(57)【要約】  アンモニア噴射による窒素酸化物(NOx)の選択接触還元(SCR)および無触媒還元(SNCR)処理を加えた煙道ガスから、化学薬剤酸化によって過剰のアンモニア(NH3)ガスを除去するプロセスについて述べる。空気予熱器を汚染する前、または飛散灰に付着する前に、煙道ガスから残留アンモニアを除去する方法について述べる。【選択図】      図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素酸化物の濃度低下のためにアンモニアが使用される窒素酸化物(NOx)減少システムと飛散灰捕集装置とを有する化石燃料燃焼発電所の煙道ガスにおいてアンモニア漏出物を減少させる方法であって、
煙道ガスにアンモニア添加ステーションからアンモニアを加えて窒素酸化物(NOx)を減少させ、
アンモニア添加ステーションの下流に、化学薬剤添加システムを備え、
化学薬剤添加システムから酸化性の化学薬剤を加えて、前記飛散灰捕集装置の上流の煙道ガス排気ダクト内にアンモニア酸化帯域を形成させて、該アンモニア酸化帯域を出て行く煙道ガスが約20 ppmよりも小さい残留アンモニア濃度を有するようにする、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
当該化学薬剤が、塩素、フッ素、および臭素の化合物から成る酸化性化合物のグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
当該化学薬剤が、次亜塩素酸カルシウム(Ca(OCl)2)、次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)、次亜塩素酸リチウム(LiOCl)、およびトリクロロ-s-トリアジントリオン(トリクロル)から成る酸化性化合物のグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
当該化学薬剤が次亜塩素酸カルシウムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
アンモニア酸化帯域における煙道ガスの温度が100〜360℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
当該化学薬剤添加システムが、化学薬剤を、希薄溶液噴霧の形で煙道ガスの流れに加えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
添加される酸化性化学薬剤が、約5〜20%の濃度で水中に溶解させられることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
添加される酸化性化学薬剤が、高圧下でポンプ供給されて、SCR反応器の出口領域に送られ、該領域において、前記添加される酸化性化学薬剤が、複数の噴霧ノズルによって、煙道ガス排気ダクト内に噴霧されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
発電所から排出される煙道ガスのアンモニア濃度が2 ppm以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
煙道ガス中の窒素酸化物を減少させるための主触媒を含む選択接触還元剤としてアンモニアが使用される石炭燃焼炉内で飛散灰に付着するアンモニアの量を減少させる方法であって、
(a)  煙道ガスに過剰のアンモニアを加えて窒素酸化物を減少させ、
(b)  アンモニア漏出物を減少させるための酸化性化学薬剤を選択し、
(c)  NOx触媒の下流に酸化帯域を設け、
(d)  排出される煙道ガスのアンモニア濃度を5 ppm以下に減少させる、
ことから成ることを特徴とする方法。
【請求項１１】
窒素酸化物(NOx)を含む煙道ガスを発生させる化石燃料燃焼発電所であって、
炉、
飛散灰捕集装置、
煙道ガスが発電所から排出される排気筒、
煙道ガスを導くために前記炉を前記排気筒に接続する煙道ガス排気ダクト、
窒素化合物を煙道ガス排気ダクト内に噴射して煙道ガス中のNOxを遊離窒素と水とに変えることによって、前記炉の下流のNOxを減少させるためのSNCR反応器および/またはSCR反応器、
前記SCRおよび/またはSNCR反応器の下流に配置された化学薬剤添加システムであって、煙道ガスが前記飛散灰捕集装置に到達する前に、排気ダクト内に配置されたアンモニア酸化帯域内で過剰のアンモニアを酸化するために、煙道ガスにアンモニア酸化剤を添加する化学薬剤添加システム、
