(57)【要約】【課題】排ガス中のＮＯ／ＮＯ２比が変動しても、ＮＨ３供給量を過度に増大させる必要がなく、脱硝触媒量を増大させる必要もない、脱硝システムおよび脱硝方法の提供。【解決手段】ＮＯｘを含有する未処理排ガスを脱硝する脱硝システムであって、  前記未処理排ガスにＮＨ３を供給するＮＨ３供給部と、  前記ＮＨ３によって前記未処理排ガス中のＮＯｘを還元反応させる脱硝触媒部と、  内部にＮＯ２吸収液を含む充填層を内部に備え煙突部と、  前記脱硝触媒部から導入されるガスの流れを、前記充填層の上流側または下流側に導入するように流路を制御する流路切替器と、  前記ＮＨ３供給部からのＮＨ３供給量と、流路とを前記切替器によって制御する第１制御部と、を具備してなることを特徴とする、脱硝システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯｘを含有する未処理排ガスにＮＨ３を供給して、前記ＮＯｘを前記ＮＨ３により還元することによって脱硝し、脱硝済み排ガスとする脱硝システムであって、
前記未処理排ガスにＮＨ３を供給するＮＨ３供給部と、
前記ＮＨ３によって前記未処理排ガス中のＮＯｘを還元反応させる脱硝触媒部と、
内部にＮＯ２吸収液を含む充填層を内部に備えた、前記脱硝触媒部を通過したガスを放出する煙突部と、
前記脱硝触媒部と前記煙突部との間に配置され、前記脱硝触媒部から導入されるガスの流れを、前記充填層の上流側または下流側に導入するように流路を制御する流路切替器と、
前記未処理排ガスのＮＯｘおよびＮＯ濃度に応じて、前記ＮＨ３供給部からのＮＨ３供給量と、流路とを前記切替器によって制御する第１制御部と、
を具備してなることを特徴とする、脱硝システム。
【請求項２】
前記充填層へＮＯ２吸収液を供給するポンプと、
前記未処理排ガスのＮＯｘおよびＮＯ濃度、ならびに前記脱硝済み排ガスのＮＯｘおよびＮＯ濃度に応じて、前記ポンプによるＮＯ２吸収液の供給量を制御する、第２制御部と
をさらに具備してなる、脱硝システム。
【請求項３】
前記充填層の下部に、ＮＯ２吸収液滞留部をさらに具備してなる、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記充填層の上部にエリミネータをさらに具備してなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
未処理排ガスにＮＨ３を供給して、前記未処理排ガス中のＮＯｘを前記ＮＨ３により還元することによって脱硝する、脱硝方法であって、
前記未処理排ガスのＮＯｘおよびＮＯ濃度に応じた量のＮＨ３を前記未処理排ガスに供給して混合し、
混合されたガスを脱硝触媒を用いて還元反応させ、
前記未処理排ガスのＮＯ／ＮＯｘの濃度比が設定値以上の場合には、そのまま脱硝済み排ガスとして排出し、
前記未処理排ガスのＮＯ／ＮＯｘの濃度比が設定値未満の場合には、還元反応後のガスをＮＯ２吸収液に接触させて、ＮＯ２濃度を低下させてから脱硝済み排ガスとして排出する、
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
前記未処理排ガスのＮＯ／ＮＯｘの濃度比に応じて、前記ＮＨ３の供給量を制御する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ＮＯ２吸収液を循環させて、還元反応後のガスに接触させる、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記脱硝済み排ガスのＮＯ／ＮＯｘの濃度比に応じて、前記ＮＯ２吸収液の循環量を制御する、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、発電ガスタービンなどから排出される排気ガス（排ガス）から、窒素酸化物を除去する脱硝システムおよび脱硝方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電設備においてボイラ、ガスタービンなどから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）は、環境保全などの観点から、排出濃度が規制されており、排ガス中に含まれるＮＯｘを除去する必要がある。
【０００３】
排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を低くする方法として、排ガス中のＮＯｘをアンモニアを還元剤とした選択触媒還元反応により窒素および水蒸気に無害化する脱硝方法が一般的に採用されている。
【０００４】
このような方法を利用した脱硝システムにおいては、排熱回収ボイラに設置したアンモニア供給ノズルからアンモニアを供給し、アンモニアと燃焼排ガスとを混合して、排熱回収ボイラ内に設置された脱硝触媒部において還元反応させる。
