WO2017042895A1 - 火力発電システム - Google Patents

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WO2017042895A1
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denitration
exhaust gas
thermal power
power generation
generation system
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英嗣 清永
健治 引野
啓一郎 盛田
春田　正毅
徹 村山
真 美濃
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Chugoku Electric Power Co Inc
Tokyo Metropolitan Public University Corp
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Chugoku Electric Power Co Inc
Tokyo Metropolitan Public University Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/66—Silver or gold
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes

Definitions

  • the present invention relates to a thermal power generation system. More specifically, the present invention relates to a thermal power generation system including a boiler, an exhaust passage through which exhaust gas flows, a desulfurization device that removes sulfur oxide from the exhaust gas, and a denitration device that removes nitrogen oxide from the exhaust gas.
  • thermal energy obtained by burning fuel such as coal in a boiler is converted into electric energy by a turbine. Further, when fuel is burned in a boiler of a thermal power plant, exhaust gas containing sulfur oxides and nitrogen oxides is generated.
  • the exhaust gas generated in the boiler of the thermal power plant is discharged from the boiler through the exhaust passage. From the exhaust gas discharged to the outside from the boiler, sulfur oxides and nitrogen oxides are removed by a desulfurization device and a denitration device, respectively, in consideration of the environment.
  • denitration catalysts such as vanadium / titanium catalysts (V 2 O 5 / TiO 2 ) are generally used in desulfurization apparatuses that remove nitrogen oxides from exhaust gas.
  • the vanadium / titanium catalyst exhibits high catalytic activity in a high temperature (for example, about 370 ° C.) environment. Therefore, in a thermal power plant, the denitration device is used in the vicinity of the exhaust gas outlet in the boiler, It arrange
  • the vicinity of the exhaust gas outlet in the boiler and the upstream side of the exhaust passage are in a high-temperature environment as described above, and the coal ash and the S content are present in high concentrations. It is also an environment where it is easy to progress. If the denitration catalyst is rapidly deteriorated, the replacement frequency of the denitration catalyst is increased, so that the operating cost of the thermal power plant tends to increase.
  • the denitration device when nitrogen oxides are removed from the exhaust gas by the selective catalytic reduction method, ammonia used as a reducing agent leaks from the denitration device as the denitration catalyst deteriorates.
  • ammonia leaks from the denitration device ammonium sulfate reacts with the S component in the exhaust gas, and ammonium sulfate is generated, and the ammonium sulfate adheres to the air preheater disposed on the secondary side of the denitration device. In this way, when ammonium sulfate adheres and accumulates on the air preheater, it is necessary to clean the air preheater to prevent clogging of the exhaust gas flow path, which further increases the operating cost of the thermal power plant. Become.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a thermal power generation system with low operating costs because it is difficult for the denitration catalyst used in the denitration apparatus to progress.
  • the present invention includes a boiler for burning fuel, an exhaust passage through which exhaust gas generated by the combustion of fuel in the boiler flows, and a desulfurization device that is disposed in the exhaust passage and removes sulfur oxide from the exhaust gas. And a denitration device that is disposed in the exhaust passage and removes nitrogen oxides from the exhaust gas by a denitration catalyst, wherein the denitration device is disposed downstream of the desulfurization device in the exhaust passage.
  • the denitration catalyst relates to a thermal power generation system having gold fine particles.
  • a heater that is disposed between the desulfurization device and the denitration device in the exhaust passage and heats the exhaust gas.
  • the denitration catalyst is preferably a catalyst in which gold fine particles are dispersed or fixed on a carrier made of a metal oxide.
  • the metal oxide is preferably at least one base metal oxide selected from the group consisting of zirconium oxide, cerium oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, manganese oxide and zinc oxide.
  • the gold fine particles are preferably gold nanoparticles or gold clusters having an average particle diameter of 50 nm or less.
  • the denitration apparatus removes nitrogen oxides from the exhaust gas by a selective catalytic reduction method.
  • the fuel is preferably coal.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a thermal power generation system 1 according to the present embodiment.
  • the thermal power generation system 1 includes a boiler 10, a pulverized coal machine 20, an exhaust path L1, an air preheater 30, a gas heater 40 as a heat recovery device, an electric dust collector 50, An induction ventilator 60, a desulfurization device 70, a gas heater 80 as a heater, a denitration device 90, and a chimney 100 are provided.
  • the boiler 10 burns pulverized coal as fuel together with air.
  • exhaust gas is generated by the combustion of pulverized coal.
  • coal ash such as clinker ash and fly ash, produces
  • the clinker ash generated in the boiler 10 is discharged to a clinker hopper 11 disposed below the boiler 10 and then conveyed to a coal ash recovery silo (not shown).
  • the boiler 10 is formed in a substantially inverted U shape as a whole.
  • the exhaust gas generated in the boiler 10 moves in an inverted U shape along the shape of the boiler 10.
  • the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the exhaust gas outlet of the boiler 10 is, for example, 300 to 400 ° C.
  • the pulverized coal machine 20 pulverizes coal supplied from a coal bunker (not shown) to a fine particle size to form pulverized coal.
  • the pulverized coal machine 20 preheats and dries the pulverized coal by mixing the pulverized coal and air.
  • the pulverized coal formed in the pulverized coal machine 20 is supplied to the boiler 10 by blowing air.
  • the upstream side of the exhaust passage L1 is connected to the boiler 10.
  • the exhaust passage L1 is a passage through which exhaust gas generated in the boiler 10 flows.
  • the air preheater 30 is disposed in the exhaust path L1.
  • the air preheater 30 performs heat exchange between exhaust gas and combustion air fed from a not-shown push-type ventilator, and recovers heat from the exhaust gas.
  • the combustion air is heated in the air preheater 30 and then supplied to the boiler 10.
  • the gas heater 40 is disposed downstream of the air preheater 30 in the exhaust path L1.
  • the exhaust gas recovered by the air preheater 30 is supplied to the gas heater 40.
  • the gas heater 40 further recovers heat from the exhaust gas.
  • the electric dust collector 50 is disposed on the downstream side of the gas heater 40 in the exhaust passage L1.
  • the exhaust gas recovered by the gas heater 40 is supplied to the electric dust collector 50.
  • the electric dust collector 50 is a device that collects coal ash (fly ash) in exhaust gas by applying a voltage to electrodes.
  • the fly ash collected in the electric dust collector 50 is conveyed to a coal ash collection silo (not shown).
  • the temperature of the exhaust gas in the electric dust collector 50 is, for example, 80 to 120 ° C.
  • the induction fan 60 is disposed on the downstream side of the electric dust collector 50 in the exhaust path L1.
  • the induction ventilator 60 takes in the exhaust gas from which fly ash has been removed in the electric dust collector 50 from the primary side and sends it out to the secondary side.
  • the desulfurization device 70 is disposed on the downstream side of the induction fan 60 in the exhaust passage L1.
  • the desulfurization apparatus 70 is supplied with the exhaust gas sent from the induction fan 60.
  • the desulfurization device 70 removes sulfur oxide from the exhaust gas.
  • the desulfurization apparatus 70 removes sulfur oxide from the exhaust gas by spraying a mixed liquid (limestone slurry) of limestone and water onto the exhaust gas, thereby absorbing the sulfur oxide contained in the exhaust gas into the mixed liquid.
  • the temperature of the exhaust gas in the desulfurizer 70 is, for example, 50 to 120 ° C.
  • the gas heater 80 is disposed on the downstream side of the desulfurization device 70 in the exhaust passage L1.
  • the gas heater 80 is supplied with exhaust gas from which sulfur oxides have been removed in the desulfurization apparatus 70.
  • the gas heater 80 heats the exhaust gas.
