、平準化した脱硝出口ＮＯ_X濃度分布を確保し得ることとなる。

また、本発明に係る排煙脱硝装置において、高負荷用整流板及び低負荷用整流板の各駆動源を制御部によりコントロールするように成すと、制御部からの指令により高負荷用整流板及び低負荷用整流板の各駆動源がそれぞれ動作するので、負荷の変化が生じた際に、整流板の切り替えが迅速になされることとなる。

この際、高負荷用整流板及び低負荷用整流板の各駆動源としてアクチュエータを採用すると、高負荷用整流板及び低負荷用整流板をそれぞれ回動させて煙道を閉塞解放する機構が簡略なものとなり、その結果、運用コストの低減が図られることとなる。

本発明に係る排煙脱硝装置では、燃焼器の運用時における負荷の大小にかかわらず、平準化した脱硝出口ＮＯ_X濃度分布を確保することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例による排煙脱硝装置を含む排ガス処理システムを示す概略構成説明図である。図１の排煙脱硝装置の高負荷時における運用状態を示す断面説明図（ａ）及び低負荷時における運用状態を示す断面説明図（ｂ）である。図１に示した排煙脱硝装置の高負荷用整流板の外観説明図（ａ）及び低負荷時用整流板の外観説明図（ｂ）である。図１における排煙脱硝装置の整流板開孔率と圧損の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施例による排煙脱硝装置を示している。
図１に示すように、この排煙脱硝装置１０は、石炭焚きボイラ（燃焼器）Ｂの節炭部Ｂａに垂直煙道１を介して接続しており、排煙脱硝装置１０から煙突Ｐに至るまでの排ガス処理煙道２の下流側には、エアヒータ３、集塵装置４、誘引ファン５、熱交換器６、脱硫部７及び押込みファン８が順次配置されている。

エアヒータ３は、押込みファン９により導入される外部空気を排煙脱硝装置１０から排出される排ガスの熱で暖めて石炭焚きボイラＢに送り込み、熱交換器６は、誘引ファン５により導かれる集塵装置４通過後の排ガスと押込みファン８により導入される脱硫部７通過後の排ガスとの熱交換を行うものとなっている。

この排煙脱硝装置１０は、図２（ａ）にも示すように、垂直煙道１に配置されて、排ガスにアンモニアを注入することでＮＯ_Xを還元して窒素と水に変換するアンモニア注入ノズル１１と、垂直煙道１の上端連結煙道１ａから導入される排ガスが上から下に向けて流れるダクト１２を横断するようにして複数段（この実施例では３段）設置された脱硝触媒１３を具備しており、この脱硝触媒１３は、排ガスとの接触面積が大きくなるようにハニカム状に形成されている。

また、この排煙脱硝装置１０は、アンモニア注入ノズル１１の上流側（図示下側）に配置されたパンチングメタルから成る整流板（高負荷用整流板）１４を備えている。この整流板１４は、アンモニア注入ノズル１１を通過する排ガスの流速分布を整えるものであり、１００％定格負荷時、すなわち高負荷運用時において、垂直煙道１内で排ガスの流れを遮るようにして使用される。この実施例において、この整流板１４は、図３（ａ）に示すように、平板１４ａに、多数の孔径約４０ｍｍの円孔１４ｂを垂直煙道１の断面に対してほぼ均一な分布で且つ開孔率が約６５％になるように配置している。

さらに、この排煙脱硝装置１０は、図２（ｂ）にも示すように、整流板１４と同じくパンチングメタルから成る整流板（低負荷用整流板）１５を備えている。整流板１４の上流側に位置するこの整流板１５も、アンモニア注入ノズル１１を通過する排ガスの流速分布を整えるものとなっており、例えば、４０％負荷時、すなわち低負荷運用時において、垂直煙道１内で排ガスの流れを遮るようにして使用される。この実施例において、この整流板１５は、図３（ｂ）に示すように、平板１５ａに、多数の孔径約２０ｍｍの円形状の孔１５ｂを垂直煙道１の断面に対してほぼ均一な分布で且つ開孔率が約４０％になるように配置している。

この場合、２枚の整流板１４，１５は、いずれも各々のアクチュエータ（駆動源）１４ｃ，１５ｃの作動により、水平軸回りに回動して垂直煙道１を閉塞解放するようになっており、アクチュエータ１４ｃ，１５ｃは、石炭焚きボイラＢの負荷状況に基づく制御部１６からの指令により動作するようになっている。

つまり、制御部１６は、石炭焚きボイラＢの負荷状況に応じて高負荷用整流板１４及び低負荷用整流板１５の各アクチュエータ１４ｃ，１５ｃをそれぞれ動作させて、１００％定格負荷時には高負荷用整流板１４のみに排ガスの整流を行わせ、１００％定格負荷を下回る負荷時には低負荷用整流板１５のみに排ガスの整流を行わせるようになっている。

この排煙脱硝装置１では、石炭焚きボイラＢの通常運用に先立つ試験運用において、まず、１００％定格負荷の状態にしたうえで、複数のアンモニア注入ノズル１１の図示しない各分配調整弁を操作して、排ガスに注入するアンモニアの量のバランス調整を行って、脱硝出口ＮＯ_X濃度分布を平準化させる。

この際、アクチュエータ１４ｃ，１５ｃを動作させて、図２（ａ）に示すように、複数のアンモニア注入ノズル１１のガス流れ上流側で、高負荷用整流板１４のみによって排ガスの流れを遮るようにすると、排ガスの流れ（例えば、流速１５ｍ／ｓの排ガス流れ）が整えられて適度な圧損が生じるので、脱硝出口ＮＯ_X濃度分布の平準化が容易に成されることとなる。

