(57)【要約】【課題】ＳＯ２、ＮＯ２濃度を下げると共に、脱硫、脱硝触媒の劣化を防ぎ、大きな触媒でも偏りなく制御可能とする。【解決手段】センサチップ１と対で設けられる制御装置が、脱硫、脱硝触媒のガスの流速方向と垂直な断面に設けられた複数のセンサチップによって管理される管理領域毎に、脱硫、脱硝触媒の制御を行う。また、各々のセンサチップから得られる信号を演算することによって得られる制限脱硝率と、脱硝率とを比較することにより初段脱硝触媒の寿命予測を行う。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱硫触媒のガスの流速方向と垂直な断面に設けられた複数のセンサチップと、
前記複数のセンサチップによって管理される管理領域毎に、前記脱硫触媒の制御を行う前記センサチップと対で設けられる制御装置と、
を備えることを特徴とする排煙処理装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記センサチップにより計測される風速とＳＯ２濃度によって散水量を制御する脱硫制御手段、を備えることを特徴とする請求項１に記載の排煙処理装置。
【請求項３】
脱硝触媒のガスの流速方向と垂直な断面に設けられた複数のセンサチップと、
前記複数のセンサチップによって管理される管理領域毎に、前記脱硝触媒の制御を行う前記センサチップと対で設けられる制御装置と、
を備えることを特徴とする排煙処理装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記脱硝触媒入り口に設けられたセンサチップにより検知されるガスの流量に従ってＮＯｘ量を演算して前記流量に見合ったＮＨ３の噴射量を指示し、前記脱硝触媒の出口に設けられたセンサチップにより検知されるガス濃度に応じて前記ＮＨ３の噴射量に反映させる脱硝制御手段、を備えることを特徴とする請求項３に記載の排煙処理装置。
【請求項５】
前記脱硝触媒は多段構成から成り、触媒寿命の短い初段触媒の寿命を、前記ＮＨ３の噴射量と、当該ＮＨ３の噴射量から前記触媒中で反応したＮＨ３量の差と前記脱硝触媒の出口のＮＯｘ量とを加算した値の比である制限脱硝率と、前記脱硝触媒で反応したＮＨ３量を、前記ＮＨ３の噴射量から前記脱硝触媒中で反応したＮＨ３量の差と前記脱硝触媒の出口のＮＯｘ量とを加算した値で除算して得られる脱硝率とを比較することにより判断すること、を特徴とする請求項３または４に記載の排煙処理装置。
【請求項６】
前記センサチップとして更に複数の流速センサを用い、前記流速センサによって計測される流速が煤塵のためにあらかじめ定義される閾値以下になったときに警告を発することを特徴とする請求項３に記載の排煙処理装置。
【請求項７】
脱硫触媒もしくは脱硝触媒のガスの流速方向と垂直な断面に制御装置を含む複数のセンサチップを設け、
前記複数のセンサチップによって管理される管理領域毎に、前記それぞれの触媒の制御を行うこと、を特徴とする排煙処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、火力プラントに用いて好適な、排煙処理装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球の温暖化防止や酸性雨による森林等の環境破壊の防止、さらには、ごみ焼却施設からの有毒ダイオキシンの排出抑制等に対して一般社会の注目が集まっている。その関連情報の増大に伴い、火力プラント等から排出されるガスに対する関心が高まり、その認識もより正確なものとなっている。
この社会認識の高まりにつれ、火力プラント関連企業への社会的責任が強く求められ、社会現象にもなっている公害防止対策のために、排煙処理装置の設置が必須となっている。排煙処理の一つは脱硝装置であり、排ガスが煤塵、硫黄を含む場合は脱硫装置、煤塵装置もその一つとなる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２７２３６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した脱硫装置は、活性炭素繊維のハニカム成型体の下から排ガスを、また、上から水を散布し、脱硫媒体上でＳＯ２をＳＯ３に酸化させ、水溶して硫酸として回収する装置であり、脱硫触媒の水詰まりが脱硫触媒の劣化を招くといった欠点を有していた。
