JP6836168B2

JP6836168B2 - 脱硝装置

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Publication number: JP6836168B2
Application number: JP2017065879A
Authority: JP
Inventors: 敏和吉河; 健治引野; 啓一郎盛田; 英嗣清永
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP2018167168A

Description

本発明は、石炭火力発電設備等において用いられる脱硝装置に関する。

石炭火力発電設備では、石炭燃焼に伴い窒素酸化物が発生する。大気汚染防止法等の規制により、このような窒素酸化物の排出量は一定水準以下に抑える必要がある。このため、窒素酸化物を還元分解するための脱硝装置が設置されている。
脱硝装置は、脱硝触媒が充てんされており、アンモニア（ガス）を共存させることで、高温下で還元反応を発現している。

脱硝触媒は、使用を続けていくと流れる空気に含まれる石炭灰によって脱硝触媒の貫通孔が閉塞される場合がある。その要因の一つとして、脱硝触媒の各層間に設置されている補強用の梁に石炭灰が堆積し、一定量堆積すると一気に脱硝触媒に落下する現象があげられる。

石炭灰が一気に落下すると、石炭灰が塊となって貫通孔を閉塞する。貫通孔が閉塞すると、脱硝装置の入口と出口の差圧が上昇し、最終的には、石炭火力発電設備を停止した清掃が必要となる。また、貫通孔の一部が塞がれると、排ガスと脱硝触媒との接触面積が少なくなり、脱硝装置の性能が低下するとともに脱硝触媒の劣化も促進される。さらに、閉塞していない貫通孔へ排ガスが流れ込むため、流速が増大し、脱硝触媒が部分的に摩耗する。

このため、これらの石炭灰の除去が必要であり、このような石炭灰除去としては、石炭火力発電設備の運転中に脱硝触媒へ直接空気（または蒸気）を吹き付けて堆積した石炭灰を取り除く方法がある。しかしこれらは触媒の摩耗や破損の恐れがある。また、石炭火力発電設備を停止し、プロベスタ―で石炭灰を吸引する清掃方法や空気で石炭灰を除去するの清掃方法等もある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２２３４０４号公報

しかし、これらの方法は石炭火力発電設備を数日停止して作業を行なう必要があるため、多大な費用が必要となる。
本発明は、脱硝触媒に設けられた貫通孔の閉塞を簡便に防止可能な、脱硝装置を提供することを目的とする。

本発明の脱硝装置は、窒素酸化物を含むガスの脱硝を行う脱硝装置であって、長手方向に延びる複数の貫通孔が設けられ、該貫通孔を通る窒素酸化物を含むガスの脱硝を行う脱硝触媒を有する脱硝触媒層と、前記脱硝触媒層における前記ガスの上流側に配置された補強用の梁部材と、前記貫通孔の閉塞を防止する閉塞防止構造と、を備える。

前記閉塞防止構造は、前記梁部材に堆積する堆積物を除去する堆積物除去構造であり、前記梁部材に対して前記ガスの上流側を延びるとともに、前記梁部材の側を向く空気吹き部が設けられた筒部材と、前記筒部材に空気を供給する空気供給部とを備えてもよい。

前記閉塞防止構造は、前記梁部材に堆積する堆積物を除去する堆積物除去構造であり、前記梁部材に対して前記ガスの下流側を延びるとともに、前記梁部材の側を向く空気吹き部が設けられた筒部材と、前記筒部材に空気を供給する空気供給部とを備え、前記梁部材には複数の貫通孔が設けられていてもよい。

前記閉塞防止構造は、前記梁部材に堆積する堆積物を除去する堆積物除去構造であり、前記梁部材を振動させる駆動部を備えてもよい。

前記閉塞防止構造は、前記梁部材に堆積する堆積物を除去する堆積物除去構造であり、前記梁部材を回転させる駆動部を備えてもよい。

前記閉塞防止構造は、前記脱硝触媒層を振動させる駆動部であってもよい。

前記閉塞防止構造は、前記脱硝触媒層に沿って移動可能であって、超音波センサー及び超音波発生器を含む超音波システムと、前記超音波システムが取り付けられた可動アームとを備えてもよい。

