JPS6174631A - 脱硝装置 - 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】 〔発明の利用分針〕 本発明は各種ボイラ、工業炉、ガスタービン、廃棄物処
理装置等の燃焼装置から排出される燃焼排ガス中の窒素
酸化物（以下ＮＯ□　という）を除失する脱硝装置に関
するものである。

〔発明の背景〕

近年、我が国においては重油供給量のひっ迫から、石油
依存度の是正を計るために、従来の重油専焼から石炭専
焼へと燃料を変換しつつあり、特に事業用ボイラにおい
ては石炭専焼の大容量火力発電所が建設されている。

ところが、石炭燃料は石油燃料に比べて燃料性が悪いの
で排ガス中に含まれるＮＯよ　及び未燃分が発生しやす
く、特にＮ０ｒｊ　　の低減対策のために火炎の分割、
排ガスの再循環、二段燃焼及び炉内脱硝などを採用して
緩慢な燃焼を行なわせてＮＯ２を低減することも行なわ
れている。

そしてこの石炭専焼火力においては、ボイラ負荷が常に
全負荷で運転されるものは少なく、負荷を８０％負荷、
５０％負荷、２５％負荷へと負荷を上げ、下げして運゛
転したり、運転を停止するなど、いわゆる高頻度起動停
止（Ｄａｉｌｙ　５ｔａｒｔ　５ｔｏｐ以下単にＤＳＳ
という）運転を行なって中間負荷を担う火力発電プラン
トへ移行しつつある。

一方、この中間負荷火力用にはこの火力発電ボイラの他
に、起動特性のよいガスタービンと排熱回収ボイラを組
合せた、いわゆるコンバインドプラントも用いられ、Ｄ
ｉｓ運転を行なって電力需要の多い昼間のみ運転し、夜
間は運転を停止するものが建設されようとしている。

ところが、この石炭専焼の中間負荷用ボイラ、ガスター
ビンにおいてもＮＯｏ排出濃度の規制強化に伴ない、従
来の燃焼改善に加えて、ＮＨＢを還元剤として触媒の存
在下で脱硝を行なう乾式接触還元脱硝装置を設置するプ
ラントが増加している。

それは石炭専焼ボイラにおいては燃料の燃焼性が悪いの
でＮＯ２，′ＩＩｋが増加し、ガスタービンプラントに
おいては酸素量が多く高温燃焼を行なうために、石炭専
焼ボイラと同様に、排ガス中には多量のＮＯ，Ｅ含有し
ているので、第４図に示す様な脱硝装置が設置される。

第４図は脱硝装置が設置されたボイラの代表的な煙風道
系統を示す。

空気ダクト１内の燃焼用空気は押込通風機２にて昇圧さ
れ、空気予熱器３にて排ガスダクト４の排ガスによって
加熱された後ウィンドボックス５よりボイラ６へ供給さ
れる。

一方ボイラ６内で燃焼した排ガスは、排ガスダクト４で
ＮＨｓ注入管７からのＮ　Ｈｓによって脱硝されると共
に、下流に配置した脱硝装ｇｔａ内の触媒９において脱
硝を促進し、排ガス中のＮＯお　は除失されて空気予熱
器３、集塵機１０、誘引通風機１１で昇圧され大気へ放
出される。

ところが、かかる脱硝装置８は触媒９の種類によっても
多少反応温度範囲は異るが、最も脱硝効率の高い温度範
囲は３ＤＯ〜４００’Ｃの比較的高温で、温度範囲はい
たって狭いので、中間負荷火力用のボイラやガスタービ
ンの様に常にＤＳ、Ｓ運転されるものにおいては、負荷
変動によって排ガス温度が変動し、触媒９の使用可能領
域をはずれてしまう欠点がある。

この場合、触媒９の使用ガス温度が高過ぎると、触媒９
の組織が変化して触媒９としての機能がそこなわれ、ま
た使用ガス温度が低すぎると排ガス中に存在する無水硫
酸（ＳＯｓ）と反応してやはり触媒９の機能が劣化する
。

一方、常にＤＳＳ運転される火力発電用ボイラ、フンバ
インドサイクルにおいては、排ガス量およびＮＯお　濃
度が変化し、これによって脱硝性能の追従性が悪くなる
欠点がある。

それは、触媒９上でのＮＯ，ＪとＮＨｓ　の反応機構に
起因する排ガス量およびＮＯｒ、濃度が起動時、負荷変
化時のように変動する場合には、負荷変動に合わせてＮ
Ｈａ注大量を変化させても脱硝性能が負荷変動に追従で
きないからである。

