JP5448783B2

JP5448783B2 - 脱硝装置及び脱硝方法

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Publication number: JP5448783B2
Application number: JP2009287610A
Authority: JP
Inventors: 貴寛沖本; 哲也山田; 直樹菅沼; 正志清澤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: JP2011125803A

Description

本発明は、脱硝装置及び脱硝方法に関するものである。

事業用や産業用の石炭火力発電所においては、石炭焚きのボイラから排出される燃焼排ガス中に窒素酸化物（ＮＯx）が含まれており、この窒素酸化物を除去するための装置として脱硝装置が知られている。従来、脱硝装置は、窒素酸化物を化学反応により除去するための触媒が用いられており、燃焼排ガスを通過させる向きに触媒を設け、アンモニア水を気化したガスと燃焼排ガスとを混合させて触媒に通過させることで、無害な窒素と水に分解する。触媒は通常ハニカム構造となっており、燃焼排ガスがばい塵を含んでいる場合には触媒が部分的又は全体的に閉塞することがあるため、閉塞を検出するための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、音波によって触媒層上の堆積物の量の検出を行う技術が開示されている。

特開平３−１０９９２５号公報

しかしながら、上記特許文献１では、触媒層上の堆積物の周囲に対向する位置に配置される音波送受信機によって送受信される電波の伝搬経路における音波の減衰量を計測するため、触媒層上にある程度の堆積物が堆積した状態になっていないと音波の減衰を検出できず、触媒の閉塞を検出できないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、触媒の閉塞を精度よく検出できる脱硝装置および脱硝方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
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。

このような構成によれば、燃焼排ガスの流れ方向に対して所定の間隔で複数段配設される触媒ハニカム層を挟んで配置される音波送信手段と音波受信手段とにおいて、音波送信手段から送信される音波が、触媒ハニカム層を通過して音波受信手段に受信されると、送信された音波と受信された音波とから音波の減衰が検出され、音波の減衰に基づいて触媒ハニカム層の閉塞が検出される。
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。

上記脱硝装置の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こととしてもよい。
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。

本発明の参考例は、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、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音波を送信してから前記音波受信手段が音波を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前記音波伝搬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を提供する。

このような参考例の構成によれば、音波送波器から送信された音波が、音波送信手段から音波受信手段に到達するまでの音波伝搬時間が計測され、この音波伝搬時間を用いて算出される温度の情報が、音波の伝搬された空間の温度とされる。
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。

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、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を提供する。

このような構成によれば、燃焼排ガスの流れ方向に対して所定の間隔で複数段配設される触媒ハニカム層の各段間に形成された空間に音波送信手段と音波受信手段とが配置され、音波送信手段から送信された音波が、触媒ハニカム層を挟んで配置される音波受信手段によって受信され、触媒ハニカム層を挟んで受信される音波の減衰に基づいて、触媒ハニカム層の閉塞が検出される。また、音波送信手段から送信される音波が、音波送信手段と共通の空間の音波受信手段に受信されるまでの音波伝搬時間が計測され、音波伝搬時間を用いて算出される温度の情報が、音波が伝搬される空間の温度とされる。
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。

上記脱硝装置は、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こととしてもよい。
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。

上記脱硝装置は、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こととしてもよい。
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。

上記脱硝装置の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こととしてもよい。
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。

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を提供する。

本発明の参考例は、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音波を送信してから前記音波受信手段が音波を受信するまでの音波伝搬時間を計測する過程と、計測された前記音波伝搬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過程とを有する脱硝方法を提供する。

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を提供する。

本発明は、触媒の閉塞を精度よく検出することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る脱硝装置の概略構成の一例を示す図である。第１の実施形態に係る触媒と音響送波器と受波器との配置を示す立面図である。第１の実施形態の変形例１に係る受波器の配置の一例を示す図である。第１の実施形態の変形例２に係る受波器の配置の一例を示す図である。第１の実施形態の変形例３に係る音響送波器の配置の一例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る脱硝装置の概略構成の一例を示す図である。第２の実施形態に係る触媒と音響送波器と受波器との配置を示す立面図である。

以下に、本発明に係る脱硝装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔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。

脱硝装置１００は、燃焼排ガスの流入側に、ダクト４が接続されている。脱硝装置１００は、ダクト４を介して上流側から燃焼排ガスを缶１１内に導入して、触媒１２におい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燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯx）を除去する装置である。また、触媒１２が缶１１内に所定の空間（間隔）１３をもって複数段（図１の例では３段）に配設されている。
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。

