JP5931506B2 - 脱硝装置及び脱硝装置の還元剤分配調整方法 - Google Patents
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脱硝装置に用いられる脱硝法としては、排ガス中の窒素酸化物を還元剤のアンモニアと反応させ、触媒により主として水と窒素に分解するSCR法(乾式アンモニア選択接触還元法)がある。
図示の脱硝装置10は、ボイラ装置1のボイラ本体2に接続された煙道3に設置されている。煙道3は、ボイラ本体2から排出される燃焼排ガスを、最終的に煙突4から大気へ放出するための流路である。図示の構成例では、煙道3の出口に熱交換器の空気予熱器5が設置されている。なお、ボイラ本体1の内部や煙道3の内部には、図示を省略した熱交換器等の機器類が設置されている。
なお、アンモニア注入装置11には、アンモニア水を気化器により気化させたアンモニアガスを噴射するアンモニア注入グリッド(AIG)方式や、アンモニア水の液滴を煙道2内に噴射し、煙道2内で気化させるアンモニア水液滴噴霧方式がある。
また、供給元弁14の開度を固定した分配調整は、調整後の変化がない固定故に、ボイラ装置1の運転状態が炭種や運転パラメータ等の違いにより変化した場合や、脱硝触媒30が経時的に変化した場合等には対応できないという技術的な制約を有している。なお、ボイラ装置1の運転状態が変化すると、燃焼排ガスのガス分布にも変化が生じることとなる。
脱硝触媒30の更新及びアンモニア分配調整直後は、リークアンモニア分布が更新目安の基準値(たとえば3PPM)以下であり、しかも、分配調整により均一になっている。しかし、運転時間が増加していくと、脱硝触媒30は徐々に劣化していく。
このため、ボイラ装置1の運転を停止し、最も早く劣化している脱硝触媒30の層、たとえば上層触媒30Aの全体を更新してから分配調整を行うことでリセットされる。
また、上述した問題を起こさないようにするためには、脱硝触媒30を早い段階で層毎交換することが必要になるため、ランニングコストを増大させることとなる。なお、上述した分配調整は、ボイラ装置1を点検する運転停止状態において、供給元弁14の開閉操作及び開度調整を手動で行うことにより、アンモニア供給系統13毎に実施するものであるから、手間暇を要する面倒な作業となる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、脱硝触媒の更新に伴うコストの低減やアンモニア消費量の最適化を実現できる脱硝装置及び脱硝装置の還元剤分配調整方法を提供することにある。
本発明に係る脱硝装置は、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、還元剤主系統に設けた総流量制御弁の下流から分岐させた複数の還元剤供給系統が各々少なくとも1個の注入ノズルと該注入ノズルの上流側に位置する流量制御元弁とを備え、前記排ガスを流す流路内に設置されて前記注入ノズルから前記排ガス中に前記還元剤を注入する還元剤注入装置と、前記還元剤と前記排ガスとを混合させる流体混合装置と、前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させた後に主として水と窒素とに分解する脱硝触媒と、前記流路断面内の前記脱硝触媒下流側の所定の複数位置から入手したサンプリングガスそれぞれに対してレーザ光を照射して還元剤濃度を順次計測する還元剤濃度計測装置と、前記脱硝触媒の下流側で脱硝後の窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、前記還元剤濃度及び前記窒素酸化物濃度の計測値が入力され、前記窒素酸化物濃度に基づいて前記総流量制御弁の開度の設定を行うとともに、複数個所の前記還元剤濃度と複数個所の前記流量制御元弁毎の開度との相関関係に基づいて複数個所の前記流量制御元弁毎の開度の設定を行う開度設定部と、を備えることを特徴とするものである。
この場合、前記流量制御元弁の開度の設定は、予め定めた前記還元剤濃度と前記流量制御元弁毎の開度とのマップに基づいて行われることが望ましい。
この場合、前記還元剤の分配流量は、予め定めた前記還元剤濃度と前記分配流量とのマップに基づいて行われることが望ましい。
図1に示す脱硝装置10Aは、たとえば石炭を燃料とするボイラ装置1に設置され、石炭を燃焼させて生成された燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を還元剤のアンモニアと反応させた後、脱硝触媒を用いて主として水と窒素とに分解して除去する装置である。この脱硝装置10Aは、ボイラ本体2に接続されて燃焼排ガスを煙突4に導く煙道3に設置されており、煙道3の出口には、燃焼排ガス中の排熱を回収する熱交換器の空気予熱器5が設置されている。
この結果、アンモニアは窒素酸化物と反応して脱硝触媒30を通過するので、水と窒素とに分解されることで窒素酸化物が燃焼排ガス中から除去される。
図1(a)に示す脱硝触媒30は、上流側から順に、上層触媒30A、中層触媒30B及び下層触媒30Cの3層構造とされる。また、各層の触媒30A,30B,30Cは、たとえば図7に示すように、各々が複数(たとえば8個)に分割された触媒パック31により構成されている。なお、脱硝触媒30は、層数や分割数が図示の構成に限定されることはない。
本実施形態のアンモニア濃度計測装置60は、複数のサンプリングノズル61と、サンプリングガスにレーザ光を照射してアンモニア濃度を計測するレーザNH3濃度自動計測部(以下、「NH3濃度計測部」呼ぶ)70と、を具備して構成される。
サンプリングガスの流れ方向において元弁63の下流側には、保温配管66にサンプリングガスを導くガス導入管65が接続される。なお、サンプリングガスの吸引には、排気配管67に設けた吸引ポンプ68が使用され、保温配管66と吸引ポンプ68との間には吸引元弁69が設置されている。
