(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化石燃料を燃焼器で燃焼させる際に該燃焼器から排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置であって、
前記燃焼器に接続されて脱硝触媒が充填された第１脱硝反応器と、
この第１脱硝反応器の下流側に続く煙道に分岐して形成されたバイパスと、
このバイパス上に配置されて脱硝触媒が充填された第２脱硝反応器と、
前記バイパス上における前記第２脱硝反応器の上流側に配置されて該第２脱硝反応器への排ガスの流通を遮断開放するバイパスダンパと、
前記第１脱硝反応器を通過した排ガスが流れる方向を前記煙道と前記バイパスとのいずれかに切り換える切換えダンパと、
前記燃焼器の出口における窒素酸化物濃度を計測するＮＯＸセンサと、
このＮＯＸセンサで計測された窒素酸化物濃度に基づいて、前記バイパスダンパ及び切換えダンパを動作させて前記第１脱硝反応器のみでの運用及び前記第１，第２脱硝反応器の双方での運用を選択するプラント制御部を備えている
ことを特徴とする排煙脱硝装置。
【請求項２】
ワイドレンジバーナを採用した燃焼器から排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置であって、
前記燃焼器の出口排ガス量などから該燃焼器の状況を把握する燃焼器監視部を備え、  
前記第１脱硝反応器には、燃焼器高負荷運用時の脱硝に必要最低限な量の脱硝触媒が充填され、前記第２脱硝反応器には、燃焼器低負荷運用時における燃焼器出口排ガスＮＯＸ量の増加時において、前記第１脱硝反応器では脱硝処理し切れない部分を補う量の脱硝触媒が充填され、
前記プラント制御部は、前記燃焼器監視部及びＮＯＸセンサから取得したデータに基づいて燃焼器高負荷域運用時と判定した段階で、前記切換えダンパにより排ガスが流れる方向を煙道とすると共に前記バイパスダンパを遮断して、前記第１脱硝反応器のみでの運用を行わせ、燃焼器低負荷域運用時と判定した段階で、前記切換えダンパにより排ガスが流れる方向をバイパスとすると共に前記バイパスダンパを開放して、前記第１脱硝反応器及び第２脱硝反応器の双方での運用を行わせるべく制御する
請求項１に記載の排煙脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭などの化石燃料をボイラ等の燃焼器で燃焼させる際に排出される排ガス中に含まれるＮＯＸ（窒素酸化物）を除去するのに用いられる排煙脱硝装置に係り、特にワイドレンジバーナを採用したボイラに適した排煙脱硝装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記したような排煙脱硝装置は、例えば、石炭焚きボイラ出口の煙道に配置され、石炭焚きボイラから排出される石炭の燃焼排ガスが、この排煙脱硝装置に装備されている脱硝触媒を上流側から下流側に通過する過程において、脱硝反応器上流部で注入されたＮＨ３と排ガス中に含まれるＮＯＸとを脱硝反応させることで、このＮＯＸを除去するようになっている。
【０００３】
このような排煙脱硝装置において、ボイラ負荷が上昇するのに伴って、ボイラ出口におけるＮＯＸ濃度はほぼ横ばいで推移するものの、排ガス量が増加することから、排ガス中ＮＯＸ量（＝ＮＯＸ濃度×排ガス量）も増加し、ボイラ負荷が定格負荷（１００％）のポイント或いはボイラ最大連続負荷（ＭＣＲ）が、脱硝装置の設計点（Ｃｒｉｔｉｃａｌ−Ｐｏｉｎｔ）となり、この条件下における排ガスの性状をベースにして排煙脱硝装置に装備される必要触媒量が計画されている。
【０００４】
近年において、非特許文献１に記載されているように、石炭焚きボイラプラントにも、夜間の低負荷運転などのような中間負荷運用が求められており、ボイラのバーナとして幅広い負荷で燃焼効率を発揮するワイドレンジバーナ（ＷＲＢ）が採用される傾向にある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】平成７年１１月  石川島播磨技報第３５巻第６号「微粉炭専焼ボイラ用内部セパレート型ワイドレンジバーナの実用化」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したワイドレンジバーナは、ボイラ低負荷域でのボイラ出口におけるＮＯＸ濃度が従来タイプのバーナと比べて大きく増大する特性を有しており、脱硝装置設計点（必要触媒量計画点）が、従来の高負荷域とは異なるボイラ低負荷域になる場合も起こり得る。