  • the gas heater 40 and the gas heater 80 are an exhaust gas flowing between the air preheater 30 and the electric dust collector 50 and an exhaust gas flowing between the desulfurization device 70 and a denitration device 90 described later in the exhaust passage L1. You may comprise as a gas gas heater which heat-exchanges between.
  • the denitration device 90 is disposed downstream of the gas heater 80 in the exhaust path L1.
  • the exhaust gas heated in the gas heater 80 is supplied to the denitration device 90.
  • the denitration device 90 removes nitrogen oxides from the exhaust gas using a denitration catalyst.
  • the denitration catalyst used in the denitration apparatus 90 will be described in detail later.
  • the temperature of the exhaust gas in the denitration apparatus 90 is, for example, 130 to 250 ° C.
  • nitrogen oxides are removed from the exhaust gas by a selective catalytic reduction method.
  • nitrogen oxides can be efficiently removed from exhaust gas by generating nitrogen and water from nitrogen oxides using a reducing agent and a denitration catalyst.
  • the reducing agent used in the selective catalytic reduction method includes at least one of ammonia and urea. When ammonia is used as the reducing agent, ammonia in any state of ammonia gas, liquid ammonia, and aqueous ammonia solution may be used.
  • the denitration apparatus 90 injects ammonia gas into the introduced exhaust gas, and then mixes the mixed gas with a honeycomb molded body to which the denitration catalyst is fixed, an alumina fiber carrying the denitration catalyst, or the like. It can be set as the structure made to contact a fiber.
  • the chimney 100 is connected to the downstream side of the exhaust path L1. Exhaust gas from which nitrogen oxides have been removed by the denitration apparatus 90 is introduced into the chimney 100. Since the exhaust gas introduced into the chimney 100 is heated by the gas heater 80, it is effectively discharged from the upper part of the chimney 100 by the chimney effect. Further, when the exhaust gas is heated in the gas heater 80, it is possible to prevent water vapor from condensing above the chimney 100 and generating white smoke.
  • the temperature of the exhaust gas near the exit of the chimney 100 is, for example, 110 ° C.
  • the denitration catalyst has gold fine particles.
  • a denitration catalyst having gold fine particles can exhibit a high denitration effect even in a low temperature environment as compared with a conventional denitration catalyst such as a vanadium / titanium catalyst.
  • the gold fine particles in the denitration catalyst are preferably gold nanoparticles or gold clusters having an average particle size of 50 nm or less (hereinafter, gold nanoparticles and gold clusters are collectively referred to as “gold nanoparticles”).
  • gold nanoparticles When the average particle diameter of the gold fine particles is 50 nm or less, the denitration efficiency of the denitration catalyst is further improved.
  • the gold fine particles preferably have an average particle size of 10 nm or less, and more preferably have an average particle size of 5 nm or less.
  • the average particle size of the gold fine particles is determined by observing the metal fine particles with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) and determining the particle size of an arbitrary number (for example, 20 to 100) of metal fine particles. And it can obtain
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the denitration catalyst is preferably a catalyst in which gold fine particles (gold nanoparticles) are dispersed or fixed on a carrier made of a metal oxide.
  • the performance as a denitration catalyst is improved by dispersing or fixing the gold fine particles on a carrier made of a metal oxide.
  • the metal oxide for dispersing or fixing the gold fine particles is at least one base metal oxide selected from the group consisting of zirconium oxide, cerium oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, manganese oxide, and zinc oxide. It is preferable.
  • the performance of the gold fine particles as a denitration catalyst is improved. More preferably, at least one of zirconium oxide and cerium oxide is used as the metal oxide for dispersing or fixing the gold fine particles.
  • a denitration catalyst in which gold fine particles (gold nanoparticles) are dispersed and fixed on a metal oxide surface can be produced by a conventionally known method of dispersing and fixing gold nanoparticles on a metal oxide surface.
  • the method for dispersing and fixing the gold nanoparticles on the metal oxide surface include a precipitation method, a coprecipitation method, a precipitation reduction method, a gas phase grafting method, and a solid phase mixing method.
  • a method of dispersing and fixing gold nanoparticles on the surface of the metal oxide by a precipitation method will be described.
  • metal oxide particle powder is suspended in an aqueous solution of a gold compound.
  • an alkali is added to the suspension to adjust the pH to a range of 7 to 10
  • gold hydroxide is precipitated and precipitated on the base metal oxide surface.
  • the suspension is stirred for 1 hour or longer (usually about 1 hour) while adjusting the concentration, pH and temperature of the gold compound and reducing agent, etc. Disperse and fix to.
  • the gold hydroxide dispersed and immobilized on the surface of the metal oxide is washed with water, dried, and then calcined at 300 ° C. or higher in the presence of air to obtain a denitration catalyst.
  • the metal oxide is appropriately selected according to the denitration performance required for the denitration catalyst.
  • Examples of the gold compound used for dispersing and fixing gold fine particles (gold nanoparticles) on the surface of the metal oxide by the precipitation method include tetrachloroauric acid (HAuCl 4 ), tetrachloroaurate (for example, NaAuCl 4 ), gold cyanide (AuCN), potassium gold cyanide (K [Au (CN) 2 ]), diethylamine trichloride gold acid ((C 2 H 5 ) 2 NH ⁇ AuCl 3 ), ethylenediamine gold complex (for example, Chloride complexes (Au [C 2 H 4 (NH 2 ) 2 ] 2 Cl 3 )) and dimethylgold ⁇ -diketone derivative complexes (eg dimethylgold acetylacetonate ((CH 3 ) 2 Au [CH 3 COCHCOCH 3 ])) Or a gold salt or a gold complex.
  • HuCl 4 tetrachloroauric acid
  • AuCN gold cyanide
  • the concentration of the gold compound aqueous solution is preferably from 0.1 to 10 mmol / L, more preferably from 0.5 to 2 mmol / L. If the concentration of the aqueous solution of the gold compound is less than 0.1 mmol / L, gold tends to be difficult to precipitate as a hydroxide on the metal oxide, and if it exceeds 10 mmol / L, the gold hydroxide precipitates in the solution. Tend to occur.
  • the concentration of the gold compound dispersed / fixed in the metal oxide is adjusted to 0.01 to 50% by mass (the amount of gold fine particles relative to the mass of the metal oxide) by adjusting the concentration of the gold compound in the aqueous solution. Mass).
  • alkali metal hydroxide, carbonate, alkaline earth metal hydroxide or carbonate, ammonia, urea, or the like can be used.
  • the temperature of the suspension is preferably 0 to 90 ° C., and more preferably 30 to 70 ° C.
  • the average particle diameter of the gold fine particles in the metal oxide prepared by dispersing and fixing gold fine particles on the surface is usually 1 to 50 nm.
  • the average particle diameter of the gold fine particles is adjusted to the above range according to the required denitration performance.
  • a denitration catalyst having a narrow particle distribution of gold fine particles (gold nanoparticles), that is, having a uniform particle diameter can be produced.
  • the denitration catalyst can improve the denitration performance by dispersing and fixing gold fine particles having a narrow particle size distribution on the surface of the metal oxide.
  • the denitration device 90 is disposed on the downstream side of the desulfurization device 70 in the exhaust path L1 through which the exhaust gas generated in the boiler 10 flows. Furthermore, in the above embodiment, the denitration catalyst having gold fine particles is used in the denitration apparatus 90. Thereby, since the distance between the boiler 10 where the fuel burns and the denitration device 90 are sufficiently separated, the temperature of the exhaust gas sent to the denitration device 90 is lower than the exhaust gas sent to the denitration device in the conventional thermal power generation system. It becomes a temperature (for example, 130 to 250 ° C.).
  • the concentrations of coal ash and S in the exhaust gas sent to the denitration device 90 are also sufficient. Can be suppressed.
  • the denitration catalyst having gold fine particles can exhibit a high denitration effect. Therefore, in the thermal power generation system 1 according to the above-described embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the denitration catalyst due to exposure to high temperature, coal ash, and S content without reducing the denitration efficiency. By suppressing the deterioration of the denitration catalyst, the replacement frequency of the denitration catalyst can also be suppressed, so that the thermal power generation system 1 has a low operating cost.
