(57)【要約】【課題】脱硝触媒に炭化水素成分が吸着して燃焼することに起因する異常温度上昇を簡便な制御で防止する。【解決手段】本発明の脱硝触媒保護方法は、アンモニア或いは尿素が還元剤として吹き込まれた窒素酸化物を含有する排ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝触媒の異常温度上昇を防止するものであり、脱硝触媒の排ガス入口及び出口の炭化水素濃度信号１００，１０２の差分に排ガス総流量信号１０６を乗じて得た積信号１０８を設定時間積分して脱硝触媒に吸着された炭化水素量を求め、求められた炭化水素量があらかじめ設定された閾値信号１１２を超えたら、脱硝触媒の温度信号１１６に応じて排ガスの流量を制御するものである。これにより、脱硝触媒に吸着した炭化水素を蒸散させるか、燃焼しても排ガスが奪う熱量を大きくして、脱硝触媒が異常温度上昇に至ることを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア或いは尿素が還元剤として吹き込まれた窒素酸化物を含有する排ガス中の前記窒素酸化物を還元する脱硝触媒の異常温度上昇を防止する脱硝触媒保護方法であって、
前記脱硝触媒に吸着された炭化水素量を計測し、該計測された炭化水素量があらかじめ設定された閾値を超えたら、前記脱硝触媒の温度に応じて前記排ガスの流量を制御することを特徴とする脱硝触媒保護方法。
【請求項２】
前記計測された炭化水素量があらかじめ設定された閾値を超え、
前記脱硝触媒の温度が第１の設定温度以上或いは前記第１の設定温度未満の第２の設定温度以下の場合、前記排ガスの流量の減少を禁止し、
前記脱硝触媒の温度が前記第２の設定温度を超え前記第１の設定温度未満の場合、前記排ガスの流量をあらかじめ設定された値まで上昇させるとともに前記脱硝触媒の温度を前記第１の設定温度以上にする請求項１の脱硝触媒保護方法。
【請求項３】
前記計測された炭化水素量があらかじめ設定された閾値を超えたら前記脱硝触媒が異常温度上昇する可能性があることの警報を発生させるとともに、
前記脱硝触媒の温度が第１の設定温度以上或いは前記第１の設定温度未満の第２の設定温度以下の場合、前記排ガスの流量の減少を禁止し、
前記脱硝触媒の温度が前記第２の設定温度を超え前記第１の設定温度未満の場合、前記排ガスの流量をあらかじめ設定された値まで上昇させるとともに前記脱硝触媒の温度を前記第１の設定温度以上にすべき内容の警報を発生させる請求項１の脱硝触媒保護方法。
【請求項４】
アンモニア或いは尿素が還元剤として吹き込まれた窒素酸化物を含有する排ガス中の前記窒素酸化物を還元する脱硝触媒の異常温度上昇を防止する脱硝触媒保護装置であって、
前記脱硝触媒の排ガスの入口と出口の排ガス中の炭化水素の濃度を計測する炭化水素計と、前記脱硝触媒の排ガスの入口と出口の炭化水素の濃度の差分を求める差分計と、求められた差分と前記排ガスの流量計で得られた排ガス流量とを乗算する掛け算器と、該掛け算器で求められた乗算結果をあらかじめ設定された時間積分する積分器と、該積分器で求められた積分結果とあらかじめ設定された閾値とを比較する比較器と、該比較器で求められた比較結果と前記脱硝触媒の温度センサで得られた脱硝触媒の温度とに基づいて前記排ガスの流量を制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする脱硝触媒保護装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記比較器により前記積分器で求められた積分結果が前記あらかじめ設定された閾値を超えており、
前記脱硝触媒の温度が第１の設定温度以上或いは前記第１の設定温度未満の第２の設定温度以下の場合、前記排ガスの流量の減少を禁止し、
前記脱硝触媒の温度が前記第２の設定温度を超え前記第１の設定温度未満の場合、前記排ガスの流量をあらかじめ設定された値まで上昇させるとともに前記脱硝触媒の温度を前記第１の設定温度以上にする請求項４の脱硝触媒保護装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記比較器により前記積分器で求められた積分結果が前記あらかじめ設定された閾値を超えたら前記脱硝触媒が異常温度上昇する可能性があることの警報を発生させるとともに、