から成ることを特徴とする発電所。
【請求項１２】
化学薬剤添加システム40が、煙道ガスが排気ダクトを通過するときに、アンモニア酸化剤を煙道ガス内に噴霧することを特徴とする請求項１１に記載の化石燃料燃焼発電所。
【請求項１３】
化学薬剤添加システムが、希薄溶液噴霧の形で煙道ガス流内に化学薬剤を加えることを特徴とする請求項１１に記載の化石燃料燃焼発電所。
【請求項１４】
アンモニア酸化剤が約5〜20%の濃度で水に溶解されることを特徴とする請求項１３に記載の化石燃料燃焼発電所。
【請求項１５】
アンモニア酸化剤が、高圧下でポンプ供給されて、SCR反応器の出口領域に送られ、該領域において、前記アンモニア酸化剤が、複数の噴霧ノズルによって、煙道ガス排気ダクト内に噴霧されることを特徴とする請求項１４に記載の化石燃料燃焼発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、35 U.S.C.§119(e)のもとに、米国仮特許出願第60/607,797号(2004年9月8日出願)“SCRおよびSNCRシステムを改良する方法(METHOD TO ENHANCE SCR AND SNCR SYSTEMS)”に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、窒素酸化物(NOx)の選択接触還元(SCR)および無触媒還元(SNCR)処理を加えた発電所煙道ガスから、残留アンモニアを除去するシステムと方法に関する。より詳しくは、化学薬剤酸化によって煙道ガスから過剰のアンモニアを除去するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、発電所の放出物の環境への影響に関する一般および行政の関心が高まっている。たとえば、石炭燃焼発電所の排出ガスは、汚染物質たとえば窒素酸化物(“NOx”)およびイオウ酸化物(“SOx”)、ならびに“飛散灰”と呼ばれる微粒子を含む。環境に関する法律は、発電所の排気筒から放出できる、気相汚染物と微粒子の許容濃度を定めている。環境に関する規則が必要とする発電所からのNOx放出物濃度の低下を実現するために、多くの発電ユニットが煙道ガスからNOxを除去することを強いられている。煙道ガスが排気筒に到達する前に、煙道ガスに含まれる気相汚染物質と微粒子との濃度を減少させるために、各種の汚染制御装置が使用できる。
【０００４】
煙道ガスからNOxを除去する１つの代表的な方法においては、気相化合物たとえばアンモニアまたは尿素を基剤とする薬剤が煙道ガス流内に噴射される。このアンモニアはNOxと反応して、窒素気体と水を生成するので、煙道ガスのNOx含有量が低下する。アンモニアとNOxとのこの反応は、高温では、無触媒で、“無触媒還元”(SNCR)と名づけられるプロセスで実施でき、あるいは、低温では、触媒の存在下で、“選択接触還元”(SCR)と名づけられるプロセスで実施できる。SNCRは、触媒を使用しないで、アンモニアまたは尿素基剤の薬剤を上部炉(upper furnace)に噴射して、煙道ガス内で還元反応が起こって、窒素酸化物が還元されるようにすることによって、実現される。SNCR反応器は、一般に、850〜1150℃の煙道ガス温度で運転される。SCRは、一般に、SNCRよりも低い温度で実施され、触媒たとえば酸化バナジウムの使用を必要とする。この触媒は、アンモニアが反応して窒素酸化物を還元する煙道ガス流内に配置された触媒モジュールの表面に配置される。SCR反応器は、一般に、300〜450℃の煙道ガス温度で運転される。石炭燃焼発電所においては、SCRおよびSNCR反応器のためのアンモニア噴射システムは、一般に、通常燃焼用空気予熱器と灰捕集器(ash collection)の前にある、煙道ガス流の高温かつ大量粉塵領域内に取りつけられる。
【０００５】
NOxの最大限可能な反応のために、効率的なやり方で、アンモニアとNOxとの反応を実現することが重要である。窒素酸化物のアンモニアとの選択接触還元(SCR)が十分に働いて、最低濃度のNOxが生じるようにするためには、過剰のアンモニアが使用できるようにするのが好ましい。しかし、使用アンモニアの量がSCRによるNOxの有効な除去に十分なだけ大きい場合には、過剰アンモニアの一部がそのまま触媒を通過して、煙道ガス中に“アンモニア漏出物”として出て行く。アンモニア漏出物は、下流の装置に問題を生じうる。たとえば、硫酸/重硫酸アンモニウムの生成、および/または凝集飛散灰のために、空気予熱器の加熱要素付近のスペースの目詰まりが起こりうる。アンモニア漏出物の問題は、SCR触媒表面の劣化、ならびに煙道ガス速度、温度、およびアンモニアとNOxの濃度の不整分布の結果として、さらに悪化する。