本発明によれば、脱硝触媒に設けられた貫通孔の閉塞を簡便に防止可能な、脱硝装置を提供することができる。

実施形態の脱硝装置が使用される石炭火力発電設備１００の構成図である。脱硝装置１６０の構成図である。本発明の第１実施形態の閉塞防止構造１０を説明する図である。本発明の第２実施形態の閉塞防止構造２０を説明する図であり、（ａ）は概念図、（ｂ）は空気吹き出し孔を含む部分の断面図である。本発明の第３実施形態の閉塞防止構造３０を説明する図である。本発明の第４実施形態の閉塞防止構造４０を説明する図である。本発明の第５実施形態の閉塞防止構造５０を説明する図である。本発明の第６実施形態の閉塞防止構造７０を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態の脱硝装置１６０が使用される石炭火力発電設備１００の構成図である。

石炭火力発電設備１００は、図１に示すように、石炭バンカ１２０と、給炭機１２５と、微粉炭機１３０と、燃焼ボイラ１４０と、燃焼ボイラ１４０の下流側に設けられた排気通路１５０と、この排気通路１５０に設けられた脱硝装置１６０、空気予熱器１７０、電気集塵装置１９０、ガスヒータ（熱回収用）１８０、誘引通風機２１０、脱硫装置２２０、ガスヒータ（再加熱用）２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０と、を備える。

石炭バンカ１２０は、石炭サイロ（図示しない）から運炭設備によって供給された石炭を貯蔵する。給炭機１２５は、石炭バンカ１２０から供給された石炭を所定の供給スピードで微粉炭機１３０に供給する。
微粉炭機１３０は、給炭機１２５から供給された石炭を粉砕して微粉炭を製造する。微粉炭機１３０においては、石炭は、平均粒径６０μｍ〜８０μｍに粉砕される。また、微粉炭の粒度分布は、１５０μｍ以上が１０〜１５％、７５μｍ〜１５０μｍが３０〜４０％、７５μｍ未満が４５〜６０％程度となる。
微粉炭機１３０としては、ローラミル、チューブミル、ボールミル、ビータミル、インペラーミル等が用いられる。

燃焼ボイラ１４０は、微粉炭機１３０から供給された微粉炭を、強制的に供給された空気と共に燃焼する。微粉炭を燃焼することによりクリンカアッシュ及びフライアッシュなどの石炭灰が生成されると共に、排ガスが発生する。
尚、クリンカアッシュとは、微粉炭を燃焼させた場合に発生する石炭灰のうち、燃焼ボイラ１４０の底部に落下した塊状の石炭灰をいう。また、フライアッシュとは、微粉炭を燃焼させた場合に発生する石炭灰のうち、燃焼ガス（排ガス）と共に吹き上げられて排気通路１５０側に流通する程度の粒径（粒径２００μｍ程度以下）の球状の石炭灰をいう。

排気通路１５０は、燃焼ボイラ１４０の下流側に配置され、燃焼ボイラ１４０で発生した排ガス及び生成された石炭灰を流通させる。この排気通路１５０には、上述のように、脱硝装置１６０、空気予熱器１７０、ガスヒータ（熱回収用）１８０、電気集塵装置１９０、誘引通風機２１０、脱硫装置２２０と、ガスヒータ（再加熱用）２３０、脱硫通風機２４０、及び煙突２５０が配置される。

脱硝装置１６０は、後述するが、排ガス中の窒素酸化物を除去する。本実施形態では、脱硝装置１６０は、比較的高温（３００℃〜４００℃）の排ガス中に還元剤としてアンモニアガスを注入し、脱硝触媒との作用により排ガス中の窒素酸化物を無害な窒素と水蒸気に分解する、いわゆる乾式アンモニア接触還元法により排ガス中の窒素酸化物を除去する。

空気予熱器１７０は、排気通路１５０における脱硝装置１６０の下流側に配置される。空気予熱器１７０は、脱硝装置１６０を通過した排ガスと押込式通風機７５から送り込まれる燃焼用空気とを熱交換させ、排ガスを冷却すると共に、燃焼用空気を加熱する。