他方、脱硝装置８での脱硝反応は、一般に触媒９に吸着
したＮＨｓとＮＯの衝突によって進行するも・のと考え
られ、その反応は ４ＮＯ＋４ＮＨｓ　＋　０２　＝　４１’ｈ　＋　６Ｈ
２０となり、無害な窒素と水に分解されて脱硝される。

その際注入されるＮＨｓｉｉとＮＯよ量の比（ＮＨ。

量と排ガス中のＮＯｆ、量との比、以下単にモル比とい
う）は１：１で反応する。

第５図は縦軸に脱硝率、横軸にモル比を示した特性曲線
図である。

第５図は触媒量をパラメータとしたものであるが、モル
比を大きくすれば脱硝率は上昇するが、次第に脱硝率は
横這となり、モル比がある一定の値以上、になると脱硝
率も一定になる。

つまり、一定量の触媒のもとでは、ＮＨ，量を多く注入
しても脱硝率は一定値以上には脱硝できないことが判る
。

すなわち、モル比が１．０以下（第５図のＡ点）で脱硝
を行なうと触媒９にＮＨ，の吸着していない部分（触媒
作用を発揮しない部分）が生じて脱硝率が下り、同一の
脱硝率を得るためには触媒９の量を多くする必要がある
。

また、モル比が１．０以上（第５図のＢ点）で脱硝を行
なうと触媒９全体にＮＨｓが吸着し、脱硝率が上り、同
一の脱硝率を得るためには触媒９の量を少なくすること
ができる。

ところが、モル比を上げすぎると脱硝装置８から未反応
のＮＨ３が流出し二次公害のおそれもある。

〔発明の目的〕

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは触媒量が少なく、しかも未反応
ＮＨ，の流出が防止できる脱硝装置を得ようとするもの
である。

〔発明の概要〕

本発明は前述の目的を達成するために、脱硝反応器を過
剰のＮＨ３で脱硝する１次脱硝反応器と、未反応のＮＨ
３で脱硝する２次脱硝反応器に分けたのである。

〔実施例〕

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図から第６図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は本発明の脱硝装置がボイラの煙風道に１次、２次脱
硝反応器を配置した状態を線図的に示した煙風道系統図
、第２図は脱硝装置内に１次、２次脱硝反応器全配置し
た状態を示す断面図、第６図は流動層ボイラの煙風道に
１次、２次脱硝反応器を配置した状態を線図的に示した
煙風道系統図である。

第１図において、符号１〜１１までは従来のものと同一
のものを示す。１２は排ガスダクト４から分岐した分鼓
排ガスダクト、１３はモル比が１以上のＮＨｓで脱硝す
る１次脱硝反応器、１４は未反応のＮＨ！で脱硝する２
次脱硝反応器、１５は排ガスダクト４のダンパである。

ボイラ６から排ガスダクト４へ排出された排ガスの一部
は分岐排ガスダクト１２に分岐され、そのガス中にＮＨ
，注入管７から過剰のＮＨ，（モル比１．０以上）を注
入し、１次脱硝反応器１３で脱硝を行なう。その排ガス
は分岐排ガスダクト１２から排ガスダクト４（２次脱硝
反応器１３の入口）に戻す。ここで、分岐排ガスダクト
１２のＮＯよと排ガスダクト４の未処理ＮＯ□　とが混
合され１次脱硝反応器１６からの未反応ＮＨ，と２次脱
硝反応器１４内の触媒９により脱硝反応し、ＮＯ□　が
除去され、空気予熱器３で熱交換後、誘引通風機１１よ
り大気に放出される。

第１図の分岐排ガスダクト１２に分岐したガス中にＮＨ
，注入管７からモル比が１．０以上になるようにＮＨ３
を注入し、１次脱硝反応器１６内の触媒９に吸着させる
ことによって、１次脱硝反応器１６内の触媒９は、高モ
ル比で触媒作用を充分発揮でき、従来のものと比べ触媒
量は少なくなる。

また、ＮＨ，注入管７から高モル比のＮＨ，を注入して
も、１次脱硝反応器１３で消費され、１次脱硝反応器１
３での未反応ＮＨｓは２次脱硝反応器１４での還元剤と
して利用されるために未反応ＮＨＢの流出による二次公
害も防止できる。

