JP2013205003A - 無触媒脱硝方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無触媒脱硝技術を高度化し、無触媒脱硝技術のみでＮＯｘ排出規制値５０ｐｐｍ（１２％Ｏ_２−ｄｒｙ）未満を実現することで、厳しいＮＯｘ排出規制値を課している地域でも、窒素酸化物の排出規制をクリアしながら、廃棄物発電効率を向上させる。
【解決手段】ボイラ１２内に脱硝剤を吹き込んで脱硝する無触媒脱硝に際して、脱硝剤吹き込み位置よりガス流流れ方向上流側でボイラ１２内のＮＯｘの値を測定し、該測定したボイラ１２内のＮＯｘの値からエコノマイザ１４出口のＮＯｘの値を推定し、該推定したエコノマイザ１４出口のＮＯｘの値が目標値となるよう、脱硝剤の吹き込み量を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、無触媒脱硝方法及び装置に係り、特に、廃棄物焼却炉に用いるのに好適な、ボイラ内に脱硝剤を吹き込んで脱硝する無触媒脱硝方法及び装置に関する。

窒素酸化物ＮＯｘは、燃焼に伴なって必然的に発生する大気汚染物質であり、その排出抑制技術は、各産業分野において重要な技術である。そこで、火力発電所の発電ボイラ、廃棄物処理施設の排ガス処理設備の廃熱ボイラ、廃棄物を燃焼させる廃棄物燃焼ボイラ（廃棄物焼却炉とも称する）等では、燃焼により排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝技術として、触媒脱硝技術又は無触媒脱硝技術が用いられている。

前者の触媒脱硝技術は、図１に例示する如く、焼却炉１０、ボイラ１２、排ガスをダイオキシンの発生しない温度まで冷却する減温塔や廃熱交換器であるエコノマイザ１４を経て、集塵器であるバグフィルタ１６で煤塵が除去されたクリーンな排ガスを、排ガス再加熱装置１８で３００℃程度に再加熱し、触媒を活性化させた状態で触媒脱硝塔２０に導いて、例えばアンモニア水や、分解によってアンモニアを発生する尿素水でなる還元脱硝剤（以下、単に脱硝剤とも称する）と排ガス中の窒素酸化物を反応させ、脱硝する技術であり、確実に脱硝効果を得ることができる技術として広く使われている。特許文献１には、この触媒脱硝技術の制御方法が記載されている。図１において、２２は、触媒脱硝塔２０から排出される煙を放出するための煙突、２４は、ボイラ１２で発生した高温の蒸気で回転される発電用タービン、２６は、該発電用タービン２４から排出された低温の蒸気を水にしてボイラ１２に戻すための蒸気コンデンサである。

一方、特許文献２や３に記載された後者の無触媒脱硝技術は、図２に例示する如く、排ガス再加熱プロセスや触媒脱硝塔を無くすことができるので、排ガス再加熱に用いていた蒸気を全て発電に用いることが可能になり、発電効率の向上と窒素酸化物の還元性能の維持を両立することが可能である。

特開昭５１−１４１７７２号公報 特開２００９−１０３３８１号公報 特開２００６−６４２９１号公報

しかしながら、８００℃超の雰囲気のボイラ１２内に脱硝剤供給源３０から還元脱硝剤を吹き込む高度な技術であるため、運用が困難である。十分な脱硝効果の実現という課題と、未反応アンモニアの抑制（過剰に還元脱硝剤を吹き込んではいけない）といった、相反する課題を同時に実現することが求められているため、ＮＯｘ排出規制値が１００ｐｐｍ程度といった緩い地域でしか実現していない。例えば大都市近郊の焼却炉ではＮＯｘ排出規制値が５０ｐｐｍｎ（１２％Ｏ_２−ｄｒｙ）未満という厳しいものであり、その規制値においては、焼却炉の操業改善では対応できないため、触媒脱硝技術による触媒脱硝塔を設けている廃棄物焼却プロセスしか存在していない。地域によっては、もっと厳しいＮＯｘ排出規制値３０ｐｐｍ（１２％Ｏ_２−ｄｒｙ）未満という規制値を設定しているところもあるが、従来、無触媒脱硝技術で３０ｐｐｍ未満という規制をクリアすることは困難であった。

例えば特許文献２に記載された技術は、無触媒脱硝を行なうのに、一次燃焼空気供給量、二次燃焼空気供給量、燃料（廃棄物）投入量、燃料（廃棄物）特性、炉内温度データを必要とし、そこから炉内の温度分布を計測し、ＮＯｘ濃度分布を計算するという、多量の情報と煩雑な演算を必要とする。

