排ガス処理装置
【課題】 閉塞および摩耗に対して影響する粒径の大きなダストを、簡易に低減して、反応器内に堆積することを防ぐこと。
【解決手段】 燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒層を有する脱硝反応器を備えた排ガス脱硝装置であって、上記脱硝反応器の上流側における排ガスダクトを該排ガスの流れが水平方向から垂直方向へ変化する立ち上がり部を有するダクト構造を有し、該立ち上がり部入口の前記水平方向のダクト内または／および前記脱硝反応器内の前記触媒層入口に、複数の薄板を、前記触媒層の開口幅よりも小さいスリット幅で垂直方向に、かつ排ガス流路断面に所定の傾斜角度で多数配列させた傾斜薄板スリットと、該傾斜薄板スリットの下端に取り付けられたダスト捕集排出部とを備えた排ガス脱硝装置。
【解決手段】 燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒層を有する脱硝反応器を備えた排ガス脱硝装置であって、上記脱硝反応器の上流側における排ガスダクトを該排ガスの流れが水平方向から垂直方向へ変化する立ち上がり部を有するダクト構造を有し、該立ち上がり部入口の前記水平方向のダクト内または／および前記脱硝反応器内の前記触媒層入口に、複数の薄板を、前記触媒層の開口幅よりも小さいスリット幅で垂直方向に、かつ排ガス流路断面に所定の傾斜角度で多数配列させた傾斜薄板スリットと、該傾斜薄板スリットの下端に取り付けられたダスト捕集排出部とを備えた排ガス脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排ガス処理用装置に係り、特にダストを含む排ガスを、アンモニアと触媒を用いて乾式で脱硝処理するシステムの排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガス中の窒素酸化物の除去方法としては、従来から触媒を用いてアンモニアで選択的に還元する方法が主流になっており、その装置としては、脱硝活性を有する、平行流路をもった触媒層を充填した反応器へ、排ガスとともに還元剤となるアンモニアを導入して脱硝反応を行わせる装置が用いられている。
【０００３】
石炭火力のように排ガス中にダストが含まれる場合には、通常、脱硝装置と空気予熱器の後流に電気集塵機やバグフィルターを設置して除塵するが、脱硝装置の前流に電気集塵機を設置する場合もある。前者の場合は、反応器へのダストがそのまま流入するため、触媒層の摩耗を防ぐために、反応器の断面を大きくとり、触媒層へ流入するガス流速を低くしている。後者の場合は、排ガス温度の高い条件での処理のため、除塵設備が大規模になり、また、除塵後であることから触媒の摩耗は著しく軽減されるが、残存する微細なダストが触媒層へ付着し閉塞し易くなる。このため、触媒層中の流路を大きくするなどの対策が採られ、触媒容積が大きくなる。
【０００４】
一方、反応器へ排ガスを導入するためのダクトの配置については、ダクトに垂直部を設けて塊状煤のような比較的大きなダストの搬送を抑制し、該垂直部の下部に設置したホッパーで煤を捕集排出する対策が採られている。また、ボイラ出口のダクト内に金網などのメッシュスクリーン（フィルター）を設置し、目開きよりも大きな粒径のダストを捕集する対策が採られている。例えば、特許文献１には、ダクト断面に種々の触媒の隙間以下の網目状スクリーン（参考例としてピッチ５ｍｍ、線径１ｍｍ）を設置してダストを除去したり、またダクト内にルーバ状の板を設置し、大粒径のダストを衝突落下するような方法がとられている。しかし、節炭器後流の煙道での排ガスの流速が約１５ｍ/sであることから、摩耗による経年劣化が懸念される。その他、反応器入口部に金網などのメッシュスクリーンをガス流れに対して垂直に設置し、触媒流路よりも大きなダストをスクリーンの目開きを調整して捕集する方法が提案されているが、この方法では、ダストの除去機能を持たないため、経年的につまりを生じる懸念がある。
【０００５】
さらに、特許文献２には、ボイラ側の反応器側に大粒径のダストが堆積する傾向にあることから、上部の２枚のベーンの下部にダストを除去する網目あるいは多孔板を設置して灰を除去することが記載されているが、この場合は、ガス流れが均一とならない傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−９５４１５号公報
【特許文献２】特開２００９−１１９３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
