JP2008126148A

JP2008126148A - 排ガス脱硝装置

Info

Publication number: JP2008126148A
Application number: JP2006314423A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yoshimura; 博之吉村; Yoshinori Nagai; 良憲永井
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】触媒装置内に積み重ねた上段ユニットと下段ユニット間へのダストの堆積を抑制し、経時的な圧力損失の上昇を最小限に抑え、これによりダスト清掃等のメンテナンスの負担を軽減することができる排ガス脱硝装置を提供する。
【解決手段】高濃度ダストを含有する排ガスを排出する燃焼装置の煙道にパラレルフロー型の脱硝触媒を充填した複数の触媒ユニットを上下に積層させた排ガス脱硝装置であって、該触媒ユニットの排ガス流路断面における触媒間の距離（触媒ピッチ）を下段ユニットの方が上段ユニットよりも大きくした排ガス脱硝装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス脱硝装置に係り、特に石炭、重油等の高ダスト排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を除去する排煙脱硝装置に関する。

火力発電所、各種工場から排出される排ガス中の窒素酸化物(NOx)は、光化学スモッグや酸性雨の原因物質であり、その除去技術として、アンモニア(NH₃)を還元剤とする選択的接触還元反応による排煙脱硝法が用いられている。この選択的接触還元反応は下記式（1）に示すように、排ガス中に含まれるNOxに対してNH₃を注入して脱硝触媒により還元するものである。
4NO＋4NH₃＋O₂ → 4N₂＋6H₂O…………（1）

石炭を燃料とする火力発電所の排ガスは、ダストを多量に含み、これにより脱硝触媒の目詰まりをもたらし、経時的な圧力損失の上昇や脱硝性能効率の低下を引き起こすことが懸念される。石炭を燃料とした高ダスト排ガス用の脱硝触媒には、板状またはハニカム状の、いわゆるパラレルフロー型の触媒充填層が用いられる。このうち板状触媒は、ハニカム状よりも圧損が低い、ダストの堆積が起こりにくい、摩耗に強いという利点を有する。しかしながら、板状触媒を実機に適用する際は、複数の板状触媒エレメントを枠内に積層させてユニット化し、これを複数積み重ねてブロック化して触媒反応器に充填するが、ユニットを積み重ねることにより上段ユニットと下段ユニットの間に僅かな隙間が発生し、この隙間にダストが堆積し易くここを起点に触媒内にダストが経時的に堆積するという問題がある。すなわち、従来の板状触媒は、図５に示すような、複数の同一ピッチ（約4mm〜10mm）の板状触媒エレメント１を、図３に示すように枠内に積層させてユニット２とし、これを複数個、エレメントが直交するように上下に積み重ねてブロック化し、これを図２に示すように複数の触媒層３として脱硝触媒装置６に充填するが、図４に示すようにユニット２を積み重ねることにより上段ユニットと下段ユニットの間に僅かな隙間が発生する。この隙間ではガスは乱流となり、ダストが堆積し易く、ここを起点に触媒内にダストが経時的に堆積してしまう。このため、安定した運用をするためには、定期的な清掃が必要となる。従来、ダストの堆積による閉塞を抑制する方法として触媒エレメントのガス流れ方向の入口端の位置が互いに異なる形態とする方法（特許文献１）などがあるが、ユニット間の堆積を防ぐには不十分なものであった。

また、石炭の性質やボイラの運転条件によりポップコーンアッシュ（数mmから十数mmの灰の塊）が形成されることが多く、形成されたポップコーンアッシュが脱硝触媒に詰まることによって圧損上昇の原因となっている。ポップコーンアッシュの詰まりは、上述の上段ユニットと下段ユニットの隙間や触媒エレメント間（ピッチ）内に発生し、そこを起点として細かいダストと共に全体が詰まっていく。これによりやはり定期的な清掃が必要となっている。この対策として脱硝装置上流側を改造して新たに金網などを設けてトラップ除去するなどの方法（特許文献２）が提案されているが十分ではない。

上述した上下ユニット間へのいずれのダスト堆積に対しても、安定した脱硝装置の運用をするために、定期的な清掃を実施している。例えば長年蓄積されたダストを清掃するため、上段ユニットを一旦抜き出して上下ユニット間のダストを清掃（バキューム）するなど、面倒なメンテナンスが必要となる。
特開平11-221447号公報特公平2-95415号公報

