(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排煙脱硝装置の還元剤として使用するアンモニアガスを尿素水の加水分解により発生させる加水分離器の起動時における運転方法において、
アンモニアガス注入開始時は、加水分離器の温度上昇に対しても加水分離器内圧力を一定とする定圧運転で運転し、その後加水分離器の温度上昇と共にその圧力も上昇させる変圧運転に切り替える運転を行い、定圧運転における加水分離器温度が同圧力における変圧運転温度以上となった後に、定圧運転から変圧運転への切り替えを行うことを特徴とする加水分離器の運転方法。
【請求項２】
前記定圧運転から変圧運転への切り替え温度の上限を定圧運転時の圧力における尿素水の沸点までとすることを特徴とする請求項１記載の加水分離器の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中の窒素酸化物をアンモニアにより処理する排煙脱硝方法において、特に尿素からアンモニアを発生させる加水分離器の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所のボイラを初めとする固定発生源からの排ガス中のＮＯｘは、光化学スモッグの原因となる物質であり、その除去方法（脱硝方法）としてはアンモニアを還元剤として選択的接触還元法が幅広く用いられている。最近ではディーゼルエンジン、ガスタービンなどを利用したコージェネレーションシステムが都市部を中心として増加している。このような民生用のシステムにおける排煙脱硝装置には、大型プラント用の排煙脱硝装置で使用する液化アンモニアを用いることは装置が大がかり過ぎて適さない。
【０００３】
そこで、民生用のシステムにおける排煙脱硝装置では、前記液化アンモニウムの代替還元剤として、分解によってアンモニア種を精製する尿素、メラミン、ビュレット、シアヌル酸、炭酸アンモニウムなどの固体含窒素化合物を用いる方法が注目されている。また、取り扱いの容易さから、発電用大型ボイラプラントでも脱硝装置の還元剤用として尿素を使用する方法が注目されている。
【０００４】
尿素の加水分解によりアンモニアを発生させる際、尿素の加水分解に加え、水の蒸発も同時に起こるため、尿素水を加水分解させる装置（加水分離器）内の尿素水濃度を一定に保つことが、排煙脱硝装置の運転上、非常に重要となる。
【０００５】
尿素水濃度を一定に保つためには、脱硝反応に使用されるアンモニア量により、温度と圧力を変化させることが必要になる。米国特許第６７６１８６８Ｂ２号明細書に、その発明が記載されている。前記米国特許明細書に記載された加水分離器（Reactor Vessel）は、尿素水を蒸気で間接的及び直接的に加熱し、アンモニア発生量を調整する方法が一般的となっている。
【０００６】
また、密閉反応器において尿素水溶液の状態で加水分解して生成したガス状アンモニアを燃焼ガス中のＮＯｘ生成を抑制する量で燃焼ガス中に供給する場合にアンモニアの要求量が急激に低下したときには、尿素水溶液を冷却することでアンモニア発生量を抑制させる方法が知られている（特表２００４−５１２１６１号公報）。
【特許文献１】米国特許第６７６１８６８（Ｂ２）号明細書
【特許文献２】特表２００４−５１２１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
排煙脱硝装置の還元剤としてのアンモニアを尿素の加水分解により発生させる装置を使用する際、安定して必要となるアンモニア量を供給することが要求される。その際、加水分離器内の尿素水濃度を一定に保つために、前記米国特許明細書（特許文献１）に記載された加水分離器の圧力と温度を変化させる変圧運転制御が必要となる。その圧力と温度の関連は、理論的及び実験値により求めることができ、前記特許文献１に、その詳細が記載されている。
【０００８】
しかしながら、実際の運転において排ガス温度が、排ガス煙道内及び脱硝触媒上に酸性硫安が析出する上限温度以上に達してから、脱硝装置の還元剤として用いるアンモニアを注入する必要があり、また、アンモニア注入開始温度に到達した後に、すぐに十分なアンモニアを供給できるように、前記加水分離器の内部温度をアンモニア発生温度以上で待機させる必要がある。前記加水分離器の待機中においても尿素水の加水分解が進むため、圧力は上昇し続け、排ガス温度がアンモニア注入開始温度に達した時には、前記加水分離器内の圧力は、図３に示される変圧運転カーブによる圧力よりかなり高い圧力となってしまう。そこでアンモニア注入開始直後から変圧運転に切り替えるには、上記圧力差分を補うために前記加水分離器内の圧力を急激に下げる必要が有る。
