JPH02275211A - 脱硝装置または空気予熱器の異常昇温防止法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は火力プラントなどの燃焼排ガスの処理装置に係
り、特に脱硝装置の触媒層および空気予熱器の熱交換エ
レメントなどに付着堆積した可燃物の発熱反応による異
常昇温防止法に関する。

〔従来の技術〕

従来のボイラ等の燃焼炉の燃焼制御において。

一般に燃焼排ガスに対し、節炭器（ＥＣ○）出口の０２
（酸素）濃度、煙突入口の５Ｏｘ（硫黄酸化物）、ＮＯ
ｘ　（窒素酸化物）およびｃｏ（一酸化炭素）濃度など
を検出して燃焼を制御し、また脱硝装置においては、脱
硝反応の制御監視に必要な脱硝反応器入口のＮ　Ｏｘ、
０２および出口のＮ　Ｏｘ。

０２、ＮＨ，（アンモニア）などの濃度を検出して脱硝
装置の制御が行われている（火力原子力発電Ｖｏ１．３
５．　Ｎ（１１０，７５〜７６頁）。

しかし、ボイラ等の火炉の運転時に排ガス中に同伴され
る未燃カーボンが脱硝装置の触媒層や燃焼用空気予熱器
の熱交換エレメント部に、長時間をかけて徐々に堆積し
蓄積されたり、またボイラ起動時において、ボイラ火炉
内は水冷壁により冷却された状態でバーナ点火操作が行
われるため、噴霧された燃料油などの一部が未燃のまま
微細な油滴あるいは気化された炭化水素分として飛散し
、後流に設けられている脱硝装置の触媒層や空気予熱器
の熱交換エレメント部に付着し蓄積される。

上記の未燃カーボンと油分を含む炭化水素分が蓄積され
ると、そのメカニズムは明らかでないが、なんらかの原
因で発熱反応が起こり、異常に昇温しで触媒や熱交換エ
レメントが焼損されたり、あるいは火災が発生するなど
の危険性があった。また、脱硝装置や再生式の空気予熱
器にはボイラ運転中に燃焼排ガス中に含まれる未燃物が
付着する。

このために定期的にスートブロワを作動させるなどして
、ボイラ停止時の残存熱によって生じる未燃物の酸化反
応の進行を避けるようにしていた。

しかし、スートブロワの作動間隔と、プラント停止時の
バーナパージ等により未燃物が燃焼炉の後流に位置する
脱硝装置の触媒層や再生式空気予熱器の熱交換エレメン
トに付着し堆積されることがあった。そして、堆積され
た未燃物の酸化反応の進行は、ガスの温度により検出し
ていたので１反応が相当に進行した後の段階での検出と
なり、早期に異常検出して触媒層や熱交換エレメントの
焼損の防止あるいは火災発生の防止にはなり得なかった
。

このため、本出願人は、先に特開昭５５−５３６２３号
公報において、空気予熱器にレーザ光線を照射し、火災
の発生に伴う温度変化、空気のゆらぎ等によるレーザ光
線の直進性の変化を利用して、早期に火災を発見する火
災探知器および消火手段を備えた空気予熱器の火災監視
装置を提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来技術においては、脱硝装置の触媒層および
空気予熱器の熱交換エレメントの焼損の防止あるいは火
災の発生防止に対し、その初期段階での異常を検出して
未然に防止するという配慮はなされておらず、また、ガ
ス温度などの異常を検出した段階では、触媒層や熱交換
エレメントの焼損が大きく進行しており、大災害に至る
という危険性があった。すなわち、ボイラ等の燃焼炉で
発生した未燃物が脱硝装置の触媒層や再生式空気予熱器
の熱交換エレメントに付着堆積して、その酸化反応によ
る発熱は、大きな装置の内部で局部的に進行するので、
排ガス温度などの検出では、酸化反応が相当に拡大した
状態でないと、その異常が分からなかった。

本発明の目的は、ボイラ等の燃焼炉の燃焼排ガスの煙道
部に設けられている脱硝装置の触媒層や再生式空気予熱
器の熱交換エレメントなどに付着堆積された未燃物の酸
化反応による異常発熱を早期に検出して、その異常現象
の度合に応じた防災処置を施す方法を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の脱硝装置または空気予熱器の異常昇温防止法は
、発熱反応の主要因と考えられる油分を含む炭化水素分
の排ガス中濃度を検出し、かつ、この発熱反応に伴う脱
硝触媒自体の昇温およびこれに付随して起こる反応生成
ガスを検出することにより、脱硝装置の触媒層あるいは
空気予熱器の熱交換エレメントの異常状態を早期に検出
することができ、本発明の目的は達成される。