脱硝反応器の後流に除塵設備を設ける場合には、触媒の摩耗防止のために反応器内の流速を低くする必要があり、低負荷運用時にはダストが堆積し易くなる。また、脱硝反応器の前流に、垂直ダクトとその下部にホッパーを設ける場合、プラント配置などの制約からダクト内の排ガス流速を十分に低くできず、またダクト長さを十分に確保できない場合には、塊状灰のような大きなダストでも搬送抑制が不十分となり、触媒流路よりも大きな塊状煤の場合には触媒の閉塞を生じることになる。一方、ダクト内にメッシュスクリーンを設置する場合には、目詰まりが問題となると共に、流速の速いダクト内へ設置する場合にはスクリーン自体が摩耗し、頻繁なメンテナンスが必要となる。さらに反応器入口部でガス流れに垂直にメッシュスクリーンを設置する場合には、捕集ダストの排出機構がなく、停缶時に清掃排出することになり、清掃の頻度によっては目詰まりを生じてしまう危険性がある。
【０００８】
本発明の課題は、上記問題を解決し、閉塞および摩耗に対して影響する粒径の大きなダストを、簡易に低減して、反応器内に堆積することを防ぐことである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明者は、ボイラの節炭器出口煙道、または反応器触媒層上部に特定の構造の傾斜薄板スリットを設置することにより、ダストを効率よく除去し、上記課題を解決するに到った。すなわち、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
【００１０】
（１）燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒層を有する脱硝反応器を備えた排ガス脱硝装置であって、上記脱硝反応器の上流側における排ガスダクトを該排ガスの流れが水平方向から垂直方向へ変化する立ち上がり部を有するダクト構造を有し、該立ち上がり部入口の前記水平方向のダクト内または／および前記脱硝反応器内の前記触媒層入口に、複数の薄板を、前記触媒層の開口幅よりも小さいスリット幅で垂直方向に、かつ排ガス流路断面に所定の傾斜角度で多数配列させた傾斜薄板スリットと、該傾斜薄板スリットの下端に取り付けられたダスト捕集排出部とを備えたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
（２）前記触媒層の開口幅が３〜１０ｍｍ、前記傾斜薄板スリットの高さが３０〜１００ｍｍ、および前記傾斜角度が水平方向に対して５〜４５度の範囲である（１）に記載の装置。
【００１１】
本発明において、前記ダクト内または触媒層入口に設置する薄板スリットは、薄板、例えば厚さ３ｍｍ以下、高さ３０〜１００ｍｍの金属製薄板を、触媒層の開口幅３〜１０ｍｍよりも小さいスリット幅で複数枚、垂直方向に配列させたものからなる。薄板の形状は、後述する実施例では細長い菱形形状の物を用いるが、排ガス流路断面に設置できる形状であれば、どのような形状であってもよい。またその高さはダストの捕集効率や、圧力損失等を考慮して３０〜１００ｍｍの範囲から選ばれる。
【００１２】
傾斜薄板スリットは、この薄板スリットを排ガス流路断面に、水平方向に対して５〜４５度の角度になるように配列させたものからなる。上記スリット幅が触媒層の開口幅より大きいと、触媒層にダストが詰まり易くなり、また薄板スリットの傾斜角度が水平方向に対して５度未満では、ダストの捕集効果が小さくなり、また４５度を超えると、ダストによる薄板の摩耗や、圧力損失が増大し易くなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、触媒反応器へ導入する排ガスから粒径の大きなダストを低減でき、触媒層の摩耗および閉塞を抑制することができる。本発明に用いる傾斜薄板スリットは、従来のメッシュスクリーンやワイヤメッシュ（金網）と較べて摩耗に強く、耐久性があり、また傾斜スリットの構造によりダスト落下方向に引っかかりを生じずに下端のホッパへダストを効率よく捕集することができる。さらに触媒層へ導入するガス流速を大きく低下させる必要がなく、ダスト搬送力の低下を抑制でき、触媒層へのダスト堆積を抑制できる。さらにダスト排出機構を有していることから、停缶時の捕集ダストの清掃に左右されることなく、プラントを運用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例を示す排ガス処理装置の説明図。
【図２】本発明に用いる傾斜薄板スリットの部分模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施例を用いて本考案を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す排ガス処理装置の説明図、図２は、本発明に用いる傾斜薄板スリットの部分模式図である。この装置は、ボイラなどから排出される燃焼排ガス１中の窒素酸化物を除去する触媒層３を有する脱硝反応器２を備え、該脱硝反応器２の上流側には、該排ガスの流れが水平方向から垂直方向へ変化する立ち上がり部９を有するダクトを有し、該立ち上がり部９入口の前記水平方向のダクト９内および前記脱硝反応器２内の前記触媒層３入口には、細長い菱形形状を有する薄板１４を前記触媒層の開口幅よりも小さいスリット幅で垂直方向に、かつ排ガス流路断面に所定の傾斜角度で多数配列させた傾斜薄板スリット１３と、該傾斜薄板スリット１３の下端に取り付けられたダスト捕集排出部６とが設けられている。なお、図中、４は節炭器５出口の水平ダクトに設けられたホッパー、７は脱硝反応器入口に設けられたスクリーンプレートを示す。
