JPH0471601A - 排ガス脱硝用アンモニア水蒸発器およびその空気加熱ヒーターの制御方法 - 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］ 本発明は排ガス脱硝法に関し、特にアンモニア水蒸発後
のガス中の（未蒸発）ドレンを処理するに最適な空気加
熱ヒーターの制御方法に関する。

［従来の技術］ 従来の排ガス脱硝等に用いられるアンモニア供給装置は
純度が１００％近い液化アンモニアを蒸発させる方式が
一般的であった。この方式では第４図に示すように、液
化アンモニアタンク２６から抜き出しな液化アンモニア
を蒸発器２８にて蒸発させアンモニアガス得る。−旦ア
キュムレータ２９に貯えられたアンモニアガスは調整弁
３０を介して空気−アンモニア混合器３１に送られ、希
釈空気ブロワ−５から供給される空気で混合器３１にて
所定の濃度に希釈される。希釈されたアンモニアガスは
配管１５を通り、ヘッダに格子状にノズルが設けられて
いるアンモニア注入グリッド１２よりダクト１４内に分
散注入され、最終的に脱硝触媒１３上に導入される。こ
のアンモニアが脱硝触媒１３の働きにより排ガス中の窒
素酸化物（以下ＮＯｘと記す、）成分を無害な水とＮ２
に分解する。ここで、アンモニアガスは脱硝反応に最適
な温度である３００℃以上の雰囲気中に注入されるため
、爆発限界以下の濃度に希釈する必要がある。

最近、無水アンモニアの高圧下での取り扱い上の問題や
、有害物質であるアンモニアに対する危険度の低減の観
点から低濃度のアンモニア水の使用が着目されている。

この低濃度アンモニア水を使用した例として、第５図に
アンモニア水を分離塔３２にて処理し、水とアンモニア
ガスに分離するフローを示す、すなわち、同図において
、アンモニア水タンク１から供給ポンプ２により、分離
塔３２に供給されたアンモニア水は分離塔３２底部から
導入されるスチームにより蒸発分離される。ここで、前
記分離塔３２の底部より出る水分中に含まれるアンモニ
アを０％にすることは不可能であり、この分離水の廃水
処理装置が必要となる。また、分離されるアンモニアガ
スの量を脱硝装置で必要とする負荷変化に追従させるに
は大容量の分離塔３２が必要である。特に近年のガスタ
ービンを利用したコンバインドサイクルプラントでは負
荷変化が急激であり、これに対応するようにアンモニア
必要量を急に増加させることは、前記分離塔３２では対
処できない。

また、第４図もしくは第５図に示すダクト１４内に直接
アンモニア水を吹き込む方式も考案されているが、大容
量のダクト１４ではアンモニア水がその内部に至る過程
で蒸発し始め、ダクト１４内への均一なアンモニア分散
が困難である。また、アンモニア水を直接ダクト１４に
吹き込む方法は、二層流および沸騰による注入グリッド
１２の振動等の障害が発生する問題がある。

そのため、簡便であり、かつ上記課題を解決する方法と
して、予め加熱した希釈空気中にアンモニア水を吹き込
んで所定の希釈アンモニアガスタービンを得る方法があ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記予熱空気にアンモニア水を吹き込む方法は
１００％のアンモニアガスを用いる場合に比べて蒸発速
度が遅くなるため、完全なアンモニア水の蒸発が不可欠
である。脱硝装置は注入されるアンモニア量にその効率
が大きく影響されるため、例えば第４図に示す蒸発器２
８内でスプレーした全てのアンモニアがガス化した上で
、脱硝触媒１３に導入されてはじめて必要な脱硝効率が
得られる。

必要アンモニア量は排ガス条件、触媒特性および必要脱
硝率から計算されるが、前述したコンバインドサイクル
プラント等における急な負荷変化により急激に変化する
ことがある。ときにはアンモニア蒸発必要量も急激に変
化することがある。

