JP5448783B2 - 脱硝装置及び脱硝方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼排ガスを缶内に導入して缶入口で噴霧されたアンモニア等の還元剤との化学反応により前記燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒ハニカム層を備えた脱硝装置において、前記缶内に、前記燃焼排ガスの流れ方向に対して所定の間隔をもって複数段配設される前記触媒ハニカム層と、互いに前記触媒ハニカム層を挟んで配置される音波送信手段および音波受信手段と、前記音波送信手段が送信する音波と、前記触媒ハニカム層を通過して前記音波受信手段に受信された音波とに基づいて音波の減衰を検出し、該減衰に基づいて前記触媒ハニカム層の閉塞を検出する減衰検出手段とを具備する脱硝装置を提供する。
このように、触媒ハニカム層を通過する音波の減衰に基づいて閉塞を検出するので、音波の減衰量が、触媒ハニカム層に閉塞がない場合の減衰よりも大きくなっている場合には、触媒ハニカム層に閉塞があることを検出する。これにより、触媒ハニカム層上にダストが堆積するような末期症状となる以前であり、触媒ハニカム層に生じる閉塞が初期段階であっても簡便に検出できる。また、減衰量に応じて閉塞状況の把握が可能であるため、交換用のハニカムの準備数を推定することができる。
共通の触媒ハニカム層を通過して受信した音波が複数あることにより、複数の音波が通過した共通の触媒ハニカム層の閉塞の有無を複数の情報に基づいて判定でき、閉塞を検出する精度を向上させることができる。
このような場合に、燃焼排ガスの流れ方向に対して、閉塞している触媒ハニカム層の手前側の空間の温度と、閉塞している触媒ハニカム層の後流側の空間の温度とを比較した場合、後者の空間においては、高温ガスの通過がない(または少ない)領域が存在するため、低温となる。これにより、各空間の温度を算出し、それぞれ比較することによって、触媒ハニカム層の閉塞を簡便に検出することができるとともに、閉塞のある触媒ハニカム層を簡便に特定することができる。
このように、触媒ハニカム層を通過する音波の減衰に基づいて閉塞を検出する場合には、触媒ハニカム層上にダストが堆積する以前であっても、触媒ハニカム層に閉塞が存在していることが簡便に検出できる。また、燃焼排ガスの流れ方向に対して、閉塞している触媒ハニカム層の手前の空間の温度と、閉塞している触媒ハニカム層の後流側の空間の温度とを比較した場合、後者の空間においては、高温ガスの通過がない(または、少ない)領域が存在するため低温となる。このように温度を算出することによっても、簡便に閉塞を検出できる。これにより、触媒ハニカム層の閉塞を精度よく検出することができる。
音波送信手段と音波受信手段との経路が増加することとなり、より広範囲の音波が受信されることとなる。これにより、触媒ハニカム層の閉塞状況を、精度よく検出することができる。
音波受信手段を移動可能とすることにより、1つの音波送信手段によって異なる位置において音波を受信することができる。これにより、配置する音波受信手段の個数を低減することができる。
音波送信手段を天井に備えることにより、音波受信手段に受信させる音波の経路を増やすことができるので、閉塞検出の精度を向上させることができる。また、一般に、燃焼排ガスの流れ方向の上流側に位置する触媒ハニカム層(第1層目)の方が、下流側よりも詰まりやすい。そこで、本発明では、上流位置の天井に音波送波器を備えることとし、閉塞の可能性が最も高い触媒ハニカム層の第1層目を重点的に検査することとした。
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態について、図1を用いて説明する。
図1は、第1の実施形態の脱硝装置100の概略構成を示した図である。図1に示されるように、脱硝装置100は、音響送波器(音波送信手段)Sn,Sn´(nは音響送波器の配置される空間を示す番号であり、n=1,2,3,4)と、受波器(音波受信手段)Rn,Rn´(nは受波器の配置される空間を示す番号であり、n=1,2,3,4)、周波数分析器1、増幅器2、発振器3、格納部5、減衰検出部(減衰検出手段)6、及び触媒(触媒ハニカム層)12a,12b,12cを備えている。以下特に明記しない場合には、触媒は触媒12、音響送波器は音響送波器S、及び受波器は受波器Rとして記述する。
本実施形態においては、各空間13には、音響送波器S及び受波器Rが、それぞれ2つずつ設けられ、触媒12は3段に配置されることから空間13は4つ備えていることとして説明する。なお、各空間13に設けられる音響送波器S及び受波器Rの個数はこれに限定されず、特に上限を設けない。また、以下特に明記しない場合には、空間は空間13として示すが、上段からの順序を示す場合には空間13a,b,c,dとして示す。
