JPS5943213B2 - 排ガス脱硝装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービンの排煙脱硝装置に係り脱硝効率
の良好なＯＨラジカル注入方式のＨ２Ｏ２注大技術に関
する。

従来技術の排煙脱硝装置を第１図に示す。

第１図において、ガスタービン１０と排熱回収ボイラ２
０と脱硝装置３０が備えられている。

ガスタービン１０は、圧縮機１１、タービン１２、燃焼
室１４により構成され、発電機１３を駆動する。

排熱回収ボイラ２０はガスタービン１０からの排ガス３
を熱源とし、ガス上流側より過熱器２１、蒸発器２２、
節炭器２３により構成されている。

ガスタービン１０に導びかれる空気４は、上記圧縮機１
１により圧縮され、上記燃焼室１４において、燃料５を
燃焼させ、発生した高温、高圧ガスで、上記タービン１
２を駆動する。

タービン１２の排ガス３は、排熱回収ボイラ２０で熱回
収され、そこで発生した蒸気２は熱負荷、例えば、蒸気
タービン４０に導入されコンバインドサイクル発電プラ
ントを形成する。

ガスタービン１０の排ガス３に含まれる窒素酸化物の低
減対策としては、主として、ガスタービン１０の燃焼室
１４へ適量の水又は蒸気７を噴射することによって行な
われており、ＮＯｘ濃度を約４ｏｐｐｍ程度におさえる
ことが可能であった。

一般に、ガスタービンで水又は蒸気１の噴射量を増すと
、窒素酸化物の排出量は、３ｏｐｐｍまでは低減される
が、しかしながら蒸気タービンとのコンバインドプラン
トの熱効率を低下させるという欠点を有する。

第２図に示した入口空気流量に対する水噴射量とコンバ
インドプラント熱効率との関係図からも明らかである。

また、最近の環境規制の強化、特に窒素酸化物の総量規
制により、窒素酸化物排出量が１０ｐｐｍレベルに規制
されると、上記水又は蒸気７の噴射だけでは、窒素酸化
物の排出量を規制値以内に抑えることか不可能であり、
新たに排煙脱硝装置３０を併設することが必要となる。

一方、従来の排煙脱硝方式の一つであるアンモニアガス
６を注入し、酸化鉄をベースにした触媒を使用するアン
モニア・酸化鉄式接触還元分解法は、第３図に示す如く
の温度特性を有する。

第３図に示す如く、脱硝効率は反応温度が３００℃から
３５０℃が最適温度であるため、コンバインドプラント
の排ガスボイラ内のガス温度が３００°Ｃから３５０°
Ｃとなる蒸発器２２と節炭器２１を分離して、その間に
反応塔３１を入れなければならないという欠点がある。

また、Ｓｕ値は１００ＯＯＨ−１と小さく、火力機に比
べて、ガスタービン１０は排ガス３の量が２．５倍と多
く、多量の触媒を必要とするため、反応塔３１の容積が
大きくなければならないという欠点がある。

ここで、これら従来方式の脱硝技術の欠点を解消するた
め、ＯＨラジカル注入方式のＨ２０□注入方法に関する
無触媒脱硝方式が検討されている。

我々の実験によれば第４図に示す如くこのＯＨラジカル
注入方式は、０２が共存している時は、温度が４００〜
５００度の条件下ではＨ２０□の一段注入は脱硝効率が
４０％から５０％と低いことが判明した。

そして、第５図に示したようにＨ２Ｏ２は高温下では（
１）式に示す如＜０．１秒以内に完全にＨ２Ｏに分解し
てしまう特徴を有する。

Ｈ２０□→Ｈ２０＋−０□ ・・・・・・・・・（
１）しかも、Ｈ２Ｏ２は金属表面に接触することにより
、同様に（１）式の反応により、Ｈ２Ｏに分解するとい
う特徴も有している。

本発明の目的は上記従来技術の欠点を解消し脱硝効率の
良い過酸化水素注入方式による排ガス脱硝装置を提供す
ることにある。

次に本発明を適用したガスタービン排煙脱硝方式の一実
施例を図面を参照して説明する。

第６図において、ガスタービン１０は、空気圧縮機１１
、タービン１２、燃焼室１４、排ガスダクト１６により
構成されており発電機１３を駆動する。

上記排気ダクト１６には、過酸化水素注入ノズル８３Ａ
〜８３Ｄが一定間隔（例えば約２ｍ間隔）で設置されて
いる。

過酸化水素注入装置８０は、過酸化水素流量調整弁８１
Ａ〜８１Ｄ、注入ノズル８３Ａ〜８３Ｄ、注入ポンプ８
４、貯蔵タンク８５等により構成されている。

上記注入ノズル８３Ａ〜８３Ｄには、空気孔８６Ａ〜８
６Ｄがそれぞれ設置されている。

上記ガスタービン空気圧縮機１１の中間段には、空気抽
気管１５が配設され、上記空気抽気管１５は、上記、注
入ノズルの空気孔８６Ａ〜８６Ｄに接続されていて空気
を圧縮機１１から導くようになっている。