ガスヒータ１８０は、排気通路１５０における空気予熱器１７０の下流側に配置される。ガスヒータ１８０には、空気予熱器１７０において熱回収された排ガスが供給される。ガスヒータ１８０は、排ガスから更に熱回収する。

電気集塵装置１９０は、排気通路１５０におけるガスヒータ１８０の下流側に配置される。電気集塵装置１９０には、ガスヒータ１８０において熱回収された排ガスが供給される。電気集塵装置１９０は、電極に電圧を印加することによって排ガス中の石炭灰（フライアッシュ）を収集する装置である。電気集塵装置１９０において捕集されるフライアッシュは、フライアッシュ回収装置１２６に回収される。

誘引通風機２１０は、排気通路１５０における電気集塵装置１９０の下流側に配置される。誘引通風機２１０は、電気集塵装置１９０においてフライアッシュが除去された排ガスを、一次側から取り込んで二次側に送り出す。

脱硫装置２２０は、排気通路１５０における誘引通風機２１０の下流側に配置される。脱硫装置２２０には、誘引通風機２１０から送り出された排ガスが供給される。脱硫装置２２０は、排ガスに石灰石と水との混合液を吹き付けることにより、排ガスに含有されている硫黄酸化物を混合液に吸収させて脱硫石膏スラリーを生成させ、この脱硫石膏スラリーを脱水処理することで脱硫石膏を生成する。脱硫装置２２０において生成された脱硫石膏は、この装置に接続された脱硫石膏回収装置２２２に回収される。

ガスヒータ２３０は、排気通路１５０における脱硫装置２２０の下流側に配置される。ガスヒータ２３０には、脱硫装置２２０において硫黄酸化物が除去された排ガスが供給される。ガスヒータ２３０は、排ガスを加熱する。ガスヒータ１８０及びガスヒータ２３０は、排気通路１５０における、空気予熱器１７０と電気集塵装置１９０との間を流通する排ガスと、脱硫装置２２０と脱硫通風機２４０との間を流通する排ガスと、の間で熱交換を行うガスヒータとして構成してもよい。

脱硫通風機２４０は、排気通路１５０におけるガスヒータ２３０の下流側に配置される。脱硫通風機２４０は、ガスヒータ２３０において加熱された排ガスを一次側から取り込んで二次側に送り出す。
煙突２５０は、排気通路１５０における脱硫通風機２４０の下流側に配置される。煙突２５０には、ガスヒータ２３０で加熱された排ガスが導入される。煙突２５０は、排ガスを排出する。

図２は、上記の脱硝装置１６０の構成図を示す。
脱硝装置１６０は、図２に示すように、筐体６１と、この筐体６１の内部に配置される複数段の脱硝触媒層６２とを備える。

筐体６１は、脱硝装置１６０における脱硝反応の場となり、排ガスの入口側開口部６３と出口側開口部６４とが設けられている。排ガスは、図中矢印Ａで示すように入口側開口部６３から出口側開口部６４へと流れる。脱硝触媒層６２は、図示するように、例として、複数のハニカム型の脱硝触媒６２２を含む。

脱硝触媒６２２は、長手方向に延びる複数の貫通孔６２４が形成された長尺状（直方体状）である。複数の脱硝触媒６２２は、貫通孔６２４の延びる方向が排ガスの流路Ａに沿うように配置される。本実施形態では、複数の脱硝触媒６２２は、ケーシング６２１に収容された状態で筐体６１の内部に配置されている。

そして、これらの脱硝触媒層６２の間には、隙間６５が設けられ、この隙間６５には脱硝装置１６０の補強用のための梁部材６６が設けられている。なお、梁部材６６は図２に示す構造に限るものではなく、図２に示す形状は一例である。
脱硝装置１６０は、燃焼ボイラ１４０の下流側に配置され、燃焼ボイラ１４０で発生した排ガス及び生成された石炭灰を流通させる。このため、石炭火力発電設備１００の稼働時において、脱硝触媒６２２の梁部材６６上に石炭灰（堆積物）が堆積する。
この堆積した石炭灰は、適宜除去しないと塊となって脱硝触媒６２２の貫通孔６２４に落下し、貫通孔６２４を閉塞する可能性がある。貫通孔６２４が閉塞されると脱硝触媒６２２の脱硝機能が低下する。そこで、本実施形態では、貫通孔６２４の閉塞を防止する閉塞防止構造が設けられている。