増幅器2は、発振器3から出力された音波を増幅して音響送波器Sに出力する。また、増幅器2は、受波器Rから取得された音波を増幅して周波数分析器1に出力する。
周波数分析器1は、受波器Rが受信した音波の周波数を分析し、分析結果を減衰検出部6に出力する。
また、本実施形態においては、音響送波器S及び受波器Rは、それぞれ無指向性のものを使用することとして説明するが、これに限定されない。例えば、それぞれ指向性のものを使用してもよいこととする。例えば、指向性の受波器を使用する場合には、受波器の個数分だけ送波器を使用する、または、送波する音波の角度を可変とする機構を備える送波器を使用することが望ましい。
ここで、図2に示されるように、触媒12aにおいて、S1からR2に到達する音波、及びS1からR2´に到達する音波の減衰が、格納部5に格納されている正常時に生じる減衰よりも大きい場合、音響送波器S1から受波器R2の経路上及び音響送波器S1から受波器R2´の経路上に閉塞部Xが存在すると推定される。
缶11の上流側のダクト4から燃焼排ガスが缶11内に導入され、缶11の入口においてアンモニア等の還元剤が噴霧され、触媒12a、12b、12cを通過する場合に生じる化学反応によって燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)が除去される。この過程において、燃焼排ガスがばい塵を含んでおり、第1の触媒12aに閉塞が生じている場合を例に挙げ、音響送波器S1,S1´と受波器R2,R2´とに着目して説明する。
なお、本実施形態において、受波器Rの配置位置は、音響送波器Sと対面する位置に配置されることとして説明していたが、これに限定されない。例えば、図3に示されるように、対面する位置に配置される第1受波器(第1音波受信手段)R2,R2´と、音響送波器と対面する方向の側面に配置される第2受波器(第2音波受信手段)R2´´,R2´´´とを設ける。このように、音響送波器と対面する方向の側面にも受波器を配置することによって、対面する方向の音波の経路の外側の領域をも閉塞の検出ができるようになる。これにより、閉塞を検出できる領域を広範囲化し、閉塞検出の精度を向上させることができる。
または、例えば、図4に示されるように、受波器(第3音波受信手段)は、音響送波器Sと対面する方向に配置され、音響送波器Sの位置に対して平行に移動可能としてもよい。このように、移動可能とすることによって、受波器Rの数を低減させることができ、受波器Rの設置費用を低減することができる。
また、音響送波器Sの位置は、図1に示される各空間13に設けられることとしていたが、これに限定されない。例えば、図5に示されるように、天井部分に天井音響送波器(天井音波送信手段)S0を設置することとしてもよい。例えば、燃焼排ガスの流れ方向の上流側に位置する触媒ハニカム層(第1層目)の方が、下流側よりも詰まりやすいので、上流位置の天井に音響送波器S0を備えることとする。これにより、閉塞の可能性が最も高い触媒ハニカム層の第1層目を重点的に検査することができる。このように、音響送波器Sを天井に備えることにより、受波器Rに受信させる音波の経路を増やすことができるので、閉塞検出の精度を向上させることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について図6及び図7を用いて説明する。
本実施形態の脱硝装置100´が第1の実施形態と異なる点は、第1の実施形態において触媒12を通過する音波の減衰に基づいて触媒12の閉塞を求めていたことに代えて、燃焼排ガスが、触媒12を通過する過程の各空間13における温度に基づいて触媒12の閉塞を求める点である。以下、本実施形態の脱硝装置100´について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
温度検出部9は、時間計測部8によって計測された伝搬時間tを用いて空間13の温度を算出し、各空間13の温度に基づいて触媒12の閉塞を検出する。以下に、空間13の温度算出方法について説明する。触媒12を通過しない音波の経路(例えば、音響送波器S2から受波器R2、音響送波器S2から受波器R2´等)における伝搬時間tは(1)式により算出される。ここで、Lは脱硝装置の幅、cは音速を示す。
ここで、缶11の上流側のダクト4から燃焼排ガスが缶11内に導入され、缶11の入口においてアンモニア等の還元剤が噴霧され、触媒12a、12b、12cを通過する場合に生じる化学反応によって燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)が除去される。この過程において、燃焼排ガスがばい塵を含んでおり、第1の触媒12aに閉塞が生じている場合を例に挙げ、第1の触媒12aを通過する燃焼排ガスの温度を計測する音響送波器S2,S2´と受波器R2,R2´との音波に着目して説明する。
Rn、Rn´(n=1〜4) 受波器