また排気ダクト１６には、上記過酸化水素注入、ノズル
８３Ａ〜８３Ｄの上流側に位置するアンモニア注入ノズ
ル１７とその注入装置１８が設置されている。

同様に排気ダクト１６には過酸化水素注入ノズル８３Ａ
〜８３Ｄの上流側に位置する排ガス温度検出計８８と、
ＮＯｘ検出計８９が設置され、上記検出計８８，８９で
の検出信号は演算器８２にて制御空気量に置き替えられ
、操作空気管８１を通じ、該流量調整弁８１Ａ〜８１Ｄ
の開度を制御することになっている。

第８図に、上記過酸化水素注入ノズル８３の詳細図、第
９図に、第８図のＡ−Ａ断面図を示す。

第８図、第９図において、注入ノズル８３にはノズル外
面より過酸化水素８の流入方向に向ってノズル内面に至
る複数個の空気孔８６ａ 、８６ｂ。

８６ｃが、ノズル内面の円周の接線方向に沿って設けら
れている。

上記注入ノズル本体８３は、上記排気ダクト１６に連通
ずるよう設置されている。

上記構成からなるガスタービンの排ガス脱硝装置におい
て、その操作を以下に説明する。

第６図、第８図、第９図において、ガスタービン入口空
気４は、空気圧縮機１１で圧縮され、燃焼室１４で、燃
料５を燃焼させて、高温ガスとなり、上記タービン１２
で膨張し、上記発電機１３を駆動する。

上記タービン１２の排ガス３は約５２０℃で上記排ガス
ダクト１６に導入され、最終的に煙突４１より大気へ放
出される。

上記排ガス３中の窒素酸化物、ガス温度は、それぞれ、
上記窒素酸化物検出計８９、温度検出計８８によって検
出される。

排ガス中の窒素酸化物の還元脱硝を行うアンモニアとし
てはアンモニア注入装置１８、注入ノズル１Ｔを介し、
アンモニアガス６が、上記排ガスダクト６内に注入され
る。

アンモニアガスの注入量は、上記窒素酸化物検出計８９
によって検出された、上記排ガス３中の窒素酸化物の濃
度に応じ、あらかじめ与えられた設定量、例えば、窒素
酸化物の２倍のモル量が注入される。

過酸化水素８は、上記タンク８５、注入ポンプ８４を通
り、各注入ノズル８３Ａ〜８６Ｄから、排ガス３中に注
入される。

上記各注入ノズル８３Ａ〜８３Ｄの各々の間隔は、約２
メートルであり、これは、上記排ガス３の流速が約２０
メートル前後である場合にそのＱ、１秒前後の距離間隔
となるように設置されているものである。

従って、最上流側の注入ノズル８３Ａより注入された過
酸化水素８は、約２００℃以上の雰囲気で、２・ＯＨに
分解し、次に、この２・ＯＨは４００℃以上の雰囲気で
その上流側にて注入された上記ＮＨ３と反応し、ＮＨ２
＋Ｎ２０となりこのＮＨ２は排ガス３中の窒素酸化物と
反応し、窒素酸化物を無害なＮ２とＮ２０に還元分解す
る。

第５図に示すように、以上の反応は、０．１秒以内に完
結し、余剰の過酸化水素は、Ｎ２０になる。

従って、０．１秒前後の距離間隔で上記注入ノズル８３
Ａの下流側に設置された注入ノズル８３Ｂ〜８３Ｄより
注入された過酸化水素は、効果的に排ガス３中の窒素酸
化物の還元分解に作用する。

第４図に示すような、約５００℃の雰囲気での脱硝率５
０％は、上記の４点注入により、全体で９０％以上が期
待される。

各注入ノズル８３Ａ〜８３Ｄからの過酸化水素８の注入
量は、上記流量調整弁８１Ａ〜ＢＩＤにより調整される
。

第４図に示すように、過酸化水素８の注入量は、排ガス
中の窒素酸化物と同等のモル数量でよく、しかも、その
量は、第７図に示す如く初期窒素酸化物濃度に依存しな
い。

また、脱硝効率は、第４図に示す如く排ガス温度によっ
て決定される。

以上より、上記注入量は、上記窒素酸化物検出計８９、
温度検出計８８によって検出された排ガス３中の窒素酸
化物と温度によって、あらかじめ与えられた計算式に基
き上記演算子を介し、上記各流量調整弁を調整すること
ができる。

