(57)【要約】      （修正有）【課題】排ガス低温時の酸性硫安の生成を簡易な構成によって好適に抑制する、排ガス浄化装置の提供。【解決手段】ドラム４から導出した水を火炉で加熱してドラム４へ戻す循環型ドラムボイラ１の火炉から排出された排ガスが流通するガス流通路１８には、アンモニア又は尿素を還元剤として排ガス中の窒素酸化物を還元除去する脱硝触媒充填層が配置され、脱硝触媒充填層の上流側のガス流通路を流通する排ガス中には、アンモニア又は尿素が注入される。熱交換器３０は、脱硝触媒充填層（脱硝装置２０）の上流側のガス流通路１８に配置され、熱媒導入管３３は、ドラム４内の水を熱交換器３０へ導入する。熱媒導入管３３から導入された水は、熱交換器３０の内部を熱媒として流通する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドラムから導出した水を火炉で加熱して前記ドラムへ戻す循環型ドラムボイラの前記火炉から排出された排ガスが流通するガス流通路に、アンモニア又は尿素を還元剤として排ガス中の窒素酸化物を還元除去する脱硝触媒充填層を配置し、前記脱硝触媒充填層の上流側の前記ガス流通路を流通する排ガス中へアンモニア又は尿素を注入する排ガス浄化装置であって、
前記脱硝触媒充填層の上流側の前記ガス流通路に配置される熱交換器と、
前記ドラム内の水を前記熱交換器へ導入する熱媒導入管と、を備え、
前記熱媒導入管から導入された水は、前記熱交換器の内部を熱媒として流通する
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス浄化装置であって、
前記熱交換器から流出した水を前記循環型ドラムボイラの給水経路又は水循環経路へ戻す熱媒回収管を備える
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化装置であって、
前記熱媒導入管に設けられ、前記熱交換器への水の導入量を制御する導入量制御バルブを備える
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラからの排ガスを浄化するための排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラで燃料を燃焼して発電を行う火力発電所では、ボイラからの排ガスを排煙処理系統で浄化した後に大気中に排出している。排煙処理系統には、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する脱硝装置や、排ガスとの熱交換によって燃焼用空気を加熱する空気予熱器や、排ガス中の煤塵（燃焼灰）を捕集除去する電気集塵機などが設けられる。
【０００３】
また、特許文献１には、ボイラ出口部の煙道に脱硝装置が設置されたボイラの起動時において脱硝装置入口の排ガス温度を上昇させるボイラ起動装置として２つの例（第１及び第２の例）が記載されている。第１の例では、ボイラの起動時に一部の伝熱面をバイパスさせるバイパスダンパを開いて脱硝装置入口の排ガス温度を上昇させる。第２の例では、汽水分離器からタービン側へ供給される蒸気の一部を、脱硝装置の入口に設置する排ガス過熱器に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−５１６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アンモニアや尿素を還元剤とする触媒を用いた脱硝装置の場合、脱硝装置へ流入する排ガスの温度（脱硝触媒を通過する前の排ガス温度）が低いと、排ガス中に含まれるＳ分と還元剤であるアンモニアが反応し、酸性硫安（硫酸水素アンモニウム：ＮＨ４ＨＳＯ４）が生成される。これにより、脱硝触媒の性能低下を引き起こす。また、生成された酸性硫安が脱硝装置の下流側の機器（例えば、空気予熱器）に付着堆積し、当該機器の劣化や機能不全（例えば、空気予熱器の閉塞）を招くおそれがある。例えば、電力供給量を調整する（低く抑える）ためのボイラの低負荷運転時には、排ガス温度が低下し、酸性硫安が生成され易い。