  • the gas heater 80 for heating the exhaust gas is disposed between the desulfurization device 70 and the denitration device 90. Therefore, even when the temperature of the exhaust gas discharged from the desulfurization apparatus 70 becomes too low, the exhaust gas can be appropriately heated by the gas heater 80 to adjust the temperature of the exhaust gas to a temperature suitable for the denitration action of the denitration catalyst. Further, by heating the exhaust gas by the gas heater 80, the exhaust gas can be effectively discharged from the upper part of the chimney 100 by the chimney effect.
  • the denitration catalyst used in the denitration apparatus 90 is preferably a catalyst in which gold fine particles are dispersed or fixed on a carrier made of a metal oxide. Thereby, the denitration performance of the denitration apparatus 90 is improved.
  • the carrier for dispersing or fixing the gold fine particles is at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, cerium oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, manganese oxide, and zinc oxide.
  • the base metal oxide is preferably used. Thereby, the denitration performance of the denitration apparatus 90 is further improved.
  • the gold fine particles of the denitration catalyst are preferably gold nanoparticles or gold clusters having an average particle diameter of 50 nm or less. Thereby, the denitration performance of the denitration apparatus 90 is improved.
  • the denitration apparatus 90 removes nitrogen oxides from the exhaust gas by the selective catalytic reduction method.
  • ammonia (or urea) used as a reducing agent leaks from the denitration apparatus 90 as the denitration catalyst deteriorates.
  • the denitration device 90 since the denitration device 90 is not disposed upstream of the air preheater 30 that is normally disposed in the vicinity of the boiler 10 in the exhaust passage L1, ammonia and the S component in the exhaust gas react with each other. The air preheater 30 is not clogged due to the generated ammonium sulfate.
  • the sulfur content is sufficiently removed from the exhaust gas by the desulfurization device 70, so that ammonium sulfate is hardly generated even when ammonia leaks from the denitration device 90.
  • the fuel to be burned in the boiler 10 is coal.
  • the concentration of sulfur oxides and nitrogen oxides in the exhaust gas tends to increase, so that the denitration catalyst tends to deteriorate.
  • the thermal power generation system 1 according to the above-described embodiment even when coal is burned in the boiler 10, the deterioration of the denitration catalyst in the denitration apparatus 90 can be suppressed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
  • the NOx removal apparatus 90 removes nitrogen oxides from exhaust gas by the selective catalytic reduction method, but the present invention is not limited to this.
  • the denitration apparatus 90 may be configured to remove nitrogen oxides from exhaust gas by a non-selective catalytic reduction method.
  • each denitration catalyst used in Examples and Comparative Examples was prepared as follows.
  • Example 1 0.1M sodium hydroxide was added to a suspension obtained by adding cerium oxide to a 1.0 mM chloroauric acid aqueous solution until the pH reached 7.0. The suspension whose pH was adjusted to 7.0 was stirred for 1 hour, repeatedly washed with pure water, and then filtered to obtain a residue. The obtained filtrate was dried at 120 ° C. overnight and calcined at 300 ° C. for 4 hours in the presence of air. The solid obtained after calcination (catalyst having gold nanoparticles fixed to cerium oxide) was used as the denitration catalyst of Example 1. In the denitration catalyst of Example 1, the average particle diameter of the gold nanoparticles was 50 nm or less. [Comparative Example 1] The cerium oxide used in the preparation of the desulfurization catalyst of Example 1 was used as the denitration catalyst of Comparative Example 1.
  • Example 2 To a suspension obtained by adding zirconium oxide to a 1.0 mM chloroauric acid aqueous solution, 0.1 M sodium hydroxide was added until the pH reached 7.0. The suspension whose pH was adjusted to 7.0 was stirred for 1 hour, repeatedly washed with pure water, and then filtered to obtain a residue. The obtained filtrate was dried at 120 ° C. overnight and calcined at 300 ° C. for 4 hours in the presence of air. The solid (catalyst in which gold nanoparticles were fixed to zirconium oxide) obtained after calcination was used as the denitration catalyst of Example 2. In the denitration catalyst of Example 2, the average particle size of the gold nanoparticles was 50 nm or less. [Comparative Example 2] The zirconium oxide used in the preparation of the desulfurization catalyst of Example 1 was used as the denitration catalyst of Comparative Example 2.
  • FIG. 1 A graph showing the relationship between the reaction temperature and the denitration efficiency for the denitration catalysts of Example 1 and Comparative Example 1 is shown in FIG. Moreover, the graph which showed the relationship between reaction temperature and the denitration efficiency about the denitration catalyst of Example 2 and Comparative Example 2 was shown in FIG. Note that conventionally used vanadium / titanium catalyst (V 2 O 5 / TiO 2 ), the measuring method described above (reaction temperature: 370 ° C.) denitration efficiency measured by is 79.1%. 2 and 3, the denitration efficiency of 79.1% is indicated by a two-dot chain line.
  • V 2 O 5 / TiO 2 vanadium / titanium catalyst
  • FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the denitration efficiency of various metal oxides and denitration catalysts in which gold nanoparticles are supported on various metal oxides under a reaction temperature of 200 ° C.
  • the denitration catalyst in which gold nanoparticles are supported on various metal oxides can be prepared by the same method as the denitration catalyst of Example 1 and Example 2 above. The denitration efficiency was measured by the above method.
  • the denitration catalyst of Example 1 has higher denitration efficiency in the low temperature region than the denitration catalyst of Comparative Example 1.
  • the denitration efficiency of the denitration catalyst of Example 1 under the condition of 130 to 250 ° C. is equal to or greater than the denitration efficiency of the vanadium / titanium catalyst used conventionally under the condition of 370 ° C. (temperature near the boiler outlet). It turns out that. From these results, it was revealed that a catalyst in which gold nanoparticles were fixed to cerium oxide was a particularly excellent denitration catalyst in a low temperature region. Therefore, when the denitration catalyst of Example 1 is used for the denitration apparatus 90 of the thermal power generation system 1 according to the above embodiment, it is recognized that nitrogen oxides can be removed from exhaust gas with high efficiency.
  • the denitration catalyst of Example 1 tends to decrease the denitration efficiency when moisture is added to the reaction gas when measuring the denitration efficiency. Specifically, when 2.3 vol% of water is added to the reaction gas, the denitration efficiency at 200 ° C. is 82% (in the case of a reaction gas not containing water, 96%), and the denitration efficiency at 150 ° C. is 47%. (82% in the case of a reactive gas not containing moisture). This result is thought to be due to the fact that moisture adsorbs on the catalyst inhibits adsorption of nitric oxide and ammonia to the active site of the catalyst.
  • Example 2 and Comparative Example 2 shown in FIG. 3 From the results of Example 2 and Comparative Example 2 shown in FIG. 3, it was found that the denitration catalyst of Example 2 has higher denitration efficiency in the low temperature region than the denitration catalyst of Comparative Example 2.
  • the denitration efficiency of the denitration catalyst of Example 1 under the condition of 130 to 300 ° C. is equal to or higher than the denitration efficiency of the vanadium / titanium catalyst used conventionally at 370 ° C. From these results, it has been clarified that a catalyst in which gold nanoparticles are fixed to zirconium oxide is also a particularly excellent denitration catalyst in a low temperature region. Therefore, even when the denitration catalyst of Example 2 is used for the denitration apparatus 90 of the thermal power generation system 1 according to the above embodiment, it is recognized that nitrogen oxides can be removed from exhaust gas with high efficiency.
  • the denitration catalyst in which gold nanoparticles are supported on the metal oxide has lower denitration efficiency at a low temperature (200 ° C.) than the metal oxide. I found it expensive. From these results, it was confirmed that the metal oxide improves the denitration efficiency at a low temperature by supporting the gold nanoparticles.