又、特許文献３に記載された技術も、同様に運転負荷状況と炉内温度分布を情報として必要とし、多量の情報と演算を必要とする。

特に、廃棄物焼却の分野では、燃料（廃棄物）特性を瞬時・瞬時で把握するのは不可能で、各ロット毎の成分分析によっており、特許文献２や３に記載された技術を実施するには、各工場毎の経験によるところが大きく、ＮＯｘ排出規制値５０ｐｐｍ未満という課題は達成できていない。

近年、地球温暖化ガスの排出抑制が各産業分野で求められており、廃棄物焼却の分野では発電効率の向上が課題として生じるようになった。一方、窒素酸化物の排出規制は緩和されることはない。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、無触媒脱硝技術を高度化し、無触媒脱硝技術のみでＮＯｘ排出規制値５０ｐｐｍ（１２％Ｏ_２−ｄｒｙ）未満を実現することで、厳しいＮＯｘ排出規制値を課している地域でも、窒素酸化物の排出規制をクリアしながら、廃棄物発電効率を向上させることを課題とする。

窒素酸化物の発生機構には、燃料中の窒素Ｎ_２分が酸化されて発生する機構（FuelＮＯｘ）、空気中の窒素Ｎ_２が高温に晒されることで窒素酸化物が発生する機構（ThermalＮＯｘ）、又、空気中の窒素Ｎ_２が炭化水素ラジカルと火炎帯で反応して窒素酸化物を発生する機構（PromptＮＯｘ）がある。いずれも１０００℃を超える高温や火炎帯で起きる。しかし、温度が低い、又は火炎帯を通過しないときにはＮＯｘを発生することはない。

この現象を利用し、無触媒脱硝吹き込み口の上流側の窒素酸化物濃度を計測することで、無触媒脱硝を行なわなかったら発生したであろう窒素酸化物濃度を推定することができる。

本発明者らが実験計測を重ねていったところ、図３に例示するような全体構成の廃棄物処理設備において、プロセス内の脱硝剤吹き込み位置よりガス流流れ方向上流側で測定したボイラ内のＮＯｘの値Ａは、エコノマイザ１４出口のＮＯｘの値Ｂと一致せず、焼却炉１０の容積との間に、図４に例示するような相関関係があることが分かった。

ここで、図４中の係数値Ｃは、例えば次式で表わされ、このＣの値は、小さい炉では「１」に近く、大きい炉では「１」より小さくなる傾向にあることが分かった。
Ｂ＝Ｃ＊Ａ …（１）

本発明は、この点に着目してなされたもので、ボイラ内に脱硝剤を吹き込んで脱硝する無触媒脱硝に際して、脱硝剤吹き込み位置よりガス流流れ方向上流側でボイラ内のＮＯｘの値を測定し、該測定したボイラ内のＮＯｘの値からエコノマイザ出口のＮＯｘの値を推定し、該推定したエコノマイザ出口のＮＯｘの値が目標値となるよう、脱硝剤の吹き込み量を制御することにより、上記課題を解決するものである。

ここで、前記エコノマイザ出口のＮＯｘの値を、前記ボイラ内のＮＯｘの値に、焼却炉の容積に応じて変化する係数を乗じて推定することができる。

又、本発明は、ボイラ内に脱硝剤を吹き込んで脱硝する無触媒脱硝装置において、脱硝剤吹き込み位置よりガス流流れ方向上流側でボイラ内のＮＯｘの値を測定するＮＯｘ測定手段と、該測定したボイラ内のＮＯｘの値からエコノマイザ出口のＮＯｘの値を推定するＮＯｘ推定手段と、該推定したエコノマイザ出口のＮＯｘの値が目標値となるよう、脱硝剤の吹き込み量を制御する手段と、を備えたことを特徴とする無触媒脱硝装置を提供するものである。

ここで、前記ＮＯｘ推定手段が、前記エコノマイザ出口のＮＯｘの値を、前記ボイラ内のＮＯｘの値に、焼却炉の容積に応じて変化する係数を乗じて推定するようにすることができる。

本発明によれば、無触媒脱硝技術のみでＮＯｘ排出規制値５０ｐｐｍ未満を実現することで、厳しいＮＯｘ排出規制値を課している地域でも、窒素酸化物の排出規制をクリアしながら、廃棄物発電効率を向上させることが可能となる。

特に、エコノマイザ出口のＮＯｘの値を、ボイラ内のＮＯｘの値に、焼却炉の容積に応じて変化する係数を乗じて推定するようにした場合は、エコノマイザ出口のＮＯｘの値を容易に推定できる。なお、推定に用いる関係は図４や（１）式に限定されない。