一方、脱硝装置は、ハニカム上に成型した脱硝触媒中に排ガスとアンモニアガスを混合して導入し、ＮＯとアンモニアを反応させて窒素に分解して脱硝する装置であり、脱硝性確保のため、排ガス中のＮＨ３濃度の均一化と脱硝触媒を通過する燃焼ガスの流速分布の一様化を必要とする。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、脱硫または脱硝触媒の流速方向と垂直な断面に複数のセンサチップと、これと対の制御装置を設け、センサチップの管理領域毎に制御装置からそれぞれの触媒を制御することで、ＳＯ２濃度を減少させるのは勿論のこと、脱硫、脱硝触媒の劣化を防ぎ、大きな触媒でも偏りなく制御可能とした、排煙処理装置およびその方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために本発明は、脱硫触媒のガスの流速方向と垂直な断面に設けられた複数のセンサチップと、前記複数のセンサチップによって管理される管理領域毎に、前記脱硫触媒の制御を行う前記センサチップと対で設けられる制御装置とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、センサチップと対で設けられる制御装置が、脱硫触媒のガスの流速方向と垂直な断面に設けられた複数のセンサチップによって管理される管理領域毎に、脱硫触媒の制御を行うことで、大きな脱硫触媒でも偏りのない制御を実現することができる。
【０００７】
また、本発明において、前記制御装置は、前記センサチップにより計測される風速とＳＯ２濃度によって散水量を制御する脱硫制御手段、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、脱硫制御手段が、センサチップにより計測される風速とＳＯ２濃度によって散水量を制御することで、ＳＯ２の低減をはかながら触媒の目詰まり防止をはかり、結果的に触媒劣化の影響をリカバーすることができる。
【０００８】
上記した課題を解決するために本発明は、脱硝触媒のガスの流速方向と垂直な断面に設けられた複数のセンサチップと、前記複数のセンサチップによって管理される管理領域毎に、前記脱硝触媒の制御を行う前記センサチップと対で設けられる制御装置とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、センサチップと対で設けられる制御装置が、脱硝触媒のガスの流速方向と垂直な断面に設けられた複数のセンサチップによって管理される管理領域毎に、脱硝触媒の制御を行うことで、大きな脱硝触媒でも偏りのない制御を実現することができる。
【０００９】
また、本発明において、前記制御装置は、前記脱硝触媒入り口に設けられたセンサチップにより検知されるガスの流量に従ってＮＯｘ量を演算して前記流量に見合ったＮＨ３の噴射量を指示し、前記脱硝触媒の出口に設けられたセンサチップにより検知されるガス濃度に応じて前記ＮＨ３の噴射量に反映させる脱硝制御手段、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、脱硝制御手段が、脱硝触媒入り口に設けられたセンサチップにより検知されるガスの流量に従ってＮＯｘ量を演算してその流量に見合ったＮＨ３の噴射量を指示し、また、脱硝触媒の出口に設けられたセンサチップにより検知されるガス濃度に応じてＮＨ３の噴射量に反映させることで、排ガス中のＮＨ３濃度の均一化と脱硝触媒を通過する燃焼ガスの流速分布の一様化を実現でき、脱硝性を確保できる。
また、ＳＯｘの共存する実排ガス環境下では、ＳＯｘとＮＨ３が反応して生成する硫酸アンモニウムが触媒表面に付着し、ガス流路の閉塞などの問題を生じるため、ＮＨ３の添加は必要十分の量にする必要がある。
【００１０】
また、本発明において、前記脱硝触媒は多段構成から成り、触媒寿命の短い初段触媒の寿命を、前記ＮＨ３の噴射量と、当該ＮＨ３の噴射量から前記触媒中で反応したＮＨ３量の差と前記脱硝触媒の出口のＮＯｘ量とを加算した値の比である制限脱硝率と、前記脱硝触媒で反応したＮＨ３量を、前記ＮＨ３の噴射量から前記脱硝触媒中で反応したＮＨ３量の差と前記脱硝触媒の出口のＮＯｘ量とを加算した値で除算して得られる脱硝率とを比較することにより判断すること、を特徴とする。