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Abstract

脱硝装置に用いられる脱硝触媒の劣化が進行し難いことから、稼働のコストが低い火力発電システムを提供する。　燃料を燃焼させるボイラ１０と、ボイラ１０において燃料が燃焼することによって発生する排ガスが流通する排気路Ｌ１と、排気路Ｌ１に配置され且つ前記排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫装置７０と、排気路Ｌ１に配置され且つ脱硝触媒によって前記排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置９０と、を備える火力発電システム１であって、脱硝装置９０は、排気路Ｌ１における脱硫装置７０の下流側に配置され、前記脱硝触媒は、金微粒子を有する。

Description

火力発電システム
　本発明は、火力発電システムに関する。より詳しくは、本発明は、ボイラと、排ガスが流通する排気路と、排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置と、を備える火力発電システムに関する。
　従来、火力発電所では、ボイラにおいて石炭等の燃料を燃焼させることによって得られる熱エネルギーを、タービンによって電気エネルギーに変換している。また、火力発電所のボイラにおいて燃料を燃焼させると、硫黄酸化物や窒素酸化物を含む排ガスが発生する。
　火力発電所のボイラにおいて発生する排ガスは、排気路を通してボイラから外部に排出される。ボイラから外部に排出される排ガスからは、環境面への配慮により、脱硫装置及び脱硝装置によってそれぞれ硫黄酸化物及び窒素酸化物が除去されている。
　ところで、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硫装置には、一般的にバナジウム／チタン触媒（Ｖ２Ｏ５／ＴｉＯ２）等の脱硝触媒が用いられている。そして、バナジウム／チタン触媒は、高温（例えば、約３７０℃）環境下において高い触媒活性が発揮されることから、火力発電所において脱硝装置は、ボイラ内の排ガスの出口の近傍や、排気路の上流側に配置される（例えば、特許文献１等参照）。
特開２０１１－１９０９４０号公報
　一方で、ボイラ内の排ガスの出口の近傍や、排気路の上流側は、上記のように高温環境下であるとともに石炭灰及びＳ分が高濃度で存在していることから、脱硝触媒の劣化が進行しやすい環境でもある。脱硝触媒の劣化が急速に進行すると、脱硝触媒の交換頻度が高くなることから、火力発電所の稼働のコストも高くなる傾向にある。
　なお、脱硝装置において、選択接触還元法によって排ガスから窒素酸化物を除去する場合には、脱硝触媒の劣化が進行すると、還元剤として用いられるアンモニアが脱硝装置からリークしてしまう。脱硝装置からアンモニアがリークすると、アンモニアと排ガス中のＳ分とが反応することで硫酸アンモニウムが生成し、脱硝装置の二次側に配置される空気予熱器に硫酸アンモニウムが付着してしまう。このように、空気予熱器に硫酸アンモニウムが付着して堆積した場合、排ガスの流路の目詰まりの防止のために空気予熱器を洗浄する必要があるで、火力発電所の稼働のコストが更に高くなる。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、脱硝装置に用いられる脱硝触媒の劣化が進行し難いことから、稼働のコストが低い火力発電システムを提供することを目的とする。
　本発明は、燃料を燃焼させるボイラと、前記ボイラにおいて前記燃料が燃焼することによって発生する排ガスが流通する排気路と、前記排気路に配置され且つ前記排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、前記排気路に配置され且つ脱硝触媒によって前記排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置と、を備える火力発電システムであって、前記脱硝装置は、前記排気路における前記脱硫装置の下流側に配置され、前記脱硝触媒は、金微粒子を有する火力発電システムに関する。
　また、前記排気路における、前記脱硫装置と前記脱硝装置との間に配置され且つ前記排ガスを加熱する加熱器を更に備えることが好ましい。
　前記脱硝触媒は、金属酸化物からなる担体上に金微粒子を分散又は固定させた触媒であることが好ましい。
　前記金属酸化物は、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化マンガン及び酸化亜鉛からなる群より選択される少なくとも一種の卑金属酸化物であることが好ましい。
　また、前記金微粒子は、平均粒子径が５０ｎｍ以下の金ナノ粒子又は金クラスターであることが好ましい。
　また、前記脱硝装置は、選択接触還元法によって前記排ガスから窒素酸化物を除去することが好ましい。
　また、前記燃料は、石炭であることが好ましい。
　脱硝装置に用いられる脱硝触媒の劣化が進行し難いことから、稼働のコストが低い火力発電システムを提供できる。
本発明の一実施形態に係る火力発電システムの構成を示す図である。 本発明の実施例及び比較例における、脱硝触媒の反応温度と脱硝効率との関係を示したグラフである。 本発明の実施例及び比較例における、脱硝触媒の反応温度と脱硝効率との関係を示したグラフである。 各種金属酸化物及び各種金属酸化物に金ナノ粒子を担持させた脱硝触媒の脱硝効率を示したグラフである。
　以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
　図１は、本実施形態に係る火力発電システム１の構成を示す図である。図１に示すように、火力発電システム１は、ボイラ１０と、微粉炭機２０と、排気路Ｌ１と、空気予熱器３０と、熱回収器としてのガスヒータ４０と、電気集塵装置５０と、誘引通風機６０と、脱硫装置７０と、加熱器としてのガスヒータ８０と、脱硝装置９０と、煙突１００と、を備える。
　ボイラ１０は、燃料としての微粉炭を空気とともに燃焼させる。ボイラ１０において、微粉炭が燃焼することにより排ガスが発生する。なお、微粉炭が燃焼することによって、クリンカアッシュ及びフライアッシュ等の石炭灰が生成する。ボイラ１０において生成するクリンカアッシュは、ボイラ１０の下方に配置されるクリンカホッパ１１に排出されてから、図示しない石炭灰回収サイロに搬送される。
　ボイラ１０は、全体として略逆Ｕ字状に形成される。ボイラ１０において生成する排ガスは、ボイラ１０の形状に沿って逆Ｕ字状に移動する。ボイラ１０の排ガスの出口付近における排ガスの温度は、例えば３００～４００℃である。
