JPH10151324A - 排煙脱硝装置 - Google Patents

排煙脱硝装置

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JPH10151324A
JPH10151324A JP8312071A JP31207196A JPH10151324A JP H10151324 A JPH10151324 A JP H10151324A JP 8312071 A JP8312071 A JP 8312071A JP 31207196 A JP31207196 A JP 31207196A JP H10151324 A JPH10151324 A JP H10151324A
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denitration
catalyst
catalyst layer
exhaust gas
gap
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Seiji Morii
政治 森井
Masato Mukai
正人 向井
Ko Watanabe
洸 渡辺
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガス処理系でのNH3ガスの分布の偏りに
よる脱硝触媒層による脱硝性能の低下を抑えることがで
きる排煙脱硝装置を提供すること。 【解決手段】 ハニカム状または板状の触媒エレメント
5を積層して得られるパラレルフロー型触媒ユニット6
または前記触媒ユニット6を複数個集積して得られる触
媒ブロック2の複数個の組み合わせからなる脱硝触媒層
3を排ガスダクト1内部のアンモニア注入部4の後流側
に配置する。そして脱硝触媒層3を排ガスダクト1内に
少なくとも2つ以上設置し、各脱硝触媒層3間に間隙1
3を設け、該間隙13に排ガスとアンモニアを混合させ
る混合器8を設置する。間隙13に設置される混合器8
で各脱硝触媒層入口で排ガスとNHが混合され、NH
3/NOxのモル比の分布アンバランスを小さくするが
でき、脱硝性能を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、還元剤及び脱硝触
媒を用いる脱硝装置に係り、特に脱硝触媒の脱硝作用を
高める脱硝触媒層を備えた排煙脱硝装置に関する。
【0002】
【従来の技術】発電所、各種工場または自動車などから
排出される排煙中の窒素酸化物(NOx)は光化学スモ
ッグの原因物質であり、その効果的な除去方法として選
択的接触還元による排煙脱硝装置が火力発電所を中心に
幅広く用いられている。近年、産業の発展からNOxを
含む排ガス量は増大する傾向にあり、環境基準を遵守す
るため、今後さらなる排ガスの低NOx濃度化が要求さ
れる情勢にある。また、NOxの他、燃焼排ガス中に含
まれるCO濃度も非常に低レベルまで抑えることが望ま
れており、それらを除去するための脱硝触媒やプロセス
の実現が重要な課題となっている。
【0003】排煙脱硝装置に従来から使用されている酸
化チタン系の脱硝触媒を用いた場合には、特に排煙脱硝
装置出口のガス中のNOxを0.1ppm以下あるいは
大気並のNOx濃度(0.04ppm)以下の、非常に
低いレベルに抑える高効率脱硝を実現させることは次の
ような問題があり困難であった。
【0004】NH3/NOxのモル比(以下、単にモ
ル比と略す)1.0以上の運転に伴う高濃度の未反応N
3が排出する。 通常、触媒層直前の排ガス流路域では局所的な前記モ
ル比の相違(アンバランス)があるため、モル比を1.