本発明によれば、各々のセンサチップから得られる信号を演算することによって得られる制限脱硝率と、脱硝率とを比較することにより初段脱硝触媒の寿命予測を行うことにより、閉塞防止、装置寿命の延命化につながる。
【００１１】
また、本発明において、前記センサチップとして更に複数の流速センサを用い、前記流速センサによって計測される流速が防塵のためにあらかじめ定義される閾値以下になったときに警告を発することを特徴とする。
本発明によれば、石炭ガスでは煤塵による触媒目詰まりの可能性があるため、流速センサチップでこれを検出することにより、煤塵対策も可能となる。
【００１２】
上記した害を解決するために本発明は、脱硫触媒もしくは脱硝触媒のガスの流速方向と垂直な断面に制御装置を含む複数のセンサチップを設け、前記複数のセンサチップによって管理される管理領域毎に、前記それぞれの触媒の制御を行うこと、を特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、火力プラントにおけるボイラーやダクト周りのセンサ配置を説明するために引用した図である。ここでは、排煙処理装置として、脱硝装置のみが示されている。
図１において、１は、センサチップ、２は、ノズル（流量調整弁）、３は、触媒である。センサチップ１は、制御装置も含み、中央の排煙処理装置１０とは無線により情報通信が行なわれる。
ところで、脱硝装置の場合は、ハニカム状に成型した脱硝触媒３中に排ガスとアンモニアガスを混合して導入し、ＮＯとアンモニアを反応させて窒素に分解して脱硝させる。ハニカムは、通常複数段積み重ねて使用される。ここでは、ハニカムとハニカムの間にアンモニアを注入するための配管を設け、更に複数のノズル２を設け、それぞれにセンサ本体として、ＮＯセンサ、またはアンモニアセンサと、ガス流速センサが実装される。また、センサチップ１出力によりアンモニア添加量を制御するための機構が取り付けられている（図示せず）。すなわち、センサチップ１は、脱硝触媒のガスの流速方向と垂直な断面に複数設けられている。
【００１４】
なお、図示していないが、脱硫触媒として活性炭素繊維を使った脱硫装置の場合は、活性炭素繊維のハニカム成型体の下から排ガス、上から水を散布し、触媒上でＳＯ２をＳＯ３に酸化させ、水溶して硫酸として回収する。
そのため、装置上部に複数のノズルを設け、それぞれのノズルに、ＳＯ２センサまたはガス流速センサが取り付けられ、また、これらセンサ出力により散水量を制御するための機構が取り付けられている。なお、ノズルの配置は、例えば、反応塔が角柱の場合は、格子状に、円柱の場合は、同心円上に放射状に配置することとする。また、ここでもセンサチップ１は、脱硫触媒のガスの流速方向と垂直な断面に複数設けられる。
【００１５】
図２は、本発明の排煙処理装置の内部構成を機能展開して示したブロック図である。ここでは、排煙処理装置１０として、脱硫制御部１０１と、脱硝制御部１０３と、煤塵制御部１０５が例示されている。
上記した脱硫制御部１０１と、脱硝制御部１０３は、複数のセンサチップ１によって管理される管理領域毎に、脱硫、脱硝触媒の制御を行う。具体的に、脱硫制御部１０１は、センサチップ１により計測される風速とＳＯ２濃度によって散水注入ノズル２１を介して散水量を制御する。また、散水量は、テーブル（ＴＢＬ１）１０６、テーブル（ＴＢＬ２）１０７によって制御される。詳細は後述する。
【００１６】
一方、脱硝制御部１０３は、脱硝触媒３の入り口に設けられたセンサチップ１により検知されるガスの流量に従ってＮＯｘ量を演算し、ＮＨ３注入ノズル２２に流量に見合ったＮＨ３の噴射量の噴射を指示し、脱硝触媒３の出口に設けられたセンサチップ１により検知されるガス濃度に応じてＮＨ３の噴射量に反映させる。
また、脱硝触媒寿命判断部１０４は、複数段積み重ねられた脱硝触媒のうち、触媒寿命の短い初段触媒の寿命を、ＮＨ３の噴射量と、当該ＮＨ３の噴射量から脱硝触媒中で反応したＮＨ３量の差と脱硝触媒３の出口のＮＯｘ量とを加算した値の比である制限脱硝率と、脱硝触媒で反応したＮＨ３量を、ＮＨ３の噴射量から脱硝触媒中で反応したＮＨ３量の差と脱硝触媒３の出口のＮＯｘ量とを加算した値で除算して得られる脱硝率とを比較することにより判断する。
【００１７】