【００１６】
上記装置において、排ガス１は、ボイラ出口から、水平ダクト、垂直ダクトおよび水平ダクトを経由して脱硝反応器２に入り、触媒層３で処理されるが、傾斜薄板スリット１３は、節炭器５出口の水平ダクトに１枚、および反応器内の触媒層３の入口に１枚設置される。これにより、粒子径の大きなダストは、傾斜薄板スリット１３に捕集され、その下端部に設けられたダスト捕集排出部、すなわち前記立ち上がり部ダクト９下部のホッパーおよび反応器横に設置したホッパー１２にそれぞれ捕集される。その結果、触媒層へは粒径の大きなダストの流入が減少し、触媒層の閉塞が軽減される。
【００１７】
上記実施例では、傾斜薄板スリットを２枚設置したが、排ガス中のダストが少ない場合には、垂直ダクト９の入口の水平ダクトまたは反応器内の触媒層３の入口のいずれかに設置すればよい。
【００１８】
なお、比較として図１の装置において、傾斜薄板スリット１３を設置しない場合、垂直ダクト９を通常の15m/sで設定した場合で、塊状灰は、反応器２へ搬送され、触媒流路よりも大きなダストがボイラ側に位置する触媒層上に蓄積するのか観察された。
【００１９】
一方、ボイラ出口にメッシュスクリーンを設置した場合は、触媒を閉塞させるような大きな粒径のダストを捕集することができるが、ダスト捕集によりスクリーンメッシュの流路が部分的閉塞したり、部分的な摩耗が見られた。
【符号の説明】
【００２０】
1. ボイラ排ガス
2. 脱硝反応器
3. 触媒層
4. ホッパー
7. スクリーンプレート
9. ダクト
11. ホッパー
13. 傾斜薄板スリット
14. 傾斜薄板
【技術分野】
【０００１】
本発明は排ガス処理用装置に係り、特にダストを含む排ガスを、アンモニアと触媒を用いて乾式で脱硝処理するシステムの排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガス中の窒素酸化物の除去方法としては、従来から触媒を用いてアンモニアで選択的に還元する方法が主流になっており、その装置としては、脱硝活性を有する、平行流路をもった触媒層を充填した反応器へ、排ガスとともに還元剤となるアンモニアを導入して脱硝反応を行わせる装置が用いられている。
【０００３】
石炭火力のように排ガス中にダストが含まれる場合には、通常、脱硝装置と空気予熱器の後流に電気集塵機やバグフィルターを設置して除塵するが、脱硝装置の前流に電気集塵機を設置する場合もある。前者の場合は、反応器へのダストがそのまま流入するため、触媒層の摩耗を防ぐために、反応器の断面を大きくとり、触媒層へ流入するガス流速を低くしている。後者の場合は、排ガス温度の高い条件での処理のため、除塵設備が大規模になり、また、除塵後であることから触媒の摩耗は著しく軽減されるが、残存する微細なダストが触媒層へ付着し閉塞し易くなる。このため、触媒層中の流路を大きくするなどの対策が採られ、触媒容積が大きくなる。
【０００４】
一方、反応器へ排ガスを導入するためのダクトの配置については、ダクトに垂直部を設けて塊状煤のような比較的大きなダストの搬送を抑制し、該垂直部の下部に設置したホッパーで煤を捕集排出する対策が採られている。また、ボイラ出口のダクト内に金網などのメッシュスクリーン（フィルター）を設置し、目開きよりも大きな粒径のダストを捕集する対策が採られている。例えば、特許文献１には、ダクト断面に種々の触媒の隙間以下の網目状スクリーン（参考例としてピッチ５ｍｍ、線径１ｍｍ）を設置してダストを除去したり、またダクト内にルーバ状の板を設置し、大粒径のダストを衝突落下するような方法がとられている。しかし、節炭器後流の煙道での排ガスの流速が約１５ｍ/sであることから、摩耗による経年劣化が懸念される。その他、反応器入口部に金網などのメッシュスクリーンをガス流れに対して垂直に設置し、触媒流路よりも大きなダストをスクリーンの目開きを調整して捕集する方法が提案されているが、この方法では、ダストの除去機能を持たないため、経年的につまりを生じる懸念がある。
【０００５】
さらに、特許文献２には、ボイラ側の反応器側に大粒径のダストが堆積する傾向にあることから、上部の２枚のベーンの下部にダストを除去する網目あるいは多孔板を設置して灰を除去することが記載されているが、この場合は、ガス流れが均一とならない傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−９５４１５号公報
【特許文献２】特開２００９−１１９３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