　微粉炭機２０は、図示しない石炭バンカから供給される石炭を、微細な粒度に粉砕して微粉炭を形成する。微粉炭機２０は、微粉炭と空気とを混合することにより、微粉炭を予熱及び乾燥させる。微粉炭機２０において形成された微粉炭は、エアーが吹きつけられることにより、ボイラ１０に供給される。
　排気路Ｌ１は、上流側がボイラ１０に接続される。排気路Ｌ１は、ボイラ１０において発生する排ガスが流通する流路である。
　空気予熱器３０は、排気路Ｌ１に配置される。空気予熱器３０は、排ガスと図示しない押込式通風機から送り込まれる燃焼用の空気との間で熱交換を行い、排ガスから熱回収する。燃焼用の空気は、空気予熱器３０において加熱されてからボイラ１０に供給される。
　ガスヒータ４０は、排気路Ｌ１における空気予熱器３０の下流側に配置される。ガスヒータ４０には、空気予熱器３０において熱回収された排ガスが供給される。ガスヒータ４０は、排ガスから更に熱回収する。
　電気集塵装置５０は、排気路Ｌ１におけるガスヒータ４０の下流側に配置される。電気集塵装置５０には、ガスヒータ４０において熱回収された排ガスが供給される。電気集塵装置５０は、電極に電圧を印加することによって排ガス中の石炭灰（フライアッシュ）を収集する装置である。電気集塵装置５０において捕集されるフライアッシュは、図示しない石炭灰回収サイロに搬送される。電気集塵装置５０における排ガスの温度は、例えば８０～１２０℃である。
　誘引通風機６０は、排気路Ｌ１における電気集塵装置５０の下流側に配置される。誘引通風機６０は、電気集塵装置５０においてフライアッシュを除去した排ガスを、一次側から取り込んで二次側に送り出す。
　脱硫装置７０は、排気路Ｌ１における誘引通風機６０の下流側に配置される。脱硫装置７０には、誘引通風機６０から送り出された排ガスが供給される。脱硫装置７０は、排ガスから硫黄酸化物を除去する。詳しくは、脱硫装置７０は、排ガスに石灰石と水との混合液（石灰石スラリー）を吹き付けることによって、排ガスに含まれる硫黄酸化物を混合液に吸収させて、排ガスから硫黄酸化物を除去する。脱硫装置７０における排ガスの温度は、例えば５０～１２０℃である。
　ガスヒータ８０は、排気路Ｌ１における脱硫装置７０の下流側に配置される。ガスヒータ８０には、脱硫装置７０において硫黄酸化物が除去された排ガスが供給される。ガスヒータ８０は、排ガスを加熱する。ガスヒータ４０及びガスヒータ８０は、排気路Ｌ１における、空気予熱器３０と電気集塵装置５０との間を流通する排ガスと、脱硫装置７０と後述する脱硝装置９０との間を流通する排ガスと、の間で熱交換を行うガスガスヒータとして構成してもよい。
　脱硝装置９０は、排気路Ｌ１におけるガスヒータ８０の下流側に配置される。脱硝装置９０には、ガスヒータ８０において加熱された排ガスが供給される。脱硝装置９０は、脱硝触媒によって排ガスから窒素酸化物を除去する。脱硝装置９０において用いられる脱硝触媒については、後段で詳述する。脱硝装置９０における排ガスの温度は、例えば１３０～２５０℃である。
　脱硝装置９０では、選択接触還元法によって排ガスから窒素酸化物を除去する。選択接触還元法によれば、還元剤及び脱硝触媒によって窒素酸化物から窒素及び水を生成することで、排ガスから効率的に窒素酸化物を除去することができる。選択接触還元法において用いられる還元剤は、アンモニア及び尿素の少なくとも一方を含む。還元剤としてアンモニアを用いる場合、アンモニアガス、液体アンモニア及びアンモニア水溶液のいずれの状態のアンモニアを用いてもよい。
　より具体的には、脱硝装置９０は、導入された排ガスに対してアンモニアガスを注入してから、その混合ガスを、脱硝触媒を固定したハニカム成形体や脱硝触媒を担持させたアルミナ繊維等の繊維に接触させる構成とすることができる。
　煙突１００は、排気路Ｌ１の下流側が接続される。煙突１００には、脱硝装置９０において窒素酸化物を除去した排ガスが導入される。煙突１００に導入された排ガスは、ガスヒータ８０によって加熱されていることから、煙突効果によって煙突１００の上部から効果的に排出される。また、ガスヒータ８０において排ガスが加熱されることで、煙突１００の上方において水蒸気が凝縮して白煙が生じるのを防ぐことができる。煙突１００の出口付近における排ガスの温度は、例えば１１０℃である。
　続いて、脱硝装置９０において用いられる脱硝触媒について説明する。
　脱硝触媒は、金微粒子を有する。金微粒子を有する脱硝触媒は、従来用いられているバナジウム／チタン触媒等の脱硝触媒に比べて、低温環境下でも高い脱硝効果を発揮できる。
　脱硝触媒における金微粒子は、平均粒子径が５０ｎｍ以下の金ナノ粒子又は金クラスター（以下、金ナノ粒子及び金クラスターをまとめて「金ナノ粒子」と言う）であることが好ましい。金微粒子の平均粒子径が５０ｎｍ以下であることによって、脱硝触媒の脱硝効率がより向上する。金微粒子は、平均粒子径が１０ｎｍ以下であることがより好ましく、平均粒径が５ｎｍ以下であることが更に好ましい。
　金微粒子の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって金属微粒子を観察して、任意の数（例えば、２０～１００個）の金属微粒子の粒子径を決定し、これらの粒子径を平均することにより求めることができる。
　脱硝触媒は、金属酸化物からなる担体上に金微粒子（金ナノ粒子）を分散又は固定させた触媒であることが好ましい。金微粒子は、金属酸化物からなる担体上に分散又は固定させることで、脱硝触媒としての性能が向上する。金微粒子を分散又は固定させる金属酸化物は、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化マンガン及び酸化亜鉛からなる群より選択される少なくとも一種の卑金属酸化物であることが好ましい。これらから選択される一種の卑金属酸化物又は二種以上を用いた卑金属複合酸化物を担体とすることで、金微粒子の脱硝触媒としての性能が向上する。金微粒子を分散又は固定させる金属酸化物としては、酸化ジルコニウム及び酸化セリウムの少なくとも一方を用いることがより好ましい。
　金属酸化物表面に金微粒子（金ナノ粒子）を分散・固定させた脱硝触媒は、従来知られた金属酸化物表面に金ナノ粒子を分散・固定させる方法によって作製できる。金属酸化物表面に金ナノ粒子を分散・固定させる方法としては、析出沈殿法、共沈法、析出還元法、気相グラフティング及び固相混合法等が例示される。以下、析出沈殿法により金属酸化物表面に金ナノ粒子を分散・固定させる方法を示す。