例えば、排ガス温度５００℃、排ガス中の窒素酸化物１
００ｐｐ［ｎの時は、１段での脱硝効果が約５０％であ
ることより、上記注入ノズル８３Ａ〜８３Ｄからの過酸
化水素６の注入量は、それぞれ５０ｐｐＩＩＩ、 ２５
ｐｐｍ、１２ｐｐｍ、 ６ＰＦｌで、最終の窒素酸化物
は約７卿となる。

これにより、過酸化水素の注入量を増さずに、脱硝効率
の向上が可能となる。

そして、上記ガスタービン空気圧縮機１１の抽気管１５
を通じ、抽気された空気９は、第８図、第９図に示すよ
うに各注入ノズル８３Ａ〜８３Ｄに導入される。

そしてこの空気９は注入ノズル８３に接線方向に設けら
れた複数個の空気孔８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃから、上記
ノズル８３の内面に沿うように流下させることによって
ノズル材と、上記ノズル内を流れる過酸化水素８との間
に空気膜を形成するようにしている。

従がって前記空気膜の存在によって過酸化水素８が、上
記ノズル材である金属に接触してＮ２０と０２に分解す
ることを防止できると同時に、空気噴霧により、過酸化
水素の排ガス３中への拡散を良く保つことができる。

なお、該空気膜形成のための空気９の抽気量は非常に微
量で、ガスタービンの性能には、全く影響がない。

本発明によれば脱硝方式が無触媒方式であるため、触媒
方式の場合のような特別の反応塔を必要とせず、しかも
高い脱硝効率を得る過酸化水素注入方式による排ガス脱
硝装置が実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術によるアンモニア・酸化鉄の接触還元
分解方式の脱硝装置をガスタービン排熱回収ボイラに設
置したコンバインドプラントの系統図、第２図はガスタ
ービン水噴射量とガスタービンコンバインドプラント熱
効率との関係を示す説明図、第３図はアンモニア・酸化
鉄の接触還元分解方式の脱硝効率と温度特性との関係を
示す説明図、第４図は本発明に係わるＯＨラジカル注入
方式の脱硝率と脱硝温度との関係を示す説明図、■ 第５図は高温下においてＨ２Ｏ２がＮ２０と１０２に分
解する際の時間特性図、第６図は本発明の一実施例を示
すガスタービンの排ガス脱硝装置の系統図、第７図は初
期ＮＯｘ濃度に対して注入すべきＮ２Ｈ４及びＨ２Ｏ２
の対ＮＯｘモル比の関係を示す説明図、第８図は第６図
の過酸化水素注入ノズルの詳細を示す断面図、第９図は
第８図のＡ−Ａ方向断面図である。 ３・・・・・・排カス、６・・・・・・アンモニアガス
、８・・・・・・過酸化水素、９・・・・・・抽気空気
、１０・・・・・・ガスタービン、１５・・・・・・抽
気管、１６・・・・・・排ガスダクト、１７・・・・・
・アンモニア注入ノズル、１８・・・・・・アンモニア
注入設備、８０・・・・・・過酸化水素注入装置、８１
・・・・・・流量調整弁、８２・・・・・・演算装置、
８３・−・・・注入ノズル、８５・・・・・・過酸化水
素貯蔵タンク、８６・・・・・・空気孔、８８・・・・
・・温度検出器、８９・・・・・・ＮＯｘ検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービン装置で発生した燃焼ガスを流下させる
   排ガスダクトに還元剤を注入する還元剤注入装置を配設
   し、前記還元剤注入装置の配設位置より下流側の排ガス
   ダクトに過酸化水素を注入する過酸化水素注入装置を排
   ガスの流れ方向に沿って間隔を隔てて複数個設置し、更
   に前記過酸化水素注入装置にはガスタービン装置からの
   抽気空気を導く空気配管を配設したことを特徴とする排
   ガス脱硝装置。 ２ 前記過酸化水素注入装置は過酸化水素を流下させる
   ノズルを備えると共に、該ノズルに該空気配管から抽気
   空気を導く空気孔をノズルの接線方向に沿って形成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の排ガス脱
   硝装置。 ３ 前記還元剤注入装置はアンモニア注入装置であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   排ガス脱硝装置。