(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱硝装置が組み込まれた排ガスボイラにおいて、上記脱硝装置よりも下流で且つ異なった蒸気圧力レベルを持ち、酸性硫安が気相で存在する領域の分割された高圧蒸発器の間にアンモニア分解触媒を有する残留アンモニア分解装置を配置すると共に、上記残留アンモニア分解装置の上流に配置された上記高圧蒸発器のドラムの蒸気側出口に器内圧力を制御する手段を備え、上記残留アンモニア分解装置の雰囲気ガス温度により上記器内圧力を制御することにより、上記残留アンモニア分解装置の雰囲気ガス温度を３００ないし４００℃間に保持することを特徴とする排ガスボイラ。
【請求項２】
上記残留アンモニア分解装置のアンモニア分解触媒がＣｕ担持メタロシリケート触媒であり、上記残留アンモニア分解装置の雰囲気ガス温度をガス温度検出器により検出して、上記雰囲気ガス温度が３００ないし４００℃となるように、上記高圧蒸発器の器内圧力を制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排ガスボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、脱硝装置の組み込まれた排ガスボイラにおいて、燃焼ガス中に硫黄酸化物を含む場合にも、脱硝装置下流の余剰のアンモニアを殆ど完全に分解して、低温伝熱管への酸性硫安の析出によるトラブルを防止し、高熱回収を達成できる排ガスボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の排ガスボイラの一例を示す伝熱面配置図である。この図において、（１）は排ガス流路、（２）は高圧過熱器、（３）は高圧蒸発器、（５）は高圧節炭器、（６）は低圧蒸発器、（７）は低圧節炭器、（８）は高圧蒸気ドラム、（１３）は脱硝装置、（１５）はアンモニア注入ノズル、（１６）は高圧給水ポンプ、（１７）は低圧給水ポンプ、（１８）は低圧蒸気ドラム、（１９）は煙突をそれぞれ示す。そして、このような排ガスボイラの各伝熱面内の流体温度とその外部のガス温度は、図５中に実線で示されるような分布となる。
【０００３】
上記従来の排ガスボイラにおいて、もし燃焼ガス中に硫黄酸化物が含まれる場合は、脱硝装置後流の２００℃以下のガス温度域に配置された低温部伝熱管上に酸性硫安が析出する。そうすると、チューブの腐蝕やチューブ（特にフィンチューブ）の閉塞に伴ないガス側ドラフトロスが増大するという問題が生じる。このため低温ガス領域（図５の領域（Ｂ），（Ｃ））には伝熱面を配置できない。したがって高効率で熱回収可能な図４のような伝熱面配置が成り立たず、図６のような単純な伝熱面配置となり、出口ガス温度も２００℃のレベルまでしか下げられなかった。
【０００４】
またＬＮＧ等のクリーンガスを燃料とする場合でも、脱硝装置出口の余剰アンモニアは通常１０ppm 以下にする必要があり、そのため脱硝装置の高効率化が困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記酸性硫安の析出に対する一つの対策としては、脱硝装置後流の酸性硫安が析出する伝熱面に上流側の高温ガスを適宜導入して、伝熱管のまわりのガス温度を上昇させることにより酸性硫安の成長を抑制する方法もある。しかし高温ダクトの配置が複雑になるし、また既に付着した酸性硫安を除去する程の効果も期待できないから、実用的でない。それに、高温ガスを常時流していたのでは、その上流側の高温部の熱吸収が減少し、排ガスボイラ全体の熱吸収も減少するから、プラント効率の面からも適切な方法とは言い難い。
【０００６】
また、クリーンガスの場合でも脱硝装置出口の余剰アンモニアを吸着処理する方法が提案されているが、装置が大型化する等の欠点がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の課題を解決するために、次のような排ガスボイラを提案するものである。
１）脱硝装置が組み込まれた排ガスボイラにおいて、上記脱硝装置よりも下流で且つ異なった蒸気圧力レベルを持ち、酸性硫安が気相で存在する領域の分割された高圧蒸発器の間にアンモニア分解触媒を有する残留アンモニア分解装置を配置すると共に、上記残留アンモニア分解装置の上流に配置された上記高圧蒸発器のドラムの蒸気側出口に器内圧力を制御する手段を備え、上記残留アンモニア分解装置の雰囲気ガス温度により上記器内圧力を制御することにより、上記残留アンモニア分解装置の雰囲気ガス温度を３００ないし４００℃間に保持することを特徴とする排ガスボイラ。
２）上記１）の要件に加えて、上記残留アンモニア分解装置のアンモニア分解触媒がＣｕ担持メタロシリケート触媒であり、上記残留アンモニア分解装置の雰囲気ガス温度をガス温度検出器により検出して、上記雰囲気ガス温度が３００ないし４００℃となるように、上記高圧蒸発器の器内圧力を制御する手段を備えたことを特徴とする排ガスボイラ。
【０００８】
【作用】
前記第１の解決手段においては、脱硝装置で消費されなかった余剰アンモニアをその下流に配置された残留アンモニア分解装置により分解し低減するので、排ガス中に硫黄酸化物が含まれている場合でも、低温部伝熱管上に酸性硫安が析出する恐れはない。したがって、低温ガスの領域まで排ガスボイラとしての熱回収を行なうことができ、プラント効率の向上に寄与する。
