JP6319552B2

JP6319552B2 - 排煙脱硝装置及び排煙脱硝方法

Info

Publication number: JP6319552B2
Application number: JP2013240848A
Authority: JP
Inventors: 幸村　明憲; 明憲幸村
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: JP2015100722A

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ＮＯｘ（窒素酸化物）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煙道に配置されており、排ガスにＮＨ₃を注入する複数のＮＨ₃注入ノズルと、このＮＨ₃注入ノズルのガス流れ下流側に位置してＮＨ₃が注入された排ガスからＮＯｘを除去する脱硝触媒を備えている。

ボイラの運用に伴って、ボイラから排出された排ガス分布パターンが変化すると、脱硝触媒出口におけるＮＯｘ及びＮＨ₃の各濃度分布（脱硝装置出口におけるＮＯｘ濃度分布及びＮＨ₃濃度分布）のばらつきが次第に大きくなるので、上記した排煙脱硝装置では、複数のＮＨ₃注入ノズルの各分配調整弁を操作して、ＮＨ₃注入量の分配調整（ＮＨ₃注入バランス調整）を行うことで、脱硝装置出口におけるＮＯｘ濃度分布及びＮＨ₃濃度分布をそれぞれ平準化するようにしている。

特開平11-179155号公報

ところが、上記した排煙脱硝装置において、複数のＮＨ₃注入ノズルの各分配調整弁を操作して行うＮＨ₃注入バランス調整は、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り、例えば、１００％定格負荷を下回る部分負荷の状態でボイラを運用する場合には、ボイラからの排ガスの濃度分布パターンがさらに変化したとしても、１００％定格負荷の状態の脱硝装置出口におけるＮＯｘ濃度分布及びＮＨ₃濃度分布に対応したＮＨ₃の注入量及びバランスのまま運用しなければならない。

つまり、上記した排煙脱硝装置では、脱硝出口ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ₃濃度分布の平準化が成されないまま運用せざるを得ない場合がないとは言えず、脱硝出口ＮＨ₃濃度の局所的な増大によって、脱硝触媒の排ガス流れ下流側に位置するエアヒータ等の機器内部に酸性硫安の生成による目詰まりが生じる可能性がある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、ボイラ運用の経年変化あるいは負荷状態にかかわらず、平準化した脱硝出口におけるＮＯｘ濃度分布及びＮＨ₃濃度分布をいずれも確保することができ、その結果、脱硝触媒の排ガス流れ下流側に位置する機器に及ぼすＮＨ₃による影響を少なく抑えることが可能である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。

ここで、燃焼器から排出される排ガス中に含まれるＮＯｘについては、煙道内の所定の計測点に配置される周知のＮＯｘ濃度計によって、瞬時に濃度を測定することができる。一方、ＮＨ₃濃度の測定には、化学的な分析を行う必要があるため、瞬時にＮＨ₃濃度を取得することは不可能である。

本発明者は、ＮＯｘ濃度が低い計測点のＮＨ₃濃度が高いことに着目し、脱硝触媒の出口においてＮＯｘ濃度を瞬時に測定して、このＮＯｘ濃度が低い部位を流れる流出排ガスを脱硝触媒の排ガス流れ上流側に戻すことで、脱硝出口ＮＨ₃濃度が局所的に高くなる部位をなくし得ることを見出し、本発明をするに至った。

すなわち、本発明の第１の態様は、燃焼器から排出される排ガスを導く煙道に配置されて、ＮＨ_３を注入して前記排ガス中に含まれるＮＯｘを除去する排煙脱硝装置であって、前記排ガスからＮＯｘを除去する脱硝処理を行う脱硝触媒と、前記脱硝触媒の排ガス流れ下流側で且つ該排ガス流れに対する面内において脱硝出口ＮＯｘ濃度を複数箇所で計測する下流側計測部と、前記排ガスに注入するＮＨ _３の量のバランス調整により脱硝出口ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ _３濃度分布がいずれも平準化された状態において、前記下流側計測部における複数箇所の計測点のうちの局所的に低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍を流れる流出排ガスを吸引して、前記脱硝触媒の排ガス流れ上流側に戻して流す排ガス循環機構を備えている構成としている。
なお、局所的に低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍とは、下流側計測部の複数箇所の計測点で計測した脱硝出口ＮＯｘ濃度の平均値を大幅に下回る脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点とその周囲の数箇所の計測点のことを指す。