前記脱硝触媒の温度が第１の設定温度以上或いは前記第１の設定温度未満の第２の設定温度以下の場合、前記排ガスの流量の減少を禁止し、
前記脱硝触媒の温度が前記第２の設定温度を超え前記第１の設定温度未満の場合、前記排ガスの流量をあらかじめ設定された値まで上昇させるとともに前記脱硝触媒の温度を前記第１の設定温度以上にすべき内容の警報を発生させる請求項４の脱硝触媒保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する脱硝触媒の保護方法と保護装置に係り、特に、脱硝触媒に吸着された排ガス中の燃料油成分などの炭化水素が燃焼して異常温度上昇するのを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所、各種工場、自動車などから排出される排煙中のＮＯｘは、光化学スモッグや酸性雨の原因物質であり、その効果的な除去方法として、アンモニアや尿素を還元剤とした選択的接触還元による排煙脱硝法がボイラ排ガスの処理を中心に世界中で広く用いられている。
【０００３】
排煙脱硝装置は装置構造が簡単であることに加え、バナジウムＶ，モリブデンＭｏ，タングステンＷなどを活性成分とする酸化チタン系触媒（Ｔｉ系触媒）が極めて長寿命であるため、環境装置のなかでもメンテナンスが容易でかつトラブルの少ないものの一つである。
【０００４】
しかしながら、脱硝装置においても、ボイラの起動時の失火や着火バーナを長時間使用した場合などに、オイルミスト（或いは蒸気）や未燃炭化水素ガスが触媒に吸着され、それが装置停止時に断熱状態で酸化、或いは通ガス時に一気に燃焼することにより触媒が高温にさらされて劣化する場合がある。
【０００５】
特許文献１には、燃焼排ガス中に炭化水素ガスが検出された場合、ＦＤＦ（押し込みファン）を制御してエアパージを行なうことにより、炭化水素ガスの脱硝触媒への吸着、付着を防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２７５２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、燃焼排ガス中に炭化水素ガスが検出されるたびにＦＤＦ（押し込みファン）を制御してエアパージを行なうので、ＦＤＦの頻繁な風量制御が生じ脱硝装置の制御が煩雑になるおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は、脱硝触媒に炭化水素成分が吸着して燃焼することに起因する異常温度上昇を簡便な制御で防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の脱硝触媒保護方法は、アンモニア或いは尿素が還元剤として吹き込まれた窒素酸化物を含有する排ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝触媒の異常温度上昇を防止するものであり、上記課題を解決するため、脱硝触媒に吸着された炭化水素量を計測し、この計測された炭化水素量があらかじめ設定された閾値を超えたら、脱硝触媒の温度に応じて排ガスの流量を制御することを特徴としている。
【００１０】
すなわち、本発明は脱硝触媒への炭化水素ガスの吸着自体を抑制するのではなく、脱硝触媒に炭化水素がある程度吸着した段階で、脱硝触媒の温度に応じて排ガスの流量を例えば現状維持するか或いは増加させるように制御するものである。これによれば、脱硝触媒に吸着した炭化水素を蒸散させるか、燃焼しても排ガスが奪う熱量を大きくすることができる。その結果、煩雑な制御を伴うことなく簡便に脱硝触媒が異常温度上昇に至ることを抑制することができる。
【００１１】
より具体的には、計測された炭化水素量があらかじめ設定された閾値を超え、脱硝触媒の温度が第１の設定温度以上或いは第１の設定温度未満の第２の設定温度以下の場合は、排ガスの流量の減少を禁止し、計測された炭化水素量があらかじめ設定された閾値を超え、脱硝触媒の温度が第２の設定温度を超え第１の設定温度未満の場合は、排ガスの流量をあらかじめ設定された値まで上昇させるとともに脱硝触媒の温度を第１の設定温度以上にすることができる。
【００１２】
これによれば、脱硝触媒に炭化水素がある程度吸着したとしても、脱硝触媒に吸着した炭化水素が蒸散するか、燃焼しても排ガスが奪う熱量が大きくなるので異常温度上昇に至ることを抑制することができる。
【００１３】
