(57)【要約】【課題】還元剤の注入分布状態を、実際に運用されている注入分布状態をベースにしてより適切な還元剤の注入分散状態に調整することができる還元剤注入調整機能付排煙脱硝装置および排煙脱硝方法を提供する。【解決手段】反応器と、反応器入口ダクトと、反応器出口ダクトと、還元剤注入装置とを備えた排煙脱硝装置において、前記入口ダクトの断面を複数に区画し、各区画毎に還元剤量を調整する還元剤注入調整手段と、前記出口ダクトの断面を該入口ダクトの断面の各区画と排ガス流線に対応させて複数に区画し、該出口ダクトの各区画出口ＮＯｘ濃度検出手段と、該各代表点のＮＯｘ濃度平均値検出手段と、該各区画のＮＯｘ濃度が該平均値となるように前記入口ダクトの各区画に供給する還元剤量を算出する演算器とを設けた還元剤注入調整機能付排煙脱硝装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤の存在下に排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する反応器と、該反応器に排ガスおよび還元剤を供給する入口ダクトと、該反応器で処理された排ガスを系外に排出する出口ダクトと、前記入口ダクトに還元剤を供給する還元剤注入装置とを備えた排煙脱硝装置において、前記入口ダクトの断面を複数に区画し、該入口ダクトに注入する還元剤量を各区画毎に調整する還元剤注入調整手段を設けるとともに、前記出口ダクトの断面を該入口ダクトの断面の各区画と排ガスの流線に沿って対応するように複数に区画し、該出口ダクトの各区画の代表点の出口ＮＯｘ濃度を検出する手段と、該各代表点のＮＯｘ濃度の平均値を検出する手段と、該検出された各区画のＮＯｘ濃度が該検出されたＮＯｘ濃度平均値となるように前記入口ダクトの各区画に供給する還元剤量を算出する演算器とを設け、該演算器により算出された各区画毎の還元剤量を前記還元剤注入調整手段によりそれぞれ調整して前記入口ダクトに供給するようにしたことを特徴とする還元剤注入調整機能付排煙脱硝装置。
【請求項２】
前記還元剤注入調整手段が、開度ロック機能を備えた制御弁であることを特徴とする請求項１記載の還元剤注入調整機能付排煙脱硝装置。
【請求項３】
脱硝触媒を備えた反応器の入口ダクトに還元剤を注入し、排ガスとともに該反応器に導いて該排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する排煙脱硝方法において、該入口ダクトの断面を複数に区画するとともに、該反応器の出口ダクトの断面を該入口ダクトの断面の各区画と排ガスの流線に沿って対応するように複数に区画し、該出口ダクトの各区画の代表点の出口ＮＯｘ濃度および各代表点のＮＯｘ濃度の平均値を検出し、該検出された各区画のＮＯｘ濃度が該検出された平均値となるように、前記入口ダクトの各区画に供給する還元剤量を自動的または手動操作により調整することを特徴とする排煙脱硝方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は還元剤注入調整機能付排煙脱硝装置に関し、特に石炭焚きボイラ排ガスなどのように排ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）、ダスト、硫黄酸化物などを含むダーティ排ガスの処理に好適な還元剤注入調整機能付排煙脱硝装置および排煙脱硝方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、排煙脱硝装置が設置されたプラントの一般的な系統図である。
図７において、ボイラ等の排ガス発生源１から排出された排ガスは、反応器入口ダクト４から触媒６を備えた反応器５に導入される。ここで、排ガス中のＮＯｘ濃度に見合った還元剤（ここではＮＨ３  ガスを使用）がＮＨ３  注入管２およびＮＨ３  注入ノズル３を経て反応器入口ダクト４内に注入される。排ガス中のＮＯｘは反応器５内の触媒６の働きにより無害な窒素（Ｎ２  ）ガスと水蒸気（Ｈ２  Ｏ）に分解され、反応器出口ダクト７を介して必要に応じて空気予熱器８で熱回収され、さらに必要に応じて脱硫装置９を経て煙突１０より大気に排出される。