また、本発明の第２の態様は、前記脱硝触媒の排ガス流れ上流側で且つ該排ガス流れに対する面内において脱硝入口ＮＯｘ濃度を複数箇所で計測する上流側計測部を備え、前記排ガス循環機構は、前記下流側計測部における複数箇所の計測点のうちの局所的に低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍で吸引した流出排ガスを前記上流側計測部における複数箇所の計測点のうちの局所的に高い脱硝入口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍に戻す構成としている。
この場合も、局所的に高い脱硝入口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍とは、上流側計測部の複数箇所の計測点で計測した脱硝入口ＮＯｘ濃度の平均値を大幅に上回る脱硝入口ＮＯｘ濃度を計測した計測点とその周囲の数箇所の計測点のことを指す。

一方、本発明に係る排煙脱硝方法は、燃焼器から排出される排ガスを導く煙道に配置された脱硝触媒により、ＮＨ_３を注入した排ガス中のＮＯｘを除去するに際して、前記排ガスに注入するＮＨ _３の量のバランス調整を行って脱硝出口ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ _３濃度分布をいずれも平準化させて前記燃焼器の運用を開始し、前記脱硝触媒の排ガス流れ下流側で且つ該排ガス流れに対する面内において脱硝出口ＮＯｘ濃度を複数箇所で計測し、計測した複数の脱硝出口ＮＯｘ濃度のうちの局所的に低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍を流れる流出排ガスを吸引して、前記脱硝触媒の排ガス流れ上流側に戻して流す構成としている。

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。

本発明に係る排煙脱硝装置及び排煙脱硝方法では、まず、適宜時点（適宜負荷条件）で排ガスに注入するＮＨ₃の量のバランス調整を行って、脱硝出口ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ₃濃度分布をいずれも平準化させる。

次いで、燃焼器の運用を開始した段階において、脱硝触媒の排ガス流れ下流側で且つ該排ガス流れに対する面内の複数箇所で脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測する。

そして、脱硝出口ＮＯｘ濃度の低い部位が局所的に発生した場合には、この低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍を流れる流出排ガスを吸引して、脱硝触媒の排ガス流れ上流側に戻して流すと、脱硝出口ＮＨ₃濃度が局所的に高くなっている部位がなくなるので、脱硝触媒の排ガス流れ下流側に位置する機器に及ぼすＮＨ₃による影響を少なく抑え得ることとなる。

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ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ₃濃度分布を確保し得ることとなる。

この際、脱硝触媒の排ガス流れ上流側に上流側計測部を配置して、局所的に低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍で吸引した流出排ガスを上流側計測部の複数箇所の計測点のうちの局所的に高い脱硝入口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍に戻すように成すと、脱硝出口ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ₃濃度分布の平準化がより一層効率よく成されることとなる。

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、脱硝出口ＮＨ₃濃度が局所的に高くなっている部位をなくすことができ、したがって、脱硝触媒の排ガス流れ下流側に位置する機器に及ぼすＮＨ₃による影響を少なく抑え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の排煙脱硝装置を拡大して示す断面説明図（ａ）及び図２（ａ）のＡ−Ａ線位置に基づく断面説明図（ｂ）である。図１に示した排煙脱硝装置の効果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）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ＮＨ₃を注入することでＮＯｘを還元して窒素と水に変換するＮＨ₃注入ノズル１１と、垂直煙道１の上端連結煙道１ａから導入される白抜き矢印で示す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、脱硝触媒１３の排ガス流れ下流側で脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測する下流側計測部１５を備えている。

この下流側計測部１５は、図２（ｂ）に示すように、脱硝触媒１３の排ガス流れに対する面内における複数箇所（この実施例では２４箇所）に計測点（（１，ａ），（１，ｂ），…，（６，ｃ），（６，ｄ））を設定して成っており、これらの計測点（（１，ａ），（１，ｂ），…，（６，ｃ），（６，ｄ））において、周知のＮＯｘ濃度計によってそれぞれ瞬時にＮＯｘ濃度を測定することができるようになっている。