【０００９】
しかしながら、前記加水分離器内の圧力を下げるためには、図２に示される尿素水貯蔵タンク１４から加水分離器１２に尿素水を供給して加水分離器１２内での水蒸気により尿素水を加熱してアンモニアを発生させる加水分離機構の構成図において、加水分離器１２の加熱用水蒸気流量調整弁１０を絞ることにより、加水分離器１２に供給する加熱用水蒸気１１の流量を減らす必要があるが、同時に加水分離器１２の温度も低下し、結果として、加水分離器１２内でのアンモニア発生量が減少する。アンモニア発生量の減少は、脱硝装置出口の排ガス中のＮＯｘ濃度の増加を引き起こしてしまう。
【００１０】
このように前記特許文献１記載の発明では、加水分離器１２に供給する加熱用水蒸気１１の流量を減らす必要があるが、同時に加水分離器１２の温度も低下し、結果として、加水分離器１２内でのアンモニア発生量が減少してしまい、排ガス脱硝が十分行われ無くなって、脱硝装置出口の排ガス中のＮＯｘ濃度の増加してしまうおそれがある。  
また、前記特許文献２に記載された方法でも、尿素水を急冷してもタイムラグがあることで尿素水からのアンモニア発生量を適切にコントロールすることは容易ではない。
【００１１】
そこで本発明の課題は、尿素水から加熱用水蒸気を用いてアンモニアを発生させる場合に、タイミング良く、排煙脱硝に必要なアンモニア発生量を適切な量に保つことができる尿素からアンモニアを発生させる加水分離器の運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記課題は次の解決手段により解決される。 
請求項１記載の発明は、排煙脱硝装置の還元剤として使用するアンモニアガスを尿素水の加水分解により発生させる加水分離器の起動時における運転方法において、アンモニアガス注入開始時は、加水分離器の温度上昇に対しても加水分離器内圧力を一定とする定圧運転で運転し、その後加水分離器の温度上昇と共にその圧力も上昇させる変圧運転に切り替える運転を行い、定圧運転における加水分離器温度が同圧力における変圧運転温度以上となった後に、定圧運転から変圧運転への切り替えを行う加水分離器の運転方法である。
請求項２記載の発明は、前記定圧運転から変圧運転への切り替え温度の上限を定圧運転時の圧力における尿素水の沸点までとする請求項１記載の加水分離器の運転方法である。
【００１３】
（作用）
アンモニア注入開始後は一定圧力で運転し、その後、加水分離器温度が同圧力における変圧運転での温度以上で変圧運転に切り替える運転方法において、安定的に加水分解反応を進行させる変圧運転カーブは、温度の上昇と共に圧力も上昇する右上がりのカーブとなるため、変圧運転切り替え時は、必ず加水分離器の圧力を上昇させるようにすることで、加水分離器の温度も同時に上昇する。その温度上昇により、発生アンモニア量が増え、結果として脱硝装置出口の排ガス中のＮＯｘ濃度を低下させることになる。すなわち、本発明を採用することにより、脱硝装置出口の排ガス中のＮＯｘ濃度の上昇を防ぎつつ、安定的に運転することができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、尿素を用いた加水分離器の運用方法において、定圧運転から加水分離器を安定的に運転することができる変圧運転に切り替える際、燃焼排出ガス中のＮＯｘ濃度の上昇を防止しつつ、燃焼装置を安定的に運転する事ができる。
【００１５】
また、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、尿素水の沸騰現象及び熱分解が起こらない範囲内で尿素水の温度を上昇させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施例を図面と共に説明する。  
図１にはボイラプラントの排ガス浄化システム構成図を示し、図２には図１のボイラ１の出口排ガス煙道中にアンモニアガス注入ノズル８からアンモニアガスを注入する、尿素を使用した加水分離器の構成図を示す。
【００１７】
図１において、ボイラ１の出口排ガス煙道中にアンモニアガス注入ノズル８からアンモニアガスを注入し、煙道後流側の脱硝装置２で排ガス中のＮＯｘを水蒸気と窒素ガスに分解する。その後、排ガスは空気予熱器３で燃焼用空気と熱交換され、電気集塵機４で除塵される。除塵された排ガスは誘引ファン５で昇圧された後、脱硫装置６で排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ2）が除去され、煙突７から大気中に放出される構成である。