【０００７】
このように、ボイラ低負荷域を脱硝装置設計点とした条件で運用を行うと、すなわち、ボイラ低負荷域で増大する排ガスＮＯＸ量に見あう脱硝触媒量を充填して運用を行うと、排ガスＮＯＸ量が低下するボイラ高負荷時において、必要量の脱硝触媒だけでなく、高負荷時には本来必要としない余剰の脱硝触媒についても劣化が進んでしまうという問題があり、この問題を解決することがボイラにワイドレンジバーナを採用するうえでの課題となっていた。
【０００８】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、ワイドレンジバーナを採用したボイラの排ガス処理に用いた場合、ボイラの高負荷運転モードから低負荷運転モードまでの各運転モードに見合った量の脱硝触媒を使用することにより、脱硝触媒を無駄に消費するのを回避することができ、その結果、脱硝触媒の効率の良い運用が可能となる排煙脱硝装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、ワイドレンジバーナを採用したボイラに用いる排煙脱硝装置を計画するにあたって、脱硝装置設計点近くのボイラ低負荷域をベースとしてこの領域の排ガスＮＯＸ量に見あう量の脱硝触媒を用意し、ボイラ高負荷運転時（通常運転時）には上記脱硝触媒のうちの必要最低限の量の脱硝触媒を使って運用し、一方、ボイラ低負荷運転時には上記脱硝触媒のすべての脱硝触媒を使って運用することで、脱硝触媒が無駄に劣化するのを阻止できることに着目して、本発明をするに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、例えば石炭などの化石燃料をボイラなどの燃焼器で燃焼させる際に該燃焼器から排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置であって、前記燃焼器に接続されて脱硝触媒が充填された第１脱硝反応器と、この第１脱硝反応器の下流側に続く煙道に分岐して形成されたバイパスと、このバイパス上に配置されて脱硝触媒が充填された第２脱硝反応器と、前記バイパス上における前記第２脱硝反応器の上流側に配置されて該第２脱硝反応器への排ガスの流通を遮断開放するバイパスダンパと、前記第１脱硝反応器を通過した排ガスが流れる方向を前記煙道と前記バイパスとのいずれかに切り換える切換えダンパと、前記燃焼器の出口における窒素酸化物濃度を計測するＮＯＸセンサと、このＮＯＸセンサで計測された窒素酸化物濃度に基づいて、前記バイパスダンパ及び切換えダンパを動作させて前記第１脱硝反応器のみでの運用及び前記第１，第２脱硝反応器の双方での運用を選択するプラント制御部を備えている構成としたことを特徴としており、この排煙脱硝装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る発明は、ワイドレンジバーナを採用した燃焼器から排出される排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置であって、前記燃焼器の出口排ガス量などから該燃焼器の状況を把握する燃焼器監視部を備え、前記第１脱硝反応器には、燃焼器高負荷運用時の脱硝に必要最低限な量の脱硝触媒が充填され、前記第２脱硝反応器には、燃焼器低負荷運用時における燃焼器出口排ガスＮＯＸ量の増加時において、前記第１脱硝反応器では脱硝処理し切れない部分を補う量の脱硝触媒が充填され、前記プラント制御部は、前記燃焼器監視部及びＮＯＸセンサから取得したデータに基づいて燃焼器高負荷域運用時と判定した段階で、前記切換えダンパにより排ガスが流れる方向を煙道とすると共に前記バイパスダンパを遮断して、前記第１脱硝反応器のみでの運用を行わせ、燃焼器低負荷域運用時と判定した段階で、前記切換えダンパにより排ガスが流れる方向をバイパスとすると共に前記バイパスダンパを開放して、前記第１脱硝反応器及び第２脱硝反応器の双方での運用を行わせるべく制御する構成としている。
【００１２】
本発明に係る排煙脱硝装置において  第１脱硝反応器及び第２脱硝反応器に充填される脱硝触媒としては、ハニカム形状或いはプレート形状など各種形状を成すものを使用し、排ガスの流路を横断するようにして複数段設置される。
【００１３】