また、脱硝触媒の温度に応じて排ガスの流量等を自動制御するのではなく、計測された炭化水素量があらかじめ設定された閾値を超えたら脱硝触媒が異常温度上昇する可能性があることの警報を発生させるとともに、脱硝触媒の温度が第１の設定温度以上或いは第１の設定温度未満の第２の設定温度以下の場合は、排ガスの流量の減少を禁止し、脱硝触媒の温度が第２の設定温度を超え第１の設定温度未満の場合は、排ガスの流量をあらかじめ設定された値まで上昇させるとともに脱硝触媒の温度を第１の設定温度以上にすべき内容の警報を発生させることもできる。
【００１４】
これによれば、警報を受けた作業者等が警報の内容に沿って排ガスの流量等をマニュアルで制御することができ、その結果、脱硝触媒に炭化水素がある程度吸着したとしても、脱硝触媒に吸着した炭化水素が蒸散するか、燃焼しても排ガスが奪う熱量が大きくなるので異常温度上昇に至ることを抑制することができる。
【００１５】
また、本発明の脱硝触媒保護装置は、アンモニア或いは尿素が還元剤として吹き込まれた窒素酸化物を含有する排ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝触媒の異常温度上昇を防止するものであり、上記課題を解決するため、脱硝触媒の排ガスの入口と出口の排ガス中の炭化水素の濃度を計測する炭化水素計と、脱硝触媒の排ガスの入口と出口の炭化水素の濃度の差分を求める差分計と、求められた差分と排ガスの流量計で得られた排ガス流量とを乗算する掛け算器と、掛け算器で求められた乗算結果をあらかじめ設定された時間積分する積分器と、積分器で求められた積分結果とあらかじめ設定された閾値とを比較する比較器と、比較器で求められた比較結果と脱硝触媒の温度センサで得られた脱硝触媒の温度とに基づいて排ガスの流量を制御する制御手段とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、脱硝触媒に炭化水素成分が吸着して燃焼することに起因する異常温度上昇を簡便な制御で防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】脱硝触媒保護装置を含んで構成される排ガス処理システムの全体構成を示す図である。
【図２】一般的な脱硝触媒に軽油を０．５ｗｔ％染み込ませた後、空気を流しながら昇温した場合の燃焼に伴うＣＯとＣＯ２の発生量をプロットした図である。
【図３】本実施形態の脱硝装置の制御信号の内容を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を適用してなる脱硝触媒保護装置を含んで構成される排ガス処理システムの実施形態を説明する。図１は、脱硝触媒保護装置を含んで構成される排ガス処理システムの全体構成を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、排ガス処理システムは、排ガス源となるボイラ１０と、ボイラ１０から排出された後アンモニア（ＮＨ３）或いは尿素が還元剤として吹き込まれ、窒素酸化物を含有する排ガスから窒素酸化物を還元無害化する脱硝触媒を有する脱硝触媒反応器１２と、脱硝触媒反応器１２で窒素酸化物が還元除去された排ガスと空気との熱交換を行なう空気予熱器１４と、熱交換後の排ガスから粉粒体を捕集する集塵機１６と、集塵後の排ガスから硫黄酸化物を除去する脱硫装置１８と、脱硫された排ガスを排出する煙突２０等を有して構成される。
【００２０】
ところで、このような排ガス処理システムにおいては、排ガス源であるボイラやガスタービンの事故、運転ミス、あるいは点検時の限度を越えた燃焼試験などにより、排ガス中に未燃の燃料成分（炭化水素）がミストや蒸気として含まれることがある。すると、排ガス中に含まれる炭化水素が脱硝触媒反応器１２に設けられた脱硝触媒に吸着して蓄積され、その後急激に燃焼して脱硝触媒が異常温度上昇して劣化するおそれがある。
【００２１】
この点、本発明者等は、排ガス中に燃料油成分などの炭化水素化合物が含有されても大半の場合は脱硝触媒の異常温度上昇には至らず、一定の条件を満足する場合にのみ異常温度上昇が生じて脱硝触媒の劣化に繋がることを見出した。
【００２２】
一方、炭化水素化合物が排ガスに多量に含まれる原因も、ボイラなどの燃焼器に於けるバーナの失火、未燃分の多い着火バーナの長時間使用、誤動作による未着火バーナへの燃料油の供給、あるいは燃焼器の試運転などにより未燃分の発生領域での試験など多岐にわたり、類型的な対処が難しい。