【０００６】
これに対し、特許文献１の第１の例のように、一部の伝熱面（例えば節炭器）をバイパスさせるバイパスダクトを設け、バイパスダクトをバイパスダンパによって開閉可能とした排ガス処理装置では、脱硝装置へ流入する排ガスの温度が低い場合、バイパスダンパを開くことによって脱硝装置入口の排ガス温度を上昇させることができる。また、第２の例のように、汽水分離器（ドラム）からタービン側へ供給される蒸気の一部を、脱硝装置の入口側の排ガス過熱器（熱交換器）に供給する排ガス処理装置では、脱硝装置へ流入する排ガスの温度が低い場合、熱交換器によって脱硝装置入口の排ガス温度を上昇させることができる。このため、酸性硫安が生成され難くなり、脱硝装置の下流側の機器への酸性硫安の付着堆積を抑制することができる。
【０００７】
しかし、第１の例の排ガス処理装置を、バイパスダクトを備えない既存のボイラに適用する場合、バイパスダクトの追加という大掛かりな工事が必要となる。また、大型のバイパスダクトを配置するためのスペース上の問題もある。このような理由から、バイパスダクトを備えない既存のボイラに第１の例の排ガス処理装置を適用することは困難な場合が多く、バイパスダクトを備えない既存のボイラに容易に適用可能な排ガス処理装置が求められている。
【０００８】
また、第２の例の排ガス処理装置では、ドラムからの蒸気を熱媒として利用するため、発電量の低下を招き易く、また熱交換器での凝縮により脈動を引き起こす可能性がある。
【０００９】
そこで本発明は、排ガス低温時に生成される酸性硫安を簡易な構成によって好適に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成すべく、本発明に係る排ガス浄化装置は、ドラムから導出した水を火炉で加熱してドラムへ戻す循環型ドラムボイラに設けられる。火炉から排出された排ガスが流通するガス流通路には、アンモニア又は尿素を還元剤として排ガス中の窒素酸化物を還元除去する脱硝触媒充填層が配置され、脱硝触媒充填層の上流側のガス流通路を流通する排ガス中には、アンモニア又は尿素が注入される。
【００１１】
本発明の第１の態様に係る排ガス浄化装置は、脱硝触媒充填層の上流側のガス流通路に配置される熱交換器と、ドラム内の水を熱交換器へ導入する熱媒導入管とを備える。熱媒導入管から導入された水は、熱交換器の内部を熱媒として流通する。
【００１２】
上記構成では、循環型ドラムボイラ（ボイラ）の運転によりドラム内の水が高温となり、ドラム内の高温の水（ドレン水、降下水）がドラムから抽出され、熱媒導入管を介して熱交換器に導入されるので、脱硝触媒（脱硝触媒充填層）を通過する前の排ガスが高温のドレン水との熱交換によって昇温する。例えばボイラの低負荷運転時には、非低負荷運転時（例えば通常運転時）に比べて排ガス温度は低下するが、発電用の循環型ドラムボイラでは、プラント効率向上のため蒸気圧力を高圧化している。そのため、ドラム内の高温水は脱硝触媒を通過する排ガスの温度よりも高くなり、係る低負荷運転時において、熱交換器によって昇温した排ガスを脱硝触媒へ導入することができる。
【００１３】
また、脱硝触媒の上流側のガス流通路に熱交換器を配置し、ドラム内の水を熱交換器に導入する熱媒導入管を設けるという簡易な構成であり、且つバイパスダクトのような広い配置スペースを必要としないため、バイパスダクトを備えない既存の循環型ドラムボイラに容易に適用することができる。
【００１４】
また、ドラムからの高温のドレン水を熱媒として利用しているので、蒸気を熱媒とする場合に比べて発電量の低下を招き難く、且つ熱交換器での凝縮による脈動を引き起こすこともない。
【００１５】