さらに、この排煙脱硝装置１０は、脱硝触媒１３を通過した流出排ガスを脱硝触媒１３の排ガス流れ上流側に戻す排ガス循環機構２０を備えている。

この排ガス循環機構２０は、脱硝触媒１３を通過した流出排ガスを吸引する排ガス吸引部２２と、ダクト１２を横断する方向（図２（ａ），（ｂ）左右方向）に排ガス吸引部２２を往復移動させる吸引駆動部２３と、排ガス吸引部２２で吸引した流出排ガスを脱硝触媒１３の排ガス流れ上流側に圧送する排ガス循環ファン２４と、この排ガス循環ファン２４を介して圧送された流出排ガスを脱硝触媒１３に向けて放出する排ガス放出部２５を具備している。

この排ガス循環機構２０では、下流側計測部１５の複数箇所の計測点（（１，ａ），（１，ｂ），…，（６，ｃ），（６，ｄ））で計測した脱硝出口ＮＯｘ濃度のうちの局所的に低い値の脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍に、吸引駆動部２３によって排ガス吸引部２２を移動させ、この計測点及びその近傍を流れる流出排ガスを排ガス吸引部２２で吸引して、排ガス循環ファン２４及び排ガス放出部２５を介して脱硝触媒１３の排ガス流れ上流側に戻すようになっている。

さらに、この排煙脱硝装置１０は、脱硝触媒１３の排ガス流れ上流側で脱硝入口ＮＯｘ濃度を計測する上流側計測部１６を備えている。

この上流側計測部１６も、下流側計測部１５と同様に、脱硝触媒１３の排ガス流れに対する面内における複数箇所に計測点（図示省略）を設定して成っており、これらの計測点において、周知のＮＯｘ濃度計によってそれぞれ瞬時にＮＯｘ濃度を測定することができるようになっている。

この場合、排ガス循環機構２０には、ダクト１２を横断する方向（図２（ａ），（ｂ）左右方向）に排ガス放出部２５を往復移動させる放出駆動部２６が具備されており、この排ガス循環機構２０では、局所的に低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍で吸引した流出排ガスを脱硝触媒１３の排ガス流れ上流側に戻す際に、上流側計測部１６の複数箇所の計測点のうちの局所的に高い脱硝入口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍に、放出駆動部２６によって排ガス放出部２５を移動させるようになっている。

つまり、この排ガス循環機構２０では、例えば、図３の左側に示すように、局所的に低い脱硝出口ＮＯｘ濃度（高い脱硝出口ＮＨ₃濃度）を計測した計測点（５，ｂ）及びその近傍の計測点（５，ａ），（５，ｃ）の流出排ガスを吸引して、脱硝触媒１３の排ガス流れ上流側の局所的に高い脱硝入口ＮＯｘ濃度（低い脱硝入口ＮＨ₃濃度）を計測した計測点及びその近傍に戻すようになっている。

この実施例に係る排煙脱硝装置１０では、まず、適宜時点（適宜負荷条件）で複数のＮＨ₃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ＮＨ₃の量のバランス調整を行って、脱硝出口ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ₃濃度分布をいずれも平準化させる。

次いで、ボイラＢの運用を開始した段階において、脱硝触媒１３の排ガス流れ下流側に位置する下流側計測部１５の複数箇所の計測点（（１，ａ），（１，ｂ），…，（６，ｃ），（６，ｄ））で脱硝出口ＮＯｘ濃度を定期的に計測して、脱硝出口ＮＯｘ濃度の平均値を算出する。

そして、この脱硝出口ＮＯｘ濃度の平均値を下回る部位が局所的に発生した場合には、この平均値を下回る脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍（図３左側では計測点（５，ｂ）及びその近傍の計測点（５，ａ），（５，ｃ））を流れる流出排ガスを排ガス循環機構２０の排ガス吸引部２２により吸引して、脱硝触媒１３の排ガス流れ上流側に戻して流すと、図３右側に示すように、脱硝出口ＮＨ₃濃度が局所的に高くなっている部位がなくなるので、脱硝触媒１３の排ガス流れ下流側に位置するエアヒータ３等の機器に及ぼすＮＨ₃による影響を少なく抑え得ることとなる。