【００２３】
このような状況に鑑みて、脱硝触媒に炭化水素成分が吸着して燃焼することに起因する異常温度上昇を簡便な制御で防止するため、本発明者等は脱硝触媒上に吸着した炭化水素化合物の燃焼挙動、ならびに異常温度上昇に至る過程を工学的に研究して本発明に至った。この現象を列記すると下記の様になる。
【００２４】
（１）炭化水素化合物が脱硝触媒に一旦吸着しても温度が高くかつ排ガスの流量が大きければ、炭化水素が蒸散するか、燃焼しても排ガスが奪う熱量が大きいので異常温度上昇には至らない。逆に流量が減少または通ガスが停止された場合は奪われる熱量が減少し異常温度上昇にいたる。
【００２５】
（２）低温で炭化水素が吸着した触媒であっても、十分な通ガス量のもとで昇温されれば燃焼熱が奪われる方が早く異常温度上昇に至らない。奪われる熱量が少ない低流量条件で昇温されると加速度的な温度上昇を引き起こす。
【００２６】
（３）図２は一般的な脱硝触媒に軽油を０．５ｗｔ％染み込ませた後、空気を流しながら昇温した場合の燃焼に伴うＣＯとＣＯ２の発生量をプロットした図であるが、図３に示すように燃焼は３００℃近辺から開始し３５０℃以上から急速に進行する。したがって、十分なガス量の基、３５０℃の以上の条件に触媒を保持すれば触媒中の炭化水素成分は消失する。
【００２７】
本実施形態では、これらの現象に基づいて、脱硝触媒に吸着された炭化水素量を計測し、計測された炭化水素量があらかじめ設定された閾値を超えたら、脱硝触媒の温度に応じて排ガスの流量を制御している。以下、脱硝触媒保護装置及び保護方法について説明する。
【００２８】
図１に示すように、脱硝触媒保護装置は、脱硝触媒反応器１２の排ガスの入口及び出口からのサンプリング配管２２及び２４から導かれた排ガスの炭化水濃度を計測する炭化水素計２６及び２８と、炭化水素計２６及び２８で計測された炭化水素濃度信号１００と１０２の差信号１０４（１００信号−１０２信号）を発生する差分器３０と、差信号１０４と脱硝装置制御ユニット３２の排ガス流量計から送られた排ガス総流量信号１０６との積信号１０８を発生する掛け算器３４を備えて構成されている。
【００２９】
また、掛け算器３４からの積信号１０８をあらかじめ設定された時間積分して触媒層への炭化水素の吸着量を求める積分器３６と、積分信号１１０と脱硝触媒への吸着濃度の限界値（警報レベル）でありあらかじめ設定された閾値信号１１２とを比較する比較器３８と、その比較信号１１４と脱硝装置制御ユニット３２の脱硝触媒の温度センサから送られる温度信号１１６とに基づいて、脱硝装置の制御信号１１８を発生する制御信号発生器４０とを備えて構成されている。
【００３０】
ここで炭化水素計２６及び２８は、ＦＩＤ式の炭化水素計、赤外式の炭化水素計などの一般的な炭化水素計が使用できるが、発熱量に比例した情報が得やすいＦＩＤ式の全炭化水素計を用いると好結果が得られる。
【００３１】
得られた信号はアナログもしくはデジタル式の差分器で炭化水素濃度信号１００−炭化水素濃度信号１０２が演算され差信号１０４が求められ、続いて排ガス総流量信号１０６と差信号１０４との積信号１０８が掛け算器３４で求められる。さらに、積分器３６により積信号１０８をあらかじめ設定された時間積分して触媒層への炭化水素の吸着量が求められる。ここでの演算の内容は、吸着に伴う濃度変化と排ガス総流量とから単位時間当たりの脱硝触媒層への吸着量を積算して脱硝触媒に吸着した総炭化水素量を求めることに相当する。
【００３２】
この触媒層に吸着した炭化水素総量である積分信号１１０と、脱硝触媒層の異常温度上昇現象を引き起こすレベルに到達したことを警報するレベルでありあらかじめ設定された閾値信号１１２との比較が比較器３８で行われ、積分信号１１０が閾値信号１１２を超えると、その旨が比較信号１１４として発生される。
【００３３】
比較信号１１４と脱硝装置制御ユニット３２から送られた脱硝触媒層の温度信号１１６とに基づいて脱硝装置の制御信号１１８が発生され、脱硝装置制御ユニット３２を介して脱硝装置に送られる。言い換えると、積分信号１１０が閾値信号１１２を超えると、脱硝触媒層の温度信号１１６に応じて脱硝装置の制御信号１１８が発生される。発生される制御信号１１８は、脱硝装置の制御方法により異なる部分はあるが、本実施形態では図３の様になる。
【００３４】
