WO2020161875A1 - 燃焼システム - Google Patents

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WO2020161875A1
WO2020161875A1 PCT/JP2019/004519 JP2019004519W WO2020161875A1 WO 2020161875 A1 WO2020161875 A1 WO 2020161875A1 JP 2019004519 W JP2019004519 W JP 2019004519W WO 2020161875 A1 WO2020161875 A1 WO 2020161875A1
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WO
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exhaust gas
denitration catalyst
chimney
denitration
boiler
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PCT/JP2019/004519
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French (fr)
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英嗣 清永
吉田　和広
啓一郎 盛田
徹 村山
春田　正毅
雄介 猪股
Original Assignee
中国電力株式会社
公立大学法人首都大学東京
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/90—Injecting reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/20—Vanadium, niobium or tantalum
    • B01J23/22—Vanadium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes

Definitions

  • the present invention relates to a combustion system.
  • a denitration device is installed in the power plant to reduce and decompose nitrogen oxides.
  • This denitration device is filled with a denitration catalyst, and by coexisting ammonia (gas), a reduction reaction is expressed at high temperature.
  • this denitration catalyst operates efficiently in a high temperature atmosphere of 300°C to 400°C, it is necessary to denitrate the exhaust gas containing a large amount of soot and dust immediately after burning it in the boiler. Therefore, when used for a long period of time, lime ash is deposited on the catalyst surface over time and covers the entire catalyst surface, so that the activity of the denitration catalyst decreases.
  • ammonium sulfate may block the heat exchanger at the latter stage of the denitration device and may have to stop the power plant.
  • Patent Document 1 uses exhaust gas capable of decomposing aldehyde generated by contact between alcohol and denitration catalyst while using alcohol as a reducing agent instead of ammonia in order to suppress clogging of the heat exchanger by ammonium sulfate.
  • a processing device is disclosed.
  • Patent Document 1 treats exhaust gas discharged from a diesel engine, and thus alcohol can be used as a reducing agent, but in a thermal power plant such as a coal-fired power plant, the reducing agent is used. It is rare to use alcohol as.
  • the object of the present invention is to provide a combustion system capable of suppressing clogging of a heat exchanger even when a NOx removal catalyst used in a NOx removal device is deteriorated particularly in a thermal power plant.
  • the present invention is a boiler that burns fuel, an exhaust passage through which exhaust gas generated by combustion of the fuel in the boiler flows, and the exhaust passage, and heat exchange is performed between the exhaust gas and combustion air.
  • a preheater that supplies combustion air after heat exchange to the boiler and discharges exhaust gas after heat exchange, and at a subsequent stage of the air preheater, a denitration catalyst is applied to the exhaust passage to remove the denitration gas.
  • the catalyst relates to a combustion system in which vanadium pentoxide is present in an amount of 43 wt% or more, a BET specific surface area is 30 m 2 /g or more, and which is a denitration catalyst used for denitration at 200° C. or lower.
  • a chimney for discharging exhaust gas to the atmosphere is further provided at the end of the exhaust passage, and the denitration catalyst is applied to the exhaust passage at a height of 2 to 25 m inside the chimney.
  • the denitration catalyst is applied to a spiral groove provided on the inner wall of the chimney.
  • the denitration catalyst is applied to the surface of fins provided stepwise inside the chimney.
  • the present invention is a boiler that burns fuel, an exhaust passage through which exhaust gas generated by combustion of the fuel in the boiler flows, and the exhaust passage, and heat is generated between the exhaust gas and the combustion air.
  • Exchanging supplying combustion air after heat exchange to the boiler, comprising an air preheater for discharging exhaust gas after heat exchange, and a chimney for discharging exhaust gas to the atmosphere at the end of the exhaust passage,
  • a plurality of denitration catalyst layers are installed at a height of 2 m to 25 m inside the chimney.
  • the denitration catalyst layer contains vanadium pentoxide in an amount of 43 wt% or more and has a BET specific surface area of 30 m 2 /g or more.
  • a combustion system in which a denitration catalyst used for denitration at 200° C. or lower is installed.
  • the present invention further comprises a second denitration device that is arranged in the exhaust passage and that is provided at a subsequent stage of the air preheater to remove nitrogen oxides from the exhaust gas discharged from the air preheater by the denitration catalyst. Is preferred.
  • the present invention especially in a thermal power plant, even if the NOx removal catalyst used in the NOx removal device is deteriorated, it is possible to suppress clogging of the heat exchanger.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a combustion system according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the internal structure of the chimney as a denitration device contained in the combustion system which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows the internal structure of the chimney as a denitration device contained in the combustion system which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows the internal structure of the chimney as a denitration device contained in the combustion system which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the denitration catalyst used with the denitration apparatus contained in the combustion system which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a combustion system 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the combustion system 1 includes a boiler 10 as a combustion device, a pulverized coal machine 20, an exhaust passage L1, an air preheater 30, a gas heater 40 as a heat recovery device, and a dust collector 50.
  • the boiler 10 burns pulverized coal as fuel together with air.
  • combustion of pulverized coal produces exhaust gas.
  • combustion of pulverized coal produces coal ash such as clinker ash and fly ash.
  • the clinker ash generated in the boiler 10 is discharged to the clinker hopper 11 arranged below the boiler 10 and then conveyed to a coal ash recovery silo (not shown).
  • the boiler 10 is formed in a substantially inverted U shape as a whole.
  • the exhaust gas generated in the boiler 10 moves in an inverted U shape along the shape of the boiler 10.
  • the temperature of the exhaust gas in the vicinity of the exhaust gas outlet of the boiler 10 is, for example, 300 to 400°C.
  • the pulverized coal machine 20 pulverizes coal supplied from a coal bunker (not shown) into a fine particle size to form pulverized coal.
  • the pulverized coal machine 20 mixes pulverized coal and air to preheat and dry the pulverized coal.
  • the pulverized coal formed in the pulverized coal machine 20 is supplied to the boiler 10 by blowing air.
  • the exhaust passage L1 is connected to the boiler 10 on the upstream side.
  • the exhaust passage L1 is a passage through which exhaust gas generated in the boiler 10 flows.
  • the air preheater 30 is arranged in the exhaust path L1.
  • the air preheater 30 exchanges heat between the exhaust gas and the combustion air sent from a push-type fan (not shown) to recover heat from the exhaust gas.
  • the combustion air is heated in the air preheater 30 and then supplied to the boiler 10.
