脱硝装置及び脱硝方法
【課題】有触媒脱硝に用いる触媒が劣化しても、十分にＮＯｘを除去することができる脱硝装置及び脱硝方法を提供すること。
【解決手段】ボイラ１からの排ガスに無触媒脱硝及び有触媒脱硝を行う脱硝装置１００において、ボイラ１の負荷と第１ＮＨ３注入部７で注入するＮＨ３の量とを第１相関関係として予め記憶し、ボイラ１の負荷に応じて第１ＮＨ３注入部７で注入するＮＨ３の量を制御し、ボイラ１の負荷と脱硝触媒設置部９の入口側におけるＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎとを第２相関関係として予め記憶し、ボイラ１の負荷に応じて入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測し、この入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎに基づいて第２ＮＨ３注入部８で注入するＮＨ３の量を制御し、脱硝触媒が劣化したと検知した場合には、この劣化に応じて第１相関関係及び第２相関関係を書き換えて、ＮＨ３の注入量を最適に調整する。
【解決手段】ボイラ１からの排ガスに無触媒脱硝及び有触媒脱硝を行う脱硝装置１００において、ボイラ１の負荷と第１ＮＨ３注入部７で注入するＮＨ３の量とを第１相関関係として予め記憶し、ボイラ１の負荷に応じて第１ＮＨ３注入部７で注入するＮＨ３の量を制御し、ボイラ１の負荷と脱硝触媒設置部９の入口側におけるＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎとを第２相関関係として予め記憶し、ボイラ１の負荷に応じて入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測し、この入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎに基づいて第２ＮＨ３注入部８で注入するＮＨ３の量を制御し、脱硝触媒が劣化したと検知した場合には、この劣化に応じて第１相関関係及び第２相関関係を書き換えて、ＮＨ３の注入量を最適に調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱硝装置及び脱硝方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼炉からの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去（脱硝）する脱硝装置として、以下の特許文献１に記載の脱硝装置が知られている。この脱硝装置では、燃焼炉である加圧流動層ボイラからの燃焼排ガスにアンモニア（還元剤）を注入し無触媒脱硝を行って低減処理排ガスを得、この低減処理排ガスに更にアンモニアを注入し、脱硝触媒を有する脱硝触媒装置で有触媒脱硝を行って触媒通過排ガスを得、この触媒通過排ガスを煙突から外部に放出している。そして、加圧流動層ボイラの運転負荷と、この運転負荷時の加圧流動層ボイラからの排ガスに含まれるＮＯｘを除去するために必要なアンモニア注入量とを相関させた制御関数をアンモニア注入制御手段に予め設定し、このアンモニア注入制御手段が加圧流動層ボイラからの負荷信号を受けて、上述の制御関数に基づいて上記アンモニア注入量を制御するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３５５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような脱硝装置を、燃料を空気と混合させて火炉内を循環させながら燃焼する循環流動層ボイラに適用する場合、循環流動層ボイラでは他の形式のボイラに比して排ガス中に含まれる煤塵の量が多いため、この煤塵が有触媒脱硝に用いる触媒に詰まって、触媒が劣化するおそれがある。また、循環流動層ボイラでは、石炭等の化石燃料以外に、バイオマス、廃プラスチック、廃タイヤ、汚泥、ＲＰＦ（Refuse Paper & Plastic Fuel）、及びＲＤＦ（Refuse Derived Fuel）等の燃料を燃焼することが可能であるが、これらの燃料には、鉛や亜鉛等の重金属類、ナトリウム、カリウム、及びリン等が含まれており、これらの物質が触媒を劣化させるおそれがある。
【０００５】
このように、触媒が劣化すると、有触媒脱硝におけるＮＯｘの除去効率が低下するため、上述の脱硝装置のようにボイラの負荷とアンモニア注入量とを相関させた制御関数を用いてアンモニア注入量を制御しても、所望通りにＮＯｘを十分除去できない。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、有触媒脱硝に用いる触媒が劣化しても、十分にＮＯｘを除去することができる脱硝装置及び脱硝方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る脱硝装置は、燃焼炉で発生するＮＯｘを含有した排ガスに、還元剤を注入して無触媒脱硝を行う無触媒脱硝手段と、無触媒脱硝を行った排ガスに還元剤を注入し、脱硝触媒を用いて有触媒脱硝を行う有触媒脱硝手段とを備える脱硝装置であって、燃焼炉の負荷と無触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量との相関関係である第１相関関係を予め記憶し、第１相関関係に基づいて無触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量を制御し、且つ、燃焼炉の負荷と脱硝触媒の入口側におけるＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度との相関関係である第２相関関係を予め記憶し、第２相関関係に基づいて入口ＮＯｘ濃度を予測し、当該入口ＮＯｘ濃度に基づいて有触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量を制御する制御手段と、脱硝触媒の劣化を検知する触媒劣化検知手段とを備え、制御手段は、触媒劣化検知手段により脱硝触媒が劣化したと検知した場合に、脱硝触媒の劣化に応じて第１相関関係及び第２相関関係を書き換えることが可能であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る脱硝方法は、燃焼炉で発生するＮＯｘを含有した排ガスに、還元剤を注入して無触媒脱硝を行い、無触媒脱硝を行った排ガスに還元剤を注入し、脱硝触媒を用いて有触媒脱硝を行う脱硝方法であって、燃焼炉の負荷と無触媒脱硝で注入する還元剤の注入量との相関関係である第１相関関係を予め記憶し、第１相関関係に基づいて無触媒脱硝で注入する還元剤の注入量を制御し、且つ、燃焼炉の負荷と脱硝触媒の入口側におけるＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度との相関関係である第２相関関係を予め記憶し、第２相関関係に基づいて入口ＮＯｘ濃度を予測し、当該入口ＮＯｘ濃度に基づいて有触媒脱硝で注入する還元剤の注入量を制御し、脱硝触媒が劣化したと検知した場合に、脱硝触媒の劣化に応じて第１相関関係及び第２相関関係を書き換えることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、燃焼炉の負荷と無触媒脱硝で注入する還元剤の量とが第１相関関係として予め記憶され、燃焼炉の負荷に応じて無触媒脱硝手段で注入する還元剤の量が制御される。また、燃焼炉の負荷と入口ＮＯｘ濃度とが第２相関関係として予め記憶され、燃焼炉の負荷から入口ＮＯｘ濃度が予測され、この入口ＮＯｘ濃度に応じて有触媒脱硝で注入する還元剤の量が制御される。そして、脱硝触媒が劣化したと検知した場合には、脱硝触媒の劣化に応じて第１相関関係及び第２相関関係が書き換えられて還元剤の注入量を最適に調整でき、従って、有触媒脱硝に用いる触媒が劣化しても、十分にＮＯｘを除去することができる。
【００１０】
ここで、制御手段は、燃焼炉で燃焼する燃料の種類に応じて、第１相関関係及び第２相関関係を複数記憶することが可能であることが好ましい。こうすると、燃焼炉で燃焼する燃料の種類に応じて、還元剤の注入量を一層最適に調整することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、有触媒脱硝に用いる触媒が劣化しても、十分にＮＯｘを除去することができる脱硝装置及び脱硝方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る脱硝方法を適用した脱硝装置を示す構成図である。
【図２】第１相関関係を示すグラフである。
