JPH03146116A

JPH03146116A - 簡易脱硝法

Info

Publication number: JPH03146116A
Application number: JP1285365A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Onizuka; 鬼塚　重則
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1991-06-21

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】［産業上の利用分野コ本発明は、ボイラ、加熱炉、ガスタービン装置など燃焼
装置から排出される燃焼排ガス中の窒素酸化物（以下Ｎ
Ｏｘと記す）を触媒の存在下、還元剤によって選択的に
還元除去する方法に関し、さらに詳しくは、中小型燃焼
装置の排ガス中のＮＯｘを除去無害化するにおいて、安
価で簡易でしかも安全性に富んだ脱硝法に関する。

［従来技術および発明の課題］第４図は、従来公知のボイラ排燃脱硝方法の例を示した
ものである。同図において、ボイラ（５１〉のバーナ一
部（５２）でＮＯｘを含む燃焼ガスが発生する。このガ
スはボイラ内熱交換器群（５３）ついで触媒反応器（５
４）を通り、ガス／ガス熱交換器（５５〉ついで集塵器
（５６）を通った後煙突（５７）から大気へ放出される
。触媒反応器（５４）では還元剤としてのアンモニアガ
ス（ＮＨ３）によるＮＯｘの選択還元反応すなわち脱硝
反応によってＮＯｘは窒素と水に還元分解無害化される
。

この反応は一般に次式で示される。

４ＮＯ＋４ＮＨ，＋Ｏ□−４Ｎ２　＋６Ｈ２０この脱硝
法において重要なことは、排ガス中に存在するＮＯｘ量
を還元するのに必要かつ十分でしかも過剰でないＮＨ，
を触媒反応器（５４）に注入することである。

すなわち、還元剤ＮＨ３が不当に少ない場合には、所定
の脱硝率を得ることができない。逆に、ＮＨ，ｊａが排
ガス中のＮＯｘに対して不当に過剰な場合には、高い脱
硝率を得ることができるが、ＮＨ，の過剰分が触媒反応
器（５４）の後流側にリークする。なお、第４図におい
て、燃料はポンプ〈５９）ついで流量制御システム（６
０）を経てバーナー（５２）へ供給され、空気はブロア
（６１）ついで流量制御システム（６２）を経て空気供
給口（６７）へ供給され、ＮＨ３はブロア（６３）つい
で流量制御システム（６４〉を経て触媒反応器（５４）
の上流側煙道に供給される。また、触媒反応器（５４）
の上流側および下流側のＮＯｘ濃度はそれぞれＮＯｘ分
析計（６５）（５８）によって測定される。

以上のように、脱硝装置の運転制御ではこのＮＨ，の制
御が最も重要である。そしてこの注入量の決定制御には
効果で高度なシステムが採用されている。

ＮＨ３の注入量は前述の反応式から明らかなようにＮＯ
量と等モル量必要である。このＮ。

とＮＨ３のモル比はＮＨ３／Ｎｏ比と呼ばれ、通常は０
．８〜１，１程度になるようにＮＨ。

の注入量が決定制御される。この注入量制御のためには
、正確な燃焼排ガス量と排ガス中のＮｏｘａ度を知る必
要がある。燃焼排ガス量は煙道内断面の平均流速をピト
ー管などの計測器でａｌｌｌ定することによって算出さ
れる。しかし、現実的には測定する適当な場所、すなわ
ち直管距離が十分にとれかつ正確な流速が測定可能な場
所がない場合が多いため、燃焼排ガス童は燃料消費量と
燃焼空気量から算出される場合が多い。

他方、ＮＯｘの濃度は連続式ＮＯｘ分析計を使用して測
定される。この分析計は一般的に高価で保守も専門家を
必要とするため、脱硝装置の設置者にとっては大きな負
担となっている。必要なＮＨ，量はこの排ガス流量とＮ
Ｏｘ濃度より演算され、必要な量が注入される。しかし
、実際問題としては、両者に変動があるためＮＨ，量の
制御は非常に難しい。そのため、排ガス中のＮＯｘ濃度
をあるレベル以下（大型ガスタービン設備では１０ｐｐ
ｍ以下の場合もある）に制御し、かつＮＨ，濃度も同時
にあるレベル以下に制御するのは高度な技術を要する。

従って、今少し簡単な制御方法として、触媒反応器（５
４）の出口ガス中のＮＯｘを分析計で連続測定し、ＮＯ
ｘ濃度がある値以下になるように注入Ｎ　Ｈｉ　ｆｆｉ
を決定制御する場合がある。この場合においても、最低
連続ＮＯｘ分析計が必要であり、制御システムがやはり
高価なものになると言わざるを得ない。