  • the gas heater 40 is arranged downstream of the air preheater 30 in the exhaust passage L1.
  • the gas heater 50 is supplied with the exhaust gas whose heat is recovered in the air preheater 30.
  • the gas heater 40 further recovers heat from the exhaust gas.
  • the dust collector 50 is arranged downstream of the gas heater 40 in the exhaust path L1.
  • the dust collector 50 is supplied with the exhaust gas whose heat is recovered by the gas heater 40.
  • the dust collector 50 is a device that collects soot dust such as coal ash (fly ash) in the exhaust gas by applying a voltage to the electrodes.
  • the fly ash collected by the dust collector 50 is conveyed to a coal ash recovery silo (not shown).
  • the temperature of the exhaust gas in the dust collector 50 is, for example, 80 to 120°C.
  • the induction fan 60 is arranged on the exhaust path L1 downstream of the dust collector 50.
  • the induction fan 60 takes in the exhaust gas from which dust has been removed in the dust collector 50 from the primary side and sends it to the secondary side.
  • the desulfurization device 70 is arranged in the exhaust passage L1 downstream of the induced draft fan 60. Exhaust gas sent from the induced draft fan 60 is supplied to the desulfurization device 70.
  • the desulfurization device 70 removes sulfur oxides from the exhaust gas. Specifically, the desulfurization device 70 removes the sulfur oxides from the exhaust gas by spraying the mixed liquid (limestone slurry) of limestone and water onto the exhaust gas to absorb the sulfur oxides contained in the exhaust gas into the mixed liquid.
  • the temperature of the exhaust gas in the desulfurizer 70 is, for example, 50 to 120°C.
  • the gas heater 80 is arranged downstream of the desulfurization device 70 in the exhaust path L1.
  • the gas heater 80 is supplied with the exhaust gas from which the sulfur oxides have been removed in the desulfurization device 70.
  • the gas heater 80 heats the exhaust gas.
  • the gas heater 40 and the gas heater 80 are disposed between the exhaust gas flowing between the air preheater 30 and the dust collector 50 and the exhaust gas flowing between the dust collector 50 and the desulfurizer 70 in the exhaust passage L1. You may comprise as a gas gas heater which heat-exchanges.
  • the chimney 90 is connected to the downstream side of the exhaust path L1.
  • the exhaust gas heated by the gas heater 80 is introduced into the chimney 90. Since the exhaust gas introduced into the chimney 90 is heated by the gas heater 80, it is effectively discharged from the upper portion of the chimney 90 by the chimney effect. In addition, by heating the exhaust gas in the gas heater 80, it is possible to prevent water vapor from condensing and producing white smoke above the chimney 90.
  • the temperature of the exhaust gas near the exit of the chimney 90 is 110° C., for example.
  • the chimney 90 removes nitrogen oxides from the exhaust gas by the selective catalytic reduction method.
  • nitrogen oxides can be efficiently removed from exhaust gas by producing nitrogen and water from nitrogen oxides with a reducing agent and a denitration catalyst.
  • the reducing agent used in the selective catalytic reduction method contains ammonia. When ammonia is used as the reducing agent, ammonia in any state of ammonia gas, liquid ammonia and aqueous ammonia solution may be used.
  • the chimney 90 injects ammonia gas into the introduced exhaust gas, and then mixes the mixed gas with the denitration catalyst applied to the inside of the chimney 90, the honeycomb molded body with the denitration catalyst fixed, or the like. It may be configured to contact fibers such as alumina fibers carrying a denitration catalyst.
  • FIG. 2A the chimney 90 may be provided with a spiral groove 91 on the inner wall of the chimney 90, and a low temperature denitration catalyst described later may be applied to the groove 91.
  • a stepped fin 92 may be provided on the inner wall of the chimney 90, and a low temperature denitration catalyst may be applied to this groove. More specifically, the low-temperature denitration catalyst is applied to the refractory bricks forming the spiral grooves 91 and the stepped fins 92, and then fired, whereby the inner wall of the chimney 90 can be used as a denitration device. is there.
  • a denitration catalyst layer 93 having a honeycomb catalyst having a low temperature denitration catalyst may be installed inside the chimney 90.
  • the denitration catalyst layer 93 may be installed in one stage or in multiple stages.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the denitration catalyst layer 93 installed inside the chimney 90 when the chimney 90 has the configuration of FIG. 2C.
  • the denitration catalyst layer 93 includes, for example, a plurality of honeycomb catalysts 932 as denitration catalysts. More specifically, the denitration catalyst layer 93 includes a plurality of casings 931, a plurality of honeycomb catalysts 932 housed in the plurality of casings 931 and a seal member 933.
  • the casing 931 is composed of a rectangular tubular metal member having one end and the other end open.
  • the casing 931 is arranged such that the opened one end and the other end face the exhaust gas flow path in the chimney 90, that is, the exhaust gas flows through the inside of the casing 931. Further, the plurality of casings 931 are connected and arranged so as to be in contact with each other so as to close the exhaust gas flow path in the chimney 90.
  • the honeycomb catalyst 932 is formed in a long shape (a rectangular parallelepiped shape) in which a plurality of exhaust gas circulation holes 934 extending in the longitudinal direction are formed.
  • the plurality of honeycomb catalysts 932 are arranged so that the exhaust gas circulation holes 934 extend along the exhaust gas passage.
  • the plurality of honeycomb catalysts 932 are arranged inside the chimney 90 while being housed in the casing 931.
  • the seal member 933 is arranged between the honeycomb catalysts 932 arranged adjacent to each other in the lateral direction, and prevents the exhaust gas from flowing into the gap between the honeycomb catalysts 932 arranged adjacent to each other.
  • the seal member 933 is composed of a sheet-like member having conductivity, and is provided on a portion of a predetermined length (for example, 150 mm from the end) on one end side and the other end side in the longitudinal direction of the honeycomb catalyst 932. It is wrapped around.
  • sealing member 933 it is possible to use ceramic paper configured by mixing inorganic fibers and binders containing alumina or silica as a main component with conductive fibers or a filler having conductivity.
  • the honeycomb catalyst 932 for example, a rectangular parallelepiped shape of 150 mm ⁇ 150 mm ⁇ 860 mm having 400 exhaust gas passage holes (20 ⁇ 20) of 6 mm ⁇ 6 mm openings is used.