この際、上流側計測部１６の複数箇所の計測点で脱硝入口ＮＯｘ濃度を定期的に計測して、脱硝入口ＮＯｘ濃度の平均値を算出しておき、この平均値を上回る部位が局所的に存在する場合には、上流側計測部１６の複数箇所の計測点のうちの平均値を上回る脱硝入口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍に排ガス循環機構２０の排ガス放出部２５を移動させて、これらの部位に計測点（５，ｂ）及びその近傍の計測点（５，ａ），（５，ｃ）で吸引した脱硝出口ＮＯｘ濃度の低い流出排ガスを戻すように成すと、脱硝出口ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ₃濃度分布の平準化が効率よく成されることとなる。

つまり、この実施例に係る排煙脱硝装置１０では、運用時の負荷の大小にかかわらず、平準化した脱硝出口ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ₃濃度分布を確保し得ることとなって、脱硝出口ＮＨ₃濃度が局所的に高くなっている部位をなくし得ることとなる。

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、他の構成として、例えば、脱硝出口ＮＯｘ濃度の低い部位が局所的に発生した場合に、この低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した下流側計測部１５の計測点及びその近傍を流れる流出排ガスを排ガス循環機構２０の排ガス吸引部２２によって自動的に吸引して、脱硝触媒１３の排ガス流れ上流側に戻して流すようにしてもよい。

１垂直煙道
１０排煙脱硝装置
１３脱硝触媒
１５下流側計測部
１６上流側計測部
２０排ガス循環機構
２２排ガス吸引部（排ガス循環機構）
２３吸引駆動部（排ガス循環機構）
２４排ガス循環ファン（排ガス循環機構）
２５排ガス放出部（排ガス循環機構）
２６放出駆動部（排ガス循環機構）
Ｂ石炭焚きボイラ（燃焼器）

Claims

燃焼器から排出される排ガスを導く煙道に配置されて、ＮＨ_３を注入して前記排ガス中に含まれるＮＯｘを除去する排煙脱硝装置であって、
前記排ガスからＮＯｘを除去する脱硝処理を行う脱硝触媒と、
前記脱硝触媒の排ガス流れ下流側で且つ該排ガス流れに対する面内において脱硝出口ＮＯｘ濃度を複数箇所で計測する下流側計測部と、
前記排ガスに注入するＮＨ _３の量のバランス調整により脱硝出口ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ _３濃度分布がいずれも平準化された状態において、前記下流側計測部における複数箇所の計測点のうちの局所的に低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍を流れる流出排ガスを吸引して、前記脱硝触媒の排ガス流れ上流側に戻して流す排ガス循環機構を備えている排煙脱硝装置。
前記脱硝触媒の排ガス流れ上流側で且つ該排ガス流れに対する面内において脱硝入口ＮＯｘ濃度を複数箇所で計測する上流側計測部を備え、前記排ガス循環機構は、前記下流側計測部における複数箇所の計測点のうちの局所的に低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍で吸引した流出排ガスを前記上流側計測部における複数箇所の計測点のうちの局所的に高い脱硝入口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍に戻す請求項１に記載の排煙脱硝装置。
燃焼器から排出される排ガスを導く煙道に配置された脱硝触媒により、ＮＨ_３を注入した排ガス中のＮＯｘを除去するに際して、
前記排ガスに注入するＮＨ _３の量のバランス調整を行って脱硝出口ＮＯｘ濃度分布及び脱硝出口ＮＨ _３濃度分布をいずれも平準化させて前記燃焼器の運用を開始し、
前記脱硝触媒の排ガス流れ下流側で且つ該排ガス流れに対する面内において脱硝出口ＮＯｘ濃度を複数箇所で計測し、
計測した複数の脱硝出口ＮＯｘ濃度のうちの局所的に低い脱硝出口ＮＯｘ濃度を計測した計測点及びその近傍を流れる流出排ガスを吸引して、前記脱硝触媒の排ガス流れ上流側に戻して流す排煙脱硝方法。