【図３】第２相関関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す脱硝装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の脱硝装置及び脱硝方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る脱硝方法を適用した脱硝装置を示す構成図である。図１に示すように、脱硝装置１００は、ここでは循環流動層ボイラであるボイラ（燃焼炉）１を備えるプラントＰに設けられるものであり、ボイラ１からの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための装置である。
【００１５】
プラントＰでは、先ず、ボイラ１で、石炭等の化石燃料の他、バイオマス、廃プラスチック、廃タイヤ、汚泥、ＲＰＦ、及びＲＤＦ等の燃料が、ボイラ１内に給気された空気と混合されて、ボイラ１内を循環しながら燃焼され、この燃焼により煤塵等の固体粒子やＮＯｘを含有する排ガスが発生し、この排ガスがボイラ１の上部に接続された第１ダクトＤ１からサイクロン２に送られる。サイクロン２では、遠心分離による固気分離により、排ガスから固体粒子が分離され、固気分離された固体粒子は、サイクロン２の下部から配管を通じてボイラ１に戻され、一方、固体粒子が分離された排ガスは、サイクロン２の上部から配管を通じて熱回収部３，４に送られる。熱回収部３，４では、排ガスから熱が回収され、熱回収後の排ガスは第２ダクトＤ２を通じて排ガス浄化装置５に送られる。排ガス浄化装置５では、排ガスに未だ同伴している飛灰等の微細な固体粒子が除去されると共に排ガスの脱硫が行われて排ガスが浄化され、この浄化済みの排ガスが煙突６を通じて外部に放出される。
【００１６】
このようなプラントＰに設けられる脱硝装置１００は、第１ＮＨ３（アンモニア）注入部７、第２ＮＨ３注入部８、脱硝触媒設置部９、触媒入口Ｏ２濃度計１０、触媒入口ＮＯｘ濃度計１１、触媒出口Ｏ２濃度計１２、触媒出口ＮＯｘ濃度計１３、触媒出口ＮＨ３濃度計１４、排ガス流量算出部１５、触媒劣化検知部１６、ボイラ運転部１７、及び脱硝分配部１８を備えている。
【００１７】
第１ＮＨ３注入部７は、ボイラ１で発生するＮＯｘを含有した排ガスに還元剤（ここでは、ＮＨ３）を注入して無触媒脱硝を行う無触媒脱硝手段として機能するものであり、ボイラ１とサイクロン２との間の第１ダクトＤ１にＮＨ３を注入するように設けられている。なお、無触媒脱硝は、例えば、排ガスの温度が７００〜１１００℃程度の領域で行われる。
【００１８】
第２ＮＨ３注入部８は、第１ダクトＤ１で無触媒脱硝を行った排ガスにＮＨ３を注入するものであり、熱回収部３，４の間にＮＨ３を注入するように設けられている。また、脱硝触媒設置部９は、第２ＮＨ３注入部８からアンモニアが注入された排ガスを、設置した脱硝触媒に通過させてＮＯｘを除去するためのものであり、第２ＮＨ３注入部８と熱回収部４との間に配置されている。このように、第２ＮＨ３注入部８と脱硝触媒設置部９とが、第１ＮＨ３注入部７で無触媒脱硝を行った排ガスにＮＨ３を注入し、その後、脱硝触媒を用いて有触媒脱硝を行う有触媒脱硝手段として機能する。ここで、脱硝触媒としては、例えば、セラミックにバナジウムを担持させたものが用いられる。また、脱硝触媒の表面積である触媒表面積Ｓ（ｍ２）は、プラントＰの運転条件により決まる固定値であり、触媒劣化検知部１６に予め記憶されている。なお、有触媒脱硝は、例えば、排ガスの温度が２００〜４００℃程度の領域で行われる。
【００１９】
第１ＮＨ３注入部７及び第２ＮＨ３注入部８には、これらにＮＨ３を供給するためのＮＨ３供給部１９が接続されている。第１ＮＨ３注入部７とＮＨ３供給部１９とを接続する配管には、第１ＮＨ３注入部７に供給されるＮＨ３の量である第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１（Ｎｍ３／ｈ）を測定する第１ＮＨ３流量計２０と、第１ＮＨ３注入部７に供給されるＮＨ３の量を調節する第１調節弁２１とが設けられている。
【００２０】
第２ＮＨ３注入部８とＮＨ３供給部１９とを接続する配管には、第２ＮＨ３注入部８に供給されるＮＨ３の量である第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２（Ｎｍ３／ｈ）を測定する第２ＮＨ３流量計２２と、第２ＮＨ３注入部８に供給されるＮＨ３の量を調節する第２調節弁２３とが設けられている。
【００２１】
触媒入口Ｏ２濃度計１０は、第２ＮＨ３注入部８と脱硝触媒設置部９との間に配置され、脱硝触媒設置部９の入口側における排ガス中のＯ２の濃度である入口Ｏ２濃度Ｂｉｎ（％）を測定するものである。この触媒入口Ｏ２濃度計１０は、触媒劣化検知部１６と接続されており、測定された入口Ｏ２濃度Ｂｉｎを触媒劣化検知部１６に出力する。
【００２２】
触媒入口ＮＯｘ濃度計１１は、第２ＮＨ３注入部８と脱硝触媒設置部９との間に配置され、脱硝触媒設置部９の入口側における排ガス中のＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎ（ｐｐｍ）を測定するものである。この触媒入口ＮＯｘ濃度計１１は、触媒劣化検知部１６と接続されており、測定された入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを触媒劣化検知部１６に出力する。
【００２３】
ここで、脱硝触媒設置部９の入口側に配置される上述の触媒入口Ｏ２濃度計１０及び触媒入口ＮＯｘ濃度計１１は、排ガスに未だ同伴している飛灰等の微細な固体粒子により劣化や不具合を生じるおそれがあるため、間欠的に動作させることが好ましい。そのため、本実施形態においては、触媒入口Ｏ２濃度計１０及び触媒入口ＮＯｘ濃度計１１は、詳しくは後述する触媒劣化検知部１６による脱硝触媒の劣化の判定時にのみ動作し、それ以外の運転時には動作しないようにしている。
【００２４】
触媒出口Ｏ２濃度計１２は、第２ダクトＤ２に配置され、脱硝触媒設置部９の出口側における排ガス中のＯ２の濃度である出口Ｏ２濃度Ｂｏｕｔ（％）を測定するものである。この触媒出口Ｏ２濃度計１２は、触媒劣化検知部１６と接続されており、測定された出口Ｏ２濃度Ｂｏｕｔを触媒劣化検知部１６に出力する。
【００２５】
触媒出口ＮＯｘ濃度計１３は、第２ダクトＤ２に配置され、脱硝触媒設置部９の出口側における排ガス中のＮＯｘの濃度である出口ＮＯｘ濃度Ｃｏｕｔ（ｐｐｍ）を測定するものである。この触媒出口ＮＯｘ濃度計１３は、触媒劣化検知部１６と接続されており、測定された出口ＮＯｘ濃度Ｃｏｕｔを触媒劣化検知部１６に出力する。また、触媒出口ＮＯｘ濃度計１３は、脱硝分配部１８と接続されており、測定された出口ＮＯｘ濃度Ｃｏｕｔを脱硝分配部１８に出力する。
【００２６】
触媒出口ＮＨ３濃度計１４は、第２ダクトＤ２に配置され、脱硝触媒設置部９の出口側における排ガス中のＮＨ３の濃度である出口ＮＨ３濃度Ａｏｕｔ（ｐｐｍ）を測定するものである。この触媒出口ＮＨ３濃度計１４は、触媒劣化検知部１６と接続されており、測定された出口ＮＨ３濃度Ａｏｕｔを触媒劣化検知部１６に出力する。
【００２７】
排ガス流量算出部１５は、第１ダクトＤ１を通過する排ガスの流量である排ガス量Ｇ（Ｎｍ３／ｈ）を算出するものであり、触媒劣化検知部１６に接続され、算出した排ガス量Ｇを触媒劣化検知部１６に出力する。なお、排ガス流量算出部１５が排ガス量Ｇを算出する方法としては、第１ダクトＤ１に流量計を設置してこの流量計により測定される値を用いて算出する方法、ボイラ１の負荷から算出する方法、及び、ボイラ１で燃焼する燃料の量から算出する方法等が用いられる。
【００２８】
触媒劣化検知部１６は、脱硝触媒が所定以上に劣化したか否かを検知する触媒劣化検知手段として機能するものであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等からなる電子制御ユニットで構成されている。この触媒劣化検知部１６は、入力された各種の値を用いて、下記式（１）で表される反応速度定数Ｋを算出する。そして、触媒劣化検知部１６は、反応速度定数Ｋが予め記憶されている所定の閾値を下回っているか否かを判定することにより、脱硝触媒が所定以上に劣化したか否かを判定して脱硝触媒の劣化を検知する。
【数１】
【００２９】
ここで、ＡＶ（Ｎｍ／ｈ）は面積速度、Ｅｆｆは脱硝効率、αはモル比を表している。また、Ｃｉｎ６％、Ｃｏｕｔ６％、Ａｏｕｔ６％は、脱硝触媒設置部９の入口側及び出口側の酸素濃度であるＢｉｎ及びＢｏｕｔを用いて、同じ酸素濃度下（ここでは６％）における濃度に換算した値である。
【００３０】
この触媒劣化検知部１６は、脱硝分配部１８と接続されており、脱硝触媒が所定以上に劣化したと検知した場合に、その旨の信号を脱硝分配部１８に出力する。
【００３１】
ボイラ運転部１７は、ボイラ１の運転を制御するためのものであり、触媒劣化検知部１６と同様に、電子制御ユニットで構成されている。このボイラ運転部１７は、脱硝分配部１８と接続されており、ボイラ１の負荷やボイラ１で燃焼する燃料の種類といった情報を脱硝分配部１８に出力する。なお、ボイラ１の負荷は、例えば、ボイラ１で燃焼する燃料の量から決定することができる。