煤塵制御部１０５は、センサチップ１として更に複数の流速センサを用い、この流速センサによって計測される流速が煤塵のためにあらかじめ定義される閾値以下になったときに警告を発する。
【００１８】
図３は、脱硫制御についての動作を説明するために引用したフローチャートであり、図４（ａ）にＴＢＬ１、図４（ｂ）にＴＢＬ２の構成例が示されている。散水量は、ＴＢＬ１（１０６）、ＴＢＬ２（１０７）によって制御されることは上記した通りである。具体的に、脱硫制御装置１０１は、センサチップ１を介して風速、温度、ガス濃度を計測している（Ｓ３１）。ここで、ＳＯ２濃度と、設定された閾値とを比較し（Ｓ３２）、ＳＯ２濃度（α）が所定の閾値（β）を下まわった場合に、ＴＢＬ１（１０６）に基づく水の噴射量制御を行う（Ｓ３３）。通常、ＳＯ２濃度が高い場合には、散水量を増加させて反応効率を上げてＳＯ２濃度を下げる。散水量は、風速とＳＯ２濃度によって変化させる必要がある。すなわち、風速が大でＳＯ２濃度が高い場合は散水量を増やし、風速が低い場合は、散水量が多すぎてガス流が閉塞した可能性があるため散水量を減少させる。ここでは、図４（ａ）に風速とＳＯ２の関係が示されるように、風速が小さく、ＳＯ２の量が少なく検出されたときは水を少なめに噴射し、風速が大きく、ＳＯ２量が少ない場合は、水の噴射量を増加すべく、水注入ノズル２２を制御する。
【００１９】
一方、ＳＯ２濃度（α）が所定の閾値（β）を越えた場合、または風速が一定値以下になった場合に、ＴＢＬ２に基づく水の散水制御を行う（Ｓ３４）。
すなわち、風速が大でＳＯ２濃度が閾値（β）を越えた場合は散水量を増やす。風速が小で、かつ、ＳＯ２濃度が閾値（β）を越える場合は、触媒活性が低下しているため、反対に散水量を一定値まで減少させる。なお、風速が一定値以下の場合は、散水量が多すぎてガス流速が閉塞した可能性があるため散水量を減少させる。散水量を減らしてもガス流速が回復しない場合は、煤塵等の異物で詰まったものと考えられるため、一定の散水量を維持する。
なお、散水量を増加させてもＳＯ２濃度が減少しない場合は、触媒活性が低下しているため、反対に散水量を一定値まで減少させる。
【００２０】
図５は、本発明の排煙処理装置１０における脱硝制御部１０３の動作を説明するために引用したフローチャートである。
まず、脱硝触媒入り口に設けられたセンサチップ１により、ＮＯｘ量、温度、流量を計測する（Ｓ５１）。ここで、計測されるガスの流量に従ってＮＨ３量を演算し、その流量に見合ったＮＨ３の噴射量を指示する（Ｓ５２）。そして、脱硝触媒の出口に設けられたセンサチップ１により検知されるガス濃度をＮＨ３の噴射量に反映させるためにフィードバックして調整する（Ｓ５３、Ｓ５４）。
すなわち、ＮＯ濃度が高い場合には、アンモニア量を増加させて反応効率を上げてＮＯ濃度を下げる。また、アンモニア量を増加させてもＮＯ濃度が減少しない場合は、触媒活性が低下しているため、反対にアンモニア量を一定位置まで減少させる。更に、アンモニア濃度が高い場合は、前段でのアンモニアに余剰があるため、アンモニア添加量を減少させる。ガス流量センサで計測される流量が少ないところは、ＮＯの総流通量も減少するのでアンモニアの添加量（流量に比例）を減らす。
なお、ガス流量減は、ハニカムの閉塞等異常の可能性があるため、アラームを発し、一定数のノズルに設けたセンサチップからアラームが出た場合は触媒を交換する。
【００２１】
図６に、脱硝制御部１０３による脱硝触媒の寿命予測のための処理がフローチャートで示されている。
脱硝触媒は多段構成から成ることは上記したとおりであり、ここでは、触媒寿命の短い入り口の初段脱硝触媒についての寿命予測について述べる。この寿命予測は、脱硝触媒寿命判断部１０４により実践される。
ここでは、まず、入り口のセンサチップ１によりＮＨ３量を計測し、出口のセンサチップ１によりＮＨ３とＮＯｘの量を計測する（Ｓ６１、Ｓ６２）。
次に、初段脱硝触媒で反応したＮＨ３量を、ＮＨ３の噴射量から初段脱硝触媒中で反応したＮＨ３量の差と初段脱硝触媒の出口のＮＯｘ量とを加算した値で除算して得られる脱硝率を演算して求める（Ｓ６４）。また、ここで計測されたＮＨ３の噴射量と、当該ＮＨ３の噴射量から初段脱硝触媒中で反応したＮＨ３量の差と脱硝触媒の出口で計測したＮＯｘ量とを加算した値との比である制限脱硝率を求める（Ｓ６５）。そして脱硝率（σ）と制限脱硝率（δ）を比較することにより、脱硝率が制限脱硝率よりも大のときに触媒の寿命と判断し、アラーム等発する。このことにより、初段脱硝触媒の寿命が自動的にわかる。