炭化水素分の検出器としては、熱線式半導体方式あるい
は水素炎イオン化方式のいずれかが使用できる。また、
温度の側室は、脱硝触媒層の内部に、温度検出器を必要
個数配置して、局部的な温度変化を検出する。一方、空
気予熱器の熱交換エレメントに対しては、排ガス側の入
口、出口側にそれぞれ半径方向に、１列に必要本数の温
度検出エレメントを配置する。また、脱硝装置の出入口
部、空気予熱器の出口部に、ＮＯｘ計、および空気予熱
器の出口部にＳＯｘ計などを配置する。そして、ボイラ
等の燃焼炉に使用される燃料の種類により、脱硝装置の
触媒層や再生式空気予熱器の熱交換エレメントなどに付
着する未燃物の性状が決まるので、付着した未燃物の酸
化反応により生成したガス成分を分析することにより、
未燃物が何度で酸化発熱し、どれだけ加熱されたかが判
断できることを利用するものであって、触媒層や熱交換
エレメントの局部加熱を早期に検出し、その異常昇温を
防止する方法である。

本発明は、燃焼排ガスの通路に設けられている排ガス中
のＮＯｘ（窒素酸化物）を触媒層により接触還元して脱
硝する脱硝装置と、排ガスの熱量により燃焼用空気を予
熱する熱交換エレメントを有する空気予熱器を備えた燃
焼炉において、上記脱硝装置の触媒層の前流および後流
に、炭化水素。

Ｃｏ（一酸化炭素）、ＮＯｘ、ＳＯｘ　（硫黄酸化物）
のそれぞれのガス濃度を検出するガス検出器と、排ガス
の温度を検出する温度検出器と、上記触媒層の各部の温
度を検出する複数の温度検出器を設け、上記空気予熱器
には、該空気予熱器の熱交換エレメントの各部の温度を
検出する複数の温度検出器と、上記空気予熱器の後流に
、炭化水素。

Ｇｏ、ＮＯｘ、ＳＯｘのそれぞれのガス濃度を検出する
ガス検出器と、排ガスの温度を検出する温度検出器を設
け、上記各ガス検出器および上記各温度検出器の信号か
ら、ガス成分および温度の異常を検出してその異常発熱
度合を判定し、その結果によって、冷却用空気の送入、
窒素ガスの導入、スチームブロー、消火用水の散布のう
ちより選択される少なくとも１種の防災手段により異常
発熱を早期に防止することのできる異常昇温防止法であ
る。

〔作用〕

バーナから噴霧される未燃焼の油滴は、ボイラ火炉内に
付着し炭化水素に気化されるものや、排ガスと共に同伴
されていく過程で低沸点物が気化されるため、脱硝装置
入口では炭化水素分として検出することができる。また
、脱硝装置の触媒層や空気予熱器の熱交換エレメントな
どに付着堆積した未燃物である未燃カーボン類は発熱反
応が経時的に進行する過程で、ｃｏ（一酸化炭素）ガス
として、その・一部がガス化されるので、ＣＯガス検出
器で検出することができる。

また、脱硝装置の触媒層や空気予熱器の熱交換エレメン
トに付着している硫酸アンモニウム分は、約２５０℃で
分解しガス化するため、ボイラのホットバンキング時の
発熱反応の監視の指標として有効である。また、４００
℃近傍では脱硝触媒からのＮＯｘの発生が検出できるこ
とから、脱硝触媒自体の温度や空気予熱器の出入口部の
雰囲気温度の測定に対し、ＳＯｘおよびＮｏｘａ度の測
定は、別の角度から発熱現象を把握することができるの
で、異常の早期検出の面で極めて有効な手段である。

〔実施例〕

以下に、本発明の一実施例を挙げ、図面を参照しながら
、さらに詳細に説明する。

第１図はボイラ等の燃焼炉における本発明の異常昇温防
止法の一例を示す模式図である。図において、ボイラ（
図示せず）からの燃焼排ガス９は火炉（図示せず）から
排出されＥＣＯ（節炭器）１を通り、脱硝装置２で排ガ
ス中のＮＯｘ分を気相還元方式で処理し、空気予熱器４
に送られる。

空気予熱器（ＡＨ）４では、排ガスの熱量を蓄熱した熱
交換エレメントがＦＤＰ　（押し込み送風機）５からの
燃焼用空気予熱ゾーンに回転しながら移動し、排ガスの
持つ熱量を空気に伝達し、燃焼用空気を予熱する熱交換
を行っている。通常のボイラ運転においては、脱硝装置
入口ダンパ３、ＡＨＨガス入口ダンパ６、ＡＨガス側出
出ロダンパフＡＨ空気側出ロダンバ８は全開状態であり
、ボイラ火炉からの燃焼排ガス９とＦＤＰからの燃焼用
空気の流れをスムーズにしている。しかし、ボイラユニ
ットの運用としてＤ　Ｓ　Ｓ　（Ｄａｉｌｙ　５ｔａｒ
ｔＳｔｏｐ）が適用される場合、再立ち上り時間の短縮
を目的として、ボイラ火炉がらＥＣＯ１廻りは。