　析出沈殿法では、金属酸化物粒子の粉末を金化合物の水溶液に懸濁させる。続いて、その懸濁液にアルカリを加えて、ｐＨを７～１０の範囲に調整し、金水酸化物を卑金属酸化物表面上に析出・沈殿させる。続いて、この懸濁液を、金化合物及び還元剤等の濃度、ｐＨ及び温度を調整しながら、１時間以上（通常は１時間程度）撹拌し続けることによって、金水酸化物を金属酸化物表面に分散・固定化する。続いて、金属酸化物表面に分散・固定化した金水酸化物を水洗した後に乾燥し、更に空気存在下３００℃以上で焼成することによって、脱硝触媒が得られる。このとき、金属酸化物は、脱硝触媒に要求される脱硝性能に応じて適宜選択される。
　析出沈殿法によって、金属酸化物表面に金微粒子（金ナノ粒子）を分散・固定させる際に用いられる金化合物としては、例えば、四塩化金酸（ＨＡｕＣｌ４）、四塩化金酸塩（例えば、ＮａＡｕＣｌ４）、シアン化金（ＡｕＣＮ）、シアン化金カリウム（Ｋ［Ａｕ（ＣＮ）２］）、三塩化ジエチルアミン金酸（（Ｃ２Ｈ５）２ＮＨ・ＡｕＣｌ３）、エチレンジアミン金錯体（例えば、塩化物錯体（Ａｕ［Ｃ２Ｈ４（ＮＨ２）２］２Ｃｌ３））及びジメチル金β‐ジケトン誘導体錯体（例えば、ジメチル金アセチルアセトナート（（ＣＨ３）２Ａｕ［ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３］））等の金の塩や金錯体が挙げられる。金属酸化物表面に金微粒子を分散・固定させる際には、上記の金化合物の他にも、水や有機溶媒に溶解可能なあらゆる金の塩や金錯体を用いることができる。
　析出沈殿法における、金化合物の水溶液の濃度（金元素換算の濃度）は、０．１～１０ｍｍｏｌ／Ｌが好ましく、０．５～２ｍｍｏｌ／Ｌがより好ましい。金化合物の水溶液の濃度が、０．１ｍｍｏｌ／Ｌ未満だと金が金属酸化物上に水酸化物として析出し難くなる傾向にあり、１０ｍｍｏｌ／Ｌを超えると溶液中にも金水酸化物の沈殿が生じてしまう傾向にある。
　なお、析出沈殿法では、金化合物の水溶液における濃度を調整することで、金属酸化物に分散・固定する金の担持量を、０．０１～５０質量％（金属酸化物の質量に対する金微粒子の質量）の範囲に調整することができる。
　析出沈殿法における、ｐＨ調整用のアルカリとしては、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、アルカリ土類金属の水酸化物又は炭酸塩、アンモニア及び尿素等を用いることができる。
　析出沈殿法における、懸濁液の温度は、０～９０℃であることが好ましく、３０～７０℃であることがより好ましい。
　このようにして調製される、表面に金微粒子を分散・固定させた金属酸化物における、金微粒子の平均粒子径は、通常１～５０ｎｍである。金微粒子の平均粒子径は、求められる脱硝性能に応じて、上記の範囲に調整される。また、析出沈殿法によれば、金微粒子（金ナノ粒子）の粒子分布が狭い、つまり粒子径の揃った脱硝触媒を製造することができる。脱硝触媒は、粒子径分布の狭い金微粒子を金属酸化物の表面に分散・固定させることによって、脱硝性能を向上させることができる。
　上記実施形態に係る火力発電システム１によれば、以下の効果が奏される。
　（１）上記実施形態に係る火力発電システム１では、ボイラ１０において発生する排ガスの流通する排気路Ｌ１において、脱硝装置９０が脱硫装置７０の下流側に配置した。更に、上記実施形態では、脱硝装置９０において金微粒子を有する脱硝触媒を用いた。
　これにより、燃料が燃焼するボイラ１０と脱硝装置９０との距離が十分に離れることから、脱硝装置９０に送り込まれる排ガスの温度は、従来の火力発電システムにおける脱硝装置に送り込まれる排ガスに比べて低い温度（例えば、１３０～２５０℃）になる。また、ボイラ１０と脱硝装置９０との距離が十分に離れ、脱硝装置９０の上流に脱硫装置７０が配置されることから、脱硝装置９０に送り込まれる排ガスにおける石炭灰及びＳ分の濃度も十分に抑えることができる。なお、脱硝装置９０に送り込まれる排ガスの温度が、従来の脱硝装置に送り込まれる排ガスの温度よりも低い場合でも、金微粒子を有する脱硝触媒は高い脱硝効果を発揮できる。従って、上記実施形態に係る火力発電システム１では、脱硝効率を低下させることなく、高温、石炭灰及びＳ分に晒されることに起因する脱硝触媒の劣化を抑えることができる。脱硝触媒の劣化を抑えることで、脱硝触媒の交換頻度も抑えることができるので、火力発電システム１は稼働のコストが低い。
　（２）上記実施形態に係る火力発電システム１では、脱硫装置７０と脱硝装置９０との間に、排ガスを加熱するガスヒータ８０を配置した。
　これにより、脱硫装置７０から排出される排ガスの温度が低くなり過ぎた場合でも、ガスヒータ８０によって排ガスを適宜加熱して、脱硝触媒の脱硝作用に適した温度に排ガスの温度を調整できる。また、ガスヒータ８０によって排ガスを加熱することで、煙突効果によって排ガスを煙突１００の上部から効果的に排出できる。
　（３）上記のように、脱硝装置９０において用いられる脱硝触媒は、金属酸化物からなる担体上に金微粒子を分散又は固定させた触媒とするのが好ましい。
　これにより、脱硝装置９０の脱硝性能が向上する。
　（４）上記のように、金微粒子を分散又は固定させる担体は、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化マンガン及び酸化亜鉛からなる群より選択される少なくとも一種の卑金属酸化物とするのが好ましい。
　これにより、脱硝装置９０の脱硝性能がより向上する。
　（５）上記のように、脱硝触媒の有する金微粒子は、平均粒子径が５０ｎｍ以下の金ナノ粒子又は金クラスターとするのが好ましい。
　これにより、脱硝装置９０の脱硝性能が向上する。
　（６）上記実施形態では、脱硝装置９０が、選択接触還元法によって排ガスから窒素酸化物を除去するものとした。
　脱硝装置９０において、選択接触還元法によって排ガスから窒素酸化物を除去する場合には、脱硝触媒の劣化が進行すると、還元剤として用いられるアンモニア（又は尿素）が脱硝装置９０からリークしてしまう。上記実施形態においては、排気路Ｌ１におけるボイラ１０の近傍に通常配置される空気予熱器３０の上流に脱硝装置９０が配置されていないことから、アンモニアと排ガス中のＳ分とが反応することで生成する硫酸アンモニウムに起因する空気予熱器３０の目詰まりが生じない。このように、空気予熱器３０の目詰まりが防止されるので、空気予熱器３０を洗浄するためのコストを抑えることができる。
また、上記実施形態においては、脱硫装置７０によって排ガスからＳ分が十分に除去されることから、脱硝装置９０からアンモニアがリークした場合でも、硫酸アンモニウムは生成し難い。