本発明の課題は、上記従来技術の問題を解決し、触媒装置内に積み重ねた上段ユニットと下段ユニット間へのダスト（ポップコーンアッシュを含む）の堆積を抑制し、経時的な圧力損失の上昇を最小限に抑え、これによりダスト清掃等のメンテナンスの負担を軽減することができる排ガス脱硝装置を提供することにある。

上記課題点を解決するため、本願で特許請求される発明は以下の通りである。
（１）高濃度ダストを含有する排ガスを排出する燃焼装置の煙道にパラレルフロー型の脱硝触媒を充填した複数の触媒ユニットを上下に積層させた排ガス脱硝装置であって、該触媒ユニットの排ガス流路断面における触媒間の距離（触媒ピッチ）を下段ユニットの方が上段ユニットよりも大きくしたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
（２）前記下段ユニットの触媒ピッチ（Pd）に対する上段ユニットの触媒ピッチ（Pu））の比（Pd/Pu）が1.2乃至2となるようにしたことを特徴とする（１）記載の排ガス脱硝装置。
（３）前記上段ユニットと下段ユニットの間に隙間（L）を設け、該上段ユニットの触媒ピッチ（Pu）に対する上段ユニットと下段ユニットの隙間（L）の比（L/Pu）が5乃至10となるようにしたことを特徴とする（１）または（２）に記載の排ガス脱硝装置。
（４）前記下段ユニット触媒の脱硝性能（Kd）に対する上段ユニット触媒の脱硝性能（Ku）の比（Kd/Ku）が1.2乃至2となるようにしたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の排ガス脱硝装置。

本発明によれば、積み重ねた上段ユニット−下段ユニット間へのダスト（ポップコーンアッシュを含む）の堆積を抑制し経時的な圧力損失の上昇を最小限に抑えることができ、これによりダスト清掃等メンテナンスの負担を軽減し、経済的な脱硝装置の運用を実現可能となる。

図１は、本発明の一実施例を示す排ガス脱硝装置内の触媒ユニットの充填状態を示す説明図である。この実施例では、触媒エレメント１が互いに直交するように上下に積層される触媒ユニットにおいて、触媒ユニット間に隙間Lを設けると共に、触媒ピッチ（Pd）を下段ユニットの触媒ピッチ（Pu）が上段ユニットの触媒ピッチ（Pu）よりも大きくなるように設定している。このように下段ユニットの触媒ピッチ（Pd）を上段ユニットの触媒ピッチ（Pu）よりも大きくすることによって、例え上下ユニット間の隙間が乱流であっても、下段ユニットへのダストの堆積は生じにくくなる。この場合、有効なPdは、Puに対して1.2倍以上が好ましいが、大きくなるに従い必要触媒量が多くなるため、2倍以下とすることが望ましく、Pdのさらに好ましい距離は、1.2〜1.8倍である。また、上段ユニット下部から下段ユニット上部までの距離（L）を上段ユニットの触媒ピッチ（Pu）の５倍以上とすることが好ましい。５倍以上とすることにより、下段ユニットへ流れるガスが整流され、ダストの堆積が一段と抑制される。この場合、ユニット間の距離を空け過ぎると触媒反応器が大型化してしまうため、10倍以下とすることが望ましい。Lのさらに好ましい距離はPuの５〜８倍である。また、ポップコーンアッシュに対しても、上述した方法により上下ユニット間への堆積を防止できるだけでなく、下段ユニットのエレメント間への詰まりも軽減されることになる。これによりエレメント間に詰まったポップコーンアッシュの清掃は、上段ユニットのみ実施すればよく、メンテナンスの負担が軽減されることになる。

本発明は、パラレルフロー型の触媒であれば、上述の板状触媒エレメントを用いた場合のみならず、図５に示すようなハニカム状触媒にも適用することができる。
ハニカム状触媒の場合は、板状触媒と異なり、１つの触媒層に１段のハニカムを充填することが通例であるが、ポップコーンアッシュやダストなどにより大きく閉塞した場合や摩耗が著しい場合には、下部が健全な状態であるにも関わらず、全ての触媒の交換が必要となってしまう。摩耗やダスト堆積が著しく生じると考えられるプラントにおいては、ハニカム形状の場合も本発明を適用することにより、１層に２段のハニカムを積み重ね、本発明のとおり5≦L/Pu≦10、Pu>Pdとすることによって上述のポップコーンアッシュやダストによる閉塞を防止し、またメンテナンスを容易にすることができる。