発振器３は、所定の周波数の音波を繰り返し発生し、音響送波器Ｓを介して空間１３に音波を放出させる。例えば、発振器３は、音響送波器Ｓ_１，Ｓ_１´から送出される音波の周波数をＦ_１，Ｆ_１´とし、音響送波器Ｓ_２、Ｓ_２´から送出される音波の周波数をＦ_２、Ｆ_２´とする等、異なる位置に配置される音響送波器Ｓ毎に、送出させる音波の周波数を異ならせる。
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。

格納部５には、触媒１２の閉塞が発生していない状態である正常時に、音響送波器Ｓから送信された音波と受波器Ｒに受信された音波とから計測された減衰の情報が格納される。例えば、閉塞が発生していない場合に、図１の音響送波器Ｓ_１から送信された音波が、触媒１２を挟んで配置される受波器Ｒ_２，Ｒ_２´、Ｒ_３，Ｒ_３´、Ｒ_４，Ｒ_４´のそれぞれにおいて受信された音波に基づいて減衰の状態が計測されるとともに、計測結果が格納部５に格納される。また、全ての音響送波器Ｓから出力された音波に対して同様の減衰の計測が行われ、その計測結果がそれぞれ格納される。

減衰検出部６は、音響送波器Ｓが送信する音波と受波器Ｒが受信する音波とに基づいて音波の減衰を検出し、減衰に基づいて触媒１２の閉塞を検出する。具体的には、減衰検出部６は、周波数分析器１から取得した周波数の分析結果に基づいて送信元の音響送波器Ｓを特定するとともに、格納部５に格納された情報に基づいて特定された音響送波器Ｓからの音波の正常時の減衰の情報と、受波器Ｒで受信した音波の減衰の情報とを比較し、比較結果が所定値以上となった場合に、触媒１２に閉塞が生じていることを検出する。

音響送波器Ｓは、各触媒１２間に設けられ、水平方向の異なる位置に２つ配置される。本実施形態においては、音響送波器Ｓは、第１から第４の４つの空間１３に、それぞれ２つずつ設けられる。また、音響送波器Ｓは、閉塞を検出する目的で設置された音波の送波器を使用することとするが、これに限定されない。例えば、音の伝搬に伴って生じる圧力変動の力を触媒に蓄積した粉体除去する除煤装置用に設けられた音響除煤装置を使用することとしてもよい。

受波器Ｒは、各触媒１２間に設けられ、音響送波器Ｓと対面する方向に配置され、水平方向の異なる位置に２つ配置される。
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。

図２は、第１の触媒１２ａを上部から見た立面図の一例である。図２は、音響送波器Ｓ_１，Ｓ_１´と対面する位置に受波器Ｒ_２，Ｒ_２´が配置されており、第１の空間１３ａに配置された音響送波器Ｓ_１，Ｓ_１´から送出された音波が、触媒１２ａを挟んで第２の空間１３ｂに配置された受波器Ｒ_２，Ｒ_２´に受信される様子を示している。また、図２の触媒１２ａが格子柄で示されているのは、触媒１２がハニカム形状であることを示している。
ここで、図２に示されるように、触媒１２ａにおいて、Ｓ_１からＲ_２に到達する音波、及びＳ_１からＲ_２´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Ｓ_１から受波器Ｒ_２の経路上及び音響送波器Ｓ_１から受波器Ｒ_２´の経路上に閉塞部Ｘが存在すると推定される。

また、複数の経路を用いて触媒１２の閉塞を確定してもよいこととする。例えば、図１において、受波器Ｒ_３が、第１の触媒１２ａと第２の触媒１２ｂを通過する音響送波器Ｓ_１からの音波と、第２の触媒１２ｂを通過する音響送波器Ｓ_２からの音波との２つの経路の音波を受信した場合について説明する。Ｓ_１−Ｒ_３の経路において減衰が大きく閉塞が推定され、Ｓ_２−Ｒ_３の経路において減衰量が正常と判定される範囲内である場合には、第１の触媒１２ａにおいて閉塞が生じていると判定することができる。このように、複数の経路の減衰量によっても閉塞を確定することができる。

次に、本実施形態に係る脱硝装置１００の作用について図１を用いて説明する。
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Ｓ_１，Ｓ_１´と受波器Ｒ_２，Ｒ_２´とに着目して説明する。