（第１実施形態）
図３は本発明の第１実施形態の閉塞防止構造（堆積物除去構造）１０を説明する図である。図示するように、筐体６１の側壁部６７には、挿通孔６８が設けられている。挿通孔６８には、筒部材１１が摺動可能に貫通している。
筒部材１１における、筐体６１の内部の部分は、梁部材６６の上部（排ガスの流れの上流側）において、梁部材６６に沿って延びている。筒部材１１の先端には、梁部材６６側（下流側）に突出した空気吹き出し部１２が設けられている。
また、筒部材１１における、筐体６１の外部の部分には、筒部材１１を、図中矢印で示す梁部材６６の長さ方向Ｂ（排ガスの流入方向に直交する方向）に伸縮させるエアシリンダ等の伸縮機構１３と、筒部材１１に空気を送風するエアポンプ等の送風機構１４が取り付けられている。

石炭火力発電設備１００の運転中において、梁部材６６の上流側には、石炭灰が堆積してくる。そこで、石炭灰の堆積量が多くならないうちに、筒部材１１を駆動する。すなわち、筒部材１１の先端に設けられた空気吹き出し部１２から空気を吹き出す。そうすると、空気は、梁部材６６における、石炭灰が堆積している上流側に吹き出されるので、梁部材６６に堆積した石炭灰が吹き飛ばされて、脱硝触媒６２２の貫通孔６２４に落下する。

そして、筒部材１１が伸縮機構１３によって、方向Ｂに伸縮可能されると、空気吹き出し部１２が梁部材６６に沿って移動する。したがって梁部材６６において方向Ｂに順次、堆積した石炭灰が吹き飛ばされていく。
なお、伸縮機構１３による筒部材１１の伸縮は、方向Ｂに沿って一定の速度で行って、梁部材６６の全体に均一に空気が噴射されるようにしてもよく、また梁部材６６において石炭灰が堆積しやすい箇所に重点的に噴射されるようにしてもよい。石炭灰が堆積しやすい箇所とは梁部材６６の形状に対応した、例えば排ガスの流れに対して垂直方向の面積が大きい箇所等である。

本実施形態によると、伸縮機構１３と送風機構１４とを適宜作動させて、石炭火力発電設備１００を停止することなく石炭灰を落下させることができる。したがって、石炭火力発電設備１００を停止する作業と比べて頻繁に行うことが可能であるので、石炭灰の堆積量があまり多量にならないうちに石炭灰を落下させることができる。
石炭灰の堆積量が少ないと、落下した石炭灰は脱硝触媒６２２の貫通孔６２４を通り抜けることが可能であり、貫通孔６２４が閉塞されることがない。したがって、脱硝触媒６２２の貫通孔６２４が閉塞されて脱硝触媒６２２の脱硝機能が低下することがない。

また、貫通孔６２４の一部が塞がれると、排ガスは閉塞していない貫通孔６２４に流れ込むため、流速が増大し脱硝触媒６２２が摩耗する可能性があるが、貫通孔６２４が閉塞されないのでこのようなことがない。

そして、直接、脱硝触媒６２２に空気（または蒸気）を吹き付けることなく貫通孔６２４の閉塞を防止できるので、脱硝触媒６２２を摩耗したり破損したりすることがない。

さらに、本実施形態の脱硝装置１６０は、石炭火力発電設備１００の運転中に石炭灰除去が可能であるので、計画外の設備停止や石炭灰清掃作業の可能性が減少し、コスト削減につながる。