前記ＮＨ３  注入ノズル３から注入されるＮＨ３  ガス量は、試運転時に、反応器入口ダクト４内のＮＯｘ濃度分布またはガス流速分布（すなわち触媒層に流入するＮＯｘ量分布）に見合うＮＨ３  注入分布となるように調整される。このＮＨ３  注入分布の調整をより容易に行うため、またはよりＮＯｘ流入量の分布に見合うＮＨ３  量の調整が可能な設備とすべく、各種のＮＨ３  注入装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８には、従来のＮＨ３  注入装置の概略図を示した。この装置では、反応器入口ダクト４内のＮＨ３  注入量分布を、該反応器入口ダクト４内のＮＯｘ流入量分布に応じて、外部に設置されたＮＨ３  調整弁１７、２１の操作により自在に調整できる構造としている。すなわち、図８において、ＮＨ３  配管１５から供給されたＮＨ３  ガスは、希釈空気ファン１３により供給された空気と混合器１６で混合された後、各調整弁１７、２１に送り出される。ＮＨ３  調整弁１７は６つの系統１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５および１７−６に区画され、それぞれオリフィル１８、ＮＨ３  注入管１９および多数の吹出しノズル２０と連設され、またＮＨ３  調整弁２１は２つの系統２１−１および２１−２に区画され、それぞれオリフィス２２、ＮＨ３  注入管２３および多数の吹出しノズル２４で連設され、各吹出しノズル２０、２４からＮＨ３  ガス量が調整されて反応器入口ダクト４内に供給される。
【０００４】
しかしながら、上記従来の装置では、プラントの連続運用において経時的に各ＮＨ３  吹出しノズルから吹き出されるＮＨ３  ガス量が変化したり、ボイラの燃焼状態変化によりＮＯｘ濃度の分布が変化した場合に対応するＮＨ３  注入量の制御は考慮されていなかった。
従って、このように経時的に反応器入口ダクト４内のＮＨ３  分散状態にアンバランスが生じた場合は、反応器入口および出口のＮＯｘ濃度を仮設計器にてトラバース測定し、必要に応じてＮＨ３  調整弁１７、２１を試行錯誤的に開閉操作することによりＮＨ３  の分散調整を行う必要があった。
しかし、プラントの運用条件は長期間一定に保って運転する必要があるのに対して、このＮＨ３  分散調整作業には反応器出入口での排ガス分析、バルブ操作等に人手、費用、時間が必要であるため、プラントの運転を止めてこれらの作業を行うことが容易でなく、やむを得ず、ＮＨ３  の分散状態の悪い状態で継続運用されているのが実態であった。
【０００５】
また、従来技術では、反応器入口ダクトに注入するＮＨ３  の分散調整は、ボイラから排出されるＮＯｘ量分布に基づいて調整されているが、調整されるプラントの条件は、プラント建設直後のＮＨ３  注入装置がクリーンな状態で調整されている。
しかし、その後、ボイラ燃焼調整または燃焼状態が経時変化する等により反応器入口ダクト内のＮＯｘ分布に変化が生じる場合がある。また、ＮＨ３  注入ノズルへの灰付着や注入管内部への錆び等の発生による各注入ノズルの吹き出し特性が経時的に変化するため、経時的にみた場合、必ずしも最適なＮＨ３  注入分布が保持されず、ＮＨ３  注入分布のアンバランスが生じていた。
また、最近は規制緩和の一環として、火力プラントの定期検査から次の定期検査までの期間が長くなってきていることから、上記した経時的なＮＨ３  注入分布のアンバランス傾向がより顕著となり、装置運用上、大きな問題となる場合があった。
【０００６】
【特許文献１】
特許第１２７０５８４号明細書（特開昭５３−６７１６２号公報）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、還元剤の注入分布状態を、実際に運用されている注入分布状態をベースにした、より適切な還元剤の注入分散状態に調整することができる還元剤注入調整機能付排煙脱硝装置および排煙脱硝方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、▲１▼反応器の入口および出口ダクトの断面に複数に分割した断面を想定し、その出口ダクトの各断面部分にＮＯｘ検出器を設けて各々のＮＯｘ濃度およびその平均ＮＯｘ濃度を検出し、▲２▼上記入口および出口ダクトの断面は、排ガス流れの流線に対応させて分割し、▲３▼かつ分割された入口ダクトの各断面に還元剤注入量調整機能を有するＮＨ３  注入管系統をブロック化して設け、上記検出したＮＯｘ濃度から算出される適切な還元剤量を各ブロック毎に調整して注入することにより、上記課題を達成できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本願で特許請求される発明は以下の通りである。