【０００５】
脱硝触媒部においては、主として反応式（１）および（２）：
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ  （１）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ  （２）
の反応が生じて、ＮＯｘ（ＮＯおよびＮＯ２）が窒素および水へ転換される（例えば特許文献１参照）。この場合、１モルのＮＯｘの還元には１モルのアンモニアが必要となり、ＮＨ３／ＮＯｘの化学量論比は１となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３１１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した脱硝システムにおいては、処理しようとする排ガス中のＮＯ／ＮＯｘ比が０．５以上であることを前提としている。発電設備におけるボイラ等が、定常運転をしている場合には、排ガス中のＮＯ／ＮＯｘ比が０．５を下回ることは殆ど無いので、上述の脱硝システムによって十分な排ガス処理が可能となる。しかしながら、ボイラの始動時や、何らかの理由でボイラの負荷が変動して低負荷になった時に、ＮＯ／ＮＯｘ比が０．５未満（ＮＯ／ＮＯ２比が１未満）となる場合がある。このような場合には、式（１）および（２）による還元反応ではすべてのＮＯ２を還元しきれない。この結果、余剰のＮＯ２の脱硝反応
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ  （３）
が生じる。
【０００８】
この反応式（３）による還元反応では、ＮＯ２を還元するのに必要なＮＨ３の化学量論比が４／３となり、反応式（１）および（２）による還元反応の場合における化学量論比１に比べて大きくなるので、ＮＨ３の消費量が増大すること、式（３）の反応速度が遅いため、未脱硝ＮＯ２が発生して、ＮＯｘ除去が不十分になったり、そのような十分な還元反応を確保するために脱硝触媒量を増大が必要になったり、さらには脱硝触媒量増大による圧力損失の増大が生じることがあった。
【０００９】
本実施形態は上述した課題を解決するためになされたものであり、脱硝システムの運転時に、ＮＯ／ＮＯｘ比が０．５未満（ＮＯ／ＮＯ２比が１未満）になった場合であっても、ＮＯ／ＮＯｘ比（ＮＯ／ＮＯ２比）の低下に応じてＮＨ３供給量を過度に増大させる必要がなく、またＮＯ／ＮＯｘ比（ＮＯ／ＮＯ２比）の変動に対応するために脱硝触媒量を増大させる必要もない、脱硝システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態にかかる脱硝システムは、
ＮＯｘを含有する未処理排ガスにＮＨ３を供給して、前記ＮＯｘを前記ＮＨ３により還元することによって脱硝し、脱硝済み排ガスとするものであって、
前記未処理排ガスにＮＨ３を供給するＮＨ３供給部と、
前記ＮＨ３によって前記未処理排ガス中のＮＯｘを還元反応させる脱硝触媒部と、
内部にＮＯ２吸収液を含む充填層を内部に備えた、前記脱硝触媒部を通過したガスを放出する煙突部と、
前記脱硝触媒部と前記煙突部との間に配置され、前記脱硝触媒部から導入されるガスの流れを、前記充填層の上流側または下流側に導入するように流路を制御する流路切替器と、
前記未処理排ガスのＮＯｘおよびＮＯ濃度に応じて、前記ＮＨ３供給部からのＮＨ３供給量と、流路とを前記切替器によって制御する第１制御部と、
を具備してなることを特徴とするものである。
【００１１】
また、実施形態による脱硝方法は、
未処理排ガスにＮＨ３を供給して、前記未処理排ガス中のＮＯｘを前記ＮＨ３により還元することによって脱硝する方法であって、
前記未処理排ガスのＮＯｘおよびＮＯ濃度に応じた量のＮＨ３を前記未処理排ガスに供給して混合し、
混合されたガスを脱硝触媒を用いて還元反応させ、
前記未処理排ガスのＮＯ／ＮＯｘの濃度比が設定値以上の場合には、そのまま脱硝済み排ガスとして排出し、
前記未処理排ガスのＮＯ／ＮＯｘの濃度比が設定値未満の場合には、還元反応後のガスをＮＯ２吸収液に接触させて、ＮＯ２濃度を低下させてから脱硝済み排ガスとして排出する、
ことを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１２】
実施形態によれば、発電設備などから排出される排ガスの脱硝処理のために排ガスに混合するＮＨ３の供給量を過度に増大させる必要がない。あるいは、脱硝触媒量増大に伴う排ガスの流れの圧力損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態による脱硝装置の構成を示す概略図。