　（７）上記実施形態に係る火力発電システム１では、ボイラ１０において燃焼させる燃料を石炭とした。
　火力発電システムのボイラにおいて石炭を燃焼させると、排ガスにおける硫黄酸化物及び窒素酸化物の濃度が高くなる傾向にあることから、脱硝触媒の劣化が進行しやすくなる。上記実施形態に係る火力発電システム１よれば、ボイラ１０において石炭を燃焼させた場合であっても、脱硝装置９０における脱硝触媒の劣化を抑えることができる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
　上記実施形態では、脱硝装置９０において、選択接触還元法によって排ガスから窒素酸化物を除去するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明においては、脱硝装置９０において、非選択接触還元法によって排ガスから窒素酸化物を除去する構成としてもよい。
　以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、本発明は実施例によって限定されるものではない。まず、実施例及び比較例において用いられる各脱硝触媒を以下のように調製した。
［実施例１］
　１．０ｍＭの塩化金酸水溶液に酸化セリウムを加えて得られた懸濁液に、ｐＨが７．０になるまで０．１Ｍ水酸化ナトリウムを加えた。ｐＨを７．０に調整した懸濁液を１時間撹拌し、純水での洗浄を繰り返した後にろ過をしてろ物を得た。得られたろ物を１２０℃で一晩乾燥させて、空気存在下３００℃で４時間焼成した。焼成後に得られた固体（金ナノ粒子を酸化セリウムに固定させた触媒）を実施例１の脱硝触媒とした。実施例１の脱硝触媒における、金ナノ粒子の平均粒子径は５０ｎｍ以下であった。
［比較例１］
　実施例１の脱硫触媒の調製において用いた酸化セリウムを比較例１の脱硝触媒とした。
［実施例２］
　１．０ｍＭの塩化金酸水溶液に酸化ジルコニウムを加えて得られた懸濁液に、ｐＨが７．０になるまで０．１Ｍ水酸化ナトリウムを加えた。ｐＨを７．０に調整した懸濁液を１時間撹拌し、純水での洗浄を繰り返した後にろ過をしてろ物を得た。得られたろ物を１２０℃で一晩乾燥させて、空気存在下３００℃で４時間焼成した。焼成後に得られた固体（金ナノ粒子を酸化ジルコニウムに固定させた触媒）を実施例２の脱硝触媒とした。実施例２の脱硝触媒における、金ナノ粒子の平均粒子径は５０ｎｍ以下であった。
［比較例２］
　実施例１の脱硫触媒の調製において用いた酸化ジルコニウムを比較例２の脱硝触媒とした。
　以上のようにして得られた実施例及び比較例の各脱硝触媒について、以下の方法により脱硝効率を測定した。
＜脱硝効率の測定＞
　各脱硝触媒０．７５ｇを円筒形の反応容器に詰めた。そして、反応ガス（一酸化窒素４４０ｐｐｍ、アンモニア４４０ｐｐｍ及び酸素４ｍｏｌ／Ｌを含むアルゴン）を、５００ｍＬ／分の流速で、所定の温度のもと、脱硝触媒を詰めた反応容器の一端側から他端側へ通過させた。反応容器を通過した後の一酸化窒素の濃度をポータブル燃焼排ガス分析器ｔｅｓｔｏ３５０ＸＬ（株式会社テストー製）にて測定し、測定された濃度（Ｘｐｐｍ）及び反応容器を通過する前の一酸化窒素の濃度から、下記式（１）に基いて脱硝効率を算出した。
［数１］
　脱硝効率（％）＝（４４０－Ｘ）／４４０　・・・（１）
　実施例１及び比較例１の脱硝触媒について、反応温度と脱硝効率との関係を示したグラフを図２に示した。また、実施例２及び比較例２の脱硝触媒について、反応温度と脱硝効率との関係を示したグラフを図３に示した。なお、従来用いられているバナジウム／チタン触媒（Ｖ２Ｏ５／ＴｉＯ２）について、上記の測定方法（反応温度：３７０℃）によって測定した脱硝効率は、７９．１％である。図２及び図３において、７９．１％の脱硝効率を二点鎖線で示した。
　なお、図４は、各種金属酸化物及び各種金属酸化物に金ナノ粒子を担持させた脱硝触媒について、反応温度２００℃の条件下で脱硝効率を測定した結果を示したグラフである。各種金属酸化物に金ナノ粒子を担持させた脱硝触媒については、上記の実施例１及び実施例２の脱硝触媒と同様の方法によって調製できる。また、脱硝効率の測定は上記の方法で行った。
　図２に示した実施例１及び比較例１の結果から、実施例１の脱硝触媒は比較例１の脱硝触媒よりも、低温領域における脱硝効率が高いことが分かった。特に１３０～２５０℃の条件下における、実施例１の脱硝触媒の脱硝効率は、従来用いられているバナジウム／チタン触媒の３７０℃の条件下（ボイラの出口付近の温度）における脱硝効率と同等以上であることが分かった。これらの結果から、金ナノ粒子を酸化セリウムに固定させた触媒が、低温領域において特に優れた脱硝触媒であることが明らかになった。従って、上記実施形態に係る火力発電システム１の脱硝装置９０に実施例１の脱硝触媒を用いた場合、排ガスから高効率で窒素酸化物を除去できると認められる。
　なお、実施例１の脱硝触媒は、脱硝効率を測定する際に、反応ガスに水分を添加すると、脱硝効率が低下する傾向にある。具体的には、反応ガスに２．３ｖｏｌ％の水分を添加すると、２００℃における脱硝効率は８２％（水分を含まない反応ガスの場合には９６％）となり、１５０℃における脱硝効率は４７％（水分を含まない反応ガスの場合には８２％）となる。この結果は、水分が触媒上に吸着することで、酸化窒素やアンモニアが触媒の活性点に吸着するのが阻害されるためであると考えられる。
　図３に示した実施例２及び比較例２の結果から、実施例２の脱硝触媒は比較例２の脱硝触媒よりも、低温領域における脱硝効率が高いことが分かった。特に１３０～３００℃の条件下における、実施例１の脱硝触媒の脱硝効率は、従来用いられているバナジウム／チタン触媒の３７０℃の条件下における脱硝効率と同等以上であることが分かった。これらの結果から、金ナノ粒子を酸化ジルコニウムに固定させた触媒も、低温領域において特に優れた脱硝触媒であることが明らかになった。従って、上記実施形態に係る火力発電システム１の脱硝装置９０に実施例２の脱硝触媒を用いた場合にも、排ガスから高効率で窒素酸化物を除去できると認められる。
　また、図４に示した結果から、全ての金属酸化物において、金属酸化物よりも、その金属酸化物に金ナノ粒子を担持させた脱硝触媒の方が、低温（２００℃）における脱硝効率が高いことが分かった。これらの結果から、金属酸化物は、金ナノ粒子を担持させることによって、低温における脱硝効率が向上することが確認された。
　１…火力発電システム
　１０…ボイラ
　７０…脱硫装置
　８０…ガスヒータ（加熱器）
　９０…脱硝装置
　Ｌ１…排気路

