JPH04200619A - 煙道ガスの触媒脱窒制御方法及び装置 - Google Patents

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、触媒脱室工程の制御、並びに、燃料燃焼工程
から発生した煙道ガスの燃焼方式に関する。本発明は特
に、大気に排出される煙道ガス流にとって適切なレベル
までＮＯｘ濃度を減少させるために触媒脱室ユニットの
上流側において該煙道ガス流にアンモニアを噴射するた
めの制御工程方式に関する。

〈従来の技術〉 いろいろの産業分野においての空気基準を達成し維持す
るには、燃料の燃焼工程によって放出された排ガス、例
えば燃焼ボイラーからの煙道ガス又はガスタービンの排
ガスから、窒素酸化物（ＮＯりの過剰な濃度を排除する
ことが必要となる。このような窒素酸化物を除去するた
めの周知の方法においては、触媒脱室ユニットの手前の
排ガス流に添加されるアンモニアのような還元剤が利用
される。これらの方法は１例えば米国特許第３８６４４
５１号、第３８８７６８３号、第４０１０２３８号及び
第４４６６２４１号に、一般的に記載されている。これ
らの煙道ガス脱室方式において、未処理の煙道ガスに添
加されるアンモニアの量は、大気に放出される触媒脱室
ユニットの下流側の煙道ガスに含有されるＮＯｘについ
ての所望の制限を満たし且つ未反応のアンモニアによる
環境の汚染をさけるために、厳密な限界値内に含まれる
ように制御しなければならない。

しかし、従来の制御方式は、不所望に複雑化され、高価
であるため、比較的簡単でしかも有効な、煙道ガスから
のＮＯｘの除去のための改良された制御方式が望まれて
いる。

〈発明の概要〉 本発明は、触媒脱室ユニットの上流側において。

過剰な窒素酸化物（ＮＯｘ）を含有する燃焼煙道ガス流
に、アンモニアを添加するための制御方法及び制御装置
を提供する。この制御方法は、大気に放出される煙道ガ
スに含まれるアンモニア及びＮＯｘの所望の低濃度を実
現するように、燃焼煙道ガス流への所望量のアンモニア
の噴射を制御する１本発明の制御方法は、例えば初期値
で煙道ガス１００万部当りＮＯｘ少くとも約２０〜１０
０部のような、広い範囲のガス流量及び初期の窒素酸化
物の濃度について、燃焼煙道ガス中の窒素酸化物ＮＯｘ
の濃度を有効に制御する。

本発明による制御装置は、燃料を燃焼させるボイラーも
しくはガスタービン発電所から発生するもののような高
温の燃焼ガスの発生源、煙道ガス流中にアンモニアを噴
射するためのノズル手段、アンモニア噴射用ノズル手段
の下流側において煙道ガス流中に配された触媒脱室ユニ
ット、並びに。

ガスサンプリング装置及びＮＯｘサンプリング装置を備
えている、大気に連通ずる排出ダクト又は煙道、を備え
ている。本発明の制御方法は、触媒脱室ユニットの下流
側のＮＯｘ濃度を所望のレベルに減少させるのに必要な
アンモニア噴射量に徐々にしかしすみやかに近付くため
に、排ガスへの所望のアンモニアの添加を達成するため
の順序付けられた制御手順を利用する０本発明の制御装
置によれば、不満足な過剰なアンモニアの噴射と作動上
の振動とがこのようにしてさけられる。

本発明の制御方法によれば、アンモニアの添加率は、燃
料組成、燃焼温度、煙道ガスの流速並びに触媒脱室ユニ
ットの触媒活性の各工程パラメーターの関数として発生
する基本制御信号に基づいて制御されるので、理論的に
必要とされるよりも当初は少ない量のアンモニアが煙道
ガス流中に噴射される。触媒脱室ユニットの下流側のガ
スのＮＯｘの結果濃度が、測定され排ガス中の所望の低
減されたＮＯｘ濃度と比較される。次に、ＮＯｘ濃度の
要求を満足して、大気中に放出される処理済みのガス中
の過剰な未反応アンモニアをさける上に十分な、約１５
ｐｐｍよりも少ない値に、ＮＯｘ濃度が更に低減される
まで、煙道ガス流中に、追加のアンモニアが必要に応じ
て噴射される。