  • the casing 931 a casing capable of accommodating 72 honeycomb catalysts 932 (6 vertical ⁇ 12 horizontal) is used. Then, 120 to 150 of these casings 931 are used for one layer of the denitration catalyst layer 93. That is, 9000 to 10000 honeycomb catalysts 932 are installed in the single denitration catalyst layer 93.
  • the denitration catalyst Since the height of the chimney of a power plant is generally around 200 m, it is preferable to apply the denitration catalyst or install the denitration catalyst at a position as low as possible for maintenance.
  • the denitration catalyst for the spiral grooves 91 and the stepped fins 92 it is possible to apply from the lowermost part to the uppermost part of the chimney, but if the amount of catalyst increases, the cost increases, so from the lowermost part, It is advisable to apply the resin to a height such that the required amount of catalyst associated with the amount of exhaust gas can be secured.
  • a denitration catalyst layer having the honeycomb catalyst coated with the denitration catalyst may be installed at a height of 2 to 25 m in the stack. This assumes that the honeycomb catalyst is about 1 m at the longest and the gap between the denitration catalyst layers is about 3 m at the highest, and it is assumed that five denitration catalyst layers are installed.
  • an ammonia injecting section for injecting ammonia as a reducing agent is installed below the location where the low temperature denitration catalyst is applied or the denitration catalyst layer 93 is installed in the chimney 90.
  • V 2 O 5 Vanadium pentoxide obtained by thermally decomposing ammonium vanadate (NH 4 VO 3 ) in air at 300° C. for 4 hours was used as a denitration catalyst of Comparative Example 3.
  • the sample name of the denitration catalyst of Comparative Example 3 was “V 2 O 5 — 300”.
  • Comparative Example 5 Vanadium pentoxide obtained by thermally decomposing ammonium vanadate in air at 500° C. for 4 hours was used as a denitration catalyst of Comparative Example 5.
  • the sample name of the denitration catalyst of Comparative Example 5 was “V 2 O 5 — 500”.
  • FIG. 4 shows the NH 3 —SCR activity of the V 2 O 5 —SG catalyst.
  • FIG. 4A shows the NO conversion rate for each reaction temperature in the NH 3 —SCR reaction using each catalyst.
  • FIG. 4( b) shows the relationship between the vanadium:oxalic acid ratio and the NO conversion rate at a reaction temperature of 120° C.
  • Example 2 (V 2 O 5 _SG_1:3), which is a catalyst having a vanadium:oxalic acid ratio of 1:3, the NO conversion was the highest, and when oxalic acid was added further, the NO conversion decreased. ..
  • Example 3 (V 2 O 5 _SG_1:4) had a lower NO conversion rate than Example 1 (V 2 O 5 _SG_1:2), despite having a larger specific surface area.
  • each of V 2 O 5 _SG of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 the above Comparative Example 3 (V 2 O 5 _300), Comparative Example 4 (V 2 O 5 _400), and Comparative Example 5 are shown.
  • the relationship between the BET specific surface area and the NO conversion rate in (V 2 O 5 — 500) is shown.
  • the plots indicated by square points show the relationship between the BET specific surface area after the selective catalytic reduction reaction and the NO conversion rate in Example 2 (V 2 O 5 _SG_1:3). Again, the NO conversion was shown to be highest in Example 2 (V 2 O 5 _SG_1:3), which is a catalyst with a vanadium:oxalic acid ratio of 1:3.
  • the amount of acid sites on the catalyst surface can be estimated by NH 3 -TPD (TPD: thermal desorption program). Therefore, using Bellcat manufactured by Microtrac Bell, in a device, Comparative Example 3 (V 2 O 5 _300), Comparative Example 4 (V 2 O 5 _400), Comparative Example 5 (V 2 O 5 _500), 0.1 g of each catalyst of Example 1 (V 2 O 5 _SG_1:2) and Example 2 (V 2 O 5 _SG_1:3) was pretreated for 1 hour at 300° C. under He (50 ml/min) flow. .. Then, the temperature was lowered to 100° C., and 5% ammonia/He (50 ml/min) was passed for 30 minutes to adsorb ammonia. The flowing gas was switched to He (50 ml/min), the temperature was stabilized for 30 minutes, the temperature was raised at 10° C./min, and ammonia having a mass number of 16 was monitored by a mass spectrometer.
  • TPD thermal
  • Comparative Example 3 (V 2 O 5 _300), Comparative Example 4 (V 2 O 5 _400), Comparative Example 5 (V 2 O 5 _500), Example 1 (V 2 O 5 _SG_1:2), Example 2 ( Table 1 shows the measurement results of the amount of NH 3 desorption when each of V 2 O 5 —SG — 1:3) was used.
  • a graph of FIG. 6 is obtained by plotting the values of these NH 3 desorption amounts and the BET specific surface areas of the respective catalysts. As can be seen from the graph of FIG. 6, it was shown that the amount of NH 3 desorbed increases substantially in proportion to the BET specific surface area of V 2 O 5 .
  • vanadium oxide is present in an amount of 43 wt% or more in terms of vanadium pentoxide and a denitration catalyst having a BET specific surface area of 30 m 2 /g or more is used. , It is possible to exert a high denitration effect.
  • the present invention is not limited to this.
  • the above-mentioned low-temperature denitration catalyst may be applied not only inside the chimney 90 but also on the inner wall of the exhaust passage L1 at the subsequent stage of the air preheater 30, for example. In this case, it is necessary to provide an ammonia injector in the exhaust passage L1 before the low temperature denitration catalyst application site.
  • the denitration is performed in the exhaust passage L1 through which the exhaust gas generated by the combustion of the fuel in the boiler 10 flows, in the subsequent stage of the air preheater 30.
  • the catalyst is applied, and this denitration catalyst has vanadium pentoxide in an amount of 43 wt% or more, has a BET specific surface area of 30 m 2 /g or more, and is a denitration catalyst used for denitration at 200° C. or lower.
  • the denitration catalyst applied to the exhaust passage L1 may be applied to the exhaust passage L1 at a height of 2 to 25 m inside the chimney 90.
  • the nitrogen oxides can be removed from the exhaust gas more efficiently in the chimney 90, and by applying the denitration catalyst as low as possible, the workability in applying and performing maintenance can be improved. Get better.
  • the denitration catalyst is applied to the spiral groove 91 provided on the inner wall of the chimney 90.
  • the denitration catalyst containing vanadium to the refractory bricks forming the inner wall of the chimney, it becomes possible to suppress the corrosion of the refractory bricks.
