(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置から排出する排ガスの熱を回収する熱交換器を配置した排ガスの流路内の前記熱交換器の下流側に脱硝反応器を配置した排煙脱硝装置において、
熱交換器を迂回して燃焼排ガスを脱硝反応器の前流側の排ガス流路に導く開閉自在の排ガスバイパス流路を設け、該バイパス流路からの排ガスを導入する排ガス流路内にガイドダクトを設け、該ガイドダクト内であってバイパス流路の下流又はガイドダクトの下流開口部近傍の排ガス流路に還元剤含有溶液の供給部を設けたことを特徴とする排煙脱硝装置。
【請求項２】
ガイドダクトと脱硝反応器の設置部の間の排ガス流路内にガス混合器を配置したことを特徴とする請求項１記載の排煙脱硝装置。
【請求項３】
還元剤含有溶液の供給部と脱硝反応器の設置部の間の排ガス流路の長さを還元剤から得られるガス成分と排ガスが十分混合する長さとすることを特徴とする請求項１記載の排煙脱硝装置。
【請求項４】
請求項１記載の排煙脱硝装置の運転方法において、燃焼装置が通常の負荷燃焼をしている場合には排ガスバイパス流路を閉じて燃焼排ガスを熱交換器が配置された排ガス流路内に流し、該排ガスに還元剤含有溶液の供給部から還元剤を注入して脱硝反応器に排ガスと還元剤成分を供給し、
燃焼装置が低負荷燃焼をしている場合には燃焼排ガスを熱交換器を迂回する排ガスバイパス流路に流し、該排ガスバイパス流路から排ガス流路内に導入された排ガスに還元剤含有溶液の供給部から還元剤を注入して脱硝反応器に排ガスと還元剤成分を供給することを特徴とする排煙脱硝装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排煙脱硝装置とその運転方法に係り、特に還元剤として尿素（水）を煙道中に直接噴霧するシステムを用いた排煙脱硝装置とその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術を用いた排煙脱硝装置の系統を図３に示す。  
排ガス発生源が、例えばボイラ等である場合には排ガスは節炭器１において熱回収され、脱硝入口ダクト２を通って脱硝反応器３へ導入される。途中排ガス中の窒素酸化物（以下ＮＯｘと記すことがある）の還元剤であるアンモニアガス（以下ＮＨ3と記すことがある）が還元剤注入管７の噴霧ノズル８から脱硝入口ダクト２内に注入される。脱硝反応器３の運用に対してはボイラ負荷が低くなるに従い脱硝入口ガス温度が低下するため、脱硝触媒の性能低下、さらには排ガス中の三酸化硫黄（以下ＳＯ3ということがある）が還元剤であるＮＨ3と反応し、酸性硫安(ＮＨ4ＨＳＯ4)が析出する（（１）式参照）。前記酸性硫安が脱硝反応器３内の脱硝触媒層９に付着することにより、急激な触媒性能劣化を招く。  
ＮＨ3  ＋ＳＯ3  ＋ Ｈ2Ｏ  →  ＮＨ4ＨＳＯ4     （１）
【０００３】
そのため通常脱硝装置を運用する負荷は上記した問題が発生しない温度域（通常２８０〜３００℃以上）で行われる。しかし低負荷運転されるボイラなどからの排ガス中のＮＯｘを除去することが環境対策上要求される場合、前記低負荷でも脱硝反応器３の入口ガス温度が高く維持できるように、節炭器１を迂回して排ガスをバイパスダクト５に導き、該バイパスダクト５から高温のままの排ガスを脱硝反応器３に導入する構成が採用されている。
【０００４】
この節炭器バイパスシステムはボイラなどの排ガス発生源の低負荷運転時のみ脱硝入口ガス温度を規定値以上に保つことができるようにバイパスダクト５にダンパ６の開閉をコントロールする運用がなされる。なお、図中の還元剤注入管７の噴霧ノズル８からバイパスダクト５までの脱硝入口ダクト２の前方側のダクト長さＬ１は節炭器バイパスガスと節炭器出口ガスが十分に混合するために必要なゾーンであり、還元剤注入管７の噴霧ノズル８から脱硝反応器３までの脱硝入口ダクト２の後方側のダクト長さＬ２は注入されたＮＨ3と排ガスを混合するために必要なゾーンである。
【０００５】
図４は排ガス中のＮＯｘの還元剤として尿素（水）を用いたシステムを示している。基本的な系統は図３と同じであるが、還元剤注入管７に導入された尿素水が噴霧ノズル８より脱硝入口ダクト２内に注入され、尿素水中の尿素は排ガス温度による高温条件と熱量により加水分解し、アンモニアガスを発生する（（２）式参照）機構が図３に示す系統とは異なる。  
ＮＨ2ＣＯＮＨ2  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ２ＮＨ3  ＋ＣＯ2               （２）