脱硝反応器の後流に除塵設備を設ける場合には、触媒の摩耗防止のために反応器内の流速を低くする必要があり、低負荷運用時にはダストが堆積し易くなる。また、脱硝反応器の前流に、垂直ダクトとその下部にホッパーを設ける場合、プラント配置などの制約からダクト内の排ガス流速を十分に低くできず、またダクト長さを十分に確保できない場合には、塊状灰のような大きなダストでも搬送抑制が不十分となり、触媒流路よりも大きな塊状煤の場合には触媒の閉塞を生じることになる。一方、ダクト内にメッシュスクリーンを設置する場合には、目詰まりが問題となると共に、流速の速いダクト内へ設置する場合にはスクリーン自体が摩耗し、頻繁なメンテナンスが必要となる。さらに反応器入口部でガス流れに垂直にメッシュスクリーンを設置する場合には、捕集ダストの排出機構がなく、停缶時に清掃排出することになり、清掃の頻度によっては目詰まりを生じてしまう危険性がある。
【０００８】
本発明の課題は、上記問題を解決し、閉塞および摩耗に対して影響する粒径の大きなダストを、簡易に低減して、反応器内に堆積することを防ぐことである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明者は、ボイラの節炭器出口煙道、または反応器触媒層上部に特定の構造の傾斜薄板スリットを設置することにより、ダストを効率よく除去し、上記課題を解決するに到った。すなわち、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
【００１０】
（１）燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒層を有する脱硝反応器を備えた排ガス脱硝装置であって、上記脱硝反応器の上流側における排ガスダクトを該排ガスの流れが水平方向から垂直方向へ変化する立ち上がり部を有するダクト構造を有し、該立ち上がり部入口の前記水平方向のダクト内または／および前記脱硝反応器内の前記触媒層入口に、複数の薄板を、前記触媒層の開口幅よりも小さいスリット幅で垂直方向に、かつ排ガス流路断面に所定の傾斜角度で多数配列させた傾斜薄板スリットと、該傾斜薄板スリットの下端に取り付けられたダスト捕集排出部とを備えたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
（２）前記触媒層の開口幅が３〜１０ｍｍ、前記傾斜薄板スリットの高さが３０〜１００ｍｍ、および前記傾斜角度が水平方向に対して５〜４５度の範囲である（１）に記載の装置。
【００１１】
本発明において、前記ダクト内または触媒層入口に設置する薄板スリットは、薄板、例えば厚さ３ｍｍ以下、高さ３０〜１００ｍｍの金属製薄板を、触媒層の開口幅３〜１０ｍｍよりも小さいスリット幅で複数枚、垂直方向に配列させたものからなる。薄板の形状は、後述する実施例では細長い菱形形状の物を用いるが、排ガス流路断面に設置できる形状であれば、どのような形状であってもよい。またその高さはダストの捕集効率や、圧力損失等を考慮して３０〜１００ｍｍの範囲から選ばれる。
【００１２】
傾斜薄板スリットは、この薄板スリットを排ガス流路断面に、水平方向に対して５〜４５度の角度になるように配列させたものからなる。上記スリット幅が触媒層の開口幅より大きいと、触媒層にダストが詰まり易くなり、また薄板スリットの傾斜角度が水平方向に対して５度未満では、ダストの捕集効果が小さくなり、また４５度を超えると、ダストによる薄板の摩耗や、圧力損失が増大し易くなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、触媒反応器へ導入する排ガスから粒径の大きなダストを低減でき、触媒層の摩耗および閉塞を抑制することができる。本発明に用いる傾斜薄板スリットは、従来のメッシュスクリーンやワイヤメッシュ（金網）と較べて摩耗に強く、耐久性があり、また傾斜スリットの構造によりダスト落下方向に引っかかりを生じずに下端のホッパへダストを効率よく捕集することができる。さらに触媒層へ導入するガス流速を大きく低下させる必要がなく、ダスト搬送力の低下を抑制でき、触媒層へのダスト堆積を抑制できる。さらにダスト排出機構を有していることから、停缶時の捕集ダストの清掃に左右されることなく、プラントを運用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例を示す排ガス処理装置の説明図。