  • the spiral groove 91 inside the chimney 90 it is possible to reduce not only the nitrogen oxides from the exhaust gas but also the pressure loss.
  • the denitration catalyst may be applied to the surfaces of the fins 92 provided in a step shape inside the chimney 90. Further, a plurality of denitration catalyst layers 93 may be installed inside the chimney 90.
  • a denitration catalyst is provided on the surface of the fins 92 installed inside the stack 90.
  • FIG. 8 is an overall configuration diagram of a combustion system 1A according to the second embodiment of the present invention.
  • the difference between the combustion system 1A according to the second embodiment and the combustion system 1 according to the first embodiment will be mainly described below.
  • the combustion system 1A includes, in addition to the devices and equipment included in the combustion system 1, a second denitration device 100 downstream of the dust collector 50 in the exhaust path L1.
  • the temperature of the exhaust gas in the second denitration device 100 is, for example, 130 to 200°C.
  • the second denitration device 100 removes nitrogen oxides from the exhaust gas by the selective catalytic reduction method. Further, in the second denitration device 100, the same low-temperature denitration catalyst as that used in the chimney 90 is used, and the reducing agent used in the second denitration device contains ammonia. When ammonia is used as the reducing agent, ammonia in any state of ammonia gas, liquid ammonia and aqueous ammonia solution may be used.
  • the second denitration device 100 has a plurality of stages of denitration catalyst layers including a plurality of honeycomb catalysts as denitration catalysts as an internal configuration of the second denitration device 100, although the illustration is omitted, as in the example of the stack 90 shown in FIG. 2C.
  • nitrogen oxides that cannot be completely removed by the second denitration device 100 are removed by the chimney 90.
  • the amount of the denitration catalyst applied in the chimney 90 and the amount of the denitration catalyst layer to be installed are set according to the amount of nitrogen oxides that cannot be completely removed by the second denitration device 100. The amount is enough.
  • the installation location of the second denitration device 100 is not limited to immediately after the dust collector 50, and may be located anywhere downstream of the air preheater 30.
  • exhaust gas is provided downstream of the air preheater 30.
  • a second denitration device 100 for removing nitrogen oxides from the exhaust gas is further provided.
  • the combustion system 1A like the combustion system 1, even if the NOx removal catalyst deteriorates, the clogging of the air preheater 30 due to ammonium sulfate is suppressed. Further, since the second denitration device 100 is provided, it is possible to reduce the amount of denitration catalyst applied in the chimney 90 and the amount of denitration catalyst layer to be installed.

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Abstract

脱硝装置で用いられる脱硝触媒の劣化が進んでも、熱交換器の閉塞を抑制することが可能となる。燃焼システム１は、燃料を燃焼させるボイラ１０と、ボイラ１０において燃料が燃焼することによって発生する排ガスが流通する排気路Ｌ１と、排気路Ｌ１に配置され、排ガスと燃焼用空気との間で熱交換し、熱交換後の燃焼用空気をボイラ１０に供給し、熱交換後の排ガスを排出する空気予熱器３０とを備え、空気予熱器３０の後段において、排気路Ｌ１に脱硝触媒が塗布され、この脱硝触媒は、五酸化バナジウムが４３ｗｔ％以上存在し、ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇ以上であり、２００℃以下での脱硝に用いられる脱硝触媒である。

