JPH07213859A - 排ガス処理装置 - Google Patents

排ガス処理装置

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JPH07213859A
JPH07213859A JP6015275A JP1527594A JPH07213859A JP H07213859 A JPH07213859 A JP H07213859A JP 6015275 A JP6015275 A JP 6015275A JP 1527594 A JP1527594 A JP 1527594A JP H07213859 A JPH07213859 A JP H07213859A
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JP
Japan
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exhaust gas
boiler
exhaust
pipe
plasma reactor
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JP6015275A
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English (en)
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Seiichi Nishida
聖一 西田
Eishiro Sasagawa
英四郎 笹川
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 起動時から定常運転にわたり高効率かつ高信
頼でNOx を除去する排ガス処理装置を得る。 【構成】 ガスタービン2につながれ脱硝触媒装置を有
する排ガスボイラ4、同排ガスボイラの出口排ガス管に
分岐接続されたプラズマ反応器15、およびNO x 吸着
・脱離装置17を設けた排ガス処理装置において、プラ
ズマ反応器15の前流に除湿装置13を設け入口を排ガ
スボイラの抽気管21につなぐとともに出口を分岐して
ガスタービンと排ガスボイラの前流につないだ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン、発電プラ
ント用ボイラーなど各種燃焼を伴う装置の起動時および
定常時に排出される排ガス中の窒素酸化物(NOx
を、効果的に除去することができるグロー放電プラズマ
による排ガス処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来技術を図3により説明する。
【0003】ガスタービン(排ガス発生源)2の排気は
脱硝装置組込み排ガスボイラ4を経て排気管7、バルブ
8、排出管9を順次経て大気へ放出される。
【0004】排ガスボイラ4にはアンモニア供給装置5
がアンモニア供給管6を介して接続されている。排気管
7から分岐して、排ガスは排気管10、バルブ11、排
気管12、プラズマ反応器15、排気管16、NOx
着・脱離装置17、排気管18、バルブ19、排気管2
0を順次経て大気へ放出される。さらにボイラ4の抽気
排ガスは抽気管21、バルブ22、排気管23を順次経
て排気管16に合流される。またNOx 吸着・脱離装置
17の出口排ガスは排気管18から分岐して、排気管2
6、バルブ27、排気管28を順次経て、ガスタービン
2の給気管1に合流される。
【0005】以上において、この装置により排ガス発生
源、例えば、ガスタービンコンバインドサイクルの排ガ
ス中のNOx を処理する場合を例にとり説明する。
【0006】ガスタービン2起動時には、ガスタービン
2から排出される排ガスは排気管3を介して脱硝装置組
込み排ガスボイラ4に導入される。通常起動時から約3
0分間は低温の為、脱硝装置(すなわち触媒)が作動せ
ず、排ガスは排気管7及び10、さらにバルブ11及び
排気管12を介してプラズマ反応器15内に導入され
る。そして、プラズマ反応器15内部では排ガス中のN
x の主成分であるNOが、グロー放電プラズマにより
NO2 に酸化処理される。反応式は(1)式のとおりで
ある。
【0007】 NO+O2 +e→NO2 +1/2 O2 ……(1) そうすると、プラズマ反応器15で酸化処理された排ガ
スは、排気管16を介してNOx 吸着・脱離装置17内
に導入される。そこで、排ガス中のNOx 、すなわちN
2 はNOx 吸着・脱離装置17に吸着されて、いわゆ
る脱硝処理が終了する。このようにしてNOx を除去さ
れた排ガスは排気管18、バルブ19及び排気管20か
ら外気へ排出される。
