JP3362212B2 - 触媒脱硝装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、触媒脱硝装置に関
し、さらに詳しくは、石炭燃焼排ガス、ディーゼルエン
ジン排ガス、鉄鋼石焼結炉排ガス等のように燃焼ダスト
等の固形物を多量に含む排ガスの脱硝に用いられる触媒
脱硝装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼ダスト等の固形物を含む排ガスの触
媒脱硝装置においては、固形物による触媒の閉塞を防止
することが必要となるが、従来の粒状の触媒に代わって
多数の垂直独立通路を有するハニカム状触媒が用いられ
るに至り、触媒の閉塞性が格段に改善された。しかしな
がら、例えば、石炭燃焼排ガス、ディーゼルエンジン排
ガス、鉄鋼石焼結炉排ガス等のように燃焼ダスト等の固
形物を多量に含む排ガスの場合は、ハニカム状触媒によ
っても、固形物による閉塞を完全に防止することはでき
なかった。

【０００３】そこで、上述のような排ガスの脱硝に用い
られる従来の触媒脱硝装置(31)においては、図８に示す
ように、スートブロウノズル(32)が設けられて、触媒ブ
ロック(2) 上面に堆積したダストをノズル(32)からの高
圧の蒸気または空気で吹き飛ばすようになされていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の触媒脱硝装置(31)においては、次のような問題
点があった。

【０００５】即ち、装置(31)の反応器(7) が大型のもの
である場合、それに対応して触媒ブロック(2) の上面に
多数のスートブロウノズル(32)を設けるか、または大掛
りな移動式ノズルを設ける必要があるが、いずれにして
も、触媒ブロック(2) 前流のダクト(33)または反応器
(7) 内に無視できない大きさの構造物を配置することに
なるため、排ガスの流通抵抗の増大を招くばかりでな
く、ノズル(32)およびその付帯物上に堆積したダストが
触媒ブロック(2) に落下して触媒(9) の通路(16)の閉塞
のきっかけとなることがあった。従って、スートブロウ
を、かなりの頻度で運転させる必要があり、甚だ不経済
であった。

【０００６】また、スートブロウノズル(32)から吹き出
される蒸気または空気は、高圧であって、これにより吹
き飛ばされたダストはかなりの高速で触媒(9) を構成す
るセラミックスペーパ等に衝突するため、触媒(9) には
それに耐えるだけの機械的強度が要求されることにな
る。しかしながら、触媒(9) の機械的強度を高める場
合、一般的には、その多孔度が引き下げられるため、そ
れによって触媒(9) の活性が低下するという問題があっ
た。

【０００７】さらに、スートブロウは、当該設備の設置
費用に止まらず、反応器(7) の大型化によるコストアッ
プを招き、さらに高圧の蒸気または空気の費用や、機械
設備の点検補修等の運転費用もかかるため、経済性の観
点からも問題があった。

【０００８】そこで、このような種々の問題を抱えるス
ートブロウ設備を必要としない触媒脱硝装置を開発する
ため、本願発明者らは、まず、上述した従来装置(31)に
おけるダストの堆積状況、あるいはダストによる触媒
(9) の閉塞状況を観察した。

【０００９】その結果、ハニカム状触媒(9) の通路(16)
の入口付近で、多くのダストの堆積や閉塞が認められた
（図９および図１０参照）。その原因としては、通路(1
6)内を容易に通過できない程度の大きさのダスト、具体
的には、極めて僅かに凝結した排ガス中の燃焼ダスト、
ダクト(33)壁または反応器(7) 壁の酸化物層の剥離片、
排ガス中に混入した保温・シール材片などが、通路(16)
の入口に引っ掛かることが考えられる。中でも、堆積ダ
スト原因の大半を占めるのは、反応器(7) 内に触媒ブロ
ック(2) を充填した当初を除いて、凝結した燃焼ダスト
である。即ち、通路(16)の入口より上方部分に燃焼ダス
トの堆積する箇所が存在し、そこに堆積した燃焼ダスト
が、長時間脱硝反応温度付近で加熱されることにより僅
かに凝結した後、何らかの原因で落下または飛来するこ
とが、通路(16)を閉塞させる最大の原因と考えられる。
ここで、燃焼ダストの堆積する箇所としては、ダクト(3
3)および反応器(7) の各壁面、温度計保護管(34)、スー
トブロウノズル(32)、ガス流案内板(35)、触媒ブロック
枠(8) の上端面や、触媒ブロック(2) を構成するハニカ
ム状触媒(9) の上端面が挙げられる。