本発明の第２の態様は、第１の態様の排ガス処理装置であって、熱交換器から流出した水を循環型ドラムボイラの給水経路又は水循環経路へ戻す熱媒回収管を備える。
【００１６】
上記構成では、熱交換器から流出したドレン水をボイラの給水経路又は水循環経路へ戻すので、熱交換器を通過したドレン水の残熱を回収してボイラ効率を高めることができる。
【００１７】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の排ガス処理装置であって、熱媒導入管に設けられ、熱交換器への水の導入量を制御する導入量制御バルブを備える。
【００１８】
上記構成では、循環ボイラの運転状態に応じてドレン水の導入量を増減する（ドレン水を導入しない全閉を含んでもよい）ことができ、酸性硫安の生成を抑制しつつ、ボイラ効率を高めることができる。例えば、酸性硫安が生成される可能性が高い温度範囲の上限（閾値温度）を予め求めておき、脱硝触媒を通過する排ガスの温度を検出し、検出した排ガスの温度（排ガス検出温度）が閾値温度以下（又は閾値温度未満）の場合にドレン水を導入し、排ガス検出温度が閾値温度を超えている（又は閾値温度以上）の場合にドレン水の導入を停止することにより、酸性硫安の生成を抑制しつつ、ボイラ効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、排ガス低温時の酸性硫安の生成を簡易な構成によって好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る排煙処理系統を示す模式図である。
【図２】図１の熱交換器及び脱硝装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係る排ガス処理装置について、図面を参照して説明する。図中の白抜き矢印は排ガスの流通方向を示す。本実施形態では、本発明の排ガス処理装置を発電用の石炭炊きの自然循環型ドラムボイラ（以下、単にボイラと称する）１に適用した例について説明する。なお、ボイラ１は、発電用以外のボイラであってもよく、石炭炊き以外のボイラであってもよく、また強制循環型ドラムボイラであってもよい。
【００２２】
図１に示すように、ボイラ１の火炉を形成する水壁管３には、ドラム（汽水分離ドラム、汽水分離器）４内の水が降水管５を介して導入される。水壁管３内の水は、火炉の燃焼室２での燃料の燃焼熱を受けて蒸気を発生し、上昇管６を経てドラム４に戻り、ドラム４で水と蒸気に分離される。ドラム４と降水管５と水壁管３と上昇管６とは、ボイラ１の水循環経路を構成し、ドラム４で分離された水は、再び降水管５から水壁管３へ導入されて循環する。また、ドラム４で分離された蒸気は、飽和蒸気管７、過熱器８及び過熱蒸気管９を経て、発電用のタービン（図示省略）に供給される。なお、図１では、降水管５及び上昇管６と水壁管３との接続部分の図示を省略している。
【００２３】
ドラム４には、給水タンク（図示省略）内の水が給水管１０を介して給水ポンプ１１により供給される。給水管１０の途中には節炭器（エコノマイザ）１２が設けられ、節炭器１２によって加熱された水がドラム４に供給される。すなわち、給水管１０、給水ポンプ１１及び節炭器１２は、ボイラ１の給水経路を構成する。
【００２４】
燃料（石炭）は、ミル（図示省略）で微粉砕され、一次空気ダクト１３を流通する一次空気によって搬送されて、一次空気とともにバーナ１４から燃焼室（火炉の内部空間）２へ投入される。また、燃焼室２には、空気予熱器（エアヒータ）１５で加熱された二次空気（燃焼用空気）が、二次空気ダクト１６を流通してバーナ１４から供給される。なお、一次空気の一部又は全部を空気予熱器１５によって加熱してもよく、二次空気をバーナ１４以外（例えばアフタエアポートなど）から燃焼室２へ供給してもよい。
【００２５】