Description

燃焼システム
　本発明は、燃焼システムに関する。
　石炭火力発電所では、石炭燃焼に伴い窒素酸化物が発生するが、大気汚染防止法等の規制により、その排出は一定水準以下に抑えて排出することとなっている。そこで発電所には、窒素酸化物を還元分解するために脱硝装置が設置されている。この脱硝装置には、脱硝触媒が充填されており、アンモニア（ガス）を共存させることで、高温化で還元反応を発現している。
　この脱硝触媒は、３００℃～４００℃の高温雰囲気下で効率的に作動するため、ボイラで燃焼した直後の、煤塵が非常に多く含まれた排ガスを脱硝する必要がある。そのため、長期間の利用により、石灰灰が経時的に触媒表面へ堆積し、触媒表面全体を覆うことで、脱硝触媒の活性が低下する。
　脱硝触媒の劣化が進んだ場合、脱硝反応に必要なアンモニア投入量を増やす必要があり、アンモニア投入量が多くなると、石炭由来の硫黄分と反応し硫酸アンモニウムを生成される。この硫酸アンモニアは、脱硝装置後段の熱交換器を閉塞させ、発電所を停止しなくてはならないこともある。
　この点、特許文献１は、硫酸アンモニウムによる熱交換器の閉塞を抑制するため、アンモニアの代わりにアルコールを還元剤として用いると共に、アルコールと脱硝触媒との接触により発生するアルデヒドを分解することができる排ガス処理装置を開示している。
特開２０１６－０９３７５８号公報
　しかし、特許文献１に開示される技術は、ディーゼルエンジンから排出される排ガスを処理するため、還元剤としてアルコールを用いることが可能であるが、石炭火力発電所等の火力発電所において、還元剤としてアルコールを用いることは稀である。
　本発明は、とりわけ火力発電所において、脱硝装置で用いられる脱硝触媒の劣化が進んでも、熱交換器の閉塞を抑制することが可能な燃焼システムを提供することを目的とする。
　本発明は、燃料を燃焼させるボイラと、前記ボイラにおいて前記燃料が燃焼することによって発生する排ガスが流通する排気路と、前記排気路に配置され、排ガスと燃焼用空気との間で熱交換し、熱交換後の燃焼用空気を前記ボイラに供給し、熱交換後の排ガスを排出する空気予熱器とを備え、前記空気予熱器の後段において、前記排気路に脱硝触媒が塗布され、前記脱硝触媒は、五酸化バナジウムが４３ｗｔ％以上存在し、ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇ以上であり、２００℃以下での脱硝に用いられる脱硝触媒である、燃焼システムに関する。
　また、前記排気路の末端において、大気中に排ガスを放出する煙突を更に備え、前記脱硝触媒は、前記煙突の内部における高さ２ｍ～２５ｍの箇所の前記排気路に塗布されることが好ましい。
　また、前記脱硝触媒は、前記煙突の内壁に設けられたらせん状の溝に塗布されることが好ましい。
　また、前記脱硝触媒は、前記煙突の内部に階段状に設けられたフィンの表面に塗布されることが好ましい。
　また、本発明は、燃料を燃焼させるボイラと、前記ボイラにおいて前記燃料が燃焼することによって発生する排ガスが流通する排気路と、前記排気路に配置され、排ガスと燃焼用空気との間で熱交換し、熱交換後の燃焼用空気を前記ボイラに供給し、熱交換後の排ガスを排出する空気予熱器と、前記排気路の末端において、大気中に排ガスを放出する煙突とを備え、前記煙突の内部における高さ２ｍ～２５ｍの箇所に、複数段の脱硝触媒層が設置され、前記脱硝触媒層には、五酸化バナジウムが４３ｗｔ％以上存在し、ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇ以上であり、２００℃以下での脱硝に用いられる脱硝触媒が設置される、燃焼システムに関する。
　また、本発明は、前記排気路に配置され且つ前記空気予熱器の後段において、前記脱硝触媒によって前記空気予熱器から排出される排ガスから窒素酸化物を除去する第２の脱硝装置を更に備えることが好ましい。
　本発明によれば、とりわけ火力発電所において、脱硝装置で用いられる脱硝触媒の劣化が進んでも、熱交換器の閉塞を抑制することが可能となる。
本発明の第１実施形態に係る燃焼システムの全体構成図である。 本発明の第１実施形態に係る燃焼システムに含まれる脱硝装置としての煙突の内部構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る燃焼システムに含まれる脱硝装置としての煙突の内部構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る燃焼システムに含まれる脱硝装置としての煙突の内部構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る燃焼システムに含まれる脱硝装置で用いられる脱硝触媒の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る燃焼システムに含まれる脱硝装置で用いられる脱硝触媒の性質を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る燃焼システムに含まれる脱硝装置で用いられる脱硝触媒の性質を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る燃焼システムに含まれる脱硝装置で用いられる脱硝触媒の性質を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る燃焼システムに含まれる脱硝装置で用いられる脱硝触媒の性質を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る燃焼システムの全体構成図である。
　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。
〔１．第１実施形態〕
〔１．１　全体構成〕
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃焼システム１の全体構成図である。図１に示すように、燃焼システム１は、燃焼装置としてのボイラ１０と、微粉炭機２０と、排気路Ｌ１と、空気予熱器３０と、熱回収器としてのガスヒータ４０と、集塵装置５０と、誘引通風機６０と、脱硫装置７０と、加熱器としてのガスヒータ８０と、脱硝装置としての煙突９０と、を備える。
　ボイラ１０は、燃料としての微粉炭を空気と共に燃焼させる。ボイラ１０において、微粉炭が燃焼することにより排ガスが発生する。なお、微粉炭が燃焼することによって、クリンカアッシュ及びフライアッシュ等の石炭灰が生成する。ボイラ１０において生成するクリンカアッシュは、ボイラ１０の下方に配置されるクリンカホッパ１１に排出されてから、図示しない石炭灰回収サイロに搬送される。
　ボイラ１０は、全体として略逆Ｕ字状に形成される。ボイラ１０において生成する排ガスは、ボイラ１０の形状に沿って逆Ｕ字状に移動する。ボイラ１０の排ガスの出口付近における排ガスの温度は、例えば３００～４００℃である。
　微粉炭機２０は、図示しない石炭バンカから供給される石炭を、微細な粒度に粉砕して微粉炭を形成する。微粉炭機２０は、微粉炭と空気とを混合することにより、微粉炭を予熱及び乾燥させる。微粉炭機２０において形成された微粉炭は、エアーが吹きつけられることにより、ボイラ１０に供給される。
　排気路Ｌ１は、上流側がボイラ１０に接続される。排気路Ｌ１は、ボイラ１０において発生する排ガスが流通する流路である。
