JP6504314B1

JP6504314B1 - 脱硝装置

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Publication number: JP6504314B1
Application number: JP2018515904A
Authority: JP
Inventors: 敏和吉河; 健治引野; 啓一郎盛田
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: WO2019130572A1; JPWO2019130572A1

Abstract

排ガスに含まれる微粒子を捕捉する微粒子捕捉層を脱硝触媒層の上流側に当接又は近接するように配置することにより、脱硝触媒の劣化を抑制できる脱硝装置を提供する。石炭火力発電設備１における脱硝装置６０を、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴６２４が形成されたハニカム構造体、及びハニカム構造体に担持された脱硝触媒を含む複数のハニカム触媒６２２を有する脱硝触媒層６２５と、脱硝触媒層６２５の上流側に当接又は近接して配置され、複数の排ガス流通穴６２４が形成された複数のハニカム構造体６２３を有する微粒子捕捉層６２６と、を含んで構成した。

Description

本発明は、石炭火力発電所に配置される脱硝装置に関する。より詳しくは、脱硝触媒の劣化を抑制できる脱硝装置に関する。

石炭火力発電所では、石炭の燃焼に伴い窒素酸化物が発生するが、大気汚染防止法等により、窒素酸化物の排出は一定水準以下に抑えることが必要となっている。そこで発電所では、窒素酸化物を還元分解するために脱硝装置を設置している。この脱硝装置には、五酸化バナジウム等の活性成分を含む脱硝触媒が配置されており、ここにアンモニアを共存させることで、高温下の還元反応により脱硝を実現している。

脱硝触媒は、一般に３００℃〜４００℃の高温雰囲気下で効率的に作動するため、ボイラにおいて石炭を燃焼させた直後の煤塵が非常に多く含まれた排ガスを脱硝させる必要がある。この排ガスに含まれた石炭灰等の微粒子が、脱硝触媒の表面に付着することにより、その触媒活性は徐々に低下する。このように、脱硝触媒が劣化すると、十分に窒素酸化物を還元分解することができなくなるため、定期的に触媒を取替え又は再生する必要がある。

脱硝触媒の取替え、再生等による脱硝装置の維持管理コストの低減のために、従来から脱硝触媒の延命化が図られている。例えば、特許文献１では、脱硝触媒層の上流側に微粒子吸着層を配置することにより、脱硝触媒の劣化を防止する方法が開示されている。すなわち、微粒子を捕捉する吸着層を脱硝触媒層の手前に配置することにより、脱硝触媒の表面への微粒子の被覆を抑制することを特徴としている。

特開２０１７−０３２２１２号公報

ところで、本発明者らは、脱硝触媒の劣化のメカニズムにつき、さらに鋭意検討した結果、脱硝触媒層の入口付近での排ガスの流れが、脱硝触媒の表面への微粒子の付着に影響しており、シリカを主成分とする微粒子が脱硝触媒層の入口付近に溜まる傾向があることを見出した。

上記の知見を利用して、本発明は、排ガスに含まれる微粒子を捕捉する微粒子捕捉層を脱硝触媒層の上流側に近接するように配置することにより、脱硝触媒の劣化を抑制できる脱硝装置を提供することを目的とする。

本発明は、石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機及び該微粉炭機において製造された微粉炭を燃焼させる燃焼ボイラを備える石炭火力発電設備の該燃焼ボイラの下流側に配置され、前記燃焼ボイラで微粉炭が燃焼されて発生した排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴が形成されたハニカム構造体及び該ハニカム構造体に担持された脱硝触媒を含む複数のハニカム触媒を有する脱硝触媒層と、前記脱硝触媒層の上流側に６０ｍｍ〜３００ｍｍの空間を設けて配置され、複数の排ガス流通穴が形成された複数のハニカム構造体を有する微粒子捕捉層と、を備える脱硝装置に関する。

また、前記脱硝触媒層のハニカム触媒及び前記微粒子捕捉層のハニカム構造体が収容される触媒モジュールを備えることが好ましい。

また、前記脱硝触媒層を構成するハニカム構造体は、多孔質材料からなり、前記微粒子捕捉層を構成するハニカム構造体は、前記多孔質材料と同一の多孔質材料からなることが好ましい。