音響送波器Ｓ_１，Ｓ_１´のそれぞれに対して異なる周波数Ｆ_１，Ｆ_１´の音波が発振器３から出力され、増幅器２において増幅され、音響送波器Ｓ_１，Ｓ_１´から放出される。音響送波器Ｓ_１，Ｓ_１´から送出された音波は、受波器Ｒ_２，Ｒ_２´によって受信され、増幅器２によって増幅された後、周波数分析器１に出力される。周波数分析器１において、受信した音波の周波数Ｆ_１，Ｆ_１´に基づいて音波の送信元の音響送波器Ｓが、音響送波器Ｓ_１，Ｓ_１´であると特定される。特定された音響送波器Ｓの情報と受信した音波の情報とが減衰検出部６に出力される。

減衰検出部６において、音響送波器Ｓ_１と受波器Ｒ_２との経路、音響送波器Ｓ_１´と受波器Ｒ_２との経路、音響送波器Ｓ_１´と受波器Ｒ_２との経路、音響送波器Ｓ_１´と受波器Ｒ_２´との経路のそれぞれの音波の減衰量と、格納部５に格納された上記４つの経路の正常時（触媒に閉塞がない場合）の減衰量とが比較される。比較の結果、経路Ｓ_１−Ｒ_２及び経路Ｓ_１−Ｒ_２´の減衰量が正常時より大きい場合には、これら経路Ｓ_１−Ｒ_２と経路Ｓ_１−Ｒ_２´との経路上の領域Ｘにおいて触媒１２ａの閉塞があると検出される。また、比較の結果、経路Ｓ_１´−Ｒ_２及び経路Ｓ_１´−Ｒ_２´の減衰量が正常時とみなされる範囲内である場合には、これら経路Ｓ_１´−Ｒ_２及び経路Ｓ_１´−Ｒ_２´の経路上には触媒１２ａの閉塞がないことと判定される。

以上説明してきたように、本実施形態に係る脱硝装置１００及び脱硝方法によれば、燃焼排ガスの流れ方向に対して所定の間隔で複数段配設される触媒１２を挟んで配置される音響送波器Ｓと受波器Ｒとにおいて、音響送波器Ｓから送信される音波が、触媒１２を通過して受波器Ｒに受信されると、送信された音波と受信された音波とから音波の減衰が検出され、音波の減衰に基づいて触媒１２の閉塞が検出される。このように、触媒１２を通過する音波の減衰に基づいて閉塞を検出するので、触媒１２に閉塞がない場合の減衰よりも音波の減衰量が大きくなっている場合には、触媒１２に閉塞があることを検出する。これにより、触媒１２上にダストが堆積する以前であり、触媒の閉塞が初期段階であっても、触媒１２の閉塞を簡便に検出できる。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とともに、点検する領域を絞り込むことができる。

〔変形例１〕
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）Ｒ_２，Ｒ_２´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）Ｒ_２´´，Ｒ_２´´´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。

〔変形例２〕
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。

〔変形例３〕
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）Ｓ_０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Ｓ_０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。

〔第２の実施形態〕
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。

図６は、第２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６に示されるように、脱硝装置１００´は、音響送波器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）、時間計測部（時間計測手段）８及び温度検出部（温度検出手段）９、増幅器２、発振器３、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。

受波器Ｒは、同一の空間１３の音響送波器Ｓから送信された音波を受信する。図７には、第１の触媒１２ａの下段の空間１３にある音響送波器Ｓ_２，Ｓ_２´から送信された音波が、受波器Ｒ_２，Ｒ_２´で受信される様子が示されている。

時間計測部８は、音響送波器Ｓが音波を送信してから受波器Ｒが音波を受信するまでの音波の伝搬時間ｔを計測し、温度検出部９に出力する。具体的には、時間計測部８は、電圧測定器７を備えており、電圧測定器７は、受波器Ｒによって受信される音波の音圧を電圧値により出力する。時間計測部８は、音波がない通常状態の場合の電圧値の情報を有しており、電圧測定器７によって出力された電圧値が、通常状態の場合の電圧値よりも大きくなるタイミングを音波の受信時刻とし、この受信時刻と、音響送波器Ｓから音波が送信された送信時刻との時間差に基づいて、音波の伝搬時間ｔを計測する。
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Ｓ_２から受波器Ｒ_２、音響送波器Ｓ_２から受波器Ｒ_２´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。