【０００９】
そして上記残留アンモニア分解装置は、酸性硫安が気相で存在する領域の分割された高圧蒸発器の間に設けられるので、アンモニア分解率の高い温度領域で運用されることになる。また、このように余剰のアンモニアは分解してしまうので、脱硝装置の上流には十分な量のアンモニアを安心して供給することができ、したがって高い脱硝率を得ることができる。
【００１０】
また、酸性硫安が気相で存在する領域の分割された高圧蒸発器の蒸気レベルが互いに異なっているので、上記作用のほか、及び、残留アンモニア分解装置の雰囲気ガス温度により上記器内圧力を制御することにより、残留アンモニア分解装置の雰囲気ガス温度を変化させることができる。
【００１１】
前記解決手段においては、残留アンモニア分解装置の上流に配置され、酸性硫安が気相で存在する領域で運転される上記高圧蒸発器のドラムの蒸気側出口に器内圧力を制御する手段を備えているので、その高圧蒸発器の圧力を制御することにより、残留アンモニア分解装置を最適な温度に制御することができる。
また、前記第２の解決手段においては、前記第１の解決手段に係る作用効果を奏すると共に、上記残留アンモニア分解装置のアンモニア分解触媒がＣｕ担持メタロシリケート触媒であり、上記残留アンモニア分解装置の雰囲気ガス温度をガス温度検出器により検出して、上記雰囲気ガス温度が３００ないし４００℃となるように、上記高圧蒸発器の器内圧力を制御する手段を備えるものであり、当該アンモニア分解触媒の活性を最大限に生かすことができる作用効果がある。
【００１２】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例を示す伝熱面配置図である。この図において、前記図４および図６により説明した従来のものと同様の部分については、冗長になるのを避けるため、同一の符号を付け詳しい説明を省く。本実施例で新たに用いられる符号として、（３ａ），（３ｂ）は分割された高圧蒸発器、（１０）は蒸気圧力制御弁、（１１）はガス温度検出器、（１２）はガス温度制御装置、（１４）は残留アンモニア分解装置、（２０）は低圧節炭器循環ポンプ、（２１）は低圧節炭器入口流体温度検出器、（２２）は低圧節炭器入口温度制御弁、（２３）は低圧節炭器入口温度制御装置をそれぞれ示す。
【００１３】
本実施例においては、伝熱面としてガス上流側から順に高圧過熱器（２）、高圧蒸発器（３ａ），（３ｂ）、高圧節炭器（５）、低圧蒸発器（６）、低圧節炭器（７）を配置する。そして、分割された高圧蒸発器（３ａ），（３ｂ）の間に脱硝装置（１３）、残留アンモニア分解装置（１４）を配置する。アンモニアの注入は、高圧蒸発器（３）の上流側に設けられたアンモニア注入ノズル（１５）により行なう。
【００１４】
注入されたアンモニアは、脱硝装置（１３）において窒素酸化物と反応しこれを還元する。脱硝装置（１３）で消費されなかった余剰アンモニアは、その下流の残留アンモニア分解装置において分解されて窒素ガスと水蒸気になる。したがって、排ガス中に硫黄酸化物が含まれていた場合でも、下流のガス低温部に配置された低圧蒸発器（６）、低圧節炭器（７）等の表面に酸性硫安が析出する恐れはない。その結果、排ガスボイラとしては低温ガスの領域まで廃熱を回収することができ、プラント効率が向上する。
【００１５】
もし排ガス中の硫黄酸化物が多い場合には、ガス低温部における伝熱管の低温腐蝕を防止するため、低圧節炭器入口流体温度検出器（２１）の検出値に基づいて、低圧節炭器入口温度制御装置（２３）により低圧節炭器入口温度制御弁（２２）を開くとともに、低圧節炭器循環ポンプ（２０）を駆動して、低圧節炭器（７）の出口水の一部を低圧節炭器（７）入口の復水に混合させ、伝熱管の表面温度を高く保持することができる。
【００１６】
残留アンモニア分解装置（１４）は、脱硝装置（１３）と同様な構造であり、脱硝触媒の代りにアンモニア分解触媒を用いる。アンモニア分解触媒としては、例えば特願平１−２８１９９６、特願平３−０５１３７１、特願平３−１９２８２９等で開示されているＣｕ担持メタロシリケート触媒を用い、
４ＮＨ3 ＋３Ｏ2 →２Ｎ2 ＋６Ｈ2 Ｏ
の反応式で残留アンモニアを窒素ガスと水蒸気に分解する。このＣｕ担持メタロシリケート触媒を用いたアンモニア分解装置は図７に示される特性を持っており、触媒の活性を最大限に生かせるガス温度域は３００〜４００℃である。ガス温度が４００℃を超えると、
４ＮＨ3 ＋５Ｏ2 →４ＮＯ＋６Ｈ2 Ｏ
の反応式でアンモニアが酸化され窒素酸化物が生じるので好ましくない。
【００１７】
上記の説明から明らかなように、残留アンモニア分解装置はガス温度が３００〜４００℃の領域に設置するのが有効である。前記図５によれば、これは高圧蒸発器の中間部に相当する。本実施例においても、残留アンモニア分解装置（１４）が３００〜４００℃の温度領域に位置するように高圧蒸発器（３ａ），（３ｂ）を分割する。
【００１８】
図８は、脱硝装置とアンモニア分解装置を組み合わせた場合の性能を例示する図である。本実施例ではアンモニア注入量を増加しても余剰アンモニアは殆ど増加しないので、十分な量のアンモニアを供給することにより、脱硝効率を向上させることができる。