燃料の燃焼によって発生した排ガスは、煙道１７を流通して煙突（図示省略）から排出される。ボイラ１の火炉から煙突までの排ガスの流通路（ガス流通路１８）には、上流側から下流側に向かって、過熱器８、節炭器１２、熱交換器３０、脱硝装置２０、及び空気予熱器１５が配設されている。
【００２６】
過熱器８では、ドラム４で分離された飽和蒸気が排ガスによって加熱されて過熱蒸気が発生する。節炭器１２では、ドラム４に供給される水が排ガスによって加熱され、空気予熱器１５では、燃焼室２に供給される二次空気が排ガスによって加熱される。
【００２７】
図２に示すように、脱硝装置２０は、触媒層（脱硝触媒充填層）２１と複数の還元剤注入ノズル（還元剤注入手段）２２とを備える。触媒層２１と還元剤注入ノズル２２とは、ガス流通路１８に固定的に設けられる。
【００２８】
触媒層２１は、アンモニアや尿素を還元剤として排ガス中の窒素酸化物を還元除去する脱硝触媒と、脱硝触媒を担持する担体とから構成される。触媒層２１は、１層（１段）であってもよく、複数層（複数段）であってもよい。
【００２９】
還元剤注入ノズル２２は、触媒層２１の上流側のガス流通路１８に配置され、ガス流通路１８を流通する排ガス中へアンモニアや尿素を注入する。なお、ボイラ１と脱硝装置２０との間の煙道１７内のガス流通路１８に還元剤注入ノズル２２を配置してもよい。
【００３０】
触媒層２１の上流側には、脱硝触媒を通過する排ガスの温度を検出するガス温センサ（排ガス温度検出手段）２３が設けられている。なお、ガス温センサ２３を配置する場所は触媒層２１の上流側に限定されず、例えば触媒層２１の下流側であってもよい。
【００３１】
図１及び図２に示すように、熱交換器３０は、脱硝装置２０（触媒層２１）の上流側のガス流通路１８に配置され、熱交換器３０の熱媒流入口３１には、熱媒導入管３３の下流端が接続される。熱媒導入管３３は、ドラム４内の水を抽出する１本又は複数本のドレン抽出管３６を上流端に有し、ドラム４内の水を熱交換器３０へ導入する。熱媒導入管３３から導入された高温の水（ドレン水、降下水）は、熱交換器３０の内部を熱媒として流通する。なお、熱媒導入管３３の上流端をドラム４に接続せず、降水管５に接続してもよい。
【００３２】
熱媒導入管３３の途中には、熱交換器３０への水の導入量を制御する導入量制御バルブ３４が設けられる。導入量制御バルブ３４は、例えば全開と全閉との間の任意の開度に設定される。導入量制御バルブ３４の開度（ドレン水の単位時間当たりの導入量）は、脱硝触媒（触媒層２１）を通過する排ガスの温度（ガス温センサ２３が検出した排ガスの温度（排ガス検出温度））に基づいて設定してもよい。導入量制御バルブ３４の開閉は、手動操作によって行ってもよく、自動制御によって行ってもよい。
【００３３】
熱交換器３０の熱媒流出口３２には、熱媒回収管３５の上流端が接続される。熱媒回収管３５の下流端は、給水ポンプ１１の上流側の給水管１０に接続され、熱交換器３０から流出したドレン水は、熱媒回収管３５によってボイラ１の給水経路に戻される。なお、熱交換器３０から流出したドレン水をボイラ１の水循環経路へ戻すように、熱媒回収管３５の下流端を水循環経路の配管又はドラム４に接続してもよい。
【００３４】
ドラム４から熱交換器３０へドレン水が重力によって流下するように、熱交換器３０はドラム４よりも低位置に配置される。なお、熱交換器３０内をドレン水が重力によって流通するように、熱媒流出口３２を熱媒流入口３１よりも低位置に配置することが好ましい（図２参照）。また、排ガスの流通方向とドレン水（熱媒）の流通方向とが交叉するように熱交換器３０を配置することが好ましい。
【００３５】