また、前記多孔質材料は、セラミック材料であることが好ましい。

また、前記微粒子捕捉層は、排ガス流路方向の長さが、前記脱硝触媒層よりも短いことが好ましい。

また、前記脱硝装置は、複数の脱硝触媒層を含み、全ての脱硝触媒層の上流側に前記微粒子捕捉層が配置されることが好ましい。

本発明によれば、排ガスに含まれる微粒子を捕捉する微粒子捕捉層を脱硝触媒層の上流側に近接するように配置することにより、脱硝触媒の劣化を抑制できる脱硝装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る石炭火力発電設備の構成を示す図である。図１に示す燃焼ボイラの付近を拡大して示す図である。図１に示す脱硝装置の付近を拡大して示す図である。脱硝装置を構成する脱硝ユニットの構造を模式的に示す図である。第１実施形態の脱硝ユニットを構成する触媒モジュールを、排ガス流入面の長手方向に平行に切断した縦断面図である。ハニカム触媒の表面を覆うシリカ層の厚さの分布を示す図である。第２実施形態の脱硝ユニットを構成する触媒モジュールを、排ガス流入面の長手方向に平行に切断した縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態の脱硝装置６０は、図１に示すように、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、ガスヒータ（熱回収用）８０、電気集塵装置９０、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とを備える石炭火力発電設備１に配置される。

石炭バンカ２０は、石炭サイロ（図示しない）から運炭設備によって供給された石炭を貯蔵する。給炭機２５は、石炭バンカ２０から供給された石炭を所定の供給スピードで微粉炭機３０に供給する。
微粉炭機３０は、給炭機２５から供給された石炭を粉砕して微粉炭を製造する。微粉炭機３０においては、石炭は、平均粒径６０μｍ〜８０μｍに粉砕される。また、微粉炭の粒度分布は、１５０μｍ以上が１０％〜１５％、７５μｍ〜１５０μｍが３０％〜４０％、７５μｍ未満が４５％〜６０％程度となる。
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。

燃焼ボイラ４０は、微粉炭機３０から供給された微粉炭を、強制的に供給された空気と共に燃焼する。微粉炭を燃焼することによりクリンカアッシュ及びフライアッシュ等の石炭灰が生成されると共に、排ガスが発生する。
尚、クリンカアッシュとは、微粉炭を燃焼させた場合に発生する石炭灰のうち、燃焼ボイラ４０の底部に落下した塊状の石炭灰をいう。また、フライアッシュとは、微粉炭を燃焼させた場合に発生する石炭灰のうち、燃焼ガス（排ガス）と共に吹き上げられて排気通路５０側に流通する程度の粒径（粒径２００μｍ程度以下）の球状の石炭灰をいう。

図２を参照して、燃焼ボイラ４０について詳しく説明すると、図２において、燃焼ボイラ４０は全体として略逆Ｕ字状をなしており、図中矢印に沿って排ガス（燃焼ガス）が逆Ｕ字状に移動した後、２次節炭器４１ｅを通過後に、再度小さくＵ字状に反転する。

燃焼ボイラ４０の下方には、燃焼ボイラ４０の内部のバーナーゾーン４１ａ’付近で微粉炭を燃焼するためのバーナ４１ａが配置されている。また、燃焼ボイラ４０の内部のＵ字頂部付近には、第一の過熱器４１ｂが配置されており、更にそこから第二の過熱器４１ｃが続いて配置されている。更に、第二の過熱器４１ｃの終端付近からは、１次節炭器４１ｄ、２次節炭器４１ｅが２段階に設けられている。ここで、節炭器（ＥＣＯとも呼ばれる）は、排ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群である。

以上の燃焼ボイラ４０によれば、バーナーゾーン４１ａ’において微粉炭が燃焼される。微粉炭の燃焼温度は、１３００℃から１５００℃に及び、燃焼によって生成される石炭灰は、矢印の方向に沿って上昇して排ガスと共に第一の過熱器４１ｂ、第二の過熱器４１ｃ、１次節炭器４１ｄ、及び２次節炭器４１ｅを順次通過する。燃焼ガスは、ボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群を通過することによって熱交換され、４５０℃〜５００℃程度に温度が低下する。排ガスがバーナーゾーン４１ａ’から節炭器付近まで到達するまでに要する時間は、おおむね５秒から１０秒である。