【0008】さて、起動時から約30分以上経過する
と、排ガスの温度が上昇してボイラ4内に組み込まれて
いる脱硝触媒が十分に作動する。このとき、ガスタービ
ン2から排出されるNOx を含む排ガスは、排気管3を
介して脱硝装置組込み排ガスボイラ4内に導入される。
同時にアンモニア供給装置5からアンモニア供給管6を
介してアンモニアガスが排ガスボイラ4内へ導入され
る。そうすると排ガスボイラ4内の脱硝触媒とアンモニ
アガス及び排ガス中のNOx が化学反応をひき起こし
て、排ガス中のNOx は無害化される。無害化された排
ガスは排気管7、バルブ8及び排気管9を介して外気へ
排出される。
【0009】他方、排ガスボイラ4から高温のガスが、
ガスタービン2から排出される排ガス流量の約1%の流
量で抽気管21、バルブ22、排気管23及び16を介
してNOx 吸着・脱離装置17内に導入される。そうす
ると吸着・脱離装置17内に蓄積されていたNOx は、
高温により脱離され、排気管18、26、バルブ27及
び排気管28を介して吸気管1にリターン導入され、ガ
スタービン2内へ入る。したがって起動時、約30分間
に発生するNOx は、NOx 吸着・脱離装置17にいっ
たん蓄積される。そして、その後(約30分以後)、す
なわち定常運転状態になると徐々に蓄積したNOx を脱
離させ、ガスタービンに戻すので脱硝触媒に負担をかけ
ない。このようにして、起動時から定常時のほとんど全
ての運転状態において排ガス中のNOx を除去すること
ができる。しかもNOx 吸着・脱離装置17は繰り返し
使用が可能である。
【0010】したがって、ガスタービン、ボイラーなど
各種燃焼を伴う装置の起動時用排ガス処理装置として活
用されつつある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置では、
プラズマ反応器内部の温度が低く、かつ排ガス中の水分
が多い場合、プラズマ反応器内部が結露して安定なグロ
ー放電プラズマを発生できず、NOx 処理が出来なくな
るという問題点があった。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため次の手段を講ずる。
【0013】すなわち、排ガス処理装置として、排ガス
発生源につながれ脱硝触媒装置を有する排ガスボイラ
と、同排ガスボイラの出口排ガス管に分岐接続され起動
時の間作動するプラズマ反応器と、同プラズマ反応容器
の前流および後流にそれぞれつながれ、かつ上記排ガス
ボイラの抽気管にそれぞれ入口がつながれるとともにそ
れぞれ出口が分岐して上記排ガス発生源および排ガスボ
イラの少くとも一つの上流側につながれ、上記プラズマ
反応器が作動時は上記ボイラの出口排ガスが通され、不
作動時は上記排ガスボイラの抽気ガスが通される除湿装
置および窒素酸化物吸着・脱硝装置とを設けた。
【0014】
【作用】上記手段において、排ガス発生源および排ガス
ボイラ起動時(排ガス低温)は、排ガスボイラの出口排
ガスは低温であるため、除湿装置で除湿され、プラズマ
反応器に送られる。プラズマ反応器でプラズマ反応によ
り酸化処理された排ガスは、NOx 吸着・脱離装置へ送
られ、NOx が吸着除去され放出される。排ガスボイラ
の定常運転時(排ガス高温)は、排ガスボイラの抽気管
から高温の排ガスが除湿装置へ送られ、除湿装置の吸湿
材が加熱再生され、その湿分を含む出口ガスは排ガス発
生源および排ガスボイラの少くとも一方側の入口側へリ
ターンされる。NOx 吸着・脱離装置も同様に排ガスボ
イラの抽気管から高温の排ガスが供給され、吸着NOx
が脱離され、排ガス発生源および排ガスボイラの少なく
とも一方側の入口側へリターンされる。
【0015】このようにしてプラズマ反応器には常に除
湿された排ガスが供給されるので、プラズマ反応容器内
の結露が防止される。従って、常に安定した排ガス処理
が可能となる。また除湿装置の長寿命化が計れる。
【0016】
【実施例】前記記載の本発明の一実施例を図1、図2に
より説明する。なお、従来例で説明した部分は、同一の
番号をつけ説明を省略し、この発明に関する部分を主体
に説明する。
【0017】図1にて、プラズマ反応器15の前流に除
湿装置13が、後流にNOx 吸着・脱離装置17が接続
される。またNOx 吸着・脱離装置17の出口から分岐
し、排気管26、バルブ27、排気管28を順次経てガ
スタービン2の吸気管1へ合流するリターンラインが設
けられる。さらに除湿装置13の出口から分岐し排気管
26に合流する排気管25がつながれる。
【0018】図2に示すように排ガスボイラ4の前段部
には熱交換器31が設けられ、その排気管21′は排ガ
スボイラ4の抽気管21に切換弁32で合流する。また
抽気管21はバルブ22、排気管23を順次経てNOx
