JPH0975672A - 排ガス脱硝装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガス中のＮＯｘを高効率で除去し得る排ガ
ス脱硝装置を提供すること。 【解決手段】 排ガス脱硝装置は、排ガス通路であるダ
クト２内において排ガス１の上流側に排ガス１にアンモ
ニアを注入するアンモニア注入装置を構成するアンモニ
ア注入管３と、排ガス１の下流側に脱硝触媒７を有して
いる。またダクト２内におけるアンモニア注入管３と脱
硝触媒７との間に、排ガス上流側より順に排ガス・アン
モニア混合気体４を撹拌混合する平板状排ガス混合装置
５、該排ガス混合装置５により混合された排ガス・アン
モニア混合気体４の流れを整流する排ガス整流装置６が
配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス脱硝装置に
係り、特に排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記
す。）を高効率で除去するに好適な排ガス脱硝装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】発電所、各種工場、自動車などから排出
されるＮＯｘは、光化学スモッグや酸性雨の原因物質で
あり、その効果的な除去方法として、アンモニア（ＮＨ
₃）を還元剤とした選択的接触還元による排煙脱硝法が
火力発電所を中心に幅広く用いられている。近年の電力
需要増加、特に夏期電力需要の増加に対応するため、ガ
スタービンの建設あるいはガスタービン等を利用したコ
ージェネレーションシステムの建設が都心部を中心に増
加している。これらの設備は人工密集地域に隣接して設
置されることが多いこととＮＯｘの排出規制が総量規制
であることから、設備から排出される排ガス中のＮＯｘ
量を極めて低いレベルに抑えることが望まれている。

【０００３】図７は、従来の排ガス脱硝装置の構成を概
念的に示している。同図において排ガス１は、アンモニ
ア注入管３より注入されるアンモニアと混合され、排ガ
ス・アンモニア混合気体４となり、これが脱硝触媒７を
通過して接触還元反応により、排ガス中のＮＯｘが分解
され、クリーン排ガス８としてダクト２より排出され
る。

【０００４】上記従来装置によると、脱硝触媒７の上流
側での排ガスの流速分布の変動係数（流速の標準偏差／
平均流速）は、最大４０％程度あり、またモル比（ＮＨ
₃／ＮＯｘ）分布の変動係数においても、ダクト２内に
均一にアンモニアを注入した場合、やはり４０％程度の
最大値が得られる。

【０００５】図５は、排ガス・アンモニア混合気体のモ
ル比（ＮＨ₃／ＮＯｘ）の変動係数と触媒活性との関
係、図６は排ガス・アンモニア混合気体の流速の変動係
数と触媒活性の関係をそれぞれ、示している。ここに触
媒活性とは元来、触媒自体が有している性能がどの程
度、有効に機能しているかを示す割合をいう。触媒活性
をＱ、基準となる脱硝率をｘ₀（％／100）、得られる脱
硝率をｘ（％／100）、脱硝率ｘ₀における反応速度をＫ
₀、脱硝率ｘにおける反応速度をＫとすると、触媒活性
Ｑは次式で表せる。

【０００６】

【数１】 Ｑ＝Ｋ／Ｋ₀＝ｌｎ（１／１−ｘ）／ｌｎ（１／１−ｘ₀） （１） 脱硝率が高い場合、例えば９５％の脱硝率のケースを考
えると、モル比、流速の変動係数が共に、４０％の時、
触媒活性はそれぞれ０.４、０.８５まで低下してしま
い、これらを総合した触媒活性は０.４×０.８５＝０.
３４となる。

【０００７】必要触媒量は、脱硝率の上昇と共に対数的
に上昇するが、上述の結果は、この理論触媒量よりもさ
らに約３倍の触媒量が必要なことを意味しており、反応
器が大きくなり過ぎて、設置スペースがない場合、ある
いは圧力損失が大き過ぎてプラント全体の効率が低下す
る場合等の問題が生じ実質上、高効率の排ガス脱硝装置
の実用化は困難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来装置で
は、脱硝触媒に導入される排ガス中のダクト断面におけ
るＮＨ₃／ＮＯｘモル比の均一化及び流速の均一化の点
について配慮がされておらず、高効率の脱硝装置の実用
化が困難であるという問題があった。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、排ガス中のＮＯｘを高効率で除去し得る排
ガス脱硝装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ダクト内に
導かれた排ガスにアンモニア注入装置によりアンモニア
を注入し、該排ガス・アンモニア混合ガスを脱硝触媒を
通過させ接触還元により排ガス中の窒素酸化物を除去す
る脱硝装置において、前記ダクト内におけるアンモニア
注入装置と脱硝触媒との間に、排ガス上流側より順に排
ガス・アンモニア混合気体を撹拌混合する排ガス混合装
置、該排ガス混合装置により混合された排ガス・アンモ
ニア混合気体流を整流する排ガス整流装置を配置するこ
とにより、達成される。