なお、ＮＨ３による接触還元法では、触媒に吸着される
Ｎ　Ｈ３ｉｔには当然ながら限界があるため、過剰なＮ
Ｈ，の注入条件になった場合には触媒反応器からＮＨ，
がリークすることになる。そのため、常にＮＨ，の注入
量は最適値であらねばならず、それだけ本制御システム
を高級なものにしている。

以上のような問題点は大型の脱硝装置においては経済的
に負担は大きいとは言え、不可能なことではなく、現実
に多くの稼動例が存在する。

しかし、今後の大気汚染公害防止対策上最も必要とされ
る中小型の各種燃焼装置を対象とする場合に、これらの
システムを採用するにはつぎのような問題が存在する。

すなわち、１）ＮＯｘ分析計をはじめとして、高価な制御機器が必
要であり、経済的負担が大きい。

２）本制御システムを十分機能せしめるためには専門の
技術者が必要であり、このシステムは中小型燃焼装置を
対象とするには不適当である。

・３）ＮＨ，接触還元法は最もすぐれた脱硝方法である
が、過剰ＮＨ，注入の場合、その過剰分がそのまま装置
からリークしてくる点で問題がある。

この発明の目的は、上記実情に鑑み、各種燃焼装置、特
に中小型燃焼装置の排ガス中のＮ。

Ｘを除去無害化するにおいて、安価で簡易でしかも安全
性に富んだ脱硝システムを提供することにある。

［課題の解決手段］本発明による脱硝法は、ボイラ、加熱炉、ガスタービン
装置など燃焼装置から排出される燃焼排ガス中の窒素酸
化物を触媒の存在下、還元剤によって選択的に還元除去
するに当り、還元剤として尿素水を用い、その尿素水の
添加量は、あらかじめ該燃焼装置の燃料消費量の関数と
して窒素酸化物量を求めておき、そしてその燃料消費量
から求められた窒素酸化物の量に対して決定することと
し、燃料消費ユの信号によって尿素水注入量を制御する
ことを特徴とする。

［作　用］本発明の脱硝性によれば、還元剤としての尿素水の添加
量は、あらかじめ該燃焼装置の燃料消費量の関数として
求められる窒素酸化物の量に対して決定することとし、
燃料消費量の信号によって尿素水注入量を制御する。し
たがって本発明の方法は排ガス量とＮＯｘ′ａ度の連続
的な測定を必要としないので、高価な計測器を必要とせ
ず、しかも保守のための専門家も必要としない。そして
、還元剤としてＮＨ，を使用せずに尿素水を採用するこ
とによって、脱硝装置からＮＨ３の過剰分が直接的にリ
ークすることも回避される。また、尿素水は固体尿素を
水に溶解して得られたもので、取り扱い安全面において
もＮＨ，に比較して各段の優位性がある。

［実　施　例］次に本発明を適用した小型灯油燃焼ボイラ装置の場合に
ついて本発明の詳細な説明する。

第１図において、本発明による脱硝システムは、排煙出
口に熱交換器（１４）を備えたボイラ（ｉ）と、煙道（
２）に設けられた触媒反応器（３）と、その後流側に必
要に応じて設けられた熱交換器（４）および煙突（５）
とを備えている。燃料の灯油はポンプ（６）ついで流量
制御システム（７）を経てボイラ（１）のバーナー（８
）へ供給され、空気はブロア（９）によって空気供給口
（１０）へ供給され、尿素水はポンプ（ｔｌ）ついで流
量制御システム（Ｉ２）を経て触媒反応器（３）の上流
側煙道に供給される。そして、燃料消費量は演算器（１
３）にあらかじめ人力されたデータによってＮＯｘ瓜に
換算され、尿素注入量を制御するように連絡されている
。

かくして、尿素水の添加量は、あらかじめ該燃焼装置の
燃料消費量の関数として求められた窒素酸化物の量に対
して決定され、燃料消費量の信号によって尿素水注入量
が制御される。

触媒反応器に使用される触媒としては、ハニカム型のチ
タニアバナジウム触媒が最も効果的に使用される。第２
図は尿素水を用いた場合の脱硝率を示したもので、２０
０℃から４５０℃に至る広い温度域において良好な脱硝
性能が得られる。この実験において、尿素／ＮＯのモル
比は０．５であり、空間速度は１０，０００ｈ−１であ
り、排ガスのＮＯ′ａ度は１００ｐｐｆｆｌである。ま
た、本尿素水使用時に特売な現象は、第２図の実験時に
Ｎｏの供給をストップしても、＝１測を実施した３０分
間、触媒層下流側にＮＨ３がリークしなかったことであ
る。これは、実装置の運転制御において極めて重要なこ
とである。すなわち、これは、尿素水を還元剤として使
用する場合には、ＮＨ，を使用する場合と異なり、尿素
水が若干の過剰状況になってもＮＨ３リークの心配がな
いことを示す。したがって、本発明による脱硝法は、実
装置においてＮＯ，ｆｆｌの変動があった場合でも、Ｎ
Ｈ，還元脱硝の場合はどには尿素水供給量の厳密なコン
トロールを必要としない。