（尿素）            （水）          
【０００６】
図４において還元剤注入管７の噴霧ノズル８から脱硝反応器３までの脱硝入口ダクト２の後方側のダクトの長さＬ２’は噴霧注入された尿素水が加水分解反応して発生したＮＨ3と排ガスが混合するためのゾーンである。従って、直接アンモニアガスを注入する方式に比べ長さＬ２’は図３の前記長さＬ２より長くすることが必要である。
【特許文献１】特開平８−２８１０７４号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術で図４に示す尿素水噴霧注入システムに対しては、注入された尿素水液滴が排ガス中で加水分解する段階で次に示すような種々問題が発生する。特に低負荷時の排ガス温度が低い条件下では問題が顕著化する。  
１）水の噴霧状態が、例えば部分的な噴霧ノズルの詰まりで悪くなり液滴径が大きい場合、尿素水液滴の蒸発に要する時間が長くなり脱硝触媒層９に至るまでに完全に蒸発せず、触媒が濡れることにより触媒性能劣化を招く。
【０００８】
２）尿素水を排ガスの持つ熱量で加水分解する際、特に低負荷で排ガス温度が低い条件下（一般的に３５０℃以下）では尿素の一部は完全にアンモニアガスまで分解せずにシアヌル酸等の中間生成物（固形物）１０（図４）を形成する。そのためＮＯｘの還元剤であるアンモニアガスが不足し、所定の脱硝性能が得られず、また尿素注入量と発生アンモニアガス間に相関性がなくなるため尿素注入量の制御が困難となる。特にこの現象は前記ダクト長さＬ１の距離を十分に確保しておかないと噴霧尿素水と節炭器バイパス高温ガスとの混合が十分でなくなり、脱硝入口ダクト２内の尿素注入部での排ガス温度のバラツキが生じ、その低温域で上記した諸問題が発生することになる。
【０００９】
本発明の課題は、低負荷時の排ガス温度が低い条件下でも、脱硝用の還元剤水液滴の蒸発が比較的速く行われ、また脱硝触媒層に到達するまでには完全にアンモニアガスになるようにした排煙脱硝装置とその運用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記課題は次の解決手段で解決される。 
請求項１記載の発明は、燃焼装置から排出する排ガスの熱を回収する熱交換器を配置した排ガスの流路内の前記熱交換器の下流側に脱硝反応器を配置した排煙脱硝装置において、熱交換器を迂回して燃焼排ガスを脱硝反応器の前流側の排ガス流路に導く開閉自在の排ガスバイパス流路を設け、該バイパス流路からの排ガスを導入する排ガス流路内にガイドダクトを設け、該ガイドダクト内であってバイパス流路の下流又はガイドダクトの下流開口部近傍の排ガス流路に還元剤含有溶液の供給部を設けた排煙脱硝装置である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、ガイドダクトと脱硝反応器の設置部の間の排ガス流路内にガス混合器を配置した請求項１記載の排煙脱硝装置である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、還元剤含有溶液の供給部と脱硝反応器の設置部の間の排ガス流路の長さを還元剤から得られるガス成分と排ガスが十分混合する長さとする請求項１記載の排煙脱硝装置である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の排煙脱硝装置の運転方法において、燃焼装置が通常の負荷燃焼をしている場合には排ガスバイパス流路を閉じて燃焼排ガスを熱交換器が配置された排ガス流路内に流し、該排ガスに還元剤含有溶液の供給部から還元剤を注入して脱硝反応器に排ガスと還元剤成分を供給し、燃焼装置が低負荷燃焼をしている場合には燃焼排ガスを熱交換器を迂回する排ガスバイパス流路に流し、該排ガスバイパス流路から排ガス流路内に導入された排ガスに還元剤含有溶液の供給部から還元剤を注入して脱硝反応器に排ガスと還元剤成分を供給する排煙脱硝装置の運転方法である。
【００１４】
（作用）  