Claims (7)

  1. 　燃料を燃焼させるボイラと、
    　前記ボイラにおいて前記燃料が燃焼することによって発生する排ガスが流通する排気路と、
    　前記排気路に配置され且つ前記排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、
    　前記排気路に配置され且つ脱硝触媒によって前記排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置と、を備える火力発電システムであって、
    　前記脱硝装置は、前記排気路における前記脱硫装置の下流側に配置され、
    　前記脱硝触媒は、金微粒子を有する火力発電システム。
     
  2. 　前記排気路における、前記脱硫装置と前記脱硝装置との間に配置され且つ前記排ガスを加熱する加熱器を更に備える請求項１記載の火力発電システム。
     
  3. 　前記脱硝触媒は、金属酸化物からなる担体上に金微粒子を分散又は固定させた触媒である請求項１又は２記載の火力発電システム。
     
  4. 　前記金属酸化物は、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化マンガン及び酸化亜鉛からなる群より選択される少なくとも一種の卑金属酸化物である請求項３記載の火力発電システム。
     
  5. 　前記金微粒子は、平均粒子径が５０ｎｍ以下の金ナノ粒子又は金クラスターである請求項１から４いずれか記載の火力発電システム。
     
  6. 　前記脱硝装置は、選択接触還元法によって前記排ガスから窒素酸化物を除去する請求項１から５いずれか記載の火力発電システム。
     
  7. 　前記燃料は、石炭である請求項１から６いずれか記載の火力発電システム。
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