なお、閉塞防止構造１０は、石炭火力発電設備１００の運転中に連続して稼働してもよく、また一定の時間ごとに稼働してもよい。

（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態の閉塞防止構造（堆積物除去構造）２０を説明する図であり、（ａ）は概念図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った、空気吹き出し孔２６６Ａを含む部分の断面図である。図中、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では筒部材２１における、筐体６１の内部の部分は、梁部材２６６の下流側において、梁部材２６６に沿って延びている。筒部材２１の先端には、梁部材２６６側（上流側）に突出した空気吹き出し部２２が設けられている。
そして、本実施形態の梁部材２６６は、複数の空気吹き出し孔２６６Ａが設けられている。空気吹き出し孔２６６Ａは、図４（ｂ）に示すように梁部材２６６の内側から空気吹き出し孔２６６Ａを通って外側に流れる空気が下方に向かうように斜めにカットされ、梁部材の淵に沿って空気が流れるようになっている。

本実施形態においても石炭火力発電設備１００の運転中において、梁部材２６６の上流側には、石炭灰が堆積してくる。そこで、石炭灰の堆積量が多くならないうちに、筒部材２１を駆動する。すなわち、筒部材２１の先端に設けられた空気吹き出し部２２から空気を吹き出す。そうすると、梁部材２６６の内側から空気吹き出し孔２６６Ａを通って外側に流れ、その流れ出た空気は、排ガスの流れによって方向Ａに方向転換される。
このとき、梁部材２６６に堆積していた石炭灰も、空気の流れる方向Ａに沿って下流方向に落とされて、脱硝触媒６２２の貫通孔６２４に落下する。したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を有する。

（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態の閉塞防止構造（堆積物除去構造）３０を説明する図である。
本実施形態では梁部材３６６は、駆動部３１に連結されており、駆動部３１によって方向Ａと、その方向Ａと方向Ｂとに振動可能である。

本実施形態においても石炭火力発電設備１００の運転中において、梁部材３６６の上流側には、石炭灰が堆積してくる。そこで、石炭灰の堆積量が多くならないうちに、駆動部３１を起動する。そうすると、梁部材３６６が方向Ａと方向Ｂとに振動を開始する。この振動によって梁部材３６６の上流側に堆積していた石炭灰が振り落されて、脱硝触媒６２２の貫通孔６２４に落下する。したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を有する。

（第４実施形態）
図６は本発明の第４実施形態の閉塞防止構造（堆積物除去構造）４０を説明する図である。
本実施形態では梁部材４６６が、例えば円筒形状で、梁部材４６６の外周に、例えば円筒形状の外筒４６６Ｂが配置されている。外筒４６６Ｂは駆動部４１に連結されており、駆動部４１によって回転可能である。

本実施形態においても石炭火力発電設備１００の運転中において外筒４６６Ｂの上流側には、石炭灰が堆積してくる。そこで、石炭灰の堆積量が多くならないうちに、駆動部４１を起動する。そうすると、外筒４６６Ｂが回転する。この回転によって外筒４６６Ｂに堆積した石炭灰が振り落されて、脱硝触媒６２２の貫通孔６２４に落下する。したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を有する。

（第５実施形態）
図７は本発明の第５実施形態の閉塞防止構造（堆積物除去構造）５０を説明する図である。
本実施形態で閉塞防止構造５０は、脱硝触媒層６２に設けられている。閉塞防止構造５０は脱硝触媒層６２を方向Ａと方向Ｂとに振動可能な駆動部５１である。

本実施形態において、石炭火力発電設備１００の運転中において、梁部材の上流側には、石炭灰が堆積してくる。そこで、石炭灰の堆積量が多くならないうちに、駆動部５１を起動する。そうすると、脱硝触媒層６２が方向Ａと方向Ｂとに振動を開始する。この振動によって脱硝触媒の梁部材の上流側に堆積した石炭灰が振り落されて、脱硝触媒の貫通孔に落下する。したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を有する。

（第６実施形態）
図８は本発明の第６実施形態の閉塞防止構造７０を説明する図である。
図示するように、筐体６１の側壁部６７には、挿通孔６８が設けられている。挿通孔６８には、可動アーム７１が摺動可能に貫通している。可動アーム７１における、筐体６１の内部の部分は、脱硝触媒層６２の上部を脱硝触媒層６２に沿って延びている。可動アーム７１の先端には、脱硝触媒層６２側（下流側）に突出した超音波システム７２が取り付けられている。
超音波システム７２は、超音波センサーと、超音波発生器とを含む。また、可動アーム７１における、筐体６１の外部の部分には、可動アーム７１を、方向Ｂに移動させる移動部７３と、超音波システム７２を駆動する駆動部７４が取り付けられている。