【００３２】
脱硝分配部１８は、ＮＨ３供給部１９から第１ＮＨ３注入部７及び第２ＮＨ３注入部８に供給されるＮＨ３の量を決定し制御する制御手段として機能するものであり、触媒劣化検知部１６と同様に、電子制御ユニットで構成されている。
【００３３】
図２は第１相関関係を示すグラフ、図３は第２相関関係を示すグラフである。脱硝分配部１８は、図２に示すような、ボイラ１の負荷（横軸）と第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１（縦軸）との相関関係である第１相関関係を示すグラフを記憶している。この第１相関関係を示すグラフは、脱硝触媒の劣化の程度及びボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じて、複数記憶されている。これにより、脱硝分配部１８は、脱硝触媒の劣化の程度及びボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じて、ボイラ運転部１７から入力されたボイラ１の負荷の情報を基に、第１ＮＨ３注入部７に供給する第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定する（詳しくは後述）。
【００３４】
ここで、決定された第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１に従って、ＮＨ３を第１ＮＨ３注入部７に供給した場合に、無触媒脱硝を行った排ガスに残留するＮＯｘの濃度（入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎ）は、例えば、プラントＰの試運転時に測定し記憶しておくことで、その後は予測することが可能である。すなわち、ボイラ１の負荷を基に第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定すると同時に、その時の入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測することが可能である。
【００３５】
そこで、脱硝分配部１８は、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測すべく、図３に示すような、ボイラ１の負荷（横軸）と入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎ（縦軸）との相関関係である第２相関関係を示すグラフを記憶している。この第２相関関係を示すグラフは、上述のように、例えば、プラントＰの試運転時の測定結果から作成することが可能である。また、この第２相関関係を示すグラフは、第１相関関係を示すグラフに対応して、脱硝触媒の劣化の程度及びボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じ複数記憶されている。これにより、脱硝分配部１８は、脱硝触媒の劣化の程度及びボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じて、ボイラ運転部１７から入力されたボイラ１の負荷の情報を基に、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測する（詳しくは後述）。
【００３６】
さらに、脱硝分配部１８は、第２相関関係から予測された入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎに基づいて、下記式（２）により、第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を決定する。
【数２】
【００３７】
ここで、Ｃｔａｒｇｅｔは、有触媒脱硝後における目標のＮＯｘの濃度である脱硝目標ＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）を表している。
【００３８】
脱硝分配部１８は、触媒劣化検知部１６から脱硝触媒設置部９が所定以上に劣化した旨の信号を入力された場合に、第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定するためのグラフ、及び、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測するためのグラフを、記憶されている他のグラフに書き換えることが可能となっている（詳しくは後述）。
【００３９】
脱硝分配部１８には、図示しない手動スイッチが設けられている。この手動スイッチが押されると、脱硝分配部１８は、触媒劣化検知部１６から脱硝触媒設置部９が所定以上に劣化した旨の信号を入力していない場合でも、第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定するためのグラフ、及び、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測するためのグラフを、記憶されている他のグラフに強制的に書き換えることが可能となっている。
【００４０】
手動スイッチが押される場合としては、例えば、第２ＮＨ３注入部８が詰まった等の不具合により、有触媒脱硝における第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２が所望通りに得られないときに、強制的に、有触媒脱硝における第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を減らして、代わりに、無触媒脱硝における第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を増やす場合等が挙げられる。また、例えば、プラントＰの定期検査時等にプラントＰを停止させて、脱硝触媒設置部９の抜き取り検査を行い、脱硝触媒が劣化していると判断されたときに、強制的に、有触媒脱硝における第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を減らして、代わりに、無触媒脱硝における第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を増やす場合等が挙げられる。
【００４１】
脱硝分配部１８は、第１調節弁２１と接続されており、決定された第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１が得られるように、第１調節弁２１に制御信号（ａ）を送る。また、脱硝分配部１８は、第２調節弁２３と接続されており、決定された第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２が得られるように、第２調節弁２３に制御信号（ｂ）を送る。
【００４２】
なお、脱硝分配部１８は、触媒出口ＮＯｘ濃度計１３から入力された出口ＮＯｘ濃度Ｃｏｕｔにより、所望の脱硝性能が発揮されているか否かを確認し、フィードバック制御を行うことが可能となっている。
【００４３】
次に、脱硝装置１００の動作について説明する。
【００４４】
図４は、図１に示す脱硝装置の動作を示すフローチャートである。
【００４５】
図４に示すように、脱硝装置１００の動作は、脱硝分配部１８が、触媒劣化検知部１６から脱硝触媒が所定以上に劣化した旨の信号を入力されたか否かを判定する触媒劣化進行自動判定を実行することから始まる（ステップＳ１０１）。脱硝触媒が所定以上に劣化したか否かは、触媒劣化検知部１６が反応速度定数Ｋを算出し、この反応速度定数Ｋが予め記憶されている所定の閾値を下回っているか否かを判定することにより判定する。この触媒劣化検知部１６による判定は、所定の間隔、例えば１日１回程度の頻度で行われ、それ以外の運転時には行われない。
【００４６】
ステップＳ１０１にて、信号を入力していないと判定した場合、脱硝分配部１８は、手動スイッチが押されたか否かを判定する触媒劣化進行手動判定を実行する（ステップＳ１０３）。
【００４７】
ステップＳ１０３にて、手動スイッチが押されていないと判定した場合、脱硝分配部１８は、ＮＨ３供給部１９から第１ＮＨ３注入部７及び第２ＮＨ３注入部８に供給されるＮＨ３の量を調整する脱硝分配調整は不要と判断し、脱硝装置１００の一連の動作は終了する。
【００４８】
一方、ステップＳ１０１にて信号を入力されたと判定した場合、又は、ステップＳ１０３にて手動スイッチが押されたと判定した場合には、脱硝分配部１８は、脱硝分配調整が必要と判断する（ステップＳ１０５）。
【００４９】