【０００９】
（１）還元剤の存在下に排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する反応器と、該反応器に排ガスおよび還元剤を供給する入口ダクトと、該反応器で処理された排ガスを系外に排出する出口ダクトと、前記入口ダクトに還元剤を供給する還元剤注入装置とを備えた排煙脱硝装置において、前記入口ダクトの断面を複数に区画し、該入口ダクトに注入する還元剤量を各区画毎に調整する還元剤注入調整手段を設けるとともに、前記出口ダクトの断面を該入口ダクトの断面の各区画と排ガスの流線に沿って対応するように複数に区画し、該出口ダクトの各区画の代表点の出口ＮＯｘ濃度を検出する手段と、該各代表点のＮＯｘ濃度の平均値を検出する手段と、該検出された各区画のＮＯｘ濃度が該検出されたＮＯｘ濃度平均値となるように前記入口ダクトの各区画に供給する還元剤量を算出する演算器とを設け、該演算器により算出された各区画毎の還元剤量を前記還元剤注入調整手段によりそれぞれ調整して前記入口ダクトに供給するようにしたことを特徴とする還元剤注入調整機能付排煙脱硝装置。
（２）前記還元剤注入調整手段が、開度ロック機能を備えた制御弁であることを特徴とする（１）記載の還元剤注入調整機能付排煙脱硝装置。
【００１０】
（３）脱硝触媒を備えた反応器の入口ダクトに還元剤を注入し、排ガスとともに該反応器に導いて該排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する排煙脱硝方法において、該入口ダクトの断面を複数に区画するとともに、該反応器の出口ダクトの断面を該入口ダクトの断面の各区画と排ガスの流線に沿って対応するように複数に区画し、該出口ダクトの各区画の代表点の出口ＮＯｘ濃度および各代表点のＮＯｘ濃度の平均値を検出し、該検出された各区画のＮＯｘ濃度が該検出された平均値となるように、前記入口ダクトの各区画に供給する還元剤量を自動的または手動操作により調整することを特徴とする排煙脱硝方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面により説明する。
図１は、本発明の一実施例を示すＮＨ３  注入調整機能付排煙脱硝装置の概略説明図である。
図１において、排煙脱硝装置は、ＮＨ３  の存在下に排ガス中のＮＯｘを除去する触媒６を備えた反応器５と、反応器５に排ガスおよびＮＨ３  を供給する反応器入口ダクト４と、反応器５で処理された排ガスを系外に排出する反応器出口ダクト７と、前記反応器入口ダクト４の断面をＡゾーン、Ｂゾーン、Ｃゾーンの３つの入口ゾーンに分割し、各入口ゾーンの入口ＮＯｘ検出点２５（２５−１、２５−２、２５−３）から採取した排ガスのＮＯｘ濃度を検出する入口ＮＯｘ計２９と、各入口ゾーンに注入するＮＨ３  量を後述の演算器３７からの信号に基づいて調整するＮＨ３  制御弁３６（３６−１、３６−２および３６−３）および各入口ゾーンに設置されたＮＨ３  注入管３１（３１−１、３１−２および３１−３）と、反応器出口ダクト７の断面を前記入口ゾーンと排ガスの流線３０（３０−１、３０−２、３０−３）に対応させたＡゾーン、Ｂゾーン、Ｃゾーンの３つのゾーンを想定し、該出口ゾーンの各出口ＮＯｘ検出点３２（３２−１、３２−２、３２−３）から排ガスを採取して各出口ＮＯｘ濃度およびその平均値を検出する出口ＮＯｘ計３５と、各出口ゾーンのＮＯｘ濃度が出口ＮＯｘ濃度の平均値となるように各入口ゾーンに供給するＮＨ３  量をそれぞれ算出する演算器３７とを有する。
【００１２】
ダクト内を複数の区画に分割する方法は、ボイラ（図示せず）の燃焼調整またはアンモニア注入管３１内の錆の発生や注入ノズル部への灰付着等の複合的な要因により経時的にアンモニアの吹出し分布が変化する特性を考慮して行われ、ダクト内断面の分割数（望ましくは３分割以上）や分割形状が決定される。決定された各入口ゾーンの代表的な各位置に入口ＮＯｘ検出点２５−１、２５−２、２５−３が設置される。また前記ＮＨ３  制御弁３６−１、３６−２、３６−３にはそれぞれ開度ロック機能が設けられている。