なお、ガス導入管65には、燃料によって異なる燃焼排ガスの状態(含有する粒子成分等)を考慮し、必要に応じて除塵ユニット64を設けておくとよい。
この結果、発振部73から照射されたレーザ光を受光する受光部74は、サンプリングガスのアンモニア濃度に応じて受光に変化が生じるので、この受光信号が入力された照射部本体71では、アンモニア濃度を検出して開度設定部40Aへ入力する。
発信部72に導く。
なお、保温配管66でのアンモニア濃度検出が終了したサンプリングガスは、排気配管67を通って外部へ排出される。
アンモニア濃度の検出値が高いことは、すなわち、リークアンモニア(未反応アンモニア)が増大したことは、脱硝触媒30の触媒性能が劣化したことを意味するので、格子状に配置したサンプリングノズル61に対応したアンモニア濃度検出値から、煙道3の流路断面位置に対応した脱硝触媒30の劣化状況を把握できる。
なお、上述した実施形態は、アンモニア濃度及び窒素酸化物濃度の計測値により、総流量制御弁16A及び流量制御元弁14Aの開度を自動調整するものであるが、たとえば定期的にアンモニア濃度及び窒素酸化物濃度を計測し、マニュアル操作にて各弁の開度を調整(設定)してもよい。従って、本実施形態の開度設定部40Aは、アンモニア濃度及び窒素酸化物濃度の計測値に基づいたマニュアル操作による開度の設定も包含する。
すなわち、排ガスを流す流路の煙道3に設けられた脱硝触媒30の下流側で、脱硝後の窒素酸化物濃度を計測するとともに、同一流路断面内の複数位置から順次入手したサンプリングガスにレーザ光を照射して脱硝後のアンモニア濃度を複数箇所で計測する。次に、窒素酸化物濃度の計測値に基づいてアンモニアの総流量が調整され、かつ、複数個所のアンモニア濃度に基づいて流路断面の複数箇所から注入するアンモニアの分配流量が調整される。
また、脱硝触媒30の劣化傾向を詳細に把握することにより、定期検査のたびに少量ずつ(たとえば触媒パック31毎に)細かく脱硝触媒30を更新することで、触媒更新に要するコストを大幅に低減することができる。
さらに、アンモニア消費量の最適化が可能になるので、これにより過剰なアンモニア注入を防止してランニングコストを低減することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
10,10A 脱硝装置
11,11A,11B アンモニア注入装置(還元剤注入装置)
12 注入ノズル
13,13A,13B アンモニア供給系統
14A,14B 流量制御元弁
15 ヘッダ
16A 総流量制御弁
17,17A アンモニア主系統
30 脱硝触媒
40,40A 開度設定部
50,51 窒素酸化物濃度計(NOx計)
60 アンモニア濃度計測装置(還元剤濃度計測装置)
61 サンプリングノズル
66 保温配管
70 レーザNH3濃度自動計測部(NH3濃度計測部)
71 照射部本体
73 発振部
74 受光部
Claims (4)
- 排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、
還元剤主系統に設けた総流量制御弁の下流から分岐させた複数の還元剤供給系統が各々少なくとも1個の注入ノズルと該注入ノズルの上流側に位置する流量制御元弁とを備え、
前記排ガスを流す流路内に設置されて前記注入ノズルから前記排ガス中に前記還元剤を注入する還元剤注入装置と、
前記還元剤と前記排ガスとを混合させる流体混合装置と、
前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させた後に主として水と窒素とに分解する脱硝触媒と、
前記流路断面内の前記脱硝触媒下流側の所定の複数位置から入手したサンプリングガスそれぞれに対してレーザ光を照射して還元剤濃度を順次計測する還元剤濃度計測装置と、
前記脱硝触媒の下流側で脱硝後の窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、
前記還元剤濃度及び前記窒素酸化物濃度の計測値が入力され、前記窒素酸化物濃度に基づいて前記総流量制御弁の開度の設定を行うとともに、複数個所の前記還元剤濃度と複数個所の前記流量制御元弁毎の開度との相関関係に基づいて複数個所の前記流量制御元弁毎の開度の設定を行う開度設定部と、
を備えることを特徴とする脱硝装置。 - 前記流量制御元弁の開度の設定は、予め定めた前記還元剤濃度と前記流量制御元弁毎の開度とのマップに基づいて行われることを特徴とする請求項1に記載の脱硝装置。
- 排ガスを流す流路内に還元剤を注入し、前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元剤と反応させた後、脱硝触媒を用いて水と窒素とに分解して除去する脱硝装置の還元剤分配調整方法であって、
前記流路に設けられた前記脱硝触媒の下流側で、脱硝後の窒素酸化物濃度を計測するとともに、同一流路断面内の所定の複数位置から順次入手したサンプリングガスにレーザ光を照射して脱硝後の還元剤濃度を複数個所で計測し、
前記窒素酸化物濃度の計測値に基づいて前記流路内に注入された前記還元剤の総流量を調整し、かつ、複数個所の前記還元剤濃度と、前記還元剤の総流量を調整した下流で分岐した複数の還元剤供給系統の各々少なくとも1個の注入ノズルの上流側に位置する複数個所の流量制御元弁毎の開度との相関関係に基づいて流路断面の複数個所から注入する前記還元剤の分配流量を調整することを特徴とする脱硝装置の還元剤分配調整方法。 - 前記還元剤の分配流量は、予め定めた前記還元剤濃度と前記分配流量とのマップに基づいて行われることを特徴とする請求項3に記載の脱硝装置の還元剤分配調整方法。
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