排気通路５０は、燃焼ボイラ４０の下流側に配置され、燃焼ボイラ４０で発生した排ガス及び生成された石炭灰を流通させる。この排気通路５０には、上述のように、脱硝装置６０、空気予熱器７０、ガスヒータ（熱回収用）８０、電気集塵装置９０、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が配置される。

脱硝装置６０は、排ガス中の窒素酸化物を除去する。本実施形態では、脱硝装置６０は、比較的高温（３００℃〜４００℃）の排ガス中に還元剤としてアンモニアガスを注入して、脱硝触媒との作用により排ガス中の窒素酸化物を無害な窒素と水蒸気に分解する、いわゆる乾式アンモニア接触還元法により排ガス中の窒素酸化物を除去する。

脱硝装置６０は、図３に示すように、脱硝反応器６１と、この脱硝反応器６１の内部に配置される複数段の脱硝ユニット６２、６２、６２と、脱硝ユニット６２の上流側に配置される整流層６３と、脱硝反応器６１の入口付近に配置される整流板６４と、脱硝反応器６１の上流側に配置されるアンモニア注入部６５と、を備える。

脱硝反応器６１は、脱硝装置６０における脱硝反応の場となる。
脱硝ユニット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。

整流層６３は脱硝反応器６１における排ガスの流路を区画する。整流層６３は、排気通路５０を流通し脱硝反応器６１に導入される排ガスを整流して脱硝ユニット６２に均等に導く。

整流板６４は、脱硝反応器６１の入口の近傍における整流層６３よりも上流側に配置される。より具体的には、整流板６４は、脱硝反応器６１又は排気通路５０の内壁における屈曲部分に配置され、内壁から内面側に突出する。整流板６４は、排気通路５０又は脱硝反応器６１における屈曲部分における排ガスの流れを整える。

アンモニア注入部６５は、脱硝反応器６１の上流側に配置され、排気通路５０にアンモニアを注入する。

上記の脱硝装置６０によれば、まず、アンモニア注入部６５において、排気通路５０を流通する高温の排ガス（３００℃〜４００℃）にアンモニアが注入される。アンモニアが注入された排ガスは、整流板６４により整流された状態で、整流層６３を通過して、脱硝ユニット６２に導入される。

脱硝ユニット６２は、図４に示すように、同一平面上に配置された複数の触媒モジュール６２１を備える。触媒モジュール６２１には、脱硝触媒が担持された複数のハニカム構造体を含むハニカム触媒６２２及び脱硝触媒が担持されていないハニカム構造体６２３が収容されている。

触媒モジュール６２１は、一端及び他端が開放された角筒状の金属部材により構成される。触媒モジュール６２１は、開放された一端及び他端が脱硝反応器６１における排ガスの流路に向かい合うように、つまり、触媒モジュール６２１の内部を排ガスが流通するように配置される。また、複数の触媒モジュール６２１は、脱硝反応器６１における排ガスの流路を塞ぐように、触媒モジュール６２１同士が当接した状態で連結されて配置される。

触媒モジュール６２１の内側の下流側にはハニカム触媒６２２が収容され、上流側にはハニカム構造体６２３が収容される。ここで、ハニカム構造体とは、仕切壁で囲まれた開孔が隣接して複数形成された形状を有する構造体である。開孔の形状はどのような形状でもよく、例えば、三角柱、四角柱、六角柱等の多角柱や円柱等が挙げられる。

ハニカム触媒６２２は、多孔質材料により構成されるハニカム構造体を備える。本実施形態では、ハニカム触媒６２２は直方体であり、その長手方向が排ガスの流路に沿うように配置される。また、ハニカム触媒６２２は、排ガスの流路に沿うように延びる排ガス流通穴６２４が複数形成される。排ガス流通穴６２４は、ハニカム触媒６２２の長手方向に延びる四角柱状の開孔である。

本実施形態のハニカム触媒６２２のハニカム構造体は、酸化チタンや酸化ジルコニウム等の耐熱性、耐食性を有するセラミック材料を押出形成した後、所定の温度で加熱することにより形成される。