この様に、２次脱硝反応器１３内の触媒９ｊ１は、未反
応ＮＨ，を一定値に押えることに対しては、従来のもの
と同一である。しかし、１次脱硝反応器１３内の触媒９
が従来のものより高モル比で反応することによって、触
媒９の単位表面積当りで、より多くのＮｏ２．を還元す
ることになり、２次脱硝反応器１４の入口でのＮＯ□　
量は従来のものよりも大巾に減少する。従ってこれに見
合うだけの触媒量を２次脱硝反応器１４内に設置し、１
次脱硝反応器１３からの未反応ＮＨｓにより脱硝される
ことになる。よって、脱硝装置全体の触媒量が、従来の
ものと比べ、少なくなってくる。なお、分岐排ガスダク
ト１２に分岐するガス量の割合は、１次脱硝反応器１３
からの未反応ＮＨｓ量が、２次脱硝反応器１４で脱硝す
るのに必要なＮＨ，ｊｉ以下になるようにダンパ１５で
調整すればよい。

本発明者等の脱硝装置における実証テストにょれば本発
明を実施することによって触媒量が従来のものに比べて
約り６％少なくなることが判明した０ なお、実証テストの条件は、ボイラ６の節炭器（図示し
ていない）出口の排ガス中のＮＯ□　は２５０　ｐｐｍ
、　２次脱硝反応器１４の出口ＮＯｆ＋５０　ｐｐｍ　
、未反応ＮＨａ　５　ｐｐｍ　％排ガス温度３５０°Ｃ
１分岐排ガスダクト１２へのガス量比が全体の７５％で
あった。

第２図のものは他の実施例を示すもので、第１図のもの
においては、１次脱硝反応器１３と２次脱硝反応器１４
に分割したが、第２図のものは脱硝装置８内を１次脱硝
反応器１３と２次脱硝反応器１４に分けたものである。

第２図において７はＮＨ，注入管、８は脱硝装置、９α
、９ｂは１次、２次触媒層、１６は１次脱硝反応器、１
４は２次脱硝反応器、１５はダンパであり、１６は１次
触媒層９αと空塔部１７を仕切る仕切板、１８は１次脱
硝反応器１３と２次脱硝反応器１４の間に形成された混
合室である。

この様な構造において第２図のものは、脱硝装［８内を
１次触媒層９αを有する１次脱硝反応器１３と２次触媒
層９ｂを有する２次脱硝反応器１４に分け、１次脱硝反
応器１６内を仕切板１６によって触媒を充填した１次触
媒層９ａと空塔部１７とに数案に分割する。そして１次
触媒層９ａの前流でＮＨ，注入管７より過剰のＮＨ，を
注入し１次触媒層９αで部分脱硝を行なう。その過剰に
注入した為の未反応ＮＨ，と空塔部１７でリークした未
処理排ガス中のＮＯよ　とが、１次触媒Ｍ９αと２次触
媒層９ｂとの間に形成さ−れた混合室１８で混合される
。ここで、１次触媒Ｎ９αの出口では、空塔部１７が未
処理ＮＯお　の噴出ノズルの形となり、１次触媒層９α
を通過して未反応ＮＨ３を含んだＮＯ□　の少ない排ガ
ス中に未処理のＮＯ□　を含んだ排ガスを噴出すること
になる。次に混合した排ガスは、２次触媒層９ｂ内の触
媒で、ＮＯ２が除失され出口へと導かれる。

この様に第２図の１次触媒層９ａの上流で、モル比が１
．０以上になるように、ＮＨｊ注入管７より過剰のＮＨ
３を注入することにより、１次触媒層９αの触媒作用を
充分に発揮できる。ここで過剰のＮＨ，を注入した為に
、１次触媒層９ａの出口では、未反応ＮＨ，が流出する
が、この未反応ＮＨ３と空塔部１７からバイパスした’
ＮＯ２，とが１次触媒Ｎ９α出口の混合室１８で混合さ
れ、２次触媒層９ｂで脱硝される。この様に１次触媒層
９ａでは高モル比での反応により、１次触媒層９α内の
必要触媒量は従来のものに比べ少なくなると共に、未反
応ＮＨ，の混合距離を短かくすることができる。

また、１次触媒層９α内の触媒が従来のものよりも高モ
ル比で反応することにより、触媒の単位表面積当りで、
より多くのＮ０Ｉｌ、を還元するので後流の２次触媒層
９ｂ入口でのＮＯ２，ｆｆｉは従来のものより大巾に減
少する。