加熱ヒーターを混合器３１に設け、その後流側の温度を
常時最高負荷時に必要な最高蒸発量に対応する熱容量を
持つ空気温度に設定すれば、負荷変化時を含めて、常時
完全蒸発に必要な熱源は得られる。しかし、このように
すれば低負荷時に不要の熱を放出することになり不経済
である。また、アンモニア水中からのアンモニアの蒸発
が不充分だと蒸発器２８内でドレンが発生し、脱硝反応
に必要なアンモニア量が不足する。

そこで、本発明の目的は安定した効率的排ガス脱硝性能
を得るために、供給されるアンモニア水を全て蒸発させ
、アンモニアガスを後流側配管中で凝縮させることなく
、確実に脱硝触媒上に導くことである。また、本発明の
目的は、排ガス脱硝装置への簡易で、経済的なアンモニ
ア供給装置を提供することである。

さらに、本発明の目的はアンモニア蒸発器において、ド
レン発生を防止することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の上記目的は以下の構成により達成できる。

すなわち、アンモニア水を加熱空気中に直接スプレーす
ることにより所定の脱硝装置に使用する空気希釈アンモ
ニアガスを得るアンモニア水蒸発器において、蒸発器内
の蒸発完了点後流温度を、その蒸発後の混合ガス露点温
度に後流側配管からの熱損失による温度低下分および空
気加熱ヒーターの昇温速度と必要アンモニア水蒸発量の
増加速度と速度差（加熱遅れ）による温度降下分を加算
した温度に設定するアンモニア水蒸発用ヒーターの制御
方法、または、 アンモニア水をノズルより噴霧して、加熱ヒーターによ
り加熱された空気との熱交換により、アンモニア水を蒸
発させ、空気希釈アンモニアガスを発生させるアンモニ
ア水蒸発器において、前記蒸発器床面に沿って前記ノズ
ルの前後に開口部を持つ加熱空気のバイパス管を設け、
前記ノズル後流側でバイパス管経由の加熱空気でもアン
モニアを混合させるアンモニア水蒸発器、 である。

［作用］ この加熱ヒーターの制御方法によれば、第２図に示すよ
うに、蒸発完了点での温度（第１図に示す温度計８の指
示値Ｔ、）を ［蒸発後の希釈アンモニアガス露点温度Ｔｌ］＋［後流
配管１５における熱損失に伴うガスの温度降下分（ΔＴ
、）］ ＋［負荷変化に伴うアンモニア水の必要蒸発量の増加速
度と空気加熱ヒーター６による空気昇温速度差（加熱遅
れ）に対応する熱容量分の予熱供給（△Ｔ２）］ −［後流温度設定値（Ｔ３）］ となるように加熱ヒーター６を制御することである。ま
た、万一ドレンが発生した場合に備え、ドレンポット９
を設けてその液面上昇を監視するか、蒸発器１１の底部
ケーシング部の内側表面温度と内部流体温度（温度計４
および８の指示値差）によりドレンの発生状況を検出し
、加熱ヒーター６の負荷を上げ空気を昇温することでド
レンの発生は防げる。

この加熱ヒーターの制御方法によれば、第２図に示すよ
うに、特に低負荷時でも、加熱ヒーター６の応答遅れを
考慮して加熱空気温度（Ｔ、）を設定するため、必要蒸
発量の急激な負荷変化にも対応でき、完全蒸発に必要な
熱容量を常時確保することができる。また、加熱ヒータ
ー６の応答遅れ分に相当する熱容量（６１２分）のみ常
時予熱されているので、低負荷時の熱損失が最小にでき
る。一方、蒸発器出口温度（Ｔ、）の設定値には後流側
で予想されている配管１５（第１図）からの温度降下（
△Ｔｌ）が見込まれており、注入グリッド１２（第１図
）までに蒸発したアンモニア水が凝縮することも防げる
。

また、第３図に示すように蒸発器１１内では高温の希釈
空気温度はアンモニア水の液滴との間の蒸発により流れ
方向に沿い低下し、かつ蒸発により混合ガス中の水分は
増加するため、後流側においてドレンが発生し易い、し
かし、温度低下していない高温希釈空気の一部を蒸発器
１１の後流側の床面より流入させることにより、混合・
ガスの再加熱効果と、一部蒸発せずに飛散してくる液滴
を蒸発させることができる。

