JP6428964B1 - 脱硝触媒の劣化評価方法 - Google Patents
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Abstract
石炭を用いる火力発電システムにおいて、石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置内に配置される脱硝触媒の劣化評価方法であって、前記脱硝触媒の中間層から採取した測定サンプルの表面に堆積している、粒径2μm以下の粒子を含む被覆層の平均厚さを測定し、平均厚さと脱硝率との相関関係に基づいて、脱硝率を予測し、予測された脱硝率を用いて脱硝触媒の劣化を評価する。
Description
(1)石炭を用いる火力発電システムにおいて、石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置内に配置される脱硝触媒の劣化評価方法であって、前記脱硝触媒の中間層から採取した測定サンプルの表面に堆積している、粒径2μm以下の粒子を含む被覆層の平均厚さを測定し、前記平均厚さが大きいほど脱硝率が低くなるという相関関係に基づいて、前記脱硝率を予測することで、前記脱硝触媒の劣化を評価する劣化評価方法。
<1.石炭火力発電設備の構成>
図1は、本実施形態の劣化評価方法を実施する石炭火力発電設備10の構成を示す。石炭火力発電設備10は、石炭バンカ20と、給炭機25と、微粉炭機30と、燃焼ボイラ40と、燃焼ボイラ40の下流側に設けられた排気通路50と、この排気通路50に設けられた脱硝装置60、空気予熱器70、電気集塵装置90、ガスヒータ(熱回収用)80、誘引通風機210、脱硫装置220、ガスヒータ(再加熱用)230、脱硫通風機240、及び煙突250と、を備える。
微粉炭機30としては、ローラミル、チューブミル、ボールミル、ビータミル、インペラーミル等が用いられる。
石炭灰の主成分は、シリカ(SiO2)40〜70%、アルミナ(Al2O3)20〜40%であり、他に酸化鉄(Fe2O3)、カルシウム(CaO)、カリウム(K2O)、マグネシウム(MgO)、ナトリウム(Na2O)等が少量含まれる。
脱硝触媒層62は、脱硝反応器61の内部に、排ガスの流路に沿って所定間隔をあけて複数段(本実施形態では3段)配置される。
ハニカム触媒は、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴が形成された長尺状(直方体状)に形成される。そして、複数のハニカム触媒は、排ガス流通穴が排ガスの流路に沿うように配置される。ハニカム触媒としては、例えば、150mm×150mm×860mmの直方体形状で目開き6mm×6mmの排ガス流通穴が400個(20×20)形成されたものが用いられる。上記目開きは排ガス流速に併せて調節されており、ダストによるハニカム触媒の閉塞や摩耗が防止されている。また、一層の脱硝触媒層62には、例えば、9000本から10000本のハニカム触媒が設置される。
ハニカム触媒は、五酸化バナジウムや酸化タングステン等の触媒活性成分を酸化チタンや酸化ジルコニウム等と練り合わせた後、押出成形することで形成される。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
煙突250は、排気通路50における脱硫通風機240の下流側に配置される。煙突250には、ガスヒータ230で加熱された排ガスが導入される。煙突250は、排ガスを排出する。
以下、脱硝触媒の劣化評価方法に関し、各測定画像を参照して詳細に説明する。
図3は、上記のハニカム触媒(短手150mm×150mm×長手860mmの直方体形状で目開き6mm×6mmの排ガス流通穴が400個(20×20)形成されたもの)について、使用開始から11年程度の脱硝触媒の入口付近での、短手方向に沿った断面の触媒表面付近における走査型電子顕微鏡(SEM)画像(×5000倍)である。また、図4は、同種のハニカム触媒について、使用開始から1年程度の脱硝触媒の中間付近での、短手方向に沿った断面の触媒表面付近における走査型電子顕微鏡(SEM)画像(×5000倍)である。また、図5は、使用開始から1年程度の脱硝触媒の中間付近での、短手方向に沿った断面の触媒表面付近における走査型電子顕微鏡(SEM)画像(×20000倍)である。また、図6は、使用開始から2年程度の脱硝触媒の中間付近での、短手方向に沿った断面の触媒表面付近における走査型電子顕微鏡(SEM)画像(×5000倍)であり、とりわけ被覆層中に空隙が多い箇所での画像である。なお測定は以下の条件にて行った。図1〜4において、画像下方が脱硝触媒である。
[測定機器]電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)(日立ハイテクノロジーズ製、SU8020)
[測定条件]加速電圧5.0kV
図8は、被覆層の平均厚さを算出するための測定サンプルの採取箇所を示す。以下の表1に示す、長手方向の長さが860mmの脱硝触媒A〜脱硝触媒Eの各々につき、長手方向に入口層/中間層/出口部に三等分し、入口層に関しては、排ガス入口側から50mm〜80mmの範囲から、中間層に関しては、排ガス入口側から387mm〜417mmの範囲から、測定サンプルを採取し、被覆層の平均厚さを算出した。
更に、上記の繰り返しとなるが、脱硝触媒の入口層で測定サンプルを採取すると、サンプル採取箇所が少し前後にずれただけで、被覆層の平均厚さの測定値が大幅にずれる可能性がある所、脱硝触媒の中間層で測定サンプルを採取することにより、測定値のバラつきは小さくなる。
従って、脱硝触媒の中間層から採取した測定サンプルを用いて脱硝率を予測することで、脱硝触媒の劣化をより正確に評価することが可能となる。
以上本実施形態の石炭火力発電設備10における脱硝触媒の劣化評価方法によれば、以下のような効果を奏する。
60 脱硝装置
Claims (5)
- 石炭を用いる火力発電システムにおいて、石炭の燃焼によって生じる排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置内に配置される脱硝触媒の劣化評価方法であって、
前記脱硝触媒の中間層から採取した測定サンプルの表面に堆積している、粒径2μm以下の粒子を含む被覆層の平均厚さを測定し、前記平均厚さが大きいほど脱硝率が低くなるという相関関係に基づいて、前記脱硝率を予測することで、前記脱硝触媒の劣化を評価する劣化評価方法。 - 前記平均厚さを測定する際、前記測定サンプルの断面画像に含まれる被覆層の面積を、前記断面画像の幅で除算することにより、前記平均厚さを算出する、請求項1に記載の劣化評価方法。
- 前記平均厚さを測定する際、前記断面画像に含まれる被覆層の面積から、前記被覆層中の空隙の面積を減算し、更に、前記断面画像の幅で除算することにより、前記平均厚さを算出する、請求項2に記載の劣化評価方法。
- 前記平均厚さを測定する際、前記断面画像として複数の画像を用いる、請求項2又は3に記載の劣化評価方法。
- 前記平均厚さを測定する際、前記断面画像として、倍率5000〜10000倍の顕微鏡画像を用いる、請求項2〜4のいずれか1項に記載の劣化評価方法。
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