JP6315178B2

JP6315178B2 - 排煙脱硝装置

Info

Publication number: JP6315178B2
Application number: JP2014050238A
Authority: JP
Inventors: 幸村　明憲; 明憲幸村
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: JP2015174004A

Description

本発明は、石炭などの化石燃料を燃焼器、例えば、ボイラ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に関するものである。

上記したような排煙脱硝装置は、例えば、石炭焚きボイラ（化石燃料の燃焼器）からの垂直煙道に続いて配置される脱硝反応器を有し、石炭焚きボイラから排出される石炭の燃焼排ガスが、垂直煙道を経てこの脱硝反応器に設置された脱硝触媒の層を上方から下方に通過する過程において、この脱硝触媒の上流側で注入されたＮＨ₃と排ガス中に含まれる窒素酸化物との脱硝反応が進むことで窒素酸化物を除去するようになっている。

ここで、排ガス中には、煤塵（フライアッシュ）のほか、塊状灰などの固形物が含まれる場合もあり、特に粒径の大きな塊状灰は脱硝反応器のボイラに近い缶前側に堆積し易く、また、このような塊状灰が脱硝触媒に堆積した場合には、脱硝触媒の目詰まりによって排ガスの流動が妨げられて、ボイラプラントの運転に支障を来たす。

従来において、このような脱硝触媒の目詰まりの原因となる大粒の塊状灰を除去するようにした排煙脱硝装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。

この排煙脱硝装置は、脱硝触媒と、この脱硝触媒の上流側に位置して塊状灰を含んだ排ガスの流れる方向を変えるガイドベーンと、このガイドベーンと脱硝触媒の缶前側との間に位置して排ガスを流しつつ塊状灰のみを捕らえる捕捉部と、この捕捉部で捕らえた塊状灰を外部容器に移送する移送機構を備えている。

この排煙脱硝装置において、脱硝触媒に排ガスを流して窒素酸化物を除去する間、排ガスに乗って運ばれる塊状灰の進む方向をガイドベーンにより変えて捕捉部で捕らえ、この捕捉部で捕らえた塊状灰を移送機構によって排ガスの系統外に移送するようにしている。

特開2010-264401号公報

上記した従来の排煙脱硝装置では、排ガスに乗って運ばれる塊状灰の進む方向を変えるガイドベーンを排ガスの流れに対して傾斜させているので、ガイドベーンに生じる煤塵や塊状灰との接触による摩耗の度合いは少なくなる。

加えて、上記した従来の排煙脱硝装置の移送機構では、脱硝触媒の上流側及び下流側の間に生じる圧力差によって、捕捉部で捕らえた塊状灰を排ガスの系統外に自動的に移送するようにしているので、捕捉部に堆積した塊状灰が漏れ落ちて脱硝触媒の目詰まりを引き起こすなどといった不具合が皆無となる。

このように、上記した従来の排煙脱硝装置では、保守管理コストの低減を実現可能なうえ、排ガス中に含まれる大粒の塊状灰を高効率且つ確実に除去することができるが、最近において、より構成の簡略化が求められており、この要求に応じた排煙脱硝装置の開発が当面の課題となっている。

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、装置構成の簡略化を実現したうえで、安定した運用が可能な排煙脱硝装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、燃料を燃焼器で燃焼させる際に生じる排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置であって、前記燃焼器に接続する煙道に配置されて前記燃焼器から排出される排ガスにアンモニアを注入するアンモニア注入ノズルと、前記煙道に接続してアンモニアが注入された排ガスを上方から下方に流すダクトと、前記ダクト内に設置されて、該ダクトを前記燃焼器に近い缶前側流路及び前記燃焼器から遠い缶後側流路に区分けする仕切り板と、前記缶後側流路に配置された脱硝触媒と、前記缶前側流路と前記煙道との間に配置されて、前記缶前側流路に流入する排ガスの流速Ｖ１を前記缶後側流路に流入して前記脱硝触媒を通過する排ガスの流速Ｖ２に該流速Ｖ２を超えない範囲で近づけるべく、すなわち、Ｖ１≦Ｖ２とするべく、前記缶前側流路に流入する排ガスを前記煙道における前記アンモニア注入ノズルの上流側に戻して循環させる排ガス循環ファンと、前記缶前側流路の下方側に配置されて該缶前側流路に流速Ｖ１で流入する排ガスに乗って運ばれて落下する塊状灰を捕える灰回収ホッパを備えた構成としている。