請求項１、４記載の発明によれば、燃焼排ガス発生源が低負荷運転されている場合に、排ガス温度が低い排煙脱硝装置の運用条件では排ガス流路内に配置された節炭器等の熱交換器をバイパスした高温排ガス中に尿素水を注入することで尿素水の加水分解をスムーズに行い、また前記燃焼排ガス発生源が高負荷時の排ガス温度が高い運用条件では、排ガスの節炭器バイパスを行わないで節炭器出口ガス中に尿素水を注入するようにしたものである。こうして、中間生成物が析出すると言われている約３５０℃以下での尿素水の排ガス流路への注入を避けることができる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、節炭器をバイパスした高温ガスと節炭器出口排ガスと還元剤から得られるガス状の還元剤成分の混合が混合器で行えるので、排ガスバイパス流路を流れ出たバイパス排ガスと節炭器出口の排ガスを混合する混合ゾーンの確保が不要となるため脱硝装置のコンパクト配置が可能となる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、還元剤含有溶液の注入部と脱硝反応器の設置部の間の排ガス流路内の長さを還元剤から得られるガス状の還元剤成分と排ガスが十分混合する長さとしているので脱硝反応に支障がない。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１、４記載の発明によれば、排ガス発生源が低負荷段階より還元剤含有溶液注入が可能となり、低負荷時に節炭器等の熱交換器を迂回する排ガスバイパス流路内を流れる排ガスの温度が高いため、排ガスバイパス流路内に尿素水などの還元剤含有溶液を注入する際に、還元剤含有溶液注入部の排ガス温度が低いことに起因するシアヌル酸等の中間生成物（固形物）の析出を防止でき、さらには脱硝反応器内の脱硝触媒の濡れ等の問題が解消でき、排ガス脱硝反応が確実に行える。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、排ガス発生源が高負荷時だけでなく、低負荷時においても高温の排ガス中で尿素水などの還元剤含有溶液からアンモニアがスムーズに生成するので、排ガスバイパス流路出口と脱硝反応器の間の排ガス流路に配置されたガス混合器でアンモニアと排ガスが十分混合することができ脱硝反応器内での排ガス脱硝反応が確実に行える。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、排ガス発生源が高負荷時だけでなく、低負荷時においても高温の排ガス中で尿素水などの還元剤含有溶液からアンモニアがスムーズに生成するので、排ガスバイパス流路出口と脱硝反応器の間の排ガス流路の長さはアンモニアと排ガスが脱硝触媒の前流側で十分混合する長さの排ガス流路が確保できる長さがあればよく、還元剤含有溶液からアンモニアを生成するために長い排ガスダクトを必要としていた従来技術に比べて設備コストが少なくて良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施例を図面と共に説明する。  
図１に本実施例のフローを示す。ボイラなどの燃焼源から排出した排ガスを排ガス流路内に流すが、該排ガス流路には節炭器１などの熱交換器が配置され、該熱交換器で熱回収された排ガスは脱硝入口ダクト２を通り、脱硝触媒層９を備えた脱硝反応器３へ導入される。脱硝入口ダクト２の脱硝反応器３設置部の前流側では、排ガス中のＮＯｘの還元剤である尿素の水溶液が還元剤注入管７の噴霧ノズル８から注入される。また、節炭器１を迂回して排ガスをバイパスさせる開閉用のダンパ６を備えたバイパスダクト５を設けているので、ボイラなどの燃焼源の負荷が低くなって、排ガス温度が低下しても脱硝触媒の脱硝反応を維持するために、高温のままの排ガスを脱硝反応器３に導入することができる構成である。
【００２１】
ボイラプラント負荷が低く、脱硝反応器３の入口での排ガス温度が低い場合には節炭器バイパスダクト５に導かれた高温ガスは脱硝入口ダクト２の内部で合流ゾーン形成のために設置されたガイドダクト１１を通して主流の排ガス流路内部に導入される。ガイドダクト１１は節炭器バイパスダクト５の出口部の脱硝入口ダクト２内に配置される。また脱硝入口ダクト２内のガイドダクト１１の後流側であって脱硝反応器３の前流側には混合器１２が配置されている。
【００２２】
また、図２に図１の要部拡大図（図２（ａ））と図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視図（図２（ｂ））を示すように、前記合流ゾーンには、尿素水の還元剤注入管７およびノズル８が設けられている。  
ボイラなどの燃焼源が低負荷で運用されている場合であって、排ガス温度が低い条件下でも、排ガスは節炭器バイパスダクト５を通り脱硝入口ダクト２に導入されるため、尿素が注入される合流ゾーンは脱硝反応の運用温度（触媒層９入口ガス温度）より高い温度となる。すなわち、この合流ゾーンでは節炭器１をバイパスした排ガスが優先的に導入されるため、節炭器１を経由した排ガス量と節炭器１をバイパスした排ガス量の割合は、全排ガスの平均的な混合割合に比べ、バイパスした排ガス量の割合が大きいことから高温条件となる。