0よりかなり高い値(例えば1.2以上)とする必要が
有り、ますます未反応NH3の濃度が高くなる。 モル比の局所的な相違を無くすためには、NH3の拡
散混合を図るための長いダクトが必要となり、脱硝装置
の巨大化をもたらす。
【0005】特にモル比のアンバランス(NH3濃度の
アンバランス)は脱硝性能に大きく影響し、未反応NH
3の増大にもつながっている。
【0006】このNH3濃度のアンバランスを抑制する
ために、図15に示すような排ガスダクト1内の排ガス
処理系において脱硝触媒層3の前流側に排ガス混合器8
を設置した脱硝装置が提案されている。ただし、図15
に示すように排ガス処理系ではアンモニア注入ノズル4
からアンモニアが排ガス路内に注入され、アンモニアと
排ガスとの混合ガスが整流板7で整流された後、排ガス
混合器8で混合され、脱硝触媒が収納された触媒ブロッ
ク2を積層した脱硝触媒層3で脱硝される。
【0007】また、脱硝触媒層3の入口に導入される混
合ガスの偏流による脱硝効率の低下を解消させるため
に、図16に示す様に脱硝触媒層3を2つ以上用意し
て、各触媒層3、3の間に間隙を設けることにより、前
記偏流を矯正する脱硝装置も提案されている(特開平4
−82364号、特開昭54−82364号)。
【0008】また、図17に示すような脱硝触媒層3を
2つ以上間隔をあけて設けた脱硝反応装置において、前
段の脱硝触媒層3の後流側にリークしたガスを混合する
ための整流板12を設置した構成も提案されている(特
開平8−168652号)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、脱
硝触媒層3入口で排ガスとNH3は混合されるが、依然
として幾らかのモル比のアンバランス(NH3濃度のア
ンバランス)は存在している。脱硝触媒層3入口の前記
アンバランスは、脱硝触媒層3中に同様のアンバランス
をそのまま引き継ぐという悪影響を及ぼし、脱硝効率を
低下させる原因となっている。また、脱硝触媒層3を2
つ以上用意して各脱硝触媒層3間に間隙を設けた場合は
脱硝触媒層3の間での偏流は解消されるが、排ガス混合
作用は小さく、十分な混合を得るためには、前記間隙を
非常に大きく採らなければならないため、脱硝反応装置
が大型化するという問題も発生する。本発明の課題は、
排ガス処理系でのNH3ガスの分布の偏りによる脱硝触
媒層による脱硝性能の低下を抑えることができる排煙脱
硝装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記本発明の課題は、ハ
ニカム状または板状の触媒エレメントを積層して得られ
るパラレルフロー型触媒ユニットまたは前記触媒ユニッ
トを複数個集積して得られる触媒ブロックの複数個の組
み合わせからなる脱硝触媒層を排ガスダクト内部のアン
モニア注入部の後流側に配置した排煙脱硝装置におい
て、前記脱硝触媒層を排ガスダクト内に少なくとも2つ
以上設置し、各脱硝触媒層間に間隙を設け、該間隙に排
ガスとアンモニアを混合する混合器を設置した排煙脱硝
装置により解決される。本発明によれば、2つ以上の隣
接する脱硝触媒層間に間隙を設けると共に、それぞれの
間隙に混合器を設置し、各脱硝触媒層の入口で排ガスと
NHが混合され、NH3/NOxのモル比の排ガスダ
クト内での分布のアンバランスは小さくなり脱硝性能を
高めることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図に基づい
て説明する。図1に排煙脱硝装置内部の側面断面図を示
す。排ガスダクト1内に図2に示す構成からなる脱硝触
媒層3を複数それぞれ排ガスダクト内に間隔をあけて配
置し、脱硝触媒層3の前流側にはNH注入ノズル4を
設け、NH注入ノズル4と第一段の脱硝触媒層3の間
には図6に平面図を示す整流板7と図7に斜視図を示す
混合器8をダクト1の横断面全体にわたって設ける。さ
らに、脱硝触媒層3は2つ以上間隔を設けて配置される
が、その脱硝触媒層3間の間隔には、一つ以上の混合器