【図２】他の実施形態による脱硝装置の構成を示す概略図。
【図３】ＮＯ／ＮＯｘ比が設定値以上の場合の運転形態を表す概略図。
【図４】ＮＯ／ＮＯｘ比が設定値未満の場合の運転形態を表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態に係る脱硝システムについて、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１に示される第１の実施形態による脱硝システムは、ガス源１から導入される、ＮＯｘを含む排ガスを脱硝するものである。ここで、ガス源１としては、ＮＯｘを含む排ガスであれば特に限定されないが、プラントなどからの排ガス、特に発電設備における発電タービンやボイラが挙げられる。
【００１５】
ガス源１から導入される未処理排ガスは、ラインＬ１を通じて、脱硝装置５に送られる。ここで脱硝装置は、未処理排ガスに含まれるＮＯｘを還元して無毒化するものであるが、具体的には排熱回収ボイラを用いることができる。そして、この脱硝装置は、還元反応を加速させるための脱硝触媒部５１を備えている。また、脱硝装置５には、ラインＬａを経由してＮＨ３供給部４と連結されており、還元反応に用いられるＮＨ３が供給されるようになっている。
【００１６】
還元反応に付されたあとの排ガスは、ラインＬ２を経由して流路切替器６に連結されている。この流路切替器６の２つの排出口は、ラインＬ３−１およびＬ３−２を経由して、それぞれ処理済の排ガスを排出するための煙突部７に連結されている。
【００１７】
ここで、煙突部７の内部には、ＮＯ２吸収液を含む充填層７２が設けられており、ラインＬ３−１およびＬ３−２は、それぞれ、この充填層７２の下流および上流に排ガスを導入するように連結されている。
【００１８】
そして、このシステムの運用を制御するための第１制御部は、未処理排ガス中のＮＯおよびＮＯｘ濃度をセンサ２１で検出し、第１ＮＯｘ／ＮＯ計２によって測定されたＮＯ／ＮＯｘ濃度比に応じて、ＮＨ３供給部４から供給されるＮＨ３の量および流路切替器６を制御する。
【００１９】
（第２の実施形態）
実施形態による脱硝システムは、充填層７２におけるＮＯ２吸収効率を改善するために、ＮＯ２吸収液を供給するためのポンプ７４をさらに具備することができる（図２）。このポンプ７４は、未処理排ガスのＮＯｘおよびＮＯ濃度、ならびに脱硝済み排ガスのＮＯｘおよびＮＯ濃度に応じて、第２制御部によって制御されて、適切な量のＮＯ２吸収液をラインＬｂ−１を経由して、充填層の上部（下流側）から供給する。ここで、脱硝済み排ガスのＮＯｘおよびＮＯ濃度は、センサ７７で検出され、第２ＮＯｘ／ＮＯ計７６によって測定される。
【００２０】
（第３の実施形態）
第２の実施形態において、充填層７２の上部から供給されるＮＯ２吸収液は、排ガス中のＮＯ２を吸収した後、系外に排出されてもよいが、循環させて再利用することもできる。例えば、図２に示すとおり、充填層７２の下部にＮＯ２吸収液滞留部を設けることができる。また、ＮＯ２吸収液を循環させて再利用をする場合、吸収液中のＮＯ２濃度（硝酸イオンおよび／または亜硝酸イオン濃度）が上昇していくに伴って吸収能力が低下するので、ポンプ７４の上流または下流に、ＮＯ２吸収液再生部（図示せず）を設けることができる。ＮＯ２吸収液再生部では、熱的または化学的な方法によって、吸収液からＮＯ２（硝酸イオンおよび／または亜硝酸イオン）を分離して吸収液を再生することができるものである。
【００２１】
（第４の実施形態）
実施形態による脱硝システムによれば、充填層７２を通過した排ガスが系外に放出される場合があるが、このとき充填層７２から飛散した液滴も系外に放出される可能性がある。このような液滴はＮＯ２吸収液に由来するものであるため、系外に放出されるのを防止するために、充填層７２の下流にエリミネータ７１を設けることができる（図２）。このエリミネータ７１は、主として充填層７１からの液滴飛散を防止するためのものであるが、充填層７２を経由していない排ガス、すなわちラインＬ３−１から放出されるガスにも微量のＮＯｘやＮＨ３が含まれることがあるので、ラインＬ３−１の下流に設けることもできる。
【００２２】
（実施形態による脱硝方法）
実施形態による脱硝方法は、例えば前記した脱硝システムを用いて実施することができる。実施形態による具体的な脱硝方法を図３および図４を用いて説明すると以下の通りである。
【００２３】
まず、第１のＮＯｘ／ＮＯ計２により、ガスタービンなどのガス源１からの排出ガス中のＮＯおよびＮＯｘの濃度を測定する。そして、ＮＯ／ＮＯｘ濃度比が設定値以上であるか、設定値未満であるかによって、排ガスの流路を制御して最適な脱硝処理を行う。ここで、設定値は、処理する排ガスに含まれるＮＯおよびＮＯｘの濃度や、排出可能なＮＯまたはＮＯｘ濃度などによって決まるが、一般的には０．４〜０．５の範囲から選択される。