【０００６】
石炭燃焼発電所のアンモニア漏出物によって生じるもう１つの主要問題は、アンモニアが飛散灰を汚染するということである。多くの発電所は、工業的使用、たとえばコンクリート製造のためのセメントとの混合物での使用のために飛散灰をさらに処理する購入者に売ることによって、捕集飛散灰を処分する。飛散灰のアンモニア汚染の程度、およびそれに伴う濃度レベルは、アンモニア噴射流量、SCRおよびSNCRプロセスの働き、煙道ガス中のSO3の量、ならびにそれぞれにおけるボイラーおよび空気汚染制御装置の運転条件に応じて、各発電所間で異なる。観察されているところでは、高イオウの東部瀝青炭から生じる飛散灰(クラスF飛散灰)は、低イオウの西部亜瀝青炭から生じる飛散灰(クラスC飛散灰)よりも多くのアンモニアを吸収する。煙道ガス中のイオウは、(NH4)2SO4およびNH4HSO4の形で生じるアンモニア付着を増大させる。高アルカリ状態のクラスC灰は、アンモニア陽イオン(NH4＋)の生成を妨げる。
【０００７】
飛散灰上の通常のアンモニア濃度は、アンモニア噴射の結果として、SCR生成飛散灰の場合、50〜120 mg/kgであり、SNCR生成飛散灰の場合、250〜600 mg/kgであり、ESP生成飛散灰の場合、700〜1200 mg/kgである。アンモニア含有飛散灰がセメントスラリー用に使用されると、アンモニウム塩が水に溶解して、アンモニウム陽イオン(NH4＋)が生じる。セメントのアルカリによって生じる高pH(たとえば、pH>12)条件下では、アンモニウム陽イオン(NH4＋)が溶解アンモニアガス(NH3)に変化する。アンモニアガスは、生セメントスラリーから大気中に放出され、作業者に接触する。アンモニアガス放出速度は、アンモニア濃度、混合の激しさ、露出表面、および周囲温度に依存する。アンモニアがコンクリートの質(強度、透水性、その他)に強い影響を与えるということはない。
【０００８】
アンモニアガスのにおいは、やや不愉快から健康に対する危険性があるところまで変化しうる。アンモニアのにおいは、5〜10 ppmの程度でヒトの鼻で検出される。職業安全保険法(OSHA)しきいおよび許容限界は、それぞれ、時間加重平均8時間(TWA 8-hr)、および短期被爆限度-15分(STEL 15-min)に関して、25および35 ppmに設定される。150〜200 ppmのアンモニアガス濃度は、誰にでも不快感を与えうる。400〜700 ppmのアンモニアガス濃度は、強い刺激を与えうる。500 ppm以上では、アンモニアガスはただちに健康に危険であり、2,000 ppmでは、数分以内で死亡しうる。OSHAの被爆限界以外には、飛散灰中のアンモニアの許容レベルに対する法的、産業的、またはASTM規格または指針は存在しない。しかし、産業上の経験によれば、100 mg/kgよりも小さなアンモニア濃度の飛散灰は、レディミックスコンクリートにおいて、顕著なにおいを生じないように思われる。現場と天候の条件によって、100〜200 mg/kgの範囲のアンモニア濃度を有する飛散灰は、不愉快な、または安全でないコンクリート打設(placement)および仕上げ作業環境を生じうる。200 mg/kgを越えるアンモニア濃度の飛散灰は、レディミックスドコンクリート用途で使用する場合、許容できないにおいを発生させる。飛散灰に付着するアンモニアの量が割合に大きい場合、この飛散灰をセメントスラリーと混合するとき、アンモニアガスから健康に対する危険が生じうる。アンモニア含有灰を用いて作られるコンクリートから放出されるアンモニアガスに人がさらされる危険に加えて、石炭燃焼発電所における埋立て地および処分池(pond)へのアンモニア含有ガスの処分によっても、環境への危険が生じうる。アンモニウム塩は、水に接触すると、水中に溶出し、地下水および近隣の河川に運ばれて、地下水汚染、魚の死、および富栄養化のような環境被害を引起しうる。アンモニアガスは、アルカリ性飛散灰たとえば西部亜瀝青炭の燃焼によって生じるものが水に濡れたときにも、発生しうる。