JPH03258326A

JPH03258326A - 排ガス脱硝装置および排ガス脱硝方法

Info

Publication number: JPH03258326A
Application number: JP2055697A
Authority: JP
Inventors: Yasuyoshi Kato; 泰良加藤; Kunihiko Konishi; 邦彦小西; Toshiaki Matsuda; 松田　敏昭
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1990-03-07
Publication date: 1991-11-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は排ガス脱硝装置および排ガス脱硝方法に係り、
特に負荷変動の激しい燃焼装置からの排ガスの処理に好
適な排ガス脱硝装置および排ガス脱硝方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、ガスタービンやディーゼルエンジンと排熱回収ボ
イラとを組合わせた複合発電システムや、電熱供給シス
テムが多数建設されている。これらの設備は、人口密集
地域に設置されることが多く、排ガス中の窒素酸化物（
以下、ＮＯｘという）が公害発生の原因となっている。

このため、第７図のようなアンモニア接触還元脱硝装置
が設置され、窒素酸化物を無害な窒素に還元して浄化す
るのが一般的に採用されている。第７図において、ガス
タービン１からの排ガスは、蒸気タービン７と連接され
た過熱器２および蒸発器３を経て脱硝触媒５に接触する
。この触媒の前流側で、ガス流量信号２０２とＮＯｘ濃
度信号２０１により算出された所定量のアンモニア（Ｎ
Ｈ３）が、アンモニア注入装置６により注入されており
、排ガス中のＮＯｘはそのアンモニアと反応して無害な
窒素（Ｎ、）と水（Ｈｚ　Ｏ）に還元されて、煙突８か
ら大気中へ放出される。触媒５には、通常バナジウム（
■）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等を活
性成分とする酸化チタン系触媒が用いられている。また
、ＮＨ５注入量の制御には、ガスタービン等の排ガス量
に比例する信号と、触媒層の上流で計測されたＮＯｘ濃
度に比例する信号が用いられることが多い。さらに、起
動時や負荷変動に伴うＮｏ　ｘｆＭ度やガス流量の変動
による脱硝性能の低下や、ＮＨ３の過剰注入を防止する
ため変動を予想し、先行的にＮＨ，注入量を増減させる
制御方法が必要に応じてとられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、上述した複合発電システムは、電力需要のピーク
解消用に運転されることが多（、排ガス中のＮＯｘ濃度
が起動停止、あるいは負荷変動に伴って激しく変動する
ようになっている。しかし、上記従来技術は、こうした
大幅なＮＯｘ濃度の変動に対する追従性の点については
充分な配慮がなされておらず、脱硝性能が充分得られな
いという問題があった。これを防止するために、より過
剰な還元剤（ＮＨ：＋）を先行投入する方法がとられる
が、その場合には未反応還元剤（ＮＨｓ）（以下、リー
クＮＨ３と称することがある）の流出量が増加するとい
う問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の有する、追従性をよく
しようとすると、未反応還元剤（ＮＨ。

）の流出が増加し、逆に未反応還元剤（ＮＨ：Ｉ　）流
出を下げようとすると追従性が悪化するという欠点をな
くした高追従性で、かつ未反応還元剤（ＮＨ３）の流出
の少ない排ガス脱硝装置および排ガス脱硝方法を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記従来技術の問題点は、窒素酸化物（Ｎ。

Ｘ）含有排ガス煙道内に還元剤注入装置と触媒とを設け
た排ガス脱硝装置において、排ガス前流側に低比表面積
触媒を、後流側に高比表面積触媒を設けたことを特徴と
する排ガス脱硝装置、ＮＯｘ含有排ガスを触媒の存在下
で還元剤と接触させてＮＯｘを除去する排ガス脱硝方法
において、比表面積の異なる２種、類の触媒を用い、排
ガス前流側に低比表面積触媒を、後流側に高比表面積触
媒を使用するとともに、排ガス流量と脱硝前の排ガス中
のＮＯｘ濃度とに基づき還元剤注入量を制御することを
特徴とする排ガス脱硝方法、およびＮＯｘ含有排ガスを
触媒の存在下でＮＨ３と接触反応させてＮＯｘを除去す
る排ガス脱硝方法において、比表面積の異なる２種類の
触媒を用い、排ガス前流側に低比表面積触媒を、後流側
に高比表面積触媒を配置するとともに、前記低比表面積
触媒を通過した排ガス中のＮＯｘ濃度および／またはＮ
Ｈ，濃度に基づきＮＨ３注大量を制御することを特徴と
する排ガス脱硝方法により解決される。

（作用）本発明者らの研究によれば、触媒のＮＨ３吸着容量は触
媒の比表面積に比例する。他方、脱硝反応速度は、吸着
したＮＨ，量とＮＨ，の吸着容量の比、すなわちＮＨ，
の被覆率に比例する。このため、低比表面積触媒はＮ　
Ｈ：ｌ吸着容量が小さく、ＮＨ，濃度の変化（増化）に
対し速やかに飽和し、脱硝性能をすばやく変化させる反
面、Ｎ　Ｈ３注入量の制御が遅れると多量のＮ　Ｈ、を
流出する。逆に、高比表面積触媒はＮＨ３濃度の変化（
増化）によって直ちには飽和することはなく、未反応Ｎ
Ｈ３の流出を増加させがたい反面、脱硝性能の追従性が
悪い。