なお、１次触媒層９α内の空塔部１７からバイパスさせ
るガス割合は、１次触媒層９αからの未反応ＮＨ，濃度
が、２次触媒層９ｂで脱硝するのに必要なＮＨ３濃度以
下になるように、ダンパ１５により調整する。

そして、ダンパ１５は低負荷時゛等ガス流量の変化に対
して開、閉することによってガス量を調整することがで
き、ＤＳＳ運転時であっても脱硝することができる。

第３図は流動層ボイラに本発明の脱硝装置を適用した煙
風道系統図である。

第３図において、１は空気ダクト、２は押込通風機、３
は空気予熱器、４は排ガスダクトで４αは主排ガスダク
ト、４ｂは副排ガスダクト、５はウィンドボックス、１
３は１次脱硝反応器、１４は２次脱硝反応器で、１９は
主流動層（Ｍα（爲Ｂｇｄ’０ｅｌｌ　　以下単にＭＢ
Ｏという）、２０は主排ガスダクト４αに配置されたマ
ルチサイクロン（以下単にＭｌｏという）、２１はＭ１
０’２０で回収それた捕集灰供給管、２２は捕集灰を焼
却する副流動層（０ａｒｂｏｎ　Ｂｕｒｎ　ｕｐ　Ｃｅ
１ｌ以下単にＯＢＯという）、２３は副排ガスダク）４
ｂに配置されたシングルサイクロン（以下単に８１０と
いう）、２４は主排ガスダクト４αと副排ガスダクト４
ｂの排ガスを混合するガスミキシング装置である。

以下、本発明の詳細な説明する前に流動層ボイラの概略
について説明する。

流動層ボイラは第３図に示す如＜：ＭＥＯ１９と０ＢＯ
２２とからなり、ＭＢＯ１９では石炭を燃焼させ、０Ｂ
Ｏ２２ではＭＢＯ１９がら飛来した未燃分をＭ１０２０
で分離し、捕集灰供給管２１より０ＢＯ２２へ供給して
再燃焼させる。

このＭＢＯ１９で燃焼させる石炭燃料は石油燃料に比べ
て８分、Ｎ分含有率が多いのでｓｏよ。

ＮＯお　の発生量が多く公害規制の面から石炭燃料をよ
りクリーンな燃焼を行なわせるために流動層ボイラが注
目されている。

例えば流動層ボイラでは流動媒体として１〜１０ｍｍの
石炭と石灰石を粒状のまま用い、流動層内で８００〜９
００°Ｃの比較的低温（ｗｌ、粉炭焚ボイラの燃焼温度
は１．２００〜１，６００’Ｃ）で燃焼させることがで
きるので、従来の微粉炭焚ボイラに比べて燃焼と同時に
脱硫作用を行なう′ことができ、また低湿での燃焼であ
るためにＮＯよ　の発生量が少なくなる等の特徴がある
。

ところが、０ＢＯ２２の燃焼温度はＭＢＯ１９の燃焼温
度よりも１００°Ｃ程度高めて燃焼効率を上げることが
試みられている。

それは０ＢＯ２２の主燃料はＭＢＯ１９から飛来し捕集
灰中にはＭＢＯ１９で燃焼しなかった未燃カーボンが多
く含まれているからである。

従って、ＭＢＯ１９から発生するＮＯよ　濃度と、０Ｂ
Ｏ２２から発生するＮＯエ　濃度は０ＢＯ２２からの方
が濃い。

そこで本発明においては第６図に示すようにＣＢＯ２２
の出口側の副排ガスダクト４ｂに過剰のＮＨ，（モル比
１，０以上）で脱硝する１次脱硝反応器１３を設け、主
排ガスダクト４αに未反応ＮＨ３で脱硝する２次脱硝反
応器１４を設けたのである。

ＭＢＯ１９からの排ガスは主排ガスダクト４ａのＭｌｏ
　２０により捕集灰が分離され、ガスミキシング装！２
４．２次脱硝反応器１４、空気予熱器３を経て誘引通風
機１１より大気へ放出される。

一方、Ｍ１０２０で分離された捕集灰は捕集灰供給管２
１より０ＢＯ２２へ送られ、０ＢＯ２２で燃焼した排ガ
スは副排ガスダク）４ｂの８１０２６で捕集灰が分離さ
れ、１次脱硝反応器１３を経てミキシング装置２４へ供
給されて主排ガスダクト・４αの排ガスと混合される。