上述のように、ハニカム触媒６２２は、ハニカム構造体に脱硝触媒が担持されている。脱硝触媒は、ハニカム構造体に担持された状態で、排ガス中に含まれる窒素酸化物の還元反応を促進させる。触媒としては、バナジウムやタングステン等を用いることができる。本実施形態では、ハニカム触媒６２２は、脱硝触媒をセラミック材料に練り合わせた後、押出成形し、更に加熱することにより形成される。

脱硝ユニット６２に導入されたアンモニアを含む排ガスが、ハニカム触媒６２２の排ガス流通穴６２４を通過するときに、以下の化学反応式に従って、窒素酸化物とアンモニアとが反応し、無害な窒素と水蒸気に分解される。
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ

ハニカム構造体６２３は、ハニカム触媒６２２に用いられるものと同一の多孔質材料により構成されるハニカム構造体を備える。本実施形態では、ハニカム構造体６２３は直方体であり、排ガスの流路に沿うように延びる排ガス流通穴６２４が複数形成される。ハニカム構造体６２３は、その排ガス流通穴６２４がハニカム触媒６２２の排ガス流通穴６２４と同じ方向を向くように配置される。ハニカム構造体６２３の排ガス流通穴６２４は、ハニカム触媒６２２と同様、四角柱状の開孔である。但し、ハニカム構造体６２３はハニカム触媒６２２と異なり、脱硝触媒が担持されずに構成される。

ハニカム構造体６２３の排ガス流通穴６２４の開孔率は、ハニカム触媒６２２の排ガス流通穴６２４の開孔率以上とすることが好ましい。
本実施形態の脱硝ユニット６２では、ハニカム触媒６２２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。
ハニカム構造体６２３としては、例えば、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１００ｍｍの直方体形状で、同じく目開き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。
触媒モジュール６２１としては、このハニカム触媒６２２を７２本（縦６本×横１２本）及びハニカム構造体６２３を７２本（縦６本×横１２本）収容可能なものが用いられる。
そして、１つの脱硝ユニット６２には、触媒モジュール６２１が１２０〜１５０個用いられる。即ち、一つの脱硝ユニット６２には、９０００本から１００００本のハニカム触媒６２２と、上流側に９０００本から１００００本のハニカム構造体６２３とが設置される。
なお、圧力損失を抑える観点から、開孔率をハニカム触媒６２２の排ガス流通穴６２４よりも、ハニカム構造体６２３の排ガス流通穴６２４の方が大きくなるように構成してもよい。例えば、ハニカム構造体６２３の排ガス流通穴６２４の壁厚を、ハニカム触媒６２２の排ガス流通穴６２４の壁厚よりも薄くすることで、開孔率を上げることができる。

図５は、触媒モジュール６２１を排ガス流入面の長手方向に平行に切断した縦断面図である。図５に示すように、下流側に複数のハニカム触媒６２２を含む脱硝触媒層６２５と、上流側に複数のハニカム構造体６２３を含む微粒子捕捉層６２６とが形成される。
上記の通り、脱硝反応は、ハニカム触媒６２２を含む脱硝触媒層６２５で起こる。一方、微粒子捕捉層６２６では、ハニカム触媒６２２の手前に配置されたハニカム構造体６２３が、排ガスに含まれる微粒子を捕捉する。その結果、ハニカム触媒６２２への微粒子の流入が抑制されて、脱硝触媒層６２５の延命化を図ることができる。

微粒子捕捉層６２６を形成する複数のハニカム構造体６２３は、脱硝触媒層６２５を形成する複数のハニカム触媒６２２に当接した状態で配置される。
また、本実施形態では、脱硝触媒層６２５のハニカム触媒６２２及び微粒子捕捉層６２６のハニカム構造体６２３が１つの触媒モジュールに収容されているが、それぞれ異なる触媒モジュールに収容してもよい。但し、ハニカム構造体６２３は、ハニカム触媒６２２に当接した状態で配置される。

本実施形態では、ハニカム構造体６２３の排ガス流路方向の長さＬ２は、ハニカム触媒６２２の排ガス流路方向の長さＬ１よりも短い。したがって、微粒子捕捉層６２６の排ガス流路方向の長さは、脱硝触媒層６２５の排ガス流路方向の長さよりも短い。具体的には、例えば、Ｌ２の長さは５０ｍｍ〜１２０ｍｍであってもよい。

本実施形態では、３段全ての脱硝ユニット６２において、ハニカム触媒６２２を含む脱硝触媒層６２５の上流側に、ハニカム構造体６２３を含む微粒子捕捉層６２６が配置される。