この両者を本発明のごとく配置すると、脱硝作用の大半
は上流部の低比表面積側で起こるため、追従性は低比表
面積触媒とほとんど同等であるだけでなく、未反応のＮ
　Ｈａが後流部の高比表面積触媒にトラップされ、未反
応ＮＨ，の流出に対して著しく強くなる。

これに加えて、脱硝性能の大半を担う低比表面積触媒の
直後のＮＯｘ、もしくはＮＨ３濃度を計測すれば、脱硝
率の増減に必要なＮ　Ｈｓ注入量の増減量をいち早く知
ることができ、この信号によってＮＨ，注入量を制御す
ることにより、脱硝装置から流出する未反応ＮＨ３を低
濃度に維持できる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例を示し、たちのである。排
ガス源であるガスタービン１から排出されたＮＯｘを含
有する燃焼ガス１ａは、過熱器２および蒸発器３を経て
触媒層５ａ、５ｂに導かれる。

触媒層の前流では、ＮＯｘ１度分析計９からの信号２０
１と、ガスタービンから送られるガス流量に比例した信
号２０２との入力信号に基づき、演算器１０によって作
られた出力信号２０３によって制御される量のＮＨ，が
注入される。Ｎ　Ｈ、とＮＯｘとを含むガスは、低比表
面積触媒層５ａと高比表面積触媒層５ｂからなる触媒層
を通過し、ＮＨ５と触媒作用によってＮＯｘが還元除去
される。その後、排ガスは蒸発器４、煙突８を経て大気
中へ放出される。

触媒層５ａに用いられる触媒は、比表面積が１０〜１０
０ｒｒｒ／ｇのものであり、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏなどの
遷移金属酸化物を主成分とするハニカム状、板状などの
触媒が用いられる。他方、触媒層５ｂは、比表面積が１
００ｙｌｆ／ｇ以上、望ましくは１５０１１（／ｇ以上
、５００ｒｒｆ／ｇ程度までの触媒であり、上記触媒成
分と同様のものであってもよいし、Ｃｕ、Ｆｅなどを担
持したゼオライト触媒をハニカム状、板状、粒状に成形
したものでもよい。また両者の充填割合は、１８９〜９
：１程度に選定することがよく、触媒層５ａが少なすぎ
る場合には充分な追従性が得られないし、逆に５ｂが少
なすぎるときは、流出Ｎ　Ｅ（、量を低濃度に抑えがた
くなる。

ＮＨ３注入量の制御方法は、排ガスの流量信号とＮｏｘ
ｆＡ度信号の積に比例する値によって制御する方法であ
ってもよいし１、排ガス流量、ＮＯｘ濃度の変化速度を
算出し、それに応じてＬ記比例信号に所定値を加算する
、いわゆる先行制御であっても差し支えない。

以下、本発明の原理について説明する。

第２図は、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ系触媒（Ｔｉ／Ｍ。

／Ｖ＝９１１５／４原子比）の触媒の焼成温度を変化さ
せて比表面積を変えた触媒、およびＣｕを６ｗｔ％担持
したモルデナイト触媒の各比表面積とＮＨ，吸着容量の
関係であり、ＮＨ３吸着容量はほぼ比表面積に比例する
９他方、これらの触媒にＮＨ，を吸着させた場合のＮＨ
３吸着量Ｑ／吸着容量Ｑ０の比と、そのときの脱硝反応
活性を示したものが第３図である。これから明らかなよ
うに、脱硝活性はＱ／Ｑ、によって決定される。

この事実をもとに触媒層を２層に分けた反応器の応答性
を解析してみると、ＮＨ３の吸着反応式（１）の物質移
動抵抗Ｒａと、ＮＨ，（気相）−”ＮＨ＊　　（吸着）　　　（１）脱
硝反応式（２）の物質移動抵抗ＲｒＮＨ：＋（吸着）＋−ＮＯｘ−Ｎ２　、＋−８２０（２
）およびＮＨ，吸着容量をＣで表わした第４図と等価で
あることがわかった。すなわち、ＮＨ：１８度の変化は
Ｘ端に加えられる電圧変化に等価であり、脱硝反応速度
はＲｒを流れる電流に等価である。

また、ｙ端の電圧は未反応ＮＨ３の流出と等価になる。

このことを応用して脱硝装置入口のＮ　Ｈ３濃度を変化
させた場合の触媒層５ａ前後および触媒層５ｂ出口のＮ
Ｈ３とＮＯｘ濃度とを算出プロットしたものが第５図で
ある。明らかにＣｚ＞Ｃ１、すなわち比表面積が低−高
の組合わせのものが脱硝率の応答性が高く、触媒層５ｂ
出口のＮＨ５濃度も低い。