図２には、図１のＮＨ３  注入部の詳細系統説明図を示した。図２において、図８の従来のＮＨ３  注入装置と異なる点は、６系統に分割されたＮＨ３  調整弁１７の代わりに開度ロック機能を備えた３系統のＮＨ３  制御弁３６−１、３６−２、３６−３を設け、それぞれＡゾーン、ＢゾーンおよびＣゾーンに設置されたＮＨ３  注入管３１−１、３１−２、３１−３を介して各ゾーンに供給するＮＨ３  量の調整を可能にした点である。
上記装置において、まず、反応器入口ダクト４に供給される初期のＮＨ３  の分散調整は、ボイラ排ガスのＮＯｘ流入分布（反応器入口ダクトのＮＯｘ濃度分布）に基づいて行われる。図３は、図１の入口ＮＯｘ濃度の検出系統説明図である。図３において、Ａ、Ｂ、Ｃの各入口ゾーンに設けられた入口ＮＯｘ検出点２５−１、２５−２、２５−３から採取した排ガスをミキサー２７で混合した後、これを入口ＮＯｘ計２９にバルブ２８を介して供給し、排ガスのＮＯｘ濃度が計測され、このＮＯｘ濃度に見合ったＮＨ３  が各入口ゾーンのダクト内に供給されるように各ＮＨ３  制御弁３６−１、３６−２、３６−３の開度が調整され、該開度がロックされて継続した運転が行われる。
【００１３】
装置の継続運転により経時的にＮＨ３  注入分布のアンバランスが崩れ、ＮＯｘ流入分布に対して入口ダクト内に注入されるＮＨ３  注入分布がマッチしない状態となった場合には、下記の操作が行われ、反応器出口ダクト７内の３つの出口ゾーンにおける各出口ＮＯｘ濃度が、出口ＮＯｘ濃度の平均値となるように、対応する各入口ゾーンから注入するＮＨ３  量が算出され、該ＮＨ３  量が各ＮＨ３  注入管３１−１、３１−２、３１−３から供給されるため、経時変化に対して実運用上問題ない、より適切な範囲のＮＨ３  分散調整を行うことが可能となる。
【００１４】
基本的には、反応器入口ダクトに注入するＮＨ３  の分散調整は、反応器出口ＮＯｘ濃度分布がより均一になるように調整される。この理由は仮に反応器出口ＮＯｘ分布にばらつきがある場合、反応器出口ＮＯｘ計の測定値が若干の位置ずれにより大きく影響を受けること、一般的に入口ＮＯｘ濃度のばらつきはその平均濃度に対してばらつき割合が小さいこと等から出口ＮＯｘ濃度を均一に調整することにより、ＮＨ３  注入モル比（ＮＨ３  ／ＮＯｘのモル比）も脱硝性能上問題とならない範囲内のばらつきとなるためである。
このように出口ＮＯｘ濃度をより均一になるよう調整すべく、ＮＨ３  注入装置に対して次のような方法でＮＨ３  の分散状態を較正する。
【００１５】
（ｉ）  反応器出口ダクトの排ガス中のＮＯｘ濃度の平均値を測定する。
具体的には、切替えバルブ３３−１、３３−２、３３−３を閉にし、切替えバルブ３３−４を開にして各出口ＮＯｘ検出点３２−１、３２−２、３２−３から採取した排ガスをミキサー３４で混合した後、これを出口ＮＯｘ計３５に供給して反応器出口ダクト７の平均ＮＯｘ濃度を測定する。
（ｉｉ）その後、Ａゾーンの出口ＮＯｘの検出点３２−１の排ガスのみを出口ＮＯｘ計３５に供給してＡゾーンの反応器出口ＮＯｘ濃度を測定する。そのためには切替えバルブ３３−１のみを開にし、他のバルブ３３−２、３３−３および３２−４を閉にする。
【００１６】
（ｉｉｉ）  （ｉ）  で測定された出口ダクトの排ガスのＮＯｘ濃度の平均値（設定値）と、（ｉｉ）で測定されたＡゾーンの出口ＮＯｘ濃度の信号を演算器３７に導き、該Ａゾーンの出口ＮＯｘ濃度が平均値となるために必要なＮＨ３  量が算出され、算出されたＮＨ３  量が反応器入口ダクト４のＡゾーンに注入されるようにＮＨ３  制御弁３６−１の開度を調整し、この状態が維持されるように制御弁３６−１の開度をロックする。
（ｉｖ）同様の操作をＢゾーンおよびＣゾーンについて行い、それぞれのＮＨ３  制御弁３６−２、３６−３の開度を調整し、その状態が維持されるようにこれらの制御弁の開度をロックする。
（ｖ）  その後、通常運用でＡゾーン、Ｂゾーン、Ｃゾーンの平均ＮＯｘ濃度（平均値）を用いた運用モードに戻る。
【００１７】