ハニカム触媒６２２の長手方向の側面には、短手方向に隣り合って配置されるハニカム触媒６２２の間の隙間に排ガスが流入することを防ぐため、シール部材が巻きつけられている。ハニカム触媒６２２と同様に、ハニカム構造体６２３の排ガス流路に沿う側面にも、シール部材が巻きつけられている。
シール部材としては、アルミナやシリカを主成分とした無機繊維及びバインダを混合して構成したセラミックペーパを用いることができる。

ところで、脱硝触媒は、使用により劣化し脱硝率が低下する。脱硝触媒の劣化の原因としては、シンタリング等の熱的劣化、触媒成分の被毒による化学的劣化、及び石炭灰に含まれる微細な粒子が触媒表面を被覆することによる物理的劣化等が挙げられる。本発明者らは、今般、石炭灰の平均的な粒径である数十μｍ以上百μｍ以下程度の範囲に比べて遥かに小さい粒径（１μｍ以下、より詳細には数十ｎｍ程度）の石炭灰に起因するシリカを主成分とする微粒子の堆積物が、脱硝触媒の表面を被覆して被覆層を形成し、それによって、脱硝触媒の閉塞が生じていることを見出した。

また、本発明者らは、上記被覆層が、脱硝触媒層の入口側に、より厚く形成され、脱硝触媒層の出口側に向かうにつれて、その厚さは薄くなることを見出した。
図６は、約１１年間使用して、脱硝率が約６３％となった脱硝触媒層の触媒表面を覆うシリカ層の厚さの分布を示している。図６の縦軸は、ハニカム触媒表面に被覆したシリカ層の厚さであり、横軸はハニカム触媒６２２の排ガス流入口からの距離である。図６に示すように、排ガスが流入する脱硝触媒層の入口から１００ｍｍ程度までは、シリカの微粒子が厚く堆積して、それ以上出口側に向かうと薄くなり厚さは殆ど変化しない。
これは、排ガスが脱硝触媒層に流入する際に偏流の影響を受けて、上記微粒子が堆積しやすいことが原因と考えられる。

ここで、本実施形態においては、微粒子捕捉層６２６のハニカム構造体６２３が、脱硝触媒層６２５のハニカム触媒６２２の上流側に配置されており、ハニカム構造体６２３及びハニカム触媒６２２の排ガス流通穴６２４は、同一形状であり、同一の多孔質材料により構成される。したがって、脱硝触媒層６２５のハニカム触媒６２２上に本来形成される被覆層が、微粒子捕捉層６２６のハニカム構造体６２３上に代わりに形成される。
また、ハニカム構造体６２３は、ハニカム触媒６２２に当接した状態で配置されており隙間がなく、脱硝触媒層６２５へ排ガスが流入する際の偏流の発生を抑えることができるため、ハニカム触媒６２２への微粒子の被覆を抑制することができる。

最も劣化の進行が速いのは、排ガスが最初に通過する第１層目の脱硝触媒層のハニカム触媒である。但し、第２、第３脱硝触媒層に流入する際も、偏流が発生するため、第２、第３脱硝触媒層の手前にも微粒子捕捉層を配置することが好ましい。

排ガスに含まれる微粒子は、主に排ガスが流入する脱硝触媒層の入口から５０ｍｍ〜１２０ｍｍまでに厚く堆積するため、ハニカム構造体６２３の長さは、ハニカム触媒６２２より短く、５０ｍｍ〜１２０ｍｍで十分効果を発揮する。また、ハニカム構造体６２３には、脱硝触媒が担持されていない。さらに、ハニカム構造体６２３に微粒子が溜まったら、新しいハニカム構造体に取替えて使用することにより、脱硝効果を維持することができる。以上のことから、ハニカム構造体６２３の製造コスト及びハニカム触媒６２２の維持コストを抑えることができる。

空気予熱器７０は、排気通路５０における脱硝装置６０の下流側に配置される。空気予熱器７０は、脱硝装置６０を通過した排ガスと押込式通風機７５から送り込まれる燃焼用空気とを熱交換させ、排ガスを冷却すると共に、燃焼用空気を加熱する。