本発明の第２の態様において、前記煙道における前記アンモニア注入ノズルの上流側には、前記排ガス循環ファンによって戻される前記缶前側流路に流入した排ガスを分散して噴出させる複数個のノズルが設置されている構成としている。

本発明の第３の態様において、前記煙道における前記アンモニア注入ノズルの上流側には、前記排ガス循環ファンによって戻される前記缶前側流路に流入した排ガスをまとめて噴出させる1個のノズルが設置されている構成としている。

本発明の第４の態様において、前記仕切り板は、前記ダクトの缶前側壁面と缶後側壁面とを結ぶダクト奥行幅寸法の前記缶前側壁面から３０〜５０％に位置している構成としている。

ここで、ダクト内において仕切り板により区分けされる缶前側流路及び缶後側流路のうちの缶前側流路がダクト内で占める割合が小さすぎると、排ガスに乗って運ばれて落下する脱硝触媒の缶前側に堆積し易い塊状灰の回収量が少なくなり、一方、缶前側流路がダクト内で占める割合が大きすぎると、缶後側流路に流入する排ガスの量が減って脱硝率が低下するので、上記のように、仕切り板をダクト奥行幅寸法の缶前側壁面から３０〜５０％に設置することとした。

ダクトの上端には通常上端連結煙道が接続され、この上端連結煙道とダクトとの接続部分には、排ガスの水平な流れを上方から下方への流れに変えるガイドベーンが、ダクト奥行方向に複数枚配置される。例えば、８〜１０枚のガイドベーンがダクト奥行方向に等間隔（３００ｍｍ）程度で配置される場合には、ダクトの缶前側壁面から３，４枚目のガイドベーンの位置を目安にすれば、仕切り板をダクト奥行幅寸法の缶前側壁面から３０〜５０％の部位に設置することができる。

本発明に係る排煙脱硝装置では、燃焼器で生じる排ガスがダクトの缶後側流路内の脱硝触媒を通過する過程において、ダクトの上流側でアンモニア注入ノズルにより注入されるＮＨ₃と排ガス中に含まれる窒素酸化物との脱硝反応を進行させることで窒素酸化物を除去する。

この間、ダクトの缶前側流路に流入する排ガスの流速Ｖ１を缶後側流路に流入する排ガスの流速Ｖ２に超えない範囲で近づけるべく、排ガス循環ファンが作動して、ダクトの缶前側流路に流入する排ガスを煙道のアンモニア注入ノズルの上流側に戻して循環させているので、排ガスに乗って運ばれる塊状灰は、ダクトの入口で滞ることなく缶前側流路に流速Ｖ１で流入して落下し、缶前側流路の下方側に配置された灰回収ホッパに捕えられることとなる。

つまり、装置構成の簡略化を図りつつ、脱硝触媒の缶前側に堆積する塊状灰を減らし得ることとなり、その結果、安定運用を行い得ることとなる。

また、缶前側流路に流入した排ガスを排ガス循環ファンによって煙道のアンモニア注入ノズルの上流側に戻す場合、複数個のノズルを用いた場合には、煙道において排ガスが分散して噴出するので、複数個のノズルをアンモニア注入ノズルの近傍にも設置し得ることとなり、設置部位の選択の自由度が広がることとなる。一方、1個のノズルを用いた場合には、ノズルの個数が少ない分だけ、構造の簡略化及び低コスト化が図られることとなる。