従来の触媒脱硝技術による廃棄物処理設備の一例の全体構成を示す図 従来の無触媒脱硝技術による廃棄物処理設備の一例の全体構成を示す図 同じく全体構成の縦断面図 本発明の一例の原理を示す、焼却炉の容積と換算係数の関係の例を示す図 本発明の第１実施形態でボイラ内のＮＯｘの値を測定している状態を示す図 実施例による測定結果を示す図 本発明の第２実施形態でボイラ内のＮＯｘの値を測定している状態を示す図 本発明の第３実施形態でボイラ内のＮＯｘの値を測定している状態を示す図

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図３に例示したような無触媒脱硝技術による廃棄物処理設備において、図５に示す如く、プロセス内の脱硝剤吹き込み位置よりガス流流れ方向上流側に、吸引したガスを冷却すると共にミストを除去する前処理系３８を介して吸引式のＮＯｘ分析計４０を接続し、該ＮＯｘ分析計４０により検出されたボイラ内のＮＯｘの値Ａを換算器４２で（１）式のような関係を用いて換算して求めたエコノマイザ１４出口のＮＯｘの値Ｂに応じて、図５中に示した如く、脱硝剤の吹き込み量を制御するようにしたものである。なお、換算器４２で用いる関係は、図４や（１）式に限定されない。

図５において、３２は、脱硝剤供給源３０から供給される脱硝剤の供給を調整するための脱硝剤供給調整器であり、この脱硝剤供給調整器３２における脱硝剤供給量は、前記換算器４２出力のエコノマイザ出口ＮＯｘ値Ｂと、例えば別途測定される排ガス流量に応じて、脱硝剤供給演算器４８により演算される。

本実施形態によれば、図６に実施例を示す如く、図３に示したエコノマイザ１４の出口において、ＮＯｘ排出規制値５０ｐｐｍ（１２％Ｏ_２換算）未満という目標を達成できることが確認できた。

なお、ＮＯｘ測定手段は、前記吸引型のＮＯｘ分析計４０に限定されず、図７に示す第２実施形態のように、プロセス内に結露を防止する加熱式プローブ５２を挿入するタイプのプローブ式のＮＯｘ分析計５０を用いることもできる。

更に、図８に示す第３実施形態のように、測定用のレーザ光（測定光と称する）６３を投光して受光する投光／受光器６２と、測定光６３を反射する反射器６４と、ＮＯｘ濃度演算器６６とを備えたクロスダクトタイプのＮＯｘ分析計６０を用いても良い。

なお、前記実施形態においては、本発明が、発電用のタービンを備えた廃棄物処理設備に適用されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されない。

１０…焼却炉
１２…ボイラ
１４…エコノマイザ
１６…バグフィルタ
２２…煙突
２４…発電用タービン
２６…蒸気コンデンサ
３０…脱硝剤供給源
３２…脱硝剤供給調整器
４０、５０、６０…ＮＯｘ分析計
４２…換算器
４８…脱硝剤供給演算器
５２…加熱式プローブ
６２…投光／受光器
６３…測定光
６４…反射器
６６…ＮＯｘ濃度演算器

Claims (4)

1. ボイラ内に脱硝剤を吹き込んで脱硝する無触媒脱硝に際して、
   脱硝剤吹き込み位置よりガス流流れ方向上流側でボイラ内のＮＯｘの値を測定し、
   該測定したボイラ内のＮＯｘの値からエコノマイザ出口のＮＯｘの値を推定し、
   該推定したエコノマイザ出口のＮＯｘの値が目標値となるよう、脱硝剤の吹き込み量を制御することを特徴とする無触媒脱硝方法。
2. 前記エコノマイザ出口のＮＯｘの値を、前記ボイラ内のＮＯｘの値に、焼却炉の容積に応じて変化する係数を乗じて推定することを特徴とする請求項１に記載の無触媒脱硝方法。
3. ボイラ内に脱硝剤を吹き込んで脱硝する無触媒脱硝装置において、
   脱硝剤吹き込み位置よりガス流流れ方向上流側でボイラ内のＮＯｘの値を測定するＮＯｘ測定手段と、
   該測定したボイラ内のＮＯｘの値からエコノマイザ出口のＮＯｘの値を推定するＮＯｘ推定手段と、
   該推定したエコノマイザ出口のＮＯｘの値が目標値となるよう、脱硝剤の吹き込み量を制御する手段と、
   を備えたことを特徴とする無触媒脱硝装置。
4. 前記ＮＯｘ推定手段が、前記エコノマイザ出口のＮＯｘの値を、前記ボイラ内のＮＯｘの値に、焼却炉の容積に応じて変化する係数を乗じて推定することを特徴とする請求項３に記載の無触媒脱硝装置。

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