【００２３】
このような高温条件下の排ガス中に尿素水を注入することにより、従来尿素水注入部の排ガス温度が低いことに起因して問題となっていた尿素水の気化速度が遅いことによる不完全加水分解（中間生成物の析出）、さらには脱硝触媒層９の濡れ等の問題が解消できる。
【００２４】
また本実施例を採用することにより、合流ゾーン部のガイドダクト１１から排出された高温の排ガス温度は、尿素水の注入により若干低下する（（２）式反応は吸熱反応である）が、合流ゾーン前後のダクト主流の排ガス温度は前記した排ガス温度より低いため、尿素水注入によりガイドダクト１１から排出された排ガス温度と合流ゾーン前流のダクト主流排ガス温度の差は小さくなる。そのため、合流ゾーンより短い混合距離で温度分布を小さく抑えることができる。
【００２５】
次に、ボイラプラントの運転負荷が上昇し、節炭器１の出口排ガス温度が高くなり、脱硝反応の運用上問題がなくなり、節炭器バイパスダンパ６を閉とする運用に切り替わった場合について説明する。  
この場合には、節炭器１を通る主流の排ガスはガイドダクト１１から尿素水注入部（還元剤注入管７の噴霧ノズル８付近）に流入するため、尿素水の気化およびその加水分解等を十分行うことができる温度雰囲気下にある。
【００２６】
なお、尿素注入部以降の排ガス流路には必要に応じて、排ガスと尿素が加水分解して生成したアンモニアガスの混合を促進するための混合器１２が設置される場合もあるが、設置スペース的に可能ならば図１に示す尿素水の還元剤注入管７の設置部から脱硝触媒層９の設置部までの長さＬ２を長く確保して、この長さＬ２の領域内で尿素水から生成したアンモニアと排ガスを十分混合させ、前記混合器１２の設置を省略することも可能である。
【００２７】
なお、脱硝入口ダクト２の尿素水の注入部は、必ずしも上記の合流ゾーンのガイドダクト１１の設置部にある必要はなく、例えば図２のようにガイドダクト１１より若干後流側であってもよい。必要なことは尿素水の注入を節炭器１をバイパスした高温排ガスの流れ部で行うことである。
【００２８】
上記実施例では尿素水注入システムについて述べたが、アンモニア溶解水（安水）を直接バイパスダクト５に噴霧注入するシステムを用いてもよい。  
すなわち、バイパスダクト５へのアンモニア溶解水の液滴注入に対しては、より高温度の排ガス中に注入するほうが気化時間が短くなること、高温ガスの温度が低下することで主流の低温ガス温度により近くなることから混合が有利となる等の共通した効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
環境保全の見地から今後とも大気中への窒素酸化物の排出規制は厳しくなる方向にあり、脱硝装置が設置される立地条件も人家に近い場所へ設置されるケースも増加する可能性が高い。そのためアンモニアガスの取扱が制限されることが予想される。従い必然的に取り扱いが容易で安全性に対しても問題ない尿素を用いた脱硝装置の需要が増加すると考えられるが、本発明は前記立地条件に適合した排ガス中の窒素酸化物の除去を行う排煙脱硝装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例の排煙脱硫装置の概略図である。
【図２】図１の変形例の要部拡大図（図２（ａ））と図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視図（図２（ｂ））である。
【図３】従来技術の排煙脱硝装置の系統図である。
【図４】従来技術の排煙脱硝装置の系統図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  節炭器                  ２  脱硝入口ダクト
３  脱硝反応器              ４  出口ダクト
５  節炭器バイパスダクト    ６  ダンパ
７  尿素水導管              ８  尿素水ノズル
９  脱硝触媒層              １０  中間生成物
１１  ガイドダクト          １２  混合器
【図１】
0004716325.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004716325.tif 000004
【図４】
0004716325.tif 000005