アルカリ性飛散灰の水による状態調節および湿潤廃棄により、発電所作業員がアンモニアガスにさらされうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、プロセスにおいてアンモニアを使用して、NOxの除去を開始し、引起させ、かつ/または補完するようにする汚染制御システムに関するものであり、特に、SCR、SNCR、および/または多段システム(すなわち、１つ以上のSCR、またはSNCR反応器を有するシステム)において使用するシステムに関する。ここで述べるシステムでは、アンモニアと酸化剤とを反応させてアンモニア漏出物を減少させるために、化学薬剤噴射システムを使用する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの側面において、本発明は、化学薬剤酸化により、下流の装置への飛散灰の付着、飛散灰による汚染が減少するレベルまでアンモニア漏出物を減少させ、また、煙道ガス内への高濃度のアンモニアの噴射を可能にすることによりNOx放出を制御するために取りつけられたSCRおよびSNCR反応器の総合的性能を高めるプロセスを提供する。本発明は、もう１つの側面において、前記プロセスによって、放出煙道ガスにより飛散灰に付着する残留アンモニアを減少させる。
【００１１】
本発明は、もう１つの側面において、窒素酸化物(NOx)減少システムと飛散灰捕集装置とを有する化石燃料燃焼発電所の煙道ガスにおけるアンモニア漏出物を減少させる方法に関する。この方法では、NOxの濃度を低下させるのにアンモニアを使用する。この方法は、アンモニアをアンモニア添加ステーションから煙道ガスに加えて、窒素酸化物(NOx)を減少させることを含む。また、この方法は、化学薬剤添加ステーションの下流に化学薬剤添加システムを備えることも含む。さらに、この方法は、酸化性の化学薬剤を化学薬剤添加システムから加えて、飛散灰捕集装置の上流で煙道ガス排気ダクト内にアンモニア酸化帯域を形成し、このアンモニア酸化帯域を出て行く煙道ガスが約20 ppmよりも小さな残留アンモニア濃度を有するようにすることをも含む。
【００１２】
もう１つの側面において、本発明は、窒素酸化物(NOx)を含む煙道ガスを生成する化石燃料燃焼発電所を対象とする。この発電所は、炉、飛散灰捕集装置、煙道ガスが発電所から放出される排気筒、および煙道ガスを送るために炉を排気筒に接続する煙道ガス排気ダクトを含む。この発電所は、また、窒素化合物を煙道ガス排気ダクト内に噴射して、煙道ガスに含まれるNOxを遊離窒素と水に変化させることによって炉の下流でNOxを還元するSNCR反応器および/またはSCR反応器を含む。この発電所は、SCRおよび/またはSNCR反応器下流に配置される化学薬剤添加システムを含む。化学薬剤添加システムは、アンモニア酸化剤を煙道ガスに加えて、煙道ガスが飛散灰捕集装置に到達する前に、排気ダクト内に配置されたアンモニア酸化帯域内で過剰なアンモニアを酸化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のシステムと方法との各種代表的実施形態の詳細な説明において、本発明の前記その他の特徴と利点について述べる。あるいは、この説明から本発明の前記その他の特徴と利点が理解されるであろう。
【００１４】
本発明の前記その他の特徴は、添付の図面に即してなされる本発明の実施形態の以下の説明を読むことにより、より明らかになり、また本発明そのものがより良く理解されるであろう。
【００１５】
添付の図面においては、対応する部品は対応する参照記号で示す。
【００１６】
本発明において使用する下記の言葉は、特に明記しない限り、下記の意味であると定義する。
【００１７】
“SCR”という言葉は、選択接触還元を意味する。
【００１８】
“SNCR”という言葉は、無触媒還元を意味する。
【００１９】
ここで使用する“アンモニアの除去”という言葉は、煙道ガスのアンモニア濃度の減少を意味する。
【００２０】
“アンモニア漏出物”という言葉は、煙道ガスにおけるNOx汚染を減少させるために、SNCRおよび/またはSCRプロセスにアンモニアを供給するプロセスにおける未使用アンモニアの量を意味する。
【００２１】
“レディミックス”および“レディミックスド”という言葉は、コンクリート製造プラントでプリミックスされ、スラリーの形で現場に送られるコンクリートを意味する。
【００２２】