［実施例］ 本発明の一実施例を第１図示す。

アンモニア水はアンモニア水タンク１から供給ポンプ２
にて送られ、その流量は排ガス条件および脱硝性能から
計算される必要量に応じて調整弁３により調整される１
本実施例では蒸発性能向上のため、アンモニア水はアト
マイズ用空気と共にスプレーノズル７より所定の気液比
以上で蒸発器１１内に噴霧される。希釈用空気はブロワ
５より送風され加熱ヒーター６により昇温され、ノズル
７よりスプレーされたアンモニア水と混合され、噴霧液
滴を蒸発させる。蒸発器１１内で蒸発希釈されたアンモ
ニアガスは後流配管１５を経て注入グリッド１２より排
ガスダクト１４内に入り、最終的に脱硝触媒１３上で排
ガス中のＮＯｘ成分と反応する。

蒸発器１１内の温度制御として蒸発完了対応箇所の直後
に設置した温度計８の値（’ｒｅ）に、加熱ヒーターの
応答遅れによる温度降下（ΔＴ２）や後流側熱損失によ
る温度降下（△Ｔ１）を予め加味している。このため、
いかなる運転状態や急激な負荷変化にも対応でき、スプ
レーしたアンモニア水の完全蒸発と凝縮のないアンモニ
アガスの供給に必要な熱量は常に確保されることになる
。

この出口温度（Ｔ、）による加熱ヒーター６の制御は低
負荷時の熱損失を最小にし、経済的な運転を可能にして
いる。

なお、後流側熱損失による温度降下（△Ｔ、）は通常の
配管の保温厚さを決める計算方法で求める。すなわち、
配管形成用保温材の伝熱率、配管内外の温度、配管の厚
さ等に基づき算出される。

加熱ヒーターの応答遅れによる温度降下（△Ｔ　２　）
はＧＴ負荷上昇に伴いヒーター制御装置の応答速度が遅
い場合に、アンモニア水の蒸発に必要な入熱が不足する
ことで生じる。そこで、蒸発器出口ガス温度の低下ある
いは一部ドレンの発生等の防止の意味で、予め温度マー
ジンとして設定するものである。したがって、使用する
加熱ヒーター６のヒートアップ性能により決まる。

一方、未蒸発アンモニア水の発生を防止する手段として
、ドレンポット９を設け、これに液面計１０を取り付け
る。蒸発器１１内の底板には緩やかな勾配を付け、蒸発
器１１内の全てのドレンを集積する。この液面の上昇は
未蒸発成分の発生を意味するものであり、この時には加
熱ヒーター６の負荷を上げ蒸発を促進させる。未蒸発成
分の検出方法としては、上記の他に蒸発器１１の底板内
面の温度を測定することでも可能である。すなわち、温
度計４にて底板内表面の温度を測り、内部流体温度（Ｔ
、）との差により、ドレンの発生を検知するものである
。底板がドレンで濡れた時には底抜内表面温度がＴ、よ
り低いことを利用している。

この方法により、流入したアンモニア水は全て気化され
、ガス状のまま脱硝触媒１３に導入され所定の脱硝反応
に必要なＮ　Ｈｓ　／　Ｎ　Ｏｘのモル比が得られる。

前述の実施例では加熱ヒーターが連続的に昇温する例を
示したが、加熱ヒーターの特性がステップ制御、すなわ
ち、空気が段階的に昇温される例にも適用が可能である
。

家な、ドレンポットに温度計を取り付け、その温度と内
部ガス温度との差により未蒸発成分を検出する方法も有
効である。この場合温度計が完全に液に浸ることになり
、底板内表面の温度検出の場合より容易で確実である。