L 脱硝装置の幅
X 閉塞部
4 ダクト
5 格納部
6 減衰検出部
7 電圧測定器
8 時間計測部
9 温度検出部
12a、12b、12c 触媒(触媒ハニカム層)
13a、13b、13c、13d 空間
100、100´ 脱硝装置
Claims (8)
- 燃焼排ガスを缶内に導入して缶入口で噴霧されたアンモニア等の還元剤との化学反応により前記燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒ハニカム層を備えた脱硝装置において、
前記缶内に、前記燃焼排ガスの流れ方向に対して所定の間隔をもって複数段配設される前記触媒ハニカム層と、
互いに前記触媒ハニカム層を挟んで配置される音波送信手段および音波受信手段と、
前記音波送信手段が送信する音波と、前記触媒ハニカム層を通過して前記音波受信手段に受信された音波とに基づいて音波の減衰を検出し、該減衰に基づいて前記触媒ハニカム層の閉塞を検出する減衰検出手段とを具備する脱硝装置。 - 前記音波受信手段は、複数の異なる位置に設けられた前記音波送信手段から送信され、共通の前記触媒ハニカム層を通過した音波を受信する請求項1に記載の脱硝装置。
- 燃焼排ガスを缶内に導入して缶入口で噴霧されたアンモニア等の還元剤との化学反応により前記燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒ハニカム層を備えた脱硝装置において、
前記缶内に、前記燃焼排ガスの流れ方向に対して所定の間隔をもって複数段配設される前記触媒ハニカム層と、
前記触媒ハニカム層の各段間に形成された空間に配置される音波送信手段および音波受信手段と、
前記音波送信手段が送信する音波と、前記音波送信手段と前記触媒ハニカム層を挟んで配置される前記音波受信手段が受信する前記触媒ハニカム層を通過した音波とに基づいて音波の減衰を検出し、該減衰に基づいて前記触媒ハニカム層の閉塞を検出する減衰検出手段と、
前記音波送信手段が音波を送信し、共通の空間の前記音波受信手段が受信するまでの音波伝搬時間を計測する時間計測手段と、
前記時間計測手段によって計測された時間を用いて前記空間の温度を算出し、各前記空間の前記温度に基づいて前記触媒ハニカム層の閉塞を検出する温度検出手段と
を具備する脱硝装置。 - 前記缶内の燃焼排ガスの流れ方向に対向する該缶の横断面を見た場合に、
前記音波送信手段の対面する方向に配置される第1音波受信手段と、
前記音波送信手段の対面する方向の側面に配置される第2音波受信手段と
を具備する請求項1から請求項3のいずれかに記載の脱硝装置。 - 前記缶内の燃焼排ガスの流れ方向に対向する該缶の横断面を見た場合に、
前記音波送信手段の対面する方向に配置され、前記音波送信手段の位置に対して平行に移動可能である第3音波受信手段を具備する請求項1から請求項4のいずれかに記載の脱硝装置。 - 前記缶内の上流位置に設けられる天井音波送信手段を具備する請求項1から請求項5のいずれかに記載の脱硝装置。
- 燃焼排ガスを缶内に導入して缶入口で噴霧されたアンモニア等の還元剤との化学反応により前記燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒ハニカム層を備えた脱硝装置の脱硝方法において、
前記缶内に、前記燃焼排ガスの流れ方向に対して所定の間隔をもって複数段配設される前記触媒ハニカム層を挟んで配置された音波送信手段および音波受信手段を用いて、
前記音波送信手段が送信する音波と、前記触媒ハニカム層を通過して前記音波受信手段に受信された音波とに基づいて音波の減衰を検出し、該減衰に基づいて前記触媒ハニカム層の閉塞を検出する脱硝方法。 - 燃焼排ガスを缶内に導入して缶入口で噴霧されたアンモニア等の還元剤との化学反応により前記燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒ハニカム層を備えた脱硝装置の脱硝方法において、
前記缶内に、前記燃焼排ガスの流れ方向に対して所定の間隔をもって複数段配設される前記触媒ハニカム層の各段間に形成された空間に配置された音波送信手段および音波受信手段を用いて、
前記音波送信手段が送信する音波と、前記音波送信手段と前記触媒ハニカム層を挟んで配置される前記音波受信手段が受信する前記触媒ハニカム層を通過した音波とに基づいて音波の減衰を検出し、該減衰に基づいて前記触媒ハニカム層の閉塞を検出する減衰検出過程と、
前記音波送信手段が音波を送信し、共通の空間の前記音波受信手段が受信するまでの音波伝搬時間を計測する時間計測過程と、
前記時間計測過程によって計測された時間を用いて前記空間の温度を算出し、各前記空間の前記温度に基づいて前記触媒ハニカム層の閉塞を検出する温度検出過程と
を有する脱硝方法。
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