“ポルトランドセメント”という言葉は、大部分のレディミックスおよびプレキャストコンクリート用途で使用される、十分に確立された組成と性能の仕様(ASTMおよびCSA)を有するセメントを意味する。
【００２３】
“CSA”という言葉は、カナダ規格協会を意味する。
【００２４】
“ASTM”という言葉は、米国材料試験協会を意味する。
【００２５】
下記の周知の化学薬剤は、本明細書と特許請求の範囲において挙げるものである。
【００２６】
略語と一般名とを示す。
【００２７】
CO:一酸化炭素
【００２８】
NOx:窒素酸化物
【００２９】
NH3:アンモニア
【００３０】
SOx:イオウ酸化物
【００３１】
CO2:二酸化炭素
【００３２】
O2:酸素
【００３３】
N2:窒素気体
【００３４】
以下、本発明を、添付の図面に即して詳細に説明する。この説明においては、好ましい実施形態を、本発明が実施できるように詳しく説明する。本発明を、これらの特定の好ましい実施形態に即して説明するが、本発明はこれらの好ましい実施形態に限定されるものではない、と理解すべきである。逆に、本発明は、以下の詳細な説明の検討から明らかになる数多くの変更、変形、および同等物を含む。
【００３５】
図１は、化石燃料燃焼発電所10を模式的に示す。炭素質の燃料たとえば石炭が炉12内で空気によって燃やされ、エネルギーのほかに、煙道ガス中に含まれる燃焼生成物を生じる。煙道ガスは、窒素酸化物(NOx)、飛散灰、SO2、SO3、その他の好ましくない汚染物質を含みうる。示されているように、発電所10は、炉12の下流でNOxを還元するためのSNCR反応器14およびSCR反応器16を有する。煙道ガス中のNOxの濃度または量は、重要な考慮事項である。というのは、化石燃料燃焼発電設備からのNOx放出を厳しく制限する環境基準があるからである。SNCR 14とSCR 16とは周知のものであり、当業者にとって、これらのものの詳しい説明は、本発明の必要性と機能との理解のために必要ではない。図に示す実施形態における発電所10は、SNCR反応器14とSCR反応器16との両方を有しているが、発電所は、本発明の範囲を逸脱することなく、単一の反応器のみを有することができる、と理解すべきである。
【００３６】
燃焼煙道ガスは、炉12から出て、排気ダクト22内にはいる。排気ダクト22は、炉12から、公知の空気予熱器24、一般に回転再生タイプのものを通って延びている。炉12のための燃焼空気は、取入れダクト28から炉12に空気を送り込む送風機26によって与えられる。空気予熱器24は、入ってくる燃焼空気を加熱するために備えられている。煙道ガスは、予熱器24から、30で模式的に示す適当な清浄化装置たとえばバグハウスまたは電気集塵器を通過し、それから排気筒32を通って、発電所10から排出される。図１では、発電所10は模式的に示されているだけであり、本発明を理解し、実施し、有効化するのに、より多くの情報と背景とを示す必要はない、と考えられる。発電所の運転においては、一般に、ここには示さない多くの他のシステムおよび代替システムが使用される。本発明はそのような他のシステムに適合し、該当する場合には、そのようなシステムとともに使用できる、と理解すべきである。
【００３７】
SCRおよびSNCR反応器に関して知られているように、窒素化合物たとえば尿素またはアンモニアがアンモニア添加システム34によって煙道ガス流内に噴射され、NOxが遊離窒素と水に変えられる。SNCRおよび/またはSCRを使用する大部分の場合には、プロセスに添加されるアンモニアのうちある量が使用されない。通過するこのアンモニアは、通常“アンモニア漏出物”と呼ばれている。NOx還元効率とアンモニア漏出物とのレベルは、(NH3/NOx)モル比、ならびにその他の作業パラメータ、たとえばSCR触媒温度、触媒空間速度、および触媒反応性の関数である。アンモニアによる窒素酸化物の接触還元(SCR)が十分に作用し、最低量のNOxしか発生しないようにするためには、高濃度のアンモニアを使用できるのが好ましい。一般に、SCR反応器内でのアンモニア対NOxモル比(NH3/NOx)は、約0.6〜1.2であり、これより大きなモル比の場合、他の条件が同じときには、一般に、より大きなアンモニアによる除去が行われる。しかし、大きなNH3/NOxモル比の場合、より大量のアンモニア漏出物が生じる。
【００３８】