【００１９】
図１の実施例は、高圧ドラム圧力が負荷とともに大幅に変化しない場合に好適であるが、残留アンモニア分解装置の雰囲気ガス温度を起動時等に極力高く保ち早期に生かすために、ガス温度検出器（１１）の検出値に基づきガス温度制御装置（１２）によって圧力制御弁（１０）を制御し、高圧蒸気ドラム（８）の圧力を高く設定する。
【００２０】
次に図２は本発明の第２実施例を示す伝熱面配置図である。この図においても、前記と同様の部分については、同一の符号を付け詳しい説明を省く。本実施例では、高圧蒸発器（３ａ），（３ｂ）が完全に２つに分割され、それぞれ別の高圧蒸気ドラム（８ａ），（８ｂ）に接続されている。
【００２１】
蒸気タービン系が変圧運転を行なう場合には、タービン負荷低下とともに蒸気圧力も低下するから、アンモニア分解装置部のガス温度も低下し、３００℃以下になろうとする事態がおこりうる。この場合でも、アンモニア分解装置上流側の蒸気系統の圧力を制御することにより、アンモニア分解装置近傍のガス温度を３００〜４００℃間に保持して運転することができる。本実施例では、高圧蒸発器（３ａ），（３ｂ）が完全に２つに分割され、それぞれ別の高圧蒸気ドラム（８ａ），（８ｂ）に接続されているので、残留アンモニア分解装置（１４）の雰囲気ガス温度をガス温度検出器（１１）により検出し、この温度がいかなる運転でも所定の温度となるように、温度制御装置（１２）、圧力制御弁（１０）により、高圧蒸気ドラム（８ａ）や高圧蒸発器（３ａ）の蒸気圧力を制御する。
【００２２】
図３は本発明の第３実施例を示す伝熱面配置図である。この実施例では、脱硝装置（１３）が高圧蒸発器（３ａ）のガス上流側に配置されている。この場合でも、残留アンモニア分解装置（１４）の性能、すなわちアンモニアの吸収特性は前記と同等であり、第１、第２実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、脱硝装置が組み込まれた排ガスボイラにおいて、燃焼ガス中に硫黄酸化物が存在していても、ガス低温部の伝熱管上に酸性硫安が析出する恐れがないから、従来の高効率排ガスボイラと同様の伝熱面配置を採用できる。したがって、排ガスボイラ出口ガス温度を下げることができ、プラント効率向上に大きく寄与する。
【００２４】
また、余剰アンモニアを増加させることなく、十分なアンモニアを投入できるから、脱硝装置の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施例を示す伝熱面配置図である。
【図２】図２は本発明の第２実施例を示す伝熱面配置図である。
【図３】図３は本発明の第３実施例を示す伝熱面配置図である。
【図４】図４は従来の排ガスボイラの一例を示す伝熱面配置図である。
【図５】図５は図４に示された従来の排ガスボイラのガス温度および流体温度の分布を示す図である。
【図６】図６は従来の排ガスボイラの他の例を示す伝熱面配置図である。
【図７】図７はアンモニア分解装置の性能の一例を示す図である。
【図８】図８は脱硝装置とアンモニア分解装置を組み合わせた場合の性能の一例を示す図である。
【符号の説明】
（１）                      排ガス流路
（２）                      高圧過熱器
（３），（３ａ），（３ｂ）  高圧蒸発器
（５）                      高圧節炭器
（６）                      低圧蒸発器
（７）                      低圧節炭器
（８），（８ａ），（８ｂ）  高圧蒸気ドラム
（１０）                    蒸気圧力制御弁
（１１）                    ガス温度検出器
（１２）                    ガス温度制御装置
（１３）                    脱硝装置
（１４）                    残留アンモニア分解装置
（１５）                    アンモニア注入ノズル
（１６）                    高圧給水ポンプ
（１７）                    低圧給水ポンプ
（１８）                    低圧蒸気ドラム
（１９）                    煙突
（２０）                    低圧節炭器循環ポンプ
（２１）                    低圧節炭器入口流体温度検出器
（２２）                    低圧節炭器入口温度制御弁
（２３）                    低圧節炭器入口温度制御装置
【図１】
0003727668.tif 000002
【図２】
0003727668.tif 000003
【図３】
0003727668.tif 000004
【図４】
0003727668.tif 000005
【図５】
0003727668.tif 000006
【図６】
0003727668.tif 000007
【図７】
0003727668.tif 000008
【図８】
0003727668.tif 000009