吸着・脱離装置17の入口排気管16に合流する。さら
に排気管23から分岐して除湿装置13の入口排気管1
2に合流する排気管24がつながれる。また排気管26
のバルブ27の前流側から分岐して排ガスボイラ4の入
口側の排気管3に合流するバルブ30を持つ排気管29
が設けられる。
【0019】以上の構成において、起動運転と定常運転
の場合に分けて次に説明する。 (1)起動運転時の場合 ガスタービン2の起動から定常運転に至るまでの数十分
間は脱硝装置組込み排ガスボイラ4の脱硝触媒温度が動
作温度以下であるため、触媒によるNOx 除去はできな
い。したがってプラズマ反応器15及びNOx 吸着・脱
離装置17によりNOx 除去の排ガス処理を行う。(こ
のときアンモニア供給は行われない)まず、各バルブの
状況は、バルブ8、22、27は閉、他方バルブ11、
19は開と設定しておく。ガスタービン2から排出され
たNOx を含む排ガスは排気管3を介して脱硝装置組込
み排ガスボイラ4へ導入される。起動時なので脱硝作用
は行われないで、この排ガスは排気管7、バルブ11、
排気管12を介して除湿装置13へ導入される。除湿装
置13は、例えばシリカゲルや活性炭などの吸湿物質か
らなるもので、排ガス中の水分(H2 O濃度)を低減或
いは除去し、その排ガスを排気管14を介してプラズマ
反応器15へ導入する。プラズマ反応器15に導入され
た排ガスは水分が減少(除去)されているため、プラズ
マ反応器内部の結露がなくなり、安定したグロー放電プ
ラズマが発生する。このプラズマにより式(2)〜
(4)の反応が促進される。
【0020】 NO+O2 +電子エネルギー約7eV→NO2 +1/2 O2 ……(2) NO2 +1/2 O2 →NO3 ……(3) NO2 +NO3 →N2 5 ……(4) 上記(2)〜(4)式はプラズマ反応器15に導入され
たガスタービン2の排ガス中のNOx の主成分であるN
OがNO2 、NO3 及びN2 5 等に酸化処理されるこ
とを意味している。
【0021】プラズマ反応器15から排出されたNOx
酸化処理済みの排ガスは、排気管16を介してNOx
着・脱離装置17に導入される。NOx 吸着・脱離装置
17は、例えばセラミックス等の吸着物質からなるもの
で、プラズマ反応器15から送られてくる排ガスの中に
含まれる。NO2 、NO3 及びN2 5 などのNOx
分が吸着物質に吸着蓄積されることによりNOx が除去
される。
【0022】このようにして無害化された排ガスは排気
管18、バルブ19、排気管20を介して外気へ排出さ
れる。 (2)定常運転時 定常運転時は、脱硝装置組込み排ガスボイラ4の脱硝作
用が十分に発揮される温度になるので、プラズマ反応器
15は作動させない。
【0023】各バルブの状況は、バルブ11、19は
閉、バルブ8、22、27は開とする。ガスタービン2
から排出されるNOx を含む排ガスは排気管3を介して
脱硝装置組込み排ガスボイラ4へ導入される。同時にア
ンモニア供給装置5からアンモニア供給管6を介してア
ンモニアガスが同上排ガスボイラ4へ供給される。
【0024】同上排ガスボイラ4内部では排ガスとアン
モニアガスが混合され、この混合排ガスを同上排ガスボ
イラ組込みの脱硝触媒に接触させることにより排ガス中
のNOx が除去される。したがって同上排ガスボイラ4
の排ガスは無害化された排ガスとなって排気管7、バル
ブ8、及び排気管9を介して外気へ排出される。
【0025】このようにしてNOx 除去の排ガス処理を
行うと同時に、吸湿装置13及びNOx 吸着・脱離装置
17を再生して、次回の起動時脱硝に備えておく。その
手順は次のとおりである。
【0026】脱硝装置組込み排ガスボイラ4からの排ガ
ス(全体流量の百分の1ないし数百分の1の流量)を抽
出して排気管21、バルブ22、排気管23、排気管2
4、排気管12を介して除湿装置13に導入する。そう
すると排ガスの熱エネルギー(温度350℃〜400
℃)により除湿装置13内の吸湿物質は脱水乾燥されて
再生される。同じく、NOx 吸着・脱離装置17内部へ
排気管23、16を介して同上ボイラ4の排ガス(全体
流量の百分の1ないし数百分の1の流量)が導入され、
吸着物質に吸着されたNOx 成分は脱離されてNOx
着物質は再生される。脱離されたNOx はガスタービン
2へ戻される。除湿装置13からの排ガスは排気管1
4、25を経て26へ排出され、同時にNOx 吸着・脱
離装置17からの排ガスは排気管18を経て26へ排出
される。そして両者の排ガスはバルブ27、排気管2
8、吸気管1を介してガスタービン2へ導入される。
(再生ガスはシステム内部で処理され、副生物の発生も
ない。)このように吸着物質を繰り返し再生して使うこ