8をダクト1の横断面全体にわたって設置する。
【0012】本発明の脱硝触媒層3は図2に示すよう
に、多数の板状触媒エレメント5が積層されてパラレル
フロー型の触媒ユニット6を形成し、さらに複数個の触
媒ユニット6が、縦、横、上下に配列され、一辺が約1
m〜3mの範囲になるようにブロック枠体11内に充填
されて触媒ブロック2を形成している。触媒エレメント
5は、その板面が触媒ブロック2内に流れるガスの方向
と平行になるように配置されている。
【0013】触媒エレメント5は例えばEガラス製繊維
の捻糸を平織りした網状物に焼成後はTiO2、TiO2
とMoO3、TiO2とWO3などから構成される脱硝活
性のある触媒基材成分を塗布した後に焼成して得られた
板状またはハニカム状のものである。
【0014】図3に示すように、ダクト1(図1)内に
多数の触媒ブロック2を一面に敷き詰め、さらにそれを
複数段積み重ねることによって脱硝触媒層3が形成され
る。
【0015】本発明では、隣接する触媒ブロック2の側
面間に生じる間隙の後端(ガス流れの下流側)に、図4
に示すように、T字形断面を有するブロック間シール板
15を設置し、また隣接する触媒ユニット6の側面間に
生じる間隙の後端に、図5に示すように、T字形断面を
有するユニット間シール板14を設置している。ブロッ
ク間シール板15およびユニット間シール板14は、そ
れぞれ間隙全長にわたって、T字形の横棒から立ち下が
る脚部を間隙に差し込んでいる。
【0016】以上の脱硝触媒層3の構造により、従来の
技術では脱硝されずに触媒ブロック2間及び触媒ユニッ
ト6間の間隙を流れていた未処理の排ガスは、ブロック
間シール板15及びユニット間シール板14により流れ
が抑止され、ガスリークが減少する。さらに各シール板
14、15は触媒ブロック2間、触媒ユニット6間の各
間隙に流入した排ガスを触媒エレメント5のある側に方
向を転じさせて、触媒エレメント5を通って脱硝された
ガスと混合させる。この混合ガスは次の段階で脱硝され
るので、結局、各シール板4、5は脱硝触媒層出口での
NOxやNHを低減させ、触媒層の脱硝性能を向上さ
せることになる。
【0017】図15〜図17に示す従来技術の脱硝反応
装置をそれぞれ比較例1〜比較例3とすると、図15に
示す比較例1ではNH注入ノズル4より排ガス中にN
を散布し、整流板7、混合器8により脱硝触媒層3
の入口で排ガスとNHを混合しているものの、脱硝触
媒層3の入口で生じたNHの濃度分布のアンバランス
はそのままの状態で脱硝触媒層3の出口まで通過するこ
とになり、脱硝性能を低下させている。
【0018】また、図16に示す比較例2では脱硝触媒
層3を2つ以上設け、さらに各触媒層3、3間に間隔1
3を設けているが、脱硝触媒層3、3内でガス流れは層
流化されており、触媒層3、3間の間隙13で偏流は矯
正されるものの、その間隙13においてのガスの流れの
乱れは小さいため、排ガスの混合効果は小さく、NH
の濃度分布のアンバランスは解消されない。
【0019】また、図17に示す比較例3では脱硝触媒
層3を構成する触媒ブロック2とダクト1の内壁との隙
間からリークしたガスについては整流板12により混合
されるが、全体的な排ガス混合効果は無く、NHのガ
ス流内での濃度分布のアンバランスの解消はされない。
【0020】一方、前記比較例に対し本発明では、脱硝
触媒層3を2つ以上設け、各触媒層3と触媒層3の間隙
13にガス混合器8を設置することにより、それぞれの
脱硝触媒層3の入口でのガス流れの乱れは促進し、排ガ
スとNHは十分に混合され、ダクト1内でのNH
濃度分布のアンバランスを小さくし、さらに脱硝触媒層
3を構成する触媒ブロック2と脱硝反応装置のダクト1
の内壁との隙間からリークしてきた未反応の排ガスも混
合器8で混合され、脱硝性能を向上させることができ
る。
【0021】以下、具体的に数値を示し効果を述べる。
本発明の効果を実証する試験を水平流型脱硝試験装置を
用い行った。 実施例1 図8に示す様な水平流型脱硝試験装置9の入口にアンモ