図４は、上記一連の調整を行った前後の出口ＮＯｘ濃度分布を示した。図４から、調整前では、出口ＮＯｘ濃度分布（実線）のばらつきが大きくなっているが、調整後には出口ＮＯｘ濃度分布は破線で示したようになり、ＮＯｘ濃度分布のばらつきが小さくなり、より適切な出口ＮＯｘ濃度分布に調整されたことがわかる。
また、例えば、図５に示すような中央部分の出口ＮＯｘ濃度が高い分布となっている場合には、Ｂゾーンに対してはＢゾーン内の出口ＮＯｘ濃度が平均ＮＯｘ濃度（平均値）となるように調整される。なお、中央部のＮＯｘ濃度分布が低い場合も同様である。
【００１８】
このような調整を行うことにより、調整前の出口ＮＯｘ濃度の局部的に高い箇所または低い個所の出口ＮＯｘ濃度が大幅に改善され、これにより、前記したＮＨ３  分散のばらつき（標準偏差）が大幅に改善されることになる。
図６には、出口ＮＯｘ濃度（または入口ＮＨ３  量）ばらつき（モル比ばらつき）と脱硝性能低下ファクタ（脱硝性能低下割合を触媒量の低下割合で表したもの）の関係図を示したが、ＮＨ３  分散ばらつきがある程度以上となると、急激に脱硝性能低下を生じる。換言すれば、本発明のようにある程度のラフなＮＨ３  分散調整を行うことによって経時的な脱硝性能低下を実質的に問題ない範囲に抑制することができる。
【００１９】
上記の実施例ではＮＨ３  調整弁３６−１、３６−２、３６−３を自動的に調整する方法を採用したが、各ゾーンの出口ＮＯｘ濃度を確認しながら手動によりＮＨ３  調整弁の調整するようにしてもよい。
また、入口ＮＯｘ検出点２５は、必ずしも各区画に対応した数を設置する必要はなく、反応器入口ダクトの排ガス中のＮＯｘ濃度の代表点を検出すればよい。従って、ボイラ出口ＮＯｘ濃度のばらつきが小さいプラントに対しては入口ＮＯｘ検出点は１点であってもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の還元剤注入調整機能付排煙脱硝装置および排煙脱硝方法によれば、反応器入口ダクトに注入するアンモニアの分散調整が容易となり、反応器出口ダクトの出口ＮＯｘ濃度分布をより均一にすることが可能となり、これにより、脱硝性能の向上および同一脱硝性能を得るために必要なアンモニア使用量を節減することができる。また反応器出口ダクト内の局部的に高いリークアンモニア濃度を低減することができ、後流機器への影響を軽減できる。さらに局部的に高い出口ＮＯｘ濃度を軽減できることから脱硝装置の運転管理が容易となる。さらにまたアンモニア分散調整が容易となるため、例えば部分負荷または燃料種の変更による反応器に流入するＮＯｘ量に見合った最適なアンモニア分散状態で装置の運用を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すＮＨ３  注入調整機能付排煙脱硝装置の概略説明図。
【図２】図１のＮＨ３  注入部の詳細系統説明図。
【図３】図１の入口ＮＯｘ濃度の検出系統説明図。
【図４】ＮＨ３  分布調整前後の出口ＮＯｘ濃度のばらつきを示す図。
【図５】ＮＨ３  分布調整前後の他の出口ＮＯｘ濃度のばらつきを示す図。
【図６】モル比ばらつきと脱硝性能低下ファクタの関係図。
【図７】従来技術の排煙脱硝装置を組込んだプラントの系統図。
【図８】従来技術による流体注入混合装置（ＮＨ３  注入装置）の概略図。
【符号の説明】
１…排ガス発生源、２…ＮＨ３  注入管、３…ＮＨ３  注入ノズル、４…反応器入口ダクト、５…反応器、６…触媒、７…反応器出口ダクト、２５（２５−１、２５−２、２５−３）…入口ＮＯｘ検出点、２９…入口ＮＯｘ計、３０（３０−１、３０−２、３０−３）…排ガス流れ流線、３２（３２−１、３２−２、３２−３）…出口ＮＯｘ検出点、３３（３３−１、３３−２、３３−３、３３−４）…切替えバルブ、３５…出口ＮＯｘ計、３６（３６−１、３６−２、３６−３）…ＮＨ３  制御弁、３７…演算器。
【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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【図８】
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