また、ドレンポットの液面監視より反応が速い利点もあ
る。

第３図は本発明の他の実施例のアンモニア水蒸発器１１
の構造図を示す。

高温空気の一部はバイパス１７を通り、ルーパー１８を
経て蒸発器１１の出口近傍の床面より流入する。なお、
バイパス１７にはダンパ１９が設けられている。蒸発に
より温度の下がった混合ガス２１の再加熱および蒸発せ
ずに飛散した液滴２０の一部を蒸発させる。そして、蒸
発器１１の出口の混合ガス２２が得られる。また、蒸発
器１１内での液滴２０の蒸発を良好に行う目的でアトマ
イジング空気供給用の配管１６を加熱するためのヒータ
ー２３を使用することにより、ドレン発生を極力少なく
することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、蒸発器出口温度Ｔ、を必要蒸発量の負
荷変化に対応する温度降下分ΔＴ２と後流側熱損失によ
る温度降下△Ｔ１を出口ガス露点温度Ｔ１に加算した値
に設定するため、低負荷時の余分の加熱による熱損失を
最小とした完全蒸発熱容量を常時確保することができる
。

また、未蒸発検出装置として、液面計付ドレンポット、
または蒸発器底板内表面温度計を設置することでドレン
の発生をすばやく発見して空気加熱ヒーターの負荷上昇
で未蒸発成分の発生を最小とすることができる。このこ
とにより、脱硝反応に必要な流入アンモニア水を全て蒸
発させ脱硝装置に送ることができる。

この結果、アンモニア水を直接加熱空気中にスプレーす
ることで希釈アンモニアガスを得る方法のアンモニア供
給装置を使用した脱硝装置等で、簡便かつ容易なヒータ
ー制御方式による完全蒸発の経済的な蒸発器を提供する
ことができる。

また、アンモニア水噴霧ノズル後流側にバイパス管経由
の過熱空気を供給することまたはアンモニア水アトマイ
ジング用空気を加熱することでもアンモニアを蒸発させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のアンモニア水を使用したアンモニア
供給装置および脱硝装置の概略フロー第２図は本発明の
蒸発器温度制御方式の場合の蒸発器内部温度とアンモニ
ア水の負荷変化の関係および蒸発点後流温度の設定方法
を説明するグラフ、第３図は本発明のドレン発生防止装
置を設けた蒸発器の概略図、第４図および第５図は従来
の液化アンモニアを使用した一般的脱硝装置の概略フロ
ーを示す。 １・・・アンモニア水タンク、４・・・温度計、５・・
・希釈空気ブロワ−１６・・・加熱ヒーター、７・・・
スプレーノズル、８・・・温度計、９・・・ドレンポッ
ト、１７・・・バイパス配管、２３・・・ヒーター 出願人　バブコック日立株式会社 代理人　弁理士　松永孝義　はか１名 第 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アンモニア水を空気加熱ヒーターにより加熱され
   た空気中に直接スプレーすることにより空気希釈アンモ
   ニアガスを得るアンモニア水蒸発器において、 蒸発器内の蒸発完了点後流温度を、その蒸発後の混合ガ
   ス露点温度に後流側配管からの熱損失による温度低下分
   および空気加熱ヒーターの昇温速度と必要アンモニア水
   蒸発量の増加速度と速度差による温度降下分を加算した
   温度に設定することを特徴とするアンモニア水蒸発用ヒ
   ーターの制御方法。
2. （２）蒸発器のアンモニア水のスプレー液滴捕捉ドレン
   ポットに設けた液面計の液面上昇検知または蒸発器底面
   のケーシング温度と内部流体との温度差検知によりドレ
   ンの発生状況を検出し、空気加熱ヒーターを追加加温す
   る請求項１記載のアンモニア水蒸発用ヒーターの制御方
   法。
3. （３）アンモニア水をノズルより噴霧して、加熱ヒータ
   ーにより加熱された空気との熱交換により、アンモニア
   水を蒸発させ、空気希釈アンモニアガスを発生させるア
   ンモニア水蒸発器において、前記蒸発器床面に沿って前
   記ノズルの前後に開口部を持つ加熱空気のバイパス管を
   設け、前記ノズル後流側でバイパス管経由の加熱空気で
   もアンモニアを混合させることを特徴とするアンモニア
   水蒸発器。
4. （４）アンモニア水供給用ノズルとアトマイジング空気
   供給用ノズルとを蒸発器内に開口させ、かつ、アトマイ
   ジング空気供給用ノズルに接続したアトマイジング空気
   配管に外部加熱手段を設けたことを特徴とする請求項３
   記載のアンモニア水蒸発器。