また、音速ｃは、γを比熱、Ｒを気体定数、Ｔを絶対温度［Ｋ］とすると（２）式のように表わされることから、上記（１）式は（３）式のように表わされる。なお、Ｔｃは音響送波器Ｓと受波器Ｒ間の平均温度［℃］である。

上記の方法により算出した各空間１３の温度Ｔｃと、上段の空間１３の温度Ｔｃ´とを比較することにより閉塞の有無を判定する。例えば、第１の触媒１２ａに閉塞が生じている場合には、第１の空間１３の温度Ｔｃ´よりも第２の空間１３の温度Ｔｃの方が低くなると推定されるので、第１の空間１３と第２の空間との温度を比較し、第１の触媒１２ａの閉塞が生じているか否かを判定する。

なお、本実施形態においては、上段の空間１３の温度と比較することによって閉塞の有無を判定することとするが、これに限定されない。例えば、閉塞が生じていない正常時の温度を格納する格納部を備えることとしてもよい。この場合には、格納部には、触媒１２に閉塞が発生していない状態である正常時に、音響送波器Ｓから音波が送信されたタイミングと、同一の空間１３に配置された受波器Ｒに音波が受信されたタイミングとから計測された伝搬時間ｔ´に基づいて、正常時の温度の情報を算出し、この温度の情報を格納する。このように、格納部に閉塞していない場合の空間１３の温度を格納しておくことで、閉塞の有無を簡便に判定することができる。

次に、本実施形態に係る脱硝装置１００´の作用について図６及び図７を用いて説明する。
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Ｓ_２，Ｓ_２´と受波器Ｒ_２，Ｒ_２´との音波に着目して説明する。

音響送波器Ｓ_２，Ｓ_２´のそれぞれに対して異なる周波数の音波が発振器３から出力され、増幅器２において増幅され、音響送波器Ｓ_２，Ｓ_２´から放出される。音響送波器Ｓ_２，Ｓ_２´から送出された音波は、受波器Ｒ_２，Ｒ_２´によって受信され、増幅器２によって増幅された後、時間計測部８の電圧測定器７に入力される。電圧測定器７において、音響送波器Ｓ_２，Ｓ_２´から送信された音波の電圧と、受波器Ｒ_２，Ｒ_２´から受信された音波の電圧とに基づいて、音波が送信されてから受信されるまでの音波の伝搬時間ｔが検出される。伝搬時間ｔが検出されると、上述した（４）式に基づいて、音波を検出した空間１３の温度Ｔｃが算出される。算出された温度Ｔｃは、第１の触媒１２ａの上段の空間１３の温度Ｔｃ´と比較される。比較の結果、ＴｃがＴｃ´よりも所定値以上温度が低い場合には、第１の触媒１２ａに閉塞が生じていると判定され、ＴｃがＴｃ´よりも温度差が所定値以下である場合には、第１の触媒１２ａに閉塞が生じていないと判定される。また、同様に、第２の空間１３ｂの温度と第３の空間１３ｃの温度との比較、第３の空間１３ｃの温度と第４の空間１３ｄの温度との比較が継続して行われる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る脱硝装置１００´及び脱硝方法によれば、音響送波器Ｓから送信された音波が、音響送波器Ｓから受波器Ｒに到達するまでの音波伝搬時間ｔが計測され、この音波伝搬時間ｔを用いて算出される温度Ｔｃの情報が、音波が伝搬された空間１３の温度とされる。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１２の手前側の空間１３の温度Ｔｃ´と、閉塞している触媒１２の後流側の空間１３の温度Ｔｃ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）ため、低温となる。このように、各空間１３の温度Ｔｃを算出し、それぞれその上段の空間１３の温度Ｔｃ´と比較することによって、触媒１２の閉塞を簡便に検出することができる。

また、本実施形態に係る脱硝装置１００´を、上述した第１の実施形態の脱硝装置１００と組み合わせることとしてもよい。具体的には、受波器Ｒの後段に音波の減衰を求める機構（周波数分析器）と空間の温度を算出する機構（時間計測部及び温度検出部）を設ける。このように、音波の減衰と空間の温度とを組み合わせて閉塞を検出することによって、閉塞領域の絞り込みの精度を向上させることができる。

Ｓｎ、Ｓｎ´（ｎ＝１〜４）音響送波器
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

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。