ここで、脱硝触媒の劣化が少ない場合、有触媒脱硝における脱硝効率は高いため、有触媒脱硝を積極的に行うべく、無触媒脱硝における第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を少なくし、有触媒脱硝における第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を多くした方が好ましい。そこで、脱硝分配部１８は、図２（ａ）に示すような、第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１が少ないグラフを選択して第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定し、決定された第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１に従って第１調節弁２１に制御信号（ａ）を送信して第１ＮＨ３注入部７からＮＨ３を注入する共に、図３（ａ）に示すような、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎが高いグラフを選択して入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測し、上述の式（２）に基づいて、第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を決定し、決定された第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２に従って第２調節弁２３に制御信号（ｂ）を送信して第２ＮＨ３注入部８からＮＨ３を注入する。
【００５０】
その後、プラントＰの運転により、脱硝触媒が劣化してきた場合には、有触媒脱硝における脱硝効率は低下してくるため、無触媒脱硝も利用すべく、無触媒脱硝における第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を増やし、有触媒脱硝における第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を減らした方が好ましい。
【００５１】
そこで、ステップＳ１０５にて脱硝分配調整が必要と判断すると、脱硝分配部１８は、次に、脱硝触媒の劣化に応じて、第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定するためのグラフを、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１が多いグラフに段階的に書き換え（ステップＳ１０７）、これと対応するように、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測するためのグラフを、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎが低いグラフに段階的に書き換える（ステップＳ１０９）。そして、脱硝装置１００の一連の動作は終了し、書き換えたグラフに基づいて決定された第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１、及び、第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２に従って、第１ＮＨ３注入部７、及び、第２ＮＨ３注入部８からＮＨ３を注入する。
【００５２】
このように、本実施形態に係る脱硝装置１００では、ボイラ１の負荷と、無触媒脱硝で注入するＮＨ３の量である第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１とが、第１相関関係として脱硝分配部１８に予め記憶され、ボイラ１の負荷に応じて第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１が制御される。また、ボイラ１の負荷と、脱硝触媒設置部９の入口側における排ガス中のＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎとが、第２相関関係として脱硝分配部１８に予め記憶され、ボイラ１の負荷に応じて入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎが予測され、この入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎに応じて有触媒脱硝で注入するＮＨ３の量である第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２が制御される。そして、脱硝触媒が劣化したと検知された場合には、脱硝触媒の劣化に応じて第１相関関係及び第２相関関係が書き換えられ、これにより、ＮＨ３の注入量を最適に調整でき、従って、有触媒脱硝に用いる脱硝触媒が劣化しても、十分にＮＯｘを除去することができる。
【００５３】
また、このように、本実施形態に係る脱硝装置１００では、予め記憶された第２相関関係から入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎが予測されるため、触媒入口ＮＯｘ濃度計１１を脱硝触媒の劣化の判定時にのみ動作させ、それ以外の運転時には動作させないようにすることができる。これにより、触媒入口ＮＯｘ濃度計１１の劣化や不具合を抑制することができる。
【００５４】
また、脱硝分配部１８は、ボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じて、第１相関関係及び第２相関関係を複数記憶しているため、ボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じて、ＮＨ３の注入量をより一層最適に調整することができる。
【００５５】
以上、本発明の脱硝装置及び脱硝方法に係る実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、脱硝分配部１８は、第１相関関係及び第２相関関係をグラフとして記憶しているが、これに代えて、第１相関関係及び第２相関関係を関数として記憶していても良い。
【００５６】
また、上記実施形態では、還元剤としてＮＨ３を使用しているが、これに代えて、尿素水を使用しても良い。さらに、第１ＮＨ３注入部７及び第２ＮＨ３注入部８で注入する還元剤は、同一のものであっても良いし、異なるものであっても良い。
【００５７】
また、上記実施形態では、無触媒脱硝手段である第１ＮＨ３注入部７は、第１ダクトＤ１に設けられているが、ボイラ１に設けられても良い。さらに、上記実施形態では、有触媒脱硝手段である第２ＮＨ３注入部８及び脱硝触媒設置部９は、熱回収部３，４の間に設けられているが、これに限らず、排ガスの流れる方向において無触媒脱硝手段である第１ＮＨ３注入部７の下流側にあれば良い。
【符号の説明】
【００５８】
１…ボイラ（燃焼炉）、７…第１ＮＨ３注入部（無触媒脱硝手段）、８…第２ＮＨ３注入部（有触媒脱硝手段）、９…脱硝触媒設置部（有触媒脱硝手段）、１６…触媒劣化検知部（触媒劣化検知手段）、１８…脱硝分配部（制御手段）、１００…脱硝装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱硝装置及び脱硝方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼炉からの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去（脱硝）する脱硝装置として、以下の特許文献１に記載の脱硝装置が知られている。この脱硝装置では、燃焼炉である加圧流動層ボイラからの燃焼排ガスにアンモニア（還元剤）を注入し無触媒脱硝を行って低減処理排ガスを得、この低減処理排ガスに更にアンモニアを注入し、脱硝触媒を有する脱硝触媒装置で有触媒脱硝を行って触媒通過排ガスを得、この触媒通過排ガスを煙突から外部に放出している。そして、加圧流動層ボイラの運転負荷と、この運転負荷時の加圧流動層ボイラからの排ガスに含まれるＮＯｘを除去するために必要なアンモニア注入量とを相関させた制御関数をアンモニア注入制御手段に予め設定し、このアンモニア注入制御手段が加圧流動層ボイラからの負荷信号を受けて、上述の制御関数に基づいて上記アンモニア注入量を制御するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３５５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような脱硝装置を、燃料を空気と混合させて火炉内を循環させながら燃焼する循環流動層ボイラに適用する場合、循環流動層ボイラでは他の形式のボイラに比して排ガス中に含まれる煤塵の量が多いため、この煤塵が有触媒脱硝に用いる触媒に詰まって、触媒が劣化するおそれがある。また、循環流動層ボイラでは、石炭等の化石燃料以外に、バイオマス、廃プラスチック、廃タイヤ、汚泥、ＲＰＦ（Refuse Paper & Plastic Fuel）、及びＲＤＦ（Refuse Derived Fuel）等の燃料を燃焼することが可能であるが、これらの燃料には、鉛や亜鉛等の重金属類、ナトリウム、カリウム、及びリン等が含まれており、これらの物質が触媒を劣化させるおそれがある。