【００２４】
ＮＯ／ＮＯｘ濃度比が設定値以上の場合には、図３に示される太線の経路により、脱硝処理が行われる。まず、第1制御部３においてＮＯｘ濃度×排ガス流量×脱硝率により、必要なＮＨ３供給量を算出する。第１制御部３は算出されたＮＨ３供給量をＮＨ３供給部４に出力するとともに、流路切替器６に、その下流側の流路が触媒層の下流側、すなわちＬ３−１を選択するように出力する。
【００２５】
この結果、ガス源１から導入された未処理排ガスは、脱硝装置５において、ＮＨ３供給部４から供給されるＮＨ３と混合されてから脱硝触媒部５１において還元され、流路切替器６、Ｌ３−１、および煙突部７を経由して系外、例えば大気中に排出される。
【００２６】
この場合、脱硝触媒部５１においては、反応式（１）および（２）によりＮＯｘがＮ２、およびＨ２Ｏへ転換される。一般的に、発電設備などにおける排ガスでは、定常運転においてはＮＯ／ＮＯｘ濃度比が高くなるように設計されているため、脱硝システムもＮＯ／ＮＯｘ濃度比が設定値以上の場合に併せて設計される。したがって、脱硝触媒部における触媒の量も、反応式（１）および（２）に適合した、比較的少ない量とすることができる。
【００２７】
ＮＯ／ＮＯｘ濃度比が設定値未満の場合には、図４に示される太線の経路により、脱硝処理が行われる。まず、第1制御部３において、必要なＮＨ３供給量を算出する。このとき必要なＮＨ３供給量は、反応式（３）の還元反応も起こるため、ＮＯ／ＮＯｘ濃度比が設定値以上の場合に比べて増大する。このため、この場合に必要なＮＨ３供給量は、例えばＮＯ濃度×排ガス流量×２とされる。第１制御部３は算出されたＮＨ３供給量をＮＨ３供給部４に出力するとともに、流路切替器６に、その下流側の流路が触媒層の上流側、すなわちＬ３−２を選択するように出力する。
【００２８】
この結果、ガス源１から導入された未処理排ガスは、脱硝装置５において、ＮＨ３供給部４から供給されるＮＨ３と混合されてから脱硝触媒部５１において還元される。還元反応に付されたガスは、流路切替器６、およびＬ３−２を経由して、煙突部７内の充填層７２の下部に導入される。
【００２９】
ガスは、充填層７２と、存在する場合にはエリミネータ７４を通過して、系外に排出される。
【００３０】
脱硝システムが、ＮＯ２吸収液を循環させるポンプ７４および第２制御部７５を具備しており、第１ＮＯｘ／ＮＯ計２により得られる未処理排ガス中のＮＯ／ＮＯｘ濃度比が設定値未満である場合には、第２制御部７５はポンプ７４を起動させる。これによって充填層７２の上側からＮＯ２吸収液が供給されて、排ガスの流れの上流側へ流れる。結果的に、排ガスとＮＯ２吸収液が向流接触し、排ガス中に残存しているＮＯ２が吸収液に吸収される。
【００３１】
排ガスと接触した後の吸収液は、そのまま系外に排出されるか、吸収液滞留部７３が存在する場合には、そこに滞留される。滞留された吸収液は、必要に応じて再生処理に付された後、ポンプ７４によって循環されて、再利用される。
【００３２】
ポンプ７４によって循環される吸収液の流速は、一定であってもよいが、処理済み排ガスに含まれるＮＯｘの濃度によって調整することもできる。煙突部７の排ガス出口付近に配置されたセンサ７７でＮＯｘ濃度を検出し、第２ＮＯｘ／ＮＯ計７６でＮＯｘ濃度を測定し、その情報に基づいて第２制御部７５が吸収液循環速度を調整してもよい。
【００３３】
このように構成された本実施の形態において、ＮＯ／ＮＯｘ＜０．５の場合にＮＯ２吸収液を使用することにより脱硝触媒に供給するアンモニア量を抑制し、脱硝触媒量増大による圧力損失増大を防止することができる。
【００３４】
以上説明した各実施の形態によれば、発電設備などから排出される排ガスの脱硝処理の際に、排ガス中のＮＯ／ＮＯｘ比が０．５未満（ＮＯ／ＮＯ２比が１未満）に変動した場合であっても、排ガスに混合するＮＨ３の供給量を過度に増大させる必要がない。もしくは、排ガス中のＮＯ／ＮＯｘ比（ＮＯ／ＮＯ２比）の変動に対応するために脱硝触媒量を増大させる必要がないため、脱硝触媒量増大に伴う排ガス流れの圧力損失を抑制することができる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１…ガス源、２、７６…ＮＯｘ／ＮＯ計、２１、７７…センサ、３…第１制御部、４…ＮＨ３供給部、５…脱硝装置、５１…脱硝触媒部、６…流路切替機、７…煙突部、７１…エリミネータ、７２…充填層、７３…吸収液滞留部、７４…ポンプ、７５…第２制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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