本発明では、装置構成の簡略化を実現したうえで、安定した運用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を示す概略構成説明図である。図１における排煙脱硝装置の縦断面説明図である。図２に示した排煙脱硝装置のダクト部分における横断面説明図である。本発明の他の実施例による排煙脱硝装置の斜め煙道部分における断面説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１〜図３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）１で化石燃料を燃焼させる際に生じる排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去するものであって、石炭焚きボイラ１の節炭部１ａから煙突Ｐに至るまでの排ガス処理煙道２の最も上流側に配置されている。

この排煙脱硝装置１０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、脱硫装置７及び押込みファン８が順次配置されており、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１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装置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にも示すように、石炭焚きボイラ１の節炭部１ａに斜め煙道２ａ，垂直煙道２ｂ及び上端連結煙道２ｃを介して接続されるダクト１１と、このダクト１１内に配置される脱硝触媒１２と、上端連結煙道２ｃ及びダクト１１の接続部分に配置されて、上端連結煙道２ｃから導入される排ガスがダクト１１の内部を上から下に向けて流れるようにするガイドベーン１３と、垂直煙道２ｂに配置されて、排ガスにアンモニアを注入するアンモニア注入ノズル１４を備えている。

この場合、ダクト１１は、仕切り板１５を介して石炭焚きボイラ１に近い缶前側流路１１Ｆ及び石炭焚きボイラ１から遠い缶後側流路１１Ｒに区分けされており、脱硝触媒１２は、缶後側流路１１Ｒにこの缶後側流路１１Ｒを横断するようにして複数段（この実施例では３段）設置されている。

一方、ダクト１１の缶前側流路１１Ｆの下端には、灰回収ホッパ１６が接続されている。また、ダクト１１の缶前側流路１１Ｆと斜め煙道２ａとの間には、排ガス循環ファン１７が配置されている。

この排ガス循環ファン１７は、缶前側流路１１Ｆに流入する白抜き矢印で示す排ガスの一部を斜め煙道２ａに戻すことで、缶後側流路１１Ｒを流れる黒太矢印で示す排ガスの流速Ｖ２（４．５〜５．５ｍ／ｓ）に、缶前側流路１１Ｆを流れる排ガスの流速Ｖ１を近づけるようにしており、缶前側流路１１Ｆから戻された排ガスは、斜め煙道２ａのアンモニア注入ノズル１４の上流側において、複数個のノズル１８から噴出するようになっている。

この際、ダクト１１内において仕切り板１５で区分けされる缶前側流路１１Ｆ及び缶後側流路１１Ｒのうちの缶前側流路１１Ｆがダクト１１内で占める割合が小さすぎると、排ガスに乗って運ばれて落下する缶前側に堆積し易い塊状灰Ｄの回収量が少なくなり、一方、缶前側流路１１Ｆがダクト１１内で占める割合が大きすぎると、缶後側流路１１Ｒに流入する排ガスの量が減って脱硝率が低下するので、この実施例では、仕切り板１５をダクト奥行幅寸法ｄの缶前側壁面から約３０％の部位（缶前側壁面から３枚目のガイドベーン１３の位置）に設置している。

この実施例に係る排煙脱硝装置１０では、石炭焚きボイラ１で生じる排ガスがダクト１１の缶後側流路１１Ｒ内の脱硝触媒１２を通過する過程において、ダクト１１の上流側でアンモニア注入ノズル１４により注入されるＮＨ₃と排ガス中に含まれる窒素酸化物との脱硝反応を進行させることで窒素酸化物を除去する。