【００２２】
図７に、煤塵制御部１０５による煤塵対応処理がフローチャートで示されている。
ここでは、センサチップ１として、更に複数の流速センサを用いる。この流速センサによってガスの流速を計測し（Ｓ７１）、当該流速センサによって計測される流速と、煤塵のためにあらかじめ定義される閾値γとを比較する（Ｓ７２）。ここで閾値以下になったときに、煤塵による触媒領域の目詰まりと判断され、メンテナンス記録を残すと共に警告を発する（Ｓ７３）。
【００２３】
以上説明のように本発明は、脱硫または脱硝触媒の流速方向と垂直な断面に複数のセンサチップと、これと対の制御装置を設け、センサチップの管理領域毎に制御装置からそれぞれの触媒を制御することで、脱硫触媒の劣化を防ぎ、大きな触媒でも偏りなく制御を可能とするものである。
なお、図２に示す脱硫制御部１０１、脱硝制御部１０３、脱硝触媒寿命判断部１０４、煤塵制御部１０５のそれぞれで実行される手順をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本発明の排煙処理装置が実現されるものとする。ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものである。
【００２４】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のシステムやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００２５】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００２６】
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明のように本発明によれば、センサチップと対で設けられる制御装置が、脱硫、脱硝触媒のガスの流速方向と垂直な断面に設けられた複数のセンサチップによって管理される管理領域毎に、脱硫、脱硝それぞれの触媒の制御を行うことで、大きな触媒であっても偏りのない制御を実現することができる。
また、センサチップにより計測される風速とＳＯ２濃度によって散水量を制御することで、ＳＯ２の低減をはかりながら触媒の目詰まり防止をはかり、結果的に触媒劣化の影響をリカバーすることができる。更に、脱硝触媒入り口に設けられたセンサチップにより検知されるガスの流量に従ってＮＯｘ量を演算してその流量に見合ったＮＨ３の噴射量を指示し、また、脱硝触媒の出口に設けられたセンサチップにより検知されるガス濃度に応じてＮＨ３の噴射量に反映させることで、排ガス中のＮＨ３濃度の均一化と脱硝触媒を通過する燃焼ガスの流速分布の一様化を実現でき、脱硝性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】火力プラントにおけるボイラーやダクト周りのセンサ配置を説明するために引用した図である。
【図２】本発明の排煙処理装置の内部構成を機能展開して示したブロック図である。
【図３】本発明の排煙処理装置としての脱硫制御部の動作を説明するために引用したフローチャートである。
【図４】脱硫制御において使用されるテーブルの構成を説明するために引用した図である。
【図５】本発明の排煙処理装置としての脱硝制御部の動作を説明するために引用したフローチャートである。
【図６】脱硝制御部による脱硝触媒の寿命予測のための処理をフローチャートで示した図である。
【図７】煤塵制御部による煤塵対応処理をフローチャートで示した図である。
【符号の説明】
１…センサチップ、２…ノズル、２１…散水注入ノズル、２２…アンモニア注入ノズル、３…触媒（脱硫触媒、脱硝触媒）、１０１…脱硫制御部、１０３…脱硝制御部、１０４…脱硝触媒寿命判断部、１０５…煤塵制御部、１０６…テーブル（ＴＢＬ１）、１０７…テーブル（ＴＢＬ２）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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