【００１０】また、通路(16)内でのダストの堆積や閉塞
の原因としては、まず触媒ブロック枠(8) 等によって通
路(16)の出口が塞がれている場合が考えられるが、これ
は触媒ブロック(2) の設計上の問題にすぎず容易に解決
可能である。主たる原因は、やはり上述した通路(16)入
口の場合と同様に、通路(16)内を容易に通過できない程
度の大きさのダストが通路(16)内に引っ掛かることであ
ると考えられる。

【００１１】以上の考察の結果、触媒ブロック(2) への
ダストの堆積または閉塞を防止するためには、まず、触
媒ブロック(2) の通路(16)内を容易に通過できない程度
の大きさのダストを触媒ブロック(2) にもたらさないよ
うにするのが肝要であることが判明した。この点につい
ては、そのような大きさのダストを通過させない部材を
触媒ブロック(2) の上方に配置することで解決できると
考えられる。但し、これだけでは、通常、厚さ１ｍｍ以
下のハニカム状触媒(9) の上端面にダストが堆積するの
は避けられないが、このような幅の狭い箇所に堆積した
ダストは一般的に不安定であり、排ガスの流れが変化す
れば容易に脱落すると考えられる。即ち、堆積ダストの
凝結が無視できる適当な頻度で触媒ブロック(2) 前流の
排ガス流れ状況を変化させることにより、触媒(9) の上
端面へのダストの堆積を防止できると考えられる。

【００１２】この発明は、以上のような知見に基づいて
なされたものであり、スートブロウを用いた従来装置の
種々の問題点を克服して、触媒ブロックの通路の閉塞を
効率的、経済的に防止することのできる触媒脱硝装置を
提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するために、この発明の触媒脱硝装置は、多数の垂
直独立通路を有する触媒ブロックの上方に、同通路の閉
塞防止用ストレーナが配されていることを特徴とするも
のである。ストレーナとしては、触媒ブロックの通路よ
りも狭い多数の垂直独立通路を有するハニカム状のもの
の他、網状のものであってもよい。このストレーナによ
り、触媒ブロックの通路内を容易に通過できない程度の
大きさのダストを触媒ブロックにもたらさないようにす
ることができる。

【００１４】上記の装置において、好適には、ストレー
ナが、触媒ブロックの通路よりも狭い多数の垂直独立通
路を有するハニカム状のものとなされ、ストレーナの基
端が支持枠に水平軸回りに回動自在に取り付けられると
ともに、ストレーナ下面の所要位置にこれを揺動させる
カムが配されている。これにより、ストレーナに整流作
用が備わるとともに、前流ガスの流れ方向に対するスト
レーナの角度が周期的に変化するため、触媒ブロック前
流の排ガス流れ状況が変化させられ、その結果、触媒の
上端面へ堆積したダストが排ガスの風圧により飛ばされ
て落下する。

【００１５】ハニカム状のストレーナは、好適には、強
度に優れかつダストが付着し難い金属薄板で形成され
る。その場合、排ガス中の腐食成分に応じた耐蝕性を備
えたものを適宜選定する必要がある。板の厚さは、強度
面で許容される範囲内で薄いことが好ましく、これによ
り排ガスの流通抵抗およびストレーナ上端面へのダスト
の堆積が軽減される。

【００１６】ハニカム状ストレーナの通路の横断面形状
は、通常は六角形となされるが、その他、三角形や四角
形であってもよい。横断面六角形の通路を有するストレ
ーナは、例えば、複数枚の金属製台形波板をスポット溶
接することにより形成される。横断面三角形の通路を有
するストレーナは、例えば、金属製の平板と波板とを交
互に積層して形成される。また、横断面四角形の通路を
有するストレーナは、例えば、複数枚の金属製波板をス
ポット溶接することにより形成される。

【００１７】ハニカム状ストレーナの通路は、好適に
は、その横断面の相当直径が、触媒ブロックの通路の横
断面の相当直径の３分の１以上５分の４以下となされ
る。これにより、排ガスの流通抵抗の増大による圧力損
失の軽減およびストレーナの通路自体の閉塞の防止が図
られる。

【００１８】また、ハニカム状ストレーナの通路の長さ
は、好適には、同通路の横断面の相当直径の２倍以上１
０倍以下となされ、より好適には、同通路の横断面の相
当直径の５倍ないし１０倍となされる。２倍未満では、
ストレーナの強度が不十分となる。このストレーナの通
路の長さは、長くすればする程ガス整流作用が向上し、
前流ガスの流れ方向に対するストレーナの角度の変化に
よるガス流れ状況の変化に寄与する。また、石炭排煙脱
硝のようにダスト衝突による触媒の摩耗が問題となる場
合においては、ストレーナの通路を長めに設定して、触
媒に侵入するガス流を完全に整流しておくことが好まし
い。但し、同通路の横断面の相当直径の１０倍を越える
と、排ガスの流通抵抗の増大による圧力損失、通路の閉
塞のおそれがある。