本発明による脱室制御装置は、天然ガス、精錬用ガス、
プロパン、ブタンもしくは燃料油を燃焼させるガスター
ビン又はこれらのガスのほかに重油もしくは石油を燃焼
させる火力発電所を含めた。

ＮＯｘ化合物含有煙道ガスを発生させるための各種の燃
料燃焼装置について有用である。

〈実施例〉 ２５ｐｐｍの窒、ｌ酸化物を含有する排ガス１１は、第
１図に示すように、追加の燃料を燃焼させるための２次
バーナー１２を含みうるガスタービン１０中においての
燃料の燃焼から由来したものである。約１０７６℃（２
０００”Ｆ）までの温度の排ガス１１は、ケーシング１
５中に配された熱交換器１４に通され、精錬用の流体流
、空気、水のような、より低温の流体との熱交換によっ
て。

約２６０°〜５２０℃（５００’　〜１０００°Ｆ）の
温度に冷却される。配管１６を通るアンモニアガスと空
気との混合物は、触媒脱室ユニット１８の上流側に配さ
れたタービン排出ケーシング１５に、ノズル１７によっ
て噴射される。このユニット１８は、排ガス流に含まれ
る窒素酸化物ＮＯｘを減少させるのに適切な触媒物質を
収納している。

このアンモニア添加は、必要な限りにおいて引用により
本明細書の一部分となる米国特許第３８７７６８３号に
記載されている。空気／アンモニアの容積混合比は、約
１５＝１〜５０：１とすべきであり、その噴射点は、触
媒脱室ユニット１８の上流側に０．３〜１秒の経過時間
を与えるように位置される。脱室ユニット１８は、好ま
しくは。

多数の互に平行な流路が貫通形成されたハニカム型の構
造であり、流路の壁には、適当な触媒物質が含浸されて
いる。有用な脱室触媒物質には１例えば米国特許第３９
２９６７０号、第４０４８１１２号及び第４０８５１９
３号に記載されているような酸化チタン及び酸化バナジ
ウムがある。

窒素酸化物の含量が減少した排ガス流は、触媒脱室ユニ
ット１８から、第２の熱交換器１９に通され、そこでガ
ス温度を約９３°〜３１５℃（２００〜６００″Ｆ）ま
で更に低下させた後、煙道２０を経て大気中に排出され
る。煙道２０中の排出ガスの窒素酸化物の濃度は、サン
プリング点２１においてサンプリングされ、サンプルは
、配管２１ａを経て、ＮＯｘ分析装置２２に導かれる。

ノズル１７によって排出ケーシング１５に噴射される。

配管工６中においてのアンモニア−空気の混合物にとっ
て必要な、アンモニアの供給は、液体アンモニア貯蔵タ
ンク２４から供給される。

液体アンモニアは、気化装置２５において気化され、コ
ントローラー２６ａによって制御される流量制御弁２６
に通される。希釈用空気は、ブロワ−２８によって供給
され、接合点２９においてアンモニアガス流に添加され
、配管工６中のアンモニア／空気混合流を形成する。こ
の混合流は、ノズル１７によって、タービン排出ガス流
中に噴射される。

流量制御弁２６によるアンモニアガスの流量の制御は、
最初は、主制御装置３０からコントローラー２６ａへの
基本信号によってなされる。この基本信号は、工程のい
くつかの操作パラメーターを具現している。タービンの
作動の重要なパラメーターから個々のモニター信号を導
出するために。

適切なセンサーが設けられている。ガスタービンの排出
ガスの流量又はその出力動力は、信号３１によって、２
次バーナー１２への燃料の流量は信号３２によって、配
管２７中のアンモニアの温度、圧力及び流量は、信号３
３，３４．３５によって、それぞれ供給される。これら
の個々の信号は、全て主制御装置３０に転送され、そこ
で合体され、前記の基本信号を形成する。ＮＯｘ分析装
置２２から主制御装置３０にはトリム信号３６も供給さ
れる。主制御装置３０は、ＮＯｘの所望の出口濃度を、
ＮＯｘ分析装置２２から得られたトリム信号３６と比較
する。主制御装置３０は、次に、触媒脱室ユニット１８
を経て排出用の煙道２０に向うガスが大気に排出される
前にこのガスに所望の低ＮＯｘ含量を与えるに足るアン
モニアを、ノズル１７を経てタービン排ガス流中に噴射
するように、必要に応じて、流量制御弁２６のコントロ
ーラー２６ａの入口に、成る計算された分数値を加算す
る。