ニア注入ノズル4を設け、さらにその内部にはガス流れ
方向に対して直交する方向の断面積450mm×450
mmの触媒ユニット6を6個充填し、最前段の触媒ユニ
ット6入口に整流板7と混合器8を設置する。触媒ユニ
ット6を2ユニットずつで一つの脱硝触媒層3を構成
し、各触媒層3の間にはそれぞれ混合器8が入る程の間
隙13を設け、そこに混合器8を設置する。
【0022】比較例1 図9に比較例1の従来技術を前記実施例1と同様の水平
流型脱硝試験装置9に適用した例を示す。水平流型脱硝
試験装置9の入口にアンモニア注入ノズル4を設け、さ
らにその内部にガス流れ方向に対して直交する方向の断
面積450mm×450mmの触媒ユニット6を6ユニ
ット充填し、該脱硝触媒層3の入口に整流板7と混合器
8を設置している。
【0023】比較例2 図10に比較例2を図8の実施例1と同様に水平流型脱
硝試験装置9を用い示す。水平流型脱硝試験装置9の入
口にアンモニア注入ノズル4を設け、さらにその内部に
ガス流れ方向に対して直交する方向の断面積450mm
×450mmの触媒ユニット6を2ユニットずつで一つ
の脱硝触媒層3を構成して充填し、各触媒層3の間には
本発明の実施例1と同様に間隙13を設ける。そして最
前段の脱硝触媒層3の入口に整流板7と混合器8を設置
している。
【0024】比較例3 図11に本発明の比較例3を実施例と同様に水平流型脱
硝試験装置9を用い示す。水平流型脱硝試験装置9の入
口にアンモニア注入ノズル4を設け、さらにその内部に
ガス流れ方向に対して直交する方向の断面積450mm
×450mmの触媒ユニット6を2ユニットずつで一つ
の脱硝触媒層3を構成して充填し、各触媒層3の間には
本発明の実施例1と同様に間隙13を設ける。そして最
前段の触媒層3の入口に整流板7、混合器8を設置して
いる。また各触媒層3の後流側に整流板12を設置して
いる。
【0025】比較例4 図12に本発明の比較例4を実施例1と同様に水平流型
脱硝試験装置9を用いた例を示す。水平流型脱硝試験装
置9の入口にアンモニア注入ノズル4を設け、さらにそ
の内部にガス流れ方向に対して直交する方向の断面積4
50mm×450mmの触媒ユニット6を6ユニット充
填した単一の脱硝触媒層3を構成し、該脱硝触媒層3の
入り口に整流板7と3つの混合器8を並べて設置してい
る。
【0026】LPG燃焼排ガスを用いて表1の条件で、
図8〜図12に示す触媒層3の入口のA点、触媒層3の
中間のB点、C点及び触媒層3の出口のD点で、それぞ
れNH濃度とNOx濃度を測定し、その値を図13に
示す測定点のダクト横断面上の5点(NO.1〜NO.
5)にトラバースした。
【表1】
【0027】試験結果を図8〜図12に示す脱硝触媒層
3の入口のA点、中間のB点、C点、出口のD点でそれ
ぞれのNOx濃度とNH濃度のトラバース結果を表2
(NOx濃度)と表3(NH濃度)にそれぞれ示す。
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】上記実験結果によると比較例1は、触媒層
3の入口Aのモル比のバラツキの影響により触媒層3の
中間のB点、C点でのNH3/NOxのモル比の変動係
数(バラツキ)が高い結果となっている。
【0030】また、脱硝触媒層3の前流に混合器8を3
つ設置した比較例4(図9)では、触媒層3の入口A点
においてモル比の変動係数はやや減少しているものの、
依然として前記バラツキは有り、その影響により触媒層
3の中間点B点とC点においての前記バラツキが高く、
結果的に比較例1と同様な脱硝性能になっている。
【0031】比較例2では、比較例1の場合より触媒層
3の中間点B点とC点のモル比のバラツキは少しは改善
されるものの、脱硝性能を向上させるまでには至ってい
ない。
【0032】比較例3では触媒ユニット6と水平流型脱
硝試験装置9の内壁との隙間からリークするガスについ
ては混合されるものの、全体としてのガス混合はされ
ず、モル比のバラツキ及び脱硝性能は比較例2とほぼ同