ガスヒータ８０は、排気通路５０における空気予熱器７０の下流側に配置される。ガスヒータ８０には、空気予熱器７０において熱回収された排ガスが供給される。ガスヒータ８０は、排ガスから更に熱回収する。

電気集塵装置９０は、排気通路５０におけるガスヒータ８０の下流側に配置される。電気集塵装置９０には、ガスヒータ８０において熱回収された排ガスが供給される。電気集塵装置９０は、電極に電圧を印加することによって排ガス中の石炭灰（フライアッシュ）を収集する装置である。電気集塵装置９０において捕集されるフライアッシュは、フライアッシュ回収装置１２０に回収される。

誘引通風機２１０は、排気通路５０における電気集塵装置９０の下流側に配置される。誘引通風機２１０は、電気集塵装置９０においてフライアッシュが除去された排ガスを、一次側から取り込んで二次側に送り出す。

脱硫装置２２０は、排気通路５０における誘引通風機２１０の下流側に配置される。脱硫装置２２０には、誘引通風機２１０から送り出された排ガスが供給される。脱硫装置２２０は、排ガスに石灰石と水との混合液を吹き付けることにより、排ガスに含有されている硫黄酸化物を混合液に吸収させて脱硫石膏スラリーを生成させ、この脱硫石膏スラリーを脱水処理することで脱硫石膏を生成する。脱硫装置２２０において生成された脱硫石膏は、この装置に接続された脱硫石膏回収装置２２２に回収される。

ガスヒータ２３０は、排気通路５０における脱硫装置２２０の下流側に配置される。ガスヒータ２３０には、脱硫装置２２０において硫黄酸化物が除去された排ガスが供給される。ガスヒータ２３０は、排ガスを加熱する。ガスヒータ８０及びガスヒータ２３０は、排気通路５０における、空気予熱器７０と電気集塵装置９０との間を流通する排ガスと、脱硫装置２２０と脱硫通風機２４０との間を流通する排ガスと、の間で熱交換を行うガスヒータとして構成してもよい。

脱硫通風機２４０は、排気通路５０におけるガスヒータ２３０の下流側に配置される。脱硫通風機２４０は、ガスヒータ２３０において加熱された排ガスを一次側から取り込んで二次側に送り出す。
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。

次に、本発明の第２実施形態について、図７を参照しながら説明する。上記第１実施形態と本実施形態とは、触媒モジュール６２１内の構成以外は全て共通であり、共通する構成については、その説明を省略する。

図７は、触媒モジュール６２１を排ガス流入面の長手方向に平行に切断した縦断面図である。図７に示すように、下流側に複数のハニカム触媒６２２を含む脱硝触媒層６２５と、上流側に複数のハニカム構造体６２３を含む微粒子捕捉層６２６とが形成される。

脱硝触媒層６２５を形成する複数のハニカム触媒６２２と、微粒子捕捉層６２６を形成する複数のハニカム構造体６２３とは、間に若干の空間を設けて配置されている。上記の空間Ｌ３の長さは、例えば、６０ｍｍ〜３００ｍｍであることが好ましい。この点以外は、第１実施形態と同じ構成である。

また、本実施形態では、脱硝触媒層６２５のハニカム触媒６２２及び微粒子捕捉層６２６のハニカム構造体６２３が１つの触媒モジュールに収容されているが、それぞれ異なる触媒モジュールに収容してもよい。但し、ハニカム構造体６２３は、ハニカム触媒６２２との間に若干の空間を設けて配置される。

本実施形態では、第１実施形態と異なり、ハニカム触媒６２２とハニカム構造体６２３との間に若干の空間が存在するため、排ガスがハニカム触媒６２２に流入する際に、僅かな偏流が発生する。しかし、空間があるため、ハニカム触媒６２２とハニカム構造体６２３との目開きが合わないために生じる石炭灰等の詰まりを防ぐ利点がある。

以上説明した第１実施形態又は第２実施形態の脱硝装置６０によれば、以下のような効果を奏する。

（１）石炭火力発電設備１における脱硝装置６０を、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴６２４が形成されたハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体に担持された脱硝触媒を含む複数のハニカム触媒６２２を有する脱硝触媒層６２５の上流側に当接又は近接して配置され、複数の排ガス流通穴が形成された複数のハニカム構造体６２３を有する微粒子捕捉層６２６を含んで構成した。
これにより、石炭灰を含む排ガスがハニカム触媒６２２を通過する前に、ハニカム構造体６２３を通過し微粒子の被覆層を形成することで、上流側に配置されたハニカム触媒６２２の劣化を抑制できる。またハニカム構造体６２３には脱硝触媒が担持されていないため、ハニカム構造体６２３の製造にかかるコストを抑え、かつハニカム触媒６２２の劣化を抑制する十分な効果が得られる。