　空気予熱器３０は、排気路Ｌ１に配置される。空気予熱器３０は、排ガスと図示しない押込式通風機から送り込まれる燃焼用の空気との間で熱交換を行い、排ガスから熱回収する。燃焼用の空気は、空気予熱器３０において加熱されてからボイラ１０に供給される。
　ガスヒータ４０は、排気路Ｌ１における空気予熱器３０の下流側に配置される。ガスヒータ５０には、空気予熱器３０において熱回収された排ガスが供給される。ガスヒータ４０は、排ガスから更に熱回収する。
　集塵装置５０は、排気路Ｌ１におけるガスヒータ４０の下流側に配置される。集塵装置５０には、ガスヒータ４０において熱回収された排ガスが供給される。集塵装置５０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）等の煤塵を収集する装置である。集塵装置５０において捕集されるフライアッシュは、図示しない石炭灰回収サイロに搬送される。集塵装置５０における排ガスの温度は、例えば８０～１２０℃である。
　誘引通風機６０は、排気路Ｌ１における集塵装置５０の下流側に配置される。誘引通風機６０は、集塵装置５０において煤塵を除去した排ガスを、一次側から取り込んで二次側に送り出す。
　脱硫装置７０は、排気路Ｌ１における誘引通風機６０の下流側に配置される。脱硫装置７０には、誘引通風機６０から送り出された排ガスが供給される。脱硫装置７０は、排ガスから硫黄酸化物を除去する。詳しくは、脱硫装置７０は、排ガスに石灰石と水との混合液（石灰石スラリー）を吹き付けることによって、排ガスに含まれる硫黄酸化物を混合液に吸収させて、排ガスから硫黄酸化物を除去する。脱硫装置７０における排ガスの温度は、例えば５０～１２０℃である。
　ガスヒータ８０は、排気路Ｌ１における脱硫装置７０の下流側に配置される。ガスヒータ８０には、脱硫装置７０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８０は、排ガスを加熱する。ガスヒータ４０及びガスヒータ８０は、排気路Ｌ１における、空気予熱器３０と集塵装置５０との間を流通する排ガスと、集塵装置５０と脱硫装置７０との間を流通する排ガスと、の間で熱交換を行うガスガスヒータとして構成してもよい。
　煙突９０は、排気路Ｌ１の下流側が接続される。煙突９０には、ガスヒータ８０において加熱された排ガスが導入される。煙突９０に導入された排ガスは、ガスヒータ８０によって加熱されていることから、煙突効果によって煙突９０の上部から効果的に排出される。また、ガスヒータ８０において排ガスが加熱されることで、煙突９０の上方において水蒸気が凝縮して白煙が生じるのを防ぐことができる。煙突９０の出口付近における排ガスの温度は、例えば１１０℃である。
　更に、本実施形態において、煙突９０は、選択接触還元法によって排ガスから窒素酸化物を除去する。選択接触還元法によれば、還元剤及び脱硝触媒によって窒素酸化物から窒素及び水を生成することで、排ガスから効率的に窒素酸化物を除去することができる。選択接触還元法において用いられる還元剤は、アンモニアを含む。還元剤としてアンモニアを用いる場合、アンモニアガス、液体アンモニア及びアンモニア水溶液のいずれの状態のアンモニアを用いてもよい。
　より具体的には、煙突９０は、導入された排ガスに対してアンモニアガスを注入してから、その混合ガスを、煙突９０内部に塗布された脱硝触媒や、脱硝触媒を固定したハニカム成形体や脱硝触媒を担持させたアルミナ繊維等の繊維に接触させる構成とすることができる。
〔１．２　煙突の構成〕
　図２Ａ～図２Ｃは、煙突９０の内部構造を示す。
　煙突９０は、例えば図２Ａに示されるように、煙突９０の内壁にらせん状の溝９１を設け、この溝９１に、後述の低温脱硝触媒を塗布してもよい。あるいは、図２Ｂに示すように、煙突９０の内壁に階段状のフィン９２を設け、この溝に低温脱硝触媒を塗布してもよい。
　より詳細には、上記のらせん状の溝９１や階段状のフィン９２を構成する耐火煉瓦に低温脱硝触媒を塗布した後、焼成することにより、煙突９０の内壁を脱硝装置とすることが可能である。
　通常の燃焼システムに備わる煙突では、使用年数が経過するに従って、耐火煉瓦が腐食により劣化する度合いが高くなるが、バナジウムを含む低温脱硝触媒を塗布することにより、この劣化の度合いを低くすることが可能となる。
　あるいは、図２Ｃに示すように、煙突９０の内部に、低温脱硝触媒を有するハニカム触媒を有する脱硝触媒層９３を設置してもよい。この脱硝触媒層９３は、一段だけ設置してもよく複数段設置してもよい。
　図３は、煙突９０が図２Ｃの構成を有する場合に、煙突９０の内部に設置される脱硝触媒層９３の構成図である。
　脱硝触媒層９３は、図３に示すように、例として、脱硝触媒としての複数のハニカム触媒９３２を含んで構成される。より詳細には、脱硝触媒層９３は、複数のケーシング９３１と、これら複数のケーシング９３１に収容される複数のハニカム触媒９３２と、シール部材９３３と、を備える。
　ケーシング９３１は、一端及び他端が開放された角筒状の金属部材により構成される。ケーシング９３１は、開放された一端及び他端が煙突９０における排ガスの流路に向かい合うように、つまり、ケーシング９３１の内部を排ガスが流通するように配置される。また、複数のケーシング９３１は、煙突９０における排ガスの流路を塞ぐように当接した状態で連結されて配置される。
　ハニカム触媒９３２は、長手方向に延びる複数の排ガス流通穴９３４が形成された長尺状（直方体状）に形成される。複数のハニカム触媒９３２は、排ガス流通穴９３４の延びる方向が排ガスの流路に沿うように配置される。本実施形態では、複数のハニカム触媒９３２は、ケーシング９３１に収容された状態で煙突９０の内部に配置される。
　シール部材９３３は、短手方向に隣り合って配置されるハニカム触媒９３２の間に配置され、隣り合って配置されるハニカム触媒９３２の間の隙間に排ガスが流入することを防ぐ。本実施形態では、シール部材９３３は、導電性を有するシート状部材により構成され、ハニカム触媒９３２の長手方向の一端側及び他端側の所定の長さの部分（例えば、端部から１５０ｍｍ）に巻きつけられている。
　シール部材９３３としては、アルミナやシリカを主成分とした無機繊維及びバインダーに導電性繊維や導電性を有するフィラーを混合して構成したセラミックペーパを用いることができる。
　以上の脱硝触媒層９３において、ハニカム触媒９３２としては、例えば、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×８６０ｍｍの直方体形状で目開き６ｍｍ×６ｍｍの排ガス流通穴が４００個（２０×２０）形成されたものが用いられる。また、ケーシング９３１としては、このハニカム触媒９３２を７２本（縦６本×横１２本）収容可能なものが用いられる。そして、一層の脱硝触媒層９３には、このケーシング９３１が１２０～１５０個用いられる。即ち、一層の脱硝触媒層９３には、９０００本から１００００本のハニカム触媒９３２が設置される。
　なお、発電所の煙突の高さは、一般的に２００ｍ前後であるため、なるべく低い位置に脱硝触媒を塗布したり、脱硝触媒を設置したりする方が、メンテナンスをする上でも好ましい。
　らせん状の溝９１や階段状のフィン９２の脱硝触媒を塗布する場合、煙突の最下部から最上部まで塗布することも可能ではあるが、触媒量が多くなるとコストがかさむため、最下部から、排ガス量に伴う必要な触媒量が確保できるまでの高さに塗布するとよい。また、脱硝触媒を塗布したハニカム触媒を積み増す場合には、煙突内における高さ２ｍ～２５ｍまでの箇所に、脱硝触媒を塗布したハニカム触媒を有する脱硝触媒層を設置すればよい。これは、ハニカム触媒は長くても１ｍ程度であると共に、脱硝触媒層同士の間の隙間は高くても３ｍ程度であり、この脱硝触媒層が５層設置されることを想定している。