この実施例では、高負荷用整流板１４の円孔１４ｂの孔径を約４０ｍｍとして、開孔率を約６５％になるようにしているので、高負荷用整流板１４によって排ガスの流れを遮ると、図４に示すように、１０ｍｍＡｑ程度の適度な圧損が生じることとなる。

一方、石炭焚きボイラＢの通常運用に入った段階において、例えば、１００％定格負荷を下回る部分負荷の状態、例えば４０％負荷の状態で運用する事態が生じた場合には、石炭焚きボイラＢの負荷状況に基づく制御部１６からの指令により、高負荷用整流板１４及び低負荷用整流板１５の各アクチュエータ１４ｃ，１５ｃがそれぞれ動作して、図２（ｂ）に示すように、複数のアンモニア注入ノズル１１のガス流れ上流側で、低負荷用整流板１５のみによって排ガスの流れが遮られるようになるので、石炭焚きボイラＢからの排ガスの流れパターンが大きく変化して排ガスの流速が減少したとしても、低負荷用整流板１５により排ガスの流れ（例えば、流速７ｍ／ｓの排ガス流れ）が整えられて、１００％定格負荷時と同様に適度な圧損が生じるので、脱硝出口ＮＯ_X濃度分布の平準化が保たれることとなる。

この実施例では、低負荷用整流板１５の円孔１５ｂの孔径を約２０ｍｍとして、開孔率を約４０％になるようにしているので、低負荷用整流板１５によって排ガスの流れを遮ると、図４に示すように、高負荷用整流板１４と同様に１０ｍｍＡｑ程度の適度な圧損が生じることとなる。

この実施例に係る排煙脱硝装置１０において、高負荷用整流板１４及び低負荷用整流板１５の各アクチュエータ１４ｃ，１５ｃを制御部１６によりコントロールするようにしているので、制御部１６からの指令により高負荷用整流板１４及び低負荷用整流板１５の各アクチュエータ１４ｃ，１５ｃがそれぞれ動作することとなり、負荷の変化が生じた際に、整流板１４，１５の切り替えが迅速になされることとなる。

また、高負荷用整流板１４及び低負荷用整流板１５の各駆動源としてアクチュエータ１４ｃ，１５ｃを採用しているので、高負荷用整流板１４及び低負荷用整流板１５をそれぞれ回動させて垂直煙道１を閉塞解放する機構が簡略なものとなり、その結果、運用コストの低減が図られることとなる。

本発明に係る排煙脱硝装置の構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、高負荷用整流板１４及び低負荷用整流板１５の排ガスの流れに対する位置関係を上流側及び下流側で逆にしてもよい。

１垂直煙道
１０排煙脱硝装置
１１アンモニア注入ノズル
１３脱硝触媒
１４高負荷用整流板
１４ｂ，１５ｂ円孔
１４ｃ，１５ｃアクチュエータ（駆動源）
１５低負荷用整流板
１６制御部
Ｂ石炭焚きボイラ（燃焼器）

Claims

燃焼器から排出された排ガスを導く煙道に配置されて、前記排ガス中の窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置であって、
窒素酸化物を除去する脱硝処理を行う脱硝触媒と、
前記脱硝触媒のガス流れ上流側で前記排ガスにアンモニアを注入する複数のアンモニア注入ノズルと、
前記複数のアンモニア注入ノズルのガス流れ上流側に配置されて、１００％定格負荷時における前記排ガスの流れを整える多数の孔を有する高負荷用整流板と、
前記排ガスの流れの中で前記高負荷用整流板と前後して配置されて、１００％定格負荷を下回る負荷時における前記排ガスの流れを整える多数の孔を有する低負荷用整流板を備え、
前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板の二種類の整流板は、負荷状況に応じて切り替えて使用され、１００％定格負荷時には前記高負荷用整流板のみによる前記排ガスの整流が行われ、１００％定格負荷を下回る負荷時には前記低負荷用整流板のみによる前記排ガスの整流が行われる
ことを特徴とする排煙脱硝装置。
前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板の各駆動源と、負荷状況に応じて前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板の各駆動源をそれぞれ動作させる制御部を備えている請求項１に記載の排煙脱硝装置。
前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板の各駆動源が、前記煙道を閉塞解放するべく前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板をそれぞれ回動させるアクチュエータである請求項２に記載の排煙脱硝装置。
燃焼器から排出されて煙道を流れる排ガス中の窒素酸化物を除去するに際して、
前記煙道に、窒素酸化物を除去する脱硝処理を行う脱硝触媒と、前記脱硝触媒のガス流れ上流側で前記排ガスにアンモニアを注入する複数のアンモニア注入ノズルと、前記複数のアンモニア注入ノズルのガス流れ上流側で１００％定格負荷時における前記排ガスの流れを整える多数の孔を有する高負荷用整流板と、前記複数のアンモニア注入ノズルのガス流れ上流側で１００％定格負荷を下回る負荷時における前記排ガスの流れを整える多数の孔を有する低負荷用整流板を配置し、
前記高負荷用整流板及び低負荷用整流板の二種類の整流板を負荷状況に応じて切り替えて使用し、１００％定格負荷時には前記高負荷用整流板のみに前記排ガスの整流を行わせ、１００％定格負荷を下回る負荷時には前記低負荷用整流板のみに前記排ガスの整流を行わせる
ことを特徴とする排煙脱硝方法。