本発明においては、発電所10内に、化学薬剤添加システム40が、SCRおよび/またはSNCR反応器14および16の下流に配置され、化学薬剤酸化によって、望ましくないアンモニア漏出物を除去するようになっている。化学薬剤添加システム40は、アンモニア酸化剤大まかに言えば化学薬剤を煙道ガスに添加して、アンモニアが排気筒32を出る前に、排気ダクト22内に配置されたアンモニア酸化帯域42内で過剰のアンモニアを酸化する。
【００３９】
１つの実施形態においては、化学薬剤添加システム40は、煙道ガスが排気ダクト22を通過するときに、化学薬剤を煙道ガス内に噴霧またはその他のやり方で分散させるように配置された化学薬剤噴霧システムを有する。好ましくは、化学薬剤添加システム40は、化学薬剤を希薄溶液噴霧の形で煙道ガス流に加える。化学薬剤は、好ましくは、水その他の溶媒(solute)に、約2〜30％より好ましくは約5〜20%の濃度で、溶解または懸濁させられる。化学薬剤添加システム40が煙道ガス内に噴射するアンモニア酸化剤の量は、アンモニア漏出物の量、必要なアンモニア濃度の低下、ならびに、発電所および煙道ガスに特異的なシステムパラメータ、たとえば煙道ガスダクト22の寸法、煙道ガス流量と流速、煙道ガス温度、およびSCR反応器16と空気予熱器24との間のガス滞留時間、に応じて選択される。化学薬剤を含む水は、高圧下でポンプ供給され、適当な輸送管46によって、SCR反応器16の出口領域44に送られる。次に、化学薬剤を含むこの水は、噴霧ノズル48を用いて煙道ガスダクト22内に噴霧される。噴霧ノズル48の数、位置、および配置は、発電所10の規模と配置(orientation)に依存し、発電所の規模その他の設計および作業パラメータの関数である。
【００４０】
化学薬剤は、好ましくは、塩素、次亜塩素酸、および類似のハロゲン酸化剤、たとえばフッ素および臭素化合物関連のもの、から成るグループに属する。ある実施形態においては、化学薬剤は、次亜塩素酸カルシウム(Ca(OCl)2)、次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)、次亜塩素酸リチウム(LiOCl)、トリクロロ-s-トリアジントリオン(トリクロル(trichlor))、その他の形の次亜塩素酸イオン(OCl−)含有酸化剤である。塩素ガスも、固体および液体ハロゲン含有酸化剤および酸化性化合物の代わりに使用することができる。ここで使用する次亜塩素酸イオン含有酸化剤という言葉は、次亜塩素酸イオン成分を含むか、または水に添加するとそのような成分を生じる化合物を示すのに使用する。たとえば、トリクロル化合物は、水添加により次亜塩素酸およびシアヌル酸を生じる。高pHにおいては、次亜塩素酸はイオン化して、次亜塩素酸イオンを生じる。化学薬剤は、好ましくは、ある煙道ガス温度と特定の作業条件において、気相で、アンモニアを酸化することのできる化合物から選択する。また、好ましくは、化学薬剤は、アンモニアの酸化の副反応によって、有意の量の付加的窒素酸化物を生じないようなものとする。
【００４１】
好ましくは、化学薬剤添加システム40の添加速度は、化学薬剤酸化によって、SCR反応器の下流の煙道ガスの状態のもとで、アンモニア漏出物を、約10 ppm以下、好ましくは約5 ppm以下、さらに好ましくは約2 ppm以下の濃度に減少させるのに十分なものとする。
【００４２】
実施においては、化学薬剤添加システム40は、発電所10において、窒素酸化物の還元のための一次触媒(primary catalyst)を含む選択接触還元剤としてアンモニアを使用する煙道ガス中のアンモニア除去のための手段として使用される。この方法は、好ましくは、SNCRおよび/またはSCR 14、16反応器の一部として、窒素酸化物を還元するために、過剰のアンモニアを煙道ガスに添加することを含む。アンモニア酸化剤は、煙道ガス中の残留アンモニアを減少させるために選択され、化学薬剤添加システム40によって排気ダクト22に加えられ、SCRおよび/またはSNCR反応器14、16の下流にアンモニア酸化帯域42が形成されるようにする。この酸化剤は、放出される煙道ガス中のアンモニア濃度を必要なレベル好ましくは5 ppm以下に低下させるのに十分な量だけ添加される。
【００４３】
本発明をさらに十分に理解できるように、以下いくつかの実施例について述べる。これらは、単に本発明を説明するためだけのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００４４】