このように、入口部に低比表面積触媒を設置し、後流部
に高比表面積触媒を設置することにより、きわめて高い
脱硝性能の追従性と、未反応ＮＨ。

の流出量が少ない脱硝反応システムを構成できる。

第６図は、本発明の他の実施例を示したものである。第
５図の実施例の組合わせにおいて、触媒層５ａ出口のＮ
Ｏｘ、またはＮ　Ｈ３濃度が定常値に達した後、しばら
く経て、触媒層５ｂの出口ＮＨ１濃度が上昇する。した
がって、触媒Ｗ！Ｉ５ａおよび５ｂの中間のＮＯｘ、ま
たはＮＨ，を分析計１１で計測し、その値によってＮ　
Ｈ’ｓ注大量を制御すれば、強力なフィードバックをか
けることができ、応答性を悪化させることなく、出口Ｎ
Ｈ。

濃度を低レベルに維持できる。

上記実施例においては、低比表面積触媒と高比表面積触
媒の２種類のものを、上下流に２分割した例を示したが
、触媒の種類および分割数を３以上としても同じ目的を
達することは明らかであり、本発明の範囲に属する。ま
た、還元剤としてＮＨｌを使用する例を示したが、尿素
、シアヌル酸など他の還元剤を使用しても同様の効果が
あり、本発明の範囲に属する。

〔発明の効果］本発明により、従来技術と同等の触媒量および還元剤（
例えばＮＨ３）量で、極めて高い負荷応答性と、未反応
還元剤（ＮＨ３）流出量の防止システムが実現できる。

これにより、人口密集地域においてエネルギー効率の高
い複合発電システムの低公害化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明になる脱硝装置の一実施例を示す図、
第２図、第３図および第４図は、本発明の作用原理を示
す図、第５図は、本発明の効果を示す図、第６図は、本
発明になるアンモニアの注入量の制御方法の一実施例を
示す図、第７図は、従来技術の説明図である。ｌ・・・ガスタービン、１ａ・・・燃焼ガス、２・・・
過熱器、３・・・蒸発器１．４・・・蒸発器２．５ａ、
５ｂ・・・触媒層、６・・・Ｎ　Ｈ３注入装置、７・・
・蒸気タービン、８・・・煙突、９・・・ＮＯｘ分析計
、１０・・・演算器、１１、−Ｎ　ＯｘまたはＮＨ，分
析計、２０１　・−ＮＯｘ濃度、２０２・・・流量信号
、２０３・・・ＮＨ，制御信号、２０４・・・ＮＯｘま
たはＮＨ，１変信号。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）窒素酸化物（ＮＯｘ）含有排ガス煙道内に還元剤
注入装置と触媒とを設けた排ガス脱硝装置において、排
ガス前流側に低比表面積触媒を、後流側に高比表面積触
媒を設けたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
（２）低比表面積の前流域に還元剤を注入するごとく還
元剤注入装置を設けたことを特徴とする請求項（１）記
載の排ガス脱硝装置。
（３）低比表面積触媒の比表面積が１０ｍ＾２／ｇを超
え１００ｍ＾２／ｇ未満、高比表面積触媒の比表面積が
１００ｍ＾２／ｇ以上、５００ｍ＾２／ｇ以下であるこ
とを特徴とする請求項、（１）または（２）記載の排ガ
ス脱硝装置。
（４）還元剤注入装置をアンモニア（ＮＨ＿３）注入装
置としたことを特徴とする請求項（１）記載の排ガス脱
硝装置。
（５）ＮＯｘ含有排ガスを触媒の存在下で還元剤と接触
させてＮＯｘを除去する排ガス脱硝方法において、比表
面積の異なる２種類の触媒を用い、排ガス前流側に低比
表面積触媒を、後流側に高比表面積触媒を使用するとと
もに、排ガス流量と脱硝前の排ガス中のＮＯｘ濃度とに
基づき還元剤注入量を制御することを特徴とする排ガス
脱硝方法。
（６）還元剤としてＮＨ＿３を用いることを特徴とする
請求項（５）記載の排ガス脱硝方法。
（７）排ガス流量、脱硝前の排ガス中のＮＯｘ濃度およ
びそれらの変化速度に基づき還元剤注入量を制御するこ
とを特徴とする請求項（５）記載の排ガス脱硝方法。
（８）ＮＯｘ含有排ガスを触媒の存在下でＮＨ＿３と接
触反応させてＮＯｘを除去する排ガス脱硝方法において
、比表面積の異なる２種類の触媒を用い、排ガス前流側
に低比表面積触媒を、後流側に高比表面積触媒を配置す
るとともに、前記低比表面積触媒を通過した排ガス中の
ＮＯｘ濃度および／またはＮＨ＿３濃度に基づきＮＨ＿
３注入量を制御することを特徴とする排ガス脱硝方法。