【００１９】上記の装置においては、好適には、堆積ダ
スト除去用スイーパがストレーナの上面に沿って移動自
在に設けられる。これにより、ストレーナの上端面への
ダストの堆積およびストレーナの閉塞が効果的に防止さ
れる。スイーパをストレーナ上面に沿って移動させる手
段としては、例えば、ストレーナ上面の両縁部にレール
を敷設して、その上をローラを備えたスイーパを走行さ
せるようにする。スイーパとしては、金属ブラシが好適
に用いられる。この金属ブラシでストレーナ上端面の凝
結した堆積ダストを軽く掃くことにより、堆積ダストが
細かく砕けて落下する。

【００２０】

【実施例】次に、この発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。

【００２１】図１は、この発明による触媒脱硝装置(1)
の概略を示すものであり、同装置(1) は、多数の垂直独
立通路(16)を有する触媒ブロック(2) の上方に、触媒ブ
ロック(2) の通路よりも狭い多数の垂直独立通路(15)を
有するストレーナ(3) が配されているものである。スト
レーナ(3) は、その一端が支持枠(12)に水平軸(4) 回り
に回動自在に取り付けられるとともに、同他端の下面に
これを揺動させるカム(5) が配されている（図４参
照）。ストレーナ(3) の上方には、堆積ダスト除去用ワ
イヤブラシ(6) がストレーナ(3) の上面に沿って移動自
在に設けられている（図３〜図５参照）。

【００２２】装置(1) の角筒状の反応器(7) 内の高さの
中間位置には、計１５個の触媒ブロック(2) が、縦５
列、横３列に並列状に配置されて、触媒床を形成してお
り（図２参照）、触媒床全体の寸法は、幅５００ｃｍ、
奥行き３００ｃｍ、高さ１００ｃｍである。各触媒ブロ
ック(2) は、ステンレス鋼製の角筒よりなるブロック枠
(8) 内に、複数のハニカム状触媒(9) が充填されてな
る。触媒ブロック(2) のブロック枠(8) の下端は、形鋼
はり(10)で受けられている。触媒ブロック(2) のブロッ
ク枠(8) の上端には頂部の尖ったステンレス鋼製の三角
筒よりなるダスト堆積防止部材(11)が配置されている。
触媒(9) は、脱硝触媒金属を担持したセラミックスペー
パ製の複数の台形波板で形成されており、横断面六角形
の多数の垂直独立通路(16)を有するものである（図６参
照）。通路(16)の横断面の相当直径は７．８ｍｍであ
る。

【００２３】ストレーナ(3) は、計１５個設けられてお
り、各触媒ブロック(2) の上方に１５ｃｍの間隔をおい
て配置されている。これらのストレーナ(3) は、反応器
(7) の壁面に固定されたステンレス鋼製の格子状の支持
枠(12)の空隙部にそれぞれ嵌め込まれている。各ストレ
ーナ(3) は、ステンレス鋼製の方形状の外枠(13)と、こ
れの内側に設けられた通路形成部(14)とよりなり、通路
形成部(14)は、厚さ０．０５ｍｍのステンレス鋼製の複
数の台形波板をスポット溶接することにより形成されて
おり、各通路(15)は横断面六角形となされている。通路
(15)の横断面の相当直径は６．１ｍｍであって、触媒
(9) の通路(16)の横断面の相当直径の約５分の４であ
る。また、ストレーナ(3) の通路(15)の長さは、３０ｍ
ｍであって、同通路(15)の横断面の相当直径の約５倍で
ある。

【００２４】ストレーナ(3) の一端は、支持枠(12)にヒ
ンジで取り付けられることにより、水平軸(4) 回りに回
動自在となされている。ストレーナ(3) の他端の下面に
配されたカム(5) は、カムシャフト(17)の回転によっ
て、ストレーナ(3) の他端を上下に５０ｍｍ揺動させる
ことができる。

【００２５】ワイヤブラシ(6) は、ストレーナ(3) の長
さ方向（図３の左右方向）にのびる台部(18)の下面に多
数本の細いワイヤ(19)を植設してなる。台部(18)の両端
にはローラ(20)が備えられており、ストレーナ(3) の方
形枠(13)上面の両縁部に設けられたレール（図示略）上
を走行するようになされている。ワイヤブラシ(6) の駆
動は、反応器(7) の外部からのワイヤ牽引によって行な
われる。