【０００５】
このように、触媒が劣化すると、有触媒脱硝におけるＮＯｘの除去効率が低下するため、上述の脱硝装置のようにボイラの負荷とアンモニア注入量とを相関させた制御関数を用いてアンモニア注入量を制御しても、所望通りにＮＯｘを十分除去できない。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、有触媒脱硝に用いる触媒が劣化しても、十分にＮＯｘを除去することができる脱硝装置及び脱硝方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る脱硝装置は、燃焼炉で発生するＮＯｘを含有した排ガスに、還元剤を注入して無触媒脱硝を行う無触媒脱硝手段と、無触媒脱硝を行った排ガスに還元剤を注入し、脱硝触媒を用いて有触媒脱硝を行う有触媒脱硝手段とを備える脱硝装置であって、燃焼炉の負荷と無触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量との相関関係である第１相関関係を予め記憶し、第１相関関係に基づいて無触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量を制御し、且つ、燃焼炉の負荷と脱硝触媒の入口側におけるＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度との相関関係である第２相関関係を予め記憶し、第２相関関係に基づいて入口ＮＯｘ濃度を予測し、当該入口ＮＯｘ濃度に基づいて有触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量を制御する制御手段と、脱硝触媒の劣化を検知する触媒劣化検知手段とを備え、制御手段は、触媒劣化検知手段により脱硝触媒が劣化したと検知した場合に、脱硝触媒の劣化に応じて第１相関関係及び第２相関関係を書き換えることが可能であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る脱硝方法は、燃焼炉で発生するＮＯｘを含有した排ガスに、還元剤を注入して無触媒脱硝を行い、無触媒脱硝を行った排ガスに還元剤を注入し、脱硝触媒を用いて有触媒脱硝を行う脱硝方法であって、燃焼炉の負荷と無触媒脱硝で注入する還元剤の注入量との相関関係である第１相関関係を予め記憶し、第１相関関係に基づいて無触媒脱硝で注入する還元剤の注入量を制御し、且つ、燃焼炉の負荷と脱硝触媒の入口側におけるＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度との相関関係である第２相関関係を予め記憶し、第２相関関係に基づいて入口ＮＯｘ濃度を予測し、当該入口ＮＯｘ濃度に基づいて有触媒脱硝で注入する還元剤の注入量を制御し、脱硝触媒が劣化したと検知した場合に、脱硝触媒の劣化に応じて第１相関関係及び第２相関関係を書き換えることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、燃焼炉の負荷と無触媒脱硝で注入する還元剤の量とが第１相関関係として予め記憶され、燃焼炉の負荷に応じて無触媒脱硝手段で注入する還元剤の量が制御される。また、燃焼炉の負荷と入口ＮＯｘ濃度とが第２相関関係として予め記憶され、燃焼炉の負荷から入口ＮＯｘ濃度が予測され、この入口ＮＯｘ濃度に応じて有触媒脱硝で注入する還元剤の量が制御される。そして、脱硝触媒が劣化したと検知した場合には、脱硝触媒の劣化に応じて第１相関関係及び第２相関関係が書き換えられて還元剤の注入量を最適に調整でき、従って、有触媒脱硝に用いる触媒が劣化しても、十分にＮＯｘを除去することができる。
【００１０】
ここで、制御手段は、燃焼炉で燃焼する燃料の種類に応じて、第１相関関係及び第２相関関係を複数記憶することが可能であることが好ましい。こうすると、燃焼炉で燃焼する燃料の種類に応じて、還元剤の注入量を一層最適に調整することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、有触媒脱硝に用いる触媒が劣化しても、十分にＮＯｘを除去することができる脱硝装置及び脱硝方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る脱硝方法を適用した脱硝装置を示す構成図である。
【図２】第１相関関係を示すグラフである。
【図３】第２相関関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す脱硝装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の脱硝装置及び脱硝方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る脱硝方法を適用した脱硝装置を示す構成図である。図１に示すように、脱硝装置１００は、ここでは循環流動層ボイラであるボイラ（燃焼炉）１を備えるプラントＰに設けられるものであり、ボイラ１からの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための装置である。
【００１５】
プラントＰでは、先ず、ボイラ１で、石炭等の化石燃料の他、バイオマス、廃プラスチック、廃タイヤ、汚泥、ＲＰＦ、及びＲＤＦ等の燃料が、ボイラ１内に給気された空気と混合されて、ボイラ１内を循環しながら燃焼され、この燃焼により煤塵等の固体粒子やＮＯｘを含有する排ガスが発生し、この排ガスがボイラ１の上部に接続された第１ダクトＤ１からサイクロン２に送られる。サイクロン２では、遠心分離による固気分離により、排ガスから固体粒子が分離され、固気分離された固体粒子は、サイクロン２の下部から配管を通じてボイラ１に戻され、一方、固体粒子が分離された排ガスは、サイクロン２の上部から配管を通じて熱回収部３，４に送られる。熱回収部３，４では、排ガスから熱が回収され、熱回収後の排ガスは第２ダクトＤ２を通じて排ガス浄化装置５に送られる。排ガス浄化装置５では、排ガスに未だ同伴している飛灰等の微細な固体粒子が除去されると共に排ガスの脱硫が行われて排ガスが浄化され、この浄化済みの排ガスが煙突６を通じて外部に放出される。
【００１６】
このようなプラントＰに設けられる脱硝装置１００は、第１ＮＨ３（アンモニア）注入部７、第２ＮＨ３注入部８、脱硝触媒設置部９、触媒入口Ｏ２濃度計１０、触媒入口ＮＯｘ濃度計１１、触媒出口Ｏ２濃度計１２、触媒出口ＮＯｘ濃度計１３、触媒出口ＮＨ３濃度計１４、排ガス流量算出部１５、触媒劣化検知部１６、ボイラ運転部１７、及び脱硝分配部１８を備えている。
【００１７】
第１ＮＨ３注入部７は、ボイラ１で発生するＮＯｘを含有した排ガスに還元剤（ここでは、ＮＨ３）を注入して無触媒脱硝を行う無触媒脱硝手段として機能するものであり、ボイラ１とサイクロン２との間の第１ダクトＤ１にＮＨ３を注入するように設けられている。なお、無触媒脱硝は、例えば、排ガスの温度が７００〜１１００℃程度の領域で行われる。
【００１８】
第２ＮＨ３注入部８は、第１ダクトＤ１で無触媒脱硝を行った排ガスにＮＨ３を注入するものであり、熱回収部３，４の間にＮＨ３を注入するように設けられている。また、脱硝触媒設置部９は、第２ＮＨ３注入部８からアンモニアが注入された排ガスを、設置した脱硝触媒に通過させてＮＯｘを除去するためのものであり、第２ＮＨ３注入部８と熱回収部４との間に配置されている。このように、第２ＮＨ３注入部８と脱硝触媒設置部９とが、第１ＮＨ３注入部７で無触媒脱硝を行った排ガスにＮＨ３を注入し、その後、脱硝触媒を用いて有触媒脱硝を行う有触媒脱硝手段として機能する。ここで、脱硝触媒としては、例えば、セラミックにバナジウムを担持させたものが用いられる。また、脱硝触媒の表面積である触媒表面積Ｓ（ｍ２）は、プラントＰの運転条件により決まる固定値であり、触媒劣化検知部１６に予め記憶されている。なお、有触媒脱硝は、例えば、排ガスの温度が２００〜４００℃程度の領域で行われる。
【００１９】
第１ＮＨ３注入部７及び第２ＮＨ３注入部８には、これらにＮＨ３を供給するためのＮＨ３供給部１９が接続されている。第１ＮＨ３注入部７とＮＨ３供給部１９とを接続する配管には、第１ＮＨ３注入部７に供給されるＮＨ３の量である第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１（Ｎｍ３／ｈ）を測定する第１ＮＨ３流量計２０と、第１ＮＨ３注入部７に供給されるＮＨ３の量を調節する第１調節弁２１とが設けられている。