ホットバンキングの操作が行われる。このホットバンキ
ングにおいては、ボイラ火炉廻りの停止時の保有熱量を
保持する目的のため、脱硝装置人口ダンパ３、およびＡ
Ｈ空気側出ロダンパ８は全開とする。なお、従来の設備
では脱硝装置入口ダンパ８が無いためＡＨＨガス人口ダ
ンパ６を全開にする。

ホットバンキングの状態で炭化水素濃度、あるいはＣＯ
濃度の異常高を検出した場合、ＦＤＦ５を起動し、脱硝
装置人口ダンパ３以降をエアパージし、可燃ガスを系外
に排出させる。エアパージの方法としては、ＦＤＦ５出
口から脱硝装置人口ダンパ３の出口に専用のエア配管を
接続してエアパージする方法と、ボイラ火炉からＥＣ○
１までの煙道内をすべてエアパージする方法がある。例
えば、ホットバンキングの状態において、脱硝装置２の
脱硝触媒温度計１７や空気予熱器４のＡＨ廻り温度計１
８が異常高となった場合、あるいはＮＯｘやＳＯｘが検
出された場合には、第２図に示されるごとく、脱硝触媒
層またはＡＨの熱交換エレメント部で発熱現象（反応）
の異常を知らせる異常検出装置１９からの信号を、異常
判定装置２０により判定し、防災警報・処理装置２１へ
出力される方式になっている。

異常検出装置１９は、脱硝装置２の入口および出口、空
気予熱器（ＡＨ）４の出口に炭化水素ガス検出器１０、
ＣＯガス検出器１１、およびＮＯｘガス検出器１２をそ
れぞれ必要個数配置する。また、ＳＯｘガス検出器１３
は空気予熱器４の出口側に配置する。一方、温度検出器
（脱硝触媒温度計１７）は、脱硝触媒層の内部に必要個
数配列し、局部的な温度上昇に対しても検出でき得る配
置とする。

また、空気予熱器４では、ＡＨＨガスの入口側および出
口側に、各々回転する熱交換エレメントの半径方向に対
し一列に必要個数の温度検出器（Ａ［Ｑり温度計１８）
を配置し、ＡＨの熱交換エレメントの回転に対応可能な
構造に配置する。

燃焼排ガスに炭化水素ガス検出器１０により炭化水素ガ
スが検出された場合、これはボイラ火炉からの未燃焼の
油滴あるいは未燃ガスが流れてきていることを示してい
るため、炭化水素ガスの脱硝触媒やＡＨの熱交換エレメ
ントへの吸着、付着を防止するために、例えば脱硝装置
２以降のエアパージをする信号が異常判定装置２０から
防災警報・処理装置２１に送られ、運転員にＦＤＦ５の
起動を指示するかあるいは自動的にＦＤＦ５の起動が行
われる。また、ＣＯガス検出器１１によりＣＯガスが検
出された場合は、排ガスのダクト内、脱硝触媒層、ＡＨ
の熱交換エレメントなどに付着、または堆積されたダス
ト中に含まれている未燃カーボンが低温酸化のみの状態
でＣＯガスを生成しているケースが考えられるので、検
出されたＣＯガス１度とＣＯガスが発生している時間の
相関関係に基づき、異常状態のレベルに達すれば異常判
定装置２０から信号が出され、防災警報・処理装置２１
により、例えばエアパージが指示され実行される。・こ
れに対し、ＮＯｘガスの生成は４００℃以上、ＳＯｘガ
スは２５０℃以上で生成されるので、温度計による検出
と同様に、脱硝触媒やＡＨの熱交換エレメントの発熱現
象（反応）を検出することができる。

発熱現象が現われ、その位置が特定できる場合には、異
常判定袋＠２０のＣＲＴにその状況を表示し、防災手順
を具体的に指示するとともに防災警報・処理装置２１へ
出力し、運転員が的確な処置がとれるようにする。防災
手順の一例として、エアパージで温度が降下しない場合
、次のステップとして、Ｎ２ガス封入のためのＮ２ガス
供給弁１４を全開となし、所定の時間経過後、ＡＨガス
側出出ロダンパフ全開となし、脱硝装置２がら空気予熱
器４の出口までの系に窒素を封入する。また、消火水注
入の方が冷却効果が大きい場合には、その指示が出され
る。いずれにしても、緊急事態発生に対して、運転員に
対し的確に判断ができるように指示するシステムである
。