様となっている。
【0033】一方、実施例1では各触媒層3の入口(触
媒層中間点B・C)でのモル比のバラツキは明らかに小
さくなり、その結果、より脱硝性能は向上し、残留NH
は低減される結果となった。
【0034】すなわち、本実施例のように脱硝反応装置
内部での各触媒層3、整流板7及び混合器8などの配置
形式により、脱硝反応装置内でのモル比の分布のアンバ
ランスを解消し、脱硝効率の高い装置とすることが可能
となった。
【0035】実施例2 図14に本発明のその他の実施例を示す。図14のよう
な設置スペースの関係上では2つの脱硝触媒層3間に排
ガスダクト1の空間が存在する触媒配置型式の脱硝装置
おいて脱硝触媒層3間の排ガスダクト1の空間へ混合器
8を設置して脱硝性能を向上させる。この様な配置は脱
硝反応装置の増大を一切無しで脱硝性能を向上すること
ができ、本発明の非常に効果的な活用法である。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、従来技術では脱硝性能
の低下及び、残留NH3の増加を引き起こしていた脱硝
触媒層入口でのNH3濃度の分布のアンバランスによる
悪影響を触媒層を2つ以上設け、該触媒層間に混合器が
入る程の間隙を設け、そこに混合器を設置することによ
り、各触媒層入口で排ガスを混合し、NH3の濃度分布
のアンバランスを小さくし、また、触媒層の間隙よりリ
ークした未脱硝の排ガスも混合し、最終的な脱硝反応装
置出口のNOx値、NH3値を減少させ脱硝反応装置の
脱硝性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の脱硝装置内部の断面図を示
す。
【図2】 本発明の実施例の触媒層を構成する触媒ブロ
ックの傾斜図を示す。
【図3】 図2の触媒ブロックを集積して得られる脱硝
触媒層の傾斜図を示す。
【図4】 図2の触媒ブロック間シール板部分の平面図
を示す。
【図5】 図2の触媒ユニット間シール板部分の平面図
を示す。
【図6】 脱硝装置の排ガス混合に用いる整流板を示
す。
【図7】 脱硝装置の排ガス混合に用いる混合器を示
す。
【図8】 水平流型脱硝反応試験装置での本発明の実施
例の構成図を示す。
【図9】 水平流型脱硝反応試験装置での本発明の比較
例の構成図を示す。
【図10】 水平流型脱硝反応試験装置での本発明の比
較例の構成図を示す。
【図11】 水平流型脱硝反応試験装置での本発明の比
較例の構成図を示す。
【図12】 水平流型脱硝反応試験装置での本発明の比
較例の構成図を示す。
【図13】 水平流型脱硝反応試験装置での本発明と比
較例の実証試験の測定点を触媒層入口のダクト断面を用
い示す。
【図14】 本発明のその他の実施例の脱硝装置の構成
図を示す。
【図15】 従来技術の脱硝装置の内部の断面図を示
す。
【図16】 従来技術の脱硝装置の内部の断面図を示
す。
【図17】 従来技術の反応器内部の断面図を示す。
【符号の説明】
1 排ガスダクト 2 触媒ブロッ
ク 3 脱硝触媒層 4 NH注入
ノズル 5 板状触媒エレメント 6 触媒ユニッ
ト 7 整流板 8 混合器 11 ブロック枠体 14 ユニット
間シール板 15 ブロック間シール板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハニカム状または板状の触媒エレメント
    を積層して得られるパラレルフロー型触媒ユニットまた
    は前記触媒ユニットを複数個集積して得られる触媒ブロ
    ックの複数個の組み合わせからなる脱硝触媒層を排ガス
    ダクト内部のアンモニア注入部の後流側に配置した排煙
    脱硝装置において、 前記脱硝触媒層を排ガスダクト内に少なくとも2つ以上
    設置し、各脱硝触媒層間に間隙を設け、該間隙に排ガス
    とアンモニアを混合する混合器を設置したことを特徴と
    する排煙脱硝装置。
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