図３は、本実施形態の脱硝装置の制御信号の内容を示す図である。図３に示すように、脱硝触媒層の温度条件が、３００℃±５０℃以上つまり第１の設定温度である３５０℃以上或いは第２の設定温度である２５０℃以下の場合は、脱硝触媒の異常温度上昇を防止するのに十分な排ガス流量が得られていると判断して、排ガス流量制御として排ガスの流量の減少を禁止するとともに、ロック信号として装置の停止を禁止する。言い換えれば、排ガスの流量を少なくとも現状維持させるものである。
【００３５】
一方、脱硝触媒層の温度条件が、３００℃±５０℃未満すなわち第２の設定温度である２５０度を超え第１の設定温度である３５０℃未満の場合は、排ガス流量制御として排ガスの流量をあらかじめ設定された値まで上昇（増加）させるとともに、脱硝触媒の温度を第１の設定温度である３５０℃以上にする。言い換えれば、積極的に炭化水素を燃焼させるとともに燃焼熱が奪われるような制御を行う。ただし異常温度（例えば６５０℃）まで脱硝触媒の温度を上昇させるわけではない。排ガスの流量を上昇させるためには例えば押し込みファン（ＦＤＦ）或いは誘引ファン（ＩＤＦ）の回転数を上昇させればよい。
【００３６】
これによれば、脱硝触媒への炭化水素ガスの吸着自体を抑制するのではなく、脱硝触媒に炭化水素がある程度吸着した段階で、脱硝触媒の温度に応じて排ガスの流量を例えば現状維持するか或いは増加させるので、脱硝触媒に炭化水素がある程度吸着したとしても、煩雑な制御を伴うことなく簡便に脱硝触媒に吸着した炭化水素を蒸散させるか、燃焼しても排ガスが奪う熱量を大きくさせて異常温度上昇に至ることを抑制することができる。
【００３７】
以上、本実施形態の脱硝触媒保護装置及び脱硝触媒保護方法について説明したが、本発明は本実施形態に限定されない。例えば、本実施形態は、脱硝装置の制御信号１１８に応じて自動で排ガスの流量等を制御する実施形態を示している。しかし、排ガスの流量等を自動制御するのではなく、積分信号１１０が閾値信号１１２を超えたら脱硝触媒が異常温度上昇する可能性があることの警報を発生させるとともに、脱硝触媒の温度に応じて排ガスの流量等をどのように制御すべきかを警報として発生させることができる。
【００３８】
具体的には、脱硝触媒層の温度条件が第１の設定温度である３５０℃以上或いは第２の設定温度である２５０℃以下の場合は、排ガス流量制御として排ガスの流量の減少を禁止するとともに、ロック信号として装置の停止を禁止すべき内容の警報を発生し、脱硝触媒層の温度条件が第２の設定温度である２５０度を超え第１の設定温度である３５０℃未満の場合は、排ガス流量制御として排ガスの流量をあらかじめ設定された値まで上昇（増加）させるとともに、脱硝触媒の温度を第１の設定温度である３５０℃以上にすべき内容の警告を発生させることができる。
【００３９】
これによれば、警報を受けた作業者等が警報の内容に沿って排ガスの流量等をマニュアルで制御することができ、その結果、脱硝触媒に炭化水素がある程度吸着したとしても、脱硝触媒に吸着した炭化水素が蒸散するか、燃焼しても排ガスが奪う熱量が大きくなるので異常温度上昇に至ることを抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態で用いた積分器３６は、通常の排ガス中に含まれる微量の炭化水素量が積算されて誤動作を起こすことを防止する為、入力信号に閾値を設けて一定上の場合に積分するようにすることができる。また、脱硝触媒の温度が一定時間以上３５０℃以上で保持された場合には、積分値がリセットされるようにしておくことにより、異常温度上昇の原因にまで至らない炭化水素の突発的な発生が積算されることが無く、警報の信頼度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ボイラ
１２  脱硝触媒反応器
２６，２８  炭化水素計
３０  差分器
３２  脱硝装置制御ユニット
３４  掛け算器
３６  積分器
３８  比較器
４０  制御信号発生器
１００，１０２  炭化水素濃度信号
１０４  差信号
１０６  排ガス総流量信号
１０８  積信号
１１０  積分信号
１１２  閾値信号
１１４  比較信号
１１６  温度信号
１１８  制御信号
【図１】
2010194435.tif 000003
【図２】
2010194435.tif 000004
【図３】
2010194435.tif 000005