なお、第２図に示す本発明の異常検出、異常判定および
防災警報・処理装置は基本的要素を示したものであり、
異常検出装置１９とは各種ガスの検出、各部の温度検出
、ボイラ運転条件、その他を示し、これらのデータを異
常判定装置２０で処理し、異常の有無、異常の部位を特
定すると共に、異常履歴データを管理し、判定基準のデ
ータとして使用するものである。また、異常発生時には
専用ＣＲＴに表示すると共に、外部の防災警報・処理装
置２１に異常表示され、防災の処置を、作業員による操
作もしくは自動的に行うことができる防災システムにな
っている。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、本発明による脱硝装置およ
び空気予熱器の異常昇温防止法によれば、脱硝装置の触
媒層、空気予熱器の熱交換エレメント廻りに付着し堆積
された未燃カーボン、油分（炭化水素分）等による異常
発熱現象を、その発熱反応によって生じる特定のガス成
分（炭化水素分、ＣＯ、ＮＯｘ、ＳＯｘなど）濃度を検
出し、かつ局部的に起こる上記発熱反応による各部分の
、温度上昇を検出することができるので、異常発熱状態
をその初期において発見が可能となり、それに応じた適
切な防災手段を的確にとることができるので、プラント
の焼損や火災の発生を未然に防止することができ、安全
運転を長期にわたって継続することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例において例示した徘ガスの脱硝
装置および空気予熱器の異常昇温を防止する手段を示す
模式図、第２図は第１図に示した異常昇温防止手段によ
り異常検出、異常判定および防災警報・処理の手順を示
す説明図である。 １・・・ＥＣＯ（節炭器） ２・・・脱硝装置 ３・・・脱硝装置人口ダンパ ４・・・空気予熱器（ＡＨ） ５・・・ＦＤＰ　（押し込み送風機） ６・・・ＡＨガス側入ロダンパ フ・・・ＡＨガス側出ロダンパ ８・・・ＡＨ空気側出ロダンパ ９・・・燃焼排ガス　　　１０・・・炭化水素ガス検出
器１１・・・ＣＯガス検出器　１２・・・ＮＯｘガス検
出器１３・・・ＳＯｘガス検出器１４・・・Ｎ２ガス供
給弁１５・・・消火水供給弁　　１６・・・スチーム供
給弁１７・・・脱硝触媒温度計　１８・・・ＡＨ廻り温
度計１９・・・異常検出装置　　２０・・・異常判定装
置２１・・・防災警報・処理装置 代理人弁理士　　中　村　純之助 １−−−−−−ＥＣＯ（節炭器） ２−−−−一説繍装置 ３−−−−一月１ｆ、石＃ｌ装置入口ｙ−〉バ４−−−
−空気予熱器（ＡＨｌ ５−−−−−　ＦＤＦ（押近す送Ｘ機）６−−−−−Ａ
ｌｌ’ス劉入ロア゛ンへ０ｏ−−−−−一女イヒ水幸力
゛スＪ史出ｌ艮−−−ｍ−・ＣＯ力゛スオ剣ム１４ ２−−−−−　ＮＯｘ力パス撞出者【 ３−−−−−　　ＳＯｘ力゛ス＃ｆ：４ｇ４−−−−−
・Ｎ２力・ス、すな糸（升５−−−−−−稍火本イ托）
臣艙 第２図 第１ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃焼排ガスの通路に設けられている排ガス中のＮＯ
   ｘ（窒素酸化物）を触媒層により接触還元して脱硝する
   脱硝装置と、排ガスの熱量により燃焼用空気を予熱する
   熱交換エレメントを有する空気予熱器を備えた燃焼炉に
   おいて、上記脱硝装置の触媒層の前流および後流に、炭
   化水素、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ、ＳＯｘ（硫黄酸
   化物）のそれぞれのガス濃度を検出するガス検出器と、
   排ガスの温度を検出する温度検出器と、上記触媒層の各
   部の温度を検出する複数の温度検出器を設け、上記空気
   予熱器には、該空気予熱器の熱交換エレメントの各部の
   温度を検出する複数の温度検出器と、上記空気予熱器の
   後流に、炭化水素、ＣＯ、ＮＯｘ、ＳＯｘのそれぞれの
   ガス濃度を検出するガス検出器と、排ガスの温度を検出
   する温度検出器を設け、上部各ガス検出器および上記各
   温度検出器の信号から、ガス成分および温度の異常を検
   出してその異常発熱度合を判定し、その結果によって、
   冷却用空気の送入、窒素ガスの導入、スチームブロー、
   消火用水の散布のうちより選択される少なくとも１種の
   防災手段により異常発熱を防止することを特徴とする異
   常昇温防止法。