【００１８】
図２は、ボイラ出口煙道に注入されるアンモニアガスを尿素から発生させるシステムの構成を示したものである。尿素水貯蔵タンク１４に貯蔵された尿素水１５が、ポンプ１３により加水分離器１２に送られる。加水分離器１２の内部ではボイラ１側から供給される加水分離器加熱用水蒸気１１により尿素水が加熱され、加水分離器加熱用水蒸気流量調整弁１０により加水分離器１２内の温度が制御される。加水分離器１２で発生した炭酸ガス（ＣＯ2）と水蒸気を含むアンモニアガスは、図１に示す脱硝装置２の出口排ガス中のＮＯｘコントロールロジックで制御される流量にアンモニアガス流量調整弁９により流量制御され、アンモニアガス注入ノズル８からボイラ１の出口煙道内に注入される。
【００１９】
加水分離器１２の圧力と温度は、加水分離器加熱用蒸気の流量により制御される。図３に定圧運転と変圧運転のカーブ及びその切り替え点及びその切り替え完了点を示す。本実施例では、プラント起動時に定圧運転から変圧運転に切り替える際に変圧運転温度到達前（図３の定圧／変圧切り替え点１）と後（図３の定圧／変圧切り替え点２）でそれぞれ切り替えを実施し、それがどのように脱硝装置２の出口排ガスＮＯｘ濃度に影響を与えるかを比較した。
【００２０】
図４と図５に、それぞれ上記二つの条件でのボイラ負荷に対する脱硝装置２の出口排ガス中のＮＯｘ濃度の（変圧運転時の前記出口排ガスＮＯｘ濃度）／（定圧運転時の前記出口排ガスＮＯｘ濃度の比率）の変化を示す。
【００２１】
定圧／変圧切り替え点１で定圧運転から変圧運転に切り替えを行った場合、加水分離器１２の定圧運転中の圧力が変圧運転中の圧力より高いため、図３に示されるように圧力を下げる方向に制御が作用し、加水分離器１２の加熱用水蒸気量が減り、圧力低下と共に温度も低下してくる。アンモニア発生量は温度の低下に伴い減少するため、加水分離器１２から発生するガス中のアンモニア濃度が低下し、結果として脱硝装置２の出口排ガス中のＮＯｘ濃度の上昇を引き起こす。
【００２２】
一方、定圧／変圧切り替え点２で定圧運転から変圧運転に切り替えた場合は、逆に圧力を上げるように制御されるため、加水分離器１２の加熱用蒸気の供給量が増え、温度が上昇する。その結果、アンモニア発生量が増え、脱硝装置２の出口排ガス中のＮＯｘ濃度を下げるように作用し、出口ＮＯｘの上昇を抑えつつ、安定的にプラントを運転することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
尿素水からアンモニアを発生させる装置において、その制御が良く作用しない場合、ボイラなどからの排ガスを浄化処理する脱硝装置出口の排ガスＮＯｘ濃度の制御できなくなり、ＮＯｘ排出量が増加してしまうという問題が発生する。また、尿素水の温度上昇により尿素水の沸騰現象及び熱分解が起こり、設備運用に問題を与える。本発明は、尿素設備の安定的に運用させつつ、排ガスからのＮＯｘ排出量を最小限にするために有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例におけるボイラプラントの機器構成を示した図である。
【図２】本発明の実施例における尿素を用いた加水分離器の構成を示した図である。
【図３】本発明の実施例における定圧運転と変圧運転カーブを示した図である。
【図４】本発明の実施例における変圧運転温度到達前に定圧運転から変圧運転に切り替えた場合の脱硝装置出口ＮＯｘの傾向を示した図である。
【図５】本発明の実施例における変圧運転温度到達後に定圧運転から変圧運転に切り替えた場合の脱硝装置出口ＮＯｘの傾向を示した図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ボイラ              ２  脱硝装置
３  空気予熱器          ４  電気集塵機
５  誘引ファン          ６  脱硫装置
７  煙突
８  アンモニアガス注入ノズル
９  アンモニアガス流量調整弁
１０  加水分離器加熱用水蒸気流量調整弁
１１  加水分離器加熱用水蒸気
１２  加水分離器        １３  尿素水輸送ポンプ
１４  尿素水貯蔵タンク  １５  尿素水
【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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