【００１１】アンモニア注入装置の下流側に設けられた
排ガス混合装置は、排ガス中のＮＯｘとＮＨ₃を混合
し、濃度を均一化するように作用する。

【００１２】また、脱硝触媒の上流側に設けられた排ガ
ス整流装置は、脱硝触媒へ流入する排ガスの流速分布を
均一化するように作用する。

【００１３】この排ガス混合装置と排ガス整流装置によ
り、排ガス・アンモニア混合気体について均一なモル比
分布及び均一な流速分布が得られ、脱硝触媒の触媒層断
面における触媒活性を均一に発揮させることが可能とな
る。

【００１４】したがって、装置全体の脱硝性能がむだな
く利用でき、少ない触媒量で所定の高脱硝効率を得るこ
とが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１には、本発明にかかる排ガス
脱硝装置の一実施形態の構成が示されている。同図にお
いて排ガス脱硝装置は、排ガス通路であるダクト２内に
おいて排ガス１の上流側に排ガス１にアンモニアを注入
するアンモニア注入装置を構成するアンモニア注入管３
と、排ガス１の下流側に脱硝触媒７を有している。

【００１６】またダクト２内におけるアンモニア注入管
３と脱硝触媒７との間に、排ガス上流側より順に排ガス
・アンモニア混合気体４を撹拌混合する平板状排ガス混
合装置５、該排ガス混合装置５により混合された排ガス
・アンモニア混合気体４の流れを整流する排ガス整流装
置６が配置されている。

【００１７】上記構成において、排ガス脱硝装置内に導
入された排ガス１は、アンモニア注入管３により注入さ
れるアンモニアと混合され、排ガス・アンモニア混合気
体４となる。この排ガス・アンモニア混合気体４は、ア
ンモニア注入管３の下流側に配置された平板状排ガス混
合器５にて、撹拌混合されて、ＮＨ₃／ＮＯｘモル比の
均一化が図られる。

【００１８】次いで、平板状排ガス混合器５を通過した
排ガス・アンモニア混合気体４は、平板状排ガス混合器
５の更に下流側に設けられた排ガス整流器６にて、整流
され、脱硝触媒７の触媒層前面部における排ガス・アン
モニア混合気体の流速分布の均一化が促進される。

【００１９】排ガス整流器６は、排ガス・アンモニア混
合気体４の流速の均一化に伴って、流速の速いガスと遅
いガスとを混合するので、排ガス・アンモニア混合気体
４のモル比（ＮＨ₃／ＮＯｘ）の均一化効果も期待でき
る。

【００２０】図２は、図１中に示される平板状排ガス混
合器５の正面図である。同図に示すようにダクト２の断
面を、小区画に分割して、開孔部９から噴出した排ガス
・アンモニア混合気体の流れの方向が交差するよう斜板
が配置された構造となっている。尚、１０は閉孔部であ
る。

【００２１】図３は、図１に示される排ガス整流器６の
正面図であり、円形状の開孔部１１を有する多孔板であ
る。多孔板の開孔率は小さい程、整流効果は大となる
が、同時に圧力損失が増大し、プラント性能の低下につ
ながるので両者のバランスを考慮して通常２０〜８０
％、好ましくは３０〜５０％の範囲の開孔率を有するも
のを選定する。尚、図３において１２は閉孔部である。

【００２２】本実施形態において、アンモニア注入管
３、平板状排ガス混合器５、排ガス整流器６、脱硝触媒
７との位置関係については、互いに距離が離れる程、排
ガス・アンモニア混合気体のモル比（ＮＨ₃／ＮＯｘ）
及び流速の均一化の効果は大きくなるので望ましいが、
距離の制限がある場合は、少なくともダクト２の代表径
の３倍以上の距離を確保すれば相当の効果が得られる。