アンモニア含有高温空気流に希薄次亜塩素酸カルシウム薬剤を噴射して、両流を一緒に加熱反応帯域を通過させた。反応帯域の出口で残留アンモニア濃度を測定して、除去百分率を決定した。この実験に使用したガス濃度は、酸素(21 vol%、乾燥)、窒素(79 vol%、乾燥)、およびアンモニア(実測酸素百分率において、〜20 ppmvd)である。次亜塩素酸カルシウムを、反応帯域の前で、希薄溶液として噴射した。噴射速度は、薬剤中の塩素とガス流中のアンモニアとの化学量論比にもとづいて決定した。反応温度は、SCRの下流の状態を代表するように選択した。流量、空間速度、滞留時間、および反応帯域容積は、すべて互いに依存し、これらのパラメータの各々は、各実験開始前に指定した。試験条件をまとめて下記の表１に示す。
試験条件
【表１】
2008512243.tif 000002
【００４５】
すべてのサンプル系列、反応器、その他を、表１に示す実験温度に保った。MKS-FTIRアンモニア分析器からのデータを、実時間グラフ表示のためにパソコンに送った。
【００４６】
次亜塩素酸カルシウムを、噴霧器を用いて噴射した。この噴霧ノズル装置を使用して、大きな表面積と大きな蒸発速度とを与える小さな液滴が生成されるようにした。アンモニア含有ガス流内に噴射する次亜塩素酸カルシウムの量は、二つのやり方で制御した。使用する薬剤溶液の濃度を増大または減少させて変動が起こるようにすることができ、または噴霧器の液体流量を制御することができる。0.5、1、および10 wt％の溶液を使用し、液体流量2および5.5 ml/minを試験した。これらの変数値により、化学量論比10、20、150、および550を得た。
データ/結果
【００４７】
次亜塩素酸カルシウム剤の代わりに脱イオン水を使用して基準値の測定を実施した。液体流量は、各試験の前に引出し(drawdown)を実施して確認した。基準値測定は、実験を実施する各試験条件実現の前後に実施した。この実験において、全部で九つの試験条件を実現した。変数は、温度および塩素対アンモニアの化学量論比である。温度は、反応帯域を有する炉の内部に配置した熱電対によって測定した。化学量論比は、流量と次亜塩素酸カルシウムの濃度とを調節することによって制御した。試験条件をまとめて下記の表２に示す。
試験条件
【表２】
2008512243.tif 000003
【００４８】
各試験条件に関して基準値を決定したあと、水噴射を次亜塩素酸カルシウム噴射に変えた。ふたたび、引出し法により液体流量を測定した。十分な量のデータを収集し、システムが平衡に達したあと、入口および出口アンモニア濃度から除去百分率を計算した。この除去百分率を図２に示す。
【００４９】
これからわかるように、ここで開示した方法は有効である。この方法は、煙道ガス中の窒素酸化物を減少させて放出物を少なくするのに大量のアンモニアが使用できるからである。さらに、アンモニア漏出物の量が減少するので、飛散灰をセメントとの混合によりコンクリートへの添加剤として使用することができる。
【００５０】
以上、本発明を実施するのに最適のやり方と、これを製造し、使用するやり方およびプロセスとについて述べた。しかし、本発明は、前述のものを変形し、代替構成に変えて、完全に同等のものとすることもできる。したがって、本発明は、ここで開示した特定実施形態に限定されるものではない。逆に、本発明には、本発明の対象を詳細かつ明確に主張する特許請求の範囲によって一般的に表現される本発明の意図と範囲内に含まれるすべての変形と代替構成とが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】化学薬剤添加システムを有する発電所の模式図である。
【図２】代表的化学薬剤添加システムにおけるアンモニア除去百分率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
10  化石燃料燃焼発電所
12  炉
14  SNCR反応器
16  SCR反応器
22  排気ダクト
24  空気予熱器
26  送風機
28  取入れダクト
30  清浄化装置
32  排気筒
34  アンモニア添加システム
40  化学薬剤添加システム
42  アンモニア酸化帯域
44  16の出口領域
46  輸送管
48  噴霧ノズル
【図１】
2008512243.tif 000004
【図２】
2008512243.tif 000005
【国際調査報告】
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