本発明に係る排煙脱硝装置では、石炭などの化石燃料をボイラなどの燃焼器で燃焼させる際に生じる排ガスが、脱硝触媒を通過する過程において、この排煙脱硝装置の入口でＮＨ３を注入して排ガス中に含まれるＮＯＸ（窒素酸化物）を窒素と水蒸気に分解させることで窒素酸化物を除去する。
【００１４】
ここで、ワイドレンジバーナを採用したボイラ（燃焼器）の場合には、図２（ａ），（ｂ）の設計計画図に示すように、ボイラ低負荷域でのボイラ出口におけるＮＯＸ濃度が、通常タイプのバーナと比べて大きく増大する（約２００ｐｐｍ→約５００ｐｐｍ）特性を有している。
【００１５】
そこで、本発明の請求項１に係る排煙脱硝装置において、ボイラ負荷が大きい領域、すなわち、通常運用時には、バイパスダンパ及び切換えダンパを動作させて第１脱硝反応器のみで脱硝処理を行い、一方、ボイラ負荷が小さい領域、すなわち、低負荷運用時のボイラ出口排ガスＮＯＸ量増加時には、バイパスダンパ及び切換えダンパを動作させて第１，第２脱硝反応器の双方で脱硝処理を行うようにすれば、ボイラの運転モードに見合った量の脱硝触媒を使用することとなり、したがって、脱硝触媒を無駄に消費するのを回避し得ることとなる。
【００１６】
より具体的には、本発明の請求項２に係る排煙脱硝装置のように、ボイラ高負荷域での通常運用時には、切換えダンパにより排ガスが流れる方向を煙道とすると共にバイパスダンパを閉じて、第１脱硝反応器に充填した必要最低限な量の脱硝触媒のみを使用し、一方、ボイラ低負荷域でのボイラ出口排ガスＮＯＸ量運用時には、切換えダンパにより排ガスが流れる方向をバイパスとすると共にバイパスダンパを開いて、第１脱硝反応器及び第２脱硝反応器の双方に充填したすべての脱硝触媒を使うようにすれば、ボイラの高負荷運転モードから低負荷運転モードまでのそれぞれに応じた量の脱硝触媒を使用することとなって、脱硝触媒を無駄に消費しなくて済むこととなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に係る排煙脱硝装置では、上記した構成としているので、ワイドレンジバーナを採用したボイラの排ガス処理に用いた場合、脱硝触媒を無駄に消費するのを回避することができ、その結果、脱硝触媒を効率良く使うことが可能となるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る排煙脱硝装置では、上記した構成としたから、ワイドレンジバーナを採用したボイラの高負荷運転モードから低負荷運転モードまでの各運転モードに見合った量の脱硝触媒を使用することで、脱硝触媒の効率の良い運用が可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例による排煙脱硝装置を含むワイドレンジバーナを採用したボイラの排ガス処理システムを示す概略構成説明図である。
【図２】図１における排煙脱硝装置を設計計画する際のベースになるワイドレンジバーナを採用する場合のボイラ負荷とＮＯＸ，排ガス温度，排ガス量との関係を示すグラフ（ａ）及び通常のバーナを採用する場合のボイラ負荷とＮＯＸ，排ガス温度，排ガス量との関係を示すグラフ（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例による排煙脱硝装置を示している。
【００２１】
図１に示すように、この排煙脱硝装置１０は、ワイドレンジバーナＢｕを採用した石炭焚きボイラ（燃焼器）Ｂの節炭部Ｂａに垂直煙道１を介して接続している。この垂直煙道１には、排ガスにアンモニアを注入することでＮＯＸを還元して窒素と水蒸気に変換する図示しないアンモニア注入ノズルが配置されており、一方、この排煙脱硝装置１０から煙突Ｐに至るまでの排ガス処理煙道２の下流側には、ガスエアヒータ３、集塵装置４、及び脱硫部５が順次配置されている。
【００２２】
ガスエアヒータ３は、図示しない押込みファンにより導入される外部空気を排煙脱硝装置１０から排出される排ガスの熱で暖めて石炭焚きボイラＢに送り込むようになっている。なお、集塵装置４と脱硫部５との間にも図示しない熱交換器が配置してあり、この熱交換器では、集塵装置４通過後の排ガスと脱硫部７通過後の排ガスとの熱交換を行うようになっている。
【００２３】
上記排煙脱硝装置１０は、垂直煙道１に接続する第１脱硝反応器１１と、この第１脱硝反応器１１及びガスエアヒータ３の間の中間煙道６に分岐して形成したバイパス１２と、このバイパス１２上に配置した第２脱硝反応器１３と、バイパス１２上における第２脱硝反応器１３の前後に配置されてこの第２脱硝反応器１３への排ガスの流通を遮断開放するバイパスダンパ１４，１５と、第１脱硝反応器１１を通過した排ガスが流れる方向を中間煙道６とバイパス１２とのいずれかに切り換える切換えダンパ１６を具備している。