石炭火力発電設備１００の運転中において、梁部材に石炭灰が堆積し、一定量堆積した後、一気に脱硝触媒６２２に落下する場合がある。そうすると、脱硝触媒層６２の脱硝触媒の貫通孔が閉塞される可能性がある。
そこで、本実施形態では、移動部７３及び駆動部７４によって、超音波システム７２を駆動する。可動アーム７１の先端に設けられた超音波システム７２は、脱硝触媒層６２に沿って方向Ｂ移動しつつ、超音波センサーによって、脱硝触媒層６２における貫通孔の閉塞箇所を探し出す。そして、閉塞箇所が発見されると超音波発生器より超音波を発生し、貫通孔を閉塞している石炭灰の塊を分解し、貫通孔の閉塞を解消する。
本実施形態においても石炭火力発電設備１００の運転中に石炭灰除去が可能であるので、計画外のシステム停止や石炭灰清掃作業の可能性が減少し、コスト削減につながる。

以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明はこれら限定されず、例えば上記の実施形態の閉塞防止構造を複数組み合わせて触媒装置に設けてもよい。

１０，２０，３０，４０，５０，７０閉塞防止構造（堆積物除去構造）
１１，２１筒部材
１２，２２吹き出し部
１３伸縮機構
１４送風部
３１，４１，５１駆動部
６１筐体
６２脱硝触媒層
６３入口側開口部
６４出口側開口部
６５隙間
６６，２６６，３６６，４６６梁部材
６７側壁部
６８挿通孔
７１可動アーム
７２超音波システム
７３移動部
７４駆動部
１００石炭火力発電設備
１６０脱硝装置
２６６Ａ吹き出し孔
４６６Ｂ外筒
６２１ケーシング
６２２脱硝触媒
６２４貫通孔

Claims

窒素酸化物を含むガスの脱硝を行う脱硝装置であって、
長手方向に延びる複数の貫通孔が設けられ、該貫通孔を通る窒素酸化物を含むガスの脱硝を行う脱硝触媒を有する脱硝触媒層と、
前記脱硝触媒層における前記ガスの上流側に配置された補強用の梁部材と、
前記貫通孔の閉塞を防止する閉塞防止構造と、
を備え、
前記閉塞防止構造は、前記梁部材に堆積する堆積物を除去する堆積物除去構造であり、
前記梁部材に対して前記ガスの下流側を延びるとともに、前記梁部材の側を向く空気吹き部が設けられた筒部材と、
前記筒部材に空気を供給する空気供給部と、を備え、
前記梁部材には複数の貫通孔が設けられている、
脱硝装置。
窒素酸化物を含むガスの脱硝を行う脱硝装置であって、
長手方向に延びる複数の貫通孔が設けられ、該貫通孔を通る窒素酸化物を含むガスの脱硝を行う脱硝触媒を有する脱硝触媒層と、
前記脱硝触媒層における前記ガスの上流側に配置された補強用の梁部材と、
前記貫通孔の閉塞を防止する閉塞防止構造と、
を備え、
前記閉塞防止構造は、前記梁部材に堆積する堆積物を除去する堆積物除去構造であり、
前記梁部材を回転させる駆動部を備える、
脱硝装置。
窒素酸化物を含むガスの脱硝を行う脱硝装置であって、
長手方向に延びる複数の貫通孔が設けられ、該貫通孔を通る窒素酸化物を含むガスの脱硝を行う脱硝触媒を有する脱硝触媒層と、
前記脱硝触媒層における前記ガスの上流側に配置された補強用の梁部材と、
前記貫通孔の閉塞を防止する閉塞防止構造と、
を備え、
前記閉塞防止構造は、
前記脱硝触媒層に沿って移動可能であって、超音波センサー及び超音波発生器を含む超音波システムと、
前記超音波システムが取り付けられた可動アームとを備える、
脱硝装置。