タービンの発生出力又は排ガス流量、２次バーナー１２
への燃料の流量、アンモニアの温度、圧力及び流量の各
信号を与えるための、適宜の検出ユニット、ＮＯｘ分析
装置並びに主制御装置３０は、一般に、当該技術では周
知されており、ここでは詳述しない。

本発明によるガス脱室制御方法および装置は、過剰なア
ンモニアを排ガス中に噴射することを防止するための順
序付けされた手順を使用する。この手順によれば１通常
、排ガス流中に含まれる窒素酸化物の量を示すタービン
排ガス流量又は出方動力の信号は、主制御装置３ｏに給
送される。アンモニアの温度、圧力及び流量の各信号は
、供給されるアンモニアのモル数を表わし、やはり主制
御装置３０に供給される。排ガス１１中に噴射されるア
ンモニアの量は、最初は、理論的に必要とされる量の約
８０〜８５％である。タービン１０の排ガス１１のガス
流中の窒素酸化物の濃度は、ＮＯｘ分析装置２２によっ
て検知され、所望の低ＮＯｘ濃度を保ちながら煙道２０
から排出される排ガス中の未反応アンモニアの量が過剰
とならないように必要に応じて流量制御弁２６の制御設
定を調節するためのトリム信号３６が、主制御装置３０
に送出される。

次に本発明を具体的な実施例について更に説明する。こ
の例は、本発明を限定するように解釈されるべきではな
い。

ス」Ｌ鮮 天然ガス燃料を燃焼させるガスタービン発電ユニットか
ら排出される排ガスの組成は、次の通りであった。

タービン排ガス組成（容量％ 二酸化炭素　　　　　　　　３．８１ −酸化炭素　　　　　　　　０．０００３７アルゴン　
　　　　　　　　０．９２ 窒素　　　　　　　　　　７２．５０ 窒素酸化物　　　　　　　　０．０００４３酸素　　　
　　　　　　　１２．４８ 水　　　　　　　　　　　　　　　　１０．２８粒状物
質　　　　　　　　　０ 空気／アンモニア容量比２０：１を与えるように、アン
モニアガスを空気で希釈し１次にこの混合物を、タービ
ン１０の排出ケーシング１５中に配設した触媒脱室ユニ
ット１８の前方の排ガス１１中に噴射した。脱室ユニッ
ト１８は、酸化バナジウム触媒を各々含有する複数の並
行流路を備えたハニカム型の構造とした。タービン１０
の排ガス１１の流量、窒素酸化物の含量、２次バーナー
１２の燃料の流量、アンモニアの温度、圧力及び流量を
検知し、主制御装置３０に供給した。主制御装置３０に
おいては、これらの信号を合体して、基本信号を生成さ
せ、この基本信号を触媒脱室ユニット１８の下流側の排
出用煙道２０中のＮＯｘ濃度を測定することによって生
成させたトリム信号３６と比較し、排ガス流へのアンモ
ニアの流量を絶えず調節し制御した。排ガスとアンモニ
アとの結合流が触媒脱室ユニット１８を通過した後、大
気中に放出される窒素酸化物の量は、実質的に、９ｐｐ
ｍに減少した。この値は、米国内の地域ごとに変動する
地方的な空気基準を満足するのに必要な値よりも少なか
った。

従って、本発明の触媒脱室制御方法及び装置の使用によ
って燃焼排ガス又は他の煙道ガスに含まれる窒素酸化物
は、当初のＮＯｘ２０〜１００容量ｐｐｍから、ＮＮＯ
ｘ１５ｐｐより小さい値に減少し、それと同時に、排ガ
ス中の未反応アンモニアがさけられる。