第３図はボイラ負荷に対するＮＯｘの発生量の割合を示
したもので、このＮＯｘの発生量は個々のボイラによっ
て異なる。しかし、個々のボイラ特に中小型ボイラでは
過剰空気率もほぼ一定で運転されるために、ボイラ負荷
に対するＮＯｘの発生量はほぼ一定となる。したがって
、年間運転のある時期にあらかじめ、この曲線を実測し
ておき、これを演算器に入力記憶させておけば、ボイラ
負荷、すなわち燃焼消費量の関係において、ＮＯｘの発
生量が特定でき、それに対応した尿素水量の注入制御が
可能となる。

このＮＯｘの発生量の測定は排ガス流量とＮ。

Ｘ濃度の計測値より求められるが、この計測は必ずしも
連続式の分析計を必要とするわけではなく、ＪＩＳ法に
よる湿式化学分析によって、または分析専門の機関への
依頼分析によって実施でき、専門の技術者を常時必要と
しない。

尿素は、０℃における溶解度が４０ｇ／１００ｇ水と極
めて高い物質であるため、常温で水に溶解し、尿素水を
作る上では全く問題がなく、また取扱い上も無害、無毒
であるため安全上の問題の全（ない化学品である。

第１図のフローシートにおいて、ボイラとして蒸気発生
Ｑｌｔ／ｈの小型灯油焚きボイラを使用し、触媒として
チタニアバナジウム系ハニカム触媒を用いて、負荷変動
時および定常運転時の脱硝率を測定した。排ガス中のＮ
ｏｘａ度は定格運転時において１５０〜２００　ｐｐｍ
であったので、定格運転時濃度としては１７５　ｐｐｍ
とおき、また尿素水注入量は、尿素／Ｎｏモル比で０．
４を設定し、た。なお、定格運転時の触媒層での空間速
度は５，０００ｈ−１で、反応温度は３５０℃であった
。低負荷時には反応温度が低下し、また燃焼排ガス量も
低下し、したがってＮＯｘ発生量も低下する。尿素水の
注入は、本実施例の場合２００℃に達した後行なうよう
にした。この結果、全負荷を通じ、７０〜８０％のＮＯ
ｘ除去率を得た。また、この間尿素／Ｎｏモル比は変化
させず、ＮＯｘ発生量もあらかじめ設定入力したデータ
のみで尿素注入を実施したので、運転期間中尿素がＮｏ
より過剰に存在した特許もあったはずであるが、触媒反
応器出口排ガス中にＮＨ，のリークは認められなかった
。すなわち、大幅な負荷変動および定格運転時のＮ０ｘ
ｆｆｉ変動のいずれの場合においても、本発明のシステ
ムは良好な作用を示し、十分な脱硝性能を発揮すること
ができる。

［発明の効果コ本発明の脱硝法によれば、還元剤としての尿素水の添加
量は、あらかじめ該燃焼装置の燃料消費量の関数として
窒素酸化物量を測定しておき、そしてその燃料消！量か
ら求められる窒素酸化物の量に対して決定することとし
、燃料消費量の信号によって尿素水注入量を制御する。

したがって本発明の方法はυトガス量とＮＯｘ濃度の連
続的な測定を必要とせず、そのため高価な計測器を必要
とせず、しかも保守のための専門家も必要としない。そ
のため、中小ボイラなど小型の燃焼炉に設置することが
でき、今後の公害対策に資するところが大きい。

また、還元剤としてＮＨ，を使用せずに尿素水を採用す
ることによって、脱硝装置から過剰が直接的にリークす
ることも回避することができる上に、尿素水は固体尿素
を水に溶解して得られたもので、取り扱い安全面におい
てもＮＨ５に比較して各段の優位性がある。

かくして、本発明によれば、各種燃焼排ガス中のＮＯｘ
を安価にして簡易的に除去することができ、常に所望の
脱硝性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すフローシート、第２図は
温度と脱硝率の関係を示すグラフ、第３図はボイラ負荷
とＮＯｘ発生量率の関係を示すグラフ、第４図は従来技
術を示すフローシートである。以上

Claims

【特許請求の範囲】

ボイラ、加熱炉、ガスタービン装置など燃焼装置から排
出される燃焼排ガス中の窒素酸化物を触媒の存在下、還
元剤によって選択的に還元除去するに当り、還元剤とし
て尿素水を用い、その尿素水の添加量は、あらかじめ該
燃焼装置の燃料消費量の関数として窒素酸化物量を求め
ておき、そしてその燃料消費量から求められた窒素酸化
物の量に対して決定することとし、燃料消費量の信号に
よって尿素水注入量を制御することを特徴とする簡易脱
硝法。