なお、上述のように本発明を適用することにより、触媒へのダストの堆積を著しく軽減することができるが、下段の触媒ピッチを大きくすること、及び上下ユニット間の隙間をあけることによって、反応器が大きくなるというデメリットが考えられる。これに対しては、例えば触媒ピッチを大きくしてガスとの接触面積が低下した分だけ、下段ユニット触媒の脱硝性能を上段ユニットの触媒よりも高く（1.2〜2倍）して対処すればよい。
以下、本発明を具体例により詳細に説明する。

板状脱硝触媒として6mmピッチ及び7.4mmピッチの触媒を準備してこれをユニット化し、6mmピッチ(Pu)を上段ユニット、7mmピッチ(Pd)を下段ユニットとした。この時下段の7mmピッチ触媒の脱硝性能（Kd）を上段6mmピッチ触媒の脱硝性能（Ku）の1.2倍（Kd/Ku）となるように触媒活性成分を調整した。また、上下ユニット間の距離は従来触媒と同様（L/Pu＝0）として、ダスト循環装置に垂直流になるように充填し、温度；室温、流速；25m/h、ダスト濃度；2000mg/m³Nの条件でダスト堆積試験を実施した。

実施例１と同様に、Pu＝6mm, Pd＝7.4mm, L/Pu＝7, Kd/Ku＝1.2となるようにしてダスト堆積試験を実施した。

実施例１と同様に、Pu＝6mm, Pd＝10mm, L/Pu＝0, Kd/Ku＝1.7となるようにしてダスト堆積試験を実施した。

実施例１と同様に、Pu＝6mm, Pd＝10mm, L/Pu＝7, Kd/Ku＝1.7となるようにしてダスト堆積試験を実施した。

［比較例１］
実施例１と同様に、Pu＝6mm, Pd＝6mm, L/Pu＝0, Kd/Ku＝1.0（従来触媒の状態）となるようにしてダスト堆積試験を実施した。
［比較例２］
実施例１と同様に、Pu＝6mm, Pd＝10mm, L/Pu＝7, Kd/Ku＝1.0となるようにしてダスト堆積試験を実施した。
表１に示す結果から、本発明の方法を採用することで触媒ユニット内へのダストの堆積を大幅に低減することが明らかである。

本発明の実施例を示す上下の触媒ユニットの構成を示す説明図。排煙脱硝装置の構成を示す縦断面図。従来の触媒ユニットを構成する触媒ブロックの構成を示す説明図。従来の触媒ユニットの上下ユニット間へのダストの堆積状況を示す縦断面図。板状及びハニカム状触媒の流路断面を示す図。

符号の説明

１板状触媒の触媒エレメント
２板状触媒のユニット
３触媒層
４ダスト
５ハニカム触媒
６脱硝触媒装置

Claims

高濃度ダストを含有する排ガスを排出する燃焼装置の煙道にパラレルフロー型の脱硝触媒を充填した複数の触媒ユニットを上下に積層させた排ガス脱硝装置であって、該触媒ユニットの排ガス流路断面における触媒間の距離（触媒ピッチ）を下段ユニットの方が上段ユニットよりも大きくしたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
前記下段ユニットの触媒ピッチ（Pd）に対する上段ユニットの触媒ピッチ（Pu））の比（Pd/Pu）が1.2乃至2となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の排ガス脱硝装置。
前記上段ユニットと下段ユニットの間に隙間（L）を設け、該上段ユニットの触媒ピッチ（Pu）に対する上段ユニットと下段ユニットの隙間（L）の比（L/Pu）が5乃至10となるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス脱硝装置。
前記下段ユニット触媒の脱硝性能（Kd）に対する上段ユニット触媒の脱硝性能（Ku）の比（Kd/Ku）が1.2乃至2となるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排ガス脱硝装置。