【図２】本発明に用いる傾斜薄板スリットの部分模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施例を用いて本考案を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す排ガス処理装置の説明図、図２は、本発明に用いる傾斜薄板スリットの部分模式図である。この装置は、ボイラなどから排出される燃焼排ガス１中の窒素酸化物を除去する触媒層３を有する脱硝反応器２を備え、該脱硝反応器２の上流側には、該排ガスの流れが水平方向から垂直方向へ変化する立ち上がり部９を有するダクトを有し、該立ち上がり部９入口の前記水平方向のダクト９内および前記脱硝反応器２内の前記触媒層３入口には、細長い菱形形状を有する薄板１４を前記触媒層の開口幅よりも小さいスリット幅で垂直方向に、かつ排ガス流路断面に所定の傾斜角度で多数配列させた傾斜薄板スリット１３と、該傾斜薄板スリット１３の下端に取り付けられたダスト捕集排出部６とが設けられている。なお、図中、４は節炭器５出口の水平ダクトに設けられたホッパー、７は脱硝反応器入口に設けられたスクリーンプレートを示す。
【００１６】
上記装置において、排ガス１は、ボイラ出口から、水平ダクト、垂直ダクトおよび水平ダクトを経由して脱硝反応器２に入り、触媒層３で処理されるが、傾斜薄板スリット１３は、節炭器５出口の水平ダクトに１枚、および反応器内の触媒層３の入口に１枚設置される。これにより、粒子径の大きなダストは、傾斜薄板スリット１３に捕集され、その下端部に設けられたダスト捕集排出部、すなわち前記立ち上がり部ダクト９下部のホッパーおよび反応器横に設置したホッパー１２にそれぞれ捕集される。その結果、触媒層へは粒径の大きなダストの流入が減少し、触媒層の閉塞が軽減される。
【００１７】
上記実施例では、傾斜薄板スリットを２枚設置したが、排ガス中のダストが少ない場合には、垂直ダクト９の入口の水平ダクトまたは反応器内の触媒層３の入口のいずれかに設置すればよい。
【００１８】
なお、比較として図１の装置において、傾斜薄板スリット１３を設置しない場合、垂直ダクト９を通常の15m/sで設定した場合で、塊状灰は、反応器２へ搬送され、触媒流路よりも大きなダストがボイラ側に位置する触媒層上に蓄積するのか観察された。
【００１９】
一方、ボイラ出口にメッシュスクリーンを設置した場合は、触媒を閉塞させるような大きな粒径のダストを捕集することができるが、ダスト捕集によりスクリーンメッシュの流路が部分的閉塞したり、部分的な摩耗が見られた。
【符号の説明】
【００２０】
1. ボイラ排ガス
2. 脱硝反応器
3. 触媒層
4. ホッパー
7. スクリーンプレート
9. ダクト
11. ホッパー
13. 傾斜薄板スリット
14. 傾斜薄板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒層を有する脱硝反応器を備えた排ガス脱硝装置であって、上記脱硝反応器の上流側における排ガスダクトを該排ガスの流れが水平方向から垂直方向へ変化する立ち上がり部を有するダクト構造を有し、該立ち上がり部入口の前記水平方向のダクト内または／および前記脱硝反応器内の前記触媒層入口に、複数の薄板を、前記触媒層の開口幅よりも小さいスリット幅で垂直方向に、かつ排ガス流路断面に所定の傾斜角度で多数配列させた傾斜薄板スリットと、該傾斜薄板スリットの下端に取り付けられたダスト捕集排出部とを備えたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
【請求項２】
前記触媒層の開口幅が３〜１０ｍｍ、前記傾斜薄板スリットの高さが３０〜１００ｍｍ、および前記傾斜角度が水平方向に対して５〜４５度の範囲である請求項１に記載の装置。
【請求項１】
燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒層を有する脱硝反応器を備えた排ガス脱硝装置であって、上記脱硝反応器の上流側における排ガスダクトを該排ガスの流れが水平方向から垂直方向へ変化する立ち上がり部を有するダクト構造を有し、該立ち上がり部入口の前記水平方向のダクト内または／および前記脱硝反応器内の前記触媒層入口に、複数の薄板を、前記触媒層の開口幅よりも小さいスリット幅で垂直方向に、かつ排ガス流路断面に所定の傾斜角度で多数配列させた傾斜薄板スリットと、該傾斜薄板スリットの下端に取り付けられたダスト捕集排出部とを備えたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
【請求項２】
前記触媒層の開口幅が３〜１０ｍｍ、前記傾斜薄板スリットの高さが３０〜１００ｍｍ、および前記傾斜角度が水平方向に対して５〜４５度の範囲である請求項１に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１１５７１９（Ｐ２０１２−１１５７１９Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５１４４（Ｐ２０１０−２６５１４４）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
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