　また、図示はしないが、煙突９０において、低温脱硝触媒を塗布したり、脱硝触媒層９３を設置したりする箇所の下方に、還元剤としてのアンモニアを注入するアンモニア注入部を設置する。
〔１．３　低温脱硝触媒〕
　煙突９０内で用いられる脱硝触媒としては、五酸化バナジウムが４３ｗｔ％以上存在し、ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇ以上であり、２００℃以下での脱硝に用いられる脱硝触媒を用いる。
　出願人は、この脱硝触媒の国際出願として、平成２８年９月１２日にＰＣＴ／ＪＰ２０１６／０７６８７０を出願し、国内移行後、平成２９年２月１７日に特許６０９３１０１号として特許査定を受けた。以下、この脱硝触媒の概略について説明する。
　図４～図７は、上記の特許６０９３１０１号の特許公報で開示されるグラフを引用し、各々のグラフにおいてプロットされた点の呼び名を変更したものである。
　なお、図４～図７のグラフにおいて、実施例１～３、比較例１～５の各々のバナジウム触媒は、以下の方法により調整された。
［実施例１～３、比較例１～２］
　バナジン酸アンモニウムをシュウ酸溶液に溶解させた（バナジウム：シュウ酸のモル比＝１：２～１：４）。全て溶かしきった後、ホットスターラー上で溶液中の水分を蒸発させ、乾燥機中において、１２０℃で一晩乾燥させた。その後、乾燥後の粉末を空気中において３００℃で４時間焼成した。
　それらのサンプル名を、各々、“Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：１”（比較例１），“Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：２”（実施例１），“Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：３”（実施例２），“Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：４”（実施例３），“Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：５”（比較例２）とした。
［比較例３］
　バナジン酸アンモニウム（ＮＨ４ＶＯ３）を、空気中において３００℃で４時間熱分解することにより得られた五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）を、比較例３の脱硝触媒とした。なお、この比較例３の脱硝触媒のサンプル名を、“Ｖ２Ｏ５＿３００”とした。
［比較例４］
　バナジン酸アンモニウムを、空気中において４００℃で４時間熱分解することにより得られた五酸化バナジウムを、比較例４の脱硝触媒とした。なお、この比較例４の脱硝触媒のサンプル名を、“Ｖ２Ｏ５＿４００”とした。
［比較例５］
　バナジン酸アンモニウムを、空気中において５００℃で４時間熱分解することにより得られた五酸化バナジウムを、比較例５の脱硝触媒とした。なお、この比較例５の脱硝触媒のサンプル名を、“Ｖ２Ｏ５＿５００”とした。
　図４に、Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ触媒のＮＨ３－ＳＣＲ活性を示す。図４（ａ）は、各触媒を用いたＮＨ３－ＳＣＲ反応における、反応温度毎のＮＯ転化率を示す。また、図４（ｂ）は、反応温度１２０℃におけるバナジウム：シュウ酸の比率とＮＯ転化率の関係を示す。バナジウム：シュウ酸の比率が１：３の触媒である実施例２（Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：３）において、ＮＯ転化率が最も高くなり、それ以上シュウ酸を加えると、ＮＯ転化率は減少した。実施例３（Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：４）は、実施例１（Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：２）よりも比表面積が大きいにもかかわらず、ＮＯ転化率が低かった。
　図５に、実施例１～３、比較例１の各Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ、及び、上記の比較例３（Ｖ２Ｏ５＿３００），比較例４（Ｖ２Ｏ５＿４００），比較例５（Ｖ２Ｏ５＿５００）における、ＢＥＴ比表面積とＮＯ転化率との関係を示す。なお、四角の点で示されるプロットは、実施例２（Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：３）の、選択的触媒還元反応後におけるＢＥＴ比表面積とＮＯ転化率との関係を示す。上記の繰り返しとなるが、バナジウム：シュウ酸の比率が１：３の触媒である実施例２（Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：３）において、ＮＯ転化率が最も高くなることが示された。
　ＮＨ３－ＴＰＤ（ＴＰＤ：昇温脱離プログラム）により、触媒表面の酸点の量を見積もることが出来る。そこで、マイクロトラックベル社製のベルキャットを用い、装置中で、比較例３（Ｖ２Ｏ５＿３００）、比較例４（Ｖ２Ｏ５＿４００）、比較例５（Ｖ２Ｏ５＿５００）、実施例１（Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：２）、実施例２（Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：３）の各触媒０．１ｇを、Ｈｅ（５０ｍｌ／ｍｉｎ）流通下３００℃にて１時間前処理した。その後、１００℃に下げ、５％アンモニア／Ｈｅ（５０ｍｌ／ｍｉｎ）を３０分流通させ、アンモニアを吸着した。流通ガスをＨｅ（５０ｍｌ／ｍｉｎ）に切り替え、３０分の安定化の後、１０℃／ｍｉｎで昇温し、質量数１６のアンモニアを質量分析計にてモニターした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　比較例３（Ｖ２Ｏ５＿３００）、比較例４（Ｖ２Ｏ５＿４００）、比較例５（Ｖ２Ｏ５＿５００）、実施例１（Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：２）、実施例２（Ｖ２Ｏ５＿ＳＧ＿１：３）各々を用いた場合の、ＮＨ３脱離量の測定結果を表１に示す。
　これらのＮＨ３脱離量の値と、各々の触媒のＢＥＴ比表面積とをプロットすると、図６のグラフが得られる。この図６のグラフからも分かるように、Ｖ２Ｏ５のＢＥＴ比表面積にほぼ比例して、ＮＨ３脱離量が大きくなることが示された。また、各触媒のＮＨ３脱離量とＮＯ転化率との対応関係をプロットすると、図７のグラフが得られた。即ち、ＮＨ３脱離量＝触媒表面の酸点の量が大きい触媒ほど、ＮＯ転化率が高くなることが示された。
　以上のように、酸化バナジウムが五酸化バナジウム換算で４３ｗｔ％以上存在し、ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇ以上である脱硝触媒を用いた、アンモニアを還元剤とする選択的触媒還元反応においては、２００℃以下の低温での脱硝効率が高い。一方で、ＳＯ２の酸化は認められない。