【００２４】
また、この排煙脱硝装置１０は、ボイラＢの出口排ガス量や燃料流量や燃焼空気流量などからボイラＢの状況を把握するボイラ監視部（燃焼器監視部）１７と、ボイラＢの出口におけるＮＯＸ濃度を計測するＮＯＸセンサ１８と、ボイラ監視部１７及びＮＯＸセンサ１８から取得した出口排ガス量やＮＯＸ濃度などのデータに基づいて上記バイパスダンパ１４，１５及び切換えダンパ１６を開閉又は切り換え動作させるプラント制御部１９を具備している。
【００２５】
ここで、ワイドレンジバーナＢｕを採用したボイラＢの場合には、図２（ａ），（ｂ）の設計計画図に示すように、ボイラ低負荷域でのボイラ出口におけるＮＯＸ濃度が、通常タイプのバーナと比べて高くなる。
これに対応するべく、第１脱硝反応器１１には、ボイラ高負荷運用時（ボイラ出口ＮＯＸ濃度が一定に保たれている通常時）の脱硝に必要最低限な量の脱硝触媒を充填している。一方、第２脱硝反応器１３には、ボイラ低負荷運用時（ボイラ出口ＮＯＸ濃度の増加時）において、第１脱硝反応器１１では脱硝処理し切れない部分を補い得る量の脱硝触媒を充填している。
なお、このボイラＢにおいて、ボイラ負荷が５０％を超えた場合をボイラ高負荷域とし、ボイラ負荷が５０％以下の場合をボイラ低負荷域としている。
【００２６】
つまり、この排煙脱硝装置１０において、ボイラ高負荷域での通常運用時には、プラント制御部１９によりバイパスダンパ１４，１５及び切換えダンパ１６を動作させて第１脱硝反応器１１のみで脱硝処理を行い、一方、ボイラ負荷が小さい領域、すなわち、低負荷運用時のボイラ出口排ガスＮＯＸ量増加時には、プラント制御部１９によりバイパスダンパ１４，１５及び切換えダンパ１６を動作させて第１，第２脱硝反応器１１，１３の双方で脱硝処理を行うようになっている。
【００２７】
このような構成の排煙脱硝装置１０では、石炭焚きボイラＢで生じる排ガスが脱硝触媒を通過する過程において、この排煙脱硝装置１０の入口で図示しないアンモニア注入ノズルからＮＨ３を噴射して、排ガス中に含まれるＮＯＸを窒素と水蒸気に分解させることで窒素酸化物を除去する。
【００２８】
この際、プラント制御部１９は、ボイラ監視部１７及びＮＯＸ１８センサから取得したデータに基づいてボイラ高負荷域運用時と判定した段階において、切換えダンパ１６により排ガスが流れる方向を中間煙道６とすると共にバイパスダンパ１４，１５をいずれも遮断して、第１脱硝反応器１１に充填された必要最低限な量の脱硝触媒のみを使用するべく制御する。
【００２９】
一方、このプラント制御部１９は、ボイラ監視部１７及びＮＯＸ１８センサから取得したデータに基づいてボイラ低負荷域運用時と判定した段階において、切換えダンパ１６により排ガスが流れる方向をバイパス１２とすると共にバイパスダンパ１４，１５をいずれも開放して、第１脱硝反応器１１及び第２脱硝反応器１３の双方に充填されたすべての脱硝触媒を使用するべく制御する。
【００３０】
したがって、この排煙脱硝装置１０では、ボイラＢの高負荷運転モードから低負荷運転モードまでの各運転モードに対応した量の脱硝触媒を使用することとなり、その結果、脱硝触媒を無駄に消費して劣化するのを回避し得ることとなる。
【００３１】
上記した実施例では、ワイドレンジバーナＢｕを採用した石炭焚きボイラＢの排ガス脱硝処理に本発明に係る排煙脱硝装置を用いた場合を示したが、これに限定されるものではなく、通常のバーナを採用した石炭焚きボイラの排ガス脱硝処理に用いてもよい。
【００３２】
この場合には、使用する燃料の性状の違いによって、ボイラ出口におけるＮＯＸが想定した値を上回るような事態が生じた際に、第２脱硝反応器１３に充填した脱硝触媒を使用することで迅速に対応し得ることとなる。
【００３３】
また、本発明に係る排煙脱硝装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３４】
６    中間煙道
１０  排煙脱硝装置
１１  第１脱硝反応器
１２  バイパス
１３  第２脱硝反応器
１４，１５  バイパスダンパ
１６  切換えダンパ
１７  ボイラ監視部（燃焼器監視部）
１８  ＮＯＸセンサ
１９  プラント制御部
Ｂ    石炭焚きボイラ（燃焼器）
Ｂｕ  ワイドレンジバーナ
【図１】
0005418774.tif 000002
【図２】
0005418774.tif 000003