（２）第１実施形態においては、微粒子捕捉層６２６を脱硝触媒層６２５の上流側に当接して構成した。
これにより、石炭灰を含む排ガスが脱硝触媒層６２５に流入する際の偏流の発生を抑えることができるため、ハニカム触媒６２２の劣化を抑制する効果が得られる。

（３）第２実施形態においては、微粒子捕捉層６２６を脱硝触媒層６２５の上流側に若干の空間を設けて配置した。
これにより、石炭灰を含む排ガスが脱硝触媒層６２５に流入する際に僅かな偏流が発生するが、ハニカム触媒６２２とハニカム構造体６２３との目開きが合わないことによる石炭灰の詰まりを防ぐことができる。

（４）ハニカム触媒６２２において脱硝触媒が担持されるハニカム構造体を多孔質材料により構成し、ハニカム構造体６２３を同一の多孔質材料により構成した。
これにより、ハニカム触媒６２２上に本来堆積する被覆層が確実にハニカム構造体６２３上に堆積するため、ハニカム触媒６２２の劣化を抑制できる。

（５）ハニカム触媒６２２において脱硝触媒が担持されるハニカム構造体をセラミック材料により構成し、ハニカム構造体６２３を同一のセラミック材料により構成した。
これにより、ハニカム構造体６２３はハニカム触媒６２２同様、良好な耐熱性、耐食性を有し長期間にわたって使用できる。

（６）微粒子捕捉層６２６の排ガス流路方向の長さを、脱硝触媒層６２５の排ガス流路方向の長さよりも短く構成した。
これにより、ハニカム構造体６２３の製造にかかるコストを抑えつつ、かつハニカム触媒６２２の劣化を抑制する十分な効果が得られる。

（７）脱硝装置６０に含まれる全ての脱硝触媒層６２５の上流側に微粒子捕捉層６２６を配置した。
これにより、偏流の影響によるハニカム触媒６２２への微粒子の被覆を防ぎ、全てのハニカム触媒６２２の劣化を抑制する効果が得られる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の２つの実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

１石炭火力発電設備
３０微粉炭機
４０燃焼ボイラ
６０脱硝装置
６２２ハニカム触媒
６２３ハニカム構造体
６２４排ガス流通穴
６２５脱硝触媒層
６２６微粒子捕捉層

Claims

石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機及び該微粉炭機において製造された微粉炭を燃焼させる燃焼ボイラを備える石炭火力発電設備の該燃焼ボイラの下流側に配置され、前記燃焼ボイラで微粉炭が燃焼されて発生した排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、
長手方向に延びる複数の排ガス流通穴が形成されたハニカム構造体及び該ハニカム構造体に担持された脱硝触媒を含む複数のハニカム触媒を有する脱硝触媒層と、
前記脱硝触媒層の上流側に６０ｍｍ〜３００ｍｍの空間を設けて配置され、複数の排ガス流通穴が形成された複数のハニカム構造体を有する微粒子捕捉層と、を備え、
前記脱硝触媒層と前記微粒子捕捉層とがそれぞれ複数存在し、各前記脱硝触媒層の上流側に各前記微粒子捕捉層が配置される脱硝装置。
前記脱硝触媒層のハニカム触媒及び前記微粒子捕捉層のハニカム構造体が収容される触媒モジュールを備える請求項１に記載の脱硝装置。
前記脱硝触媒層を構成するハニカム構造体は、多孔質材料からなり、
前記微粒子捕捉層を構成するハニカム構造体は、前記多孔質材料と同一の多孔質材料からなる請求項１又は２に記載の脱硝装置。
前記多孔質材料は、セラミック材料である請求項３に記載の脱硝装置。
前記微粒子捕捉層は、排ガス流路方向の長さが、前記脱硝触媒層よりも短い請求項１から４のいずれかに記載の脱硝装置。