【００２０】
第２ＮＨ３注入部８とＮＨ３供給部１９とを接続する配管には、第２ＮＨ３注入部８に供給されるＮＨ３の量である第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２（Ｎｍ３／ｈ）を測定する第２ＮＨ３流量計２２と、第２ＮＨ３注入部８に供給されるＮＨ３の量を調節する第２調節弁２３とが設けられている。
【００２１】
触媒入口Ｏ２濃度計１０は、第２ＮＨ３注入部８と脱硝触媒設置部９との間に配置され、脱硝触媒設置部９の入口側における排ガス中のＯ２の濃度である入口Ｏ２濃度Ｂｉｎ（％）を測定するものである。この触媒入口Ｏ２濃度計１０は、触媒劣化検知部１６と接続されており、測定された入口Ｏ２濃度Ｂｉｎを触媒劣化検知部１６に出力する。
【００２２】
触媒入口ＮＯｘ濃度計１１は、第２ＮＨ３注入部８と脱硝触媒設置部９との間に配置され、脱硝触媒設置部９の入口側における排ガス中のＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎ（ｐｐｍ）を測定するものである。この触媒入口ＮＯｘ濃度計１１は、触媒劣化検知部１６と接続されており、測定された入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを触媒劣化検知部１６に出力する。
【００２３】
ここで、脱硝触媒設置部９の入口側に配置される上述の触媒入口Ｏ２濃度計１０及び触媒入口ＮＯｘ濃度計１１は、排ガスに未だ同伴している飛灰等の微細な固体粒子により劣化や不具合を生じるおそれがあるため、間欠的に動作させることが好ましい。そのため、本実施形態においては、触媒入口Ｏ２濃度計１０及び触媒入口ＮＯｘ濃度計１１は、詳しくは後述する触媒劣化検知部１６による脱硝触媒の劣化の判定時にのみ動作し、それ以外の運転時には動作しないようにしている。
【００２４】
触媒出口Ｏ２濃度計１２は、第２ダクトＤ２に配置され、脱硝触媒設置部９の出口側における排ガス中のＯ２の濃度である出口Ｏ２濃度Ｂｏｕｔ（％）を測定するものである。この触媒出口Ｏ２濃度計１２は、触媒劣化検知部１６と接続されており、測定された出口Ｏ２濃度Ｂｏｕｔを触媒劣化検知部１６に出力する。
【００２５】
触媒出口ＮＯｘ濃度計１３は、第２ダクトＤ２に配置され、脱硝触媒設置部９の出口側における排ガス中のＮＯｘの濃度である出口ＮＯｘ濃度Ｃｏｕｔ（ｐｐｍ）を測定するものである。この触媒出口ＮＯｘ濃度計１３は、触媒劣化検知部１６と接続されており、測定された出口ＮＯｘ濃度Ｃｏｕｔを触媒劣化検知部１６に出力する。また、触媒出口ＮＯｘ濃度計１３は、脱硝分配部１８と接続されており、測定された出口ＮＯｘ濃度Ｃｏｕｔを脱硝分配部１８に出力する。
【００２６】
触媒出口ＮＨ３濃度計１４は、第２ダクトＤ２に配置され、脱硝触媒設置部９の出口側における排ガス中のＮＨ３の濃度である出口ＮＨ３濃度Ａｏｕｔ（ｐｐｍ）を測定するものである。この触媒出口ＮＨ３濃度計１４は、触媒劣化検知部１６と接続されており、測定された出口ＮＨ３濃度Ａｏｕｔを触媒劣化検知部１６に出力する。
【００２７】
排ガス流量算出部１５は、第１ダクトＤ１を通過する排ガスの流量である排ガス量Ｇ（Ｎｍ３／ｈ）を算出するものであり、触媒劣化検知部１６に接続され、算出した排ガス量Ｇを触媒劣化検知部１６に出力する。なお、排ガス流量算出部１５が排ガス量Ｇを算出する方法としては、第１ダクトＤ１に流量計を設置してこの流量計により測定される値を用いて算出する方法、ボイラ１の負荷から算出する方法、及び、ボイラ１で燃焼する燃料の量から算出する方法等が用いられる。
【００２８】
触媒劣化検知部１６は、脱硝触媒が所定以上に劣化したか否かを検知する触媒劣化検知手段として機能するものであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等からなる電子制御ユニットで構成されている。この触媒劣化検知部１６は、入力された各種の値を用いて、下記式（１）で表される反応速度定数Ｋを算出する。そして、触媒劣化検知部１６は、反応速度定数Ｋが予め記憶されている所定の閾値を下回っているか否かを判定することにより、脱硝触媒が所定以上に劣化したか否かを判定して脱硝触媒の劣化を検知する。
【数１】
【００２９】
ここで、ＡＶ（Ｎｍ／ｈ）は面積速度、Ｅｆｆは脱硝効率、αはモル比を表している。また、Ｃｉｎ６％、Ｃｏｕｔ６％、Ａｏｕｔ６％は、脱硝触媒設置部９の入口側及び出口側の酸素濃度であるＢｉｎ及びＢｏｕｔを用いて、同じ酸素濃度下（ここでは６％）における濃度に換算した値である。
【００３０】
この触媒劣化検知部１６は、脱硝分配部１８と接続されており、脱硝触媒が所定以上に劣化したと検知した場合に、その旨の信号を脱硝分配部１８に出力する。
【００３１】
ボイラ運転部１７は、ボイラ１の運転を制御するためのものであり、触媒劣化検知部１６と同様に、電子制御ユニットで構成されている。このボイラ運転部１７は、脱硝分配部１８と接続されており、ボイラ１の負荷やボイラ１で燃焼する燃料の種類といった情報を脱硝分配部１８に出力する。なお、ボイラ１の負荷は、例えば、ボイラ１で燃焼する燃料の量から決定することができる。
【００３２】
脱硝分配部１８は、ＮＨ３供給部１９から第１ＮＨ３注入部７及び第２ＮＨ３注入部８に供給されるＮＨ３の量を決定し制御する制御手段として機能するものであり、触媒劣化検知部１６と同様に、電子制御ユニットで構成されている。
【００３３】
図２は第１相関関係を示すグラフ、図３は第２相関関係を示すグラフである。脱硝分配部１８は、図２に示すような、ボイラ１の負荷（横軸）と第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１（縦軸）との相関関係である第１相関関係を示すグラフを記憶している。この第１相関関係を示すグラフは、脱硝触媒の劣化の程度及びボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じて、複数記憶されている。これにより、脱硝分配部１８は、脱硝触媒の劣化の程度及びボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じて、ボイラ運転部１７から入力されたボイラ１の負荷の情報を基に、第１ＮＨ３注入部７に供給する第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定する（詳しくは後述）。
【００３４】
ここで、決定された第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１に従って、ＮＨ３を第１ＮＨ３注入部７に供給した場合に、無触媒脱硝を行った排ガスに残留するＮＯｘの濃度（入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎ）は、例えば、プラントＰの試運転時に測定し記憶しておくことで、その後は予測することが可能である。すなわち、ボイラ１の負荷を基に第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定すると同時に、その時の入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測することが可能である。
【００３５】
そこで、脱硝分配部１８は、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測すべく、図３に示すような、ボイラ１の負荷（横軸）と入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎ（縦軸）との相関関係である第２相関関係を示すグラフを記憶している。この第２相関関係を示すグラフは、上述のように、例えば、プラントＰの試運転時の測定結果から作成することが可能である。また、この第２相関関係を示すグラフは、第１相関関係を示すグラフに対応して、脱硝触媒の劣化の程度及びボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じ複数記憶されている。これにより、脱硝分配部１８は、脱硝触媒の劣化の程度及びボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じて、ボイラ運転部１７から入力されたボイラ１の負荷の情報を基に、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測する（詳しくは後述）。
【００３６】
さらに、脱硝分配部１８は、第２相関関係から予測された入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎに基づいて、下記式（２）により、第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を決定する。