本発明は、以上に説明した以外にいろいろの変形が可能
であり、前述した特定の構成は、単なる例示に過ぎず１
本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、触媒脱室ユニットの上流側においてタービン
の排ガス流にアンモニアを添加するようにされ、大気中
に放出されるガスのＮＯｘ基準を満足するように排ガス
へのアンモニアの添加量を制御するための制御方式を備
えているガスタービン発電プラントを示す概略配列図で
ある。 １１・・排ガス（煙道ガス）、１８・・触媒脱室ユニッ
ト、３６・・トリム信号。 代理人弁理士　　兼　　坂　　　　　直間　　　　　酒
　　井　　　　　　− 同　　　　　兼　　坂　　　　　　繁 平成　３年　４月　２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）煙道ガスにアンモニアを添加することによって煙道
   ガスの触媒脱室を制御する方法において、（ａ）煙道ガ
   ス１００万容量部当り少くともＮＯ＿ｘ約２０容量部を
   含有する煙道ガス流を、燃焼工程から取出し、この煙道
   ガス流にアンモニアガスを制御可能に添加し、 （ｂ）煙道ガス−アンモニア混合物を、脱室触媒物質を
   含有する触媒脱室ユニットに導き、該煙道ガス中のＮＯ
   ＿ｘ濃度を減少させ、 （ｃ）該煙道ガスの容積流量を含む工程パラメーター信
   号に基づいて制御信号を取得し、該煙道ガスに最初に添
   加されるアンモニアの量を定め、 （ｄ）該触媒脱室ユニットの下流側の煙道ガス中におい
   て測定したＮＯ＿ｘ濃度と所望のＮＯ＿ｘ濃度との比較
   に基づいて、トリム信号を取得し、 （ｅ）大気中に放出されている煙道ガス中の所望の減少
   したＮＯ＿ｘ濃度を与えるように必要に応じてアンモニ
   アの添加流量を調節することによって、該トリム信号に
   基づいて追加のアンモニア噴射量を供給する ことを含む制御方法。 ２）ガスタービンの排ガスにアンモニアを添加すること
   によって該排ガスの触媒脱室を制御する方法において、 （ａ）排ガス１００万容量部当り少くともＮＯ＿ｘ約２
   ０容量部を含有する該排ガスをタービンから取出し、こ
   の排ガスのガス流中にアンモニア含有ガス流を制御可能
   に噴射し、 （ｂ）脱室触媒を含有するハニカム型の触媒脱室ユニッ
   トに排ガス−アンモニア混合物を導いて、該排ガスのＮ
   Ｏ＿ｘの濃度を初期的に減少させ、 （ｃ）排ガスの流量、ＮＯ＿ｘ含量、アンモニアの温度
   、アンモニアの圧力並びにアンモニアの流量の各工程パ
   ラメーター信号に基づいて、基本制御信号を発生し、 （ｄ）該触媒脱室ユニットの下流側の個所においての該
   排ガスのＮＯ＿ｘ濃度及び所望のＮＯ＿ｘ濃度と該基本
   信号の比較に基づいて、トリム信号を供給し、 （ｅ）タービンから大気中に放出されている該排ガス中
   の所望の減少したＮＯ＿ｘ濃度を与えるように必要に応
   じてアンモニア噴射量を調節することによって、該トリ
   ム信号に基づいて追加のアンモニア噴射を供給する ことから成る制御方法。 ３）煙道ガスにアンモニアを添加することによって該煙
   道ガスの触媒脱室を制御する制御装置であって、 （ａ）該煙道ガス１００万部当り少くとも窒素酸化物約
   ２０部を含有する煙道ガス流を発生するための、煙道ガ
   ス流を閉じこめるケーシングを含む燃料燃焼手段と、 （ｂ）アンモニアガス流を制御する弁手段を含むアンモ
   ニアガス源を供給する手段と、 （ｃ）該ケーシング中に配された触媒脱室ユニットと、 （ｄ）該触媒脱室ユニットの上流側において該煙道ガス
   に該アンモニアガスを添加するための噴射手段と、 （ｅ）基本信号を発生させるためのコントローラーユニ
   ットに各々接続されている、煙道ガスの流量及びＮＯ＿
   ｘの濃度の感知手段並びにアンモニアの温度、圧力及び
   流量の各パラメーターの感知手段と、 （ｆ）前記触媒脱室ユニットの下流側において煙道ガス
   中のＮＯ＿ｘ濃度を測定する分析手段並びに前記基本信
   号に加算されるトリム信号を発生するための制御手段、
   を有し、アンモニア流量を制御する弁手段が、大気中に
   排出される煙道ガス中の適正なアンモニア噴射流量及び
   低減されたＮＯ＿ｘ濃度を達成するように調節されるよ
   うにした制御装置。