　煙突９０では、酸化バナジウムが五酸化バナジウム換算で４３ｗｔ％以上存在し、ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇ以上である脱硝触媒を用いることにより、排ガスの温度が、例えば１００～２００℃であっても、高い脱硝効果を発揮することが出来る。
　なお、例として、煙突９０の内部に上記の低温脱硝触媒を塗布する態様について記載したが、これには限定されない。上記の低温脱硝触媒は、煙突９０の内部に限らず、例えば、空気予熱器３０の後段における排気路Ｌ１の内壁に塗布されてもよい。この場合、排気路Ｌ１中の低温脱硝触媒の塗布箇所の前段に、アンモニア注入器を設ける必要がある。
〔１．４　第１の実施形態による効果〕
　以上、説明したように構成された第１の実施形態に係る燃焼システム１は、ボイラ１０において燃料が燃焼することによって発生する排ガスが流通する排気路Ｌ１中、空気予熱器３０の後段において、脱硝触媒が塗布され、この脱硝触媒は、五酸化バナジウムが４３ｗｔ％以上存在し、ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇ以上であり、２００℃以下での脱硝に用いられる脱硝触媒である。
　これにより、排気路Ｌ１に塗布される脱硝触媒の劣化が進んでも、硫酸アンモニアによる空気予熱器３０の閉塞が抑制される。
　また、排気路Ｌ１に塗布される脱硝触媒は、煙突９０の内部における高さ２ｍ～２５ｍの箇所の排気路Ｌ１に塗布されてもよい。
　これにより、煙突９０内においてより効率的に、排ガスから窒素酸化物を除去することができると共に、なるべく低い箇所に脱硝触媒を塗布することにより、塗布する際、及びメンテナンスをする際の作業性が良くなる。
　また、上記の脱硝触媒は、煙突９０の内壁に設けられたらせん状の溝９１に塗布される。
　煙突の内壁を構成する耐火煉瓦にバナジウムを含む脱硝触媒を塗布することにより、耐火煉瓦の腐食を抑制することが可能となる。
　更に、煙突９０の内部にらせん状の溝９１を設けることにより、単に排ガスから窒素酸化物を除去するだけではなく、圧力損失を小さくすることが可能となる。
　また、脱硝触媒は、煙突９０の内部に階段状に設けられたフィン９２の表面に塗布されてもよい。
　また、煙突９０の内部に複数段の脱硝触媒層９３が設置されてもよい。
　火力発電所が例えば離島に建設されたために、排ガスを放出する高さの規制がなく、排ガスの放出箇所が低くてもよい場合に、煙突９０の内部に設置されるフィン９２の表面に脱硝触媒層を塗布したり、複数段の脱硝触媒層９３を設置したりすることにより、短い時間に排ガスとの接触面積を増やすことで、効率よく脱硝することが可能となる。
〔２．第２実施形態〕
〔２．１　全体構成〕
　図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃焼システム１Ａの全体構成図である。なお、以下では説明を分かりやすくするため、主として、第２の実施形態に係る燃焼システム１Ａが、第１の実施形態に係る燃焼システム１と異なる点について説明する。
　図８に示されるように、燃焼システム１Ａは、燃焼システム１が備える装置や設備に加え、排気路Ｌ１において集塵装置５０の下流に、第２の脱硝装置１００を備える。第２の脱硝装置１００における排ガスの温度は、例えば１３０～２００℃である。
　第２の脱硝装置１００は、煙突９０と同様に、選択接触還元法によって排ガスから窒素酸化物を除去する。また、第２の脱硝装置１００では、煙突９０で用いられるのと同一の低温脱硝触媒が用いられると共に、第２の脱硝装置において用いられる還元剤は、アンモニアを含む。還元剤としてアンモニアを用いる場合、アンモニアガス、液体アンモニア及びアンモニア水溶液のいずれの状態のアンモニアを用いてもよい。
　また、第２の脱硝装置１００は、図示を省略するがその内部構成として、煙突９０の図２Ｃに示す例と同様に、脱硝触媒として複数のハニカム触媒を含む複数段の脱硝触媒層を有する。
　燃焼システム１Ａにおいては、第２の脱硝装置１００で除去しきれない窒素酸化物を、煙突９０で除去する。この場合、煙突９０内に塗布される脱硝触媒の量や、設置される脱硝触媒層の設置量は、第２の脱硝装置１００で除去しきれない窒素酸化物の量に応じた塗布量や設置量でよい。
　なお、第２の脱硝装置１００の設置場所は、集塵装置５０の直後に限定されず、空気予熱器３０よりも下流であれば、場所を問わない。
〔２．２　第２の実施形態による効果〕
　以上、説明したように構成された第２の実施形態に係る燃焼システム１Ａにおいては、第１の実施形態に係る燃焼システム１が有する装置や設備に加えて、空気予熱器３０の下流に、排ガスから窒素酸化物を除去する第２の脱硝装置１００を更に備える。
　これにより、燃焼システム１Ａにおいては、燃焼システム１と同様に、脱硝触媒の劣化が進んでも、硫酸アンモニアによる空気予熱器３０の閉塞が抑制される。更に、第２の脱硝装置１００が備わることにより、煙突９０内に塗布される脱硝触媒の量や、設置される脱硝触媒層の設置量を節約することが可能となる。
１　１Ａ　燃焼システム
１０　ボイラ
２０　微粉炭機
３０　空気予熱器
４０　ガスヒータ
５０　集塵装置
６０　誘引通風機
７０　脱硫装置
８０　ガスヒータ
９０　煙突
１００　脱硝装置

Claims (6)

  1. 　燃料を燃焼させるボイラと、
    　前記ボイラにおいて前記燃料が燃焼することによって発生する排ガスが流通する排気路と、
    　前記排気路に配置され、排ガスと燃焼用空気との間で熱交換し、熱交換後の燃焼用空気を前記ボイラに供給し、熱交換後の排ガスを排出する空気予熱器とを備え、
    　前記空気予熱器の後段において、前記排気路に脱硝触媒が塗布され、
    　前記脱硝触媒は、五酸化バナジウムが４３ｗｔ％以上存在し、ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇ以上であり、２００℃以下での脱硝に用いられる脱硝触媒である、燃焼システム。
  2. 　前記排気路の末端において、大気中に排ガスを放出する煙突を更に備え、
    　前記脱硝触媒は、前記煙突の内部における高さ２ｍ～２５ｍの箇所の前記排気路に塗布される、請求項１に記載の燃焼システム。
  3. 　前記脱硝触媒は、前記煙突の内壁に設けられたらせん状の溝に塗布される、請求項２に記載の燃焼システム。
  4. 　前記脱硝触媒は、前記煙突の内部に階段状に設けられたフィンの表面に塗布される、請求項２に記載の燃焼システム。
  5. 　燃料を燃焼させるボイラと、
    　前記ボイラにおいて前記燃料が燃焼することによって発生する排ガスが流通する排気路と、
    　前記排気路に配置され、排ガスと燃焼用空気との間で熱交換し、熱交換後の燃焼用空気を前記ボイラに供給し、熱交換後の排ガスを排出する空気予熱器と、
    　前記排気路の末端において、大気中に排ガスを放出する煙突とを備え、
    　前記煙突の内部における高さ２ｍ～２５ｍの箇所に、複数段の脱硝触媒層が設置され、
    　前記脱硝触媒層には、五酸化バナジウムが４３ｗｔ％以上存在し、ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇ以上であり、２００℃以下での脱硝に用いられる脱硝触媒が設置される、燃焼システム。
  6. 　前記排気路に配置され且つ前記空気予熱器の後段において、前記脱硝触媒によって前記空気予熱器から排出される排ガスから窒素酸化物を除去する第２の脱硝装置を更に備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の燃焼システム。
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