【数２】
【００３７】
ここで、Ｃｔａｒｇｅｔは、有触媒脱硝後における目標のＮＯｘの濃度である脱硝目標ＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）を表している。
【００３８】
脱硝分配部１８は、触媒劣化検知部１６から脱硝触媒設置部９が所定以上に劣化した旨の信号を入力された場合に、第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定するためのグラフ、及び、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測するためのグラフを、記憶されている他のグラフに書き換えることが可能となっている（詳しくは後述）。
【００３９】
脱硝分配部１８には、図示しない手動スイッチが設けられている。この手動スイッチが押されると、脱硝分配部１８は、触媒劣化検知部１６から脱硝触媒設置部９が所定以上に劣化した旨の信号を入力していない場合でも、第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定するためのグラフ、及び、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測するためのグラフを、記憶されている他のグラフに強制的に書き換えることが可能となっている。
【００４０】
手動スイッチが押される場合としては、例えば、第２ＮＨ３注入部８が詰まった等の不具合により、有触媒脱硝における第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２が所望通りに得られないときに、強制的に、有触媒脱硝における第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を減らして、代わりに、無触媒脱硝における第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を増やす場合等が挙げられる。また、例えば、プラントＰの定期検査時等にプラントＰを停止させて、脱硝触媒設置部９の抜き取り検査を行い、脱硝触媒が劣化していると判断されたときに、強制的に、有触媒脱硝における第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を減らして、代わりに、無触媒脱硝における第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を増やす場合等が挙げられる。
【００４１】
脱硝分配部１８は、第１調節弁２１と接続されており、決定された第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１が得られるように、第１調節弁２１に制御信号（ａ）を送る。また、脱硝分配部１８は、第２調節弁２３と接続されており、決定された第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２が得られるように、第２調節弁２３に制御信号（ｂ）を送る。
【００４２】
なお、脱硝分配部１８は、触媒出口ＮＯｘ濃度計１３から入力された出口ＮＯｘ濃度Ｃｏｕｔにより、所望の脱硝性能が発揮されているか否かを確認し、フィードバック制御を行うことが可能となっている。
【００４３】
次に、脱硝装置１００の動作について説明する。
【００４４】
図４は、図１に示す脱硝装置の動作を示すフローチャートである。
【００４５】
図４に示すように、脱硝装置１００の動作は、脱硝分配部１８が、触媒劣化検知部１６から脱硝触媒が所定以上に劣化した旨の信号を入力されたか否かを判定する触媒劣化進行自動判定を実行することから始まる（ステップＳ１０１）。脱硝触媒が所定以上に劣化したか否かは、触媒劣化検知部１６が反応速度定数Ｋを算出し、この反応速度定数Ｋが予め記憶されている所定の閾値を下回っているか否かを判定することにより判定する。この触媒劣化検知部１６による判定は、所定の間隔、例えば１日１回程度の頻度で行われ、それ以外の運転時には行われない。
【００４６】
ステップＳ１０１にて、信号を入力していないと判定した場合、脱硝分配部１８は、手動スイッチが押されたか否かを判定する触媒劣化進行手動判定を実行する（ステップＳ１０３）。
【００４７】
ステップＳ１０３にて、手動スイッチが押されていないと判定した場合、脱硝分配部１８は、ＮＨ３供給部１９から第１ＮＨ３注入部７及び第２ＮＨ３注入部８に供給されるＮＨ３の量を調整する脱硝分配調整は不要と判断し、脱硝装置１００の一連の動作は終了する。
【００４８】
一方、ステップＳ１０１にて信号を入力されたと判定した場合、又は、ステップＳ１０３にて手動スイッチが押されたと判定した場合には、脱硝分配部１８は、脱硝分配調整が必要と判断する（ステップＳ１０５）。
【００４９】
ここで、脱硝触媒の劣化が少ない場合、有触媒脱硝における脱硝効率は高いため、有触媒脱硝を積極的に行うべく、無触媒脱硝における第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を少なくし、有触媒脱硝における第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を多くした方が好ましい。そこで、脱硝分配部１８は、図２（ａ）に示すような、第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１が少ないグラフを選択して第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定し、決定された第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１に従って第１調節弁２１に制御信号（ａ）を送信して第１ＮＨ３注入部７からＮＨ３を注入する共に、図３（ａ）に示すような、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎが高いグラフを選択して入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測し、上述の式（２）に基づいて、第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を決定し、決定された第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２に従って第２調節弁２３に制御信号（ｂ）を送信して第２ＮＨ３注入部８からＮＨ３を注入する。
【００５０】
その後、プラントＰの運転により、脱硝触媒が劣化してきた場合には、有触媒脱硝における脱硝効率は低下してくるため、無触媒脱硝も利用すべく、無触媒脱硝における第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を増やし、有触媒脱硝における第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２を減らした方が好ましい。
【００５１】
そこで、ステップＳ１０５にて脱硝分配調整が必要と判断すると、脱硝分配部１８は、次に、脱硝触媒の劣化に応じて、第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１を決定するためのグラフを、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１が多いグラフに段階的に書き換え（ステップＳ１０７）、これと対応するように、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎを予測するためのグラフを、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎが低いグラフに段階的に書き換える（ステップＳ１０９）。そして、脱硝装置１００の一連の動作は終了し、書き換えたグラフに基づいて決定された第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１、及び、第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２に従って、第１ＮＨ３注入部７、及び、第２ＮＨ３注入部８からＮＨ３を注入する。
【００５２】