【００２３】本実施形態により、通常の脱硝触媒直前に
おいてモル比変動係数を１０％以下、流速変動係数を１
０％以下にすることができた。

【００２４】図５に示した特性曲線より、脱硝率９５％
の場合においてモル比変動係数４０％で従来装置と比較
して本実施例では触媒活性が、０.４０（従来例）から
０.８５に向上する。

【００２５】一方、図６より、排ガス・アンモニア混合
気体の流速分布の改善による触媒活性は本実施例では従
来（流速変動係数４０％）に比較して０.８５（従来
例）から０.９８に向上する。

【００２６】この両者の触媒活性の向上は、相乗効果と
して表われ、総合触媒活性は、０.３４（＝０．４０
×．８５）から０.８３（＝０．８５×０．９８）に向
上し、触媒量として、従来に比べ６０％の低減が図れる
ことになる。

【００２７】また、この触媒活性の向上の結果として、
従来は、触媒量の増大により、実際上、困難であった９
５％以上の高脱硝効率を達成することが可能となる。

【００２８】本発明の実施形態（図１）に記載の平板状
排ガス混合器５は、一例であり、排ガスを混合する効果
を有するものであれば、パイプ状、型鋼状等、形状は問
わない。

【００２９】図４は、排ガス混合器の他の実施形態とし
て、コーン状の混合器を図示したものである。コーン１
３は、排ガス・アンモニア混合気体４を押し開げて、そ
の下流側でのガス流の乱れにより混合効果を上げるもの
で、邪魔板によるガス混合という点では平板状排ガス混
合器と同じ原理によるものである。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、触媒活性を有効に利用
することができるため従来不可能であった高効率の脱硝
が可能になると共に、触媒量の大幅な低減が図れる。ち
なみに脱硝率９５％のケースにおける試算では、触媒量
を６０％低減することができ、経済性においても有利な
排ガス脱硝装置を提供できる。

【００３１】また、反応器内の排ガス混合距離を短縮で
きることから、コンパクトな排ガス脱硝装置を実現で
き、装置の設置スペースの縮小、反応器製作費の低減等
の効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排ガス脱硝装置の一実施形態の構
成を示す模式図である。

【図２】図１に示す排ガス脱硝装置における平板状排ガ
ス混合器の構造を示す正面図である。

【図３】図１に示す排ガス脱硝装置における多孔板状排
ガス整流器の構造を示す正面図である。

【図４】コーン状排ガス混合器の側面の構造を示す模式
図である。

【図５】排ガス・アンモニア混合気体のモル比変動係数
と触媒活性との関係を示す特性図である。

【図６】排ガス・アンモニア混合気体の流速の変動係数
と触媒活性との関係を示す特性図である。

【図７】従来の排ガス脱硝装置の構成を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 排ガス ２ ダクト ３ アンモニア注入管 ４ 排ガス・アンモニア混合気体 ５ 平板状排ガス混合器 ６ 排ガス整流器 ７ 脱硝触媒 ８ クリーン排ガス ９ 開孔部 １０ 閉孔部 １１ 開孔部 １２ 閉孔部 １３ コーン状排ガス混合器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 吉輝 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 西川 鉄太 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 稲恒 芳郎 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 石川 富久 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 向井 正人 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダクト内に導かれた排ガスにアンモニア
   注入装置によりアンモニアを注入し、該排ガス・アンモ
   ニア混合ガスを脱硝触媒を通過させ接触還元により排ガ
   ス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置において、 前記ダクト内におけるアンモニア注入装置と脱硝触媒と
   の間に、排ガス上流側より順に排ガス・アンモニア混合
   気体を撹拌混合する排ガス混合装置、該排ガス混合装置
   により混合された排ガス・アンモニア混合気体流を整流
   する排ガス整流装置を配置したことを特徴とする排ガス
   脱硝装置。
2. 【請求項２】 前記排ガス整流装置を、開孔率２０〜８
   ０％の多孔板としたことを特徴とする請求項１に記載の
   排ガス脱硝装置。
3. 【請求項３】 前記排ガス整流装置を、開孔率３０〜５
   ０％の多孔板としたことを特徴とする請求項１に記載の
   排ガス脱硝装置。