この様に１次脱硝反応器１３において高モル比のアンモ
ニア注入を行なって高脱硝率運用を行なうと１次脱硝反
応器１３より流出した未反応アンモニアはＭＥＯ１９か
らの排ガス中のＮＯよ　還元剤として使用され２次脱硝
反応器１４にて脱硝が行なわれるため２次脱硝反応器１
４の出口においては規定のＮＯ２濃度、未反応アンモニ
ア濃度になる。

以上述べたように、流動層ボイラの副排ガスダクト４ｂ
に１次脱硝反応器１６、主排ガスダクト４αに２次脱硝
反応器１４を分けて配置することによって、１次脱硝反
応器１３で高モル比、高脱硝率の運用を行なうことがで
き、また触媒表面上のアンモニア吸着面を有効利用でき
るため、従来技術のように０ＢＯ２２の排ガスとＭＢＯ
１９の排ガスの合流後に脱硝装置を設け、一括して脱硝
する場合に比べて約１０〜２０％程度の触媒量の低減が
計れる。

また、通常運用時点においては１次脱硝反応器１３の上
流でアンモニア注入を行ない、１次脱硝反応器１３を経
て、ＭＢＯ１９の排ガスとミキシング装置２４によって
ミキシングされるためＭＢ０１９の排ガスとの混合が従
来技術に比べ格段に改善されるため、ガスミキシング装
置２４より２次脱硝反応器１４間の主排ガスダクト４α
を短かくすることができコンパクトな設計ができる。

更に０ＢＯ２２の副排ガスダクト４ｂとＭＢＯ１９の主
排ガスダク）４（Ｚの圧損値は、ＭＢＣ１９の主排ガス
ダクト４α側が通常数十粍木頭程度圧損が大きいのが普
通である。従って副排ガスダクト４ｂに１次脱硝反応器
１３を設けない従来技術においては図示していないダン
パ等を絞りＣＢＯ２２側の圧損値をＭＢＯ１９側に合せ
る運用を行なっているが、本実施例の様に１次脱硝反応
器１３を０ＢＯ２２の副排ガスダク）４ｂに設けても特
に誘引通風機１１の吐出圧をアップする必要はない。む
しろ２次脱硝反応器１４に充填する触媒の量が低減する
ことから、主排ガスダクト４αの圧損値が低下し、シス
テム圧損値としては小さくなりそれだけ所内動力の低減
を計ることができる。

以上、流動層ボイラに適用した脱硝装置について説明し
たが、例えばＭＢＯ１９がＬＮＧ焚ボイ５．０ＢＯ２２
が石炭焚ボイラのように、ＮＯ□量の異るボイラプラン
トにも応用できる。

この場合、ＮＯ□　発生量の多い石炭焚ボイラ側に１次
脱硝反応器１６を配置し、石炭焚ボイラとＬＮＧ焚ボイ
ラの集合排ガスダクトに２次脱硝反応器１４を配置して
もよく、他の化学プラントなどにおいても適用できるも
のである。

〔発明の効果〕　　１ 本発明は脱硝反応器を過剰のＮＨ，で脱硝する１次脱硝
反応器と、未反応のＮＨ３で脱硝する２次脱硝反応器に
分けたので、触媒量が少なくなり、しかも未反応ＮＨｓ
の流出が防止されて二次公害も防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の実施例に係るもので、第１
図は本発明の脱硝装置がボイラの煙風道に１次、２次脱
硝反応器を配置した状態を線図的に示した煙風道系Ｍ、
図、第２図は脱硝装置内に１次、２次脱硝反応器を配置
した状態を示す断面図、第３図は流動層ボイラの煙風道
に１次、２次脱硝反応器を配置した状態を示す煙風道系
統図、第４図は従来の脱硝装置が配置された煙風道系統
図、第５図は縦軸に脱硝率、横軸にモル比を示した特性
曲線図である。 ４・・・排ガスダクト、７・・・ＮＨａ注入管、　８・
・・脱硝反応器、９・・・触媒、１３・・・１次脱硝反
応器、１４・・・２次脱硝反応器。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排ガスダクトにＮＨ＿３注入管と触媒を内蔵した脱硝反
   応器を配置し、排ガス中の窒素酸化物を脱硝するものに
   おいて、前記脱硝反応器を過剰のＮＨ＿３で脱硝する１
   次脱硝反応器と、未反応のＮＨ＿３で脱硝する２次脱硝
   反応器に分けたことを特徴とする脱硝装置。