このように、本実施形態に係る脱硝装置１００では、ボイラ１の負荷と、無触媒脱硝で注入するＮＨ３の量である第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１とが、第１相関関係として脱硝分配部１８に予め記憶され、ボイラ１の負荷に応じて第１ＮＨ３注入量Ａｉｎ１が制御される。また、ボイラ１の負荷と、脱硝触媒設置部９の入口側における排ガス中のＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎとが、第２相関関係として脱硝分配部１８に予め記憶され、ボイラ１の負荷に応じて入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎが予測され、この入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎに応じて有触媒脱硝で注入するＮＨ３の量である第２ＮＨ３注入量Ａｉｎ２が制御される。そして、脱硝触媒が劣化したと検知された場合には、脱硝触媒の劣化に応じて第１相関関係及び第２相関関係が書き換えられ、これにより、ＮＨ３の注入量を最適に調整でき、従って、有触媒脱硝に用いる脱硝触媒が劣化しても、十分にＮＯｘを除去することができる。
【００５３】
また、このように、本実施形態に係る脱硝装置１００では、予め記憶された第２相関関係から入口ＮＯｘ濃度Ｃｉｎが予測されるため、触媒入口ＮＯｘ濃度計１１を脱硝触媒の劣化の判定時にのみ動作させ、それ以外の運転時には動作させないようにすることができる。これにより、触媒入口ＮＯｘ濃度計１１の劣化や不具合を抑制することができる。
【００５４】
また、脱硝分配部１８は、ボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じて、第１相関関係及び第２相関関係を複数記憶しているため、ボイラ１で燃焼する燃料の種類に応じて、ＮＨ３の注入量をより一層最適に調整することができる。
【００５５】
以上、本発明の脱硝装置及び脱硝方法に係る実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、脱硝分配部１８は、第１相関関係及び第２相関関係をグラフとして記憶しているが、これに代えて、第１相関関係及び第２相関関係を関数として記憶していても良い。
【００５６】
また、上記実施形態では、還元剤としてＮＨ３を使用しているが、これに代えて、尿素水を使用しても良い。さらに、第１ＮＨ３注入部７及び第２ＮＨ３注入部８で注入する還元剤は、同一のものであっても良いし、異なるものであっても良い。
【００５７】
また、上記実施形態では、無触媒脱硝手段である第１ＮＨ３注入部７は、第１ダクトＤ１に設けられているが、ボイラ１に設けられても良い。さらに、上記実施形態では、有触媒脱硝手段である第２ＮＨ３注入部８及び脱硝触媒設置部９は、熱回収部３，４の間に設けられているが、これに限らず、排ガスの流れる方向において無触媒脱硝手段である第１ＮＨ３注入部７の下流側にあれば良い。
【符号の説明】
【００５８】
１…ボイラ（燃焼炉）、７…第１ＮＨ３注入部（無触媒脱硝手段）、８…第２ＮＨ３注入部（有触媒脱硝手段）、９…脱硝触媒設置部（有触媒脱硝手段）、１６…触媒劣化検知部（触媒劣化検知手段）、１８…脱硝分配部（制御手段）、１００…脱硝装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉で発生するＮＯｘを含有した排ガスに、還元剤を注入して無触媒脱硝を行う無触媒脱硝手段と、前記無触媒脱硝を行った排ガスに還元剤を注入し、脱硝触媒を用いて有触媒脱硝を行う有触媒脱硝手段とを備える脱硝装置であって、
前記燃焼炉の負荷と前記無触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量との相関関係である第１相関関係を予め記憶し、前記第１相関関係に基づいて前記無触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量を制御し、且つ、前記燃焼炉の負荷と前記脱硝触媒の入口側におけるＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度との相関関係である第２相関関係を予め記憶し、前記第２相関関係に基づいて入口ＮＯｘ濃度を予測し、当該入口ＮＯｘ濃度に基づいて前記有触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量を制御する制御手段と、
前記脱硝触媒の劣化を検知する触媒劣化検知手段と、を備え、
前記制御手段は、前記触媒劣化検知手段により前記脱硝触媒が劣化したと検知した場合に、前記脱硝触媒の劣化に応じて前記第１相関関係及び前記第２相関関係を書き換えることが可能であること、
を特徴とする脱硝装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記燃焼炉で燃焼する燃料の種類に応じて、前記第１相関関係及び前記第２相関関係を複数記憶することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の脱硝装置。
【請求項３】
燃焼炉で発生するＮＯｘを含有した排ガスに、還元剤を注入して無触媒脱硝を行い、前記無触媒脱硝を行った排ガスに還元剤を注入し、脱硝触媒を用いて有触媒脱硝を行う脱硝方法であって、
前記燃焼炉の負荷と前記無触媒脱硝で注入する還元剤の注入量との相関関係である第１相関関係を予め記憶し、前記第１相関関係に基づいて前記無触媒脱硝で注入する還元剤の注入量を制御し、且つ、前記燃焼炉の負荷と前記脱硝触媒の入口側におけるＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度との相関関係である第２相関関係を予め記憶し、前記第２相関関係に基づいて入口ＮＯｘ濃度を予測し、当該入口ＮＯｘ濃度に基づいて前記有触媒脱硝で注入する還元剤の注入量を制御し、
前記脱硝触媒が劣化したと検知した場合に、前記脱硝触媒の劣化に応じて前記第１相関関係及び前記第２相関関係を書き換えること、
を特徴とする脱硝方法。
【請求項１】
燃焼炉で発生するＮＯｘを含有した排ガスに、還元剤を注入して無触媒脱硝を行う無触媒脱硝手段と、前記無触媒脱硝を行った排ガスに還元剤を注入し、脱硝触媒を用いて有触媒脱硝を行う有触媒脱硝手段とを備える脱硝装置であって、
前記燃焼炉の負荷と前記無触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量との相関関係である第１相関関係を予め記憶し、前記第１相関関係に基づいて前記無触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量を制御し、且つ、前記燃焼炉の負荷と前記脱硝触媒の入口側におけるＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度との相関関係である第２相関関係を予め記憶し、前記第２相関関係に基づいて入口ＮＯｘ濃度を予測し、当該入口ＮＯｘ濃度に基づいて前記有触媒脱硝手段で注入する還元剤の注入量を制御する制御手段と、
前記脱硝触媒の劣化を検知する触媒劣化検知手段と、を備え、
前記制御手段は、前記触媒劣化検知手段により前記脱硝触媒が劣化したと検知した場合に、前記脱硝触媒の劣化に応じて前記第１相関関係及び前記第２相関関係を書き換えることが可能であること、
を特徴とする脱硝装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記燃焼炉で燃焼する燃料の種類に応じて、前記第１相関関係及び前記第２相関関係を複数記憶することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の脱硝装置。
【請求項３】
燃焼炉で発生するＮＯｘを含有した排ガスに、還元剤を注入して無触媒脱硝を行い、前記無触媒脱硝を行った排ガスに還元剤を注入し、脱硝触媒を用いて有触媒脱硝を行う脱硝方法であって、
前記燃焼炉の負荷と前記無触媒脱硝で注入する還元剤の注入量との相関関係である第１相関関係を予め記憶し、前記第１相関関係に基づいて前記無触媒脱硝で注入する還元剤の注入量を制御し、且つ、前記燃焼炉の負荷と前記脱硝触媒の入口側におけるＮＯｘの濃度である入口ＮＯｘ濃度との相関関係である第２相関関係を予め記憶し、前記第２相関関係に基づいて入口ＮＯｘ濃度を予測し、当該入口ＮＯｘ濃度に基づいて前記有触媒脱硝で注入する還元剤の注入量を制御し、
前記脱硝触媒が劣化したと検知した場合に、前記脱硝触媒の劣化に応じて前記第１相関関係及び前記第２相関関係を書き換えること、
を特徴とする脱硝方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２３９９７０（Ｐ２０１２−２３９９７０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１１４７２（Ｐ２０１１−１１１４７２）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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