この間、ダクト１１の缶前側流路１１Ｆに流入する白抜き矢印で示す排ガスの流速Ｖ１を缶後側流路１１Ｒに流入する黒太矢印で示す排ガスの流速Ｖ２に近づけるべく、排ガス循環ファン１７が作動して、ダクト１１の缶前側流路１１Ｆに流入する排ガスを斜め煙道２ａのアンモニア注入ノズル１４の上流側に戻して循環させているので、排ガスに乗って運ばれる塊状灰Ｄは、ダクト１１の入口で滞ることなく缶前側流路１１Ｆに流速Ｖ１で流入して落下し、缶前側流路１１Ｆの下方側に配置された灰回収ホッパ１６に捕えられることとなる。

つまり、装置構成の簡略化を図りつつ、脱硝触媒１２の缶前側に堆積する塊状灰Ｄを減らし得ることとなり、その結果、安定運用を行い得ることとなる。

また、この実施例に係る排煙脱硝装置１０では、缶前側流路１１Ｆに流入した排ガスを排ガス循環ファン１７によって斜め煙道２ａのアンモニア注入ノズル１４の上流側に戻す際に、複数個のノズル１８を用いることで排ガスが分散して噴出するようにしているので、これらのノズル１８をアンモニア注入ノズル１４の近傍位置に設置し得ることとなり、したがって、ノズル１８の設置部位選択の自由度が広がることとなる。

なお、缶前側流路１１Ｆに流入した排ガスを排ガス循環ファン１７によって斜め煙道２ａのアンモニア注入ノズル１４の上流側に戻す際に、図４に部分的に示すように、1個のノズル２８を用いた場合には、ノズル２８の個数が少ない分だけ、構造の簡略化及び低コスト化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い。

１石炭焚きボイラ（燃焼器）
２ａ斜め煙道
２ｂ垂直煙道
２ｃ上端連結煙道
１０排煙脱硝装置
１１ダクト
１１Ｆ缶前側流路
１１Ｒ缶後側流路
１２脱硝触媒
１４アンモニア注入ノズル
１５仕切り板
１６灰回収ホッパ
１７排ガス循環ファン
１８，２８ノズル
Ｄ塊状灰
ｄダクト奥行幅寸法

Claims

燃料を燃焼器で燃焼させる際に生じる排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置であって、
前記燃焼器に接続する煙道に配置されて前記燃焼器から排出される排ガスにアンモニアを注入するアンモニア注入ノズルと、
前記煙道に接続してアンモニアが注入された排ガスを上方から下方に流すダクトと、
前記ダクト内に設置されて、該ダクトを前記燃焼器に近い缶前側流路及び前記燃焼器から遠い缶後側流路に区分けする仕切り板と、
前記缶後側流路に配置された脱硝触媒と、
前記缶前側流路と前記煙道との間に配置されて、前記缶前側流路に流入する排ガスの流速Ｖ１を前記缶後側流路に流入して前記脱硝触媒を通過する排ガスの流速Ｖ２に該流速Ｖ２を超えない範囲で近づけるべく、前記缶前側流路に流入する排ガスを前記煙道における前記アンモニア注入ノズルの上流側に戻して循環させる排ガス循環ファンと、
前記缶前側流路の下方側に配置されて該缶前側流路に流速Ｖ１で流入する排ガスに乗って運ばれて落下する塊状灰を捕える灰回収ホッパを備えた排煙脱硝装置。
前記煙道における前記アンモニア注入ノズルの上流側には、前記排ガス循環ファンによって戻される前記缶前側流路に流入した排ガスを分散して噴出させる複数個のノズルが設置されている請求項１に記載の排煙脱硝装置。
前記煙道における前記アンモニア注入ノズルの上流側には、前記排ガス循環ファンによって戻される前記缶前側流路に流入した排ガスをまとめて噴出させる1個のノズルが設置されている請求項１に記載の排煙脱硝装置。
前記仕切り板は、前記ダクトの缶前側壁面と缶後側壁面とを結ぶダクト奥行幅寸法の前記缶前側壁面から３０〜５０％に位置している請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の排煙脱硝装置。