本実施形態によれば、ボイラ１の運転によりドラム４内の水が高温となり、ドラム４内の高温の水（ドレン水）がドラム４から抽出され、熱媒導入管３３を介して熱交換器３０に導入されるので、脱硝触媒（触媒層２１）を通過する前の排ガスが高温のドレン水との熱交換によって昇温する。例えばボイラ１の低負荷運転時には、非低負荷運転時（例えば通常運転時）に比べて排ガス温度は低下するが、プラント効率向上のため蒸気圧力を高圧化することにより、ドラム４内の水温は、脱硝触媒を通過する前（熱交換器３０の上流側）の排ガスの温度よりも高温となる。このため、係る低負荷運転時において、熱交換器３０によって昇温した排ガスを脱硝触媒へ導入することができる。これにより、脱硝触媒の細孔内における酸性硫安の析出が防止され又は抑制され、脱硝触媒の下流側の機器（例えば空気予熱器１５）への酸性硫安の付着堆積を抑制することができる。
【００３６】
脱硝触媒の上流側のガス流通路１８に熱交換器３０を配置し、ドラム４内の水を熱交換器３０に導入する熱媒導入管３３を設けるという簡易な構成であり、且つバイパスダクトのような広い配置スペースを必要としないため、バイパスダクトを備えない既存の循環型ドラムボイラに容易に適用することができる。
【００３７】
ドラム４からの高温のドレン水を熱媒として利用しているので、蒸気を熱媒とする場合に比べて発電量の低下を招き難く、且つ熱交換機３０での凝縮による脈動を引き起こすこともない。
【００３８】
熱交換器３０から流出したドレン水をボイラ１の給水経路へ戻すので、熱交換器３０を通過したドレン水の残熱を回収してボイラ効率を高めることができる。
【００３９】
熱交換器３０から排ガスへ供給された熱量は、空気予熱器１５で回収されてボイラ１に投入されるので、損失する熱量を少なく抑えることができ、ボイラ効率の低下を抑制することができる。
【００４０】
低負荷運転から高負荷運転(通常運転)に切り替える場合、脱硝触媒を通過する排ガス温度を短時間で上昇させることができるため、高負荷運転時の性能が得られるまでの時間を短縮することができる。
【００４１】
低負荷運転中において、酸性硫安の除去を目的としたボイラ負荷上昇運転を行う必要がないので、低負荷運転を継続させることができる。
【００４２】
また、導入量制御バルブ３４を開閉することにより、ボイラ１の運転状態に応じて高温ドレン水の導入量を増減する（ドレン水を導入しない全閉を含んでもよい）ことができ、酸性硫安の生成を抑制しつつ、ボイラ効率を高めることができる。例えば、酸性硫安が生成される可能性が高い温度範囲の上限（閾値温度）を予め求めておき、脱硝触媒を通過する排ガスの温度をガス温センサ２３によって検出し、ガス温センサ２３による排ガス検出温度が閾値温度以下（又は閾値温度未満）の場合にドレン水を導入し、排ガス検出温度が閾値温度を超えている（又は閾値温度以上）の場合にドレン水の導入を停止することにより、酸性硫安の生成を抑制しつつ、ボイラ効率を高めることができる。
【００４３】
なお、本発明は、一例として説明した上述の実施形態及び変形例に限定されることはなく、上述の実施形態等以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。例えば、循環型ドラムボイラ１には自然循環型と強制循環型があり、本発明はその両方に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１：循環型ドラムボイラ
２：燃焼室
３：水壁管
４：ドラム
５：降水管
６：上昇管
７：飽和蒸気管
８：過熱器
９：過熱蒸気管
１０：給水管
１１：給水ポンプ
１２：節炭器（エコノマイザ）
１３：一次空気ダクト
１４：バーナ
１５：空気予熱器（エアヒータ）
１６：二次空気ダクト
１７：煙道
１８：ガス流通路
２０：脱硝装置
２１：触媒層（脱硝触媒充填層）
２２：還元剤注入ノズル
２３：ガス温センサ
３０：熱交換器
３１：熱媒流入口
３２：熱媒流出口
３３：熱媒導入管
３４：導入量制御バルブ
３５：熱媒回収管
３６：ドレン抽出管
【図１】
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【図２】
2020121267.tif 000004