とができるということは、起動時に対応できる触媒物質
がない現状において非常に有益である。
【0027】ここで図2で脱硝装置組込み排ガスボイラ
4内部の詳細説明をしておく。公知の脱硝装置組込み排
ガスボイラ4は通常、脱硝触媒4bの上流側及び下流側
にそれぞれ排ガスの熱エネルギーを回収するボイラ4a
及び4cが設置されている。燃焼装置からの排ガスは排
気管3よりボイラ4aに導入される。定常運転時には排
ガス温度は500℃以上になっているが、ボイラ4aの
熱交換作用により排ガス温度は脱硝触媒4bの作動範囲
である350〜400℃になる。そしてこの排ガスとア
ンモニア供給管6を介して供給されるアンモニアガスが
混合される。このアンモニア混合排ガスが脱硝触媒4b
内に導入されると、排ガス中のNOx は無害化されて下
流側のボイラ4cへ導入される。ボイラ4cは脱硝触媒
4bからの排ガスの持っている熱エネルギーを回収し、
その結果、排ガス温度は約100℃まで低下し、排気管
7へ排出される。
【0028】上記実施例では除湿装置13及びNOx
着・脱離装置17の再生処理を行う際、その再生用ガス
は抽気管21からのガス、すなわち脱硝触媒4bの出口
付近から抽気によって供給されるガスを利用したが、切
替弁32を切り替え、図2に示すように排ガスボイラ4
内のボイラ4aを用いて、内部に設けた熱交換器31で
空気を、例えば温度350〜400℃に加熱した排気管
21′からのガスを利用してもよい。これらは説明の都
合上、切替弁を設けて切り替えるようにしたが、切替弁
をとり、どちらか一方のみを設けてもよい。
【0029】また再生処理を行なった後の排ガスは、バ
ルブ30を介してもう一度脱硝装置組込み排ガスボイラ
4の上流へ戻してやり、脱離したNOx や除湿装置13
の水分(NOx やNOが含まれている)を再度脱硝装置
組込み排ガスボイラ4の上流へ入れて処理する。それら
の戻される排ガスが低温となった場合は、必要に応じて
排ガス発生源2の上流に入れて高温にしてやればよい。
【0030】また上記ではリターンの排気管28、29
ラインを2つ設けたが、どちらか一方のみとしてもよ
い。
【0031】
【発明の効果】以上に説明したように本発明の装置によ
れば、プラズマ反応器の前流に除湿装置を設け排ガスボ
イラの抽気を導入するようにしたので、従来装置では避
けられなかったプラズマ反応器内部の結露によるNOx
除去性能の低下を抑制することができる。また除湿装置
の再生ができる。
【0032】従って信頼性が高く長寿命でかつ、起動時
から定常運転にわたりNOx を高効率に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成全体系統図である。
【図2】同実施例の脱硝装置組込み排ガスボイラの詳細
図である。
【図3】従来例の構成全体系統図である。
【符号の説明】
1 吸気管 2 排ガス発生源 4 脱硝装置組込み排
ガスボイラ 5 アンモニア供給装
置 6 アンモニア供給管 13 除湿装置 15 プラズマ反応器 17 NOx 吸着・脱
離装置 1、3、7、9、10、12、14、16、18、2
0、21、21′、23、24、25、26、28、2
9 排気管路 8、11、19、22、27、30 開閉器(バル
ブ) 31 熱交換器 32 切換弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 53/32 ZAB 53/34 ZAB 53/74 53/81 53/86 ZAB 53/94 B01D 53/34 129 C 129 A 53/36 ZAB 101 A

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排ガス発生源につながれ脱硝触媒装置を
    有する排ガスボイラと、同排ガスボイラの出口排ガス管
    に分岐接続され起動時の間作動するプラズマ反応器と、
    同プラズマ反応容器の前流および後流にそれぞれつなが
    れ、かつ上記排ガスボイラの抽気管にそれぞれ入口がつ
    ながれるとともにそれぞれ出口が分岐して上記排ガス発
    生源および排ガスボイラの少くとも一つの上流側につな
    がれ、上記プラズマ反応器が作動時は上記ボイラの出口
    排ガスが通され、不作動時は上記排ガスボイラの抽気ガ
    スが通される除湿装置および窒素酸化物吸着・脱硝装置
    とを備えてなることを特徴とする排ガス処理装置。
JP6015275A 1994-02-09 1994-02-09 排ガス処理装置 Withdrawn JPH07213859A (ja)

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