【００２６】上記触媒脱硝装置(1) の運転状況は、次の
とおりである。 ・処理ガス量 １００，０００Ｎｍ^３／ｈ（石炭ボイ
ラ排煙） ・ダスト濃度 １０ｇ／ｍ^３ ・ストレーナ圧力損失 ５ｍｍＡｑ以下 ・触媒ブロック圧力損失 ６０ｍｍＡｑ以下 ・反応温度 ３３０℃ ・脱硝率 ９０％（ＮＨ_３比：１．０） ダスト閉塞実験１ 図７に示す寸法（単位：ｍｍ）の横断面六角形の通路を
有するストレーナに、固形物を含む空気を通し、ストレ
ーナ上への固形物の堆積性を測定した。固形物として
は、６０メッシュ以下の石炭ボイラ（微粉炭燃焼）ダス
トを使用するとともに、これに厚さ０．５ｍｍのセラミ
ックスペーパを裁断してなる７種類の寸法のペーパ片を
ダスト１ｇ当り１枚の割合で順次混入した。気流中の固
形物濃度は約５０ｇ／ｍ^３に設定した。通気開始から３
０分後のストレーナの通路の閉塞率を表１に示す。

【００２７】

【表１】 表１から明らかなように、通路の横断面積の３分の２以
下の寸法の固形物であれば、閉塞は起こさない。

【００２８】ダスト閉塞実験２ 実験１で使用したストレーナの下方に、３０ｍｍの間隔
をおいて、図６に示す寸法（単位：ｍｍ）の横断面六角
形の通路を有する触媒を配置し、この状態で実験１と同
様の条件の下で７種類のペーパ片を混入した固形物を含
む空気を通し、触媒の通路の閉塞率を測定した。その結
果を表２に示す。

【００２９】

【表２】 表２に示す実験結果から明らかなように、ストレーナの
機能によって触媒の閉塞はほとんど起こらない。

【００３０】

【発明の効果】この発明の触媒脱硝装置によれば、スト
レーナにより、触媒ブロックの通路内を容易に通過でき
ない程度の大きさのダストを触媒ブロックにもたらさな
いようにすることができる。また、ストレーナを整流作
用をもつハニカム状のものとするとともに、前流ガスの
流れ方向に対するストレーナの角度を周期的に変化させ
ることにより、触媒前流の排ガス流れ状況が変化して、
触媒の上端面へ堆積したダストが排ガスの風圧により落
下させられるので、触媒の上端面へのダストの堆積も確
実に防止できる。さらに、スイーパにより、ストレーナ
の上端面へのダストの堆積およびストレーナの閉塞が効
果的に防止される。

【００３１】したがって、この発明の触媒脱硝装置によ
れば、冒頭に述べたように種々の問題点を有するスート
ブロウ設備を用いることなく、触媒ブロックの通路の閉
塞を効率的かつ経済的に防止することができ、次回の定
期修繕の時期まで安定操業ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の触媒脱硝装置の概略を示す
縦断面図である。

【図２】実施例の触媒脱硝装置の概略を示す平面図であ
る。

【図３】実施例の触媒脱硝装置のストレーナを示す平面
図である。

【図４】図３のIV−IV線に沿う断面図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】実施例のダスト閉塞実験２に用いられた触媒の
寸法を示す平面図および側面図である。

【図７】実施例のダスト閉塞実験１および２に用いられ
たストレーナの寸法を示す平面図および側面図である。

【図８】従来の触媒脱硝装置を示す縦断面図である。

【図９】図８の一点鎖線で囲まれた部分を拡大して示す
縦断面図である。

【図１０】図９の一点鎖線で囲まれた部分を拡大して示
す縦断面図である。

【符号の説明】

(1) ……触媒脱硝装置 (2) ……触媒ブロック (3) ……ストレーナ (4) ……水平軸 (5) ……カム (6) ……ワイヤブラシ (12)……支持枠 (15)……（ストレーナの）垂直独立通路 (16)……（触媒ブロックの）垂直独立通路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−50532（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−183750（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−195634（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−23622（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−146028（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−26322（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 53/86

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の垂直独立通路を有する触媒ブロッ
   クの上方に、同通路の閉塞防止用ストレーナが配されて
   おり、ストレーナが、触媒ブロックの通路よりも狭い多
   数の垂直独立通路を有するハニカム状のものとなされ、
   ストレーナの基端が支持枠に水平軸回りに回動自在に取
   り付けられるとともに、ストレーナ下面の所要位置にこ
   れを揺動させるカムが配されていることを特徴とする、
   触媒脱硝装置。
2. 【請求項２】 ストレーナの通路の横断面の相当直径
   が、触媒ブロックの通路の横断面の相当直径の３分の１
   以上５分の４以下である、請求項１記載の触媒脱硝装
   置。
3. 【請求項３】 ストレーナの通路の長さが、同通路の横
   断面の相当直径の２倍以上１０倍以下である、請求項１
   記載の触媒脱硝装置。
4. 【請求項４】 堆積ダスト除去用スイーパがストレーナ
   の上面に沿って移動自在に設けられている、請求項１記
   載の装置。